JP2006090321A - 燃料噴射ノズル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良された可変オリフィス式噴射ノズルと、その噴射ノズルを製造する方法を提供すること。
【解決手段】内燃機関用の燃料噴射器に用いられる噴射ノズルは、１つ以上の第１ノズル出口１４を通る燃料供給を制御するように内側弁座部２４と係合可能な内側弁ニードル２６と、１つ以上の第２ノズル出口１６を通る燃料供給を制御するように外側弁座部２４と係合可能な外側弁２８とを有している。外側弁は、内側弁ニードルの少なくとも一部が挿通される弁孔３６を備えている。内側弁ニードルが所定の閾量Ｄを超えて内側弁座部から離れる方向に移動した場合に、内側弁ニードルの運動を外側弁に連結させるための連結手段４６が設けられている。これによって、外側弁は、外側弁座部から離れる方向に持上げられ、高噴射率をもたらすことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、各々が内燃機関の燃焼室内への燃料の供給を制御する、内側弁ニードルと外側弁とを備える燃料噴射ノズルに関する。特に、本発明は、外側弁がエンジンへの燃料供給を制御するように１つの出口と協働して作動可能であり、内側弁ニードルがエンジンへの燃料供給を制御するように他の出口と協働して作動可能である噴射ノズルに関する。また、本発明は、上記の形式の噴射ノズルを製造する方法に関する。

一般的に可変オリフィスノズル（ＶＯＮ）と呼ばれる周知の噴射ノズルでは、ノズル本体が孔（ブラインドボア）を備え、この孔内において第１外側弁がアクチェータの制御下で移動可能である。ノズル本体に設けられたこの孔はシート面を画成し、外側弁はこのシート面と係合可能であり、これによりノズル本体の長さに沿った第１軸方向位置に設けられた第１組のノズル出口を通る燃料供給を制御する。外側弁はそれ自体さらに他の孔を備え、この孔内において第２内側弁ニードルが移動可能である。内側弁ニードルは外側弁のさらに他の孔の開端から突出し上記のシート面と係合可能であり、これによりノズル本体の長さに沿った第２下側軸方向高さに設けられた第２組のノズル出口を通る燃料供給を制御する。

外側弁は単独で移動し、その結果、外側弁がその着座状態から離れる方向に持上げられると共に、内側弁ニードルが着座したままで維持されるように作動可能である。また、外側弁は内側弁ニードルをも移動させるように作動可能である。外側弁が所定の閾量を超える量まで移動した場合、外側弁の運動は内側弁ニードルに伝達され、内側弁ニードルをも持上げる。この操作段階中、第１組のノズル出口と第２組のノズル出口の両方が開口され、これによって、比較的高い燃料供給率をもたらす。もし外側弁が所定の閾量未満の量だけ持上げられた場合、内側弁ニードルは、着座したままで維持され、噴射は、第１組のノズル出口を通してのみ、低燃料供給率で行なわれる。

前述の形式の可変オリフィスノズルは、第１組のノズル出口のみ又は第１組のノズル出口と第２組のノズル出口の両方を通して、燃料を燃焼室内にそれ自体で噴射する融通性を与える点において、特にディーゼルエンジンに対して利点をもたらす。これによって、高エンジン出力モードに対して、大きな全燃料供給面積を選択し、又は低エンジン出力モードに対して、小さな全燃料供給面積を選択することが可能になる。

前述の形式の燃料噴射ノズルは、本出願人による同時係属中の欧州特許出願第０４２５０１３２．０号（デルファイ・テクノロジー（Delphi Technologies）社）に記載されている。

既存の可変オリフィスノズルの性能は、ノズルを通る流れの効率を改良する手段を講じることによって、さらに改良され得ることが認識されている。この課題に対処することを意図して、改良された噴射ノズルが本発明によって提供される。噴射ノズルを製造するさらに便利な方法も提供される。

本発明の第１態様によれば、内燃機関用の燃料噴射器に用いられる噴射ノズルにおいて、１つ以上の第１ノズル出口を通る燃料供給を制御するように内側弁座部と係合可能な内側弁ニードルと、１つ以上の第２ノズル出口を通る燃料供給を制御するように外側弁座部と係合可能な外側弁であって、内側弁ニードルの少なくとも一部が挿通される弁孔を備える外側弁と、内側弁ニードルが所定の閾量を超えて内側弁座部から離れる方向に移動する場合に、内側弁ニードルの運動を外側弁に連結させ、これによって、外側弁をも外側弁座部から離れる方向に持上げるための連結手段とを備えることを特徴とする噴射ノズルが提供される。

第１ノズル出口のみを通して噴射するには、内側弁ニードルが閾量未満の比較的少量だけ（例えば、アクチェータによって）移動され、これに伴い、外側弁は着座したままで維持される。この場合、燃料は、第２ノズル出口を通って流れることができない。一方、高噴射率が必要とされる場合には、内側弁ニードルをさらに移動させ、連結手段を作用させることによって外側弁をも移動させる。本発明は、特に外側弁ニードルによって制御されるより大きなシート（弁座）からより大きな第２ノズル出口に燃料を供給し、内側弁ニードルによって制御されるより小さいシートからより小さい第１ノズル出口に燃料を供給するので、ノズル内の流れの効率を改良する。内側弁の運動を、初期状態では静止している外側弁に連結させるのに必要な機構が、ニードルの役割が反対である周知の可変オリフィスノズルに必要とされる当該機構と比較して、複雑ではなく、部品点数が少ないという点において、さらに他の利得が達成される。

