JPH07507373A - 流体用電磁操作弁の開弁応答を改良する手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体用電磁操作弁の開弁応答を改良する手段発明の分野 本発明は、広くは流体用電磁操作弁に関し、具体的には本明細書に、ガソリン等 の揮発性燃料を２サイクル内燃機関へ高圧で直接噴射する弁の改良手段として開 示されるものである。

発明の背景及び要約 開弁の入力信号命令に燃料インジェクタが応答する能力は、燃焼室へ精密に燃料 を噴射する燃料インジェクタの能力の重要な一要素である。燃料インジェクタの 磁気回路を形成するパラメータ（たとえば固定子、接極子、この両者間の作業ギ ャップ）は、特に重要である。なぜなら、接極子に作用する磁力を発する磁束を 伝えるのは、この磁気回路だからである。磁束が形成される速度は、接極子に作 用する力が形成される速度を決定する。この力が速く形成されれば、それだけ燃 料インジェクタの開弁は速くなる。

磁束の即時形成が不可能なことは認められているが、従来１行なわれてきたのは 、種々の燃料インジェクタ駆動回路を用いて、ソレノイドコイル内での電流発生 を最大にすることであった。この措置で期待されたのは、磁気回路内に磁束が形 成される速度を最大にし、その結果として燃料インジェクタ開弁時間を最小にす ることであった。

磁束の過渡的形成は、弁の磁気回路内の導磁性材料（すなわち固定子及び接極子 ）の横断面区域全面にわたって一様には行なわれないことが、現在では分かつて いる。すなわち、磁束は、導磁性材料横断面内方に形成される前に、先ず材料の ゛外皮部分”に形成される。この現象は、磁気回路材料の物理特性であり、横断 面内方への磁束伝播を遅延させる時間定数（たとえ小さい値でも）の性質を有し ている。便宜上、ここでは、これを磁束伝播遅延特性と呼１５’ｌことにする。

この結果、所与の磁気回路構成体の場合、コイル内での電流発生に応答して構成 体横断面内の所定個所に生じる過渡的な磁束形成は、コイルへの入力電力の関数 、すなわち、時間と、横断面前記個所の特定位置との関数である。磁束伝播遅延 特性は、磁気回路の磁束形成能力に対する固有の制約であり、駆動回路の、１ｉ 磁コイル内での電流発生能力には無関係である。したがって、そうした過渡現象 の間に、コイルの電流発生時間を最小化することが、磁束形成を最大化する上で 必しも決定的な要因とはならない。磁気飽和も、使用される磁気回路内の磁性材 料の固有物理特性である。

以上のことを別の言葉で説明すれば、次のように言うことができる。すなわち、 磁束伝播遅延特性を考慮に入れない場合には、磁力の過渡形成の開の電流発生の 特定速度は、一定時間内に導磁性材料の横断面面積にわたり、一様の磁束密度を 形成する効果を有するが、磁束伝播遅延特性を考慮に入れた場合、その特定速度 では、同じ時間内で所定横断面にわたる一様な磁束は得られない。もしコイルが 磁力の過渡形成の間に十分に起動されていれば、磁束のパターンは、磁気飽和を 考慮すると、磁気飽和した外皮と磁束の乏しい内部とから成ることになる。その 場合、全体の磁束は、磁束伝播遅延特性を考慮に入れない場合に生せしめられる 磁束より少ない。

コイル電流が発生し、導磁性材料の複数区域が磁化される時間中に過渡的に発生 する磁力は、燃料インジェクタの開弁に有意な貢献をする。最終的な定常状態の 磁力（飽和には達しない）が導磁性材料の横断面積の関数であるのに対し、この 過渡的な磁力は導磁性材料の外皮の長さ、すなわち横断面の外周の関数である。

この外皮の精密な定義は存在しないが、一般的には極めて薄手であり、たとえば 数ミクロンにすぎない。この“外皮”の横断面は僅かであるから、磁束が横断面 内方へ伝播する前に飽和する傾向がある６したがって、導磁性材料の全横断面積 を完全利用することは、この過渡状態中には不可能であり、したがって過渡的な 磁力の発生は制限される。

