JPH11509077A

JPH11509077A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH11509077A
Application number: JP9504647A
Authority: JP
Inventors: ジョンロングマン，デイビッド; ヤヌーシュターノ，レック
Original assignee: オービタル、エンジン、カンパニー（オーストラリア）、プロプライエタリ、リミテッド
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1999-08-03
Also published as: AUPN391295A0; WO1997002425A1; EP0835378A1; TW312731B; KR19990028498A; EP0835378A4; CA2221121A1; US5979786A

Abstract

(57)【要約】ソレノイドで作動するアクチュエータは、単一のソレノイドコイル（３）と；ソレノイドコイル（３）が選択的に励磁されかつ非活性化されるときに移動可能な第１の電機子（９）と；同一の前記ソレノイドコイル（３）が選択的に励磁されかつ非活性化されるときに移動可能な第２の電機子（２６）と；を備える。本発明のアクチュエータは、燃料噴射器（１）における装入物供給および燃料計量弁（２１：８）の開口を制御するために用いられ、前記装入物供給および燃料計量弁（２１：８）の開口のオーバーラップが達成される。

Description

【発明の詳細な説明】燃料噴射装置本発明はソレノイドで作動するアクチュエータに関し、より詳しくはソレノイドで作動する燃料噴射装置に関する。エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置は良く知られている。ソレノイドで作動する燃料噴射装置もまた、良く知られている。例えば、本願の出願人による米国特許第４９３４３２９号には、ボディ内のポートキャビティを通って延在するステムに接続されたバルブ要素の作動に従って、エンジンの燃焼室との連通を提供するポートを有したボディを備える燃料噴射装置が開示されている。ボディ内部の電磁気手段は、バルブステムの周りに配置されるとともに、バルブステムに作動的に接続されている。それゆえ、電磁気手段が選択的に励磁され若しくは非活性化されると、バルブ要素はポートを開閉する。その場合、電磁気手段は、ポートを開閉するバルブ要素のみを作動させる。ポートキャビティへの燃料の供給は、燃料計量ユニットの制御によって生じるが、このユニットは、例えば、ゼネラルモーターズ社のＲｏｃｈｅｓｔｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎによって「Ｍｕｌｔｅｃ」の商標で販売されている。典型的に、燃料計量ユニットは通常、ソレノイドによって作動する別個の燃料計量バルブを有している。ゼネラルモーターズ社に発行された米国特許第４９２５１１２号は、２サイクルエンジンの燃焼室に燃料および空気の装入物を直接供給するように構成された燃料噴射器を開示している。一対のソレノイドコイルは、燃料計量バルブの役割を果たす電機子と装入物供給バルブを作動させる電機子との間に位置している共通軸に沿って、一列に並べられている。この燃料噴射器においては、全体サイズを最小にするために、空気および燃料を噴射する複数の燃料噴射器が一つのパッケージ内に組み込まれている。上述した燃料噴射器はユニットの実例であるが、これらの燃料噴射器は、ある用途においてサイズおよびコストに関する困難を呈する。本願の出願人による米国特許第４９３４３２９号には、燃料噴射器ユニットの全体的なサイズの問題が示されている。すなわち、燃料計量ユニットおよび別個の燃料噴射装置との組み合わせが開示されている。このような組合せは、ある用途においては、体積がかさばるという不利益に苦しむことになる。それに加えて、数々の可動部品および燃料計量ユニットと燃料噴射ユニットとを分離するという要求は、燃料計量ユニットと燃料噴射ユニットとを一体化した場合に比較し、常により過大なコストを意味する。また、多数のソレノイド作動バルブは、それ自身がコスト要因となる。米国特許第４９２５１１２号は、計量ユニットおよび噴射ユニットを一つの装置にパッケージする技術を開示しているが、同じくコスト面での不利益を例示している。この特許においては、１つの全体的な燃料噴射器ユニットが開示されるが、２つのバルブ電機子を作動させる２つのソレノイドコイルがまだ存在している。２つの別個のコイルの使用は、ユニットが全体的に重くかつかさばるという不利益を生じさせる。さらに、コスト面での不利益は、一対のソレノイドコイルの作動のために必要な一対の制御チャネルおよび関連駆動回路のコストに直面する。上述したサイズおよびコストの問題は、価格に敏感な市場においては、無視することができない問題である。そこで、わずかなコスト差であっても、発展した経済観念の下では、その製品が技術的に有利であるか否かにかかわらず、その製品を売れないものとするのに十分なものとなる。単一のソレノイドを用いた燃料噴射器は、以前より提案されている。例えば、米国特許第５００４１６２号および欧州特許第４０４３５７号を参照されたい。しかしながら、これらのシステムは、燃料空気装入物を供給するための別個のソレノイドが設けられたシステムと比較されたときに、欠陥を示す。これらのシステムにおける単一のソレノイドの使用は、それらの作動における限界をもたらした。