JPH07317627A - 電磁調整可能バルブを備えた燃料噴射器 - Google Patents
電磁調整可能バルブを備えた燃料噴射器Info
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Abstract
おり、巻線のような電気的励磁電磁装置、電気的励磁巻
線に関する第一磁極部材および第一磁極部材に対して直
線方向に移動可能なアーマチャを有するソレノイドアク
チュエータを提供する。 【構成】 該アーマチャは、巻線が電気的に励磁されな
い時は第一位置を占め、巻線が電気的に励磁される時は
第二位置を占める。該アクチュエータは、第一磁極部材
に対して直線方向に移動可能である第二磁極部材を有し
ており、第一および第二磁極部材の間で幅の変化するエ
アギャップを形成し、ソレノイドアクチュエータの特性
を変更し、アクチュエータの応答を変更する。第二磁極
部材は、第一磁極部材から離されており、第一磁極部材
に関する位置に移動可能であって、第一および第二磁極
部材の相対位置を維持するためにバイアス手段が提供さ
れる。バイアス手段は、第二磁極部材を第一磁極部材に
向かって動かすスプリングと、第二磁極部材に接触して
配置されるねじのような調整可能な停止手段として提供
される。
Description
ムに関し、特に燃料噴射器用電磁調整可能制御バルブに
関する。
噴射器は、機械的に、油圧で、または電気的に作動され
る。油圧作動型システムにおいて、燃料を周期的にエン
ジンシリンダに噴射するポンプ組立体は、電子制御バル
ブによりポンプ組立体に選択的に連通される加圧作動流
体により油圧で駆動される。油圧作動型電子制御燃料噴
射システムの一つの例は、アウスマン(Ausman)等による
米国特許第 5,121,730号に開示されている。機械作動型
システムにおいて、ポンプ組立体は、エンジンにより駆
動されるカムに機械的に結合され、ポンプ組立体はカム
の回転と同期して作動される。噴射の正確なタイミング
及び時間は、ポンプ組立体に関連する電子制御バルブに
より決定される。代表的には、電子制御バルブはソレノ
イドバルブである。そのような燃料噴射システムを備え
る多気筒エンジンにおいて、エンジン性能およびエミッ
ションを最適化するにあたり、各々のエンジンシリンダ
に対する燃料噴射特性が同一であることが重要である。
燃料噴射特性は、燃料噴射が開始した時の噴射時間およ
び燃料噴射量を含む。
の均一性が、エンジン製造時の各々の燃料噴射器に関連
するソレノイドバルブの応答を調整することによって達
成されてきた。そのようなソレノイドバルブは、アーマ
チャ、磁極部材およびアーマチャを磁極部材から離れる
方向にバイアスするスプリングを備える。そのようなバ
ルブが励磁される時、アーマチャが磁極部材に向かって
動かされる前に、スプリングのプレロード力が打ち消さ
れなければならない。スプリングのプレロードは一つも
しくはそれ以上の比較的薄いインサート即ちシムを有す
るスプリングの初期圧縮を変化することにより達成され
るが、バルブの応答は、そのスプリングのプレロードを
変化することにより調整されてきた。例えば、スプリン
グの初期圧縮を増加するために比較的厚いシムを使用す
る時には、打ち消すべきスプリング力が大きくなるため
に、ソレノイドバルブの動作時間が長くなる。スプリン
グの初期圧縮を減少するために比較的薄いシムを使用す
る時には、打ち消されるべきスプリング力が小さいため
に、ソレノイドバルブの動作時間は短くなる。シムを加
えたり、除去したり、変えたりすることによってソレノ
イドバルブを調整することは、退屈で、時間の浪費であ
る。エンジンの各々の燃料噴射器に対して、そのような
手続は、噴射器の組立て、噴射器のテスト、シムを加え
もしくは除去するための噴射器の分解、噴射器の再組立
て、噴射器のテスト等を必要とする。燃料噴射器を分解
し且つ再組立てしてシムを変えるのに必要とされる時間
