(57)【要約】本発明は、燃料吸入部（１１０）と燃料加圧部（１１２）と燃料噴射部（１１３）を有する電動燃料噴射装置に関する。燃料吸入部（１１０）から導入された燃料は燃料加圧部（１１２）で加圧され、燃料噴射部から噴射される。燃料加圧部（１１２）は、作動コイル（１３）と復帰コイル（１２）と、これら二つのコイルの磁界により駆動される従動子（１１４）を有し、作動コイル（１３）が作る磁気ループが従動子（１１４）を付勢して、燃料噴射装置（１１３）から燃料を噴射させ、復帰コイル（１２）が作る磁気ループが従動子（１１４）を逆に付勢して元の位置に復帰させる。
2004520533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料吸入手段（１１０）と、燃料加圧手段（１１２）と、燃料噴射手段（１１３）を有し、前記燃料吸入手段（１１０）を経由して導入された燃料を前記燃料加圧手段（１１２）で加圧して前記燃料噴射手段（１１３）から噴出する電動燃料噴射装置において、
前記燃料加圧手段（１１２）は、作動コイル（１３）と、復帰コイル（１２）と、前記両コイルから誘起される電磁界により駆動される従動子（１１４）とを有し、
前記従動子（１１４）は、前記作動コイル（１３）が形成する電磁ループによって前進方向に駆動されて前記燃料噴射手段（１１３）から燃料を噴射させ、前記復帰コイル（１２）が形成する電磁ループによって復帰する
ことを特徴とする電動燃料噴射装置。
【請求項２】
前記作動コイル（１３）と前記復帰コイル（１２）は同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動燃料噴射装置。
【請求項３】
前記従動子は、アーマチュア（５６）とプランジャー（４６）を有することを特徴とする請求項２記載の電動燃料噴射装置。
【請求項４】
前記アーマチュア（５６）と前記プランジャー（４６）は別個の部品であることを特徴とする請求項３記載の電動燃料噴射装置。
【請求項５】
前記プランジャー（４６）は円筒形であり、中心部を貫通する燃料流路（４５）を有し、先端部分に段部（６８）を有することを特徴とする請求項４記載の電動燃料噴射装置。
【請求項６】
前記プランジャー（４６）とアーマチュア（５６）の間に、前記アーマチュア（５６）の制御によって前記燃料流路（４５）を閉じる弁が配置されていることを特徴とする請求項５記載の電動燃料噴射装置。
【請求項７】
前記弁の弁体（５２）は前記アーマチュア（５６）の先端に装着され、弁座（４７）は前記プランジャー（４６）の後端に設置されることを特徴とする請求項６記載の電動燃料噴射装置。
【請求項８】
前記弁体（５２）は球形であり、前記弁座（４７）は円錐状の面を有し、前記弁体（５２）は前記アーマチュア（５６）に埋め込まれており、球形の前記弁体（５２）と前記アーマチュア（５６）との間にスペーサーが配置されていることを特徴とする請求項６記載の電動燃料噴射装置。
【請求項９】
前記アーマチュア（５６）は、軸方向に貫通孔または貫通溝（５７）が加工された略円筒形の形状を有することを特徴とする請求項４記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記アーマチュア（５６）はアーマチュア室（５０）内を移動するが、前記アーマチュアの前側の端面（８１）は常に磁気ギャップ（１１）の範囲内および／または近傍に位置し、前記アーマチュアの後側の端面（５８）は常に磁気ギャップ（５）の範囲内および／または近傍に位置することを特徴とする請求項９記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記アーマチュア（５６）の前側の端面（８１）に突起部（８３）が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記アーマチュア室（５０）の壁を構成する要素として、滑り嵌めにより前記アーマチュア（５６）と結合された電磁部品（４、９）と、隙間嵌めにより前記アーマチュア（５６）と結合された非電磁部品（５、１１）とを有することを特徴とする請求項１１記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１３】
