JP2790619B2 - 閉止ノズル燃料噴射装置 - Google Patents

閉止ノズル燃料噴射装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機関の燃焼室に噴
射される燃料の流速（流れ速度）を有効に制御する燃料
噴射装置のための改良ノズルアセンブリに関する。
【０００２】
【従来技術】内燃機関に適用可能な大半の燃料供給シス
テムでは、燃料噴射装置を使用して、燃料パルスを機関
燃焼室に送る。内燃機関のシリンダへの燃料噴射は、最
も一般的にはユニット式噴射装置システム又は燃料分配
式システムのいずれかを用いて得られる。ユニット式噴
射システムでは、燃料は、低圧回転ポンプ又はギヤポン
プによるソースから、ユニット式噴射装置として公知で
あり対応する機関シリンダと関係付けられ、燃焼室に微
細に噴霧される燃料霧を提供しながら燃料圧を上昇する
高圧ポンプへ、送り込まれる。このようなユニット式噴
射装置は、一般的にカムにより駆動され機関駆動カムシ
ャフトに取り付けられる容量（容積）形ポンプ(positiv
e displacement pump)を含む。一方、燃料分配式システ
ムは、高圧燃料を噴射装置に供給するが、燃料をポンプ
で送らずに単に燃料霧を燃焼室へ向けて噴霧する。
【０００３】ユニット式及び燃料分配式の両システムに
おいて、閉止ノズル噴射装置(closed-nozzle injector
s) が一般的に使用される噴射装置である。閉止ノズル
噴射装置はノズルアセンブリを含み、これはノズルオリ
フィスに隣接して位置されるスプリングバイアス（付
勢）されたノズルバルブ（弁）要素を有し、燃料をシリ
ンダ中へ噴射しながら排気ガスを噴射装置のポンプ室又
は計量室へ吹き戻すことを阻止する。ノズルバルブ要素
はまたよく考慮された急な端部を燃料噴射に提供するこ
とにより、排気物中の不燃焼炭化水素の原因となる二次
的な噴射を阻止する機能も果たす。ノズルバルブはノズ
ルキャビティ（空所）中に位置され、ノズルスプリング
によりバイアスされノズルオリフィスをブロック（阻
止）する。ノズルキャビティ内の燃料圧がノズルスプリ
ングのバイアス力を越えると、ノズルバルブ要素は外側
に移動し、燃料がノズルオリフィスを通過することが可
能になる。
【０００４】内燃機関の設計者は、実質的に改良される
燃料供給システムがエミッション（有害物質）軽減及び
増大した燃料経済の常に増大する行政上及び規制上の要
求に合うように、要求されることを徐々に実現してき
た。ディーゼル燃料燃焼方法により生成されるエミッシ
ョンのレベルは、後続の制限されない噴射流速を可能に
しながら噴射事象の初期ステージ中に噴射される燃料の
容量を減少することにより、減少され得る。その結果と
して、噴射速度制御装置(injection rate control devi
ce) 又はその変更物を燃料噴射装置のノズルアセンブリ
中か又はノズルアセンブリに隣接して提供するための多
くの提案がなされてきた。燃料噴射の初期速度を制御す
る一つの方法は、噴射事象中に噴射される燃料の一部分
をスピルする（こぼす、逃がす）ことである。例えば、
米国特許第４，８１１，７１５号（Djordjevic他) 、及
び第３，７４７，８５７号(Fenne) の各々は、閉止ノズ
ル噴射装置に燃料を供給する燃料送出システムを開示
し、該閉止ノズル噴射装置は噴射される高圧燃料の一部
分を受け取るための拡張可能なチャンバを含む。噴射事
象の初期部分中に噴射燃料をわきにそらすか又はスピル
することにより、この初期期間中に噴射される燃料の量
を減少することができるので、燃料噴射速度を制御す
る。後続の制限されない噴射流速は、拡張可能チャンバ
が充填されてくると得られて、ノズルキャビティ中の燃
料圧をめざましく上昇する。従って、これらの装置は拡
張可能チャンバの容積に依存し、制限されない流速の始
まりを決定する。更に、噴射装置にか又はそのそばに取
り付けられる別個の拡張可能チャンバ装置を利用するこ
とにより、噴射装置のコスト、大きさ、及び複雑さが増
大される。米国特許５，０２９，５６８号(Perr)は、オ
ープンノズル噴射装置用の同様の噴射速度制御装置を開
示する。
【０００５】米国特許第４，８０４，１４３号（Thoma
s) 及び２，９５９，３６０号(Nichols) は、他の燃料
噴射装置ノズルアセンブリを開示し、これらはノズルア
センブリ中に通路を組み込み燃料をノズルアセンブリか
らそらす。米国特許第４，８０４，１４３号で開示され
た噴射ノズルユニットは、噴射装置中にノズルバルブ要
素に隣接して形成される制限通路を含み、燃料をノズル
キャビティから燃料出口回路へ送る。一方、制限通路を
用いてノズルユニットを通る燃料流れを維持して冷却を
行う。米国特許第４，８０４，１４３号は、噴射速度を
制御することの好ましさについて論じたり提案する。更
に、制限通路は、そのシート（着座）位置から移動する
とノズルバルブ要素により閉止され、噴射中にそらされ
る流れを阻止する。米国特許第２，９５９，３６０号で
開示された燃料噴射装置はノズルバルブ要素を含み、こ
れはその中に形成される軸方向通路を有し、ノズルキャ
ビティから、ノズルバルブ要素中に形成された拡張可能
チャンバに燃料をそらす。プランジャはチャンバ中に配
置され、ノズルバルブ要素に対してシート（着座）力を
発生する燃料圧を生成する異なる表面を形成し、バルブ
要素の迅速な着座を援助する。第２，９５９，３６０号
の文献は、噴射速度を制御することの好ましさを提案し
ない。
【０００６】米国特許第４，９９３，９２６号(Cavanag
h)は中に形成される通路を有するピストンを含み、チャ
ンバを環状溝と接続して噴射事象の初期部分中に燃料を
スピルする燃料ポンプ装置を開示する。ピストンは、初
期噴射ステージ後に燃料のスピルをブロック（阻止）す
るランドを含み、燃料全体が機関シリンダ中へ噴射され
ることを可能にする。一方、この装置は噴射装置の上流
に位置されるピストンポンプに組み込まれる。
【０００７】各噴射事象中に噴射される燃料の初期容量
を減少する別の方法は、噴射の初期ステージ中にノズル
キャビティに送出される燃料の圧力を減少することがで
きる。例えば、米国特許第５，０２０，５００号(Kell
y) は、ノズルバルブ要素とノズルキャビティの内側面
との間に形成される通路を含みノズルキャビティへの燃
料流れを制限するか又は絞り、速度整形能力(rate shap
ing capability) を提供する閉止ノズル噴射装置を開示
する。米国特許第４，２５８，８８３号(Hoffman他)
は、ノズルバルブ要素と別個の制御供給バルブとの間に
形成される絞り通路を含み、ノズルキャビティへの燃料
流れを制限するのことによりキャビティの圧力上昇及び
噴射装置オリフィスを通る噴射燃料流速を制限する同様
の燃料噴射ノズルを開示する。一方、これらの第５，０
２０，５００号及び第４，２５８，８８３号の両特許で
開示された装置は、非常に厳密な製造許容差を要求す
る。この非常に厳密な製造許容差は、有効な予想可能な
速度整形を得るのに必要な高精度な寸法を有する絞り通
路を作成するために注意深く制御されなければならな
い。結果として、非常に厳密な製造許容差を保持するこ
とに関係付けられる多大な困難のために、これらの装置
の製造コストは大いに増加する。更に、この許容差問題
は、技術的及び経済的に実施しにくい実質的に同様の特
性を有する燃料噴射装置をもたらす。
【０００８】米国特許第３，６６９，３６０号(Knigh
t)、第３，７４７，８５７号(Fenne)及び第３，８１
７，４５６号(Schlappkohl他) は全て、高圧燃料を噴射
装置のノズルキャビティへ送る高圧送出通路と、送出通
路中に位置され噴射の初期の低速を生成する絞りオリフ
ィスと、を含む閉止ノズル噴射装置アセンブリを開示す
る。更に、米国特許第３，６６９，３６０号及び第３，
