JP2002515561A

JP2002515561A - 燃料噴射器

Info

Publication number: JP2002515561A
Application number: JP2000549847A
Authority: JP
Inventors: ニンレイ; シリンヤング
Original assignee: インターナショナルトラックアンドエンジンコーポレイション
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2002-05-28
Also published as: AU4086099A; WO1999060261A1; US6085726A; DE19983140T1; GB2353329B; GB2353329A; GB0028492D0

Abstract

(57)【要約】内燃機関の燃焼チャンバに相当量の燃料を送るための、増圧された液圧作動の電子制御のユニット噴射器８であって、パイロット噴射即ち、噴射供給のレートシェーピングを提供する。燃料噴射イベント制御器６は、チャンバ４０をシールするための液圧ロック弁３９を有する。それによって、燃料噴射ノズルニードル弁１８の開度に関連するシールピン３６の直線的動きに制限を加える。ノズル供給通路３４内の増圧された燃料圧力が、液圧ロック弁３９の異なる面積５０、５４によって強められて、通路５２内にある液圧作動圧力に打ち勝つと、液圧ロック弁が動いて、チャンバ４０内の圧力を解放し、それによって、シールピン３６とニードル弁１８の動きを許容する。噴射供給のレートシェーピングを実現する方法、及び２段階噴射イベントを提供する方法も含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本発明は内燃機関に関し、特に、燃料噴射イベント制御機能を持つ燃料噴射器
に関する。

【０００２】

【発明の背景】

液圧駆動のユニット燃料噴射器は従来よく知られた技術であって、米国特許第
5,181,494号、同第5,460,329号、同第5,682,858号には、異なる制御弁を有する
３種類のものが開示されている。これらの噴射器はそれぞれ、電子制御される制
御弁を伴い、この制御弁は、液圧増圧ピストンを操作するために、エンジン潤滑
油等の液圧作動流体で操作される。燃料は、比較的低い圧力で、増圧ピストンの
高圧側に導入され、増圧ピストンによって、比較的極めて高い圧力へ昇圧したと
きに、噴射器の噴射ノズル部へ供給される。前記極めて高い圧力の燃料によって
、ニードル弁又は逆止弁が、弁ばねの閉じようとする力に抗して、弁座から噴射
オリフィスを開く方向に動き、それによって、エンジンシリンダ内へ所定量の燃
料が噴射される。

【０００３】一般に、液圧による作動圧力が可変である一方で、噴射される燃料の量は、増
圧ピストンに圧力をかけている時間の長さによって制御される。米国特許第5,68
2,858号において、液圧作動流体は、ニードル逆止弁の上側にもときどき作用し
、その開閉を制御して、それによってニードル逆止弁を直接制御する。

【０００４】ディーゼル排気を最適化してエンジン燃焼騒音を低減するために考慮すべき重
要なことの一つは、燃料噴射曲線の形状及び／又は燃料圧力対噴射持続時間を制
御できるかということである。これは、従来、レートシェーピング(rate shapin
g)として知られている。米国特許第5,181,494号、同第5,460,329号、同第5,682,
858号に、レートシェーピングの種々の方法が記載されている。

【０００５】レートシェーピングを通じて、燃料噴射曲線は、噴射イベントの初期には少量
の燃料を供給し、単一燃料噴射イベントを制御し、即ち単一ショット噴射とし、
又は、一つの小さなパイロット噴射とその直後の大量の噴射とを有する分離ショ
ット噴射を起こさせることもできる。分離噴射を行なうことは、ある条件の下で
は、全体のエンジン排気を低減させるために、又、ディーゼル騒音レベルを低減
させるために大きな効果がありうると信じられている。しかし、この少量のパイ
ロット噴射は、一つの噴射イベントサイクルから次のイベントサイクルまで、著
しい可変性を導入すること無しには、達成が極めて困難だということが判明した
。一つの噴射器から次の噴射器へのパイロット噴射量の違いは、燃料噴射器内の
ニードル逆止弁と制御弁の機械的誤差及び部分的動きの故に、存在する。この違
いは、噴射器が高い作動圧力にあるときに拡大される。又、高速でエンジンを運
転することによっても、パイロット噴射の違いが拡大される。

【０００６】パイロット噴射の困難性の主な原因は、噴射器が、全負荷エンジン運転のため
に供給される大量の燃料に十分な大きさのオリフィスを持った構造でなければな
らない一方で、全負荷の量の１％程度の少量のパイロット噴射も利用できるよう
にしなければならないことである。このフルサイズ噴射器を極めて少量の噴射に
使用すると、パイロット流量のための開度と全負荷運転のために必要な開度の間
のオリフィスの大きさの違いが大きく、従って、制御性が比較的悪くなる。高い
噴射圧力の下で少流量を流すためには、全開のニードル弁はあまりに大きな流量
が流せるので、極めて小さなオリフィスサイズにするために、ニードルリフトを
繰り返し制御し、それによってパイロット噴射の間に供給される燃料の量を大幅
に制限することが望ましい。

【０００７】高速高負荷のエンジン状態、即ち大量の燃料のエンジン状態で、単一ショット
、レートシェープされた噴射は、分離噴射に比べて好ましいかもしれない。他方
、少量の燃料が要求されるエンジン動作最下端では分離ショット又はパイロット
噴射が好ましいかもしれない。