前記アーマチュア（５６）の中央部分には、部材を切削した部分として外周溝部（６３）が設けられていることを特徴とする請求項１２記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１４】
前記アーマチュア室（５０）の最後端と前記アーマチュア（５６）の間に、エネルギーを蓄積する弾性部品（１０９）が設置されており、前記弾性部品の軸方向の塑性変形量が０．０５ｍｍないし０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１２記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１５】
前記燃料吸入手段は、前記空洞ボディ（３３）上に設けられた外周溝部（２２）と、ハウジング上に設置された燃料吸入口（２）と、一方向弁（２７）を有することを特徴とする請求項２記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１６】
前記一方向弁（２７）の出口側の穴（２８）は圧力室（４３）と連通し、前記一方向弁（２７）の吸入口（２４）は前記外周溝部（２２）と連通し、前記空洞ボディ（３３）には、前記アーマチュア室（５０）を前記外周溝部（２２）に連通させる流路（４９）が設けられていることを特徴とする請求項１５記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１７】
前記アーマチュア室（５０）と前記燃料帰還口（５９）の間に、貫通孔（６１）を有する後端部品（６０）が配置され、前記アーマチュア（５６）内には、前記貫通孔（６１）を前記貫通溝（５７）に連通させる流路または溝（６２）が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１８】
前記後端部品（６０）または燃料帰還管路に、燃料帰還用一方向弁が設けられていることを特徴とする請求項１７記載の電動燃料噴射装置。
【請求項１９】
前記燃料噴射手段は、燃料送出弁（３０）と、高圧燃料通路（４１）と、噴射ノズル（３６）を有することを特徴とする請求項２記載の電動燃料噴射装置。
【請求項２０】
前記燃料送出弁（３０）は、弁体（２９）と、弁座（５５）と、スプリング（３１）とを有し、前記弁体（２９）は球形であり、前記弁座（７２）は軸対称曲面であるか、もしくは、前記弁体（２９）は平板であり、前記弁座（７２）はＯリングであることを特徴とする請求項１９記載の電動燃料噴射装置。
【請求項２１】
前記高圧燃料通路（４１）は、前記噴射ノズル（７６）を装着するために前記空洞ボディ（３３）に設けられた孔であることを特徴とする請求項１９記載の電動燃料噴射装置。
【請求項２２】
前記高圧燃料通路（４１）は、前記燃料送出弁（３０）を前記噴射ノズル（３６）に連通させる高圧燃料パイプの内腔であることを特徴とする請求項１９記載の電動燃料噴射装置。
【請求項２３】
前記噴射ノズル（３６）は、ノズルボディ（８６）と、ニードル状の弁軸（４０）と、スプリング（３９）とを有し、
前記弁軸の前端の円錐形部分（７４）が弁体を構成し、
前記ノズルボディの円錐状の面（７５）が弁座を構成し、
前記ノズルボディには燃料の吸入口（３８）と通路（３７）が形成され、
弁キャップ（７３）が前記ニードル状の弁軸（４０）と一体に設けられ，
前記ノズルボディと前記弁キャップの間の軸方向の隙間が、ニードル弁が最大に開いたときの弁開度に相当する、
ことを特徴とする請求項２０または２１記載の電動燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動燃料噴射装置に関し、特に電磁コイルで駆動される燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動式の燃料噴射装置としては、従来、二つのタイプが知られている。第１のタイプは、燃料噴射器の開閉を制御するための電子システムを有し、噴射圧自体は別個のシステム、例えば機械システムや電気式燃料ポンプから供給するような形態の装置である。第２のタイプは、電子システムの制御により、プランジャーポンプを電磁力で周期的に駆動して噴射圧を作ることでパルス噴射を実現したシステムである。