JP3156312B2

JP3156312B2 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP3156312B2
Application number: JP29319091A
Authority: JP
Inventors: 龍快松本; 公孝斎藤; 猪頭　　敏彦
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH04365967A

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
する燃料噴射装置に関し、特にその燃料噴射弁に高周波
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である。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料噴射弁に高周波誘導加熱によ
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─４５２５０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】上記の従来技術のよう
な、燃料噴射弁の先端部にコイルを設けただけでは、コ
イルが発生する磁束が、燃料噴射弁内で燃料に浸ってい
るニードルだけでなく、燃料と直接接触しないノズルボ
ディにも通ってしまう。このため、燃料に熱を伝えやす
いニードルに磁束を集中させて燃料を効率的に加熱でき
ないという問題点があった。

【０００５】そこで本発明は、燃料噴射弁から噴射され
る燃料を高周波誘導加熱により加熱するにあたり、燃料
を効率的に加熱することができる燃料噴射装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【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、内燃機関に加圧燃料を調量し噴射する燃
料噴射弁を備え、該燃料噴射弁を前記内燃機関の吸気管
にインシュレータを介して気密に固定した燃料供給装置
において、前記インシュレータの内部に、高周波電流が
通電されるコイルと該コイルが発生する磁束を集中させ
る、高い透磁率を有し、磁気発熱しやすい加熱部材とを
内蔵せしめ、前記インシュレータはゴム製により構成さ
れていて前記加熱部材より透磁率が低く、磁気発熱しに
くいことを特徴とする燃料供給装置という技術的手段を
採用する。また、内燃機関に加圧燃料を調量し噴射する
燃料噴射弁を備える燃料供給装置において、前記燃料噴
射弁の燃料噴射側に被覆され、燃料が通過する通路及び
噴射開口を有し透磁率が低く、磁気加熱しにくい樹脂製
保護キャップを備え、前記保護キャップの内部に、高周
波電流が通電されるコイルと該コイルが発生する磁束を
集中させる、前記保護キャップより高い透磁率を有し、
磁気発熱しやすい加熱部材とを内蔵せしめ、前記加熱部
材を前記通路の周りに位置するように配置したことを特
徴とする燃料供給装置という技術的手段を採用する。

【０００７】

【作用】上記本発明の構成による作用を説明する。コイ
ルに高周波電流が通電されると、コイルは高周波交番磁
束を発生する。このとき、加熱部材以外のインシュレー
タ、保護キャップは加熱部材より透磁率の低い材料で構
成されているため、コイルが発生する磁束は高い透磁率
を有する加熱部材に集中する。ここで、加熱部材は磁気
ヒステリシス損失や渦電流損失などによる磁気的に発熱
しやすい材料で構成されるため、加熱部材は最も強く誘
導発熱する。そして、加熱部材は燃料を加熱する。この
ように、コイルによる磁気誘導加熱で発生する熱は、燃
料を加熱しやすい加熱部材に集中し、燃料が効果的に加
熱される。本発明では、特に、燃料噴射弁を内燃機関の
吸気管に気密的に固定するゴム製のインシュレータの内
部に加熱部材及びコイルを内蔵せしめてあるため、イン
シュレータがゴム製であることを利用して効果的にコイ
ルの磁束を加熱部材に集中させることができる。更に
は、燃料噴射弁の構成を変更する必要がなく、インシュ
レータ内部に加熱部材及びコイルを内蔵せしめるという
簡便な構成にて燃料噴射弁の燃料を加熱することができ
る。また、保護キャップの内部に加熱部材及びコイルを
内蔵せしめたものも上記と同様に保護キャップが樹脂製
であるため、このキャップは磁束による発熱がなく、効
果的にコイルの磁束を加熱部材に集中させることができ
る。更には、燃料噴射弁の構成を変更する必要がなく、
保護キャップ内部に加熱部材及びコイルを内蔵せしめる
という簡便な構成にて燃料噴射弁の燃料を加熱すること
ができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を、１２の参照例とと
もに説明する。第１参照例を図１乃至図３に説明する。
この第１参照例では、燃料加熱装置を燃料噴射弁の上流
に設けてある。図１において、燃料噴射弁１は、図示し
ない内燃機関の吸気管に装着される。燃料通路管２は、
図示しない燃料タンクからポンプにより一定圧力に加圧
された燃料を燃料噴射弁１に導く。燃料通路管２の外周
にはコア３が設けられる。コア３には、銅線のコイル４
が巻かれている。この電磁コイル４はハウジング５によ
り覆われている。コイル４はリード線６により、高周波
電源７に接続されている。

