JP4773467B2 - 内燃エンジンの燃料噴射装置のための平衡計量サーボバルブ - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンの燃料噴射装置のための平衡計量サーボバルブに係る。

欧州特許ＥＰ１６１２４０３号から、下記構成を有する内燃エンジンのための燃料噴射装置が知られている：
− エンジンのシリンダの中に燃料を噴射するための、一方の端部にノズルを有するケーシング；
− ノズルの開放及び閉鎖のための移動可能なニードル；
− 前記ケーシングの中に収容され、それ自身の軸に沿ってスライドし、前記ニードルの運動をコントロールするためのロッド；及び、
− 前記ケーシングの中に収容された計量サーボバルブ。

上記計量サーボバルブは、コントロール・チャンバを有し、このコントロール・チャンバは、燃料吸入口及びキャリブレイトされた部分を有する排出口チャネルにつながっている。コントロール・チャンバ内の圧力は、ノズルを開放及び閉鎖する目的で、ロッドの軸方向のスライドをコントロールし、電磁石及びスプリングを有するアクチュエータをコントロールすることにより、調整される。

上記アクチュエータは、排出口チャネルの閉鎖位置と開放位置の間で、スリーブの並進運動を司っている。このスリーブは、それが軸方向のステムの上で実質的に流体密封状態でスライドすることが可能であるように取り付けられ、このケーシングは、ケーシングに対して、固定されたバルブ・ボディの一部を形成する。軸方向のステムの外側の側面は、排出口チャネルの出口となる環状のチャンバを規定する。閉鎖位置において、スリーブは、少なくとも理論的にはゼロの軸方向の燃料−圧力合力を受けるようなやり方で、環状のチャンバを閉鎖する。

このシステムにおいて、計量サーボバルブ及びそのスリーブは、いわゆる“平衡”タイプであって、アクチュエータのスプリングから要求される予荷重の力及び全体の寸法が、減少される。特に、スリーブの小さなリフトであっても、大きい燃料の経路断面を得ることが可能であり、その結果、噴射装置の動的挙動に関しての効果、即ち、移動距離の開放端及び閉鎖端でのスリーブのリバウンド現象を減少させると言う効果が得られる。

スリーブの内径は、直径のクリアランスに等しい量だけ軸方向のステムの外径より大きく、その値は、適切なガスケットを使用すること無く流体密封を確保するために、好ましくは約５μｍより小さい。

ここで留意すべきことは、スリーブとバルブ・ボディの間での流体シールは、スリーブの内径に対応して行われることがなく、以下の二つの現象のために、より大きな平均シール直径に対応して有効に行われることである：
− 使用中に、スリーブが圧力を受けて変形する；
− シーリングが、シャープ・エッジ（または、ゼロ半径レベル）により規定される周囲に沿って行われない。

第一の現象に関して、以下のことが明らである：即ち、
環状のチャンバ内の燃料の圧力は、スリーブが閉鎖位置にあるとき、比較的高いレベルまで、例えば、約１６００−１８００バール（１．６〜１．８Ｘ１０^８Ｐａ）まで、到達する。これに対して、放出領域において、またはシーリングゾーンのやや下流において、圧力レベルは、比較的低く、約数バール（１０^５Ｐａ）である。それ故に、環状のチャンバ内の圧力が、スリーブ上に径方向の力を作り出し、この力は、外向きに作用して、スリーブを変形させる。

この変形は、スリーブの端部を広げる効果を有していて、結果として、非変形状態において、スリーブの内径に対して、バルブ・ボディ上で接触及びシーリングが行われる直径を増大させる。

第二の現象に関して、技術的／構造的な理由のために、実用上、スリーブとバルブ・ボディの間の接触ゾーンは、周囲により正確に規定されるわけではなく、たとえ比較的小さい径方向の幅であっても、環状部分により規定される。シーリングは、この環状の内径に対応して、行われることなく、スリーブの内径より明らかに大きい平均直径に対応して行われる。

非変形状態において、スリーブの内径に対してシーリングが行われる直径の増大は、軸方向の不平衡力を作り出す効果を有していて、この不平衡力は、スリーブに、その開放に対応する方向に作用する。

軸方向の不平衡力の大きさは、燃料供給圧力、及びシーリングが効果的に行われる直径の間の相違により規定される環状の形状の領域、及び反対側の端部でのスリーブの最小の内径に依存する。

軸方向の不平衡力を補償するために、アクチュエータのスプリングは、軸方向の圧力の観点から、スリーブを閉じたまま維持するために、完全な平衡スリーブについてデザインにより理論的に決定される予荷重の力と比べて、より大きな予荷重の力を有していなければならない、

