(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁作動式燃料インジェクタ用アクチュエータ装置において、
前記インジェクタの長さ方向軸線（Ａ）と平行な軸線を持ち、その一端に前記アクチュエータ装置の内磁極面（２１０）を形成する磁性材料である第１の材料で形成された全体に円筒形のアクチュエータコア（１０２）と、
前記アクチュエータコア（１０２）の周囲に配置されたワイヤコイル（１１６）であって、前記ワイヤコイルの周囲に磁界を発生するように使用時に電源に接続されるように構成された、ワイヤコイル（１１６）と、
前記第１の材料よりも高い強度を有する第２の材料で形成され、前記アクチュエータコアを受け入れるための穴（１０６）を形成する磁極部材（１０４）であって、前記アクチュエータ装置の外磁極面（２２０）を形成し、前記外磁極面及び前記内磁極面（２１０、２２０）は同一平面内にある、磁極部材（１０４）と、
前記アクチュエータ装置の使用時の前記磁界に応じて前記長さ方向軸線（Ａ）と平行な方向に移動できるアーマチュア（２３０）とを含み、
前記アクチュエータ装置の使用時に、前記磁界は、（ｉ）前記内磁極面の領域で前記アーマチュアに入り、（ｉｉ）前記外磁極面の領域で前記アーマチュアに入り、
前記磁界は、（ｉ）前記アーマチュアと前記内磁極面との間を前記長さ方向軸線と平行な方向に通過し、（ｉｉ）前記アーマチュアと前記外磁極面との間を前記長さ方向軸線と平行な方向に通過し、
前記磁極部材は、非磁性材料を含み、
前記アクチュエータコアは、前記第２の材料と比較して軟質の磁性材料を含み、
前記磁性材料は、前記第２の材料と比較して比較的軟質の材料である、アクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータ装置において、
前記磁極部材は、磁気回路の部分を含み、前記磁気回路の残りの部分は前記アクチュエータコアによって形成されている、アクチュエータ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアクチュエータ装置において、
前記穴は全体に円筒形であり、全体に半径Ｒを有し、前記外磁極面と近接した領域において、前記磁極部材の一端に足部が形成されるように、前記穴の半径はＲよりも小さい、アクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータ装置において、
前記アクチュエータコアは、リップシールを持つボビンを含み、前記磁極部材の前記足部は、前記リップシールと係合するための噛み合いシール面を含む、アクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアクチュエータ装置において、
前記リップシール及びシール面は、前記穴内への前記コアの導入が所定位置で停止されるように構成されている、アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置において、
前記磁極部材は、高圧燃料源と前記燃料インジェクタのノズル領域との間の高圧ラインの部分を形成するドリル孔を含む、アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のアクチュエータ装置において、
前記ドリル孔は前記長さ方向軸線（Ａ）と平行である、アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置において、更に、
前記アクチュエータコア上に形成された巻型を含み、前記コイルは前記コアから前記巻型によって絶縁されるように構成されている、アクチュエータ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置において、
前記アクチュエータコアの一領域が、前記穴と相補的形状であるように形成されており、締りプレス嵌めによって前記穴内に保持される寸法を備えている、アクチュエータ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のアクチュエータ装置において、
前記アクチュエータコアの前記相補的形状の領域は、前記アクチュエータコアの上領域を含み、前記コイルは前記アクチュエータコアの下領域に巻き付けられている、アクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアクチュエータ装置において、
前記巻型は前記下領域によって支持されており、前記巻型は、前記コイルを支持し且つ前記コアを前記コイルから絶縁するように構成されている、アクチュエータ装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のアクチュエータ装置において、
前記アクチュエータコアの前記上領域は前記下領域及び前記コイルよりも大径である、アクチュエータ装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置において、更に、
