JPH10110658A - 直接制御型ニードルバルブを有する油圧作動燃料噴射器 - Google Patents

直接制御型ニードルバルブを有する油圧作動燃料噴射器

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JPH10110658A
JPH10110658A JP23580397A JP23580397A JPH10110658A JP H10110658 A JPH10110658 A JP H10110658A JP 23580397 A JP23580397 A JP 23580397A JP 23580397 A JP23580397 A JP 23580397A JP H10110658 A JPH10110658 A JP H10110658A
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pressure
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Shikui K Chen
ケイ チェン シークイ
Gregory W Hefler
ダブリュー ヘフラー グレゴリー
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 油圧作動型燃料噴射器において、単一のソレ
ノイドで噴射初期の噴射量制御を精密に行い得るように
すること。 【解決手段】 噴射器本体に単一のソレノイド130設
け、第１バルブ部材を、作動流体入り口106が作動流体
キャビティ109に開く第１位置と作動流体入り口が作動
流体キャビティに対して閉じる第２位置との間をソレノ
イドの作用のもとで動くことができるように配置し、ニ
ードルバルブ部材160を、ノズル出口117が開く開位置と
該ノズル出口が遮断される閉位置との間を動くことがで
きるように設ける。ニードルバルブ部材は、ニードル制
御チャンバー118に露出された閉用油圧面167を有する。
さらに、第２バルブ部材を、ニードル制御チャンバーが
高圧流体源に開かれるオフ位置とニードル制御チャンバ
ーが低圧流体流路に開かれるオン位置との間をソレノイ
ドの作用のもとで動くことができるように設ける。燃料
噴射器の噴射量プロフィールを、ソレノイドへの電流を
高い引き込み電流と中程度の保持電流に切り変えること
で、所望の形状に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に燃料噴射器に
関する。より詳細には、本発明は、直接制御型ニードル
バルブを備えた油圧作動式流体噴射器と、これを用いる
燃料噴射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】公知の油圧作動式燃料噴射システム又は
部品が、例えば米国特許第5,121,730号、同第5,271,371
号、及び同第5,297,523 号に開示されている。これら
の油圧作動式燃料噴射器において、圧力がインテンシフ
ァイヤーピストン・プランジャ組立体によってバルブが
開く圧力に上昇すると、ばね付勢式ニードルチェックが
開いて燃料噴射を開始する。ソレノイド付勢式作動流体
制御バルブが噴射器の高圧入口を開くと、エンジン潤滑
油のような比較的高圧の作動流体がインテンシファイヤ
ーピストンに作用する。ソレノイドを消勢し、インテン
シファイヤーピストン上に作用する圧力を除去すること
によって噴射は終了する。これにより、燃料圧が降下
し、ニードルチェックが閉じ、戻りばねの作用を受けて
噴射が終了することになる。これらの油圧作動式燃料噴
射器は、何年にもわたって相当程度に使用されてきた
が、特に、１組のエンジンの作動状態に正確に適合させ
るために噴射量のトレースを開始から終了まで制御する
という領域においては、まだ改良の余地が残されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】何年にもわたる研究の
結果として、特定の噴射量トレースを形成することによ
って、所定の作動状況におけるエンジンのエミッション
を顕著に減少できるということが技術者により見いださ
れている。多くの場合、初期の噴射量を制御可能とし、
ほぼ垂直に急激に噴射を終了させると、エミッションが
改善される。これらの従来の油圧作動式燃料噴射システ
ムは、噴射量の制御パターンを制御するような能力をあ
る程度有しているが、油圧作動式燃料噴射システムに関
する噴射量の制御パターンを制御する能力を改善する余
地がまだ残されている。本発明は、油圧作動式燃料噴射
器の能力を改善し、各噴射事象の間、噴射量制御パター
ンを有効に制御すること意図するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による油圧作動式
燃料噴射器は、作動流体入り口と作動流体キャビティと
ニードル制御チャンバーとを形成する噴射器本体を備え
る。該噴射器本体に、単一のソレノイドが取り付けら
れ、第１位置と第２位置との間で動くことができる。噴
射器本体に第１バルブ部材が取り付けられ、ソレノイド
により動くことができ、作動流体入り口を作動流体キャ
ビティに対して開閉する。噴射キャビティ本体にニード
ルバルブ部材が可動に取り付けられ、ニードル制御チャ
ンバー内の圧力に露出された閉用油圧面を有する。噴射
器本体に第２バルブ部材が取り付けられ、ソレノイドに
より動くことができ、ニードル制御チャンバーを高圧流
体源に対して開閉するように作動できる。
【０００５】本発明の他の実施例においては、燃料噴射
システムが、直接制御型ニードルバルブを有する複数の
油圧作動燃料噴射器を備える。各噴射器は、作動流体入
り口と燃料供給路とニードル制御チャンバーを形成する
噴射器本体を有する。単一のソレノイドが噴射器本体に
取り付けられる。ニードルバルブ部材が噴射器本体に可
動に取り付けられ、ニードル制御チャンバー内の圧力に
露出された閉用油圧面を有する。比較的低圧の燃料源が
燃料供給路に接続される。比較的高圧の作動流体源が作
動流体入り口に接続される。コンピュータがソレノイド
に接続されて該ソレノイドを制御できる。本発明のさら
に他の実施例においては、燃料噴射方法が、ノズル出口
と、ニードルバルブ部材と、ニードル制御バルブ及び作
動流体制御バルブの一部であるソレノイドとを有する油
圧作動燃料噴射器を用意する最初の段階を含む。ニード
ル制御バルブはオフ位置とオン位置を有し、作動流体制
御バルブは開位置と閉位置を有する。ソレノイドは、作
動流体制御バルブを閉位置から開位置に動かし、ニード
ル制御バルブをオフ位置からオン位置に動かすのに充分
な時間にわたり、励磁される。噴射器本体内が燃料が噴
射圧力まで油圧的に加圧される。そして、ニードルバル
ブ部材が動かされてオペレーター出口を開く。次に、ソ
レノイドが消磁されてニードル制御バルブをオン位置か
らオフ位置に動かす。
【０００６】本発明のさらに他の実施例においては、油
圧作動式燃料噴射器は、作動流体キャビティとピストン
ボアとオペレーター出口とを形成する噴射器本体を備え
る。ピストンボアは、第１ボアと第２ボアを有する。頂
部を有するピストンがピストンボアに摺動自在に受け入
れられ、引っ込み位置と前進位置の間で動くことができ
る。ピストンの頂部は、第１面積部と該第１面積部から
離れた第２面積部とを備える。第１面積部と第１ボア
が、ピストンか引っ込み位置にあるとき比較的制限され
ていない流路面積を介して作動流体キャビティに接続さ
れる第１キャビティを形成する。第２面積部と第２ボア
が、ピストンが引っ込み位置にあるとき比較的制限され
た流路面積を介して作動流体キャビティに接続される第
２キャビティを形成する。ピストンが引っ込み位置から
前進位置に動くピストン移動の間の一部にわたって、第
１面積部が第１キャビティ内の流体圧力に露出され、第
２面積部が第２キャビティに露出される。さらに、ピス
トンと噴射キャビティ本体の少なくとも一方が、制限さ
れた流路面積を有し作動流体キャビティを第２キャビテ
ィに接続する制限流路を形成する。ニードルバルブ部材
は噴射キャビティ本体内に配置され、ノズル出口が開か
れる開位置とノズル出口が遮断される閉位置との間で動
くことができる。
【０００７】
