(57)【要約】  ソレノイド作動の弁組立品（３８）の構成部品に対するスパーク損傷を抑制する装置が提供される。この組立品は、ソレノイドコイル（４８）と、ソレノイドコイルの作用の下で可動なアーマチャ（５０）とを有するソレノイド（４０）を含むことができる。弁部材（６６）は、アーマチャに動作連結して、弁座（６２、６４）と選択的に接触するように構成することができる。要素（７０）を、ソレノイド作動の弁組立品に付属させて、弁組立品の２つ以上の構成部品間のスパーク放電を抑制するように構成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイド作動の弁組立品（３８）の構成部品に対するスパーク損傷を抑制する装置であって、
ソレノイドコイル（４８）を有するソレノイド（４０）と、
ソレノイドコイルの作用の下で可動なアーマチャ（５０）と、
アーマチャと動作連絡される付勢バネ（５８）と、
アーマチャに動作連結され、かつ弁座（６２、６４）と選択的に接触するように構成される弁部材（６６）と、
弁組立品の２つ以上の構成部品間のスパーク放電を抑制するように構成される絶縁要素（７０、７８、８０、８２、８４、８６、８８）と、
を含む装置。
【請求項２】
絶縁要素がポリマーを含み、かつ弁部材および弁座間のスパーク放電を抑制するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
絶縁要素がセラミックを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ソレノイドがハウジング（５３）を含み、絶縁要素が、少なくとも部分的に付勢バネおよびハウジングの間に配置されるスペーサ（７０）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ソレノイド作動の弁組立品が、アーマチャと、付勢バネと、ハウジング、バネおよびハウジング間の金属シム（７６）、およびバネおよびアーマチャ間のアーマチャ座金（５６）のうちの少なくとも１つとを含み、かつ、絶縁要素が、ハウジング、金属シム、およびアーマチャ座金のうち少なくともいずれかの上に絶縁材料の被膜（７８、８０、８４）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
スパーク放電抵抗が高いソレノイド作動の弁組立品の製作方法であって、
弁座に対して弁部材を選択的に位置決めするための、ソレノイドを含むソレノイド作動弁（４２）を設けるステップと、
ソレノイドおよび弁座の間の電流の流れを抑制するために、ソレノイドおよび弁の間に絶縁要素を設けるステップと、
を含む方法。
【請求項７】
絶縁要素がポリマーおよびセラミック材料の少なくともいずれかを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ソレノイド作動の弁組立品が、アーマチャと、付勢バネと、ハウジング、バネおよびハウジング間の金属シム、およびバネおよびアーマチャ間のアーマチャ座金のうちの少なくとも１つとを含み、かつ、絶縁要素を設けるステップが、ハウジング、金属シム、およびアーマチャ座金のうち少なくともいずれかを絶縁材料で被膜することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ソレノイド作動の弁組立品が付勢バネおよびハウジングを含み、かつ、絶縁要素を設けるステップが、付勢バネおよびハウジングの間へ絶縁スペーサを挿入することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
ソレノイド作動の弁組立品が、付勢バネと、ハウジングと、付勢バネおよびハウジング間の金属スペーサとを含み、かつ、絶縁要素を設けるステップが、金属スペーサおよびハウジングの間へ絶縁スペーサを挿入することを含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弁部材に対するスパーク損傷を回避する装置および方法に関し、特に、ソレノイド作動の弁組立品における弁部材に対するスパーク損傷を避けるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、エンジンの燃焼室に燃料を導入するための燃料噴射システムを時に使用する。燃料噴射システムは、種々のタイプのものとすることができ、システム内部に多くの燃料噴射器を含むことができる。燃料噴射器は、燃料の流れを制御する種々の弁の中で、ソレノイド作動の弁組立品を含むことができる。ソレノイド作動の弁組立品は、ソレノイドおよびそれに関連する弁を含むことができる。ソレノイドは、電流供給されると磁石として作用するソレノイドコイルと、アーマチャと、付勢バネとを含むことができる。
【０００３】
