JP2018519467A - アダプティブ閉鎖信号を用いるノズルアセンブリ - Google Patents

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Abstract

燃料インジェクター（１０）のノズルアセンブリ（１６）は、その中でニードル部材（８４）が並進移動するよう構成されたノズルボディを備える。ノズルアセンブリはさらに、ニードル部材（８４）と、ノズルボディと、絶縁手段と、接触検出を可能にする電気信号がニードル部材とノズルボディとの間で測定可能であるようにニードルが閉鎖位置にあるときに電気的接触を可能にする導電手段とを含む電気回路を備える。また、ノズルアセンブリはさらに、ニードルの最終閉鎖変位あるいはその初期開放変位の間、電気信号を連続的に変化させるよう構成されたピエゾ抵抗デバイスを備え、信号の変化は圧力差の関数である。

Description

本発明は、正確な噴射状態の特定を可能にする手段によって燃料インジェクターの閉ループ制御を可能にする方法に関する。本発明はさらに、そのような特定を実施するための方法に関する。
燃料インジェクターでは、バルブ部材またはニードルを開放位置と閉鎖位置との間で変位させることにより、インジェクターのノズルボディに設けられた噴霧孔を経由した燃料噴射が可能になるか、あるいは阻止される。ニードルは、制御チャンバー内に突出する頭部から、ノズルボディと一体化された固定着座面と協働する可動着座面を備えた尖端部まで延びる細長いシャフト状部材である。ニードルは、ノズルボディ内に配置された上側ガイドと下側ガイドとの間でスライド可能に案内され、閉鎖位置では、可動着座面は固定着座面に密着して噴霧孔に対する流体連通を遮断し、したがって燃料噴射を阻止し、開放位置では、可動着座面が固定着座面から離れるように持ち上げられ、これによって上記流体連通を開き、噴霧孔を経由した燃料噴射を可能にする。
ニードルは、ニードルに閉鎖力を発生する制御チャンバー内の圧力と、対向する開放力を発生させるニードルの尖端部の圧力との間の燃料圧力差の影響下で移動する。
圧力差は、制御チャンバー内の圧力が、閉鎖力が優勢である第１のレベルまで上昇するか、あるいは開放力が優勢となる第２のレベルまで低下するとき変動する。制御チャンバーには高圧で燃料が供給され、圧力変動は、燃料が制御チャンバーを出て低圧リザーバに向かってリターン回路に戻ることを可能にするスピルオリフィスを開放あるいは閉鎖するための制御バルブに依存する。
燃料噴射装置および噴射事象の制御における大きな改善が、いわゆる閉ループ制御方法によって実現されることが現在知られている。このような方法では、燃料噴射装置の全ての動作、特に燃料インジェクターの制御バルブを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって実行されて、燃料インジェクターは、ニードルが閉鎖位置になるとき、特定の値で電気信号が測定されることを可能とする閉ループ手段を備える。別な開示された実施形態では、信号はまた、ニードルが完全な開放位置にあるときに特定の値をとることもできる。このような閉ループ手段は、典型的には、電気的に導通する可動着座面および固定着座面を除いてノズルボディに対するニードルの電気的絶縁を備え、この結果、ニードルおよびノズルボディは、ニードルが閉鎖位置にあるときに閉じられると共にニードルが衝撃モードまたは全開放位置にあるときに開放される電気回路の電気スイッチ部として協働する。上記代替物において、電気回路は、ニードルが全開放位置に達したときに再び閉じるので、衝撃モードにおいてのみ開く。この結果、燃料噴射装置の制御アルゴリズムのパラメーターにおいて考慮されるフィードバック信号として、０‐１ステップ信号を測定し、燃料噴射装置を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）に入力することができる。
そうした閉ループ手段は、特許文献１〜３において、さまざまな実施形態で開示されている。
今日、需要は絶えず増加しており、より厳格な性能に関する要求および改善された公害対策挙動が求められている。実際、非常に高圧かつ非常に速いニードルの変位の下では、ニードル部材は、ノズルボディ軸線に対してわずかに曲がったり斜めになったりすることがあり、ニードルが閉鎖位置に達すると、二つの着座面間の初期接触が、それらが噴霧孔に向かう流体連通を遮断する密着状態となる前に生じる。この効果の別の理由はまた、上側ガイドと下側ガイドとの間のわずかなミスアライメントであることがあり、当該ミスアライメントは製造公差に関係する。上記初期接触が生じると、電気回路が閉じ、閉信号がＥＣＵに送られるが、実際には、流体連通はまだ完全には密閉されておらず、ニードルはノズルボディの内壁に対する摩擦を伴ってその閉鎖スライド変位を継続する。ニードル閉鎖位置のこの不正確さによって、燃料滴が形成され、それが生じるべきではないときに噴霧孔から排出されることが生じ得る。
同様に、ＥＣＵによって噴射事象が指令されると、ニードル部材は上昇し始めるが、動作の初期段階中、二つの着座面は流体連通が既に開いている間に一時的な部分接触を維持する。
閉鎖モードおよび開放モードの両方においてＥＣＵはニードルの閉鎖位置に対応する誤った信号を受け取るが、一方で、実際には、それはまだ開いているかあるいは既に開いている。
国際公開第２０１５／０７１１３２号パンフレット（ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０７３６６２） 仏国特許発明第３０１３０８０号明細書 仏国特許発明第１４５７０７８号明細書