【実施例】図１を参照すると、直接噴射式ディーゼルサ
イクル内燃エンジン１２に用いるようになっている例示
的な構造について、油圧作動式電子制御燃料噴射システ
ム１０の一実施例が示されている。燃料システム１０
が、エンジン１２の各シリンダヘッドボア内に配置され
るようになった１又はそれ以上の油圧作動式電子制御燃
料噴射器１４を備える。燃料システム１０は、作動流体
を各噴射器１４に供給するための装置又は手段１６、各
噴射器１４に燃料を供給するための装置又は手段１８、
燃料噴射システムを電子的に制御するためのコンピュー
タ２０、及び作動流体を再循環させ、各噴射器から出る
作動流体から油圧エネルギーを回収するための装置又は
手段２２を備える。
【０００８】油圧作動式流体供給手段１６は、作動流体
サンプ２４、比較的低圧の作動流体移送用ポンプ２６、
作動流体クーラー２８、１又はそれ以上の作動流体フィ
ルタ３０、比較的高圧を作動流体に発生させるための高
圧ポンプ３２、及び少なくとも１つの比較的高圧な作動
流体マニホルド３６を備えるのが好ましい。共通レール
通路３８が比較的高圧な作動流体ポンプ３２からの出口
と流体連通するように配置されている。レールブランチ
通路４０が、各噴射器１４の作動流体入口を高圧共通レ
ール通路３８に接続する。各噴射器１４の作動流体ドレ
ン５２、５４（図２参照）を出る作動流体が、これを油
圧エネルギー再循環又は回収２２に搬送する再循環ライ
ン２７に入る。再循環流体の一部が高圧作動流体ポンプ
３２に通され、他の部分が再循環ライン３３を介して作
動流体サンプ２４に戻される。
【０００９】利用可能な何らかのエンジン流体を本発明
における作動流体として使用することが好ましい。しか
し、好ましい実施例においては、作動流体はエンジン潤
滑オイルであり、作動流体サンプ２４はエンジン潤滑オ
イルサンプである。これにより、燃料噴射システムを寄
生サブシステムとしてエンジンの潤滑油循環システムに
接続できる。あるいは、作動流体は、燃料タンク４２、
または冷却流体等のような別の燃料源によって得られる
燃料源でもよい。燃料供給手段１８は、燃料タンク４
２、該燃料タンク４２と各噴射器１４の燃料入り口６０
（図２参照）との間で流体連通するように配置された燃
料供給通路４４、比較的低圧の燃料搬送ポンプ４６、１
又はそれ以上の燃料フィルタ４８、燃料供給調整バルブ
４９、及び噴射器１４と燃料タンク４２との間で流体連
通するように配置された燃料循環及び戻し通路４７と、
を含むのが好ましい。
【００１０】コンピュータ２０は、１）燃料噴射タイミ
ング、２）噴射サイクル中の全燃料噴射量、３）燃料噴
射圧、４）各噴射サイクル中の分離された噴射すなわち
噴射セグメントの数、５）噴射セグメント間の時間間
隔、６）一噴射サイクル中の各噴射セグメントの燃料
量、７）作動流体圧力、及び８）上述のパラメータの組
合せを制御する電子制御モジュール１１を備えることが
好ましい。コンピュータ２０は、連続した噴射サイクル
における噴射パラメータの精密な組合せを求めるのに用
いられる、エンジン作動状態、負荷等のような既知のセ
ンサー入力に対応する複数のセンサー入力信号Ｓ1 −Ｓ
8を受信する。本例においては、コンピュータ２０は作
動流体圧を制御するために制御信号Ｓ9 と、各噴射器１
４内の流体制御バルブを制御するための制御信号Ｓ10を
生成する。噴射パラメータのそれぞれは、エンジン速度
および負荷とは関係なく可変に制御可能である。噴射器
１４の場合には、制御信号Ｓ10は、コンピュータの命令
を受けるソレノイドへの電流である。
【００１１】図２から図４までを参照すると、単一の３
方向ソレノイド７５を備えた燃料噴射器が示されてい
る。噴射器１４は、ブランチレール通路４０に接続され
た作動流体入口５０と、作動流体再循環ライン２７に接
続された作動流体ドレン５２、５４と、燃料供給通路４
４に接続された燃料入口６０とを有する噴射器本体１５
を備える（図１参照）。噴射器１４は、各噴射事象の
間、噴射器内の圧力を加圧するための油圧手段とノズル
出口６３の開閉を制御するニードル制御バルブを備え
る。燃料を加圧するための油圧手段は、作動流体キャビ
ティ５１を高圧の作動流体入り口又は低圧の作動流体ド
レン５２に対し交互に開く作動流体制御バルブを含む。
作動流体制御バルブは、ピンスプールバルブ部材７６に
取り付けられた３方向ソレノイド７５を備える。インテ
ンシファイヤスプールバルブ部材７８が、ピンスプール
バルブ部材７６の動作に応答して、作動流体キャビティ
５１を作動流体入口５０又は低圧ドレン５２に対し交互
に開く。油圧加圧手段は又、ピストンボア５６に開く作
動流体キャビティ５１を備え、ピストンボア５６の中を
インテンシファイヤーピストン８３が戻り位置（図示す
るように）と前進位置との間で往復するようになってい
る。噴射器本体１５は、プランジャ８５が引っ込み位置
（図示するように）と前進位置との間で往復運動するプ
ランジャボア５８を備える。プランジャボア５８の一部
とプランジャ８５とが燃料加圧チャンバ６４を形成し、
この中で、燃料が各噴射事象の間、加圧される。噴射事
象の間に、プランジャ８５とインテンシファイヤーピス
トン８３とが、圧縮ばね８４の作用を受けて引込み位置
に戻される。このように、燃料を加圧するための油圧手
段は、燃料加圧チャンバ６４、プランジャ８５、インテ
ンシファイヤーピストン８３、作動流体入り口５０、作
動流体キャビティ５１、及び、ソレノイド７５、ピンス
プールバルブ部材７６、ボール５３、びインテンシファ
イヤースプールバルブ部材７８等を含む作動流体制御バ
ルブの様々な部品を備える。
【００１２】燃料は、プランジャ８５の引き込みで、燃
料入り口６０において噴射器１４に入り、燃料供給通路
６６に沿って進み、チェックバルブ６８を通り、燃料加
圧チャンバ６４に入る。ボールチェック６８が、プラン
ジャの下降行程の間に、燃料加圧チャンバ６４から燃料
供給通路６６に燃料が逆流することを防ぐようになって
いる。未使用の燃料は、戻り開口７４を介して各噴射器
から再循環する。加圧された燃料は、加圧チャンバ６４
から接続通路６９を通りノズルチャンバ６２に進む。ニ
ードルバルブ部材８６が、ノズル出口６３が開く開位置
とノズル出口６３が閉じる閉位置との間で、ノズルチャ
ンバ６２内を動く。ニードルバルブ部材８６は、圧縮ば
ね８９によって閉位置に機械的に付勢される。ニードル
バルブ部材８６は、ノズルチャンバ６２内の流体圧に露
出されたとき開く油圧面８７と、ニードル制御チャンバ
７２内の流体圧に露出されたとき閉じる油圧面８８とを
備える。ニードルバルブ部材８６は、ニードル部分９１
とインテンシファイヤー部分９２とを備えており、これ
らの製造を容易にするために別部品として図示されてい
るが、単一の一体式部品として機械加工してもよい。
【００１３】加圧燃料は、開用油圧面８７に作用し、作
動流体は閉用油圧面８８に作用することがわかる。閉用
油圧面と開用油圧面とは、ニードル制御チャンバが高圧
流体源に対し開くときに、ニードルバルブ部材８６が油
圧的に閉位置に付勢されるような大きさと構成である。
従って、ノズルチャンバ６２内の高燃料圧に関係なくニ
ードルバルブ部材８６の直接的な制御を維持するために
は、充分な圧力を閉用油圧面８８に作用させてノズル出
口６３を閉位置に維持しなければならない。ニードル制
御チャンバ７２が低圧通路に対し開くいたとき、ニード
ルバルブ部材８６が本分野で公知の種類の単一チェック
バルブとして機能し、開用油圧面８７に作用する燃料圧
が、戻しばね８９に打ち勝つのに十分なバルブ開圧力よ
りも大きいときにニードルバルブ部材が開く。従って、
ニードル制御チャンバが低圧通路に接続され、ノズルチ
ャンバ内の燃料圧力がバルブを開く圧力よりも大きいと
きに、ニードルバルブ部材が油圧的に開位置に付勢され
るような大きさに、開用油圧面８７と閉用油圧面８８を
構成することが好ましい。
【００１４】この噴射器において、ピンスプールバルブ
部材７６は、作動流体制御バルブの一部としてだけでは
なく、作動流体制御通路７１を作動流体入口５０の高圧
又は作動流体ドレン５４内の低圧に交互に開くニードル
制御バルブとしても作用するものと考えられる。燃料が
バルブ開圧力を越えたときに、高圧流体源または低圧通
路のいずれに対して閉用油圧表面８８が露出されるかを
