JPH1193798A - ユニット燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴射タイミング及び計量を効果的に予測
通りに制御する等の非常に効率的で、優れた利点を有す
るユニット燃料インジェクタを提供する。 【解決手段】 マルチシリンダ内燃機関の燃料チャンバ
中への燃料噴射を制御する燃料噴射システム10であっ
て、燃料システム10は、低圧で燃料を第１高圧ポンプ14
及び第２高圧ポンプ16の両方へ供給する低圧燃料供給部
12を含む。第１高圧ポンプ14は、高圧燃料を、第１共通
レール20を介して第１インジェクタ組18のそれぞれに周
期的に送出する。また、第２高圧ポンプ16は、高圧燃料
を、第２共通レール24を介して第２インジェクタ組22の
それぞれに周期的に送出する。燃料インジェクタの各組
18、22は燃料インジェクタ26を含み、燃料インジェクタ
26は、燃料をそれぞれのエンジンシリンダ中に噴射する
ように動作でき、関連する高圧ポンプが起こすポンピン
グ事象中に噴射事象を画定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料シ
ステムに関し、更に詳細には、噴射圧期間を周期的に生
成できることにより、噴射圧及びタイミングの最適制御
が可能になるマルチシリンダ圧縮点火機関のためのユニ
ット燃料インジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃料システムは、性能及びコ
ストにしばしば多大な影響を与える内燃機関の構成要素
である。従って、内燃機関の燃料システムは、内燃機関
の開発に今日まで費やしてきた総技術努力の大きな部分
を占めてきた。このため、今日の技術設計者は，既知の
燃料システム概念及び機能の非常に多数の選択及び可能
な変更を有している。設計努力には、典型的には、コス
ト、サイズ、信頼性、性能、製造の容易さ、及び既存の
エンジン設計への改造能力のような配慮の中で、非常に
複雑で微妙な折衷案を伴う。

【０００３】現代の設計者に要求されることは、燃料効
率を維持又は向上させながら、政府から委任されたエミ
ッション減少基準(emissions abatement standards）に
応える必要性によって著しく増やされた。燃料システム
設計の発展特性からみて、機関性能の改良とエミッショ
ン減少の両方を、燃料システム技術における更なる革新
により得ることは非常に難しい。従って、将来の商業的
に競われる燃料噴射システムとは、エンジン性能の改良
及びエミッション減少を含む様々な目的をなし遂げるた
めに新しい特徴（機能）を設計するものだけでなく、適
切な特徴を最も効果的な方法で組み合わせて、多数の目
的を最も効率的、効果的及び高い信頼性でなし遂げるこ
とができるシステムを形成できるものである。

【０００４】エンジン性能改良及びエミッション減少の
ような目的を達成するための最も重要な特徴のいくつか
は、高噴射圧能力、油圧及び機械効率の改良、速い圧力
応答、並びに効果的で信頼性の高い噴射率形成(injecti
on rate shaping)能力を含む。他の重要な特徴は、様々
なエンジン構成への据え付けを可能にする駆動トレイン
ノイズ制御及びパッケージングのフレキシビリティを含
む。マレー(Maley) らに付与された米国特許第５，４６
３，９９６号は、燃料噴射システムにおけるこれら目的
の少なくとも幾つかを達成する試みを開示している。そ
の燃料噴射システムとは、共通レールと接続する複数の
燃料インジェクタの各々と関係するそれぞれのサーボ制
御ニードル弁で制御されると、噴射事象が起きる所定の
期間、高圧力燃料を周期的に生成するように動作するも
のである。各インジェクタはインテンシファイア（増強
装置）アセンブリ及びソレノイド作動バルブを含み、ソ
レノイド作動バルブが開いて、ニードルバルブ要素の上
に位置する圧力制御容積(volume)の圧力を減圧し、また
閉じて噴射を止める。また、この参考文献は、加圧作動
流体中に蓄えられるエネルギーをポンプソースに戻す油
圧エネルギー再循環又は回復手段を開示する。しかしな
がら、その周期的な圧力生成は、インジェクタプランジ
ャに働く高圧共通レールによって各インジェクタで起こ
るが、共通レールは高圧レベルのままである。結果とし
て、このシステム中の各インジェクタは、インテンシフ
ァイアアセンブリの上流にインテンシファイアアセンブ
リの内側への移動を開始するソレノイド作動制御バルブ
と、圧力発生を開始し、噴射事象の計量及びタイミング
を制御する２つの噴射制御バルブとを必要とする。これ
によって、不要なコスト及び複雑さをシステムに追加す
ることになる。更に、このマレーらの特許で開示された
インジェクタは２つの噴射制御バルブを作動するために
比較的大型のデュアル機能のソレノイド作動を用いてお
り、それによってインジェクタの直径が不都合に大きく
なる。更に、ニードルの運動を制御する噴射制御バルブ
は１回の噴射事象を起こすために、各噴射が行われる間
に２回の往復運動を行い、これによって最終的にシステ
ムのコストを高め複雑さを増す。また、この噴射制御バ
ルブはバルブ要素及びそれに結合されたフロー通路が他
の利用可能なバルブ設計と比較してより複雑な設計を必
要とする三方向のバルブである。加えて、マレーらの発
明で開示された油圧エネルギー回復手段は、付加的な制
御バルブ、油圧モータ及びそれに結合された燃料通路を
必要とし、結果的にシステムのコストを不必要に高め
る。

【０００５】ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ
９６１２８５は、スムーズな加圧及び減圧が駆動トレイ
ン励振及びメカニカルノイズを最小化しながら、高圧燃
料の噴射期間を周期的に生成する燃料システムを提案し
ている。同様の燃料噴射システムは、英国特許第２２８
９３１３号及び２２９１９３６号に開示されている。こ
れらの燃料システムは、各インジェクタと関連するカム
作動プランジャを含む。このカム作動プランジャは、燃
料の貯蔵容積を加圧して、燃料を、噴射がソレノイド作
動ニードル制御バルブによって制御されるニードルキャ
ビティに送出する。この報告書では、この概念が「機械
作動電磁ユニットインジェクタ、油圧電子ユニットイン
ジェクタ、電子ユニットポンプ、及びポンプ／ライン／
ノズルシステム」に適用可能であることを提示してい
る。しかしながら、これらの各参考文献は、各々が燃料
噴射カムで起動させるプランジャを備えているユニット
インジェクタからなる機械作動ユニットインジェクタの
用途を開示するだけである。しかしながら、これらのシ
ステムはコスト及びパッケージングを考慮すれば、多く
の場合のエンジンへの適用には適していない。

【０００６】クロウレイ(Crowley) らの米国特許第５，
１３３，６４５号はインジェクタのそれぞれのバンクに
役立つ２本の共通レールを有する共通レール燃料噴射シ
ステムを開示する。燃料は、それぞれのカム作動往復運
動プランジャポンプによって各レールに供給される。各
インジェクタは、共通レールからチェックバルブを介し
て高圧燃料を受け取るスプリングキャビティ内に位置す
るノズル要素を含む。スプリングキャビティはまた、ノ
ズル要素の上に位置する圧力制御容積にオリフィスを通
じて連結されている。ソレノイド作動制御バルブを開け
ると、制御容積がドレインに連結し、それによって燃料
がノズルキャビティからオリフィスを通じてドレインに
流れて噴射を開始する。また、閉じると噴射を終了す
る。しかしながら、共通レールは比較的一定の高圧レベ
ルに維持されているので、このシステムは、共通レール
中の圧力を迅速且つ効率的に変更して、対応する望まし
い噴射圧を得ることはできない。燃料が噴射のために共
通レールから抽出されると、共通レール圧力は、多数の
噴射事象を通して単にゆっくりと減圧され得るか、又は
燃料をドレインにこぼすことにより非効率的に減圧され
る。

【０００７】米国特許第５，１７６，１２０号（タカハ
シ(Takahashi) ）は、インジェクタに役立つ共通レール
に高圧燃料を供給するカム作動燃料ポンプを含む燃料シ
ステムを開示する。インジェクタはニードルバルブを含
み、このニードルバルブはソレノイド作動バルブによっ
て制御されると燃料差圧の影響で移動できる。燃料ポン
プは、アクセルペダル押し下げ速度及び機関回転数（エ
ンジンスピード）に直接関係して、共通レール内の圧力
を変更するように制御されている。アクセルペダル押し
下げ速度又は機関回転数が多くなる程、標的圧力が高く
なる。しかしながら、より低い共通レール圧力が望まし
い場合、共通レール燃料圧力は、レールに燃料を追加せ
ずに、噴射用の燃料をゆっくりと増分的に抽出すること
によって、徐々に下げられる。結果として、このシステ
ムは、共通レールの圧力を迅速に変えて所望の対応噴射
圧を得ることはできない。また、サーボ制御ニードルバ
ルブ及びアクチュエータバルブアセンブリは、不必要に
複雑である。更に、このシステムは共通レール内に蓄え
られるエネルギーを回復するための手段を提供しない。

【０００８】米国特許第４，２４９，４９７号（エヘイ
ム(Eheim) ら）は、ノズルバルブ要素を横切る差圧を単
一バルブを用いて制御することによって、燃料噴射を制
御する燃料噴射システムを開示する。その単一バルブが
開くと燃料をドレインへ送って噴射を開始し、また閉じ
ると噴射を終了する。しかし、このシステムは各インジ
ェクタに対してスプールバルブ(spool valve) を含む２
つの制御バルブを必要とし、不必要にシステムのコスト
を上げる。また、この参考文献では燃料噴射圧の広い範
囲、迅速な圧力変化及び噴射率形成を得るための手段を
開示していない。加えて、この参考文献ではこの技術
の、ユニットインジェクタへのパッケージングについて
は提案していない。

【０００９】英国特許明細書第１，１３２，４０３号
は、２方向ソレノイド作動バルブを備える燃料インジェ
クタを開示する。２方向ソレノイド作動バルブはニード
ルバルブ要素の一端において燃料圧を制御するためのも
ので、制御バルブを閉じるとニードルバルブ要素が閉
じ、制御バルブを開くとニードルバルブ要素が開く。し
かしながら、このインジェクタは高圧プランジャ及びポ
ンプ制御バルブを有するユニットインジェクタではな
い。更に、制御バルブはニードルバルブから不必要に離
れたところに位置しており、作動に遅れをきたす。

【００１０】従って、噴射圧力機関を周期的に生成で
き、又噴射期間中の燃料噴射の最適制御を効率よく効果
的に行うことができる内燃機関の高圧燃料システムに対
する要求がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術の欠点を克服して、燃料噴射タイミング及
び計量を効果的に予測通りに制御できる高圧燃料システ
ムを提供することである。

【００１２】本発明の他の目的は、動作条件に基づいて
噴射事象毎に最適噴射圧力を共通レール内に周期的に提
供しながら、機関回転数に依存せずに圧力を制御できる
高圧燃料噴射システムを提供することである。

【００１３】本発明の更に他の目的は、共通レール内の
燃料圧力を周期的に増大及び減少できる高圧共通レール
燃料システムを提供して、共通レールに連結するニード
ル制御ノズルバルブによって選択的噴射する噴射周期を
提供することである。

【００１４】本発明の更なる目的は、１つの噴射事象か
ら次の噴射事象への噴射に利用可能な広範な噴射圧力を
共通レール内に提供できる高圧燃料噴射システムを提供
することである。

【００１５】共通レール中の加圧燃料中に蓄えられる圧
力エネルギーを各噴射事象中に回復できる非常に効率的
な高圧燃料噴射システムを提供することである。

【００１６】本発明の更に他の目的は、共通レールと連
結する各インジェクタ内のプランジャアセンブリを効果
的に用いて、加圧燃料中に蓄えられる圧力エネルギーを
周期的な各圧力生成事象の間に回復する高圧共通レール
燃料噴射システムを提供することである。

【００１７】本発明の更に他の目的は、燃料ポンプ駆動
システム内の駆動トルク変動を最小化しながら、非常に
高い圧力を提供できる高圧燃料噴射システムを提供する
ことである。