本発明の目的は、燃料インジェクターのノズルアセンブリを提供することによって上記の問題を解決するか、または少なくとも軽減することであり、ノズルアセンブリは、その中で頭端部から尖端部へと延びるニードル部材がスライド可能に案内されると共に、ニードルの頭部に閉鎖力を発生させる制御チャンバー内の圧力と、上記ニードルに開放力を発生させる尖端部の圧力との間の圧力差の影響下で並進移動するよう構成された内部ボアを画定する周壁を有するノズルボディを備える。
ニードルは、ニードルの尖端部に一体化された可動着座面がノズルボディと一体の固定着座面に対して密着接触し、これによって流体連通を遮断し、ノズルボディの周壁を通って配置された噴霧孔からの燃料噴射を阻止する閉鎖位置と、可動着座面が固定着座面から離れるように持ち上げられ、これによって流体連通を開放し、噴霧孔を介した燃料噴射を可能にする開放位置との間で並進移動する。
ノズルアセンブリはさらに、ニードル部材と、ノズルボディと、ニードルが開放位置と閉鎖位置との間で衝撃モードにあるときニードル部材とノズルボディとの間の電気的接触を防止する絶縁手段と、二つの着座面間の接触検出を可能にする電気信号がニードル部材とノズルボディとの間で測定可能であるようにニードルが閉鎖位置にあるときに可動着座面と固定着座面との間の電気的接触を可能にする導電手段とを含む電気回路を備える。
有利なことには、ノズルアセンブリは、ニードルの最終的な閉鎖変位またはその初期開放変位の間に、上記電気信号を連続的に変化させるよう構成されたピエゾ抵抗デバイスをさらに備え、信号の変化は圧力差の関数である。
また、ピエゾ抵抗デバイスは閉鎖力をノズルボディに伝達するよう構成される。
より詳細には、ピエゾ抵抗デバイスは、可動着座面上に、または固定着座面上に、または両方の面上に設けられたコーティングである。
また、ピエゾ抵抗デバイスは、ニードル部材に組み合わされた独立部材であってもよい。
後者の場合、ニードルは、頭端部を含む主要部分と、ニードルの尖端部を含む尖状部分とを有し、ピエゾ抵抗部材は主要部分と尖状部分との間に挿入される。
好ましくは、ピエゾ抵抗部材はニードルの尖端部に近接しているが、代替的に、ピエゾ抵抗部材はニードルのどこに配置されてもよい。
ピエゾ抵抗デバイスは、ニードルが移動して閉鎖位置に接近するように制御チャンバー内の圧力が上昇して閉鎖力が開放力に対して優勢になるとき、電気信号を連続的に変化させるように構成されており、電気信号は、ニードルとノズルボディとの初期接触が生じるときに測定可能な閉鎖レベルから連続的に変化し、流体連通は、流体連通を密閉するニードルの完全な閉鎖が生じたとき測定可能な第２のレベルまで依然として開放状態である。
また、ピエゾ抵抗デバイスは、閉鎖位置にあるニードルが開放変位を開始するように制御チャンバー内の圧力が低下して開放力が閉鎖力に対して優勢になるとき、電気信号を連続的に変化させるように構成されており、電気信号は、第２のレベルから、流体連通が既に開放状態である、ニードルとノズルボディとの最終接触が生じるときに測定可能な開放レベルまで連続的に変化する。
さらに、ピエゾ抵抗デバイスはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含むことができる。
本発明はさらに、上述のノズルアセンブリと、制御チャンバー内の圧力の変化を可能にするスピルオリフィスを開放あるいは閉鎖するよう構成された制御バルブアセンブリとを備える燃料インジェクターにも及ぶ。
本発明はさらに、上述したように燃料インジェクターに接続されるよう構成された電子制御ユニット（ＥＣＵ）（またはエンジン制御ユニット。だが思い出し得る全ての文献においては常に制御ユニットであった）に及び、ＥＣＵは、ニードル部材とノズルボディとの間で測定された電気信号を受信するよう構成され、かつ、制御バルブに開放あるいは閉鎖指令信号を供給するよう構成され、指令信号は電気信号の関数として計算される。
本発明はさらに、上述したような電子制御ユニットによって制御される燃料噴射装置（ＦＩＥ）にも及ぶ。
本発明はさらに、上述したようなＦＩＥを制御するための方法にも及び、当該方法は、
ＦＩＥのインジェクターのニードルとノズルボディとの間で測定された電気信号の変化の関数として、高圧回路と噴霧孔との間の流体連通の閉鎖を特定するステップと、
ＦＩＥのインジェクターのニードルとノズルボディとの間で測定された電気信号の変化の関数として、高圧回路と噴霧孔との間の流体連通の開放を特定するステップと、
ニードルとノズルボディとの間で測定された電気信号の関数としてスピルオリフィスを開放あるいは閉鎖するために制御バルブに指令を出すステップと
を備える。
以下、本発明について添付図面を参照して実施例として説明する。
電子制御ユニットに接続された燃料インジェクターの側面図である。 図１のインジェクターのノズルアセンブリの拡大断面図であり、ノズルアセンブリは本発明の第１実施形態に従って構成され、初期閉鎖状態にある。 図２と同様の図であり、ノズルアセンブリは最終閉鎖状態にある。 図１のインジェクターのノズルアセンブリの拡大断面図であり、ノズルアセンブリは本発明の第２実施形態に従って構成され、初期閉状態にある。 図１のインジェクターに指令を出す過程で考慮される信号を表す一連の五つのグラフ（Ｇ１〜Ｇ５）である。