燃料空気装入物バルブの電機子がもはや独立していないので、燃料噴射および空気装入物供給の間のオーバラップが必要とされる場合、若しくは空気装入物の供給開始に先立って燃料噴射の開始が望まれる場合に困難が生じた。本発明の第１の目的は、先に確認したサイズおよびコストの不利益のいくつかを解消する、単一のソレノイドで作動する装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、先に確認したサイズおよびコストの不利益のいくつかを解消する、単一のソレノイドで作動する燃料噴射装置を提供することにある。第１の目的に鑑みて、本発明は、単一のソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルの選択的な励磁および非活性化に応じて移動可能な第１の電機子と、前記ソレノイドコイルの選択的な励磁および非活性化に応じて移動可能な第２の電機子とを備え、前記第１および第２の電機子は、前記単一のソレノイドが非活性化されたとき、順番に動くようにそれぞれ構成された、ソレノイドで作動するアクチュエータを提供する。より明確には、単一のソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルの選択的な励磁および非活性化に応じて移動可能な第１および第２の電機子とを備え、前記第１および第２の電機子は、前記単一のソレノイドコイルが励磁され非活性化されたときに、それぞれ第１および第２の位置の間で同じ順序で順番に動くようにそれぞれ構成された、ソレノイドで作動するアクチュエータが提供される。好ましくは、前記第１および第２の電機子は、第１および第２のバルブ若しくはスイッチ要素および電機子にそれぞれ接続されるとともに、バルブ若しくはスイッチあるいは他の手段を作動させるかどうかに関係なく、お互いにいずれかの望ましい時間的な関連において作動するように設計される。便利には、前記第１の電機子は、前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されおよび非活性化されたときに、第１のバルブを開閉するために作動可能とされ、かつ前記第２の電機子は、同一の前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されかつ非活性化されたときに、第２のバルブを開閉するために作動可能とされる。電子制御ユニットは、ソレノイドコイルへの通電を制御することによりアクチュエータの作動を制御するために用いられ、それゆえに各電機子の別々の若しくは同時の作動を許容する。燃料噴射への適用において望まれる特徴は、以下に論議される。しかしながら、他の作動モードもまた達成可能である。アクチュエータの望まれる作動を達成し若しくは寄与するために、電機子の形状寸法は個々に選ばれる。さらに、バルブ要素は、ばねあるいはその他装置によって適切に、どのような望まれる範囲および／または位置に個々に付勢される。典型的には、前記バルブ若しくはスイッチ要素は、前記バルブあるいはスイッチの閉位置に一致する位置に付勢される。ソレノイドコイルの通電によって生成される、電機子の動きを引き起こすための磁気力は、前記付勢力を上回ることが求められる。この意味において、電機子自身に作用する付勢力の範囲は計算され、かつ適切に選択されたばね若しくはその他の手段によって負荷されて、電機子の動きの制御に影響を及ぼす追加の設計パラメータを提供する。同じように、電機子は、望まれる性能を成し遂げるために、各々相対的に若しくはソレノイドコイルに関連して位置決めされる。動作パラメータは、それぞれの用途に合わせて、計算、試行錯誤あるいは両方の組合せによって選択される。一般的に、電機子の部分は、ソレノイドのハウジングあるいはケーシングと共に、ソレノイドコイルのまわりに磁気回路を形成する。前記磁気回路は、電機子を作動させるためのエネルギーを提供し、磁気回路内の電機子の部分は回路内の磁気流動によって作用される。一次および二次の磁気回路は、ハウジングと第１および第２の電機子よってそれぞれ形成される。電機子に加えられる磁気力を制御するために、第１および第２の電機子に対応する各磁気回路内の磁気抵抗若しくは磁気流動に対する抵抗を制御することが望まれる。磁気回路内の磁気抵抗は、種々の方法によって制御される。電機子とハウジングの磁極面若しくは作動表面との間の隙間は、磁気隙間として知られ、磁気抵抗が依存する１つのパラメータである。磁気隙間の寸法が増加すると、磁気回路の磁気抵抗も増加する。各電機子が、バルブ若しくはスイッチの開閉位置に対応する少くとも２つの端部位置を有することが認められる。各電機子の磁気隙間は、一般に、その一方の端部位置において最も大きく、かつその他方の端部位置において最も小さい。通常、休止位置において磁気隙間は最も大きく、電機子がソレノイドの作動によってフルに作動させられたとき磁気隙間は最も小さい。このように、磁気回路の磁気抵抗は、休止位置とフルに作動させられた位置とにおいて実質的な差異がある。端部ストッパは、端部位置を限定するために用いられ、したがって各電機子に関連する磁気隙間を制御する。最小隙間の維持を保証するために、必要に応じ、電機子と磁極面との間に低磁気透過性のスペーサが挿入される。電機子自体の形状寸法は、磁気回路の磁気抵抗に影響を及ぼす。例えば、磁気回路の一部を形成する電機子の断面積の減少は、回路の磁気抵抗を増加させる。電機子を形成する材料の選択は、同じく各磁気回路の磁気抵抗間の差をもたらす。