燃料インジェクタが特定の開弁力の要求に応じねばならない場合、かつまた一定 の寸法上の制約が燃料インジエクタの寸法に負わされる場合には、公知技術によ っては必しも解決できない。したがって、解決の確率な高めることが望ましく、 本発明の目的もそこに存在する。本発明の原理は、燃料ノンジエクタに、従来、 電磁操作弁により可能であった寸法と等しいが、もしくはそれ以下のパンケージ 寸法で一定の開弁力に対する要求に応える能力を付与する、というものである。

加えて、この原理は、従来の製造手続きを利用することで取入れることができる 。

磁力の発生に有害な他の効果は、渦電流の現象である。１磁コイル内での電流変 化により導磁材料内に渦電流が発生し、燃料インジェクタの開弁を遅延させる。

したがって、本発明による解決策が、この渦電流をも減衰させるものであれば好 都合であり、実際、本発明の実施によりそのことが達成される。

簡単に言えば、本明細書には、本発明の有利な一実施例が新規な磁気回路を備え た燃料噴射弁として開示されている。

この磁気回路は、固定子と、接極子と、作業ギャップとを有している。全体とし て言えば、本発明は、磁性材料の“外皮”の量を増大させ、しがもパンケージ寸 法をそれに応じて増大させることのない手段を有している。外皮量の増大は、磁 性材料に複数組のスロットを設けることにより達せられた。磁性材料は、また、 渦電流の循環通路を変化させる手段を有している。この変化は過渡磁力の発生を 妨げる渦電流を減衰させることにより生ぜしめられる。

本明細書に開示された有利な実施例によれば、本発明は、円環状の端壁から延び 、管状のスペースを形成する円筒形の内・外極部材を備えた固定子を有している 。前記スペース内へは、接極子を移動させ燃料インジェクタを開弁させるように 働く磁界を発生させる電気式に起動させる電磁コイルが配置されている。この有 利な実施例の磁気回路は、接極子と内・外極部材の自由端部との間に設けられた ２つの平行な環状の作業ギヤツブを有している。パッケージ寸法を増大させるこ となく固定子外皮量を増加させる手段は、極部材に沿って延びるスロットを有し ている。しかし、本発明の広義の原理によれば、スロットは磁気ギャップを横切 る磁束を伝導する磁気回路のどの部分に沿って設けても差支えない。

本発明のこのほかの目的、利点、能力は、以下の説明により、更に明らかになろ う。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面に示した実施例を以下で詳説することにより、更によく理解 されるであろう。

図１は本発明の原理による燃料噴射弁の断面図、図２は円筒形の外側磁極部材の 内径及び外径に設けられた縦スロットを示す図１のソレノイド固定子の底面図、 図３は図２の固定子の前面図で、円筒形外極部材の外径に設けられた外側スロッ トを示した図、図４は図２の４−４線に沿った断面図で、本発明のソレノイド・ 接極子ディスクの図、 図５は本発明の別の実施例のソレノイド固定子を示した底面図、 図６は図４の接極子の平面図である。

有利な実施例の説明 図面、特に図１には、本発明の原理により構成された燃料噴射弁１０の側断面が 示されている。弁】０は、出口１６を囲む弁座１４を有する円筒形ハウジング１ ２と、接極子組立体１８と、電気的に起動されるソレノイド２０とを有している 。接極子組立体１８は、接極子ディスク２２と、弁棒２４と、弁針２６とを有し ている。弁針２６は弁座１４と隣接し、戻しばね３２により、出口１６を閉鎖す るように予圧を与えられている。戻しばね３２は、戻しばね孔３４内の、スペー サブロック３６とテンション調節機構３８との間に配置されている。ソレノイド ２０は、固定子４０と、外部電源（図示せず）に接続するようにされた電気端子 ４２とを有している。端子４２は、固定子の半径方向フランジ４６とコイル４８ とを貫通する１対の対応穴４４を貫通している。コイル４８は、端子４２が外部 電源に接続されると、磁界を発生させ、この磁界により戻しばね３２の予圧が克 服され、接極子組立体１８が弁座３２から上昇し、燃料が流路２８と出口１６と を通って噴射される。燃料噴射装置の他の部分（図示せず）は、燃料噴射装置に シール接続された流体入口３０へ、制御された燃料供給を行なう。