第１のタイプの燃料噴射装置の具体例としては、４サイクルガソリンエンジン用の電子制御燃料噴射（ＥＦＩ）システムや、高回転ディーゼルエンジン用の電子制御高圧コモンレール燃料噴射システムを挙げることができる（非特許文献１の第６章を参照）。また、第２のタイプの燃料噴射装置の具体例としては、Ｆｉｃｈｔ社（ドイツ）の燃料噴射システムを挙げることができる。このシステムは、固体エネルギー蓄積の原理により動作するものである（特許文献１および特許文献２を参照）。第１のタイプの装置の主な欠点は、構成が複雑でコストが高いことである。したがって、オートバイなどのようにコスト条件の厳しい製品のエンジンに第１のタイプの燃料噴射装置を適用することは困難であった。第２のタイプの燃料噴射装置は、構造がシンプルでコストも低いが、従来の構成では、一つの電磁コイルで従動子を前進方向に駆動する一方、復帰はスプリングの力に頼っていた。その結果、前進方向の電磁駆動力の一部はスプリングの抵抗力に打ち勝つために費やされることになるので、従動子の運動特性はこのスプリングの剛性と予圧力に大きく依存していた。そのため、従来の燃料噴射システムの最高動作頻度はあまり高くすることができず、噴射圧も相対的に低かった。この理由により、オートバイ等のエンジンのような高回転エンジンに第２のタイプの噴射システムを使用することは困難であった。
【非特許文献１】周竜保著「内燃機学」機械工業出版社（北京）、１９９９年発行
【特許文献１】米国特許第５４６９８２８号（１９９５年発行）
【特許文献２】中国特許出願第９６１９４８１５．９号（１９９８年出願公開）
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、高回転エンジンに適用する際の要求条件を満たすべく、より高い頻度で動作し、かつ十分な噴射圧が得られる電動燃料噴射装置を提供することを目的とする。上記の目的を達成するために、電動燃料噴射装置は、燃料吸入部と、燃料加圧部と、燃料噴射部とを有し、燃料吸入部を経由して導入された燃料を燃料加圧部で加圧して燃料噴射部から噴出するように構成される。燃料加圧部は、作動コイルと、復帰コイルと、これら両コイルにより駆動される従動子とを有する。従動子は作動コイルが形成する電磁ループによって駆動され、その結果加圧された燃料が燃料噴射部から噴射される。また、従動子は復帰コイルにより形成される電磁ループによって元の場所に復帰する。これらのコイルの電磁界は、いわゆるＰＷＭ電圧電流波形、すなわちパルス幅変調された電圧電流をコイルの各配線に与えることで生成される。
【０００４】
好ましくは、作動コイルと復帰コイルとは同一軸線上に配置され、従動子を通過する磁界が安定に保たれるように、あるいは交互に切り替わるように、電流の方向が制御される。
【０００５】
好ましくは、従動子はアーマチュアとプランジャーとを有する。これらの部品は一体に形成されていてもよく、分離した部品として構成してもよい。また、これらの材料は互いに異なっていてもよい。プランジャーは略円筒形であり、その中心部を貫通する燃料流路を持ち、また、プランジャーを初期位置に位置決めするための段部をその先端部に設ける。分離したプランジャーとアーマチュアの間には、燃料流路を閉鎖する弁が設けられる。この弁はアーマチュアにより制御される。弁の本体部分としてボールを使用し、これをアーマチュアの先端位置に、例えばアーマチュアに埋め込むように装着してもよい。ボール弁とアーマチュアの間にはスペーサーを置いてもよい。さらに例えば円錐状の面を持った弁座をプランジャー後端に配置してもよい。アーマチュアの形状は略円筒形とし、その軸方向に貫通孔あるいは貫通溝を設ける。また、ボール弁が埋め込まれたアーマチュアの前端面には突起部を設ける。アーマチュアの中央部分の部材を切削することにより、外周溝部が形成されている。アーマチュアの移動範囲はアーマチュア室内に限定される。アーマチュアの前端面は、アーマチュアを前進方向に駆動する磁気ループの磁気ギャップの範囲内および/または近傍に常に位置する。またアーマチュアの後端面は、アーマチュアを復帰方向に駆動する磁気ループの磁気ギャップの範囲内および/または近傍に常に位置する。アーマチュア室の壁を構成する要素としては、まず、純鉄や低炭素鋼などを材料とする電磁部品があり、これらは滑り嵌めによってアーマチュアと結合する。他の要素としては、銅、ステンレス鋼などを材料とする帯磁性のない部品あるいは電磁的性質の弱い部品があり、これらは滑り嵌めあるいは隙間嵌めによってアーマチュアと結合する。
