JP2007255418A - 燃料インジェクタのための減衰構成 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジンで使用するための燃料インジェクタのバルブニードルの開放運動を減衰する。
【解決手段】インジェクタ出口を通した燃料噴射を制御するためバルブニードルシートと係合可能であるバルブニードルと、制御チャンバー内の燃料圧力を制御するように構成されたアクチュエータ構成部とを備える。バルブニードルに連係した表面は、制御チャンバー内の燃料圧力変動がバルブニードルシートに対するバルブニードルの運動を制御するように前記制御チャンバー内の燃料圧力にさらされている。ダンパーチャンバーを備える減衰手段がバルブニードルの開放運動を減衰する。減衰手段は、ダンパーチャンバー内の燃料圧力変動がバルブ部材の開放運動を減衰するように構成されている。減衰手段は、使用中に、ダンパーチャンバーを通した燃料の貫通流れが存在するように更に構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料を圧縮点火内燃エンジンの燃焼空間に分配するための燃料インジェクタに関する。特に、本発明は、インジェクタバルブニードルの運動を制御するための圧電アクチュエータを備える燃料インジェクタに関するが、これに限定されるものではない。

圧電アクチュエータは、燃料インジェクタ構成内の制御チャンバー内の燃料圧力を制御するように構成された圧電アクチュエータのスタックを備えている。この制御チャンバー内の燃料圧力変動は、バルブニードルの開閉運動を生じさせる。

圧電アクチュエータを備える種類の既知の燃料インジェクタは、圧電スタックにかけられた電圧の減少が、噴射動作を開始するように構成される（所謂、インジェクタを噴射するため付勢を断つ）か、又は、圧電スタックにかけられた電圧の増大が、噴射事象を開始するように構成される（所謂、インジェクタを噴射するため付勢する）かのいずれかである。

既知の「噴射するため付勢する」型式の圧電インジェクタは、しばしば、ニードルがその座席部から離昇されたとき、該ニードルの振動を制御するためダンパーチャンバーを組み込んでいる。そのような減衰構成は、バルブニードルの制御を改善させる。そのようなインジェクタは、しばしば減衰構成を有し、該減衰構成では、減衰のため使用される燃料が、死点ダンパーチャンバー又はバルブニードルを通した比較的長い通路のいずれかにかけて往復する。これは、減衰燃料の新鮮な燃料との交換を制限し、ダンパーチャンバー内の過度の燃料温度を生じさせないようにする上で、比較的軽い減衰動作だけしか適用することができないことを意味している。

出願人の現在係属中のＥＰ０５２５０２５４号は、バルブニードルの開放運動を減衰させる減衰構成を備えた「噴射するため付勢する」型式のインジェクタを記載している。ダンパーチャンバーは、燃料がアキュムレータ体積部からダンパーチャンバーに入ることを可能にする制限通路を備えている。当該通路は、バルブニードルの離昇運動及びバルブニードルの閉鎖運動の両方を減衰させる。かくして、当該通路は、非常に制限させることができない。さもなければ、ニードルの閉鎖運動が非常にゆっくりとしたものとなろう。

上記問題の少なくとも１つに取り組むという見地で、本発明は以下に記載された、改善された燃料インジェクタを提供する。
本発明の第１の態様によれば、内燃エンジンで使用するための燃料インジェクタが提供され、該燃料インジェクタは、インジェクタ出口を通した燃料噴射を制御するためバルブニードルシートと係合可能であるバルブニードルと、制御チャンバー内の燃料圧力を制御するように構成されたアクチュエータ構成部であって、前記バルブニードルに連係した表面は、前記制御チャンバー内の燃料圧力変動が前記バルブニードルシートに対する前記バルブニードルの運動を制御するように前記制御チャンバー内の燃料圧力にさらされている、前記アクチュエータ構成部と、前記バルブニードルの開放運動を減衰するための減衰手段であって、該減衰手段は、ダンパーチャンバーを備え、該減衰手段は前記ダンパーチャンバー内の燃料圧力変動が前記バルブニードルの開放運動を減衰するように構成されている、前記減衰手段と、を備え、前記減衰手段は、使用中に、前記ダンパーチャンバーを通した燃料の貫通流れが存在し、前記バルブニードルの閉鎖運動が該バルブニードルの開放運動よりも少なく減衰されるように構成されている。

本発明は、インジェクタニードルを備える燃料インジェクタを提供し、該インジェクタニードルの位置が制御チャンバー内の燃料圧力変動によって制御される。制御チャンバー内の燃料圧力はアクチュエータ構成部によって制御される。

減衰手段は、バルブニードルの開放運動を減衰するためにも提供される。減衰手段は、燃料圧力変動にさらされたダンパーチャンバーを備えている。燃料圧力変動は、バルブニードルの開放運動のための減衰を提供する。

なお、ダンパーチャンバー及び制御チャンバーは別個のチャンバーである。これは、ダンパーチャンバーを通した燃料の貫通流れが存在するようにダンパーチャンバーを構成することを可能にする。これは、ダンパーチャンバー内の燃料が燃料インジェクタの作動の間に過度の加熱を経験しないことを確実にし、従って、従来技術に関連した問題、即ち、体積弾性率及び粘性率の変化が実質的に克服されることを確実にする。

減衰手段は、更に、バルブニードルの閉鎖運動が、バルブニードル開放運動の間の減衰よりも少なく減衰されるように構成される。これはバルブニードルを迅速に閉鎖することを可能にする。好都合には、バルブニードルの閉鎖運動は、ニードル開放運動の間の減衰よりも実質的により少なく減衰され、好ましくは、バルブニードルの閉鎖運動は実質的に減衰されない。

