JP3142569B2

JP3142569B2 - ソレノイドコイルの選択的位置決めによる燃料インジェクタの動的流量校正

Info

Publication number: JP3142569B2
Application number: JP05503666A
Authority: JP
Inventors: ピーヴィーツォレック，デイヴィッド
Original assignee: シーメンスオートモーティヴコーポレイション
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: EP0597001B1; EP0597001A1; JPH07504008A; DE69222312T2; WO1993003274A1; DE69222312D1; US5157967A

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は、自動車の内燃機関の燃料システムに用いら
れる型式の電磁操作式燃料インジェクタ、特にその動的
流量校正に関するものである。

発明の背景と要約燃料インジェクタの動的な流量を、接極子に作用する
ばねの圧縮度を選択的に設定することにより校正するこ
とは公知である。これは、動的流量が燃料インジェクタ
の応答時間の関数であり、この応答時間は、またばね圧
縮度の関数だからである。トップフィード型の燃料イン
ジェクタの場合、この校正は、流量が測定されている間
に、中空管を用いてばねを圧縮することによって行なわ
れ、目標流量に達した後、中空管を適所に固定する。中
空管の使用によって、液体燃料が調節手段を介して供給
でき、何らかの流体シールを必要とすることはない。ボ
トムフィード型の燃料インジェクタの場合、中実の調節
ピンを用いてばねを圧縮することで動的流量校正が行わ
れるが、燃料を封じ込めておくには流体シールが必要で
ある。なぜなら、燃料インジェクタへの燃料入口が燃料
インジェクタ出口のすぐ近くに位置しているからであ
る。

多くの自動車の場合、エンジン室内の利用可能の空隙
が乏しいことから、燃料インジェクタの小型化が要求さ
れている。トップフィード型のインジェクタの寸法を縮
減する可能性は、調節管内の燃料穴の寸法を最大流量に
合わせて十分に大きくし、流量が許容不可能な制限を受
けることがないようにする必要があるために、制限され
る。ボトムフィード型の燃料インジェクタは上述のよう
に動的流量校正が行われ、調節ピンに燃料穴を必要とし
ないが、校正手段の周囲にシール部材を配置しておく必
要がある。このシール部材によってスペースが占領され
るため、この型の燃料インジェクタは小型化する可能性
が制限される。

本発明は、電磁操作式燃料インジェクタの動的流量を
校正する新しい改良された方法に関わるものであり、こ
の方法により燃料インジェクタを更に小型化することが
できる。本発明は、また、この方法を効果的に実施する
のに役立つ電磁操作式燃料インジェクタの新規な構成、
特に自動的な量産の可能な構成に関するものである。

簡単に言えば、本発明は、燃料インジェクタの接極子
に作用する力にとって望ましい条件を造り出すことによ
って、所望の動的流量の校正を達成するものである。こ
のことは、インジェクタのソレノイドコイルに対しイン
ジェクタの固定子と接極子とのインターフェースが占め
る相対位置によって達せられる。本発明の２つの特別な
利点は、動的流量校正を選択的に設定する手段の周囲に
流体シール手段を必要とすることなく、燃料インジェク
タの小型化ができる点と、更に動的流量校正を極めて小
さいスペースで実施できる点にある。このほかの利点
は、校正範囲内での感度限界（resolution）が向上した
点である。

所望の程度にばねが圧縮されように調節管の位置を設
定することにより、燃料インジェクタの動的流量校正を
行なう公知の方法は、アメリカ合衆国特許第4610080号
明細書に記載された燃料インジェクタで実施できよう。
しかし、この特許の発明は、弁の開度の設定に関するも
ので、動的流量校正に関するものではない。

アメリカ合衆国特許第4515129号明細書に開示されて
いる燃料インジェクタの場合は、止めねじが、磁極片の
上部表面に突き当たるようにねじ込まれ、軸方向位置決
めが行なわれる。この特許には動的流量校正の実施方法
は説明されていないが、仮に実施した場合には、ねじ山
付き入口管が磁極片内の貫通ねじ穴内へねじ込まれる程
度を介して、動的流量校正が実施できよう。

本発明の以上の、及びその他の特徴、利点、恩典は、
以下での添付図面による説明及び請求の範囲の記載によ
り明らかとなろう。図面には、本発明を実施するに当っ
ての現時点での最良の態様を有する有利な実施例が示さ
れている。

