JP2004263691A

JP2004263691A - 一体型のニードル弁部材を備えたデュアルモードの燃料噴射器

Info

Publication number: JP2004263691A
Application number: JP2003425749A
Authority: JP
Inventors: Colby J Buckman; ジェイ．バックマンコルビー; Michael H Hinrichsen; エイチ．ハインリッヒセンマイケル; Keith E Lawrence; イー．ローレンスキース
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2004-09-24
Also published as: US20040195385A1; US6843434B2; DE10358980A1

Abstract

【課題】一体型のニードル弁部材を備えたデュアルモードの燃料噴射器を提供する。
【解決手段】燃料噴射器が、それぞれ、内部および外部ニードル弁部材によって制御される、予混合ノズル出口セットと従来のノズル出口セットとを含む。予混合されたノズル出口セットは、従来のノズル出口セットを定める、噴射器本体内に可動に位置決めされた外部ニードル弁部材によって定められる。内部ニードル弁部材は、外部ニードル弁部材内に位置決めされる。外部ニードル弁部材は、少なくとも１つの外部ガイド面、外部弁面、および内部弁座を含む、一体型の構成部材である。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般にデュアルモードの燃料噴射システムに関し、より詳しくは、混合モードの燃料噴射器のための一体型のニードル弁部材に関する。

長年にわたり、技術者らは、より清浄燃焼するエンジンという目標に向かって、多数の異なる方式を考え出すことに挑戦してきた。所与のエンジンの全動作範囲において、さまざまな噴射タイミング、量、速度の望ましい結果はいろいろに異なることが、経験により分かってきた。したがって、いろいろに異なる性能を有する燃料噴射システムが、一般に、より狭い性能範囲を有する燃料噴射システムよりも、少なくとも望ましくない排出を低減させる能力の点で優れている場合がある。たとえば、燃料噴射システムにおけるカム制御から電子制御への飛躍的な進歩により、ＮＯ_Ｘ、炭化水素、ばい煙を含むがそれらに限定されるものではない、いくつかの範疇において、実質的により低い排出が可能となった。

望ましくない排出を低減させる見込みがあると思われる１つの分野に、しばしば予混合圧縮点火（ＨＣＣＩ）と呼ばれるものがある。ＨＣＣＩエンジンにおいては、シリンダの空気との完全な混合が可能になる圧縮サイクルの初期に燃料が噴射されて、シリンダ内の状態によって自動点火が起きる前に、希薄な均一混合給気が理想的に形成される。ＨＣＣＩモードで動作しているエンジンは、望ましくない排出の出力が比較的低いことを示してきた。ＨＣＣＩ方式は有望であるように思われるが、固有の問題を有している。たとえば、ＨＣＣＩにより、シリンダ圧力の上昇速度が極めて高くなって負荷が無理に掛かる場合があり、それによりエンジンの動作範囲の後半で最も望ましい状態となる。ＨＣＣＩ方式で動作しているエンジン内の点火のタイミングを制御する際の困難に対処するための方法を模索している者も多い。したがって、この時点では、純粋なＨＣＣＩ方式は、従来のパワー密度に対する要件を有するほとんどの商用エンジンの適用形態に対して実行可能ではない。

このＨＣＣＩエンジンの制限は、エンジンにＨＣＣＩ燃料噴射システムと従来の燃料噴射システムとを装備することにより、当技術分野で対処されてきた。たとえば、このようなデュアルシステムが、Ｄｉｃｋｅｙに付与された米国特許公報（特許文献１）に示されている。このようなデュアルシステム方式は実行可能であるように思われるが、２つの完全な噴射システムを製造するには費用が高く、また複雑でもあるので、商品化するのがかなり困難なものになっている。単一の燃料射器は、一般に、ＨＣＣＩと従来の噴射との両方を実施することに互換性がない。なぜなら、異なる噴霧パターンがしばしば望ましく、時には必要とされるからである。燃料噴射器を大量生産し、一貫性のある結果を保持する能力を維持しながら、２つの異なる噴霧パターンで燃料を噴射することが可能な構造を単一の燃料噴射器内に装備することは、問題が多くかつ実現が困難であった。

米国特許第５，８７５，７４３号明細書

本発明は、上に記載した１つ以上の問題に向けられている。

１つの形態において、燃料噴射器が、第１のノズル出口セットを定め、弁座を含む噴射器本体を含む。一体型の第１のニードル弁部材が、噴射器本体内に少なくとも部分的に位置決めされ、第２のノズル出口セットを定める。一体型の第１のニードル弁部材はまた、外部弁面と内部弁座とを含む。第２のニードル弁部材が、第１のニードル弁部材内に少なくとも部分的に位置決めされる。第１のニードル弁部材は、第１のノズル室内の流体圧力にさらされた開放流体表面を含む。第２のニードル弁部材は、第１のニードル弁部材を通り連結通路を介して第１のノズル室に流体連結された、第２のノズル室内の流体圧力にさらされた開放流体表面を含む。

別の形態では、燃料噴射器が、第１のノズル出口セットを定め、ガイド面によって定められたガイドボアを有する先端を有する噴射器本体を含む。一体型の第１のニードル弁部材が、噴射器本体内に少なくとも部分的に位置決めされ、第２のノズル出口セットを定める。一体型の第１のニードル弁部材は、外部弁面と内部弁座とを含む。第２のニードル弁部材が、第１のニードル弁部材内に少なくとも部分的に位置決めされる。第１のニードル弁部材は、噴射器本体のガイド面とのガイド接点内に端部を含む。

さらに別の形態では、燃料噴射器を製造する方法が、一体型の第１のニードル弁部材上の下部ガイド面と、外部弁面と、内部弁座とを機械加工するステップを含む。第１のニードル弁部材の下部ガイド面は、噴射器本体の先端にガイドボアを定めるガイド面とのガイド接点内に位置決めされる。第２のニードル弁部材が、第１のニードル弁部材内部に少なくとも部分的に挿入される。

図１を参照するに、エンジン１０が、コモンレール１６と、複数の燃料噴射器１４と、燃料源１８とを備えた燃料噴射システム１２を含む。示されている例では、エンジン１０が、それぞれがレシプロエンジンピストン１５を含む６つのシリンダ１１を含む。しかしながら、本発明は、いかなるタイプの内燃機関にも事実上適用可能であることは当業者なら理解されるであろうが、６気筒ディーゼルエンジンの状況において示してある。示されている実施形態の例では、燃料噴射システム１２が、燃料から分離された作動液を利用する油圧作動燃料噴射器１４を含む。具体的には、作動液回路は、好ましくはエンジンの潤滑油であるが、冷却水、変速機流体、および燃料さえも含む他のいかなる適切で使用可能な流体でも良い、作動液２０の源から流体を引き寄せる。燃料源１８とは、留出ディーゼル燃料を含む従来の燃料タンクである。本発明は複式流体増圧油圧作動燃料噴射システムの状況において示されているが、本発明は、広範囲にわたる燃料噴射システムにおいて可能な適用形態を見出すものである。これらには、油圧作動燃料噴射システム、機械作動燃料噴射システム、ユニットポンプ燃料噴射システムであり、さらに当業者に知られている適切な制御機能を含むコモンレールシステムでもある、単一の流体システムが含まれるが、それらに限定されるものではない。