【００１８】本発明の更に他の目的は、噴射圧力及びタ
イミングの敏感且つ効率のよい制御を可能にするよう
に、噴射事象毎に共通レール内の圧力を周期的に上下で
きる燃料噴射システムを提供することである。

【００１９】本発明の更に他の目的は、加圧燃料中に蓄
えられるエネルギーをインジェクタのバンク(bank)のプ
ランジャアセンブリを用いることによって、各事象中に
回復する共通レール燃料噴射システムを提供することで
ある。

【００２０】本発明の他の目的は、インテンシフィケー
ションプランジャアセンブリを有するインジェクタと、
インジェクタあたり２本だけの流体連結ラインと、を含
む共通レール燃料システムを提供することである。

【００２１】本発明の更に他の目的は、インテンシフィ
ケーションプランジャアセンブリを有する燃料インジェ
クタと、インテンシファイアプランジャの運動を検出す
ることにより個々のインジェクタ性能をモニターする能
力と、を含む高圧力燃料噴射システムを提供することで
ある。

【００２２】本発明の更に他の目的は、２本の共通レー
ルと燃料インジェクタのそれぞれの組とを有し、１つの
圧力センサを用いて両方の共通レール内の圧力をモニタ
ーできる高圧共通レールシステムを提供することであ
る。

【００２３】本発明の更なる目的は、レール内の燃料圧
力を周期的に徐々に上げて、加圧噴射燃料を共通レール
に連結する全インジェクタへ提供し、また、徐々に下げ
てインジェクタが加圧燃料中の未使用エネルギーを移送
してエンジン駆動システム内に戻すことを可能にする、
高圧共通レール燃料システムを提供することである。

【００２４】本発明の他の目的は、２本の共通レール及
びそれぞれの高圧ポンプを有し、各高圧ポンプが少なく
とも１００°のクランク度の加圧行程を通じて往復運動
し、噴射圧力の広い範囲によって共通レール内の圧力を
徐々に周期的に増大及び減少するプランジャを含む、共
通レール燃料システムを提供することである。

【００２５】本発明の更に他の目的は、各レールと関係
するインジェクタの組及び各レールと関係する独立した
燃料加圧システムを有して、隣り合う計量事象同士間の
干渉、及び１本のレール又はインジェクタの組沿いの故
障の際に全インジェクタを遮断する必要をなくす分割共
通レールを有する共通レール燃料システムを提供するこ
とである。

【００２６】本発明の更に他の目的は、ニードル制御噴
射による複数のインジェクタ、インテンシフィケーショ
ンプランジャアセンブリ、及び高圧ポンプアセンブリを
含み、各インジェクタ、インテンシフィケーションプラ
ンジャアセンブリ及び高圧ポンプをエンジンの様々な位
置にパッケージして、効率的で効果的な燃料噴射を提供
しながら、エンジンのオーバーヘッド空間の最適な使用
を達成することができる高圧燃料噴射システムを提供す
ることである。

【００２７】本発明の更に他の目的は、高圧能力、速い
圧力応答、高ポンピング効率、噴射圧フレキシビリテ
ィ、及び駆動トレインノイズの減少を、互いに作用させ
ながら作れる新規の高圧共通レール燃料噴射システムを
提供することである。

【００２８】本発明の更に他の目的は、油圧制御ニード
ルバルブ、油圧フローを制御して噴射を制御するアクチ
ュエータ、及び圧力生成事象を開始するポンプ制御バル
ブを含んで、最適で効果的な噴射の制御を確実化しなが
ら、噴射アクチュエータバルブとポンプ制御バルブを最
適に位置決め及び制御してインジェクタ設計を簡素化す
る、単純で低コストの高圧ユニットインジェクタを提供
することである。

【００２９】更に、本発明の更なる目的は、各噴射事象
中に低圧ドレインへ流れる燃料の量を最小化するニード
ル制御燃料インジェクタを提供することである。

【００３０】本発明の他の目的は、共通レール供給容積
を燃料チャンバ及び燃料インジェクタ内の通路に統合す
る共通レール燃料噴射システムを提供することである。

【００３１】本発明の更に他の目的は、空気／ガスを、
燃料移送回路及びインジェクタのノズルキャビティを含
む噴射燃料通路から簡単に且つ効率的に取り除くことを
可能とするためのエアパージ回路を有する燃料噴射シス
テムを提供することである。

【００３２】本発明の更に他の目的は、燃料インジェク
タ又はポンプアセンブリと関係する噴射制御バルブ又は
プランジャ位置感知デバイスのような電気的動作デバイ
スを、電源と、インジェクタ又はポンプアセンブリをエ
ンジンのシリンダヘッド上に、追加の接続ステップを用
いずに、単に取り付けることによって、電気的に接続す
る配線用接続ハーネスを提供することである。

【００３３】本発明の更に他の目的は、燃料送出デバイ
スをエンジンに取り付けると同時に電気的動作燃料送出
デバイスの電源との接続が可能になる配線用接続ハーネ
スを提供することである。

【００３４】本発明の他の目的は、最小数の取付け及び
接続ステップを用いて燃料インジェクタを電源と電気的
に接続する方法を提供することである。

【００３５】

【課題を解決するための手段】これらの及び他の目的
は、マルチシリンダ内燃機関の燃焼チャンバ内への燃料
噴射を制御する燃料噴射システムを提供することによっ
て達成され、該システムは、燃料を低い供給圧力で供給
する低圧燃料供給部と、その低圧燃料供給部と流体連結
可能な第１の共通レールとを含む燃料供給デバイスを含
んでいる。該システムはまた、低圧供給燃料を低圧燃料
供給部から受け取って、共通レール内の燃料圧力を周期
的に増大及び減少して、連続ポンピング事象を起こす第
１高圧ポンプも具備する。ポンピング事象の各々は、燃
料圧力を増大させる期間、次に燃料圧力を減圧する期間
を具備している。共通レールはポンピング事象同士の間
に低圧燃料供給部と流体連結されている。また、燃料噴
射システムは、第１共通レールに連結され、第１共通レ
ールから燃料を受取り、燃料を高圧でエンジンのそれぞ
れの燃焼チャンバ内に噴射する第１燃料インジェクタ組
を含む。また、システムは、低圧燃料供給部に連結され
る第２共通レールと、第２共通レール内の燃料圧力を周
期的に増大及び減少して、第１共通レール及び第１高圧
ポンプの噴射事象と交互に後続のポンピング事象を起こ
す第２高圧ポンプとを含むことができる。また、第２共
通レールは、ポンピング事象同士の間に低圧燃料供給部
に流体連結される。第２インジェクタ組は、燃料をそれ
ぞれの燃焼チャンバに噴射する第２共通レールに連結さ
れる。第１及び第２インジェクタ組の各インジェクタ
は、インジェクタキャビティがあるインジェクタ本体、
燃料移送回路（通路）、及び往復運動するようにインジ
ェクタキャビティ内に取り付けられるプランジャを含
む。各インジェクタと関係する各プランジャは、各噴射
事象中に増大及び減少する燃料圧力に応答して往復運動
するので、所与の共通レールと関係する全てのインジェ
クタプランジャは、各ポンピング事象中にその共通レー
ルと関係する高圧ポンプによって往復運動する。各高圧
ポンプは、往復運動するように取り付けられるポンププ
ランジャとポンププランジャの一方の端部に隣接形成さ
れるポンプチャンバとを含む。各高圧ポンプのポンプチ
ャンバは、各ポンピング事象中に、それぞれの共通レー
ル及び関係するレール内のインジェクタの各々の燃料移
送回路と連続的に流体連通する。本システムは圧力エネ
ルギー回復手段を含み、この圧力エネルギー回復手段
は、燃料の弾性圧縮性によりエネルギーが燃料中に蓄え
られる結果として得られる共通レール内の燃料圧力を用
いて、ポンププランジャの後退を各ポンピング事象に支
援する。

【００３６】また、各インジェクタは、プランジャと共
通レールとの間に形成される作動チャンバと、プランジ
ャと噴射オリフィスの間のインジェクタキャビティ内に
形成される高圧チャンバとを含むことができる。作動チ
ャンバの各々は、各ポンピング事象中にそれぞれの共通
レールと流体連通する。この設計は、各インジェクタの
高圧チャンバ内の燃料の圧力を用いて、高圧ポンププラ
ンジャの後退を各ポンピング事象中に支援する圧力エネ
ルギー回復手段の別の部分を形成する。

【００３７】インジェクタの各々は、噴射燃料を加圧す
る燃料圧力インテンシフィケーションアセンブリ／モジ
ュールを含み、この燃料圧力インテンシフィケーション
アセンブリ／モジュールが往復運動するように作動プラ
ンジャと高圧プランジャとの間のインジェクタプランジ
ャ内に取り付けられる作動プランジャと加圧プランジャ
とを含む。作動プランジャは、作動チャンバ内の燃料に
露出する作動プランジャ断面領域（面積）を含み、ま
た、高圧プランジャは、高圧チャンバ内の燃料に露出す
る高圧プランジャ断面領域を含む。作動プランジャ断面
領域は、高圧プランジャ断面領域よりも大きいので、共
通レール内の燃料の圧力が、ポンピング事象中に作動プ
ランジャを移動させ、高圧チャンバ内の燃料を共通レー
ル及び作動チャンバ内の圧力よりも大きなレベルの圧力
まで加圧する。燃料移送回路は、作動プランジャ内に形
成する送出路と、燃料を作動チャンバから高圧チャンバ
に送出する高圧プランジャを含むことができる。また、
各インジェクタは、インジェクタキャビティ内に、イン
ジェクタプランジャの内の１つの変位を検出するプラン
ジャ感知手段、即ち、線型可変作動変圧器、を含むこと
ができる。

【００３８】また、各高圧ポンプは、ポンププランジャ
の有効変位を制御するポンプ制御バルブを含むことがで
きる。各ポンプ制御バルブは、ポンプチャンバ内に延在
するポンプ制御バルブ要素を含むことができる。更に、
第１及び第２高圧ポンプとポンププランジャに往復運動
させるカムを入れるポンプハウジングを備えることがで
きる。ポンプを、ハウジング内でカムの反対側に位置で
き、カムが高圧ポンププランジャを共通軸に沿って往復
運動させる。カムは、カムとポンププランジャとの間に
位置するスライドベアリングスリーブを含む偏心カムで
もよい。

【００３９】各インジェクタ本体は、リテーナキャビテ
ィを形成するインジェクタリテーナ、及びリテーナキャ
ビティ内に取り付けられるノズルモジュールを含むこと
ができる。ノズルモジュールは、内側ノズルハウジング
と、内側ノズルハウジングと当接するように位置する単
一部品からなる外側ノズルハウジングとを含む。また、
各インジェクタ本体は、噴射制御バルブを支持する外側
ノズルハウジングと当接関係に位置する噴射アクチュエ
ータモジュールを含むことが出来る。この設計は４個未
満の高圧ジョイント部を作成し、このジョイント部は、
インジェクタの軸方向に沿って噴射制御バルブと噴射オ
リフィスとの間で離間され、噴射移送回路内に燃料を含
有する。一つの実施の形態では、各インジェクタは噴射
制御バルブと噴射オリフィスとの間に２個だけの高圧ジ
ョイント部を含む。即ち、１つ目を内側ノズルハウジン
グと外側ノズルハウジングとの間に形成し、２つ目は外
側ノズルハウジングとアクチュエータモジュールとの間
に形成する。

