JP4008351B2

JP4008351B2 - 高圧絞りを有するポンプシステム

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Publication number: JP4008351B2
Application number: JP2002548297A
Authority: JP
Inventors: アール．シュプールストラ，グレッグ，; シュトラウブ，ロバート，ディー．
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Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2007-11-14
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Description

本発明は、燃料噴射システム用のポンプシステムに関する。

エンジン排気規制はますます厳しくなりつつある。排気基準を満たす１つの方法は、燃焼室内へ噴射される燃料の量およびタイミングを精密に制御して、エンジンサイクルに適合させるようにすることである。いくつかのエンジン動作条件では、効果的な噴射の率整形（レートシェーピング（rate shaping））の結果、エンジンの排気中の粒子状物質および窒素酸化物のレベルが低下し得る。効果的な率整形の一形態は、燃焼プロセスの初期段階中に燃料をゆっくりと噴射し、その結果エンジン騒音が少なくなる。

既存の率整形技法は、インジェクタノズル組立体に様々な変更を加えることにより噴射率の制御を試みている。これら既存の率整形技法は商業的に成功している多くの用途で用いられてきたが、既存の変更したインジェクタノズル組立体より正確な率整形を可能にする率整形技法が必要である。

したがって、高圧絞りを利用して、内燃機関の燃焼室内に噴射される燃料の量およびタイミングを精密に制御するポンプシステムを提供することが、本発明の目的である。

上記の目的を達成するために、燃料噴射システム用のポンプシステムを提供する。上記ポンプシステムは、高圧ポンプ室を画定する本体と、燃料を加圧するために上記ポンプ室に配置されたプランジャと、高圧出口と、上記ポンプ室を上記出口に接続する高圧流体ラインとを備える。上記システムは、上記流体ラインに沿った制御弁と上記流体ラインに沿った弁・絞り装置とをさらに備える。上記制御弁は、閉位置と開位置との間を移動可能な第１の弁体を含む。上記閉位置では、加圧された燃料が上記ポンプ室から上記出口へ送られる。上記開位置では、上記流体ラインの圧力を逃がす。上記弁・絞り装置は、絞りおよび第２の弁体を含む。上記第２の弁体は、開位置と閉位置との間を移動可能である。上記開位置では、上記ポンプ室からの燃料の流れが上記絞りにより概ね制限されない。上記閉位置では、上記ポンプ室にエネルギーを蓄積するために上記ポンプ室からの燃料の流れが上記絞りにより著しく制限される。

本発明のポンプシステムは、上記燃焼室内に噴射される燃料の量およびタイミングの制御に影響を及ぼすために、高圧絞りを利用することが有利である。一実施形態では、上記本体は、ユニットポンプ本体であり、上記高圧出口は、燃料インジェクタと流れ連通するように構成される。別の実施形態では、上記本体は、ユニットインジェクタ本体であり、ニードル室を画定する。インジェクタノズル組立体が、上記高圧出口と流れ連通する。上記インジェクタノズル組立体は、上記ニードル室に受け入れられるニードルを含む。上記ニードル室は、上記ポンプ出口からの加圧された燃料を受け取る。すなわち、本発明の実施形態は、ユニットポンプおよびユニットインジェクタの両方においての使用に適している。

いくつかの実施形態では、上記第２の弁体は、圧力平衡弁として構成される。特定の用途では、上記第２の弁体の開位置は、上記絞りのいかなる有効流れ断面積も含まずに、約２〜３平方ミリメートルの流れ断面積を提供する。いくつかの実施形態では、上記第２の弁体は圧力平衡スプール弁として構成され、上記絞りとして貫通通路を利用する。

特定のタイプの望ましい燃料噴射量およびタイミングの制御に応じて、上記弁・絞り装置は、上記ポンプ室と上記制御弁との間に位置付けられ得るか、あるいは、上記弁・絞り装置は、上記制御弁と上記出口との間に位置付けら得る。例えば、上記ポンプ室と上記制御弁との間の本発明の弁・絞り装置は、パイロット噴射（先立ち噴射）、ブーツ形噴射（boot injection）、矩形噴射（square injection）、およびポスト噴射の効果的な制御を可能にする。一方、上記制御弁と上記出口との間に位置付けられる弁・絞り装置は、パイロット動作およびブーツ形噴射の効果的な制御を可能にする。