８１７，４５６号で開示された装置は、ノズルバルブ要
素と動作的に連結されるバルブ手段を含み、これは、ノ
ズルバルブ要素がそのシートから予め決められた距離移
動すると、実質的に制限されない燃料の流れをノズルキ
ャビティに提供する。
【０００９】米国特許第３，７１８，２８３号(Fenne)
及び第４，８８９，２８８号(Gaskell) は、他の形態の
速度整形装置(rate shaping device) を含む燃料噴射ノ
ズルアセンブリを開示する。例えば、第３，７１８，２
８３号の特許は、多数プランジャ及び多数スプリング構
成を用いて、２ステージの速度整形噴射を生成する。第
４，８８９，２８８号の文献は、ダンピング流体で充填
されノズルバルブ要素の動きを制限するダンピングチャ
ンバを使用する。
【００１０】上記論じたシステムは噴射の異なるステー
ジを生成するが、更なる改良が望ましい。上記論じた文
献で、燃料噴射速度を制御することにより有効にエミッ
ション（有害物質）を制御しながら単純でコストの有効
な速度整形装置を組み込む燃料噴射装置を開示するもの
はない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術の欠点を克服し、また機関の燃焼室に噴射
される燃料の流速を有効に制御して機関のエミッション
を最小化する改良ノズルアセンブリを燃料噴射装置に提
供することである。
【００１２】本発明の別の目的は、燃料噴射の速度を整
形でき、また単純で安価に製造できるノズルアセンブリ
を提供することである。
【００１３】本発明の更に別の目的は、噴射の事象の初
期部分中に燃料噴射速度を有効に減速し、次に噴射速度
を増加して高い噴射圧を迅速に得る速度整形ノズルアセ
ンブリを噴射装置に提供することである。
【００１４】本発明の更なる目的は、速度整形アセンブ
リをポンプ・ライン・ノズル燃料システム(pump-line-n
ozzle fuel system)で使用される噴射装置に提供して、
各シリンダー位置における噴射速度を有効に制御するこ
とである。
【００１５】本発明の更なる目的は、噴射事象の終わり
にノズルバルブ要素を迅速に閉止することを可能にして
事象の終わりに送出される低圧燃料の量を減少すること
によりより急な噴射終了を提供する速度整形ノズルアセ
ンブリを噴射装置に提供することである。
【００１６】本発明の更に別の目的は、ノズルバルブ要
素が噴射事象同士の間で閉止されると燃料流れが阻止さ
れる、スピル（逃がし、こぼし）回路を含む速度整形ノ
ズルアセンブリを噴射装置に提供することである。
【００１７】本発明の更に別の目的は、高い噴射圧及び
短い噴射時間を維持しながらノズルバルブ要素の開口を
遅らせるコンパクトな閉止ノズルアセンブリを噴射装置
に提供することである。
【００１８】本発明の更なる目的は、スピル燃料の流れ
を効果的に制御することができるスピル回路及びスピル
バルブ（逃がし弁）を含む速度整形ノズルアセンブリを
噴射装置に提供することである。
【００１９】本発明の別の目的は、スピル回路中にガス
又は空気の泡、即ち気泡を蓄積することを阻止しながら
燃料噴射速度を有効に制御するスピル回路を有する速度
整形アセンブリを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】これらの及び他の目的
は、噴射装置オリフィスと連通する噴射装置キャビティ
を含み燃料を燃焼室に放出する噴射装置本体を含む閉止
ノズル燃料噴射装置を提供することにより達成され得
て、ここで噴射装置本体は供給燃料をオリフィスへ移送
する燃料移送回路と噴射装置キャビティから燃料を排出
する低圧ドレイン回路とを含む。噴射装置キャビティ内
に噴射装置オリフィスと隣接するように配置されるノズ
ルバルブ要素は、燃料が移送回路からオリフィスを通っ
て燃焼室に流れ得るオープン（開放）位置と、噴射装置
オリフィスを通る燃料流れがブロックされる閉止位置と
の間を移動可能である。ノズルバルブ要素は閉止位置か
らオープン位置へ移動してまた閉止位置へ戻って噴射事
象を画定する。噴射装置は速度整形制御装置を含み、噴
射事象中に燃焼室に噴射される燃料の流速変化を与える
予め定められた時間を生成する。速度整形制御装置は噴
射スピル回路を含み、噴射事象中に噴射燃料の一部分を
移送回路から低圧ドレイン回路へ逃がす。スピル回路は
ノズルバルブ要素内に一体的に形成されるスピル通路を
含む。速度整形制御装置はまた、スピル回路に沿って配
置される流れ制限オリフィスを含み、スピル回路を通る
スピル流れを予め定められた最大スピル流速に制限す
る。速度整形制御手段はまたスピルバルブを含み、スピ
ル回路を通る燃料のスピル流れを制御して低速噴射速
度、次いで高速噴射流速を発生する。スピルバルブはス
ピル位置に移動することにより、スピル回路を通るスピ
ル燃料流れが低速噴射速度を発生できるようにし、また
ブロッキング位置に移動することによりスピル回路を通
るスピル流れを阻止し、低速噴射速度の次に高速噴射速
度を発生する。スピルバルブ手段は、ノズルバルブ要素
が閉止位置に向かって移動するとスピル位置に移動し、
ノズルバルブ要素が閉止位置に移動するのに必要な時間
を最小化する。
【００２１】噴射装置はまた噴射装置オリフィスに隣接
するように配置されるノズルキャビティを含み得て、こ
れはノズルバルブ要素を収容し、燃料を蓄積して噴射す
る。スピル通路はノズルキャビティに通じる第１端部を
含み得る。スピル回路はまた、ノズルバルブ要素内にス
ピル通路の第１端部からノズルバルブ要素に沿って一定
の間隔をおいて形成される外側環状溝と、その外側環状
溝と位置合わせするように噴射装置本体内に形成される
内側環状溝とを含み得る。スピルバルブはノズルバルブ
要素に外側環状溝と隣接するように一体的に形成される
移動可能バルブランドを含み得る。このランドはノズル
バルブ要素が閉止位置からオープン位置に向かって移動
するとブロッキング位置に移動することができ、スピル
回路を通る燃料のスピル流れを阻止する。
【００２２】別の実施の形態では、スピルバルブはノズ
ルバルブ要素にスピル通路の第１端部と隣接するように
一体的に形成される移動可能バルブランドを含み得る。
一体的なバルブランドは、ニードルバルブが閉止位置か
らオープン位置へ移動するとブロッキング位置に移動す
ることができノズルキャビティとスピル通路との間のス
ピル流れを阻止する。スピル通路はノズルバルブ要素を
横断するように延出しノズルバルブ要素が閉止位置にあ
る時にノズルキャビティと通じる、横断通路を含み得
る。
【００２３】噴射装置はまた、ノズルバルブ要素と動作
的に連結されるバイアススプリングを含み、要素を閉止
位置にバイアスすることができる。バイアススプリング
は、スピル回路の一部分を形成するスプリングキャビテ
ィ中に配置される。
【００２４】好適な実施の形態では、ノズルバルブ要素
はバルブ要素が閉止位置に配置される時にスピル回路を
通る燃料流れをブロックする。ノズルバルブ要素は噴射
装置オリフィスと隣接するように配置される内側端部
と、内側端部から一定の間隔をおいて配置される外側端
部とを含み得る。スピル通路は内側端部からノズルバル
ブ要素の中央の長手方向軸に沿って外側端部に向かって
延出する軸方向通路を含み得る。バルブ面はノズルバル
ブ要素の内側端部に形成され得て、またそれはノズルバ
ルブ要素が閉止位置にある時に噴射装置オリフィスと隣
接するように噴射装置本体に形成される対応するバルブ
シートと係合するように設計され、ノズルキャビティか
らスピル通路及び噴射装置オリフィスへの燃料流れをブ
ロックする。スピル回路は噴射装置本体にノズルバルブ
要素と隣接するように形成される環状凹部と、軸方向通
路と環状凹部との間を流体連通する横方向通路とを含み
得る。流れ制限オリフィスは、ノズルバルブ要素内に形
成される横方向通路に形成され得る。スピルバルブは、
ノズルバルブ要素に一体的に形成される環状ステップ
