特許 6106268 燃料インジェクター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6106268

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】燃料インジェクター

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/10 20060101AFI20170316BHJP

   F02M 47/00 20060101ALI20170316BHJP

   F02M 51/00 20060101ALI20170316BHJP

   F02M 61/12 20060101ALI20170316BHJP

   F02M 45/00 20060101ALI20170316BHJP

   F02M 51/06 20060101ALI20170316BHJP

【ＦＩ】

   F02M61/10 P

   F02M47/00 A

   F02M51/00 F

   F02M61/10 G

   F02M61/10 W

   F02M61/12

   F02M45/00 C

   F02M51/06 K

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-516545(P2015-516545)

(86)(22)【出願日】2013年5月29日

(65)【公表番号】特表2015-519515(P2015-519515A)

(43)【公表日】2015年7月9日

(86)【国際出願番号】EP2013061054

(87)【国際公開番号】WO2013186051

(87)【国際公開日】20131219

【審査請求日】2015年2月10日

(31)【優先権主張番号】12171811.8

(32)【優先日】2012年6月13日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】514160386

【氏名又は名称】デルファイ・インターナショナル・オペレーションズ・ルクセンブルク・エス・アー・エール・エル

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100137039

【弁理士】

【氏名又は名称】田上 靖子

(72)【発明者】

【氏名】グラハム，マーク

【審査官】 櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２３９７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７９４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６１６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８５１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７４８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１５８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０８８７８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０３４８９２９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００４／０７０１９２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ６１／１０

Ｆ０２Ｍ ６１／１２

Ｆ０２Ｍ ５１／００

Ｆ０２Ｍ ５１／０６

Ｆ０２Ｍ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ４７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃エンジンへ燃料を送達するのに使用するための燃料インジェクターであって、前記燃料インジェクターは、
ノズル本体と前記ノズル本体の中に配置されているバルブニードルとを有するノズルであって、前記バルブニードルは、閉位置と開位置との間の移動の範囲にわたって、前記ノズル本体に形成されたバルブニードルシートに対して移動可能であり、これにより、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御する、ノズルを含み、
前記バルブニードルは、ピストンガイドの中に配置されているニードルスリーブと協働し、
前記バルブニードルは、前記ニードルスリーブに対して移動可能であり、前記ニードルスリーブは、前記ピストンガイドに対して移動可能であり、
前記燃料インジェクターは、前記ニードルスリーブに対する前記バルブニードルの位置を制御するための第１の制御チャンバーと、前記ピストンガイドに対する前記ニードルスリーブの位置を制御するための第２の制御チャンバーとを含み、第１のノズル制御バルブが、前記第１の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられており、第２のノズル制御バルブが、前記第２の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられており、
前記バルブニードルが、前記バルブニードルシートと反対の側の端面に、前記バルブニードルシートと反対の側で前記ニードルスリーブの内側表面に形成されているニードルスリーブシートに密封係合可能な第１の接触表面を有し、前記第１の接触表面と前記ニードルスリーブシートとが第２のバルブを形成し、
前記ニードルスリーブが、前記バルブニードルシートと反対の側の端面に、前記バルブニードルシートと反対の側で前記ピストンガイドの内側表面に形成されているピストンガイドシートに密封係合可能な第２の接触表面を有し、前記第２の接触表面と前記ピストンガイドシートとが第３のバルブを形成している、燃料インジェクター。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料インジェクターであって、前記ニードルスリーブが、後退位置と前進位置との間の移動の範囲を通して移動可能である、燃料インジェクター。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の燃料インジェクターであって、前記バルブニードルおよび前記ニードルスリーブが、一緒に、または、互いに独立して移動可能である、燃料インジェクター。

【請求項4】

請求項１、２、または３のいずれか一項に記載の燃料インジェクターであって、前記バルブニードルが、前記バルブニードルシートと協働するための第１のバルブを含む、燃料インジェクター。

【請求項5】

請求項１に記載の燃料インジェクターであって、前記バルブニードルが、前記ニードルスリーブシートを通過する第１の流体経路を提供するための第１の開口部をさらに含む、燃料インジェクター。

【請求項6】

請求項１に記載の燃料インジェクターであって、前記ピストンガイドが、前記ピストンガイドシートを通過する第２の流体経路を提供するための第２の開口部をさらに含む、燃料インジェクター。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれか一項に記載の燃料インジェクターであって、前記ニードルスリーブを付勢するためのスリーブスプリングをさらに含む、燃料インジェクター。

【請求項8】

内燃エンジンへ燃料を送達するのに使用するための燃料インジェクターであって、前記燃料インジェクターは、
バルブニードルを有するノズルであって、前記バルブニードルは、閉位置と開位置との間の移動の範囲にわたって、バルブニードルシートに対して移動可能であり、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御する、ノズルを含み、
前記バルブニードルは、ピストンガイドの中に配置されている制御部材と協働し、
前記バルブニードルは、前記制御部材に対して移動可能であり、前記制御部材は、前記ピストンガイドに対して移動可能であり、
前記燃料インジェクターは、前記制御部材に対する前記バルブニードルの位置を制御するために前記バルブニードルと前記制御部材との間に設けられた第１の制御チャンバーと、前記ピストンガイドに対する前記制御部材の位置を制御するために前記制御部材と前記ピストンガイドとの間に設けられた第２の制御チャンバーとを含み、
第１のノズル制御バルブが、前記第１の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられており、第２のノズル制御バルブが、前記第２の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられており、前記第１のノズル制御バルブは、前記第１の制御チャンバーを高圧燃料供給ラインまたは低圧燃料戻りラインのいずれかに流体連通するように選択的に動作可能な三方バルブであり、前記第２のノズル制御バルブは、前記第２の制御チャンバーを高圧燃料供給ラインまたは低圧燃料戻りラインのいずれかに流体連通するように選択的に動作可能な三方バルブである、燃料インジェクター。

【請求項9】

燃料インジェクターを動作させる方法であって、前記燃料インジェクターは、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御するためにノズル本体に形成されたバルブニードルシートに対して移動可能なバルブニードルを有するノズルを含み、前記バルブニードルは、ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられているニードルスリーブと協働し、
前記方法は、前記少なくとも１つのノズル出口部に対して前記バルブニードルを変位させるために、前記バルブニードルおよび／または前記ニードルスリーブを作動させるステップを含み、
前記方法は、前記バルブニードルシートと反対の側で前記ニードルスリーブの内側表面に形成されているニードルスリーブシートに対する前記バルブニードルの位置を制御するために、第１の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第１のノズル制御バルブを動作させるステップと、前記バルブニードルシートと反対の側で前記ピストンガイドの内側表面に形成されているピストンガイドシートに対する前記ニードルスリーブの位置を制御するために、第２の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第２のノズル制御バルブを動作させるステップとを含み、
前記第１のノズル制御バルブを動作させるステップは、前記ニードルスリーブシートと、前記バルブニードルにおける前記バルブニードルシートと反対の側の端面とで構成される第２のバルブを開閉することを含み、
前記第２のノズル制御バルブを動作させるステップは、前記ピストンガイドシートと、前記ニードルスリーブにおける前記バルブニードルシートと反対の側の端面とで構成される第３のバルブを開閉することを含む、燃料インジェクターを動作させる方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、前記バルブニードルを第１の方向に変位させるように前記バルブニードルおよび前記ニードルスリーブが同時にまたは逐次的に移動させられ、および／または、前記バルブニードルを第２の方向に変位させるように前記バルブニードルおよび前記ニードルスリーブが同時にまたは逐次的に移動させられる、方法。

