JP4142634B2 - 燃料インジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料システムで使用するための燃料インジェクタに関するものである。このインジェクタは、コモンレールに燃料を供給するためのコモンレール用ポンプを有するコモンレール式燃料システムで使用するのに適するものでよく、このコモンレールが次に該燃料システムの複数のインジェクタに燃料を供給する。別の選択肢として、インジェクタは、各インジェクタが専用ポンプを有するユニットインジェクタ式燃料システムで使用するのに適するものでよい。本発明はまた、この燃料インジェクタを組み込んだ燃料システムに関するものである。

既知のコモンレール式燃料システムは、高圧燃料ポンプにより高圧で燃料が供給される蓄圧室又はコモンレールを含んでいる。高圧の燃料は、コモンレールにより、関連のエンジンシリンダ内に燃料を噴射するように配列された複数のインジェクタに供給される。

各インジェクタは、閉位置に向かってスプリングで片寄せられたニードル弁を有する噴射ノズルを含んでおり、ニードル弁は、この閉位置においてニードル弁座部に着座される。噴射は、二方向ノズル制御弁により制御チャンバにおける燃料圧力（制御圧力）を制御することによって、制御される。制御チャンバは、ニードル弁の後端にあり、コモンレールからの高圧供給通路と常に連絡している。

ノズル制御弁は、制御チャンバが低圧ドレンに連絡する開位置と、該制御チャンバ及びドレン間の連絡が断たれる閉位置との間に作動可能である。噴射を開始するために、制御弁は作動されて制御チャンバ及び低圧ドレン間の連絡を始めるようにその開位置に入り、それにより制御チャンバ内の燃料圧力を減少させ、従って、ニードル弁がその座部からリフトするのを可能にする。噴射を終了するため、制御弁は作動されてその閉位置に入り、制御チャンバ及び低圧ドレン間の連絡を閉じる。制御チャンバ内への燃料の連続的な流れのため、高燃料圧力が制御チャンバ内に回復され、この高燃料圧力によりニードル弁は再び着座せしめられ、噴射を終了する。

上述したシステムの欠点の一つは、ノズル制御弁が開かれてニードル弁をリフトするときに、高圧供給通路から制御チャンバを経て低圧ドレンへ行く高圧燃料の連続的な流れが存在することである。従って、システムの寄生損は比較的に高い。噴射の終期におけるニードル弁の最大閉弁速度に対する限界もまた存在する。

ニードルの迅速な閉止は、排気放出物、特にスモーク及び粉塵を減少させる点で有利であることが認められていた。しかし、上述した形式のシステムにおいて、これは、噴射中及び噴射末期における制御チャンバ内への比較的に大きな流量もしくは流速によって実現されうるに過ぎず、ポンプ容量の増大、システムのコスト上昇及び燃料消費量の増大を必要とする。

コモンレール式システムとは対称的に、ユニットインジェクタは、各インジェクタが加圧燃料を他のインジェクタに供給するのではなく同じユニットの噴射ノズルに供給するための専用ポンプ要素を有する装置である。ユニットインジェクタにおいて三方制御弁を採用することは既知であり、これは、寄生損を減少させると共に、ニードルの迅速な閉止を可能にすることが分かった。しかしながら、ニードル弁の開放が非常に速い傾向があり、コモンレール式燃料システムにこの形式の制御弁を適用することは、この速い開放が少ない燃料噴射量（例えば、燃料のパイロット噴射）の制御を難しくする原因となるので、問題である。

本発明の一つの目的は、上述した諸問題を超克もしくは少なくとも軽減する、コモンレール式又はユニットインジェクタ式燃料システムで使用するのに適する改良型燃料インジェクタを提供することである。

本発明の第１形態によると、内燃機関の燃料システムにおいて使用するための燃料インジェクタであって、高圧燃料の供給通路と、前記インジェクタからの燃料給送を制御するためにニードル弁座部に係合可能であるニードル弁を含み、該ニードル弁に関連した面が制御チャンバ内の燃料圧力にさらされている、噴射ノズルと、前記供給通路及び前記制御チャンバの間に連通をもたらす第１の制限された流路と、前記制御チャンバ内の燃料圧力を制御するための制御弁と、高圧燃料が前記供給通路及び前記制御チャンバの間に流れるのを許容うるよう、前記制御弁の制御を受けて前記供給通路及び前記制御チャンバの間に連通をもたらす追加流動手段とを備え、前記追加流動手段は第２の制限された流路を含み、前記制御弁は、燃料が前記第２の制限された流路を通り（ｉ）前記制御チャンバ及び低圧ドレンの間に流れるか、或いは（ii）前記供給通路及び前記制御チャンバの間に流れるかを制御するよう作動可能であり、前記制御弁は、第１及び第２の弁座部のそれぞれ１つと係合するための第１及び第２の着座面を画成する制御弁部材を有しており、前記制御弁は、前記供給通路が前記追加流動手段を介して前記制御チャンバと連通する第１作動位置を有しており、該第１作動位置においては、前記第２の制限された流路を介する前記制御チャンバ及び前記低圧ドレン間の連通が阻止され、前記ニードル弁が前記ニードル弁座部から離れて所定距離移動すると、前記第２の制限された流路を介する前記制御チャンバ及び前記低圧ドレン間の連通を断つための手段を更に備えており、それにより噴射中の前記制御チャンバ及び前記低圧ドレン間の加圧燃料の損失を制限する燃料インジェクタが提供されている。