（段部）と、噴射装置本体に形成されてノズルバルブ要
素がオープン位置に移動するとステップによりシール係
合する環状バルブシート（着座部）とを含み、スピル回
路を通るスピル流れを阻止し得る。
【００２５】速度整形制御装置はスピル回路に沿って配
置され、各噴射事象中にスピル流速の急激な上昇を発生
するスピル加速装置を含む。スピル加速装置はノズルバ
ルブ要素内に形成されスピル燃料をスピル通路から受け
取るスピルチャンバを含み得る。スピルチャンバは、ス
ピルチャンバの上流のスピル通路の断面積よりも大きな
断面積を含み加速チャンバを提供して適切なスピル流れ
を保証する。スピルバルブは、噴射装置本体に形成され
る環状バルブシートと、凸シール面を有し環状バルブシ
ートと断続的に係合して移動可能な本体バルブ部材とを
含み得てスピル回路を通るスピル流れをブロックする。
移動可能バルブ部材は球形状とすることができ、ボール
式バルブを形成する。
【００２６】本発明の別の実施の形態では、速度整形制
御装置はノズルバルブ要素内に一体的に形成されノズル
キャビティへの燃料の流れを制限する絞り通路を含み、
これによってノズルキャビティの燃料圧が増大する速度
を変更する。移送回路は制限されていない送出通路を含
みえて、この送出通路によりノズルキャビティへの制限
されていない燃料流れを可能にする。速度整形制御装置
は、流れ制御バルブを含み得て、制限されていない送出
通路を通る燃料流れを制御する。流れ制御バルブはノズ
ルバルブ要素に一体的に形成され、ノズルバルブ要素が
閉止位置にある時に制限されていない送出通路を通る燃
料流れを阻止するブロッキング位置へ移動可能なバルブ
ランドを含む。
【００２７】
【発明の実施の形態】本出願を通して、用語「内側に向
かう(inward)、最も内側の(innermost) 」及び、「外側
に向かう(outward) 、最も外側の(outremost) 」はそれ
ぞれ、燃料が噴射装置から機関の燃焼室中に実際に噴出
された地点から前進する及び離れる方向に相当する。用
語「外側の(outer) 及び「内側の(inner) 」は、それぞ
れ噴射装置が機関に動作的に取り付けられる時に機関シ
リンダーから最も離れた及び最も接近する噴射装置又は
ノズルアセンブリの部分を示す。
【００２８】図１乃至７は様々なタイプの燃料噴射装置
中で使用する本発明の速度整形ノズルアセンブリの様々
な実施の形態を開示する。例えば、図９を参照すると、
高圧ソース（図示せず）から送出線１２を介して高圧燃
料を受け取るように設計された従来の燃料噴射装置１０
が示される。高圧燃料を噴射装置に送出する高圧ソース
又はシステムは、１つ以上の高圧ポンプ及び／又は高圧
アキュムレータ（蓄圧器）及び／又は燃料分配器(funel
distributor) を含むポンプ・ライン・ノズルシステム
とすることができる。噴射装置１０は一般的に外側バレ
ル１６、内側バレル１８、ノズルハウジング２０及びリ
テーナ２２から形成される噴射装置本体１４を含む。内
側バレル１８及びノズルハウジング２０は、リテーナ２
２の内側に外側バレル１６による圧縮突き関係 (compre
ssive butting relationship) で保持される。リテーナ
２２の外側端部は雌ねじを含み、対応する雄ねじと外側
バレル１６の下端で係合し、噴射装置本体１４全体をリ
テーナ２２の単純な相対回転により外側バレル１６と関
連して保持することができる。
【００２９】周知であるように、噴射装置本体１４は、
外側バレル１６中に形成されるスプリングキャビティ２
１を含む参照番号２４で概略的に示される噴射装置キャ
ビティ、内側バレル１８及びノズルハウジング２０中に
形成されるノズルバルブ要素ボア（内径）２６、及びノ
ズルハウジング２０の下端に形成されたノズルキャビテ
ィ２８を含む。噴射装置本体１４は、燃料移送（トラン
スファー）回路３０を含み、この燃料移送回路は本体１
４中に形成される送出通路３２と３４、及びそれぞれ内
側バレル１８とノズルハウジング２０中に形成される移
送通路３６と３８を含み、燃料を送出線１２からノズル
キャビティ２８へ送出する。噴射装置本体１４はまたノ
ズルキャビティ２８を機関の燃焼室（図示せず）と流体
的に接続する１つ以上の噴射装置オリフィス４０を含
む。
【００３０】燃料噴射装置１０はまた、ボア２６中に摺
動可能に収容され、またノズルキャビティ２８中へ延出
するノズルバルブ要素４２を含む。スプリングキャビテ
ィ２１中に位置するバイアススプリング４４は、コネク
タボタン４６を介してノズルバルブ要素４２の外側端部
と当接し、ノズルバルブ要素４２の内側端部を閉止位置
にバイアスして、噴射装置オリフィス４０を通る燃料流
れをブロックする。噴射装置本体１４はまたスプリング
キャビティ２１とドレイン通路５０とを含む低圧ドレイ
ン回路を含む。ノズルバルブ要素４２とボア２６との間
の僅かなクリアランス（隙間）によるどんな燃料もれ
も、キャビティ２１とドレイン通路５０とを介して低圧
ドレインに送られる。
【００３１】下記に記載される本発明の速度整形ノズル
アセンブリは、様々な噴射装置と共に使用するように改
造され得るので、図９に開示される噴射装置に限定され
るわけではない。図９の従来の噴射装置は本発明を良好
に組み込まみ得るタイプの噴射装置を示すものとして単
に示されたにすぎない。本発明の速度整形ノズルアセン
ブリは、ユニット式の噴射装置を含む他の形態の噴射装
置に確実に組み込まれ得て、これは噴射装置本体に組み
込まれる高圧ポンププランジャを有する。
【００３２】次に、図１（ａ）及び１（ｂ）を参照する
と、参照番号５２で概略的に示される本発明の速度整形
ノズルアセンブリが示される。該アセンブリは、一方の
端部でノズルキャビティ５８と通じるノズルボア５６を
含むノズルハウジング５４を含む。ノズルボア５６の他
方の端部は、例えば内側バレル６４中に形成される貫通
ホール（穴）６２を介してスプリングキャビティ６０と
連通する。図示しないが、従来のリテーナを用いて内側
バレル及びノズルハウジング５４を図９に示された噴射
装置と同様の圧縮当接関係で保持する。ノズルボア５６
中にはボア５６の内側面と密接な摺動適合を形成するよ
うにサイズ設定されたノズルバルブ要素６６が収容さ
れ、流体シールを作成する。この流体シールは、ノズル
バルブ要素６６とボアの内側面５６との間のクリアラン
スから流体が実質的に漏れないようにする。ノズルバル
ブ要素６６は噴射装置オリフィス６８を通る流れをスプ
リングキャビティ６０中に配置されたバイアススプリン
グ７０によりブロッキングする閉止位置にバイアスされ
る。コネクタボタン７２はスプリングシート（着座部）
として機能すると共にノズルバルブ要素６６の外側端部
にスプリング力を伝える。燃料移送回路７４は、内側バ
レル及びノズルハウジング中にそれぞれ形成される移送
通路７６及び７８を含み、高圧燃料を高圧ソース（図示
せず）からノズルキャビティ５８へ送出する。図９を参
照して上記論じられた低圧ドレイン回路８０は、スプリ
ングキャビティ６０と連通してスプリングキャビティ６
０への燃料もれのためにドレインパスを提供する。
【００３３】速度整形ノズルアセンブリ５２は参照番号
８２で概略的に示される速度整形制御装置を含む。この
速度整形制御装置８２は噴射スピル回路(injection spi
ll circuit) ８４及びスピルバルブ（逃がし弁）８６を
含む。噴射スピル回路８４は、ノズルバルブ要素６６中
に一体的に形成されると共に、ノズルバルブ要素６６に
わたって延出するスピル通路８８を含む。噴射スピル回
路８４はまた環状凹部９０、貫通ホール６２、及びスプ
リングキャビティ６０を含む。スピル通路８８は、ノズ
ルバルブ要素６６の内側端部からノズルバルブ要素６６
の中心の長手方向軸に沿って延出し、バルブ要素６６の
外側端部の前で終端となる軸方向通路９２を含む。スピ