【請求項11】

燃料インジェクターを動作させる方法であって、前記燃料インジェクターは、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御するために移動可能なバルブニードルを有するノズルを含み、前記バルブニードルは、ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられている制御部材と協働し、
前記方法は、前記少なくとも１つのノズル出口部に対して前記バルブニードルを変位させるために、前記バルブニードルおよび／または前記制御部材を作動させるステップを含み、
前記方法は、前記制御部材に対する前記バルブニードルの位置を制御するために、前記バルブニードルと前記制御部材との間に設けられた第１の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第１のノズル制御バルブを動作させるステップと、前記ピストンガイドに対する前記制御部材の位置を制御するために、前記制御部材と前記ピストンガイドとの間に設けられた第２の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第２のノズル制御バルブを動作させるステップとを含み、前記第１のノズル制御バルブ及び前記第２のノズル制御バルブの各々が三方バルブであり、前記第１のノズル制御バルブを動作させるステップは、前記第１のノズル制御バルブを介して前記第１の制御チャンバーを高圧燃料供給ラインまたは低圧燃料戻りラインのいずれかに流体連通するように選択的に動作することを含み、前記第２のノズル制御バルブを動作させるステップは、前記第２のノズル制御バルブを介して前記第２の制御チャンバーを高圧燃料供給ラインまたは低圧燃料戻りラインのいずれかに流体連通するように選択的に動作することを含む、燃料インジェクターを動作させる方法。

【請求項12】

請求項９、１０、または１１のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されている燃料インジェクター制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃エンジンの燃焼室の中へ燃料を噴射するための燃料インジェクターに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料インジェクター１は、図１を参照して、背景技術によって説明されることとなる。インジェクター１は、ノズル本体部３と、インジェクターノズル５と、移動可能に装着されたインジェクターニードル７とを含む。インジェクターノズル５は、複数のノズル孔部９を含み、ノズル孔部９は、インジェクターニードル７によって選択的に開閉され、燃焼室（図示せず）の中へ燃料を噴射することが可能である。具体的には、インジェクターニードル７は、インジェクターノズル５に形成されている下側バルブシート（換言すれば、弁座）１３と協働するための下側バルブ（換言すれば、弁）１１を有している。インジェクターニードル７を下向きの方向に付勢し、下側バルブシート１３に下側バルブ１１を着座させ、それによって、ノズル孔部９を閉鎖するために、スプリング１５が、スプリングチャンバー１７の中に設けられている。

【0003】

インジェクターニードル７の上側端部は、ピストンガイド２０に形成されている制御チャンバー１９の中へ延在している。制御チャンバー１９は、入口オリフィス２１を介してスプリングチャンバー１７に流体連通している。ドレン経路２３（それは、狭窄したドレンオリフィス２５を有している）は、制御チャンバー１９から低圧燃料戻りライン（図示せず）への流体経路を形成している。インジェクターニードル７は、制御チャンバー１９をシールするために、ノズル本体部３に形成されている上側バルブシート３１と協働するための上側バルブ２９を有している。３方向制御バルブ（図示せず）が、ドレン経路２３を選択的に開放および閉鎖するために設けられており、制御チャンバー１９の中の燃料圧力を制御する。３方向バルブは、電気機械的なソレノイド（図示せず）によって作動させられる。

【0004】

燃料供給ライン３３は、燃料ポンプ（図示せず）からインジェクターノズル５およびスプリングチャンバー１７へ高圧燃料を供給する。制御チャンバー１９は、入口オリフィス２１を介して燃料供給ライン３３に選択的に流体連通している。インジェクターニードル７が持ち上げられると、上側バルブ２９が上側バルブシート３１に配置され、制御チャンバー１９は、入口オリフィス２１から隔離される。

【0005】

３方向制御バルブが閉鎖されているときには、制御チャンバー１９と低圧燃料戻りラインとの間に流体連通は存在しない。したがって、インジェクターノズル５およびスプリングチャンバー１７の中の燃料圧力は均一になり、スプリング１５は、インジェクターニードル７を閉位置へ付勢し、閉位置では、図１に示されているように、下側バルブ１１が下側バルブシート１３に着座させられ、ノズル孔部９が閉鎖される。

【0006】

逆に、３方向制御バルブが開けられているときには、制御チャンバー１９を低圧燃料戻りライン２７に流体連通した状態に置く経路が形成され、制御チャンバー１９の中の燃料圧力が低減される。したがって、インジェクターノズル５の中の燃料圧力は、制御チャンバー１９の中の燃料圧力よりも高くなり、インジェクターニードル７に加えられる圧力が、スプリング１５の付勢に打ち勝つ。インジェクターニードル７は、上向きに変位させられ、下側バルブシート１３から下側バルブ１１を離間させる（ｕｎｓｅａｔｉｎｇ）。それによって、ノズル孔部９が開放され、燃料が、インジェクターノズル５から燃焼室の中へ噴射される。インジェクターニードル７の上向きの変位によって、上側バルブ２９が上側バルブシート３１に着座させられ、それによって、ドレン経路２３を閉鎖し、低圧戻りラインへの燃料のフローを阻止する。

【0007】

インジェクターニードル７は、２つの定常状態位置（完全開または完全閉）の間で移動することが可能である。インジェクターニードル７の開放速度および閉鎖速度は、インジェクターニードル７にかかる圧力のバランス、および、スプリング１５によって加えられる付勢力によって制御される。開放速度および閉鎖速度は、構成要素の幾何学形状に部分的に関係する圧力のバランスによって決定される。インジェクターニードル７の最大リフトは、構成要素の幾何学形状によって決定される。入口オリフィス２１および出口オリフィス２５のサイズ決めは、インジェクターニードル７が移動することが可能な速度に関して主要な制御を提供する。３方向制御バルブが開放されると、燃料は逃げるが、入口オリフィス２１を介して再供給される。入口オリフィス２１が出口オリフィス２５と比較して大きい場合には、インジェクターニードル７のリフトの減衰が増加される。逆に、入口オリフィス２１が出口オリフィス２５と比較して小さい場合には、インジェクターニードル７が持ち上がる速度が増加される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

燃料インジェクター１を用いて、図２に図示されているような噴射速度（換言すれば、噴射率）のパターン形状を有する燃料を噴射することが可能である。噴射率形状は、レール圧力によって影響を受ける可能性があるが、動作の間にそのプロファイル（例えば、初期噴射速度または閉鎖速度）を基本的に調節する能力は存在しない。

【0009】

「増強（ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）タイプ」のシステムは、コモンレールシステムの中の噴射速度の柔軟性を発生させるために使用され得るが、依然として、実現され得る噴射率形状にいくつかの制限を提示する。加えて、増強システムは、一般的に、増強ピストンが油圧駆動される方式に起因して、設計によって、固有の油圧非効率性を有している。

【0010】

本発明は、少なくとも好適な実施形態において、改善された燃料インジェクターを提供することを提示する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の態様は、燃料インジェクターと、燃料インジェクターを動作させる方法と、燃料インジェクター制御装置とに関する。

【0012】

さらなる態様では、本発明は、内燃エンジンへ燃料を送達するのに使用するための燃料インジェクターであって、燃料インジェクターは、
バルブニードルを有するノズルであって、バルブニードルは、閉位置と開位置との間の移動の範囲にわたって、バルブニードルシートに対して移動可能であり、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御する、ノズルを含み、
バルブニードルは、ピストンガイドの中に配置されているニードルスリーブと協働し、
バルブニードルは、ニードルスリーブに対して移動可能であり、ニードルスリーブは、ピストンガイドに対して移動可能であり、
燃料インジェクターは、ニードルスリーブに対するバルブニードルの位置を制御するための第１の制御チャンバーと、ピストンガイドに対するニードルスリーブの位置を制御するための第２の制御チャンバーとを含み、第１のノズル制御バルブが、第１の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられており、第２のノズル制御バルブが、第２の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられている、燃料インジェクターに関する。

【0013】

ニードルスリーブおよびバルブニードルは、ピストンガイドの中で、互いに独立して移動させることが可能である。バルブニードルは、ニードルスリーブと共に、または、ニードルスリーブから独立して移動させられ、前記少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御することが可能である。バルブニードルは、ニードルスリーブに対して移動させることが可能であり、および／または、ニードルスリーブは、ピストンガイドに対して移動させることが可能である。バルブニードルおよびニードルスリーブを制御することによって、本発明による燃料インジェクターは、異なる燃料噴射率を提供するように構成することが可能である。燃料インジェクターは、燃焼室の中への燃料噴射のサイズを変更するように、例えば、大きい噴射および小さい噴射を提供するように制御することが可能である。