他方、スプリングのより大きな予荷重の力は、スリーブの表面とバルブ・ボディの表面が接触したときの、両者の間の、いわゆる“接着性”の磨耗のリスクの増大をもたらす。

スプリングの予荷重を制限するために、既知のソリューションは、軸方向の不平衡力を無くすための何らかの構造的な手段を有している。

特に、スリーブ及びバルブ・ボディは、高い硬度レベルを備えた材料を用いて作られる。それに加えて、スリーブの端部のために選択される幾何学的形状及び材料は、スリーブに高い剛性を与えるようなものであって、その結果、弾性的な変形が事実上排除されてしまうことになる。

それにも拘わらず、剛性を増大させるために選択される幾何学的形状）は、スリーブの重量の増大をもたらし、それ故に、閉鎖の間、バルブ・ボディとの接触の運動量の量の増大をもたらす。結果として、スリーブが、閉鎖の間、バルブ・ボディに対する望ましくないリバウンドに曝される。

これらのリバウンドのために、一方では、計量サーボバルブが即座に閉じないで、設計で定められた量よりもより多い量の燃料が、シリンダの中に噴射されると言う結果をもたらす。

他方、高い硬度レベルを備えた材料を選択したにも拘わらず、リバウンドが、閉鎖の間にバルブ・ボディと接触するスリーブの円形のエッジに、比較的急速な磨耗を引き起こす。この磨耗は、シールが作り出される平均直径の漸進的な増大をもたらし、それ故に、軸方向の不平衡力の増大をもたらす。

軸方向の不平衡力が漸進的に増大するので、計量サーボバルブの挙動及び噴射装置の全体としての挙動が、時間の経過に従い、デザインにより定められたものから漸進的に変化する：この変化は、予想することが可能ではなく、それ故に、補償することがいずれにせよ可能ではない。

この現象の帰結は、放出側に再循環される燃料の流れの、急速な且つ大きな増大であり、そして、噴射装置の寿命の減少である。
欧州特許ＥＰ１６１２４０３号明細書

本発明の目的は、以上で挙げた問題がシンプル且つ経済的なやり方で解決されることを可能にする内燃エンジンの燃料噴射装置のための平衡計量サーボバルブを提供することにある。

本発明によれば、内燃エンジンの燃料噴射装置のための計量サーボバルブが設けられ、この計量サーボバルブは：
− 電気式アクチュエータを有し；
− 固定されたバルブ・ボディを有し、このバルブ・ボディは、吸入口及び排出口チャネルにつながるコントロール・チャンバを規定し、この排出口チャネルは、少なくとも一つのキャリブレイトされた狭窄部を有し、且つ、このバルブ・ボディは、軸に沿って伸び且つ側面を有するステムを有し、この側面に前記排出口チャネルが出口を有している；
− スリーブを有し、このスリーブは、実質的に流体密封状態で前記側面に結合され、且つ、前記電気式アクチュエータの動作の下、前記スリーブの末端部分が前記排出口チャネルを閉鎖する閉鎖位置と、前記排出口チャネルが開放されて前記コントロール・チャンバ内の圧力を変える開放位置との間で、前記軸に沿ってスライドすることが可能であるように、前記側面に結合され；
前記末端部分は、次のような幾何学形状の特徴を有している、即ち、前記末端部分は、使用中に、前記排出口チャネルの口部に存在する燃料圧力のスラストを受けて、径方向に外向き方向に弾性的に変形可能であって、それによって、前記バルブ・ボディに対するシーリングが行われる直径を、非変形状態と比べて増大させ、そして、前記スリーブが閉鎖位置にあるとき、開放位置の方向に、前記スリーブ上での軸方向の不平衡力を作り出す。

好ましくは、前記電気式アクチュエータは、前記スリーブを前記閉鎖位置の方向へ軸方向に押すために、予め定められた予荷重を有するスプリングを有していて、前記末端部分の幾何学的形態は、前記燃料の供給圧力が安全の閾値を超えるときに、前記軸方向の不平衡力が前記予荷重のスラストを超えるように作られている。

特に、前記末端部分の外径と内径の間の比は、２．４より小さい。

本発明のより良い理解のために、以下において好ましい実施形態が、純粋に非限定的な例として、添付図面を参照しながら、説明される。

図１を参照すると、参照符号１は、内燃エンジンのための、特に、ディーゼル・サイクルの内燃エンジンのための燃料噴射装置（部分的に示されている）を、その全体で示している。噴射装置１は、中空ボディまたはケーシング２（広く“噴射装置ボディ”と呼ばれている）を有している。このケーシングは、長手方向の軸３に沿って伸び、且つ、側方の吸入口４を有している。この吸入口は、例えば、約１６００バール（１．６Ｘ１０^８Ｐａ）の圧力の、高圧の燃料供給ラインに接続されることが可能である。ケーシング２は、噴射ノズル（この図には示されていない）で終了し、この噴射ノズルは、チャネル４ａを介して吸入口４とつながり、燃料をエンジンの対応するシリンダの中に噴射することが可能である。