さらに、本発明を実施する際に、燃料噴射システム用のポンプシステムを制御する方法が提供される。上記ポンプシステムは、高圧ポンプ室を画定する本体、燃料を加圧するために上記ポンプ室に配置されるプランジャ、高圧出口、および上記ポンプ室を上記出口に接続する高圧流体ラインを有する。上記流体ラインに沿った制御弁が、閉位置と開位置との間を移動可能な第１の弁体を含む。上記閉位置では、加圧された燃料が上記ポンプ室から上記出口へ送られる。上記開位置では、上記流体ラインの圧力を逃がす。上記方法は、上記流体ラインに沿った弁・絞り装置を制御することを含む。上記弁・絞り装置は、絞りおよび第２の弁体を含む。上記第２の弁体は、開位置と閉位置との間を移動可能である。上記開位置では、上記ポンプ室からの燃料の流れが上記絞りにより概ね制限されない。上記閉位置では、上記ポンプ室にエネルギーを蓄積するために上記ポンプ室からの燃料の流れが上記絞りにより著しく制限される。上記弁・絞り装置は、上記ポンプ室から上記出口への燃料の流れを制御するように制御される。

有利には、上記方法は、上記燃焼室内へ噴射される燃料の量およびタイミングの様々なタイプの制御に影響を及ぼすために利用され得る。噴射率を低下させる本発明の一実施形態では、上記方法は、上記第１の弁体を上記閉位置に移動させることにより、噴射のために上記制御弁を閉じることと、上記制御弁が閉じている間に、噴射率を低下させるために上記第２の弁体を上記閉位置に移動させることにより上記ポンプ室からの燃料の流れを制限することとをさらに含む。パイロット噴射の場合、上記方法は、上記制御弁を閉じることと、上記制御弁が閉じている間に、上記ポンプ室からの燃料の流れを制限することと、その後、上記第１の弁体を上記開位置に移動させることにより上記制御弁を開き、低下した噴射率でのパイロット噴射を終了することとをさらに含む。

ブーツ形噴射では、上記方法は、上記第１の弁体を上記閉位置に移動させることにより噴射のために上記制御弁を閉じることと、上記制御弁が閉じている間に、上記第２の弁体を上記閉位置に移動させることにより上記ポンプ室からの燃料の流れを制限することにより、噴射率を低下させかつ上記ポンプ室にエネルギーを蓄積することとをさらに含む。さらにブーツ形噴射の場合、上記方法は、上記制御弁が閉じている間に、上記第２の弁体を上記開位置に移動させることにより、上記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないことにより、上記噴射率を増大することと、その後、上記第１の弁体を上記開位置に移動させることにより、上記制御弁を開くことにより、上記ブーツ形噴射を終了することとをさらに含む。

矩形噴射の場合、上記弁・絞り装置は、上記ポンプ室と上記制御弁との間に位置付けられ、上記方法は、上記第１の弁体を上記開位置に移動させることにより、上記制御弁を開くことと、上記制御弁が開いている間に、上記第２の弁体を上記閉位置に移動させることにより、上記ポンプ室からの燃料の流れを制限することにより、上記ポンプ室にエネルギーを蓄積することとをさらに含む。上記方法はさらに、その後、上記第１の弁体を上記閉位置に移動させることにより、上記制御弁を閉じることと、上記制御弁が閉じている間に、上記第２の弁体を上記開位置に移動させることにより、上記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないことにより、上記噴射率を増大することとを含む。

プランジャの騒音を低減する場合、上記弁・絞り装置は、上記ポンプ室と上記制御弁との間に位置付けられ、上記方法は、上記第１の弁体を上記閉位置に移動させることにより上記制御弁を閉じることと、上記制御弁が閉じている間に、上記第２の弁体を上記開位置に移動させることにより、上記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないこととをさらに含む。上記方法はさらに、その後、上記第１の弁体を上記開位置に移動させることにより上記制御弁を開くことと、上記制御弁が開いている間に、上記第２の弁体を上記閉位置に移動させることにより、上記ポンプ室からの燃料の流れを制限することにより、上記プランジャにおける圧力逃がしを低減することとを含む。