制御することによってノズル出口６３の開閉を制御でき
る。従って、この噴射器においては、作動流体ドレン５
４が低圧路を構成し、作動流体入り口５０が高圧流体源
を構成する。インテンシファイヤースプールバルブ部材
７８が、図示する閉位置から開位置に圧縮ばね８２によ
って付勢される。インテンシファイヤースプールバルブ
部材７８が、図示するように閉位置にあるときに、作動
流体キャビティ５１が作動流体入口５０に対し閉じ、低
圧作動流体ドレン５２に対し開く。インテンシファイヤ
ーバルブ部材７８が、圧縮ばね８２の作用を受けて開位
置に動くとき、作動流体キャビティ５１が、作動流体入
口５０に対し開き、ドレン５２に対し閉じる。インテン
シファイヤースプールバルブ部材７８の位置は３位置ソ
レノイド７５によって制御され、作動ピンスプールバル
ブ部材７６を、圧縮ばね７７の作用に抗して第１の位置
と、第２の位置と、第３の位置との間で動かすことがで
きる。
【００１５】図示するように、ソレノイド７５が消磁さ
れると、作動流体制御通路７１がシート６５を越えて第
２の低圧作動流体ドレン５４に対し開かれる第１の位置
に対し右側に、圧縮ばね７７がピンスプールバルブ部材
７６を押す。同時に、ピンスプールバルブ部材７６がボ
ール５３を押してシート５９を閉じ、シート６１を開
き、インテンシファイヤースプールバルブ部材７８の油
圧端面７９が第２のドレン５４の低圧に曝されるように
なる。これにより、インテンシファイヤースプールバル
ブ部材７８の他方の端に作用する高圧作用流体が、圧縮
ばね８２の作用に抗して図示するように閉位置に保持さ
れる。従って、ソレノイド７５が消磁されると、作用流
体キャビティが作用流体ドレン５２に対し開き、作用流
体入口５０に対し閉じる。
【００１６】ソレノイド７５が、中間電流すなわち保持
電流によって励磁されると、ピンスプールバルブ部材７
６がその停止部に対し左に引っ張られ第２の位置にな
る。この状態が生じると、高圧作動流体がボール５３を
押してシート５９から離しシート６１を閉じる。これに
よって、インテンシファイヤースプールバルブ部材７８
が油圧的にバランス状態となり、圧縮ばね８２の作用を
受けて右に動き開位置になる。同時に、ピンスプールバ
ルブ部材７６が制御通路７１を第２のドレン５４に対し
閉じ、作動流体制御通路７１を作動流体キャビティ５１
内の高圧に対し開かれている搬送通路７０に対し開く。
ソレノイド７５が中間の、すなわち保持電流で励磁され
ると、ピンスプールバルブ部材７６がわずかに右に移動
し、作動流体制御通路７１を搬送通路７０の高圧に対し
閉じて、これを低圧ドレン５４に対し再び開くのに十分
な距離の第３の位置になる。しかしながら、保持電流
は、インテンシファイヤースプールバルブ部材７８位置
を変化させるのに十分なものではなく、作動流体キャビ
ティ５１を高圧作動流体入口５０に対し開いた状態で開
位置のままにする。インテンシファイヤースプールバル
ブ部材７８が開位置にあるとき、作動流体は、入り口５
０を通りインテンシファイヤースプールバルブ部材７８
の中空内部８０に流れ、半径方向の開口８１を通り、接
続通路７０と作動流体キャビティ５１とに同時に流れ
る。
【００１７】図５から図７までを参照すると、デュアル
２方向ソレノイド燃料噴射器１４’が、上述したばかり
の単一の３方向ソレノイド燃料噴射器１４の代わりとし
て用いられている。燃料噴射器１４’は、単一の２方向
ソレノイド１３０を用いて、作動流体キャビティ１０９
を作動流体入口１０６又は低圧作動流体ドレン１０４に
対し交互に開き、同じ２方向ソレノイド１３０を用いて
ニードル制御チャンバ１１８が低圧通路又は高圧流体源
に露出されるのを制御する。燃料噴射器１４’は、図１
の示した噴射器１４と置き換えることができる。なぜな
らば、双方の噴射器とも実質的に同じであり、一方は単
一の３方向ソレノイドバルブを用いて、他方は単一の２
方向ソレノイドを用いて同様の作用を達成するからであ
る。噴射器１４’の単一の２方向ソレノイドは、ニード
ルバルブ部材のニードル制御バルブに対する急速な応答
特性との対応における作動流体制御バルブのヒステリシ
ス効果を利用することにより、噴射器１４の３方向ソレ
ノイドがなすのと同じ作用を達成する。
【００１８】噴射器１４’は、ブランチレール通路４０
に接続されている作動流体入口１０６と、作動流体再循
環ライン２７に接続されている作動流体ドレン１０４
と、燃料供給通路４４に接続されている燃料入口１２０
とを備える噴射器本体１０５を備える（図１参照）。噴
射器１４’は、各噴射事象の間、噴射器内の燃料を加圧
するための油圧手段と、ノズル出口１１７の開閉を制御
するニードル制御バルブとを備える。燃料を加圧するた
めの油圧手段は、ピン１３５に取り付けられた２方向ソ
レノイド１３０を含む作動流体制御バルブを備える。イ
ンテンシファイヤースプールバルブ部材１４０は、ピン
１３５及びボールバルブ部材１３６の動作に応答して、
作動流体キャビティ１０９を作動流体入口１０６又は低
圧ドレン１０４に対し交互に開くようになっている。作
動流体キャビティ１０９は段付ピストンボア１１０に対
して開いており、該ボア内で段付インテンシファイヤー
ピストン１５０が（図示する）戻り位置と前進位置との
間を往復する。噴射器本体１０５は、プランジャボア１
１１を備え、該ボア内においてプランジャ１５３が引込
み位置（図示する）と前進位置との間を往復運動する。
プランジャボア１１１の一部とプランジャ１５３が、燃
料加圧チャンバ１１２を形成し、この中で、各噴射事象
の間、燃料が加圧される。プランジャ１５３とインテン
シファイヤーピストン１５０が、噴射事象間に圧縮ばね
１５４の作用を受けて引込み位置に戻される。従って、
燃料を加圧するための油圧手段が、燃料加圧チャンバ１
１２、プランジャ１５３、インテンシファイヤーピスト
ン１５０、作動流体入口１０６、作動流体キャビティ１
０９、及び、第１のソレノイド１３１、ボール１３６、
ピン１３５インテンシファイヤースプールバルブ部材１
４０等を含む作動流体制御バルブのの種々の部品を備え
る。
【００１９】プランジャ１５３が引き込むときに、燃料
は、燃料入り口１２０において噴射器１４’に入り、ボ
ールチェック１２１を通り、隠された燃料供給通路１１
９に沿って燃料加圧チャンバ１１２に進む。ボールチェ
ック１２１は、燃料が、プランジャの下降行程中に、燃
料加圧チャンバ１１２から燃料供給通路に逆流するのを
防ぐ。加圧された燃料は、燃料加圧チャンバ１１２から
接続通路１１３を通りノズルチャンバ１１４に進行す
る。ニードルバルブ部材１６０は、ノズル出口１１７が
開く開位置とノズル出口１１７が閉じる閉位置との間を
ノズルチャンバ１１４内で動く。この実施例では、ニー
ドルバルブ部材１６０は、スペーサー１６４、１６６に
より分離された下側のニードル部分１６１と上側のイン
テンシファイヤー部分１６２とを含んでおり、これらは
すべて、別個の部品から機械加工されているが、単一の
一体部品として機械加工されることも十分に可能であ
る。ニードルバルブ部材１６０は、圧縮ばね１６５によ
って閉位置に機械的に付勢される。先の実施例とは異な
り、圧縮ばね１６５はスペーサー１６４とインテンシフ
ァイヤー部分１６２との間で圧縮されている。したがっ
て、この実施例においては、ニードルバルブ部材１６０
が閉じられ、ニードル制御チャンバー１１８が低圧に開
いたとき、インテンシファイヤー部分１６２が上部スト
ップに向けて押される。
【００２０】ニードルバルブ部材１６０は、ノズルチャ
ンバ１１４内の流体圧に曝された開用油圧面１６３と、
ニードル制御チャンバ１１８内の流体圧に曝された閉用
油圧面１６７とを備える。先の実施例のように、閉用油
圧面と開用油圧面は、ニードル制御チャンバ１１８が高
圧流体源に開くときに、ニードルバルブ部材１６０が閉
位置に油圧的に付勢されるような大きさ及び構成であ
る。従って、バルブを開く圧力を越えるような、ノズル
チャンバ１１４内の高圧燃料の存在にもかかわらず、ノ
ズル出口１１７を閉じたままに維持するように、閉用油
圧面１６７に適当な圧力が存在しなければならない。開
用油圧面１６３と閉用油圧面１６７は、ニードル制御チ
ャンバ１１８が低圧通路に接続され、ノズルチャンバ１
１４内の燃料圧がバルブを開く圧力よりも大きいとき