【０００８】

【発明の概要】

この発明は、実効ノズルオリフィス放出流路面積の全量を制御する２段階ニー
ドル開度プロフィルを有する噴射ノズルを提供する。ニードルリフトの第１段階
は、分離ショット噴射のための安定で制御可能なパイロット噴射を提供するため
に、又は、単一ショット噴射のためのレートシェープされた噴射プロフィルを提
供するために、極めて小さくなっている。更に本発明は、単一噴射モードでのレートシェープされた噴射を許容する一方
で、分離噴射が望まれているときには、安定的な制御可能なパイロット噴射を達
成する。

【０００９】本発明の他の特徴点は次のものを含む。（ａ）高い動作圧力で少量の燃料供給は、本発明によって提供される制御され
たニードル弁の動作の結果として割れて開く(cracked-open)オリフィスを通じて
達成できる。この割れて開くオリフィスは、イベント制御器によって与えられる
制限されたニードル開度を通じて、うまく制御することができる。その結果得ら
れる少量の燃料供給量は、安定であって且つ制御可能である。（ｂ）２段階可変ニードル弁開圧力又は２段階ニードルリフトが与えられる。
ニードル弁はまず、ニードルの大きさ及び弁ばねの設計に依存する固定圧力レベ
ルで、開く。第２段階開圧力は、エンジン運転条件によって変わる。それは、動
作圧力レベルが、運転条件に依存してエンジン制御マイクロプロセッサによって
変わるからである。本発明のイベント制御器の構成は、噴射レートシェープとエ
ンジン運転状態との関係を定義する。イベント制御器ロック弁の複数の端部の面
積比が小さく且つ作用圧力が低い場合は、イベント制御器は、ニードル弁が開く
よりも早く開き、液圧ロック現象は起こらない。

【００１０】（ｃ）本発明のイベント制御器のロック弁を、噴射圧力通路とレール圧力通路
との間のポジションに置くことによって、イベント制御器の開放の時期は、噴射
圧力と作動圧力との比に依存する。ニードル弁の弁開圧力（ＶＯＰ）は固定値で
はなく、エンジン状態に応じて最適化される。これは、ニードル弁第２段階ＶＯ
Ｐが、所望の圧力比レベルに調整されうるからである。ニードル弁のフルリフト
、従って又、全量燃料噴射供給は、噴射圧力が動作圧力に対する望ましい比を超
えているときだけ得られる。噴射圧力が目標値よりも低い場合は、ニードルリフ
トは著しく制限される。（ｄ）本発明を取り入れた噴射器は、極めて高い作動圧力で、少量の噴射を行
なうことができる。他の燃料噴射システムでは、噴射圧力が高くなるにつれて、
少量のパイロット噴射が困難になることが極めて一般的である。本発明は、他の
エンジン状態での特性を犠牲にすること無しに、少量の制御可能なパイロット噴
射を提供する。

【００１１】（ｅ）本発明は、２段階ニードル弁リフトの特性を提供し、それによって、自
然に、緩やかな初期噴射レートを生成する。このことは、高速エンジン運転には
重要な特徴である。そのような運転状態では、分離噴射よりもレートシェープさ
れた単一ショット噴射の方が効率が良くなりうるからである。イベント制御器の
面積比は、具体的なエンジン特性基準に適合するように、簡単に校正される。（ｆ）本発明のイベント制御器によれば、噴射サイクルの初期部分だけが影響
される。即ち、所望により、噴射サイクルにはイベント制御器の構造による影響
がない。イベント制御器は、初期ニードル弁リフトを制限して減速するだけで、
主噴射イベントの間はニードル弁を制御しない。

【００１２】（ｇ）イベント制御器の流体の流れ及びロック弁動作はともに比較的小さい。
イベント制御器のロック弁の小さな開きは、ニードル弁オリフィスの開放を制限
するニードル弁の液圧ロックを解放するのには充分である。（ｈ）本発明のイベント制御器は、２段階ニードル弁リフトを許容する。しか
し、従来の２個のばねを使ったニードル弁とは異なり、本発明は、可変の第２の
液圧ばねと同等のものを提供する。従来技術とは異なり、このばねは、主噴射の
間は実質的に消滅するので、主噴射イベントの間にニードル弁動作に影響するよ
うな第２段階の液圧ばねは存在しない。即ちこれは初期噴射レートにだけ影響を
与える。

【００１３】本発明は、燃料噴射ノズルのための燃料噴射イベント制御器である。燃料噴射
イベント制御器は、燃料噴射ノズルニードル弁の直線的開動作を選択的に制限す
るように配置された液圧ロック装置を含むものであって、上記ニードル弁は、内
燃機関の燃焼チャンバにある量の燃料を供給する。本発明は更に、噴射供給のレ
ートシェーピングを実現する方法と、２段階噴射イベントを行なう方法とを含ん
でいる。

【００１４】

【実施の形態の説明】

図１は、米国特許第5,460,329号（これは引用として本明細書に含まれる）に
開示されたのと同じ形式の液圧駆動の電子制御噴射ユニット８を示す。噴射ユニ
ット８は改良され、本発明の燃料噴射イベント制御器を含んでいる。噴射ユニッ
ト８の噴射器本体１０は、噴射制御弁１２と、増圧器１４と、噴射ノズル部２０
内に配置され、ばね荷重を受けた差圧制御ニードル弁１８とを有する。噴射ノズ
ル部２０は、その先端部内に一つ又は複数の噴射オリフィス２２を有する。