加えて、第１ノズル出口のみが開口された場合、燃料の大半は、（内側弁ニードルの）比較的小さいシートのみを越えて流れる。従って、噴射率の調整が望まれる場合、内側弁ニードルの持上げを制御することによって、第１ノズル出口への流れを絞ることができる。

好ましい実施形態において、内側弁ニードルは、外側弁に設けられた弁孔内において、移動可能である。

さらに他の好ましい実施形態において、連結手段は、内側弁ニードルに画成される係合面によってもたらされ、この係合面は、内側弁ニードルが閾量と等しい量だけ移動した場合、外側弁の協働作用面と係合し、内側弁ニードルが閾量を超えて移動した場合、外側弁を持上げるための面である。

内側弁ニードルの係合面は、例えば、内側弁ニードルの主ステムと内側弁ニードルの拡大ヘッドとの間に、（すなわち、内側弁ニードルの主軸に沿った段）に画成されるとよい。

好ましくは、内側弁ニードルは、内側弁ニードルが着座した場合に第１ノズル出口の上下それぞれの側に軸方向に離間して配置される上側および下側シートラインを備えている。上側及び下側シートラインは、それぞれ、内側弁座部の上側および下側シートと係合するように形成されている。従って、内側弁座部は、内側弁ニードル用の２つのシート、すなわち、上側シートと下側シートとを有し、これにより第１ノズル出口を上流側と下流側（すなわち、第１ノズル出口の上流側と下流側）の両方向からの燃料流に対して封鎖する。

同様に、外側弁は、外側弁が着座した場合、第２ノズル出口の上下それぞれの側に軸方向に離間して配置される上側及び下側シートラインを備えていることが好ましい。上側及び下側シートラインは、それぞれ、外側弁座部の上側および下側シートと係合可能である。

一実施形態において、内側弁ニードルの上側及び下側シートラインは、それぞれ、内側弁ニードルの外面に設けられた溝の上側縁及び下側縁によって画成されることが好ましい。この溝は、上側縁を画成する上側溝領域と下側縁を画成する下側溝領域を備え、これらの溝領域は、好ましくは、切頭円錐形状を有している。

同様に、外側弁の上側及び下側シートラインは、それぞれ、外側弁の表面に設けられた溝の上側縁及び下側縁によって画成されるとよい。この溝は、上側縁を画成する上側溝領域と下側縁を画成する下側溝領域を備え、これらの溝領域は、好ましくは、切頭円錐形状を有している。

ノズルは、好ましくは、内側及び外側弁を収容するノズル孔を有するノズル本体を備えている。また、このノズル孔は、燃料を第１及び第２ノズル出口に供給するための上側供給室と、燃料を第１及び第２ノズル出口に供給するための下側供給室とを備え、これらの上側及び下側供給室は、互いに連通している。

好ましくは、内側弁ニードルには、燃料を上側供給室から下側供給室に向けて流すことができる流路手段が、少なくとも部分的に画成されている。内側弁ニードルが内側弁座部から持上げられた場合、燃料は、下側供給室から１つ以上の第１ノズル出口に流れ、外側弁が外側弁座部から持上げられた場合、燃料は、下側供給室から第２ノズル出口に流れる。

流路手段は、好ましくは、内側弁ニードル内に設けられた軸方向に延在する孔を備えている。

好ましくは、内側弁ニードルは、負荷伝達部材を介してアクチェータに連結されている。一実施形態において、負荷伝達部材は上記の流路手段の一部に画成されている。内側弁ニードルの負荷伝達部材への連結は、いくつかの手段によって達成され得るが、簡便さという点から、締まり嵌めが有利である。

負荷伝達部材は、作動時に負荷伝達部材と内側弁ニードルの運動を案内するガイド領域を備えていることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、内燃機関に用いられる燃料噴射器において、本発明の第１の態様による噴射ノズルと、内側弁ニードルの運動を制御するためのアクチェータを備える燃料噴射器が提供される。

アクチェータは、好ましくは別部品、例えば負荷伝達部材を介して、内側弁ニードルに間接的に連結される。代替的実施形態において、アクチェータは内側弁ニードルに直接連結されてもよい（換言すれば、負荷伝達部分がニードルと一体に形成されてもよい）。アクチェータは、好ましくは圧電アクチェータ（ピエゾアクチェータ）または噴射器に関連する電磁アクチェータを代替的に使用できる。

本発明の第１の態様の好ましい及び／又は随意的な特徴は、単独又は適切な組合せの形態で、本発明の第２の態様に適用されてもよい。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様において記載した形式の噴射ノズルの製造方法において、内側弁ニードルの少なくとも一部を外側弁内に挿通させるステップと、内側弁ニードルの外面を輪郭加工するための第１砥面プロファイルと、外側弁の外面を輪郭加工するための第２砥面プロファイルとを有する砥石車を設けるステップと、内側及び外側弁をこの砥石車によって研削し、それぞれのシート面を輪郭加工するステップであって、砥石車の第１及び第２面プロファイルは、内側及び外側弁がノズル本体内に組み込まれてそれぞれの弁座部と係合したとき、内側及び外側弁の係合可能な面が閾量だけ離れるように、互いに離間されるようなステップとを含む方法が提供される。

一実施形態において、本方法は、内側弁の係合面を外側弁の協働作用面と係合させることによって、外側弁を内側弁ニードルとを接触させた状態で保持する段階を備えている。内側弁ニードルの少なくとも一部は、ホルダー又は他の支持手段内において、直接的に支持されるとよい。

