JP4838602B2

JP4838602B2 - 噴射ノズル

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Publication number: JP4838602B2
Application number: JP2006058168A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ピー・クック
Original assignee: Delphi Technologies Holding SARL
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: US20060196976A1; US7309030B2; JP2006242191A; EP1703117B1; EP1703117A1; DE602005024510D1; ATE487048T1

Description

本発明は、内燃機関用燃料噴射システムに用いられる噴射ノズルに関する。さらに詳細には、限定はしないが、本発明は、第１及び第２弁ニードルが１つ以上のノズル出口を通る燃焼空間内への燃料の噴射を制御するように動作可能である圧縮点火内燃機関に用いられる噴射ノズルに関する。

いわゆる「可変オリフィスノズル」（ＶＯＮ）は、燃料を燃焼空間内に噴射するのに用いられるオリフィスの数を、異なるエンジン負荷ごとに変化させることができる。典型的には、このようなノズルは、ノズル本体を備え、このノズル本体は、第１外側弁ニードルがアクチュエータの制御下で移動しうる止まり穴（blind bore）を備えている。このノズル本体の穴は、着座面を画成し、外側弁ニードルは、ノズル本体の壁の第１軸方向位置に設けられた第１ノズル出口の組を通る燃料噴射を制御するように、この着座面と係合可能である。外側弁ニードルは、それ自体、弁先端に開口する長手方向に延在する穴を備え、第２内側弁ニードルがこの穴内において移動可能である。内側弁ニードルは、外側弁ニードルの開口から突出し、ノズル本体の壁の第１ノズル出口の組よりも低い軸方向位置に設けられた第２ノズル出口の組を通る燃料噴射を制御するように、着座面と係合可能である。

出願人の同時係属中の欧州特許出願第０４２５０９２８．１号に記載されているようなこの種の既知の噴射ノズルにおいて、第１（上側）ノズル出口の組への燃料流れは、外側弁ニードルによって制御され、第２（下側）ノズル出口の組への燃料流れは、内側弁ニードルによって制御される。燃料を、上側出口を通して噴射するために、外側弁ニードルが単独でそのシートから離脱するように動作可能であり、内側弁ニードルは、着座したまま維持される。上側出口に加え、下側出口を通して燃料を噴射するために、外側弁ニードルが所定距離を越えて移動し、その移動が内側弁ニードルに伝達され、内側弁ニードルもそのシートから離脱、すなわち、持ち上げることができる。この後者の動作段階中に、第１及び第２出口の組の両方が開けられ、比較的高燃料噴射率をもたらす。この種の噴射ノズルは、比較的低エンジン負荷でのエンジン排気を最適化するために、小さい全ノズル出口面積を選択することができる。あるいは、比較的高エンジン負荷での全燃料流れを増大させるために、大きな全ノズル出口面積が選択されてもよい。

前述の噴射ノズルにおいて、外側弁ニードルの位置制御は、典型的には、圧電スタック式アクチュエータを用いることによって達成される。この圧電スタック式アクチュエータの動作は、直接的な機械式または流体的な連結によって外側弁ニードルに伝達される。圧電アクチュエータはエネルギー効率がよく、弁ニードルの持上げを正確に制御することができるので、特にこの種の噴射ノズルに適している。しかし、圧電アクチュエータは製造費が高価であるため、可変オリフィスノズルの長所を維持しながら噴射を制御しうる、より安価な手段の利用が望まれている。

このような背景に基づいて、本発明は、圧縮点火内燃機関の燃料噴射装置に用いられる噴射ノズルを提供する。この噴射ノズルは、ノズル本体に設けられた穴に嵌入され、第１送給室から第１ノズル出口への燃料流れを制御するように第１着座領域と係合可能である外側弁部材と、外側弁部材に設けられた外側弁穴内で滑動可能であり、第２送給室から第２ノズル出口への燃料流れを制御するように第２着座領域と係合可能である内側弁部材と、外側弁部材が所定距離よりも大きい距離にわたって移動したとき、外側弁部材の移動が内側弁部材に伝達されるように、外側弁部材と関連する持上げ手段と、使用時に、加圧燃料を受けるように構成された制御室と、を備えている。外側弁部材と関連する第１表面は、第１有効表面領域を画成し、内側弁部材と関連する第２表面は、第２有効表面領域を画成し、第１及び第２有効表面領域の両方は、制御室内の燃料圧力を受圧し、かつ、第１有効表面領域が第２有効表面領域よりも大きいことにより、制御室内の燃料圧力が減少すると、内側弁部材が第２着座領域から離脱する前に、外側弁部材が第１着座領域から離脱するように構成されている。