【００１５】比較的高圧の作動液、好ましくはエンジン潤滑油が、図１に模式的に示すエン
ジン駆動の外部ポンプ２５から制御弁入口２４に供給される。外部ポンプ２５は
、例えば独立に制御されて、エンジンがどんな状態にあっても所望の圧力レベル
に加圧できるようになっている。その内燃機関に関連付けられた閉ループ内で捕
獲された他の液体、例えばトランスミッション油やブレーキ流体を使用すること
も可能である。噴射ユニット８に供給される潤滑油の加圧レベルは、潤滑油が潤
滑の目的でエンジン内を循環する圧力よりも十分に高いことが好ましい。高圧潤
滑油は、図１に模式的に示す高圧レール２７を通じて供給される。

【００１６】噴射制御弁１２は、電子的に駆動してもよい。噴射制御弁１２は、各噴射イベ
ントごとに、増圧チャンバ２６を駆動液で充填したり、チャンバ２６から駆動液
を排出することを、選択的に制御する。チャンバ２６は、増圧器１４の増圧ピス
トン１５の上面２９と、流体的に通じている。増圧器１４の下端にはプランジャ
２８があって、プランジャ２８は、増圧ピストン１５の上面２９の面積よりもか
なり小さな加圧領域３３を有する。上面２９と領域３３の面積比が増圧係数であ
る。増圧器１４の加圧領域３３は、燃焼チャンバ内に噴射される燃料と流体的に
通じている。

【００１７】とりあえず、本発明のイベント制御器１６を無視すると、ピストン１５の上面
２９に作用する高圧駆動流体は、上述のように、プランジャ２８によって、選択
された増圧係数だけ燃料の圧力を増大させる。プランジャ２８の加圧領域３３は
、燃料チャンバ３０内に導入された燃料の選択されたボリュームに晒される。燃
料は、図１に模式的に示すエンジン駆動の外部ポンプ３１によって、逆止弁３２
を介して燃料チャンバ３０に供給される。このようにして、制御弁１２によって
、圧力作動流体を増圧チャンバ２６に供給できるようになるとき、圧力作動流体
は増圧ピストン１５の上面２９に作用する。増圧ピストン１５の上面２９で生ず
る力は、プランジャ２８を下方へ駆動する。燃料噴射圧力は、チャンバ３０内の
燃料に作用する増圧器１４の圧縮領域３３の圧縮作用によって増幅される。高圧
力の（増圧された）燃料は、通路３４を通じて、噴射ノズル部２０のノズルオリ
フィス２２に供給される。

【００１８】高圧燃料は、ニードル弁１８に上向きに、オリフィス２２を開く方向に作用し
、それによって、内燃機関の燃焼チャンバ（図示せず）への、高噴射圧力燃料の
放出を制御する。本発明のイベント制御器１６を備えていない従来の噴射器では
、燃料圧力が確立したときに、ニードル弁１８の表面３５に上向きに作用する燃
料圧力が、弁ばね１９の付勢に抗してニードル弁１８を持ち上げ、それによって
、ニードル弁１８を開き、燃料がノズル噴出オリフィス２２から放出される。

【００１９】本発明は、図１〜３に示すように、前述の噴射器８に燃料噴射イベント制御器
１６を組み込んだものである。後述するように、燃料噴射イベント制御器１６は
、燃料噴射イベントのレートシェーピング制御、レート制御、及びニードル弁動
作制御を行なう。イベント制御器１６は一般に、シールピン３６と、ロッキング
チャンバ４０と、ロック弁３９とを有する。ニードル弁１８は上方にシールピン
３６まで延びている。シールピン３６は、弁本体１０の穴３８の中で近接したシ
ール適合となるように、スライド可能に受容される。穴３８は、シールピン３６
の上端部に形成されたロッキングチャンバ４０の中に開口している。ロッキング
チャンバ４０には、外部燃料供給ポンプ３１から、逆止弁４２を介して通路４１
を通じて、燃料が供給される。ニードルバック・ドレンバック通路４４は、ロッ
キングチャンバ４０からドレン孔４５に延びている。ドレン孔４５を通って流れ
た燃料は燃料貯槽（図示せず）へ戻る。そのような燃料は常に、エンジン燃料ポ
ンプの供給圧力、約５０〜６０ｐｓｉにある。

【００２０】液圧ロック弁３９は、ドレン通路４４を遮ってシールするように配置され、ロ
ック位置とアンロック位置の間を移動できるように液圧で駆動され、それによっ
て、ドレン通路４４への孔４３を開いたり閉じたりする。ロック弁３９が開（ア
ンロック）状態にあるとき、孔４３は、ロッキングチャンバ４０からドレン孔４
５へのドレン通路４４を開く。

【００２１】図２及び３から最もよくわかるように、本発明の液圧ロック弁３９は、ピスト
ンの形をしていて、第１の端部には大きなピストン４６を持ち、これと反対の第
２の端部には小さなピストン４８を持ち、ロック弁３９の二つの端部の間に表面
積の相違を与えるようになっている。大きい方の端部ピストン表面５０は、高圧
レール２７及び作動流体通路５２を通じて、高圧液圧作動流体ポンプ２５からの
圧力に連続的に晒されている。表面５０への作動流体圧力によって生じる力は、
一つのエンジン動作条件については一定であって、一つの噴射イベントの間は変
化しない。それは、高圧レール２７での圧力が、好ましくは、エンジンに影響す
る多数の異なる検出パラメータを使用して、一つの独立の制御器によって調整さ
れ制御されるからである。高圧レール２７での圧力は変化はするが、与えられた
一つのエンジン運転状態については一定である。