電機子に加えられる磁気力は、電機子を休止位置に保持する付勢手段に対して作用する。付勢手段は、ばねあるいはその他の適切な装置とすることができる。第１および第２の電機子について、適切な磁気隙間、電機子の形状寸法、電機子の材料および付勢手段を選択することにより、電機子を必要とする順序で作動させるための、各電機子を作動させかつ所望の位置に保持するために必要とされるソレノイドの通電レベルを予め決定することができる。上記は、各電機子を含む一次および二次の磁気回路の磁気特性の操作を可能にし、バルブ若しくはスイッチ要素の望まれる作動を提供する。これが、順番に各電機子の動きに影響を与え、かつ第１および第２のバルブ若しくはスイッチ要素の望まれる性能を成し遂げるために、選択可能な設計パラメータを提供する。特に、各電機子の引き付け表面（すなわち、各隙間を閉じるために強磁性ケーシングの対応する引き付け表面と一緒になる表面）の形状寸法と領域との関係は、第１および第２の電機子の望まれる作動を成し遂げるために設計される重要な設計パラメータである。各電機子は、また、機械的に係合するように設計される。すなわち、電機子は、第１の電機子が、その動きによって、機械的な影響の下での第２の電機子の望まれる動きを生じさせるように設計される。この点で、アクチュエータは、機械的若しくは磁気的な力による、いずれかの電機子の動きの範囲の全体若しくは一部にわたる電機子の動きを許容する。もちろん、ソレノイドで作動するバルブ若しくはスイッチ装置の望まれる作動を達成するために、これらのパラメータのいずれか一つ若しくはそれ以上を選択することができる。しかしながら、上で論議されたパラメータはいずれも、装置の望まれる作動を成し遂げるために、その組合せを変えることができることは理解される。第２の目的に鑑みて、本発明は、ソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されかつ非活性化されるときに、燃料噴射装置に燃料を供給するために燃料入口バルブを開閉可能な、第１バルブ要素に接続された第１の電機子と、同一の前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されかつ非活性化されるときに、前記燃料噴射装置から燃料を供給するために装入物供給バルブを開閉可能な、第２バルブ要素に接続された第２の電機子と、を備える燃料噴射装置を提供する。第２の電機子の作動は、噴射装置に対するガスの流れを制御する。ここで、燃料は圧力が負荷されたガス、典型的には空気によって伴出されてエンジンの燃焼室に供給される。しかしながら本発明は、そのような伴出が生じる、ソレノイドで作動する燃料噴射装置における使用に限定されない。実際問題として、ソレノイドコイルによって生成された磁気力は、主に、電機子を好ましい位置、一般にはバルブの閉鎖位置に一致する位置に付勢する、ばねあるいはその他手段によって生成された所定の付勢力に抗して作用する。ソレノイドコイルへの電流供給の適切な制御により、適切な電機子上に十分な磁気力を発揮することによって、燃料入口バルブは、計量された量の燃料が燃料噴射装置に供給されることを許容するために操作される。この計量された量の燃料は、空気のような圧力が負荷されたガスと選択的に混ぜられる。ソレノイドコイルを励磁する電流は、好ましくは、第２の装入物供給バルブを開いて気体／燃料装入物をエンジンの燃焼室に供給するために、必要とされる割合で増加される。燃料噴射装置の電機子の形状によって、および前記電機子の制御のための磁気回路の設計によって、装入物供給バルブが開口している時間の一部若しくは全部の間、燃料入口バルブは開口したままとなり、若しくは装入物供給バルブが開いたとき若しくは開く前に実際に閉じる。この点において、装入物供給および燃料入口バルブのこのようなオーバーラップ動作は、本明細書に記載される燃料噴射装置の固有の特徴であることが理解される。装入物供給バルブおよび燃料入口バルブのこのようなオーバーラップ動作は、例えば本願の出願人による米国特許第４８００８６２号に記載されているように、燃料流動の制御を提供するために用いられる。この特許の内容は、ここに参照として組み込まれる。そのような場合、例えば各電機子の隙間の寸法および形状の影響を受ける、第１および第２の電機子と関連する一次および二次の磁気回路の形状寸法や磁気抵抗は、バルブ要素の望まれるオーバーラップ動作を成し遂げるために、試行錯誤や計算によって変えることができる。燃料入口バルブや装入物供給バルブの作動が、望まれるエンジン性能を達成するために、エンジンの作動サイクルと時間的に関係するソレノイドコイルの通電を必要とすることは、典型的に予想することができる。さらに、本発明が、特定の燃料噴射器への適用に限定されないことは理解されるべきである。したがって、本発明は、本願出願人による米国特許第４９３４３２９号に開示されているように、装入物供給要素に接続された中空のステムを介して燃料が供給される燃料噴射器、および燃料あるいは燃料／ガス混合物が、装入物供給バルブ要素のステムを囲んでいる環状キャビティを通過する燃料噴射器に、等しく適用することができる。なお、前記特許は参照のために記載される。燃料噴射装置の状況において、燃料の計量および供給（噴射）を制御するここに提案されるアクチュエータは、以下のような多数の利点を有する：（ａ）別々のかさばる燃料計量ユニットを回避することによって、別々のソレノイドで作動する燃料計量バルブを回避することができる。