および労力のために、燃料噴射器の調整は、最適ではな
く、最低限の性能閾値を得る程度にしかならない。
うな電磁装置、電気的に励磁可能な巻線に関連する第一
磁極部材および第一磁極部材に対して直線方向に移動可
能なアーマチャを備える燃料噴射器用電子制御バルブに
使用されるソレノイドアクチュエータを提供することを
目的とする。アーマチャは、巻線が電気的に励磁されな
い時は第一磁極部材に関する第一位置を占め、巻線が電
気的に励磁される時は第一磁極部材に関する第二位置を
占める。アクチュエータは第一磁極部材に関して直線方
向に移動可能な第二磁極部材を有し、第一および第二磁
極部材との間で幅が変化するエアギャップを形成し、ソ
レノイドアクチュエータの磁気特性を変化して、アクチ
ュエータの応答を変化する。第二磁極部材は、第一磁極
部材に対して第一磁極部材から離れた位置に移動可能で
あり、バイアス手段が、第一および第二磁極部材の相対
位置を維持するために提供される。バイアス手段は、第
二磁極部材を第一磁極部材の方向に動かすスプリングお
よび第二磁極部材に接触して配置されるねじのような調
整可能な停止手段として形成することができる。
本体、該燃料噴射器本体に形成される燃料入口、該燃料
噴射器本体内に配置され燃料入口から燃料を供給される
ポンプ手段および該燃料噴射器本体内に配置されポンプ
手段から燃料を提供されるノズルバルブを有する燃料噴
射器における電子制御バルブの一部として提供されても
よい。ノズルバルブは、ポンプ手段により提供された燃
料が閾値燃料圧以上である時は開位置を占め、ポンプ手
段により提供された燃料が閾値燃料圧以下である時は閉
位置を占めることができる。電子制御バルブは、ポンプ
手段と流体連結され、ポンプ手段における燃料が閾値燃
料圧まで加圧されることができる第一位置と、ポンプ手
段における燃料が閾値圧まで加圧されることを妨げるこ
とができる第二位置とを有する。本発明によるソレノイ
ドアクチュエータの調整は、アクチュエータの組立てお
よび分解を繰り返す必要がなく、アクチュエータが組み
立てられた後はアクチュエータを分解せずに作動でき
る。
ニット噴射器型燃料噴射システム("MEUI")10の一つの
例が示される。燃料噴射システム10は、多数のエンジ
ンピストン12を有するディーゼルサイクル直接噴射内
燃機関に使用され、ピストンの一つが、エンジンクラン
ク14に取り付けられ、エンジンシリンダ16内におい
て往復運動可能に配置された状態で示される。点線22
で概略的に示される燃料噴射器本体、ポンプ組立体2
4、制御バルブ26、ノズルバルブ28およびノズルチ
ップ30を備える燃料噴射器20によって、燃料はシリ
ンダ16に噴射される。加圧流体は、燃料通路即ちライ
ン34に流体連結された燃料入口32を通じて、ポンプ
組立体24に供給され、ライン34は燃料タンク即ちリ
ザーバ36に流体連結されている。一対の燃料フィルタ
ー40および42が、燃料ライン34中に設けられ、燃
料は移送ポンプ44によって、410kPa(60psi) ほどの比
較的低圧に加圧される。燃料通路34を介してポンプ組
立体24に供給される比較的低圧な燃料は、ロッカーア
ーム52を介してエンジンカム50に機械的に連結され
るプランジャ48によって、210,000kPa(30,000psi) ほ
どの比較的高い噴射圧に周期的に加圧される。ノズルバ
ルブ28は、燃料通路56を介してポンプ組立体24に
流体連結され、燃料通路58を介してノズルチップ30
に流体連結される。ノズルバルブ28は、ポンプ組立体
24により提供される燃料が34,200kPa(5,000psi) ほど
の比較的高い閾値圧に達する時に開き、燃料圧が閾値圧
より低い時に閉じるチェックバルブのように動作する。
は、制御バルブ26により制御され、制御バルブ26
は、燃料通路60を介してポンプ組立体24に流体連結
される。制御バルブ26が図1に示す開位置にある時