ソレノイドコイルに電流が供給されるとドーナツ形の磁束場が急速に形成される。磁束は、ソレノイドコイルそのものに限定されるのが理想的であるが、現実には、例えば付勢バネのような他の構成部品の周縁に集中する傾向がある。導電性の付勢バネと磁界との間に相対的な動きがあると、付勢バネに誘導電圧が生じることがあり、この誘導電圧は、ソレノイド制御される弁組立品の弁部材の中を通る電流の流れを生じさせる可能性がある。この場合、協動する弁部材が相対的に動くと、１つ以上の弁部材のピッチングをもたらす可能性があるアークを発生させることがある。
【０００４】
弁部材の中を電流が流れかつ弁が開かれる時に、弁の弁座に生じる可能性があるピッチングを軽減する少なくとも１つのシステムが開発されている。例えば、１９８２年７月２７日にカナップ（Ｃａｎｕｐ）らに交付された（特許文献１）は、燃料噴射ノズルの弁を通る電流を目標どおりに導くためのシステムを開示している。弁を開くと、電流の流れが遮断されて、エンジンにおける点火を起動する制御信号を発生させる。特に、（特許文献１）のシステムは、燃料絶縁層の破壊と弁座のピッチングとを避けるために弁座における電圧および電流の流れの両方を制限する電気回路手段を提供する。
【０００５】
（特許文献１）のシステムは、点火信号を効果的に発生させるように意図して目標どおりに作り出された電流の流れという特殊な状況においては、ピッチングを避けるのに有効であるかもしれない。しかし、好ましくない電気回路を制御するために、ソレノイド作動の弁組立品に（特許文献１）に開示される方策に沿った電気回路素子を導入することは、コストの観点から非効率となる可能性がある。また、このシステムは有効に設計しかつ実施するには複雑すぎるきらいがある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，３４１，１９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここに開示する装置および方法は既存技術における１つ以上の欠点の克服に資する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示される１つの実施態様は、ソレノイド作動の弁組立品の構成部品に対するスパーク損傷を抑制する装置を含む。この組立品は、ソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの作用の下で可動なアーマチャとを有するソレノイドを含むことができる。弁部材は、アーマチャに動作連結して、弁座と選択的に接触するように構成することができる。１つの要素を、ソレノイド作動の弁組立品に付属させて、弁組立品の２つ以上の構成部品間のスパーク放電を抑制するように構成することができる。
【０００９】
開示されるもう１つの実施態様は、スパーク放電抵抗が高いソレノイド作動の弁組立品の制作方法を含む。この方法は、弁部材を弁座に対して選択的に位置決めするための、ソレノイドを含むソレノイド作動ユニットを提供することができる。この方法は、また、ソレノイドおよび弁座間の電流の流れを抑制するために、ソレノイドおよび弁部材の間に絶縁要素を設けることができる。
【００１０】
開示されるさらに別の実施態様は、少なくとも１つのシリンダと、この少なくとも１つのシリンダに燃料供給するように構成される燃料噴射器とを備えたエンジンを含むことができる。この燃料噴射器は、ソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの作用の下で動くように構成される可動アーマチャとを有するソレノイドを含むことができる。燃料噴射器は、また、ソレノイドに付属しかつ可動アーマチャに動作連結される付勢バネをも含むことができる。バルブ部材を、可動アーマチャに動作連結して、弁座と選択的に接触するように構成することができる。さらに、絶縁部材を、燃料噴射器の２つ以上の構成部品間におけるスパーク放電を抑制するように構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、燃料噴射システム１２を備えたエンジン１０を概略的に表現している。エンジン１０は、複数のシリンダ１６を画定するエンジンブロック１４と、各シリンダ１６の内部に摺動自在に配備されるピストン１８と、各シリンダ１６に付属するシリンダヘッド２０とを含むことができる。シリンダ１６とピストン１８とシリンダヘッド２０とが燃焼室２２を形成する。
【００１２】
燃料噴射システム１２は、燃料噴射器２４に燃料を送り込むために協動する構成要素を含んでおり、燃料噴射器２４が燃料を各燃焼室２２の中に送り出す。燃料噴射システム１２は、具体的に、供給タンク２６と、燃料ポンプ２８と、チェック弁３２を有する燃料配管３０と、マニホールド３４とを含むことができる。燃料は、マニホールド３４から燃料配管３６を経由して各燃料噴射器２４に供給される。各燃料噴射器２４は、１つ以上のソレノイド作動の弁組立品３８を含むことができる。