に、ニードルバルブ部材１６０が開位置の方向に油圧的
に付勢されるような大きさ及び構成とするのが好まし
い。
【００２１】噴射器１４’の作動流体制御バルブは、完
全に引っ込まれたときを除き通常はボール１３６と接触
するピン１３５に取り付けられた２方向ソレノイド１３
０を備えると考えることができる。ピストン１３５は、
圧縮ばね１３９とボール１３６に作用する油圧力により
引込み位置に付勢される。この位置において、ボール１
３６は、シート１７３を閉じ、シート１７２を開き、高
圧作動流体は、インテンシファイヤースプールバルブ部
材１４０の油圧端面１４１と接触するように流れる。ソ
レノイド１３１が消磁されると、作動流体キャビティ１
０９が、シート１７０を通して作動流体ドレン１０４に
対し開かれ、インテンシファイヤースプールバルブ部材
１４０が油圧的にバランスされ、図示するように押し下
げられ、シート１７１を閉じ、シート１７０を開く。ソ
レノイド１３０が励磁されると、ピン１３５が下方に移
動し、ボール１３６がシート１７２を開き、シート１７
３を閉じる。これによって、油圧端面１４１が、第２の
ドレン１０８に接続されているドレン通路１２９内の低
圧に曝されることになる。これは、油圧的な不均衡をイ
ンテンシファイヤースプールバルブ部材１４０内に形成
することになり、該部材１４０を圧縮ばね１４５の作用
に抗して上方に動かし、シート１７０を閉じてシート１
７１を開く。これによって、作動流体が入り口１０６か
らインテンシファイヤースプールバルブ部材１４０に入
り、半径方向開口１４６を通り、シート１７１を経て作
動流体キャビティ１０９に流れ得るようになり、作動流
体は、インテンシファイヤーピストン１５０の段付頂部
に作用する。
【００２２】ニードルバルブ部材１６０を介してのノズ
ル出口１１７の開閉は、ソレノイドイ１３０を備えるニ
ードル制御バルブによって制御される。先に述べたよう
に、消磁状態では、ピン１３５が圧縮ばね１３８の作用
を受けて引込み、中空内部１４７を通って流れる高圧作
用流体がボール１３６を押して、シート１７３を開きシ
ート１７２を閉じる。この構造において、作動流体入口
１０６からの高圧作動流体が、シート１７３を通り、隠
された通路に沿って作動流体制御通路１１９に流れる。
作動流体制御通路１１９は、ニードル制御チャンバ１１
８に対し開き、高圧作動流体をニードルバルブ部材１０
６の閉用油圧面１６７に作用して、該部材１０６を下向
きに押し、ノズル出口１１７を閉じる。ソレノイド１３
０が励磁されると、ピン１３５が下方向に動き、ボール
１３６を押して、シート１７３を閉じてシート１７２を
開く。これにより、作動流体制御通路１１９が第２低圧
流体ドレン１０８に接続されたドレン通路１２９内の低
圧に対して開かれる。ドレン１０４、１０８は、噴射器
本体１０５の外側で互いに合流する。従って、ソレノイ
ド１３０が励磁された状態で、ニードルバルブ部材１６
０の閉用油圧面１６０が低圧通路に対し曝され、ニード
ルバルブ部材が単純なチェックバルブのように作用し始
め、ノズルチャンバ１１４内の燃料圧が、戻りばね１６
５に打ち勝つのに十分に高いバルブ開口圧よりも大きい
場合に該ニードルバルブ部材が開く。本実施例におい
て、ニードル制御バルブは、ソレノイド１３０、ピン１
３５、ボール１３６、シート１７２およびシート１７３
を含む。作動流体制御バルブは、ニードル制御バルブの
すべての部品と、インテンシファイヤースプールバルブ
部材１４０と、シート１７０、１７１を含む。
【００２３】再び図６を参照すると、段付ピストンボア
１１０は上側ボア１１５と大径の下側ボア１１６を備え
る。ピストン１５０の段付頂部は、第１面積部１２２と
規則的な円筒形部分１３３により該第１面積部から分離
された第２面積部１３２とを備える。第１面積部１２２
と上側ボア１１５は、ピストン１５０が図示する引っ込
み位置にあるとき比較的制限されていない流路面積１２
７を経て作動流体キャビティ１０９に接続される上部キ
ャビティ１２３を形成する。第２面積部１３２と下側ボ
ア１１６は、ピストンが引っ込み位置にあるとき制限流
路面積部１３１を含む制限流路１２８を介して作動流体
キャビティ１０９に接続される下側キャビティ１２６を
形成する。ピストンが、その引っ込み位置から前進位置
に動き始めると、第１面積部１２２が上部キャビティ１
２３の全圧力に露出され、第２面積部１３２が下側キャ
ビティ１２６の全圧力に露出される。ピストン１５０が
下降行程を行うのに伴って下側キャビティ１２６の容積
が増加する速度のために、制限された流路面積１３１
は、流体が環状テーパー１３４のまわりを通って第２面
積部１３２に流れることができるようになるのに充分な
距離だけ下方に動くまで、第２面積部１３２がが作動流
体キャビティ１０９内の全圧力に曝されるのを妨害す
る。この実施例においては、制限された流路１２８は、
噴射器本体１０５に形成される。
【００２４】図６には又、設計パラメーターＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄが示されている。環状テーパー１３４の高さは、
該環状テーパーの高さによりピストンの動きの速度が影
響されないように、充分に長く選定することが好まし
い。これによって、噴射器を大量清算するときに生じる
変動を避けることができる。該設計パラメーターＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄについての管理により、ピストン１５０の最
初の動きの速度について実質的な制御を行うことがで
き、したがって、噴射器からの噴射の初期噴射プロフィ
ールを制御することができるようになる。制限流路面積
１３１を定める孔直径Ａと、上側ボア１１５の直径Ｂ
と、規則的円筒形部分１３３の高さＣは、該規則的円筒
形部分１３３が依然として上側ボア１１５内にあるとき
に下側器１２６の流体圧力が実質的に一定の低圧となる
ような寸法にすることができる。すなわち、規則的円筒
形部分１３３の高さがピストンの低速移動期間の長さを
制御する。ピストン１５０が下方移動を続けると、規則
的円筒形部分１３３が上側ボア１１５から離れて環状テ
ーパー１３４と上側ボア１１５の間の環状ギャップを開
く。図８ｅは、円筒形部分１３３が上側ボア１１５から
離れるまで第２面積部１３２上の圧力が低い状態に留ま
ることを示している。この低い圧力は、ピストン１５０
の最初の移動速度を低下させ、初期噴射率を減少させ
る。ピストン１５０が充分に動いた後、作動流体が制限
流路１２８と環状テーパー１３４の両方から自由に流れ
るようになり、下側キャビティ１２６の圧力が上昇し始
める。その結果、燃料圧力が上昇し、噴射プロフィール
に台状の上昇部分を形成する。環状テーパー１３４の傾
斜Ｄは、台状上昇部の傾斜を制御する。
【００２５】規則的円筒形部分１３３の高さＣは、噴射
プロフィールのブーツ形状の平坦部分の持続時間を制御
する。寸法Ｃが充分に短いと、初期の平坦部分が消え
て、図８ｆに示すように台状上昇部分のみとなる。プラ
ンジャー１５３の下方の燃料を充分な噴射圧力まで圧縮
するにはピストンのある程度の動きが必要となるのが普
通であるから、やはり寸法Ｃは、最低のリード寸法を有
するようにすることが好ましい。このように、寸法Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを変更することにより、本発明は、エンジン
のエミッションを制御するのに非常に重要な噴射率トレ
ースの前部分を制御するのにほぼ完全な柔軟性を与え
る。図１０を参照すると、段付頂部が下側ボア１７７と
上側ボア１７８を有するピストンボア１７６に摺動自在
に受け入れられたピストン１８０を有する本発明の別の
実施例が示されている。先の実施例におけると同様に、
段付ピストン１８０は、第１面積部１８１と規則的円筒
形部分１８４により該第１面積部１８１から離された第
２面積部１８２とを有する。段付ピストン１８０は、先
の実施例におけると同じプランジャー１５３と戻りばね
１５４上に載っている。
【００２６】先の実施例におけると同様に、第１面積部
１８１と上側ボア１７８が、比較的制限されていない流
路面積を介して作動流体キャビティ１７５に接続される
上側キャビティ１９０を形成する。第２面積部１８２と