好適な実施形態において、第１の制限された流路を介する制御チャンバ及び供給通路の間の連通は連続的である。

制御弁は、制御チャンバが第２の制限された流路を介して低圧ドレンと連通する第２作動位置を有しており、該第１作動位置において、追加流路を介する供給通路及び制御チャンバの間の連通が阻止されている。本発明の別の利点は、制御弁が三方制御弁の形をとっているので、寄生燃料損失が最少化されることである。

噴射を開始したい場合、制御弁は、追加流路を介する供給通路及び制御チャンバの間の連通が阻止される第２作動位置に移動されて入り、そして制御チャンバは、追加流路を介して制御チャンバとの連通状態にされる。

第１の流路は、該第１の流路を通る燃料の流量を制限するために、第１の絞りを備えていることが好ましい。

追加流動手段は、制御弁の位置に応じて供給通路及び制御チャンバ間の或いは制御チャンバ及び低圧ドレン間の連通を可能にするため、第２の制限された流路を含むのが好ましい。この第２の制限された流路は、該第２の制限された流路を通る燃料の流量を制限するため好ましくは第２の絞りを備えている。第１及び第２の絞りは、ニードル弁の所要の開閉特性をもたらすよう選択されることができる。

噴射の終りにかけてのニードル弁の開動作は、制御チャンバ及び低圧ドレン間の流量を減少するよう第２の流路における絞りの慎重な選択により制御されることができる。

噴射を終了させたいときには、制御弁は第１作動位置（即ち、閉位置）に移動し、高圧燃料は、第１の流路及び追加流路の双方（１つのみの流路があるのとは対照的に）を通り流れて、制御チャンバ内に高燃料圧力を回復させる。従って、高圧燃料が２つの流路を通り制御チャンバに流入するためにニードル弁の閉動作が比較的に迅速に達成されうるという利点を有している。

一実施形態において、制御弁部材は、第２の制限された流路が低圧ドレンと連通するときに燃料が流れる穿孔を備えている。

第１及び第２の着座面のうちの少なくとも一方は切頭円錐形のものでよい。例えば、第１の着座面は切頭円錐形でよく、第２の着座面は制御弁部材の端面により画定されていてよい。

例えば、特に好適な実施形態において、ニードル弁自体は、それが例えば最大リフトである所定量だけその座部から移動したときに、第２の制限された流路を介する制御チャンバ及び低圧ドレン間の連通を断つよう構成されている。

好適な実施形態において、第２の制限された流路は、制御チャンバと連通する入口ポートを画成しており、最大リフトにおいて、ニードル弁に関連した更なる面が入口ポートを覆う。典型的には、例えば、ニードル弁は、入口ポートを覆うための更なる面を画成する別個の末端片を含むことができる。これは、燃料の噴射中の制御チャンバ及び低圧ドレン間の加圧燃料の損失を制限するという利点をもたらす。ニードル弁が入口ポートを覆う最大ニードルリフトに近づくにつれてその移動速度が減少するという点で更なる利点もまた実現されうる。

他の実施形態において、ニードル弁と入口ポートを覆う末端片とは、互いに一体に形成されていてよい。

制御チャンバ内の燃料圧力にさらされるニードル弁に関連した面は、ニードル弁自体により、或いは例えばニードル弁に結合されたピストンにより画成されうる。ニードル弁がピストンに結合されていれば、入口ポートを覆う末端片は、このピストンの一部を形成する。

燃料インジェクタは、電磁的に作動可能の弁又は圧電式に作動可能の弁の形の制御弁を含むことができ、そして制御弁部材は、好ましくは、スプリングにより偏倚され閉じられる。

インジェクタは、コモンレール（即ち、高圧燃料のための蓄圧室）に供給するコモンレール用ポンプを含むコモンレール式燃料システムの一部を形成することができ、この場合、コモンレールは、システムの少なくとも１つのインジェクタに燃料を供給する。この実施において、本発明の特別な利点は、噴射事象中の低圧への燃料損失が制限されることである。