図面の簡単な説明図１は、本発明の原理を実現した燃料インジェクタの
縦断面図で、動的流量校正前の、インジェクタ製造の一
段階を示した図。

図２は、図１のインジェクタの一部を除去して示した
縦断面図で、製造過程及び動的流量校正の双方を終了し
た後の図。

図３は、本発明の別の実施例の、図１同様の縦断面図
で、製造過程終了後だが動的流量校正前の状態を示した
図。

図４は、図３のインジェクタの一部を除去して示した
縦断面図で、動的流量校正を行なった後の状態を示した
図。

図５〜図８は、本発明の原理を利用した場合の効果を
プロットした線図。

有利な実施例の説明図１は、電磁操作式燃料インジェクタ10の実施例であ
り、ボディ12が主軸線14を有している。ボディ12は２つ
の別個の部分12A,12Bから成っている。これらの部分
は、結合部15のところで互いに結合されている。ボディ
12は、軸線14とほぼ同軸線的な円筒形の側壁16と端壁18
とを有している。端壁18は、軸線14に対しほぼ直角に側
壁16の縦方向の一端に配置されている。部分12Bは、端
壁18と側壁16の一部とを有している。部分12Aは側壁16
の残部と横方向内壁19とを有している。内壁19は端壁18
の内法に間隔をおいて位置している。

燃料インジェクタのノズル又は先端には円形の貫通穴
20が設けられている。貫通穴20は端壁18内にほぼ軸線14
と同軸線的に設けられ、ボディ12内部からの燃料出口を
形成している。貫通穴20は、その軸方向端に円錐台形
の、ボディ12内部に設けられた弁座22を有している。１
個以上のオリフィスを有する薄手のディスク状オリフィ
ス部材23が、貫通穴20の開放外端部全体にわたって配置
されており、この結果、貫通穴20を通過する燃料は、こ
れらオリフィスを介して噴射弁から噴射される。オリフ
ィス部材23は、部分12Bに固定された環状保持部材21に
よってボディ12の所定位置に保持されている。

燃料インジェクタ10は複数の半径方向の傾斜穴24の形
式の燃料入口を有している。入口24はボディ12の周方向
に間隔をおいて設けられ、側壁16を貫通して延びてい
る。インジェクタ10は、また、入口24から出口20へ通じ
る内部燃料流路を有しているが、これについては後述す
る。入口24は、横方向の内壁19の直ぐ隣りの、部分12B
に向いた内壁面のところに設けられている。出口の直ぐ
隣りのインジェクタ側壁内に燃料入口を設けることは、
一般にボトムフィード型燃料インジェクタと呼ばれる型
式を示している。

燃料インジェクタ10は、更に、ソレノイドコイル組立
体26、固定子28、接極子30、予圧ばね32を有する電気式
アクチュエータ機構を有している。ソレノイドコイル組
立体26は、ほぼ管形状を有し、プラスチック製ボビン35
に巻付けられた一定長さの磁気線を有し、この磁気線に
よって電磁コイル33が形成されている。コイル33の終端
は各電気端子34,36に接続されている。端子34,36は傾斜
角度をもってボディ12から突出している。端子34,36
は、燃料インジェクタを使用する場合、インジェクタに
接続される電気接続プラグ（図示せず）の各端子と相互
接続されるように構成されている。ボビンのフランジ3
7,39の間では、コイル33の半径方向の外面がプラスチッ
クの成形上張り41によって被覆されている。

固定子28の形状は、図１に示したように、ソレノイド
コイル組立体26と協働するのに好都合な形状を有してい
る。固定子は、また、磁気回路を形成することでボディ
12と協働している。コイル33が電気的に励磁されると、
コイルにより発生せしめられる磁束が、この磁気回路を
通じて集束される。固定子28は、更に円筒形のシャンク
28Aとヘッド28Bとを有している。シャンク28Aはソレノ
イドコイル組立体26内にしまりばめされており、ヘッド
28は、ほぼ円形のフランジを形成し、図示のようにソレ
ノイドコイル組立体26の上端に重なり、ボディ12に接触
している。

シャンク28Bは、エラストマーのＯリングシール40に
よりボビン35の内側側壁に対し液密にシールされてい
る。シール40は、入口24からインジェクタ内部へ導入さ
れる燃料が、固定子のシャンク外表面とボビン内表面と
の間に潜在とするどこかの漏れ経路を介してインジェク
タ外へ漏出するのを防止する。ソレノイドコイル組立体
26の外周面は側壁16の内周面に対し別のＯリングシール
42により密封されている。シール42は、下方ボビンフラ
ンジ39のエッジ内のみぞに配置され、保持リング43によ
り保持されている。