ケーシング２は、計量サーボバルブ５が収容される軸方向のキャビティ６、及びこのキャビティ６と同軸で且つアクチュエータ１５を収容するもう一つのキャビティを規定し、このアクチュエータは、電磁石１６及びこの電磁石１６によりコントロールされる切欠き付きディスク・アンカー１７を有している。

アンカー１７は、スリーブ１８に対して固定され、このスリーブは、軸３に沿って伸びている。これに対して、電磁石１６は、マグネチック・コア１９を有し、このマグネチック・コアは、軸３に対して垂直な表面２０を有し、アンカー１７のための軸方向のストップを規定し、サポート２１により所定の位置に保持されている。

アクチュエータ１５は、コイル圧縮スプリング２３を収容する軸方向のキャビティ２２を有し、このスプリングは、アンカー１７に、電磁石１６により及ぼされる引力に対して反対側の軸方向に、スラストを作用させるために、予荷重が与えられる。スプリング２３は、サポート２１の内側のショルダー（図示せず）に突き当たる一方の端部、及びアンカー１７の上に作用するもう一方の端部を有している。

計量サーボバルブ５は、三つの部材で作られたバルブ・ボディ、管状のボディ７５（部分的に示されている）、ディスク３３ｂ、及び分配及びガイド・ボディ７６を有している。

ボディ７５は、軸方向の貫通孔９を規定し、この貫通孔の中で、コントロール・ロッド１０が、流体密封状態で、軸方向にスライドして、噴射ノズルを開放及び閉鎖するシャッター・ニードルを、既知の、ここには示されていないやり方でコントロールする。

ボディ７５の軸方向の一方の端部は、外側のフランジ３３ａを有し、このフランジは、増大された直径のキャビティ６の部分３４の中に収容され、キャビティ６内側のショルダー３５に対して軸方向に接触して配置されている。

孔９の一方の端部は、コントロール・チャンバ２６を規定し、このコントロール・チャンバ、ボディ７５の中に作られたチャネル２８介して吸入口４と恒久的につながっていて、加圧された燃料を受ける。このチャネル２８は、キャリブレイトされた部分２９を有して、一方の端部で、コントロール・チャンバ２６の中に出て、もう一方の端部で、ボディ７５の外側の円筒状の表面１１とキャビティ６の内表面上の環状の溝により規定される環状のチャンバ３０の中に出る。チャネル３２は、ボディ２の中に作られ且つ吸入口４とつながっていて、環状のチャンバ３０の中に出る。

コントロール・チャンバ２６は、一方の側で、ロッド１０の端部表面２５（実用的には切頭円錐の形状を有している）により軸方向に制限され、もう一方の側で、底部表面２７により軸方向に制限される。この底部表面は、ディスク３３ｂのフェイスの一部を構成している。

ディスク３３ｂは、一方の側で、フランジ３３ａに対して軸方向に接触して配置され、もう一方の側で、ボディ７６の表面７７に対して軸方向に接触して配置されている。表面７７は、外側のフランジ３３ｃを有するボディ７５のベースの境界を、軸方向に定める。ディスク３３ｂは、ネジが切られたリングナット３６を介して、フランジ３３ａ及び３３ｃの間の固定され且つ流体密封の位置に、軸方向に確保され、このリングナットは、フランジ３３ｃと接触し、部分３４の内側のネジ３７の中にネジ込まれる。

ボディ７６はまた、アンカー１７及びスリーブ１８のためのガイド要素を有している。この要素は、フランジ３３ｃの直径より小さい直径を有する、実質的に円筒状のステム３８により規定される。

ステム３８は、軸３に沿って、ディスク３３ｂ及びボディ７５から反対の方向に、即ちキャビティ２２の方向へ、ボディ７６のベースを超えて突出する。ステム３８は、側面の円筒状の表面３９により、外側から境界が定められる、この円筒状の表面は、スリーブ１８の軸方向のスライドをガイドする。特に、スリーブ１８は、内側の円筒状の表面４０を有している、この表面は、実質的に流体密封状態で、ステム３８の側面３９に結合され、即ち、好都合な直径のクリアランス（例えば４μｍより小さい）を有する結合を介して、あるいは、特別なシーリング要素を挿入することにより、結合されている。

コントロール・チャンバ２６は、燃料排出口チャネル（参照符号４２により全体として示される）と恒久的につながっている。

チャネル４２は、軸方向のセグメント４３を有している。このセグメントは、ボディ７６の中に（部分的にフランジ３３ｃ中に、且つ部分的にステム３８中に）作られていて、順に、吸入口６３及び出口のない端部６６（図２）を有している。この端部は、吸入口６３の直径より小さい直径を有し、且つ、フランジ３３ｃを超えてステム３８の中に伸びている。

チャネル４２はまた、排出口セグメント４４を有している、この排出口セグメントは、径方向であって、一方の端部で、セグメント４３の端部６６の中に出て、且つもう一方の端部で、ステム３８の側面３９の中の環状の溝により規定されるチャンバ４６の中に出る。