低圧油が、低圧ポンプ２１により作動液２０の源から引っ張られ循環する。次いで、この比較的低い圧力の油は、フィルタ２２内で濾過され、冷却器２３内で冷却され、その後、１つの方向へはエンジン潤滑通路２４へ、別の分岐方向へは低圧作動液供給通路２５へと分岐する。作動液供給通路２５が、高圧供給管路２７を介してコモンレール１６に高圧作動液を供給する高圧ポンプ２６の入口に連結される。それぞれの燃料噴射器１４が、別個の分岐通路２８を介してコモンレール１６に連結された作動液の入口４０を含む。使用済みの作動液が、作動液ドレン４１で燃料噴射器１４を出て、再循環されてドレン通路２９を介して源２０に戻る。

コモンレール１６の圧力が、高圧ポンプ２６の出力を制御することにより、電子制御モジュール３６によって電子制御されることが好ましい。このことは、ポンプ２６の流量能力を燃料噴射システム１２の流量需要に適合させることによって達成されることが好ましい。制御信号が、通信回線４３を介して、電子制御モジュール３６から高圧ポンプ２６に通信される。コモンレール１６の圧力の制御が、圧力センサ４５から通信回線４４を介してコモンレール圧力信号を受け取る電子制御モジュール３６を含む閉ループアルゴリズムを介して達成されることが好ましい。したがって、好ましいシステムにおいては、ポンプ出力は、ポンプ出力をシステム需要に適合させる開ループ方式によって制御され、コモンレール１６内の圧力は、所望の圧力と検出された圧力との比較を通じて閉ループ方式で制御される。しかしながら、コモンレール１６内の圧力が、当技術分野で知られている他の方法で制御できるであろうことは、当業者なら理解されるであろう。

源１８から燃料を引き寄せる燃料循環ポンプ３１により、燃料噴射器１４の間を燃料が循環する。燃料は、燃料フィルタ３２内で濾過された後、燃料供給管路３３を介して燃料噴射器１４の入口３４に供給される。燃料循環ポンプ３１は、燃料噴射システム１２が最も多く必要とする場合にも対処する燃料の量を連続して循環する能力を有する電気ポンプであることが好ましい。未使用の燃料が、従来の方法で燃料戻り通路３５を介して源１８に戻る。燃料噴射器１４が、従来の方法で通信回線３９を介して個々の噴射器に送信される制御信号を介する電子制御モジュール３６によって電子制御されることが好ましい。言い換えれば、さまざまな構成部材への制御信号は、通信回線３８を介してセンサ３７から電子制御モジュール３６にもたらされる、既知のセンサ信号に基づく。

図２を参照するに、それぞれの燃料噴射器１４が、ノズルアセンブリ４７と、増圧機４８と、圧力制御弁４９とを含む。燃料噴射器１４が、すべてが同じ噴射器本体５２内に配置された、ノズルアセンブリ４７と、増圧機４８と、圧力制御弁４９とを含むが、これらの別個の機能が別個の本体構成部材内には配置される場合もあることは、当業者なら理解されるであろう。さらに、これらの機能のなかには、本発明の意図する範囲から逸脱することなく、異なる形式をとる場合もある。たとえば、圧力制御弁４９と増圧機４８との両方を、カム駆動プランジャと取り替えることもできるが、この場合カムは、エンジンサイクル毎の所望の噴射発射の数によっては、１つ以上のローブを有する場合がある。さらに、これらの構成部材は、本発明の意図する範囲から逸脱することなく、適切な弁を介してノズルアセンブリ４７に連結された燃料のコモンレールと取り替えることもできる。さらに別の変形形態では、ユニット燃料ポンプがノズルアセンブリ４７に直接連結されるか、またはユニット油ポンプが増圧機４８に連結される場合もあるが、それらは、なお本発明の意図する範囲内に包含される。したがって、燃料の電子制御および燃料加圧に関係する形態が、本発明から逸脱することなく、広範囲な構造をとることができる。

圧力制御弁４９が、好ましくはソレノイドであるが、ピエゾや音声コイルのような他のいかなる適切な電気アクチュエータでもあり得る、第１の電気アクチュエータ５０を含む。ソレノイドコイル５３が、通電されるとアーマチュア５４を動かすよう動作可能に結合される。アーマチュア５４が、圧力制御弁部材５５に取り付けられるか、またはそうでない場合は、それとともに動くよう動作可能に結合される。示されている実施形態では、圧力制御弁部材５５がスプール弁部材であるが、ポペット弁部材のような他のタイプの弁部材がその代用となる場合があることは、当業者なら理解されるであろう。ソレノイド５０の電源が絶たれると、付勢バネ４２が、環５７を介して低圧作動液ドレン４１に作動液空胴５８を連結する位置に対して左の方に圧力制御弁部材５５を偏倚する。ソレノイドコイル５３が通電されると、アーマチュア５４および制御弁部材５５が、バネ４２の作用に対して右に動いて、環５６を介して作動液空胴５８と高圧作動液の入口４０との間の流体連結を開放する。これが起こると、環５７が、作動液空胴５８と作動液ドレン４１との間の流体連結を閉鎖する。したがって、圧力制御弁部材５５の位置およびソレノイド５０の通電状態によっては、作動液空胴５８が、高圧作動液の入口４０に連結されて、燃料噴射器内の燃料を加圧するか、または低圧作動液ドレン４１に連結されて、燃料噴射器が噴射イベントの間でそれ自体をリセットすることを許容する。

増圧機４８は、作動液空胴５８内の流体圧力にさらされた上部を有する、段付きの上端増圧ピストン６０を含む。必要ではないが、高圧作動液が、その運動の開始部にわたってピストンの上面の一部のみに効果的に作用するように、増圧ピストン６０が段付きの上端を含むことが好ましい。この結果、燃料噴射イベントの開始部にわたって、より低い噴射圧力を生じさせることができる。段付きの上端の形状および長さによっては、傾斜した先端および長靴形の先端速度形成を含むがそれらに限定されるものではない、他の先端速度形成形式も製作できる。増圧ピストン６０が、示されているように、戻しバネ６２によりその後退位置に向かって上方に偏倚される。噴射イベントの間で、増圧ピストン６０がバネ６２の作用を受けて後退すると、使用済みの作動液が、作動液空胴５８から作動液ドレン４１に追い出される。プランジャ６１が、増圧ピストン６０とともに動くよう動作可能に結合されて、その下方ポンピング行程中に、燃料加圧室６３内の燃料を加圧する。プランジャ６１および増圧ピストン６０が後退している時に、新しい低圧燃料が、低圧燃料循環通路５９を介して燃料加圧室６３内に押され、チェック弁６９を通過する。低圧燃料循環通路５９が、噴射器本体ケーシングとその中の構成部材の積み重なった噴射器との間の隙間によって生じた環状空間を介して燃料の入口３４に流体連結される。増圧ピストン６０がプランジャ６１より大きな直径を有するので、燃料加圧室６３内の燃料圧力が、コモンレール１６（図１）内に含まれる作動液圧力の数倍にまで上がることができる。

さらに図３を参照するに、ノズルアセンブリ４７が、燃料加圧室６３と予混合ノズル出口セット６５および従来のノズル出口セット６６との間を延在するノズル供給通路６４を含む。ノズル出口セット６５および６６の開放および閉鎖は、それぞれ、第１のニードル弁部材６７および第２のニードル弁部材６８によって制御される。プランジャ６１がその下方ポンピング行程中である時は、ノズル供給通路６４が、噴射圧力レベルで燃料を含む高圧通路であると考えることができる。第２の電気アクチュエータ５１に動作可能に結合されたニードル制御弁部材７２の位置決めによって、予混合ノズル出口セット６５または従来のノズル出口セット６６のいずれかが、噴射イベント中に開く。予混合ノズル出口セット６５が、燃料噴射器の中心線に対して比較的低い角度で向けられた１つ以上のノズル出口を含む。予混合ノズル出口が、エンジンピストンがその圧縮行程中である間に、燃料と空気との混合を生じさせるような方式で向けられることは、当業者なら理解されるであろう。従来のノズル出口セット６６が、従来の方法で噴射器本体の中心線に対して比較的高い角度で向けられた１つ以上のノズル出口を含む。