【0014】

ニードルスリーブの変位によりバルブニードルが前記閉位置と前記開位置との間の移動の範囲に沿って少なくとも途中まで移動させられるように、バルブニードルおよびニードルスリーブを構成することが可能である。ニードルスリーブは、後退位置と前進位置との間の移動の範囲にわたって移動可能とすることが可能である。バルブニードルは、ニードルスリーブの中に少なくとも部分的に配置することが可能である。

【0015】

バルブニードルは、前記閉位置から前記開位置へ移動するときに、第１の方向に移動することが可能である。逆に、バルブニードルは、前記開位置から前記閉位置へ移動するときに、第２の方向に移動することが可能である。使用時に、バルブニードルおよびニードルスリーブは、同時にまたは逐次的に変位させられ、バルブニードルを、前記第１の方向および／または前記第２の方向に変位させることが可能である。

【0016】

バルブニードルは、バルブニードルシートと協働するための第１のバルブを含むことが可能である。また、バルブニードルは、ニードルスリーブシートと協働するための第１の接触表面を含むことが可能である。ニードルスリーブシートは、バルブニードルのためのリフトストッパーを提供している。第１の接触表面は、随意的に、ニードルスリーブシートとのシールを形成することが可能である。それによって、第１の接触表面は、第２のバルブを提供することが可能である。第１のバルブは、バルブニードルの第１の端部に設けることが可能であり、第２のバルブは、バルブニードルの第２の端部に設けることが可能である。第２のバルブがニードルスリーブシートに着座させられるときには、ニードルスリーブシートを通過する燃料漏出を阻止することが可能である。この構成は、ニードルスリーブに対するバルブニードルの移動を制御するための３方向バルブと併用して使用することが可能である。第１の開口部は、ニードルスリーブシートを通過する第１の流体経路を提供するために、バルブニードルに設けることが可能である。この構成は、ニードルスリーブに対するバルブニードルの移動を制御するための２方向バルブと併用して使用することが可能である。

【0017】

ニードルスリーブは、ピストンガイドシートと協働するための第２の接触表面を有することが可能である。ピストンガイドシートは、ニードルスリーブのためのリフトストッパーを提供することが可能である。第２の接触表面は、随意的に、ピストンガイドシートとのシールを形成することが可能である。それによって、第２の接触表面は、第３のバルブを提供することが可能である。

【0018】

第３のバルブがピストンガイドシートに着座させられるときには、ピストンガイドシートを通過する燃料漏出を阻止することが可能である。この構成は、ピストンガイドに対するニードルスリーブの移動を制御するための３方向バルブを併用して使用することが可能である。第２の開口部は、ピストンガイドシートを通過する第２の流体経路を提供するために、ピストンガイドに設けることが可能である。この構成は、ピストンガイドに対するニードルスリーブの移動を制御するための２方向バルブと併用して使用することが可能である。

【0019】

ニードルスリーブが前進させられるときには、バルブニードルは、前記閉位置に向けて変位することが可能である。逆に、ニードルスリーブが後退させられるときには、バルブニードルは、前記開位置に向けて変位することが可能である。ニードルスリーブを付勢するために、スリーブスプリングを設けることが可能である。スリーブスプリングは、前進位置に向けてニードルスリーブを付勢するように配置することが可能である。

【0020】

バルブニードルおよび／またはスリーブガイドは、アクチュエーターによって変位させることが可能である。代替的に、バルブニードルおよび／またはスリーブガイドは、それぞれの制御チャンバーの中の燃料圧力によって制御することが可能である。第１の制御チャンバーは、ニードルスリーブに対するバルブニードルの位置を制御するために設けられている。第１のノズル制御バルブは、第１の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられている。第２の制御チャンバーは、ピストンガイドに対するニードルスリーブの位置を制御するために設けられている。第２のノズル制御バルブは、第２の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられている。

【0021】

第１のノズル制御バルブおよび／または第２のノズル制御バルブは、高圧燃料供給ラインに流体連通することが可能である。第１のノズル制御バルブおよび／または第２のノズル制御バルブは、低圧燃料戻りラインに流体連通することが可能である。第１のノズル制御バルブは、２方向バルブまたは３方向バルブのいずれかとすることが可能である。第２のノズル制御バルブは、２方向バルブまたは３方向バルブのいずれかとすることが可能である。

【0022】

バルブニードルのリフトは、ガイドスリーブのリフトと同じとすることが可能である。したがって、バルブニードルが移動する距離は、第１の制御バルブまたは第２の制御バルブのいずれかが作動させられるときに、同じになることとなる。例えば、この構成は、バルブニードルが、第１の制御バルブによって開放され、第２の制御バルブによって閉鎖される（または、その逆も同様）動作モードを提供することが可能である。代替的に、バルブニードルのリフトは、ガイドスリーブのリフトよりも大きくするか、または小さくすることが可能である。この構成は、異なるリフト状態、例えば、第１および第２の部分的なリフト状態、ならびに、第３の完全なリフト条件を提供することとなる。

【0023】

さらなる態様では、本発明は、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御するために移動可能なバルブニードルを有するノズルを含む燃料インジェクターであって、バルブニードルは、ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられているニードルスリーブと協働する、燃料インジェクターに関する。

【0024】

一層さらなる態様では、本発明は、燃料インジェクターを動作させる方法であって、燃料インジェクターは、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御するために移動可能なバルブニードルを有するノズルを含み、バルブニードルは、ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられているニードルスリーブと協働し、
方法は、前記少なくとも１つのノズル出口部に対してバルブニードルを変位させるために、バルブニードルおよび／またはニードルスリーブを移動させるステップを含み、
方法は、ニードルスリーブに対するバルブニードルの位置を制御するために、第１の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第１のノズル制御バルブを動作させるステップと、ピストンガイドに対するニードルスリーブの位置を制御するために、第２の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第２のノズル制御バルブを動作させるステップとを含む、燃料インジェクターを動作させる方法に関する。

【0025】

バルブニードルは、開位置へ変位させられるときには、第１の方向に移動することが可能であり、閉位置へ変位させられるときには、第２の方向に移動することが可能である。バルブニードルおよびニードルスリーブは、同時にまたは逐次的に移動させられ、バルブニードルを前記第１の方向に変位させることが可能である。バルブニードルおよびニードルスリーブは、同時にまたは逐次的に移動させられ、バルブニードルを前記第２の方向に変位させることが可能である。噴射率減衰は、（噴射事象の始まりおよび／または終わりにおいて）噴射率を変更するために増加または減少させることが可能である。噴射率減衰は、バルブニードルおよびニードルスリーブを同時にまたは逐次的に移動させることによって、制御することが可能である。バルブニードルは、シーケンスの中において、ニードルスリーブの前に移動させることが可能であり、または、バルブニードルは、シーケンスの中において、ニードルスリーブの後に移動させることが可能である。シーケンスは、噴射事象の始まりおよび終わりに関して、同じとするか、または、逆にすることが可能である。

【0026】

方法は、ニードルスリーブに対するバルブニードルの位置を制御するために、第１の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するステップと、および／または、ピストンガイドに対するニードルスリーブの位置を制御するために、第２の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するステップとを含むことが可能である。

【0027】

一層さらなる態様では、本発明は、本明細書で説明されている方法を実施するように構成されている燃料インジェクター制御装置に関する。燃料インジェクター制御装置は、方法を実施するための１つまたは複数のマイクロプロセッサーを含むことが可能である。

