(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材による固定コア(46)と、励磁コイル(47)と、バルブ起動用の接極子(43)とで構成され、固定コア(46)が粉末鉄材及びエポキシバインダの混合物をプレスして形成されており、前記混合物が重量でエポキシ樹脂を２〜50％含んでおり、励磁コイル(47)が16〜40巻で、12Ｖの電圧で80〜350μsec間通電され、接極子(43)は円盤状となっており、固定コア(46)が励磁コイル(47)を囲うための環状シート(45)を形成し、固定コア(46)が内側スリーブ(57)、外側スリーブ(59)、及び内外側スリーブ(57，59)を接続している円盤部分(58)によって形成され、内外側スリーブ(57，59)が接極子(43)と協働する２つの極平面(48，49)を有し、環状シート(45)の軸寸法(Ｓ)が固定コア(46)の軸寸法(ｈ)の60％程度であり、接極子(43)と極平面(48，49)との間の最小ギャップが0.05mmであり、固定コア(46)が励磁コイル(47)の励磁電流の変動に対して相対的に低い磁気インダクタンスを有し、該磁気インダクタンスが100〜800Ａ−ターンの範囲の電流の変動に対して、80〜60μＨの範囲で変動することを特徴とする燃料インジェクタの計量バルブ制御用電磁石。
【請求項２】
固定コア(46)の磁力が80μsec以下の時間で、その漸近値の90％に達することを特徴とする請求項１に記載の計量バルブ制御用電磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は磁化性素材による固定コア、励磁コイル、及びバルブを起動するための接極子によって構成された燃料インジェクタの計量バルブ制御用電磁石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料インジェクタの計量バルブは、通常シャッタを用いて、電磁石の接極子によって閉じられ、電磁石に導通して接極子をコアの方向に移動させることによって開かれるドレーン伝導路を有する制御室を有している。
【０００３】
公知のように、計量バルブの効率を評価するための主要なパラメータは最大許容作動効率で、これは該バルブがドレーン伝導路を開いたり閉じたりするための命令に反応する速度に依存しており、したがってそれは電磁石に通電したり、電気を切ったりした場合の反応速度に依存している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような公知の計量バルブにおいては、電磁石の固定コアは、通常磁気透過性はすぐれているものの、かなりのヒステリシスループを発生し、かなりの寄生電流の影響を受けて、コアの磁力がかなり損われてしまう磁化性鉄材、一般的にはフェライトでできている。したがって、公知のコアは必要な磁力を発生するまでに比較的長い時間を必要とし、そのことによって電磁石の反応と最大作動頻度に限界が生じ、その結果反応速度をあげるために、コアと励磁コイルを不必要な程大きくしなければならなくて、製造コストと運転コストの両方が大幅に増大してしまうという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、前記のような従来の計量バルブのもつ問題を消解し、必要な磁力を発生するまでに長い時間を必要とすることがなくて、電磁石の反応と最大作動頻度に限界が生じないので、反応速度をあげるために固定コアと励磁コイルの不必要な程大きくする必要がなくて、製造コストと運転コストの両方を大幅に増大することがなく、さらに高度に直線的で信頼性の高い計量バルブ制御用電磁石を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、磁性材による固定コア(46)と、励磁コイル(47)と、バルブ起動用の接極子(43)とで構成され、固定コア(46)が粉末鉄材及びエポキシバインダの混合物をプレスして形成されており、前記混合物が重量でエポキシ樹脂を２〜50％含んでおり、励磁コイル(47)が16〜40巻で、12Ｖの電圧で80〜350μsec間通電され、接極子(43)は円盤状となっており、固定コア(46)が励磁コイル(47)を囲うための環状シート(45)を形成し、固定コア(46)が内側スリーブ(57)、外側スリーブ(59)、及び内外側スリーブ(57，59)を接続している円盤部分(58)によって形成され、内外側スリーブ(57，59)が接極子(43)と協働する２つの極平面(48，49)を有し、環状シート(45)の軸寸法(Ｓ)が固定コア(46)の軸寸法(ｈ)の60％程度であり、接極子(43)と極平面(48，49)との間の最小ギャップが0.05mmであり、固定コア(46)が励磁コイル(47)の励磁電流の変動に対して相対的に低い磁気インダクタンスを有し、該磁気インダクタンスが100〜800Ａ−ターンの範囲の電流の変動に対して、80〜60μＨの範囲で変動することを特徴とする。請求項２に記載の発明は、請求項１において、固定コア(46)の磁力が80μsec以下の時間で、その漸近値の90％に達することを特徴とする。