図１を参照すると、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４によって制御される燃料噴射装置（ＦＩＥ）２の一部が示されており、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４は、ＦＩＥ２の別なコンポーネントに向けて指令信号Ｓ１０を送信すると共に上記コンポーネントからフィードバック信号Ｒ１０を受け取る。図面には特に、ＥＣＵから指令信号Ｓ１０を受け取り、フィードバック信号Ｒ１０をＥＣＵ４へと送る燃料インジェクター１０が詳細に示されている。
ここで説明するインジェクター１０は、主軸線Ｘ１に沿って延びる細長い形状を有する。図の任意かつ非限定的な向きに従うと、インジェクター１０は、上から下に向かって、アクチュエータアセンブリ１２、制御バルブアセンブリ１４、そしてノズルアセンブリ１６のスタックを備える。
アクチュエータアセンブリ１２は、制御バルブアセンブリ１４のボディ２８の上面２６に対して密着面当接状態となるために、電気コネクター２２が配置された上端部２０から、鏡面仕上げを有する下面２４まで軸線Ｘ１方向に延在する円筒形アクチュエータボディ１８を備える。アクチュエータボディ１８に設けられたボア３０は上記下面２４において開口しており、上記ボア３０は、アクチュエータボディ１８内で、バルブ軸線Ｘ２に沿って、上向き底部３２に向かって上向きに延びている。上記上向き底部３２からは、コネクター２２のターミナルにつながるために電気ケーブルのための管路が上向きに延びている。ボア３０内には電気ソレノイド３４が配置されており、電気ソレノイド３４自体は、その中に第１のスプリング３８が配置される内部ボア３６を有する。
図から分かるように、バルブ軸線Ｘ２は平行であり、主軸線Ｘ１からわずかにオフセットしている。ＥＰ０７４００６８において導入されたこの特性は、インジェクターの内部配置を特に容易にするという複数の利点を提供する。にもかかわらず、本発明を説明するこのインジェクターはそうしたオフセット軸線を備えるが、整列した軸線を有するその他のインジェクターもまた本発明から利益を得ることができる。
また、例えば付加的な充填バルブを備えたその他のインジェクターも本発明から利益を得ることができる。
制御バルブアセンブリ１４のボディ２８は、上記上面２６から、対向する下面４０へと軸線Ｘ１方向に延びており、ボディ２８内には、バルブ軸線Ｘ２に沿って延在すると共に制御バルブのボディの上面２６に設けられた大径リセス４８の底面４６において開口している液圧分配ボア４４内でスライドするように、アーマチュアおよびスプールバルブアセンブリ４２がスライド可能に配置されている。上記アーマチュアおよびスプールバルブアセンブリ４２は、リセス４８内に配置されたディスク状の磁気アーマチャ５０であってソレノイド３４に面する上面５２を有するアーマチャ５０と、リセスの底面４６に面する対向する下面５４と、その中にスプールシャフト５６が挿入され、かしめられる中央貫通孔とを有する。スプールシャフト５６は、その上面５８において、アーマチュアの上面５２と面一になっており、液圧ボア４４内で延びるアーマチュアの下面５４から下方に突出している。インジェクター１０内で適所に配置されたとき、ソレノイド内にある第１のスプリング３８は、ボア３６の底部とスプールシャフト５６の上面５８との間で圧縮され、これによってスプリング３８はアーマチュアおよびスプールバルブアセンブリ４２をソレノイドから離れるように恒常的に押しやる。
さらに、リセスの上記底面４６における液圧孔４４の開口は、アーマチュアおよびスプールアセンブリ４２の液圧孔４４内の位置に応じて開放または閉鎖されるバルブシート６０を画定する。
ここで説明するノズルアセンブリ１６は、下側ノズルボディ６４に結合された上側ガイド部材６２からなる二部分ボディを備える。上側ガイド部材６２の上面６６は、制御バルブアセンブリのボディの下面６２に対して密着面当接状態であり、上記上側ガイド部材６２は、その中心においてタレット６８が下方に突出する下面６６へと下方に延びている。上側ガイド部材６２はまた、上面６６およびタレット６８の底面において開口するボア７０を通る軸線Ｘ１を備える。タレット６８は、下側ノズルボディ６４の周壁７４によって中心に画定される大径ボア７２内に突出する。この周壁７４は、ノズルボディの小径部分７６内へと下方に延びており、大径ボア７２は、周壁７４を貫通して延びる噴霧孔８２が配置される尖端部８０で終端する小径ボア孔７８へと続いている。
本発明はまた、ノズルボディが一体部品で作られているその他のインジェクターにおいても利用することができる。
ノズルアセンブリ１６はさらに、平らな頭端部８６から尖端部８８まで延長されたその細長い形状に関してニードルとも呼ばれるバルブ部材８４を備え、ニードル８４は二部分ボディ内にスライド可能に配置され、頭端部８６は上側ガイド部材内にある貫通ボア７０内で案内され、ニードルの下端部は下側ノズルボディの内側にある小径ボア７８内で案内される。ニードル８４は、ニードルを囲む雄型円錐面であってニードルの尖端部８８に配置された可動着座面９０を一体的に備えており、この可動着座面９０は、周壁７４の内面を取り囲む雌型円錐面である固定着座面９２と協働するようになっており、上記固定着座面９２は、噴霧孔８２の直上の小径ボア７８の尖端部８０の近傍にある。
ニードル８４を取り囲んで配置されかつタレット６８の底面とニードル８４と一体化のショルダー面９６との間で圧縮される第２のスプリング９４は、可動着座面９０が固定着座面９２に当接する閉鎖位置ＣＰＮに向かってニードル８４を常に付勢する。
上側ガイド部材６２において、貫通ボア７０の内部でかつニードルの頭端部８６の上方の容積は制御チャンバー９８を画定し、その役割について、当業者には周知であるが、以下で簡単に説明する。