【0028】

一層さらなる態様では、本発明は、内燃エンジンへ燃料を送達するのに使用するための燃料インジェクターであって、燃料インジェクターは、
バルブニードルを有するノズルであって、バルブニードルは、閉位置と開位置との間の移動の範囲にわたって、バルブニードルシートに対して移動可能であり、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御する、ノズルを含み、
バルブニードルは、ピストンガイドの中に配置されている制御部材と協働し、
バルブニードルは、制御部材に対して移動可能であり、制御部材は、ピストンガイドに対して移動可能であり、
燃料インジェクターは、制御部材に対するバルブニードルの位置を制御するための第１の制御チャンバーと、ピストンガイドに対する制御部材の位置を制御するための第２の制御チャンバーとを含み、
第１のノズル制御バルブが、第１の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられており、第２のノズル制御バルブが、第２の制御チャンバーの中の圧力を制御するために設けられている、燃料インジェクターに関する。

【0029】

使用時に、バルブニードルは、制御部材に当接し、バルブニードルの移動を制限することが可能である。それによって、制御部材の位置は、バルブニードルのリフトを制御し、例えば、中間リフト位置を画定することが可能である。制御部材は、スリーブとすることが可能であり、スリーブの中にバルブニードルが部分的に配置される。代替的に、バルブニードルは、制御部材に当接するように配置することが可能であり、それによって、バルブニードルリフトを制御する。

【0030】

第１のノズル制御バルブおよび／または第２のノズル制御バルブは、それぞれの第１および第２の制御チャンバーを高圧燃料供給ラインに流体連通した状態に置くように、選択的に構成することが可能である。別個の組のノズル制御バルブを、第１および第２の制御チャンバーの中の圧力を低減させるために、例えば、それぞれの第１および第２の制御チャンバーを低圧ドレンに選択的に接続するために設けることが可能である。代替的に、第１のノズル制御バルブおよび／または第２のノズル制御バルブは、また、それぞれの第１および第２の制御チャンバーを低圧燃料戻りラインに流体連通した状態に置くように、選択的に構成することが可能である。第１のノズル制御バルブは、二方バルブまたは三方バルブとすることが可能である。第２のノズル制御バルブは、二方バルブまたは三方バルブとすることが可能である。

【0031】

一層さらなる態様では、本発明は、燃料インジェクターを動作させる方法であって、燃料インジェクターは、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御するために移動可能なバルブニードルを有するノズルを含み、バルブニードルは、ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられている制御部材と協働し、
方法は、前記少なくとも１つのノズル出口部に対してバルブニードルを変位させるために、バルブニードルおよび／または制御部材を作動させるステップを含み、
方法は、制御部材に対するバルブニードルの位置を制御するために、第１の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第１のノズル制御バルブを動作させるステップと、ピストンガイドに対する制御部材の位置を制御するために、第２の制御チャンバーの中の動作圧力を制御するように第２のノズル制御バルブを動作させるステップとを含む、燃料インジェクターを動作させる方法に関する。

【0032】

さらなる態様では、本発明は、内燃エンジンへ燃料を送達するのに使用するための燃料インジェクターであって、燃料インジェクターは、
バルブニードルを有するノズルであって、バルブニードルは、閉位置と開位置との間の移動の範囲にわたって、バルブニードルシートに対して移動可能であり、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御する、ノズルを含み、
バルブニードルは、ピストンガイドの中に配置されているニードルスリーブと協働し、
バルブニードルは、ニードルスリーブに対して移動可能であり、ニードルスリーブは、ピストンガイドに対して移動可能である、燃料インジェクターに関する。

【0033】

一層さらなる態様では、本発明は、燃料インジェクターを動作させる方法であって、燃料インジェクターは、少なくとも１つのノズル出口部を通した燃料送達を制御するために移動可能なバルブニードルを有するノズルを含み、バルブニードルは、ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられているニードルスリーブと協働し、
方法は、前記少なくとも１つのノズル出口部に対してバルブニードルを変位させるために、バルブニードルおよび／またはニードルスリーブを移動させるステップを含む、燃料インジェクターを動作させる方法に関する。

【0034】

方向の用語（上側、下側、上部、底部、上向き、および、下向き）は、添付の図の中で図示されている燃料インジェクターの配向を参照して、本明細書で使用されている。これらの用語は、本発明による燃料インジェクターの動作的な構成または配向を限定していない。

【0035】

ここで、本発明の実施形態が、単なる例として、添付の図を参照して、説明されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】ピストンガイドの中に移動可能に取り付けられたバルブニードルを有する燃料インジェクターを示す図である。

【図2】図１の燃料インジェクターの噴射率を示す図である。

【図3】本発明による燃料インジェクターの第１の実施形態を示す図である。

【図4】本発明の第１の実施形態による燃料インジェクターのための制御バルブの概略図である。

【図5】図５ａは本発明の第１の実施形態による燃料インジェクターによって提供される例示的な噴射率を示す図である。図５ｂは本発明の第１の実施形態による燃料インジェクターによって提供される例示的な噴射率を示す図である。

【図6】本発明の第１の実施形態による燃料インジェクターの修正された配置を示す図である。

【図7】本発明による燃料インジェクターとともに使用するための可変オリフィス燃料インジェクターノズルを示す図である。

【図8a】本発明による燃料インジェクターの第２の実施形態を示す図である。

【図8b】本発明による燃料インジェクターの第３の実施形態を示す図である。

【図8c】本発明による燃料インジェクターの第４の実施形態を示す図である。

【図9】本発明による燃料インジェクターの第５の実施形態を示す図である。

【図10】図１０Ａは本発明の第２の実施形態による燃料インジェクターの動作モードを図示する図である。図１０Ｂは本発明の第２の実施形態による燃料インジェクターの動作モードを図示する図である。図１０Ｃは本発明の第２の実施形態による燃料インジェクターの動作モードを図示する図である。

【図11A】図１１Ａは本発明の第１の実施形態による燃料インジェクターに関する噴射率チャートを示す図である。

【図11B】図１１Ｂは本発明の第５の実施形態による燃料インジェクターに関する噴射率チャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

本発明は、内燃エンジンの燃焼室（図示せず）へ高圧ディーゼル燃料を供給するための燃料インジェクター１０１に関する。本発明の実施形態は、図３から図８を参照して説明されることとなる。

【0038】

燃料インジェクター１０１は、ノズル本体部１０３と、インジェクターノズル１０５と、移動可能に取り付けられたインジェクターニードル１０７とを含む。インジェクターノズル１０５は、複数のノズル孔部１０９を含み、ノズル孔部９は、インジェクターニードル１０７によって選択的に開閉され、燃焼室（図示せず）の中へ燃料を噴射することが可能である。インジェクターニードル１０７の上側端部は、ガイドスリーブ１１１の中に配置されており、ガイドスリーブ１１１は、ノズル本体部１０３の中に移動可能に取り付けられている。

【0039】

インジェクターニードル１０７は、ガイドスリーブ１１１の中に形成されている第１のガイドボア１１３の中で軸線方向に移動可能である。第１のガイドボア１１３は、インジェクターニードル１０７のガイド部分上の緊密なクリアランスである。下側ニードルバルブ１１５が、インジェクターノズル５に形成されている下側バルブシート１１７と協働するために、インジェクターニードル１０７の底部端部に形成されている。インジェクターニードル１０７を下向きの方向に付勢し、下側ニードルバルブ１１５を下側バルブシート１１７に向けて押圧するために、第１のスプリング１１９が、第１のスプリングチャンバー１２１の中に設けられている。上側ニードルバルブ１２３が、ガイドスリーブ１１１の内側表面に形成されている上側バルブシート１２５と協働するために、インジェクターニードル１０７の上部端部に形成されている。第１のスプリング１１９の下側端部は、第１のスプリングシート１２７上に支持されており、第１のスプリング１１９の上部端部は、ガイドスリーブ１１１の下側端部表面１２９に係合している。