この製造方法は、内側及び外側弁のシート面を形成し、かつ閾量を決定する弁間の間隙を設定するための便利で、かつ正確な方法をもたらす。何故なら、閾量の公差は、まさに、砥石車の公差（すなわち、極めて狭い公差）に対応するからである。

他の実施形態において、内側弁ニードルが負荷伝達部材に連結され、研削ステップの前に、外側弁の上面が、スペーサ部材によって、負荷伝達部材から離間されるようにされてもよい。このスペーサは、閾量と少なくとも等しいように選択される厚みを有しているとよい。

代替的に、スペーサ部材の厚みは、閾量よりも大きいように選択されてもよい。この場合、内側及び外側弁がノズル本体内に組み込まれた後、閾量を正確に設定するために、追加的な仕上げステップが必要である。しかし、この方法でも、閾量の高精度な設定をもたらす。

以下、本発明の実施形態を、一例として、添付の図面を参照して、説明する。

本発明の噴射ノズルは、圧電アクチェータが噴射器弁ニードルの運動を制御する圧電制御燃料噴射器に用いられるのに適した形式を有している。図１と図２を参照すると、噴射ノズル１０は、第１組の出口１４と第２組の出口１６とを有するノズル本体１２を備え、これらの出口は、第２ノズル出口１６が第１ノズル出口１４よりもノズル本体の長さに沿って高い軸方向位置にあるように、主ノズル本体軸に沿って軸方向に離間されている。図２に最も分かりやすく示されているが、第１ノズル出口１４の各々は比較的小径であり、エンジン内に噴射される燃料の流通面積が小さく、第２ノズル出口１６の各々は比較的大径であり、エンジン内に噴射される燃料の流通面積が大きい。図１において、各組の単一のノズル出口１４、１６のみ示されている、実際には各組はそれぞれ２つ以上のノズル出口を含み得る。

ノズル本体１２は、軸方向に延在する孔１８（ブラインドボア）を備え、この孔１８は、高圧下の燃料を受容するための第１上側供給室２０を画成している。また、この孔１８は、その閉鎖された下端において、燃料用の第２下側供給室２２を画成している。孔１８の内面は、その下端において切頭円錐形状をなし、総称的に２４で示される弁座面を画成している。

同軸に配置された第１及び第２可動弁部材（２６、２８）が、それぞれ、上側供給室２０と第１ノズル出口１４及び第２ノズル出口１６間における燃料の流れを制御可能にするように孔１８内に嵌挿されている。一般的に、第１弁部材は第１内側弁ニードル２６の形態をなし、その移動によって燃料が第１ノズル出口１４を通って供給されるか否かを制御する。第２弁部材は外側弁２８の形態をなし、その移動によって燃料が第２ノズル出口１６を通って供給されるか否かを制御する。

内側弁ニードル２６は、（図２に明示される）２つの主要部分、すなわち、ステム２６ａ（本体）と拡大ヘッド２６ｂとを備えている。ステム２６ａの上部は負荷伝達部材３４に連結され、ステム２６ａの下部は、負荷伝達部材３４の下面３８と外側弁２８の上面４０が互いに接触するように、外側弁２８に設けられた（弁孔と呼ばれる）孔３６内に嵌入されている。内側弁ニードル２６の下側領域は、外側弁２８内において移動可能であり、かつ２つのニードル２６、２８間の燃料の漏れが最小限に保たれるように、孔３６内に緊密かつ摺動可能に嵌挿されている。内側弁ニードル２６の拡大ヘッド２６ｂは、内側弁ニードル２６のシート面を画成している。このシート面は、弁座面２４によって画成される内側弁座部と係合可能であり、第１ノズル出口１４を通る燃料の流れを制御する。外側弁２８は、外側弁座部と係合され得るシート面を有するような形状又は輪郭を有している。外側弁座部は弁座面２４によって画成され、図示される配置では内側弁座部の軸方向上方に位置している。

負荷伝達部材３４は、ノズル本体の孔１８の上側領域内を延在する細長ロッド又はニードルの形態を取る。その下端において、負荷伝達部材３４は、（伝達部材孔と呼ばれる）取付け孔４２を備え、この取付け孔４２に、内側弁ニードル２６のステム２６ａが締まり嵌めされ、緊密に連結される。内側弁ニードルのステム２６ａは、取付け孔４２の開端からわずかに突出している。これは負荷伝達部材３４とニードル２６の追加的な溶接がそれらの連結を強化するために必要であることが判明した場合に有利である。

負荷伝達部材３４は、（図１に示されるように）、その最上端に向かう側において、ノズル本体の孔１８の直径と実質的に等しい直径を有する領域３４ａを備えている。これらの孔１８と領域３４ａは、作動時に連携して負荷伝達部材３４の移動を案内するように機能する。負荷伝達部材３４の最上端３４ｂは、直接的又は間接的に噴射器の典型的には圧電アクチェータ（ピエゾアクチュエータ）の形態にあるアクチェータ（図示せず）に連結されている。圧電アクチェータは圧電素子の積層体を備え、この積層体の両端に電圧が印加された時に拡張及び収縮する周知の型式を用いることができる。圧電積層体の特徴は、噴射器のハウジング部内に画成された燃料が充填されるチャンバー内に収容される点にある。積層体を収容するチャンバーは、コモンレールと連通する噴射器入口とノズル供給室３０との間に燃料供給経路の一部を画成する。作動時において、燃料は典型的にはコモンレール又は蓄圧容積部の形態にある高圧燃料源から噴射器入口に供給され、積層体チャンバー内を通って、孔１８によって画成されたノズル供給室３０内に流入する。上側供給室２０は、負荷伝達部材の外面に機械加工によって形成された襞及び／又は溝３２を介して、ノズル供給室３０と連通している。

