JP2003521633A - 内燃機関内に供給すべき燃料量を制御する電磁噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関内に供給すべき燃料量を制御する電磁噴射弁であって、電磁石コイル系によって変位可能な弁体を有し、その際、弁体は電磁石コイル系の磁気接極子と協働する形式のものに関する。電磁石コイル系が少なくとも２つの互いに同心的に配置されたコイル（３２−１，３２−２）を有しており、コイル（３２−１，３２−２）は１つの磁気回路に次のように内蔵されていて、互いに隣り合う２つのコイル（３２−１，３２−２）の間にそれぞれ１つの第１の極片（４２−２）が配置されており、内方及び外方のコイルがそれぞれ１つの第２の極片（４２−１、４２−３）に隣接しており、第１及び第２の極片（４２−１，４２−２，４２−３）が電磁コイル系の磁気回路の構成部分であり、それぞれ隣り合っているコイル（３２．１、３２−２）が、共通の励磁電流により互いに逆向きに流れるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の、内燃機関に供給すべき燃料
量を制御する電磁噴射弁に関する。

【０００２】 背景技術 電磁噴射弁は現在のガソリン噴射システム及びディーゼル噴射システムから公
知である。公知の電磁噴射弁においては、１コイルシステムが追求されている。
この場合、磁界は１つのコイルに電流を流すことによって構成され、これによっ
て周囲の磁気回路内に磁束が生ぜしめられる。ところで弁体は次のことによって
動かされる。すなわち、磁束がエアギャップを介して、可動の、弁体と結合され
ている磁気接極子に作用することによって、動かされる。電磁噴射弁の開放期間
ひいては噴射量がコイルに電流が流れる期間を介して制御される。

【０００３】 原則的には、コイルの磁気回路内の磁束の形成はコイルに電流を流すことと同
時に行われるにではなしに、ある程度の時間遅れをもって行われる。磁束形成の
時間遅れは、磁気回路の幾何学的条件及び特に磁界の拡散及び生ぜしめられる渦
電流のような多数の因子に関連する。渦電流は、内実の導電性部材内で時間的に
変化する磁界によって、例えば磁界の構成中に、誘導される電流である。この場
合、渦電流は迅速な磁界の拡散に対して、反対作用をする。

【０００４】 コイル内の電流の流れと磁界形成との間の時間遅れは、電磁噴射弁の応動時間
の不都合な延長をもたらす。現在の噴射システムにおいて必要とされるような１
００μs以下の応動時間は、ブースターコンデンサによって可能とされる大きな
電圧によって、あるいは互いに力が相殺される高価な接続された２コイル系によ
ってしか、可能でない。これら公知のシステムの欠点は、電気接続の構造的経費
が高価なことであって、大きな所要スペース及び大きな費用と結び付いている。

【０００５】 発明の利点 本発明による電磁噴射弁は応動時間が短く、接続経費がわずかであるという利
点を有している。本発明による噴射弁はこのために、電磁石コイル系が少なくと
も２つの互いに同心的に配置されたコイルを有しており、コイルは１つの磁気回
路に次のように内蔵されていて、互いに隣り合う２つのコイルの間にそれぞれ１
つの第１の極片が配置されており、内方及び外方のコイルがそれぞれ１つの第２
の極片に隣接しており、第１及び第２の極片が電磁コイル系の磁気回路の構成部
分であり、それぞれ隣り合っているコイルが、共通の励磁電流により互いに逆向
きに流れるようになっている。このような多コイル系において、内側に位置する
第１の極片は、コイルに電流が互いに逆向きに流れることによって、生ぜしめら
れる渦電流に磁界の方向が互いに逆向きになり、ひいては渦電流が消える。した
がって、磁界の拡散ひいては磁気回路の磁力の形成は、従来の噴射システムに比
して著しく迅速に行われる。更に、第１の極片においては、２つのコイルの間に
磁界が構造的に増大せしめられる。それは、ここでは両方の磁界が同じ向きに重
畳し、かつこれによりより大きな磁束が生ぜしめられるからである。

【０００６】 噴射弁の好ましい実施形態では、極片が次のように寸法を定められており、す
なわち、中央の第１の極片の半径方向の断面積が、隣接の第２の極片の断面積の
和とほぼ等しくなっている。このように選ばれた磁気回路のジオメトリーでは、
２つの隣り合うコイルの力作用が互いに相殺されることが阻止される。