前記アクチュエータコア上に支持された絶縁部材と、前記絶縁部材内に受け入れられた第１及び第２の電気接点部材とを含み、前記第１及び第２の電気接点部材は、夫々、前記コイルの前記第１及び第２の端部に接続されている、アクチュエータ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のアクチュエータ装置において、
第２絶縁部材が前記アクチュエータコア上に支持された絶縁部材上に支持されており、前記第１及び第２の電気接点部材が形成する接点面が前記第２絶縁部材の上面と面一であるように前記第１及び第２の電気接点部材を取り囲む、アクチュエータ装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置の組み立て方法において、
前記穴と相補的形状の領域を持つように前記アクチュエータコアを形成する工程と、
前記穴内に締りプレス嵌めによって保持されるように前記相補的領域の寸法を定める工程と、
前記アクチュエータコアを前記穴に導入する工程とを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記アクチュエータコアを前記穴に導入する前記工程は、所定位置で停止される、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記所定位置は、前記アクチュエータコアの上磁極面が前記磁極部材の上面と面一になる場所である、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記アクチュエータコアはリップシールを持つボビンを含み、前記磁極部材は前記リップシールと係合するための噛み合いシール面を含み、前記所定位置で、前記リップシールが前記噛み合いシール面に対してシールする、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、更に、
前記アクチュエータコアが前記所定位置に達したとき、これを検出するための検出工程を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記検出工程は、前記リップシールと前記噛み合いシール面との間を流れる空気の圧力を監視し、空気流の圧力が低下したとき、前記所定位置に達したと判定する工程を含む、方法。
【請求項２１】
燃料インジェクタにおいて、
ノズルホルダ本体と、
燃料入口と、
高圧燃料ドリル孔と、
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置とを含み、
前記アクチュエータ装置は、前記高圧燃料ドリル孔から受け取った燃料を、前記ノズルホルダ本体に固定されたノズル装置に搬送するように使用時に配置される、前記長さ方向軸線に平行なドリル孔を含み、前記高圧燃料ドリル孔は、第１端部に前記燃料入口を持ち、第２端部に前記垂直なドリル孔への連結部を持つ単一の直線状ドリル孔を含む、燃料インジェクタ。
【請求項２２】
請求項２１に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料入口は、円錐形である、燃料インジェクタ。
【請求項２３】
電磁作動式燃料インジェクタで使用するための請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載のアクチュエータ装置用のコイルの形成方法において、
ｉ）アクチュエータコアを用意する工程と、
ｉｉ）前記アクチュエータコアを型に導入する工程であって、前記アクチュエータコアと前記型の内面との間に隙間が形成され、前記隙間の寸法が、巻型の所要の形状に合わせて定められる、工程と、
ｉｉｉ）前記アクチュエータコア上で前記巻型を射出成形する工程と、
ｉｖ）前記型を取り外す工程と、
ｖ）コイルを前記巻型に巻き付ける工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置に関し、詳細には、本発明は、電磁式燃料インジェクタで使用するための改良アクチュエータ設計、アクチュエータ装置を形成するための改良された方法、及び本発明の実施例に従ってアクチュエータ装置を組み立てるための改良された方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、全体にＵ字形状断面のキャップナット７でノズル装置３がノズルホルダ本体５に固定された周知の燃料インジェクタ装置１を示す。インジェクタ１は、全体に細長い形体であり、インジェクタの長さ方向に延びる長さ方向軸線を形成する。
【０００３】
ノズル装置３は、キャップナットの下部分の孔１１を通って延びる噴射領域を有する細長い噴射ノズル９を含む。噴射ノズルは、一つ又はそれ以上のノズル出口（図１には示さず）を通した燃焼チャンバ（図１には示さず）内への燃料送出を制御するように、ノズル９のボア１５内で摺動自在の噴射ニードル１３を収容している。
【０００４】
ニードル１３には、高圧燃料入口１７から高圧燃料が供給され、ノズル１３の頂部に配置された制御容積１９内の燃料圧力の変化により、使用中、ニードル１３の移動を制御し、燃料をノズル出口を通して放出する。
【０００５】