【0040】

ガイドスリーブ１１１は、ピストンガイド１３３の中に形成されている第２のガイドボア１３１の中で、軸線方向に移動可能である。第２のガイドボア１３１は、ガイドスリーブ１１１のガイド部分上の緊密なクリアランスである。スリーブバルブ１３５が、ピストンガイド１３３に形成されているガイドシート１３７と協働するために、ガイドスリーブ１１１の上部に形成されている。ガイドスリーブ１１１を下向きの方向に付勢する（それによって、下側ニードルバルブ１１５を下側バルブシート１１７に向けて押圧する）ために、第２のスプリング１３９が、第２のスプリングチャンバー１４１の中に設けられている。第２のスプリング１３９の下側端部は、第２のスプリングシート１４２によって支持されており、第２のスプリング１３９の上部端部は、ピストンガイド１３３の下側端部表面１４３に係合している。

【0041】

第１および第２のスプリングチャンバー１２１、１４１は、ノズル本体部１０３の中のそれぞれの第１および第２の同軸ボア１４５、１４７によって形成されている。第１のボア１４５は、第２のボア１４７よりも小さい直径を有しており、環状部１４９が、第１および第２のボア１４５、１４７の間に形成されている。環状部１４９は、上側表面１５０ａおよび下側表面１５０ｂを有している。環状部１４９の上側表面１５０ａは、ガイドスリーブ１１１のためのリフトストッパー１５１を形成している。流体経路１５３が、環状部１４９の中に設けられ、第１のスプリングチャンバー１２１と第２のスプリングチャンバー１４１との間の流体連通を維持している。

【0042】

高圧燃料供給ライン１５５は、燃料ポンプ（Ｐ）から、インジェクターノズル１０５、第１のスプリングチャンバー１２１、および第２のスプリングチャンバー１４１へ、高圧燃料を供給し、それらは、互いに流体連通している。また、燃料供給ライン１５５は、第１および第２の制御バルブ１５７、１５９に流体連通しており、第１および第２の制御バルブ１５７、１５９は、図４に概略的に示されているように、燃料インジェクター１０１の動作を制御するように構成されている。本実施形態では、第１および第２の制御バルブ１５７、１５９は、別々の電気機械的なソレノイドによって独立して作動させられ得る三方バルブである。ソレノイドのうちの一方または両方を通電することによって、インジェクターニードル１０７が下側バルブシート１１７から持ち上がり、燃焼室の中へ燃料を噴射するように、第１および第２の制御バルブ１５７、１５９は構成されている。しかし、ソレノイドのうちの１つまたは両方を非通電にすることによって、インジェクターニードル１０７が下側バルブシート１１７から持ち上がるように、第１および第２の制御バルブ１５７、１５９が構成され得るということが認識されることとなる。

【0043】

第１の制御チャンバー１６１は、ガイドスリーブ１１１に対するインジェクターニードル１０７の位置を制御するために、インジェクターニードル１０７とガイドスリーブ１１１との間に画定されている。第１の入口絞り部１６４を有する第１の入口オリフィス１６３が、ガイドスリーブ１１１の中に設けられ、燃料供給ライン１５５から（第２のスプリングチャンバー１４１を介して）第１の制御チャンバー１６１への流体経路を提供している。上側ニードルバルブ１２３は、第１の制御チャンバー１６１への流体経路を開閉する。上側ニードルバルブ１２３が、上側バルブシート１２５に着座させられているときには、流体経路は閉鎖されており、上側バルブシート１２５を通過する流体連通は遮断されている。逆に、上側ニードルバルブ１２３が着座していないときには、流体経路は開放されており、燃料供給ライン１５５と第１の制御チャンバー１６１との間の流体連通が許容されている。

【0044】

第１の制御ライン１６５（それは、第１の狭窄したオリフィス１６７を有している）は、第１の制御チャンバー１６１から第１の制御バルブ１５７への軸線方向の流体経路を形成している。第１の制御バルブ１５７は、第１の制御チャンバー１６１を、燃料供給ライン１５５または低圧燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に選択的に置くように構成されている。図４では、第１の制御バルブ１５７は、第１の制御チャンバー１６１が燃料供給ライン１５５に流体連通しており、したがって、完全に加圧されている状態で、図示されている。第１の制御チャンバー１６１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置くために第１の制御バルブ１５７を作動させることによって、第１の制御チャンバー１６１は減圧される。

【0045】

第２の制御チャンバー１７１は、ピストンガイド１３３に対するガイドスリーブ１１１の位置を制御するために、ガイドスリーブ１１１とピストンガイド１３３との間に画定されている。第２の入口絞り部１７４を有する第２の入口オリフィス１７３が、ピストンガイド１３３の中に設けられ、燃料供給ライン１５５から（第２のスプリングチャンバー１４１を介して）第２の制御チャンバー１７１へ流体経路を提供している。スリーブバルブ１３５は、第２の制御チャンバー１７１への流体経路を開閉する。スリーブバルブ１３５がガイドシート１３７に着座させられているときには、流体経路は閉鎖されており、燃料供給ライン１５５と第２の制御チャンバー１７１との間の流体連通は遮断されている。逆に、スリーブバルブ１３５が着座していないときには、流体経路は開放されており、燃料供給ライン１５５と第２の制御チャンバー１７１との間の流体連通が許容されている。

【0046】

第２の制御ライン１７５（それは、第２の狭窄したオリフィス１７７を有している）は、第２の制御チャンバー１７１から第２の制御バルブ１５９への角度的にオフセットされた流体経路を形成している。第２の制御バルブ１５９は、第２の制御チャンバー１７１を、燃料供給ライン１５５または低圧燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に選択的に置くように構成されている。第２の制御チャンバー１７１が燃料供給ライン１５５に流体連通しており、したがって、完全に加圧されている状態で、第２の制御バルブ１５９は、図４に図示されている。第２の制御チャンバー１７１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置くために第２の制御バルブ１５９を作動させることによって、第２の制御チャンバー１７１は減圧される。

【0047】

端部ガイド１７９が、ガイドスリーブ１１１の上部に設けられており、ガイドピストン１３３の中に形成されている端部ガイドボア１８１の中に配置されている。端部ガイド１７９は、端部ガイドボア１８１の中の緊密なクリアランスであり、端部ガイド１７９を通過する漏出を低減させる。第１の制御ライン１６５は、端部ガイド１７９に沿って軸線方向に延在している。

【0048】

本発明による燃料インジェクター１０１は、インジェクターニードル１０７およびガイドスリーブ１１１が互いに独立して移動することを可能にする。制御バルブ１５７、１５９は、インジェクターニードル１０７およびガイドスリーブ１１１を同時にまたは逐次的に変位させるように動作することが可能である。ここで、インジェクターニードル１０７およびガイドスリーブ１１１の制御が説明されることとなる。

【0049】

第１の制御バルブ１５７が、第１の制御チャンバー１６１を燃料供給ライン１５５に流体連通した状態に置くように作動させられると（そして、燃料戻りライン１６９との流体連通が遮断されると）、インジェクターノズル１０５および第１の制御チャンバー１６１の燃料圧力が均一になり、第１のスプリング１１９は、インジェクターニードル１０７を下向きに付勢し、下側ニードルバルブ１１５が下側バルブシート１１７に向けて変位させられるようになっている。

【0050】

第１の制御バルブ１５７が、第１の制御チャンバー１６１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置くように作動させられると（そして、燃料供給ライン１５５との流体連通が遮断されると）、第１の制御チャンバー１６１の中の燃料圧力は、インジェクターノズル１０５の中の燃料圧力よりも低く降下する。第１のスプリング１１９の付勢に打ち勝つ圧力が、インジェクターニードル１０７に加えられ、インジェクターニードル１０７が上向きに変位させられ、下側バルブシート１１７から下側ニードルバルブ１１５を持ち上げる。上側ニードルバルブ１２３は、上側バルブシート１２５に着座し、それによって、上側バルブシート１２５を通過する流体連通を防止する。

【0051】

第２の制御バルブ１５９が、第２の制御チャンバー１７１を燃料供給ライン１５５に流体連通した状態に置くように作動させられると（そして、燃料戻りライン１６９との流体連通が遮断されると）、第１の制御チャンバー１６１および第２の制御チャンバー１７１の中の燃料圧力が均一になり、第２のスプリング１３９は、リフトストッパー１５１に対してガイドスリーブ１１１を下向きに付勢する。インジェクターニードル１０７は、ガイドスリーブ１１１とともに下向きに変位させられる。