インジェクター１０には、高圧回路１００とリターン回路１０２とを含む燃料循環手段が設けられている。高圧回路１００は、インジェクターの上側部分に配置されたインレット１０６から、上側ガイド部材の下面６６の開口へと下方に、複数の整列されたセクション内で延びる主管路１０４を備える。高圧回路１００は、続いて、噴霧孔８２に向かって下方に下側ノズルボディ内で画定されたボア７２，７８内で延びる。高圧回路１００はまた、主管路１０４から制御チャンバー９８へと延びる側方ブランチ、すなわち二次管路１０８を備える。
リターン回路１０２は、制御チャンバー９８から液圧分配ボア４４まで延在するスピルオリフィス１１０を備え、そこから、上記リターン回路１０２は、上記液圧ボア内で、大径リセス４８内のバルブシート６０を通り、その後、リターン低圧管路１１２を経てアウトレット１１４まで上方に延びる。
インジェクター１０のさまざまな構成要素は、それを経て下側ノズルボディの小径部分７６が挿入されるキャップナット１１６によって堅固に一つに保持され、キャップナット１１６は、上記下側ノズルボディ６４の外部ショルダー面１１８に当接し、制御バルブアセンブリ１４を取り囲んで上向きに延在する。キャップナット１１６は、アクチュエータボディ１８の外面に設けられた雄ねじに緊密に螺着させられる。
図１に示すように、インジェクター１０によって受信された指令信号Ｓ１０は、ソレノイド３４に給電するか否かを指令するが、これは、給電されたとき、磁気アーマチャ５０をソレノイドに向かって上方に引き付ける磁界Ｍを発生させる。
また、インジェクター１０には、フィードバック信号Ｒ１０がニードルの閉鎖位置ＣＰＮについての、より具体的には固定着座面９２に当接する可動着座面９０についての情報をＥＣＵ４に提供することを可能とする手段が設けられている。実際には、二部分ノズルボディ６２，６４およびニードル部材８４は電気回路Ｃの一部であり、ニードル８４は、導電性のままである二つの着座面９０，９２を除いて、ボディ６２，６４から電気的に絶縁されている。電気的絶縁は、例えば、ニードル８４にあるいはノズルボディの内部に設けられた電気絶縁コーティングによって、あるいは代替的に、適切に配置されたセラミックインサート、またはその他の絶縁手段または絶縁手段の組み合わせによって実現できる。
ニードル８４が閉鎖位置ＣＰＮにあって、着座面９０，９２が互いに接触しているとき、回路Ｃは電気的に閉鎖され、閉鎖位置ＣＰＮを特定する信号Ｒ１０の測定を実施できる。
反対に、移動着座面９０が固定着座面９２から持ち上がり、ニードル８４が開放位置ＯＰＮに向かって移動する衝撃モードにあるとき、ニードル８４はノズルボディから完全に隔離され、ニードル８４とノズルボディとの間の電気抵抗は無限であり、回路Ｃは電気的に開放され、ニードルの衝撃または非閉鎖位置を特定する信号Ｒ１０の別の測定を記録することができる。
例えば、電流が回路Ｃを移動するとき、ニードル８４とノズルボディ６４との間で、ボルトで測定された電位差またはオームで測定された抵抗が得られる。この場合、回路が閉じられるならば電位差がないのでフィードバック信号Ｒ１０はゼロである。反対に、回路Ｃが開いているとき、信号Ｒ１０の値は変化する。
ニードルが閉鎖位置にあるときに同様の電気回路が電気的に閉じられ、そしてまたニードルが全開放位置にあるときニードルが上記二つの末端位置間で衝撃モードにある場合にのみ電気回路が電気的に開放されるインジェクターについて説明した。本発明は、いかなるタイプのインジェクターと共に使用することもできる。
最初に言及した曲げまたはミスアライメントの問題を克服するために、インジェクター１０には、閉鎖位置に近づくニードルの最終的な変位を監視するかあるいは開放位置に向かって上昇するニードルの初期変位を監視することを可能とする電気伝導手段が設けられる。
上記導電手段はピエゾ抵抗デバイス１２０を備えており、ここで、その第１実施形態について、図１、図２および図３を参照して説明する。
ピエゾ抵抗デバイス１２０は、可動着座面９０に、あるいは代替的に固定着座面９２に、あるいは両方の面に設けられたコーティング膜１２２である。ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は、この用途に適したピエゾ抵抗材料である。本出願において、ピエゾ抵抗は、材料に加えられる機械的力の関数として材料がその電気抵抗を変化させると共に力が加えられる限りこの電気抵抗を保持する材料特性として理解されるべきである。この用途の特定の状況において、ピエゾ抵抗デバイス１２０は圧縮力を受けていないときには既知の電気抵抗を有し、それに対して力が加えられたときには力の関数として抵抗が低下する。
図２および図３では、ノズルアセンブリ１６の下側先端領域が拡大されている。図２において、ＥＣＵ４は、制御バルブアセンブリ１４にバルブシート６０を閉じるように指令し、これを行うために、インジェクター１０に送られた信号Ｓ１０はソレノイド３４への給電を妨げ、したがって第１のスプリング３８は、ソレノイド３４から離れるようにアーマチャおよびスプールバルブアセンブリ４２を押しやり、バルブシート６０を閉じる。バルブシート６０が閉鎖されると、制御チャンバー内の燃料圧力が上昇し、ニードルの頭部８６上にノードル８４を下方に付勢する閉鎖力ＦＣを発生させる。ニードル８４が閉鎖位置ＣＰＮに近づくと、可動着座面９０と固定着座面９２との間に第１の接触が生じる。この状態は図２に拡大して示されている。ピエゾ抵抗コーティング１２２はニードルの衝撃移動の間に要求を受けず、この第１の接触が起こるとき、ピエゾ抵抗コーティング１２２は圧縮され始める。ピエゾ抵抗コーティング膜の特性は、それが要求されていないとき、その電気抵抗は非常に高く、ニードル８４が接近し続けるために圧縮が開始されるとコーティングの電気抵抗が減少する、というものである。コーティング膜の電気抵抗は、それが受ける圧縮の関数である。電気回路Ｃが閉じ、フィードバック信号Ｒ１０の第１の測定値Ｒ１０‐Ｃがニードル位置の正確な情報を提供する。この回路Ｃのこの最初の閉鎖が起こると、高圧回路１００と噴霧孔８２との間の流体連通は開いたままであり、燃料噴射は依然として生じる。