【０００９】なお、電源７からの高周波電流の供給は、
リード線６の途中に適宜のスイッチを設けることで断続
することができ、例えばエンジン作動時のみ供給するよ
うにしたり、エンジンの負荷、回転、温度等の回転状態
に応じて断続できる。

【００１０】図２は、加熱装置の原理を示している高周
波電源７からコイル４に高周波電圧（周波数；数ＫＨ_Z
〜数ＭＨ_Z）を印加すると、電磁コイル４には、高周波
電流Ｉが流れ、コイル４内に配置された金属部材より成
る燃料通路管２には、高周波交番磁界Ｈが生ずる。燃料
通路管２は、透磁率が高く、特に磁気ヒステリシス損失
や、うず電流損失の大きい磁気発熱しやすい金属材料を
選定してある為、交番磁界中では、発熱現象が生ずる。
そして、一定圧力に加圧された燃料は、発熱した燃料通
路管２を通過する際、燃料通路管２の内側側面より受熱
し加熱される。そして、この加熱された燃料が、燃料噴
射弁１から吸気管内に噴射される。ここでコア３は、透
磁率が低く、しかも発熱した燃料通路管からの大気中へ
の放熱、輻射、電磁コイルへの伝熱などによる熱損失を
防ぐ為、発熱温度に耐える合成樹脂、ゴム、又はセラミ
ックスなどの断熱材でできている。又、５の電磁コイル
のハウジング５は、フェライトなどの高透磁率、かつ磁
気ヒステリシス損失の小さなものを使用し、燃料通路管
２内の磁束密度を高めて、燃料通路第２の発熱効率を高
め、結果的に燃料を加熱する熱効率を高めている。

【００１１】上記の様に構成された噴射燃料加熱装置を
用いれば、内燃機関の吸気管中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均一な混合気を内燃機
関に供給でき、完全燃焼を行わせることができる。その
結果、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できる。

【００１２】図３は、内燃機関運転中に第１参照例の加
熱装置を作動（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）させた時の噴射
燃料温度と、排気ガス中のＨＣ濃度との挙動を示してい
る。加熱を開始すると燃料温度は加熱前の２９℃から速
やかに９０℃まで上昇し、それに伴い、排気ガス中のＨ
Ｃ濃度は１０５００ｐｐｍから７５００ｐｐｍに大きく
低下し、多大なる効果が認められる。

【００１３】一方、加熱を停止すると、噴射燃料温度、
ＨＣ濃度は再び元の値にもどる。上記の如く、この第１
実施例によると簡単な構成で噴射燃料を加熱し、その霧
化を良好にさせ、内燃機関の性能を大幅に改善すること
ができる。

【００１４】図４に第２参照例を示す。なお、第１参照
例と同じ構成には同じ符号を付し説明を省略する。上記
の第１参照例の構成においても極一部ではあるが、燃料
通路管２の熱は、大気中への放熱、輻射、電磁コイルへ
の伝熱によって逃げてしまう。

【００１５】そこで図４の第２参照例では、燃料通路管
２を交番磁界中で発熱しないゴム、合成樹脂、セラミッ
クスなどの非金属としている。そして、燃料通路管２の
中に発熱体８を設置している。この発熱体８は、磁気ヒ
ステリシス損失やうず電流損失の大きい金属で製作され
ている。発熱体８は、表面が全て燃料と接触している
為、交番磁界により発熱体８で発生した熱は全て燃料通
路管２を通る燃料に伝わり、加熱効率が高い。なお、発
熱体８には、燃料との接触面積が大きくなる様、図４の
ように凹凸を設ける。

【００１６】図５、図６に第３参照例を示す。なお、第
１参照例の構成と対応する構成には同一符号を付し、説
明を省略する。第３参照例では、磁気的燃料加熱装置を
燃料噴射弁１に装着してある。図５において、燃料噴射
弁１のノズルボディ９は、燃料を噴射する噴孔を有す
る。また、ノズルボディ９は透磁率が低く、磁気誘導発
熱しにくい金属や、セラミックスなどの非金属により構
成されている。ノズルボディ９の中に収納されたニード
ル１０は、燃料噴射弁１に内蔵された図示しない電磁ソ
レノイドにより駆動される。このニードル１０は、ノズ
ルボディ９より透磁率が高く、しかも磁気誘導発熱しや
すい金属により構成されている。ノズルボディ９の先端
部には、断熱材製のコア３が燃料噴射弁１の先端の保護
もかねて設けられている。コア３の外周には電磁コイル
４が巻かれている。

