JP2009539025A - 燃料噴射器制御システム - Google Patents

Abstract

燃料噴射器（３２）用の制御システムが開示される。制御システムは、少なくとも１つのオリフィス（８０）を有するノズル部材（５６）と、ニードルチェック弁（５８）とを有する。ニードルチェック弁（５８）は、少なくとも１つのオリフィス（８０）を開閉するために往復運動するように配置される。さらに、制御システムは、ニードルチェック弁（５８）の基端に配置された制御室（１０６）と、選択的に制御室（１０６）から流体を排出しかつ制御室に流体を充填するように可動な制御弁（１２０）とを有する。その上、制御システムは、噴射器本体（５２）と、噴射器本体（５２）内に配置された第１のピストン（１１８）と、噴射器本体（５２）内に配置された第２のピストン（１１６）とを有する。第１のピストン（１１８）は、制御弁（１２０）を移動させるために制御弁（１２０）に動作可能に接続される。第２のピストン（１１６）は、接続室（１２３）を形成するために第１のピストン（１１８）からある距離をもって配置される。さらに、制御システムは、接続室（１２３）に選択的に燃料を補給するために接続室と関連する部分球チェック弁（１１９）を有する。

Description

本開示は制御システムに関し、より詳しくは、燃料噴射器用の制御システムに関する。

燃料噴射器は、エンジンの燃焼室内に燃料を導入するための手段を提供する。１つの種類の燃料噴射器はコモンレール燃料噴射器として知られている。典型的なコモンレール燃料噴射器は、ノズル出口を有する円筒状ボアを有する一方の端部のノズルアセンブリと、高圧燃料レールに連通する反対側の端部のノズル供給通路とを含む。ニードルチェック弁は、円筒状ボア内に往復運動するように配置され、ノズル出口が閉じられる閉鎖位置に向かってバネ付勢される。燃料を噴射するために、ニードルチェック弁がノズル出口を開放するように移動され、これにより、高圧燃料が高圧レールからノズル供給通路を介して移動され、関連する燃焼室内に噴霧されることが許容される。

開放位置と閉鎖位置との間でニードルチェック弁を移動させる１つの方法は、ニードルチェック弁の基部と関連する制御室から流体を排出しかつ前記制御室に流体を充填するステップを含む。特に、制御室を加圧燃料で充填してニードルチェック弁を閉鎖位置に保持し、かつ前記制御室から加圧燃料を選択的に排出してニードルチェック弁を開放位置に向かって付勢することが可能である。

圧電装置は、多くの場合、制御室の排出および充填に影響を与えるために制御室に油圧接続される。具体的には、圧電装置は、典型的に、油圧接続部として知られている燃料で充填された空間によって第２のピストンから分離される第１のピストンに機械的に接続される。油圧接続部は、製造公差、噴射器構成部材の熱膨張、および／または圧電装置の力または移動の増幅に対応するために使用される。圧電装置が通電されて伸長して第１のピストンを移動させたとき、油圧接続部の燃料圧力が増加し、第２のピストンの移動が生じる。次に、第２のピストンは制御弁を押し開き、これによって、制御室から流体が排出される。油圧接続部が、正確な圧力に加圧され続ける限り、圧電装置の伸縮により、正確な燃料噴射イベントが生じる。しかし、燃料が油圧接続部から漏れ、補給されなかった場合、圧電装置の移動により、制御弁の望ましくない移動が生じるかまたは移動が生じないことがある。

油圧接続部に燃料を補給する一例は、２００５年１月１１日にイガシラ（Ｉｇａｓｈｉｒａ）らに交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、第１のピストンの下端に設置されたチェック弁を有するコモンレール燃料噴射器を記載している。チェック弁は、油だめと変位増幅室（例えば上述の油圧接続部）とを接続することによって、漏れによる燃料の損失を補償するように作動する。チェック弁は、油だめと変位増幅室との間の第１のピストンの通路を閉じるフラット弁と、それを上方に付勢して通路を遮断する円錐状バネとからなる。フラット弁は薄いディスクから製造され、この薄いディスクはその中央に形成されたピンホールを有する。ピンホールは、噴射中に故障が生じた場合に変位増幅室内から油だめへの燃料の漏れを許容するように作用し、これによって噴射が停止される。さらに、ピンホールは、室から気泡を除去するために変位増幅室内の負圧として作用する。