は、燃料は、通路60を介して、ポンプ組立体を出て、
燃料噴射器本体22内に形成される燃料排出口62を通
り、燃料通路すなわちライン64を通って燃料リザーバ
36に流出して、ポンプ組立体24内の燃料がプランジ
ャ48により噴射圧に加圧されるのを妨げる。制御バル
ブ26が閉じられている時、燃料は燃料通路60を介し
てポンプ組立体24を出ることができず、燃料はプラン
ジャ48により加圧されることができる。制御バルブ2
6の開閉は、電気的ライン72により連結されるエンジ
ン制御モジュール(ECM)70によって制御される。
エンジン制御モジュール70は、カム50の位置を検知
し且つエンジン制御モジュール70に連結されたライン
76上にカム位置信号を生成するカム位置センサー74
に連結される。カム位置信号に応答して、エンジン制御
モジュール70は、ライン72上に電力を生成し、周期
的にソレノイド作動型である制御バルブ26を開閉し
て、燃料を周期的にシリンダ16に噴射させる。
すように一つの噴射サイクルと関連する。燃料噴射を開
始するために、図1に示されるように、制御バルブ26
は、その開位置からその閉位置に動かされ、燃料通路6
0を介して燃料がポンプ組立体24から出るのを妨げ
る。制御バルブ26が閉じられた後、ロッカーアーム5
2はプランジャ48を下方に移動させ、ポンプ組立体2
4内の燃料圧およびノズルバルブ28に与えられる燃料
圧を上げる。ノズルバルブ28内の燃料圧が比較的高い
閾値圧に到達すると、ノズルバルブ28が開き、燃料が
ノズル30からシリンダ16に噴射される。燃料噴射が
終了される時、制御バルブ26がその閉位置からその開
位置に移動される。結果として、加圧流体が燃料通路6
0、62を通ってポンプ組立体24を出て、ポンプ組立
体24内およびノズルバルブ28内の燃料圧を減少させ
る。ノズルバルブ28内の燃料圧が閾値圧以下になる
時、ノズルバルブ28は閉じ、シリンダ16内部への燃
料噴射を終了させる。図2において、制御バルブ26を
作動するソレノイドアクチュエータ100の断面図が示
される。アクチュエータ100は、環状の凹み104が
形成されたほぼ円柱状の磁極部材102を備える。励磁
巻線すなわちワイヤーコイル106のような電磁装置
は、凹み104内に配置される。ほぼ平らで円柱状のア
ーマチャ108は、磁極部材102の底面120から離
れた位置に示される。アーマチャ108は、ボルトのよ
うな(図示せず)通常の手段によって連結することが可
能なロッド即ちバルブステム122により支持される。
バルブステム122には、環状の拡張部すなわちディス
ク124が複合して形成される。ほぼ円柱状のハウジン
グ部材126は、バルブステム122が通るボア128
を有する。ハウジング部材126は、バルブステム12
2、ディスク124、及びハウジング部材126の低面
132とディスク124の上面134の間に配置され、
且つアーマチャ108を磁極部材102の低面120か
らバイアスをかけるスプリング130を取り囲む。
置され、第二磁極部材142はハウジング内に配置され
る。第二磁極部材142は、第二磁極部材142の上部
に形成された円柱状のボア146に設けられたスプリン
グ144を介して下向きにバイアスされる。ワイヤーコ
イル106の上の磁極部材102の垂直方向の寸法は、
電流がワイヤーコイル106に与えられる時、コイル1
06の上の磁極部材102の中央水平領域が磁気的に飽
和されるように選定することが好ましい。第二磁極部材
142は、傾斜面148が形成されたV形状スロットを
有する。調整ねじ150がハウジング140の円柱状ボ
ア152内に設けられる。調整ねじ150は、非磁性材
料で構成される内側ハウジング部材にねじ込まれる。調
整ねじ150の端は、第二磁極部材142の傾斜面14
8と接触し、スプリング144と調整ねじ150の組合
せが、第一磁極部材102に関する固定位置において第