第１離間ピース２１がインジェクタノズル９の上にこれに当接して設けられている。第１離間ピース２１には、この離間ピースと隣接して配置されたバルブブロック２５から噴射ノズルまで加圧燃料を搬送するのに役立つドリル貫通孔２３が設けられている。離間ピース２１には、更に、盲ボア２７が設けられている。この盲ボア２７は、噴射ニードル１３の後端を受け入れ、噴射ニードル１３と盲ボア２７の上端との間に制御チャンバ１９を形成する。
【０００６】
バルブブロック２５は、離間ピース２１とノズルホルダ本体５との間に位置決めされており、ノズルホルダ本体５に形成された高圧入口１７から離間ピース２１のドリル貫通孔２３まで燃料を搬送する高圧ドリル孔２９が設けられている。バルブブロック２５は、更に、細長いバルブ部材３１及びアクチュエータ装置３５が作用するディスク状アーマチュア３３を含むバルブ装置を備えている。
【０００７】
図１において全体に参照番号３５を付したアクチュエータ装置は、ノズルホルダ本体５の下領域に形成された凹所３６内に設けられている。アクチュエータ装置３５、即ち電磁ソレノイドは、磁気コア部材３７及びコイル即ち捲線（図１には示さず）を含む。これらは、バルブ部材３１の移動を制御するために使用される。バルブ部材３１の位置が制御容積１９内の圧力に影響を及ぼす。バルブ部材３１の一部は、アクチュエータ装置３５の下部分に設けられた盲ボア３９内に設けられている。バルブ部材ばね４１が盲ボア３９内に配置されており、バルブ部材３１をアクチュエータ装置３５から遠ざかる方向に押圧するように作用する。
【０００８】
ノズルホルダ本体５の上領域には、電気コネクタ４５を受け入れる横方向凹所４３が設けられている。ボア４７が、凹所４３から、ソレノイド３５を収容する第１凹所３６まで延びている。電気供給リードがソレノイドの上面からボア４７を通って延びており、電気コネクタ４５に接続し、これによってソレノイドにエネルギを供給する。
【０００９】
ノズルホルダ本体５は、更に、ノズルホルダ本体５のほぼ中央領域の横方向に延びる開口部によって形成された高圧燃料入口１７を含む。高圧燃料入口１７は、この入口にクランプ止めされるいわゆる「ランス」型の入口を受け入れるため、円錐形をなして窪んだ形状を備えている。燃料インジェクタは、使用時に高圧燃料供給コネクタと係合する形状の円錐形の座面を形成する。斜行ドリル孔４９ａ及び４９ｂが入口１７からノズルホルダ本体５内に延びており、次いで下方に角度を変え、バルブブロック２５に形成された高圧ドリル孔２９に連結する。
【００１０】
アクチュエータ装置３５の近くで、ドリル孔は燃料インジェクタ１の長さ方向軸線に対して角度をなすということに着目されたい。更に、ドリル孔４９ｂがバルブブロック２５の高圧ドリル孔２９に連結するため、長さ方向軸線に関する角度が変化するということがわかる。ドリル孔４９ｂ／２９のこの方向の変化は、インジェクタ内の構成要素、特にソレノイドアクチュエータにドリル孔を形成しないようにする上で必要である。しかしながら、この構成では、インジェクタ内の様々な交差部のところに高い応力が発生するということに着目されたい。この応力は、交差部の角度の変化が大きくなるに従って益々増大する。
【００１１】
更に、ドリル孔の第２部分４９ｂは、図１に示す装置では、実質的に垂直であるということに着目されたい。これは、ソレノイドアクチュエータの領域でソレノイドアクチュエータ（及び従ってその性能）に利用できるノズルホルダ本体５の断面を最大にするためである。ほぼ垂直なドリル孔（ソレノイドアクチュエータを通過する）は、この領域の断面積を最小にする選択肢である。
【００１２】
更に、ノズルホルダ本体５内でドリル孔４９ａ／４９ｂが交点Ｘのところで方向を変えるということに着目されたい。点Ｘは、本体５内への二つのドリル孔（４９ａ、４９ｂ）の交点を表す。第１ドリル孔４９ａは入口１７から延びており、第２ドリル孔４９ｂは本体５の下面（即ちバルブブロック２５に当接する面）から延びている。
【００１３】
これらの二つの交差するドリル孔が設けられていることにより、多くの欠点が生じるということに着目されたい。これらのドリル孔を形成するには、これらの二つのドリル孔が実際に交差するように高レベルの精度を必要とする。更に、形成されたドリル孔は交差部Ａに尖った縁部を形成し、これを滑らかにする（例えば砂やグリットを含むパテを使用して滑らかにする）必要がある。最後に、交点Ｘのところでの方向の変化により、応力集中部が形成される。
【００１４】
キャップナット７は、噴射ノズル９、離間ピース２１、及びバルブ装置３１、３３を収容し、ねじ山によってノズルホルダ本体５と係合する。
図２は、周知のアクチュエータ装置３５の拡大図を示す。同様の特徴を示すため、図１と図２との間で同様の参照番号を使用した。
【００１５】
磁気コア材料３７は、コイル５０によって取り囲まれているということに着目されたい。巻型即ちボビン５２がコイル５０を支持し、コイル５０とコア部材３７との間に配置されている。磁極ピース５３には、コイル５０、ボビン５２、及びコア部材３７が内部に配置されるボア５４が設けられている。磁極ピース５３、コイル５０、及びコア部材３７が一緒になって、アクチュエータ装置３５内の「磁気回路」のステータ部分を形成する。
【００１６】