好都合には、インジェクタは、制御チャンバー内の燃料圧力の増大がバルブニードルをバルブニードルシートから離昇させるように構成されている。
アクチュエータは、好ましくは、加圧燃料源からの燃料を受け取るためのアキュムレータ体積部内に配置された圧電要素のスタックを備える圧電アクチュエータの形態を取り得る。そのようなアクチュエータは、スタック長さの増大が制御チャンバー内の圧力の増大を生じさせるように構成されている。この構成は、燃料インジェクタの「噴射するため付勢する」型式として称される。

好ましくは、バルブニードルは、インジェクタが故障した場合にインジェクタが閉鎖するようにその座席部に向かって偏倚されている。ニードルがこのように偏倚されるために、ダンパーチャンバーは、バルブニードルをその座席部に向かわせるように機能するスプリングを備えるのが好ましい。

好都合には、燃料インジェクタは、インジェクタの構成部品を部分的又は完全に閉じこめるスリーブ部材を備える。スリーブ部材は、アクチュエータ運動がスリーブ部材に伝達されるようにアクチュエータ構成部と連通している。アクチュエータ構成部によってスリーブに印加された力が制御チャンバー内の圧力を変動させるようにスリーブ部材はアクチュエータ構成部と協働する。

スリーブ部材は、ボアを備え、該ボアはバルブニードルと連係した表面と一緒に制御チャンバーを部分的に画定する。
好都合には、ダンパーチャンバーは、スリーブ部材内の制限された減衰オリフィスを使って、加圧流体源と流体連通している。この制限された（即ちダンパー）オリフィスは、ダンパーチャンバー内への燃料の流れを制限し、従って、バルブニードルの離昇運動を減衰するための機構を提供する。

好都合には、アクチュエータは、アキュムレータ体積部内に収容され、アキュムレータ体積部は加圧流体源と流体連通している。従って、好ましくは、ダンパーチャンバーからのダンパーオリフィスはアキュムレータ体積部と流体連通している。

好都合には、スリーブ部材は、ダンパーチャンバーを部分的に画定している。しかし、ダンパーチャンバー及び制御チャンバーは、互いに直接的に流体連通していない。
好ましくは、ダンパーチャンバーは、加圧流体源からダンパーチャンバーへの流れ経路を提供する排出通路（又は通路）を更に備えている。減衰手段は、好ましくは、この例では、着座位置にあるときこの流れ経路を遮断するように機能するバルブ部材を更に備えている。しかし、バルブ部材が非着座位置にあるときには、流れ経路は遮断されない。排出通路及びバルブ部材は、バルブニードルの開放運動の間の減衰、並びに、バルブニードルの減衰されない閉鎖運動を提供するための手段を提供する。

ニードルが離昇しているとき、ダンパーチャンバーは体積が減少していく。制限されたオリフィスであるダンパーオリフィスは、ニードルの離昇の間にダンパーチャンバー内の燃料のための唯一の出口である。従って、ニードルの開放運動が減衰される。

ニードル閉鎖の間、ダンパーオリフィスは、燃料が加圧燃料源からダンパーチャンバーに入ることができる流量を制限する。これは、ダンパーチャンバー内の圧力の降下を生じさせ、バルブ部材をその座席部から離昇させる。バルブ部材がその非着座位置に移動するとき、排出通路が開放される。従って、加圧源からの燃料は排出通路（ダンパーオリフィスに加えて）を介してダンパーチャンバーに入ることができ、その結果、ニードルの閉鎖運動は実質的に減衰されなくなる。

なお、好ましくは、ダンパーチャンバー内に設けられたスプリングが、バルブ部材をバルブニードルと接触させてその着座位置へと偏倚させるためバルブ部材に作用する。この態様では、バルブニードルも、その座席部に向かって偏倚される。ニードル閉鎖の間、ダンパーチャンバー内の圧力降下は、スプリングの作用を克服するのに十分となる。

好都合には、バルブ部材を、スリーブ部材のボアと近接連通する環状バルブ部材として提供することができる。その着座位置では、そのような環状バルブ部材は、スリーブボアの内部とバルブニードルとの間で実質的な流体密封部を形成する。その非着座位置では、流体は、スリーブ部材内の排出通路を通って、環状バルブ部材の中心部を通ってダンパーチャンバーへと流れることができる。

バルブニードル閉鎖運動の間にバルブ部材が着座していないことは、ダンパーチャンバー内の流体を再生することを可能にし、実質的に減衰されないバルブニードル閉鎖を提供する。

制御チャンバーがシステムのレイル圧力の迅速な変化に追従することを可能にするため、制御チャンバーは、小さいオリフィスによって燃料源（アキュムレータ体積部）に接続されてもよい。そのようなオリフィスは、アクチュエータ構成部又は連係する駆動回路が故障した場合に、バルブニードルの迅速な自動閉鎖のための機構も提供する。

本発明の上記実施例は、単一のバルブニードルインジェクタに関して説明されたが、本発明は可変オリフィスニードルの内側バルブニードル（本願出願人の現在係属中の出願ＥＰ０５２５０２５４．９に説明されている）にも適用することができる。内側バルブがそのような可変オリフィスニードル内で離昇されているとき、当該作用は上記されている通りである。

本発明は上記されたような燃料インジェクタで使用するための噴射ノズルに適用することができる。
本発明をより容易に理解することができるようにするため、一例として、添付図面が参照される。