本発明は、可変ノズル出口の面積が、より複雑で高価な連動式圧電アクチュエータによって制御されるのと対照的に、より一般的な制御手法を用いて、例えばサーボ駆動によって達成され得るという利益をもたらす。

内側弁部材は、第２有効表面領域がその内側弁部材自体によって画成されるように、形成されてもよいが、もし内側弁部材が外側弁穴内で滑動可能であるピストン部材と固定して係合される場合、内側弁部材は、より容易に作製され得る。この場合、ピストン部材が第２有効表面領域を画成する。

持上げ手段は、好ましくは、外側弁部材と連結されるリング部材を備えており、このリング部材は、外側弁部材が所定距離よりも大きい距離にわたって移動したとき、ピストン部材に係合され、移動を内側弁部材に伝達する。リング部材は他の形態を取り得るが、実質的に管状で、摩擦接触によって外側弁部材に連結されることが好ましい。

噴射ノズルの燃料流れの効率は、外側弁部材を、外側着座領域によって画成される第１及び第２弁シートと係合する第１及び第２シートラインを画成するように形成することにより、改善されうる。この場合、第１シートラインと第１弁シートとの間の協働作用によって、第１送給室と第１ノズル出口との間の燃料流れを制御し、第２シートラインと第２弁シートとの間の協働作用によって、第２送給室と第１ノズル出口との間の燃料流れを制御する。加えて、第１送給室は、外側弁穴の領域によって少なくとも部分的に画成される補助流路を経由して、第２送給室と連通されてもよい。

代替的実施形態において、外側弁部材の最大持上げ量は、ノズル本体に隣接する噴射装置のハウジング部材によって画成される持上げ停止面の形態にある停止手段によって、制限されるとよい。

本発明によれば、噴射ノズルは、外側弁部材が単独で第１着座領域から持ち上がる第１動作段階、外側弁部材が内側弁部材と係合し、外側弁部材のさらなる移動が内側弁部材を第２着座領域から持上げる第２動作段階、及び、内側弁部材が外側弁部材に対して相対的に移動し、第２着座領域からさらに持ち上がる第３動作段階を達成するように、動作可能である。

制御室内の圧力は、好ましくは、電磁的に動作可能な制御弁機構によって制御される。しかし、この制御弁機構は、他の手段、例えば圧電アクチュエータによって制御されてもよい。

他の態様によれば、本発明は、内燃機関に用いられる噴射装置の形態にある。この噴射装置は、前述の噴射ノズルと、外側弁部材の移動を制御するためのアクチュエータとを備えている。

より容易に理解され得るように、以下、添付の図面を参照して、本発明を説明する。

図１は、ノズル本体４を備える噴射ノズル２を示している。ノズル本体４は、比較的大径の上部４ａを有し、この上部４ａは、細くなって比較的小径のネック部４ｂに至り、ノズル先端４ｃで終端している。噴射ノズル２は、使用時においては燃料噴射器（図示せず）の一部を構成し、ノズル先端４ｃは、エンジン（図示せず）の燃焼室内に燃料を噴射するために突出している。

以下の説明において、「上側」及び「下側」という用語は、図面に示される噴射ノズルの方向に関して用いられる。しかし、この用語は、噴射ノズルの配置を特定の方向に制限することを意図したものではない。また、「上流」及び「下流」という用語は、燃料入口からノズルを通って燃料出口に流れる燃料の方向に関して用いられる。

ノズル本体２は、袋容積部１８で終端する軸方向止まり穴６を備え、スリーブ状の外側弁部材８が、この軸方向穴６に滑動可能に嵌入されている。

軸方向穴６は、その開放端に噴射制御室７を画成する拡径領域６ａを備え、外側弁部材８の第１上端領域８ａがこの制御室７内に突出している。上端領域８ａは、肩１０を画成するように段が付けられ、比較的小径の突出部１２が、この肩１０から延在している。螺旋バネ１４の形態にある付勢手段が制御室７内に収容され、肩１０と当接するように突出部１２の周りに嵌込まれている。従って、バネ１４は、外側弁部材８を軸方向穴６の止まり端によって画成された切頭円錐着座面１６と係合するように付勢する力をもたらす。