代案として、本発明の別の形態においては、インジェクタがユニットインジェクタシステムの一部を形成していて、専用ポンプがシステムの他のインジェクタではなく同ユニットの関連インジェクタに加圧燃料を供給する。専用ポンプ及びそのインジェクタは、インジェクタ／ポンプユニットの一部を形成することができ、或いは代案として、専用ポンプは、高圧燃料ラインにより関連のインジェクタから遠くに離れて置かれていてもよい。ユニットインジェクタの適用例については、本発明の特別な利点は、ニードル弁の制御が改善されて、少ない燃料噴射量を給送するときに有利なことである。

このインジェクタはまた、同時係続の欧州特許出願第１３５９３１６号に記載されているように、ハイブリッド型のコモンレール／ユニットインジェクタ式燃料システムにおいて使用するのに適している。この方式のシステムにおいて、各インジェクタは関連のポンプを有しており、このポンプが関連のインジェクタへ、又はシステムの１つ以上の他のインジェクタに燃料を供給するコモンレールへ直接に燃料を供給することができる。

本発明の第２の形態によると、本発明の第１の形態に記載した形式の複数の燃料インジェクタと、該複数のインジェクタに供給するための共通の高圧燃料源とを含むコモンレール式燃料システムが提供されている。

本発明の第３の形態によると、本発明の第１の形態に記載した形式の複数のインジェクタと、該インジェクタのうちの関連する１つのインジェクタのインジェクタ供給通路に加圧燃料を供給するための専用高圧ポンプとを含む燃料噴射システムが提供されている。

本発明は、添付図面を参照して、単に一例として以下に説明されるであろう。

図１を参照すると、圧縮点火式内燃機関用の燃料システムは、本発明の第１実施形態の燃料インジェクタ（点線１０の内部）を含んでいる。このインジェクタ１０は、蓄圧室もしくはコモンレール１２から高圧燃料を受けるように配置されており、該コモンレールは、高圧燃料ポンプ１４により代表的には約４００〜２０００バールの圧力レベルまで高圧で燃料を満たされる。燃料ポンプ１４は、低圧燃料タンクもしくはドレン１８から比較的に低圧で燃料を受け取り、加圧した燃料を第１の送出ライン又は流路２０経由でコモンレール１２に給送する。コモンレール１２は、第２の送出ライン又は流路２２を介して高圧（“供給圧力”と呼ぶ）で燃料を供給し、この流路が燃料を関連のインジェクタ１０の供給通路２４に給送するよう配置されている。戻り管路２１は、インジェクタ１０及び低圧ドレン１８の間に設けられている。

実際には、燃料システムは、インジェクタ１０と同様の複数の燃料インジェクタを含んでおり、関連の内燃機関の各エンジンシリンダについて１つのインジェクタが設けられている。このシステムのインジェクタの各々は、コモンレール１２から高圧で燃料を受け取るべく配置されていると共に、他のインジェクタと同様の方法で作動する。従って、以下の説明上、システムの唯一つのインジェクタ１０について記載されるであろう。

インジェクタ１０は、ニードル弁２６を有する噴射ノズル２５を含んでおり、このニードル弁は、スプリングチャンバ３２内に格納されたニードル弁スプリング３０によってニードル弁座部２８に向かい片寄せられている。噴射ノズル２５は、盲ボア３６を備えたノズル本体３４（その下端部のみが示されている）を含んでおり、該盲ボアの中をニードル弁２６が移動可能である。スプリングチャンバ３２は、ノズルボア３６の上端部のところに画成されており、チャンバ３２及びボア３６の双方がインジェクタ供給通路２４から高圧燃料を受ける。ニードル弁２６は、ボア３６及びスプリングチャンバ３２内の燃料圧力にさらされる上向きのスラスト面を有しており、前記燃料圧力により上向きの力がニードル弁２６に作用して、このニードル弁がニードル弁開方向に作動する。

ニードル弁２６は、ノズルボア３６に給送された燃料がニードル弁座部２８を越えて流れボア３６の盲端部に画成された袋状室(sac volume)３８に流入できるかどうか制御するため、ニードル弁座部２８との係合状態及び係合外れ状態に移動可能である。袋状室３８はノズル本体３４に設けられた複数の出口開口４０（そのうちの２つが図示されている）と連絡しているので、ニードル弁２６が移動してニードル弁座部２８から離れ燃料がこの袋状室３８に流入するときに、出口４０を介して関連の燃焼スペースに入る燃料の噴射が起こる。