コア部材３７及び磁極ピース５３は、両方とも、軟質磁性材料、即ち鉄で形成されており、コア部材３７が磁気回路の内部分を形成（これは、部材３７がコイル５０内に形成されるためである）し、磁極ピース５３が磁気回路の外部分を形成する（これはコイル５０の外側に形成される）ということに着目されたい。
【００１７】
コア部材３７はその長さ方向軸線（燃料インジェクタ１の長さ方向軸線と平行である）に沿ってＴ字形状断面を有し、軸線方向中央部分５５及び水平な頂部分５６（「Ｔ」の「頂部」）を含む。ボビン５２及びコイル５０が軸線方向部分５５を取り囲む。頂部分５６は、二つの場所（５７、５８）で段をなしており、第２段部分が肩部５８を形成するということに着目されたい。肩部５８は、アクチュエータ装置３５を組み立てたとき、磁極ピース５３の上面６０に当接する。
【００１８】
図２に示す構成は、第２肩部５８と上面６０との間に隙間があり、組み立て前の状態であるということに着目されたい。
図２のアクチュエータ装置の周知の組み立て方法は、以下の工程を含む。
ｉ）ボビン５２を型成形する工程。
ｉｉ）ワイヤコイル５０をボビン５２に巻き付ける工程。ボビン５２は、巻き付けプロセス、取り扱いプロセス、及び製造プロセスに耐えるのに十分に強くなければならないということに着目されたい。従って、これは、０．３５ｍｍ程度の比較的厚い絶縁壁を必要とする。更に、ボビン５２と内コア部材３７の軸線方向部分５５との間に或る程度の隙間が必要とされる。
ｉｉｉ）巻いたボビン５２を内コア部材３７の軸線方向部分５５に導入する工程。
ｉｖ）内コア部材３７、ボビン５２、及びコイル５０を、肩部５８が磁極ピース５３の上面６０に当接するまで磁極ピース５３のボアに導入する工程。コア部材３７の段部分５７は磁極ピース５３のボア５４と相補的形状であるということに着目されたい。
【００１９】
アクチュエータ装置を正確に組み立てるには、装置の様々な構成要素を特定の許容差内にあるように形成する必要がある。望ましからぬ許容差の積み重ねによる、上述の装置及び組み立て方法の周知の問題点は、ボビン５２が磁極ピース５３の下部分６２とシールを形成せず、そのため封入材がここを通過し、ボア５４内に挿入したときにボビン５２が壊れてしまうということである。コイルは、更に、磁極ピース５３の内面から離してシールする必要がある。
【００２０】
製造者には、例えば、排気規制に適合する必要性から、小型軽量で更に経済的なエンジンを提供することが要求されているということに着目されたい。
更に、燃料噴射機器（ＦＩＥ）製造者にも、比較的小径のインジェクタを含む小型軽量で更に経済的なＦＩＥエンジンを提供することが要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従って、本発明の目的は、上述の問題点を解決する、又は大幅に減少するアクチュエータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第１の態様によれば、電磁作動式燃料インジェクタ用アクチュエータ装置において、長さ方向軸線（Ａ）を持ち、その一端にアクチュエータ装置の内磁極面を形成する、特注磁性材料で形成された全体に円筒形のアクチュエータコアと、アクチュエータコアの周囲に配置されたワイヤコイルであって、前記ワイヤコイルの周囲に磁界を発生するように使用時に電源に接続されるように構成されたワイヤコイルと、高強度材料で形成され、アクチュエータコアを受け入れるための穴を形成する磁極部材であって、アクチュエータ装置の外磁極面を形成し、外磁極面及び内磁極面は実質的に同一平面内にある、磁極部材と、アクチュエータ装置の使用時の磁界に応じて長さ方向軸線（Ａ）と平行な方向に移動できるアーマチュアとを含み、アクチュエータ装置の使用時に、磁界は、（ｉ）内磁極面の領域でアーマチュアに入り、（ｉｉ）外磁極面の領域でアーマチュアに入る、アクチュエータ装置が提供される。
【００２３】
本発明では、特注磁性材料はコイルの周囲で閉ループを形成しないということに着目されたい。その代わり、使用時にコイルの周囲に形成された磁気回路は、磁気特性について選択された特注磁性材料（アクチュエータコア）及び構造的特性について選択された材料から形成される特注の構造的構成要素（例えば磁極部材）を通過する。これは、磁極ピース／磁極部材（即ち図２の例の磁極ピースの挿入体）が磁性材料で形成された従来技術の装置とは対照的である。アクチュエータコアは、本明細書中、コア部材又はアクチュエータコア部材とも呼ばれるということに着目されたい。
【００２４】
磁極部材を高強度材料で形成したため、磁極部材の構造的強度が従来技術の装置と比較して向上するということに着目されたい。挿入体手段をなくしたことは、周知のシステムと比較すると、使用時にアクチュエータコア（挿入体でない）が磁極部材の穴の内面に当接するということを意味する。以下に記載したように、この形体により、コアが磁極部材に（組み立て中に）正しく挿入されたことを容易に検出できる。
【００２５】
本発明のアクチュエータ装置は、二極(double pole) 形体を提供するということに着目されたい。このような形体には、インジェクタにおいて、アーマチュアの行程が小さいという利点がある。好ましくは、アーマチュアと内磁極面／外磁極面との間の隙間では、磁束線は、長さ方向軸線とほぼ平行である。