スラスト面２４が、外側弁部材８の外面によって画成され、ノズル本体穴６内の加圧燃料が、このスラスト面２４に作用し、バネ１４の力に対抗する力を外側弁部材８に加える。着座面１６は、外側着座領域２０を画成し、外側弁部材８の先端が、第１ノズル出口の組２２の通る燃料噴射を制御するように、この外側着座面２０と係合する。

燃料は、例えば、コモンレール又は他の適切な加圧燃料源から、ノズル入口２６を介して、ノズル２に供給される。このようなコモンレール又は他の適切な加圧燃料源は、燃料をエンジンの１つ以上の他の噴射装置にも供給するように、構成されている。ノズル入口２６は、燃料をノズル本体４と外側弁部材８との間でノズル本体穴６内に画成された環状室２８に送る。

外側弁部材８は、その上端の近くにおいて、ノズル本体穴６の直径と実質的に等しい直径を有し、これらの部品の協働作用によって、使用時に、外側弁部材８がノズル本体穴６内で往復運動するとき、その外側弁部材８の移動を案内する。外側弁部材８の表面に機械加工によって形成された襞又は溝３０が、環状室２８から、ノズル本体穴６を通して、第１送給室３２に至る燃料用の流路をもたらす。第１送給室３２は、外側弁部材８の外面とノズル本体穴６との間に画成されている。

外側弁部材８は、それ自体、貫通穴３４を備え、２部品内側弁組立体３６が、この貫通穴３４に嵌入されている。内側弁組立体３６は、内側弁ピストン部材３８を備え、このピストン部材３８は、その下端に、組立体３６の内側弁部材４４の突出ステム領域４２を確実に受け入れるための止まり穴４０を備えている。ピストン部材３８の上端は、外側弁部材８の突出部１２の領域に、実質的に平坦なピストンヘッド３８ａを画成し、このピストンヘッド３８ａは、制御室７内の燃料に晒されている。ピストンヘッド３８ａの直径は、外側弁穴３４から制御室７内への燃料の漏れを防ぐか又は少なくとも許容レベルに制限するために、外側弁穴３４と緊密に嵌合する領域を画成するように設定されている。緊密な嵌合の領域は、ピストン部材３８の長さ方向に対して、比較的短い距離に亘って延在し、ピストンの残余の部分の直径は僅かに細く、ピストンと外側弁穴３４との間に滑動しうる間隙を形成している。

内側弁部材４４は、着座面１６の内側着座領域４６と係合可能であり、内側弁部材４４の内側着座領域４６に対向する運動及びそこから離反する運動によって、第２ノズル出口の組４８を通る燃料噴射を制御する。第１及び第２出口の組２２、４８は、各組に２つ以上の出口を有し、各組がノズル本体４内の異なる軸方向位置に配置される構造として示されているが、出口の組２２、４８の各々が単一の出口を備えていてもよいことが理解されるべきである。この明細書の解釈上、「出口」という呼称は、１つ以上の出口に適用されると考えられるべきである。

図１に示される位置において、内側及び外側弁部材４４、８の両方は、それぞれの着座領域４６、２０と係合されている。既に述べたように、バネ１４が外側弁部材８を外側着座領域２０と係合させるような付勢力をもたらす。制御室７内の燃料圧力も外側弁部材８の上面に作用し、外側弁部材８を外側着座面２０と係合させる付勢力を増大させている。外側及び内側弁部材８、４４の両方の位置制御は、以下に述べるように、制御室７内の圧力を変化させることによって決定される。

図２は、噴射ノズル２の下端をさらに詳細に示している。内側弁部材４４は、３つの異なる領域、すなわち、ピストン部材３８の穴４０に嵌入される上側ステム領域４２と、下側領域５０と、下側領域５０とステム領域４２との中間の段付き領域５２とを備えるような形状を有していることが図から明らかである。段付き領域５２は、円筒状で、外側弁穴３４と実質的に同一の直径を有している。その結果、段付き領域５２は、内側弁部材４４が移動し、第２出口の組４８を通る燃料噴射を制御するように、内側着座領域４６と係合または離脱するとき、その内側弁部材４４の移動を案内するように機能する。

