JP3039120B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に燃料を供給
する燃料供給装置に係わり、特に燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料を高周波誘導加熱による加熱する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関の寒冷始動時や寒冷時
のアイドリング時または寒冷運転時には燃料の霧化特性
が良くなく、燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気通路
の内壁や吸気弁へ付着し、機関の運転特性や排ガス特性
を劣化させる不具合がある。このような霧化対策とし
て、燃料噴射弁の先端にヒータを取り付け、燃料噴射弁
から加圧噴射される燃料を加熱することにより、微粒化
を促進させ、これにより機関の過度特性の改善、および
排ガス中の有害成分を低減させる手段が提案されてい
る。

【０００３】しかし、従来の加熱手段は、電熱ヒータ等
を用いていたためヒータ自身の温度立上がり特性が良く
なく、内部の燃料通路、すなわち伝熱面が十分な温度に
加熱されるまでに所定の時間がかかり、機関始動直後の
過度特性の改善および排ガス中の有害成分の低減に対し
て十分な効果が得られない不具合がある。

【０００４】このようなことから、ヒータとして特公昭
４９−４５２４９号および特公昭４９−４５２５０号に
記載されているように、高周波誘導加熱装置を採用する
ことが考えられる。すなわち、高周波誘導加熱装置は、
噴射燃料が通る燃料通路を比抵抗の大きい電気特性を有
する金属材料で構成し、この燃料通路部材の周囲に高周
波誘導加熱コイルを配置し、このコイルに高周波電流を
流すことにより上記燃料通路部材の表面に渦電流を発生
させ、この材料の比抵抗によりジュール熱を生じさせる
ようにしたものであり、このような加熱により燃料通路
部材の温度が上昇し、内部の燃料通路を通過する燃料を
速やかに加熱することができる。この場合、高周波誘導
による加熱は迅速になされ、しかも燃料通路部材は比較
的熱抵抗の小さな金属材料で構成されるため燃料通路に
速やかに熱を伝えることができ、立上がり特性が良好に
なる。よって、このような誘導加熱を用いると、特定の
部分のみを速やかにかつ効率よく加熱できるという長所
を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような高周波誘導加熱装置を用いた場合、温度立ち上が
り特性や加熱効率を上げようとすると燃料通路部材を小
形化した熱容量を小さくする傾向に進み、このようにす
ると温度の上限が高くなり、燃料が自然発火する心配が
生じる。例えば高周波誘導加熱手段を採用すると、２〜
３秒間に燃料通路を４００〜５００℃程度まで加熱する
のは比較的容易であるが、しかし大気圧下におけるガソ
リン蒸気の自然発火温度は４８０〜５５０℃程度とされ
ており、よって温度立ち上がり特性や加熱効率を向上さ
せようとした場合、燃料の自然発火を誘発する心配があ
る。このため、この種の高周波誘導加熱手段を採用した
場合は、燃料通路部材を速やかに温度上昇させたいが、
一方で上限温度を高精度に規制したいという要請があ
る。

【０００６】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、始動直後より燃料
通路部材を速やかに温度上昇させて燃料を充分に微粒化
し、しかも燃料通路部材の温度を燃料の自然発火温度よ
りも低い所望の温度に自動的に制御することができる内
燃機関の燃料供給装置を提供しようとするものである。

【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、内燃機関に向けて加圧燃料を噴射する燃料噴
射弁に連結され噴射された燃料が通る燃料通路を有した
部材にヒータを設けた燃料供給装置において、上記ヒー
タは、上記燃料通路を設けた部材を高周波交番磁界が作
用した時に発熱する金属で形成し、この部材の周囲に設
置されたコイルボビンと、このコイルボビンに巻回され
て高周波電流を流すことにより上記燃料通路を設けた部
材を誘導加熱する高周波誘導加熱コイルと、上記高周波
加熱コイルと直列に電気接続され、上記燃料通路を設け
た部材の温度が伝導可能に設けられて所定の温度に達す
ると抵抗を増して上記高周波誘導加熱コイルに流れる電
流を制限するＰＴＣ素子と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明の構成によれば、高周波誘導加熱コイル
に高周波電流を流すとコイルは高周波交番磁束を発生
し、このとき、燃料通路部材が磁気ヒステリシス損失や
渦電流損失などにより発熱する。この場合の発熱は、燃
料通路部材が金属製であるので、速やかに行われる。よ
って、燃料通路部材の温度が速やかに上昇し、通路を通
過する燃料が加熱される。そして、燃料通路部材の温度
が所定温度に達すると、燃料通路部材からの伝熱によっ
てＰＴＣ素子の比抵抗が上昇し、燃料の自然発火温度に
達する前にＰＴＣ素子に直列に接続されている上記高周
波誘導加熱コイルに流れる電流を規制する。よって、燃
料通路部材の発熱が制限され、その温度を制御すること
ができ、燃料をほぼ一定の温度に安定して加熱すること
ができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明を適用した第１の実施例を、図１
および図２にもとづき説明する。図は電磁式燃料噴射弁
を示し、１は弁本体である。弁本体１はノズルボディ２
とハウジング３とを結合して構成されている。このノズ
ルボディ２の先端部には噴射孔４と、この噴射孔４に連
続する円錐形の弁座部５が形成されており、かつこのノ
ズルボディ２の内部には弁座部５に連なる案内孔６が形
成されている。案内孔６内にはニ−ドル弁７が摺動自在
に嵌合されており、このニードル弁７の一端には上記弁
座部５に接離自在に当接する円錐形の当接部８が形成さ
れている。この当接部８が弁座部５から離れた場合に噴
射孔４が開かれて内燃機関へ燃料を噴射し、また当接部
９が弁座部５に当接した場合には噴射孔４が閉止されて
燃料の噴射が停止される。