（特許文献１）の燃料噴射器に含まれたフラットチェック弁は、変位増幅室から漏れた燃料を十分に補給し得るが、限定された用途を有し得る。特に、フラットチェック弁は、噴射イベント中に燃料が漏れ得る孔を含むので、変位増幅室内に大きな圧力を発生させることが困難であり得る。実際には、（特許文献１）に記載されているように、孔は負圧としてさらに作用することが可能であり、室内の圧力の増加に抗して直接作用する。この圧力レベルの減少により、制御弁の移動および／または力の増幅と、噴射器から利用可能な結果として生じる噴射圧力とを制限することが可能である。さらに、圧力を著しく増加させることが（特許文献１）の噴射器内で可能であったとしても、チェック弁のフラットな特性により、圧力にほとんど耐えることができず、おそらく、チェック弁の変形および／または噴射器の故障が生じる。

（特許文献１）の噴射器の代替実施形態は、（非特許文献１）に開示されている。この文献の図６に示されているように、上述の燃料噴射器には、（特許文献１）に記載されているフラットチェック弁の代わりに、より強固で完全なボールチェック弁が設けられる。

完全なボールチェック弁はより強固であることが可能であり、したがって、より大きい圧力に耐えることが可能であるが、依然として問題があり得る。特に、完全なボールチェック弁は、その増加されたサイズに対応するために、より大きい容積を必要とし得る。この増加容積には、第１のピストンの下方変位運動によって加圧しなければならない変位増幅室の容積が加えられる可能性がある。圧電装置の変位運動が同一に保持された場合、より大きい容積により、室内の圧力が低くなる。圧電装置の変位運動が増加された場合、噴射器の構成部材のコストおよびサイズも増加させなければならない。

米国特許第６，８４０，４６６号明細書

ＳＡＥテクニカルペーパーシリーズ２００６−０１−０１７４、表題「１８０ＭＰａのピエゾコモンレールシステム」（１８０ＭＰａ Ｐｉｅｚｏ Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ Ｓｙｓｔｅｍ）

本開示の制御システムは上述の課題の１つ以上を解決する。

本開示の一形態は燃料噴射器用の制御システムに関する。制御システムは、少なくとも１つのオリフィスを有するノズル部材と、基端および先端を有するニードルチェック弁とを含む。ニードルチェック弁は、少なくとも１つのオリフィスを開閉するためにノズル部材内に往復運動するように配置される。さらに、制御システムは、ニードルチェック弁の基端に配置された制御室と、選択的に制御室から流体を排出しかつ前記制御室に流体を充填するように可動な制御弁とを含む。その上、制御システムは、噴射器本体と、噴射器本体内に配置された第１のピストンと、噴射器本体内に配置された第２のピストンとを含む。第１のピストンは、制御弁を移動させるために制御弁に動作可能に接続される。第２のピストンは、接続室を形成するために第１のピストンからある距離をもって配置される。さらに、制御システムは、接続室に選択的に燃料を補給するために接続室と関連する部分球チェック弁を含む。

本開示の他の形態は、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する方法に関する。本方法は、燃料噴射器の動作中、加圧燃料を燃料噴射器の先端に常に導くステップと、燃料噴射器の動作中、加圧燃料を燃料噴射器の第１の室に常に導くステップとを含む。さらに、本方法は、燃料噴射器の第２の室の容積を減少させて、第２の室内の燃料を加圧するステップを含む。第２の室内の燃料の加圧により、第１の室内の圧力の減少が生じ、それに続いて、燃焼室内へ燃料が噴射される。その上、本方法は、燃料を第１の室から第２の室に導くステップと、燃料が第２の室から第１の室に流れることを防止するステップとを含む。