図１及び図２を参照すると、「噴射するために付勢する」型式の燃料インジェクタは、インジェクタノズルボディ１４内に設けられたボア１２内で摺動可能であるバルブニードル１０を備えている。バルブニードル１０は、連係する燃焼空間即ちエンジンシリンダーへの燃料噴射を制御するためボア１２により画定されたバルブニードルシート１６と係合可能であるバルブニードル先端領域１１を備えている。インジェクタノズルボディ１４は、圧電材料から形成された要素のスタック２２を備える圧電アクチュエータ２０のためのアクチュエータハウジング１８内に、その上側端部で受け入れられる。圧電アクチュエータ２０は、バルブニードル１０の運動を、バルブニードルシート１６に着座する非噴射位置と、バルブニードル１０がバルブニードルシート１６から離昇される噴射位置との間で、制御するように作動可能である。

バルブニードル１０は、バルブニードルシート１６に対して移動するときのバルブニードル１０の軸方向運動を案内するようにノズルボディボア１２内で摺動嵌合を形成する上側案内領域を備えるように形成されている。

ノズルボディ１４の下側端部は、該下側端部に形成されたインジェクタ出口２１（そのうちの一つだけが示されている）がエンジンシリンダー内に延在するようにアクチュエータハウジング１８から突出する。アクチュエータハウジング１８の上側端部は、典型的には、共通レイルの形態で、燃料源（図示せず）から高圧燃料を受け取るための入口２６を備えた上側ハウジング２４内に収容されている。入口２６は、上側ハウジング２４に設けられた供給通路２８と連通している。アクチュエータハウジング１８には、貫通孔１９が形成されており、該貫通孔の上側領域は、内部体積、即ち「アキュムレータ体積部」３０を形成する。供給通路２８は、高圧で燃料が充填されたアキュムレータ体積部に接続される。圧電スタック２２は、スタック２２が、体積部３０内の燃料圧力に起因した大きな液圧力に連続的にさらされるように、シーラントコーティング内に覆われ、アキュムレータ体積部３０内に収容されている。

圧電アクチュエータ２０には電気コネクター３２が備え付けられている。該電気コネクターには、電源（図示せず）からの電圧がスタック２２に亘って印加される。「噴射するために付勢する」型式である場合、圧電アクチュエータ２０は、非噴射条件のときに、比較的低い電圧がアクチュエータスタック２２に亘って印加されるように構成される。スタック２２に亘る比較的低い電圧の場合、スタックの長さは比較的短く、電圧ニードル１０は、燃料噴射が出口２１を通して発生しないようにバルブニードルシート１６に対して着座された位置を占めている。比較的高い電圧が圧電スタック２２に亘って印加されたとき、スタック長さは増大させられ、その結果、バルブニードル１０は、噴射を開始するためバルブニードルシート１６から離昇する。燃料噴射の作用は後述される。

ここで図２を参照すると、スタック２２の伸縮（換言すれば、スタック運動）は、アクチュエータハウジングボア１９の下側領域内に配置された負荷伝達手段を介してバルブニードル１０に伝達される。負荷伝達手段は、圧電スタック２２の下方運動（延長運動）をバルブニードル１０の上側（開放）方向の運動へと変換し、その逆も可能である運動インバータの形態を取る。運動インバータは、アキュムレータ体積部３０の下側領域内に収容されたスリーブ３８を備える。

圧電スタック２２は、端部品４０を備えるスリーブにより取り囲まれている。スリーブ３８の上側表面は、端部品４０の下側と当接し、それにより、スタック長さが使用中に変化するとき、スタック２２の運動はスリーブ３８へと伝達される。

燃料の制御チャンバー４２は、スリーブ３８の表面とノズルボディ１４の上側端表面とによって画定される。制御チャンバー４２内の燃料圧力は、ニードル１０のスラスト表面４４上に上側方向に作用する。ノズルボディ１４の外側表面は、スリーブ３８の径方向内側と共にクリアランスを画定する。該クリアランスを通って、燃料が制御チャンバー４２へと流れることができる。

バルブニードルスプリング４６は、スリーブ３８の上側端部内に画定されたスプリング又はダンパーチャンバー４８内に受け入れられる。スプリングチャンバー４８は、高圧燃料で充填される。該高圧燃料は、バルブニードルスプリング力と共に、バルブニードル１０を、バルブニードルシート１６との係合状態へと押しやるように作用する。ダンパーチャンバー４２内の燃料の圧力は、バルブニードル１０の開放運動に対抗するように作用する。

バルブニードルスプリング４６の一端部は、スリーブ３８の上側表面の下側と当接し、スプリング４６の他方の端部は、ダンパーバルブ構成５０、５２と当接する。ダンパーバルブ構成は、スプリングチャンバー４８内に配置され、バルブニードル１０の上側表面によってバルブ座席部５２と係合可能な環状ダンパーバルブ５０を備えている。環状ダンパーバルブ５０は、更に後述されるように、噴射の終了時にバルブニードル１０の急速な閉鎖を援助するための手段を形成する。ダンパーバルブ５０には、中央穿孔５３が形成され、該穿孔の一端部は、ダンパーチャンバー４８と連通し、該穿孔の他方の端部は、ニードル１０の上側端部の凹部５６と連通している。

ダンパーチャンバー４８には、ダンパーチャンバー４８とスタックチャンバー（アキュムレータ体積部）３０との間の流体連通経路を提供するため径方向に延在する穿孔５４が形成されている。穿孔（又はダンパーオリフィス）５４は、後述されるようにバルブニードル１０の開放運動を減衰するための手段を提供するように制限された直径を持っている。

スリーブ３８には、更に径方向に延在する穿孔５７（排出通路）が形成されている。ダンパーバルブ５０はダンパーチャンバー４８内の燃料圧力変動を受けており、チャンバー４８内の圧力が十分に変動した場合には、ダンパーバルブ５０がスプリング４６の作用に抗してその座席部５２から移動し、それにより追加の流れ経路がダンパーチャンバー４８とアキュムレータ体積部３０との間で排出通路５７を介して開放される。以下、ダンパーバルブ５０の運動及び排出通路５７を介した流れ経路をより詳細に説明する。