【０００７】
【作用】
電磁石42は、通常は通電されていないので、接極子43は下側の位置に保持されていて、制御室61は加圧されて制御ロッド８が噴射オリフィス11を閉じるピン28と共に下側に押しつけられている。電磁石42が通電されると、接極子43が持ち上げられて、制御室61内の燃料圧力が降下して計量バルブ40を開放し、燃料を放出してピン28を持ち上げて噴射オリフィス11を開放し、燃料を噴射室19内部に噴射する。
【０００８】
【実施例】
この発明の非限定的実施例について、図面を参照して以下に説明する。
図１の符号５は、例えばディーゼル内燃機関のための、燃料インジェクタを示している。燃料インジェクタ５は、内部で制御ロッド８が滑動する軸方向凹部７を有する中空体６を具えている。中空体６は通常底部で制御ロッド８に接続されたピン28の先端によって閉じられる噴射オリフィス11が終端となっているノズル９に接続されている。
【０００９】
中空体６は、通常1200バールなど高圧の燃料供給ポンプに接続された取入具16を囲んだ中空付属部13を形成している。燃料は噴射室19に内部伝導路経由で導かれ、ピン28には噴射室19の内部の加圧燃料が作用する肩部29が形成されている。圧縮ばね37は制御ロッド８とピン28とを下方に押すように作用する。燃料インジェクタ５は、磁鉄によって構成される円盤状の接極子43を制御する電磁石42を支持するための固定スリーブ41で構成された計量バルブ40を具えている。電磁石42は磁性鉄材によって形成されたる固定コア46を有しており、固定コア46には通常の励磁コイル47を取り囲んだ環状シート45が形成されている。固定スリーブ41には円盤52が一体的に連結されており、円盤52には固定コア46の軸方向の孔51に沿って配置されており、燃料タンクに接続されたドレーン取付具53が連結されている。図２に示す固定コア46には孔51を有する円筒型の内側スリーブ57、スリーブ57と同軸の外側スリーブ59が設けられている円盤部分58を有し、これらのスリーブ57，59には同軸的に配置されて協働する接極子43が接続している対応環状極平面48，49が形成されている。
【００１０】
計量バルブ40は中空体６内のシート内部に挿入され、軸方向凹部７と同軸でヘッド56の上部表面から固定コア46の極平面48，49に、中空体６の軸方向に延びているドレーン室60を下向きに形成しているヘッド56（図１参照）を具えている。ヘッド56には、較正ずみ半径方向の供給伝導路62及び較正ずみ軸方向のドレーン伝導路63と連通している軸方向制御室も形成されている。供給伝導路62は中空体６内の半径方向伝導路66経由で取入具16と連通しており、制御室61の底部は制御ロッド８の上部表面で形成されている。
【００１１】
肩部29の上部表面と比較して制御ロッド８の上部表面の面積の方が大きいので、燃料の圧力が圧縮ばね37と共に制御ロッド８及びピン28を、ノズル９の噴射オリフィス11を閉じる位置に保持する。制御室61のドレーン伝導路63は、通常接極子43のステム69が作用するボール67によって構成されたシャッタによって閉じられ、ドレーン室60は固定コア46、及びドレーン取付具53と連通している。接極子43のステム69は中空体６に近接して取りつけられているプレート部材72上のシート84内に入れられた接極子43の戻しばね86を支持するフランジ82を形成している。固定コア46の極平面48，49の方向への接極子43の移動距離はプレート部材72と一体化されているスリーブ79の端部によって、接極子43が固定コア46と接触するのを防ぐようになっている。
【００１２】
電磁石42は、通常は通電されていないので、接極子43は図１の下側の位置に戻しばね86で保持されており、ステム69はボール67をドレーン伝導路63内に保持し、制御室61は加圧されてばねの作用と合わせて肩部29の圧力に打ち勝つので、制御ロッド８が噴射オリフィス11を閉じるピン28と共に下側に押しつけられる。電磁石42が通電されると、接極子43が持ち上げられてステム69がボール67を開放し、制御室61内の燃料圧力が降下して計量バルブ40を開放し、燃料をドレーン室60とタンク内に放出し、噴射室19内の燃料圧力が圧縮ばね37の力に打ち勝つようになり、ピン28を持ち上げて噴射オリフィス11を開放し、燃料を噴射室19内部に噴射する。電磁石42の通電が切られると、接極子43が固定コア46に対して隙間が残っている関係で、戻しばね86によって下側の位置に急激に戻され、接極子43がボール67をドレーン伝導路63を閉じる位置に戻し、供給伝導路62から投入された加圧燃料が制御室61内の圧力を回復して、ピン28が元の位置に戻って噴射オリフィス11を閉じる。
【００１３】