開示される模範的な燃料システムの概略図である。 図１の燃料システムに使用するための開示される模範的な燃料噴射器の断面図である。 図２の燃料噴射器に使用するための開示される模範的な油圧接続部の断面図である。

図１は、エンジン１０と燃料システム１２の模範的な実施形態とを示している。本開示では、エンジン１０は４行程ディーゼルエンジンとして図示かつ説明される。しかし、当業者は、エンジン１０が、例えばガソリンエンジンまたはガス燃料エンジン等の他の任意の種類の内燃機関であってもよいことを理解するであろう。エンジン１０は、複数のシリンダ１６を画成するエンジンブロック１４と、それぞれのシリンダ１６内に摺動可能に配置されたピストン１８と、それぞれのシリンダ１６と関連するシリンダヘッド２０とを含むことが可能である。

シリンダ１６、ピストン１８およびシリンダヘッド２０は燃焼室２２を形成し得る。図示した実施形態では、エンジン１０は６つの燃焼室２２を含む。しかし、エンジン１０がより多数またはより少数の燃焼室２２を含み得ることと、それらを「直列」形態、「Ｖ」形、または他の任意の適切な形態に配置し得ることが考えられる。

図１にも示したように、エンジン１０は、エンジンブロック１４内に回転可能に配置されるクランクシャフト２４を含むことが可能である。コネクティングロッド２６により、それぞれのピストン１８をクランクシャフト２４に接続することが可能であり、この結果、それぞれの個々のシリンダ１６内のピストン１８の摺動運動により、クランクシャフト２４の回転が生じる。同様に、クランクシャフト２４の回転により、ピストン１８の摺動運動が生じ得る。

燃料システム１２は、それぞれの燃焼室２２内への加圧燃料の噴射を行うように協働する構成部材を含むことが可能である。具体的には、燃料システム１２は、燃料供給を保持するように構成されたタンク２８と、燃料を加圧しかつコモンレール３４を介して加圧燃料を複数の燃料噴射器３２に導くように構成された燃料ポンプ装置３０とを含み得る。

燃料ポンプ装置３０は、燃料の圧力を増加させかつ１つ以上の加圧燃料ストリームをコモンレール３４に導くように機能する１つ以上のポンプ装置を含むことが可能である。一実施例では、燃料ポンプ装置３０は、直列に配置されかつ燃料ライン４０を介して流体接続された低圧源３６および高圧源３８を含む。低圧源３６は、低圧フィードを高圧源３８に供給するように構成された移送ポンプであり得る。低圧フィードを受け入れるようにかつ燃料の圧力を約３０〜３００ＭＰａの範囲に増加させるように、高圧源３８を構成することが可能である。燃料ライン４２を介して、高圧源３８をコモンレール３４に接続し得る。チェック弁４４を燃料ライン４２内に配置して、燃料の一方向の流れを燃料ポンプ装置３０からコモンレール３４に供給することが可能である。

低圧源３６および高圧源３８の一方または両方をエンジン１０に動作可能に接続し、クランクシャフト２４によって駆動することが可能である。クランクシャフト２４の回転によりポンプドライブシャフトの対応する回転が生じる、当業者が容易に理解できる任意の形態で、低圧源３６および／または高圧源３８をクランクシャフト２４によって接続し得る。例えば、図１には、ギヤトレイン４８を介してクランクシャフト２４に接続されているような高圧源３８のポンプドライブシャフト４６が示されている。しかし、その代わりに、低圧源３６および高圧源３８の一方または両方を電気的に、油圧的に、空圧的にまたは他の任意の適切な方法で駆動し得ることが考えられる。