ＥＣＵ４がフィードバック信号Ｒ１０‐Ｃのこの第１の測定値を受信すると、ＥＣＵ４は、信号Ｒ１０‐Ｃの値のために、ニードルが完全に閉じていないことを理解し、続いてそれはバルブシート６０の閉鎖を指令し続け、制御チャンバー９８内の圧力は高レベルを維持し続け、ニードル８４は可動着座面９０が固定密着面９２に対して完全な密着当接状態である図３に示す状態に向かって下方に押し続けられ、この接触は噴霧孔８２を完全に一周し、上記流体連通を遮断し、したがって燃料噴射を阻止する。図３に示すこの完全に閉じた状態では、ピエゾ抵抗コーティング１２２は、着座面９０，９２間の閉鎖力ＦＣを完全に伝達するので完全に圧縮される。電気回路Ｃは閉じられ、もしゼロでなければコーティング膜の電気抵抗は最小限に抑えられ、フィードバック信号Ｒ１０‐Ｍの第２の測定値は、燃料噴射が阻止されているニードルの完全閉鎖位置をＥＣＵ４に知らせる。図２および図３に示された上記二つの位置の間で、ニードルは下方にスライドし、摩擦によってピエゾ抵抗コーティングの圧縮が増大する。信号Ｒ１０の大きさはコーティングの圧縮の関数であり、上記信号Ｒ１０は、圧縮が連続的に増大するにつれて連続的に変化する。
図面の参照なしで、ＥＣＵ４がバルブシート６０を開くように制御バルブアセンブリ１６４に指令を出すと、信号Ｓ１０が送られ、ソレノイド３４への給電が可能となる。給電されたとき、発生させられた磁場Ｍはアーマチュア５０を引き付けるが、これによってスプールシャフト５６が引き上げられ、バルブシート６０が開放される。制御チャンバー９８内の圧力下で捕捉された燃料は、開放されたスピルオリフィス１１０を通って流出し、アウトレット１１４に向かってリターン回路１０２内を流れることができる。制御チャンバー９８内の圧力は、閉鎖力ＦＣが減少しかつニードルの先端部８８において加圧された燃料によって生じる開放力ＦＯが優勢になり、ニードル８４を開放に向かって付勢する点まで低下する。図３に示す閉鎖位置にあるニードル８４は上方への変位を開始するが、その間、ニードルはノズルボディに対して摩擦を伴ってスライドする。二つの着座面９０，９２間の接触圧力および面積が減少し、ピエゾ抵抗コーティングが求められなくなり、その電気抵抗が増大し、上記第２の測定値から上記二つの着座面９０，９２間の最終的な接触が生じるときに測定される第３のレベルＲ１０‐Ｏまでフィードバック信号Ｒ１０が変化する。
これらの最終閉鎖変位および初期開放変位の間、ピエゾ抵抗膜の電気抵抗は連続的に変化し、信号Ｒ１０はそれに応じて連続的に変化すると共に、ニードル８４の正確な状態について、したがって噴霧孔８２への流体連通についてＥＣＵ４に連続的に通知する。
良好な試験結果が、０.５μｍから２μｍの厚みを有するピエゾ抵抗コーティング膜で得られた。コーティング膜の正確な厚みは、意図された用途にも依存する。例えば、制御チャンバー内の最大圧力がより高い場合、ピエゾ抵抗膜はより大きな厚みを有するべきである。
また、ＤＬＣは大きな材料族であり、族の全ての要素は同じピエゾ抵抗特性を持たない。チタン、クロムまたはシリコン添加物を含むＤＬＣがより良好に機能するようである。
図４に示されかつ類似の原理に従って動作する本発明の第２実施形態をここで説明する。この第２実施形態では、ニードル部材８４は、頭部側の主要部分１２４と、可動着座面９０が配置される別個の小さな尖状部分１２６とを備える。ニードルの上記二つの部分の間には、ピエゾ抵抗デバイス１２０が挿入され、すなわち、第２実施形態では、ピエゾ抵抗デバイス１２８は二つのニードル部分１２４，１２６に固定的に組み合わされている。図に示すように、主要部分１２４は、尖状部分１２６よりもはるかに長く、ピエゾ抵抗部材１２８はニードルの尖端部８８の近傍に配置される。
この第２実施形態の動作は、第１実施形態について上述した説明と同様であり、ピエゾ抵抗部材１２８は、それが受ける圧縮力の強さの関数として、その電気抵抗を連続的に変化させる。直接的な結果として、フィードバック信号Ｒ１０は、二つの着座面９０，９２間の接触状態の関数として、そして特に、フィードバック信号Ｒ１０の測定値の第１のＲ１０‐Ｃ、第２のＲ１０‐Ｍおよび第３のレベルＲ１０‐Ｏを示差的に測定するために変化する。
図示されていない代替実施形態では、ピエゾ抵抗部材１２８は、よりニードル８４の中央に向けて、あるいはよりニードル８４の頭部に向けてさえ配置することができる。さらに別の代替例では、ピエゾ抵抗部材１２８は尖端部自体を構成することができる。
図５に従って、ＦＩＥ２、特にインジェクター１０の動作を制御するためにＥＣＵ４によって実行される方法２００を示す五つのグラフＧ１〜Ｇ５についてここで説明する。
全てのグラフＧ１〜Ｇ５は、各グラフを他のグラフと関連付けることを可能としかつ全てのパラメーターの変化を記述する同じ平行な時間軸線を共有する。以下の説明は、グラフ間の上記関係を説明する時間ベースである。
最初に時刻ｔ０において、（全てのグラフＧ１〜Ｇ５）ＥＣＵはソレノイドに給電しないように指令し（２１４）（Ｇ１）、アーマチュアおよびシャフトアセンブリは、バルブシート６０を閉鎖するように第１のスプリングによって付勢されて、制御チャンバー内の圧力を高いレベルで維持し、これによってニードルが閉鎖位置ＣＰＮにある状態を維持する優勢な閉鎖力ＦＣを生成する（Ｇ２）。電気回路Ｃは電気的に閉じられ、この例（Ｇ３）では電流が回路Ｃに送られ、測定されたフィードバック信号Ｒ１０は、ニードルとノズルボディとの間のボルトで測定された電位差であり、この値はこの場合にはゼロである。フィードバック信号Ｒ１０はＥＣＵに送られる。