【００２６】
便利には、磁極部材は、透磁性が比較的低い非磁性材料を含んでいてもよい。アクチュエータコアは、透磁性が比較的高い軟質磁性材料を含んでいてもよい。磁性材料は、高強度材料と比較して比較的軟質の材料であってもよい。磁極部材は、磁気回路の部分を含み、ステータ磁気回路の残りの部分はアクチュエータコアによって形成れていてもよい。
【００２７】
好ましくは、磁極部材の穴は、外磁極面に近い領域に足部要素を形成する。この特徴は、有利には、組み立て中にアクチュエータコアを磁極部材の穴に挿入したとき、アクチュエータコアを配置するのを補助するのに使用してもよい。好ましい構成では、アクチュエータコアは、リップシールを持つボビンを含み、足部要素は、リップシールと係合するための噛み合いシール面を含む。便利には、リップシール及びシール面は、リップシールが噛み合いシール面に当接した（所定位置まで正しく挿入された）とき、穴内へのコアの挿入を停止するように構成されている。
【００２８】
リップシール及びシール面のシールは、便利には、検出手段によって検出されてもよい。好ましくは、検出手段は、リップシールと噛み合いシール面との間を流れる空気の圧力を監視し、空気流の圧力が低下したとき、コアが穴に正しく挿入されたことを検出できるように構成されている。
【００２９】
磁極部材は、便利には、高圧燃料源と燃料インジェクタのノズル領域との間の高圧ラインの部分を形成するドリル孔を含んでいてもよい。好ましくは、ドリル孔は、使用時に、燃料インジェクタの長さ方向軸線Ａと実質的に平行である。
【００３０】
アクチュエータ装置は、更に、アクチュエータコア上に形成された巻型を含み、コイルは、巻型によってコアから絶縁されるように構成されている。
便利には、アクチュエータコアの一領域が、穴と相補的形状であるように形成されており、締りプレス嵌めによって穴内に保持される寸法を備えていてもよい。アクチュエータコアの相補的形状の領域は、アクチュエータコアの上領域を含んでいてもよく、コイルはアクチュエータコアの下領域に巻き付けられている。便利には、巻型は下領域によって支持されていてもよく、巻型は、コイルを支持し且つコアをコイルから絶縁するように構成されている。上述の装置では、アクチュエータコアの上領域は下領域及びコイルよりも大径であってもよい。
【００３１】
アクチュエータ装置は、更に、アクチュエータコア上に支持された絶縁部材と、絶縁部材内に受け入れられた第１及び第２の電気接点部材とを含み、第１及び第２の電気接点部材は、夫々、コイルの第１及び第２の端部に接続されている。便利には、第２絶縁部材が第１絶縁部材上に支持されていてもよく、接点部材が形成する接点面が第２絶縁部材の上面と実質的に面一であるように第１及び第２の接点部材を取り囲む。
【００３２】
特注磁性材料は、高強度材料と比較して比較的軟質の材料であってもよい。
本発明の第２の態様によれば、穴を形成する磁極部材及び穴内に受け入れられるアクチュエータコアを含むアクチュエータ装置の組み立て方法において、穴と相補的形状の領域を持つようにアクチュエータコアを形成する工程と、穴内に締りプレス嵌めによって保持されるように相補的領域の寸法を定める工程と、アクチュエータコアを穴に導入する工程とを含む、方法が提供される。
【００３３】
アクチュエータ装置は、便利には、本発明の第１の態様によるアクチュエータ装置であってもよい。便利には、アクチュエータコアを穴に導入する工程は、所定位置で停止されてもよい。所定位置は、アクチュエータコアの上磁極面が磁極部材の上面と面一の場所であってもよい。
【００３４】
便利には、アクチュエータコアはリップシールを持つボビンを含み、磁極部材は噛み合いシール面を含み、所定位置は、リップシールが噛み合いシール面に対してシールしたとき、生じる。
【００３５】
好ましくは、本発明の第２の態様による方法は、更に、アクチュエータコアが所定位置に達したとき、これを検出するための検出工程を含む。検出工程は、便利には、リップシールと噛み合いシール面との間を流れる空気の圧力を監視し、空気流の圧力が低下したとき、所定位置に達したことを確認する工程を含んでいてもよい。
【００３６】
本発明の第３の態様によれば、燃料インジェクタにおいて、ノズルホルダ本体と、燃料入口と、高圧燃料ドリル孔と、本発明の第１の態様によるアクチュエータ装置とを含み、アクチュエータ装置は、使用時に、高圧ドリル孔から受け取った燃料をノズル装置に搬送するように形成された実質的に垂直なドリル孔を含み、高圧ドリル孔は、第１端部に燃料入口を持ち、第２端部に垂直ドリル孔への連結部を持つ単一の直線状ドリル孔を含む、燃料インジェクタが提供される。
【００３７】
燃料入口は、好ましくは、ランス入力点であってもよい。
本発明の第４の態様によれば、電磁作動式燃料インジェクタで使用するためのアクチュエータ装置用のコイルの形成方法において、ｉ）コア部材を提供する工程と、ｉｉ）コア部材を型に導入する工程であって、コア部材と型の内面との間に形成された隙間の寸法が、巻型の所要の形状に合わせて定められる、工程と、ｉｉｉ）コア部材上で巻型を射出成形する工程と、ｉｖ）型を取り外す工程と、ｖ）コイルを巻型に巻き付ける工程とを含む、方法が提供される。