高圧燃料がバルブニードルシート領域の領域１６に向かって流れることを可能にするため、燃料分配手段が、アキュムレータ体積部３０とバルブニードル先端部１１との間に設けられている。燃料分配手段は、ノズルボディ１４内で径方向に延在する上側対の穿孔５８と、バルブニードル１０の上側端部に設けられた環状溝６０と、バルブニードル１０の外側表面に形成された追加の縦溝（そのうちの一つがニードル１０の右側に図２の特徴部６１として示されている）と、を備えている。バルブニードル１０の外側表面とノズルボディボア１２とは、バルブニードルの上側端部における溝６０と、バルブニードルシート１６の領域内のバルブニードル先端部１１との間で燃料分配チャンバー６２を画定するように更に形成されている。

前記説明からは、入口２６と、供給通路２８と、アキュムレータ体積部３０と、ノズルボディ１４内の径方向の流れ経路５８と、バルブニードル１０の縦溝６１と、燃料分配チャンバー６２とは、入口２６においてインジェクタに分配される高圧燃料が、シート１６の領域のバルブニードル先端部１１へと流れることを可能にするための流れ経路を共に提供することが理解されよう。

図３は、ニードルがその座席部から離昇し、噴射が発生するときの図２のインジェクタを示している。
図２に示される非噴射条件から出発すると、バルブニードル１０は、先ず、バルブニードルシート１６に着座されている。燃料は、分配経路５８、６０、６２を通して分配されるが、バルブニードル１０が着座されたときインジェクタ出口２１へとバルブニードルシート１６を超えて流れることができない。この条件では、圧電スタック２２にかかる電圧は、比較的低い初期電圧レベルにあり、その結果、スタック２２は、比較的短い長さを有することとなる。典型的には、圧電スタック２２にかかる初期電圧レベルは、ゼロボルトよりも大きい。スタック２２がその収縮状態にある場合には、スリーブ３８に作用する力は低い。制御チャンバー４２内の燃料圧力は、比較的低く、よって、制御チャンバー４２内の燃料圧力に起因してスラスト表面４４に作用する上方向の力は比較的低い。

バルブニードル１０に作用する力を考察すると、開放方向にバルブニードル１０に作用する正味の上方向の力は、スラスト表面４４に作用する制御チャンバー４２内の燃料圧力によって、分配経路６０、６２内の燃料圧力に起因してバルブニードル１０に作用する液圧力によって、決定される。閉鎖方向でバルブニードル１０に作用する正味の下方力は、スプリングチャンバー４８内の燃料圧力及びバルブニードルスプリング力によって決定される。圧電スタック２２が収縮状態にあるとき、制御チャンバー４２内の燃料圧力は、バルブニードル１０にかかる正味の下方力が正味の上方向力を超え、よって、バルブニードル１０がバルブニードルシート１６に対して着座したままとなるほど十分に低くなっている。

噴射を開始するため、圧電スタック２２に亘って印加される電圧は比較的高いレベル（噴射電圧レベル）にまで増大される。その結果、圧電スタック２２の長さが増大され、スタック２２の端部が、その運動をスリーブ３８へと伝達させる。よって、スリーブ３８は、アキュムレータ体積部３０内で下方へと移動させられ、制御チャンバー４２の内部体積を減少させる。その結果、制御チャンバー４２内の燃料圧力が増大する。

制御チャンバー４２内の燃料圧力が増大したとき、連結されたニードル１０に作用する上方向に向き付けられた力がバルブニードルのスプリング力と組み合わさって作用するスプリングチャンバー４８内の燃料圧力に起因した力を克服するのに十分となる動作点が到達する。この条件が発生したとき、バルブニードル１０は、図３に示されるように、バルブニードルシート１６から離昇し始める。

分配経路６０、６２内の燃料圧力に起因してバルブニードル１０にかかる上方向の力はニードル１０を離昇させるように作用する。バルブニードルシート１６から離昇し始めるとき、分配チャンバー６２内の燃料は出口２１を通ってエンジンシリンダーへと流れることができ、エンジンシリンダーへの噴射が起こる。

バルブニードル１０が噴射を開始するため離昇し始めたとき、ダンパーチャンバー４８の体積は減少し、燃料がダンパーオリフィス５４を通ってアキュムレータ体積部３０内に流れる。ダンパーオリフィス５４が制限された直径を持っているので、オリフィスを介した燃料の流れは制限され、従って、ニードル１０の離昇が減衰される。バルブニードル１０の開放運動の減衰は、所望の離昇状態において、望ましくない振動並びにバルブニードルの行き過ぎを回避するため、有利であることが見出された。

ニードルの離昇の間のダンパーチャンバー５４からの燃料の流れは、矢印６４によって指し示されている。ニードル１０の運動は、矢印６６によって示され、スリーブ３８の運動は、矢印６８によって示されている。

噴射を終了するため、圧電スタック２２にかかる電圧が噴射電圧レベルから初期電圧レベルへと減少され、これによって、スタック２２の長さを減少させる。その結果、スリーブ３８は上方向に引っ込められる。その結果、制御チャンバー４２内の燃料圧力は減少され、制御チャンバー４２内の燃料圧力が、スプリングチャンバー４８内の燃料圧力と組み合わさって作用するバルブニードルスプリング４６の力がバルブニードル１０に作用する開放力を克服してバルブニードル１０をそのシート１６に戻すのに十分に低いレベルにまで減少する動作点が到達する。かくして、出口開口部２１を通した燃料の噴射は、終了する。