【0052】

第２の制御バルブ１５９が、第２の制御チャンバー１７１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置くように作動させられると（そして、燃料供給ライン１５５との流体連通が遮断されると）、第２の制御チャンバー１７１の中の燃料圧力は、第１の制御チャンバー１６１の中の燃料圧力よりも低く降下する。第２のスプリング１３９の付勢に打ち勝つ圧力が、ガイドスリーブ１１１に加えられ、ガイドスリーブ１１１が上向きに変位させられる。スリーブバルブ１３５は、ガイドシート１３７に着座し、それによって、ガイドシート１３７を通過する流体連通を防止する。インジェクターニードル１０７は、ガイドスリーブ１１１とともに移動し、下側ニードルバルブ１１５が、下側バルブシート１１７から持ち上がる。

【0053】

使用時に、第１および第２の制御バルブ１５７、１５９は、以下の動作モードを提供するように動作することが可能である。

【0054】

（ｉ）第１の制御バルブ１５７が作動させられ、第１の制御チャンバー１６１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードル１０７をガイドスリーブ１１１に対して変位させ、第２の制御バルブ１５９の作動がそれに続き、第２の制御チャンバー１７１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置き、ガイドスリーブ１１１をピストンガイド１３３に対して変位させるか、
（ｉｉ）第２の制御バルブ１５９が作動させられ、第２の制御チャンバー１７１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置き、ガイドスリーブ１１１をピストンガイド１３３に対して変位させ、第１の制御バルブ１５７の作動がそれに続き、第１の制御チャンバー１６１を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードル１０７をガイドスリーブ１１１に対して変位させるか、
（ｉｉｉ）第１および第２の制御バルブ１５７、１５９が同時に作動させられ、第１および第２の制御チャンバー１６１、１７１の両方を燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードル１０７およびガイドスリーブ１１１を一緒に変位させるか、または、
（ｉｖ）第１および第２の制御バルブ１５７、１５９のうちの１つだけが作動させられ、第１の制御チャンバー１６１または第２の制御チャンバー１７１のいずれかを燃料戻りライン１６９に流体連通した状態に置く（したがって、インジェクターニードル１０７の最大リフトが噴射事象の間に得られないようになっている）。

【0055】

上記の動作シーケンスの任意の組合せを実施することが可能である。そのうえ、動作シーケンスは、インジェクターノズル１０７を前進または後退させるために実施することが可能である。したがって、開放噴射率、定常状態噴射率、および閉鎖噴射率のうちの１つまたは複数を、燃料インジェクター１０１によって制御することが可能である。

【0056】

例として、本発明による燃料インジェクター１０１の制御された動作によって実施される２つの異なる噴射率形状が、図５ａおよび図５ｂに図示されている。図５ａは、「逆ブート噴射」を示しており、そこでは、燃料が、メイン噴射の終わりに、非常に低い率で噴射される（ここで、インジェクターニードル１０７は、小さい定常状態リフトになる）。典型的に、メイン噴射の終わった後の小さい噴射は、通常、「密接連結した（ｃｌｏｓｅ ｃｏｕｐｌｅｄ）ポスト噴射」で行われることとなるが、バルブ遅延に起因して、小さい分離を得ることは非常に困難である。ポスト噴射がメイン噴射に近づくときに通常起こることとなるものは、噴射が１つにブレンドし始めるので、それが、非常に不安定になることとなるということである。

【0057】

図５ｂは、どのように、本発明が、インジェクターニードル１０７の減衰率の変更を可能にするかということを図示している。第１および第２の制御バルブ１５７、１５９は、同時にまたは独立して作動させることが可能であり、それは、（ノズル本体部１０３に対する）インジェクターニードル１０７の速度を変更することが可能であることを意味し、したがって、噴射率減衰を増減させることが可能である。噴射率は、（図５ｂは、単に、メイン噴射の前部において異なる噴射率を示しているが、）噴射事象の始まりまたは終わりの両方において変化することが可能である。減衰率は、オリフィス幾何学形状を変化させることなく変更することが可能であり、したがって、噴射しながら、および、エンジン稼働の間に、変化することが可能である。

【0058】

第１および第２の制御バルブ１５７、１５９の動作モードは、インジェクターニードル１０７に関して、３つの異なる定常状態のリフト状態を提供する。すなわち、
リフト状態１ − 第１の制御バルブ１５７だけが開放されている。

【0059】

リフト状態２ − 第２の制御バルブ１５９だけが開放されている。

【0060】

リフト状態３ − 第１および第２の制御バルブ１５７、１５９の両方が開放されている。

【0061】

また、この制御柔軟性は、（再度、多数の選択肢／置換とともに、）噴射の閉鎖部分に適用することも可能である。この結果、多数の異なる噴射率プロファイルを作り出すことが可能である。異なる動作モードは、エンジンが作動している間に、選択することが可能である。また、噴射率形状は、噴射ごとに変化させることが可能であり、パイロット噴射、メイン噴射、およびポスト噴射の間で異なる噴射率形状を選択することが含まれる。

【0062】

本実施形態による燃料インジェクター１０１は、第１のスプリング１１９の取り付け配置を変化させるように修正することが可能である。図６に示されているように、第１のスプリング１１９の上部端部は、環状部１４９の下側表面１５０ｂと係合するように構成することが可能である。この構成により、燃料インジェクター１０１に関して異なる動作特性を提供することが可能である。注目すべきことには、第１のスプリング１１９によって提供される付勢力は、スリーブガイド１１１の位置に応じて変化することとなる。

【0063】

ノズル本体部の中のニードル先端部およびニードルシートの設計は、既存の設計（Ｈｅｍｉｓａｃ、Ｃｏｎｉｃａｌ ＳａｃおよびＶＣＯ−Ｖａｌｖｅ Ｃｏｖｅｒｓ Ｏｒｉｆｉｃｅ）の中で使用されるものと同様とすることが可能であり、または、出願人のＶＯＮ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｎｏｚｚｌｅ）設計などのような、より複雑な配置を適用することが可能である。ＶＯＮ設計は、ニードルリフトの部分の間に、２つの異なるセットのノズル孔部を開放する(uncover)ことを可能にする。例として、ＶＯＮ設計を組み込んでいる一対の燃料インジェクター１０１が、図７に図示されている。第１および第２のセットの軸線方向に変位したノズル孔部１０９ａ、１０９ｂが設けられており、それは、インジェクターニードル１０７のリフト位置に応じて逐次的に開放され得る。左側のインジェクターノズル１０５に示されているように、インジェクターニードル１０７が第１の（部分的な）リフト位置にあるときに、第１のセットのノズル孔部１０９ａだけが開放されている。右側のインジェクターノズル１０５に示されているように、インジェクターニードル１０７が第２の（完全な）リフト位置にあるときに、第１および第２のセットのノズル孔部１０９ａ、１０９ｂの両方が開放されている。ＶＯＮ設計は、出願人の欧州特許ＥＰ１６２６１７３Ｂ１および米国特許ＵＳ７，５９９，４８８Ｂ２においてより詳細に説明されており、これらの文献の内容は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれている。

【0064】

燃料インジェクター１０１を制御するために使用される第１および第２の制御バルブ１５７、１５９のタイプおよび設計は柔軟性があり、様々なバルブの組合せを利用することが可能である。燃料インジェクター１０１は、第１の制御バルブ１５７および／または第２の制御バルブ１５９に関して、２方向バルブを利用するように修正することが可能である。回路の中で２方向バルブを使用するときには、充填オリフィスの配置を修正する必要がある。というのは、第１の制御チャンバー１６１および／または第２の制御チャンバー１７１は、２方向バルブ（それは、燃料供給ライン１５５に接続されていない）から充填されることとはならないからである。むしろ、関連の制御チャンバー１６１、１７１の充填オリフィスは、燃料供給ライン１５５からの燃料を常に給送されることとなる。（上記に説明されているように）２つの３方向バルブを使用することは、常時充填の必要性を回避する。