ル通路８８はまた、軸方向通路９２の外側端部から延出
する横方向の通路９４も含み、この横方向通路は環状凹
部９０と連通する。環状凹部９０は、バルブ要素６６の
外側端部と貫通ホール６２との間に形成される環状クリ
アランス９６を介してスプリングキャビティ６０と連通
する。横方向通路９４は、流れ制限オリフィスとして機
能するようにサイズ設定され、噴射スピル回路８４を通
る流れを絞る。軸方向通路９２及び横方向通路９４は十
分に硬化して仕上がったノズル要素中へ通路を孔あけ又
は放電機械加工することにより形成され得る。
【００３４】スピルバルブ８６は、ノズルバルブ要素６
６に環状凹部９０と隣接するように形成される環状ステ
ップ（段部）９８を含む。スピルバルブ８６はまた内側
バレル６４の反対のステップ（段部）９８に形成され環
状バルブシート１００を含む。ノズルバルブ要素６６が
図１（ａ）に示されるように閉止位置にあり、噴射装置
オリフィス６８を通る燃料流れブロックする場合、環状
ステップ９８は環状バルブシート１００から一定の距離
をおいて位置され、スピル流れパス（通路）を環状凹部
９０からクリアランスギャップ９６を介してスプリング
キャビティ６０に提供する。一方、噴射事象中、ノズル
バルブ要素６６が図１（ｂ）に示される完全なオープン
（開放）位置に移動すると、環状ステップ９８は、環状
バルブシート１００と密に係合し、環状凹部９０とスプ
リングキャビティ６０との間の流れを阻止する。スピル
通路８８はノズルバルブ要素６６中に形成されるので、
要素６６の内側端部に形成される従来のバルブ構造をス
ピルバルブ（逃がし弁）として使用することができる。
詳細には、ノズルバルブ要素６６の内側端部はバルブ面
１０２を含み、この面１０２は噴射装置オリフィス６８
の上流側のノズルキャビティ５８の内側面に形成される
バルブシート１０４と密に係合する。ノズルバルブ要素
６６がバルブシート１０４に対して閉位置にある時、ノ
ズルバルブ要素６６はノズルキャビティ５８から軸方向
通路９２への燃料流れをブロックするように軸方向通路
９２の内側端部がバルブシート１０４に対して開口す
る。結果として、噴射事象同士の間にスピル通路８８を
介して流れるスピル燃料はない。
【００３５】噴射事象間の動作中、ノズルバルブ要素６
６は、図１（ａ）に示される閉止位置に配置され、噴射
装置オリフィス６８及び噴射スピル回路８４を通る流れ
をブロックする。噴射事象の開始時に、高圧燃料は燃料
移送回路７４からノズルキャビティ５８へ送出される。
ノズルキャビティ５８中の燃料の圧力が、スプリング７
０のバイアス力に打ち勝つのに必要な予め定められた最
大値に達すると、ノズルバルブ要素６６はバルブシート
１０４から上がり始めて、燃料がノズルキャビティ５８
から燃料噴射装置オリフィス６８を通って機関の燃焼室
へ流れることができるようになる。燃料はまた軸方向通
路９２中にスピルされて（逃がされて、こぼされて）、
横方向通路９４を通って環状凹部９０へと外側に向かっ
て移動する。ノズルバルブ要素６６の初期の外側へ向か
っての移動中、環状ステップ９８は環状バルブシート１
００からまだ一定の距離をおいて配置されている。結果
として、環状凹部９０への燃料流れを、クリアランスギ
ャップ９６を通ってスプリングキャビティ６０中へ、及
びスプリングキャビティ６０と連結される低圧ドレイン
（図示せず）にスピルすることが可能になる。
【００３６】従って、本発明の速度整形ノズルアセンブ
リ５２の場合、通常噴射装置オリフィス６８を通って流
れる燃料の一部分は、かわりにスピル通路８８に送られ
る。噴射事象の初期部分中に燃料流れを噴射流れ及びス
ピル流れへこのように分配することにより図２のステー
ジＩに示される低下した又は低い噴射速度が発生する。
横方向通路９４中に形成されるオリフィスの大きさ、或
いは横方向通路９４の直径は、低圧ドレインへの最大噴
射速度を決定する。従ってオリフィス６８を通る噴射速
度を制御する。更に、図１（ｂ）に示される完全なオー
プン位置へノズルバルブ要素６６が外側に向かって移動
することにより、環状ステップ（段部）９８が環状バル
ブシート１００と密に係合して、環状凹部９０と環状ク
リアランス９６との間の流体連通をブロックする。従っ
て、一度ノズルバルブ要素６６が完全なオープン位置に
移動すると、噴射スピル回路８４を通るスピル流れが阻
止され、それにより噴射オリフィス６８を通る十分な燃
料流れが可能となる。図２のステージＩＩに示されるよ
うに、スピル流れを阻止することにより、噴射オリフィ
ス６８を通る噴射流速が急速に上昇する。
【００３７】噴射事象の終わりで、ノズルキャビティ５
８への高圧燃料の送出が停止すると、ノズルバルブ要素
６６は図１（ａ）に示された閉止位置に向かって内側方
向に移動し始める。この内側に向かっての移動中、環状
ステップ９８はバルブシート１００から離れるように移
動し、加圧燃料をノズルキャビティ５８から噴射スピル
回路８４を通ってスピル流しすることが可能になる。噴
射事象の最終部分中の追加ドレイン又はスピルパスの作
成により、燃料の一部分がスピル回路８４を通って送ら
れるために、オリフィス６８を通る噴射流れの速度が急
激に低下する。噴射スピルのこの終わりは、噴射事象
に、より急な終わりを良好にもたらす。
【００３８】次に、図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照す
ると、図１（ａ）及び図１（ｂ）の速度整形ノズルアセ
ンブリ５２で使用されたノズルバルブ要素の代替の実施
の形態が示される。軸方向通路９２を通るスピル流れ
は、短時間の噴射事象及び最小サイズの軸方向通路９２
を与えられるある種の条件下では不適切であることが分
かっている。図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示される実施
の形態は全て軸方向通路９２を通るスピル流れの速度を
増すための手段を含み、オリフィス６８を通る噴射流速
を減じるのに必要な十分なスピル流れを保証する。
【００３９】図３（ａ）に示されるように、スピル加速
装置１０６は、軸方向通路９２よりも大きな直径を有す
る第２の軸方向通路１０７を含み得る。軸方向通路は、
放電機械加工によりノズルバルブ要素６６の外側端部か
ら形成され得る。より大きな直径の第２の軸方向通路１
０７は、より大きな断面の流れ領域、従って軸方向通路
９２からスピル燃料を受け取るためのより大きな容量を
もたらす。従って、軸方向通路９２及び１０７のこの結
合は、図１（ａ）の実施の形態のものより、スピル流れ
を妨げない。第２の軸方向通路１０７の外側端部は、ノ
ズルバルブ要素６６を熱処理した後、例えば締り嵌めに
より第２の軸方向通路１０７の端部に固定的に配置され
るプラグ１０８で閉じられ得る。或いは、プラグ１０８
は、熱処理前に第２の軸方向通路１０７に配置されて、
熱処理工程が固着可能にする。
【００４０】図３（ｂ）はノズルバルブ要素６６の別の
実施の形態を開示し、このノズルバルブ要素６６は、横
方向通路９４と軸方向通路９２との間で軸方向通路９２
の外側端部に位置される比較的大きな容量のスピルチャ
ンバ１１２を含むスピル加速装置１１０を含む。スピル
チャンバ１１２は、第２の軸方向通路１０７と同様に機
能し、初期部分の噴射事象中にスピル流れを増大して適
切なスピル流れを保証し、燃焼を高めて放出物を最小化
するのに必要な量までオリフィス６８を通る噴射流速を
低下させる。
【００４１】図３（ｃ）はノズルバルブ要素６６の更に
別の実施の形態を開示し、これはノズルバルブ要素６６
を横断するように延出して、軸方向通路９２と連通する
２つの直行孔開け(cross drilling)形態のスピル加速装
置１１４を含む。ノズルハウジング５４中へノズルバル
ブ要素６６を挿入することにより、ノズルボア５６が孔
開け部１１６及び１１８の開口部を閉じることが可能に
なり、噴射スピル回路をシールする。直行孔開け部１１
