JP2002514709A - ノズルからの周期断続スプレーを有する燃料噴射システム - Google Patents

ノズルからの周期断続スプレーを有する燃料噴射システム

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JP2002514709A JP2000548615A JP2000548615A JP2002514709A JP 2002514709 A JP2002514709 A JP 2002514709A JP 2000548615 A JP2000548615 A JP 2000548615A JP 2000548615 A JP2000548615 A JP 2000548615A JP 2002514709 A JP2002514709 A JP 2002514709A
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Abstract

(57)【要約】 燃料噴射システム(10)は、流れ規制(33)を有するノズル供給通路(37)に接続されたノズル出口(35)を形成する噴射器本体(30)を含む。供給圧での燃料源(17)がノズル供給通路(37)と流体連通している。ニードルバルブ部材(40)が噴射器本体(30)内に配置されており、ノズル出口(35)が開く開位置と、ノズル出口がブロックされる閉位置との間を可動である。供給圧は、ニードルバルブ(40)が開閉位置の間を周期的に動くような大きさであり、流れ規制は、ニードルバルブ(40)が開閉位置の間を周期的に動くような大きさである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、一般的に燃料噴射システムに関する。より詳細には、本発明は、燃
料をノズルから燃焼空間に周期断続的に噴霧できる能力を備えた燃料噴射システ
ムに関する。
【０００２】 （背景技術） ほとんど燃料噴射システムにおいて、燃料が、比較的高圧で1か、2以上の比較
的小さいノズルオリフィスを通って燃焼室に噴霧される。ニードルチェックバル
ブは通常ノズルオリフィスをブロックするが、ニードルバルブに作用している付
勢力に打ち勝つのに十分なバルブが開く圧力を超えると、開いた位置に動くこと
ができる。一般的噴射シーケンスにおいて、ニードルバルブ部材が開いた位置に
動き、所定量の燃料がエンジンシリンダに噴射され、ついでニードルバルブが閉
じて噴射事象を終了する。燃焼効率を高め、不燃焼炭化水素およびエミッション
の窒素酸化物の存在を低下させるために、エンジニア達は、燃料がエンジンシリ
ンダに噴霧されるときに燃料と空気との混合を改善する方法を絶えず模索してき
ている。従来の技術では、燃料が噴霧されるとき燃料と空気との最も良好な混合
がなされてきた。噴霧を改善することに関する従来の技術は、一般的に、可能な
かぎり小さなノズルオリフィスと、可能なかぎり高い燃料圧を作り出すことであ
った。しかし、材料と機械加工の規制とのために、実際はノズルオリフィスを小
さくできるだけであり、燃料は高く加圧されるだけである。
【０００３】 本発明は、燃料を従来とは異なる手段で噴射させることによって、燃料効率を
改善し、ひいては望ましくないエミッションを低下させることに関する。
【０００４】
【本発明の開示】
燃料噴射システムは、流れ規制を有するノズル供給通路に接続されたノズル出
口を形成する噴射器本体を含む。供給圧で燃料源は、ノズル供給通路と流体連通
する。ニードルバルブ部材は、噴射器本体に配置されており、ノズル出口が開く
開位置とノズル出口がブロックされる閉位置との間を可動である。供給圧は、ニ
ードルバルブ部材が閉位置と開位置との間を周期的に動く量であり、流れ規制は
、それの大きさである。
【０００５】 別の実施例において、ニードルバルブ部材は、噴射器本体に配置されたリフト
する油圧面を含む。さらに、少なくとも部分的にバルブを開く圧力を定めるばね
が、ニードルバルブ部材を閉位置に付勢するように作動的に配置されている。
【０００６】 本発明の別の実施例において、燃料噴射システムは、ニードル制御チャンバを
形成する噴射器本体と、流れ規制を有するノズル供給通路に接続されたノズル出
口とを含む。供給圧で燃料源は、ノズル供給通路と流体連通している。ニードル
バルブ部材は噴射器本体に配置されており、ノズル出口が開く開位置と、ノズル
出口がブロックされる閉位置との間を可動である。ニードルバルブ部材はニード
ル制御チャンバにおいて流体圧に曝される閉鎖する油圧面を含む。ニードル制御
バルブは噴射器本体に取付けられており、ニードル制御チャンバが低圧通路に対
し開くオン位置と、ニードル制御チャンバが高圧源に対し開くオフ位置との間を