【０００６】
本発明の燃料噴射装置の変形例として、エネルギーを蓄積するための弾性部品を加えてもよい。この弾性部品はアーマチュア室の最後端部分に設置されるもので、変形量は非常に小さく、例えば湾曲加工された薄板金やコイルスプリングなどが用いられる。
【０００７】
本発明の燃料噴射装置の燃料吸入部は、空洞ボディ上に設けられた外周溝部と、一方向弁と、ハウジング上に設置された燃料吸入口と、燃料帰還機構とを有する。一方向弁の吐出口は圧力室と連通しており、同弁の吸入口は外周溝部と連通している。さらに、大量の燃料が容易に還流できるように、アーマチュア室を外周溝部に連通させる流路が空洞ボディに設けられている。アーマチュア室と燃料帰還口の間に、貫通孔を有する後端部品を配置してもよい。この後端部品の貫通孔は、アーマチュアに設けられた貫通孔または貫通溝を経由して、アーマチュア室に常時連通する。後端部品の材料としては、硬質磁気材料や永久磁石材料が使用できる。低圧燃料供給手段の代わりに、燃料還流用の一方向弁を燃料帰還管路あるいは後端部品に追加してもよい。これは従動子の復帰動作を利用して、十分に大きな量の帰還流を強制的に作り出すものである。
【０００８】
本発明の燃料噴射装置の燃料噴射部は、燃料送出弁と、高圧燃料通路と、噴射ノズルを有する。燃料送出弁は、弁体と弁座とスプリングとを有する。弁体と弁座の形態については、弁体を球形とし弁座を軸対称曲面としてもよいし、あるいは弁体を平板とし弁座をＯリングとしてもよい。高圧燃料通路は、噴射ノズルを装着するために空洞ボディに設けられた孔であってもよいし、燃料送出弁を噴射ノズルに連通させる高圧燃料パイプの内腔であってもよい。噴射ノズルは、ノズルボディとニードル状の弁軸とスプリングを有し、弁軸の前端の円錐形部分が弁体を構成するとともに、ノズルボディの円錐状の面が弁座を構成し、ノズルボディには燃料吸入口と通路を形成するようにしてもよい。弁キャップと弁軸は一体化され、ノズルボディと弁キャップの間の軸方向のすき間が、ニードル弁が最も開いたときの弁開度に相当する。
【０００９】
上述の技術によれば、従動子の前進方向および後退方向の移動は、各方向ごとに外部から供給される電磁動作用電気パルス信号により制御される。前進中および後退中において、従動子はほとんど抵抗を受けないため、従動子の前進・噴射期間および／または復帰期間の加速度と速度を高められる。従動子は、圧力室内の燃料に衝撃を与えるのに必要な運動エネルギーを、例えば２ミリ秒程度の極めて短時間の間に得ることができるので、燃料噴射圧が向上するとともに、非常に高い頻度（例えば１５０Ｈｚ）での動作が可能になる。
【００１０】
以下に述べる技術的特徴は、高頻度動作時での装置の信頼性の向上に寄与するものである。まず、作動コイルと復帰コイルを同一軸線上に配置したことにより、装置の構造がコンパクトになる。また、アーマチュアの周囲には燃料の相対的な流れが存在するが、アーマチュアの軸方向に貫通孔あるいは貫通溝を設けたので、その流れ抵抗はほとんど無視できる程度まで減少する。さらに、アーマチュアとアーマチュア室の嵌合いを、滑り嵌めあるいは隙間嵌めとしたので、アーマチュアは固体摩擦の影響なしに動くことができる。また、アーマチュア中央部分に外周溝部を設けることで、従動子の動体としての質量を調整できる。さらに、エネルギーを蓄積する弾性部品を設置すれば、アーマチュアがアーマチュア室の後端面に吸着されないようにすることができる。
【００１１】