それゆえに、結合された燃料計量／噴射ユニットのサイズを減少させることができる。（ｂ）燃料測定および噴射ユニットの一体化によって、可動部品、特に電機子の質量を減らすことが可能となり、騒音、振動およびハーシュネスをより小さくすることができる。（ｃ）単一のソレノイドコイルの使用は、燃料噴射装置の全体的な電力要求を減少させる。本発明は、添付の図面を参照してなされる、一実施例に関する以下の記述からより一層良く理解される。ここで、図１は、ソレノイド作動のバルブアクチュエータによって作動させられる燃料噴射装置の断面図である。図２は、図１中に示した領域Ａの部分の構造をより詳細に示す拡大図である。図３は、ソレノイドに通電される電流が１サイクルの間に増減する際の燃料噴射器の作動を図示する一連のプロットである。図１を参照すると、燃料噴射器１の強磁性ハウジング２内には、単一のソレノイドコイル３が設けられている。圧力が負荷された燃料供給源に接続可能な燃料入口４、および圧力が負荷されたガス供給源に接続可能なガス入口５が、ハウジング２に設けられている。通常、圧力が負荷されたガスは、燃料入口４を介して燃料噴射器１内に入る多量の燃料を、内燃エンジンの燃焼室（図示せず）に供給するために使用される。便利には、そのような場合、ガスは空気であり、かつ圧力が負荷された空気の供給源は、エンジンの作動に依存して駆動される空気圧縮器（図示せず）である。燃料噴射器１内においては、燃料および空気はチャンバ６内で混合されるとともに、ボア７を介して燃料チャンバ１０内に入り、装入物供給ポート２２を開閉するために選択的に作動可能なバルブ要素２１から延在するステム２４に形成されている流路２０を通って移動する。この目的のために、ステム２４の領域２３に開口が形成される。燃料入口４は、エンジンの作動サイクルに応じて開閉される入口バルブ８を介して供給される燃料に燃料噴射器１を連通させるために、それ自身で選択的に作動可能である。このために、燃料入口バルブ８は、燃料入口電機子９に堅固に接続されるとともに、その物理的な特性が適切に選択されたばね１１によって閉じられた位置に付勢される。これにより、燃料入口電機子９は、ソレノイドの内壁１２６から軸線方向に間隔を置いて配置され、軸線方向の空気隙間あるいは磁気回路隙間を１２に画成する。同じように、装入物供給バルブステム２４が装入物供給電機子２６に堅固に接続されるとともに、その物理的な特性が適切に選択されたばね２７によって閉じられた位置に付勢される。これにより、装入物供給電機子２６は、ソレノイドの電機子２６と内壁１２６との間に、軸線方向の空気隙間あるいは磁気回路隙間２８を画成する。図２を参照すると、内部ハウジング部材３２の磁極面３０は、電機子９，２６に隣接している。低磁気透過性のスペーサ３４は、電機子９と磁極面３０との間に配置されている。スペーサ３４の低い磁気透過性のために、効果的な磁気隙間１２が電機子９の下面３６と磁極面３０との間に測定される。スペーサ３４は、磁気隙間１２には影響を及ぼさないけれども、電機子９が磁極面３０の物理的な距離内に動くことを、少くともスペーサ３４の軸線方向寸法によって妨げる、物理的な障壁を提供する。このことは、磁気隙間１２の最小限の値を設定する。これとは対照的に、電機子２６は磁極面３０に接近することができ、かつ磁気隙間２８の最小限の寸法は有効的にゼロである。各電機子９，２６のそれぞれ最小限の磁気隙間は、電機子９２６がフルに作動させられたときに生じる。磁気隙間１２，２８の最大寸法は、バルブ８，２１が各座面と係合することによる端部ストッパによって設定される。このようにして、磁気隙間１２，２８は、最小値（バルブ８，２１がそれぞれ開いた状態）から最大値（バルブ８，２１がそれぞれ閉じた状態）まで変化する。空気装入物供給電機子２６の磁気隙間２８の最大値は、燃料入口電機子９の最大磁気隙間１２より大きい軸線方向の寸法を有するように選択される。電機子９は一次磁気回路の部分を形成し、電機子２６は二次磁気回路の部分を形成する。装入物供給電機子２６の動きは、ばね２７によるばね付勢力と等しい若しくはより大きい磁気力によって生じなければならない。同様に、燃料入り口電機子９の動きは、ばね１１によるばね付勢力と等しいか若しくはより大きい磁気力によって生じなければならない。この実施例においては、ばね２７は、ばね１１が電機子９に作用させるばね付勢力よりわずかに大きいばね付勢力を電機子２６上に作用させる。各ばね１１，２７によるばね付勢力の差、および各電機子９，２６の最大磁気隙間の差の結果によって、ソレノイド３が所定レベルの電流によって励磁されたときに、燃料入口バルブ８が開口する傾向が生じるが、装入物供給バルブ要素２１の開口は電流レベルのさらなる増加によって生じる。このことは、本願の出願人による米国特許第４８００８６２号に記載されているように、望まれる燃料流動およびエミッション性能を成し遂げるために望ましいが、その内容は参照によって組み込まれる。燃料噴射器１の作動は、図１および図２を適切に参照しつつ、以下のように記載される。供給される電流の増加によるソレノイドコイル３の活性化は、両電機子９，２６に作用する引き付け磁気力を増加させる。技術に熟練した者達に知られているように、引き付け力は各隙間１２，２８を横切って存在するとともに、強磁性ハウジング２および内部ハウジング３２の部分と共に電機子９，２６を含む各磁気流動経路を完成させる磁極面３０の方へ最終的に各電機子９，２６を引きつける役割を果たす。