時刻ｔ１（Ｇ１）において第１の事象が発生し、ＥＣＵ４はソレノイドに給電するように指令を出し（２１４）、駆動電流が上昇し始める。
時刻ｔ２において、駆動電流が第１の中間値Ａ１に達し（Ｇ１）、バルブシート６０が開き、その中の燃料がリターン回路を出るにつれて制御チャンバー内の圧力が低下する。ニードルは依然として閉鎖位置ＣＰＮにあるが（Ｇ２）、開放力ＦＯおよび閉鎖力ＦＣは今やバランスされている（Ｇ４）。二つの着座面は依然として接触しており、電気回路Ｃはまだ閉じられている（Ｇ３）。ＥＣＵに送られたフィードバック信号Ｒ１０はゼロのままである。
時刻ｔ２から次の時刻ｔ３の間、駆動電流は第２の中間レベルＡ２に向かって上昇し続け（Ｇ１）、ニードルは閉鎖位置ＣＰＮに留まり（Ｇ２）、電気回路Ｃは閉じたままであり（Ｇ３）、制御装置内の圧力チャンバーは低下し続け、閉鎖力ＦＣが減少し、これによってピエゾ抵抗デバイス上の圧力が減少し、ＥＣＵに送られるフィードバック信号Ｒ１０は時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で連続的に変化する（Ｇ４）。
時刻ｔ３において、駆動電流は、第２の中間レベルＡ２に到達し（Ｇ１）、開放力ＦＯは閉鎖力ＦＣに対して優勢となり、ニードルは開口リフトオフを開始し（Ｇ２）、電気回路Ｃはまだ閉じているが（Ｇ３）、二つの着座面間の電気的接触は変化させられ、ＥＣＵに送られたフィードバック信号Ｒ１０は、今や、変化して、ゼロから、第３のレベルとして以前に名付けた開放レベルＲ１０‐Ｏである（Ｇ４）。その制御方法（２００）において、ＥＣＵは、それが流体連通の初期開放時点であると計算されるので、この瞬間ｔ３が噴射の開始点（Ｇ５）であると特定する（２１２）。
時刻ｔ３と時刻ｔ４との間では、駆動電流は最大値Ａ３に向かって連続的に上昇し（Ｇ１）、ニードルは上昇を継続し（Ｇ２）、時刻ｔ３およびｔ４間のこの段階の間、二つの着座面間の接触圧力はｔ３での最大値からｔ４でのゼロになる。グラフＧ３では、ニードルの初期リフト段階変位を制限する二つの平行な境界線を表すように選択されている。完全に真っ直ぐなニードルの場合、時刻ｔ３およびｔ４は組み合わされて同時であり、ひどく曲がったニードルの場合、時刻ｔ３およびｔ４は互いにかなり離れている。この時刻段階ｔ３，ｔ４の間、二つの着座面間の面積および接触圧力は、最終的な接触に向かって減少する。ピエゾ抵抗デバイスの電気抵抗は増大し、ＥＣＵに送られるフィードバック信号Ｒ１０は連続的に変化し続ける。
時刻ｔ４において、駆動電流はその最大値Ａ３にあり（Ｇ１）、ニードルは引き続き上昇し（Ｇ２）、衝撃モードに入り、二つの着座面間の最終接触に到達したとき電気回路Ｃは開き（Ｇ３）、ＥＣＵに送られるフィードバック信号は、今、最大値Ｒ１０‐Ｍにある（Ｇ４）。
時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に、ＥＣＵは、駆動電流を定常レベルＡ４に低下させるように指令し（２１４）（Ｇ１）、ニードルは開放位置に向かって移動し続け（Ｇ２）、電気回路Ｃは今開いており（Ｇ３）、フィードバック信号は最大値Ｒ１０‐Ｍのままであり（Ｇ４）、ＥＣＵは噴射事象を記録する（Ｇ５）。
時刻ｔ５と時刻ｔ６との間に、ＥＣＵは、定常レベルＡ４に留まるよう駆動電流に指令し（２１４）（Ｇ１）、選択された例ではニードルは開放位置ＯＰＮ（Ｇ２）に達し、電気回路Ｃは詳しく述べられていない別の特徴として再び閉じ（Ｇ３）、ニードルとノズルボディとの間に別な電気的接触を確立する。このような接触は、例えば、ニードルの頭部面と制御チャンバーの天井面との間で閉じることができ、ニードルが全開放位置にあるときに両面が接触する。開放力ＦＯは優勢なままであり、フィードバック信号は、第２のレベルとして以前に特定されたその最大レベルＲ１０‐Ｍに留まる。
時刻ｔ６と時刻ｔ７の間（Ｇ１）、ニードルは開放位置のままである。
時刻ｔ７において、ＥＣＵはソレノイドへの給電を停止する閉鎖指令（２１４）を送信する（Ｇ１）。
時刻ｔ７と時刻ｔ８との間に、駆動電流は定常レベルＡ４からゼロに降下する（Ｇ１）。アーマチュアはもはやソレノイドの方に引き寄せられず、第１のスプリングはスプールシャフトを押し戻してバルブシートを閉鎖し、これによって燃料がスピルオリフィスを通って流出するのを防止すると共に圧力を制御チャンバーで再び上昇させ、閉鎖力ＦＣを増大させる。
時刻ｔ８において、駆動電流はゼロである（Ｇ１）。
時刻ｔ８と時刻ｔ９との間に、制御チャンバー内の圧力が上昇する。
時刻ｔ９において、閉鎖力ＦＣが開放力ＦＯに対して優勢になり、ニードルは閉鎖変位を開始する（Ｇ２）。電気回路Ｃが再び開く（Ｇ３）。その他のパラメーターは変更されない。
時刻ｔ９と時刻ｔ１０との間で、ニードルは閉鎖位置ＣＰＮに向かって移動する（Ｇ２）。その他のパラメーターは変更されない。
時刻ｔ１０において、二つの着座面間の初期接触が生じ、電気回路Ｃを閉じるように回路Ｃが閉じ始める（Ｇ３）。ＥＣＵに送られるフィードバック信号Ｒ１０は変化し始める。