この発明によれば、電磁石42の固定コア46は粉末鉄材とエポキシバインダとを型内部で加圧し、その後炉内部で焼成することによって形成される。粉末鉄材は好ましくはフェライトでできており、エポキシバインダは多数のエポキシ樹脂から選択して、重量にして混合物の２〜50％の量でフェライト粉末により混合することによって得ることができる。固定コア46は好ましくは、エポキシ樹脂とフェライトの混合物で、樹脂の含有率が３％の混合物を用いて形成される。
【００１４】
この混合物が上に述べたような特徴を有するので、固定コア46はフェライト製コアと比較してサイズを小さくしながら、必要な性能を達成するように好適に設計することができる。より具体的には、少なくとも50Hzの作動周波数で固定コア46の直径と、内外側スリーブ57，59の厚み（図２）を減少することができるだけでなく、また、励磁コイル47の環状シート45のサイズを大きくすることも可能である。励磁コイル47の半径は、接極子43の半径の40％にまで減らすことができ、励磁コイル47のシート45の軸方向寸法“Ｓ”は固定コア46の軸方向寸法“ｈ”の60％にまで増大することができるので、円盤部分58の厚みは寸法“Ｓ”以下になる。接極子43の最小の隙間を0.05mmとすることで、励磁コイル47は16〜40巻として、12Ｖの電圧で80〜350μsec間通電するようにしてもよい。電磁石42を用いたテストは、指定された混合物から形成された固定コア46が低磁気ヒステリシス及び低寄生電流しか生じないことを実証している。
【００１５】
さらに固定コア46の磁気インダクタンスは従来のフェライト製コアと比較して相対的に低い。図３のグラフの曲線“ａ”はマイクロ−ヘンリー（μＨ）で示した固定コア46のインダクタンスを示しており、励磁コイル47の電流はアンペア−ターン（Ａ−ターン）で示してある。また、曲線“ｂ”は、それに対応する。そしてそれよりずっと高い通常のコアのインダクタンスを示している。曲線“ａ”に示されているように、固定コア46のインダクタンスは励磁コイル47に流れる電流の変動に伴ってわずかに変動するだけであり、したがって800Ａ−ターンまでの電流に対して安定している。より具体的には、磁気インダクタンス“ａ”は100〜800Ａ−ターンの範囲の電流の変動に対して80〜60μＨの範囲で変動する。
【００１６】
図４のグラフで曲線“ｃ”は、任意の電流、例えば、800Ａ−ターンの電流が励磁コイル47に与えられた時、固定コア46によって発生される磁力をニュートン（Ｎ）で表したものであり、μsecで示される励磁コイル47の励起時間の関数として示されている。そして、曲線“ｄ”は従来のコアの対応する磁力を示しており、特に最初の250μsecの範囲ではかなり低くなっている。図“ｃ”に示されているように、固定コア46の磁力は135Ｎ程度の値で漸近線を示しており、そしておおよそ70μsecの時間110Ｎ程度の値、つまり、80μsec以下の時間で、その漸近値の90％程度に達する。
【００１７】
しかしながら、特許請求の範囲を逸脱せずに、ここに説明ないし図示した電磁石に対して変更を加えることができるのはあきらかである。例えば、ここに述べられているのとは違ったインジェクタにも適用できるし、固定コア46の磁性回路も、２軸、プリズム状断面のスリーブ、又は２つ以上の平行したプリズム状部分を有するなど、どのようなデザインであっても構わない。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は前記のようであるから、まず第１に寄生電流によるヒステリシスと磁力ロスが大幅に低下するので、任意の導通電流に対してずっと大きな磁力を、より迅速に提供することができ、第２に寄生電流の減少は高い励起勾配の実現につながり、したがって高い作動頻度を達成することができ、そして第３にコア素材のインダクタンス特性が、一定の磁力に対する固定コア46および励磁コイル47のサイズを小さくすることによって電磁石のサイズの縮小を可能にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電磁石によって制御する計量バルブを装着した燃料インジェクタの縦断面図である。
【図２】同上の一部の拡大断面図である。
【図３】同上の電磁石の特性を示すグラフである。
【図４】同上の電磁石の別の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
５  燃料インジェクタ
６  中空体
７  軸方向凹部
８  制御ロッド
９  ノズル
11  噴射オリフィス
28  ピン
40  計量バルブ
42  電磁石
43  接極子
45  環状シート
46  固定コア
47  励磁コイル
48  極平面
49  極平面
57  内側スリーブ
58  円盤部分
59  外側スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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