【００４０】また、第１及び第２燃料インジェクタ組の
各インジェクタは閉止ノズルアセンブリを含み、この閉
止ノズルアセンブリは往復運動するように取り付けられ
るニードルバルブ要素を含み、このニードルバルブ要素
が噴射オリフィスを通じて燃料フローをブロックする閉
位置と、噴射オリフィスを通じて燃料フローを可能にす
る開位置との間で移動する。また、各インジェクタは、
ニードルバルブ要素を開位置と閉位置との間で移動させ
るためにニードルバルブ制御デバイスを含むことができ
る。ニードルバルブ制御デバイスは、ニードルバルブ要
素の外側端部に隣接して位置する制御容積、燃料を制御
容積から低圧ドレインに排出するドレイン回路、及びド
レイン回路に沿って位置し、燃料のフローをドレイン回
路を通じて制御する噴射制御バルブを含み、ニードルバ
ルブ要素を開位置と閉位置との間で移動させる。ニード
ルバルブ制御手段は、更に燃料を燃料移送回路から制御
容積へ供給する制御容積充填経路を含むことができる。
更に、各インジェクタは、ニードルバルブ要素が開位置
に移動すると、制御容積から低圧ドレインへの燃料フロ
ーを制限するフロー制限デバイスを含むことができる。
フロー制限デバイスは、充填回路と制御容積を流体連結
する制御容積入口ポート、制御容積とドレイン回路を流
体連結する制御容積出口ポート、及びニードルバルブ要
素の外側端部に形成され、制御容積入口ポートと制御容
積出口ポートを少なくとも部分的にブロックして低圧ド
レインへの燃料フローを制限するフロー制限バルブとを
含むことができる。

【００４１】システムはまた、第１及び第２共通レール
を連結する感知通路、及び感知通路に沿って位置し、第
１及び第２の両方の共通レール内の圧力を感知する圧力
センサを含むことができる。

【００４２】また、本発明は低圧燃料を燃料供給部から
受け取って、燃料を高圧でエンジンの燃焼チャンバ内に
噴射するユニット燃料インジェクタに関し、このユニッ
ト燃料インジェクタが、インジェクタキャビティのある
インジェクタ本体、燃料移送回路、インジェクタ本体の
一端部に形成する噴射オリフィス、往復運動するように
噴射キャビティ内に取り付けられるプランジャ、及びプ
ランジャと噴射オリフィスとの間に形成される高圧チャ
ンバを含む。プランジャは、高圧チャンバ内に移動可能
であり、チャンバ内の燃料の圧力を増大する。また、イ
ンジェクタは、開位置と閉位置との間で移動可能なバル
ブ要素を含む閉止ノズルアセンブリ、及びその位置の間
でニードルバルブ要素を移動させるニードルバルブ制御
デバイスを含む。ニードルバルブ制御デバイスは、ニー
ドルバルブ要素の一端部に位置する制御容積（キャビテ
ィ）、燃料を燃料移送回路から供給する制御容積充填回
路、燃料を制御容積から低圧ドレインに排出するドレイ
ン回路、及びドレイン回路に沿って位置し、燃料のフロ
ーをドレイン回路を通じて制御して、ニードルバルブ要
素を移動させる噴射制御バルブを含むことができる。噴
射制御バルブは、制御容積からの燃料フローを阻止する
閉位置、及び制御容積充填回路から制御容積並びに制御
容積から低圧ドレインへの燃料フローを可能にする開位
置へ、移動させることができる２方向ソレノイド作動バ
ルブとする。制御容積充填回路は、インジェクタ本体内
に形成され、ニードルバルブ要素を収容するニードルキ
ャビティに直接、開口する第１端部を含むことができ
る。ソレノイド作動噴射制御バルブは、インジェクタ本
体に沿って高圧チャンバと制御容積との間に位置するコ
イルアセンブリを含むことができる。更に、インジェク
タは、高圧チャンバと燃料供給部との間の燃料のフロー
を制御するソレノイド作動圧力制御バルブを含むことが
できる。また、圧力制御バルブは、インジェクタ本体内
に噴射制御ソレノイドコイルアセンブリから離間して取
り付けられるコイルアセンブリを含む。

【００４３】また、本発明は、エンジン内に形成される
取付けボアに取り付けられる燃料送出デバイスに結合す
る１つ以上の電気動作デバイスを、電源に電気的に接続
する配線接続ハーネスに関し、配線接続ハーネスが、導
電性要素、導電性要素の少なくとも一部分を覆う絶縁ジ
ャケット、及び電気動作デバイスに接続する第１コネク
タを含むハーネス本体を含む。ハーネス本体は、エンジ
ンに、燃料送出装置の取付けボアに対して決められた所
定の位置で固定取付けされる。取付けボア内へ燃料送出
装置を移動することにより、燃料送出装置の電気動作デ
バイスが同時に第１コネクタと接続する。燃料送出装置
は燃料インジェクタでもよく、また電気動作デバイス
は、ソレノイド作動燃料フロー制御バルブでもよい。ハ
ーネス本体は第２コネクタを含み、これがインテンシフ
ィケーションプランジャアセンブリに取り付けられる変
位センサコネクタと係合し、ポンプアセンブリに取り付
けられるインテンシフィケーションプランジャ変位セン
サとの電気接続を行う。また、本発明は、インジェクタ
取付けボアに隣接するエンジン上の、決められた所定の
位置に取り付けられる配線接続ハーネスを含む燃料送出
デバイスに関する。インジェクタ取付けボアを、エンジ
ンのシリンダヘッド内、及び取付けボアに開口するよう
にシリンダヘッド内に形成される燃料通路内に、形成し
てもよい。従って、本発明はまた、電気動作デバイスを
含む燃料送出デバイスをエンジンに取り付けるための方
法に関し、燃料送出デバイスをそれぞれの取付けボア及
び配線接続ハーネスに提供するステップと、配線接続ハ
ーネスを、取付けボアに隣接するエンジン上の、取付け
ボアに対して決められた所定位置に取り付けるステップ
と、燃料送出デバイスを取付けボア内に挿入するステッ
プと、を含む。燃料送出デバイスをボア内へ取付け位置
に向かって挿入すると、同時に電気動作デバイスの電気
コネクタが電気ハーネスと係合するようになり、燃料送
出デバイスが取付け位置に位置すると、確実な電気接続
を形成する。

【００４４】

【発明の実施の形態】本願を通して、用語「内方へ(inw
ard)」、「最も内側の(innermost) 」、「外方へ(outwa
rd) 」、「最も外側の(outermost) 」は、燃料がインジ
ェクタからエンジンの燃焼チャンバ内に実際に噴射され
る地点に向かう方向及びそこから離れる方向にそれぞれ
対応する。「上部の(upper) 」及び「下部の(lower) 」
は、インジェクタが動作するようにエンジンに取り付け
られる時に、エンジンシリンダから最も離れているイン
ジェクタアセンブリの部分及びそれに最も接近するイン
ジェクタアセンブリの部分を、それぞれ示す。

【００４５】図１を参照すると、各シリンダと関係する
１つのインジェクタを有する６シリンダエンジン（図示
せず）に用いられる本発明のニードル制御共通レール燃
料システム(needle controlled, commom rail fuel sys
tem)１０が示されている。一般的に、燃料システムは、
低圧燃料を第１高圧ポンプ１４及び第２高圧ポンプ１６
の両方へ供給する低圧燃料供給部１２を含む。第１高圧
ポンプ１４は、高圧燃料を、第１共通レール２０を介し
て第１インジェクタ組１８のそれぞれに周期的に送出す
る。また、第２高圧ポンプ１６は、高圧燃料を、第２共
通レール２４を介して第２インジェクタ組２２のそれぞ
れに周期的に送出する。燃料インジェクタの各組１８、
２２は燃料インジェクタ２６を含み、燃料インジェクタ
２６は、燃料をそれぞれのエンジンシリンダ内に噴射す
るように動作でき、関連する高圧ポンプが起こすポンピ
ング事象中に噴射事象を画定する。下記に詳細に記述す
るように、本発明のシステムは、周期的圧力生成原理を
使用して、第１共通レール２０及び第２共通レール２４
内の燃料圧力を周期的に徐々に増大及び減少して、駆動
トルク変動を最小化しながら、各噴射事象に対して利用
可能な噴射圧力のより大きな範囲を有利に生じることに
なる。更に、本発明のシステムは、トラップ（捕獲）容
積及び燃料ドレインフローによる寄生損失の両方を最小
化しながら、共通レール及び燃料インジェクタ内に存在
する高圧燃料中の圧力エネルギーを、高圧ポンプ１４、
１６による各ポンピング事象中に回復することによって
効率を最大にする。従って、本発明のシステムは、各噴
射事象に対して燃料圧力のより大きな範囲の選択を可能
にするが、従来の共通レールシステムのフレキシビリテ
ィの多くを備えている。

【００４６】図１に示すように、第１及び第２高圧ポン
プ１４及び１６は、共通ポンプハウジング２８内に取り
付けられて、互いに対向してカム３０の両側に位置でき
る。カム３０は、スライドベアリングスリーブ３２を有
する偏心タイプでもよい。高圧ポンプは各々が別々のカ
ムによって作用されるよう、直列或いは並行に配置され
てもよいことに留意されたい。各高圧ポンプは実質的に
構造が同じであるので、ポンプの構成要素については、
第１高圧ポンプ１４についてだけ記述する。第２高圧ポ
ンプ１６は、第１共通レール２０と流体的に別の第２共
通レール２４と関係するということが、第１高圧ポンプ
と異なるだけである。図１及び図２に示すように、第１
高圧ポンプ１４はプランジャボア３６内に位置するポン
ププランジャ３４を含み、プランジャボア３６はハウジ
ング２８の頂部に取り付けたプランジャバレル３８内に
形成されている。コイルスプリング４０はプランジャ３
４をバイアスして、これをスライドベアリングスリーブ
３２と当接させる。カム３０が回転すると、カムがポン
ププランジャ３４に、第２高圧ポンプ１６と関係するポ
ンププランジャの往復運動と１８０°位相を異にして往
復運動させるようになる。タペットはポンププランジャ
３４の内側端部にハウジング２８の内壁とスライド可能
に係合するように備えられ、プランジャ３４へのサイド
ローディングを最小化する。また、第１高圧ポンプ１４
はポンプチャンバ４２も含み、ポンプチャンバ４２はプ
ランジャボア３６の内側端部とポンププランジャ３４と
の間に形成され、低圧燃料を燃料供給部１２から受け取
る。更に、高圧ポンプ１４は、ポンプバレル３８の頂部
に取り付けられ、また、ポンプチャンバ４２内に延在す
るポンプ制御バルブ要素４６を含むポンプ制御バルブ４
４を含む。ポンプバレル３８及びポンプ制御バルブ４４
内に形成する低圧燃料供給回路（通路）４８は、低圧燃
料をバルブポート５０を介してポンプチャンバ４２へ送
出する。ポンプ制御バルブ４４は、ソレノイド作動２方
向バルブ(solenoid operated two-way valve) でもよ
い。それによって、ソレノイドを作動（通電）させる
と、フローをバルブポート５０を通じてポンプチャンバ
４２からブロック（阻止）する閉位置に制御バルブ要素
４６を移動させ、また、ソレノイドを作動停止（通電停
止）することにより、ポンプチャンバ４２と低圧燃料供
給回路４８との間にフローを生じさせる開位置への制御
バルブ要素４６の移動が可能になる。ポンプ制御バルブ
４４のアクチュエータはソレノイドの代わりに圧電タイ
プ或いは磁わいタイプであってもよい。バレル３８内に
形成された出口路５２は、ポンプチャンバ４２を第１共
通レール２０と流体的に連結する。