励磁信号、たとえば方形電圧パルスがソレノイド２０に加えられると、電流が過 渡磁力を発生させる。これにより固定子外皮が飽和せしめられる。この飽和は、 磁束が、既述の伝播遅延特性により内方へ伝播され、磁化に抗する渦電流が発生 する前に生じる。また逆に、ソレノイド２０が非励磁状態にされると、減少する コイル過渡電流が磁気回路内に渦電流を生じさせ、この渦電流が磁気回路の減磁 に抵抗し、これの影響で噴射弁が閉じられる。

本発明の一目的は、固定子の物理的寸法を増すことなしに磁気回路内の固定子“ 外皮”量を増大させることであるが、その手段を有する磁気回路が図２〜図４に 示されている。本発明の原理により構成された磁気回路５０は、接極子ディスク ２２と、端壁５６に設けられた円筒形の内側磁極５２と外側磁極５４とを有する 固定子４０と、内側及び外側の磁気作業ギャップ６２．６４とを有している。ソ レノイド２０が励磁されると、符号６６の仮想線で示した磁束線が回路５０の表 面外皮に発生する（磁気回路５０の各区域は外表面から内方へ磁化される）。

内側磁極５２と外側磁極５４は、いずれも固定的な直径を有し、固定子全体の物 理的寸法を増すことなしに磁気回路５０の固定子外皮量を増すために、円筒形外 側磁極５４は、その内径をなす内面ないし内壁にスロット７０が設けられており 、これらのスロット７０の側壁７４により外側磁極５４の内面ないし内壁７２の 表面積が増大する。かくして、磁束線６６は、外皮量が増大し、この外皮を過渡 磁束が通過し、外側磁気ギャップ６４内により多量の磁束線６６が得られる。

磁気ギャップ内では、これらの増大した磁束線は、過渡電流がソレノイドコイル ４８内で増大する間、接極子ディスク２２上で、増大する磁力に変換される。外 側磁極５４の外径をなす外壁７８は、燃料噴射弁１゜のハウジング１２内にプレ スばめされるが、又は滑りばめされている。外側磁気ギヤノブ６４には、内面な いし内壁７２と、スロット側壁７４と、スロット底部７６のみが露出している。

外側磁気ギャップ６４内では、増量された外皮と、その結果として生じる磁束線 能力とが外側磁気ギャップ６４を横切る磁力に変換できる。　外側磁極５４の外 面ないし外壁７８は、スロットを有するようにすることによって、磁気回路５０ の抵抗率が増大する。なぜなら、スロットも磁気回路５０内の渦電流に若干の影 響を与えるからである。図２に示したように、スロット７０の後方に残るリブ８ ２とリブ８２との間の材料がカットされない場合、渦電流はリブ８２の材料内に 限定され、スロット底部に残されているウェブ８４内を流れる。ウェブ８４内の 通路は、外壁のスロット８６が半径方向に間隔をおいて形成され、内壁のスロッ ト７ｏの間に位置するようにした場合には、更に制限することができる。この内 壁スロット７０と外壁スロット８６とを交互に配置するパターンにより、渦電流 の通路（符号８８の仮想線で示す）は、スロットが設けられていない固定子の場 合より曲りくねったものとなる。

スロット７０は、外側磁極５４の内！（内径部）に設けられているが、内側磁極 ５２、外側磁極５４、接極子２２、半径方向フランジ５６のいずれに設けておい てもよい。言いかえると、コイル４８が励磁されるさいに発生する磁界にさらさ れる磁気回路５ｏの表面であれば、どの個所に設けておいてもよい。また、その 個所は、発生した磁束線が内側及び外側のギャップ６２．６４を通過する個所、 たとえば磁束線６６が図４の仮想線で示されている個所である。