６及び１１８は、図３（ｂ）のスピルチャンバ１１２と
同様にスピルチャンバとして機能する。更に、スピルチ
ャンバ又は孔開け部１１６及び１１８は、スピル回路中
のガスの蓄積により生じるエアポケット又はガスポケッ
トの形成を有効に最小化することが分かっている。この
ようなガスポケットは、軸方向通路９２を通る流れを不
利益に減じ、速度整形ノズルアセンブリ５２の性能を損
なうことが分かっている。
【００４２】図３（ｄ）はノズルバルブ要素６６の更に
別の実施の形態を開示し、これは軸方向通路９２と連通
し、またノズルバルブ要素６６の外側面に通じる４つの
角度付けされた孔開け部１２１乃至１２４を含むスピル
加速装置１２０を含む。通路１２３及び１２４は軸方向
通路９２からスピル流れを受け取りその流れを通路１２
２及び１２１中へ外側に向かってそれぞれ送るように角
度付けされる。通路１２２及び１２１はノズルバルブ要
素６６の中央軸に向けて内側に向かって角度付けされ
て、スピル流れを軸方向通路９２中へ戻すように送る。
通路１２１乃至１２４はノズルボア５６と連通するの
で、この実施の形態もまたガスポケットを軸方向通路９
２に沿って有効に形成することができる。
【００４３】スピル流速、即ち噴射流速は、ノズルバル
ブ要素中に、所望のスピル流速を発生させるのに必要な
特定の総容量を有するスピル通路を形成することにより
制御され得る。総スピル容量を確立するのに最も容易で
最も実用的な方法は、スピル加速装置、即ち軸方向通路
１０７、スピルチャンバ１１２、直行孔開け部１１６、
１１８、及び角度付けされた孔開け部１２１乃至１２
４、の大きさを制御（調整）することである。下記表
は、最適な噴射速度整形を生成するのに特に良好なスピ
ル流速を生成することが分かったスピル加速装置毎の容
積値を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の速
度整形ノズルアセンブリの別の実施の形態を示し、この
速度整形ノズルアセンブリはノズルバルブ要素１５０を
含み、ノズルバルブ要素１５０その中に形成される一体
的なスピル通路１５２を有する。ノズルバルブ要素１５
０が図４（ａ）に示される閉止位置にある時、スピル通
路１５２はノズルキャビティ５８と流体連通している。
スピル通路１５２は横断（横方向）通路１５４を含み、
この横断通路１５４はノズルバルブ要素１５０にわたっ
て延出し、要素１５０の軸方向長さに従って配置され、
バルブ要素１５０が閉止位置にある時、その両端部でノ
ズルキャビティ５８と連通する。スピル通路１５２はま
た軸方向のスピル通路１５６を含み、これは横断スピル
通路１５４からノズルバルブ要素１５０を通って外側に
向かって延出して、環状凹部９０と連通する。横断スピ
ル通路１５４を通るスピル燃料の流れを制御するための
スピルバルブ装置１５８は環状バルブランド１６０を含
み、この環状バルブランド１６０はノズルバルブ要素１
５０に、横断通路１５４と隣接するように横断通路１５
４の内側に形成される。図１（ａ）及び図１（ｂ）の実
施の形態と同様に、ノズルバルブ要素１５０がオープン
位置に向かって初期移動中に、噴射燃料はノズルキャビ
ティ５８から横断通路１５４、軸方向通路１５６及び環
状凹部９０を通って低圧ドレイン８０へスピルされる
（逃がされる、漏らされる）。ノズルバルブ要素１５０
のオープン位置に向かう移動中の予め定められた地点
で、バルブランド１６０は横断通路１５４とノズルキュ
ビティ５８との間の連通をブロックして燃料のスピル流
れを止める。噴射事象の最終部分中にノズルバルブ要素
１５０が閉止位置に向かって移動すると、バルブランド
１６０はノズルキャビティ５８と横断通路１５４との間
の流体連通を可能にするように移動するのでノズルキャ
ビティ５８の圧力を減少して、噴射に急な終わりをもた
らす。噴射事象中に得られた噴射速度整形は図２に示さ
れたものと類似する。
【００４６】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明のス
ピル式速度整形ノズルアセンブリの更に別の実施の形態
を開示する。該アセンブリは外側バレル１７２、ノズル
ハウジング１７４、及び外側バレル１７２とノズルハウ
ジング１７４との間に圧縮当接関係で配置される内側バ
レル１７６を含む燃料噴射装置１７０を含む。この実施
の形態は、図４（ａ）及び図４（ｂ）の前記実施の形態
に類似しており、この図５（ａ）及び図５（ｂ）実施の
形態ではノズルキャビティ５８は、ノズルバルブ要素１
８０中に一体的に形成されるスピル通路１７８を介して
低圧ドレインと流体的に連通する。更に、この実施の形
態はスピルバルブ１８２を含む。このスピルバルブ１８
２はノズルバルブ要素１８０と一体的に形成される移動
可能なバルブランド１８４を含み、バルブランド１８４
はノズルバルブ要素１８０がオープン位置へ向かって移
動中に外側に向かって移動して、スピル通路１７８を通
る流れをブロックする。一方、スピル通路１７８はノズ
ルキャビティ５８から外側に向かってノズルバルブ要素
を横切って延出する斜めの通路１８６を含む。斜め通路
１８６は、最内側端部でノズルキャビティ５８と連続的
に連通し、また最外側端部部でノズルバルブ要素１８０
の外側面にノズルキャビティ５８から外側に向かって一
定の離間間隔で形成される内側環状溝１８８と連続的に
連通する。ノズルハウジング１７４中に形成される外側
環状溝１９０は、ノズルバルブ要素１８０が図５（ａ）
に示される閉止位置に配置されると、内側環状溝１８８
と位置合わせする。低圧ドレイン回路１９２はノズルハ
ウジング１７４中に形成され、外側環状溝１９０から延
出する第１の低圧ドレイン通路１９４を含む。第２の低
圧ドレイン通路１９６は、内側バレル１７６を通って延
出し、低圧ドレイン通路１９４を外側バレル１７２及び
内側バレル１７６の両方の中に形成されるスプリングキ
ャビティ１９８と流体連結する。スプリングキャビティ
１９８は低圧ドレイン（図示せず）と連結され、低圧ド
レイン回路１９２を形成する。第２の低圧ドレイン通路
１９６は、燃料のスピル流れを予め定められた最高流速
に制限するようにサイズ設定された絞りオリフィス(thr
ottling orifice)２００を含む。前記実施の形態と同様
に、この実施の形態の速度整形制御装置は、ノズルバル
ブ要素が図５（ａ）に示される閉止位置にある時、及び
ノズルバルブ要素１８０が閉止位置から図５（ｂ）のオ
ープン位置へ初期上昇する間の予め定められた時間中
の、低圧ドレイン回路１９２へのスピル流れを可能にす
る。ノズルバルブ要素１８０がオープン位置に向かって
シートから離れて予め定められた距離上昇した後、移動
可能バルブランド１８４はブロック位置に移動して、ス
ピル通路１７８を通る流れを阻止するので、十分な噴射
燃料の流れがオリフィス６８を通る。
【００４７】図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照すると、
速度整形制御装置を含む本発明の別の実施の形態が示さ
れるが、この実施の形態は前記実施の形態と異なり、噴
射される燃料をスピルせず（逃がさず、こぼさず）、代
わりに噴射事象の初期部分中にノズルキャビティ５８へ
の燃料の流れを制限する。特に、絞りオリフィス２１１
を含む絞り通路２１０はノズルバルブ要素２１２にわた
って延出し、ノズルキャビティ５８をノズルバルブ要素
２１２中に形成される環状溝２１４と連結する。環状溝
２１４とノズルキャビティ５８との間のノズルバルブ要
素２１２に形成される環状ランド２１６は、ノズルハウ
ジング２１８の内側面と密接な滑り嵌め(sliding fit)
を形成し、ノズルバルブ要素２１２が図６（ａ）に示さ
れる閉止位置にある時にノズルバルブ要素２１２とノズ
ルハウジング２１８との間に流体シールを形成する。参
照番号２１９で概略的に示される制限されない送出通路