ニードル弁座部２８から遠くにあるニードル弁２６の端部のところで、ニードル弁２６の端面は制御チャンバ４２内の燃料圧力にさらされている。制御チャンバ４２内の燃料圧力は、ニードル弁スプリング力と結合して、ニードル弁２６を座部２８に押し当てるように作用する。

別の実施形態において、ニードル弁は、制御チャンバ４２内の燃料圧力にさらされるのがニードルピストンの表面であって、ニードル弁２６自体の表面ではないように、ニードルピストンに結合されうる。

燃料が供給通路２４から制御チャンバ４２に入るには２つの可能な流路が存在する。第１の流路４４の形態である第１の制御チャンバ注入路は、インジェクタ供給通路２４と制御チャンバ４２との間に設けられている。この第１の流路４４は、該流路４４にある第１の絞りもしくはオリフィス４４ａにより測定されるような制限された流量で制御チャンバ４２に入る燃料の連続流れを可能にする。補足もしくは追加の制御チャンバ注入路は、追加流路４７と第２の制限された流路４６とにより形成されている。第２の流路４６は、第２の絞りもしくはオリフィス４６ａを有しており、これはこの第２の流路４６を通る流量を決定する。追加の制御チャンバ注入路４７，４６は、ノズル制御弁４８の制御を受けて高圧燃料を制御チャンバ４２に供給することができる。

ノズル制御弁は三方制御弁４８の形をとっており、これは、第２の制限された流路４６、従って、制御チャンバ４２が供給通路２４からの追加流路４７と連通するか或いは戻り管路２１と連通するか決定するために開位置及び閉位置の間に移動可能である。ノズル制御弁４８は、ノズル制御弁部材５２と、このノズル制御弁部材５２を片寄らせて閉位置につけるように作用する制御弁スプリング５０とを含んでいる。ノズル制御弁が閉位置にあるとき、第２の制限された流路４６を経由する制御チャンバ４２及び戻り管路２１の間の連通は断たれ、代わりに制御チャンバ４２は、追加流路４７と第２の流路４６を介して供給通路２４と連通する。従って、ノズル制御弁４８が閉位置にある場合、第２の制限された流路４６と連通する追加流路４７のために、インジェクタ供給通路２４及び制御チャンバ４２の間に追加の制御チャンバ注入手段（第１の流路４４とは別）が存在する。

符号５４により総括的に明示されている電磁アクチュエータは、制御弁スプリング力に抗してノズル制御弁部材５２を動かして開位置につけるように作動可能である。ノズル制御弁４８が開位置にある場合、制御チャンバ４２は、第２の制限された流路４６を経由して戻り管路２１と連通し、そして追加の注入流路４７，４６を介する制御チャンバ４２及び供給通路２４間の連通が阻止される。

電磁アクチュエータ５４は従来型のものであって、励磁可能の巻線（図１及び図２に示されていない）を含んでおり、以下に更に述べるように、噴射を開始するためノズル制御弁４８を開く必要がある場合に、電流が巻線に供給される。第２の制限された流路４６は、制御チャンバ４２への入口ポート又は開口５８を有している。ニードル弁２６は、その上端のところに、縮径された末端片２６ａを備えており、これは、ニードル弁２６が動かされてその座部２８からその最大移動限度（“最大リフト”）である所定量離れた状況において、入口ポート５８と協働することができる。ニードル弁の末端片２６ａと第２の流路４６の入口ポート５８との間の協働により、噴射事象中の制御チャンバ４２からの高圧燃料の損失を減じる手段が提供される。

出口４０を通じて燃料の噴射を行うようにする燃料システムの作動は、次に詳細に説明されるであろう。図１に示す位置において、ノズル制御弁４８は閉位置にあり、そして第２の制限された流路４６が追加流路４７と連通しているため、第１の制限された流路４４及び第２の制限された流路４６の双方を介する制御チャンバ４２内への高圧燃料の供給がある。ノズル制御弁の閉位置において、第２の制限された流路４６を経由する制御チャンバ４２と戻り管路２１との間の連絡は断たれる。制御チャンバ内の高圧燃料は、ニードル弁スプリング３０の力と結合して作用し、ニードル弁２６をその座部２８との係合状態に強制し、出口開口４０を通じる噴射を防止するのに役立つ。これは燃料インジェクタの無噴射状態である。

噴射を開始することが必要とされる場合、アクチュエータ５４が励磁され、ノズル制御弁４８をその開位置に制御弁スプリング５０の力に抗して移動させる。ノズル制御弁４８の開弁は、第２の制限された流路４６を介するインジェクタ供給通路２４及び制御チャンバ４２の間の連絡を終えると共に、第２の制限された流路４６を介する制御チャンバ４２及び戻り管路２１の間の連絡を始める。かかる状況において、制御チャンバ４２内の燃料は、制御チャンバ４２から第２の制限された流路４６を経て戻り管路２１へ、従って、低圧側に流れることができる。この作動状態において、第２の制限された流路４６、下側座部７４及び戻り管路２１は、従って、制御チャンバ４２と低圧ドレン１８との間に燃料の戻り流路を画定する。

