JP2007500822A - 双極磁気回路を有するモジュラー燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

弁群副組立体と電力群副組立体とを含む、内燃機関のためのモジュラー燃料噴射装置。該弁群副組立体は、流体路（４１）を画定する第１の固定子部材（３８）と、第２の固定子部材（８２）と、該第１の固定子部材と該第２の固定子部材との間に配設された非磁性シェル（８０）と、弁体（１２）と、電機子部材（２０）とを含む。該部材（２０）は、第１の固定子部材に対する第１の作用空隙（１５）と、第２の固定子部材（８２）に対する第２の作用空隙（８６）とを画定する。該電機子部材は、出口端部に近接し、かつ第１の形態のシート（２２）に隣接する閉鎖部材（１６）を含む。該電力群副組立体は、流体路（４１）を囲む電磁コイル（４３）と、該コイルを覆う容器（６０）と、該コイル及び該容器を封じ込めている外被（４５）とを含む。

Description

同時係属中の出願の相互参照
本出願は、２００３年６月１０日に出願され、「双極磁気回路を有するモジュラーインジェクタ（Modular Injector with Di-Pole Magnetic Circuit）」という名称を持ち、発明者Michael P．Dallmeyer及びHarry R Brooksの米国仮出願第６０／４７７，４８４号の先の出願日の利益を主張するものであり、該仮出願は、その全体を本明細書に組み込む。

電磁式燃料噴射装置用の公知の電磁アクチュエータは、固定子部材と、電機子部材と、磁気材料で形成された弁体と、電磁コイルとを含む。該電磁コイルは、磁気回路に磁束を供給すべく通電される。該磁気回路は、固定子部材と、電機子部材と、弁体とを含む。磁束は、電機子部材及び固定子部材によって画定された作用空隙を通り、電機子部材を固定子部材に引き付ける磁力を生成する。空隙は、該空隙を通る磁束が有用な作用を生ずるため、作用空隙である。電機子部材は、弁体内に配置されており、また固定子部材の方へ及び該部材から離れる往復動の間に、弁体の内面により案内される。電機子部材及び弁体の内面は、それらの径方向に対向する配置により、磁気回路に磁気抵抗を付加する非作用空隙（即ち寄生空隙）を形成する。空隙は、該空隙を通る磁束が、有用な作用をもたらさず、かつ回路内で磁気損失を招くため、寄生空隙である。寄生空隙を伴うモジュラー燃料噴射装置の一つの実施例は、米国特許第６４８１６４６号明細書に示され、説明されており、該明細書の全体を本明細書に参照により組み込む。

一実施形態において、本発明は内燃機関のためのモジュラー燃料噴射装置を提供する。該モジュラー燃料噴射装置は、弁群副組立体に固定された電力群副組立体を含む。該副組立体は、容器と、電磁コイルと、外被とを含む。該容器は、電磁コイルを覆っている。外被はコイル及び容器を囲んでいる。弁群副組立体は、第１及び第２の固定子部材と、非磁気シェルと、弁体と、電機子部材と、シートとを含む。第１の固定子部材は、長手方向軸に沿って伸びる流路を画定する。非磁気シェルは、第１の固定子部材と第２の固定子部材との間に配置されている。弁体は、第２の固定子部材に結合されており、かつ弁体をコイル容器に固定する固定部を含む。電機子部材は、弁体内に配置されており、かつ閉鎖部材を第１の形態でシートに隣接させ、かつ第２の形態で該シートから離した状態の第１の形態の間での第１及び第２の固定子部材に対する動きのための閉鎖部材に結合されている。電機子部材は、少なくとも一部が長手方向軸と交差する平面に隣接した電機子面を含む。電機子面の第１の部分は、第１の固定子部材と対向し、長手方向軸に沿って、電機子面から固定子部材への第１の作用空隙を形成する。電機子面の第２の部分は、第２の固定子部材と対向して、長手方向軸に沿って、電機子面から第２の固定子部材への第２の作用空隙を形成する。