【００４７】図２を参照すると、各燃料インジェクタ２
６は、圧力インテンシファイア（増圧）アセンブリ又は
モジュール５６、アクチュエータモジュール５８、及び
ノズルモジュール又はアセンブリ６０から成るインジェ
クタ本体５４を含む。インテンシファイアモジュール５
６は入口路６４を有する外側ハウジング６２を含み、入
口路６４は一端部で第１共通レール２０と連結し、反対
の端部でハウジング６２内に形成されるプランジャキャ
ビティ６６と連結する。また、燃料インテンシファイア
モジュール５６は、外側ハウジング６２と螺合連結する
内側ハウジング６８を含み、より大きなキャビティ７０
を形成する。内側ハウジング６８は、ハウジング６８を
通じて内方に延出して高圧チャンバ７４と連結するプラ
ンジャボア７２を含む。更に、インテンシファイアモジ
ュール５６は、インテンシフィケーション（増強）プラ
ンジャアセンブリ７６も含む。インテンシフィケーショ
ンプランジャアセンブリ７６は、往復運動のためにプラ
ンジャキャビティ６６内に位置する作動プランジャ７８
と、往復運動のためにプランジャボア７２内に取り付け
られ、外方に向かってより大きなキャビティ７０内に延
出して、作動プランジャ７８の内側端部と高圧プランジ
ャ８０の外側端部との間にシーリング当接されて配置さ
れるリンク８１とを含む。コイルスプリング８２は高圧
プランジャ８０をバイアスして、これを外方に向けてリ
ンク８１を当接させる。プランジャキャビティ６６とプ
ランジャボア７２との位置合わせ許容差に関わらず、リ
ンク８１と高圧プランジャ８０の端部同士の適切な位置
合わせ係合が可能になるように、リンク８１と高圧プラ
ンジャ８０との間の当接ジョイント部は湾曲しているか
又は球状形状でもよい。コイルスプリング８２の一端部
は、内側ハウジング６８の外側端部に抗して着座し、又
コイルスプリング８２の反対側の端部は、高圧プランジ
ャ８０の外側端部と連結するスプリング着座デバイス８
４をスナップリング８６によって当接する。作動チャン
バ８８を、作動プランジャ７８とプランジャキャビティ
６６の内側端部との間のモジュール５６内に形成する。
各インジェクタ２６は、第１共通レール２０からノズル
モジュール６０に燃料を移送する燃料移送回路９０を含
む。燃料移送回路９０は入口路６４及び送出路９２を含
み、送出路９２は作動プランジャ７８及び高圧プランジ
ャ８０を介して軸方向に延出し、作動チャンバ８８を高
圧チャンバ７４と連結する。また、燃料移送回路９０
は、圧力チャンバ７４から高圧燃料を送出する内側ハウ
ジング６８を通ってノズルモジュール６０まで、アクチ
ュエータモジュール５８を介して延出する通路９４を含
む。送出路９２に沿って高圧プランジャ８０に取り付け
られるスプリングバイアスチェックバルブ９５は、作動
チャンバ８８内の燃料がチェックバルブ内で用いるスプ
リングのバイアス力に対応する最小の所定圧力に達する
と、送出路９２を介して高圧チャンバ７４内への燃料フ
ローを可能にしながら、高圧チャンバ７４から送出路９
２への燃料フローをブロックするように機能する。

【００４８】噴射アクチュエータモジュール５８は、ス
ペーサ９６と噴射事象を起こすための噴射制御バルブ９
８とを含む。ノズルモジュール６０は、噴射オリフィス
１０２を有する内側ノズルハウジング１００と、内側ノ
ズルハウジング１００とスペーサ９６との間に位置する
単一部品からなる外側ノズルハウジング１０４とを含
む。更に、インジェクタ本体５４は、スペーサ９６、外
側ノズルハウジング１０４及び内側ノズルハウジング１
００を圧縮当接関係に保持するインジェクタリテーナ１
０６を含む。リテーナ１０６の外側部分は、内側ハウジ
ング６８の内側端部の雄ねじと螺合する雄ねじを含み、
内側ハウジング６８に対するリテーナ１０６の単純な相
対的回転によって、燃料インテンシファイアモジュール
５６がアクチュエータモジュール５８及びノズルモジュ
ール６０に連結されることが可能となる。単一部品から
なる外側ノズルハウジング１０４及び内側ノズルハウジ
ング１００は対向キャビティを含み、この対向キャビテ
ィがノズルキャビティ１０８を形成し、ニードルバルブ
要素１１２とバイアススプリング１１４とを含む閉止ノ
ズルバルブアセンブリ１１０を受け取る。また、燃料移
送回路９０は通路１１８を含む。この通路１１８はその
一端部で通路１１６と連通し、又外側ノズルハウジング
１０４を介して延出してニードルキャビティ１０８と連
通する。インジェクタ構成要素のこの組み合わせは、高
圧燃料に露出する高圧ジョイント部の数を最小限にする
ことにより、インジェクタの費用及び燃料漏れの量を低
減するように設計されていることに留意されたい。第１
高圧ジョイント部１２０は内側ノズルハウジング１００
と単一部品からなる外側ノズルハウジング１０４との間
に形成されている。第２高圧ジョイント部１２２は、外
側ノズルハウジング１０４とアクチュエータ５８との当
接部の間隙に形成されている。また、第３高圧ジョイン
ト部１２４は、アクチュエータモジュール５８と内側ハ
ウジング６８との間隙に形成されている。従って、この
設計は、高圧ジョイント部の数を、たった３つに制限
し、これによって、燃料漏れを最小化して各噴射事象中
の高圧燃料の効率的な送出を確実にする可能性がより高
い、単純で低コストのインジェクタを作る。

【００４９】図３を参照すると、図２の実施の形態の代
わりに本発明のニードル制御共通レール燃料システムと
共に使用可能な、代替の実施の形態の燃料インジェクタ
１２６が示されている。燃料インジェクタ１２６は、図
２の実施の形態について上述したのと同じインジェクタ
アクチュエータモジュール５８及びノズルモジュール６
０を含む。しかしながら、燃料インジェクタ１２６は、
燃料インテンシファイアモジュール５６を含まずに、代
わりに、入口路１３０及びコネクタ通路１３２を有する
バレル１２８を単に含み、コネクタ通路１３２が燃料を
共通レールからスペーサ９６内に形成した通路１１６ま
で送出する。従って、インジェクタ１２６は、燃料の非
常に高い増圧を必要としない、又は非常に高い燃料圧力
が共通レール内にそれぞれの高圧ポンプによって提供さ
れる用途において、特に有利である。

【００５０】更に、図２及び図３のインジェクタの両方
の実施の形態は、ニードルバルブ要素１１２を開位置と
閉位置との間で移動させるニードルバルブ制御デバイス
１３４を含む。図２、図３及び図８に示されるように、
ニードルバルブ制御デバイス１３４は、外側ノズルハウ
ジング１０４内にニードルバルブ要素１１２の外側端部
と隣接して形成した制御容積又はキャビティ１３６、及
び燃料をニードルキャビティ１０８から制御容積１３６
内へ送る制御容積充填回路(control volume charge cir
cuit) １３８を含む。また、ニードルバルブ制御デバイ
ス１３４は、外側ノズルハウジング１０４内に部分的に
形成され、燃料を制御容積１３６から排出するドレイン
回路１４０、及びニードルバルブ要素１１２をその開閉
位置間で運動させるようにドレイン回路１４０を通じて
燃料のフローを制御する噴射制御バルブ９８を含む。参
照番号１４２で概括的に示すフロー制限デバイスは、ニ
ードルバルブ要素１１２がその開位置にある時（これに
ついては、図８から図１２に関して下記により詳細に記
述する）に、制御容積１３６に出入りする燃料のフロー
を制限するために設けられている。

【００５１】また、図２のインジェクタ２６は内側ハウ
ジング６８、また図３のインジェクタ１２６は外側バレ
ル１２８にそれぞれ取り付けられた電気バルブコネクタ
１４４を含む。電気バルブコネクタ１４４は、電力を噴
射制御バルブ９８へ供給する。電気バルブコネクタ１４
４は、噴射制御バルブ９８を電源に追加の接続ステップ
を必要とせずに接続するために使用される。より詳細に
下記に記述するように、電気バルブコネクタ１４４は、
インジェクタに接続されており、また、インジェクタ２
６、１２６がエンジンのシリンダヘッド内に形成された
それぞれの取付けボア内へ移動すると、同時に、配線接
続ハーネスと接続するように位置されている。インジェ
クタ２６は、外側ハウジング６２のより大きなキャビテ
ィ７０内で、高圧プランジャ８０と隣接して位置するプ
ランジャ位置感知デバイス１４６を含むことができる。
プランジャ位置感知デバイス１４６は、線形可変作動変
圧器でもよく、これは高圧プランジャ８０の変位を決定
し、噴射開始の瞬間、総噴射量及び噴射速度を決定する
のに使用可能な信号を提供することによって、重要な特
性表示情報を提供する。この例では、電気バルブコネク
タ１４４は、感知デバイス１４６に必要な電気接続も提
供する。

【００５２】一般的に、動作中に、第１高圧ポンプ１４
のプランジャ３４は、カム３０により決定された前進及
び後退行程を通じて往復運動し、また、第２高圧ポンプ
１６も第１高圧ポンプ１４と１８０°位相を異にして往
復運動する。プランジャ３４の行程は図４に最上部のカ
ーブで表されている。プランジャ３４の後退行程中、ポ
ンプ制御バルブ要素４６が開位置にある間に、低圧燃料
供給回路４８内の低圧燃料はバルブポート５０を介して
ポンプチャンバ４２内へ流れる。ポンプ制御バルブ４６
が開位置にある時にはいつでも、第１共通レール２０は
低圧燃料供給回路４８と連結するようになっている。ポ
ンププランジャ３４の前進行程中のいくつかの地点にお
いて、ポンプ制御バルブ４４を作動させる(energize)こ
とによって、ポンプ制御バルブ要素４６を図２に示す閉
位置に移動する。ポンププランジャ３４は、前進行程を
通じて、圧縮燃料を共通レール２０及びインジェクタ２
６内へ送出し続ける。前進行程中の幾つかの地点におい
て、ポンプ制御バルブ４４を作動停止し、チャンバ４２
内の燃料の圧力がバルブ要素４６を閉位置に保持する。
後退行程中に、チャンバ４２内の圧力が所定の最小レベ
ルに達すると、バルブ要素４６は、燃料をチャンバ４２
内に供給する開位置に移動する。従って、第１高圧ポン
プ１４及び第２高圧ポンプ１６は、共通レール内の燃料
圧力を徐々に増大し、次に共通レール圧力を徐々に減少
することによって、それぞれの各ポンピング事象中に、
各共通レール内に高圧力を代わるがわる、周期的に生成
するように動作する。ポンピング事象期間及びそれぞれ
の共通レール内で生成される圧力は、ポンププランジャ
３４の前進行程中にポンプ制御バルブ４４を閉じるタイ
ミングにより決定される。図４に示すように、非常に高
いレベルの圧力は、ポンププランジャ３４の前進行程の
開始間近、即ち、ＴＤＣ後の８０°のクランク角度でポ
ンプ制御バルブ４４を閉じることにより得ることができ
る。結果として、ポンプチャンバ４２内に存在するごく
わずかな燃料は、バルブポート５０を介して逃げる。従
って、多量の燃料が第１共通レール２０内に圧縮されて
非常に高い圧力を生じる結果となる。勿論、ポンプ制御
バルブ４４の後閉じにより、ポンプチャンバ４２内の幾
らかの燃料が、ポンププランジャ３４によってバルブポ
ート５０を介して低圧燃料供給回路４８内にポンピング
されることが可能になる。図４に示されるように、ポン
プ制御バルブ４４を、ポンププランジャの前進行程中に
何回か閉じて、エンジンの動作状態に依存する様々な所
望の圧力レベルを得ることができる。図５に示されるよ
うに、各高圧ポンプ１４及び１６のポンプ制御バルブ４
４を動作して、所望の共通レール圧力曲線を、それぞれ
のインジェクタ２６と関係する噴射事象毎に、エンジン
動作の各サイクル中につくることができる。従って、図
５に示すように、ポンプ制御バルブ４４をシリンダ＃
（Ｎｏ．）１のポンププランジャ３４の前進行程で早く
閉じて、非常に高い共通レール圧力を起こしてシリンダ
＃（Ｎｏ．）１内に噴射し、次いで、ポンププランジャ
３４の次のサイクルの後続前進行程中に後閉じして、共
通レール２０内に著しく低い圧力を生成することができ
る。このように、本発明のシステムは、各噴射事象中の
噴射圧力レベルの最適な制御を提供する。