燃料噴射装置の構造、および同装置を応用する際の動作環境によっては、燃料の中に気泡が発生し、これが装置の動作信頼性や、１サイクル毎の較正噴射量に影響を及ぼす重要な要因になることがある。圧力室、アーマチュア室、高圧燃料通路などの空間には燃料が充填されるが、特に、圧力室と高圧燃料通路に生じた気泡は、システムの動作に最も深刻な影響を与える。ここで高圧燃料通路とは、圧力室から噴射ノズルまで燃料を送るための空間を指す。アーマチュア室は、アーマチュアが往復運動を行うために必要な空間である。燃料中に残留する空気は気泡の主な要因の一つであるが、この他にも高圧燃料通路および/または圧力室中の燃料の一部が、燃焼室など外部の熱源からの熱で気化して気泡となることがある。また、アーマチュア室内では、摩擦熱および/またはコイルの電気抵抗による発熱によって、燃料の一部が気化して気泡が生ずる。さらに、アーマチュア室内および/または圧力室内での燃料の移動に伴って局部的な負圧が生じ、それによって燃料が気化したり、あるいは燃料中に溶解していた気体が負圧で開放されて気泡ができることがある。本発明では気泡を減らすための各種の対策を実施し、高頻度動作時の装置の信頼性と安定性を確保している。
【００１２】
本発明では、従動子は二つの部品、すなわちアーマチュアとプランジャーとに分割されている。また、プランジャーに流路を設け、この流路を開閉する弁を設けている。このような構成を採ることにより、燃料を戻したり気泡を排出したりするための通路が短くなるので、圧力室内の気泡は容易に排出される。本発明の燃料帰還システムは十分な流量を確保するように設計され、熱によって気泡ができないように噴射手段を冷却するとともに、たとえ気泡が生じたとしても速やかに排出されるようにしている。
【００１３】
本発明の燃料噴射装置では、高圧燃料通路において所定の初期圧力を維持するために、燃料噴射部に燃料送出弁を設けている。これによって高圧燃料通路内での気泡の発生を防止し、１パルス当たりの燃料噴射量を安定化する。噴射ノズルは、燃料噴射装置のボディに装着されるか、あるいは取り付けが容易に行えるようエンジンに直に装入される。後者の場合、噴射ノズルは高圧燃料パイプを通して燃料噴射装置のボディと連通する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の詳細を説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態では、各サイクルの開始時において、従動子１１４は最後端に位置する。燃料は、燃料吸入部１１０から燃料加圧部１１２の圧力室４３に導入される。燃料加圧部の作動コイル１３にパルス電流が流れはじめると、その生成磁界による電磁力で従動子１１４が前方に向かって加速される。そして従動子１１４の先端がボール弁体１１５に接触して、圧縮圧力室４３の内部の燃料に衝撃を与え、その結果、燃料の圧力が上昇する。燃料圧力が十分に高まると、燃料噴射部の自動開放形燃料噴射ノズル３６が開いて燃料を噴射する。次に復帰コイル１２にパルス電流が流れると逆方向の電磁駆動力が発生し、この力の作用で従動子１１４が元の場所に復帰し、噴射は終了する。そして新たな燃料が圧力室４３に導入され、燃料噴射サイクルが完了する。
【００１５】
本発明の装置は、限られた電磁力で、限られた時間内に十分に高い噴射圧を発生する。これは、燃料を圧縮する前に、従動子１１４が無負荷状態で自由に加速することができ、この加速によって圧力室４３内の燃料に衝撃を与えるのに適当な量の運動エネルギーを蓄積できるからである。すなわち、従動子１１４が初期位置にあるとき、その先端は弁体１１５から離れており、両者の間には隙間Ｓが存在する。従動子１１４の前後の空間は貫通孔１１６を通して互いに連通しているから、従動子１１４が前進を開始しても、最初は圧力室４３内の燃料を圧縮しない。長手方向の貫通溝５７の働きもあって、結果として従動子の移動を妨げるものはほとんどない。従動子が所定の距離Ｓを通った後、弁体１１５が貫通孔１１６の通路を閉じて、圧力室４３内の燃料の圧縮が始まる。無負荷状態にある期間に従動子１１４に程よく蓄積された運動エネルギーが圧力室４３に与えられた結果、圧力室４３内の圧力が上昇し、燃料噴射部１１３から噴射することが可能なレベルに達する。実際、距離Ｓを通った後も前進方向の電磁力が従動子１１４に働くようにすれば、圧力室４３内の燃料を圧縮するパワーとしては、従動子１１４の衝撃力に、電磁力が加わることになる。噴射圧と噴射量は、電磁力の大きさ、および電磁力が作用している時間に一部依存している。作動コイル１３を流れていたパルス電流が止まったか止まろうとしている時に、復帰コイルにパルス電流を流し始めると、それまでと逆方向の力が従動子１１４に働くようになり、その結果、従動子１１４は初期位置に復帰する。復帰動作中、燃料吸入部１１０を経由して新しい燃料が圧力室４３に導入され、すべてが最初の状態に戻る。