【００１７】高周波電源７から電磁コイル４に高周波電
圧を印加すると、電磁コイル４には、高周波電流Ｉが流
れ、電磁コイル中に存在するノズルボディ９、ニードル
１０には高周波交番磁界Ｈが生じる。このとき、この実
施例では、ノズルボディ９を通る磁束は少なく、ニード
ル１０を通る磁束は多い。しかも燃料と直接に接触して
いるニードル１０がよく発熱する。このため、磁気誘導
発熱で生じた熱が燃料に伝わりやすい。

【００１８】この参照例によると、磁気発熱エネルギー
の大気中への放熱、輻射、電磁コイルへの伝熱を少なく
して、加熱効率を高めることができる。図６は第４参照
例を示す。第４参照例では磁気的燃料加熱装置を燃料噴
射弁１の下流に設けてあり、燃料噴射弁１から噴射され
た後の燃料を加熱している。図６において、燃料噴射弁
１の先端部には、燃料加熱管１１ａが付加されている。
燃料加熱管１１ａは、磁気ヒステリシス損失やうず電流
損失の大きい材料により構成されている。燃料加熱管１
１ａの外周にはコア３が設けられ、コイル４が巻かれて
いる。高周波電源７から電磁コイル４に高周波電力が印
加され交番磁界が発生すると燃料加熱管１１ａが発熱す
る。燃料噴射弁１から噴射された燃料は、燃料加熱管１
１ａを通過する際に加熱され、噴霧の霧化が促進され
る。

【００１９】図７は第５参照例を示す。第５参照例で
は、図６に示した第４参照例と同様、磁気的燃料加熱装
置を燃料噴射弁１の下流に設けてある。特に、この参照
例では、１気筒につき２つの吸気弁を有する内燃機関に
対応させた、燃料分岐機能を有する燃料加熱分岐管１１
ｂが用いられている。燃料加熱分岐管１１ｂは、磁気ヒ
ステリシス損失や、うず電流損失の大きい材料としてあ
る。本参照例によれば、１気筒に２つの吸気弁を有する
内燃機関においても吸気通路分岐部に燃料が衝突するこ
となく、２つの吸気弁方向に霧化が促進された燃料を供
給できる。

【００２０】図８は、第６参照例を示す。第６参照例で
は、燃料加熱管１１ｃに空気導入路１２を設けている。
この空気導入路１２からエアポンプにより一定圧力に加
圧された空気や、吸気管圧力と大気圧との差圧により生
じる空気流を燃料加熱管１１ｃの先端部に導入する。そ
して、空気導入路1２から導入された空気が加熱され霧
化が促進された燃料に衝突させて、更に霧化促進を図っ
ている。この参照例では、加熱霧化促進の効果が低下し
ない様空気導入管1２は、燃料加熱管１１ｃの下流に設
けてある。

【００２１】ここで、燃料加熱管１１ｃの上流に空気導
入管１２を設けた場合には、発熱した燃料加熱管の熱の
多くが空気に奪い取られる。また、空気導入により噴霧
の速度が高まる為、燃料と燃料加熱管との接触時間、あ
るいは燃料の加熱管通過時間が短くなり、熱伝達割合が
低下する。このため、燃料加熱による霧化促進効果が不
充分になるという問題が生ずる。しかし、第６実施例の
構造では磁気加熱後の燃料に空気を衝突させたため、両
者による霧化の促進を十分に効果的に生じさせている。

【００２２】なお、空気導入管１２は燃料加熱管１１ｃ
の上流に設けても霧化促進効果が得られる。図９は本発
明の第１実施例を示す。第１実施例では、電磁コイル４
が燃料噴射弁１と吸気管１５の気密性を保つ為に設けら
れたゴム製のインシュレータ１３に内蔵されている。ま
た、磁束密度を集中させる為のフィライト製のコア１４
もインシュレータ１３に内蔵されている。この本発明の
第１実施例では、図５に示した第３参照例と同様にニー
ドル１０が発熱する。

【００２３】図１０は、本発明の第２実施例を示す。第
２実施例では、電磁コイル４が合成樹脂製の噴射弁保護
キャップ１６内にモールドされている。そして、このキ
ャップ１６内には、燃料加熱分岐管１７もモールドさ
れ、内蔵されている。この実施例では、燃料加熱分岐管
１７が樹脂で覆われている為、発熱した熱の外部への放
熱を防ぎ、効率よく燃料の加熱ができる。