下側ボア１７７が、規則的円筒形部分１８４と上側ボア
１７８の間に形成される領域によって定まる比較的制限
された流路１７４を介して作動流体キャビティ１７５に
接続される下側キャビティ１９１を形成する。この例
は、先の例とほぼ同様な作用を達成するが、噴射器本体
が別の制限流路を形成する代わりに、ピストンと胴部が
制限流路１７４を形成する。また、この実施例は、ピス
トンの上側段部に環状テーパーを形成する代わりに、ス
ロット１８７を形成している。この場合、スロット１８
７の巾が図２に示す傾斜に対応する。言い換えると、ス
ロットの巾が大きいと、噴射プロフィールの台状立ち上
がりが急峻になる。この実施例では、上段状部の高さと
スロットの深さの差が図６に示す寸法Ｃに相当する。言
い換えると、スロットが深くなるほど、噴射率プロフィ
ールに現れる平坦部（ブーツ）が少なくなる。
【００２７】図１１を参照すると、図には、ピストン自
体が制限流路２２４を形成する別の実施例が示されてい
る。先の実施例におけると同様に、段付ピストン２８０
が、下側ボア２７１と上側ボア２７２を有するピストン
ボア２７０内に摺動自在に受け入れられている。第１面
積部２８１が、規則的円筒形部分２８４により第２面積
部２８２から離されている。第１面積部２８１と上部ボ
ア２７２が、比較的制限されていない流路面積を介して
作動流体キャビティ２２２に開いた上側キャビティ２９
０を形成する。先の実施例におけると同様に、第２面積
部２８２と下側ボア２７１が、制限流路２２４を介して
作動流体キャビティ２２２に接続された下側キャビティ
２９１を形成する。図２に示す実施例におけると同様
に、規則的円筒形部分２８４が下側キャビティを上側キ
ャビティから実質的に分離する。本発明のこの実施例
は、先に説明した実施例と実質的に同じように作動する
が、同一の目的を達成するために、異なる幾何学的構成
を備える。
【００２８】図１２ａ及び図１２ｂを参照すると、段付
プランジャー３８０が下側ボア３７１と上側ボア３７２
を有するピストンボア３７０内に摺動自在に受け入れら
れた本発明のさらに他の実施例が示されている。第１面
積部３８１と上側ボア３７２が先の実施例におけると同
様に上側キャビティを形成する。同様に、第２面積部３
８２と下側ボア３７１が、本実施例では環状テーパー３
８５に切り込まれたスロットにより形成された制限流路
３２４を介して、作動流体キャビティ３２２に接続され
る下側キャビティを形成する。従って、この実施例で
は、図１０に示す実施例におけると同様に、ピストンと
胴部とが制限流路３２４を形成する。しかし、規則的円
筒形部分３８４と環状テーパー３８５を有する点では、
この実施例は図６に示す実施例に似ている。
【００２９】次に図１３を参照すると、ここに示された
本発明のさらに他の実施例は、先に説明した各実施例と
同様な作用を果たすが、幾何学的配置が異なっている。
本実施例では、第２面積部４８２が第１面積部４８１の
内部に配置されている。先の実施例におけると同様に、
制限流路４２４が第１キャビティ４９１に開く。比較的
制限されていない流路４２３は、第２キャビティ４９０
に開く。先の実施例におけると同様に、段付ピストン４
８０が、上側ボア４７１と下側ボア４７２を有するピス
トンボア４７０に摺動自在に受け入れられている。ま
た、図６の実施例におけると同様に、段付ピストンは規
則的円筒形部分４８４と環状テーパー４８５を備える。
図１４は、本発明のさらに別の幾何学的配置による変更
例の実施例を示すものである。特に、段付ピストン５８
０は、ピストンボア５７０内に受け入れられている。第
１面積部５８１は、規則的円筒形部分５８４により第２
面積部５８２から分離されている。先の各実施例におけ
ると同様に、第１キャビティ５９１が、制限流路面積５
２５を有する制限流路５２４を介して作動流体キャビテ
ィ（図示せず）に接続されている。さらに、先の実施例
におけると同様に、第１面積部５８１に作用する第２キ
ャビティ５９０が制限されていない流路面積５２３を介
して作動流体キャビティに接続されている。
【００３０】図２から図４に図示した燃料噴射器１４に
ついて説明すると、引き入れ電流をソレノイド７５に付
与して、ピンスプールバルブ部材７６を左に動かすこと
によって各噴射シーケンスが開始される。噴射器に入
り、シート５９にトラップされたオイル圧がボールバル
ブ５３を押してシート６１を閉じることができる。高圧
オイルがインテンシファイヤースプールバルブ部材７８
の裏側の横断溝を通りシート５９を通過して流れ、油圧
端面７９に作用する。インテンシファイヤースプールバ
ルブ部材７８は、圧力バランス状態となり、ばね８２が
該インテンシファイヤースプールバルブ部材７８を右側
に動かす。これによって、シート５５が開き、シート５
７が閉じる。主オイル供給が半径方向の開口部８１を通
り、シート５５を越えて作動流体キャビティ５１に入
り、インテンシファイヤーピストン８３の上部に到達
し、該インテンシファイヤーピストン８３を下方向に動
かし始める。オイルは又、接続通路７０を通ってピンス
プールバルブ部材７６に流れている。ピンスプールバル
ブ部材７６のこの動きで、シート６７が開き、シート６
５が閉じて、搬送通路７０内の高圧が作動流体制御通路
７１に接続される。閉用油圧面８８に作用する高圧がニ
ードルバルブ部材８６を閉位置に保持する。インテンシ
ファイヤーピストン８３とプランジャ８５が下方向に動
くと、燃料圧が燃料加圧チャンバ６４内で上昇し始め、
ボールチェック６５を閉じる。
【００３１】ニードルバルブ部材８６を直接制御するた
めに、燃料圧がバルブ開圧力に達した後に、ソレノイド
引き入れ電流が保持電流に減少される。ソレノイドから
の２つの力レベル（引き入れおよび保持）を与えること
によって、異なる噴射特性が発生する。初期の引き入れ
電流から保持電流に降下させることによって、ピンスプ
ールバルブ部材７６がシート６７を閉じてシート６５を
開くことになる。保持電流は、ソレノイドばね７７がボ
ールバルブ５３を押してシート６１から離すのを防止す
るのに十分な力を与える。高圧オイルがシート６７を越
えて作動流体制御通路７１に流れることはできず、ニー
ドル制御チャンバ７２を加圧する。ソレノイド保持電流
が維持される場合には、バルブ開圧力（ＶＯＰ）に達
し、ニードルバルブ部材がニードル戻しばね８９の作用
に抗して開くようになるまで、ノズルチャンバ６２内に
燃料圧が燃料加圧チャンバ６４への接続通路６９を介し
て形成される。
【００３２】全引込み電流が付与される状態では、下方
に動く（又は、燃料が完全に圧縮される点で停止しプラ
ンジャを油圧的にロックさせる）インテンシファイヤー
ピストン８３とプランジャ８５とによって燃料圧が形成
され続けるが、高圧オイルがニードル制御チャンバ７２
に流れることができ、ニードルバルブ部材８６の閉用油
圧面８８に作用するために、ニードルバルブ部材８６は
開かない。ニードルバルブ部材８６のこの圧力は、これ
を閉じるのに必要とする力を与える。ニードルバルブ部
材８６を開くために、ソレノイド７５は引き入れ電流か
らより低い保持電流に変わる。ニードル制御チャンバ
が、シート６５を通してドレン５４の低圧に対し開かれ
る。これによって、ニードルバルブ部材を閉じた状態に
する力を取り除き、ニードルバルブが開いて、燃料がノ
ズル出口６３を通ってノズルチャンバ６２から出ること
ができるようになる。ソレノイドの電流を引き入れ電流
レベルに戻すことによって、燃料噴射を休止するか又は
瞬間的に停止することができる。これによって、ニード
ルバルブ部材８６の閉用油圧面８８が再び加圧され、該
ニードルバルブ部材を閉じられる。ニードルバルブ部材
８６のこの直接制御によって、各噴射サイクル中に、油
圧加圧手段に影響を及ぼすことなく、何回でもノズル出
口が開閉することができる。
【００３３】噴射を終了し、噴射器に次のサイクルに備
えて燃料を補給するために、ソレノイド７５が消磁され
る。これにより、作動ピンスプールバルブ部材７６がシ
ート６７を閉じ、シート６５を開く。これは、閉用油圧
面８８に作用する加圧オイルを除去する。ソレノイドば
ね７７が、作動バルブ部材７６を介してボールバルブ５
３をシート６１から押し、戻りシート５９を閉じるさせ
る。高圧オイル供給がシート５９において閉じられ、イ