ポスト噴射の場合、上記プランジャにおける圧力逃がし率を低下させることに加えて、上記方法は、上記第１の弁体を上記閉位置に移動させることにより、上記制御弁を閉じることをさらに含む。さらに、その後、上記制御弁が閉じている間に、上記第２の弁体を上記開位置に移動させることにより、上記ポンプ室からの燃料の流れが制限されず、それによってポスト噴射の噴射率が増大され得る。

本発明の実施形態に関連する利点は多数ある。例えば、本発明に従って製造されるユニットインジェクタまたはユニットポンプ等のポンプシステムは、高圧絞りを利用して、上記燃焼室内への噴射の量およびタイミングのより精密な制御を可能にする。本発明の実施形態は、噴射の量およびタイミングの高度な制御を可能にし、噴射後に上記プランジャにおける圧力逃がし率を低下して騒音を低減することに加えて、例えば、パイロット動作、ブーツ形噴射または矩形噴射を含む率整形、およびポスト噴射を行うために利用され得る。

さらに、上記弁・絞り装置は、実行すべき特定の制御技法に応じて、上記制御弁と上記プランジャ室との間か、あるいは上記制御弁と上記出口との間に位置付けられ得ることが理解される。ブーツ形噴射は、窒素酸化物を低減するために利用され得るが、矩形噴射は、粒子状物質を減らすために高率の排気ガス再循環の間に、利用され得る。さらに、本発明の実施形態は、単一サイクル中に上記燃焼室内への複数回の噴射を行うために利用され得る。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、ならびに利点は、添付図面を参照して、以下の本発明を実施するための最良の形態の詳細な説明から、当業者には容易に理解されよう。

燃料噴射システム用のポンプシステムを、図１において全体的に１０で示す。エンジン駆動カム１２がプランジャ１４を駆動する。プランジャ１４のポンプ室が、高圧流体ラインを介してインジェクタに接続される。本発明の実施形態では、ポンプシステムは、高圧流体ラインを介してインジェクタに接続されたユニットポンプであり得るか、あるいは、ユニットインジェクタであり得る。さらに、本発明の実施形態が図１および図２に概ね示され、図３および図４の例示的な実施態様が例示のために含まれることが理解される。すなわち、図１および図２の概略図に従って本発明の実施形態を実施する多くの異なる方法がある。図１を引き続き参照すると、弁・絞り装置が全体的に１５で示され、これは高圧絞り１６および弁１８を含む。図示するように、弁体は、開位置と閉位置との間を移動可能であり、閉位置は、高圧流体ラインを通る燃料の流れが絞り１６により著しく制限されるようにし、プランジャ１４のポンプ室にエネルギーを蓄積するようにする。開位置では、絞り１６は、流体の流れが弁１８を通過し得る時には、高圧ラインを通る流体の流れを概ね制限しない。絞り１６により著しく制限されるとは、ポンプ室と絞りの他方の側（ユニットポンプ出口またはユニットインジェクタニードル室）との間に顕著な圧力差があることを意味することが理解される。すなわち、著しく制限されるとは、ブーツ形噴射の噴射率を低下させるのに十分な程度に制限されること、すなわち、パイロット噴射率の低下等を意味する。さらに、概ね制限されない（弁１８が開いている場合）とは、絞り１６を通る流れが最小量であり、噴射事象が正常に起こり得ることを意味する。

図１を引き続き参照すると、制御弁２０が閉じられてポンプ室からの加圧された燃料をポンプシステム出口に送るようにし、ポンプシステム出口はインジェクタ２２に接続する。制御弁２０が開いている場合、ポンプ室からの燃料の流れは、ポンプシステム出口を迂回して低圧槽２４に至る。弁・絞り装置１５とポンプシステム出口との間に制御弁が配置されることが好ましいことが理解される。あるいは、制御弁２６は、弁・絞り装置とポンプ室との間に位置付けられ得る。代替的な構成をブーツ形噴射に利用してもよいが、この好ましい構成をブーツ形噴射および矩形噴射に利用し得ることが理解される。さらに、本発明の実施形態は、いかなる特定の噴射制御方法にも限定されないが、本発明の実施形態は、噴射後のプランジャの騒音を低減することに加えて、低噴射率パイロット噴射、ブーツ形噴射を含む率整形、矩形噴射、およびポスト噴射に特に有用であることが理解される。