図３を参照すると、内側弁部材４４に付加的な案内をもたらすために、下側領域５０は、外側便穴３４の直径と実質的に同一の直径を有し、外側弁穴３４と共に３つの燃料用空間５６を画成する３つの平面５４を備えるような形状を有している。従って、内側弁部材４４の軸方向移動が下側領域５０によって案内されると共に、空間５６が平面５４を通る燃料流れの絞りを規定するように作用する。この絞りの規定によって、使用時に、平面５４を超えて流れる高圧燃料による下側領域５０の横方向の移動は、実質的に排除される。３つの平面５４が図３に示されているが、下側領域５０にはさらに多くの平面、あるいは溝又は襞、さらには、平面、溝及び／又は襞の組み合わせが、機械加工によって形成されてもよいことが理解されるだろう。いずれにしても、この目的は下側領域５０の十分な案内を達成すると共に、燃料流れの絞りを許容レベルに規定することにある。

図２に示されるように、下側領域５０の最下端は、部分的に球面の内側弁シート５８を備えている。この内側弁シート５８は、細くなって又は滑らかに実質的に円錐状の領域６０に繋がり、この領域６０は、円錐先端で終端している。内側弁部材４４は、比較的小量しか内側着座領域４６から持ち上がらないので、部分的に球面の内側弁シート５８と円錐領域６０の組み合わさった部分が、軸方向において第１出口の組２２の下方でかつ内側着座領域４６の上方に位置する第２送給室６２から、内側弁シート５８を越えた先の袋容積部１８に、燃料を送るのに効果的な流れ経路をもたらす。次いで、燃料は、袋容積部１８から第２出口の組４８に流れる。

燃料を第１送給室３２から第２送給室６２に流すために、外側弁部材８は、その下端の近くに、横方向の穿通孔の形態にある半径方向通路６４を備えている。各通路６４の一端は第１送給室３２と連通し、他端は外側弁穴３４と連通している。半径方向通路６４は、平面５４と共に第１送給室３２と第２送給室６２との間に、燃料用の補助流路を画成する。外側弁穴３４内の燃料の圧力を確保するために、さらに他の半径方向通路６５が、外側弁部材８のより高い軸方向位置に設けられている。

図４は、外側弁部材８をさらに詳細に示している。図４において、外側弁部材８の下端は、溝又は凹部領域７４を備えていることが分かるだろう。この溝領域７４は、外側弁部材８が着座したとき、その上端に、第１出口の組２２の上流側の第１（上側）シートライン７０を画成し、その下端に、第１出口の組２２の下流側の第２（下側）シートライン７２を画成する。上側及び下側シートライン７０、７２は、第１及び第２弁シート２０ａ、２０ｂにおいて、外側着座領域２０と係合可能である。

さらに詳細には、図４は、外側弁部材８の下端が、４つの異なる領域、すなわち、上側領域７６、上側シート領域７８、下側シート領域７９、及び端領域８３を有し、これらは、全て、実質的に切頭円錐形状であることを示している。これらの領域７６、７８、７９、８３は、明瞭にするために、図１又は図２では示されていない。

上側シート領域７８と下側シート領域７９は、共に、外側弁部材８の凹部領域７４を形成し、着座面１６の隣接領域と共に第１出口の組２２の入口端における燃料用の環状容積部を画成する。

図２を再び参照すると、実質的に管状あるいは筒状のリング部材８０が、外側弁穴３４に嵌入されている。リング部材８０は、別体の異なる部品であり、リング部材８０の外面と外側弁穴３４の表面との間の摩擦接触によって外側弁部材８に連結されている。すなわち、リング部材８０は外側弁穴３４に締まり嵌めされている。

リング部材８０は、第１上端面又は「持上げ面」８２と、図２に示される位置にあるとき、内側弁部材４４の段付き領域５２によって画成された段又は肩部８６と当接する第２下端面又は「停止面」８４とを備えている。リング部材８０の内径は、ステム領域４２の直径よりも大きく、これによって、ステム領域４２はリング部材８０を貫通し、そのリング部材８０に緩嵌されている。図２に示される位置において、内側弁部材４４が、外側弁部材８に連結されたリング部材８０を介して内側弁部材４４に作用するバネ力によって、内側着座領域４６に対して保持されることが理解されるだろう。

