JP4587156B2 - ニードル位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、内燃機関の燃料噴射装置のノズル内のニードルの位置を検出する手段と装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
噴射ノズルが閉じているか開いているかを検出することによって、燃料噴射システムの制御効率を向上させることができる。この情報は、例えば、適応燃料供給(adaptive fuelling)又は噴射タイミング制御を行うエンジンの電子制御システムで使用することができる。
【０００３】
燃料噴射装置のノズル内のニードルの位置を検出する装置の例は、米国特許番号第4,625,918号や第4,398,670号に記載されているように、一般的に公知である。これらの装置では、ニードルは、ノズルが開位置にある間は、このニードルのガイド面上に載置された絶縁層によってノズル本体と噴射装置の残こりの部分から電気的に絶縁され、ノズルが閉状態にある間は、このニードルは本体及び従ってアースと電気的に接続されている。このような装置の欠点は、ニードルを外部の導電検出装置(continuity-sensing device)に接続するため、導電体を噴射装置の上部部材に通す必要のあることである。噴射装置の上部部材の設計が複雑である場合またはニードルのスプリングチャンバを使用して背圧によってノズルを閉塞する場合には、噴射装置の上部部材に電気的に絶縁され油圧によってシールされた導電体を設けることは困難であるかまたは実行不可能である。
【０００４】
１９９８年７月におけるオーストラリアのシドニー所在のニューサウスウエルズ大学の機械製造工学部において行われたＡＲＣ共同研究プロジェクトの最終報告において、ミルトン他の「エンジンの校正と最適化のためのチューニング可能なディーゼルエンジンの噴射システムの開発」において開示された噴射タイミングセンサは、上述したように絶縁したニードルを使用する以外に、ニードルのスプリングチャンバを有する噴射装置の上部部材をアース及び噴射装置の下部部材から絶縁することによって、この問題に対する１つの解決策を提供するものである。この設計では、上部部材全体がニードルを導電検出装置に接続する導電体として機能し、従ってシールおよび絶縁された導電体を噴射装置の上部部材に通す必要がなくなる。
【０００５】
噴射装置の上部及び下部部材を相互から絶縁するためニードルを被覆するのに使用されたものと同じ絶縁層を使用することができる。この絶縁層は上部及び下部部材を共に保持するキャップナットのねじ部に適用すると共にこれらの部材間で平坦なメカニカルシールを形成する複数の面の１つに適用する必要がある。一般的に、噴射装置の組立て中、噴射装置の一方の部材が他方の部材に対して固定された角位置を有することを保証するため、噴射装置には位置決めピンを使用する。このようなピンは一方の部材から突出し、他方の部材に形成されたマッチング孔に嵌合している。従って、これらの部材間の電気的絶縁を達成するため、位置決めピンまたはマッチング孔の内面を絶縁層で被覆しなければならない。
【０００６】
大部分の場合位置決めピンとマッチング孔の直径は、組立てを容易にし製造コストを削減するため、正確に同じではない。これらのピンと孔との相対位置は、また製作上の許容誤差のために不完全である。このことは、キャップナットを絞めつけている間、位置決めピンによって噴射装置の上部及び下部部材の相対的な回転を防止する場合、これらのピンとマッチング孔との間に線接触が形成される。その上、これらの孔の内面は一般的にドリルによって形成されるので、非常に滑らかな面を達成することは困難であり、従ってこれらのピンと孔の間の接触面は線接触ではなく、点接触になる可能性がある。
【０００７】
キャップナットの接触面とこのキャップナットとねじを介して係合されている部材と反対側の部材との間の摩擦に起因して、力が位置決めピンに作用することが知られており、この力は非常に高いため、これらのピンが剪断される場合がある。もしピンと孔の間に線または点接触が存在し、このピン上に絶縁層があれば、その接触点でこの層が破壊される可能性があり、２つの噴射装置の部材の間の絶縁障壁が失われ、その結果ニードル位置センサが故障する。