【００１０】上記ハウジング３内には、上記ニードル弁
７を駆動して前記噴射弁４を開閉するための電磁アクチ
ュエ−タ１０が装備されている。電磁アクチュエ−タ１
０は、上記ニードル弁７の頭部１１に連結された可動コ
ア１２と、上記ハウジング３に固定された固定コア１３
と、この固定コア１３の回りにボビン１４を介して巻装
された電磁コイル１５とを備えている。上記可動コア１
２と固定コア１３との間には、可動コア１２を上記ニー
ドル弁７が閉弁方向に向けて押圧されるような復帰用コ
イルばね１６が介挿されている。電磁コイル１５に電流
を供給すると電磁力が発生し、この電磁力によって可動
コア１２が復帰用コイルばね１６の付勢力に抗して固定
コア１３に向けて吸引される。これによりニードル弁７
がリフトされ、当接部８が弁座部５から離れて噴射孔４
を開く。また、電磁コイル１５への通電を停止すると、
可動コア１２は復帰用コイルばね１６の力を受けて固定
コア１３から離れる方向に移動し、これによりニードル
弁７が復帰し、当接部８が弁座部５に着座して噴射孔４
を閉じる。

【００１１】固定コア１３には継手部１７が一体に延設
されており、この継手部１７内には燃料フィルタ１８が
取付けられている。継手部１７は、図示しない燃料供給
ポンプに接続される。また、継手部１７から固定コア部
１３の内部に亙って、復帰用コイルばね１６の付勢力を
調節するためのアジャストパイプ１９が螺挿入されてい
る。

【００１２】前記電磁アクチュエ−タ１０のボビン１４
には受電ピン２０が取り付けられており、この受電ピン
２０の基端は電磁コイル１５に接続されている。この受
電ピン２０の先端は合成樹脂などの電気絶縁体からなる
コネクタ部２１内に臨まされており、このコネクタ部２
１により包囲されている。この受電ピン２０に図示しな
い電源から電流を流すと、上記した通り、電磁コイル１
５に電流が供給され、この電磁コイル１５に電磁力が発
生して可動コア１２を復帰用コイルばね１６の付勢力に
抗して吸引し、これによりニードル弁７を上昇させ、噴
射孔４を開くものである。

【００１３】上記構成の電磁式燃料噴射弁におけるノズ
ルボディ２には、燃料加熱管に相当する燃料通路部材３
０が連結されている。この燃料通路部材３０には、内燃
機関の吸気弁の数に対応して１個、または複数個の燃料
通路３１、３１が形成されており、これら燃料通路３
１、３１の上流端は上記ノズルボディ２の噴射孔４に連
通している。上記燃料通路部材３０は、透磁率が高くて
熱抵抗の小さな純鉄により形成されている。

【００１４】この燃料通路部材３０の外周には、ヒータ
が設けられている。ヒータの構造について説明すると、
上記燃料通路部材３０の外側には、所定の温度Ｔc に達
すると比抵抗が増大する特性を有する、つまりＰＴＣ
（正温度特性サーミスタ）素子からなるコイルボビン３
２が取り付けれている。ＰＴＣ素子としては正温度特性
をもつセラミックス材料が使用される。上記コイルボビ
ン３２には、銅線からなる高周波誘導加熱コイル３３が
巻回されている。この誘導加熱コイル３３は上記ＰＴＣ
素子からなるコイルボビン３２と直列に電気接続されて
いる。この場合、コイルボビン３２の内面に軸方向に沿
って電極３４を形成し、この電極３４とコイルボビン３
２と誘導加熱コイル３３が直列に電気接続されるように
なっている。