【００１６】
第２の実施の形態では、前述した本発明の要素をさらに変更する。作動コイル１３と復帰コイル１２は、それぞれ非金属の円形フレーム１８、１４に巻かれており、絶縁材料１７、１５がこれらのコイルの周囲に充填されている。作動コイル１３まわりの磁気ループを構成するのは、電磁部品７、６、８、１０、９と、作動側の磁気ギャップ１１と、アーマチュア５６の前半分である。復帰コイル１２まわりの磁気ループを構成するのは、電磁部品１、２、３、６、４と、復帰側磁気ギャップ５と、アーマチュア５６の後半分である。作動側の磁気ギャップ１１および復帰側磁気ギャップ１１は空隙であるか、またはプラスチックや銅やステンレス鋼等の非電磁部材で構成される。コイル１２、１３の断面形状は略矩形、あるいは略台形である。前述の二つの電磁ループはハウジング１９に収容され、ハウジング１９には燃料吸入口２０と燃料帰還口５９が設けられている。ハウジング１９と前端部品３２は、ねじ部８４により互いに結合されており、よって全部品はそれぞれの位置に拘束されている。
【００１７】
第２の実施の形態では、従動子１１４は二つのパーツ、すなわちアーマチュア５６とプランジャー４６とに分かれて構成されている。アーマチュア５６は、回転体を基本とする形状を有し、その長手方向に加工された孔および／または溝５７と、外周溝部６３と、その他の孔６２等を有する。長手方向の溝５７は燃料通路として使用されるとともに、アーマチュアの質量を減らす効果をもたらす。アーマチュアの質量は、動作の高速性と衝撃力の大きさに影響する。アーマチュア５６の表面の溝５７を流れる燃料は、アーマチュア５６およびその周辺の部品を冷却する。また、溝５７は、アーマチュア５６の動きに対する抵抗を減らす働きを持っている。外周溝部６３は、アーマチュアの質量を直線移動動作に対する影響なしに調整するために、その両端面の間の中程の部分を切削したものである。孔または溝６２は燃料帰還路の一部を構成し、アーマチュア５６が後端位置にあるときに、燃料が確実に戻るようにする。スペーサー５４と、球形の弁体５２の一部を収容するために、円筒形の空洞５３が設けられている。スペーサー５４の一方の端は、アーマチュアと接触する平坦面５５となっている。他方の端には、弁体５２が着座するよう円錐状の面が形成されている。これに加えて、アーマチュア５６の先端には突起部８３が設けられ、圧力を掛けて突起部８３を変形させることによって、スペーサー５４と球形の弁体５２が空洞５３の中に収まるようになっている。
【００１８】
アーマチュア５６は、略円筒形の空間であるアーマチュア室５０内にて往復運動する。この空間の側面は、前述の二つの磁気ループを構成する容器の一部として形成されている。円筒形空間の一方の端面は、末端部品６０で形成され、他方の境界は、プランジャー４６、プランジャースリーブ８２、および空洞ボディ３３のそれぞれの端面で構成される。アーマチュアが端面５８に接触する位置に来たときに端面５８に張り付いてしまうと、動作の高速性が損なわれるので、これを防止するために、弾性部品１０９を末端部品６０とアーマチュア５６の間に挿入してもよい。この弾性部品１０９は、軸方向の微小変形（例えば０．０５〜０．３ｍｍ）によりエネルギーを蓄積するもので、曲面加工した薄鋼板を用いるか、あるいはコイルスプリングを使用してもよい。この弾性部品１０９により、アーマチュア５６の往復運動範囲の一端が決まる。いずれのコイルも付勢されていない場合にアーマチュアを初期位置に留めておくために、末端部品６０を硬質磁気材料とするか、あるいは、最小限の剛性を持たせたスプリング４８をアーマチュア室に置く。また、アーマチュアが初期位置にあるときに、その端面８１が作動側の磁気ギャップ１１の範囲内にくるようにアーマチュアの長さを決める。アーマチュア５６の運動範囲の他端は、作動コイル１３と復帰コイル１２に与えられる電気パルスの大きさ等によって定まる。
【００１９】