燃料噴射器３２をシリンダヘッド２０内に配置し、複数の燃料ライン５０を介してコモンレール３４に接続することが可能である。それぞれの燃料噴射器３２は、所定のタイミング、燃料圧力および燃料流量で、ある量の加圧燃料を、関連する燃焼室２２内に噴射するように動作可能であり得る。燃焼室２２内への燃料噴射のタイミングをピストン１８の運動に同期させることが可能である。例えば、噴射燃料の圧縮点火燃焼を許容するために、ピストン１８が圧縮行程で上死点位置に近づいたとき、燃料を噴射し得る。その代わりに、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）動作のために、ピストン１８が上死点位置に向かって圧縮行程を開始したとき、燃料を噴射してもよい。後処理再生用の還元雰囲気を生成するためのその後のポスト噴射のために、ピストン１８が膨張行程中に上死点位置から下死点位置に向かって移動したとき、燃料を噴射することも可能である。

図２に示したように、それぞれの燃料噴射器３２は閉鎖ノズルユニット燃料噴射器として具体化され得る。具体的には、それぞれの燃料噴射器３２は、噴射器本体５２、それに動作可能に接続されたハウジング５４、その中に配置されたガイド５５、ノズル部材５６、ニードル弁体５８、アクチュエータ５９、およびアクチュエータ弁アセンブリ６１を含むことが可能である。燃料噴射器３２内には、例えば、制限オリフィス、圧力バランス通路、アキュムレータおよび公知の他の噴射器構成部材等の追加の構成部材が含まれ得ることが考えられる。

噴射器本体５２は、シリンダヘッド２０内のアセンブリのために構成されかつ１つ以上の通路を有する円筒状部材として具体化され得る。具体的には、噴射器本体５２は、アクチュエータ５９を受け入れるように構成された中央ボア１００と、それに連通する燃料入口１０２および燃料出口１０４と、制御室１０６とを含むことが可能である。制御室１０６は、ニードル弁体５８の基端に直接連通し、そしてニードル弁体５８の運動に影響を与えるように加圧燃料を選択的に排出または供給し得る。さらに、噴射器本体５２は、燃料噴射器３２の動作中に燃料入口１０２をノズル部材５６と制御室１０６とに常に流体連通させる供給通路１１０を含むことが可能である。

ハウジング５４は、ガイド５５およびノズル部材５６を受け入れるための中央ボア６０と、ノズル部材５６の先端６４が突出する開口部６２とを有する円筒状部材として具体化され得る。例えばＯリング（図示せず）等のシール用部材をガイド５５とノズル部材５６との間に配置して、燃料噴射器３２からの燃料漏れを抑制することが可能である。

ガイド５５も、ニードル弁体５８と戻りバネ９０とを受け入れるように構成された中央ボア６８を有する円筒状部材として具体化され得る。戻りバネ９０をストッパ９２とシート面９４との間に配置して、ニードル弁体５８を先端６４に向かって軸方向に付勢することが可能である。スペーサ９６および同様のスペーサ９７を戻りバネ９０とシート面９４との間にかつ戻りバネ９０とストッパ９２との間にそれぞれ配置して、燃料噴射器３２内の構成部材の摩耗を低減することが可能である。中央ボア６８は、圧力室として機能し、かつ噴射イベント前に、供給通路１１０から供給された加圧燃料を保持することが可能である。

ノズル部材５６も、中央ボア６８に連通する中央ボア７２を有する円筒状部材として具体化され得る。中央ボア７２は、ニードル弁体５８を受け入れ、そしてそれがオリフィス８０から移動されたときに加圧燃料を中央ボア６８から中央ボア７２を介してエンジン１０の燃焼室２２内に通過させる１つ以上のオリフィス８０を含むことが可能である。

ニードル弁体５８は、ガイド５５およびノズル部材５６内に摺動配置される細長い円筒状部材であり得る。ニードル弁体５８は、その先端がオリフィス８０を介して燃料の流れを遮断する第１の位置と、オリフィス８０が燃料を燃焼室２２内に噴霧するように開く第２の位置との間で軸方向に可動であり得る。ニードル弁部材５８が、ニードル部材とピストン部材とを有する多数の部材要素、または単一の一体要素であり得ることが考えられる。