適切な圧電アクチェータの更なる詳細は、本出願人による欧州特許第０９９５９０１号（デルファイ・テクノロジー（Delphi Technologies）社）において見出され得る。しかし、本発明は、電磁気アクチェータのような代替的作動手段の使用によっても、同じように実施され得る。

負荷伝達部材３４は、関連するバネ（図示せず）を備えているとよい。このバネは、例えば、負荷伝達部材３４の最上端３４ｂに配置され、弁座面２４の方向において、この部材３４と内側弁ニードル２６の両方を付勢するように作用する。

軸方向に延在する通路又は孔の形態にある流路４４が内側弁ニードル２６内に設けられ、上側及び下側室２０、２２間にニードル２６を介する燃料の流通を可能にする。さらに半径方向流路４７が負荷伝達部材３４内に設けられ、その中心部は流路４４の第１上端と連通している。流路４４の第２下端は第２供給室２２と連通し、さらに半径方向流路４７の両外端は上側供給室２０と連通し、これによって、上側および下側供給室２０、２２間に流路を確立する。

ノズル１０は、内側弁ニードル２６がある量を超えて移動した場合に、内側弁ニードル２６と外側弁２８とを連結し、それらを一緒に移動させる手段を備えている。この目的のために、内側弁ニードル２６は、ニードル２６の拡大ヘッド２６ｂとステム２６ａとの間に画成された長さに沿った段４６を備えている。この段４６は外側弁２８の下側端面４８と係合するための係合面を画成している。内側弁ニードル２６の係合面４６と外側弁２８の端面４８は、それらの係合時に平坦な面接触をするように相応して形成されている。

噴射ノズル１０が非噴射状態にある図１と図２において、内側弁ニードル２６の係合面４６と外側弁２８の端面４８は、垂直方向に短い距離Ｄだけ離間されていることが理解される。作動時において、内側弁ニードル２６が（「所定の閾量」と称する）距離Ｄ未満の量だけ持上げられた場合には、外側弁２８の移動は生じない。何故なら、内側弁ニードル２６の拡大ヘッド２６ｂが外側弁２８と接触しないからである。一方、内側弁ニードル２６が所定閾量Ｄと等しい量だけ移動した場合には、内側弁ニードル２６の係合面４６は、外側弁２８と係合される。次いで、内側弁ニードル２６が閾量を超えてさらに持上げられた場合には、外側弁２８は内側弁ニードル２６と共に移動される。

内側及び外側弁座部の構成は、図１と図２における本発明の実施形態の重要な特徴であり、以下、図３を参照しさらに詳細に説明する。内側弁ニードル２６の拡大ヘッド２６ｂは、ニードル２６が着座したときに第１ノズル出口１４の上流に位置する内側弁の第１（上側）シートライン５０と、ニードル２６が着座したときに第１ノズル出口１４の下流側に位置する内側弁の第２（下側）シートライン５２を画成するように、（すなわち、出口１４の片側に１つのシートライン５０、５２を位置させるように）、形作られている。内側弁ニードル２６は、溝又は凹領域５４を備え、この領域は、その上端と下端において、上側及び下側シートライン５０、５２を画成している。溝５４は、上側溝領域５４ａと下側溝領域５４ｂによって画成され、これらの領域は、切頭円錐形状を有し、内側弁座部５８の隣接領域と連携して、第１ノズル出口１４の入口端における燃料用の環状容積部５６を画成している。上側溝領域５４ａの直上において、内側弁ニードル２６は、円筒状又は切頭円錐形状のさらに他の領域５７を備えている。

内側弁ニードル２６の上側及び下側シートライン５０、５２は、内側弁座部５８の上側及び下側シート６０、６２と係合する。上側シート６０は、ノズル本体１２の長さ方向に沿ってより高い軸方向位置にあるので、下側シート６２よりも大きな直径を有している。

内側弁ニードル２６と同様に、外側弁２８は溝又は凹領域６４を備え、この領域は、その上側及び下側縁において外側弁の上側及び下側弁シートライン６６、６８を画成している。上側及び下側シートライン６６、６８は、外側弁２８が着座した状態では、第２ノズル出口１６の軸方向における上下側に（すなわち、片側に１つが位置するように）配置されている。さらに具体的に、外側弁２８内の溝６４は、上側溝領域６４ａと下側溝領域６４ｂとを備え、外側弁座部７０の隣接領域と連携して、第２ノズル出口１６の入口端において、燃料用の環状容積部７２を画成している。また、上側シートライン６６と下側シートライン６８は、外側弁座部７０の上側及び下側シート７６、７８と係合している。上側シート７６は、ノズル本体１２の長さ方向に沿って高い軸方向位置にあるので、下側シート７８よりも大きい直径を有している。従って、全てのシート６０、６２、７６、７８内、最も小さい直径を有するのは、内側弁座部５８の下側シート６２であることが理解されるだろう。

