JPH07310621A - 燃料インジェクタの計量バルブ制御用電磁石 - Google Patents
燃料インジェクタの計量バルブ制御用電磁石Info
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Abstract
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。 【構成】 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
コアを形成し、コアが形成された後、コアを焼成する。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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、コアが形成された後、コアを焼成することを特
徴とするものであり、請求項2に記載の発明は、前記粉
末鉄材がフェライトからなり、エポキシバインダが多数
のエポキシ樹脂から選択されることを特徴とするもので
あり、請求項3に記載の発明は、前記混合物が重量でエ
ポキシ樹脂を2〜50%含んでいることを特徴とするもの
であり、請求項4に記載の発明は、前記混合物が、固定
コア(46)が低磁性ヒステリシスと低寄生電流を発生する
ものであることを特徴とするものであり、請求項5に記
載の発明は、固定コア(46)が励磁コイル(47)の励磁電流
の変動に対して安定した磁気インダクタンスを有するこ
とを特徴とするものであり、請求項6に記載の発明は、
前記磁気インダクタンスが電流の100〜800A−ターンの
範囲の変動に伴って、80〜60μHの範囲で変動すること
を特徴とするものであり、請求項7に記載の発明は、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ものであり、請求項8
に記載の発明は、励磁コイル(47)が16〜40巻で、12Vの
電圧で80〜350μsecの期間電通されることを特徴とする
ものであり、請求項9に記載の発明は、接極子(43)は円
盤状となっており、固定コア(46)が電導コイル(47)を囲
うための環状シート(45)を形成し、固定コア(4
6)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)が
接極子(43)の半径の40%程度の寸法であり、そして軸寸
法が固定コア(46)の軸寸法の60%程度であり、接極子(4
3)と極平面(48,49)との間の最小ギャップが0.05mmであ
ることを特徴とするものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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“h”の60%にまで増大することができるので、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。
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800
A−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。
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。
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。
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。
ルブを装着した燃料インジェクタの縦断面図である。
Claims (9)
- 【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、コアが形成された後、コア
を焼成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】 粉末鉄材がフェライトからなり、エポキ
シバインダが多数のエポキシ樹脂から選択されることを
特徴とする請求項1に記載の計量バルブ制御用電磁石。 - 【請求項3】 混合物が重量でエポキシ樹脂を2〜50%
含んでいることを特徴とする請求項2に記載の計量バル
ブ制御用電磁石。 - 【請求項4】 混合物が、固定コア(46)が低磁性ヒステ
リシスと低寄生電流を発生するものであることを特徴と
する請求項1又は2に記載の計量バルブ制御用電磁石。 - 【請求項5】 固定コア(46)が励磁コイル(47)の励磁電
流の変動に対して安定した磁気インダクタンスを有する
ことを特徴とする請求項4に記載の計量バルブ制御用電
磁石。 - 【請求項6】 磁気インダクタンスが電流の100〜800A
−ターンの範囲の変動に伴って、80〜60μHの範囲で変
動することを特徴とする請求項5に記載の計量バルブ制
御用電磁石。 - 【請求項7】 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4〜6のいずれかに記載の計量バルブ制御用電磁石。 - 【請求項8】 励磁コイル(47)が16〜40巻で、12Vの電
圧で80〜350μsecの期間電通されることを特徴とする請
求項7に記載の計量バルブ制御用電磁石。 - 【請求項9】 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)が接極子(43)の半径の40%
程度の寸法であり、そして軸寸法が固定コア(46)の軸寸
法(S)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であることを特徴とする
請求項1〜8のいずれかに記載の計量バルブ制御用電磁
石。
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