【００２４】図１１は第７参照例を示す。なお、上記の
参照例と同様の構成については同一の符号を付して説明
を省略する。この第７参照例では、燃料噴射弁１の先端
部にスリーブ２０を設け、このスリーブ内に加熱装置を
内蔵している。スリーブ２０は、そのハウジング２１の
内部に、セラミック製ボビン２２と、電磁コイル２３
と、燃料加熱管２４と、ピン２５と、ガスケット２６と
を有している。燃料加熱管２４は、燃料噴射弁１から噴
射された燃料の通路２７を形成し、その下端部に形成さ
れた溝２８により、ピン２５の下端部２９を支持してい
る。セラミック製ボビン２２には電磁コイル２３が巻か
れている。ピン２５は、上端部が尖っており、Ｔ字型の
下端部２９によって、燃料通路２７の中心軸上に支持さ
れている。そして、燃料加熱管２４とピン２５とは、高
い透磁率と、低い抵抗とを示す純鉄で構成されている。

【００２５】この参照例によると、電磁コイル２３に高
周波電流を通電することで、燃料加熱管２４とピン２５
とが磁気ヒステリシス損失や渦電流損失により発熱す
る。従って、燃料通路２７を通る燃料は、内側と外側の
両方から加熱される。また、セラミック製ボビン２２は
発熱せず、燃料加熱管２４の熱の放散を防止する。

【００２６】このため、この実施例によると、ピンがな
い場合に比べて、燃料と接触する面積が広くなるから、
燃料を効率良く、かつ一様に加熱することができ、一様
に微粒化された燃料噴霧を形成することができる。

【００２７】また、ピン２５の温度が２００°以上に達
すると、ガソリン燃料の場合、燃料とピン２５との接触
面に沸騰核と呼ばれる気泡が発生する。そしてこの気泡
が放射状に飛び散る際に、燃料滴を分裂、破壊させる。
このため、より一層に燃料の微粒化が促進される。

【００２８】図１２は、第７参照例による実験結果を示
すグラフである。図１２は、図１１の装置を内燃機関の
燃料噴射装置として使用し、電磁コイルへ通電しないま
ま機関を定常状態で運転させた後、電磁コイルへ通電し
燃料加熱を開始した場合の、排気ガス中のＨＣ濃度変化
を示している。なお、図１２には、比較例として、ピン
を取り除いたものの実験結果を破線で示している。

【００２９】この図１２から明らかなように、ピンを備
えた場合には、ピンを備えない場合に比べて、ＨＣ濃度
を早く低下させることができる。また、最終的なＨＣ濃
度も、改善される。この実施例では、ピンを備えるもの
では、約５０パーセントのＨＣ濃度低下が認められた。

【００３０】このように、ピンを装着することにより、
燃料通路を数ｍｓで通過する燃料を効率よく加熱するこ
とができる。図１３は第８参照例を示す。この参照例で
は、燃料加熱管３０により形成される燃料通路３１を、
下流部でふたつの通路３２、３３に分岐させている。そ
して、通路３２、３３を仕切る仕切り壁３４にピン３５
を設けている。

【００３１】図１４は第９参照例を示す。この参照例で
は、セラミック製ボビン３６に燃料通路２７が形成さ
れ、セラミック製ボビン３６に溝２８が形成されてピン
２５の下端部２９が支持されている。この参照例による
と、ピン２５のみが発熱し、燃料を加熱する。このた
め、図１１の参照例に比べて、発生した熱のほとんどを
燃料のみに伝達することができる。

【００３２】図１５は、第１０参照例である。この参照
例では、燃料加熱管３７にふたつに分岐する燃料通路３
８、３９を形成し、それぞれの通路３８、３９にピン４
０、４１を設けている。なお、ピン４０、４１は通路に
形成された図示せぬ溝により支持されている。

【００３３】また、この図１５の参照例の燃料通路を、
図１４の参照例のようにセラミック製ボビンに直接形成
し、ピンのみが発熱するようにしてもよい。図１６は、
第１１参照例である。この参照例では、ハウジング２１
の内部に、セラミック製スペーサ４２と、セラミック製
ボビン４３と、電磁コイル２３と、燃料加熱管４４と、
円盤状フェライト４５と、カップ状フェライト４６とを
収容している。円筒型の燃料加熱管４４は純鉄製で、内
部に燃料通路４７が形成されている。この参照例では、
燃料加熱管４４と、円盤状フェライト４５と、カップ状
フェライト４６とにより、閉磁路が形成される。このた
め、電磁コイル２３により発生した磁束が効率よく燃料
加熱管４４に導かれ、燃料加熱管４４が効率良く加熱さ
れる。また、フェライトは透磁率が低く、ほとんど発熱
しない。しかも、断熱性に優れるため、燃料加熱管４４
の熱を外部に逃がさないという効果もある。