以下、図１〜図３における噴射ノズルの操作を、図４と図５をさらに参照して、説明する。（図３に示されるような）非噴射位置にあるとき、圧電アクチェータの積層体は第１の比較的高い励磁レベルまで十分に励磁され、内側弁ニードル２６は、負荷伝達部材３４に作用するバネによって内側弁座部５８と係合するように付勢される。従って、内側弁ニードル２６の上側シートライン５０は内側弁座部５８の上側シート６０と係合し、内側弁ニードル２６の下側シートライン５２は内側弁座部５８の下側シート６２と係合する。両シート６０、６２が閉鎖、かつ密封された状態では、燃料は第１ノズル出口１４内に流入することができない。同様に、外側弁２８は外側弁座部７０に着座され、従って、外側弁２８の上側シートライン６６は外側弁座部７０の上側シート７６と係合し、下側シートライン６８は外側弁座部７０の下側シート７８と係合する。両シート７６と７８が閉鎖され、かつ密封された状態では、燃料は第２ノズル出口１６内に流入することができない。

第１噴射状態、すなわち、第１ノズル出口１４のみから噴射させるには、圧電アクチェータは第１低励磁レベルにまで脱磁される。その結果、圧電積層体は収縮し、これによって、負荷伝達部材３４を弁座面２４から離れる方向に持上げる。その結果、内側弁ニードル２６は、閾量Ｄ未満の第１量だけ内側弁座部５８から離れる方向に持上げられる。これが、図４に示されるノズルの位置である。内側弁ニードル２６がこの第１量だけ持上げられた状態では、内側弁の下側シートライン５２と下側シート６２との間のシールが解除される。この状況において、上側供給室２０内の燃料は、負荷伝達部材３４内の半径方向通路４７を通り、内側弁ニードル２６内の軸方向流路４４を経て下側供給室２２内に流れ、次いで、下側シート６２を越えて、環状容積部５６と第１ノズル出口１４内に流れる。

上記の内側弁ニードル２６が閾量Ｄ未満の量だけ移動した場合には、内側弁ニードル２６の拡大ヘッド２６ｂの上面４６は、外側弁２８の端面４８と係合しない。従って、この時点において、外側弁２８は着座したまま維持され、従って、第２ノズル出口１６は閉鎖されたまま維持され、その結果、上側供給室２０内の燃料は、外側弁座部７０の上側シート７６を越えて第２ノズル出口１６内に流入することができない。同様に、外側弁２８用の下側シート７８は、下側シートライン６８によって閉鎖されたまま維持され、その結果、下側供給室２２内の燃料は、第２ノズル出口１６内に流入することができない。このような状況では、比較的低流量の燃料のみが、比較的小さい第１組の出口１４を通って、エンジン内に噴射される。（内側及び外側弁２６、２８間の可能な限り抑さえられた案内漏れを除いて）、流れの大半が、（下側シート６２の）より小さいシートのみを越えて流れるので、噴射率の調整が望まれる場合、内側弁ニードル２６の持上げを制御することによって、第１ノズル出口１４への流れを絞ることができる。これは、噴射率調整能力をもたらし、このような能力は、ある種の用途において有益である。
噴射を終える場合、圧電アクチェータが初期の比較的高レベルに励磁され、内側弁ニードル２６を（負荷伝達部材３４を介して作用する）バネ力によってその着座位置に復帰させる。この復帰した着座位置では、内側弁ニードル２６の上側及び下側シートライン５０、５２は、それぞれ、上側及び下側シート６０、６２と係合する。従って、下側供給室２２と第１ノズル出口１４との間の燃料の流れが遮断され、噴射は停止し、噴射ノズルは再び図２に示される位置に配置される。

一方、もし燃料を高噴射率で噴射することが望まれる場合、圧電アクチェータは、第２低励磁レベルまで脱磁され、積層体をさらに収縮させる。その結果、負荷伝達部材３４は、弁座面２４から離れる方向にさらに移動され、これによって、内側弁ニードル２６を、閾量Ｄを超えてさらに持上げる。内側弁ニードル２６の拡大ヘッド２６ｂの係合面４６は、外側弁２８の端面４８と接触し、内側弁ニードル２６が距離Ｄを越えて持ち上がるにつれて、持上げ力が外側弁２８に伝達され、この外側弁２８をも持上げる。外側弁２８の上側及び下側シートライン６６、６８が、それぞれシート７６、７８から離脱されると、燃料が外側弁２８の上側シート７６を越えて上側供給室７０から第２ノズル出口１６内に流れると共に、内側弁座部５８と外側弁２８の下側シート７８を越えて下側供給室２２から第２ノズル出口１６内に流れることができる。このような状況では、燃料は第１ノズル出口１４及び第２ノズル出口１６を比較的高噴射率で流出する。これが、図５に示されるノズルの第２噴射位置である。

内側弁ニードル２６内の軸方向流路４４と負荷伝達部材３４内の半径方向流路４７を設けることによって、第２噴射位置において、第１ノズル出口１４及び第２ノズル出口１６を通る燃料の流れは、上側供給室２０から２つの流れ経路を有することが理解されるだろう。第２ノズル出口１４に対しては、燃料は、内側及び外側弁座部５８、７０を越えて（図５において矢印Ａによって示される）主供給経路を通って直接流入することができ、または流路４４、４７、内側弁座部５８の下側シート６２を経て、（矢印Ｂによって示される）副供給経路を通って間接的に流入することができる。同様に、第２ノズル出口１６に対しては、燃料は、外側弁座部７０の上側シート７６を越えて、主供給経路（矢印Ａ）を通って直接流入することができ、又は流路４４、４７、外側弁座部７０の内側弁座部６８と下側シート７８を経て、副供給経路（矢印Ｂ）を通って間接的に流入することができる。

主供給経路と副供給経路を介して第１ノズル出口１４及び第２ノズル出口１６に至る燃料流れの相対的な比率は、第１ノズル出口１４及び第２ノズル出口１６の相対的な大きさ及び／又は数、第１ノズル出口１４及び第２ノズル出口１６の各々が占める全流通面積、及び弁２６、２８の持上げ量によって決定される。

