JP2009531602A - 燃料インジェクタをアクチュエートおよび加熱するためのコイル - Google Patents

Abstract

燃料インジェクタは、磁極部材のアクチュエートおよび燃料流路の誘導加熱の双方を行う共通のコイルを有する。１つの例では、ＤＣ信号に応答して前記磁極部材を移動するために第１の磁界が生成される。燃料インジェクタ内で燃料流路の近傍に設けられた構造体が、第２の磁界を生成する前記コイルへのＡＣ信号に応答して励起および加熱される。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００６年３月２８に提出された米国仮出願第６０／７８６５７６号に係る優先権を主張する。

本発明の背景
本願は一般的に、燃焼機関用の燃料インジェクタに関する。より詳細には本発明は、燃焼プロセスを支援するために燃料を加熱する燃料インジェクタに関する。

燃焼機関の製造者は常に、排出および燃焼性能を改善する努力をしている。排出および燃焼性能の双方を改善する１つの手法に、燃焼室内に入る前に燃料を加熱または蒸発することを含む手法がある。燃焼機関の始動では排出量が不所望に高くなる。というのも、燃焼機関は未だ最適な運転温度に到達していないからである。燃料の加熱によって高温のエンジンの運転が再現され、性能が改善される。さらに、エタノール等の代替燃料の性能は低温条件では低いので、燃料の予熱によって改善される。

燃料を燃料インジェクタにおいて加熱する種々の手法が使用されている。このような手法には、セラミックヒータを使用する手法、または燃料が通過するキャピラリ管が抵抗加熱される手法が含まれる。別の例では、正温度係数（ＰＴＣ）加熱素子が使用される。このような装置の１つの欠点は、燃料を迅速に加熱しないか、または始動時に所望の作用を有するには十分に高温でないことである。従来技術の燃料インジェクタヒータの別の欠点は、ヒータまでのワイヤは燃料流路にある場合が多いことであり、このことはワイヤ周辺の絶縁が欠落している場合に望ましくない。このようなワイヤもまた、付加的な燃料漏れ経路を形成するおそれがある。

本発明の課題は、付加的な燃料漏れ経路を形成しないと同時に燃料の迅速な加熱および蒸発を実現するヒータを備えた燃料インジェクタを提供することである。

要約
燃料インジェクタは、アクチュエータおよびヒータの双方を提供する共通の部材を有する。この部材は、たとえばＤＣ信号に応答して第１の磁界を生成し、開弁位置と閉弁位置との間で磁極部材を移動することにより、燃料を燃焼室へ供給する。同一の部材が、たとえばＡＣ信号に応答して第２の磁界を生成し、燃料インジェクタ内の構造体を誘導加熱する。１つの実施例では、前記磁極部材と前記構造体との間に燃料流路が配置されている。

ドライバが前記部材に接続されており、たとえばＤＣ信号に重畳されたＡＣ信号を供給して、燃料の加熱と該磁極部材の移動とをそれぞれ行う。
図面の簡単な説明
図１ 燃料インジェクタの構成体例の断面図である。

図２ 燃料インジェクタの構成体例の概略図である。

図３Ａ アクチュエータを調整するために使用されるＤＣ信号を概略的に示す。ここでは、誘導加熱を行うためにＡＣ信号がＤＣ信号に重畳される。

図３Ｂ 誘導熱を供給することなく燃料インジェクタを開閉弁するのに使用されるＤＣ信号を概略的に示す。

有利な実施形態の詳細な説明
燃料インジェクタ１０の一例が図１に示されている。典型的には、燃料インジェクタ１０は燃料を燃料レール８から受け取る。燃料インジェクタ１０は、吐出口３６を介して燃料１８を、たとえば気筒ヘッド１１の燃焼室１３へ供給する。典型的には、とりわけコールドスタート条件でより完全な燃焼と排出量の低減とを実現するために、良好に霧化された燃料を吐出口３６から燃焼室１３まで供給するのが望ましい。

燃料インジェクタ１０は磁極部材１９を有し、これは開弁位置と閉弁位置との間で動かされる。磁極部材１９は可動子管２２を有し、可動子管２２はボール２３を支持し、該ボール２３は、図中に示された閉弁位置に磁極部材１９があるときにシート２２によって受け止められる。戻りばね１７がボール２３を閉弁位置にバイアスする。ボール２３は開弁位置ではシート２１から離隔され、燃料を燃焼室１３へ供給する。

コイル１６は図中の実施例では吐出口３６の近傍に配置されている。コイル１６は、バルブボディ２０と可動子管２２との間に配置された環状流路２４内の燃料を加熱する。１つの例では、コイル１６はバルブボディ２０および／または可動子管２２を加熱する。この例では、バリア３３はコイル１６を、燃料インジェクタ１０の内部通過部に対して封止する。コイル１６と、シェル４２（図１）のコネクタ４０によって形成されるピンとの間に、電気的ワイヤ（図２に示されている）が接続されている。１つの例ではシェル４２は、内側の燃料インジェクタコンポーネントの周辺に配置されるオーバーモールドされたプラスチックである第１の部分４４と第２の部分４６とを有する。１つの例では、コイル１６はバリア３３と第２の位置４６との間に配置される。コイル１６からコネクタ４０までのワイヤは、燃料を搬送する燃料インジェクタの内部通過部までは延在せず、むしろ、たとえば環状流路２４の外側のシェル４２内に保持される。