【００１５】そして上記電極３４と誘導加熱コイル３３
は、リード線３５、３６により高周波発振回路３７に接
続されており、この高周波発振回路３７は電源３８に接
続されている。なお、リード線３５または３６の途中に
は適宜のスイッチ３９を設け、このスイッチ３９のより
誘導加熱コイル３３への通電を断続するようにし、例え
ばエンジン作動時のみ通電したり、エンジンの負荷、回
転、温度等の運転状態に応じて断続するなどの制御が可
能になる。

【００１６】このような構成による実施例の作用を説明
する。

【００１７】図示しない電子制御回路から電磁コイル１
５へ電流を供給すると、電磁コイル１５に電磁力が発生
し、この電磁力によって可動コア１２を固定コア１３に
向けて吸引し、よってニードル弁７がリフトされ、当接
部８が弁座部５から離れるので噴射孔４が開かれる。こ
のため、燃料供給ポンプから継手部１７を経て案内孔６
に供給されている加圧燃料が噴射孔４から噴射される。
この噴射燃料は燃料通路部材３０に形成された燃料通路
３１、３１より、内燃機関の吸気通路に噴射される。ま
た、電子制御回路から電磁コイル１５へ電流供給を停止
すると、可動コア１２が復帰用コイルばね１５の付勢力
を受けて固定コア１１３ら離れるように移動し、これに
よりニードル弁７は、その当接部８が弁座部５に着座
し、噴射孔４を閉じる。したがって噴射孔４からの燃料
噴射が停止される。

【００１８】上記のような燃料の噴射中に、スイッチ３
９を閉じると、高周波発振回路３７から誘導加熱コイル
３３に高周波電圧（周波数；数ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）が印
加され、この誘導加熱コイル３３に高周波電流が流れ
る。このため、誘導加熱コイル３３の内側に配置されて
いる金属部材よりなる燃料通路部材３０に高周波交番磁
界が生じ、この燃料通路部材３０は磁気ヒステリシス損
失やうず電流損失の大きい金属材料を選定してあるた
め、上記交番磁界中で誘導発熱を生じる。よって、燃料
通路部材３０自身が温度上昇し、燃料通路３１、３１の
温度を上昇させるので燃料噴射弁より噴射された燃料
は、燃料通路３１、３１を通る過程で加熱され、微粒化
されて内燃機関に供給されるようになる。

【００１９】この結果、寒冷雰囲気等のような霧化性能
が良くない状況においても、内燃機関の吸気管に粒径の
細い燃料噴霧を噴射し、吸入空気とよく混合させて均一
な混合気を供給することができ、完全燃焼を行わせるこ
とができる。よって、内燃機関の有害排出ガス成分（特
にＨＣ）の低減、アイドル安定性の向上、点火プラグの
耐くすぶり性能の向上、希薄燃焼領域の拡大、排気ガス
再循環量の増大、低燃費の実現などが可能になる。

【００２０】特に、誘導加熱コイル３３による高周波誘
導加熱の場合、図２に示す特性図から明らかなように、
破線で示す従来の電熱ヒータの場合に比べて実線により
示す本発明の方が燃料通路部材３０を速やかに加熱する
ことができ、立上がり特性および加熱効率がきわめて良
好になるそして、このような高周波誘導加熱において
は、コイルボビン３２の内面が燃料通路部材３０の外面
に接触しているので燃料通路部材３０の熱はコイルボビ
ン３２に伝導される。そして、コイルボビン３２はＰＴ
Ｃ素子により構成してあるから、この材料が所定の温度
Ｔc （キューリー点）に達すると電気抵抗が非常に大き
くなり、電流を流れにくくするという特性を有し、よっ
て電流を制限する。このようなＰＴＣ素子からなるコイ
ルボビン３２を誘導加熱コイル３３と直列に接続したの
で、燃料通路部材３０の温度が所定の温度Ｔc に達する
と誘導加熱コイル３３に流れる電流が制限され、よって
高周波誘電機能が低下する。このため、燃料通路部材３
０の発熱を所定温度以下に制限することができ、燃料が
必要以上に加熱されることが防止される。よって、燃料
の自然発火を誘発するなどの心配がなくなる。