第２燃料噴射位置からの噴射を終了させる必要がある場合、圧電アクチェータが初期の高励磁レベルに励磁され、これによって積層体を伸張させる。負荷伝達部材３４が、バネによって内側弁ニードル２６を内側弁座部５８に係合させる方向に付勢される。同様に、負荷伝達部材３４が外側弁２８に作用し、間隙Ｄを閉鎖し、外側弁２８も外側弁座部７０に対して付勢させる。このようにして、ノズルは、図２に示される非噴射位置に復帰される。

内側弁ニードル２６のみを持上げることによって、燃料を比較的低噴射率で噴射することができ、また、外側及び内側弁ニードル２８、２６の両方を持上げることによって、燃料を高噴射率で噴射することができることが、本発明の噴射ノズルの格別の利点である。これは、排気物質に対して有利であることが見出されている。いわゆる、ブーツ状噴射プロフィルの達成を可能とする。さらに、内側弁ニードル２６の比較的小径シート６０、６２によって、第１ノズル出口１４の流通面積はより小さく、外側弁２８の大径シート７６、７８によって、第２ノズル出口１６の流通面積はより大きい。これによりノズル内の流れ効率が改良される。この利点は、外側弁を最初に持上げるように作動させ、内側ニードルを外側弁の所定量を超える移動の結果としてのみ持上げる周知の可変オリフィスノズルでは実現されない。
上記の利点を維持しながら、ノズルの種々の変形形態が考えられる。例えば、内側弁ニードル２６と負荷伝達部材３４を一部品として形成し、内側弁ニードルをアクチェータに直接連結される機構の一体部分とすることも１つの案である。さらに、上側及び下側供給室２０、２２間に必要な流路として、例えば、傾斜通路又は螺旋通路のような代替的流路手段が考えられる。内側及び外側弁間の連結手段も、異なる形態で、すなわち、内側及び外側弁を異なる形状にするか、又は２つのニードルを連結する追加的な部品を設けることによって、実施されてもよい。

また、本発明は製造上の利点をもたらす。何故なら、ノズル部品が周知の可変オリフィスノズルよりも都合よく機械加工でき、かつ組み立てられ得るからである。以下、図６を参照して、図１〜図５の噴射ノズルを組み立てる１つの方法について説明する。内側弁ニードル２６の係合面４６と外側弁２８の端面４８との間の垂直方向の間隙Ｄを極めて精密かつ正確に設定することがこの製造方法の重要なステップである。何故なら、外側弁２８をも持上げる内側弁ニードル２６の持上げ量（すなわち、低噴射率の噴射と高噴射率の噴射との間の切換え）を決定するのがこの間隙だからである。

最初に、外側弁２８と内側弁ニードル２６が一緒にホルダー、チャック、又は他の支持手段８０内に装着される。内側弁ニードル２６は、ホルダー８０内に直接支持され、外側弁２８は、その下面４８を下側弁ニードル２６の係合面４６と接触させて、ホルダー８０の下面との間で固定される。内側及び外側弁２６、２８は、両方とも、各弁部品の上側及び下側シートライン６６、６８及び５０、５２をそれぞれ形成するのに必要なプロファイルを有する砥石車８２によって同時に研削される。砥石車８２のプロファイルは、内側弁ニードル２６にシート面（すなわち、シートライン５０、５２）を形成するように形作られた第１プロファイル領域と、外側弁２８にシート面（すなわち、シートライン６６、６８）を形成するように形作られた第２プロファイル領域とを有している。砥石車８２のプロファイルにおいて、第１プロファイル領域と第２プロファイル領域との間に、オフセット（隔たり）が設定される。このオフセットは、内側及び外側弁２６、２８がノズル本体１２に組み込まれてそれぞれの弁座部５８、７０と係合されたときに、内側及び外側弁２６、２８間に必要な垂直方向の間隙Ｄを与えるように、選択される。オフセットは、図６においてＸで示され、この値は間隙の設定値Ｄに対応している。

前述の製造方法は、以下の理由から、有益である。すなわち、間隙Ｄの公差は、まさに、砥石車８２のオフセットが設定されるときの極めて高い精度に対応するので、間隙Ｄは高精度に設定され得る。さらに、内側及び外側弁の輪郭を形成するのに必要な方法は、内側弁ニードル２６を持上げる前に外側弁２８を持上げる周知のノズルにおいて対応する輪郭を形成するのに必要とされる方法よりも複雑ではない。

前述した方法に対する代替的方法として、内側及び外側弁２６、２８を、各々、適切な形状の異なる砥石車を用いて、かつ砥石車のプロファイルを前述したような適切な量だけオフセットさせることによって、別部品として形成されてもよい。しかし、この方法は、（図６に示されるような）ニードル２６、２８を一緒に形成する方法よりも、精度が劣る可能性が高い。