図５には、本発明の別の実施例のソレノイド固定子が底面図で示されている。こ の構成の場合、内側及び外側の磁極９２．９４が、それぞれ回旋形又は波形の表 面９６．９８を有するようにし、それによって固定子のパッケージ寸法を増すこ となしに、外皮面積が増大するようにした。表面９６．９８は、図３〜図５の実 施例の場合のスロット７ｏに代る外皮面積を増す手段である。既述のように、内 側及び外側の磁極９２゜９４の各外面と内面９Ｇ、９８が回旋形にされたのは、 磁気回路の表面積を増すことは、増強された磁束線が１つ以上の磁気ギヤノブを 通過する場合には常に有用だからである。また、図３のスロット７０，８６、も しくは図５の波形の壁部９６，９８を用いることによる表面積の増加により、定 常状態の磁気回路のだめの磁極の横断面が減少することにも注意せねばならない 。

外皮量を増すためにスロットを設けることにより、定常磁束用の横断面面積が減 少するので、スロットの寸法と数とは、磁気回路の磁気ギヤノブを横切る目標過 渡磁力を発生させるのに要する最低限の値にすべきである。しかし、多くの場合 、磁気回路の横断面面積は、一般には、外皮面積の増大により横断面面積が減少 しても、定常磁束は飽和に近づくことがない程度に十分に大きい。

以上に開示した新規な燃料噴射弁が備えている磁気回路は、高い過渡磁力を迅速 に発生させ、その固体の対応物より少ないエネルギーを消費し、ソレノイド組立 体に機械的に等価であり、しかも製造費が従来より高くはならない。これは、ス ロットが、粉末冶金法又は金属射出成形法により製造されたリブ付き又は波形の 表面により形成できるからである。

以上、本発明の有利な実施例を開示したが、本発明の原理は添付請求の範囲の枠 内で種々の態様が可能である。したがって、本発明の枠は、請求の範囲に示され ていること以外のことには限定されることはない。