可動である。供給圧は、ニードルバルブ部材が閉位置と開位置との間を周期的に
動く量であり、流れ規制は、これの大きさである。
【０００７】
【本発明の詳細な説明】
図１を参照すると、燃料噴射システム10が燃料を、ノズル出口35を介しエンジ
ンシリンダ50に噴射する。噴射工程は、本分野において公知であるように、燃料
粘性センサー入力26、燃料圧センサー入力25、および別の入力27を含む様々な入
力を受信する電子制御モジュール24により制御される。高圧燃料ポンプ14は低圧
燃料をタンク11から、燃料フィルタ13を通り低圧燃料供給ライン12に沿って引き
出す。高圧ポンプ14が高圧ポンプ供給ライン15を介して燃料を押し出し、チェッ
クバルブ16を超えて高圧燃料リザーバ17に押し出す。圧力調整バルブ18がリザー
バ17の燃料圧を既知の供給圧に維持する。圧力調整バルブ18によって解放された
燃料が燃料戻しライン19を介し燃料タンク11に戻される。
【０００８】 温度及び粘性センサー22が接続ライン23を介し高圧燃料リザーバ17に取付けら
れている。本分野の当業者であれば、温度および粘性センサーがシステムのいず
れかの場所に配置できることがわかるであろう。
【０００９】 ノズル供給通路37が高圧燃料リザーバ17とノズル出口35との間に延びている。
流れ規制バルブ33がノズル供給通路37に配置されている。流れ規制バルブ33を通
る流れ面積が連通制御ライン28を介し電子制御モジュール24により制御される。
噴射事象が、連通制御ライン29を介し電子制御モジュール24によって動作が制御
されるニードル制御バルブ34によって開始され、終了される。油圧チェックダン
パー36が、ノズル出口35を開閉するように動くニードルバルブ部材の動作を低下
させるように配置されている。本分野の当業者であれば、ニードル制御バルブ34
と流れ規制バルブ33との順序は、図1に図示した向きの逆でもよいことがわかる
であろう。
【００１０】 図2乃至4を参照すると、本発明の詳細が図示されている。一般的燃料噴射器に
おいて、ノズル出口35は噴射器本体30の１端部に配置されている。ノズル組立体
31はノズル出口35に隣接して配置されている。ノズル組立体31はノズル出口３５
を開閉するようにニードルチェックバルブ41として作動するニードルバルブ部材
40を含む。ニードル付勢ばね42は、ニードルバルブ部材40を下方に付勢して閉鎖
位置にする。ニードルバルブ部材40はノズル供給通路37の燃料に曝されるノズル
チャンバ43内の流体圧に曝されるリフトする油圧面44を含む。
【００１１】 図3を参照すると、本発明に係る流れ規制バルブ33の１つの態様が図示されて
いる。規制バルブ部材61が複数位置ソレノイド60に取付けられている。規制バル
ブ部材61が複数の小径垂直規制通路65、内部通路62および垂直通路64を含む。プ
ラグ63が内部通路62の１端部を閉鎖する。ノズル供給通路37aの上流位置から下
流部分37bを流れる全流体は、最初に、規制通路65、内部通路62、および垂直通
路64を通らなければならない。複数位置ソレノイド60に供給される電流量によっ
て、異なった数の垂直規制通路65が上流ノズル供給通路37aに対し開く。このよ
うに、ソレノイド60に供給される電流量を制御することによって、流れ規制バル
ブ33を通る流れ面積を制御できる。バルブ部材61の外面に沿って漏れる流体が低
圧燃料ドレイン69を介し再使用するために戻される。
【００１２】 図4を参照すると、リフトする油圧面44に加え、ニードルバルブ部材40が、ニ
ードル制御チャンバ83における流体圧に曝されて閉鎖する油圧面46を含むことが
好ましい。ニードル制御バルブ80は、ニードル制御チャンバ83に接続されている
制御通路84が高圧通路82に対し開く第１位置に動くことができる。ニードル制御
バルブ80は、制御通路84が高圧通路82に対し閉じるが、低圧通路81に対し開く第
2の位置に動くこともできる。
【００１３】 ニードル制御バルブ80が制御通路84を高圧通路82に対し開いている限りニード
ルバルブ部材40が閉鎖位置のままであるように、リフトする油圧面44、閉鎖する
油圧面領域46、付勢ばね42の強度、高圧リザーバ17内の所望の供給圧、および高
圧通路82の圧力全てが選択される。ニードル制御バルブ80が第2の位置に動くと
制御通路84が低圧通路81に対し開き、リフトする油圧面44に作用する燃料圧のた
めに、これがばね42によって付与される付勢力に勝るとき、ニードルバルブ部材
40が開位置にリフトするという点において、ニードルバルブ部材40は従来のニー
ドルチェックバルブとして作用する。ニードルバルブ部材40が動き始める圧力が
、一般的にバルブが開く圧力とされる。