以下、図６を参照して述べた方法の別の代替的方法について、図７ａと７ｂを参照して、説明する。図６に示される装置と同様の装置が用いられるが、この場合、内側弁ニードル２６と負荷伝達部材３４が、最初に、外側弁２８と組み立てられる。次いで、負荷伝達部材３４の端が、第１中心又は支持体８６内に支持され、第２中心又は支持体８８が、外側弁２８の外面を支持するために設けられている。シム（shim）又はスペーサ部材９０が、外側弁２８の上面４０と負荷伝達部材３４の対向する下面３８との間に組み込まれる。砥石車８２は、上側及び下側シートライン６６、６８及び５０、５２を内側及び外側弁２６、２８の各々に同時に形成するようなプロファイルを有している。研削プロセス中における部品２６、２８の同心度をさらに改善するために、回転阻止又は位置決め特徴部が設けられてもよい。例えば、位置決め特徴部は、内側及び外側弁２６、２８内に対応して形成されたドリル孔９４内に配置される合せピン９２の形態を取るとよい。弁ニードル２６、２８の研削が完了してから、シム９０が取り出され、次いで、内側及び外側弁２６、２８がノズル本体１２内に組み込まれる。

シム９０は、好ましくは、必要な間隙Ｄと等しい厚みを有するように選択され、（すなわち、外側弁２８の上面４０と負荷伝達部材３４の下面３８は、距離Ｄだけ離間される）。この場合、内側及び外側弁２６、２８がノズル本体１２内に組み込まれたとき、部品のさらなる設定（例えば、シート内への弁の加圧）は必要ではない。代替的に、この方法の修正形態において、シム９０は必要な間隙Ｄよりも大きい厚みを有するように選択されてもよい。弁ニードル２６、２８が研削され、ノズル本体に組み込まれてから、最終的な間隙寸法Ｄが、弁ニードル２６、２８をノズル本体１２内に加圧し、弁座面２４と係合させることによって設定され得る。この修正された方法は、シム９０が間隙Ｄの正確な厚みを有するように選択される方法よりも高い精度をもたらし、図６を参照して述べた方法と同様の精度をもたらし得る。負荷伝達部材３４の最上端が第１中心８６に保持され、外側弁２８の表面が第２中心８８に保持されることによって更なる利点がもたらされる。何故なら、これによって、負荷伝達部材３４のガイド領域３４ａが、弁ニードル２６、２８を研削するのと同じ研削段階中に、研削、すなわち、賦形されるからである。
本発明に対して種々の修正及び改良が、請求項に定義される本発明の精神と範囲を逸脱することなくなされ得ることが、本発明を実施する者及び当業者によって理解されるだろう。

本発明の第１実施形態の噴射ノズルの下部の断面図である。 非噴射位置にある図１の噴射ノズルの拡大断面図である。 図１及び図２のノズルの弁座面の拡大図である。 第１噴射位置にある図１及び図２の噴射ノズルの断面図である。 第２噴射位置にある図４の噴射ノズルの断面図である。 製造プロセスの第１例を説明するための図１〜５の噴射ノズルの断面図である。 製造プロセスの代替例を説明するための図１〜５の噴射ノズルの断面図である。 図７ａの噴射ノズルの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

符号の説明

１０ 噴射ノズル
１２ ノズル本体
１４ 第１ノズル出口
１６ 第２ノズル出口
１８ 孔（ブラインドボア）
２０ 第１上側供給室
２２ 第２下側供給室
２４ 弁座面
２６ 第１可動弁部材（内側弁ニードル）
２６ａ ステム
２６ｂ 拡大ヘッド
２８ 第２可動弁部材（外側弁）
３０ ノズル供給室
３２ 溝
３４ 負荷伝達部材
３４ａ ガイド領域
３４ｂ 最上端
３６ 弁孔
３８ 負荷伝達部材の下面
４０ 外側弁の上面
４２ 取付け孔
４４ 流路（軸方向流路、孔）
４６ 内側弁ニードルの段（係合面）
４７ 半径方向流路
４８ 外側弁の下端面
５０ 内側弁の第１上側シートライン
５２ 内側弁の第２下側シートライン
５４ 溝領域
５４ａ 上側溝領域
５４ｂ 下側領域
５６ 環状容積部
５７ 円筒領域
５８ 内側弁座部
６０ 内側弁座部の上側シート
６２ 内側弁座部の下側シート
６４ 溝領域
６４ａ 上側溝領域
６４ｂ 下側領域
６６ 外側弁の上側シートライン
６８ 外側弁の下側シートライン
７０ 外側弁座部
７２ 環状容積部
７６ 外側弁座部の上側シート
７８ 外側弁座部の下側シート
８０ ホルダー
８２ 砥石車
８６ 支持体（第１中心）
８８ 支持体（第２中心）
９０ シム
９２ 合せピン
９４ ドリル孔
Ｄ 間隙（閾量）
Ｘ オフセット

Claims (18)