【００５３】図１を参照すると、共通レール２０、２４
内の圧力は、そのそれぞれのレールに連結したそれぞれ
の圧力センサ１４７、１４９によって感知される。セン
サ１４７、１４９は圧力信号を生成し、この信号は、エ
ンジンを制御して監視するのに使用されるエンジン制御
モジュール（ＥＣＭ、図示せず）に送信される。例え
ば、センサを使用して噴射制御バルブ９８の作動時間を
計算できる。或いは、単一の差圧センサ１５１も使用可
能である。圧力センサ１５１は、共通レール２０と共通
レール２４との間に延出する圧力感知通路１５３と接続
されている。図５に示すように、高圧ポンプ１４及び１
６のポンピング事象は、大半は異なる時に起こるので、
一方の共通レールだけが圧力下にあり、他方のレールは
一定の供給圧力である。従って、圧力センサ１５１を使
用して、レール中の差圧を感知することによりレール圧
力を効果的に検出することができる。ポンピング事象
が、共通レール２０、２４内の両方で同時に起こってい
る期間中には、圧力センサ１５１からの信号を、ポンピ
ング事象の一方が終了して共通レール圧力が軽減（開
放）されるまで、単に使用しない。差圧センサ１５１で
作った部分的な圧力トレースサンプルを、モデルベース
の制御アルゴリズムにより使用して、コマンドに対して
事実を検査して、必要に応じて圧力マップの補正を作成
し、動圧マップ(dynamic pressure map)を得る。

【００５４】図４及び図６に示すように、各ポンププラ
ンジャ３４の行程は、約１２０°のクランク角度にわた
る。結果として、本発明のシステムは、燃料圧力をそれ
ぞれの共通レール２０、２４内にゆっくり、徐々に生成
し、従って、ポンププランジャ３４を動作する駆動シス
テム内の駆動トルク変動を最小化する。図７に示すよう
に、カム作動プランジャアセンブリを有するユニットイ
ンジェクタは、高い駆動トルク変動を生じ、駆動システ
ムの摩耗及びノイズが増加する結果となる。これと比較
すると、本発明のシステムは、必要な噴射圧力を得るた
めに著しく少ない量の駆動トルクを必要とする。共通レ
ール内の圧力が比較的に一定に維持される従来の共通レ
ール圧力システムに対する駆動トルク要求は、本発明の
システムの駆動トルク変動よりも幾分少なくてもよい
が、共通レールシステムの圧力制御が非効率的になる。
例えば、従来の共通レールシステムは、１つの噴射事象
から次の噴射事象まで、噴射圧力を広範に変更すること
を効率的で効果的に可能にすることはできない。共通レ
ール圧力を増すためには、従来の共通レールシステムで
は、共通レールに働く高圧ポンプが圧力を必要なレベル
まで上昇できる前に、有意量の時間、典型的には、少な
くとも幾つかの噴射事象にわたる時間を必要とする。更
に、従来の共通レールシステムは、典型的には噴射事象
に基づき、要求されると加圧燃料を除去して共通レール
内の圧力を減らすことにより、前述の早い圧力応答を得
る。他の従来の共通レールシステムは、燃料を共通レー
ルから排出することにより早い減圧応答を得るが、それ
は非効率的な結果となる。一方、本発明のシステムは、
各ポンピング事象、従って、所望により各噴射事象に対
して特定の設定燃料圧力カーブを作る。また、本発明の
システムは、圧力生成事象を噴射事象から分離して駆動
トルク変動を制限する従来の共通レールシステムのフレ
キシビリティを備え、エンジン速度に依存しない圧力制
御を可能にし、噴射が起こる長い噴射タイミング範囲を
作り、計量及び噴射を同時に行うことにより非常に早い
噴射応答時間を提供する。

【００５５】本発明の燃料システムの他の重要な特徴
は、圧力エネルギー回復手段１５０を一体化して、各後
退行程中にそれぞれのポンププランジャ３４の後退を支
援することである。圧力エネルギー回復手段１５０は、
燃料の弾性圧縮性のためにエネルギーが燃料中に蓄えら
れる結果として得られる燃料圧力を、それぞれの共通レ
ール内で用いて、後退行程を通じてポンププランジャ３
４を駆動することにより、燃料中の圧力エネルギーを回
復し、より効率的なシステムとなる。圧力エネルギー回
復手段１５０は一般的に、第１共通レール２０及び第２
共通レール２４とそれぞれのポンプチャンバ４２との間
の流体連通を、ポンププランジャ３４の後退行程を通し
て維持する準備を含む。圧力エネルギー回復手段１５０
は、燃料移送回路９０とそれぞれの共通レール２０、２
４との間の流体連通も維持することによって最適化され
る。圧力エネルギー回復手段１５０は、インテンシフィ
ケーションプランジャアセンブリ７６及びチェックバル
ブの使用を含み、これにより高圧チャンバ７４内での燃
料圧力の使用が可能になり、それぞれのポンププランジ
ャ３４の後退を支援する。所与のポンピング事象中に、
共通レール２０、２４内の圧力が増大し、共通レール２
０内の燃料圧力が、作動プランジャ７８及び高圧プラン
ジャ８０に作用する燃料圧力がスプリング８２のバイア
ス力を十分に克服できるようなレベルに達すると、作動
プランジャ７８及び高圧プランジャ８０は、高圧チャン
バ７４に向かって内方に移動し始める。チェックバルブ
９５は、高圧チャンバ７４内への燃料の供給フローを可
能にできる十分なバイアス力を有するスプリングによっ
てバイアスされる。共通レール２０内の圧力が増大し続
けると、作動プランジャ７８及び高圧プランジャ８０は
内方に移動し続けて、高圧チャンバ７４内の燃料の圧力
がめざましく増大することになる。下記により詳細に記
述するように、ポンピング事象中の所定の時間に、噴射
制御バルブ９８を開位置に作動させて、ノズルバルブ要
素１１２を閉位置から開位置に移動させる。高圧プラン
ジャ８０が、高圧チャンバ７４及びニードルキャビティ
１０８内の燃料を下方に加圧し続けると、ニードルキャ
ビティ１０８内の高圧燃料は、噴射オリフィス１０２を
通じてエンジンシリンダ（図示せず）内に外方に流れ
る。所定の時間後、噴射制御バルブ９８を作動停止して
閉位置に移動させることにより、ニードルバルブ要素１
１２を噴射オリフィス１０２を通じて流れをブロックす
る閉位置に移動させ、噴射事象を終了する。図５に示す
ように、典型的には噴射事象は高圧ポンプ１４のプラン
ジャ３４の前進中に起こる。従って、噴射事象後、ポン
ププランジャ３４は前進行程を完了し、次に後退行程に
入る。プランジャ３４が後退行程を第１共通レール２０
内の高圧燃料に開始すると、チェックバルブの上流側の
作動チャンバ８８及び燃料移送回路９０はしぼんでポン
プチャンバ４２を膨張し返す。膨張燃料は、ポンププラ
ンジャ３４の頂部部分に圧力を加えることによって、後
退行程を通じてプランジャ３４の移動を支援する。これ
らの力が、順にカム３０デバイス及び上流の駆動システ
ムに伝えられることによって、先に生成された圧力エネ
ルギーに戻り、即ち回復し、より効果的なポンピング構
成をつくる。更に、ニードルキャビティ１０８、チェッ
クバルブ９５の下流の燃料移送回路９０及び高圧チャン
バ７４内の高圧燃料は、圧力を高圧プランジャ８０に与
え、プランジャ８０及び作動プランジャ７８を外方に押
圧し、次に、作動チャンバ８８及び第１共通レール内の
燃料をポンプチャンバ４２内に押圧する。結果として、
チェックバルブ９５の下流にある燃料中の圧力エネルギ
ーを利用して、ポンププランジャ３４の後退を支援す
る。従って、ポンプチャンバ４２からそれぞれの共通レ
ール２０、２４及び燃料移送回路を介して、ニードルキ
ャビティ１０８に至るまでずっと、システムの加圧燃料
中に蓄えられていた圧力エネルギーが各ポンピング事象
中に回復される。更に、各ポンピング事象中、それぞれ
のの高圧ポンプと関係する全インジェクタを加圧して、
各インテンシフィケーションプランジャアセンブリ７６
に上述の方法で往復運動させる。従って、各ポンピング
事象中に、所与の共通レールと関係するインジェクタの
全バンク及び高圧ポンプを使用して、インジェクタ、共
通レール及び高圧ポンプによって、加圧燃料を効果的に
膨張することを可能にすることによって、燃料中の圧力
エネルギーを回復し、ポンププランジャ３４の後退を支
援する。最終的には、ポンププランジャ３４及びカム３
０に作用する回復圧力を利用してカム３０の回転を支援
することによって、前進行程を通して他の高圧ポンププ
ランジャ３４の移動を支援する及び／又はカムデバイス
３０により駆動される任意の他のデバイスを動作する。

【００５６】また、本発明は圧力エネルギーを蓄える共
通レールの機能を各インジェクタ２６に備えている。グ
ループのうちただ１つのインジェクタのみが噴射事象を
行う一方、各インジェクタ組１８、２２の各インジェク
タ２６の作動チャンバ８８及び燃料移送回路９０は、各
ポンピング事象中に高圧燃料を受け取る。噴射事象中
に、噴射事象を行っているインジェクタのインテンシフ
ィケーションプランジャアセンブリ７６は、噴射オリフ
ィス１０２及び高圧チャンバ７４から燃料が流出すると
き、内側により速く移動し始める。噴射事象中、残りの
インジェクタの作動チャンバ８８及び燃料移送回路９０
の燃料は膨張し、各インテンシファイアアセンブリ７６
によって噴射を行うインジェクタの共通レール及び作動
チャンバ８８内に押し戻される。この設計は、共通レー
ルの容量を有利に最小化することが可能である。

【００５７】図６は、カムデバイス３０において、第１
高圧ポンプ１４及び第２高圧ポンプ１６の累積的効果か
ら得られた駆動トルクを示す。マイナスの駆動トルク
は、カムデバイス３０に作用する蓄えられた燃料圧力エ
ネルギーから得られるトルクを表す。図６は、エネルギ
ー損失が無いと仮定した理想的な概要であるが、より現
実的な駆動トルク曲線は図７に示す。図７では、マイナ
スの駆動トルク、即ち回復エネルギーは、カム３０で生
成された駆動トルクよりも少ない。単一のポンピング要
素の駆動トルク曲線は、正弦曲線が半分の周波数で起こ
ること以外は、図７に示した形状と同様の形状を有す
る。従って、本発明のシステムは、各ポンピング事象中
に、燃料中の未使用の圧力エネルギーの有意量を効果的
に回復して、ポンププランジャ３４の後退を支援する。
図７に示すように、ユニットインジェクタと比較する
と、本発明のニードル制御共通レールシステムは著しく
少ない駆動トルクを必要として、従来のユニットインジ
ェクタと違って相当量の未使用エネルギーを回復する。

【００５８】図４に示すように、カム３０を含む駆動シ
ステムは、エンジンピストンの往復運動に関係してポン
ププランジャ３４に往復運動させるように設計されてお
り、この場合、プランジャ３４の上死点（ＴＤＣ）がエ
ンジンピストンの上死点後、４０°のクランク角で起こ
る。噴射事象は、典型的には、エンジンピストンの上死
点のあたり又はその直後に起こるために、図５に示すよ
うに、共通レール内の圧力が増大すると、噴射事象はポ
ンピング事象中に起こることになる。従って、駆動シス
テムを初期取付け中に調整して、所望の時間でエンジン
ピストンの上死点に対してポンププランジャ３４の往復
運動の位相を等しくして、特定の噴射速度形成方法を得
ることができる。例えば、ポンププランジャ３４の上死
点がピストンの上死点とほぼ同時、又はその前に起こる
ように第１高圧ポンプ１４を調整可能である。各々の異
なる位相構成に対して、異なる燃料噴射圧力速度変化が
起こり、一意の噴射フロー速度となる。