特に、二つの径方向反対側のセグメント４４が設けられる。

図１に示された例によれば、チャンバ４６が、フランジ３３ｃの隣の軸方向の位置に得られ、スリーブ１８の末端部分４７により開放され／閉じられる。この末端部分は、チャネル４２のためのシャッターを規定する。特に、部分４７は、エッジ４８を介して表面４０につながる内側の切頭円錐の表面で終了し、このエッジは、フランジ３３ｃとステム３８の間の切頭円錐の接続表面４９に接触するために設けられ、円形のシーリング・ゾーンを規定している。

スリーブ１８は、アンカー１７とともに、前進端ストップ即ち閉鎖位置と、後退端ストップ即ち開放位置の間で、ステム３８上でスライドする。前進端ストップ位置において、部分４７がチャンバ４６を閉鎖し、かくして、チャネル４２のセグメント４４の排出口を閉鎖する。後退端部ストップ位置において、部分４７が、チャンバ４６を充分に開放して、セグメント４４が、燃料を、チャネル４２及びチャンバ４６を通ってコントロール・チャンバ２６の中に、放出することを可能にする。部分４７により、開放されて残される経路断面は、切頭円錐の形状を有していて、単一のセグメント４４の経路断面よりも少なくとも３倍大きい。

スリーブ１８の前進端ストップ位置は、フランジ３３とステム３８の間の接続表面４９に対して当たるエッジ４８により規定される。その代わりに、スリーブ１８の後退端部ストップ位置は、非磁性のギャップ・シート５１を間に挟んで、コア１９の表面２０に対して軸方向に当たるアンカー１７により規定される。後退端部ストップ位置において、チャンバ４６は、リングナット３６とスリーブ１８の間の環状の経路、アンカー１７の中の切欠き、キャビティ２２、及びサポート２１の中の開口を介して、噴射装置の放出チャネル（図示せず）とつながって配置される。

電磁石１６が励磁されたとき、アンカー１７は、スリーブ１８とともに、コア１９の方向へ移動し、それによって、部分４７が、チャンバ４６を開放する。燃料は、その後、コントロール・チャンバ２６から放出される：このようにして、コントロール・チャンバ２６内の燃料圧力が低下し、底部表面２７の方向へのロッド１０の軸方向の運動を引き起こし、かくして噴射ノズルの開放を引き起こす。

逆に、電磁石１６の電気を切ると、スプリング２３が、アンカー１７を、スリーブ１８とともに、前進端ストップ位置へ移動させる。このようにして、チャンバ４６が閉じられ、チャネル２８から入ってくる加圧された燃料が、コントロール・チャンバ２６内に高い圧力を再び作り出し、ロッド１０が、底部表面２７から離れる方向に移動して、噴射ノズルを閉鎖させることになる。前進端ストップ位置において、燃料は、スリーブ１８上に、ほぼゼロの軸方向のスラストの合力を作用させる。それは、チャンバ４６内の圧力が、スリーブ１８の側面４０上で、径方向にのみ働くからである。

スリーブ１８の開放及び閉鎖の間、コントロール・チャンバ２６内の圧力変動の速度をコントロールするために、チャネル４２は、一つまたはそれ以上のキャリブレイトされた狭窄部を含んでいる。“狭窄部”と言う用語は、燃料の流れが当該部分の上流及び下流で遭遇する経路断面より、より小さい経路断面を備えた孔（あるいは、より一般的にはチャネル４２のセグメント）を意味している。その代わりに、“キャリブレイトされた”と言う用語は、経路断面が、コントロール・チャンバ２６からの、予め設定された流体の流出量を正確に規定して、上流から下流への所定の圧力低下を作り出すように、精密に作られていることを意味している。

特に、比較的小さい直径を有する孔に対して、キャリブレイションは、実験的な性質の仕上げ運転により、精密に実施される。この仕上げ運転は、磨耗性の液体に、前もって作られた孔（例えば、放電加工またはレーザにより作られる）を通過させ、この孔の上流及び下流の圧力をセットし、通過する流量を読むことによって、実施される：流量は、孔側面において液体により引き起こされた磨耗（ハイドロ・エロージョンまたはハイドロ・アブレイジョン）により、漸進的に増大する。これが、予め定められた設計値に到達するまで続けられる。このポイントで、流れを遮断する：使用中に、孔の上流の圧力を、仕上げ運転の際に設定された圧力と等しくする。得られた最終の経路断面は、圧力低下を規定し、この圧力低下は、仕上げ運転の際に、孔の上流及び下流に形成された圧力の相違に等しく、燃料の流量は、予め定められた設計流量に等しい。