第１のニードル弁部材６７は、流体連結通路８８を介して、第１のニードル制御室８０内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面８１と、ノズル供給通路６４内の流体圧力にさらされた開放流体表面９１とを含む。第１のニードル弁部材６７が、第１の弁座９０に接触している下方位置の方に偏倚されて、第１のニードル制御室８０内に配置された第１の付勢バネ８２によって予混合ノズル出口セット６５を閉鎖する。

第２のニードル弁部材６８は、第２のニードル制御室８４内の流体圧力にさらされた第２の閉鎖流体表面８６と、ノズル供給通路６４内の流体圧力にさらされた開放流体表面９４とを含む。第２のニードル弁部材６８が、通常は、第２のニードルシート９３に接触するよう下方に偏倚されて、第２の付勢バネ８５の作用を介して、従来のノズル出口セット６６を閉鎖する。さらに、第２のニードル弁部材６８が、第１の付勢バネ８２の作用を介して第１の弁座９０を押している第１のニードル弁部材９４を介して、第２のニードルシート９３に接触するよう下方に偏倚される。バネ８２および８５の強度と、開放流体表面９１および９４のサイジングは、第１と第２のニードル弁部材の両方が同様の弁開放圧力を有することが好ましい。しかしながら、ある所望の効果を生じさせるために、２つの異なるニードル弁部材のために異なる弁開放圧力を生じさせるようこれらの形態を変えることができることは、当業者なら理解されるであろう。第２のニードル弁部材６８が、少なくとも２つの、別個であるが取り付けられた構成部材を含むことは、当業者なら理解されるであろう。この特許において使用される場合、任意のタイプの弁部材は、単一のユニットとしてともに動くよう取り付けられているかまたは結合されている１つ以上の構成部材であり得る。ニードル弁部材６７の最大上方走行距離は、第１のニードル制御室８０内に配置された、スペーサの厚さ部および第１のニードル弁部材の停止片部によって決まる。ニードル弁部材６８の最大上方走行距離は、好ましくは厚さ範疇部分であるスペーサ８９によって決まる。第１のニードル制御室８０が、ガイド部８３により第２のニードル制御室８４から実質的に流体的に隔離される。同様に、第２のニードル制御室８４が、ガイド領域８７を介してノズル供給通路６４から実質的に流体的に隔離される。

ニードル制御弁部材７２の位置決めにより、ニードル制御室８０または８４のいずれがノズル供給通路６４内の高圧に連結され、したがってニードル弁部材６７または６８のいずれが噴射イベント中に開口位置まで上がるかが決まる。第２の電気アクチュエータ５１が、アーマチュア７１との連結を介して、ニードル制御弁部材７２に動作可能に結合されることが好ましい。第２の電気アクチュエータ５１は、ソレノイドとして示されているが、ピエゾや音声コイルを含むがそれらに限定されるものではない、他のいかなる適切な電気アクチュエータでも良い。ニードル制御弁部材７２が、通常は、付勢バネ７３を介して第２の弁座７５に接触するよう下方に偏倚される。この位置にある場合は、第２のニードル制御室８４が、圧力連絡通路７７を介し、第１の弁座７４を通過し、連結通路７６を介してノズル供給通路６４に流体連結される。この位置にある場合は、第１のニードル制御室８０が、第２の弁座７５の閉鎖によりノズル供給通路６４から流体的に隔離される。好ましい実施形態では、第１のニードル制御室８０が、第２の圧力連絡通路７８を除く閉鎖容積である。しかし、場合によっては、（図３の斜線部分に示された）限られた小開口通路９８を介して、環状の低圧燃料循環通路５９に第１のニードル制御室８０を連結することが望ましいであろう。噴射イベント中に第１のニードル制御室８０内への高圧燃料の漏れが十分にあり、そのため第１のニードル弁部材６７が余りにも早く閉鎖される場合には、塞がれていないが限られた小開口通路９８を含むことが望ましいであろう。小開口通路９８が含まれていない場合には、第１のニードル弁部材６７は、第２の電気アクチュエータ５１の電源が絶たれた時に噴射イベントが始動される場合には低圧であるので、その上方開口位置まで上がって、第１のニードル制御室８０の比較的閉鎖した容積となる場合がある。好ましくは、小開口通路９８を省き、ニードル弁部材６７を高く上げることによって引き起こされるニードル制御室８０の容積の低減が、燃料の圧縮率によって対処される。

第２の電気アクチュエータ５１が通電されると、ソレノイドコイル７０が、アーマチュア７１を引き付け、ニードル制御弁部材７２を上げて、第１の弁座７４を閉鎖し、第２の弁座７５を開放する。これが起こると、第１のニードル制御室８０が、ノズル供給通路６４内の高圧に流体連結されて、閉鎖流体表面８１に作用している高圧油圧力により、第１のニードル弁部材６７が上がって、第１のニードルシート９０から離れることを防ぐ。もし燃料圧力およびノズル供給通路６４が噴射イベントのために増加する前に第２の電気アクチュエータ５１が通電されると、弁座７４の閉鎖により、第２のニードル制御室８４内に低圧が存在することとなる。好ましくは、第２のニードル制御室８４が、圧力連絡通路７７を除く閉鎖容積であるが、さまざまな構成部材間の燃料漏れが心配である場合には、塞がれていないがすぼまった小開口通路９９を介して、低圧燃料循環通路５９に連結できる。第２のニードル制御室８４が低圧であり、ノズル供給通路６４内の燃料圧力が噴射レベルまで上昇し、開放流体表面９４に作用すると、第２のニードル弁部材６８が上昇して、ノズル供給通路６４への従来のノズル出口セット６６を開放する。第２の弁部材６８がその開口位置まで上がると、それはまた第１のニードル弁部材６７も上げるが、第１のニードル弁部材６７は第１のニードルシート９０を閉鎖するよう接触したままであるので、予混合ノズル出口セット６５はブロックされたままであることは、当業者なら理解されるであろう。小開口通路９９を省くことが好ましいが、ニードル弁部材を開口位置に動かすことによって引き起こされる漏れおよび／または流体移動により小開口が必要となる場合には、含めることができる。追加または代替として、外部弁部材６８内の環に連結する小開口通路９７を使用して、漏れ流量を制御することができる。

次に図４を参照するに、図２の実施形態に示されたノズル供給通路６４に流体連結された連結通路７６ではなく、作動液空胴１５８に連結された連結通路１７６を含むことを除き、油圧作動燃料噴射器１１４は、図２に示されたものに非常に似ている。したがって、図４の実施形態では、電気アクチュエータ１５１の通電状態に基づき、ニードル制御弁部材１７２の位置決めに基づいて、作動液がニードル制御室に流れる。図２の実施形態と同様に、作動液空胴１５８内の圧力を制御する圧力制御弁部材１５５は、第１の電気アクチュエータ１５０によりその位置内で制御される。したがって、図４の実施形態は、図２の実施形態における燃料圧力ではなく、高圧または低圧油がニードル弁部材の閉鎖流体表面に塗布されることを除き、図２の実施形態と事実上同一である。