ばね１１のばね予圧は、電機子隙間１２の磁気飽和が生じる直前に、燃料入口電機子９に作用する磁気力がばね１１によって負荷されるばね力を十分に上回るとともに、隙間１２が最小寸法に接近することを開始するように設定される。上で議論したように、一次的な磁気回路は、電機子隙間１２が最小値のときに、各表面間の磁気抵抗がゼロとならないように設計される。この時点においては、装入物供給電機子２６に作用する引きつけ磁気力は、ばね２７によって負荷されるばね予圧力を上回るのにまだ十分ではないから、したがって装入物供給ポート２２は閉じられたままとなる。この第１ステップは、従来技術の２流体燃料噴射システムにおける、装入物供給燃料噴射器のホールディングチャンバ内に燃料が流入することを可能にする、別々の燃料計量ノズルの開口に匹敵する。このケースにおいては、燃料は、入口４を介して燃料チャンバ１０内に入ることを可能とされる。ソレノイドコイル３を励磁している電流の更なる増加は、回路が有効に飽和しているので、燃料入口電機子９に作用している保持力の認められるほどの増加は引き起こさないものの、装入物供給電機子２６に作用している磁気力は増加し続ける。この時点において、二次磁気回路は完全に飽和する。励磁電流によって誘発される力がばね２７の設定された付勢予圧力を十分に上回るので、装入物供給電機子２６は隙間２８の閉鎖を開始する。電機子隙間２８のサイズの減少は、二次磁気回路が飽和しているので、磁気流動のさらなる認められるほどの増加は引き起こさない。したがって、電機子９，２８に作用している磁気力は有効に不変であるが、両方のバルブが開いているので、装入物供給ポート２２および燃料入口バルブ８の開口のオーバラップが生じる。両方の磁気隙間１２，２８が最小状態にあるので、一次および二次の磁気回路の磁気抵抗は、減少させられる。そして、バルブ８，２１の開放状態に影響を及ぼすことなしに電流を減少させることは可能である。したがって、システムの電力消費を減少させるソレノイド電流の減少が実現される。この「保持電流」は、一般に知られているように、バルブ８，２１を開放するために必要な電流より少ないが、バルブ８，２１を開放位置に維持するには十分である。従来技術の２流体噴射システムについては、次のステップは、装入物供給燃料噴射器がエンジンの燃焼室内に現存する燃料空気混合物を噴射しているときに、装入物供給燃料噴射器への燃料を計量し続ける別の燃料計量燃料噴射器に関する本実施形態においては、空気に伴出された燃料がエンジンの燃焼室内に直接供給され若しくは噴射され始めても、ある量の燃料は計量され続け、燃料入口４を介して燃料チャンバ１０内に供給される。したがって、燃料入口バルブ８と装入物供給バルブ２１の開口の関係により、燃料計量および燃料供給の制御のために個々のソレノイドが用いられる燃料噴射器システムを参照して説明したように、望まれる程度の燃料流道が達成される。ここに記載される実施例においては、所定レベルへの電流の減少は、磁気回路における磁気流動を、ばね１１の付勢ばね予圧力を上回るのにもはや十分でないポイントまで減少させる。この時点において電機子隙間１２は開き始め、したがって燃料入口バルブ８は閉じ始める。低透過性スペーサ３６（ゼロではない最小磁気隙間１２を提供する）の介在によって引き起こされる一次回路の増加した磁気抵抗は、磁気隙間２６に先立つ磁気隙間１２の開口を助長するこれは、ソレノイドコイル３の磁気流動は、より低い磁気抵抗のために、第２磁気回路を介して通して流れる傾向があるので、このようにして空気装入物電機子２６を磁極面３０に接触保持するエネルギーを提供するからである。ソレノイド電流が安定した状態に保たれるならば、燃料入口バルブ８が閉じられるのに対して、装入物供給バルブ要素２１は開放状態に維持される。この第３のステップは、従来技術の２つの燃料噴射器および２つのソレノイドを有するシステムにおける、燃料計量燃料噴射器が閉じられるとともに、装入物供給燃料噴射器が残留している計量量の燃料の一部若しくは全部を供給するために開かれる状態に匹敵する。さらに、これは計量量の燃料の全部が供給された状態に匹敵するとともにある望まれた動作戦略のために、装入物供給燃料噴射器を開いた状態に維持することが必要である。例えば、このことは、本願の出願人による米国特許第５１９５４８２号に記載されるようなクリーンルーチン戦略を許容するために、エンジン作動のある期間にとって望ましい。前記米国特許は参照として記載される。最終的に、ソレノイドコイル３を励磁している電流をスイッチオフし若しくは減少させると、電機子隙間２８が開き、したがって装入物供給ポート２２を閉じる。グラフから構成されている第３図を参照すると、この図には、１サイクルの間におけるソレノイド電流の増加および減少に対する、各電機子およびソレノイド間の隙間の変化がプロットされている。また、ソレノイド電流の１サイクルの変化に対する、電機子に作用する力が同じくプロットされている。プロットＢはソレノイド電流の変化を示しているが、それは一定の割合でゼロから最大値まで上昇した後、一定の割合でゼロまで減少する。ソレノイド電流が増加するに連れて、各電機子９，２６に負荷される磁気力は増加する。しかしながら、装置の構造のために、とりわけ磁極面３０と電機子９との間の隙間が、磁極面３０と電機子２６との間の隙間より狭いので、プロットＣによって表される電機子９に負荷される磁気力は、プロットＤによって表される電機子２６に負荷される磁気力より速く増加する。磁気力Ｃのより急速な増加の結果、電機子９はソレノイドの方へ向かう動きを最初に開始するが、この動きは電機子９の位置のプロットＥにおける点Ｅ１において開始される。