本発明の別の実施形態を図２に示す。エンジン駆動カム３２は、プランジャ３４を駆動してポンプ室で燃料を加圧する。弁・絞り装置３６は、弁の一部として高圧絞りを利用する。これは、高圧絞りと弁とが別個であり得る図１とは異なる。制御弁を３８で示し、インジェクタを４０で示す。図２のポンプシステム３０は、図１の実施形態と同様に制御弁４４を代替的に利用し得る。さらに、低圧燃料槽４２が、制御弁３８が開いている場合に、インジェクタ４０を迂回して制御弁３８を通過した燃料を受け取る。

図３において、本発明の例示的実施態様のユニットポンプを全体的に５０で示す。ポンプ５０は、高圧ポンプ室５４を画定するポンプ本体５２を含む。プランジャ５６は、燃料を加圧するポンプ室に配置される。高圧出口５８は、高圧ラインを介してインジェクタ１１０に接続し、任意に逆止弁を含む。高圧出口は、高圧流体ラインによりポンプ室に接続される。ユニットポンプの実施形態では、高圧流体ラインは通路６０および通路６２を含む。通路６４は高圧絞りであり、通路６６は絞り用のバイパスである。制御弁７０は、加圧された燃料をポンプ室５４から出口５８へ選択的に送るか、あるいは開いている場合、逃がし通路８８を介してポンプ室の圧力を逃がす。弁・絞り装置７２は、絞り６４を介して燃料を選択的に導くか、あるいは開いている場合、燃料が高圧絞り６４を効果的に迂回して通路６６を通ることを可能にする。燃料環体８０は、両弁が開いている場合に燃料が通路８８を介してポンプ室５４に引き込まれることを可能にする。Ｏリング８２および８４は入口８０を密封する。通路８６は、プランジャ５６を通過するいかなる漏れも入口８０に接続された低圧燃料源（図示せず）に戻ることを可能にする。

プランジャ５６は、プランジャ座９０に受け入れられる末端（tail end）９２を有する。プランジャばね９６が、プランジャを後退位置に付勢する。プランジャは、エンジン駆動カム（図示せず）により上昇位置に駆動され得る。カム従動子組立体９４は、プランジャ座を受け入れ、かつカムローラ９８を有し、カムローラ９８は、カムにより駆動されてプランジャを上昇位置に付勢し、ポンプ室で燃料が圧縮されるようにする。プランジャが後退位置から上昇位置へ連続的に駆動されると、弁７０および７２は、様々な圧力で燃料を出口５８およびインジェクタ１１０へ選択的に供給するように制御される。プランジャの上昇位置は、１００のファントムで示す。

図３を引き続き参照すると、制御弁７０は、アーマチュア１１４に固定された弁体１１２を含む。ソレノイド１１６が通電されると、アーマチュア１１４をソレノイド１１６に向けて引張ることにより弁を閉じる。図示するように、弁は開いている。弁が閉じている場合、座面１２０が付勢されて弁座１２２に接触して閉じる。ばね１１８が、開位置に向けて制御弁を付勢する。弁７２は同様に動作し、アーマチュア１４２に固定された弁体１４０を含む。ソレノイド１４４が、アーマチュア１４２をソレノイド１４４に向けて引張り、弁を閉じるように通電される。弁７２は開位置で示される。弁が閉じている場合、弁座面１４８が引張られて座面１５０と接触して閉じる。ばね１４６が、制御弁７２を開位置に向けて付勢する。弁７２が閉じている場合、ポンプ室５４からの加圧された燃料は、絞り６４により著しく制限され、ポンプ室５４と出口６２との間に圧力差を生ずる。弁７２が開いている場合、ポンプ室５４からの流れは概ね制限されず、燃料は通路６６を通って流れることができる。同様に、弁７０が閉じている場合、加圧された燃料は室５４から出口６２へ送られることができ、出口６２における圧力は、弁７２が閉じている間はおそらく低下する。弁７０が開いている場合、ポンプ室からの燃料の流れは、弁座面１２０を通過し、通路８８を通って低圧入口８０へ戻り得る。

図３に示す実施形態は、図１に示す概略図と同様に動作するが、図２の概略図により類似した動作をするように代替的に構成され得ることが理解される。あるいは、当業者には理解されるように、弁・絞り装置の弁７２は、通常閉じているポペット型ソレノイド弁または他の好適な弁で置換してもよい。ポペット弁を利用することによりいくらかの柔軟性が備わるが、このような解決策は、率整形およびより高い初期噴射率の実施のための費用効率の良い解決策を提供し得る。特に、ポペット弁は、ポスト噴射のために再び閉じることができない。