【０００８】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、従ってニードル位置検出装置の動作の信頼性を向上させることである。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の第１局面によれば、位置記録装置(position register device)を有する燃料噴射装置が提供され、上記燃料噴射装置は、第１部材と第２部材；上記第１部材とねじを介して係合して肩部を有し、上記第２部材に当接して上記第１部材と第２部材を共に保持するキャップナット；及び上記第１及び第２部材の相対的角位置を固定する位置決めピン；を有し、上記第１及び第２部材は絶縁層によって相手から電気的に絶縁され；上記絶縁層は、位置決めピンと上記部材の少なくとも１つとの間の電気的接触を防止するように配設され；上記燃料噴射装置は、上記肩部と上記第２部材との間の減摩層；及びノズルを開閉するように上記第１及び第２部材内を移動する往復動ニードルを有し、上記位置記録装置は上記第１部材に電気的に接続され、上記第２部材と上記位置記録装置はは各々等しい電位源またはアースに接続され、ここで、上記第１及び第２部材は、上記ニードルが開位置にある場合、電気的に接続されず、上記ニードルが閉位置にある場合、上記第１及び第２部材は、電気的に接続される。
【００１０】
第２局面では、本発明は上述したものと同一であるが、上記燃料噴射装置の上記第１及び第２部材を相手から絶縁するために使用する上記層は、減摩性を有し、従って上記減摩層の代わりに上記肩部と上記第２部材との間に使用され、ここで、コネクタを使用して上記第２部材をアースに電気的に接続する。
【００１１】
本発明を添付図を参照して例によって説明し、ここでは本発明の異なった実施例の縦断面図を示す。
【００１２】
【発明を実施するための最良の形態】
図１の実施例は、燃料噴射装置１と位置記録装置２を示す。燃料噴射装置は、スプリングチャンバ３を有する第１部材、アダプタプレート４及びノズル５を有する第２部材、ニードル６、位置決めピン７及び８、肩部１０と線状部１１を有するキャップナット９、ニードルリターンスプリング１２、及びチャンネル１４によって構成される。またエンジンシリンダヘッド１５の断面に示すように、燃料噴射装置が取り付けられている。スプリングチャンバ３、アダプタプレート４及びノズル５はキャップナット９によって共に保持されているが、このキャップナット９は十分な軸方向のスラストを与えることによって、ノズル５が開放された場合、高圧の燃料がニードル６とニードル着座部１６との間以外からチャンネル１４の外に逃げることができないことを保証している。位置決めピン７及び８は、キャップナット９を絞めつけている間に、ノズル５、アダプタプレート４及びスプリングチャンバ３が相対的に回転するのを防止する。第１及び第２部材は、絶縁層１７によって相手から電気的に絶縁されている。ピン７は、図２に示すように、絶縁層１７によって、第２部材からまた絶縁されている。第２部材は、図１に示すように、キャップナット９とエンジンシリンダヘッド１５を介してアースに接続されている。ニードル６の円筒状ガイド面１８は絶縁層によって被覆され、この絶縁層は、ニードル６がニードル着座部１６から上昇した場合、このニードルとノズル５が電気的に接触するのを防止する。ニードルはリターンスプリング１２を介して第１部材に電気的に接続されている。第１部材は、位置記録装置２に接続され、ノズルを閉じた場合、ニードル６とニードル着座部１６を介する以外アースに電気的に接触することを防止されている。
【００１３】
減摩層１９を肩部１０とノズル５の間に設ける。この層１９によって、キャップナット９を絞めつけている間に発生する軸方向の所定のスラストで位置決めピン７に伝達されるトルクを削減する。これによって、絶縁層１７を介してピンによってアダプタプレート４に加えられる力が削減される。従って、噴射装置の組立てまたは動作中に発生する絶縁層１７が破壊されることに起因する噴射装置の第１及び第２部材の間の電気的接触の可能性が、削減される。
【００１４】
図３に本発明の他の形態を示し、この他の形態では、第１部材がスプリングチャンバ３とアダプタプレート４によって構成され、第２部材がノズル５によって構成される以外、上述したものと同じである。絶縁層２０はアダプタプレート４とノズル５の間に載置されると共に位置決めピン８とノズル５の間に載置される。更に、キャップナット９のねじ部を絶縁層２１によって被覆し、これによってキャップナット９とエンジンシリンダヘッド１５を介して第１部材とアースの間で電気的接触の行われるのを防止する。
【００１５】