次に図５を参照するに、ノズルアセンブリ２４７が、図２の実施形態に示されたノズルアセンブリ４７の代用となる場合もあれば、燃料を加圧し燃料噴射器に対する燃料の流量を制御するための、図１および２に示されたもの以外の手段を含む、異なるタイプの燃料噴射システム内の独立型の燃料噴射器である場合もある。この実施形態は、図２〜３の実施形態におけるノズル供給通路６４に流体連結された連結通路７６ではなく、その連結通路２７６が低圧燃料循環区域２５９に流体連結されるという点において、図３に示されたノズルアセンブリ４７とは異なる。したがって、この実施形態では、ニードル制御弁部材２７２は、第１の弁座２７４と第２の弁座２７５との間を動いて、第１のニードル制御室２８０または第２のニードル制御室２８４のいずれかを低圧燃料通路２５９に連結する。この実施形態では、第１のニードル制御室２８０が、小開口連結通路２７６内に配置された流量絞り穴２４４より限られている流量絞り穴２４２を含む塞がれていない連結通路２４３を介してノズル供給通路２６４に流体連結される。これらの流量絞り穴およびさまざまな通路のために、ニードル制御弁部材２７２が第１の弁座２７４を開放するその下方位置にある場合に、第１のニードル制御室２８０は比較的低い圧力に下がる。言い換えれば、第１のニードル制御室２８０内の圧力は、ノズル供給通路２６４の圧力と低圧燃料循環通路２５９の圧力との間のあたりにある。この位置にある場合は、流量絞り穴２４２が流量絞り穴２４４より限られているので、第１のニードル制御室２８０が、圧力連絡通路２７８および小開口連結通路２７６を介して低圧燃料循環通路２５９に流体連結されるので、比較的低い圧力となる。

電気アクチュエータ２５１が通電されて、ニードル制御弁部材２７２を上げて、第２の弁座２７５を開放すると、第２のニードル制御室２８４が、圧力連絡通路２７７および小開口連結通路２７６を介して、低圧燃料循環通路２５９に流体連結される。これが起こると、第２のニードル制御室２８４が、塞がれていない連結通路２４１を介してノズル供給通路２６４に流体連結されるので、ニードル制御室２８４内の圧力は、ノズル供給通路２６４内の圧力と燃料循環通路２５９内の圧力との間のあたりにある。しかし、流量絞り穴２４０が流量絞り穴２４４より限られているので、ニードル制御弁部材２７２が座２７５を開放するその上方位置にある場合は、第２のニードル制御室２８４内の圧力が下がる。今までの実施形態と同様に、第１のニードル制御弁部材２６７が、予混合ノズル出口セット２６５の開放および閉鎖を制御する。第１のニードル弁部材２６７が、第１のニードル制御室２８０内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面２８１を含む。第２のニードル弁部材２６８は、従来のノズル出口セット２６６の開放および閉鎖を制御する。第２のニードル弁部材２６８が、第２のニードル制御室２８４内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面２８６を含む。

次に図６および７を参照するに、今までの実施形態の、２部分からなる外部ニードル弁部材６８、２６８とは反対に、本発明の別の実施形態による燃料噴射器３１４が、一体型の外部ニードル弁部材３６８を含む。燃料噴射器３１４のノズルアセンブリ３４７は、上述した燃料噴射器のいかなるもので代用することもできる。機能８０、８２、８４、８５は、今までの実施形態の１つに関して以前に記載した、同じ番号が付された機能と同一である。上述した２部分からなる弁部材とは反対に、一体型の外部ニードル弁部材３６８を可能にする１つの方式が、研削または他の機械加工ツールを外部ニードル弁部材３６８内に適切に位置決めして、弁座３９０をより正確に機械加工できるようにするために、第２のノズル室３５１の直径を拡大することによって達成される。言い換えれば、従来の技術を使用する内部弁座３９０を作成するのに必要な機械加工をより容易にするために、長さ対直径比率を調整する。この実施形態はまた、過度に大容積の嚢のために燃焼空間内にしたたり落ちる燃料を低減させるために、内部ニードル弁部材３６７に嚢低減延在部分３７３を含める点において、今までの実施形態とは異なる。

外部ニードル弁部材３６８が、噴射器本体３５２の３５４によって定められたガイドボア３６４とのガイド接点内に上部ガイド面３６３を含む。さらに、外部ニードル弁部材３６８が、噴射器本体３５２の先端３５４を通って下部ガイドボア３５３を定める表面とのガイド接点内に端部３６９を含む。外部ニードル弁部材３６８を機械加工して、弁座３９３と接触する場合に、従来のノズル出口セット３６６を閉鎖する外部弁面３７０を含むようにする。外部ニードル弁部材３６８がその開口位置まで上がると、ノズル室３４１が従来のノズル出口セット３６６を開放して、従来の方法で燃料噴霧を燃焼空間内へと許容する。外部ニードル弁部材３６８の開放および閉鎖運動は、ノズル室３４１およびニードル制御室８４内の流体圧力と、付勢バネ８５および８２によってもたらされるバネ力とによって制御される。具体的には、外部ニードル弁部材３６８が、ノズル室３４１内の流体圧力にさらされた開放流体表面３４０と、ニードル制御室８４内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面３８６とを含む。外部ニードル弁部材が、内部ニードル弁部材３６７を介して内部弁座３９０に作用するバネ８５およびバネ８２により、示されているように、閉鎖位置の方に偏倚される。外部ニードル弁部材３６８が、以前に記載したように、内部弁座３９０を含むが、それに対して、内部ニードル弁部材３６７の弁面３７１が、予混合ノズル出口セット３６５に接触して、それを閉鎖する。

内部ニードル弁部材３６７が、予混合ノズル出口セット３６５の開放および閉鎖を制御するために、示されているように、外部ニードル弁部材３６８内に少なくとも部分的に位置決めされる。内部ニードル弁部材３６７が、弁面３７１が弁座３９０と接触して、予混合ノズル出口セット３６５を閉鎖する、その下方閉鎖位置に示されている。この位置にある場合は、嚢低減延在部分３７３が、座３９０と出口３６５との間に存在する嚢容積３５６を実質的に満たす。この結果、嚢容積が実質的に低減され、したがって、燃焼空間内にしたたり落ちる燃料が少なくなる。内部ニードル弁部材３６７が、第２のノズル室３５１内の流体圧力にさらされた開放流体表面３５０を含む。ノズル室３５１が、外部ニードル弁部材３６８を通り連結通路３４２を介してノズル室３４１に流体連結される。ノズル室３５１内の流体圧力、ニードル制御室８０内の流体圧力、付勢バネ８２の偏倚力により、内部ニードル弁部材３６７が、その開放および閉鎖の際に制御される。内部ニードル弁部材３６７が、ニードル制御室８０内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面３８１を含む。外部ニードル弁部材３６８の上部に配置されたガイドボアおよび噴射器本体３５２内に配置された補助ガイド面を介して、内部ニードル弁部材３６７の運動が案内される。このガイド面は、ニードル制御室８０と８４との間に配置される。以前に記載したように、ニードル制御室８０および８４は、噴射イベント中、これらの２つの室内の圧力が異なり、恐らくは変更できるように、互いに実質的に流体的に隔離される。