ンテンシファイヤースプールバルブ部材７８の油圧端面
７９にかかるオイル圧が、シート６１を通り低圧ドレン
５４に放出される。インテンシファイヤースプールバル
ブ部材７８が油圧的に再び不均衡になって、ばね８２の
作用に抗して左に動き、シート５５を閉じ、シート５７
を開く。これは、作動流体キャビティ５１がシート５７
を越えて低圧ドレン５２に対し開くことによって、イン
テンシファイヤーピストン８３の上部に作用する加圧オ
イルを除去する。そこで、インテンシファイヤーピスト
ン８３とプランジャ８５とが、戻りばね８４によって上
方に戻される。下降する燃料圧によってボールチェック
６８が開き、燃料を再び満たし、燃料加圧チャンバ６４
に流れることができるようにする。
【００３４】電流レベルを引き入れ電流から保持電流に
変更することによって、噴射サイクル中における燃料供
給の自由度が生じる。特定のエンジン作動状態に適合さ
れる噴射特性を得ることができる。この噴射システム
は、作動流体の圧力を制御することによって噴射圧を変
える能力を与え、ニードルバルブ部材の直接制御により
噴射特性を制御するための能力を与える。ニードルバル
ブ部材の直接制御によって、ニードルバルブ部材が、バ
ルブを開く圧力と最高噴射圧力との間の圧力で開かれる
ときをコンピュータが制御できる。これによって、所望
であれば所定の噴射量パターンを形成するために、初期
噴射質量流量全般にわたって、明確に認識できる量の制
御を達成することができる。同時に、本発明の直接制御
の特徴は、ニードルバルブ部材が所望の時に短時間で閉
じる手段を形成することによって、噴射を望ましい時に
急激に終了させることができる。
【００３５】図５ないし図７に図示した噴射器１４’
と、図は及び図９を参照すると、各噴射シーケンスが、
ソレノイド１３０を励磁して、ボール１３６を動かし、
シート１７２を開き、シート１７２を閉じることによっ
て開始される。スプールバルブ部材１４０の油圧端面１
４１に作用していた加圧オイルが、シート１７２を経て
ドレンされる。したがって、インテンシファイヤースプ
ールバルブ部材１４０が油圧的に不均衡になり、圧縮ば
ね１４５の作用に抗して下方向に動き始める。このため
に、シート１７０が開きシート１７１が閉じる。主オイ
ル供給が、半径方向の開口１４６を通り、シート１７１
を経て作動流体キャビティ１０９に流れ、インテンシフ
ァイヤーピストン１５０の上部に入り、このピストンを
下方に動かし始める。インテンシファイヤーピストン１
５０とプランジャー１５３が下方に動いている状態で、
燃料圧力が燃料加圧チャンバー１１２内に形成され、ボ
ールチェック１２１を閉じる。ソレノイドが消磁された
状態のままで、ニードル制御流路１１９が低圧ドレンに
開かれ、燃料圧力が戻りばね１６５を圧縮するのに充分
なまでバルブ開圧力を越えたとき、ニードルバルブ部材
１６０が開かれる。
【００３６】インテンシファイアーピストン１５０の内
部段付頂部１５５のみが作動流体キャビティ１０９に露
出されているので、該インテンシファイアーピストン
は、その頂面全体に全流体圧力が作用している場合にお
けるよりは遅い速度で加速される。インテンシファイア
ーピストン１５０の環状頂面１５６より上方の容積は、
制限流路１２８を通る流体により満たされる。インテン
シファイアーピストンは下向きの動きを続けて、最後に
は、空間１５６より上方の容積が流路１２８からの流体
供給を越える速さで増加する点に到達する。このため
に、ピストンの下向きの移動には瞬間的に停滞が生じ、
燃料加圧チャンバー１１２内でプランジャー１５３の下
方における燃料圧力の増加が緩やかになる。図８ｆに示
すような「傾斜正方形」噴射プロフィールが望まれる場
合には、噴射事象の間中、ソレノイド１３０への電流を
図８ａに示すように継続する。ボールとスプールがソレ
ノイド１３０の初期励磁により図８ｂ及び図８ｃに示す
ようにうごかされた後、ソレノイド電流は保持電流に低
下させられ、この保持電流がソレノイドピンを同じ位置
に保持する。ピン１３５をこの位置に保持するに要する
エネルギは少なくてよいので、保持電流を与えることに
よりエネルギを節約できる。段付ボア内に打付頂部を設
けることにより、インテンシファイアーピストン１５０
の動きにおける低い加速と移動停滞が生じるために、初
期の質量噴射量は、ある範囲のエンジン作動条件のもと
での排気エミッションを改善するのに望ましい形で傾斜
する。
【００３７】噴射を終了し、次の噴射サイクルのために
噴射器に燃料を満たすことができるようにするには、ソ
レノイド１３０を消磁する。これによって、ボール１３
６がシート１７３を開き、シート１７２を閉じる。この
ために、加圧されたオイルが閉用油圧面１６７に作用
し、戻りバネの作用もあってニードルバルブ部材１６０
を閉じさせ、噴射に急激な終わりを生じさせる。シート
１７３が開くことによりインテンシファイアースプール
バルブ部材１４０が再び油圧的にバランス状態になり、
圧縮ばね１４５が、該バルブ部材を下向きに動かして、
シート１７１を閉じ、シート１７０を開く。これによっ
て、作動流体キャビティ１０９内の作動流体が作動流体
ドレン１０４にドレンできるようになり、インテンシフ
ァイアーピストン１５０とプランジャー１５３を戻りば
ね１５４の作用により引っ込むことができるようにな
る。燃料加圧チャンバー１１２内での燃料圧力が低下す
ると、ボールチェック１２１が開かれる。次の噴射事象
のために充填燃料が噴射器に流れ始める。このように、
噴射器内において、ソレノイドの単純な励磁と消磁とに
よって、インテンシファイアーピストンの段付頂部に起
因する傾斜した初期噴射量変化と、本発明の特徴である
ニードルバルブ部材の直接的な制御に起因する急激な噴
射終了が達成できる。
【００３８】本発明は、図８ｆに示すよりはもっと複雑
な噴射量制御プロフィールを達成することができる。例
えば、図９ａないし図９ｅの図表は、一例として、パイ
ロット噴射区分Ｃとそれに続く「４角形」の主噴射区分
Ｅとを生成するように噴射器１４’を構成できることを
示している。このような噴射量プロフィールを生成する
ためには、ソレノイド１３０は、最初に最大電流により
励磁され、ボール１３６がシート１７２を開きシート１
７３を閉じるようにする。ボールが動いて少し後に、イ
ンテンシファイアースプールバルブ部材が閉位置から開
位置に動き始めて、高圧作動流体が作動流体キャビティ
１０９内に流れ始め、ピストンとプランジャーの下向き
の動きを開始させる。ノズルチャンバー内の燃料圧力が
戻りばね１６５を圧縮するのに充分なまでバルブ開圧力
を越えると、ニードルバルブ部材が短時間開いてパイロ
ット噴射区分Ｃを生じさせる。
【００３９】分割噴射を生じさせるには、ソレノイドが
ボール１３６が初期位置に戻ってシート１７３を開きシ
ート１７２を閉じるのに充分なだけ、短時間消磁され
る。これによって、ニードルバルブ部材１６０の閉じ用
油圧面が再び加圧され、該部材が閉じられる。同時に、
インテンシファイアースプールバルブ部材が油圧的にバ
ランス状態になり、シート１７１を閉じるように動き始
める。しかし、ばね１４５が比較的弱いので、インテン
シファイアースプールバルブ部材はゆっくりと動くだけ
である。インテンシファイアースプールバルブ部材がシ
ート１７１を閉じるのに充分なだけ動く前に、ソレノイ
ドが再び励磁され、ボール１３６によりシート１７３を
再び閉じ、シート１７２を再び開く。これによって、急
峻な開始すなわち「４角形」噴射を行うことができるよ
うにバルブ開圧力より大幅に高い燃料圧力のもとで、ニ
ードルバルブ部材が再び開く。同時に、インテンシファ
イアースプールバルブ部材は区分Ｄにおけるように方向
を反転し、全開位置に戻る。ボール１３６とニードルバ
ルブ部材１６０はソレノイド１３０の動きより遙かに速
く引っ込むことができるので、ニードル制御バルブは、
インテンシファイアースプールバルブ部材が引っ込んで
シート１７１を閉じるのよりは速く開閉することができ
る。
【００４０】当業者は、本発明により多くの種類の質量
噴射量制御プロフィールを生成できることを認識するで
あろう。例えば、ノズルチャンバー内の燃料圧力がバル
ブ開圧力に達する前にソレノイドを消磁し、インテンシ
ファイアースプールバルブ部材１４０が動いてシート１
７０を閉じる前であるが、燃料圧力がバルブ開圧力より