ニードル弁体５８は多数の駆動油圧面を有し得る。例えば、ニードル弁体５８は、加圧燃料が作用したときに、戻りバネ９０が第１の位置またはオリフィス閉鎖位置に向かって付勢されることによって、ニードル弁体５８を駆動するようにする油圧面１１２を含むことが可能である。さらに、ニードル弁体５８は、加圧燃料が作用したときにニードル弁体５８を第２の位置またはオリフィス開放位置に向かって反対方向に駆動するために戻りバネ９０の付勢に抗する油圧面１１４を含むことが可能である。

アクチュエータ５９をノズル部材５６の反対側に配置して、ニードル弁体５８に対する力を制御することが可能である。特に、アクチュエータ５９は圧電モータ等の電気伸長モジュールを含み得る。圧電モータは１つ以上のディスク型圧電結晶スタックを含むことが可能である。結晶は、ランダムドメイン配向を有する構造であり得る。これらのランダム配向は、永久双極子挙動を有する正イオンおよび負イオンの非対称構成である。例えば電流の印加等によって、電界が結晶スタックに印加された場合、スタックは、ドメインが整列したときに電界の軸に沿って伸長する。一実施形態では、アクチュエータ５９の伸長は約４０μｍであり得る。

アクチュエータ弁アセンブリ６１を介して、アクチュエータ５９をニードル弁体５８に接続することが可能である。特に、アクチュエータ弁アセンブリ６１は第１のピストン１１６と第２のピストン１１８と制御弁体１２０とを含み得る。チェック弁１１９を第１のピストン１１６と第２のピストン１１８との間に配置して、燃料の一方向の流れを制御室１０６から油圧接続部１２３に供給することが可能である。

アクチュエータ５９の伸縮で移動するように第１のピストン１１６を接続し得る。具体的には、戻りバネ１２５を介したアクチュエータ５９の結晶スタックとの機械的係合で第１のピストン１１６を保持し得る。戻りバネ１２５を第１のピストン１１６のフランジ１１６ａとケージ要素１２８との間に配置することが可能である。アクチュエータ５９が通電されて伸長するかまたは電源が絶たれて収縮したときに、第１のピストン１１６は中央ボア１００内で移動して、油圧接続部１２３の容積を減少または増加させることが可能である。望むならば、第１のピストン１１６をアクチュエータ５９に固定して接続し得ることが考えられる。

第２のピストン１１８を第１のピストン１１６からある距離だけ分離することが可能であり、これによって油圧接続部１２３が形成される。第１のピストン１１６が油圧接続部１２３の容積を減少させるように移動されたとき、それに応じて油圧接続部１２３内の燃料の圧力が増加し得る。油圧接続部１２３内の燃料の増加圧力は第２のピストン１１８の端部に対して作用することが可能であり、これにより、第２のピストン１１８が付勢され、制御弁体１２０に対して下方に移動される。第１のピストン１１６が油圧接続部１２３の容積を増加させるように移動されたとき、それに応じて油圧接続部１２３内の燃料の圧力が減少することが可能であり、これによって、制御弁体１２０が第２のピストン１１８をその元の位置に戻すことが許容される。望むならば、第２のピストン１１８が制御弁体１２０に接触し続けるように、戻りバネ（図示せず）が第２のピストン１１８に関連し得ることが考えられる。

制御弁体１２０をシート１２２に接触させかつそこから離れるように移動させて、制御室１０６から選択的に流体を排出することが可能であり、これによって燃料噴射が開始される。制御弁体１２０がシート１２２に係合されるかまたは非噴射位置にある場合、燃料は燃料入口１０２から供給通路１１０を介して分岐通路１２４を介して制御室１０６に流入し得る。加圧燃料が制御室１０６内に蓄積したとき、戻りバネ９０の力と組み合わされた、油圧面１１２に発生された下向きの力は、油圧面１１４の上向きの力を克服することが可能であり、これによって、オリフィス８０が閉じられ、燃料噴射が終了する。制御弁体１２０が、戻りバネ１２７の付勢に抗して移動され、シート１２２から係合解除されて噴射位置にある場合、燃料は制御室１０６から制限オリフィス１２１と中央ボア１００と燃料出口１０４とを介してタンク２８に流れることが可能である。制御室１０６からの燃料がタンク２８に排出されたとき、油圧面１１４の上向きの力は戻りバネ９０の付勢に抗してニードル弁体５８を付勢することが可能であり、これによって、オリフィス８０が開かれ、燃焼室２２内への燃料噴射が開始される。アクチュエータ５９の電源が絶たれた場合、戻りバネ１２７は制御弁体１２０を非噴射位置に戻し得る。