横方向内壁19は、軸線14と同軸線的な円形貫通穴48を
有している。接極子30は、ほぼ円形の円筒体を有し、こ
の円筒体が軸方向に穴48を貫通している。接極子30の軸
方向案内は円筒形ピン49により行なわれ、このピンは、
図示のように固定子28と接触子30との間に配置されてい
る。接極子の、端壁18と内壁19との間の部分は、ばね32
の一端を支えるばね座である円形フランジ50に拡大され
ている。ばね32の他端は内壁19に支えられているので、
ばね32は、接極子30に対して、下方へ、つまり弁座22の
ほうへ弾性的に予圧を与えるのに役立っている。

図１は、ソレノイドコイル組立体26が非励磁時のイン
ジェクタの状態を示したものである。接極子30に対する
ばね32の弾性的な予圧により、接極子は、固定子シャン
クと接極子ボディとの軸方向対抗面間のインターフェー
スに僅かの作業ギャップ51が存在するような位置に置か
れている。ソレノイドコイルが励磁されると、接極子は
磁力を受けて、固定子に接近し、作業ギャップが縮小さ
れる。

弁部材は、図１に示されているように、軸線14と同軸
線的な球56であり、接極子30により貫通穴20を閉じるよ
うに弁座22に押付けられている。この状態は、組立体26
が非励磁時にインジェクタが置かれる閉弁状態を示して
いる。接極子30を介して作用するばね32の弾性的な予圧
によって、球56は弁座22上に強制的に保持されるのであ
る。

球56は、単個の部材だが次のように拘束されている。
すなわち、接極子30が組立体26により操作されると、接
極子30の縦方向運動に従うが、インジェクタ閉弁操作時
には、常に自己定心的に弁座22上に座着するように拘束
されている。

球56の制御のため接極子30と協働する付加的機構とし
ては、弾性的なばねディスク58が球56と協働するように
配置されている。ディスク58の形状は、いくつかの可能
なデザインの１つだが、円形であり、周方向に中断個所
のない半径方向外縁を有しているが、中心穴を有し、こ
の穴が球56の直径より小さい直径の円形空所を形成して
いる。この穴は、また、入口24から弁座22へ流れる燃料
が通過する内部流路用の単数又は複数の付加的な空所を
形成する。

ディスク58と球56とはインジェクタ10内に、球56が完
全にディスクの中央の円形空所にはまり込むように配置
されている。端壁18は、軸線14と同軸線的に弁座22を取
囲む棚状の環状隆起部68を有している。ディスク58の周
方向に連続した外周縁部が、隆起部68に支えられてい
る。ディスクの直径は、周囲の壁面54の直径より小さい
ので、ディスクはボディ12内で半径方向に一定の限定さ
れた変位が可能である。

図１に示された閉弁状態では、ばね32による弾性的の
予圧力により、ばねディスク58にたわみが生じる結果、
ばね32による力とは反対方向に一定の力が球に対して作
用する。

ソレノイドコイル組立体26の励磁により、接極子30に
は、ばね32の予圧力を上回る力が作用し、ギャップ51が
縮小し、ばね32がその過程で圧縮される。接極子30が球
56から離れる結果、この間に球に働く主な力は、球を接
極子のほうへ押付けるディスク58の力となる。ディスク
58は、従来技術により構成され、実質的に接極子の運動
に従って固定子のほうへ球を変位させるようになされて
いる。この結果、球が弁座22から離れ、インジェクタ内
の圧縮液体燃料が貫通穴20から噴射される。球56が弁座
22から離れているかぎり、燃料は入口24から貫通穴20の
出口へ流れることができる。

ソレノイドコイル組立体26の励磁が中止されると、接
極子30への引付力が消失し、ばね32の力により接極子を
介し球が再び弁座に密着し、貫通穴20が閉じられる。接
極子の縦方向行程は極めて小さいので、球自体は貫通穴
20を閉じることなく、燃料を通過させるが、球の一部は
常に弁座22内にとどまっている。何らかの理由で球が弁
座22に対して偏心的に位置することになっても、接極子
の閉弁方向の運動に対して、球は弁座と協働して偏心状
態を修正する自己定心傾向によって応答する。この自己
定心傾向が得られるのは、ディスク58が弁体に固定され
ていないからである。言いかえると、ディスクは、球が
貫通穴を閉じるため最終的に弁座上で自己定心するのを
妨げないようになされているからである。更に、別の言
葉で言えば、球は半径方向に“浮動”できるので、球と
弁座との間に生じ得る偏心状態は、接極子が貫通穴を閉
じる最終目的に向って弁座に対し球を押付けることによ
って、除去されるのである。