別の実施形態では、本発明は、モジュラー燃料噴射装置を製造する方法を提供する。該方法は、弁群副組立体を形成し、電力群副組立体を形成し、前記弁群副組立体を電力群副組立体内に挿入して、弁群副組立体を電力群副組立体に固定することで実現できる。電力群副組立体は、形成されたとき、容器と、電磁コイルと、外被とを含む。容器は電磁コイルを覆っている。外被はコイル及び容器を囲んでいる。弁群副組立体は、形成されたときに、第１及び第２の固定子部材と、非磁気シェルと、弁体と、電機子部材と、シートとを含む。第１の固定子部材は、長手方向軸に沿って伸びる流路を画定する。非磁気シェルは、第１の固定子部材と、第２の固定子部材の間に配置されている。電機子部材は、弁体内に配置されており、かつ閉鎖部材を、第１の形態でシートに隣接させ、第２の形態でシートから離した状態の第１の形態の間での、第１及び第２の固定子部材に対する動きのための閉鎖部材に結合される。電機子部材は、少なくとも一部が、長手方向軸と交差する平面に隣接した電機子面を含む。電機子面の第１の部分は、第１の固定子部材と対向し、長手方向軸に沿う、電機子面から第１の固定子部材への第１の作用空隙を形成する。電機子面の第２の部分は、第２の固定子部材と対向し、長手方向軸に沿った、電機子面から第２の固定子部材への第２の作用空隙を形成する。

本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の現時点で好ましい実施形態を示し、また、上述した全般的な説明及び以下に示す詳細な説明と共に本発明の特徴を説明するのに役に立つ。

燃料噴射装置は、計量された燃料を内燃機関に供給する。内燃機関（図示せず）の動作に関連するモジュラー燃料噴射装置１０の動作の詳細は、周知であり、該動作が好ましい実施形態に関連する場合を除いて、本明細書において詳細に説明しない。

図１は、好適な実施形態によるモジュラー燃料噴射装置１０を示す。本明細書で用いる場合、同様の数字は、全体を通して同様の要素を示す。モジュラー燃料噴射装置１０は、上流端部１１、下流端部１３及びそれらを経て伸びる長手方向軸Ａ−Ａを有する弁体１２を有し、図２にも示す、弁群副組立体２１を含む。「上流」及び「下流」という用語は、参照する図面上での流れの方向を表す。上流端部は図面の上方への方向を意味し、下流端部は図面の底部への方向を示す。

弁群２１は、長手方向軸Ａ−Ａに沿って弁ボディ１２内に相互に配置された電機子組立体２０を含む。弁群２１は更に、上流端部３７を有する流入管３８と、下流端部３９と、流入管路４１とを含む。上流端部３７は、Ｏリングを固定するＯリングリテーナを備え得る。流入管３８の下流端部３９は、非磁気シェル８０及び磁気停止部材８２を経て、弁体１２の上流端部１１に接続されている。適当な手法を、密閉レーザ溶接部５０等の構成要素の固着に使用できる。

流入管３８の下流端部３９は、電機子組立体２０の上流端部１９から所定距離離れている。この距離は、長手方向軸Ａ−Ａに沿い下流端部３９から上流端部１９迄測った場合、第１の作用空隙１５になる。磁気停止部材８２の下流端部８４は、長手方向軸Ａ−Ａに沿って電機子組立体２０の上流端部１９から所定距離離れている。この距離は、第２の作用空隙８６となる。ばね２８は、流入管３８の下流端部３９であって、該電機子組立体の上流端部に配設されている。調節管３６は、流入管３８の流路４１内の所定距離に配設されている。調節管３６は、ばね２８を備える。ばね２８の圧縮は、電機子組立体２０を閉位置にして、燃料の流れを妨げる。