【００１４】 本発明のニードルバルブ部材40が開閉位置の間に比較的素早く動くために、本
発明は油圧チェックダンパー36の好ましい包含を考慮する。本実施例において、
油圧チェックダンパーは、流れ規制94、96を過ぎて流体連通通路95を介し接続さ
れている上方および下方のチャンバに分離されているダンパー囲い壁91を含む。
ダンパー囲い壁91の上方及び下方のチャンバは燃料で充填されることが好ましい
。ニードルバルブ部材40が、上方及び下方チャンバにそれぞれ配置されている柄
92及び93を含む。ニードルバルブ部材40が動くと、柄92、93まわりの流体の変位
が、本分野において公知のようにその動作を鈍らせるようになる。
【００１５】 噴射事象間、ニードル制御バルブ80がニードル制御チャンバ83を高圧通路82に
接続するために、ニードルバルブ部材40は閉位置にある。各噴射事象は、ニード
ル制御チャンバ83を低圧通路82に接続するようにニードル制御バルブ80を動かす
ことによって開始される。リフトする油圧面44に作用する高圧燃料によってニー
ドルバルブ部材40がノズル出口35を開くように開位置に動く。流れ規制バルブ33
が適切に配置されていれば、ニードルバルブ部材40のリフトする油圧面44に作用
する燃料圧が、バルブが開く圧力以上および以下に急速に変動する。このために
ニードルバルブ部材が開閉位置の間を急速に動くことになる。各噴射事象はニー
ドル制御チャンバ83を高圧通路82に対し再び開き、ニードルバルブ部材を閉位置
にとどめたままにし、ノズル出口35を閉鎖することによって終了する。
【００１６】 エンジン内の燃焼空間内で燃料と空気との混合を促進するために、優れた噴霧
を達成するために、相当に高い燃料圧に依存するかわりに、本発明は、各噴射事
象中にニードルバルブ部材を急速に開閉することによって燃焼効率を改善しよう
とする。ノズル出口を急速に開閉することによって、燃焼空間に燃料が周期的で
断続的に噴霧されるのでより混合が行なわれ、より効率的な燃焼が行なわれるよ
うにる。より優れた混合のためにより良好に燃焼することは、一般的に粒子、窒
素酸化物及びノイズエミッションの発生を少なくすることになる。さらに、これ
は、一般的なディーゼルタイプの燃料噴射器において発生した比較的高圧(例え
ば、200メガパスカル)よりも極めて低い圧力(例えば、90メガパスカル)である燃
料圧で達成できる。
【００１７】 ニードルバルブ部材の急速な開閉すなわちチェックチャッターを作り出すため
に供給圧はニードルバルブ部材のバルブを開く圧力に対し近接するように制御さ
れなければならない。さらに、流れ規制バルブを通る面積が噴射システムのノズ
ル出口を通る流れ面積に対し制御されなければならない。本発明の最も直感的な
作動点は、高圧リザーバ内の供給圧がバルブ作動圧にほぼ等しく、流れ規制バル
ブを通る流れ面積は、噴射器のノズル出口を通る流れ面積にほぼ等しい。図５の
ａと５のｂを参照すると、これらの状況が存在すると、流れ規制バルブからの下
流側の燃料圧が、ニードルバルブ部材のバルブを開く圧力よりも急速に上下する
ように循環する。これによりニードルバルブが急速に開閉し、膨大な数の極めて
小さな噴射が比較的短時間の間発生する。1回の噴射事象の間に噴射される全燃
料量はニードルバルブ部材の各開閉で噴射される少量の燃料の合計となる。
【００１８】 ニードルバルブ部材は開閉位置の間を急速に動くので、本発明の所定の態様に
おいて噴射器への損失を防ぐために図４に図示したような油圧チェックダンパー
を含むことが必要である。チェックダンパーの存在は、チェックのチャッター現
象が発生する周波数に影響を及ぼすようになる。これに加え、本分野の当業者で
あれば、燃料粘性は、チェックチャッターが発生する周波数に同様に強烈な影響
を与えることがわかるであろう。各噴射事象をよりよく制御するために、本発明
は、チェックチャッターが所定の時間において特定の燃料供給圧と粘性にかんし
発生するような状況を調整するために流れ規制バルブの使用を考慮することが好
ましい。
【００１９】 極めて少量の燃料が比較的密な空間に噴射される状況を形成することによって
、ニードルバルブ部材が噴射事象中に１度か、２度だけ開閉する従来の燃料噴射
システムに関し可能と考えられたものよりも、より低い燃料圧で達成できる。
【００２０】 上述の記載は例示に過ぎないが、いずれにしても本発明の範囲を制限するもの
ではない。本分野の当業者であれば、様々な燃料供給圧と流れ面積が顕著に変化
し、本発明に関しチェックチャッター状況を作り出すことがわかるであろう。従
って、１つの実施例のみが図示されているが、本発明の範囲全てが請求の範囲に
ついて定義されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関する燃料噴射システムの概略図である。