絶縁層２０と２１は、電気絶縁性と減摩性とを兼備するように形成されている。これらは、例えば，炭化処理及びイオン注入処理を受けた物質またはその他の適当な材料によって構成されている。このような材料を使用することによって、これを減摩層の変わりにキャップナット９の肩部１０に適用することが可能になり、これによって位置決めピン８に伝達されるトルクが削減される。噴射装置の第２部材、即ち、この場合、ノズル５と、エンジンブロック１５及びアースとの間で電気的接触を保持するため、コネクタ２２をノズルとキャップナット９の間に位置させる。
【００１６】
図４に示す本発明の他の形態は上述したものと同じであるが、ここでは電気的絶縁及び減摩層２１をキャップナット全体に付着させ、第２部材（ノズル５）とアースとの間の電気的接触は、ノズル５をエンジンシリンダヘッド１５に接続するコネクタ２２によって保持している。このようなコネクタは、図４に示すように、環状のスプリングのクリップの形態にすることができ、または噴射装置の第２部材とエンジンシリンダヘッドとの間の確実な電気的接触を保証する他のいずれかの要素の形態にすることができる。
【００１７】
本発明による燃料噴射装置と位置記録装置は下記のように動作する。図１を参照して、最初の位置でチャンネル１４を減圧すると、図１に示すようにリターンスプリング１２がニードル６を底部位置に保持し、位置記録装置２とエンジンシリンダヘッド１５との間の電気回路が、スプリングチャンバ３、リターンスプリング１２、ニードル６、ニードル着座部１６、ノズル５、減摩層１９及びキャップナット９の間で完成される。
【００１８】
高圧の燃料をチャンネル１４に供給すると、これはリターンスプリング１２の力に打ち勝ち、ニードル６をその着座部から上昇させる。ニードルが着座部を離れた瞬間燃料の噴射が開始され、同時に位置記録装置２とエンジンシリンダヘッドとの間の回路が、第１部材を第２部材から絶縁しているスプリングチャンバ３と位置決めピン７の絶縁層１７と、ニードル６とノズル５との間の絶縁層１８によって開放される。噴射が完了し、ノズル５がニードル６によって閉ざされると、位置記録装置２とエンジンシリンダヘッド１５との間の電気的接触が回復される。位置記録装置はエンジン管理システム（図示せず）にノズルの開閉する瞬間の情報を提供し、この情報は噴射プロセスの噴射のタイミングと持続時間を監視し制御するために使用することができる。
【００１９】
図３に示す本発明の他の形態では、燃料噴射装置と位置記録装置は、同様に動作する。ノズルが閉じると、位置記録装置２とエンジンシリンダヘッド１５との間の回路が、スプリングチャンバ３、リターンスプリング１２、ニードル６、ニードル着座部１６、ノズル５、コネクタ２２及びキャップナット９によって完成される。絶縁層１８がニードル６とノズル５との間に設けられているため、ニードルによってノズルが開かれると、この回路は開放される。
【００２０】
図４に示す本発明の他の形態は、同様に動作する。唯一の相違点は、ノズルとエンジンシリンダヘッドとの間の電気的接続がキャップナット９をバイパスするコネクタ２３を介して保持されていることである。
【００２１】
燃料噴射ノズル内のニードルの位置を検出する公知の装置に対する本発明の利点は下記によって達成される。
− ノズル５とキャップナット９の肩部１０との間に減摩層１９を適用すること。
− 電気絶縁性と減摩性を兼備する層を、噴射装置の第１及び第２部材の絶縁に適用し、ノズル５とキャップナット９の肩部１０との間に減摩層を設けること。
− 表面全体を電気絶縁性と減摩性とを兼備した層によって被覆したキャップナット９と、ノズル５をエンジンシリンダヘッド１５に電気的に接続するコネクタ２３を適用すること。
【００２２】
ノズル５とキャップナット９の肩部１０との間に減摩層１９を適用することによって、ニードル位置センサの動作の信頼性が向上する。これは、キャップナットの絞めつけ中に、位置決めピン７に伝達されるトルクが減摩層１９によって削減されるためである。トルクが削減されることによって、ピンとマッチング孔との間の接触圧が削減され、これはピンと孔との間に位置する絶縁層の損傷を防止するのに役立つ。上述したように、孔とピンの位置と直径が製造上不正確であることに起因して、ピンと孔との間の接触領域が小さい可能性があるので、このことは特に重要である。従来技術のシステムでは、減摩層１９を使用していないことによって、位置決めピンの表面に過剰な接触圧がかかり、これによって絶縁層が破壊され、ニードル位置センサが故障する可能性がある。
【００２３】