シート２２と下方案内体２４は、弁体１２内に設けられている。下方案内体２４は、シート２２から上流に配置されている。下方案内体２４とシート２２は、共に長手方向軸Ａ−Ａに沿って電機子組立体２０の下流に配置されている。下方案内体２４は、それを通って伸びる複数の開口１４を有する。下方案内体２４における複数の開口１４は、長手方向軸Ａ−Ａの周りに円周状に配置されている。シート２２はシート２２の上面２３から下方に伸びるほぼ凹状の領域７２と、長手方向軸Ａ−Ａに沿って伸びるほぼ円形の開口部７４とを有する。着座面７３は、凹状領域７２と開口部７４と間に拡がっており、かつ円錐台状をなしている。弁体１２の下流端部１３に配置された密閉溶接部４８は、シート２２を弁体１２で密閉する。

下方案内体２４は、電機子組立体２０の下流端部６２を、弁体１２内で、長手方向軸Ａ−Ａに沿って案内する。オリフィス円板１８は、シート２２の下流に配置されている。オリフィス６４は、オリフィス円板１８内に設けられている。オリフィス６４は、好適には長手方向軸Ａ−Ａに沿って、オリフィス円板１８の幾何学的中心を通って伸びている。別法として、オリフィス６４は、軸Ａ−Ａからそらすことができる。オリフィス円板１８に隣接するリテーナは、Ｏリングを固定するのに使用できる。

燃料フィルタ３４は、流入管路４１内に配置されている。燃料フィルタ３４は、モジュラー燃料噴射装置１０を通過する燃料中の微粒子（図示せず）を除去する。

電機子組立体２０は、電機子管５６の下流端部６２に溶接したボール１６を含む。電機子表面は、電機子管５６に結合できる。好適には、電機子表面は、電機子管５６の上流端部から径方向に拡がる平坦で、略円形の磁気円板５２である。弁体１２の内面７８は円板５２の側面９４の案内体７６として働く。内面７８と下方案内体２４は、電機子組立体２０の弁体１２内での相互動作を長手方向軸Ａ−Ａに沿って方向付ける。

モジュラー燃料噴射装置１０は電力群副組立体４０を含む。該副組立体４０は、流入管３８を取り巻くコイル組立体４３を含む。コイル組立体４３は、プラスチックボビン４２と端子４６を含む。コイル巻線４４は、プラスチックボビン４２に巻回されている。端子４６は、図１に示す如く所望の位置で曲げられている。コイル容器６０はコイル組立体４３を覆っている。次いで、コイル組立体４３及び容器６０は、プラスチック外被４５又は他の同様の変形可能な材料で被覆されている。電力群副組立体は、上記弁群副組立体と独立した副組立体として組立て可能であり、かつ弁群副組立体と組立前に検査できる。

弁群副組立体２１は、別々に組立てて検査でき、その後、電力群副組立体４０に組み付け得る。弁体１２、電機子組立体２０、流入管３８、非磁気シェル８０及び磁気停止部材８２を含む弁群副組立体２１は、非磁気シェルがプラスチックボビン４２の下流端部に接触するよう、電力群副組立体４０の下流端部に挿入できる。第１の固定部３０は、流入管３８の上流端部を外被４５に固定でき、また第２の固定部９５は、例えば該部材を溶接、接合又は融合する等の適当な固着手法により弁体１２をコイル容器に固着できる。

図２は、第１の作用空隙１５と第２の作用空隙８６の拡大図である。流入管３８は、上記長手方向軸に沿い、下面９０から磁気電機子円板５２の上面９２迄所定距離ｄ₁だけ離れた下面９０を含む。上面９２が、長手方向軸Ａ−Ａと交差するとよい。距離ｄ₁は第１の作用空隙１５になる。磁気停止部材８２の下面８４は、磁気電機子円板５２の上面９２から所定距離ｄ₂離れている。この距離ｄ₂は、上記長手方向軸に沿った上面９２から下面８４迄の第２の作用空隙８６となる。距離ｄ₁がｄ₂より長いとよい。