制御チャンバ４２内の燃料圧力が低下するにつれて、ニードル弁２６の上端部に作用する閉弁力が減少する。その結果、ニードル弁２６は、ノズルボア３６に給送されてニードル弁の開方向にインジェクタスラスト面に作用する高燃料圧力のため、その座部２８から離れるように移動させられる。従って、燃料は、袋状室３８内に、それから出口開口４０を経てエンジンシリンダ内に流入することができる。これは、図２に示すように、燃料システムの噴射状態である。

噴射フェーズの間、制御チャンバ４２内の燃料圧力は、低圧（即ち、ドレン圧力）及び供給圧力（即ち、供給通路２４内の圧力）間の中間レベルまで降下するであろう。制御チャンバ４２内の燃料圧力が減少して達するレベルは、第１の流路４４（これを通り燃料が制御チャンバ４２に流入する）における第１の絞り４４ａと第２の流路４６（これを通り燃料が低圧側に流れる）における絞り４６ａにより形成される流れ面積の比によって決定される。第１及び第２の絞り４４ａ，４６ａは、ノズル制御弁４８が開いたときに、制御チャンバ４２における圧力が、ニードル弁スプリング力と組み合わさって、ニードル弁２６に作用する上向きの力により超克されるレベル（スレッショルド圧力レベル）まで少なくとも低下しうるのを確実にするような大きさに作られている。従って、ノズル制御弁４８がその開位置に移動した後のある時点で、ニードル弁２６はリフトしてその座部２８から離れ、噴射が始まるの可能にする。制御チャンバ４２における圧力が一旦スレッショルド圧力レベルまで降下すると、制御チャンバ４２内の燃料圧力が更に減少する速度は、ニードル弁がその座部から離れてリフトされる速度を決定する。

ニードル弁２６の上端部における末端片２６ａの設置は、ニードル弁が開いて噴射を可能にするときに、その末端片がノズル制御弁４８を通る加圧燃料の流量を最小にするので、有利である。ニードル弁２６が最大リフトであるとき、ニードル弁２６の末端片は入口ポート５８を覆う。一旦これが起きると、制御チャンバ４２内の燃料圧力は、第１の流路４４，４４ａを通る制御チャンバ４２内への燃料の連続的な流れのため、増加し始めるであろう。しかしながら、ニードル弁２６の末端片の領域が入口ポート５８での低圧にさらされているので、ニードル弁２６の端部の減少した表面積のみが制御チャンバ４２における圧力にさらされる。従って、ノズルボア３６は、供給圧力で燃料を供給され続けるので、ニードル弁２６はそのリフトされた位置に維持される。

噴射を終了するため、ノズル制御弁４８は、アクチュエータの巻線の電源を遮断することにより、その閉位置に戻される。ノズル制御弁４８の閉弁は、第２の制限された流路４６を経由する制御チャンバ４２及び戻り管路２１の間の連通を打ちきり、代わりに追加流路４７及び第２の制限された流路４６の間の連通を自由にするので、燃料は、ノズル制御弁４８を通り制御チャンバ４２に流入することができる。従って、第１の流路４４を通る燃料の流れ（これは連続的である）と第２の流路４７，４６を通る付加的な流れのため、高圧が制御チャンバ４２内に回復される。高燃料圧力が制御チャンバ４２において回復されると、ニードル弁２６は実質的に圧力バランスされ、従って、ニードル弁スプリング３０は、ニードル弁２６をニードル弁座部２８に強く押し当てて、噴射を終了する。

本発明の燃料インジェクタの一つの利点は、噴射の終りでの制御チャンバ４２内への燃料の流量が、インジェクタ供給通路２４及び制御チャンバ４２、第１の流路４４及び付加的な流路４７，４６の間の２つの流路が存在することにより、増大されることである。

インジェクタ１０の特性、例えば、噴射タイミング（例えば、ポンピング）、ニードル弁２６の移動速度及び燃料給送量は、第１及び第２の流路４４，４６における絞り４４ａ，４６ａの流れ面積、ニードル弁スプリング３０の予荷重、並びにニードル弁座部２８の直径の慎重な選択により、最適化することができる。