球が、このように接極子30とディスク58との間に軸方
向に捕捉される一方、半径方向にも一定の制限が、接極
子先端の特殊な形状によって加えられている。すなわ
ち、この先端は、軸線14と実質的に同軸線的な円錐台形
の表面72を有するように構成されている。球56が弁座22
に密着している場合、表面72は球から離れている。した
がって、球には、制限された範囲での半径方向変位（軸
線14に対する偏心状態）は許容されるが、球がそれ以上
半径方向に変位しようとしても確実に表面72に阻止され
るようになされている。但し、これは、その他の点で
は、球が表面72に接触するまでに半径方向に十分な変位
ができるようにされている場合に限られる。また、接極
子は、図示のように２部分に構成され、主接極子ボディ
と硬化処理されたそう入体73とを有している。そう入体
73は、球56との接触面を備え、球を軸方向に捕捉するの
に役立っている。

図には特に示されていないが、球56は、本発明者の共
同譲渡された（commonly assigned）1991年４月12日出
願の同時係属出願第07/684,619号に示されている類の球
／リング・ユニットに替えてもよい。

使用時には、インジェクタは一般にパルス幅変調方式
で操作される。パルス幅変調により、球の軸方向往復動
が生ぜしめられ、燃料が分離され個別に噴射される。側
壁16の外部には、軸方向に間隔をおいて複数の円形のみ
ぞが設けられている。これらのみぞには、インジェクタ
を受容するソケットに対しボディ12を密封するＯリング
シール74,76が配置される。ボトムフィード型インジェ
クタは、自動車の内燃機関に用いられる場合、普通、前
記ソケット内に配置される。

燃料インジェクタの入口と出口との間に一定の圧力差
が存在する場合、１回の噴射当りの噴射量は、パルス幅
の励磁の関数となろう。燃料インジェクタの実際の応答
は、作動機構に作用する一連の力の関数であり、量産燃
料インジェクタが動的流れの仕様に確実に従うため、動
的流量校正を行なう。本発明の場合、動的流量校正が、
ソレノイドコイル組立体26と固定子28との相対位置を選
択的に位置決めすることによって行なわれる。この位置
決めにより、固定子／接極子のインターフェース、すな
わちギャップ51がボビン内のどの程度の深さに位置決め
されるかが決定される。

所定電流により励磁される一様に巻付けられたソレノ
イドコイルが生じさせる磁力は、コイル軸線に沿った勾
配を有することが知られている。コイル軸線に沿ってコ
イル全長にわたって磁力を測定すると、コイルの一端か
ら中ほどまでは漸増し、中ほどから他端までは漸減する
ことが分かる。燃料インジェクタ10の場合のように、固
定子がコイル内に配置されている場合も、同様の効果が
生じる。本発明は、動的流量校正にこの効果を利用し、
ソレノイドコイル組立体26が、ボディ12内で固定子28に
対し軸方向に選択的に位置決めされ得るようにすること
によって、前記の効果が発揮されるようにした。

固定子のヘッド28Bはボディ12の頂部を閉じており、
ボディとヘッドとは結合部80のところで固定されてい
る。ねじ穴82がヘッド28Bを貫通して延びている。ねじ
穴82は軸線14と平行に、偏心位置に設けられている。ね
じ穴82には調節ねじ、ないし止めねじ84がねじ込まれて
いる。止めねじ84の先端はボビンフランジ37に支えられ
ている。止めねじ84の頂端部には工具を差込むスロット
が設けられている。このスロットに、たとえばねじ回し
等の調節工具の先端を差込み、止めねじを回すことがで
きる。止めねじ84を更にねじ穴82内へねじ込むと、イン
ジェクタ内のソレノイドコイル組立体26全体をノズル端
部方向へ変位させることができる。リング43と内壁19と
の間には十分な空隙が設けられているので、前記の変位
が可能である。ソレノイドコイル組立体をそのように変
位させるにつれて、作業ギャップ51は、コイル33の下半
部内に位置するボビン部分に沿って次第にボビン35内へ
入り込むことになるが、ギャップ51の寸法は不変のまま
である。言いかえると、ソレノイドコイル組立体は接極
子と固定子の双方に対して変位するが、接極子と固定子
とはボディ12に固定されたままである。この結果、接極
子に作用する磁力が相応に増大する。なぜなら、磁力は
既述のような勾配の効果を有しているからである。動的
流量校正は、特定の一連の条件下燃料インジェクタを操
作し、同時に動的流量を測定することで行なわれる。測
定流量は目標値と比較される。比較の結果が満足すべき
ものであれば、調節は不要である。満足すべきものでな
ければ、止めねじ84を操作して調節する。止めねじ84を
更にねじ込むと、ソレノイドコイル組立体は、この組立
体の反対側の端部に作用する燃料の圧力に抗して変位せ
しめられる。止めねじを戻せば、燃料圧力によりソレノ
イドコイル組立体は内壁19から遠去かり、組立体の反対
側の端部は、止めねじの先端に支えられる。止めねじを
調節して、目標値が達成されると、燃料インジェクタは
適正な動的流量校正を達成したと見なされる。