リング部材８０の持上げ面８２は、ピストン部材３８の第１下端面８８と向き合っている。内側及び外側弁部材４４、８が図１及び図２に示されるように着座しているとき、ピストン部材３８の下端面８８とリング部材８０の持上げ面８２は、製造時に予め定められた距離「Ｌ」だけ分離している。この距離「Ｌ」は、リング部材８０がピストン部材３８と係合し、移動を内側弁部材４４に伝達する前に、外側弁部材８が外側着座領域２０から持ち上がる必要のある量を決定する。ピストン部材３８の下端面８８とリング部材８０の持上げ面８２は、内側弁部材４４と外側弁部材８の両方が着座したとき、最大間隔（すなわち、所定距離「Ｌ」）だけ離れていることが理解されるべきである。

図１及び図２に示されていないが、制御室７内の燃料圧力は、例えば、２方向噴射制御弁（図示せず）によって制御される。このような噴射制御弁は当技術分野において知られている。制御室７内の圧力を減少させることが望まれるとき、噴射制御弁は制御室７から低圧ドレン（図示せず）に流れる加圧燃料用の経路を開くように動作可能である。これによって、外側弁部材８を着座面１６に向けて付勢する力を、外側弁部材８のスラスト面２４に作用する高圧燃料による力未満に低下させる。その結果、外側弁部材８は、外側着座領域２０から持ち上がり、噴射が第１出口の組２２を通して開始される。

噴射を終了させるために噴射制御弁が閉じられ、これにより、制御室７と低圧ドレンとの間の連通を遮断する。従って、高圧燃料が再び制御室７内に充填され、この高圧燃料は、外側弁部材８に加えられる力を増大させるように作用し、外側弁部材８を外側着座領域２０に再係合させる方向に付勢する。

以下、噴射装置の動作について説明する。最初、噴射ノズル２は、図１及び図２に示される位置にあり、出口２２、４８を通るどのような噴射も起こらない。この位置において、高圧燃料はノズル入口２６と共に制御室７にも供給されている。

図５及び図６は、噴射過程の始動時における第１動作段階中の噴射ノズルを示している。このような状況下において、噴射制御弁は低圧ドレンへの流路を開いているので、制御室７内の圧力が低下している。

制御室７内の燃料圧力が低下することによって、外側弁部材８に加えられる閉鎖力が低下する。この閉鎖力は、突出部１２の肩１０と共にその上端、すなわち、リム１１によって画成された第１有効表面領域に作用する燃料圧力とバネ１４の力とによって確定される。この閉鎖力が、スラスト面２４に作用する加圧燃料による対抗力よりも小さい点まで低下すると、外側弁部材８は外側着座領域２０から離脱する。従って、燃料は主燃料送給経路に沿って、第１送給室３２から第１シートライン７０を超えて第１出口の組２２に流れることができる。また燃料は、補助流路に沿って第１送給室３２からドリル穴６４と空間５６を通して第２送給室に流れ、次いで、第２シートライン７２を超えて流れることができる。

外側弁部材８が外側着座領域２０から持ち上がると、リング部材８０が、その外側弁部材８と共に運ばれ、リング部材８０の持上げ面８２とピストン部材３８の下端面８８との間の隙間を減少させる。しかし、内側弁部材４４は、内側着座領域４６から持ち上がらない。何故なら、制御室７内のピストン部材３８の端面３８ａによって画成された第２有効表面領域に作用する燃料圧力が、内側弁部材４４を着座させて保持するのを確実にするのに十分だからである。

外側弁部材８が所定距離Ｌにわたって移動すると、リング部材８０の持上げ面８２は、ピストン部材３８の下端面８８と係合する。

図７及び図８は、噴射ノズル２の次の動作段階を示している。ここでは、制御室７内の燃料圧力がさらに減少し、外側弁部材８とピストン部材３８に加えられる閉鎖力をさらに低下させる。その結果、外側弁部材８は、そのスラスト面２４に作用する燃料の圧力によって、外側着座領域２０からさらに持ち上がる。リング部材８０の持上げ面８２がピストン部材３８の下端面８８と係合しているので、内側弁部材４４も内側着座領域４６から持上げられる。従って、燃料は、第２送給室６２から部分的に球面状のシート５８を超えて袋容積部１８内に流れ、第２出口の組４８を通って流れることができる。