次に図１〜３および図８ａ〜８ｅのグラフを参照するに、本発明による噴射シーケンスのサンプルを記載する。噴射シーケンスの開始に先立って、第１および第２の電気アクチュエータ５０および５１の電源が絶たれ、燃料噴射器１４全体に低い圧力がゆきわたる。言い換えれば、圧力制御弁部材５５が、作動液空胴５８を低圧ドレン出口４１に連結する位置に偏倚される。さらに、プランジャ６１および増圧ピストン６０はその後退位置にあり、燃料加圧室６３は、チェック弁６９を通過して低圧燃料循環通路５９に流体連結されているので、低圧である。この結果また、ノズル供給通路６４およびニードル制御弁に関連するさまざまな通路が低圧となる。本発明の好ましい形態では、２つの異なるノズル出口セットが、予混合圧縮点火噴射および従来の燃料噴射のために構成されることが好ましい。したがって、エンジンピストン１５がその上方圧縮行程を開始した後のいつかではあるが、好ましくはピストンが上死点位置より下死点位置に近くなった時の、予混合噴射イベントが望ましい。このような場合には、燃料は早い時期に噴射され、燃料噴霧は、エンジンシリンダ１１内の比較的下方に向かい、エンジンピストンがその圧縮行程を完了する期間にわたって起こりうる最良の混合を促進する。

図８ｅに示された予混合圧縮噴射イベント１００のための所望のタイミングの少し前に、電気アクチュエータ５０に電流が供給されて、圧力制御弁部材５５を右へ動かして、低圧ドレン４１を閉鎖し、高圧作動液の入口４０への作動液空胴５８を開放する。これが起こると、高圧作動液が燃料噴射器１４内に流れ、それとプランジャ６１が下降して、燃料加圧室６３内の燃料を加圧させる増圧ピストン６０に作用する。このことは、図８ｃの最初の上向きの傾斜によって示されているが、閉鎖位置から開口位置への圧力制御弁部材の運動は、図８ａに示されている。プランジャ６１の下方運動により、燃料加圧室６３内の燃料圧力が噴射レベルまですばやく上昇する。ノズル供給通路６４内で圧力が上昇するので、高い圧力が、連結通路７６および第１の圧力連絡通路７７を介して第２のニードル制御室８４に伝わる。したがって、第２のニードル弁部材６８は、図８ｄの点線で示された下方閉鎖位置内に留まる。しかし、第２の弁座７５の閉鎖により、第１のニードル制御室８０が低い圧力であるので、第１のニードル弁部材６７が上昇して、燃料圧力が付勢バネ８２に打ち勝つのに十分な弁開放圧力を超えると、予混合ノズル出口セット６５を開放する。第１のニードル弁部材６７のこの開放は、図８ｄの実線で示されている。予想されるように、第１のニードル弁部材が開口位置まで上がると、燃料が、図８ｅに示された予混合噴射イベント１００のための噴霧を始める。所望の量の燃料が噴射される少し前に、予混合噴射イベント１００は、電気アクチュエータ５０の電源を絶って、低圧ドレン４１への作動液空胴５８を開放することにより増圧ピストン６０に対する圧力を軽減することによって終了する。これが起こると、プランジャ６１および増圧ピストン６０の下方の動きが止まり、その２つが、戻しバネ６２の強度によって影響された速度で後退し始める。この後退は、プランジャの運動の比較的長い傾斜部により、図８ｃに示されている。プランジャ６１の速度が遅くなり、最終的にその下方運動中に停止すると、燃料加圧室６３およびノズル供給通路６４内の燃料圧力がも急速に下がる。燃料圧力が弁閉鎖圧力以下に下がると、第１のニードル弁部材６７が下降して、付勢バネ８２の作用を受けて予混合出口セット６５を閉鎖する。弁座９０に第１のニードル弁部材６７を装着させると、予混合噴射イベント１００が完了する。次いで、噴射された燃料がエンジンシリンダ内の空気と圧縮行程中に混合する時に、燃料噴射器は、プランジャ６１および増圧ピストン６０の後退でそれ自体をリセットする能力を有する。これ以降に何も実施されなければ、エンジンピストンが上死点位置の領域内にある場合に、予混合が、エンジンシリンダ１５内で自動点火することとなる。

いかなる数の予混合圧縮イベントでも所望のタイミングで実施できることは、当業者なら理解されるであろう。特定の燃料噴射器および燃料噴射システムの構造によっては、予混合噴射イベントは、複数の方式で終了することができる。第１の方式では、第１の電気アクチュエータ５０の電源が絶たれて、その付勢バネ８２の作用を受けて第１のニードル弁部材６７をその閉鎖位置の方に下降させる弁閉鎖圧力未満に燃料圧力を低減させる。小開口通路９８および９９が使用されていない場合には、予混合噴射イベントは、燃料圧力がまだ比較的高い間に、噴射イベントを終了するために、第２の電気アクチュエータ５１に通電することによっても終了できる。このような場合には、ニードル制御弁部材７２の上方運動が、第２のニードル弁部材６８をその下方閉鎖位置に留めさせる第２のニードル制御室８４内に高い圧力を閉じ込める。しかし、ニードル制御弁部材７２の上方運動により、シート７５が開放され、第１のニードル制御室８０がノズル供給通路６４内の高い圧力流体に連結され、それにより第１のニードル弁部材６７が、液圧およびその付勢バネ８２の作用を受けて突然閉鎖する。燃料噴射器が、図３の陰線で示された小開口９８または９９を含まない、図２に示された構造を有する場合には、噴射速度形成のさまざまな終了が実施できることも、当業者なら理解されるであろう。言い換えれば、第２の電気アクチュエータ５１の電源を絶つことに対する第１の電気アクチュエータ５０の電源を絶つタイミングを調整して、最大燃料圧力と付勢バネ８２によって定められる弁閉鎖圧力との間のあたりの閉鎖位置の方に第１のニードル弁部材６７を動かすことができる。

図８ａ〜ｅに示されている噴射シーケンスの例では、予混合噴射イベント１００の少し後に、従来の噴射イベント１０１が続く。従来の噴射イベント１０１を生じさせるために、噴射器１４内の燃料圧力が、第１のニードル弁部材６７の弁開放圧力に到達する前に、第２の電気アクチュエータ５１が通電されることが好ましい。図８ａおよび８ｂのグラフでは、第１の電気アクチュエータ５０の前に、第２の電気アクチュエータ５１が通電される。そうすることにより、ニードル制御弁部材７２が上昇して、第１の弁座７４を閉鎖し、第２の弁座７５を開放する。この結果、第２のニードル制御室８４は低い圧力で閉じ込められ、第１のニードル制御室８０は、連結通路７６および圧力連絡通路７８を介してノズル供給通路６４に流体連結されることとなる。しかし、燃料噴射器が加圧される前のニードル制御弁７２の運動だけで、第１および第２のニードル弁部材６７および６８の両方がそれらの下方閉鎖位置に留まっていることは、当業者なら理解されるであろう。従来の噴射イベント１０１の所望の開始の少し前に、第１の電気アクチュエータ５０が通電されて、高圧作動液の入口４０に作動液空胴５８を連結する。上記と同様に、高圧作動液が増圧ピストン６０に作用し、プランジャ６１が下方に駆動されて、燃料加圧室６３内の燃料を加圧する。燃料圧力が上昇すると、この圧力は、第１のニードル制御室８０に伝わり、閉鎖流体表面８１に作用して、弁座９０と接触して第１のニードル弁部材６７を維持して、予混合ノズル出口セット６５を閉鎖またはブロックする。しかし、燃料圧力のこの同じ上昇は、燃料圧力がさまざまな流体表面のサイジングとバネ８２および８５に関係する弁開放圧力を超えると、それが両ニードル弁部材を上方に持ち上げて、従来のノズル出口セット６６を開放させる第２のニードル弁部材６８の開放流体表面９４に作用する。この両ニードル弁部材を持ち上げて、従来のノズル出口セット６６を開放することは、図６ｄに示されている。従来の噴射イベントの所望の終了の少し前に、第１の電気アクチュエータ５０の電源が絶たれて、作動液空胴５８を低圧作動液ドレン４１に連結する位置に、再び圧力制御弁部材５５を動かす。この結果、プランジャ６１および増圧ピストン６０が停止位置に来て、最終的には、図８ｃに示されるように、後退を開始する。プランジャ６１の下方運動の速度を遅くし中止することにより、燃料加圧室６３およびノズル供給通路６４内の燃料圧力が、第１および第２のニードル弁部材をともに下降させて、弁座９３を閉鎖し従来のノズル出口セット６６をブロックする弁閉鎖圧力未満に急速に下がる。この形態は図８ｄに示されている。シート９３を閉鎖すると、従来の噴射イベント１０１は終了する。外部ニードル６８をより急激に閉鎖するには、従来の噴射イベントが完了する前に、弁５１の電流を切ることによって達成できる。燃料圧力が、第１のニードル弁部材６７のための弁開放圧力未満に下がった少し後に、好ましくは第１の電気アクチュエータ５０の電源が絶たれた後に、第２の電気アクチュエータ５１の電源が絶たれて、ニードル制御弁部材７２をその下方位置に戻す。