【００２２】ロック弁３９の小さい方の端部表面５４は、燃料をノズル２０にも搬送する噴
出通路３４内の、増圧された高燃料噴射圧力に晒されている。表面５４にかかる
増圧された高燃料噴射圧力によって発生する力は、一つの噴射イベントの間、増
圧器１４によってかけられる圧縮力に応じて、噴射圧力が増えたり減ったりする
のに伴って変化する。しかし、増圧器１４の増圧率（好ましくは約７：１）が、
二つの端部表面５０、５４の面積比（好ましくは約４：１）よりも大きいので、
端部表面５４上の力が端部表面５０上の力を超えるとき、噴射サイクルの間のロ
ック弁３９の差圧によって、ロック弁３９は、図１及び図２に示す閉（ロック）
ポジションから、図３に示す開（アンロック）ポジションに動かされる。

【００２３】ロック弁３９が図１及び図２に示すように閉ポジションにあるとき、小さなデ
ッドボリュームの燃料がロッキングチャンバ４０内にトラップされる。ロッキン
グチャンバ４０のボリュームは、ロック弁３９が閉ポジションにあってニードル
バックドレン通路４４を閉鎖しているときは、ニードル弁１８の上端でピン３６
によって、又、逆止弁４２によって、更にロック弁３９によって、シールされる
。

【００２４】ロック弁３９が閉ポジションにある場合は、増圧器１４によって燃料噴射圧力
が上昇したときに、チャンバ４０内にトラップされた燃料が圧縮されて、ニード
ル弁１８が開放される。ディーゼル燃料は一般に非圧縮性と考えられるので、ニ
ードル弁１８が弁座から上がってオリフィス２２を開くのを防ぐように、ニード
ル弁が油圧ロック状態にあるように見える。しかし、ニードル弁１８に21,000ｐ
ｓｉもの極めて高い燃料噴射圧力がかかっている状態では、チャンバ４０内にト
ラップされているディーゼル燃料に若干の圧縮性が生じ、チャンバ４０からの燃
料の若干の漏洩も生ずる。これによって、ロック弁３９を開くことなしに、極め
て限られた量のニードルリフトが可能となり、それによって、ニードル弁オリフ
ィス２２を僅かに開くことができる。漏洩を完全に無くすことは実際的でないが
、所望のニードルリフト量を与えるために所望の漏洩量を設計することは可能で
ある。チャンバ４０からニードルバックドレン通路４４への燃料漏洩の所望の量
を許容するべく小さなチャネルを形成することができる。

【００２５】分離されたショット噴射において、このオリフィス２２の限定された開口によ
って、オリフィス２２が全開のときの主燃料噴射の最大量の１％オーダの少量パ
イロット噴射が可能になる。単一ショット噴射において、これにより、主噴射イ
ベントが噴射のレートの形状になる前の初期噴射フェーズ（約200〜500μ秒）の
間、少量の燃料を噴射することができる。

【００２６】通路３４での燃料噴射圧力が十分に高くなって、表面５４にかかる力が、作動
流体通路５２から表面５０に作用する力に打ち勝ったとき、ロック弁３９は、図
３に示すように、開（アンロック）ポジションに動く。その結果、ロック弁３９
の小さい端部に切り込まれたスプール溝５６が、孔４３と交差し、ロッキングチ
ャンバ４０内にトラップされた燃料をドレン通路４４に接続する。次いで、ロッ
キングチャンバ４０内にトラップされた燃料は、低圧燃料供給系３１へと流れる
。ロック弁３９が開いているとき、ニードル弁１８の液圧によるロックが解放さ
れ、ニードル弁１８は、ばね１９の付勢に抗して全リフトポジションまで急速に
上昇し、オリフィス２２を全開にし、オリフィス２２からの大量主燃料噴射を許
容する。

【００２７】ロック弁３９が、図３に示す開（アンロック）ポジションに向かって動いてい
くとき、ドレン孔４３は直ちには開かない。それは、ドレン孔４３が、スプール
溝５６から僅かな距離だけオフセットしていて、ロック弁３９の行程がオフセッ
ト距離よりも大きくなるまで、ドレン孔４３が開かないからである。このオフセ
ット距離によって、ロッキングチャンバ４０からのドレン行程を遅らせ、それに
よって、より大きなレートシェープ効果を作り出す。更に、弁３９が、ロックチ
ャンバ４０とドレン孔４３の間のシールを提供するので、オフセット距離と弁３
９の適合許容隙間が、ロック弁３９の小さい端部スプール４８の周りで生じうる
漏洩の量を決定する。上に示唆したように、レートシェーピングにとって、幾分
かの漏洩は望ましい。漏洩によって、ロックチャンバ４０内の燃料の体積が次第
に減少し、初期のオリフィス２２開の後で、且つ、ニードル弁１８のオリフィス
２２からの主噴射の前に、ニードル弁１８のリフトが、徐々にではあるが僅かに
増大する。少しずつ漏洩することによって、噴射イベントのパイロット噴射フェ
ーズの間に、燃料噴射率が上昇する。