プランジャー４６とアーマチュア５６とは同一軸線上に配置されており、プランジャー４６は、プランジャースリーブ８２の内腔を貫通する。プランジャー４６の一端はアーマチュア室５０内にあり、他端は圧力室４３内に入っている。プランジャー４６のアーマチュア室５０側の端には円錐弁座４７が設けられている。また、プランジャー４６の圧力室４３側の端には、円盤形段部６８および円筒形のスプリングガイド６７が形成される。円盤形段部６８の直径はプランジャースリーブ８２の内腔径よりも大きいので、プランジャー４６がアーマチュア室に向かって移動しても、円盤形段部６８がプランジャースリーブ８２の端面に当接して、それ以上進むことはない。プランジャー４６の中心軸に沿って、圧力室４３とアーマチュア室５０をつなぐ一本以上の燃料通路４５が設けられ、これによって圧力室内の気泡を排出するとともに、燃料を還流させる。弁体５２が弁座４７に着座すると、燃料通路４５は閉じる。プランジャー４６とプランジャースリーブ８２との間の嵌め合いは、共通プランジャー式燃料ポンプとしての要求条件を満たす。プランジャースリーブ８２は、空洞ボディ３３の一部として形成してもよいし、独立した部品としてこれを製作して空洞ボディ３３に固定的に嵌め込んでもよい。
【００２０】
圧力室４３は空洞ボディ３３内に設けられ、プランジャースリーブの端面４４を圧力室４３の一方の境界面とし、燃料送出弁３０の端面６９をもう一方の境界面とする。圧力室４３の側壁には燃料が注入される孔２８が設けられ、その遠端側は一方向弁２７につながっている。圧力室４３内では、プランジャー４６を引き戻すためにスプリング４２が使用されている。このスプリング４２の一端はプランジャーの段部６８に対して押し当てられ、他端は燃料送出弁の端面６９に押し当てられている。
【００２１】
燃料送出弁３０は、圧力室４３の出口と高圧燃料通路４１の入口の間に配置されている。燃料送出弁３０は、弁体２９と、スプリング３１と、弁座８５と、背面カバー７１とを有する。弁体２９は球体で、弁座７２は軸対称曲面である。別の構成として、弁体２９を平板とし、弁座７２をＯリングで構成してもよい。スプリング３１の一端は、弁体２９を弁座の硬質面７２に対して付勢し、他端は背面カバー７１に当たっている。スプリング３１の剛性は、高圧燃料通路４１内の残留圧力の大きさに影響する。高圧燃料通路４１において燃料の気化による気泡発生を防ぐため、所定の残留圧力を維持するようにする。
【００２２】
高圧燃料通路４１とは、燃料送出弁３１の吐出口端面７０から噴射ノズルのシーリング領域３５に至る空間を指す。この空間には燃料が入ってくる。高圧燃料通路４１は略円筒形をしており、その長さは燃料送出弁３０と噴射ノズル３６の間隔によって決まる。噴射ノズル３６が燃料送出弁３０から非常に離れている場合は、高圧燃料通路４１として高圧燃料パイプを使って両者の間を結ぶ。
【００２３】
噴射ノズル３６は、スプリングで予圧された円錐弁であり、高圧燃料通路４１の下流側に設置される。噴射ノズル３６は、ノズルボディ８６、円錐形の弁軸４０、弁キャップ７３、予圧スプリング等を有する。円錐弁軸４０の端にある円錐７４が弁体を構成し、噴射ノズル３６内の燃料の通路３７の吐出ポート側に円錐状の面が形成されて、ここが弁座として働く。スプリング３９の予圧力によって弁体が弁座７５に対して付勢されているので、噴射ノズルは閉じている。燃料は吸入口３８を通じて通路３７に入る。燃料圧力が高まり、弁軸４０を押す力がスプリングの予圧力を上まわると、噴射ノズルが開いて燃料が噴射される。
【００２４】
燃料吸入口２０は、圧力室の周囲に設けられた外周溝部２２に直接連通している。外周溝部２２にある燃料のうち一部は流路４９を通ってアーマチュア室５０に入り、残りは一方向弁２３を通って圧力室４３に入る。空洞ボディ上には、二つのＯリング７８、２３が嵌め込まれているので、燃料が他の経路で漏れる可能性は実質的にゼロである。一方向弁２３は、弁体２５と弁座７６とスプリング２６を有する。
【００２５】
ハウジング１９の燃料帰還口５９は、おおよそアーマチュア５６の軸方向に沿って、アーマチュアのプランジャー４６の反対側の端に設置される。このように燃料帰還口の位置は、主として、アーマチュア室５０に長手方向の圧力勾配を創出することを考えて決定される。圧力勾配のある液体内では、気泡は圧力が低くなる方向に向かって移動することが知られている。したがって、アーマチュア室５０内の気泡、特に弁座４７近傍の気泡は、液体の流れに沿って排出される。弁座４７近傍の気泡は、主に圧力室４３から入ってくるものである。アーマチュア５６がその初期位置にあるとき、弁体５２は弁座４７から離れているので、圧力室４３はアーマチュア室５０と連通し、圧力室４３内の気泡は燃料通路４５を通って弁座４７に至る。