バルブニードル１０の開放運動の減衰が有利であることが見出された一方で、バルブニードル１０の閉鎖運動を非常に迅速に達成することが望ましい。スタック２２にかかる電圧が初期電圧レベルにまで減少されたとき、圧電スタック２２は収縮し始め、ダンパーチャンバー４８の体積を増大させる。ダンパーチャンバーの体積が増大し始めたとき、ダンパーチャンバー４８内の燃料圧力は、減少し始め、図４に示されるように、環状ダンパーバルブ５０がそのダンパーバルブ座席部５２から離昇させられる動作点が到達する。

ダンパーバルブ５０のその座席部５２から離れる運動は、燃料用の追加の流れ経路を開放させる。この状態で、アキュムレータ体積部３０からの燃料が、比較的高い流量で、排出通路５７を通って、ダンパーバルブ座席部５２を超え、中央穿孔５３を通って、ダンパーチャンバー４８内に流れることができるようになる。燃料のこの流れは、制限されたダンパーオリフィス５４を通ってダンパーチャンバー４８内に戻って流れる燃料に追加される。燃料がスプリングチャンバー４８に入るための追加の流れ経路を設けることは、スプリングチャンバー４８内の燃料圧力を比較的迅速に増加させることを可能にし、バルブニードル１０の閉鎖運動を援助し、該閉鎖運動の有意な減衰を防止する。

排出通路５７を介したスプリングチャンバー４８内への燃料の流れが図４において矢印７０によって示されている。
図５は、図４に示されたダンパーバルブ５０の構成の分解図であり、バルブ部材５０の運動をより明瞭に示すために提供されている。

なお、図１乃至図５に関連して上述された減衰構成は、ニードルの離昇の間の高いレベルの減衰を提供するが、ニードルの閉鎖運動が実質的な減衰を生じさせない一方向ダンパーバルブを、バルブニードルの頂部に設けている。減衰構成は、減衰のため使用される流体が粘性率及び体積弾性率の特性が燃料インジェクタの性能に影響を及ぼすような範囲に変動するまでには加熱されないことを確実にする、ダンパーチャンバーを通した新鮮な燃料の流れを更に提供する。

図６は、外側バルブ内に同心に配置された内側バルブニードルを備え、ニードルの各々が内燃エンジンの燃焼チャンバー内への燃料の分配を制御するインジェクタに関連した、本発明に係る実施例を示している。

図６を参照すると、全体として１１０で参照されるインジェクタは、全体として１１２で参照される噴射ノズルと、インジェクタ制御チャンバー１２０内の燃料圧力を制御することによって第１及び第２の噴射ノズルバルブ１１６及び１１８の運動を各々制御するための圧電アクチュエータ（図面には示されていない）を備える作動手段と、を備える。圧電アクチュエータは、スタック１２２への電圧の印加時に伸縮させられる圧電要素のスタック１２２を備える既知の種類のものであってもよい。圧電スタック１２２は、インジェクタのハウジング部、即ちインジェクタボディ１２６内に形成された燃料充填チャンバー１２４内に収容されることが、その特徴となる。スタック１２２を収容するチャンバー１２４は、インジェクタ入口（図６では図示せず）と、ノズルの供給チャンバー１３０との間に燃料供給経路の一部を画定させており、後述されるように、該経路はインジェクタボディ１２６の上側領域及びチャンバー１２４の下側領域１３４に設けられた穿孔（図６では図示せず）によって画定されている。使用中には、燃料は、共通レイル又はアキュムレータ体積部（図示せず）の形態で、高圧燃料源からインジェクタ入口へと供給され、スタックチャンバー１２４を通ってノズル供給チャンバー１３０へと流れる。圧電アクチュエータの更なる詳細な構成は、本願出願人（デルフィ・テクノロジー社）のヨーロッパ特許ＥＰ０９９５９０１号で見出すことができる。

噴射ノズル１１２は、第１の出口１３８及び第２の出口１４０を各々設けたノズルボディ１３６を備え、これらの出口は、第２の出口１４０が第１の出口１３８よりもノズルボディ１３６に沿ったより高い軸方向位置を採用するように主要ノズルボディ軸に沿って軸方向に間隔を隔てられている。第１の出口１３８は、エンジンに噴射された燃料にとって比較的小さい流れ領域を与えるため比較的小さい直径を持ち、第２の出口１４０は、エンジンに噴射された燃料にとってより大きい流れ領域を与えるため比較的大きい直径を持っている。単一の第１の出口１３８及び単一の第２の出口１４０のみが示されているが、実際には、１つより多い第１の出口の組及び１つより多い第２の出口の組を設けることができる。従って、次に説明するという目的のため、１組の第１の出口１３８及び１組の第２の出口１４０が参照される。

ノズルボディ１３６には、ノズル供給チャンバー１３０から高圧下で燃料を受け取るための第１の上側分配チャンバー１４４を画定させる軸方向に延在するメクラ孔１４２が設けられている。軸方向のボア１４２は、そのメクラ端部において、燃料のための第２の下側分配チャンバー１４６を画定させている。そのメクラ端部に向かって、ボア１４２の内部表面は、円錐台形態を持ち、内側バルブ１１６及び外側バルブ１１８の両方のための、全体として１４８で示されたバルブ座席表面を画定させる。