【００２８】ニードル弁１８の表面３５の上の燃料噴射圧力による力と、ばね１９の対抗荷
重とによって、弁開圧力（ＶＯＰ）の第１の段階が定義される。これは、従来の
ニードルＶＯＰ設定と同じである。ロック弁３９が開く燃料噴射圧力レベルは、
第２段階弁開圧力と呼ばれる。一つの与えられたロック弁３９構造について、第
２段階のＶＯＰは、作動圧力レベルに応じて変わる。液圧駆動圧力レベルは外部
から制御され、エンジン動作状態に応じて変化するので、第２段階ＶＯＰは、エ
ンジン動作状態の関数である。ロック弁３９の構造は、特定のエンジンについて
、パイロット噴射の適当な継続時間又は、適当なレートシェーピングの量を提供
するべく、経験的に調整してもよい。そのような調整には、例えば次のものが含
まれる。即ち、領域５０及び５４の面積比を変えること、小さい端部スプール４
８の隙間を調整して、小さい端部スプール４８における漏洩に影響するように漏
洩チャネル（より多くの燃料漏洩を許容する、より大きな隙間）を形成すること
、ドレン孔４３のスプール溝５６からのオフセット距離を調整すること（ロック
弁が開き始めるときと液圧によるロックが壊れるときの間の時間をより長くする
ためには、より大きな距離が必要である）、穴３８の漏洩量を調整すること、ロ
ックチャンバ４０内の圧力によってシールピン３６にかかる力のレベルを種々に
与えるべく、シールピン３６及び穴３８の直径を調整すること、そして、ニード
ル弁ばね１９の荷重を変えることによって第１段階ＶＯＰのレベルを変化させる
こと、が含まれる。

【００２９】

【動作の説明】

（１）レートシェーピング構造を有する単一ショット噴射ここに説明する動作は、図４ａ及び４ｂのグラフに示されている。噴射イベン
トにおいて、噴射制御弁１２をオンにする前に、増圧器１４は、大気圧まで排気
され、図１に示すように、その最も上のポジションにある。ニードル弁１８は、
弁ばね１９の付勢の下で閉じられ、ノズルチャンバ２１内の燃料は、その最低燃
料圧力レベルにある。即ち、ポンプ３１によって与えられる供給ポンプ圧力が、
燃料レール５７に、そして、逆止弁３２を通って与えられる。作動流体通路５２
から表面５０にかかる液圧が、表面５４にかかる力よりも大きが故に、ロック弁
３９は、閉（ロック）ポジションにある。ドレン通路４４がじられ、トラップさ
れた燃料は、ロッキング弁３９によって、最小燃料圧力でロッキングチャンバ４
０内に密封される。

【００３０】噴射制御弁１２が開くとき、高圧作動液がチャンバ２６内に流入して増圧器１
４を押す。この圧力が、増圧ピストン１５を下方に動かし、燃料圧力を増圧係数
倍に増大させる力を生じさせる。図４ａ〜図４ｄのＡ点を参照されたい。このよ
うにして、燃料噴射圧力は、通路３４内とノズルチャンバ２１で飛躍的に増大す
る。この段階では、表面５４に作用する噴射圧力が表面５０に作用する力に比較
して小さいので、ロック弁３９は、閉ポジションのままである。従って、ロッキ
ングチャンバ４０内のニードル１８の後ろにトラップされた燃料は、実質的に液
圧でロックされた状態にある。燃料圧力が上昇したとき、燃料噴射圧力が、ニー
ドル弁ばね１９の荷重によって決定される第１段階の弁開圧力レベルに達すると
、ニードル弁１８がオリフィス２２を僅かに開く。但し、チャンバ４０内に捕獲
された燃料が比較的圧縮性に乏しいので、極めて限られたリフトにすぎない。こ
のリフトによって、オリフィス２２がごく僅かだけ開く。オリフィス２２を通じ
て燃料の噴射が開始されるが、ノズル２０でのオリフィス２２の実効流路面積が
限られているので、又、ニードル弁１８のリフトが限られていることから、極め
て小さな噴射量となる。

【００３１】燃料噴射圧力は連続的に上昇してきて、最終的に燃料噴射圧力は第２段階弁開
圧力レベルに達する。その圧力のときに、ロックポジションからアンロックポジ
ションへ移行することによって、ロック弁３９が開く。図４ａ〜図４ｄのＢ点を
参照されたい。このとき、ロック弁３９の高圧燃料通路側（表面５４）の液圧に
よる力は、作動圧力側（表面５０）の液圧による力よりも大きい。従って、ロッ
ク弁３９は開（アンロック）となり、ニードル弁１８の後方のロッキング液圧力
が解放される。次いで、ニードル弁１８が水力学的な抵抗無しに端部まで上がり
（それによってばね１９を圧縮し）、エンジン制御器による指令により、全量燃
料噴射が燃焼チャンバに与えられる。

【００３２】噴射が終了するとき、制御弁１２が閉じ、増圧器１４の上部の作動圧力が環境
にドレンされ、それによって、増圧ピストン１５及びプランジャ２８が、それぞ
れの最上ポジションに戻る。噴射圧力は減衰し、表面５０に作用する力によって
、ロック弁３９は閉（ロック）位置に戻る。ばね１９の付勢の下で、ニードル弁
１８は、着座した閉ポジションに戻る。ロック弁１９が閉じている間に、ニード
ル弁１８の後方の一方向逆止弁４２は、ロッキングチャンバ４０が再充填される
まで開いており、一方、逆止弁３２は、主燃料空洞３０が再充填されるまで開い
ている。