【００１３】
図２は、実施例としての燃料噴射器２４の切欠図である。燃料噴射器２４はソレノイド作動の弁組立品３８を含むことができる。ソレノイド作動の弁組立品３８はソレノイド４０を含むことができる。ソレノイド４０は噴射器本体６０の中に配置される弁４２を制御し、次にその弁４２は噴射器弁ニードル４４への燃料の流れを制御し、噴射弁ニードル４４は、オリフィス４６と協動して燃料を燃焼室２２の中に噴射する（図１）。
【００１４】
図３は、例えば図２に示すのと同様の燃料噴射器２４に用いることができるソレノイド作動の弁組立品３８の関連構成部品の簡略化した概略および模式図である。ソレノイド４０はソレノイドコイル４８およびアーマチャ５０を有することができる。ソレノイドコイル４８は少なくとも部分的にハウジング５３によって被包することができる。
【００１５】
ソレノイドコイル４８に電流が供給されると、磁界が形成され、ソレノイドコイル４８が磁石になる。アーマチャ５０は、磁気活性材料、例えば強磁性体材料から作られているので、ソレノイドコイル４８の作用によって動く。例えば図３においては、ソレノイドコイル４８に電流が供給されると、アーマチャ５０はソレノイドコイル４８に向かって上方に動かされる。
【００１６】
ソレノイドはプランジャ５２とアーマチャ座金５６、５７を含むことができる。付勢バネ５８はアーマチャ５０をソレノイドハウジング５３に対して動かすように機能する。図示のように、アーマチャ５０およびプランジャ５２は磁石の作用の下で上向きに動かされるが、ソレノイドコイル４８への電流が中断すると、付勢バネ５８は、アーマチャ５０および連結されるプランジャ５２を（図３において）反対方向または下向きに付勢する。
【００１７】
ソレノイド４０は燃料噴射器２４の噴射器本体６０に接続することができる（図２）。燃料噴射器本体６０は弁４２の弁座６２および６４と接触状態にすることができる。プランジャ５２は弁部材６６に直接連結することができる。プランジャ５２の上端はナット５５をネジ込み得るようにネジ加工することができる。このナット５５によって、プランジャスリーブ５４およびアーマチャ座金５６、５７を介して、プランジャ５２および弁部材６６をアーマチャ５０に固定することができる。弁部材６６は、弁座６２、６４と選択的に接触するように構成することができる。弁部材６６は、弁座６２および６４と協動して弁４２および燃料の流れを制御することができる。
【００１８】
ソレノイドコイル４８に電流を流すと、ソレノイドコイル４８の回りに磁界が発生する。この磁界は、電流がソレノイドコイル４８に供給される時点と、ソレノイドコイル４８への電流の流れが停止する時点とに、動いている付勢バネ５８の中に電圧を誘導することができる。この誘導電圧は、ソレノイド作動の弁組立品３８の相互連結される導電性の構成部品の中に電流の流れを惹起することができる。同時に、アーマチャ５０が、磁界または付勢バネ５８の作用の下に動いて、弁部材６６を、弁座６２または弁座６４のような弁座と接触させるかあるいはそれから離間させることができる。ソレノイドコイル４８への電流の流れが停止すると、磁界は消失し、従って付勢バネ５８がアーマチャ５０を動かして、連結される弁部材６６を弁座６２から離れるように弁座６４の方に向かって押しやることになる。同様に、ソレノイドコイル４８に電流が流されると、弁部材６６は、弁座６４から離れて弁座６２と接触する方に向かって動くことができる。どちらの場合も、弁部材６６が弁座に達した時または弁座から離れる時に、磁界によって付勢バネ５８の中に誘導される電圧が惹起する電流の流れのために、アークまたはスパーク放電が生じることがある。これは、例えば弁座６２または６４のような弁部材にピッチングを生じさせることがある。
【００１９】
１つの実施態様においては、ソレノイド作動の弁組立品３８の２つ以上の構成部品間のスパーク放電を抑制するために絶縁要素が設けられる。図３は、絶縁要素が、ソレノイド作動の弁組立品３８の導電性の構成部品の相互接続を遮断して、弁部材６６および弁座６２、６４への電流の流れを防止するような実施形態を示している。１つの実施例においては、この絶縁要素を、付勢バネ５８およびハウジング５３の間に配備されるスペーサ７０とすることができる。スペーサ７０は種々の形態に構成することができる。例えば、スペーサ７０は単品でもよいし、あるいは複数部品からなるものでもよい。ある実施例においては、スペーサ７０はディスク７２およびスリーブ７４を含むことができる。ディスク７２およびスリーブ７４は別個の要素とすることができる。あるいはその代わりにディスク７２およびスリーブ７４を一体成型してもよい。１つの実施形態においては、ディスク７２は存在するがスリーブ７４は欠落してもよい。また別の実施形態においては、スリーブ７４は存在するがディスク７２を欠いてもよい。ディスク７２およびスリーブ７４は種々の寸法のものにすることができる。例えば、ディスク７２は、図３に示すよりもハウジング５３の上面に沿ってさらに拡大することができ、スリーブ７４は、図３に示すよりも付勢バネ５８の長さに沿ってさらに延長することができる。スペーサ７０および付勢バネ５８の間には導電性のシム７６を設けることができるが、代替方式として、導電シム７６を設けない場合もある。