この好適な形態では、コイル４４は、流入管３８からコイル容器６０へ、そして磁気停止部材８２を通り、第２の作用空隙８６を経て電機子円板５２へ、更に電機子円板５２から第１の作用空隙１５を経て流入管３８へ戻る磁束８８を生成する電位（図示せず）により励磁される。第１及び第２の作用空隙を通る磁束８８の流れは、該第１及び第２の作用空隙内で、ばね２８の力に抗して電機子組立体２０を引き付ける長手方向軸Ａ−Ａの方向の電磁力を生ずる。電機子組立体２０は、電機子円板５２の上面９２が停止部材８２の下面８４に接触し、かつ該下面によって止められるように、第２の作用空隙８６の距離にわたり位置がずれる。停止部材８２は、第２の空隙８６を通る磁束８８を、長手方向軸Ａ−Ａの方向へ向けるべく、第２の空隙８６は作用空隙を形成する。即ち第２の作用空隙８６を通る磁束８８は、電機子円板５２を引き付ける電磁力の形で有用な作用を生ずる。

従って、停止部材８２は、第１の作用空隙１５に生ずる第１の磁極に加えて、第２の磁極が第２の作用空隙８６に生ずる故、第１の固定子部材３８に加えて第２の固定子部材であると考え得る。空隙１５と８６は共に有用な作用を生ずる故、該磁気回路の効率は、各１つの作用空隙と寄生空隙とを有する公知のアクチュエータに比べて増加する。

上記好ましい実施形態の幾つかの特徴は、電機子円板の上面９２の一様に分散した最小限の磨耗を容易にする。流入管３８の下面９０に接触するのではなく、停止部材８２の下面８４に接触する該電機子の上面９２は、より分散した接触面を生ずる。電機子円板５２は、電機子組立体２０の位置が長手方向軸Ａ−Ａに沿ってずれた際、弁体１２の内面７８により案内される湾曲した側面９４を含む。側面９４が湾曲しているため、側面９４は、側面９４の周囲の周り３６０°に拡がるラインに沿って内面７８に接触する。製造上の公差の限界により、停止部材８２の下面８４及び上記電機子円板の上面９２は、互いに厳密に平行でなくてもよい。湾曲面９４と内面７８間の接線は、該電機子の上記長手方向軸に対する３度の自由度に対し僅かな傾斜（例えばボールインリング形状）を容易にする。この特徴は、一つの好ましい実施形態では、停止部材８２の下面８４と該電機子円板の上面９２とを、一平面内で互いに接触させ、その結果電機子組立体２０と弁体１２の間の公差による僅かなずれを可能にする。好ましくは、これら２つの接触領域内の、停止部材８２の下面８４及び該電機子円板の上面９２は、各々の面の磨耗を低減すべく、クロムからなる層で被覆されている。米国特許第６４９９６６８号明細書は、クロム処理技術について開示しており、該明細書の全体を参照により組み込む。これらの特徴の組合せは、該噴射装置の寿命にわたり不変の流れを生ずる。

磁束８８が、弁体１２ではなく停止部材８２を通るため、弁体１２は３００シリーズのステンレス鋼等の非磁性材料で形成できる。従って、該弁体は、金属射出成型、打ち抜き加工又は深絞り加工等の費用効果があるプロセスによって形成できる。