チェック弁１１９は、油圧接続部１２３から漏れた燃料を補給することが可能である。特に、燃料噴射器３２の動作中、第１のピストン１１６と第２のピストン１１８との間の空間内からの燃料が中央ボア１００を介して燃料出口１０４に漏れる場合があり得る。この空間内の燃料量、それに続いて圧力が変動した場合、第１のピストン１１６の運動により、第２のピストン１１８および制御弁体１２０の望ましくない運動が生じる可能性がある。例えば、油圧接続部１２３が、漏れた燃料を有している場合、第１のピストン１１６はさらに移動して、第２のピストン１１８の移動を開始するのに必要な圧力を発生させる必要があり得る。いくつかの状態では、上述の追加の距離により、第２のピストン１１８の移動をほとんど生じさせないかまたはさらにその移動を生じさせなくすることが可能である。チェック弁１１９は、制御室１０６からの燃料を選択的に許容して、油圧接続部１２３から失われた燃料を補給することが可能である。

図３に示したように、チェック弁１１９を第２のピストン１１８の中央ボア１３０内に配置し得る。第２のピストン１１８内の１つ以上の横向き通路１３２は、ケージ要素１２８の１つ以上の横向き通路１３３と協働して、中央ボア１３０を中央ボア１００に、次に制御室１０６に流体連通させることが可能である。チェック弁１１９に作用する油圧接続部１２３内の燃料圧力から生じる力が、チェック弁１１９に作用する中央ボア１３０内の燃料圧力から生じる、重力と組み合わされた力よりも小さく減少したとき、チェック弁１１９をシート１３４から移動させて、燃料が中央ボア１３０から第１のピストン１１６と第２のピストン１１８との間の空間に流入することを許容することが可能である。油圧接続部１２３および中央ボア１３０内の燃料圧力が実質的に等しくなったとき、チェック弁１１９はシート１３４に係合するように戻り得る。

図３にも示したように、チェック弁１１９は強固であり、かつ中央ボア１３の軸方向に沿って移動されて案内されることが可能である。特に、チェック弁１１９は部分球要素１３６とガイド要素１３８とを含み得る。部分球要素１３６は、平坦な上面に切断された球状部を含むことが可能である。部分球要素１３６内に含まれた球状部の量は可変であり、特定用途に依存し得る。しかし、部分球要素１３６を受け入れるのに必要な容積を最小にしつつ、油圧接続部１２３内に発生される高圧に耐えるのに必要な構造を提供するために、ほとんどの状況で利用される球状部は、典型的に、完全な球のほぼ半分であり、半球として認識することが可能である。小さな突出部を部分球要素１３６の平面に配置して、第１のピストン１１６が平面に完全に接触することを防止し、これによって、部分球要素１３６が第１のピストン１１６の端面に付着する可能性を最小にすることが可能である。

ガイド要素１３８は、チェック弁１１９がその運動中に、中央ボア１３０、または第１のピストン１１６と第２のピストン１１８との間の空間内に付着する可能性を最小にし得る。チェック弁１１９が燃料圧力および重力のみによって付勢されることについて説明してきたが、その代わりに、望むならば、戻りバネ（図示せず）を中央ボア１３０または油圧接続部１２３内に配置して、チェック弁１１９を付勢し、これによって、その開放圧力差または閉鎖圧力差に影響を与えてもよいことが考えられる。しかし、戻りバネを使用すると、チェック弁１１９の複雑さと、それに関連するコストとが増加しかつ信頼性が低下する可能性がある。

