JP3006247B2 - 電磁式流体制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の通路を断続する
電磁式流体制御弁に関し、特にその電磁式流体制御弁を
通る流体を、磁性部材を高周波磁界により発熱させる誘
導加熱により加熱するようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性部材を高周波磁界によって発
熱させ、その熱により流体を加熱する装置が知られてい
る。例えば、自動車の内燃機関に燃料を供給する燃料噴
射弁に誘導加熱による加熱装置を設け、燃料噴射弁から
噴射される燃料を加熱するようにしたものとして、特公
昭４９─４５２４９号公報および特公昭４９─４５２５
０号公報に開示されるものが知られている。

【０００３】これらの従来技術では、燃料噴射弁の先端
部にコイルを設け、このコイルに高周波電流を流して、
燃料噴射弁から噴射される燃料を加熱している。そし
て、噴射される燃料が加熱される結果、燃料の気化が促
進され、寒冷時の始動を容易にし、燃費を向上させ、さ
らに排気浄化の点においても良好な効果を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
燃料噴射弁の先端部に磁気誘導加熱用のコイルを設ける
必要があった。このため、燃料噴射弁の構造が複雑化
し、その体格が大型化するという問題点があった。ま
た、これにより内燃機関の吸気マニホールドへの取り付
けが困難になるという問題点があった。

【０００５】このように、従来の電磁式流体制御弁で
は、その電磁式流体制御弁自体の加熱あるいはそこを通
る流体の加熱のために、特別の加熱用コイルを設ける必
要があった。このため、従来の電磁式流体制御弁では、
構造が複雑になっていた。

【０００６】そこで本発明は、上記のような問題点に鑑
み、簡単な構成で電磁式流体制御弁を加熱することがで
きる電磁式流体制御弁を提供することを目的とする。ま
た本発明は、上記のような問題点に鑑み、簡単な構成で
電磁式流体制御弁を通る流体を加熱することができる電
磁式流体制御弁を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 ニードルの動きにより流体の通路を断
続する弁と、前記ニードルを駆動する電磁コイルと、前
記ニードルを駆動するために前記電磁コイルへの駆動電
流を断続する制御回路とを備える電磁式流体制御弁にお
いて、前記電磁コイルに高周波交番電流を通電する高周
波電源を備え、該高周波電源を介して高周波交番電流を
前記電磁コイルに通電することにより、前記電磁コイル
の内部に設けられた部材を磁気誘導発熱させることを特
徴とするものである。また、本発明は上記構成におい
て、前記電磁コイルへの高周波交番電流の通電は、前記
電磁コイルへの駆動電流が断たれたときに実行され、且
つ電磁コイルへ印加される高周波交番電流の平均値が前
記ニードルが駆動されない程度の値に設定されているこ
とを特徴とするものである。 さらに、本発明は、上記構
成において、前記電磁コイルへの高周波交番電流の通電
が常時実行され、前記電磁コイルへの駆動電流は前記高
周波交番電流の平均値を上昇させることにより達成する
ことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】上記本発明の構成による作用を説明する。電磁
コイルは制御回路から供給される駆動電流に応じて弁を
駆動し、流体の通路を断続して、当該流体の流れを制御
する。

【０００９】さらに、この電磁コイルに高周波電源から
高周波電流が通電されると、電磁コイルは高周波交番磁
束を発生する。このとき、コイルにより発生した磁束が
通る磁性の部材は磁気ヒステリシス損や、渦電流損によ
り磁気誘導発熱する。

【００１０】そして、この熱により、電磁式流体制御弁
が加熱される。また、本発明では、燃料噴射を停止した
時には、電磁コイルに通電される高周波交番電流の平均
値をニードルが駆動されない程度の値に設定してあるた
め、燃料噴射を停止した時に電磁コイル内側の部材を加
熱することができ、この高周波交番電流によって燃料噴
射が実行されることがない。さらに、本発明では、常時
電磁コイルに高周波交番電流を印加し、燃料噴射時、即
ちニードルを駆動時にはその平均値を上昇させているた
め、ニードルを駆動する駆動電流と高周波交番電流とを
切換える必要がなくなり、制御が容易となる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の第１実施例を図１および図２に
基づいて説明する。図１は第１実施例の燃料噴射弁の断
面構造と制御装置のブロック構成とを示す構成図であ
る。

【００１２】図１において、磁性材料でできたバルブハ
ウジング１には、非磁性材料のボビン２が内挿されてい
る。ボビン２には電磁コイル５が巻かれている。さらに
バルブハウジング１の中には、可動鉄心３が挿入され、
この可動鉄心３はニードル４を結合されている。