高い所望の噴射圧力に到達した後にソレノイドを再励磁
することによって、単純な「４角形」噴射量プロフィー
ルを生成できる。当業者は又、ポール１３６とインテン
シファイアースプールバルブ部材１４０の特定の質量特
性、及びばね１４５の強さ、ソレノイド１３０の性能特
性を選定することによって、スプールバルブ部材の反応
に充分な時間遅れを生じさせて、単一の２方向ソレノイ
ドを有する噴射器においても直接的な制御を可能とし、
同時に油圧系の加圧信号に充分な制御を維持することが
できることを、認識するであろう。
【００４１】本発明の段付ピストンの特徴は、油圧的に
駆動され、ピストンの初期移動速度を遅くすることが望
まれるどのようなピストン・胴配置にも潜在的に適用で
きるものである。ピストンの初期移動速度を遅らせるこ
とは、ピストンに作用する全体の流体圧力を制御するこ
とではなく、ピストンとピストンボアの間の種々の幾何
学的関係についての機械加工により達成できる。本発明
は、好ましくないエンジンエミッションを減少させるた
めに初期の噴射量トレースをより望ましいようにするた
めに、ピストンの初期移動速度を遅くすることが望まれ
る油圧作動燃料噴射器に特に有用である。図示したどの
実施例も、燃料噴射器に使用することができるが、ボア
内又は円筒形ピストン上に円形形状を比較的厳密な許容
範囲で機械加工する場合の容易性から、図６に示す実施
例が最も好ましい。言い換えると、幾つかの実施例にお
けるスロットは、一定の結果を生じるのに必要な厳密な
寸法上の許容範囲を維持しながら信頼性ある製造を大量
生産で行うことがより困難である。
【００４２】いずれにしても、以上の開示は、説明のた
めだけのものであり、本発明の範囲を如何なる意味にお
いても限定するものてはない。言い換えると、幾何学的
に形状を定められた種々の上述したピストン・胴組立体
は、本発明の範囲に入る実施例をすべて示すという意味
のものではない。当業者は、図示していない他のピスト
ン・胴組立体の幾何学的形状が、本発明の範囲に入るこ
とを認識できるであろう。本発明の他の特徴や目的、及
び利点は、図面と説明及び添付の請求の範囲お記載から
理解できる。本発明は、エンジン速度及び負荷に関係な
く、ピーク燃料噴射圧を蛙ことができる。本発明は、噴
射サイクル中の別々の噴射区分の各々における燃料噴射
量を可変制御することができる。本発明は又、別々の噴
射区分の各々の間の時間間隔を可変的に制御することが
できる。さらに、噴射サイクル中に、噴射器ソレノイド
を１回又は選定した複数回励磁及び消磁して、１回又は
可変的に選定した福数回の噴射区分を生成することがで
きる。
【００４３】本発明の他の特徴、目的及び利点は、図面
と説明及び添付の請求の範囲により理解することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する燃料噴射システムの概略図であ
る。
【図２】燃料噴射器の断面側面図である。
【図３】図２に示した燃料噴射器の上側部分の部分的断
面側面図である。
【図４】図２に示した燃料噴射器の下側部分の部分的断
面側面図である。
【図５】本発明に関する燃料噴射器の断面側面図であ
る。
【図６】図５に示した燃料噴射器の上側部分の部分的断
面側面図である。
【図７】図５に示した噴射器の下側部分の部分的断面側
面図である。
【図８】単一の「傾斜・４角形」噴射事象における部品
位置及び噴射パラメーターと時間との関係を示す図表で
ある。
【図９】「パイロット及び４角形」噴射事象における部
品位置及び噴射パラメーターと時間との関係を示す図表
である。
【図１０】本発明の他の実施例による段付ピストン・胴
組立体の一部の断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例による段付ピスト
ン・胴組立体の一部の断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例による段付ピスト
ン・胴組立体を示すもので、ａは一部の断面図、ｂは中
央部の上からみた図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施例による段付ピスト
ン・胴組立体の一部の断面図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施例による段付ピスト
ン・胴組立体の一部の断面図である。
【符号】
１０ 燃料噴射システム １２ 内燃エンジン １４ 噴射器 １８ 燃料供給手段 ２０ コンピュータ ４２ 燃料タンク ５０ 作動流体ドレン入口 ５１ 作動流体キャビティ ５２、５４ 作動流体ドレン ５８、１１１ プランジャボア ６０ 燃料入口 ６２ ノズルチャンバ ６３ ノズル出口 ６４ 加圧チャンバ ６８ ボールチェック ７１ 作動流体制御通路 ７２ ニードル制御チャンバ ７５ ３方向ソレノイド ７６ ピンスプールバルブ部材 ７８ インテンシファイヤースプールバルブ部材 ８３、１５０ インテンシファイヤーピストン ８４ 圧縮ばね ８５、１５３ プランジャ ８６ ニードルバルブ部材 ８７ 開用油圧面 ８８ 閉用油圧面 ８９ 圧縮ばね １０５ 噴射器本体 １３０ ソレノイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー ダブリュー ヘフラー アメリカ合衆国 イリノイ州 61523 チ ラコシ ノース セクオイア カーヴ 20834

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作動流体入り口、作動流体キャビティ、
    ノズル出口、及びニードル制御チャンバーを形成する噴
    射器本体と、 前記噴射器本体に取り付けられた単一のソレノイドと、 前記噴射器本体に取り付けられ、前記作動流体入り口が
    前記作動流体キャビティに開く第１位置と前記作動流体
    入り口が前記作動流体キャビティに対して閉じる第２位
    置との間を前記ソレノイドの作用のもとで動くことがで
    きる第１バルブ部材と、 前記噴射器本体に取り付けられ、前記ノズル出口が開く
    開位置と前記ノズル出口が遮断される閉位置との間を動
    くことができ、前記ニードル制御チャンバーに露出され
    た閉用油圧面を有するニードルバルブ部材と、 前記噴射本体に取り付けられ、前記ニードル制御チャン
    バーが高圧流体源に開かれるオフ位置と前記ニードル制
    御チャンバーが低圧流体流路に開かれるオン位置との間
    を前記ソレノイドの作用のもとで動くことができる第２
    バルブ部材と、からなる油圧作動燃料噴射器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記高圧流体源は前記作動流体入り口であり、 前記噴射器本体は作動流体ドレンを形成しており、 前記低圧流路は前記作動流体ドレンである、ことを特徴
    とする燃料噴射器。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記第２バルブ部材はボールバルブ部材であり、 前記第１バルブ部材はスプールバルブ部材である、こと
    を特徴とする燃料噴射器。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記スプールバルブ部材は端部油圧面を備え、圧縮
    ばねにより前記第２位置に向けて付勢されており、 前記端部油圧面は前記ボールバルブ部材が前記オン位置
    にあるとき前記作動流体入り口内の圧力に露出される、
    ことを特徴とする燃料噴射器。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記スプールバルブ部材は前記ボールバルブ部材が
    前記オフ位置にあるとき油圧的にバランスすることを特
    徴とする燃料噴射器。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記噴射器本体はノズルチャンバーとプランジャー
    ボアとピストンボアを形成しており、 インテンシファイアーピストンが前記ピストンボア内に
    おいて前方位置と戻り位置との間で往復するように配置