インジェクタ１０は、噴射ノズル２５及びノズル制御弁４８が同じインジェクタユニット１０の一部を形成するよう形成されるのが好ましい。一例として、図３は、図１及び図２に示されたインジェクタ１０の一部の実際的な実施形態を示している。図１及び図２に示したものと同様の部材は、容易に参照できるように、同様の参照数字で引用されている。

図３を参照すると、インジェクタ１０は、下側の弁ハウジング部材６２の近くに上側の弁ハウジング部材６０を配設せしめた弁ハウジングを含んでいる。下側の弁ハウジング部材６２は、ノズル本体３４の上端部に当接している。弁ハウジング部材６０，６２及びノズル本体３４は、穿孔を備えており、これら穿孔は一緒になってインジェクタ供給通路２４の一部を画成する。第１の制限された流路４４は、一端でインジェクタ供給通路２４に連通し他端で制御チャンバ４２に連通するようノズル本体３４に設けられた第１の穿孔により画成されている。第２の穿孔は、ノズル本体３４に設けられていて、上側及び下側の弁ハウジング６０，６２に設けられた第１の穿孔と一緒になって、第２の制限された流路４６，４６ａを画成する。ノズル本体３４もまた、その上端部に第３の穿孔を備えており、この穿孔は、低圧ドレン１８への戻り管路２１の一部を形成している。上側の弁ハウジング６０に設けられた更なる穿孔は、追加流路４７を画成しており、その一端は弁ハウジングボア６６と連通し、その他端は供給通路２４と連通している。

アクチュエータ５４は、電磁巻線５５と、スプリング５０（図１及び図２に示す通り）と、巻線５５の通電及び非通電に応じて作動可能であるアーマチュア６１とを含んでいる。図１及び図２の実施形態と図３の実施形態の１つの差異は、図１及び図２において、通電プッシュ式（アクチュエータの巻線への通電によりスプリング力５０に抗してノズル制御弁部材が押される）のものであるのに対して、図３においてはアクチュエータ５４が通電プル式のものである点に注目すべきである。

ノズル制御弁部材５２はアーマチュア６１に結合されている。図３に示すように、上側の弁ハウジング６０は、第１の弁ハウジングボア６６を備えており、下側の弁ハウジング６２は、第２の弁ハウジングボア６７を備えている。ノズル制御弁部材５２は、アーマチュア６１に結合された部位である上側案内部位５２ａと、上側及び下側切頭円錐面を有する着座部位５２ｂと、下側案内部位５２ｃとを含んでいる。弁狭窄部５２ｄは、上側案内部位５２ａを着座部位５２ｂから隔てている。上側案内部位５２ａは、第１の弁ハウジングボア６６内を移動可能に案内され、下側案内部位５２ｃは、第２の弁ハウジングボア６７内を移動可能に案内される。ノズル制御弁部材５２の着座部位５２ｂは、上側切頭円錐面上に画定される上側着座面６８と、下側切頭円錐面上に画定される下側着座面７２とを含んでいる。弁ハウジングボア６６の領域は、開位置にあるときのノズル制御弁部材５２の上側着座面６８に係合可能である上側弁座部７０と、閉位置にあるときのノズル制御弁部材５２の下側着座面７２に係合可能である下側弁座部７４とを画成する形状に作られている。ノズル制御弁部材５２の上側案内部位５２ａ及び下側案内部位５２ｃ並びに第１及び第２の弁ハウジングボア６６，６７の直径は、ノズル制御弁部材５２が圧力バランスされるよう実質的に同等である。

ノズル制御弁部材５２の下側案内部位５２ｃは、該下側案内部位５２ｃを貫いて延びて下側弁座部７４の下流で第２の弁ハウジングボア５７に開口する弁穿孔７６を備えている。弁部材５２にある穿孔７６は、ノズル制御弁部材５２が下側弁座部７４に着座する位置にある場合に、第２の制限された流路４６及び戻り管路２１の間に連通路を提供する。

ノズル制御弁部材５２は、その下側着座面７２が下側弁座部７４との係合状態にある閉位置（図示の下向き方向）にスプリング５０によって片寄せられている。このような状況において、燃料は、インジェクタ供給通路２４から、追加流路４７を経由して、露出した上側弁座部７０を過ぎ、第２の制限された流路４６を介して制御チャンバ４２へと流れることができる。この流路４６，４７を通る燃料の流れに加えて、供給圧力の燃料はまた、第１の制限された流路４４を経由して制御チャンバ４２に流入することができる。これは、ニードル弁２６が着座する噴射サイクルの段階であり、噴射は、制御チャンバ４２内の高燃料圧力のため起こらない。