５θ 、、、１．、、−、＾−，，，，Ｎ＋ＰＣＴ／ＵＳ９３１０４６６３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁において、 （ａ）入口を有するハウジングと、 （ｂ）前記ハウジングの入口を取囲むように設けられた升座と、 （ｃ）弁部材を有し、かつ前記弁座上に前記弁部材が密着するように予圧を与え られた接極子とが備えられ、更に （ｄ）少なくとも第１の磁気ギャップが形成されるように、前記接極子から間隔 をおいて配置された少なくとも第１の極部材を有する固定子が備えられ、前記固 定子と、接極子と、第１磁気ギャップとが、磁気回路の少なくとも最初の部分を 形成しており、更に （ｅ）前記第１磁極部材を取囲む電気式に動作するソレノイドコイルが備えられ ており、前記ソレノイドコイルが、励磁された場合、磁束線を先ず前記磁気回路 の外皮に、次いで全体に発生させ、この磁気回路が前記接極子を前記第１磁極部 材の方へ前記磁気ギャップを横切って移動させるように働き、それにより前記弁 部材が前記弁座から移動し、更に（ｆ）磁気回路の前記第１部分に、この第１部 分の外皮面積を増大させる手段が設けられており、この手段が１組のスロットか ら成り、これらのスロットが、ソレノイドコイルの励磁時に磁気ギャップヘの磁 路に沿って発生する磁束線の方向に延びており、それによって、ソレノイドコイ ルに電流が発生する過渡時間の間、大きい過渡磁力が発生せしめられることを特 徴とする弁。 ２．磁気回路の第１部分が第１と第２の対向側を有し、前記１組のスロットが前 記第１部分の第１の側に設けられ、更に第２の組の各スロットが、第２の対向側 に、それも第１組の各スロットの間に、磁気ギャップヘの磁路上には存在しない 磁束線の方向に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の弁。 ３．前記スロットが、磁気ギャップヘの磁路に沿った磁束線の方向で、磁気回路 の第１部分の一方の側に設けられた波形面によって形成されていることを特徴と する、請求項１記載の弁。 ４．第２の波形面が、第１の波形面の反対側に、それも、磁気回路第１部分の第 １波形面の間に、磁気ギャップヘの磁路外の磁束線の方向で設けられていること を特徴とする、請求項３記載の弁。 ５．固定子が円筒形の外側及び内側の磁極を有し、これらの磁極が、接極子から 間隔をおいて半径方向端壁に設けられ、それにより内側と外側の半径方向ギャッ プが形成され、更に、前記スロットが、前記円筒形の外側磁極部材の内表面の所 定位置に、外側磁気キャップヘの磁路に沿って縦方向に設けられていることを特 徴とする、請求項１記載の弁。 ５．円筒形の外側及び内側の磁極が所定半径方向間隔で半径方向端壁に設けられ 、それにより、電気式に作動するソレノイドコイルが、外側と内側の磁極の間に 配置され、内側磁極を取囲むようにされることを特徴とする、請求項５記載の弁 。 ７．第２組のスロットが円筒形内側磁極の外表面の所定位置に、内側磁気ギャッ プヘの磁路に沿って縦方向に設けられていることを特徴とする、請求項６記載の 弁。 ８．第３及第４のスロットが、それぞれ半径方向端壁と接極子との所定位置に、 それぞれ外側及び内側磁極の第１及び第２の組のスロットの間の磁路と、スロッ トと一直線上の磁路とに沿って半径方向に設けられ、それにより、外側及び内側 の磁気ギャップを通る磁路に沿って連続的なスロットが得られることを特赦とす る、請求項７記載の弁。 ９．第５組の各スロットが、円筒形の前記外側磁極の外表面上の所定位置に、前 記外側磁極の内表面の第１組の各スロットの間に設けられ、それにより、ソレノ イドコイルの励磁のさいに磁気回路内に発生する磁束線に対して直角に流れる渦 電流用の、より一層曲りくねった通路が得られることを特徴とする、請求項８記 載の弁。 ｌ０．第１の組のスロットが外側磁気ギャップの幅と同等の深さを有し、この結 果、増加した磁束線のすべてが外側磁気ギャップを横切る方向へ向けられ、この 磁気ギャップ内で前記磁束線が磁力に変換されることを特徴とする、請求項９記 載の弁。 １１．第６の組の各スロットが、円筒形の内側磁極の内表面に、内側磁極の外表 面の第２組の各スロットの間に設けられ、その結果、ソレノイドコイルの励磁の さいに磁気回路内に生じる磁束線と直角方向に流れる渦電流用の、一層曲がりく ねった通路が得られることを特徴とする、請求項１０記載の弁。 １２．弁であって、入口と、出口と、前記ボート間の流れ通路と、前記ボート間 の流れを制御する弁手段と、この弁手段を操作するソレノイドと、接極子とが備 えられ、前記ソレノイドが固定子を形成する導磁性材料から成る磁気回路を有し 、前記固定子が関連電気コイルを備え、更に前記接極子が前記弁手段と操作接続 され、前記コイルの励磁と遮断とに応じて前記弁手段を操作する形式のものにお いて、前記導磁性材料が１組のスロットを有しており、これらスロットが、コイ ルの励磁時に磁気回路内に発化する磁束線の方向に延びており、更にこれらスロ ットが、導磁性材料の外表面に設けられ、前記固定子を前記接極子から分離する 作業ギャップから縦方向に延びていることを特徴とする弁。 １３．前記スロットが直線状であり、弁の縦軸線を中心に縦軸線を取囲む一様な パターンで設けられていることを特徴とする、請求項１２記載の弁。 １４．前記スロットが前記固定子に設けられていることを特徴とする、請求項１ ３記載の弁。