第１及び第２の同軸バルブ１１６及び１１８は、上側分配チャンバー１４と第１及び第２の組の出口１３８、１４０との間の燃料の流れの制御を各々可能にするためボア１４２内に同心に配置されている。第１のバルブ部材は、第１の内側バルブ、即ちバルブニードル１１６の形態を取り、その運動は、燃料が第１の出口１３８を通って分配されるか否かを制御する。第２のバルブ部材は、外側バルブ１１８の形態を取り、その運動は、燃料が第２の出口１４０を通って分配されるか否かを制御する。外側バルブは、軸方向に延在する貫通ボア１５０を有するスリーブの形態にある。外側バルブ１１８は、使用中に、外側バルブ１１８の摺動運動を案内するためノズルボディボア１４２の隣接する領域と協働するようにその上側端部に拡大領域１１８ａを備える。内側バルブニードル１１６及び外側バルブ１１８は、後述されるように、バルブ座席部により形成された各座席部と係合可能である。図６では、内側バルブ１１６及び外側バルブ１１８が着座位置にあり、インジェクタが非噴射状態にあると云われている。

内側バルブニードル１１６は、その上側端部で、内側バルブニードル１１６がボア１５０の下側部分内に収容されている状態で、キャリア部材１５２、又は、バルブボア１５０に沿って延在する内側バルブキャリア部材に連結される。内側バルブニードル１１６は、比較的小さい直径を有する上側ステム１１６ａを備え、該ステムは、固定態様で一緒に部品を（例えば、ねじ接続又は締め嵌め等によって）連結するためキャリア部材１５２の下側領域内に収容されている。内側バルブニードル１１６は、カラーを備えるように形成され、該カラーは、ニードルと一体成形されているか、又は、内側バルブニードル１１６の摺動運動を案内するように外側バルブ１１８内のボア１５０と協働する別個の部品として携えられている。キャリア部材１５２は、その上側端部で、拡大ヘッド１５２ａ内で終わっている。

外側バルブ１１８には、径方向に延在する穿孔１５６が更に形成されており、該穿孔の外側端部は、上側分配チャンバー１４４と連通し、該穿孔の内側端部は、内側バルブにードル１１６の外側表面に形成されたフラット又は溝と連通している。径方向に延在する穿孔１５６とフラットとは、一緒になって、燃料が上側分配チャンバー１４４と下側分配チャンバー１４６との間で流れることを可能にするための流れ通路手段を形成する。

インジェクタの作動手段は、圧電スタック１２２の伸縮に起因した作動力を内側バルブ１１６及び外側バルブ１１８に伝達するための伝達手段を更に備え、それらのバルブの独立運動を可能にする。伝達手段は、圧電スタック１２２の端部品１６０によって携えられたスリーブ部材１５８と、噴射圧力で燃料を受け取るための噴射制御チャンバー１２０と、を備える。アクチュエータピストン１５８は、ピストンボア１６２を形成するスリーブの形態を取る。ピストンボアは、その上側端部で、第１の内側バルブスプリング１６６を収容するための第１のスプリング（ダンパー）チャンバー１６４を画定する。キャリア部材１５２の拡大ヘッド１５２ａは、内側バルブスプリング１６６が内側バルブニードル１５をその座席部１４８との係合状態へと押し出すように機能するように、ピストンボア１６２の下側端部内に収容されている。

スカート部１６８が、ノズルボディ１３６の上側延長部１３６ａを摺動嵌合で受け入れるための拡大凹部を形成するためスリーブ１５８のベースから下方に延在している。当該構成は、キャリア部材１５２の拡大ヘッド１５２ａの下側表面１５２ｂが外側バルブ１１８の上側端部表面１１８ａと対面するようになっている。従って、負荷伝達手段の制御チャンバー１２０は、スリーブ１５８の表面、外側バルブ１１８の上側表面１１８ａ、キャリア部材１５２の拡大ヘッド１５２ａの下側表面１５２ｂ、及び、ノズルボディ延長部１３６ａの上側表面１３６ｂによって凹部内で画定される。

制御チャンバー１２０は、スリーブ１５８のスカート部１６８内に設けられた制限通路即ちオリフィス１７４の形態で制限流れ手段を通ってスタック体積部１２４、１３４と連通する。制限通路１７４の一方の端部は、制御チャンバー１２０と連通し、制限通路１７４の他方の端部はスタック体積部１２４、１３４と連通している。制限通路１７４は、制御チャンバー１２０内の燃料圧力が噴射の終了時の噴射圧力と等しくなる傾向にあることを確実にし、このことは、更に後述されるように噴射作動のための利点を有する。

スリーブ１５８には、ダンパーチャンバー１６４とスタックチャンバー１２４との間の連通経路を提供するため径方向に延在する穿孔１７６が更に形成されている。穿孔１７６が制限された直径を持っている場合には、更に後述されるように、キャリア部材１５２の運動、よって内側バルブニードル１１６の運動を減衰するための手段を提供する。

内側バルブニードルスプリング１６６の一方の端部は、圧電スタック１２２の端部品１６０の下側表面と当接し、スプリング１６６の他方の端部は、ダンパーバルブ構成１８０、１８２と当接する。ダンパーバルブ構成は、ダンパーチャンバー１６４内に配置され且つキャリア部材１５２の上側表面によって画定されたバルブ座席部１８２と係合可能である、環状ダンパーバルブ１８０を備えている。環状ダンパーバルブ１８０は、噴射の終了時にバルブニードル１１６の迅速な閉鎖を援助するための手段を画定する。ダンパーバルブ１８０には、中央穿孔１８３が形成され、該穿孔の一方の端部はダンパーチャンバー１６４と連通し、該穿孔の他方の端部はキャリア部材１５２の上側端部の凹部１８６と連通している。