【００２６】
本発明の燃料噴射装置は、吸入口燃料噴射システムまたはシリンダー内直接燃料噴射システムを備えた４サイクル・スパーク点火エンジンなどの内燃機関に適用されるものである。本発明の装置は特に、シリンダー内直接燃料噴射システムを備えた２サイクル・スパーク点火エンジンに適用できる。図４は、本発明の装置を使用した、シリンダー内直接燃料噴射システム付２サイクル・スパーク点火エンジンを示す図である。
【００２７】
本発明の燃料噴射装置８８はシリンダーヘッド９６上に搭載され、低圧燃料ポンプ９３から送られてくる燃料を加圧してシリンダーの燃焼室９９に噴射する。噴射の制御のために電子制御ユニット１０４が設けられ、排気ポートが閉じた後、スパークプラグが放電する前に噴射が起きるように制御される。エンジンには、スロットルポジションセンサー１０１および／またはクランク室圧力センサー１０９、吸気温度センサー１０２、クランク角度とクランク軸の回転数を検出するセンサー１０３が設けられており、電子制御ユニット１０４は、主としてこれらのセンサーからの信号にしたがって燃料噴射量と噴射タイミングを決定する。低圧燃料ポンプ９３から送られる燃料の一部は、燃料噴射装置８８によりシリンダー内に噴射され、そこで燃焼される。一方、燃料の大半は、低圧燃料パイプ９５、冷却器９２、燃料ポンプ９３、燃料フィルター９４等からなるループ経路を循環する。燃料噴射装置８８の熱を除去することが、このループの基本機能である。エンジン内の燃焼により燃料が消費されるが、それと同量の燃料が燃料タンク９１から補充されて冷却器９２に入る。エンジンが作動している間に燃料の一部が燃焼されないまま排気ポート１０８から大気中に放出されることについて、上述のシステムはその可能性を実質上除外している。その理由の一つは、掃気工程が、可燃性の混合ガスではなく新鮮な空気によって行われているからである。また、低負荷動作条件での点火不良を最大限防止するために、混合気の層状燃焼および／またはマルチサイクル掃気を採用しているためである。キャブレター式燃料気化システムを使った２サイクルエンジンと比較して、本発明のシステムでは、エンジンの燃料消費率が格段に下がる。４サイクルエンジンと比較した場合、本発明のシステムではリッター当たりの性能が向上し、より高い平均有効圧力が得られる。
【００２８】
２サイクルエンジンでは、クランク軸が３６０度回転する毎に一回燃焼が起きるが、４サイクルエンジンではこれが７２０度毎となる。つまり、シリンダー内燃料噴射システムを備えた２サイクルエンジンでは、その燃料噴射装置は４サイクルエンジンの場合の２倍の頻度で動作しなければならない。例えば最高回転９０００ｒｐｍの２サイクルエンジンでは、噴射手段の動作頻度は１５０Ｈｚを超える。磁気ループを一つしか持たない従来の燃料噴射装置は、高速運転時の信頼性に問題があった。しかし、本発明の電動燃料噴射装置は従来の装置の欠点を克服しており、特に、通常高速度で回転するオートバイ用の４サイクルエンジンあるいは２サイクルエンジンへの適用が可能である。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、これは本発明を説明するための例にすぎず、発明の範囲を限定するものではない。本発明の概念を基に当業者によってなされる各種の変形や変更は、全て添付の請求項による保護範囲にあるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の電動燃料噴射装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の変形例の電動燃料噴射装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明のアーマチュアを示す横断面図である。
【図４】本発明の電動燃料噴射装置を使用した２サイクルエンジンを示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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