【００２１】なお、本発明は上記第１の実施例に制約さ
れるものではない。すなわち、上記第１の実施例の場
合、コイルボビン３２をＰＴＣ素子にて構成し、このコ
イルボビン３２と誘導加熱コイル３３を電気的に直列に
接続したが、本発明はコイルボビン３２とＰＴＣ素子を
別構造にしてもよい。このような構造の例を図３に示
す。図３に示す第２の実施例の場合は、コイルボビン３
２をセラミックあるいは樹脂等の熱的に断熱、電気的に
絶縁性を有する材料によって構成し、このコイルボビン
３２の内面に燃料通路部材３０の熱を受けるようにして
ＰＴＣ素子５０を取り付けてある。このＰＴＣ素子５０
の内外両面にそれぞれ電極５２、５３を接合し、これら
電極５２、５３によりＰＴＣ素子５０を挾んでいる。そ
して、一方の電極５２はリード線３５により高周波発振
回路３７に接続されているとともに、他方の電極５３は
リード線５１により誘導加熱コイル３３に直列に接続さ
れている。このような構造の場合であっても、燃料通路
部材３０の温度が所定の温度Ｔcに達するとＰＴＣ素子
５０の比抵抗が増して誘導加熱コイル３３に流れる電流
を制限し、よって燃料通路部材３０の発熱を所定温度以
下に制限して燃料を必要以上に加熱するのを防止するこ
とができる。

【００２２】図４においては、本発明の第３の実施例を
示す。この例は、誘導加熱コイル３３の回りを、電磁シ
ールド特性を有する金属とセラミック等の断熱材により
構成されるカバ−６０で覆ったものである。このような
構造の場合は、誘導加熱コイル３３から高周波電流の一
部が電磁ノイズとして放射されるのを上記電磁シールド
用カバ−６０によって遮断し、エンジンルーム内のよう
な内燃機関の周囲に設置されている周辺の電子機器に電
磁障害による誤作動を発生させるのを防止することがで
きる。カバー６０に金属材料を用いると、前述の加熱面
同様、コイル３３に印加した高周波により渦電流が発生
するが、金属全体の熱容量を大きくすること、あるいは
金属の外周にセラミック等の断熱材を配することによ
り、周囲への発熱の影響を最小限に抑えることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、高周
波誘導加熱コイルにより金属製の燃料通路部材を誘導加
熱するから燃料通路部材の温度上昇が迅速になされ、通
路温度の立上がり特性および加熱効率が向上する。そし
て、燃料通路部材の温度が所定温度に達すると、燃料通
路部材からの伝熱等により温度上昇するＰＴＣ素子の作
用により上記高周波誘導加熱コイルに流れる電流を自動
的に規制するので、燃料通路部材の上限温度を制限する
ことができる。このため、簡単な構造で燃料をほぼ一定
の温度に安定して制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、（Ａ）図は電磁
式燃料噴射弁の全体を示す断面図、（Ｂ）図はその下面
図。

【図２】同実施例と従来の場合を比較して示す温度上昇
の特性図。

【図３】本発明の第２の実施例を示し、（Ａ）図は要部
の構造を示す断面図、（Ｂ）図はその下面図、（Ｃ）図
はＰＴＣ素子と電極を拡大して示す断面図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す要部の構造の断面
図。

【符号の説明】

１…弁本体、２…ノズルボディ、３…ハウジング、４…
噴射孔、５…弁座部、６…案内孔、７…ニードル弁、１
０…電磁アクチュエ−タ、１２…可動コア、１３…固定
コア、１５…電磁コイル、３０…燃料通路部材、３１…
燃料通路、３２…コイルボビン（ＰＴＣ素子）、３３…
高周波誘導加熱コイル、５０…ＰＴＣ素子、６０…電磁
シールド用カバー。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 53/00 - 53/04 F02M 31/12 F02M 69/00 310

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に向けて加圧燃料を噴射する燃
   料噴射弁に連結され噴射された燃料が通る燃料通路を有
   した部材にヒータを設けた燃料供給装置において、 上記ヒータは、 上記燃料通路を設けた部材を高周波交番磁界が作用した
   時に発熱する金属で形成し、この部材の周囲に設置され
   たコイルボビンと、 このコイルボビンに巻回されて高周波電流を流すことに
   より上記燃料通路を設けた部材を誘導加熱する高周波誘
   導加熱コイルと、 上記高周波加熱コイルと直列に電気接続され、上記燃料
   通路を設けた部材の温度が伝導可能に設けられて所定の
   温度に達すると抵抗を増して上記高周波誘導加熱コイル
   に流れる電流を制限するＰＴＣ素子と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 【請求項２】 上記コイルボビンがＰＴＣ素子を兼用し
   ていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃
   料供給装置。
3. 【請求項３】 高周波誘導加熱コイルの周囲に、高周波
   電磁シールド用のカバ−を設けたことを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。