図４において、ユニットインジェクタの例示的な実施態様を全体的に１７０で示す。ユニットインジェクタ１７０は、ポンプ室１７４を画定するインジェクタ本体１７２を含む。プランジャ１７６は、プランジャホルダおよびばね座１７８に対して駆動するカムにより駆動される。ばね１８０が、プランジャを後退位置へ付勢する。

入口１８２が、低圧燃料をユニットインジェクタに供給する。ユニットインジェクタがエンジンブロックに受け入れられると、Ｏリング１８４および１８６が燃料入口を効果的に密封する。通路１８８が入口１８２を制御弁および弁・絞り装置に接続する。弁・絞り装置を全体的に１９６で示し、制御弁を全体的に１９４で示す。弁は、図３に示すユニットポンプの弁と同様に動作する。ポンプシステムの出力は通路１９２であり、加圧された燃料をインジェクタノズル組立体２００へ送る。プランジャ１７６が往復運動すると、弁１９４および１９６を制御することにより制御された圧力に加圧された燃料を下部室すなわちニードル室２０２が受け取る。室２０２の十分な圧力により、ニードル２０４のニードル座面２１０がニードル座２１２から持ち上げられ、燃料が通路２１４を通ってインジェクタの端部から穴２１６を通って流れ出ることを可能にする。

上述のように、制御弁および弁・絞り装置には多くの実施態様があり、図３および図４に示す実施態様は、本発明の理解を容易にするのを助けるために提供される。特に、図５〜図８は、ユニットポンプまたはユニットインジェクタにおけるポンプシステムの様々な動作の間の、２つの弁の様々な相対位置を示す。さらに、弁の好ましい構成を図２０に示し、ここではスプール弁が弁・絞り装置を形成している。

図５において、ポンプシステムの高圧絞りの概念の例示的な実施態様を全体的に２２０で示す。通路２２２がポンプ室から加圧された燃料を受け取り、通路２２４が燃料をポンプシステム出口へ導き、ポンプシステム出口は、ユニットポンプの出口またはユニットインジェクタのニードル室であり得る。制御弁を全体的に２２６で示し、弁・絞り装置を全体的に２２８で示す。第１の弁体２３０がアーマチュア２３２に固定され、ソレノイド２３４を作動させることにより閉じられ得る。ばね２３６がばね座２３８に当接しており、図示するように弁体２３０を開位置へ付勢する。弁・絞り装置２２８は、第２の弁体２６０を含み、これは開位置で図示されている。高圧絞り２５２が、２つの弁間に圧力差を生じさせる。図示のように弁体２６０が開位置にある場合、経路２５０により燃料が絞りを迂回することが可能になる。

図６〜図８では、同様の参照番号を図５からの同様の部分を示すために用いる。特に、図６は、閉位置にある制御弁を２７０で示し、閉位置で絞りを制御する弁を２７２で示す。すなわち、図６では、出口で圧力が高まり、ポンプ室で圧力が高まり、絞り２５２が、２つの弁間に圧力差を生じさせる。

図７において、２７４で制御弁が閉じられる一方で弁２７６が開かれて、ポンプ室からの燃料の流れが絞りを迂回することを可能にする。図８において、２７８で制御弁が開かれる一方で弁２８０が閉じられて、圧力を出口で逃がしながらポンプ室で圧力を高めることを可能にする。

図２０において、好ましい弁構成を示す。図２０に示す多くの構成要素は図５〜図８に示す構成要素と同様であるため、同様の参照番号を使用している。特に、図２０の弁・絞り装置は、純粋なスプール型弁５００であり、ソレノイドが通電されて、スプール弁５００を図２０の右側に引張り、燃料の流れを絞り通路５０２で制限している状態が図示されている。ソレノイドの電流が遮断されると、スプール弁体５００は左に移動し、スプール弁５００を通過する燃料の流れが制限されないようにする。図示するように絞りは小径の通路であり得るか、または代案では、絞りは、はめあいの類および／またはスプール弁５００とそれを包囲するポンプ本体との重なりによって定められ得ることが理解される。すなわち、絞りは領域５０４において影響を受け得る。