この動作段階中、内側弁部材４４は、円錐領域６０が高圧燃料に晒されているので、持上げ力を受ける。最初、燃料は、内側着座領域４６を超えて急速に流れるので、比較的低い持上げ力しか内側弁部材４４に加えられず、この持上げ力は、ピストン部材３８の上端において第２有効表面領域に作用する燃料圧力による対抗力に打ち勝つには、不十分である。内側弁部材４４が内側着座領域４６からさらに持ち上がると、内側着座領域４６を超える体積燃料流れが増大する。その結果、袋容積部１８内の燃料圧力によって内側弁部材４４に加えられる上向き力が、ノズル本体穴６内の燃料圧力に相当する圧力（すなわち、入口２６を介して供給される燃料圧力と同一の圧力）になるまで増大する。同時に、制御室７内の燃料圧力は、円錐領域６０に作用する燃料圧力によって内側弁部材４４に加えられる持上げ力が、ピストンヘッド３８ａの第２有効領域に作用する燃料圧力による対抗力よりも大きくなる点まで継続して低下する。その結果、内側弁部材４４は、外側弁部材８に対して相対的に移動させられる。これが、図９及び図１０に示される位置である。

図９及び図１０に示される動作段階では、内側弁部材４４は、その内側弁部材４４の肩部８６がリング部材８０の停止面８４と当接するまで、外側弁部材８に対して相対的に上方に移動する。従って、外側弁部材８が比較的小さい距離しか持ち上がらなくても、内側弁部材４４の完全な持上げが達成される。

噴射を終了させるためには、噴射制御弁が制御室７と低圧ドレンとの間の連通を遮断することによって、制御室７内の圧力を回復させるように作動される。外側弁部材８に作用する閉鎖力が、回復された制御室７によって増大し、この増大した閉鎖力が、外側弁部材８を外側着座領域２０に付勢する。同様に、リング部材８０の停止面８４が内側弁部材４４の肩部８６と接触しているので、内側弁部材４４が内側着座領域４６に付勢される。その結果、外側及び内側弁部材８、４４は、それらのシート２０、４６と同時に再係合し、これによって、噴射を迅速に終了させる。

所望される燃料噴射特性によっては、外側弁部材８が持ち上がることができる最大距離を制限することが必要とされる場合がある。図１１において、外側弁部材８の突出部１２は、持ち上げ停止面９０の形態にある停止手段と接触している。この持上げ停止面９０は、例えば、ノズル本体４に隣接する噴射装置のハウジング部材によって画成された制御室７の天井であるとよい。

図１２は、本発明の代替的実施形態を示している。噴射ノズル２は、前述の実施形態と実質的に同一なので、ここでは差異についてのみ説明する。必要に応じて前述したのと同様の部品を同様の参照番号で示す。

前述の実施形態におけるように、ピストン部材３８は、外側弁穴３４内において滑動可能である。しかし、ピストンヘッド３８ａの近くのピストン部材３８の端部は、外側弁穴３４との密閉嵌合をなさず、外側弁穴３４とピストン３８との間の摩擦接触を可能な限り小さくするために、ピストン部材３８の全長に沿ってすきま嵌合をなすように、構成されている。その代わりに、内側弁部材４４の停止領域５２が外側弁穴３４との密閉嵌合をなし、これによって、ピストン部材３８を超えて噴射制御室７内に向かう燃料流れを防ぐか又は少なくとも許容レベルに制限する。ピストン部材３８の一部と対照的に、停止領域５２の半径方向外面のみしか、正確な密封面の研摩を必要としないので、製造コストの低減が達成される。

この構成の予想される欠点は、加圧燃料が自在に制御室７からピストン部材３８と外側弁穴３４との間の隙間に流れるので、制御室７の有効体積がわずかに増大することにある。しかし、これらの影響は、ピストン部材３８の直径が、外側弁穴３４内における適切な遊嵌を維持しながら、そのような有効体積を最小限にすることを確実にするによって緩和させることができる。

前述の実施形態は、比較的大きな体積を有する制御室７を特徴としている。しかし、高噴射圧における内側及び外側弁部材４４、８の位置制御を改良し、かつ噴射制御アクチュエータのエネルギー消費を低下させるために、制御室７の体積を低減させることが望ましい場合がある。そのために、閉鎖バネ１４を制御室７から取り外し、離れた個所、例えば、噴射装置のハウジングの他の部分における制御室７の軸方向上方のバネ室（図示せず）に収容することも考えられる。従って、バネ１４の力を、例えば、中間的な負荷伝達ロッドによって外側弁部材８に伝達させながら、比較的小さい体積を有する制御室７を作製することができる。