【００１３】ハウジング１の先端部には、スペーサ７ａ
を介してノズルボデー７が設けられている。ニードル４
はスペーサ７ａを貫通して、ノズルボデー７の内周面で
支持され、ニードル４の先端は、ノズルボデー７の先端
に形成された噴射口を閉じている。ニードル４と可動鉄
心３とは、リターンスプリング６によりノズルボデー７
に押し付けられている。

【００１４】電磁コイル５は電極端子８に接続されてお
り、燃料噴射弁の駆動回路９とリード線１０により接続
されている。駆動回路９は、噴射量制御回路９ａと高周
波回路９ｂとを備えている。

【００１５】噴射量制御回路９ａは、図示せぬ内燃機関
の回転センサや吸気量センサの検出値に応じて燃料噴射
のタイミングを演算し、演算された噴射時期に、噴射量
に応じた時間だけ、駆動電流を供給する。また、高周波
回路９ｂは、燃料噴射弁の駆動電流が遮断されている
間、高周波交番電流を電磁コイル５に供給する。

【００１６】電極端子８は絶縁材料からなるハウジング
１１に保持されている。燃料通路管１２は鉄により構成
され、ボジン２の中に挿入され、ハウジング１に固定さ
れている。

【００１７】なお、図中符号１４，１６，１７，１８は
シール用のＯリングである。また符号１９は、ノズルボ
デーを保護するキャップである。次にこの実施例の作動
を説明する。

【００１８】燃料噴射弁は、内燃機関の吸気マニホール
ドに挿入して設けられる。図示しない燃料ポンプと圧力
調節レギュレータとにより一定圧力に加圧された燃料
は、パイプ１３を通って供給され、フィルタ１５を通し
て燃料噴射弁の中に導入される。

【００１９】図２は駆動回路９による燃料噴射弁への通
電波形とニードル４の動きとを示している。燃料噴射を
行う場合には、所定の電圧を電磁コイル５に通電する。
この時電磁コイル５には、電流が流れ電磁力が発生し、
可動鉄心３と可動鉄心３に結合されたニードル４を吸引
する。すると、これまで密着していたニードル４とノズ
ルボデー７が離れて隙間ができる為一定圧力に加圧され
た燃料は、この隙間を通って内燃機関の吸気通路内に噴
射されることになる。

【００２０】この時、電磁コイル５のインダクタンス等
によって支配される電磁気的応答遅れ，スプリング力，
可動鉄心とニードルの慣性力，摺動摩擦力等の力学的関
係により、電磁コイルへの通電開始から、ニードルの吸
引が始まるまでの間に若干の応答遅れ（以下無効時間Ｔ
ｄと称する。）が生じる。この時間は、通常Ｔｄ＝０．
２〜０．８（ｍｓ）である。

【００２１】上記の様な燃料噴射弁の電磁コイルへの通
電周期は自動車用内燃機関においては、およそ１０〜１
００Ｈｚである。次に、燃料噴射を停止する場合、電磁
コイル５への連続的な通電を停止する。そして、無効時
間Ｔｄより短いオン時間のパルスで構成される高周波高
番電圧（数ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）を電磁コイル５に印加す
る。この時、ニードル４は吸引されることがなく、ノズ
ルボデー７との密着状態を保ち、燃料噴射は実行されな
い。すなわち、無効時間Ｔｄより長い連続通電を行わな
い様にして、ニードル吸引が始まる前に印加電圧を交番
させるのである。この時、電磁コイルに印加される交番
電流の平均値が、零に近い値となる様印加交番電圧の波
形，最大値，最小値とすることが肝要である。

【００２２】前述の様に、電磁コイル５に交番電圧を印
加すると電磁コイル５には高周波高番電流が流れ電磁コ
イル５の中に配置されている燃料通路管１２には、磁束
の変化（高周波交番磁界）が生ずる。

【００２３】この実施例では、燃料通路管１２の材質に
は、特に磁化ヒステリシス損失やうず電流損失の大きい
金属材料を選定しており、交番磁界中では発熱する。そ
して発熱した燃料通路管１２中を通過する燃料は、通過
の際伝熱作用により加熱され、次にニードル４が吸引さ
れたときに噴射弁から外部に噴射される。

【００２４】尚、前記磁気加熱手段においては、燃料通
路管１２に磁束密度を集中させて、加熱効率を高める
為、電磁コイル５の外周に配置されているバルブハウジ
ング１の部材をフェライトなど高透磁率で磁化ヒステリ
シス損失の小さなものとしてもよい。