二磁極部材を固定し保持する。図2に示されるように、
第二磁極部材142は第一磁極部材102から離され、
二つの装置の間にエアギャップ158を形成する。エア
ギャップ158の中央部は平らな形状であり、エアギャ
ップ158の周囲部は截頭円錐形状である。
イヤーコイル106に電気的に接続されており(図示せ
ず)、ハウジング140の上部に配置される。電気接触
部材160、162は、図1に示されるライン72を介
してコイル106の電気的励磁を容易にする。磁極部材
102、142およびアーマチャ108は、好適にはシ
リコン鉄により形成される。図2のソレノイドアクチュ
エータ100は制御バルブ26に組み込まれ、磁極部材
102およびハウジング126は、互いに固定されてお
り、アーマチャ108およびバルブステム122は垂直
方向上下に往復運動する。ポペットのようなバルブ素子
は、制御バルブ126においてバルブステム122の端
と連結し、ポペットは制御バルブ126においてバルブ
シートに関連して移動可能であり、制御バルブ126は
ステム122の往復により開閉される。制御バルブ12
6のバルブ素子およびバルブシートは、本発明には重要
なものではないと考えられる。動作中において、ソレノ
イドアクチュエータ100は、二つの状態すなわち位置
を有しており、第一の作動位置においては、アーマチャ
108が比較的小さい距離だけ磁極部材120の下面か
ら離され、第二の非作動位置においては、アーマチャ1
08が比較的大きい距離だけ磁極部材120の下面から
離される。
ヤーコイル106は、電流を流すことによって励磁さ
れ、磁極部材102に向かってアーマチャを引きつけ
る。この引きつけ力がバイアススプリング130のプレ
ロード力を打ち消す時、アーマチャ108は磁極部材1
02の下面120に向かって上方に移動し、制御バルブ
26を例えば開位置から閉位置へ変更する。ソレノイド
100の作動を停止するよう、ワイヤーコイル106で
予め生成された電流が消失されると、その結果アーマチ
ャ108はバイアススプリング130により低面120
から動かされ、例えば制御バルブ126を閉位置から開
位置に変更する。磁極部材102の上方に第二磁極部材
142を設け、調整可能なエアギャップ158を生成す
ることにより、ワイヤーコイル106が励磁される時、
アーマチャ108上に生成された引きつけ磁力の大きさ
を調整できるという利点が得られる。エアギャップ15
8の幅が増加される時、少ない磁束が第二磁極部材14
2で生成され、その結果磁極部材102とアーマチャ1
08の間の引きつけ力が減少することになる。同様に、
エアギャップ158の幅が減少する時、第二磁極部材1
42で生成される磁束が増加し、磁極部材102とアー
マチャ108の間の引きつけ力が増加することとなる。
応答時間、またバルブ26の閉じ(又は開き)速度は、
ソレノイドアクチュエータ100により生成された力の
大きさに依存し、その力の大きさは磁極部材102と第
二磁極部材142の間の相対距離に依存することに気付
かれたい。先ず、燃料噴射器20がエンジンに取り付け
られる前に、燃料噴射器20の制御バルブの応答が、調
整ねじ150を動かすことにより調整され、磁極部材1
02、142の相対位置を調整して、アクチュエータ1
00により生成される磁力を調整する。調整ねじ150
がいかなる量でも動かすことができるために、磁力が連
続して調整可能であると認められる。エンジンに取り付
けられるべき各噴射器20の制御バルブ26は調整さ
れ、その応答が他の燃料噴射器20の制御バルブ26と
同一であるならば、エンジンの最適な性能を達成する。
各噴射器20が調整された後に、ステーキングのような
従来の手段によって調整ねじ150は固定され、エンジ
ンが動作している間中、同一の位置に固定されたままで
ある。
ルサイクル直接噴射内燃機関の使用に適しているが、該
燃料噴射システム10は、どのような形式のディーゼル