燃料噴射器１内の当接点によって規定される限度一杯に電機子９が移動したすぐ後に、電機子９は飽和し、電流は増加し続けるけれども電機子９に負荷される力は実質的に一定のままとなる。この状態においては、弁Ｂはフルに開口する位置へ動いていた。ここで電機子２６の作動を考慮すると、電機子２６が、ソレノイドに電流を負荷するとともに電機子９がその動きの限界点に達した後のある時点まで動き始めない、ということに注目すべきである。電機子２６の動きの開始点は、電機子２６の位置のプロットＦにおけるＦ１で表される。電機子２６がプロットＦによって表されるようにその最大開放位置に達するかなり前に、電機子９はプロットＥによって表されるようにその限界まで動くことが見出される。プロットＧで示されるように電流が低下し始めると、各電機子９，２６にソレノイドによって負荷される磁気力は減少し始める。しかし、電機子９は電機子２６に先立ってその磁気的に飽和した状態から離れるので、一旦電機子９がもはや磁気的に飽和しなくなると、電流の更なる減少は電機子９に作用する磁気力の急速な減少に至り、したがって電機子９は、Ｆ２で表されるように電機子２６がソレノイドから離れ始めるより先に、Ｅ２で表されるようにばね１１の作用の下でソレノイドから離れ始める。したがって、電機子９に接続されたバルブ８は、バルブ２１に接続された電機子２６に先立って閉じる。このようにして、ソレノイドに流れる電流の適切な制御およびこの電流の変化の速度およびタイミングによって、バルブの開閉の相対的なタイミングを制御しかつ調整することができることが判る。グラフから構成されている第３図を参照すると、この図には、１サイクルの間におけるソレノイド電流の増加および減少に対する、各電機子およびソレノイド間の隙間の変化がプロットされている。また、ソレノイド電流の１サイクルの変化に対する、電機子に作用する力が同じくプロットされている。プロットＢはソレノイド電流の変化を示しているが、それは一定の割合でゼロから最大値まで上昇した後、一定の割合でゼロまで減少する。ソレノイド電流が増加するに連れて、各電機子９，２６に負荷される磁気力は増加する。しかしながら、装置の構造のために、とりわけ磁極面３０と電機子９との間の隙間が、磁極面３０と電機子２６との間の隙間より狭いので、プロットＣによって表される電機子９に負荷される磁気力は、プロットＤによって表される電機子２６に負荷される磁気力より速く増加する。磁気力Ｃのより急速な増加の結果、電機子９はソレノイドの方へ向かう動きを最初に開始するが、この動きは電機子９の位置のプロットＥにおける点Ｅ１において開始される。燃料噴射器１内の当接点によって規定される限度一杯に電機子９が移動したすぐ後に、電機子９は飽和し、電流は増加し続けるけれども電機子９に負荷される力は実質的に一定のままとなる。この状態においては、弁Ｂはフルに開口する位置へ動いている。ここで電機子２６の作動を考慮すると、電機子２６が、ソレノイドに電流を負荷するとともに電機子９がその動きの限界点に達した後のある時点まで動き始めない、ということに注目すべきである。電機子２６の動きの開始点は、電機子２６の位置のプロットＦにおけるＦ１で表される。電機子２６がプロットＦによって表されるようにその最大開放位置に達するかなり前に、電機子９はプロットＥによって表されるようにその限界まで動くことが見出される。プロットＧで示されるように電流が低下し始めると、各電機子９，２６にソレノイドによって負荷される磁気力は減少し始める。しかし、電機子９は電機子２６に先立ってその磁気的に飽和した状態から離れるので、一旦電機子９がもはや磁気的に飽和しなくなると、電流の更なる減少は電機子９に作用する磁気力の急速な減少に至り、したがって電機子９は、Ｆ２で表されるように電機子２６がソレノイドから離れ始めるより先に、Ｅ２で表されるようにばね１１の作用の下でソレノイドから離れ始める。したがって、電機子９に接続されたバルブ８は、バルブ２１に接続された電機子２６に先立って閉じる。このようにして、ソレノイドに流れる電流の適切な制御およびこの電流の変化の速度およびタイミングによって、バルブの開閉の相対的なタイミングを制御しかつ調整することができることが判る。もちろん、上述された各イベントの順序は、各バルブ８，２１の開閉が必要とされるエンジンサイクルに関連して、理想的には綿密に制御されるべきである。したがって、電流の変更のタイミングは、燃料噴射器１の全作動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって有利に設定される。そのような適切なタイミングが、本願の出願人による米国特許第４８００８６２号における議論の主題であり、かつその開示に対して参照がなされる。ここに開示されたアクチュエータは、上述したようにその適用が燃料噴射器に限定されないことは理解されるべきである。本アクチュエータが、本発明から離れることなしに、他のタイプの流体燃料噴射器にも等しく適用できることも良く理解されるべきである。さらに、本実施例が、平行に配置された空気間隙のような、高い磁気抵抗要素を備えた磁気回路に関して記載されるのに対して、そのような要素の直列配置のような他の配置も予想できることは理解されるべきである。一次若しくは燃料入口電機子９および二次若しくは装入物供給電機子２６は、いくつかの方法で機械的に係合される。上記の記述を参照したときに、燃料入口電機子隙間１２の閉鎖は、電機子２６に対して何等の機械的な影響をも生じさせなかったことが注目されるべきである。