図３の小開口９８および９９の斜線部分に示されるように、ニードル制御室８０および８４に小開口が設けられていない場合には、従来の噴射イベントが別の方式で終了できることは、当業者なら理解されるであろう。言い換えれば、従来の噴射イベントは、第２のニードル弁部材６８の閉鎖流体表面８６に高圧燃料を働かせるために、第２の電気アクチュエータ５１の電源を絶つことによって終了できる。これが起こると、閉鎖流体表面８１と閉鎖流体表面８６の両方に作用する高圧燃料は、両ニードル弁部材６７および６８を下降させて、従来のノズル出口セット６６を閉鎖させる。したがって、本発明のこの形態により、上述したタイプの噴射速度形成のいくつかの終了が可能となり、その結果、ニードル弁部材が閉鎖位置の方に動き始めた時の、噴射終了時の燃料圧力は、最大噴射圧力とニードル弁部材の弁閉鎖圧力との間で選択することができる。単一の従来の噴射イベントのみが示されているが、本発明が、所望のタイミングで複数の従来の噴射イベントを達成できることは、当業者なら理解されるであろう。

図４の燃料噴射器は、第１の電気アクチュエータ１５０に通電するかまたは電源を絶つことにより、噴射イベントが開始し終了することを除き、同様な方法で動作する。言い換えれば、ニードル制御室のいずれかに低い圧力区域への小開口が設けられるかどうかに関係なく、それぞれの噴射イベントが、第１の電気アクチュエータ１５０に通電することによって開始し、それの電源を絶つことによって終了する。図４に示された構造においては、第２の電気アクチュエータ１５１は、どのタイプの噴射が起こるかを判断するスイッチとして作用する。第２の電気アクチュエータ１５１の電源が絶たれると、予混合噴射イベントが起こる。電気アクチュエータ１５０の前に、第２の電気アクチュエータ１５１が通電されると、従来の噴射イベントが起こる。図４の実施形態も、燃料噴射器１４の小開口が設けられていない形態に関係して記載されているように、第２の電気アクチュエータ１５１の通電状態を変更することにより、噴射イベントのいずれかを終了する能力を有する。

次に図５を参照するに、ノズル供給通路２６４が高圧燃料の源に連結されると、噴射イベントが始動される。この高圧燃料は、コモンレールから、カム作動式のプランジャの下から、ユニットポンプから、または図２に示されたタイプの燃料加圧室から来る場合がある。ノズルアセンブリ２４７が、図２のノズルアセンブリ４７の代用となっていると仮定すると、第１の電気アクチュエータ５０に通電して、高圧作動液４０への作動液空胴５８を開放することにより、予混合噴射イベントが始動される。このことにより、ピストン６０およびプランジャ６１が下降して、燃料加圧室６３およびノズル供給通路２６４内の燃料を加圧する。第２の電気アクチュエータ２５１は、ニードル制御弁部材２７２が第２のシート２７５を閉鎖するが、第１のシート２７４を開放するように、電源が絶たれた状態のままである。この位置にある場合には、第１のニードル制御室２８０が、圧力連絡通路２７８および連結通路２７６を介して、低圧燃料通路２５９に流体連結される。流量絞り穴２４２が流量絞り穴２４４より限られているので、ニードル制御室２８０内の圧力が増加するが、ノズル供給通路２６４内の高圧燃料と比べると低いままである。このことにより、第１のニードル弁部材２６７が上昇して、燃料圧力が弁開放圧力を超えると、予混合出口セット２６５を開放することを許容する。他方、第２のニードル弁部材２６８は、シート２７５が閉鎖されているので、従来のノズル出口セット２６６をブロックしている下方位置に留まり、その結果、第２のニードル制御室２８４の圧力が、ノズル供給通路２６４に関連する高いレベルまで上昇する。予混合噴射イベントの所望の終了の少し前に、第１の電気アクチュエータ５０の電源が絶たれて、燃料圧力が燃料噴射器全体を弁閉鎖圧力未満に下げ、その結果、第１のニードル弁部材２６７が下降して、その付勢バネの作用を受けて予混合ノズル出口セット２６５を閉鎖する。

燃料圧力がノズルアセンブリ２４７内で実質的に上昇する前に、好ましくは第１の電気アクチュエータ５０に通電する前に、第２の電気アクチュエータ２５１に通電することにより、従来の噴射イベントが達成される。これが起こると、第１の弁座２７４が閉鎖され、第２の弁座２７５が開放される。これが起こると、第２のニードル制御室２８４が、圧力連絡通路２７７および連結通路２７６を介して、低圧燃料通路２５９に流体連結される。しかし、第１のニードル制御室２８０が、通路２４３を介してノズル供給通路２６４に連結されているだけである。流量絞り穴２４０が流量絞り穴２４４より限られている方が好ましいので、ノズル供給通路２６４内の圧力の上昇の結果として、第２のニードル制御室２８４内の燃料圧力が比較的低いままに留まる。したがって、ノズル供給通路２６４内の燃料圧力が弁開放圧力を超えると、第２のニードル弁部材２６８がその開口位置まで上がって、従来のノズル出口セット２６６を開放する。第１の電気アクチュエータ５０の電源を絶って、作動液空胴５８を低圧ドレン通路４１に再連結することにより、従来の噴射イベントが終了する。このことにより、燃料噴射器全体の燃料圧力が下がり、第２のニードル弁部材２６８および第１のニードル弁部材２６７が一斉に下降して、従来のノズル出口セット２６６を閉鎖して、従来の噴射イベントを終了する。