ダンパーチャンバー１６４には、ダンパーチャンバー１６４とスタックチャンバー（アキュムレータ体積部）１２４との間に流体連通経路を提供するため径方向に延在する穿孔１７６が形成されている。穿孔（又はダンパーオリフィス）１７６は、後述されるようにバルブニードルの開放運動を減衰するための手段を提供するように制限された直径を有する。

スリーブ１５８には、更に径方向に延在する穿孔１８８（排出通路）が形成されている。使用中には、ダンパーバルブ１８０は、ダンパーチャンバー１６４内の燃料圧力変動を受ける。チャンバー１６４内の圧力が十分に変動した場合には、ダンパーバルブ１８０はその座席部１８２からスプリング１６６の作用に抗して移動することができ、それによって追加の流れ経路がダンパーチャンバー１６４とアキュムレータ体積部１２４との間で排出通路１８８を介して開放される。ダンパーバルブ１８０の運動と排出通路１８８を介した流れ経路とは更に詳細に後述される。

スタック１２２の付勢レベルが、内側バルブニードル１１６のみが離昇するようなレベルであるとき、ダンパーチャンバーの機能は、図１乃至図５の単一バルブニードルの実施例に関して説明したものと事実上同じとなる。ニードル１１６の離昇運動は、ダンパーチャンバー１６４の体積の減少を引き起こす。燃料は、ダンパーオリフィス１７６を通ってアキュムレータ体積部１２４へと流れる。ダンパーオリフィス１７６が制限された直径を持っているので、オリフィスを通る燃料の流れは、制限され、よって、ニードル１１６の離昇運動が減衰される。

スタック１２２にかけられた電圧が初期電圧レベルへと減少されたとき、圧電スタック１２２は収縮し始め、ダンパーチャンバー１６４の体積を増大させる。ダンパーチャンバーの体積が増大し始めたとき、ダンパーチャンバー１６４内の燃料圧力は、減少し始め、環状ダンパーバルブ１８０がそのダンパーバルブ座席部１８２から離昇させられる動作点が到達する。

ダンパーバルブ１８０のその座席部１８２から離れる運動は、燃料のための追加の流れ経路を開放する。該流れ経路では、アキュムレータ体積部１２４からの燃料が、比較的高い流量で、排出通路１８８を通って、ダンパーバルブ座席部１８２を超え、中央穿孔１８３を通って、ダンパーチャンバー１６４へと流れることができる。燃料のこの流れは、制限されたダンパーオリフィス１７６を通ってダンパーチャンバー１６４へと戻って流れる燃料に追加される。燃料がスプリングチャンバー１６４に入るための追加の流れ経路を設けることは、スプリングチャンバー１６４内の燃料圧力が比較的迅速に増大することを可能にし、バルブニードル１１６の閉鎖運動を援助し、前記運動の有意な減衰を防止する。

なお、図６に関して説明された実施例は、インジェクタに、２つの異なる噴射率で噴射する能力、即ち、第１の出口１３８のみが開放する場合と、第１及び第２の出口（１３８、１４０）の両方が開放する場合とを提供する。これは、異なるエンジン負荷においてエンジン作動のための異なる燃料噴射率を達成することができるという特別の利点を提供する。なお、圧電スタック１２２の付勢レベルを多数の異なるレベルの間で変化させることによって（スタックにかける電圧を変化させることによって）、様々な出口位置を達成することができる。２つのバルブニードルインジェクタの更に詳細な構成は、本願出願人（デルフィ・テクノロジー社）のヨーロッパ特許ＥＰ０５２５０２５４．９号で見出すことができる。

図６に示されたインジェクタに関連して説明されたダンパー構成も、内側バルブニードルの離昇の間に高いレベルの減衰を提供するが、ニードルの閉鎖運動が実質的に減衰されないことを可能にする一方向ダンパーバルブを提供する。新鮮な燃料の流れは、ダンパーチャンバーを通って提供され、ダンパー流体の温度が過度に上昇しないことを確実にする。

しかし、外側バルブニードルが移動されたとき、ダンパー体積を変化させるスリーブのみの運動によって引き起こされるスタックの減衰が存在することが明記されるべきである。

上述した実施例は例のみを用いて与えられたが、本発明を制限するものではなく、本発明の範囲は、添付した請求の範囲で画定されることが理解されよう。上記記載された実施例は、個別に又は組み合わせて使用してもよいことも理解されるべきである。

図１は、本発明の一実施例の断面図である。 図２は、図１の燃料インジェクタの一部の拡大断面図である。 図３は、インジェクタニードルがそのシートから離昇したときの図１及び図２の燃料インジェクタの断面図である。 図４は、インジェクタニードルが図３に示された離昇位置からその座席へと戻ったときの図１及び図２の燃料インジェクタの断面図である。 図５は、図４の一部の拡大図である。 図６は、本発明の一実施例に係る燃料インジェクタの断面図であり、インジェクタは、外側バルブニードル内で同心に配置された内側バルブを有する。

Claims (18)