時刻ｔ１０と時刻ｔ１１との間にニードルは最終閉鎖変位（Ｇ２）にあり、電気回路Ｃが閉じ（Ｇ３）、二つの着座面間の接触面積および圧力が変化し、これによってＥＣＵに送られるフィードバック信号は、最大レベルＲ１０‐Ｍから、第１のレベルとして予め特定された閉鎖レベルＲ１０‐Ｃまで変化する（Ｇ４）。時刻ｔ３とｔ４との間のこの時刻段階の間、二つの着座面間の接触圧力は、時刻ｔ１０でのゼロから時刻ｔ１１での最大値まで増大する。リフトオフ段階と同様に、グラフＧ３においては、ニードルの最終閉鎖段階変位を制限する二つの平行な境界線を表すことが選択されている。完全に真っ直ぐなニードルの場合、時刻ｔ１０およびｔ１１は組み合わされかつ同時であり、ひどく曲がったニードルの場合、時刻ｔ１０およびｔ１１は互いにかなり離れている。
時刻ｔ１１において、ニードルが閉鎖位置（Ｇ２）に達し、電気回路が閉じられ（Ｇ３）、フィードバック信号は、流体連通が遮断されると共に噴射が終了した瞬間のように（Ｇ５）、ＥＣＵによって特定（２１０）された閉鎖レベルＲ１０‐Ｃにある（Ｇ４）。
時刻ｔ１１の後、フィードバック信号Ｒ１０は、他のパラメーターがそのままであるので、ゼロまで低下し続ける。
２ 燃料噴射装置（ＦＩＥ）
４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０ 燃料インジェクター
１２ アクチュエータアセンブリ
１４ コントロールバルブアセンブリ
１６ ノズルアセンブリ
１８ アクチュエータボディ
２０ アクチュエータボディの上端部
２２ 電気コネクター
２４ アクチュエータボディの下面
２６ 制御バルブアセンブリのボディの上面
２８ 制御バルブアセンブリのボディ
３０ アクチュエータボディ内で延びるボア
３２ ボアの上向き底部
３４ ソレノイド
３６ ソレノイド内で延びるボア
３８ 第１のスプリング
４０ 制御バルブアセンブリのボディの下面
４２ アーマチュアおよびスプールバルブアセンブリ
４４ 液圧分配ボア
４６ 大径リセスの底面
４８ 大径リセス
５０ 磁気アーマチュア
５２ アーマチュアの上面
５４ アーマチュアの下面
５６ スプールシャフト
５８ スプールシャフトの上面
６０ バルブシート
６２ 上側ガイド部材
６４ 下側ノズルボディ
６６ 上側ガイド部材の下面
６８ タレット
７０ 上側ガイド部材における貫通ボア
７２ 下側ノズルボディ内の大径ボア
７４ 下側ノズルボディの周壁
７６ 下側ノズルボディの小径部分
７８ 下側ノズルボディ内の小径ボア
８０ 尖端ノズルボディ
８２ 噴霧孔
８４ バルブ部材、ニードル
８６ ニードルの頭端部
８８ ニードルの尖端部
９０ 可動着座面
９２ 固定着座面
９４ 第２のスプリング
９６ ニードルのショルダー面
９８ 制御チャンバー
１００ 高圧回路
１０２ リターン回路
１０４ 高圧回路の主管路
１０６ インレット
１０８ 高圧回路の二次管路
１１０ スピルオリフィス
１１２ 低圧管路
１１４ アウトレット
１１６ キャップナット
１１８ ノズルボディの外側ショルダー面
１２０ 圧電デバイス
１２２ 圧電コーティング‐第１実施形態
１２４ ニードルの主要部‐第２実施形態
１２６ 尖端部分‐第２実施形態
１２８ 圧電部材‐第２実施形態
２００ 方法
２１０ 閉鎖を特定するステップ
２１２ 開放を特定するステップ
２１４ 制御バルブに指令を出すステップ
Ｘ１ 主軸線
Ｘ２ バルブ軸線
Ｓ１０ インジェクターに送られた指令信号
Ｍ 磁場
ＣＰＮ ニードルの閉鎖位置
ＯＰＮ ニードルの開放位置
Ｃ 電気回路
ＦＣ 閉鎖力
ＦＯ 開放力
Ｒ１０ インジェクターから受け取ったフィードバック信号
Ｒ１０‐Ｏ フィードバック信号の開放レベル
Ｒ１０‐Ｍ フィードバック信号の最大レベル
Ｒ１０‐Ｃ フィードバック信号の閉鎖レベル

Claims (15)

  1. 燃料インジェクター（１０）のノズルアセンブリ（１６）であって、前記ノズルアセンブリ（１６）は、その中で頭端部（８６）から尖端部（８８）へと延びるニードル部材（８４）がスライド可能に案内されると共に、前記ニードルの前記頭部（８６）に閉鎖力（ＦＣ）を発生させる制御チャンバー（９８）内の圧力と、前記ニードルに開放力（ＦＯ）を発生させる前記尖端部（８８）の圧力との間の圧力差の影響下で並進移動するよう構成された内部ボア（７２，７８）を画定する周壁（７４）を有するノズルボディ（６２，６４）を備え、
    前記ニードル（８４）は、前記ニードルの前記尖端部（８８）に一体化された可動着座面（９０）が、前記ノズルボディ（７８）と一体の固定着座面（９２）に対して密着接触し、これによって流体連通を遮断し、前記ノズルボディの前記周壁（７４）を通って配置された噴霧孔（８２）からの燃料噴射を阻止する閉鎖位置（ＣＰＮ）と、前記可動着座面（９０）が前記固定着座面（９２）から離れるように持ち上げられ、これによって前記流体連通を開放しかつ前記噴霧孔（８２）を介した燃料噴射を可能にする開放位置（ＯＰＮ）との間で並進移動し、
    前記ノズルアセンブリ（１６）はさらに、前記ニードル部材（８４）と、前記ノズルボディ（６４）と、前記ニードル（８４）が前記開放位置（ＯＰＮ）と前記閉鎖位置（ＣＰＮ）との間で衝撃モードにあるとき前記ニードル部材（８４）と前記ノズルボディ（６２，６４）との間の電気的接触を防止する絶縁手段と、二つの前記着座面（９０，９２）間の接触検出を可能にする電気信号（Ｒ１０）が前記ニードル部材（８４）と前記ノズルボディ（６２，６４）との間で測定可能であるように前記ニードル（８４）が閉鎖位置（ＣＰＮ）にあるときに前記可動着座面（９０）と前記固定着座面（９２）との間の電気的接触を可能にする導電手段と、を含む電気回路（Ｃ）を備え、
    前記ノズルアセンブリ（１６）はさらに、前記ニードル（８４）の最終閉鎖変位あるいはその初期開放変位の間、前記電気信号（Ｒ１０）を連続的に変化させるよう構成されたピエゾ抵抗デバイス（１２０）を備え、前記信号（Ｒ１０）の変化は前記圧力差の関数である、ノズルアセンブリ（１６）。