本開示の燃料噴射器制御システムは、例えばディーゼルエンジンとガソリンエンジンとガス燃料エンジンとを含む種々のエンジンタイプに広く適用される。一貫した予測可能な燃料噴射器の性能が重要である任意のエンジンに、開示される燃料噴射器制御システムを実装し得る。次に、燃料噴射器３２の噴射制御について説明する。

燃料圧力によって発生された力の不均衡により、ニードル弁体５８を移動させることが可能である。例えば、ニードル弁体５８が第１の位置またはオリフィス閉鎖位置にある場合、燃料供給通路１００からの加圧燃料は制御室１０６に流入して、油圧面１１２に作用することが可能である。それと同時に、燃料供給通路１００からの加圧燃料は、噴射前に中央ボア６８と７２に流入し得る。油圧面１１４に発生された力と組み合わされたバネ９０の力は、油圧面１１２に発生された反力よりも大きいことが可能であり、これにより、ニードル弁体５８が第１の位置に留まって、オリフィス８４を介した燃料の流れを抑制する。

オリフィス８４を開いて、加圧燃料を中央ボア７２から燃焼室２２内に噴射するために、第１のピストン１１６を移動させて油圧接続部１２３を加圧する伸長を生じさせるアクチュエータ５９に電流を送ることが可能である。燃料が制御室１０６と油圧面１１２とから排出されるように、油圧接続部１２３の増加圧力が第２のピストン１１８と、係合された制御弁体１２０とを移動させるべく作用することが可能である。油圧面１１２に作用する圧力のこの減少により、油圧面１１４にわたって作用する反力がバネ９０の付勢力を克服することを許容することが可能になり、これによって、ニードル弁体５８がオリフィス開放位置に向かって移動される。

オリフィス８４を閉じて、燃焼室２２内への燃料噴射を終了するために、アクチュエータ５９の電源を絶つことが可能である。特に、アクチュエータ５９内の圧電結晶スタックが収縮したとき、第１のピストン１１６は油圧接続部１２３から収縮することが可能であり、その中の圧力が減少される。この圧力の減少により、バネ１２７が、制御弁体１２０と、係合された第２のピストン１１８とをそれらの流れ遮断位置に戻すことが許容され得る。制御弁体１２０が流れ遮断位置にある場合、制御室１０６からの燃料がタンク２８に排出されることを防止することが可能である。加圧燃料が制限分岐通路１２４を介して制御室１０６に連続的に供給されるので、圧力は、制御室１０６からの排出が防止された場合に前記制御室内で急速に増加し得る。バネ９０の付勢力と組み合わされた制御室１０６内の増加圧力は、ニードル弁体５８を閉鎖位置に向かって付勢するために、油圧面１１４に作用する反力を克服することが可能である。

油圧接続部１２３の圧力が漏れによって減少したとき、チェック弁１１９は油圧接続部１２３に加圧燃料を補給し得る。特に、所定のしきい値を横切る油圧接続部１２３と中央ボア１３０との圧力差に応じて、チェック弁１１９が重力に抗して移動して、燃料が中央ボア１００から横向き通路１３２、１３３と中央ボア１３０とを介して油圧接続部１２３に流入することを許容することが可能である。このようにして、油圧接続部１２３内の非作動容積、したがって圧力を実質的に一定に保持することが可能であり、実質的に一定の予測可能な噴射イベントが生じる。