【００３８】
コア部材は軟質磁性材料で形成されていてもよい。
本発明の第５の態様によれば、電磁作動式燃料インジェクタ用アクチュエータ装置において、穴を形成する磁極部材と、穴内に受け入れられる、使用時に電源に接続されるように構成された第１端及び第２端を持つワイヤコイルが周囲に巻き付けられたアクチュエータコアと、アクチュエータコア上に射出成形された巻型とを含み、コイルは、巻型によってコアから絶縁されるように構成されている、アクチュエータ装置が提供される。
【００３９】
本発明が更に容易に理解されるようにするため、次に、添付図面を例として参照する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、周知の燃料インジェクタの概略図である。
【図２】図２は、図１の周知の燃料インジェクタの拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例によるアクチュエータ装置の断面図である。
【図４】図４は、図３の装置の斜視図である。
【図５】図５は、図３の装置の斜視図である。
【図６】図６は、図３のアクチュエータ装置及び燃料インジェクタのノズルホルダ本体の断面図である。
【図７】図７は、磁束線を示す、本発明の一実施例によるアクチュエータ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図３乃至図７を参照すると、これらの図には、二つの主要構成要素を含む本発明によるアクチュエータ装置１００が示してある。二つの主要構成要素は、アクチュエータコア部材１０２（本明細書中、「アクチュエータコア」又は「コア部材」ともいう）及び全体に円筒形の外磁極部材即ち「磁極ピース」１０４である。
【００４２】
磁極ピース１０４は、磁極ピースの長さ方向軸線からオフセットした大きな穴１０６を含む。この穴内にコア部材が配置される。磁極ピースは、更に、使用時に高圧燃料を燃料入口（図３には示してない、図１の要素１７である）から噴射ノズル（図３には示してない、図１の要素９である）まで搬送するドリル孔１０８を含む。
【００４３】
穴１０６が長さ方向軸線からオフセットしており、磁極ピース１０４には厚さが変化する壁が形成されているということに着目されたい。
コア部材１０２は、上領域１１０と、この上領域１１０よりも小径の下領域１１２を含む。Ｃ字形状断面の巻型１１４が下領域１１２に支持されており、コイル１１６が形成する容積内にコア部材１０２の下領域の部分が配置されるようにコイル１１６（又はソレノイド）が巻型に巻き付けられている。適当な作動特性のアクチュエータ装置１００を提供するため、ソレノイド１１６のコイルの正確な数は予め決定されているということは理解されよう。しかしながら、コイルの数は本発明の中心的な事項ではなく、従ってここでは詳細に説明しない。
【００４４】
コア部材１０２の下領域１１２は、バルブ部材３１（図１参照）のばね４１（図１参照）を受け入れる寸法の盲ボア１１８を形成する。コア部材１０２に盲ボア１１８が設けられているため、下領域１１２はリング状の端面を有する。
【００４５】
絶縁体ディスク１２０がコア部材１０２の頂部に設けられており、コア部材１０２は絶縁体ディスクの下面に当接する。電気コネクタ４５（図１参照）に電気的に接続するため、絶縁体ディスクの上面内に接点１２２、１２４が設けられている。
【００４６】
コイルの端部は、一方の端部が接点１２２に巻き付けられ、他方の端部が接点１２４に巻き付けられるように、コア部材１０２及び絶縁体ディスク１２０の側部に設けられたチャンネル１２６（図５参照）を通って上方に延びる。
【００４７】
接点１２２、１２４の上面は磁極ピース１０４の上面と面一であり、コア部材１０２、コイル１１６、巻型１１４、絶縁体ディスク１２０、及び接点１２２、１２４は、全体が磁極ピース１０４の穴１０６内に配置されるということに着目されたい。本発明の一実施例によるアクチュエータ装置は、図２のアクチュエータ装置とは異なり、二つの段をなした構成を備えておらず、詳細には、肩部要素５８を備えていないということに着目されたい。
【００４８】
巻型１１４は、コア部材１０２とコイル１１６との間に絶縁障壁を形成するということに着目されたい。更に、巻型１１４は、チャンネル１２６内の絶縁材料の存在によって絶縁体ディスク１２０に連結されるということに着目されたい。
【００４９】
磁極ピース１０４は、焼入鋼等の高強度材料で形成されている。換言すると、磁極ピース１０４は、特注の構造的構成要素（即ちその構造的特性に合わせて選択された材料）である。外磁極ピース１０４は、例えば、無心焼入れ技術又は表面焼入れ技術によって処理できる（中炭素）鋼で形成されていてもよい。磁極ピースブロック用の鋼は、０．１％乃至０．４％の炭素鋼であってもよく、極限引張強さ（ＵＴＳ）が約１０００ＭＰａであるということに着目されたい。
【００５０】
コア部材１０２は、磁極ピース１０４の材料と比較して比較的軟質の特注の磁性材料（即ち、主としてその構造的特性でなくその磁性について選択された材料）で形成されている。コア部材１０２についての適当な磁性材料には、炭素濃度が非常に低い鉄(very low carbon iron)、シリコン鉄、様々なマンガン、コバルト又はニッケル濃度の鉄合金、又はＴｉＣｏＮＡｌ又はＡｌＮｉＣｏ等の非鉄磁性材料が含まれる。