【００３４】図１７は、図１６の参照例の燃料加熱管の
温度上昇を示すグラフである。比較例として、フェライ
ト製に磁路を備えないものの燃料加熱管の温度上昇を破
線で示す。図１７から明らかなように、フェライト製の
磁路を備えることにより、燃料通路管の温度上昇が早く
なっている。

【００３５】図１８は、第１２参照例である。この参照
例では、燃料噴射弁１の先端部にセラミック製スリーブ
５０が設けられる。スリーブ５０は、電磁コイル５２を
内蔵して成形されている。スリーブ５０内には、燃料通
路５３と、この燃料通路５３から分岐する燃料通路５
４、５５とが形成される。さらに、燃料通路５３、５
４、５５の内面には、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのア
ルミニウム膜５６が真空蒸着されている。

【００３６】この参照例では、電磁コイル５２に通電さ
れると、アルミニウム膜５６が発熱し、燃料通路５３、
５４、５５を通過してゆく燃料が加熱される。この参照
例によると、部品点数を低減でき、構成を簡単にできる
という効果がある。

【００３７】なお、図１８の参照例ではアルミニウム膜
を形成したが、これをニッケル、コバルト、クロム等の
メッキにしてもよく、セラミック製スリーブに代えて樹
脂製スリーブを用いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、燃料
噴射弁の燃料を効率的に加熱することができる。また、
本発明では、燃料噴射弁と吸気管との間に配置されるゴ
ム製インシュレータとか、あるいは燃料噴射弁を保護す
る樹脂製保護キャップの内部に電磁コイルと、この電磁
コイルに流れる高周波電流により生成される磁束を集中
的に受ける高透磁率で磁気発熱しやすい加熱部材とを配
置しており、従って燃料噴射弁の構成を変更せずして燃
料の加熱を行うことができる。しかもインシュレータ、
保護キャップの材質はそもそも透磁率が低く、直発熱す
るものではないので、上記加熱部材への磁束の集中を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１参照例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図２】第１参照例の要部構造を示す斜視図である。

【図３】第１参照例を用いた実験の結果を示すグラフで
ある。

【図４】第２参照例の要部構造を示す断面図である。

【図５】第３参照例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図６】第４参照例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図７】第５参照例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図８】第６参照例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図９】本発明の第１実施例の要部断面構造を示す部分
断面図である。

【図１０】本発明の第２実施例の要部断面構造を示す部
分断面図である。

【図１１】第７参照例の要部断面構造を示す部分断面図
である。

【図１２】第７参照例を用いた実験の結果を示すグラフ
である。

【図１３】第８参照例の要部断面構造を示す部分断面図
である。

【図１４】第９参照例の要部断面構造を示す部分断面図
である。

【図１５】第１０参照例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【図１６】第１１参照例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【図１７】第１１参照例を用いた実験の結果を示すグラ
フである。

【図１８】第１２参照例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−217883（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−36974（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−187090（ＪＰ，Ｕ) 実開昭51−41749（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−771（ＪＰ，Ｕ) 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) F02M 53/06 F02M 53/04 F02M 53/02 F02M 53/00 F02M 55/02 350 F02M 69/00 310 H05B 6/10 311

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に加圧燃料を調量し噴射する燃
料噴射弁を備え、該燃料噴射弁を前記内燃機関の吸気管
にインシュレータを介して気密に固定した燃料供給装置
において、前記インシュレータの内部に、高周波電流が通電される
コイルと該コイルが発生する磁束を集中させる、高い透
磁率を有し、磁気発熱しやすい加熱部材とを内蔵せし
め、前記インシュレータはゴム製により構成されていて前記
加熱部材より透磁率が低く、磁気発熱しにくいことを特
徴とする燃料供給装置。
【請求項２】内燃機関に加圧燃料を調量し噴射する燃
料噴射弁を備える燃料供給装置において、前記燃料噴射弁の燃料噴射側に被覆され、燃料が通過す
る通路及び噴射開口を有し透磁率が低く、磁気加熱しに
くい樹脂製保護キャップを備え、前記保護キャップの内部に、高周波電流が通電されるコ
イルと該コイルが発生する磁束を集中させる、前記保護
キャップより高い透磁率を有し、磁気発熱しやすい加熱
部材とを内蔵せしめ、前記加熱部材を前記通路の周りに位置するように配置し
たことを特徴とする燃料供給装置。