作動中、加圧された燃料は、モジュラー燃料噴射装置１０の流入管３８の上流端部３７に供給される。燃料は、流路４１と燃料フィルタ３４を流れる。燃料は、燃料フィルタ３４から調節管３６を経てばね２８を通過する。一旦ばね２８を通過すると、燃料は、円板５２の穴５４を通り、電機子管５６と管５６の開口５６ａとを経て弁体１２内に入る。そして燃料は、下方案内体２４の複数の開口１４を通過し、上記噴射装置組立体１０が通電される迄、シート２２のほぼ凹状の領域７２に入れられる。噴射装置１０から燃料を放出すべくコイル４４が通電され、流入管３８からコイル容器６０、磁気停止部材８２を通り第２の作用空隙８６を経て電機子円板５２に達し、該円板５２から第１の作用空隙１５を経て流入管３８へ戻る磁束８８を生成する。第１及び第２の作用空隙１５、８６を通る磁束８８の流れは、該両空隙内で、長手方向軸Ａ−Ａ方向において、電機子組立体２０をばね２８の力に抗して引き付ける電磁力を生ずる。電機子／ボール２０組立体は、第２の作用空隙８６の距離以上ずれており、また長手方向軸Ａ−Ａに沿って弁体１２の内面７８と下方案内体２４とで案内される。シート２２の凹部７２に入った燃料はここで自由になりシート２２の円形穴７４を通り、オリフィス６４を経てエンジン内に入る。コイル４４から電位が除去されると、磁束８８はなくなる。ばね２８により生ずる下方への圧縮力は、電機子組立体２０をシート２２内へ戻すように落下させ、計量済燃料の流れを防ぐ。

上記のように、上記モジュラー燃料噴射装置を製造する方法を含む上記好ましい実施形態は、本明細書に記載された好ましいモジュラー燃料噴射装置に限定されず、例えば２００４年１月１３日にDallmeyer等に付与された米国特許第６６７６０４４号明細書に示されかつ記載されているモジュラー燃料噴射装置等の他のモジュラー燃料噴射装置にも使用でき、該明細書の全体を参照により本出願に組み込む。

本発明を、特定の好ましい実施形態に関して開示してきたが、特許請求の範囲及びその等価物に定義したような本発明の分野及び範囲を逸脱することなく、記載した実施形態に対する多くの変更例、代替例及び変形例が可能である。従って、本発明は上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の用語により定義した全ての範囲を包含するものである。

本発明の一実施例に係るモジュラー電磁式燃料噴射装置の断面図である。 図１のモジュラー燃料噴射装置の様々な構成要素の拡大図である。 図１に示す電力群副組立体に挿入される前の弁群副組立体の断面図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射装置、１１、１９、３７ 上流端部、１２ 弁体、１３、３９、８４ 下流端部、１５、８６ 空隙、１８ 開口円板、２０ 電機子組立体、２１ 弁群副組立体、２２ シート、２４ 下方案内体、２８ ばね、３４ 燃料フィルタ、３６ 調節管、３８ 流入管、４０ 電力群副組立体、４１ 流入管路、４２ プラスチックボビン、４３ コイル組立体、４５ 外被、４６ 端子、４８ 密閉溶接部、５２ 磁気円板、５６ 電機子管、６０ コイル容器、６４ 開口、７２ 凹状領域、７３ 着座面、７４ 開口部、７８ 内面、８０ 非磁気シェル、８２ 磁気ストップ部材、８４、９０ 下面、９２ 上面、９４ 湾曲面、９５ 固定部

Claims (20)