動的流量校正が達成されると、燃料インジェクタの製
造を完了できる。完了するには、インジェクタの頂部上
及び頂部周囲に複合材料を射出成形し、電気端子34,36
に対し横に結合する形で配置されるシェル88を含む誘電
材料製の周辺部材86を形成することが必要である。いく
つかの部材が、そのようにして形成される。また、射出
成形を行なうには、複合材料は、キュア後にソレノイド
コイル組立体が止めねじにより固定された位置から変位
することがないようにされねばならない。

図３及び図４に示した燃料インジェクタ10′の実施例
は、図１及び図２の実施例10とは、実施例10の端子34,3
6に対応する２つの電気端子の構成の点で異なってい
る。実施例10′では、単一の端子34′のみが示されてい
るが、端子36に対応する類似の構成の端子が備えられて
いると理解すべきである。実施例10の類似部品に対応す
る実施例10′の部品には、等しい符号を付してある。

端子34′は３つの部分を有している。すなわち、ボビ
ンフランジ37に埋め込まれた端子部分34A′と、ヘッド2
8Bに埋め込まれた端子部分34B′と、周辺部材86に埋め
込まれた端子部分34C′とである。端子部分34B′と34
C′は、接続点90で電気接続されている。接続点90か
ら、端子部分34C′は、周辺部材の複合材料を貫通して
延び、シェル88内で、インジェクタ使用時にインジェク
タに接続される接続プラグ（図示せず）の対応端子との
電気接点を形成する。接続点90から、端子部分34B′は
ヘッド28Bを貫通して延び、要求通り適宜に絶縁されて
端子部分34A′に接続される。

コイル33を形成する線の終端の１つは端子部分34A′
に電気接続されている。端子部分34A′と34B′とは、入
子式のローストモーションばめとなるように構成されて
いる。これによって、止めねじ84が動的流量校正を行な
うべく操作されるさいに、電気的な連続性ないし導通が
維持される。このローストモーションばめにより、燃料
インジェクタ製造後に、すなわち周辺部材86とシェル88
とが複合材料を用いて形成された後に、動作流量校正を
行なうことが可能になる。

図５〜図８は、実際の例に適用された本発明の原理に
よる動的流量校正の効果をプロットした説明不要のグラ
フである。

図示の燃料インジェクタの編成及び配置は、コンパク
トな構造と、自動式組立設備での組立処理とのために用
意されたものである。製造過程全体が効果的に管理で
き、かつ編成と配置とは、燃料インジェクタの小型化に
極めて好都合なものである。本発明の、現在のところ有
利な実施例を、以上に説明したが、本発明の原理は、他
の実施例にも適用可能なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−13267（ＪＰ，Ａ) 実開平１−173463（ＪＰ，Ｕ) 特表平５−501749（ＪＰ，Ａ) 特表平５−501750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 51/06 F02M 65/00 302 - 303 H02K 33/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料インジェクタの動的流量校正を行なう
方法であって、前記燃料インジェクタが、選択的に励磁
可能なソレノイドコイル組立体を有する作動機構を内蔵
するボディを備え、前記組立体が接極子手段を介して弁
部材を操作することにより、前記ボディに設けられた弁
座から前記弁部材を選択的に離間させ、それによって燃
料流に対し燃料インジェクタを選択的に開閉し、更に、
前記ソレノイドコイル組立体が、磁束を発生させる選択
的に励磁可能のソレノイドコイルと、前記固定子と前記
接極子手段との間の作業ギャップを磁束が横切って前記
接極子手段へ導かれるようにする固定子とを有している
形式のものにおいて、燃料インジェクタを一連の所定操
作条件下で操作し、かつ前記操作条件下で燃料インジェ
クタの動的流量を測定し、この流量測定値を流量目標値
と比較し、測定値が目標値に対応しない場合には、作業
ギャップの寸法を変更することなしに、前記ソレノイド
コイルに対して作業ギャップの軸方向での選択的位置決
めを行なうことにより目標値に対応せしめられることを
特徴とする、燃料インジェクタの動的流量校正を行なう
方法。