【００５９】次に、図２、図８及び図９を参照する。本
発明の燃料システムの他の重要な特徴は、ニードルバル
ブ要素１１２の最適制御を可能にしながら、噴射事象中
の高圧燃料のドレインへのフローを最小化するように機
能するフロー制限デバイス１４２の改良である。フロー
制限デバイス１４２は、ニードルバルブ要素１１２の端
部に形成される制御容積入口ポート１５２を含み、これ
が制御容積充填回路１３８を制御容積１３６と流体連結
する。制御容積充填回路１３８は、制御容積入口ポート
１５２からニードルバルブ要素１１２を介して軸方向に
延びる軸方向通路１５４と、軸方向通路１５４から横断
方向に延出し、ニードルキャビティ１０８と連通するオ
リフィス１５８とを含む。また、フロー制限デバイス１
４２は、外側ノズルハウジング１０４内に、制御容積１
３６及びドレイン回路１４０と連通するように形成され
る制御容積外側ポート１６０を含む。ドレイン回路１４
０は、制御容積外側ポート１６０から延出し、噴射制御
バルブ９８に近接する反対の端部で開口するドレイン通
路を含む。図２に示すように、噴射制御バルブ９８は制
御バルブ要素１６４を含む。好ましくは、噴射制御バル
ブ９８は、ドレイン通路１６２を通じてフローをブロッ
クする閉位置とドレイン通路１６２を通じてフローを排
出可能にする開位置との間でバルブ要素１６４を移動で
きるコイルアセンブリ１６６を含む、２方向ソレノイド
作動タイプの噴射制御バルブである。しかしながら、噴
射制御バルブ９８のアクチュエータはソレノイドの代わ
りに圧電タイプ或いは磁わいタイプであってもよい。ド
レイン通路１６２からの燃料フローは、ドレイン出口１
６８に送られ、低圧ドレインに送出する。更に、フロー
制限デバイス１４２はニードルバルブ要素１１２の外側
端部に形成されるフロー制限デバイス１４２を含み、こ
れが制御容積入口ポート１５２及び制御容積出口ポート
６０の両方を通じてフローを実質的に減少する。

【００６０】噴射事象前の動作中に、噴射制御バルブ９
８を作動停止して、バルブ要素１６４を、図２に示すよ
うに閉位置に置く。高圧チャンバ７４内で受けた燃料圧
力レベルは、ニードルキャビティ１０８、制御容積充填
回路１３８及び制御容積１３６内にも存在する。結果と
して、ニードルバルブ要素１１２に対して内方に作用す
る燃料圧力は、スプリング１１４のバイアス力と組み合
わせて、図８に示すように、ニードル制御バルブ要素１
１２を、噴射オリフィス１０２を通じてフローをブロッ
クする閉位置に維持する。それぞれの高圧ポンプ１４、
１６による所与のポンピング事象中の所定時に、噴射制
御バルブ９８を作動させて、バルブ要素１６４を、燃料
を制御容積１３６からドレイン通路１６２を通じて低圧
ドレインに流す開位置に、移動させる。同時に、高圧燃
料は、ニードルキャビティ１０８から充填回路１３８の
オリフィス１５８及び軸方向通路１５４を介して制御容
積１３６内へ制御容積入口ポート１５２を通して流れ
る。しかし、オリフィス１５８は、ドレイン回路１４０
よりも小さな断面フロー領域で設計されているので、制
御容積充填回路１３８を通じて補充される大量の燃料が
制御容積１３６から排出される。結果として、制御容積
１３６内の圧力は、直ちに減少する。ニードルキャビテ
ィ１０８内の高圧燃料のために、ニードルバルブ要素１
１２に作用する燃料圧力は、バルブ要素１１２をスプリ
ング１１４のバイアス力に抗して外方に移動させ始め
る。ニードルバルブ要素１１２の外側端部が制御容積１
３６を形成するバルブ面１７２に接近すると、フロー制
限バルブ１７０は、制御容積出口ポート１６０と制御容
積入口ポート１５２の両方を同時にブロックし始め、こ
れによって、制御容積１３６に出入りするフローを制限
する。

【００６１】図１０から図１２を参照すると、フロー制
限デバイス１４２が噴射事象中の燃料の量を有利に最小
化することを理解することができよう。図１０は、入口
及び出口ポートを通じてフローを制限するデバイスがな
い制御容積を組み込むニードル制御インジェクタを表
す。図１１は出口ポートを介して制御容積からドレイン
に導くフローを減少だけできるニードル制御インジェク
タにおける同様の噴射事象を表す。図１０と図１１を比
較することにより理解できるように、制御容積出口ポー
トを少なくとも部分的にブロックする能力を有するイン
ジェクタは、ニードル制御容積の閉鎖能力のないインジ
ェクタと比較して、噴射事象中の燃料のドレインフロー
及びドレイン量を減少する。更に、図１１の単一ポート
クロージングインジェクタは、制御圧力、即ち制御容積
１３６内の燃料圧力を増大でき、制御バルブ要素の迅速
なクロージング（閉鎖）を可能にする。しかし、本発明
のフロー制限デバイス１４２は、制御容積ポートクロー
ジングがないインジェクタと比較して、より迅速なニー
ドルバルブクロージングを維持しながら、噴射事象中の
燃料ドレインのフロー及び量を、さらに著しく減少す
る。図１１のインジェクタは制御容積１３６内の制御圧
力を比較的高く維持して迅速なバルブクロージングを可
能にするが、噴射事象中に制御圧力が変動しパルスを生
成することは理解できよう。これらの高レベルパルス
は、ニードル制御バルブ要素１１２をクロージング位置
へ移動させる傾向がある不安定な圧力バランス状態を作
り、噴射燃料の量に悪影響を与えたり、それを中断させ
る。図１２に示すように、本発明のフロー制限デバイス
１４２は、制御容積入口ポート１５２を通じてフローを
実質的にブロックすることにより制御容積１３６内の圧
力脈動(pressure pulsations)を減衰させるか最小化し
て、制御圧を、ニードルバルブ要素の反対の端部に作用
する対抗するサック圧力(sack pressure) よりも低く良
好に、確実に維持する。従って、本発明のフロー制限デ
バイス１４２は、制御容積１３６内の制御圧力を噴射事
象を通して有利に安定させて、ニードルバルブ要素１１
２を噴射事象中に最適な開位置に確実に維持する。

【００６２】図９は、制御容積１７６をノズルハウジン
グ１７８とアクチュエータハウジング又はスペーサ１８
０との間に形成する本発明のフロー制限デバイスの第２
の実施の形態を示す。制御容積充填回路１８２は、スペ
ーサ１８０の下部表面に、ノズルハウジング１７８と対
向して形成され、一方の端部で制御容積１７６と連通
し、又反対の端部で燃料送出通路１８４と連通する。従
って、ニードルバルブ要素１８６内に充填回路を形成す
る代わりに、本実施の形態は、燃料を、ニードルキャビ
ティ１０８と対照するものとして燃料送出通路１８４か
ら、スペーサ１８０内に形成した充填通路１８２を介し
て制御容積１７６へ供給する。或いは、制御容積充填回
路１８２を、スペーサ１８０と対向するノズルハウジン
グ１７８の外側表面に形成してもよい。制御容積入口ポ
ート１９０、制御容積出口ポート１９２及びニードルバ
ルブ要素１８６の端部に形成するフロー制限バルブ１９
４を含むこの実施の形態のフロー制限デバイス１８８
は、先の実施の形態のフロー制限デバイスと類似してい
る。ニードルバルブ要素１８６が開位置に移動して噴射
し始めると、フロー制限バルブ１９４は制御容積出口ポ
ート１９２及び制御容積入口ポート１９０を通じてフロ
ーを実質的にブロックして、図８の実施の形態に関して
上述した利点を得る結果となる。

【００６３】図８及び図９に示した両方の実施の形態で
は、図２に示すように、噴射事象の終了時の動作中に、
噴射制御バルブ９８を作動停止して、バルブ要素１６４
を、フローをドレイン回路１４０を通じてブロックする
閉位置に移動させる。結果として、高圧燃料が制御容積
充填回路１３８、１８２を介し制御容積１３６、１７６
内へ流れると、制御容積１３６、１７６内の燃料圧力は
直ちに増大する。従って、制御容積１３６及びキャビテ
ィ１０８内に存在する高圧燃料はニードルバルブ要素１
１２に働いて燃料圧力を生成し、この燃料圧力がスプリ
ング１１４のバイアス力との組み合わせでニードルバル
ブ要素１１２に対して反対方向に働く燃料圧力を克服
し、これによって、ニードルバルブ要素１１２を閉じ
て、噴射を終了する。

【００６４】図１３は、本発明の燃料システムの他の実
施の形態を示し、これは図２に示した実施の形態の燃料
インジェクタ２６を含み、エンジンのシリンダヘッド２
００に取り付けられている。この実施の形態では、高圧
ポンプ２０２は、ポンプが半分のエンジンｒｐｍで回転
する３突出カム(3-lobed cam) ２０４により動作される
こと以外は、図２の高圧ポンプ１４に非常に似ている。
カム２０４は、シリンダヘッド２００の一方の側部を通
じて延びるポンプキャビティ２０８と連通するようにシ
リンダヘッド２００内に形成されたカムボア２０６内に
取り付けられている。この構成により、シリンダヘッド
２００の一方の側部に高圧ポンプ２０２を取り付けるこ
とが可能になる。この取付け構成は、エンジンの全体の
高さを最小化しなくてはならない、又はヘッド２００の
側部に十分な空間を得られる特定の用途に於いて特に有
用である。

【００６５】図１４は、３突出カム２１０が、エンジン
内で、高圧ポンプ２１４を収容するシリンダヘッド２１
２より下に位置する本発明の燃料システムを、パッケー
ジする更に他の構成を開示する。高圧ポンプ２１４は、
ヘッド２１２に頂部に取り付けられて、ヘッド２１２中
に形成するポンプ取付けボア２１６を通じてエンジンカ
ム２１０に延出する。

【００６６】図１５は、燃料インテンシフィケーション
プランジャアセンブリ２２０をインジェクタ２２２から
分離して形成する本燃料システムの代替の実施の形態で
ある。この方法では、燃料インテンシフィケーションプ
ランジャアセンブリ２２０は、エンジン内の異なる遠隔
位置、例えば、エンジンシリンダヘッド２２４の側部に
取り付けられるが、インジェクタは、頂部からヘッド２
２４を通じて底部に垂直方向に延出するインジェクタ取
付けボア２２６内に位置したままである。シリンダヘッ
ド２２４は、より大きい部分２３２に開口する細長い部
分２３０を有するボア２２８を含む。燃料インテンシフ
ィケーションプランジャアセンブリ２２０は、より大き
い部分２３２及び細長い部分２３０内に延びる内部ハウ
ジング２３４を含む。細長い部分２３０の内側端部は、
インジェクタ２２２のインジェクタ本体に形成した相補
的な凹部と係合する円錐面を含み流体的にシールしたジ
ョイント部をつくる。高圧送出通路２３６は、高圧チャ
ンバ７４から細長い部分２３０を介してインジェクタ本
体中に形成する環状キャビティ２３８と連通するように
延出する。環状キャビティ２３８は一方の端部でニード
ルキャビティ２４０と連通し、他方の端部で制御容積充
填回路１３８と連通する。この実施の形態の動作は、図
１、図２及び図８の主な実施の形態に関して上述した動
作と同じである。図１５の実施の形態は、エンジンオー
バーヘッド内で利用可能な空間が制限される用途におい
て特に有利である。燃料インテンシフィケーションプラ
ンジャアセンブリをインジェクタから分離することによ
って、この実施の形態では、より短いインジェクタの使
用が可能になり、エンジンの高さを最小化することによ
り制限されるパッケージング制約を有する用途で、この
燃料システムの使用が可能になる。