しかしながら、システムは、適当な機械的結合の使用、付勢ばねの構造若しくは電機子９，２６構造によって電機子隙間１２の開口が、電機子隙間２８の開口を引き起こすように、若しくは電機子隙間２８の開口が電機子隙間１２の閉鎖を引き起こすように設計される。同様の結果を達成するために、ばね予圧力の選択に関連して、両隙間の磁気抵抗が選択されることが認められる。特定の作動あるいは目的のためには、電機子９が作動させられることを妨げることが望ましい。この点に関して、電機子９をある位置まで軸線方向に回転させ、それによって動きを妨げる物理的な手段が設けられる。それゆえに、装入物供給ポート２２を開くために、電機子２６だけを作動させることが可能である。このことは、エンジン作動のある期間の間における種々の制御戦略の使用を可能にするために望ましい。このような制御戦略は、本明細書の上文に記載のクリーンルーチン戦略、および本願の出願人による米国特許第４９３６２７９号に開示されたガス容積ポンプアップ戦略を含む。なお、前記特許は参照のために記載される。本明細書に開示されるアクチュエータは、燃料噴射の用途に限定されず、本発明の範囲から離れることなく他の分野にも適用できることは、理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｋ 31/06 ３０５Ｆ１６Ｋ 31/06 ３０５ＣＨ０１Ｆ 7/16 Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｒ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ターノ，レックヤヌーシュオーストラリア連邦ウェスターンオーストラリア州、ダーリントン、ヌーナミーナ、プレイス、15

Claims

【特許請求の範囲】１．単一のソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルの選択的な励磁および非活性化に応じて移動可能な第１の電機子と、前記ソレノイドコイルの選択的な励磁および非活性化に応じて移動可能な第２の電機子とを備え、前記第１および第２の電機子は、前記ソレノイドコイルが非活性化されたときに、順番に動くように配置されていることを特徴とするソレノイドで作動するアクチュエータ。２．単一のソレノイドコイルと、前記ソレノイドの選択的な励磁および非活性化に応じて動くことができる第１および第２の電機子とを備え、前記第１および第２の電機子は、前記ソレノイドコイルが励磁されおよび非活性化されたときに、それぞれの第１および第２の位置の間で、同じ順序で順番に動くようにそれぞれ構成されていることを特徴とするソレノイドで作動するアクチュエータ。３．前記第１の電機子が第１のバルブ手段に接続されるとともに前記第２の電機子が第２のバルブ手段に接続され、前記バルブ手段を順番に開閉するために作動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。４．前記第２バルブ手段の開放および閉鎖にそれぞれ先立って、前記第１のバルブ手段を開閉するために作動可能であることを特徴とする請求項３に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。５．単一のソレノイドコイルと、ソレノイドコイルが選択的に励磁されおよび非活性化されるときに、燃料噴射チャンバに燃料を供給するために燃料入口バルブを開閉可能な第１のバルブ要素に接続された第１の電機子と、同一の前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されおよび非活性化されるときに、噴射チャンバから燃料を供給するために装入物供給バルブを開閉可能な第２のバルブ要素に接続された第２の電機子とを備え、前記第１のバルブ要素および前記第２のバルブ要素が同じ順序で開閉可能であることを特徴と燃料噴射装置。６．単一のソレノイドコイルと；前記ソレノイドコイルの選択的な励磁に応答して第１および第２の配置の間で移動可能な第１の電機子と；前記ソレノイドコイルの選択的な励磁に応答して第１および第２の配置の間で移動可能な第２の電機子と；を備え、（ｉ）前記ソレノイドコイルの励磁が、前記第１の電機子の第１の配置から第２の配置への移動を生じさせ、（ｉｉ）前記ソレノイドコイルの更なる励磁が、前記第２の電機子の第１の配置から第２の配置への移動を生じさせ、（ｉｉｉ）アクチュエータの所定の物理特性の結果、両方の前記電機子がそれらの第２の配置にあるとき、前記ソレノイドコイルへの通電レベルの第１の所定のレベルへの減少が、前記第１の電機子の第１の配置への復帰を生じさせるとともに、前記ソレノイドコイルへの通電レベルの、前記第１の所定のレベルよりは低い第２の所定のレベルへの引き続く減少が、前記第２の電機子の第１の配置への復帰を生じさせる、ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。７．各電機子の前記第１の配置が、それぞれ前記電機子の休止配置に対応するとともに、各電機子の前記第２の配置が、前記電機子の作動配置に対応することを特徴とする請求項６に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。８．前記第１の電機子が第１のバルブ手段に接続され、前記第２の電機子が第２のバルブ手段に接続され、各電機子の前記第１の配置が各バルブの閉じられた配置に対応し、各電機子の前記第２の配置が各バルブの開いた配置に対応することを特徴とする請求項６または７に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。