【００５１】
本例では、コア部材１０２は、炭素濃度が非常に低く（炭素濃度が０．０５％よりも低く）、シリコン濃度が２．２５％乃至３％の鉄で形成されている。コア材料中にシリコンが存在するため、望ましからぬ「渦電流」を減少させることが補助されるということに着目されたい。シリコン濃度が３％乃至４％に上昇すると、機械加工が次第に困難になり、約４％では、材料は焼結形態で使用され得る。更に、シリコン濃度が約３％よりも高いと、磁束密度が減少するということに着目されたい。
【００５２】
コア部材１０２のＵＴＳの値は２００ＭＰａ程度である。これは、磁極ピース１０４よりもかなり「軟質」であると考えられる。更に、表面焼入れ鋼であってもよいバルブブロック２５のＵＴＳの値は、代表的には、約２０００ＭＰａであるということに着目されたい。
【００５３】
従って、特注の磁性材料は、コイル１１６の周囲に閉ループを形成しないということに着目されたい。その代わり、使用時にコイル１１６の周囲に形成される磁気回路は、磁性について選択された特注の磁性材料（コア部材１０２）、及び構造的特性について選択された材料で形成された特注の構造的構成要素（例えば磁極ピース１０４）を通過する。これは、磁極ピース１０４（又は磁極ピースの挿入体）の部分が磁性材料で形成された従来技術の装置と異なる。
【００５４】
磁極ピース１０４を高強度材料で形成したため、磁気回路の外部分は、もはや、特注の磁性材料で形成されていない。回路の外部分に比較的軟質の磁性材料がないため、磁極ピース１０４の構造的強度が従来技術の装置と比較して向上する。このことは、磁極ピース１０４を通してドリル孔１０８を垂直に（即ち燃料インジェクタ１の長さ方向軸線と平行に）形成できるということを意味する。この実施例では、アクチュエータ装置１００が垂直ドリル孔１０８を含む別体のブロックであるため、高圧ドリル孔の方向がノズルホルダ本体５内で変化することがないようにできる（図６と関連した以下の説明を参照されたい）。そのため、インジェクタ内に作用する応力が大幅に低減する（最大１／２乃至１／３に減少する）。入口がノズルホルダ本体側部に「ランス」入口として設けられているか或いは、ノズルホルダ本体の頂部に軸線方向入口として設けられているかのいずれかの別の態様では、高圧ドリル孔の交差部での角度変化を大幅に減少できる。
【００５５】
更に、特注の磁性材料を磁極ピース１０４からなくすことによって、特注の磁性材料の量が従来技術の装置と比較して減少するということに着目されたい。これにより、特注の磁性材料が元々高価であり、機械加工に費用が掛かるため、費用が節約される。
【００５６】
図３乃至図７の装置の磁気回路の外部分は、従来の（即ち特注の）磁性材料で形成されていないけれども、回路の外部分は通常は使用時に飽和せず、そのため、高強度焼入れ鋼に対する材料の変化は、小さく許容可能な効率低下を示すにすぎないということに着目されたい。
【００５７】
図３に（及び更に図４）のアクチュエータ装置用の巻型でのコイルの巻き付け方法は、周知の巻き付け方法（上文中に図２と関連して詳細に説明した）と異なり、以下の工程を含む。即ち、
ｉ）コア部材１０２を提供する工程と、
ｉｉ）コア部材１０２を型に導入する工程であって、コア部材１０２と型の内面との間の隙間の寸法が、巻型１１４の所要の形状（及びディスク１２０の所要の形状）に合わせて定められた、工程と、
ｉｉｉ）コア部材１０２上で巻型１１４を射出成形する工程と、
ｉｖ）型を取り外し、コイル１１６を巻型１１４に巻き付ける工程とを含む。
【００５８】
巻型１１４をコア部材１０２上に形成することにより、巻型１１４を従来技術の巻型５２よりも薄く（０．３５ｍｍでなく、０．２ｍｍ程度）作ることができる。これは、巻型１１４が（図２と関連して説明した巻型５２の場合のように）巻き付けプロセスを単独で支持する必要がなく、実際に、コイル巻き付けプロセスの開始前にコア部材１０２上に既に形成されているためである。従って、コア部材１０２は、巻き付けプロセスを支持し、取り扱いプロセス及び製造プロセスに耐えるのに必要な構造的安定性を提供し、巻型１１４は、従って、周知のシステムよりも薄くてもよい。更に、巻型１１４がコア部材１０２上に直接的に型成形されるため、これらの二つの間で隙間が必要とされず、更にコンパクトな装置にできる。
【００５９】
更に、図３乃至図７のアクチュエータ装置の組み立て方法は、周知の組み立て方法と異なる。上述のように、コア部材１０２、コイル１１６、巻型１１４、絶縁体ディスク１２０、及び接点１２２、１２４（「コア構成要素」）は、全体が磁極ピース１０４の穴１０６内に配置される。図２の肩部５８の特徴と等価の特徴は設けられていない。
【００６０】