は、ノズルバルブ要素２１２の外側面に形成されてノズ
ルバルブ要素２１２の周部に等しく離間される複数の溝
２２０を含む。
【００４８】ノズルバルブ要素２１２が図６（ａ）に示
される閉止位置にある時、環状ランド２１６は、送出通
路２２２からの溝２２０を通る燃料流れをブロックす
る。結果として、供給燃料は送出通路２２２からノズル
キャビティ５８へ環状溝２１４と絞り通路２１０を介し
て流れるだけである。一度ノズルキャビティ５８中の燃
料圧力が予め定められたレベルに達すると、ノズルバル
ブ要素２１２はそのシートを離れるように外側に向かっ
て移動し始め、燃料が噴射装置オリフィス６８を介して
噴射され得る。ノズルバルブ要素２１２のこの初期移動
中、絞り通路２１０はノズルキャビティ５８中の噴射圧
の増加速度を制限するように機能するので、ノズルバル
ブ要素２１２の上昇速度を制御しながら噴射装置オリフ
ィス６８を通る噴射流れを制限する。一度ノズルバルブ
要素２１２がそのシートから予め定められた距離上昇す
ると、環状ランド２１６は、ブロッキング位置へ移動し
て絞り通路２１０を通る燃料流れを阻止する。環状ラン
ド２１６がブロッキング位置に移動すると、溝２２０は
送出通路２２２と流体連通するように移動して燃料流れ
を溝２２０を介してノズルキャビティ５８中に供給でき
るようになる。溝２２０はノズルキャビティ５８中への
十分な制限されない燃料流れを可能にするよにサイズ設
定され、これによってノズルキャビティ５８内の噴射圧
が予め定められた制限されない速度で増加できるように
なる。このように、絞り通路２１０はノズルキャビティ
５８内の燃料圧の増加速度を制御し、噴射装置オリフィ
ス６８を通る燃料の噴射速度を制御する。
【００４９】図７に示されるように、この図６（ａ）及
び図６（ｂ）の速度整形制御装置はノズルキャビティ５
８中への燃料流れを絞り、図９のノズルのような従来の
ノズル要素の初期の噴射速度整形（図７に実線で示され
る）と比較して、噴射事象の初期部分中にオリフィス６
８を通る燃料噴射のより低い速度（図７に破線で示され
る）を生成する。
【００５０】図８は本発明の更に別の実施の形態を示
し、これはスピルバルブを有するスピル式の速度整形制
御装置を含み、スピルバルブはスピル回路を通る燃料流
れを効果的に制御する。燃料移送回路２３０は噴射装置
バレル２３６及びノズルハウジング２３８のそれぞれを
通って延出する送出通路２３２及び２３４を含む。スピ
ル回路２４０は、送出通路２３４からノズルハウジング
２３８を通って延出するスピル通路２４２を含み、ノズ
ルハウジング２３８内に形成されるスピルバルブキャビ
ティ２４４と連通する。スピル通路２４２は絞りオリフ
ィス２４６を含み、スピル流れを予め定められた最大流
速に制限する。スピルバルブキャビティ２４４は、噴射
装置バレル２３６の内側端部に形成される開口部２５０
を介してスプリングキャビティ２４８と流体的に連通す
る。コネクタボタン２５２は、バイアススプリング２５
４用のスプリングシートとして機能して、開口部２５０
を介して延出する。スプリングバルブ２５６は球形ボー
ル２５８を含み、この球形ボール２５８はスピルバルブ
キャビティ２４４中に位置され、コネクタボタン２５２
の最も内側端部と強固に連結される。球形ボール２５８
の最も内側端部はノズルバルブ要素２６０最も外側端部
と当接し、スプリング２５４のスプリング力がバルブ要
素２６０を図示される閉止位置にバイアスできるように
する。スピルバルブ２５６はまた開口部２５０の回りの
噴射装置バレル２３６に形成される環状バルブシートを
含み、球形ボール２５８により係合する。球形ボール２
５８の最外面は凸シール面２６４を含み、ノズルバルブ
要素２６０が図８に破線で示されるオープン位置に移動
すると、環状バルブシート２６２と係合する。スピルバ
ルブ２５６は図１（ａ）及び図１（ｂ）のスピルバルブ
８６と同様に動作し、ノズルバルブ要素２６０がオープ
ン位置に移動するとスピル回路２４０を通るスピル流れ
をブロックする。一方、球形ボール２５８の凸シール面
２６４は、環状バルブシート２６２と効果的な流体シー
ルを確実に形成し、バルブシート２６２により漏洩を阻
止することにより望ましくないスピル流れなしにノズル
キャビティ２６６へ供給燃料を確実に送出する。ノズル
キャビティ２６６中のノズルバルブ２６０の回りに配置
される内側スプリング２６８は、ノズルバルブ要素２６
０に対して反対方向に動作するバイアス力が等しい時
に、ノズルバルブ要素２６０を球形ボール２５８に抗し
てオープン位置に維持するために使用される。この実施
の形態の凸シール面２６４はノズルハウジング内に形成
されるスピル通路を含む速度整形装置中に組み込まれて
示されるが、球形ボール２５８及び凸シール面２６４は
図１（ａ）及び図１（ｂ）の実施の形態に組み込まれ得
る。
【００５１】
【発明の効果】本発明は燃料噴射システムを用いる全て
の内燃機関及びユニット式噴射装置を含む全ての閉止ノ
ズル噴射装置に適用可能である。本発明は単純な速度制
御装置による正確な燃料噴射速度制御を必要とするディ
ーゼル機関に特に適用可能であり、エミッションを最小
化する。本発明による燃料噴射装置を含むこのような内
燃機関は、トラック、乗用車、生産装置、定置パワープ
ラント等を含む全産業分野及び非商業的な用途で広範に
使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の速度整形制御装置を組み込む
閉止ノズル燃料噴射装置のノズルアセンブリの拡大部分
断面図であり、ここで、ノズルバルブ要素は閉止位置に
位置されている。（ｂ）は（ａ）の速度整形ノズルアセ
ンブリの拡大部分断面図であり、ノズルバルブ要素はオ
ープン（開放）位置に位置される。
【図２】図１（ａ）及び（ｂ）の噴射速度整形ノズルア
センブリを用いて、噴射速度を噴射事象中の時間の関数
として示すグラフである。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）は、図１（ａ）及び（ｂ）に
示される速度整形制御装置で使用された様々な実施の形
態のノズルバルブ要素の断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の別の実施の形態の拡大部分断
面図であり、ノズルバルブ要素は閉止位置に位置され
る。（ｂ）は、（ａ）のノズルアセンブリの拡大部分断
面図であり、ノズルバルブ要素はオープン位置にある。
【図５】（ａ）は本発明の速度整形ノズルアセンブリの
別の実施の形態の部分断面図であり、ノズルバルブ要素
は閉止位置に位置される。（ｂ）は、（ａ）の速度整形
ノズルアセンブリの部分断面図であり、ノズルバルブ要
素がオープン位置に位置される。
【図６】（ａ）は、ノズルバルブ要素を含む本発明の第
３の実施の形態の部分断面図であり、これは閉止位置に
示され、一体型絞り通路を含む。（ｂ）は（ａ）に示さ
れた本発明の部分断面図であり、ノズルバルブ要素はオ
ープン位置にある。
【図７】図６（ａ）及び（ｂ）の速度整形制御装置を用
いて、噴射速度を噴射事象中の時間の関数として示すグ
ラフである。
【図８】球形のスピルバルブを含む本発明の第４の実施
の形態である。
【図９】従来の閉止ノズルアセンブリを有する従来技術
の燃料噴射装置の断面図である。
【符号の説明】