本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明の実施者及び当業者であれば、請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の変更及び改良がなされ得ることが理解されるだろう。例えば、内側弁組立体３６は、製造を容易にするために、ピストン部材３８と内側弁部材４４を備える構造として示されているが、内側弁部材３６は、実際には、単一部品であってもよいことが理解されるだろう。

加えて、内側弁部材４４の部分的に球面状のシート５８が、内側着座領域４６と係合するが、内側弁部材４４が、代替的な着座構成を備えていてもよいことが、理解されるだろう、例えば、内側弁部材４４は、第２出口の組４８の軸方向における上下の位置において、シートライン１６と係合可能である第１及び第２シートラインを備えていてもよい。この場合、第２出口の組４８は、図１〜１２に示されるよりも高い軸方向位置に設けられるだろう。

非噴射位置にあるときの第１実施形態による噴射ノズルの断面図である。図１における噴射ノズルの拡大断面図である。線Ａ−Ａに沿った図２の断面図である。図１及び図２における噴射ノズルの弁着座部分のさらに他の拡大断面図である。第１噴射位置にあるときの図１〜４の噴射ノズルの断面図である。図５における噴射ノズルの拡大断面図である。第２噴射位置にあるときの図１〜６の噴射ノズルの断面図である。図７における噴射ノズルの拡大断面図である。第３噴射位置にあるときの図１〜８の噴射ノズルの断面図である。図９における噴射ノズルの拡大断面図である。噴射位置にあるときの本発明の代替的実施形態による噴射ノズルの断面図である。非噴射位置にあるときの本発明の他の実施形態による噴射ノズルの断面図である。

符号の説明

２噴射ノズル
４ノズル本体
４ａ上部
４ｂネック部
４ｃノズル先端
６軸方向止まり穴
６ａ拡径領域
７噴射制御室
８外側弁部材
８ａ第１上端領域
１０肩
１１リム
１２突出部
１４螺旋バネ
１６切頭円錐着座面
１８袋容積部
２０外側着座領域
２０ａ第１弁シート
２０ｂ第２弁シート
２２第１ノズル出口の組
２４スラスト面
２６ノズル入口
２８環状室
３０溝
３２第１送給室
３４外側弁穴
３６内側弁組立体
３８ピストン部材
３８ａピストンヘッド
４０止まり穴
４２ステム領域
４４内側弁部材
４６内側着座領域
４８第２ノズル出口の組
５０下側領域
５２段付き領域（停止領域）
５４平面
５６空間
５８内側弁シート
６０円錐領域
６２第２送給室
６４半径方向通路
６５半径方向通路
７０第１（上側）シートライン
７２第２（下側）シートライン
７４凹部領域
７６上側領域
７８上側シート領域
７９下側シート領域
８０リング部材
８２持上げ面
８３端領域
８４停止面
８６肩部
８８第１下端面
９０持上げ停止面
Ｌ距離