【図２】 本発明の１態様に関するノズル組立体の階略図である。
【図３】 本発明の１態様に関する流れ規制を表す側部断面の線図である。
【図４】 本発明の別の態様に関連する油圧チェックダンパーの側部断面の線図である。
【図５ａ】 本発明に関連する1回の噴射サイクルに関する燃料圧対時間のプロットである
。
【図５ｂ】 本発明に関連する1回の噴射サイクルに関する噴射率対時間のプロットである
。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 BA05 BA17 BA22 BA23 CB12 CB15 CC01 CC06T CC08T CC14 CC21 CC51 CC64T CC67 CC68U CC70 CD29 CE13 CE22 DC18 DC25

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料噴射システム(10)であって、 流れ規制(33)を有するノズル供給通路(37)に接続されたノズル出口(35)を備え
    る噴射器本体(30)と、 前記ノズル供給通路(37)と流体連通する供給圧での燃料源(17)と、 前記ノズル出口(35)が開く開位置と、前記ノズル出口(35)がブロックされる閉
    鎖位置との間を可動である、前記噴射本体(30)に配置されたニードルバルブ部材
    (40)と、 から構成されており、 前記供給圧は、前記ニードルバルブ部材(40)が前記閉鎖位置と前記開位置との
    間を周期的に動くような大きさであり、前記流れ規制(33)は、前記ニードルバル
    ブ部材(40)が前記閉鎖位置と前記開位置との間を周期的に動くような大きさであ
    ることを特徴とする燃料噴射システム(10)。
  2. 【請求項２】 前記ニードルバルブ部材(40)は、前記ノズル出口(35)と前記
    流れ規制(33)との間の領域(43)の燃料圧に曝されるリフトする油圧面(44)を有す
    ることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム(10)。
  3. 【請求項３】 前記ノズル出口(35)は出口流れ面積を有しており、 前記流れ規制(33)は規制された流れ面積を有しており、 前記出口流れ面積は前記規制された流れ面積にほぼ等しいことを特徴とする請
    求項１に記載の燃料噴射システム(10)。
  4. 【請求項４】 前記ニードルバルブ部材(40)は前記閉鎖位置に付勢されるが
    、該ニードルバルブ部材(40)周囲の燃料圧が、バルブが開く圧力以上であるとき
    には前記開位置方向に可動であり、 前記供給圧は前記バルブが開く圧力にほぼ等しいことを特徴とする請求項１に
    記載の燃料噴射システム。
  5. 【請求項５】 前記燃料は粘性を有しており、 前記供給圧と前記流れ規制(33)の前記大きさの少なくともいずれか一方が前記
    粘性の関数であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム(10)。
  6. 【請求項６】 前記ノズル供給通路（37）に配置された流量制限バルブ(33)
    を備えており、 前記流れ規制バルブ(33)の動作が前記流れ規制の前記大きさを変えることを特
    徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム(10)。
  7. 【請求項７】 前記ニードルバルブ部材(40)は、前記噴射器本体(30)によっ
    て形成されるニードル制御チャンバ(83)の流体圧に曝される閉鎖油圧面(46)と、 前記ニードル制御チャンバ(83)が低圧通路(81)に対し開いているオン位置と、
    前記ニードル制御チャンバ(83)が高圧の源(82)に対し開いているオフ位置との間
    を可動であり、前記噴射器本体(30)に取付けられたニードル制御バルブ(80)と、 を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム(10)。
  8. 【請求項８】 前記ニードルバルブ部材(40)に作動的に接続された油圧チェ
    ックダンパー(36)を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム
    (10)。
  9. 【請求項９】 前記燃料源(17)に接続された圧力調整器(18)備えることを特
    徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム(10)。