ノズル制御弁４８を開くため、アクチュエータの巻線５５は通電もしくは励磁され、ノズル制御弁部材５２の着座部位５２ａを移動させて下側弁座部７４から離れさせ上側弁座部７０との係合状態にさせる。このような状況において、追加流路４７及び第２の制限された流路４６の間の連通は断たれ、代わりに制御チャンバ４２及び戻り管路２１の間に第２の制限された流路４６及び弁穿孔７６を介する連通が確立される。制御チャンバ４２内の燃料は、第１の制限された流路４４を通り制御チャンバ４２に流入する燃料よりも大きな流量で、第２の制限された流路４６を通り低圧側に流出し、従って、ニードル弁２６はその座部からリフトさせられる。この作動段階中、制御チャンバ４２内の燃料圧力は供給圧力及びドレン圧力の間の中間レベルまで降下する。

図４は、図３に示したものに対する代案としての実際的な実施形態を示しており、同図において、同様の部材は同様の参照数字で識別されている。図３と同様に、図４におけるアクチュエータ５４は通電プル式のものである。しかし、これらの実施形態間の１つの差異は、図３における下側の弁ハウジング６２が図４においては必要とされない点である。その上、図４におけるノズル制御弁部材５２は、弁ハウジング６０にある上側の弁ハウジングボア６６内を移動自在に案内される上側案内部位５２ａのみを含む。ノズル制御弁部材５２の下側部位５２ｃは案内されないが、弁ハウジング６０内に設けられた拡径されたボア領域６９内を移動する。弁部材５２の上側案内部位５２ａ及び下側部位５２ｃの直径は実質的に同等である。また、ノズル制御弁部材５２は大径カラー５２ｂを含み、これは弁部材５２の残部と一体に形成されている。弁狭窄部５２ｄは、このカラー５２ｂを上側案内部位５２ａから隔てている。カラー５２ｂは、上側着座面６８を画定する切頭円錐面を含んでいる。上側弁座部７０に当たる上側着座面６８の直径は、上側案内部位５２ａ及び下側部位５２ｃの直径と実質的に同等である。下側着座面７２は、上側着座面６８のみが切頭円錐形であるよう下側弁部位５２ｃの端面により画定されている。

下側着座面７２は、ノズル本体３４の上面により画定される平坦な下側弁座部７４に係合可能である。

図４におけるノズル制御弁４８の作動は、図１〜図３について前述したのと同様である。噴射を開始するために、ノズル制御弁部材５２は、アクチュエータの巻線５５に通電することにより、その開位置に移動される。開位置にあるとき、上側着座面６８は移動して上側弁座部７０との係合状態に入り、制御チャンバ４２内の燃料が第２の制限された流路４６を通り戻り管路２１に流出するのを許容する。噴射を終了するために、アクチュエータの巻線５５への電源が断たれて、そしてノズル制御弁部材５２は、制御弁スプリング５０の作用を受けて移動して閉位置に入り、その閉位置で下側着座面７２が下側弁座部７４に係合してドレンへの第２の制限された流路４６を閉じる。代わりに、燃料は、追加流路４７を通り、上側弁座部７０を越え、第２の制限された流路４６を経由して制御チャンバ４２に流入することができる。

弁部材５２の上側案内部位５２ａ及び下側部位５２ｃの直径は図４において実質的に同じである。しかし、随意であるが、該部位５２ａ，５２ｃの直径は、動特性を最適化するため、弁を開くように偏倚させるか又は弁を閉じるように偏倚させるか、調節されうる（即ち、それらが異なるように）。

添付の請求項において権利が主張されている本発明の範囲から逸脱することなく前述したのと同一の機能を提供するために、代替構造の三方ノズル制御弁を使用してもよいことが分かるであろう。

ノズル制御弁を制御するために電磁アクチュエータを設けることの代替例として、例えば圧電アクチュエータのような別の形式のアクチュエータが使用されてもよい。

第１作動位置にあるときの燃料インジェクタの第１実施形態の概略図である。 第２作動位置にあるときの図１の燃料インジェクタを例示している。 図１及び図２における燃料インジェクタの一部を形成する三方ノズル制御弁の一実施形態を示している。 図１及び図２に示したインジェクタにおいて使用するための別の三方ノズル制御弁を示している。

Claims (16)