もし、狭窄部が複数設けられる場合には、これらのキャリブレイトされた狭窄部は、互いに直列におよび／または互いに並列に配置されることが可能である。

図１及び２に示された例を参照すると、チャネル４２に沿って互いに対して直列に配置され二つの狭窄部がある（なお、狭窄部の直径は、完璧な形状及び正確な縮尺で描かれてはいない）：一方は、セグメント４３の出口のない端部６６により規定され、もう一方は、参照符号５３により示され、ディスク３３ｂの中に軸方向に作られている。

キャリブレイトされた狭窄部５３は、ディスク３３ｂの一部の間でのみ、軸方向に伸び、且つ、コントロール・チャンバ２６の隣の位置の中にあり、これに対して、ディスク３３ｂの残部は、セグメント４３の吸入口６３の直径と同じオーダーの大きさの、より大きな直径の軸方向のセグメント４３ａを有している。

オプションとして、ディスク３３ｂは、反転されても良く、このようにして、セグメント４３ａを有し、このセグメントは、孔９の端部の中に、直接的に出て、コントロール・チャンバ２６の容積に追加される。

例えば、キャリブレイトされた狭窄部５３は、１５０μｍと３００μｍの間の直径を有している。出口のない端部６６の直径は、キャリブレイトされた狭窄部５３の直径より大きく：例えば、キャリブレイトされた狭窄部５３のほぼ２倍であることが可能である。

出口のない端部６６の直径が、まだ比較的小さいので、ステム３８の直径、従って、シールが形成されるエッジ４８の直径は、選択された材料及び採用された熱処理のタイプに依存して、制限されることが可能であり、例えば、２．５ｍｍと３．５ｍｍの間の値に制限される。

セグメント４３の吸入口６３は、通常のドリル・ビットにより、特別な精度無しで、ボディ７６の中に得られ、キャリブレイトされた狭窄部５３及び６６の直径の少なくとも４倍大きい直径が実現される。セグメント４４はまた、出口のない端部６６の経路断面より、大きな経路断面を規定し、特別な加工精度無しで得られる。

使用中に、部分４７が開放位置にあるとき、コントロール・チャンバ２６と放出ゾーンの間で圧力低下が生ずる。この圧力低下は、チャネル４２に沿って直列に配置されたキャリブレイトされた狭窄部と同数の圧力低下に分割される。

示されていない変形形態によれば、三つのキャリブレイトされた狭窄部が直列に配置され、および／または、ディスク３３ｂが無く、および／または、ディスク３３ｂ及びボディ７５が、単一の部材として作られた要素の一部を構成し、および／または、キャリブレイトされた狭窄部の内の一つが、ボディ７６またはディスク３３ｂの吸入口６３の中に埋め込まれたインサートの中に作られる。

図３に示された変形形態によれば、セグメント４３は、軸方向のセグメント５８を有し、このセグメント５８は、吸入口６３及びキャリブレイトされた狭窄部６６を置き換え、そして、吸入口６３及びセグメント４３ａと同じオーダーの大きさの、一定の直径を有している。同時に、排出口セグメント４４は、傾斜した排出口セグメント５９により置き換えられ、このセグメント５９は、キャリブレイトされた狭窄部５３に対して直列に配置されたキャリブレイトされた狭窄部を規定し、そして、チャンバ４６を、セグメント５８の底部と直接的につながる状態に配置する。

好ましくは、セグメント５９は、軸３に対して、３０度と４５度の間で傾斜する角度を形成する。特に、セグメント５８をステム３８の開始部の手前で終了させることによって、ステム３８が比較的頑丈になる。それ故に、ステム３８の直径、従って、スリーブ１８とステム３８の間の環状のシーリングゾーンの直径（エッジ４８により規定される）は、結果として減少されることが可能であり、これは、動的条件下で、このシーリングゾーン内でのリークを制限すると言う明らかな利点を伴う。特に、傾斜した排出口セグメントを作ると言う手段によっても、シーリングゾーンの直径（非変形状態においてエッジ４８により規定される）が、ステム３８を構造的に弱くすること無く、２．５ｍｍと３．５ｍｍの間の値に維持されることが可能である。

この変形形態において、製造の際、傾斜した排出口セグメント５９とセグメント５８の底部との交差を容易にするために、セグメント５８は、実用的には、キャリブレイトされた狭窄部５３の直径の８倍と１０倍の間の直径を有している。

本発明によれば、スリーブ１８の部分４７により規定されるシャッターの幾何学的形態は、部分４７を弾性的に変形可能にし、且つ従来技術における程リジッドではないようにするように作られている。

特に、非変形状態における、部分４７の外径Ｄ１と内径Ｄ２の間の比は、２．２より小さい。更にまた、軸方向の長さＬと部分４７の内径Ｄ２の間の比は、１．８より大きい。軸方向の長さＬは、シールが形成されるエッジ４８から、スリーブの外径１８に急激な変化が生ずる位置まで、伸びるように定められている：例えば、図１のソリューションにおいて、この急激な変化は、丁度スリーブの端部１８で、即ちアンカー１７に対応して生ずる。