【００６７】図１６は圧力燃料システムの更に他の実施
の形態を示し、この実施の形態は燃料インジェクタ２４
２が図１５に示した燃料インジェクタよりも著しく短
く、またより重要なこととして、燃料インテンシフィケ
ーションプランジャアセンブリ２４４が燃料インジェク
タ２４２に対してある角度で傾斜して位置すること以外
は、図１５の実施の形態と同様である。より短いインジ
ェクタを用いることによって、この実施の形態では、必
要なエンジンオーバーヘッド空間を減らす。従って、エ
ンジンのサイズの最小化及び／又は非常に多様なエンジ
ンへの本発明のシステムの利用が可能になる。インジェ
クタ本体に抗する内部ハウジング２３４の力が、インジ
ェクタ本体をその取付けボア２４６中に内方に移動させ
る傾向があるために、燃料インテンシフィケーションプ
ランジャアセンブリ２４４を燃料インジェクタ２４２に
対して傾斜して位置することにより、この実施の形態で
は、燃料インジェクタ２４２をそのボア２４６中に固定
してシールするように取り付けることを支援する。

【００６８】また、図１６は、アクチュエータアセンブ
リ、即ち、噴射制御バルブ９８のソレノイド／コイルア
センブリ１６６を電源に接続する改良電気接続デバイス
を提供する際の本発明の別の重要な態様を示す。電気接
続デバイスは、参照番号２５０で概略的に示す配線接続
ハーネスを含み、配線接続ハーネスが、点線２５３で表
す導電性要素を覆う絶縁ジャケットから形成されるハー
ネス本体２５２を含む。更に、ハーネス本体２５２は第
１コネクタ２５４を含み、この第１コネクタ２５４は、
ハーネス本体２５２の一端部に形成され、噴射制御バル
ブ９８から延出するバルブコネクタ１４４と接続する。
燃料インジェクタ２４２がインジェクタ取り付けボア２
４６内へ移動することによって、同時に、バルブコネク
タ１４４とハーネス本体２５２の第１コネクタ２５４と
を接続させるように、ハーネス本体２５２は、シリンダ
ヘッドの頂部面のインジェクタ取付けボア２４６に対し
て決められた所定位置に固定的に接続される又は取り付
けられる。燃料インジェクタ２４２がインジェクタ取付
けボア２４６内の最も内側の(innermost) 位置に完全に
固定されると、バルブコネクタ１４４と第１コネクタ２
５４との確実な電気的接続が完了する。従って、噴射制
御バルブ９８を電源に接続する追加のステップを必要と
せずに、配線接続ハーネス２５２は、燃料インジェクタ
２４２をインジェクタ取付けボア２４６内に挿入して固
定するという単一のステップだけを必要とすることによ
って、燃料インジェクタ２４２の取付け及び接続方法を
簡素化する。従来技術の燃料インジェクタの従来の取付
け法は、燃料インジェクタ２４２の取り外し及び再取付
けの各々の間に、バルブコネクタ１４４を物理的に電気
プラグから外したりそれに再接続するために取付け人員
を必要とした。従って、本発明の配線接続ハーネス２５
２は、燃料インジェクタ２４２の取付け及び取り外し行
程を有利に簡素化する。更にまた、ハーネス本体２５２
は、燃料インテンシフィケーションプランジャアセンブ
リ２４４から延出する変位センサコネクタ２５８と係合
するように位置する第２コネクタ２５６を含む。また、
変位センサコネクタ２５８は導電性要素を囲む外側絶縁
ジャケットを含む。導電性要素は、上述した特性表示情
報を提供するプランジャ位置感知デバイス１４６に接続
されている。第２コネクタ２５６は、ボア２２８に対し
て位置決めされており、この場合、図１６に示すよう
に、燃料インテンシフィケーションプランジャアセンブ
リ２４４がボア２２８内の固定位置へ移動することによ
り、同時に変位センサコネクタ２５８が第２コネクタ２
５６と係合するようになって、確実な電気接続を提供す
る。また、配線接続ハーネス２５２は、本発明の全実施
の形態、又はエンジンに取り付ける電気動作デバイスを
含むあらゆる他の燃料送出デバイスと共に利用可能であ
ることも理解されよう。

【００６９】図１７は、代替の実施の形態を示し、この
実施の形態は、図２に示した主な実施の形態と同じ噴射
アクチュエータモジュール５８、ノズルモジュール６０
及びリテーナ１０６を有するユニットインジェクタ２６
０を含む。しかし、ユニットインジェクタ２６０は、カ
ム（図示せず）によって従来の押し棒２６４、ロッカア
ームアセンブリ２６６及びリンクアセンブリ２６８で駆
動されるインジェクタプランジャ２６２を組んでいる。
インジェクタプランジャ２６２はプランジャボア２７０
内に位置し、プランジャボアは噴射アクチュエータモジ
ュール５８と当接して取り付けられるインジェクタバレ
ル２７２内に形成されている。ボア２７０の内側端部に
形成する高圧チャンバ２７４に、バレル２７２中に形成
する共通通路２７６を通じて低圧供給燃料を供給する。
ソレノイドコイルアセンブリ２８０を含むソレノイド作
動圧力制御バルブ２７８を、高圧噴射事象を定義するよ
うに位置して、送出通路２７６を通じて供給燃料のフロ
ーを制御する。６シリンダエンジンで使用する場合、カ
ム（図示せず）により、図１及び図２に示した実施の形
態のポンププランジャ３４の行程と同様の約１２０°の
クランク角の加圧行程を通じて、インジェクタプランジ
ャ２６２が往復運動するようになる。同様に、噴射制御
バルブ９８が各ポンピング事象中に動作して、上述した
ように噴射事象を起こす。このユニットインジェクタの
実施の形態は、コンパクトな設計を有し、噴射事象の発
生から独立して、加圧ポンピング事象を効果的に起こす
ことができる簡便なニードル制御ユニットインジェクタ
を提供するのに特に有利である。圧力制御バルブ２７８
用に、噴射制御バルブ９８のアクチュエータコイルアセ
ンブリとは別のコイルアセンブリ２８０を用いることに
よって、圧力制御バルブ２７８により起こるポンピング
事象中の任意の時に、コイルアセンブリ２８０の作動(e
nergization)を考慮せずに、ユニットインジェクタ２６
０が噴射制御バルブ９８を動作することを可能にする。
この特徴は、同一のアクチュエータ又はコイルアセンブ
リを使用して圧力制御バルブと噴射制御バルブとの両方
を動作する従来技術のニードル制御ユニットインジェク
タに対する改良である。

【００７０】図１８は本発明のユニットインジェクタの
代替の実施形態を表し、圧力センサ２８２がインジェク
タ本体に取り付けられていること以外は図１７に示した
ものと同様である。圧力センサ２８２はバルブキャビテ
ィ２８６から延びる感知通路２８４と連絡しており、感
知通路２８４は圧力制御バルブ２７８のバルブ要素２８
８を受けるためにバレル２７２内に形成される。圧力セ
ンサは連続的にバルブキャビティ２８６内の燃料圧力、
従って、高圧チャンバ２７４内の燃料圧力をモニター
し、それによってより正確な噴射制御及び診断を可能と
する。圧力センサ２８２のコンパクトな組込みを可能に
するために、圧力制御バルブ２７８は、図１７の設計に
他の変更を必要とせずに、バルブキャビティ２８６のた
めの空間を提供するような角度に取り付けられる。

【００７１】本システムは更に、図１及び図１７で概括
的に参照数字３００で示されるエアパージ回路を含む。
エアパージ回路は、低圧供給回路４８、出口路５２、共
通レール２０及び２４、燃料移送回路９０及び２７６、
高圧チャンバ７４及び２７４、ニードルキャビティ１０
８、制御容積充填回路１３８及びドレイン回路１４０を
含む。本システムの設計は、燃料が全ての燃料供給及び
ドレイン通路システム、即ちエアパージシステム３００
を循環して、システム内のあらゆる空気を、ドレイン回
路１３８を介して排出させることを可能とする。エアパ
ージシステム３００は、例えばエンジン始動の前に、例
えばエンジン点火スイッチを一部分だけ回すことにより
作動される電気ポンプ３０２を含む。同時に、噴射制御
バルブ９８に加え、各高圧ポンプのポンプ制御バルブ４
４或いは図１７の実施形態の圧力制御バルブ２７８は、
開位置へと作動される。電気ポンプ３０２は、システム
の燃料通路へバルブ４４、２７８及び９８を介して、チ
ェックバルブ９５のスプリング圧力を越えるに足る燃料
圧力で燃料を供給する。従って、エアパージシステム３
００は、本システムの燃料通路から効果的に空気を排除
し、それによって噴射事象のタイミング及び計量に対す
るエアポケットの有害な影響を最小化し、結果として予
測可能で信頼のできる燃料計量及びタイミングをもたら
す。

【００７２】本発明のニードル制御燃料システムは、圧
縮点火内燃機関に於いて最も有用であるが、あらゆる乗
物（ビークル）のあらゆる燃焼エンジン、又は正確で効
率的で信頼できる圧力生成、噴射タイミング及び噴射計
量が必須の工業装置で使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のニードル制御共通レール燃料
システムの好適な実施の形態の概略図である。

【図２】図２は、図１のニードル制御共通レール燃料シ
ステムで使用される閉止ノズルインジェクタの断面図
と、高圧ポンプの部分的な断面図である。

【図３】図３は、図１の燃料システムで使用される閉止
ノズルインジェクタの第２の実施の形態の断面図であ
る。

【図４】図４は、クランク角に対して本発明のシステム
の高圧ポンプにより周期的に生成することができる可変
行程及び圧力を示すグラフである。

【図５】図５、は各共通レール／インジェクタの組と関
係する高圧ポンプによって作成される周期的に生成され
るポンピング事象を示す図である。

【図６】図６は、噴射がなく、エネルギー損失がない場
合に周期的な圧力生成／ポンピング事象によってクラン
ク角に対して作成される駆動トルクを示すグラフであ
る。

【図７】図７は、従来技術のユニットインジェクタ、圧
力リリーフバルブを備える共通レールを有する従来技術
の燃料システム、及び本発明のニードル制御共通レール
燃料システムによって作成される各駆動トルクの比較を
示すグラフである。

【図８】図８は、本発明のデュアルポートクロージング
特性を示す図２及び図３のインジェクタの拡大部分断面
図である。

【図９】図９は、本発明で使用し、本発明のデュアルポ
ートクロージング特性の第２の実施の形態を含むインジ
ェクタの拡大部分断面図である。

【図１０】図１０は、従来のニードル制御噴射インジェ
クタの噴射事象中に、制御体積と関係する入口及び出口
ポートを閉じない様々な燃料圧力及び量を示すグラフで
ある。

【図１１】図１１は、噴射事象中に、ニードル制御体積
出口ポートだけを閉じる従来技術のインジェクタにより
作成される様々な燃料圧力及び量を示すグラフである。

【図１２】図１２は、噴射事象中に、制御体積の入口及
び出口の両ポートを実質的に閉じる本発明のフロー制限
デバイスを有する本発明のインジェクタにより作成され
る様々な燃料圧力及び量を示すグラフである。

【図１３】本発明のシステムの他の実施の形態でシリン
ダヘッドの側部に取り付けられ、ヘッドに位置するカム
によって動作される高圧ポンプを有する変更パッケージ
ング構成を示す。

【図１４】本発明の更に他の実施の形態で、シリンダヘ
ッド内に垂直方向に取り付けられた高圧ポンプを有する
他のパッケージングバリエーションを示す。

【図１５】ニードル制御インジェクタと、シリンダヘッ
ドの別個の取付けボアに取り付けられる別個のインテン
シフィケーションプランジャアセンブリとを含む本発明
の更に他の実施の形態である。

【図１６】ニードル制御インジェクタ、別個のインテン
シフィケーションプランジャアセンブリ、及び取付け中
にインジェクタとインテンシフィケーションプランジャ
アセンブリとの同時電気接続を可能にするために配線接
続ハーネスを含む本発明の代替の実施の形態を示す。