５２ 速度整形ノズルアセンブリ ５４ ノズルハウジング ５６ ノズルボア ５８ ノズルキャビティ ６０ スプリングキャビティ ６２ 貫通ホール（穴） ６４ 内側バレル ６６ ノズルバルブ要素 ６８ 噴射装置オリフィス ７０ バイアススプリング ７２ コネクタボタン ７４ 燃料移送回路 ７６ 移送通路 ７８ 移送通路 ８０ 低圧ドレイン回路 ８２ 速度整形制御装置 ８４ 噴射スピル回路８４ ８６ スピルバルブ（逃がし弁） ８８ スピル通路 ９０ 環状凹部 ９２ 軸方向通路 ９４ 横方向通路９４ ９６ 環状クリアランス ９８ 環状ステップ（段部） １００ 環状バルブシート１００ １０２ バルブ面 １０４ バルブシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュリアス ピー．ペール アメリカ合衆国 47201 インディアナ 州 コロンバス ダブリュ． カー ヒ ル ロード 2765 (72)発明者 アマージット エス．ギュマン アメリカ合衆国 47201 インディアナ 州 コロンバス サウス ドライブ 1625 (72)発明者 デニス エム．アシュウィル アメリカ合衆国 47203 インディアナ 州 コロンバス イースト リーガル テンダー ロード 12685 (56)参考文献 特開 平４−292569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−59365（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223454（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−158580（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−30997（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−96465（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02M 61/10 F02M 45/08

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関の燃焼室に高圧で燃料を噴射するの
    に用いられる閉止ノズル燃料噴射装置であって、 噴射装置キャビティと該噴射装置キャビティの一端部と
    連通して燃料を燃焼室に放出する噴射装置オリフィスと
    を含む噴射装置本体を有し、該噴射装置本体が供給燃料
    を該噴射装置オリフィスに移送するための燃料移送回路
    と、燃料を該噴射装置キャビティから排出するための低
    圧ドレイン回路とを含み、 該噴射装置キャビティの一端部に該噴射装置オリフィス
    に隣接するように配置されるノズルバルブ要素を有し、
    該ノズルバルブ要素が、燃料が該燃料移送回路から該噴
    射装置オリフィスを通って燃焼室へ流れ得るオープン位
    置と、該噴射装置オリフィスを通る燃料流れがブロック
    される閉止位置との間を移動可能であり、該閉止位置か
    ら該オープン位置へのノズルバルブ要素の移動、及び該
    オープン位置から該閉止位置へのノズルバルブ要素の移
    動が、燃料が該噴射装置オリフィスを通って燃焼室中に
    流れ得る間の噴射事象を画定し、 該噴射事象中に燃焼室中に噴射される燃料の流速の変化
    を与える予め定められた時間を生成するための速度整形
    制御手段であって、該速度整形制御手段が該噴射事象中
    に該燃料移送回路から該低圧ドレイン回路へ噴射される
    燃料の一部分をスピルするための噴射スピル回路を含
    み、該スピル回路が該ノズルバルブ要素中に一体的に形
    成されるスピル通路を含み、ここで該速度整形制御手段
    が、該スピル回路に沿って配置されて各噴射事象中にス
    ピル流速の急激な上昇をもたらすスピル加速手段を更に
    含み、該スピル加速手段が、該ノズルバルブ要素内に形
    成されてスピル燃料を該スピル通路から受け取るスピル
    チャンバを含み、該スピル通路が該スピルチャンバの上
    流側に横断面領域を含み、該スピルチャンバが該スピル
    通路の断面積よりも大きな断面積を含み、該速度整形制
    御手段が前記スピル回路中に配置される流れ制限オリフ
    ィスを更に含み、該スピル通路を通るスピル流れを予め
    定められた最大スピル流速に制限し、該流れ制限オリフ
    ィスは該スピルチャンバの下流側に配置され、該スピル
    チャンバは該ノズルバルブ要素が該閉止位置にある時に
    該低圧ドレイン回路と流体連通する、 ことを特徴とする閉止ノズル燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記流れ制限オリフィスが前記スピル通
    路内に配置される請求項１に記載の閉止ノズル燃料噴射
    装置。
  3. 【請求項３】 前記速度整形制御手段がスピルバルブ手
    段を更に含み、前記スピル回路を通る燃料のスピル流れ
    を制御し、前記噴射装置オリフィスを通る低速の噴射流
    速を生成し、次いで該低速噴射流速よりも大きな高速噴
    射流速を生成する請求項１に記載の閉止ノズル燃料噴射
    装置。
  4. 【請求項４】 前記スピルバルブ手段がスピル位置に移
    動することができ、前記スピル回路を通るスピル燃料流
    れが前記低速噴射速度を生成でき、またブロッキング位
    置が該低速噴射速度に次いで前記高速噴射速度を生成で
    き、前記ノズルバルブ要素が前記閉止位置に向かって移
    動すると、該スピルバルブ手段が該スピル位置に移動す
    ることができ、該ノズルバルブ要素が該閉止位置へ移動
    するのに必要な時間を最小化する請求項３に記載の閉止
    ノズル燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 前記噴射装置オリフィスに隣接するよう
    に配置されて、前記ノズルバルブ要素を収容し燃料を蓄
    積して噴射するノズルキャビティを更に含み、前記スピ
    ル通路が該ノズルキャビティへ通じる第１端部を含む請
    求項３に記載の閉止ノズル燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 前記ノズルバルブ要素に動作的に連結さ
    れ、該ノズルバルブ要素を前記閉止位置にバイアスする
    バイアススプリングを含み、前記噴射装置本体が該バイ
    アススプリングを含むスプリングキャビティを含み、該
    スプリングキャビティが前記スピル回路の一部分を形成
    する請求項５に記載の閉止ノズル燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 前記ノズルバルブ要素が前記閉止位置に
    配置されると、前記スピルバルブ手段が前記スピル回路
    を通る燃料流れをブロックするように更に機能する請求
    項６に記載の閉止ノズル燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 前記ノズルバルブ要素が、前記噴射装置
    オリフィスと隣接するように配置される内側端部と、該
    内側端部から一定の距離をおいて配置される外側端部と
    を含み、前記スピル通路が該内側端部から該ノズルバル
    ブ要素の中央の長手方向軸に沿って該外側端部に向かっ
    て延出する軸方向通路を含み、前記スピルバルブ手段
    が、該ノズルバルブ要素端部の該内側端部に形成される
    バルブ面と、該噴射装置オリフィスと隣接するように前
    記噴射装置本体に形成される対応するバルブシートとを
    含み、該バルブシートが該ノズルバルブ要素が閉止位置
    にある時に該バルブ面と係合して前記ノズルキャビティ
    から該スピル通路及び該噴射装置オリフィスへの燃料流
    れをブロックする請求項７に記載の閉止ノズル燃料噴射
    装置。
  9. 【請求項９】 前記スピルバルブ手段が、前記ノズルバ
    ルブ要素に一体的に形成される環状ステップと、前記噴
    射装置本体に形成されて、該ノズルバルブ要素が前記オ
    ープン位置に移動すると該環状ステップとシール係合し