【００２５】以上の様に構成されたこの実施例による
と、ニードル弁駆動用の電磁コイルを用いた簡単な構成
で磁気的な誘導加熱をすることができる。そして、この
実施例により加熱された燃料の噴霧は粒径が細かく、吸
入空気とよく混合する。このため、均一混合気を内燃機
関に供給し、完全燃料を行わせることができる。その結
果、有害排出ガス成分（特にＨＣ）の低下，アイドル安
定性向上，点火プラグの耐くすぶり性能の向上，希薄燃
料領域の拡大，排気ガス再循環量の拡大，低燃費を図る
ことができる。

【００２６】次に本発明を適用した第２実施例を説明す
る。この第２実施例は、構成は第１実施例と同じである
が、電磁コイル５への通電波形が異なっている。

【００２７】図３は、この第２実施例による駆動回路９
から燃料噴射弁への通電波形とニードル４の動きとを示
している。この第２実施例では、常時電磁コイル５へ高
周波交番電圧を印加し、燃料噴射時のみ印加電圧の平均
値を上昇させ、ニードル４を吸引している。この第２実
施例によると、第１実施例のように高周波通電と直流通
電とを切換える必要がなく、単に高周波通電出力にさら
に直流通電成分を加えるだけでよい。

【００２８】次に本発明を適用した第３実施例を説明す
る。この第３実施例では、燃料通路管のみが図１の実施
例と異なっている。図４は第３実施例の燃料通路管３２
の断面図である。なお、この燃料通路管３２以外の構成
はすべて第１実施例と同様である。

【００２９】この実施例では、燃料通路管３２の内側壁
面に凹凸を設けている。これにより燃料との接触面積を
大きくすることができ、発熱した燃料通路等３２から燃
料への熱伝達効率を高めることができる。

【００３０】次に本発明を適用した第４実施例を図５に
基づいて説明する。この第４実施例では、空気を断続す
る空気制御弁に本発明を適用している。従来、燃料噴射
弁から噴射された燃料に空気を混合させてから吸気マニ
ホールド内に噴射させるものが知られている。また、燃
料噴射弁から噴射された燃料に圧縮空気を衝突させて吸
気マニホールド、あるいは燃焼室内に供給する技術が知
られている。これらの技術は、自動車の内燃機関に供給
される燃料の霧化を向上させるために有効な技術であ
る。

【００３１】この第４実施例の空気制御弁は、燃料と混
合される補助空気の通路に設けられ、その補助空気を断
続する。図５は第４実施例の空気制御弁の断面構造と制
御装置のブロック構成とを示す構成図である。

【００３２】図５において、磁性材料でできたバルブハ
ウジング１０１には、非磁性材料のボビン１０２が内挿
されている。ボビン１０２には電磁コイル１０５が巻か
れている。さらにバルブハウジング１０１の中には、可
動鉄心１０３が挿入され、この可動鉄心１０３はニード
ル１０４に結合されている。

【００３３】ハウジング１０１の先端部には、スペーサ
１０７ａを介してノズルボデー１０７が設けられてい
る。ニードル１０４はスペーサ１０７ａを貫通して、ノ
ズルボデー１０７の内周面で支持され、ニードル１０４
の先端は、ノズルボデー１０７の先端に形成された空気
出口を閉じている。ニードル１０４と可動鉄心１０３と
は、リターンスプリング１０６によりノズルボデー１０
７に押し付けられている。

【００３４】電磁コイル１０５は電極端子１０８に接続
されており、空気制御弁の駆動回路１０９とリード線１
１０により接続されている。駆動回路１０９は、制御回
路１０９ａと高周波回路１０９ｂとを備えている。

【００３５】制御回路１０９ａは、噴射燃料の霧化向上
用空気の供給要否を決定し、空気を供給する時に空気制
御弁に駆動電流を供給する。また、高周波回路１０９ｂ
は、空気制御弁の駆動電流が遮断されている間、高周波
交番電流を電磁コイル１０５に供給する。

【００３６】電極端子１０８は絶縁材料からなるハウジ
ング１１１に保持されている。空気通路管１１２は鉄に
より構成され、ボビン１０２の中に挿入され、ハウジン
グ１０１に固定されている。

【００３７】なお、図中符号１１６，１１７，１１８は
シール用のＯリングである。また符号１１９は、ノズル
ボデーを保護するキャップである。内燃機関の吸気マニ
ホールド５１には、スロットルバルブ５２が設けられ、
スロットルバルブ５２の下流には、吸気マニホールド内
に燃料を噴射供給する燃料噴射弁５３が設けられる。