  2. 前記ピエゾ抵抗デバイス（１２０）は、前記閉鎖力（ＦＣ）を前記ノズルボディ（６４）に伝達するよう構成される、請求項１に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  3. 前記ピエゾ抵抗デバイス（１２０）は、前記可動着座面（９０）または前記固定着座面（９２）の上に設けられたコーティング（１２２）である、請求項１または請求項２に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  4. 前記ピエゾ抵抗デバイス（１２０）は、前記ニードル部材（８４）に組み合わされた独立部材（１２８）である、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  5. 前記ニードル（８４）は、前記頭端部（８６）を含む主要部分（１２４）と、前記ニードルの前記尖端部（８８）を含む尖状部分（１２６）と、を有し、ピエゾ抵抗部材（１２８）が前記主要部分（１２４）と前記尖状部分（１２６）との間に挿入される、請求項４に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  6. 前記ピエゾ抵抗部材（１２８）は前記ニードルの前記尖端部（８８）に近接している、請求項５に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  7. 前記ピエゾ抵抗デバイス（１２０）は、前記ニードルが移動して前記閉鎖位置（ＣＰＮ）に接近するように前記制御チャンバー内の圧力が上昇して前記閉鎖力（ＦＣ）が前記開放力（ＦＯ）に対して優勢になるとき、前記電気信号（Ｒ１０）を連続的に変化させるように構成されており、前記電気信号（１０）は、前記ニードル（８４）と前記ノズルボディ（６４）との初期接触が生じるときに測定可能な閉鎖レベル（Ｒ１０‐Ｃ）から連続的に変化し、前記流体連通は、前記流体連通を密閉する前記ニードル（８４）の完全な閉鎖が生じたときに測定可能な第２のレベル（Ｒ１０‐Ｍ）まで依然として開放状態である、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  8. 前記ピエゾ抵抗デバイス（１２０）は、閉鎖位置（ＣＰＮ）にある前記ニードル（８４）が開放変位を開始するように前記制御チャンバー内の圧力が低下して前記開放力（ＦＯ）が前記閉鎖力（ＦＣ）に対して優勢になるとき、前記電気信号（Ｒ１０）を連続的に変化させるように構成されており、前記電気信号（Ｒ１０）は、前記第２のレベル（Ｒ１０‐Ｍ）から、前記流体連通が既に開放状態である、前記ニードル（８４）と前記ノズルボディ（６４）との最終接触が生じるときに測定可能な開放レベル（Ｒ１０‐Ｏ）まで連続的に変化する、請求項７に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  9. 前記圧電デバイス（１２０）はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含む、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のノズルアセンブリ（１６）。
  10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載されたノズルアセンブリ（１６）と、前記制御チャンバー（９８）内の圧力の変化を可能にするスピルオリフィス（１１０）を開放あるいは閉鎖するよう構成された制御バルブアセンブリ（１４）と、を具備する燃料インジェクター（１０）。
  11. 請求項１０に記載された燃料インジェクター（１０）に接続されるよう構成された電子指令ユニット（ＥＣＵ，４）であって、前記ＥＣＵ（４）は、前記ニードル部材（８４）と前記ノズルボディ（６４）との間で測定された前記電気信号（Ｒ１０）を受信するよう構成され、かつ、前記制御バルブ（１４）に開放あるいは閉鎖指令信号（Ｓ１０）を供給するよう構成され、前記指令信号（Ｓ１０）は、前記電気信号（Ｒ１０）の関数として計算される、電子指令ユニット（ＥＣＵ，４）。
  12. 請求項１１に記載された電気制御ユニット（４）によって制御される燃料噴射装置（ＦＩＥ，２）。
  13. 請求項１２に記載されたＦＩＥ（２）を制御するための方法（２００）であって、前記方法（２００）は、
    前記ＦＩＥ（２）のインジェクター（１０）の前記ニードル（８４）と前記ノズルボディ（６２，６４）との間で測定された前記電気信号（Ｒ１０）の変化の関数として、高圧回路（１００）と前記噴霧孔（８２）との間の流体連通の閉鎖を特定するステップ（２１０）を備える方法（２００）。
  14. 前記ＦＩＥ（２）のインジェクター（１０）の前記ニードル（８４）と前記ノズルボディ（６４）との間で測定された前記電気信号（Ｒ１０）の変化の関数として、前記高圧回路（１００）と前記噴霧孔（８２）との間の前記流体連通の開放を特定するステップ（２１２）をさらに備える、請求項１３に記載の方法（２００）。
  15. 前記ニードル（８４）と前記ノズルボディ（６４）との間で測定された前記電気信号（Ｒ１０）の関数として、前記スピルオリフィス（１１０）を開放あるいは閉鎖するために前記制御バルブ（１４）に指令を出すステップ（２１４）をさらに備える、請求項１３または請求項１４に記載の方法（２００）。
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