スリーブ１８の変形および／または過剰な弱体化を避けるために、好ましくは、スリーブ１８の外径Ｄ１と内径Ｄ２の間の比は、１．７より大きく、および／または、スリーブ１８の軸方向の長さＬと内径Ｄ２の間の比は、３より小さい。

図４の変形形態において、スリーブ１８は、部分４７に対して反対側の端部に、外径Ｄ１より大きい外径を備えた、末端部分１００を有している。特に、軸３に直交する環状のショルダーにより規定される急激な拡大部が、部分４７と１００の間に設けられている。

このようにして、部分１００は、部分４７の剛性と比べてより大きい剛性を有していて、それにより、弾性的変形が、部分４７それ自体に集中され、これに対して、部分１００が実質的に変形されずに残り、ガスケット要素を追加する必要無しで、アンカー１７の隣の所定の位置において、表面３９と４０の間で流体シールを補償することが可能である。

この場合には、部分４７の幾何学的形態は、以下の様に規定される：
部分４７の外径Ｄ１と内径Ｄ２の間の比は、１．６より大きく且つ２．４より小さく、部分４７の軸方向の長さＬと内径Ｄ２の間の比は、０．４５より大きく且つ０．８より小さい。ここで、“軸方向の長さＬ”はまだ、エッジ４８から、スリーブの外径１８の急激な変化がある位置まで、即ち部分１００の開始部のショルダーに対応する位置まで、計測された軸方向の長さとして定められる。更にまた、図４のこの変形形態において、エッジ４８から計測したチャンバ４６の軸方向の長さを、Ｌ’として、 Ｌ−Ｌ’＝ΔＬ と規定すると、０．２より大きく且つ０．８ｍｍより小さいΔＬが得られる。

以上において規定された寸法的な比を選択することによって、従来技術と比べて、部分４７の剛性及びスリーブの重量１８の減少が、もたらされる。

換言すれば、幾何学的形状は、スリーブ１８が閉鎖位置にあるとき、チャンバ４６の中の圧力の効果の下で、スリーブ１８の部分４７を径方向に外向き方向に弾性的に変形させるように、設定される。

弾性的な変形のお陰で、エッジ４８は、非変形状態と比べて、より外側にあり、そのために、部分４７と表面４９の間のシールが、非変形状態における理論的な値より大きい平均直径に対応して生じる。

主要な効果は、部分４７の表面４９に対するインパクトの瞬間に、スリーブ１８の運動エネルギーの大半を弾性的な変形に変換することにある。運動エネルギーの弾性的な変形エネルギーへの、この変換は、リバウンド現象の大きな減少と言う利点を有している。

事実、ボディ７６に対するインパクトの間に弾性的に変形された後、部分４７は、蓄積された弾性的エネルギーを解放して、非変形状態に戻る。変形エネルギーが、運動エネルギーに戻されるように変換されるが、この復帰の時間は、スリーブ１８がリジッドな従来技術に対して特に、比較的長い。

更にまた、以上において規定された寸法的な比に関してなされた選択は、いわゆる“接着性”磨耗の効果が減少されることを可能にする、それは、接触の間、部分４７が、その上に“貼りつく”ことなく、円錐状の表面４９の上で（径方向に）軽く滑るからである。

更に、たとえ、表面４９上での部分４７の滑りであっても、シールが効果的に形成される平均直径の一時的な増大をもたらし、それは、リバウンド現象を更に減少させるエネルギーのダンピング効果を引出す。

それに加えて、表面４９上での部分４７の滑りは、マイクロ・フラクチャーおよび／または表面マイクロ・ウエルドの現象の可能性を減少させる。そうでなければ、そのような現象は、部分４７のエッジ４８の上に作用する高い単位面積当たりの荷重のために、生じ易い。

表面４９上での部分４７の滑りを更に改善するために、ボディ７６及びスリーブ１８に対して、摩擦係数を減少させる材料および／または表面処理を選択することが、好都合である。

更にまた、部分４７の弾性により作り出される軸方向の不平衡力を利用して、計量サーボバルブ５をセーフティ・バルブとしても機能させることが、可能である。事実、部分４７の幾何学的形態は、燃料供給圧力が安全の閾値（例えば、２５００バール（２．５Ｘ１０^８Ｐａ）の閾値）を超えたときに、スプリング２３の予荷重のスラストを超える軸方向の不平衡力が得られるように、決定されることが可能である。

実用上、スリーブ１８が閉鎖位置にある間に、もし、供給圧力が安全の閾値を超えた場合には、ロッド１０の移動させること無く、軸方向の不平衡力が、スプリング２３の予荷重に打ち勝ち、計量サーボバルブ５を自動的に開放させ、燃料の一部を、コントロール・チャンバ２６から、チャネル４２及びチャンバ４６を通って、放出する。それによって、ピーク圧力が噴射装置１のコンポーネントに損傷を与えることないことを確保する。