図２０を除く残りの図は、様々な噴射制御方法のための、本発明のポンプシステムにおける高圧絞りの動作の概念を示す。図９〜図１３は、ブーツ形噴射を行うための、本発明の高圧絞りの概念の利用を示す。カム速度、プランジャ直径、およびプランジャ室体積等のパラメータは、ブーツ形噴射、矩形噴射、ポスト噴射、または高圧絞りの概念に従って行うのに望ましい任意の他のタイプの噴射のために最適化され得ること、およびパラメータの様々な値は種々のタイプの噴射間に妥協点（トレードオフ）を与え得ることが理解される。以下の説明において、制御弁という用語は、低圧槽への迂回を制御する弁（図１の弁２０、図２の弁３８）を意味する。さらに、絞り弁という用語は、高圧絞りを通る燃料の流れを制御する弁（図１の弁１８、図２の弁３６）を意味する。またさらに、残りの図は、制御弁が絞り弁と出口との間に位置付けられる場合の様々な噴射制御方法を示す。代案では、いくつかの方法（ブーツ形噴射または低噴射率での他の噴射等）を絞り弁とポンプ室との間の制御弁を用いて行うことができる。またさらに、弁面積とは、弁を通って燃料が流れることができる断面積を意味する。

図９において、カム角度に対する弁面積を３００で示す。曲線３０２は絞り弁の有効弁面積を示し、曲線３０４は制御弁の有効弁面積を示す。曲線３０６はカム速度を示す。図９および残りの図は、図１に示す実施形態の動作を示す（絞り弁面積を事実上０（零）として示し、絞り１６を通る燃料の流れが、好ましくは実施される特定の噴射方法に最適な面積を有する場合）。図９において、絞り弁は絞りを通る燃料の流れを絞るために閉じられ、エネルギーがプランジャ室に蓄積されるようにする。次に、制御弁が閉じられてブーツ形噴射が始まるようにする。絞り弁を開くことによって、蓄積されたエネルギーが解放されて高圧噴射を引き起こす。

図１０において、９００ｒｐｍ（エンジン回転速度）で行われるブーツ形噴射に関するカム角度に対する圧力を全体的に３１０で示す。ポンプ室圧力を曲線３１４で示し、ニードルでの圧力を３１６で示す。参照のために、ポンプ室曲線３１２は、標準ポンプ（高圧絞りなし）のポンプ室圧力を示す。図示するように、ポンプ室圧力３１４は徐々に増大し、ノズルニードル圧力は、絞り弁が開いた直後に劇的に増大する。

図１１において、燃料吐出率を全体的に３２０で示し、これは図１０の圧力曲線に対応する。噴射率を曲線３２６で示し、噴射量を曲線３２８で示す。参照のために、基準となる実施態様（絞りなし）の噴射率３２２および噴射量３２４も示す。

図１２において、６００ｒｐｍ（エンジン回転速度）のブーツ形噴射に関するカム角度に対するポンプ圧を全体的に３４０で示す。曲線３４４はポンプ室圧力であり、曲線３４６はニードル室圧力である。参照のために、曲線３４２は、高圧絞りのないポンプ室圧力を示す。

図１３において、カム角度に対する燃料吐出率を全体的に３５０で示し、これは図１２の圧力曲線に対応する。噴射率を曲線３５６で示し、噴射量を曲線３５８で示す。参照のために、基準噴射率曲線３５２および基準噴射量曲線３５４（高圧絞りなし）も提供する。

図１４〜図１６は、矩形噴射の性能を示す。図１４において、カム角度に対する弁面積を全体的に３７０で示す。制御弁を３７４で示し、絞り弁を３７２で示す。プランジャ速度を３７６で示す。図示するように、ポンプ室に圧力を蓄積するために絞り弁が閉じられる。制御弁が閉じられ、３９０度をわずかに過ぎた時点で高い初期噴射率をもたらすのとほぼ同時に絞り弁が開かれる。

図１５において、約９００ｒｐｍ（エンジン回転速度）の矩形噴射に関するカム角度に対するポンプ圧力を３８０で示す。ポンプ室圧力を３８６で示し、ニードル室圧力を３８８で示す。基準（高圧絞りなし）ポンプ室圧力曲線３８２およびニードル室圧力曲線３８４を、参照のために提供する。