    て前記スピル回路を通るスピル流れを阻止する環状バル
    ブシートと、を含む請求項８に記載の閉止ノズル燃料噴
    射装置。
  10. 【請求項１０】 機関の燃焼室に高圧で燃料を噴射する
    のに用いられる閉止ノズル燃料噴射装置であって、 噴射装置キャビティと該噴射装置キャビティの一端部と
    連通して燃料を燃焼室に放出する噴射装置オリフィスと
    を含む噴射装置本体を有し、該噴射装置本体が供給燃料
    を該噴射装置オリフィスに移送するための燃料移送回路
    と、燃料を該噴射装置キャビティから排出するための低
    圧ドレイン回路とを含み、 該噴射装置キャビティの一端部に該噴射装置オリフィス
    と隣接するように配置されるノズルバルブ要素を有し、
    該ノズルバルブ要素が、燃料が該燃料移送回路から該噴
    射装置オリフィスを通って燃焼室へ流れ得るオープン位
    置と、該噴射装置オリフィスを通る燃料流れがブロック
    される閉止位置との間を移動可能であり、該閉止位置か
    ら該オープン位置への該ノズルバルブ要素の移動、及び
    該オープン位置から該閉止位置への該ノズルバルブ要素
    の移動が、燃料が該噴射装置オリフィスを通って燃焼室
    に流れ得る間の噴射事象を画定し、 該噴射事象中に燃焼室に噴射される燃料の流速を変え
    て、該噴射装置オリフィスを通る低速の噴射流速を発生
    し、次いで該低速噴射流速よりも大きな高速噴射流速を
    発生する速度整形制御手段であって、該速度整形制御手
    段が噴射スピル回路を含み該噴射事象中に該燃料移送回
    路から該低圧ドレイン回路へ噴射される燃料の一部分を
    スピルして該低速噴射流速を発生し、該速度整形制御手
    段が、該噴射装置オリフィスに隣接するように配置され
    て、該ノズルバルブ要素を収容し燃 料を蓄積して噴射す
    るノズルキャビティを更に含み、該スピル通路が該ノズ
    ルキャビティへ通じる第１端部を含み、ここで該スピル
    バルブ手段が、該ノズルバルブ要素に該スピル通路の該
    第１端部と隣接するように一体的に形成され、該ノズル
    バルブ要素が該閉止位置から該オープン位置へ向かって
    移動するとブロッキング位置に移動することができる移
    動可能バルブランドを含み、該ノズルキャビティと該ス
    ピル通路との間のスピル流れを阻止し、該スピル通路
    が、該ノズルバルブ要素を横切るように延出し、該ノズ
    ルバルブ要素が該閉止位置にある時に該ノズルキャビテ
    ィに連通する横断通路を含む、 ことを特徴とする閉止ノ
    ズル燃料噴射装置。
  11. 【請求項１１】 前記ノズルバルブ要素は前記噴射装置
    オリフィスと隣接して配置される内側端部と該内側端部
    から一定の距離をおいて配置される外側端部とを含み、
    該ノズルバルブ要素が該ノズルバルブ要素の該内側端部
    に形成されるバルブ面と、該噴射装置オリフィスと隣接
    するように前記噴射装置本体に形成され該バルブ面と対
    応するバルブシートとを含み、該ノズルバルブ要素が該
    閉止位置にある時に該バルブ面とシール係合して前記燃
    料移送回路から前記スピル通路及び該噴射装置オリフィ
    スの両方への燃料流れを阻止する請求項１０に記載の閉
    止ノズル噴射装置。
  12. 【請求項１２】 機関の燃焼室に高圧で燃料を噴射する
    のに用いられる閉止ノズル燃料噴射装置であって、 ノズルキャビティを含む噴射装置キャビティと該ノズル
    キャビティの一端部と連通して燃料を燃焼室に放出する
    噴射装置オリフィスとを含む噴射装置本体を有し、該噴
    射装置本体が供給燃料を該噴射装置オリフィスに移送す
    る燃料移送回路を含み、該燃料移送回路が燃料の制限さ
    れていない流れを該ノズルキャビティに送出する送出通
    路を含み、 該ノズルキャビティに該噴射装置オリフィスと隣接する
    ように配置されるノズルバルブ要素を有し、該ノズルバ
    ルブ要素が、燃料が該燃料移送回路から該噴射装置オリ
    フィスを介して燃焼室へ流れ得るオープン位置と、該噴
    射装置オリフィスを通る燃料流れがブロックされる閉止
    位置との間に動作可能に配置され、 該噴射装置オリフィスを通る燃料の流速を変更する速度
    整形制御手段であって、該速度整形制御手段が、該ノズ
    ルバルブ要素に一体的に形成される絞り通路を含み、該
    絞り通路が燃料の流れを該ノズルキャビティに制限する
    ので該ノズルキャビティの燃料圧が上昇する速度を変更
    する、 ことを含む閉止ノズル燃料噴射装置。
  13. 【請求項１３】 前記燃料移送回路が制限されていない
    送出通路手段を含み前記ノズルキャビティへの制限され
    ていない燃料流れを可能にし、前記速度整形制御手段が
    流れ制御バルブ手段を含み該制限されていない送出通路
    を通る燃料の流れを制御し該流れ制御バルブ手段が前記
    ノズルバルブ要素に一体的に形成されるバルブランドを
    含み、該バルブランドが該ノズルバルブ要素が前記閉止
    位置にある時に該制限されていない送出通路を通る流れ
    を阻止するブロッキング位置に移動することができる請
    求項１２に記載の閉止ノズル燃料噴射装置。
  14. 【請求項１４】 前記制限されていない送出通路手段が
    前記ノズルバルブ要素に形成される複数の溝を含む請求
    項１３に記載の閉止ノズル燃料噴射装置。
  15. 【請求項１５】 機関の燃焼室に高圧で燃料を噴射する
    のに用いられる閉止ノズル燃料噴射装置であって、 噴射装置キャビティと該噴射装置キャビティの一端部と
    連通して燃料を燃焼室に放出する噴射装置オリフィスと
    を含む噴射装置本体を有し、該噴射装置本体が供給燃料
    を該噴射装置オリフィスに移送する燃料移送回路と、燃
    料を該噴射装置キャビティから排出する低圧ドレイン回
    路とを含み、 該噴射装置キャビティの一端部に該噴射装置オリフィス
    と隣接するように配置されるノズルバルブ要素を有し、
    該ノズルバルブ要素が、燃料が該燃料移送回路から該噴
    射装置オリフィスを介して燃焼室へ流れ得る完全なオー
    プン位置と、該噴射装置オリフィスを通る燃料流れがブ
    ロックされる閉止位置との間を移動可能であり、該閉止
    位置から該オープン位置へのノズルバルブ要素の移動、
    及び該オープン位置から該閉止位置へのノズルバルブ要
    素の移動が、該噴射装置オリフィスを通って燃焼室に燃
    料が流れ得る間の噴射事象を画定し、 該噴射事象中に燃焼室に噴射される燃料の流速を変え
    て、該噴射装置オリフィスを通る低速の噴射流速を発生
    する速度整形制御手段であって、該速度整形制御手段
    が、該噴射事象中に該燃料移送回路から該低圧ドレイン
    回路へ噴射される燃料の一部分をスピルして該低速噴射
    流速を発生する噴射スピル回路と、該スピル回路を通る
    燃料のスピル流れを制御して該低速噴射流速の次に高速
    噴射流速を発生するスピルバルブ手段とを含み、該スピ
    ルバルブ手段が該噴射装置本体に形成される環状バルブ
    シートと、該環状バルブシートと断続的に係合して該ス
    ピル回路を通るスピル流れをブロックする移動可能バル
    ブ部材とを含み、該移動可能バルブ部材が凸シール面を
    含む、 ことを含む閉止ノズル燃料噴射装置。
  16. 【請求項１６】 前記移動可能バルブ部材が球形状であ
    る請求項１５に記載の閉止ノズル燃料噴射装置。
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