【０００７】 別の有利な実施形態では、コイルがほぼ同一の特性値、特に同じインダクタン
ス、を有している。

【０００８】 更に、コイルが互いに並列に接続されていると、有利である。

【０００９】 実施例の説明 以下においては、図面に示した実施例により、本発明を詳説する。

【００１０】 図１においては、背景技術による電磁噴射弁の断面図を示す。全体を符号１０
で示した噴射弁は、大体において、弁ケーシング１２と、弁コア１４と、軸方向
に可動の弁ニードル１６とから成っている。２つのＯリング１８及び２０は噴射
弁１０を図示していない燃料分配片及びやはり図示していない吸気管に対してシ
ールしている。図面の上方から流入する燃料は、まず燃料ふるい２２を通過し、
噴射弁１０を汚物に対して保護する。燃料は更に流動経路２４を通り、弁ニード
ル１６の中空室内に入り、そこから弁ニードル１６の側方の開口を通って、弁座
２６に達する。噴射弁１０の基本状態では、ばね２８及び燃料圧力による力が弁
座２６に作用し、燃料供給システムを吸気管に対してシールする。

【００１１】 電磁噴射弁は更にコイル体３０に巻かれたコイル３２を有し、このコイルには
、電気的な接続部３４を介して励磁電流を供給することができる。コイル３２に
電流が流れると、コイルを取り囲んでいる磁気回路内に磁界が生ぜしめられ、こ
の磁界によって、磁気接極子３６が引き付けられる。したがって磁気接極子３６
と摩擦力結合で結合されている弁ニードル１６が弁座２６から引き離され、燃料
は噴射孔板３８を通って、吸気管内に出る。励磁電流が遮断されると、弁ニード
ル１６はばね２８によって戻され、したがって弁１０は閉じる。

【００１２】 従来の１コイルシステムによる噴射弁に置ける磁界の形成は概略的に図２に示
されている。ここでは単に一方の側からの断面図しか示されていない１つのコイ
ル３２に励磁電流４０が流されると、コイル３２を取り囲む極片４２に磁界４４
が形成される。磁界の形成によって、誘導法則により

【００１３】

【数１】

【００１４】 ［式中、Ｂは磁束密度を表す］ 渦電流rot E 46 が極片４２に生ぜしめられる。この場合、渦電流４６の主電流
方向はコイル３２の渦電流４０の方向とは逆向きである。渦電流４６の発生は、
磁界４４の拡散速度ひいては接極子３６に作用する力を減少させる。その結果、
電磁噴射弁１０の応動時間又は死時間が延長せしめられる。

【００１５】 従来の噴射弁の延長せしめられた磁界形成及び磁力形成の問題を克服するため
に、本発明によれば、２つ以上の同心的に配置されたコイルが使用される。図３
は、内側に位置するコイル３２−１と外側に位置するコイル３２−２とを有する
電磁コイル系の磁界を概略的に示す。図３の下方には複コイル磁気回路の半径方
向の断面図がＡ―Ａ′線に沿って示されている。両方のコイル３２−１及び３２
−２は励磁電流４０を互いに逆方向に流される。各コイル３２−１，３２−２は
両方のコイル側で極片４２により覆われている。コイル３２−１，３２−２に電
流を流すことにより、コイルを取り囲む極片４２に磁界４４が形成される。両方
のコイル３２−１，３２−２に励磁電流４０が逆向きに流れることによって、中
間の極片４２−２において、コイル３２−１，３２−２の両方の磁界４４が同じ
向きに重畳する。ここでは磁界の増強ひいては磁束の増大が生ぜしめられる。他
面において磁界４４によって誘導される渦電流４６は内方に位置する極片におい
て互いに逆向きの流動方向を有している。したがってこの範囲においては、渦電
流４６及び生ぜしめられる渦電流界は消える。内側に位置する極片４２−２はし
たがって磁界拡散を渦電流の損失なしに行うことができ、これによって磁界４４
は図２に示した１コイルシステムにおけるよりも、著しく早く行うことができる
。コイル３０−１，３２−２に励磁電流が流れてから、磁力が接極子３６に作用
するまでの応動時間はしたがって全体として短縮される。複式コイル磁気回路に
おいて磁力が迅速に形成される別の理由は、磁界拡散によるものであり、これは
４つの直径若しくは使用されるコイル３２に付き２つの直径において行われるも
のである。

【００１６】 励磁電流４０の遮断の際に同じ物理的効果が使用される。内側に位置する極片
４２−２において、消える磁界４４によって誘導される渦電流４６の消去が行わ
れ、したがって磁界の拡散は著しく迅速に行うことができる。