1. 内燃機関の燃料システムにおいて使用するための燃料インジェクタ（１０）であって、
   高圧燃料の供給通路（２４）と、
   前記インジェクタ（１０）からの燃料給送を制御するためにニードル弁座部（２８）に係合可能であるニードル弁（２６）を含み、該ニードル弁に関連した面が制御チャンバ（４２）内の燃料圧力にさらされている、噴射ノズル（２５）と、
   前記供給通路（２４）及び前記制御チャンバ（４２）の間に連通をもたらす第１の制限された流路（４４，４４ａ）と、
   前記制御チャンバ（４２）内の燃料圧力を制御するための制御弁（４８）と、
   高圧燃料が前記供給通路（２４）及び前記制御チャンバ（４２）の間に流れるのを許容するよう、前記制御弁（４８）の制御を受けて前記供給通路（２４）及び前記制御チャンバ（４２）の間に連通をもたらす追加流動手段（４７，４６）と、を備え、
   前記追加流動手段（４７，４６）は第２の制限された流路（４６，４６ａ）を含み、前記制御弁は、燃料が前記第２の制限された流路（４６，４６ａ）を通り（ｉ）前記制御チャンバ（４２）及び低圧ドレン（１８）の間に流れるか、或いは（ii）前記供給通路（２４）及び前記制御チャンバ（４２）の間に流れるかを制御するよう作動可能であり、
   前記制御弁（４８）は、第１及び第２の弁座部（７０，７４）のそれぞれ１つと係合するための第１及び第２の着座面（６８，７２）を画成する制御弁部材（５２）を有しており、前記制御弁（４８）は、前記供給通路（２４）が前記追加流動手段（４７，４６）を介して前記制御チャンバ（４２）と連通する第１作動位置を有しており、該第１作動位置においては、前記第２の制限された流路（４６，４６ａ）を介する前記制御チャンバ（４２）及び前記低圧ドレン（１８）間の連通が阻止され、
   前記ニードル弁（２６）が前記ニードル弁座部（２８）から離れて所定距離移動すると、前記第２の制限された流路（４６，４６ａ）を介する前記制御チャンバ（４２）及び前記低圧ドレン間の連通を断つための手段（２６ａ，５８）を更に備えており、それにより噴射中の前記制御チャンバ（４２）及び前記低圧ドレン（２８）間の加圧燃料の損失を制限する燃料インジェクタ。
2. 前記第１の制限された流路（４４，４４ａ）を介する前記制御チャンバ（４２）及び前記供給通路（２４）の間の連通は連続的である、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
3. 前記制御弁（４８）は、前記制御チャンバ（４２）が前記第２の制限された流路（４６，４６ａ）を介して前記低圧ドレン（１８）と連通する第２作動位置を有しており、該第２作動位置においては、前記追加流動手段（４７，４６）を介する前記供給通路（２４）及び前記制御チャンバ（４２）の間の連通が阻止されている、請求項１又は２に記載の燃料インジェクタ。
4. 前記制御弁部材（５２）は、前記第２の制限された流路（４６，４６ａ）が前記低圧ドレン（１８）と連通するときに燃料が流れる穿孔（７６）を備えている、請求項３に記載の燃料インジェクタ。
5. 前記第１及び第２の着座面（６８，７２）のうちの少なくとも一方は切頭円錐形のものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
6. 前記第１の着座面（６８）は、切頭円錐形のものであり、前記第２の着座面（７２）は、前記制御弁部材（５２）の端面により画定されている、請求項５に記載の燃料インジェクタ。
7. 前記所定距離は前記ニードル弁（２６）の最大リフトである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
8. 前記第２の制限された流路（４６，４６ａ）は、前記制御チャンバ（４２）と連通する入口ポート（５８）を画成しており、前記ニードル弁（２６）は、前記ニードル弁座部（２８）から離れて、前記ニードル弁（２６）に関連した更なる面が前記入口ポート（５８）を覆う位置へと移動可能である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
9. 前記ニードル弁（２６）は、前記入口ポート（５８）を覆うための前記ニードル弁（２６）の前記更なる面を画成する関連の末端片（２６ａ）を有している、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
10. 前記末端片（２６ａ）は前記ニードル弁（２６）の一体部分を形成している、請求項９に記載の燃料インジェクタ。
11. 前記制御弁（４８）は電磁アクチュエータ（５４）を含んでいる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
12. 前記制御弁（４８）は圧電アクチュエータ（５４）を含んでいる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
13. 前記ニードル弁（２６）に関連した前記面は、前記ニードル弁（２６）自体により画成されるか、或いは前記ニードル弁（２６）に結合されたピストンにより画成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
14. 前記噴射ノズル（２５）及び前記制御弁（４８）は共通のインジェクタユニット（１０）内に形成されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料インジェクタ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の複数の燃料インジェクタと、該複数のインジェクタに燃料を供給するための共通の高圧燃料源とを含むコモンレール式燃料システム。
16. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の複数の燃料インジェクタと、該複数のインジェクタの各々のための専用高圧ポンプ手段とを含み、該専用高圧ポンプ手段の各々は、関連のインジェクタの前記インジェクタ供給通路（２４）に加圧燃料を供給するよう配置されている、燃料噴射システム。

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