1. 内燃エンジンで使用するための燃料インジェクタであって、
   前記燃料インジェクタは、
   インジェクタ出口（２１）を通した燃料噴射を制御するためバルブニードルシート（１６）と係合可能であるバルブニードル（１０）と、
   制御チャンバー（４２）内の燃料圧力を制御するように構成されたアクチュエータ構成部（２０、２２）であって、前記バルブニードル（１０）に連係した表面は、前記制御チャンバー内の燃料圧力変動が前記バルブニードルシートに対する前記バルブニードルの運動を制御するように前記制御チャンバー（４２）内の燃料圧力にさらされている、前記アクチュエータ構成部（２０、２２）と、
   前記バルブニードル（１０）の開放運動を減衰するための減衰手段（４８、５０、５４）であって、該減衰手段は、ダンパーチャンバー（４８）を備え、該減衰手段は前記ダンパーチャンバー（４８）内の燃料圧力変動が前記バルブニードルの開放運動を減衰するように構成されている、前記減衰手段と、
   を備え、
   前記減衰手段は、使用中に、前記ダンパーチャンバー（４８）を通した燃料の貫通流れが存在し、前記バルブニードル（１０）の閉鎖運動が該バルブニードルの開放運動よりも少なく減衰されるように構成されている、燃料インジェクタ。
2. 前記インジェクタは、前記制御チャンバー（４２）内の燃料圧力の増大が、前記バルブニードル（１０）を前記バルブニードルシート（１６）から離昇させるように構成されている、請求項１に記載のインジェクタ。
3. 前記アクチュエータ構成部は、噴射圧力で燃料を受け入れるためのアキュムレータ体積部（３０）内に配置された圧電要素のスタック（２２）を備える圧電アクチュエータ（２０）であり、前記スタック（２２）の長さの増大は、前記制御チャンバー（４２）内の圧力の増大を生じさせ、前記スタック（２２）の長さの減少は前記制御チャンバー（４２）内の圧力の減少を生じさせる、請求項２に記載のインジェクタ。
4. 前記ダンパーチャンバー（４８）は、前記バルブニードル（１０）を前記バルブニードルシートに向かう方に偏倚させるように機能するスプリング（４６）を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインジェクタ。
5. 前記アクチュエータ構成部（２０）は、スリーブボアを画定するスリーブ部材（３８）に連結され、前記制御チャンバー（４２）は、前記バルブニードル（１０）と連係する表面によって及び前記スリーブボアによって少なくとも部分的に形成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインジェクタ。
6. 前記減衰手段（４８、５０、５４）は、前記スリーブ部材（３８）に形成されたダンパーオリフィス（５４）を備え、該ダンパーオリフィスの第１の端部は前記ダンパーチャンバー（４８）と流体連通し、前記ダンパーオリフィスの第２の端部は加圧流体源（３０）と流体連通し、前記ダンパーオリフィスは前記バルブニードルシートからの前記バルブニードルの開放運動を減衰するように構成されている、請求項５に記載の燃料インジェクタ。
7. 前記アクチュエータ構成部（２０）は前記加圧流体源から高圧で燃料を受け取るためのアキュムレータ体積部（３０）内に配置され、前記制限オリフィス（５４）の前記第２の端部が前記アキュムレータ体積部と連通している、請求項６に記載の燃料インジェクタ。
8. 前記ダンパーチャンバー（４８）は、前記スリーブ部材（３８）に形成された前記スリーブボアによって部分的に形成される、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
9. 前記ダンパーチャンバー（４８）は、前記加圧燃料源から前記ダンパーチャンバー（４８）への流れ経路を提供し、前記減衰手段（４８、５０、５４）は、前記排出通路（５７）によって形成された前記流れ経路を遮断する着座位置と、前記排出通路（５７）によって形成された前記流れ経路が遮断されていない非着座位置との間で作動可能なバルブ部材（５０）を更に備えている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
10. 前記バルブ部材（５０）は、前記バルブニードル（１０）の開放運動の間にその着座位置にあり、前記バルブニードル（１０）の閉鎖運動の間にその非着座位置にあり、前記バルブ部材（５０）は、前記ダンパーチャンバー（４８）内の燃料圧力変動に応答してその着座位置と非着座位置との間で移動する、請求項９に記載の燃料インジェクタ。
11. 前記バルブ部材（５０）は、前記スリーブ部材（３８）の前記ボアと緊密に接触する環状バルブ部材を備えている、請求項９又は１０に記載の燃料インジェクタ。
12. 前記バルブ部材（５０）はその着座位置に向かって偏倚される、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
13. 噴射の終了時に前記制御チャンバー（４２）と加圧燃料源との間で圧力を等しくするための制限された流れ手段を更に備える、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
14. 前記制限された流れ手段は、前記スリーブ部材（３８）に設けられた、制限された流れ通路を備え、前記制限された流れ通路は前記制御チャンバー（４２）を前記加圧燃料源に流体的に接続する、請求項５に従属したときの請求項１３に記載の燃料インジェクタ。
15. 前記バルブニードルの閉鎖運動が実質的に減衰されない、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の燃料インジェクタで使用するための噴射ノズル。
17. ノズルボアが形成されたノズルボディを更に備え、
    前記バルブニードルは、１つ以上の第１のノズル出口（１３８）を通した燃料分配を制御するため内側バルブ座席部（１４８）と係合可能である内側バルブ（１１６）と、前記ノズルボア（１４２）内に受け入れられ且つ１つ以上の第２のノズル出口（１４０）を通した燃料分配を制御するため出口バルブ座席部（１４８）と係合可能である外側バルブ（１１８）と、を備え、
    前記インジェクタは、燃料が前記第１の出口（１３８）又は該第１の出口の各々のみを通して分配される第１の噴射状態を提供するためだけの前記内側バルブ（１１６）の運動か又は燃料が前記第２の出口（１４０）又は該第２の出口の各々のみを通して分配される第２の噴射状態を提供するためだけの前記外側バルブ（１１８）の運動のいずれかを可能とするように前記内側バルブ１１６及び外側バルブ１１８に前記アクチュエータ（２０）の作動力を伝達させるため前記内側バルブ１１６及び外側バルブ１１８の運動を制御するための手段を更に備える、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
18. 前記外側バルブは、バルブボアを備え、前記内側バルブ（１１６）は前記外側バルブ（１１８）の前記バルブボア（１５０）内に受け入れられる、請求項１７に記載の燃料インジェクタで使用するための噴射ノズル。

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