1. 内燃機関用の燃料噴射器に用いられる噴射ノズル（１０）であって、
   １つ以上の第１ノズル出口（１４）を通る燃料供給を制御するように内側弁座部（２４、５８）と係合可能な内側弁ニードル（２６）と、
   １つ以上の第２ノズル出口（１６）を通る燃料供給を制御するように外側弁座部（２４、７０）と係合可能であると共に、前記内側弁ニードル（２６）の少なくとも一部（２６ａ）が挿通される弁孔（３６）を備えた外側弁（２８）と、
   前記内側弁ニードル（２６）が所定の閾量（Ｄ）を超えて前記内側弁座部（２４、５８）から離れる方向に移動する場合に、前記内側弁ニードル（２６）を前記外側弁（２８）に連結させ、これによって、前記外側弁（２８）を前記外側弁座部（２４、７０）から離れる方向に持上げるための連結手段（４６、４８）と
   を備えている、噴射ノズル。
2. 前記連結手段は、前記外側弁（２８）により画成された協働作用面（４８）と係合すべく、前記内側弁ニードル（２６）により画成された係合面（４６）を備えている、請求項１に記載の噴射ノズル。
3. 前記内側弁ニードル（２６）の前記係合面（４６）は、前記内側弁ニードル（２６）の主ステム（２６ａ）と前記内側弁ニードル（２６）の拡大ヘッド（２６ｂ）との間に画成されている、請求項２に記載の噴射ノズル。
4. 前記内側弁ニードル（２６）は上側及び下側シートライン（５０、５２）を備え、前記上側及び下側シートライン（５０、５２）は、前記内側弁ニードル（２６）が着座した状態において前記第１ノズル出口（１４）の上方及び下方に位置するように相互に離間して配設され、かつ、それぞれ、前記内側弁座部（２４、５８）の上側及び下側シート（６０、６２）と係合可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
5. 前記外側弁（２８）は上側及び下側シートライン（６６、６８）を備え、前記上側及び下側シートライン（６６、６８）は、前記外側弁（２８）が着座した状態において前記第２ノズル出口（１６）の上方及び下方に位置するように相互に離間して配設され、かつ、それぞれ、前記外側弁座部（２４、７０）の上側及び下側シート（７６、７８）と係合可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
6. 前記外側弁（２８）の前記上側及び下側シートライン（６６、６８）は、それぞれ、前記外側弁（２８）に設けられた溝（６４）の上側縁及び下側縁によって画成され、前記溝（６４）は、前記上側縁を画成する切頭円錐形状の上側溝領域（６４ａ）と、前記下側縁を画成する切頭円錐形状の下側溝領域（６４ｂ）とを備えている、請求項５に記載の噴射ノズル。
7. 前記内側溝ニードル（２６）の前記上側及び下側シートライン（５０、５２）は、それぞれ、前記内側弁ニードル（２６）に設けられた溝（５４）の上側縁及び下側縁によって画成され、前記溝（５４）は、前記上側縁を画成する切頭円錐形状の上側溝領域（５４ａ）と、前記下側縁を画成する切頭円錐形状の下側溝領域（５４ｂ）とを備えている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
8. ノズル孔（１８）を設けたノズル本体（１２）をさらに備え、前記ノズル孔（１８）には、燃料を前記第１及び第２ノズル出口（１４、１６）に供給するための上側供給室（２０）と下側供給室（２２）とが画成され、前記上側供給室（２０）及び前記下側供給室（２２）は、互いに連通している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
9. 前記内側弁ニードル（２６）には、燃料を前記上側供給室（２０）から前記下側供給室（２２）に向けて流すことができる流路手段（４４）が、少なくとも部分的に画成されている、請求項８に記載の噴射ノズル。
10. 前記流路手段は、前記内側弁ニードル（２６）内に設けられた軸方向に延在する孔（４４）を備えている、請求項９に記載の噴射ノズル。
11. 前記内側弁ニードル（２６）は、負荷伝達部材（３４）を介してアクチェータに連結され、前記負荷伝達部材（３４）に、前記流路手段（４４、４７）の一部が画成されている、請求項１０に記載の噴射ノズル。
12. 前記内側弁ニードル（２６）は、負荷伝達部材（３４）を介してアクチェータに連結されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
13. 前記負荷伝達部材（３４）は、動作時に、前記負荷伝達部材（３４）と前記内側弁ニードル（２６）を案内するガイド領域（３４ａ）を備えている、請求項１１あるいは１２に記載の噴射ノズル。
14. 内燃機関に用いられる燃料噴射器において、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の噴射ノズル（１０）と、前記ノズルの前記内側弁ニードル（２６）の運動を制御するためのアクチェータとを備えている、燃料噴射器。
15. 前記アクチェータは、圧電アクチェータであることを特徴とする請求項１４に記載の噴射器。
16. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の噴射ノズル（１０）の製造方法であって、
    前記内側弁ニードル（２６）の少なくとも一部（２６ａ）を前記外側弁（２８）内に挿通するステップと、
    前記内側弁ニードル（２６）の外面を輪郭加工するための第１砥面プロファイルと、前記外側弁（２８）の外面を輪郭加工するための第２砥面プロファイルとを有する砥石車（８２）を準備するステップと、
    前記内側弁ニードル（２６）と前記外側弁（２８）とを前記砥石車によって研削し、それらのシート面を輪郭加工するステップであって、前記ノズル（１０）が組立てられ前記内側及び外側弁（２６、２８）がそれらの弁座部（２４、５８、７０）と係合した状態で、前記内側及び外側弁（２６、２８）の係合可能な面（４６、４８）が閾量（Ｄ）だけ離間されるように、前記砥石車（８２）の前記第１及び第２砥面プロファイルが相互にオフセットされているステップとを含む、燃料噴射ノズルの製造方法。
17. 前記内側弁ニードル（２６）の係合面（４６）を前記外側弁（２８）の協働作用面（４８）と係合させ、前記外側弁（２８）を前記内側弁ニードル（２６）と接触させた状態で保持するステップを含む、請求項１６に記載の燃料噴射ノズルの製造方法。
18. （ｉ）前記内側弁ニードル（２６）を負荷伝達部材（３４）に連結するステップと、
    （ｉｉ）前記負荷伝達部材（３４）を支持体（８６）内に支持するステップと、
    （ｉｉｉ）前記外側弁（２８）の上面（４０）を、スペーサ部材（９０）により前記負荷伝達部材（３４）の下面（３８）から離間させるステップと、
    （ｉｖ）前記ステップ（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）に続いて、前記研削ステップを行なうステップを含む、請求項１６に記載の燃料噴射ノズルの製造方法。

Images