従って、コア部材を磁極ピース１０４の穴１０６に挿入し、コア部材１０２の下領域１１２が磁極ピース１０４の底部と同じ高さになるか或いは、巻型１１４の底部のリップと磁極ピース１０４の一端の足部要素１３２の着座面１３０との間で良好なシールが検出されるかのいずれかとなる所定の位置まで、締りプレス嵌めによって保持することができる。シールの検出は、例えば、挿入中にこのシールを通過する空気を監視することによって行われ、シールが形成された時点で、挿入移動を停止することによって応答する。巻型１１４の厚さの減少は、ソレノイドの設計を更にコンパクトにできるということを意味し、これによって磁気的な性能を向上し、コイルで発生する熱が更に効率的に除去される。所定の位置まで締り嵌め挿入することにより、上述の許容差の積み重ねの問題点を小さくでき、そのため、巻型１１４が潰れるおそれが減少し、更に、巻型１１４の底部のリップと着座面１３０との間に良好なシールが提供される。
【００６１】
図３乃至図７のアクチュエータ装置１００の「肩部なし」構成は、インジェクタ内での許容差の積み重ねを低減し、コア部材１０２を載止状態にすることによってアクチュエータ装置を位置決めすることを許容する。
【００６２】
アクチュエータ装置で使用される特注磁性材料の量を減少し、巻型１１４の大きさを減少することにより、周知のアクチュエータ装置３５と比較して小型のアクチュエータ装置１００が得られる。アクチュエータブロックの大きさが小さくなったため、アクチュエータ装置１００を、磁極ピース１０４内に、燃料入口１１７から磁極ピース１０４の垂直ドリル孔１０８まで直線状ドリル孔１４９（図６参照）を形成できるように配置できる。この構成を図６に示す。図６では、斜行ドリル孔が、従来技術で見られた曲がりや交差部（図１の交点Ｘを参照されたい）なしで形成される。従って、ドリル孔１４９は形成が比較的容易である。これは、二つの別々のドリル孔（４９ａ、４９ｂ）を互いに出会わせる必要がなく、更に、交差部に形成された、平滑化を必要とする尖った縁部がないためである。使用時に、図６の構成は、更に、図２の構成に見られる応力集中部の悪影響がない燃料インジェクタ装置を提供する。
【００６３】
図６のドリル孔１４９及びノズル本体構成５は、部分的には、入力部１１７が、「ランス型」燃料供給手段に連結するための円錐形ランス入力部であることによって可能とされる。ランス構成では、比較的長いランス構造をエンジンブロックのドリル孔を通して入力部１１７と連通する。このランスは剛性であり、入力部１１７と連通するように押圧されて流体密シールを形成する。ランス構成は、ノズルホルダ本体５に連結する位置で、高圧燃料配管及び高圧燃料コネクタと比較してあまり嵩張らないということに着目されたい。
【００６４】
図２では、アクチュエータ装置３５は、本発明の要旨であるアクチュエータ装置と比較して大きい。このことは、入力部１１７からバルブブロック２５まで単一の斜行ドリル孔を提供することができないということを意味する。これは、所要の角度を得るためにノズルホルダ本体５の遥かに上方にランス連結部を配置しなければならないためである。
【００６５】
図７は、図３の本発明の実施例によるアクチュエータ装置の同様の図を示し、同様の特徴に同様の参照番号が使用されている。図７は、更に、アクチュエータコア１０２の一端が内磁極面２１０を形成するということを示す。更に、磁極部材１０４は外磁極面２２０を形成し、内磁極面２１０及び外磁極面２２０は実質的に同一平面内にあるということがわかる。
【００６６】
図７には、燃料インジェクタのアーマチュア２３０もまた示してあり、アクチュエータ装置の内磁極面２１０とアーマチュア２３０との間及び外磁極面２２０とアーマチュア２３０との間に小さな隙間２４０がある。
【００６７】
アクチュエータ装置内の磁束線を図７に示す。隙間２４０内では、磁束が長さ方向軸線Ａと実質的に平行であるということがわかる。磁束線がコア及び磁極部材の材料に入ると、湾曲した経路を辿ることがわかる。アクチュエータ装置は、二極形体（２５０、２６０）を含むことがわかる。バルブ部材２３１もまた示してある。
【００６８】
上文中に説明した実施例は、単なる例として与えられたものであって、本発明を限定しようとするものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に定義されているということは理解されよう。更に、上述の実施例は個々に使用してもよいし、組み合わせて使用してもよいということは理解されよう。
【００６９】
ランス型入口の代わりに、ノズルホルダ本体の頂部に配置された軸線方向燃料入口を使用してもよいということに着目されたい。
【符号の説明】
【００７０】
３１  バルブ部材
４１  ばね
４５  電気コネクタ
１００  アクチュエータ装置
１０２  アクチュエータコア部材
１０４  磁極ピース
１０６  穴
１０８  ドリル孔
１１０  上領域
１１２  下領域
１１４  巻型
１１６  コイル
１１８  盲ボア
１２０  絶縁体ディスク
１２２、１２４  接点
１２６  チャンネル
【図１】
0005613224.tif 000002
【図２】
0005613224.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005613224.tif 000005
【図５】
0005613224.tif 000006
【図６】
0005613224.tif 000007
【図７】
0005613224.tif 000008