以上において示されたことから、以下のことが明らかである。即ち、計量サーボバルブ５及び噴射装置１の時間の経過に伴う挙動が、従来技術と比べて、より大きい精度及び信頼性で、評価されることが可能である。それは、いわゆる“接着”磨耗及びインパクト及びリバウンドに起因する磨耗の減少によって、スリーブ１８がリジッドな既知のソリューションと比較して、シールが効果的に形成される直径に、時間の経過に伴うドリフトがより少ないからである。

たとえ、スリーブ１８を開放位置へ移動させようとする軸方向の不平衡力が、存在していたとしても、磨耗を減少させることにより、この力は、時間の経過に伴い、ほぼ一定のまま残り、従って、設計段階で予測可能である。

それに加えて、３．５ｍｍ未満へのステム３８の直径の減少は、従って、部分４７のシール直径の減少は、動的条件下での漏洩及びスプリング２３のために要求される予荷重の減少を可能にし、従って、アクチュエータ１５から要求される力の減少を可能にする。ステム３８のための３．５ｍｍ未満の直径の値の選択は、バルブ・ボディのために選択された材料、バルブ・ボディに対してなされる熱処理、その結果としての靭性、及び、最後に、採用された加工サイクルの関数として行われる。

部分４７のシール直径の減少は、スリーブ１８の軸方向の長さを減少させる可能性ももたらす、それ故に、その重量を更に減少させることになる。事実、表面３９と４０の間の流体の漏洩の流量は、結合ゾーンにおけるそれらの周囲の長さに、直接的に比例し、且つ、この結合ゾーンの軸方向の長さに逆比例する：直径を、従って前記周囲の長さを、減少させることにより、且つ、より大きな直径を備えたステムが与えるものと同じ流体の漏洩の流量を前提にすると、結合ゾーンの軸方向の長さを減少させ、結果として、重量及び全体の寸法を減少させることが可能である。明らかに、スリーブ１８の重量の減少は、計量サーボバルブ５の応答時間の減少を意味している。

更にまた、ステム３８の外径の減少は、従って、エッジ４８に沿うシール周囲の長さの減少は、軸方向の不平衡力の大きさを減少させ、それ故に、スプリング２３の予荷重の力が減少されることを可能にする。このスプリングは、部分４７の弾性的な変形に起因する軸方向の不平衡力を補償するため依然として設けられなければならない。

スプリング２３の予荷重の力とエッジ４８の直径の間の比は、実用的には、１０［Ｎ／ｍｍ］と１５「Ｎ／ｍｍ］の間である。

部分４７の弾性に加えて、スリーブ１８の重量の減少はまた、閉鎖フェーズにおいて、リバウンド現象を減少させる効果を有している、それ故に、計量サーボバルブ５の運転精度を向上させる。

最後に、ここで示された計量サーボバルブ５に関して、添付されたクレイムにおいて規定される本発明の保護範囲から逸脱すること無しに、種々の変更及び変形形態が行われることが可能であることは、明らかである。

特に、アクチュエータ１５は、チャネル４２の排出口を開放するために、電流を受けたとき、その軸方向の寸法を増大させてスリーブ１８を駆動する圧電アクチュエータで置き換えることも可能である。

更に、チャンバ４６は、表面４０において少なくとも部分的に穴が掘られていても良く、および／または、チャネル４２は、軸３に対して非対称であっても良い：例えば、セグメント４４及び５９は、互いに異なる断面積を有していても良く、および／または、互いに異なる直径を有していても良く、および／または、互いに異なる平面上にある軸を有していても良く、および／または、全てが軸３の周りに等しく間隔があけられていなくても良い。

それに加えて、バルブ・ボディは、三つの部材の代わりに、二つの部材または単一の部材で作られていても良く、および／または、アンカー１７及びスリーブ１８は、単一のボディに統合される代わりに、別個の要素により規定され、そして互いに対して接触した状態で配置されても良い。

図１は、本発明に基づく、内燃エンジンの燃料噴射装置のための平衡計量サーボバルブの好ましい実施形態を、部分的に且つ断面で示す。 図２は、図１の詳細を示す。 図３は、図２と同様な図であって、図１及び２に示された計量サーボバルブの変形形態に関する図である。 図４は、図１と同様な図であって、計量サーボバルブの更なる変形形態に関する図である。

Claims (11)