【0065】

ここで、１つまたは複数の２方向制御バルブ１６１、１７１と併用して使用するための燃料インジェクター１０１の実施形態が、図８ａ〜図８ｃを参照して説明されることとなる。これらの実施形態は、第１の実施形態の修正版であり、同様の参照番号は、同様の構成要素に関して使用されることとなる。第１および第２の制御バルブ１５７、１５９は、第１および第２の制御チャンバー１６１、１７１が完全に加圧されている状態で、図８ａ〜図８ｃに図示されている。

【0066】

図８ａに示されているように、第２の実施形態では、第１の制御バルブ１５７は、２方向バルブであり、第２の制御バルブ１５９は、３方向バルブである。第１の制御バルブ１５７は、第１の制御チャンバー１６１から燃料戻りライン１６９への流体経路を選択的に開閉するように構成されている。第２の制御バルブ１５９は、本明細書で説明されている第１の実施形態から変更されていない。第１の制御バルブ１５７が開放されているときには、第１の制御チャンバー１６１は燃料戻りライン１６９に流体連通しており、第１の制御チャンバー１６１は減圧されている。逆に、第１の制御バルブ１５７が閉鎖されているときには、流体連通は遮断されている。インジェクターニードル１０７は、上側バルブシート１２５を通過する流体連通を確立するために、ニードルインジェクターボア１８３を提供するように修正されており、第１の制御バルブ１５７が閉鎖された後に第１の制御チャンバー１６１を再加圧することを可能にし、第１の制御チャンバー１６１と燃料戻りライン１６９との間の流体連通は遮断される。

【0067】

図８ｂに示されているように、第３の実施形態では、第１の制御バルブ１５７は、３方向バルブであり、第２の制御バルブ１５９は、２方向バルブである。第１の制御バルブ１５７は、本明細書で説明されている第１の実施形態から変更されていない。第２の制御バルブ１５９は、第２の制御チャンバー１７１から燃料戻りライン１６９への流体経路を選択的に開閉するように構成されている。第２の制御バルブ１５９が開放されているときには、第２の制御チャンバー１７１は、燃料戻りライン１６９に流体連通しており、第２の制御チャンバー１７１は減圧されている。逆に、第２の制御バルブ１５９が閉鎖されているときには、流体連通は遮断されている。ピストンガイド１３３は、ガイドシート１３７を通過する流体連通を確立するために、ピストンガイドボア１８５を提供するように修正されており、第２の制御バルブ１５９が閉鎖された後に第２の制御チャンバー１７１を再加圧することを可能にし、第２の制御チャンバー１７１と燃料戻りライン１６９との間の流体連通は遮断される。

【0068】

図８ｃに示されているように、第４の実施形態では、第１の制御バルブ１５７は、２方向バルブであり、第２の制御バルブ１５９は、２方向バルブである。第１の制御バルブ１５７は、第１の制御チャンバー１６１から燃料戻りライン１６９への流体経路を選択的に開閉するように構成されている。第２の制御バルブ１５９は、第２の制御チャンバー１７１から燃料戻りライン１６９への流体経路を選択的に開閉するように構成されている。インジェクターニードル１０７は、上側バルブシート１２５を通過する流体連通を確立するために、ニードルインジェクターボア１８３を提供するように修正されており、第１の制御バルブ１５７が閉鎖された後に第１の制御チャンバー１６１を再加圧することを可能にし、第１の制御チャンバー１６１と燃料戻りライン１６９との間の流体連通は遮断される。同様に、ピストンガイド１３３は、ガイドシート１３７を通過する流体連通を確立するために、ピストンガイドボア１８５を提供するように修正されており、第２の制御バルブ１５９が閉鎖された後に第２の制御チャンバー１７１を再加圧することを可能にし、第２の制御チャンバー１７１と燃料戻りライン１６９との間の流体連通は遮断される。

【0069】

燃料インジェクター１０１の第２、第３、および第４の実施形態の動作は、本明細書で説明されている第１の実施形態から変更されていない。

【0070】

ここで、本発明の第５の実施形態による燃料インジェクター２０１が、図９および図１０を参照して説明されることとなる。同様の参照番号は、同様の構成要素に関して使用されているが、明確性を支援するために１００ずつ増やされている。

【0071】

燃料インジェクター２０１は、ノズル本体部２０３と、インジェクターノズル２０５と、移動可能に取り付けられたインジェクターニードル２０７とを含む。インジェクターノズル２０５は、複数のノズル孔部２０９を含み、ノズル孔部２０９は、インジェクターニードル２０７によって選択的に開閉され、燃焼室（図示せず）の中へ燃料を噴射することが可能である。インジェクターニードル２０７の上側端部は、制御部材２１１と選択的に協働し、制御部材２１１は、ノズル本体部２０３の中に移動可能に取り付けられている。

【0072】

インジェクターニードル２０７は、ノズルガイド２３３に形成されている第１のガイドボア２１３の中で軸線方向に移動可能である。第１のガイドボア２１３は、インジェクターニードル２０７のガイド部分上の緊密なクリアランスである。下側ニードルバルブ２１５が、インジェクターノズル２０５に形成されている下側バルブシート２１７と協働するために、インジェクターニードル２０７の底部端部に形成されている。インジェクターニードル２０７を下向きの方向に付勢し、下側ニードルバルブ２１５を下側バルブシート２１７に向けて押圧するために、第１のスプリング２１９が、第１のスプリングチャンバー２２１の中に設けられている。制御部材２１１の下側表面によって画定されている上側バルブシート２２５と協働するために、上側ニードルシート２２３が、インジェクターニードル２０７の上部端部に形成されている。第１のスプリング２１９の下側端部は、第１のスプリングシート２２７上に支持されており、第１のスプリング２１９の上部端部は、ノズルガイド２３３の下側端部表面２２９に係合している。

【0073】

制御部材２１１は、ノズル本体部２０３の中に形成されている第２のガイドボア２３１の中で、軸線方向に移動可能である。第２のガイドボア２３１は、制御部材２１１のガイド部分上の緊密なクリアランスである。制御部材２１１は、ノズル本体部２０３に形成されているガイドシート２３７と協働するための制御部材バルブ２３５を含む。

【0074】

高圧燃料供給ライン２５５は、燃料ポンプ（Ｐ）から、インジェクターノズル２０５へ、および、第１のスプリングチャンバー２２１の中へ、高圧燃料を供給する。また、燃料供給ライン２５５は、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９に選択的に流体連通しており、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は、図１０Ａ〜図１０Ｃに概略的に示されているように、燃料インジェクター２０１の動作を制御するように構成されている。本実施形態では、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は、別々の電気機械的なソレノイドによって独立して作動させられ得る三方バルブである。ソレノイドのうちの一方または両方を通電することによって、インジェクターニードル２０７が下側バルブシート２１７から持ち上がり、燃焼室の中へ燃料が噴射されるように、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は構成されている。しかし、ソレノイドのうちの１つまたは両方を非通電にすることによって、インジェクターニードル２０７が下側バルブシート２１７から持ち上がるように、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９が構成され得るということが認識されることとなる。

【0075】

第１の制御チャンバー２６１は、インジェクターニードル２０７と制御部材２１１との間において、第１のガイドボア２１３の中に形成されている。第１の制御チャンバー２６１は、制御部材２１１に対するインジェクターニードル２０７の位置を制御するように構成されている。第１の入口絞り部２６４を有する第１の入口オリフィス２６３が、ノズル本体部２０３に設けられ、燃料供給ライン２５５から第１の制御チャンバー２６１への流体経路を提供している。第１の制御バルブ２５７は、高圧燃料供給ライン２５５から第１の制御チャンバー２６１へ燃料を供給するように、または、第１の制御チャンバー２６１から燃料戻りライン２６９へ燃料を排出するように、選択的に動作可能である。