１つの例では、ドライバ１２はＤＣ信号３０をコイル１６へ供給する。このことは図２に概略的に示されている。図３Ｂに示された１つの例では、ＤＣ信号３０は０〜１４Ｖの間で変調された矩形歯状の波形である。ＤＣ信号３０は第１の磁界を生成し、該第１の磁界は公知のように、磁極部材１９の軸方向移動を引き起こす。

ドライバ１２はＡＣ信号３２もコイル１６へ供給し、たとえば７０Ｖを４０ｋＨｚで供給する。ＡＣ信号３２は、時間的に変化かつ反転する第２の磁界を生成し、この磁界は、該磁界内のコンポーネントを加熱する。バルブボディ２０および／または可動子管２２において、磁界によるヒステリシス損および渦電流損失によって熱が発生する。発生する熱の量は、作用される材料の比抵抗と交番磁束の発生とに応答する。このような時変性の磁界は材料の表面に、方向を交番して熱を発生する磁束流を生成する。材料の抵抗が高いほど、磁界に応答する熱の生成は良好になる。加熱されるバルブボディ２０および／または可動子管２２は、熱を環状流路２４内の燃料に迅速に伝達し、磁極部材１９が開放されている場合には、良好に蒸発して吐出口３６を出る燃料を供給する。

この燃料インジェクタ例では、アクチュエータとヒータとに給電するために１つのコイルが使用される。このようにして、コンポーネントの数を減少することができ、各インジェクタごとに必要とされるワイヤの数を、この例では２つにまで減少することができる。１つの実施例ではドライバ１２は、図３Ａに示されたように、ＡＣ信号が重畳されたＤＣ信号を送信する。ＤＣ信号３０は磁極部材１９をアクチュエートする。この実施例では、ＤＣ信号３０は加熱作用を発生しない。しかし、ＡＣ信号３２は磁界を誘導し、該磁界はバルブボディ２０および／または可動子管２２を導電加熱する。この実施例では、ＡＣ信号３２は磁極部材１９を移動させない。

ドライバ１２およびコントローラ５０は、図中の例では燃料インジェクタ１０の外側にある。ドライバ１２は、ここで図示されているように別個の構造体および／またはソフトウェアとするか、または相互に、かつ／またはコントローラ５０と統合することができる。

有利な実施形態を開示したが、当業者であれば、幾つかの特定の変更が特許請求の範囲に該当することを認識することができる。そのため、本来の範囲および内容を決定するためには、特許請求の範囲を精査すべきである。

燃料インジェクタの構成体例の断面図である。 燃料インジェクタの構成体例の概略図である。 アクチュエータを調整するために使用されるＤＣ信号を概略的に示す。ここでは、誘導加熱を行うためにＡＣ信号がＤＣ信号に重畳される。 誘導熱を供給することなく燃料インジェクタを開閉弁するのに使用されるＤＣ信号を概略的に示す。

Claims (11)

1. 燃料インジェクタアセンブリにおいて、
   燃料を選択的に供給するために開弁位置と閉弁位置との間で可動である磁極部材と、
   該磁極部材および燃料流路に近接して配置され、第１の信号に応答して該磁極部材を該開弁位置と閉弁位置との間で移動させる部材
   とを有し、
   該部材と同一の部材が、第２の信号に応答して該燃料流路の近傍で熱を発生するように構成されていることを特徴とする、燃料インジェクタアセンブリ。
2. 前記部材は、前記第１の信号に応答して第１の磁界を発生し、前記第２の信号に応答して第２の磁界を発生するように形成されたコイルである、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
3. 前記第１の信号はＤＣ信号である、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
4. 前記第２の信号はＡＣ信号である、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
5. 前記ＡＣ信号は、第１の信号に相応するＤＣ信号に重畳される、請求項４記載の燃料インジェクタアセンブリ。
6. 前記燃料流路の近傍に構造体が設けられており、
   前記部材は、該構造体において熱を励起および発生する磁界を生成するように構成された誘導加熱器である、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
7. 前記磁極部材は前記構造体と異なる、請求項６記載の燃料インジェクタアセンブリ。
8. 前記構造体および前記磁極部材が、環状の燃料流路を形成する、請求項７記載の燃料インジェクタアセンブリ。
9. ドライバが前記部材に接続されており、前記第１の信号および第２の信号を生成するように構成されている、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
10. 燃料インジェクタアセンブリを動作させる方法において、
    ａ）開弁位置と閉弁位置との間で磁極部材を移動させる部材へ第１の信号を供給するステップと、
    ｂ）燃料流路を加熱するために、該部材と同一の部材へ第２の信号を供給するステップ
    とを有することを特徴とする方法。
11. 前記部材はコイルであり、
    該コイルは前記第１の信号に応答して、前記磁極部材を移動する第１の磁界を生成し、
    前記第２の信号に応答して、前記燃料流路を加熱する第２の磁界を生成し、
    該第２の磁界は該第１の磁界と異なる、請求項１０記載の方法。

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