【図１７】図１７は、シリンダヘッド取付けボア内に位
置する本発明の代替の実施の形態のユニットインジェク
タの断面図である。

【図１８】図１８は、本発明の代替の実施の形態のユニ
ットインジェクタの部分的な断面図である。

【符号の説明】

１０ ニードル制御共通レール燃料システム １８ 第１インジェクタ組 １４ 第１高圧ポンプ １６ 第２高圧ポンプ ２０ 第１共通レール ２２ 第２インジェクタ組 ２４ 第２共通レール ２６ 燃料インジェクタ ３０ カム ４２ ポンプチャンバ ４６ ポンプ制御バレル要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ディー．クロフツ アメリカ合衆国 46124 インディアナ州 エディンバラ ノース 170 ウエスト 14750 (72)発明者 ジョン ティー．キャロル ザ サード アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス ベイウッド コート 915 (72)発明者 ラスズロ ディー．ティック アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス カントリーサイド レーン 811

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧燃料を燃料供給部から受け取って、
   燃料を高圧でエンジンの燃焼チャンバ内に噴射するため
   のユニット燃料インジェクタであって、 インジェクタキャビティのあるインジェクタ本体と、燃
   料移送回路と、前記インジェクタ本体の一端部に形成さ
   れる噴射オリフィスと、を有し、 往復運動するように前記インジェクタキャビティに取り
   付けられるプランジャと、前記プランジャと前記噴射オ
   リフィスとの間に形成される高圧チャンバと、を有し、
   前記プランジャは、前記高圧チャンバ内へ移動可能で、
   前記高圧チャンバ内の燃料の圧力を増大させ、 前記インジェクタキャビティに取り付けられ、前記噴射
   オリフィスを通る燃料フローを阻止する閉位置と、前記
   噴射オリフィスを通して燃料フローを可能とする開位置
   との間で往復運動するように取り付けられるニードルバ
   ルブ要素を含む閉止ノズルアセンブリを有し、 前記高圧チャンバと燃料供給部との間の燃料フローを制
   御するためのソレノイド作動圧力制御バルブを有し、 前記ニードルバルブ要素を前記開位置と前記閉位置との
   間で移動させ、前記高圧チャンバ内の燃料の圧力と無関
   係に前記噴射事象を開始させるニードルバルブ制御手段
   を有し、前記ニードルバルブ制御手段は、前記ニードル
   バルブ要素の一端部と隣接して位置する制御容積と、燃
   料を前記燃料移送回路から供給する制御容積充填回路
   と、燃料を前記制御容積から低圧ドレインに排出するド
   レイン回路と、ドレイン回路に沿って位置し、燃料フロ
   ーをドレイン回路を通じて制御して、ニードルバルブ要
   素を前記開位置と前記閉位置との間で移動させる噴射制
   御バルブと、を含み、前記噴射制御バルブは、前記制御
   容積からの燃料フローを阻止する閉位置、及び制御容積
   充填回路から制御容積並びに前記制御容積から前記低圧
   ドレインへの燃料フローを可能にする開位置へ移動させ
   ることができる２方向バルブとする、 ユニット燃料インジェクタ。
2. 【請求項２】 前記燃料移送回路が、前記ニードルバル
   ブ要素を収容するために前記インジェクタ本体内に形成
   されるニードルキャビティを含み、前記制御容積充填回
   路が、前記ニードルキャビティに向けて開口した第１端
   部を含む、請求項１のユニット燃料インジェクタ。
3. 【請求項３】 前記２方向噴射制御バルブが、インジェ
   クタ本体に沿って高圧チャンバと制御容積との間に位置
   する噴射制御ソレノイドコイルアセンブリを含み、前記
   ソレノイド作動圧力制御バルブが、前記インジェクタ本
   体内に前記噴射制御ソレノイドコイルアセンブリから離
   間して取り付けられる圧力制御ソレノイドコイルアセン
   ブリを含む、請求項１のユニット燃料インジェクタ。
4. 【請求項４】 前記制御容積充填回路が前記ニードルバ
   ルブ要素内に組み込まれて形成される、請求項２のユニ
   ット燃料インジェクタ。
5. 【請求項５】 前記ニードルバルブ要素が開位置に移動
   すると、制御容積からの燃料フローの排出を制限するフ
   ロー制限手段を含み、前記フロー制限手段は、前記充填
   回路と前記制御容積を流体連結する制御容積入口ポー
   ト、前記制御容積と前記ドレイン回路を流体連結する制
   御容積出口ポート、及び前記ニードルバルブ要素の外側
   端部に形成され、前記制御容積入口ポートと前記制御容
   積出口ポートを少なくとも部分的にブロックして低圧ド
   レインへの燃料フローを制限するフロー制限バルブと、
   を更に含む、請求項１のユニット燃料インジェクタ。
6. 【請求項６】 低圧燃料を燃料供給部から受け取って、
   燃料を高圧でエンジンの燃焼チャンバ内に噴射するため
   のユニット燃料インジェクタであって、 インジェクタキャビティのあるインジェクタ本体と、燃
   料移送回路と、前記インジェクタ本体の一端部に形成さ
   れた噴射オリフィスと、を有し、 往復運動するように前記インジェクタキャビティに取り
   付けられるプランジャと、前記プランジャと前記噴射オ
   リフィスとの間に形成される高圧チャンバと、を有し、
   前記プランジャは、前記高圧チャンバ内へ移動可能で、
   前記高圧チャンバ内の燃料の圧力を増大し、 前記インジェクタキャビティに取り付けられ、前記噴射
   オリフィスを通る燃料フローを阻止する閉位置と、前記
   噴射オリフィスを通して燃料フローを可能とする開位置
   との間で往復運動するように取り付けられるニードルバ
   ルブ要素を含む閉止ノズルアセンブリを有し、 前記ニードルバルブ要素を前記開位置と前記閉位置との
   間で移動させるニードルバルブ制御手段を含み、前記ニ
   ードルバルブ制御手段は、前記ニードルバルブ要素の一
   端部と隣接して位置する制御容積と、燃料を前記燃料移
   送回路から供給する制御容積充填回路と、燃料を前記制
   御容積から低圧ドレインに排出するドレイン回路及び、
   前記ドレイン回路に沿って位置し、燃料フローを前記ド
   レイン回路を通じて制御して、ニードルバルブ要素を前
   記開位置と前記閉位置との間で移動させる噴射制御バル
   ブと、を有し、前記制御容積充填回路が前記ニードルバ
   ルブ要素内に組み込まれて形成される、 ユニット燃料インジェクタ。
7. 【請求項７】 前記燃料移送回路が前記ニードルバルブ
   要素を収容するために前記インジェクタ本体内に形成さ
   れるニードルキャビティを含み、前記制御容積充填回路
   が前記ニードルキャビティに向けて開口した第１端部を
   含む、請求項６のユニット燃料インジェクタ。
8. 【請求項８】 前記噴射制御バルブが前記インジェクタ
   本体に沿って前記高圧チャンバと前記制御容積との間に
   位置する噴射制御ソレノイドコイルアセンブリを含み、
   更に前記高圧チャンバと燃料供給部との間の燃料フロー
   を制御するソレノイド作動圧力制御バルブを含み、前記
   ソレノイド作動圧力制御バルブが前記インジェクタ本体
   内に前記噴射制御ソレノイドコイルアセンブリから離間
   して取り付けられる圧力制御ソレノイドコイルアセンブ
   リを含む、請求項６のユニット燃料インジェクタ。
9. 【請求項９】 前記ニードルバルブ要素が前記開位置に
   移動すると、前記制御容積からの燃料フローの排出を制
   限するフロー制限手段を含み、前記フロー制御手段は、
   前記充填回路と前記制御容積を流体連結する制御容積入
   口ポート、前記制御容積と前記ドレイン回路を流体連結
   する制御容積出口ポート、及び前記ニードルバルブ要素
   の外側端部に形成され、前記制御容積入口ポートと前記
   制御容積出口ポートを少なくとも部分的にブロックして
   低圧ドレインへの燃料フローを制限するフロー制限バル
   ブと、を更に含む、請求項６のユニット燃料インジェク
   タ。
10. 【請求項１０】 低圧燃料を燃料供給部から受け取っ
    て、燃料を高圧でエンジンの燃焼チャンバ内に噴射する
    ためのユニット燃料インジェクタであって、 インジェクタキャビティのあるインジェクタ本体と、燃
    料移送回路と、前記インジェクタ本体の一端部に形成す
    る噴射オリフィスと、を有し、 縦軸に沿って往復運動するように前記インジェクタキャ
    ビティに取り付けられるプランジャと、前記プランジャ
    と前記噴射オリフィスとの間に形成される高圧チャンバ
    とを有し、前記プランジャは、前記高圧チャンバ内へ移
    動可能で、前記高圧チャンバ内の燃料の圧力を増大さ
    せ、 前記インジェクタキャビティに取り付けられ、前記噴射
    オリフィスを通る燃料フローを阻止する閉位置と、前記
    噴射オリフィスを通して燃料フローを可能とする開位置
    との間で往復運動するように取り付けられるニードルバ
    ルブ要素を含む閉止ノズルアセンブリを有し、 前記ニードルバルブ要素を前記開位置と前記閉位置との
    間で移動させる、ニードルバルブ制御手段を有し、前記
    ニードルバルブ制御手段は、前記ニードルバルブ要素の
    一端部と隣接して位置する制御容積と、燃料を前記燃料
    移送回路から供給する制御容積充填回路と、燃料を前記
    制御容積から低圧ドレインに排出するドレイン回路と、
    前記インジェクタキャビティ内で前記高圧チャンバと前
    記ニードルバルブ要素との間にある前記ドレイン回路に
    沿って位置し、燃料のフローをドレイン回路を通じて制
    御して、前記ニードルバルブ要素を前記開位置と前記閉
    位置との間で移動させる噴射制御バルブと、を有し、前
    記噴射制御バルブは、前記縦軸と実質上平行な中心軸に
    沿って前記制御容積からの燃料フローを阻止する第１位
    置と制御容積充填回路から前記制御容積への燃料フロー
    並びに前記制御容積から前記低圧ドレインへの燃料フロ
    ーを可能にする第２位置へと移動可能な制御バルブ要素
    を含み、前記中心軸は前記縦軸から離間されてオフセッ
    トされている、 ユニット燃料インジェクタ。
11. 【請求項１１】 前記燃料移送回路が前記ニードルバル
    ブ要素を収容するために前記インジェクタ本体内に形成
    されるニードルキャビティを含み、前記制御容積充填回
    路が、前記ニードルキャビティに向けて開口した第１端
    部を含む、請求項１０のユニット燃料インジェクタ。
12. 【請求項１２】 前記噴射制御バルブが２方向バルブで
    あって、前記インジェクタ本体に沿って前記高圧チャン
    バと前記制御容積との間に位置する噴射制御ソレノイド
    コイルアセンブリを含み、更に前記高圧チャンバと燃料
    供給部との間の燃料のフローを制御するソレノイド作動
    圧力制御バルブを含み、前記ソレノイド作動圧力制御バ
    ルブが前記インジェクタ本体内に前記噴射制御ソレノイ
    ドコイルアセンブリから離間して取り付けられる圧力制
    御ソレノイドコイルアセンブリを含む、請求項１０のユ
    ニット燃料インジェクタ。
13. 【請求項１３】 前記制御容積充填回路が前記ニードル
    バルブ要素内に組み込まれて形成される、請求項１１の
    ユニット燃料インジェクタ。
14. 【請求項１４】 前記ニードルバルブ要素が前記開位置
    に移動すると、制御容積からの燃料フローの排出を制限
    するフロー制限手段を含み、前記フロー制限手段は、前
    記充填回路と前記制御容積を流体連結する制御容積入口
    ポート、前記制御容積と前記ドレイン回路を流体連結す
    る制御容積出口ポート、及び前記ニードルバルブ要素の
    外側端部に形成され、前記制御容積入口ポートと前記制
    御容積出口ポートを少なくとも部分的にブロックして低
    圧ドレインへの燃料フローを制限するフロー制限バルブ
    と、を更に含む、請求項１０のユニット燃料インジェク
    タ。