エンジン、火花点火エンジン、その他いかなるタイプの
エンジンでも、燃料を点火チャンバーに噴射することが
必要であるかまたは望ましいタイプのものであれば使用
することができる。本発明の多くの変更および別の実施
例は、上述の記載から当業者にとって明白である。従っ
て、本記載は単に説明のためのものであると解釈される
べきであり、当業者に本発明を実施する最高の形態を教
唆することを目的とする。本構成の詳細は、実質的に本
発明の精神から逸脱することなく変更することができ、
特許請求の範囲内に含まれる全ての変更を排他的に使用
することも予定される。
械作動型電子制御ユニット燃料噴射システムを示す。
クチュエータの部分断面図を示す。
Claims (19)
- 【請求項1】 燃料噴射器用電子制御バルブに使用する
ソレノイドアクチュエータであって、 電気的励磁可能な電磁装置と、 前記電気的励磁可能な電磁装置に組み合わされた第一磁
極部材と、 前記電磁装置が電気的に励磁されてない時に第一磁極部
材に関する第一位置を占め、前記電磁装置が電気的に励
磁されている時に第一磁極部材に関する第二位置を占め
る、前記第一磁極部材に対して直線方向に移動可能なア
ーマチャと、 前記第一磁極部材に組み合わされた第二磁極部材と、を
備え、 前記第一および第二磁極部材の一つが前記直線方向に移
動可能であって、前記第一および第二磁極部材との間で
幅の変化するエアギャップを形成し、前記第二磁極部材
が前記第一磁極部材から離れて位置する相対的位置を前
記第一および第二磁極部材が占めており、 前記第一および第二磁極部材の前記相対位置を維持する
バイアス手段が設けられたことを特徴とするソレノイド
アクチュエータ。 - 【請求項2】 前記バイアス手段が、 前記第二磁極部材を前記第一磁極部材に向かって動かす
スプリングと、 前記第二磁極部材と接触して配置される調整可能な停止
手段とを有することを特徴とする請求項1に記載のソレ
ノイドアクチュエータ。 - 【請求項3】 前記調整可能な停止手段がねじを含むこ
とを特徴とする請求項2に記載のソレノイドアクチュエ
ータ。 - 【請求項4】 前記第二磁極部材が傾斜面を有し、前記
スプリングが前記ばねに対して前記傾斜面を動かすこと
を特徴とする請求項3に記載のソレノイドアクチュエー
タ。 - 【請求項5】 前記アーマチャを前記第一磁極部材から
離れる方向にバイアスするスプリング手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1に記載のソレノイドアクチュ
エータ。 - 【請求項6】 前記バイアス手段が連続して調整可能で
あることを特徴とする請求項1に記載のソレノイドアク
チュエータ。 - 【請求項7】 電子制御燃料噴射器であって、 燃料噴射器本体と、 前記燃料噴射器本体に配置されたノズルと、 前記ノズルにより燃料を周期的に噴射させる噴射手段
と、 燃料を前記ノズルにより噴射させる第一位置と、前記ノ
ズルによる燃料の噴射を妨げる第二位置を有して、前記
燃料噴射器本体に配置され、前記噴射手段に作用的に結
合される電子制御バルブとを有しており、 前記制御バルブが、 電気的励磁可能な電磁装置と、 前記電気的励磁可能な電磁装置に組み合わされた第一磁
極部材と、 前記電磁装置が電気的に励磁されてない時に第一磁極部
材に関する第一位置を占め、前記電磁装置が電気的に励
磁されている時に第一磁極部材に関する第二位置を占め
る、前記第一磁極部材に対して直線方向に移動可能なア
ーマチャと、 前記第一磁極部材に組み合わされた第二磁極部材と、を
備え、 前記第一および第二磁極部材の一つが前記直線方向に移
動可能であって、前記第一および第二磁極部材との間で
幅の変化するエアギャップを形成し、前記第二磁極部材
が前記第一磁極部材から離れて位置する相対的位置を前
記第一および第二磁極部材が占めており、 前記第一および第二磁極部材の前記相対位置を維持する