【００２０】
絶縁要素は、ソレノイド作動の弁組立品３８の導電性の要素間の電流の流れを実質的に遮断し得る任意の適切な材料から作ることができる。例えば、絶縁要素を、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）のような適切なポリマー製とすることができる。また、絶縁要素を、例えばアルミニウム・ジルコニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ）のような任意の適切なセラミック製とすることもできる。
【００２１】
別の実施形態においては、絶縁要素を、ソレノイド作動の弁組立品３８の導電性の構成部品上への電気絶縁材料の被膜とすることができる。この被膜は、例えばセラミック材料のような任意の種類の電気絶縁材料のものとすることができる。ソレノイド作動の弁組立品３８の導電性の構成部品の任意の１つまたは任意の組合せに、電気絶縁材料の被膜を被覆することができる。例えば、ハウジング５３の内面に被膜７８を、シム７６に被膜８０を、プランジャのスリーブ５４に被膜８２を、上部アーマチャ座金５６に被膜８４を、下部アーマチャ座金５７に被膜８６を、および／または、プランジャ５２および連結される弁部材６６の上部に被膜８８を被覆することができる。
【００２２】
１つの実施形態においては、スリーブ７４を、例えば、ディスク７２と、シム７６と、付勢バネ５８の少なくとも一部分との外径を取り巻くように設けられる適切なポリマー材料の収縮チューブとすることができる。また、その代わりに、スリーブ７４を、ソレノイドコイル４８から金属の構成部品を少なくとも部分的に分離するプラスチックスリーブとすることもできる。
【００２３】
上記の絶縁要素の代わりに、あるいはその絶縁要素に加えて、付勢バネ５８の周縁に集中する磁束を低減するための磁束低減スペーサの形態の要素を設けることができる。この特徴は、例えば、上部アーマチャ座金５６をステンレス鋼製とすることによって実現することができる。
【００２４】
図４は、例えば図２に示すのと同様の燃料噴射器２４に用いることができるソレノイド作動の弁組立品３８の関連構成部品の別の実施形態の簡略化した概略および模式図である。図３の要素に対応する図４の要素には同一の参照符号が付されている。図４においては、スペーサ７０を、例えばポリマー製のディスク７２’の形態にすることができる。ディスク７２’は商標「ＭＹＬＡＲ」ＴＭの名称で販売されているポリマー製とすることができる。図４に示すように、ディスク７２’はハウジング５３と既存の金属シム７６および既存の金属スリーブ７４’との間に配置することができる。ディスク７２’は、当然ながら、例えばセラミック材料のような任意の適切な電気絶縁材料から製作することができる。
【００２５】
スパーク損傷を回避する他の手段としては、付勢バネ５８におけるつる巻線数の低減、あるいは誘導電流を最小化または除去するためのつる巻線の相互への短絡が含まれる。積み重ねた皿バネを付勢バネ用として用いることによって、スパーク損傷を十分に抑制することができる。スパーク損傷を回避するもう１つ別の可能な方法は、電流径路に抵抗を設けることによってあらゆる誘導電流に対する抵抗を増大する方策である。スパーク損傷を回避するさらに別の可能な方法は、電流を弁部材の中を貫流させずに弁部材を迂回して電流を導く短絡回路を設ける方策である。スパーク損傷を回避するまたさらに別の可能な方法は、ソレノイドコイル４８への電流を低下させて、それによって弁部材に流れる好ましくない誘導電流を低減する方策である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
開示される実施形態は、好ましくない誘導電流が関連弁部材にスパーク放電を惹起する可能性があるあらゆるタイプのソレノイド作動の弁組立品に適用することができる。実施例として開示される１つの実施形態においては、ソレノイド作動の弁組立品を燃料噴射システム１２の一部とすることができる。
【００２７】