【００３３】（２）分離パイロット噴射動作分離噴射は、ディジタル噴射制御弁１２を２回開閉することによって達成され
る。即ち、パルス幅制御された独立の単一噴射イベントが、エンジンの各点火行
程向けに、極めて短い時間間隔で連続して２回起きる。パイロット噴射を生成す
るべく最小パルス幅の信号が噴射制御弁１２に与えられたとき、ニードル弁１８
は、第１段階ＶＯＰでは最小限だけ開き、パイロット噴射が生成される。しかし
、パイロットパルス幅は短いので、ロック弁３９を開くのに十分なほどの燃料圧
力上昇に十分な時間がない。ロック弁３９は全く開かないので、ニードル弁１８
のリフトは、第１段階（パイロット）噴射にのみ限られる。従って、極めて高い
噴射圧力条件の下であっても、小さなパイロット噴射を達成することができる。
パイロット噴射の間、ニードル弁１８のリフトが極めて小さな量に限られている
ので、ニードル弁１８の往復行程時間は、ロック弁３９がない場合に比べてはる
かに短くなる。従って、パイロット噴射の終了と、パイロット噴射及び主噴射の
間の滞留時間は、極めて明瞭で且つシャープである。主噴射のためのパルス幅信
号が与えられたとき、ニードル弁１８が再び開く。しかし、ニードル弁１８は、
パイロット噴射として、上述のようにレートシェープされた初期噴射を提供し、
その後、ロック弁３９が開いた後は、急増して残りの主噴射になる。

【００３４】図４は、この噴射システムで予想される特性を示す。特性を変えるために、イ
ベント制御器の構成とニードルシールピンの隙間を変えることができる。噴射レ
ート軌跡から、ゆっくりした初期の噴射のレートの後に、比較的速い上昇の主噴
射があることがわかる。ニードルの動きは、典型的な２段階プロフィルを有する
。以上述べた発明の概念及びスコープ内での変形も同様に理解することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイベント制御器を含む燃料噴射器の断面図である。