    され、 プランジャーが前記プランジャーボア内において引っ込
    み位置と前進位置との間で往復するように配置され、 前記プランジャーボアの一部と前記プランジャーが前記
    ノズルチャンバーに開かれる燃料加圧チャンバーを形成
    する、ことを特徴とする燃料噴射器。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記ソレノイドに取り付けられたピンを備え、 前記第２バルブ部材は前記オン位置において前記ピンに
    接触するが、前記オフ位置において前記ピンから離れる
    ようになった、ことを特徴とする燃料噴射器。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記第１バルブ部材は端部油圧面を有し圧縮ばねに
    より前記第２位置に向けて付勢されており、 前記端部油圧面は前記第２バルブ部材が前記オン位置に
    あるとき前記作動流体入り口内の圧力に露出され、 前記第１バルブ部材は前記第２バルブ部材が前記オフ位
    置にあるとき油圧的にバランスされるようになってお
    り、 前記圧縮ばねは、前記第２バルブ部材が前記オン位置か
    ら前記親位置に動き、このオフ位置にある時間だけ留ま
    り、前記第１バルブ部材が前記第１位置から前記第２位
    置に動くことができるようになる前に前記オン位置に戻
    ることができる程度に充分に弱いことを特徴とする燃料
    噴射器。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載した燃料噴射器であっ
    て、前記ソレノイドは２方向ソレノイドである燃料噴射
    器。
  10. 【請求項１０】直接制御型ニードルバルブを有する複数
    の油圧作動燃料噴射器を備え、各燃料噴射器が、作動流
    体入り口と燃料供給路とニードル制御チャンバーとを形
    成する噴射器本体と、前記噴射器本体に取り付けられた
    単一のソレノイドと、前記噴射器本体に取り付けられ前
    記ニードル制御チャンバー内の圧力に巣朱津された油圧
    面を有するニードルバルブ部材と、を備え、 前記燃料供給路に比較的低圧の燃料源が接続され、 前記作動流体入り口に比較的高圧の作動流体源が接続さ
    れ、 コンピュータが前記ソレノイドに接続されて該ソレノイ
    ドを制御するようになったことを特徴とする燃料噴射シ
    ステム。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載した燃料噴射システム
    であって、前記ソレノイドは２方向ソレノイドである燃
    料噴射システム。
  12. 【請求項１２】請求項１０に記載した燃料噴射システム
    であって、前記比較的高圧の作動流体は燃料流体ではな
    い形式の流体である燃料噴射システム。
  13. 【請求項１３】請求項１２に記載した燃料噴射システム
    であって、前記燃料流体ではない形式の流体は潤滑油で
    ある燃料噴射システム。
  14. 【請求項１４】請求項１０に記載した燃料噴射システム
    であって、前記複数の油圧作動燃料噴射器の各々は、 作動流体キャビティとノズル出口を形成する噴射器本体
    と、 前記噴射器本体に取り付けられ、前記作動流体入り口が
    前記作動流体キャビティに開かれる第１位置と前記作動
    流体入り口が前記作動流体キャビティに対して閉じられ
    る閉位置との間を前記ソレノイドの作用によって動くこ
    とができる第１バルブ部材と、 前記噴射器本体に取り付けられ、前記ニードル制御チャ
    ンバーが高圧流体源に開かれるオフ位置と前記ニードル
    制御チャンバーが低圧路に開かれるオン位置との間を前
    記ソレノイドの作用により動くことができる第２バルブ
    部材と、を備え、 前記ニードルバルブ部材は前記ノズル出口が開かれる開
    位置と前記ノズル出口が遮断される閉位置との間をうご
    くことができるようになった、ことを特徴とする燃料噴
    射システム。
  15. 【請求項１５】請求項１０に記載した燃料噴射システム
    であって、前記第２バルブ部材は、前記オン位置からオ
    フ位置に動き、前記オフ位置にある時間だけ留まり、前
    記第１バルブ部材が前記第１位置から前記第２位置に動
    くことができるようになる前に前記オン位置に戻ること
    ができることを特徴とする燃料噴射システム。
  16. 【請求項１６】請求項１０に記載した燃料噴射システム
    であって、前記高圧流体源は前記作動流体入り口であ
    り、 前記噴射器本体は作動流体ドレンを形成しており、 前記低圧路は前記作動流体ドレンである、ことを特徴と
    する燃料噴射システム。
  17. 【請求項１７】ノズル出口と、ニードルバルブ部材と、
    ニードル制御バルブ及び作動流体制御バルブの一部であ
    る単一の２方向ソレノイドと、を有し、前記ニードル制
    御バルブがオフ位置とオン位置とを有し、前記作動流体
    制御バルブが開位置と閉位置とを有する油圧作動燃料噴
    射器を用意し、 前記作動流体制御バルブを前記閉位置から前記開位置
    に、前記ニードル制御バルブを前記オフ位置から前記オ
    ン位置に動かすのに充分な時間にわたって前記ソレノイ
    ドを励磁し、 前記噴射器本体内の燃料を油圧的に加圧し、 前記ニードルバルブ部材を動かして前記ノズル出口を開
    き、 前記ソレノイドを消磁して前記ニードル制御バルブを前
    記オン位置から前記オフ位置に動かす、段階からなる燃
    料噴射方法。
  18. 【請求項１８】請求項１７に記載した方法であって、前
    記ニードルバルブ部材を動かす前記段階の前に、前記ニ
    ードル制御バルブを前記オン位置から前記オフ位置に動
    かすのに充分であるが、前記作動流体制御バルブを前記
    開位置から前記閉位置に動かすのには不充分である時間
    にわたり、前記ソレノイドを消磁する段階を含み、 前記ニードルバルブ部材を動かす前記段階は、前記ソレ
    ノイドを再励磁して前記ニードル制御バルブを前記オフ
    位置から前記オン位置に動かす段階を含む、ことを特徴
    とする方法。
  19. 【請求項１９】作動流体キャビティとピストンボアとノ
    ズル出口とを形成する噴射器本体を備え、 前記ピストンボアは第１ボアと第２ボアとを有し、 第１面積部と該第１面積部とは分離された第２面積部を
    有する頂部が前記ピストンボア内に摺動自在に受け入れ
    られ、引っ込み位置と前進位置との間を可動なようにピ
    ストンが配置され、 前記第１面積部と前記第１ボアが、前記ピストンの前記
    引っ込み位置において比較的制限のない流路面積を介し
    て前記作動流体キャビティに接続される第１キャビティ
    を形成し、 前記第２面積部と前記第２ボアが、前記ピストンの引っ
    込み位置において比較的制限された流路を介して前記作
    動流体キャビティに接続される第２キャビティを形成
    し、 前記引っ込み位置から前記前進位置への前記ピストンの
    動きの一部において、前記第１面積部が前記第１キャビ
    ティ内の流体圧力に露出され、前記第２面積部が前記第
    ２キャビティ内の流体圧力に露出されるようになってお
    り、 前記ピストンと前記噴射キャビティ本体の少なくとも一
    方が前記作動流体キャビティを前記低圧キャビティに接
    続する制限流路を形成しており、該制限流路が前記制限
    された流路を含むようになっており、 ニードルバルブ部材が前記噴射器本体内に配置されて、
    前記ノズル出口が開かれた開位置と前記ノズル出口が遮
    断された閉位置との間で動くことができる、ことを特徴
    とする油圧作動燃料噴射器。
JP23580397A 1996-08-30 1997-09-01 直接制御型ニードルバルブを有する油圧作動燃料噴射器 Withdrawn JPH10110658A (ja)

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