本発明の異なる形態のすべてにおいて、ニードル制御弁を第１の位置に置くことによりそれぞれの予混合噴射イベントが始動されることは、当業者なら理解されるであろう。この第１の位置は、第１のニードル弁部材に関連するニードル制御室が、噴射イベント中を通じて比較的低い圧力に留まることを許容する位置に対応することが好ましい。このことは、図２の実施形態のように、そのニードル制御室を高圧燃料から隔離することにより、図３に示されるように、第１のニードル制御室を高圧燃料から隔離し、オプションの小開口通路９８を介してそれに小開口を設けることにより、または図５の実施形態に示されるように、第１のニードル制御室を高圧燃料から隔離し、ニードル制御弁を介してそれを小開口に連結することにより達成できる。したがって、ニードル制御弁部材がその第１の位置にある場合は、第１のニードル制御室は、低圧通路および高圧通路の少なくとも１つに流体連結される。個々の噴射器の構造によっては、第１のニードル制御室は、図５に示されているように、塞がれていない通路を介してノズル供給通路に流体連結されるか、図３の陰線に示されているように、塞がれていない小開口通路９８を介して低圧燃料循環通路に流体連結されるか、あるいはニードル制御弁を通ることを除き、ノズル供給通路または低圧通路のいずれにも全く連結されない場合がある。

従来の噴射イベントを実施することが望ましい場合は、ニードル制御弁部材は、噴射イベント中に第２のニードル制御室が比較的低い圧力であることを許容する位置に動かされる。このことにより、第２のニードル弁部材が開口位置まで上がって、従来のノズル出口セットを開放する。図２に示された実施形態の場合には、この結果として、第１のニードル制御室は高圧ノズル供給通路６４に流体連結され、第２のニードル制御室８４は第２の弁座７５の閉鎖を介して高い圧力から隔離される。図３の実施形態では、ニードル制御弁部材７２の運動により、第２のニードル制御室８４がノズル供給通路６４内の高い圧力から隔離されるが、オプションの塞がれていない小開口通路９９を介して低圧燃料供給通路５９に連結される。図５に示された実施形態では、従来の噴射イベントも、ニードル制御弁部材２７２を動かすことによって始動される。しかしこの場合、このことにより、第２のニードル制御室８４がノズル供給通路２６４と低圧燃料通路２５９との両方に流体連結されるが、流量絞り穴２４０および２４４の存在により、第２のニードル制御室２８４内の圧力がノズル供給通路２６４内の圧力よりかなり低く維持される。したがって、本発明のすべての形態では、従来のノズル出口セットを通る燃料の噴射が、ニードル制御弁を第２の位置に置くことによって少なくとも一部達成される。図２に示された本発明の好ましい実施形態では、ニードル制御弁部材をその第１の位置に置いた結果、第２のニードル弁部材の閉鎖流体表面が高圧燃料にさらされる。このことにより、予混合ノズル出口セットを制御する第１のニードル弁部材が、予混合噴射イベントのために開放することを許容する。同様に、ニードル制御弁部材をその第２の位置に置いた結果、第１のニードル弁部材の閉鎖流体表面が高圧燃料にさらされる。このことにより、従来のノズル出口を従来の噴射イベントのために開放することを許容しながら、予混合ノズル出口は閉鎖されたままとなる。図４に示された実施形態の場合には、閉鎖流体表面は高圧または低圧油にさらされて、同じ終了を達成する。示された実施形態の例のそれぞれにおいては、ニードル制御弁が３ウェイ弁ニードル制御弁であることが好ましい。しかしながら、他の弁構造も利用できることは、当業者なら理解されるであろう。

再び図６および７を参照するに、適切な組成物の単一の金属構成部材の、端部３６９の下部ガイド面、外部弁面３７０、および内部弁座３９０をまず機械加工することにより、燃料噴射器３１４が製造される。言い換えれば、上述した実施形態に関して起こり得る、接合している２つの部分に関連する潜在的な位置合わせ不良および同心度の問題を避けるために、ニードル弁部材３６８が単一の固体均一金属素材片から形成されることが好ましい。端部３６９は、噴射器本体３５２の先端３５４にガイドボア３５３を定めるガイド面とのガイド接点内に位置決めされる。次に、内部ニードル弁部材３６７は、第１のニードル弁部材の内側に少なくとも部分的に、好ましくは弁面３７０が弁座３９０と接触する位置に挿入される。外部ニードル弁部材３６８はまた機械加工されて、上部ガイドボア３６４を定めるガイド面とのガイド接点内に位置決めされた上部ガイド面３６３を含むことが好ましい。さらに、燃料噴射器３１４は、好ましくは内部ニードル弁部材３６７の１つの端部が機械加工された嚢低減延在部分を、外部ニードル弁部材３６８によって定められた嚢内に位置決めすることにより、少なくとも一部嚢容積を低減させる方式で製造されることが好ましい。本発明は、デュアル燃料タイプの燃料噴射器に関して使用できる可能性があるが、第１のノズル出口セット３６６は、従来の噴霧パターンを有する従来のノズル出口セットに対応することが好ましい。さらに、外部ニードル弁部材３６８が機械加工されて、好ましくは、予混合のために燃料と空気の混合を促進するシャワーヘッド噴霧パターンにまとめられた第２のノズル出口セット３６５を含むことが好ましい。言い換えれば、予混合ノズル出口セット３６６が、オーバーラップしない噴霧パターンを有する、１６またはそれ以上のような複数のノズル出口を含むことが好ましい。燃料噴射器３１４がまた、内部ニードル弁部材３６７の閉鎖流体表面３８１を第１のニードル制御室８０内の流体圧力にさらすことによって構築される。外部ニードル弁部材３６８はまた、第２のニードル制御室８４内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面３８６を含むことが好ましい。ニードル制御室８０および８４が、互いに流体的に隔離されることが好ましい。他方、内部ニードル弁部材３６７が、ノズル室３５１内の流体圧力にさらされた開放流体表面３５０を含む。外部ニードル弁部材３６８がまた、第２のノズル室３４１内の流体圧力にさらされた開放流体表面３４０を含む。ノズル室３４１および３５１が、外部ニードル弁部材３６８を通り連結通路を介して流体連結される。

本発明は、２つの異なる噴霧パターンを使用可能にすることが望ましい場合のあらゆる燃料噴射システムにおいて可能な適用形態を見出すものである。これらの２つの異なる噴霧パターンが、予混合噴射噴霧パターンおよび従来の噴射噴霧パターンに対応することが好ましい。しかしながら、２つの異なる噴霧パターンが、たとえば、パイロット噴射を使用して気体燃料および空気混合気を点火するデュアル燃料エンジンや、従来の留出ディーゼル燃料のみで動作するエンジンに本発明を適用する場合のような、異なるサイズの出口に対応するだけである場合があることは、当業者なら理解されるであろう。本発明は、図８ａ〜ｅに示された、純粋に均一なモード、混合均一モード、従来のモード、および純粋に従来のモードで動作する能力を有することが好ましい。このことにより、本発明による燃料噴射システムを装備したエンジンが、広範囲なエンジン動作条件に対して低い排出を達成することを許容する。

上記の記載は単に例示目的であり、いかなる場合においても本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。したがって、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって、本発明の他の形態、目的、および利点を得ることができることは、当業者なら理解されるであろう。

本発明の一形態によるエンジンおよび燃料噴射システムの概略図を示している。燃料噴射器の断面側の概略図を示している。図２の燃料噴射器のノズルアセンブリ部の断面側の概略図を示している。図１のシステムのための別の燃料噴射器の断面側の概略図を示している。さらに別の混合モードの燃料噴射器による燃料噴射器ノズルアセンブリの断面側の概略図を示している。本発明による燃料噴射器のノズルアセンブリ部の部分断面側面図を示している。図６のノズルアセンブリの先端部の拡大図を示している。ａ〜ｅは、本発明による噴射シーケンスの一例についての、圧力制御弁部材の位置、ニードル制御弁部材の位置、プランジャの位置、第１および第２のニードル弁部材の位置、燃料噴射速度対時間のグラフを示している。