【図２】ロックポジションにおけるイベント制御器の拡大断面図である。

【図３】アンロックポジションにおけるイベント制御器の拡大断面図である。

【図４ａ】全噴射イベントについての、時間に対する制御弁信号のグラフである。

【図４ｂ】図４ａの制御弁信号に対応する、時間に対するニードル弁動作のグラフである
。

【図４ｃ】図４ａの制御弁信号に対応する、時間に対する噴射圧力のグラフである。

【図４ｄ】図４ａの制御弁信号に対応する、時間に対する噴射流量のグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC08 AD12 BA13 BA22 CA01T CA08 CA09 CA33 CC06T CC08T CC14 CC67 CC68T CC69 CD26 CD29 CE12 CE13 CE22 CE35 DA08 DA09 DA14 DB07 DB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射ノズルのための燃料噴射イベント制御器であって、
液圧ロッキング弁及び関連付けられた流体チャンバであって、燃料噴射ノズルニ
ードル弁の直線的開動作を選択的に制限するように配置された上記液圧ロッキン
グ弁及び関連付けられた流体チャンバを有し、上記ニードル弁は、内燃機関の燃
焼チャンバにある量の燃料を供給するものであることを特徴とする燃料噴射イベ
ント制御器。
【請求項２】前記液圧ロッキング弁による前記燃料噴射ノズルニードル弁
の選択的な開制限は、作動液のレール圧力と燃料噴射圧力の間の選択された比の
関数である請求項１記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項３】前記液圧ロッキング弁は、ロック状態とアンロック状態の間
を選択的に移行可能であり、前記ニードル弁の直線的動きは、液圧ロッキング弁
が閉状態にあるときに、燃料の圧縮性の関数である請求項１記載の燃料噴射イベ
ント制御器。
【請求項４】前記液圧ロッキング弁は、その液圧ロッキング弁が閉状態に
あるときに、燃料の比較的小さなパイロット噴射を供給するように、前記燃料噴
射ノズルニードル弁の開度を制御する請求項３記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項５】前記液圧ロッキング弁は、その液圧ロッキング弁が閉状態に
あるときに、前記燃料噴射ノズルニードル弁を液圧で水力学的にロックする請求
項３記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項６】前記液圧ロッキング弁は、前記燃料噴射ノズルニードル弁か
ら前記内燃機関の燃焼チャンバへ、レートシェーピングをもって単一ショット噴
射燃料供給を行なうように、前記燃料噴射ノズルニードル弁の直線的開動作を選
択的に制御する請求項１記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項７】前記液圧ロッキング弁は、前記燃料噴射ノズルニードル弁か
ら前記内燃機関の燃焼チャンバへ、分離されたパイロット燃料供給と主燃料供給
とを行なうように、前記燃料噴射ノズルニードル弁の直線的開動作を選択的に制
御するように配置されている請求項１記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項８】前記液圧ロッキング弁は、前記ニードル弁の一部に形成され
た前記流体チャンバ内に、選択された体積の燃料を捕獲するものである請求項２
記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項９】前記燃料噴射圧力は、前記ニードル弁に作用し、それによっ
て、前記ニードル弁を動かし、そのニードル弁の直線的動きによって、前記流体
チャンバ内の選択された体積の燃料を圧縮し、ニードル弁オリフィスを開き、前
記燃料噴射ノズルニードル弁から前記内燃機関の燃焼チャンバへ、選択された燃
料供給を行なうものである請求項８記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項１０】前記液圧ロッキング弁はピストンであって、そのピストン
は第１及び第２の圧力に影響され、前記第１の圧力は燃料レール圧力で、第２の
圧力は燃料噴射圧力である請求項１記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項１１】前記ピストンは、第１の圧力を受ける表面と、これと反対
側に作用する第２の圧力を受ける表面とを有し、前記第１の圧力を受ける表面は
作動液体の前記レール圧力に晒され、前記第２の圧力を受ける表面は前記燃料噴
射圧力にさらされている請求項１０記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項１２】前記ピストンはロック状態とアンロック状態の間で動くこ
とができ、前記第１の圧力を受ける表面に作用する前記レール圧力による力が、
前記第２の圧力を受ける表面に作用する前記燃料噴射圧力による力よりも大きい
ときに、前記ピストンが前記ロック状態に動く請求項１０記載の燃料噴射イベン
ト制御器。
【請求項１３】ピストンの第１の圧力を受ける表面の面積とピストンの第
２の圧力を受ける表面の面積は、作動液体のレール圧力と燃料噴射圧力の間のあ
る圧力比のときに前記ピストンが閉状態と開状態の間で動くように選択されてい
る請求項１０記載の燃料噴射イベント制御器。
【請求項１４】内燃機関の燃焼チャンバに選択された燃料供給を選択的に
行なう燃料噴射器であって、燃料噴射ノズルニードル弁の直線的開動作を選択的に制限するように配置され
た、液圧ロッキング弁及び関連付けられた流体チャンバを、備えた燃料噴射イベ
ント制御器を有し、上記ニードル弁は、内燃機関の燃焼チャンバに相当量の燃料を供給するもので
あることを特徴とする燃料噴射器。
【請求項１５】前記液圧ロッキング弁による前記燃料噴射ノズルニードル
弁の選択的な開制限は、作動液のレール圧力と燃料噴射圧力の間の選択された比
の関数である請求項１４記載の燃料噴射器。
【請求項１６】前記液圧ロッキング弁は、ロック状態とアンロック状態の
間を選択的に移行可能であり、前記ニードル弁の直線的動きは、液圧ロッキング
弁が閉状態にあるときに、燃料の圧縮性の関数である請求項１４記載の燃料噴射
器。
【請求項１７】前記液圧ロッキング弁は、その液圧ロッキング弁がロック
状態にあるときに、燃料の比較的小さなパイロット噴射を供給するように、前記
燃料噴射ノズルニードル弁の開度を制御する請求項１６記載の燃料噴射器。
【請求項１８】前記液圧ロッキング弁は、その液圧ロッキング弁がロック
状態にあるときに、前記燃料噴射ノズルニードル弁を液圧でロックする請求項１
６記載の燃料噴射器。
【請求項１９】前記液圧ロッキング弁は、前記燃料噴射ノズルニードル弁
から前記内燃機関の燃焼チャンバへ、レートシェーピングをもって単一ショット