1. 電磁コイルを覆う容器と、前記コイル及び容器を囲む外被とを含む電力群副組立体と、弁群副組立体とを含むモジュラー燃料噴射装置であって、
   前記弁群副組立体は、
   長手方向軸に沿って伸びる流体路を画定する第１の固定子部材と、
   第２の固定子部材と、
   前記第１の固定子部材と、
   前記第２の固定子部材との間に配設された非磁性シェルと、
   前記第２の固定子部材に結合され、弁体を前記コイル容器に固定する固定部を含む弁体と、
   前記弁体内に配置された電機子部材とを含み、
   前記電機子部材は、閉鎖部材に結合されており、かつ閉鎖部材が第１の形態でシートに接触し、かつ第２の形態において前記シートから離間している第１の形態の間で前記第１及び第２の固定子部材に対して移動可能であり、前記電機子部材が、少なくとも一部が長手方向軸と交差する平面に隣接した電機子面を有し、前記電機子面の第１の部分が、前記第１の固定子部材と対向して、前記長手方向軸に沿って、前記電機子面から前記第１の固定子部材への第１の作用空隙を画定し、前記電機子面の第２の部分が、前記第２の固定子部材と対向して、前記長手方向軸に沿って、前記電機子面から前記第２の固定子部材への第２の作用空隙を画定する
   モジュラー燃料噴射装置。
2. 前記電機子面の前記第１及び第２の部分の各々が、平坦な面を備える請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記第１の作用空隙が、長手方向軸の方向に第１の長さを有し、第２の作用空隙が、長手方向軸の方向に第２の長さを有し、第１及び第２の長さのうちの一方が、第１及び第２の長さのうちの他方より長い請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 前記第２の作用空隙が、長手方向軸に対し、前記第１の作用空隙から径方向外側に設けられた請求項３記載の燃料噴射装置。
5. 前記第１の固定子部材が流入管を備える請求項４記載の燃料噴射装置。
6. 前記第２の固定子部材が、容器に隣接する請求項５記載の燃料噴射装置。
7. 前記電機子部材が、第２の固定子部材に接触しており、かつ第２の形態の第１の固定子部材から離間している請求項１記載の燃料噴射装置。
8. 前記電機子面の第１及び第２の部分の各々と、第２の固定子部材とに付着したクロム層を更に備える請求項７記載の燃料噴射装置。
9. 前記閉鎖部材が球体の一部を画定する面を備え、シートが円錐台を画定する面を備える請求項１記載の燃料噴射装置。
10. 前記弁体が第１の面、電機子部材が周囲の第２の面を含み、第１及び第２の面の内の一方が、第１及び第２の面の内の他方に対し、前記長手方向軸の周りに線接触を画定する請求項１記載の燃料噴射装置。
11. 前記弁体が非磁性材料を含む請求項１０記載の燃料噴射装置。
12. 前記非磁性材料が、３００シリーズのステンレス鋼を含む請求項１０記載の燃料噴射装置。
13. 前記第１の固定子部材が流入管を備える請求項１記載の燃料噴射装置。
14. 前記流入管内に配設されたフィルタ要素を更に備える請求項１３記載の燃料噴射装置。
15. 前記フィルタ要素が、調節管とフィルタとを備え、調節管が、流入管の壁面に接触しており、フィルタが前記壁面から離間している請求項１４記載の燃料噴射装置。
16. 前記電機子面に接触する第１の端部と、調節管に接触する第２の端部とを有する弾力性部材とを更に備える請求項１５記載の燃料噴射装置。
17. 前記外被を前記流入管に固定する別の固定部を更に備える請求項１６記載の燃料噴射装置。
18. モジュラー燃料噴射装置を製造する方法であって、
    電磁コイルに結合された容器と、前記コイル及び前記容器を囲む外被とを有する電力群副組立体を形成する工程と、
    長手方向軸に沿って伸びる流体路を画定する第１の固定子部材と、第２の固定子部材と、 前記第１の固定子部材と前記第２の固定子部材との間に配設された非磁性シェルと、前記第２の固定子部材に結合された弁体と、前記弁体内に配設された電機子部材とを有する弁群副組立体を形成する工程と、
    前記弁群副組立体を前記電力群副組立体内に挿入する工程と、
    前記電力群副組立体を前記弁群副組立体に固定する工程とを含み、
    前記電機子部材が、前記弁体内に配置されたシートに隣接する閉鎖部材に結合されており、前記電機子部材が、少なくとも一部が、前記長手方向軸と交差する平面に隣接した電機子面を有し、前記電機子面の第１の部分が、前記第１の固定子部材と対向して、前記第１の固定子部材に対して、前記長手方向軸に沿って前記電機子面から前記第１の固定子部材までの第１の作用空隙を画定し、前記電機子面の第２の部分が、前記第２の固定子部材と対向して、前記長手方向軸に沿って前記電機子面から前記第２の固定子部材までの第２の作用空隙を画定する
    モジュラー燃料噴射装置の製造方法。
19. 前記固定する工程が、コイル容器を弁ボディに固定する工程を含む請求項１８記載の方法。
20. 前記固定する工程が、第１の固定子部材を外被に固着する工程を含む請求項１９記載の方法。

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