図１６において、９００ｒｐｍの矩形噴射を４００で示す。噴射率曲線４０６および噴射量曲線４０８は、矩形噴射を行うための高圧絞りの概念の利用を示す。参照のために、基準噴射率曲線４０２および基準噴射量曲線４０４を提供する（絞りなし）。

図１７において、ポスト噴射に関するカム角度に対する弁面積を全体的に４２０で示す。絞り弁の弁面積を曲線４２２で示し、制御弁の弁面積を曲線４２４で示す。図示するように、約３９０度で、主噴射のために制御弁は閉じられて絞り弁は開かれ、約４００度で、主噴射を終了するために絞り弁が閉じられて制御弁が開かれる。次に、制御弁はポスト噴射のために再び閉じられ、絞り弁はポンプ室に蓄積された圧力を逃がすために開かれる。その後、制御弁はポスト噴射を終了するために開かれる。

図１８において、約９００ｒｐｍ（エンジン回転速度）のポスト噴射に関するカム角度に対する圧力を４４０で示す。ポンプ室圧力を曲線４４６で示し、ニードル室圧力を曲線４４８で示す。曲線４４８で示されるように、主噴射の後にポスト噴射が行われる。基準線のポンプ室圧力曲線４４２およびニードル室圧力曲線４４４を、参照のために提供する（絞りなし）。

図１９において、９００ｒｐｍのポスト噴射に関する燃料吐出率を全体的に４６０で示す。曲線４６６は噴射率を示し、曲線４６８は噴射量を示す。曲線４６６の一部４７０は、ポスト噴射の噴射率を示す。基準噴射率曲線４６２および噴射量曲線４６４（高圧絞りの概念なし）を、参照のために提供する。

本発明の実施形態を図示および説明したが、これらの実施形態が本発明の可能な全形態を図示および説明することは意図されない。むしろ、本明細書で用いる文言は、限定ではなく説明の文言であり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解される。

本発明の第１の実施形態の概略図である。本発明の第２の実施形態の概略図である。本発明のユニットポンプの側断面図である。本発明のユニットインジェクタの側断面図である。図５乃至図８は、本発明の例示的実施形態での制御弁および弁・絞り装置の拡大図であって、様々な動作位置にある弁体を示す拡大図である。図５乃至図８は、本発明の例示的実施形態での制御弁および弁・絞り装置の拡大図であって、様々な動作位置にある弁体を示す拡大図である。図５乃至図８は、本発明の例示的実施形態での制御弁および弁・絞り装置の拡大図であって、様々な動作位置にある弁体を示す拡大図である。図５乃至図８は、本発明の例示的実施形態での制御弁および弁・絞り装置の拡大図であって、様々な動作位置にある弁体を示す拡大図である。ブーツ形噴射中の弁面積を表すグラフである。ブーツ形噴射中のカム角度に対する圧力を表すグラフである。ブーツ形噴射中のカム角度に対する燃料吐出率を表すグラフである。ブーツ形噴射中のカム角度に対する圧力を表すグラフである。ブーツ形噴射中のカム角度に対する燃料吐出率を表すグラフである。矩形噴射中の弁面積を表すグラフである。矩形噴射中のカム角度に対する圧力を表すグラフである。矩形噴射中のカム角度に対する燃料吐出率を表すグラフである。ポスト噴射中のカム角度に対する弁面積を表すグラフである。ポスト噴射中のカム角度に対する圧力を表すグラフである。ポスト噴射中のカム角度に対する燃料吐出率を表すグラフである。本発明のポンプおよびインジェクタにおいて使用するための好ましい弁構成である。