【００１７】 本発明による多コイルシステムは、磁気回路が次のように、すなわち、内側に
位置する極片４２−２の半径方向の極面が、両方の隣接する極片４２−１及び４
２−３の極面の和に等しいように構成されていると、最適に利用することができ
る（図３の下部参照）。このことは、２つよりも多いコイルが磁気回路を形成し
ているときにも当てはまる。

【００１８】 図４は１コイル磁気回路と２コイル磁気回路の磁力発生速度を示したグラフで
ある。この場合、比較しやすくするために、相対的な磁力F _ｒｅｌ が共通の相
対的な時間ベ−スt _ｒｅｌ に対して示されており、その際t _ｒｅｌ ＝ 0 はコ
イル３２に電流を流し始める時点t_０ を表し、t _ｒｅｌ ＝ 1 はコイル３２を遮
断する時点を表す。従来の１コイル磁気システムにおいては、磁力の上昇低下は
比較的に緩傾斜である（グラフ４８）。例えば相対的な０．８の磁力F _ｒｅｌ
は共通の時間ベース０．３３において初めて達成される。これに対し、最大の磁
力は時点 t_０ において２コイルシステムに励磁電流を流し始めてから、比較的
に迅速に達成去れ（グラフ５０）、その際０．８の磁力は０．１２時間単位で達
成される。時点 t_１ においてコイルが遮断された後にも、磁力の減少は２コイ
ル系においては著しく迅速に行われる（グラフ５０）。

【００１９】 全体として、本発明による電磁噴射弁は従来の噴射弁に対して、死時間が著し
く短く、準備時間及び不機能時間が極端に短い。これによって小さな噴射量も正
確に定めることができる。その高動力学的な磁力によって、本発明による噴射弁
は、現在のガソリン及びディーゼル噴射システムに殊に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 背景技術による電磁噴射弁の断面図を示す。

【図２】 １コイルシステム内の磁気回路を示す。

【図３】 本発明による２コイルシステム内の磁気回路を示す。

【図４】 １コイルシステム及び２コイルシステム内における力構成の原理を示す線図を
示す。

【符号の説明】

１０ 噴射弁、 １２ 弁ケーシング、 １４ 弁コア、 １６ 弁ニードル
、１８ Ｏリング、 ２０ Ｏリング、 ２２ 燃料ふるい、 ２４ 流動経路
、 ２６ 弁座、 ２８ ばね、 ３０ コイル体、 ３２ コイル、 ３２−
１ コイル、 ３２−２ コイル、 ３４ 接続部、 ３６ 磁気接極子、 ３
８ 噴射孔板、 ４０ 励磁電流、 ４２ 極片、 ４２−１ 極片、 ４２−
２ 極片、 ４２−３ 極片、 ４４ 磁界、 ４６ 渦電流、 Ｆ_ｒｅｌ 相
対的な磁力、 ｔ_ｒｅｌ 相対的な時間ベース

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関内に供給すべき燃料量を制御する電磁噴射弁であっ
   て、電磁石コイル系によって変位可能な弁体を有し、その際、弁体は電磁石コイ
   ル系の磁気接極子と協働する形式のものにおいて、電磁石コイル系が少なくとも
   ２つの互いに同心的に配置されたコイル（３２−１，３２−２）を有しており、
   コイル（３２−１，３２−２）は１つの磁気回路に次のように内蔵されていて、
   互いに隣り合う２つのコイル（３２−１，３２−２）の間にそれぞれ１つの第１
   の極片（４２−２）が配置されており、内方及び外方のコイルがそれぞれ１つの
   第２の極片（４２−１，４２−３）に隣接しており、第１及び第２の極片（４２
   −１，４２−２，４２−３）が電磁コイル系の磁気回路の構成部分であり、それ
   ぞれ隣り合っているコイル（３２．１，３２−２）が、共通の励磁電流により互
   いに逆向きに流れるようにしたことを特徴とする、内燃機関に供給すべき燃料量
   を制御する電磁噴射弁。
2. 【請求項２】 極片（４２−１，４２−２，４２−３）が次のように寸法を
   定められており、すなわち、中央の第１の極片（４２−２）の半径方向の断面積
   が、隣接の第２の極片（４２−２，４２−３）の断面積の和とほぼ等しいことを
   特徴とする、請求項１記載の電磁噴射弁。
3. 【請求項３】 コイル（３２−１，３２−２）がほぼ同一の特性値を有して
   いることを特徴とする、請求項１又は２記載の電磁噴射弁。
4. 【請求項４】 コイル（３２−１，３２，２）が互いに並列に接続されてい
   ることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁噴射弁。
5. 【請求項５】 弁体（１６）及び磁気接極子（３６）が互いに摩擦力結合で
   結合されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の電
   磁噴射弁。