位置決めピンに伝達されるトルクを削減するために減摩層１９を使用することによって、キャップナット９を絞めつけることによって発生する噴射装置の第１及び第２部材のひずみが削減されるという別の利点も得られる。これは第１及び/または第２部材に含まれている可能性のある精密ガイド面のひずみを最小に保持し、従って噴射装置の動作の信頼性を向上させるのに役立つ。
【００２４】
噴射装置の第１及び第２部材を絶縁すると共にノズル５とキャップナット９の肩部との間に減摩層を設けるため、電気絶縁性と減摩性を兼備する層を適用することは、製造コストを削減する上で有利であるが、その理由は、これによって、２つの異なった機能を有する要素をニードル位置検出装置に設ける場合に、同一の技術的プロセスと装置を使用することができるためである。もし噴射装置の第１及び第２部材を絶縁するために使用する層が減摩性を有していなければキャップナット９の肩部を被覆するために、特別の減摩層を使用しなければならず、これによってコストが増加する。肩部１０とノズル５との間に別のワッシャを使用することが可能であるが、これによってノズルのオリフィスとエンジンの燃焼室との相対位置を決める一連の許容誤差に含まれなければならない他の寸法が増加するため、このワッシャの使用は避けなければならない。別のワッシャを使用すると、噴射装置の組立て中にミスの発生するリスクがまた増加する、例えば、このワッシャの挿入を忘れる可能性があり、その結果燃焼室で噴射された燃料に調整不良が発生し、エンジンの性能が低下する。
【００２５】
第２部材をアースに電気的に接続するため、コネクタ２３（図４参照）と共に減摩電気絶縁層を表面全体に被覆したキャップナット９を適用すると、図３に示すように、第２部材からエンジンシリンダヘッドへの導通を得るために使用するキャップナット９の表面をマスクするか、またはこの表面から絶縁層を取り除く作業が不必要になることによって、更に製造コストを削減することができる。
【００２６】
上に特定の実施例によって示した本発明に対して、一般的に説明した本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多くの変形及び／または変更を加えることが可能であることを当業者は理解している。このような変形の１つではコネクタ２３を板ばねの形状とし、またはこのコネクタを別の要素として構成せず、第２部材またはキャップナットの一部として構成し、この第２部材またはキャップナットは第２部材とアースとの間で電気的接触を行うように特別に設計する。従って、本発明は全ての点で例示として考えるべきものであり、限定を行うものとして捉えるべきではない。

Claims (4)

1. 第１部材と第２部材；前記第１部材とねじを介して係合して肩部（１０）を有し、前記第２部材に当接して前記第１部材と第２部材を共に保持するキャップナット（９）；前記第１及び第２部材の相対的角位置を固定する位置決めピン（７）；前記第１部材を前記第２部材から電気的に絶縁する絶縁層（１７）であって、前記位置決めピンと前記部材の少なくとも１つとの間の電気的接触を防止するように配設されている前記絶縁層；前記第１及び第２部材内に構成されているチャンネル（１４）；及び前記チャンネルを開閉するように前記第１及び第２部材内を移動する往復動ニードル（６）；を具備し、前記第１及び第２部材は、前記ニードルが開位置にある場合、電気的に接続されず、前記ニードルが閉位置にある場合、前記第１及び第２部材は、電気的に接続される燃料噴射装置（１）において、減摩層（１９）を前記肩部と前記第２部材との間に載置し、これによって前記キャップナットを絞めつける場合に前記位置決めピンに伝達されるトルクを削減することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記第２部材から前記第１部材を電気的に絶縁するために使用する前記絶縁層は、減摩性を有し、前記減摩層の代わりに前記肩部と前記第２部材との間に載置され、前記第２部材をアースに電気的に接続するコネクタ（２２）を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記第１部材に接続された位置記録装置（２）を有し、前記第２部材と前記位置記録装置はそれぞれアースに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記減摩層は、前記キャップナットの肩部と前記第２部材との間に被覆によって付着されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料噴射装置。

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