符号の説明

１０エンジン
１１エンジンシリンダ
１２燃料噴射システム
１４燃料噴射器
１５エンジンピストン
１６コモンレール
１８燃料源
２０作動液の源
２１低圧ポンプ
２２フィルタ
２３冷却器
２４エンジン潤滑通路
２５低圧作動液供給通路
２６高圧ポンプ
２７高圧供給管路
２８分岐通路
２９ドレン通路
３１燃料循環ポンプ
３２燃料フィルタ
３３燃料供給管路
３４燃料の入口
３５燃料戻り通路
３６電子制御モジュール
３７センサ
３８１つ以上の通信回線
３９通信回線
４０作動液の入口
４１作動液ドレン
４２付勢バネ
４３通信回線
４４通信回線
４５圧力センサ
４７ノズルアセンブリ
４８増圧機
４９圧力制御弁
５０第１の電気アクチュエータ
５１第２の電気アクチュエータ
５２噴射器本体
５３ソレノイドコイル
５４アーマチュア
５５圧力制御弁部材
５６環
５７環
５８作動液空洞
５９低圧燃料循環通路
６０段付きの上端増圧ピストン
６１プランジャ
６２戻しバネ
６３燃料加圧室
６４ノズル供給通路（高圧通路）
６５予混合ノズル出口セット
６６従来のノズル出口セット
６７第１のニードル弁部材
６８第２のニードル弁部材
６９チェック弁
７０ソレノイドコイル
７１アーマチュア
７２ニードル制御弁部材
７３付勢バネ
７４第１の弁座
７５第２の弁座
７６連結通路
７７第１の圧力連絡通路
７８第２の圧力連絡通路
８０第１のニードル制御室
８１第１の閉鎖流体表面
８２第１の付勢バネ
８３ガイド部
８４第２のニードル制御室
８５第２の付勢バネ
８６第２の閉鎖流体表面
８７ガイド領域
８８流体連結通路
８９ニードルリフトスペーサ
９０第１の弁座
９１開放流体表面
９３第２のニードルシート
９４開放流体表面
９７小開口通路
９８小開口通路
９９小開口通路
１００予混合噴射イベント
１０１従来の噴射イベント
１１４燃料噴射器
１５０第１の電気アクチュエータ
１５１第２の電気アクチュエータ
１５５圧力制御弁部材
１５８作動液空洞
１７２ニードル制御弁部材
１７６連結通路
２４０流量絞り穴
２４１連結通路
２４２流量絞り穴
２４３連結通路
２４４流量絞り穴
２４７ノズルアセンブリ
２５１電気アクチュエータ
２５９低圧燃料通路
２６５予混合ノズル出口セット
２６６従来のノズル出口セット
２６７第１のニードル弁部材
２６８第２のニードル弁部材
２７２ニードル制御弁部材
２７４第１の弁座
２７５第２の弁座
２７６小開口連結通路
２７７圧力連絡通路
２７８圧力連絡通路
２８０第１のニードル制御室
２８１閉鎖流体表面
２８４第２のニードル制御室
２８６閉鎖流体表面
３０１中心線
３１４燃料噴射器
３４０開放流体表面
３４１第１のノズル室
３４２連結通路
３４７ノズルアセンブリ
３５０開放流体表面
３５１第２のノズル室
３５２噴射器本体
３５３ガイドボア
３５４先端
３５５内部ガイドボア
３５６嚢
３６３上部ガイド面
３６４上部ガイドボア
３６５ＨＣＣＩノズル出口セット
３６６従来のノズル出口セット
３６７内部ニードル弁部材
３６８外部ニードル弁部材
３６９端部
３７０弁面
３７１弁面
３７２ガイドボア
３７３嚢低減延在部分
３８１閉鎖流体表面
３８６閉鎖流体表面
３９０弁座
３９３弁

Claims

第１のノズル出口セットを定め、弁座を含む噴射器本体と、
前記噴射器本体内に少なくとも部分的に位置決めされ、外部弁面と内部弁座とを含み、第２のノズル出口セットを定める一体型の第１のニードル弁部材と、
前記第１のニードル弁部材内に少なくとも部分的に位置決めされた第２のニードル弁部材とを備えた燃料噴射器であって、
前記第１のニードル弁部材が、第１のノズル室内の流体圧力にさらされた開放流体表面を含み、
前記第２のニードル弁部材が、第２のノズル室内の流体圧力にさらされた開放流体表面を含み、
前記第２のノズル室が、前記第１のニードル弁部材によって定められた連結通路を介して前記第１のノズル室に流体連結される燃料噴射器。
前記第１のノズル出口セットが、少なくとも１つの従来のノズル出口を含み、
前記第２のノズル出口セットが、少なくとも１つの予混合ノズル出口を含む請求項１に記載の燃料噴射器。
前記噴射器本体が、その中に配置されたガイドボアを有する先端を有し、
前記第１のニードル弁部材が、前記ガイドボア内を案内された端部を含む請求項１に記載の燃料噴射器。
前記第１のニードル弁部材が、前記内部弁座と前記第２のノズル出口セットとの間の嚢容積を定め、
前記第２のニードル弁部材が、前記嚢容積内に位置決めされた嚢低減延在部分を含む請求項１に記載の燃料噴射器。
前記噴射器本体が中心線を有し、
前記嚢低減延在部分が、前記中心線に沿って前記第１のノズル出口セットと前記第２のノズル出口セットとの間に配置された請求項４に記載の燃料噴射器。
前記第１のノズル出口セットが、少なくとも１つの従来のノズル出口を含み、
前記第２のノズル出口セットが、少なくとも１つの予混合ノズル出口を含み、
前記噴射器本体が、その中に配置されたガイドボアを有する先端を有し、
前記第１のニードル弁部材が、前記ガイドボア内を案内された端部を含み、
前記第１のニードル弁部材が、前記内部弁座と前記第２のノズル出口セットとの間の嚢容積を定め、
前記第２のニードル弁部材が、前記嚢容積内に位置決めされた嚢低減延在部分を含み、
第１のバネおよび第２のバネが、前記噴射器本体の前記弁座との接点の方に前記第１のニードル弁部材を偏倚するよう動作可能に位置決めされ、
前記第２のバネが、前記内部弁座との接点の方に前記第２のニードル弁部材を偏倚するよう動作可能に位置決めされた請求項１に記載の燃料噴射器。
第１のノズル出口セットを定め、ガイド面によって定められたガイドボアを有する先端を有する噴射器本体と、
前記噴射器本体内に少なくとも部分的に位置決めされ、外部弁面と内部弁座とを含み、第２のノズル出口セットを定める一体型の第１のニードル弁部材と、
前記第１のニードル弁部材内に少なくとも部分的に位置決めされた第２のニードル弁部材とを備えた燃料噴射器であって、
前記第１のニードル弁部材が、前記ガイド面とのガイド接点内に端部を含む燃料噴射器。
前記第１のニードル弁部材が、第１のニードル制御室内の流体圧力にさらされた第１の閉鎖流体表面を含み、
前記第２のニードル弁部材が、前記第１のニードル制御室から流体的に隔離された第２のニードル制御室内の流体圧力にさらされた閉鎖流体表面を含む請求項７に記載の燃料噴射器。
前記第１のニードル弁部材が、第１のノズル室内の流体圧力にさらされた開放流体表面を含み、
前記第２のニードル弁部材が、第２のノズル室内の流体圧力にさらされた開放流体表面を含み、
前記第２のノズル室が、前記第１のニードル弁部材によって定められた連結通路を介して、前記第１のノズル室に流体連結する請求項８に記載の燃料噴射器。