噴射燃料供給を行なうように、前記燃料噴射ノズルニードル弁の開動作を選択的
に制御する請求項１４記載の燃料噴射器。
【請求項２０】前記液圧ロッキング弁は、前記燃料噴射ノズルニードル弁
から前記内燃機関の燃焼チャンバへ、分離されたパイロット燃料供給と主燃料供
給とを行なうように、前記燃料噴射ノズルニードル弁の開動作を選択的に制御す
るように配置されている請求項１４記載の燃料噴射器。
【請求項２１】前記液圧ロッキング弁は、部分的にシールピン表面によっ
て形成されたチャンバ内に、選択された体積の燃料を捕獲するものであり、前記
表面は、前記ニードル弁の直線的動きを可能にするように、そのニードル弁と直
線的に動ける関係にある請求項１５記載の燃料噴射器。
【請求項２２】前記燃料噴射圧力は、前記ニードル弁に作用し、それによ
って、前記ニードル弁を動かし、そのニードル弁の直線的動きによって、前記チ
ャンバ内の選択された体積の燃料を圧縮し、ニードル弁オリフィスを開き、前記
燃料噴射ノズルニードル弁から前記内燃機関の燃焼チャンバへ、選択された燃料
供給を行なうものである請求項２１記載の燃料噴射器。
【請求項２３】前記液圧ロッキング弁はピストンであって、そのピストン
は第１及び第２の圧力に影響され、前記第１の圧力は作動液のレール圧力で、第
２の圧力は燃料噴射圧力である請求項１４記載の燃料噴射器。
【請求項２４】前記ピストンは、第１の圧力を受ける表面と、これと反対
側に作用する第２の圧力を受ける表面とを有し、前記第１の圧力を受ける表面は
作動液体の前記レール圧力に晒され、前記第２の圧力を受ける表面は前記燃料噴
射圧力にさらされている請求項２３記載の燃料噴射器。
【請求項２５】前記ピストンはロック状態とアンロック状態の間で動くこ
とができ、前記第１の圧力を受ける表面に作用する前記燃料レール圧力による力
が、前記第２の圧力を受ける表面に作用する前記燃料噴射圧力による力よりも大
きいときに、前記ピストンが前記ロックされた閉状態に動く請求項２３記載の燃
料噴射器。
【請求項２６】ピストンの第１の圧力を受ける表面の面積とピストンの第
２の圧力を受ける表面の面積は、作動液体のレール圧力と燃料噴射圧力の間のあ
る圧力比のときに前記ピストンがロック状態とアンロック状態の間で動くように
選択されている請求項２３記載の燃料噴射器。
【請求項２７】燃料噴射器のニードル弁の直線的動きを制御する方法にお
いて、圧力がかかった状態で着座して閉じているニードル弁の少なくとも一つの表面
に、相当量の燃料を供給する工程と、増大した燃料圧力が前記少なくとも一つのニードル弁表面に作用して、前記ニ
ードル弁を弁座から離れるように動かすべく、前記供給燃料の圧力を増大させる
工程と、前記ニードル弁の動きに抵抗するべく、前記ニードル弁を液圧で少なくとも部
分的にロックする工程と、を有する方法。
【請求項２８】前記ニードル弁の制御されたパイロット開と燃料のパイロ
ット供給を与えるために、前記ニードル弁の直線的動きを最小化する工程を更に
含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】前記燃料の主供給を与えるために全開ポジションまで前記
ニードル弁の全移動を許すべく、前記液圧ロックを選択的に解除する工程を含む
請求項２７記載の方法。
【請求項３０】燃料供給のレートシェーピングを行なうために、前記ニー
ドル弁の開度を徐々に増していくことを許する前記液圧ロックを有する、液圧流
体の一部を選択的に漏洩させる工程を含む請求項２７記載の方法。
【請求項３１】燃料の主供給から時間を隔てた燃料のパイロット供給を行
なうべく、作動液の前記増圧を制御する工程を含む請求項２７記載の方法。
【請求項３２】第１段階のニードル弁リフト及び第２段階のニードル弁リ
フトを与える可変第２段階弁開圧力を有する燃料噴射器であって、前記弁リフト
が、少なくとも一つのオリフィスを通して内燃機関の燃焼チャンバに相当量の供
給燃料を噴射するために、少なくとも一つのオリフィスを開くものであることを
特徴とする燃料噴射器。
【請求項３３】液圧で駆動される燃料噴射イベント制御器を更に有し、そ
の燃料噴射イベント制御器は、パイロット噴射の適当な持続時間を経験的に与え
られるように調整可能であって、特定のエンジンについて適当なレートシェーピ
ングの量を調整可能である請求項３２記載の燃料噴射器。
【請求項３４】前記液圧で駆動される燃料噴射イベント制御器は、互いに
反対向きの第１及び第２の表面を有し、前記第１の表面は第１の作動流体に晒さ
れ、前記第２の表面は第２の作動流体に晒され、前記反対向きの第１及び第２の
表面の面積比を変えることによって、適当なパイロット噴射の持続時間及び適当
なレートシェーピングの量を与えるべく、前記燃料噴射イベント制御器を調整す
る請求項３３記載の燃料噴射器。
【請求項３５】前記ピストンと周囲を囲むシリンダの一部の間隙が流体漏
洩チャネルを形成し、パイロット噴射の適当な持続時間と適当なレートシェーピ
ングを与えるべく、前記漏洩チャネルを通る流体漏洩によって、燃料噴射イベン
ト制御器を調整する請求項３３記載の燃料噴射器。
【請求項３６】前記液圧駆動の燃料噴射イベント制御器ピストンはシリン
ダ内で直線運動可能に配置されており、流体ドレン孔が前記シリンダを交差し、
前記ピストンは、流体チャンバと流体的に選択的に通じているスプール部を有し
、前記流体チャンバ内の流体は、前記スプール部が前記ドレン孔と整合するとき
に前記チャンバからドレン可能であり、前記スプール部は、前記ピストンが閉状
態にあるときに、前記ドレン孔から、選択された距離だけオフセットしており、
前記パイロット噴射の適当な持続時間及び適当なレートシェーピングの量を与え
るように、前記ドレン孔が前記スプール部からオフセットしている距離を変えて
、前記燃料噴射イベント制御器の調整を行なう請求項３３記載の燃料噴射器。
【請求項３７】前記液圧駆動の燃料噴射イベント制御器ピストンはシリン
ダ内で直線運動可能に配置されており、流体ドレン孔が前記シリンダを交差し、
前記ピストンは、流体チャンバと流体的に選択的に通じているスプール部を有し
、前記流体チャンバ内の流体は、前記スプール部が前記ドレン孔と整合するとき
に前記チャンバからドレン可能であり、シールピンが、燃料噴射器ニードル弁に
動作可能に結合されており、前記シールピンは、ピン穴内で直線運動可能であり
、前記流体チャンバの一部を形成し、前記穴内の流体漏洩からの流体漏洩を与え
るように、前記シールピンと前記ピン穴の間の隙間を調整し、前記パイロット噴
射の適当な持続時間と適当なレートシェーピングの量を与えるように、燃料噴射
イベント制御器の調整を行なう請求項３３記載の燃料噴射器。
【請求項３８】前記第１段階ニードル弁リフトは、選択された弁開圧力で
開始され、燃料噴射ニードル弁の荷重を変えることによって前記第１段階弁開圧
力を変え、それによって、パイロット噴射の適当な持続時間とレートシェーピン
グの適当な量を与えるように、燃料噴射イベント制御器の調整を行なう請求項３
３記載の燃料噴射器。