図３および４は、本発明を、燃料噴射器のソレノイド作動の弁組立品という範疇内において実施し得る実施例態様を示す。通常、現実的には、空間の節約および効率的な組み込みの点から、燃料噴射器２４のソレノイド作動の弁組立品３８の金属の構成部品またはそれ以外の伝導性構成部品を互いに密接に結合し得ることが要求されている。ソレノイド作動の弁組立品３８の場合には、偶々、燃料噴射器２４におけるソレノイド４０の作動に、通常ソレノイドコイル４８のきわめて急速な励磁（ｆｉｒｉｎｇ）が必要である。例えば、２２００ｒｐｍの４ショットシステム（４  ｓｈｏｔ  ｓｙｓｔｅｍ）においては７３ショット／秒になり、これは２６４，０００ショット／時間に等しい。アーク発生は非常に間欠的であり、時間のわずか１％だけに発生すると仮定しても、これはなお２，６４０アーク／時間に等しい。燃料噴射器２４の弁４２における表面間の面対面接触の面積は一般的に僅かに０．７２ｍｍ２とすることができる。従って、典型的な弁座６２、６４は実質的なアークまたはスパーク放電と、その結果生じるピッチングおよび摩耗とを受ける可能性が高いことが分かる。
【００２８】
絶縁要素は、ディスク７２（または７２’）および／またはスリーブ７４含むスペーサ７０の形で、および／または被膜７８、８０、８２、８４、８６、８８の形で表現されている。しかし、この表現が絶縁要素に対する特殊な形状または絶縁要素に対する特殊な位置に関する制限を課すものではない点を理解するべきである。絶縁要素に関する条件としては、弁要素の間にアーク発生をもたらす回路を効果的に遮断するように配置されるべきであるという以外に制限はないのである。例えば、十分な電気絶縁構造を、付勢バネ５８、ハウジング５３、噴射器本体６０、弁座６２、６４、弁部材６６、プランジャ５２、アーマチャ５０、アーマチャ座金５６、５７、プランジャスリーブ５４、ナット５５、金属スリーブ７４’（図４）、シム７６、または、弁要素への電流の流れを可能にするソレノイド作動の弁組立品の他の任意の構成部品の中を通って形成される回路内の任意の点に配置することができる。
【００２９】
絶縁要素または他の絶縁構造は、想定される環境における使用に対して適正な特性を種々の形で有する多数の絶縁構造のうちの任意のものから構成することができる。例えば、多数のポリマー、セラミック、および、電気絶縁材料として使用される複合材料を用いることができる。絶縁要素または他の絶縁構造は、例えば、固定器具による機械的な取り付け、接着剤接合、または所定位置における成型のような多くの方法の内の任意の方法で所定位置に固定することができる。
【００３０】
本明細書では本発明を燃料噴射ソレノイド弁に適用可能なものとして開示したが、開示された実施形態は他のタイプのソレノイド弁にも適用可能であることは明らかである。開示された実施形態は、特に弁の構成部品間にアークが生じやすいような構成を有するソレノイド弁を採用しようとするあらゆる分野に適用し得るように考えられている。例えば、開示された実施形態はポンプ制御弁の分野にも用いることができる。
【００３１】
開示された方法は、ソレノイド作動の弁組立品の種々の一般的な構成部品の提供を考えているが、この構成部品は、弁部材および弁座間のアーク発生を防止するように、ソレノイド作動の弁組立品の種々の構成部品によって目的外に形成される導電回路の遮断方策を備えたものである。この導電回路の遮断は、電気絶縁要素を、弁構成部品間の電流の流れとそれによるアーク発生とを防止し得る回路内の任意の箇所に配置することによって、実現することができる。
【００３２】
ソレノイドおよび弁の方位は、開示されたシステムの実施にとって重大な問題ではない。明らかに図面と異なる方位とすることも可能であろう。さらに、弁は、単式弁座と協動するタイプでも、あるいは複式弁座と協動するタイプでもよい。アーク発生およびピッチングは明らかにいずれの弁のタイプにおいても生じ得るからである。
【００３３】
以上、本発明の実施態様を説明したが、弁部材におけるスパーク損傷を回避するための開示された装置および方法において、開示の範囲内から逸脱することなく種々の変更および変形を加え得ることが当業者には明らかであろう。さらに、開示された装置および方法の他の実施態様が、明細書を精査することによって当業者には明らかになるであろう。明細書およびその実施例は事例としてのみ考慮されるべきことが意図されており、本開示の真の範囲は特許請求の範囲およびその等価物によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例として開示されるエンジン用燃料噴射システムの模式および概略図である。
【図２】図１の燃料噴射システム用の、実施例として開示される燃料噴射器を示す切欠図である。
【図３】ソレノイド作動の弁組立品の概略および模式図である。
【図４】ソレノイド作動の弁組立品の別の実施形態の概略および模式図である。
【図１】
2009503414.tif 000003
【図２】
2009503414.tif 000004
【図３】
2009503414.tif 000005
【図４】
2009503414.tif 000006
【国際調査報告】
2009503414.tif 000007
2009503414.tif 000008
2009503414.tif 000009