９．前記物理的な特性が、磁気電機子隙間と；前記ソレノイドコイルが各電機子を作動させるときに、一方若しくは両方の電機子が対抗する付勢力と；各電機子の断面積のような物理的な寸法と；、のうちの一つ若しくは複数を含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１０．前記付勢力が、前記ソレノイドの励磁によって生じる力に対抗して作用するばねによって提供されることを特徴とする請求項９に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１１．各電機子に関連する磁気的電機子隙間の大きさを制御するために物理的な当接が提供されることを特徴とする請求項９に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１２．前記物理的な当接が、ソレノイドで作動するアクチュエータの磁極面と前記各電機子の対向する表面との間に配置された、低磁気透過性のスペーサであることを特徴とする請求項１１に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１３．単一のソレノイドコイルと；前記ソレノイドコイルの選択的な励磁に応じて第１および第２の配置の間で移動可能とされるとともに、第１の付勢手段によって前記第１の配置の方へ付勢される第１の電機子と；前記ソレノイドコイルの選択的な励磁に応じて第１および第２の配置の間で移動可能とされるとともに、第２の付勢手段によって前記第２の配置の方へ付勢される第２の電機子とを備え；前記第１の電機子は、第１の所定のソレノイド通電レベルにおいて、前記第２の配置に向かって作動させられ；前記第２の電機子は、前記第１の所定のソレノイド通電レベルより高い第２の所定のソレノイド通電レベルにおいて、前記第２の配置に向かって作動させられ；前記第１および第２の電機子が共にそれらの第２の配置にあるとき、与えられたソレノイド通電レベルにおいて、第２の電機子における付勢力を上回る磁気力は、第１の電機子における付勢力を上回る磁気力より強く、第２の電機子がその第１の配置に戻るソレノイド通電レベルより高いソレノイド通電レベルにおいて、第１の電機子がその第１の配置に戻ることを特徴とするソレノイドで作動するアクチュエータ。１４．ソレノイドコイルの通電レベルがゼロから、前記第１および第２の所定の通電レベルの両方より高いレベルまで持ち上げられた後に引続いてゼロに戻されるとき、第１および第２の電機子の配置は以下の順序、（ｉ）両電機子とも、それぞれの第１の配置にある。（ｉｉ）第１の電機子はその第２の配置へ動き、第２の電機子はその第１の配置に残る。（ｉｉｉ）第１の電機子はその第２の配置に残り、第２の電機子はその第２の配置へ動く。（ｉｖ）第１の電機子はその第１の配置へ動き、第２の電機子はその第２の配置に残る。（ｖ）第１の電機子はその第１の配置に残り、第２の電機子はその第１の配置へ動く。；に従うことを特徴とする請求項１３に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１５．前記第１の電機子が第１のバルブ手段に接続され、前記第２の電機子が第２のバルブ手段に接続され、各電機子の前記第１の配置が各バルブの閉じられた配置に対応し、各電機子の前記第２の配置が各バルブの閉じられた配置に対応することを特徴とする請求項１３または１４に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１６．前記第１の電機子が、内燃エンジンの燃料噴射器への燃料の流れを制御することを特徴とする請求項１３または１４に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１７．内燃エンジンへの供給のために燃料が空気装入物内に伴出される燃料噴射器内の空気装入物の流れを前記第２の電機子が制御することを特徴とする請求項１３または１４に記載のソレノイドで作動するアクチュエータ。１８．単一のソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されたときに、燃料噴射装置に燃料を供給するために燃料入口バルブを開閉可能な第１のバルブ要素に接続された第１の電機子と、同一の前記ソレノイドコイルが選択的に励磁されるときに、空気および燃料を噴射装置から供給するために装入物供給バルブを開閉可能な第２のバルブ要素に接続された第２の電機子と、を備え、ソレノイドコイルの通電レベルがゼロから所定のレベルまで取り出され、続いてゼロに戻ったとき、第１および第２の電機子の配置が以下の順序、（ｉ）両方のバルブが閉じている。（ｉｉ）第１のバルブは開くが、第２のバルブは閉じられたまま。（ｉｉｉ）第１のバルブは開いたままであり、第２のバルブが開く。（ｉｖ）第１のバルブは閉じるが、第２のバルブは開いたままである。（ｖ）第１のバルブは閉じたままであり、第２のバルブが閉じる。；に従うように物理的な特性が形成されることを特徴とする燃料噴射装置。１９．前記配置に帰着する前記物理的な特性が、電機子回路内の磁気隙間と、前記ソレノイドコイルが各電機子を作動させるときに一方若しくは両方の電機子がそれに対抗して作用する付勢力と、断面積のような各電機子の物理的な寸法と、の内の一つ若しくは複数を含むことを特徴とする請求項１８に記載の燃料噴射装置。