【0076】

第２の制御チャンバー２７１は、制御部材２１１の上方において、ピストンガイド２３３の中に形成されている。第２の制御チャンバー２７１は、制御部材２１１の位置を制御するように構成されている。第２の入口絞り部２７４を有する第２の入口オリフィス２７３は、ピストンガイド２３３に設けられており、燃料供給ライン２５５から第２の制御チャンバー２７１への流体経路を提供している。第２の制御バルブ２５９は、高圧燃料供給ライン２５５から第２の制御チャンバー２７１へ燃料を供給するように、または、第２の制御チャンバー２７１から燃料戻りライン２６９へ燃料を排出するように、選択的に動作可能である。

【0077】

本発明の第５の実施形態による燃料インジェクター２０１は、インジェクターニードル２０７および制御部材２１１が互いに独立して移動することを可能にする。第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は、インジェクターニードル２０７および制御部材２１１が同時にまたは逐次的に変位させられるように動作することが可能である。ここで、インジェクターニードル２０７および制御部材２１１の制御が、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明されることとなる。第１および第２の制御チャンバー２６１、２７１の中の高圧燃料が、これらの概略図の中において、濃い黒色によって図示されている。

【0078】

図１０Ａを参照すると、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９が、第１および第２の制御チャンバー２６１、２７１を燃料供給ライン２５５に流体連通した状態に置くように作動させられると、第１および第２の制御チャンバー２６１、２７１の中の燃料圧力が、インジェクターノズル２０５の中の燃料圧力と均一になる。第１のスプリング２１９は、インジェクターニードル２０７を下向きに付勢し、下側ニードルバルブ２１５が、下側バルブシート２１７に向けて変位させられるようになっている。

【0079】

図１０Ｂを参照すると、第１の制御バルブ２５７が、第１の制御チャンバー２６１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置くように動作させられると、第１の制御チャンバー２６１の中の燃料圧力は、インジェクターノズル２０５の中の燃料圧力よりも低く降下する。第１のスプリング２１９の付勢に打ち勝つ圧力が、インジェクターニードル２０７に加えられ、インジェクターニードル２０７が上向きに変位させられ、下側バルブシート２１７から下側ニードルバルブ２１５を持ち上げる。インジェクターニードル２０７は、上側ニードルバルブ２２３が制御部材２１１に当接するまで持ち上がる。それによって、インジェクターニードル２０７は、制御部材２１１によって決定される第１のリフト位置へ変位させられる。

【0080】

本実施形態では、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は、両方とも３方向バルブであり、それらは、それぞれの第１および第２の制御チャンバー２６１、２７１を、燃料供給ライン２５５または燃料戻りライン２６９のいずれかに連通した状態に置くように、選択的に動作することが可能である。燃料インジェクター２０１は、それぞれの第１および第２の制御チャンバー２６１、２７１を燃料戻りライン２６９に連通した状態に置くように選択的に動作可能な別々のバルブを含むことが可能である。

【0081】

図１０Ｃを参照すると、第２の制御バルブ２５９が動作され、第２の制御チャンバー２７１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置くときには、第２の制御チャンバー２７１の中の燃料圧力が、インジェクターノズル２０５の中の燃料圧力よりも低く降下し、インジェクターニードル２０７および制御部材２１１が上向きに一緒に（すなわち、互いに同時に）変位させられる。それによって、インジェクターニードル２０７は、第２のリフト位置へ変位させられる。

【0082】

使用時に、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は、以下の動作モードを提供するように動作することが可能である。

【0083】

（ｉ）第１の制御チャンバー２６１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードル２０７を制御部材２１１に対して中間リフト位置へ変位させるように、第１の制御バルブ２５７が作動させられ、次いで、第２の制御チャンバー２７１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置き、制御部材２１１およびインジェクターニードル２０７を変位させ、それによって、インジェクターニードル２０７を完全なリフト位置へ変位させるように、第２の制御バルブ２５９が作動させられるか、
（ｉｉ）第２の制御チャンバー２７１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置き、制御部材２１１をピストンガイド２３３に対して中間リフト位置へ変位させるように、第２の制御バルブ２５９が作動させられ、次いで、第１の制御チャンバー２６１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードル２０７を、インジェクターニードル２０７が制御部材２１１に当接する完全なリフト位置へ変位させるように、第１の制御バルブ２５７が作動させられるか、
（ｉｉｉ）第１および第２の制御チャンバー２６１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードル２０７および制御部材２１１を完全なリフト位置へ一緒に変位させるように、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９が同時に作動させられるか、または、
（ｉｖ）第１の制御バルブ２５７だけが作動させられ、これにより、第１の制御チャンバー２６１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置き、インジェクターニードルを中間リフト位置へ変位させる（したがって、インジェクターニードル２０７の最大リフトが噴射事象の間に得られないようになっている）。

【0084】

上記の動作シーケンスの任意の組合せを実施することが可能である。そのうえ、動作シーケンスは、インジェクターノズル２０７を前進または後退させるために実施することが可能である。したがって、開放時噴射率、定常状態噴射率、および閉鎖時噴射率のうちの１つまたは複数を、燃料インジェクター２０１によって制御することが可能である。

【0085】

燃料インジェクター２０１は、３方向バルブである第１および第２の制御バルブ２５７、２５９を参照して説明されてきた。代替的な構成では、第１および第２の制御バルブ２５７、２５９のうちの一方または両方を２方向バルブとすることが可能である。例えば、第１の入口ボアを、一定の圧力燃料給送を第１の制御チャンバー２６１へ供給するために設けることが可能であり、および／または、第２の入口ボアを、一定の圧力燃料給送を第２の制御チャンバー２７１へ供給するために設けることが可能である。この構成では、第１および／または第２の制御チャンバー２６１、２７１からの出口オリフィスは、それぞれの入口オリフィス２６３、２７３よりも大きくするべきである。第１の制御バルブ２５７および／または第２の制御バルブ２５９を２方向バルブとし、それぞれの第１および第２の制御チャンバー２６１、２７１の中の圧力を制御することが可能である。

【0086】

本発明の第１の実施形態による燃料インジェクター１０１の典型的な噴射チャートが図１１Ａに示されており、本発明の第５の実施形態による燃料インジェクター２０１に関する典型的な噴射チャートが、図１１Ｂに示されている。

【0087】

図１１Ａを参照すると、インジェクターニードル１０７は、３つのリフト位置（第１の中間リフト位置、第２の中間リフト位置、および完全なリフト位置）へ変位させることが可能である。インジェクターニードル１０７およびガイドスリーブ１１１は、異なるリフト範囲を画定するように構成することが可能であり、それによって、インジェクターニードル１０７が第１または第２の中間リフト位置へ持ち上げられることを可能にする。インジェクターニードル１０７は、インジェクターニードル１０７およびガイドスリーブ１１１を持ち上げるように第１および第２の制御バルブ１５７、１５９が動作させられるシーケンスを制御することによって、第１の中間リフト位置または第２の中間リフト位置のいずれかへ変位させることが可能である。

【0088】

図１１Ｂを参照すると、インジェクターニードル２０７は、２つのリフト位置（第１の中間リフト位置および完全なリフト位置）へ変位させることが可能である。第１の中間リフト位置は、制御部材２１１の構成によって決定され、制御部材２１１は、インジェクターニードル１０７のための停止位置を画定している。第１の制御チャンバー２６１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置くために第１の制御バルブ２５７を作動させることによって、インジェクターニードル２０７は、前記第１の中間リフト位置へ変位させることが可能である。それに続いて、第２の制御チャンバー２７１を燃料戻りライン２６９に流体連通した状態に置くために第２の制御バルブ２５９を作動させることによって、インジェクターニードル２０７を完全なリフト位置へ変位させることが可能である。第１および第２の制御バルブ２５７、２５９は、逐次的にまたは同時に作動させることが可能である。

【0089】

本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形および修正を、本明細書で説明されている実施形態に対して行うことが可能であるということが認識されることとなる。例えば、第１および第２の制御バルブ１６１、１７１を動作させるためのアクチュエーターは、圧電スタックを含むことが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】