バイアス手段が設けられたことを特徴とする電子制御燃
料噴射器。 - 【請求項8】 前記バイアス手段が、 前記第二磁極部材を前記第一磁極部材に向かって動かす
スプリングと、 前記第二磁極部材と接触して配置される調整可能な停止
手段とを有することを特徴とする請求項7に記載の燃料
噴射器。 - 【請求項9】 前記調整可能な停止手段がねじを含むこ
とを特徴とする請求項8に記載の燃料噴射器。 - 【請求項10】 前記第二磁極部材が傾斜面を有し、前
記スプリングが前記ばねに対して前記傾斜面を動かすこ
とを特徴とする請求項9に記載の燃料噴射器。 - 【請求項11】 前記アーマチャを前記第一磁極部材か
ら離れる方向にバイアスするスプリング手段を更に有す
ることを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射器。 - 【請求項12】 前記噴射手段が、ノズルバルブと流体
連結するポンプ手段を有することを特徴とする請求項7
に記載の燃料噴射器。 - 【請求項13】 前記バイアス手段が連続して調整可能
であることを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射器。 - 【請求項14】 電子制御燃料噴射器が、 燃料噴射器本体と、 前記燃料噴射器本体に形成された燃料入口と、 前記燃料噴射器本体内に配置され、前記燃料入口から燃
料を提供するポンプ手段と、 前記燃料噴射器本体内に配置され、前記ポンプ手段から
燃料を提供され、また前記ポンプ手段により提供された
前記燃料が閾値燃料圧以上である時は開位置を占め、前
記ポンプ手段により提供された前記燃料が閾値燃料圧以
下である時は閉位置を占めるノズルバルブと、 前記燃料噴射器本体に配置され、前記ポンプ手段に流体
連結され、また前記ポンプ手段内の燃料が前記閾値燃料
圧に加圧される第一位置と前記ポンプ手段内の燃料が前
記閾値圧に加圧されるのを妨げる第二位置とを有する電
子制御バルブとを有し、 前記制御バルブが、 電気的励磁可能な電磁装置と、 前記電気的励磁可能な電磁装置に組み合わされた第一磁
極部材と、 前記電磁装置が電気的に励磁されてない時に第一磁極部
材に関する第一位置を占め、前記電磁装置が電気的に励
磁されている時に第一磁極部材に関する第二位置を占め
る、前記第一磁極部材に対して直線方向に移動可能なア
ーマチャと、 前記第一磁極部材に組み合わされた第二磁極部材と、を
備え、 前記第一および第二磁極部材の一つが前記直線方向に移
動可能であって、前記第一および第二磁極部材との間で
幅の変化するエアギャップを形成し、前記第二磁極部材
が前記第一磁極部材から離れて位置する相対的位置を前
記第一および第二磁極部材が占めており、 前記第一および第二磁極部材の前記相対位置を維持する
バイアス手段が設けられたことを特徴とする電子制御燃
料噴射器。 - 【請求項15】 前記バイアス手段が、 前記第二磁極部材を前記第一磁極部材に向かって動かす
スプリングと、 前記第二磁極部材と接触して配置される調整可能な停止
手段とを有することを特徴とする請求項14に記載の燃
料噴射器。 - 【請求項16】 前記調整可能な停止手段がねじを含む
ことを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。 - 【請求項17】 前記第二磁極部材が傾斜面を有し、前
記スプリングが前記ばねに対して前記傾斜面を動かすこ
とを特徴とする請求項16に記載の燃料噴射器。 - 【請求項18】 前記アーマチャを前記第一磁極部材か
ら離れる方向にバイアスするスプリング手段を更に有す
ることを特徴とする請求項14に記載の燃料噴射器。 - 【請求項19】 前記バイアス手段が連続的に調整可能
であることを特徴とする請求項14に記載の燃料噴射
器。
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