Claims

内燃機関用の噴射ノズル（２）において、
前記噴射ノズル（２）は、
ノズル本体（４）に設けられた穴（６）に嵌入され、第１送給室（３２）から第１ノズル出口（２２）への燃料流れを制御するように第１着座領域（２０）と係合可能である外側弁部材（８）と、
内側弁組立体（３６）とを備え、
該内側弁組立体（３６）は、ピストン部材（３８）と、該ピストン部材（３８）に固定又は係合された内側弁部材（４４）とを備えており、
前記ピストン部材（３８）は、内側弁部材（４４）の突出ステム領域（４２）を確実に受け入れるための止まり穴（４０）を備えており、
前記内側弁部材（４４）は、前記外側弁部材（８）に設けられた外側弁穴（３４）内で滑動可能であり、第２送給室（６２）から第２ノズル出口（４８）への燃料流れを制御するように第２着座領域（４６）と係合可能であり、
前記噴射ノズル（２）は、また、前記外側弁部材（８）に連結されたリング部材（８０）を備えており、
前記リング部材（８０）は、前記外側弁部材（８）が所定距離（Ｌ）よりも大きい距離にわたって移動したとき、前記ピストン部材（３８）に係合し、これによって、前記外側弁部材（８）の移動が前記内側弁部材（４４）に伝達でき、前記リング部材（８０）は、前記内側弁部材（４４）の肩部（８６）と当接する停止面（８４）と、前記ピストン部材（３８）の下端面と向き合っている持ち上面（８２）とを備えており、
前記噴射ノズル（２）は、さらに、使用時に、加圧燃料を受容するように構成された制御室（７）を備え、
前記外側弁部材（８）と関連する第１表面（１０、１１）により画成される第１有効表面領域と、前記ピストン部材（３８）と関連する第２表面（３８ａ）により画成される第２有効表面領域とが、共に前記制御室（７）内の燃料圧力を受圧するように構成され、かつ、前記第１有効表面領域が前記第２有効表面領域よりも大きいことにより、前記制御室（７）内の燃料圧力が減少すると、前記内側弁部材（４４）が前記第２着座領域（４６）から離脱する前に、前記外側弁部材（８）が前記第１着座領域（２０）から離脱するように構成されていることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１に記載の噴射ノズルにおいて、
前記リング部材（８０）は、前記ピストン部材（３８）の下端面（８８）と対向する第１端面（８２）を備え、該第１端面（８２）は、前記外側弁部材（８）と前記内側弁部材（４４）とが着座した状態で、前記ピストン部材（３８）の下端面（８８）と前記所定距離（Ｌ）だけ離間していることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１または２に記載の噴射ノズルにおいて、
前記リング部材（８０）は、前記外側弁部材（８）が着座した状態で、前記内側弁部材（４４）に設けられた肩部（８６）に当接する第２端面（８４）を備え、該第２端面（８４）により、前記内側弁部材（４４）が前記内側着座領域（４６）と係合した状態が保持されることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の噴射ノズルにおいて、
前記リング部材（８０）は、実質的に管状であることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の噴射ノズルにおいて、
前記外側弁部材（８）は、前記外側着座領域（２０）によって画成された第１及び第２弁シート（２０ａ、２０ｂ）と係合する第１及び第２シートライン（７０、７２）を画成していることを特徴とする噴射ノズル。
請求項５に記載の噴射ノズルにおいて、
前記第１シートライン（７０）と前記第１弁シート（２０ａ）との間の協働作用によって、前記第１送給室（３２）と前記第１ノズル出口（２２）との間の燃料流れが制御され、前記第２シートライン（７２）と前記第２弁シート（２０ｂ）との間の協働作用によって、前記第２送給室（６２）と前記第１ノズル出口（２２）との間の燃料流れが制御され、前記第１送給室（３２）は、前記外側弁穴（３４）の領域によって少なくとも部分的に画成された補助流路を経由して、前記第２送給室（６２）と連通していることを特徴とする噴射ノズル。
請求項６に記載の噴射ノズルにおいて、
前記補助流路は、前記外側弁部材（８）によって画成された少なくとも１つの半径方向通路（６４）によって、さらに画成され、前記少なくとも１つの半径方向通路（６４）は、前記外側弁穴(３４)及び前記第１送給室（３２）と連通していることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の噴射ノズルにおいて、
前記制御室（７）は、前記外側弁部材（８）を前記外側着座領域（２０）と係合させる方向に付勢する付勢手段（１４）を収容していることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の噴射ノズルにおいて、
前記外側弁部材（８）が前記外側着座領域（２０）から離れて移動することができる最大距離を制限するための停止手段（９０）を備えていることを特徴とする噴射ノズル。
請求項９に記載の噴射ノズルにおいて、
前記停止手段（９０）は、前記ノズル本体（４）と隣接する噴射装置のハウジング部材により画成された持上げ停止面であることを特徴とする噴射ノズル。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の噴射ノズルにおいて、
前記噴射ノズルは、
前記外側弁部材（８）のみが前記第１着座領域（２０）から持ち上げられる第１動作段階、
前記外側弁部材（８）が前記内側弁部材（４４）と係合し、前記外側弁部材（８）のさらなる移動により、前記内側弁部材（４４）が前記第２着座領域（４６）から持上げられる第２動作段階、及び、
前記内側弁部材（４４）が前記外側弁部材（８）に対して相対的に移動し、前記第２着座領域（４６）からさらに離れて持ち上げられる第３動作段階を達成するように、動作可能であることを特徴とする噴射ノズル。
内燃機関に用いられる噴射装置において、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の噴射ノズルと、前記外側弁部材（８）の移動を制御するためのアクチュエータとを備えることを特徴とする噴射装置。
請求項１２に記載の噴射装置において、
前記アクチュエータは、電磁気的に動作可能であることを特徴とする噴射装置。