【００３８】燃料タンク５４内の燃料は燃料ポンプ５５
により加圧され、燃料圧力レギュレータ５６により所定
圧力に調節される。そして、この調節された燃料が燃料
噴射弁５３に供給される。燃料噴射弁５３は制御回路５
７により制御され、内燃機関の運転状態に応じた量の燃
料を所定のタイミングで噴射する。

【００３９】スロットルバルブ５２の上流に設けられた
空気取り出し口５８から取り出された空気は、空気圧縮
機５９で加圧され、空気圧力レギュレータ６０により所
定圧力に調節される。そして、この調節された空気が空
気制御弁の空気通路１１２に供給される。空気制御弁を
通過した空気は、吸気マニホールド５１に形成された補
助空気導入口６１に供給される。

【００４０】補助空気導入口６１は、燃料噴射弁５３の
燃料噴射口の直下流に連通しており、燃料とともに吸気
マニホールド内へ噴射される。このとき、圧縮された空
気は、燃料噴射弁５３から噴射された燃料と衝突し、燃
料の微粒化、霧化が促進される。これにより、内燃機関
には良好な混合気が供給され、良好な燃焼が行われる。

【００４１】しかも、空気制御弁には、高周波回路１０
９ｂから高周波電流が供給されるため、空気制御弁は高
周波磁界の中で発熱する。これにより空気制御弁に供給
される空気に混入している水分の凍結により、空気制御
弁が作動不良に陥るという不具合が防止される。また、
エンジンの停止中に空気制御弁内の水分が凍結していて
も、エンジンを始動させる際に空気制御弁が発熱するた
め、その凍結を解除して補助空気を供給することができ
る。

【００４２】以上の様に構成された第４実施例による
と、ニードル弁駆動用の電磁コイルを用いた簡単な構成
で磁気的な誘導加熱をすることができる。なお、上記実
施例では、トップフィード形式の燃料噴射弁に本発明を
適用した実施例を説明したが、ボトムフィード形式の燃
料噴射弁に本発明を適用してもよい。

【００４３】また、高周波電圧は、例えば冬期始動時等
の所定期間の間だけ印加するようにしてもよい。このよ
うな必要時のみ加熱を行うことで、燃料温度の不必要な
上昇によるベーパの発生を防止でき、また電磁コイルの
不必要な温度上昇による通電電流の低下を防止できる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、電磁
式流体制御弁の弁体を駆動する電磁コイルに高周波電流
を通電して、電磁コイルを、弁体の駆動用と流体加熱用
とに共用した簡単な構成で流体制御弁を加熱することが
できる。このため、特別の磁気誘導加熱用のコイルを備
える必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成を示す構成図である。

【図２】第１実施例の作動を示すグラフである。

【図３】第２実施例の作動を示すグラフである。

【図４】第３実施例の要部構造を示す断面図である。

【図５】第４実施例の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１ バルブハウジング ２ ボビン ３ 可動鉄心 ４ ニードル ５ 電磁コイル ７ ノズルボデー ９ 駆動回路 ９ａ 噴射量制御回路 ９ｂ 高周波回路 １０ リード線 １２ 燃料通路管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−92686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−37384（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−45249（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−45250（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニードルの動きにより流体の通路を断続
   する弁と、 前記ニードルを駆動する電磁コイルと、前記ニードルを駆動するために 前記電磁コイルへの駆動
   電流を断続する制御回路とを備える電磁式流体制御弁に
   おいて、 前記電磁コイルに高周波交番電流を通電する高周波電源
   を備え、該高周波電源を介して高周波交番電流を前記電
   磁コイルに通電することにより、前記電磁コイルの内部
   に設けられた部材を磁気誘導発熱させることを特徴とす
   る電磁式流体制御弁。
2. 【請求項２】 前記電磁コイルへの高周波交番電流の通
   電は、前記電磁コイルへの駆動電流が断たれたときに実
   行され、且つ電磁コイルへ印加される高周波交番電流の
   平均値が前記ニードルが駆動されない程度の値に設定さ
   れていることを特徴とする請求項1に記載の電磁式流体
   制御弁。
3. 【請求項３】 前記電磁コイルへの高周波交番電流の通
   電が常時実行され、前記電磁コイルへの駆動電流は前記
   高周波交番電流の平均値を上昇させることにより達成す
   ることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流体制御
   弁。