  10. 【請求項１０】 燃料噴射システム(10)であって、 流れ規制(33)を有するノズル供給通路(37)に接続されたノズル出口(35)を形成
    する噴射器本体(30)と、 前記ノズル供給通路(37)と流体連通する供給圧での燃料源(17)と、 前記ノズル出口(35)が開く開位置と、前記ノズル出口(35)がブロックされる閉
    鎖位置との間を可動である、前記噴射本体(30)に配置されたリフトする油圧面(4
    4)を有するニードルバルブ部材(40)と、 前記ニードルバルブ部材(40)を前記閉位置方向に付勢するように作動的に配置
    された、バルブが開く圧力を少なくとも部分的に形成するようになっているばね
    (42)と、 を備え、 前記供給圧は、前記ニードルバルブ部材(40)が、前記閉鎖位置と前記開位置と
    の間を周期的に動くような大きさであり、前記流れ規制(33)は、前記ニードルバ
    ルブ部材(40)が、前記閉鎖位置と前記開位置との間を周期的に動くような大きさ
    であることを特徴とする燃料噴射システム(10)。
  11. 【請求項１１】 前記燃料源(17)に接続された圧力調整器(18)を備えること
    を特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射システム。
  12. 【請求項１２】 前記燃料は粘性を有し、 前記供給圧と前記流れ規制(33)の大きさの少なくとも一方が前記粘性の関数であ
    ることを特徴とする請求項１１に記載の燃料噴射システム(10)。
  13. 【請求項１３】 前記ノズル供給通路(37)に配置された流れ規制バルブ(33)
    を備えており、 該流れ規制バルブ(33)の動作が前記流れ規制の前記大きさを変えることを特徴
    とする請求項１２に記載の燃料噴射システム(10)。
  14. 【請求項１４】 前記ニードルバルブ部材(40)は、前記噴射器本体(30)によ
    り形成されたニードル制御チャンバ(83)の流体圧にさらされた閉じる油圧面(46)
    を含んでおり、 ニードル制御バルブ(80)が前記噴射器本体(30)に取付けられており、前記ニー
    ドル制御チャンバ(83)が低圧通路(81)に対し開いているオン状態の位置と、前記
    ニードル制御チャンバ(83)が高圧源(82)に対し開いているオフ状態の位置との間
    を可動であることを特徴とする請求項１３に記載の燃料噴射システム(10)。
  15. 【請求項１５】 前記ノズル出口(35)は出口流れ面積を有しており、 前記流れ規制(33)は規制された流れ面積を有しており、 前記出口流れ面積は前記規制された流れ面積にほぼ等しいことを特徴とする請
    求項１４に記載の燃料噴射システム(10)。
  16. 【請求項１６】 前記ニードルバルブ部材(40)に作動的に接続された油圧チ
    ェックダンパー(36)を備えることを特徴とする請求項１５に記載の燃料噴射シス
    テム(10)。
  17. 【請求項１７】 流れ規制(33)を有するノズル供給通路(37)に接続されたノ
    ズル出口(35)を備える噴射器本体(30)を有する燃料噴射器を形成し、 前記ノズル供給通路(37)を供給圧での燃料源(17)に接続し、 可動ニードルバルブ部材(40)を前記噴射器本体(30)に配置し、 前記供給圧を、前記ニードルバルブ部材(40)が閉鎖位置と開位置との間を周期
    的に移動できる大きさに調整し、前記流れ規制(33)を、前記ニードルバルブ部材
    (40)が閉鎖位置と開位置との間を周期的に移動できる大きさに調整する段階から
    なる方法。
  18. 【請求項１８】 前記燃料は粘性を有し、 前記供給圧の前記大きさと前記流れ規制(33)の前記大きさが前記粘性の関数と
    して調整されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記ノズル出口(35)は出口流れ面積を有しており、 前記調整段階は前記出口面積を前記規制された流れ面積にほぼ等しいように設
    定する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記ニードルバルブ部材(40)は閉位置に付勢されるが、前
    記ニードルバルブ部材(40)がバルブを開く圧力よりも大きいときに開位置の方向
    に可動であり、 前記調整段階は前記バルブが開く圧力にほぼ等しい前記供給圧を設定する段階
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
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