Claims

燃料噴射システム用のポンプシステムであって、
高圧ポンプ室を画定する本体と、
燃料を加圧するために前記ポンプ室に配置されたプランジャと、
高圧出口と、
前記ポンプ室を前記出口に接続する高圧流体ラインと、
該流体ラインに沿った制御弁であって、加圧された燃料が前記ポンプ室から前記出口へ送られる閉位置と前記流体ラインの圧力を逃がす開位置との間を移動可能な第１の弁体を含む、制御弁と、
前記流体ラインに沿った弁・絞り装置であって、絞りおよび第２の弁体を含み、該第２の弁体は、前記ポンプ室からの燃料の流れが前記絞りにより概ね制限されない開位置と、前記ポンプ室にエネルギーを蓄積するために該ポンプ室からの燃料の流れが前記絞りにより著しく制限される閉位置との間を移動可能である、弁・絞り装置と
を備えるポンプシステム。
前記本体は、ユニットポンプ本体であり、前記高圧出口は、燃料インジェクタと連通して流れが通るように構成されている請求項１に記載のシステム。
前記本体は、ユニットインジェクタ本体であり、ニードル室を画定しており、
流れが通るように前記高圧出口と連通するインジェクタノズル組立体であって、前記ポンプ出口からの加圧された燃料を受け取る前記ニードル室に受け入れられたニードルを含むインジェクタノズル組立体をさらに備える請求項１に記載のシステム。
前記第２の弁体は、圧力平衡弁として構成されている請求項１に記載のシステム。
前記第２の弁体の開位置は、前記絞りの有効流れ断面積を含んでいない、約２〜３平方ミリメートルの流れ断面積を与える請求項４に記載のシステム。
前記第２の弁体は、前記絞りとして貫通通路を利用する圧力平衡弁として構成されている請求項１に記載のシステム。
前記弁・絞り装置は、前記ポンプ室と前記制御弁との間に位置付けられている請求項１に記載のシステム。
前記弁・絞り装置は、前記制御弁と前記出口との間に位置付けられている請求項１に記載のシステム。
燃料噴射システム用のポンプシステムを制御する方法であって、該ポンプシステムは、高圧ポンプ室を画定する本体と、燃料を加圧するために前記ポンプ室に配置されたプランジャと、高圧出口と、前記ポンプ室を前記出口に接続する高圧流体ラインと、該流体ラインに沿った制御弁とを有しており、該制御弁は、加圧された燃料が前記ポンプ室から前記出口へ送られる閉位置と前記流体ラインの圧力を逃がす開位置との間を移動可能な第１の弁体を含んでおり、該方法は、
前記流体ラインに沿った弁・絞り装置であって、絞りおよび第２の弁体を含んでおり、該第２の弁体は、前記ポンプ室からの燃料の流れが前記絞りにより概ね制限されない開位置と、前記ポンプ室にエネルギーを蓄積するために該ポンプ室からの燃料の流れが前記絞りにより著しく制限される閉位置との間を移動可能である弁・絞り装置を、前記ポンプ室から前記出口への燃料の流れを制御するように制御すること
を含む方法。
前記第１の弁体を前記閉位置に移動させることにより、噴射のために前記制御弁を閉じることと、
前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限し、それによって噴射率を低下させることとをさらに含む請求項９に記載の方法。
前記第１の弁体を前記閉位置に移動させることにより、噴射のために前記制御弁を閉じることと、
前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限し、それによって噴射率を低下させることと、
その後、前記第１の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記制御弁を開くこととをさらに含む請求項９に記載の方法。
前記第１の弁体を前記閉位置に移動させることにより、噴射のために前記制御弁を閉じることと、
前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限し、それによって噴射率を低下させ、かつ前記ポンプ室にエネルギーを蓄積することと、
前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないようにし、それによって前記噴射率を増大することと、
その後、前記第１の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記制御弁を開くこととをさらに含む請求項９に記載の方法。
前記弁・絞り装置は、前記ポンプ室と前記制御弁との間に位置付けられており、該方法は、
前記第１の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記制御弁を開くことと、
前記制御弁が開いている間に、前記第２の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限し、それによって該ポンプ室にエネルギーを蓄積することと、
その後、前記第１の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記制御弁を閉じることと、
前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないようにし、それによって前記噴射率を増大することとをさらに含む請求項９に記載の方法。
前記弁・絞り装置は、前記ポンプ室と前記制御弁との間に位置付けられており、該方法は、
前記第１の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記制御弁を閉じることと、
前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないことと、
その後、前記第１の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記制御弁を開くことと、
前記制御弁が開いている間に、前記第２の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限し、それによって前記プランジャにおける圧力の逃がしを低減することとをさらに含む請求項９に記載の方法。
その後、前記第１の弁体を前記閉位置に移動させることにより、前記制御弁を閉じることをさらに含む請求項１４に記載の方法。
その後、前記制御弁が閉じている間に、前記第２の弁体を前記開位置に移動させることにより、前記ポンプ室からの燃料の流れを制限しないようにし、それによって噴射率を増大することをさらに含む請求項１５に記載の方法。