チェック弁１１９は、高い油圧接続圧力を供給し、高圧に耐える程度に十分に強固であり得る。特に、チェック弁１１９は、中央ボア１３０から油圧接続部１２３内への燃料の一方向の流れのみを許容するので、第１のピストン１１６の下方変位運動中に、油圧接続部１２３からの燃料の漏れを最小にすることが可能である。第１のピストン１１６のこの移動中に漏れを最小にすることによって、油圧接続部１２３内の圧力は、最小の効率損失で、第１のピストン１１６の移動に正比例する割合において、非常に高い値に増加し得る。さらに、チェック弁１１９の部分球の特性の故に、油圧接続部１２３内の最小容積は、チェック弁１１９を受け入れるために必要である。油圧接続部１２３内のこの最小容積により、油圧接続部１２３を所望の圧力に加圧するために第１のピストン１１６が完了しなければならない移動が低減され得る。第１のピストン１１６の必要な移動が低減されることにより、アクチュエータ５９のコストが低減されるか、または油圧接続部１２３内に発生された圧力をさらに高くすることが許容され得る。さらに、チェック弁１１９の部分球の特性の故に、チェック弁１１９は、変形または損傷なしにこれらの高圧に耐える程度に十分に強固であり得る。

本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の制御システムに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、本明細書に開示される制御システムの仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えるべきであり、本開示の真の範囲は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。

Claims (10)

1. 燃料噴射器（３２）用の制御システムであって、
   少なくとも１つのオリフィス（８０）を有するノズル部材（５６）と、
   基端と先端とを有するニードルチェック弁（５８）であって、少なくとも１つのオリフィスを開閉するためにノズル部材内に往復運動するように配置されるニードルチェック弁（５８）と、
   ニードルチェック弁の基端に配置された制御室（１０６）と、
   選択的に制御室から流体を排出しかつ制御室に流体を充填するように可動な制御弁（１２０）と、
   噴射器本体（５２）と、
   噴射器本体内に配置され、かつ制御弁を移動させるために制御弁に動作可能に接続された第１のピストン（１１８）と、
   接続室（１２３）を形成するように第１のピストンからある距離をもって噴射器本体内に配置された第２のピストン（１１６）と、
   接続室に選択的に燃料を補給するために接続室と関連する部分球チェック弁（１１９）と、
   を備える制御システム。
2. 部分球チェック弁が、燃料の一方向の流れのみを許容する請求項１に記載の制御システム。
3. 第２のピストンを移動させるために機械的に接続された圧電装置（５９）をさらに含み、圧電装置の伸長により、第２のピストンが移動して接続室を加圧し、制御室から流体を排出する第１のピストンの移動が生じる請求項１に記載の制御システム。
4. 部分球チェック弁が、第１のピストンの燃料通路（１３０）内に配置されたガイド要素（１３８）を含み、
   燃料通路が制御室と選択的に連通する請求項２に記載の制御システム。
5. 部分球チェック弁が、燃料通路を介した接続室からの燃料の流れを選択的に遮断するように構成される請求項４に記載の制御システム。
6. 部分球チェック弁は、燃料圧力および重力のみによって作動する請求項１に記載の制御システム。
7. エンジン（１０）の燃焼室（２２）内に燃料を噴射する方法であって、
   燃料噴射器の動作中、加圧燃料を燃料噴射器（３２）の先端（６４）に常に導くステップと、
   燃料噴射器の動作中、加圧燃料を燃料噴射器の第１の室（１０６）に常に導くステップと、
   燃料噴射器の第２の室（１２３）の容積を減少させて、第２の室内の燃料を加圧するステップであって、第２の室内の燃料の加圧により、第１の室内の圧力の減少が生じ、それに続いて、燃焼室内へ燃料が噴射されるステップと、
   燃料を第１の室から第２の室に導くステップと、
   燃料が第２の室から第１の室に流れることを防止するステップと、
   を含む方法。
8. 燃料が第２の室から流れることを防止するステップが、部分球チェック弁（１１９）によって第１の室と第２の室との間の通路（１３０）を選択的に遮断するステップを含む請求項７に記載の方法。
9. 通路の軸方向に沿って部分球チェック弁の移動を案内するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 燃焼エンジン（１０）であって、
    少なくとも１つのシリンダ（１６）と、
    燃焼室（２２）を形成するために少なくとも１つのシリンダと関連するピストン（１８）と、
    高圧燃料源（３０）と、
    燃料を燃焼室内に選択的に噴霧するように構成された請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料噴射器制御システムと、
    を備える燃焼エンジン（１０）。

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