1. 内燃エンジンの燃料噴射装置（１）ための計量サーボバルブ（５）であって、
   前記計量サーボバルブは：
   （ａ） 電磁石及び切欠き付きディスク・アンカー（１７）を有する電気式アクチュエータ（１５）を有し；
   （ｂ） 固定されたバルブ・ボディを有し、このバルブ・ボディは、吸入口（４）及び排出口チャネル（４２）につながるコントロール・チャンバ（２６）を規定し、前記排出口チャネルは、少なくとも一つのキャリブレイトされた狭窄部を有し、また、前記バルブ・ボディは、軸（３）に沿って伸び且つ側面（３９）を有するステム（３８）を有し、この側面に前記排出口チャネル（４２）が出口を有し；
   （ｃ） スリーブ（１８）を有し、このスリーブは、実質的に流体密封状態で前記側面（３９）に結合され、且つ、前記電気式アクチュエータ（１５）の動作の下、前記スリーブ（１８）の第一の管状部分（４７）が前記排出口チャネル（４２）を閉鎖する閉鎖位置と、前記排出口チャネル（４２）が開放される開放位置との間で、前記軸（３）に沿ってスライドして、前記コントロール・チャンバ（２６）の中の圧力を変えるように、前記側面に結合され；
   前記スリーブ（１８）は、第二の管状部分（１００）を有し、この第二の管状部分は、円筒形であって、前記切欠き付きディスク・アンカー（１７）に隣接していて、且つ前記第一の管状部分（４７）と同じ内径を有し；
   前記第一の管状部分（４７）は、円筒形であって、前記スリーブ（１８）閉鎖位置にあるときに、使用中に前記排出口チャネル（４２）の口部に存在する燃料圧力のスラストの下、径方向に外向き方向に弾性的に変形可能であり、それにより、前記バルブ・ボディに対してシーリングが行われる直径を、非変形状態の前記内径と比べて増大させ、それにより、前記スリーブ（１８）上に軸方向の不平衡力を発生させ；
   前記第二の管状部分（１００）は、前記第一の管状部分（４７）の外径（Ｄ１）と比べて大きい外径を有し；
   前記スリーブ（１８）は、前記第一の管状部分（４７）と前記第二の管状部分（１００）の間の外周面に段差を有していること；
   を特徴とする計量サーボバルブ。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載の計量サーボバルブ：
   前記電気式アクチュエータ（１５）は、スプリングを有し、このスプリングは、前記スリーブ（１８）を前記閉鎖位置の方向へ軸方向に押すために、予め定められた予荷重を有し、
   前記燃料の供給圧力が安全の閾値を超えたときに、前記軸方向の不平衡力が前記予荷重のスラストを上回る。
3. 下記特徴を有する請求項２に記載の計量サーボバルブ：
   前記安全の閾値は、約２５００バール（２．５Ｘ１０^８Ｐａ）に等しい。
4. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の計量サーボバルブ：
   前記第一の管状部分（４７）の外径と内径の間の比は、２．４より小さい。
5. 下記特徴を有する請求項４に記載の計量サーボバルブ：
   前記第一の管状部分（４７）の外径と内径の間の比は、２．２より小さい。
6. 下記特徴を有する請求項４または５に記載の計量サーボバルブ：
   前記第一の管状部分（４７）の外径と内径の間の比は、１．６より大きい。
7. 下記特徴を有する請求項２に記載の計量サーボバルブ：
   前記スプリング（２３）の予荷重と、非変形状態における前記内径の間の比は、１０［Ｎ／ｍｍ］と１５「Ｎ／ｍｍ］の間である。
8. 下記特徴を有する請求項１から７の何れか１項に記載の計量サーボバルブ：
   前記第一の管状部分（４７）の軸方向の長さと前記内径の間の比は、０．４５より大きく、
   前記軸方向の長さは、前記バルブ・ボディとの接触が行われるエッジ（４８）から、前記急激な拡大部までの距離で、計測される。
9. 下記特徴を有する請求項８に記載の計量サーボバルブ：
   前記軸方向の長さと前記内径の間の比は、０．８より小さい。
10. 下記特徴を有する請求項１から９の何れか１項に記載の計量サーボバルブ：
    前記排出口チャネルは、前記軸方向のステムの上で得られ且つ軸方向の長さ（Ｌ’）を有する環状のチャンバ（４６）で終了し、
    この軸方向の長さは、前記バルブ・ボディとの接触が行われるエッジ（４８）から計測され、
    且つ、この軸方向の長さは、前記第一の管状部分（４７）の軸方向の長さ（Ｌ）より、０．２ｍｍと０．８ｍｍの間の量（ΔＬ）だけ小さい。
11. 内燃エンジンのための燃料噴射装置（１）であって、
    当該噴射装置は、燃料をエンジンの対応するシリンダの中に噴射するためのノズルで終了し、且つ、
    − 軸方向（３）に沿って伸びる中空の噴射装置ボディ（２）と；
    − 前記ノズルの開放または閉鎖をコントロールするために、前記噴射装置ボディ（２）の中で軸方向に移動可能なコントロール・ロッド（１０）と；
    − 前記コントロール・ロッド（１０）の軸方向の運動をコントロールするために、前記噴射装置ボディ（２）の中に収容され、且つ、請求項１から１０の何れか１項に基づいて作られた計量サーボバルブ（５）と；
    を有していることを特徴とする燃料噴射装置。

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