JP4792104B2 - 燃料インジェクタのアクチュエータおよびヒータに対する重畳された信号 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００６年３月２２日に提出された米国仮出願第６０／７８４６９６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過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、たとえば、開弁位置と閉弁位置との間で磁極部材を選択的に移動することによって燃焼室へ燃料を供給するためのアクチュエータを有する。この燃料インジェクタは、該燃料インジェクタ内の燃料を迅速に加熱するためのヒータも有する。アクチュエータおよびヒータは、磁極部材を動かして燃料を加熱するために、それぞれ異なる信号を使用する。１つの例では、アクチュエータとヒータとに信号を供給するために共通のドライバが使用される。１つの例では、ドライバからアクチュエータへＤＣ信号が供給されることにより、磁極部材が移動される。ドライバはＡＣ信号をＤＣ信号に重畳する。ＡＣ信号はヒータに給電するために使用される。１つの例ではヒータは、燃料インジェクタ内の燃料の近傍の構造体を誘導加熱する誘導加熱器である。

ドライバとアクチュエータとの間にフィルタが配置されており、該アクチュエータとヒータとにそれぞれ信号を供給する前に信号を分離する。

以下の説明および図面から、上記構成と別の構成を良好に理解できる。

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を開弁位置と閉弁位置との間で動かすための第１のコイル１４を有するアクチュエータを備えている。磁極部材１９は可動子２６を有し、可動子２６は可動子管２２に接続されている。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。

可動子２６と第１のコイル１４との間に第１のバリア３１が設けられており、該第１のコイル１４を燃料インジェクタ１０内の燃料流路から絶縁する。第１のコイル１４と、シェル４２（図１）のコネクタ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。

吐出口３６の近傍に第２のコイル１６が配置されており、ここで図示されている実施例では、第１のコイル１４と同軸である。第２のコイル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、第２のコイル１６はバルブボディ２０および／または可動子管２２を誘導加熱する。この例では、第２のバリア３３は第２のコイル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。１つの例では、第２のコイル１６は第２のバリア３３と第２の位置４６との間に配置される。第２のコイル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を第１のコイル１４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、可動子２６の軸方向移動を引き起こす。

図２を参照すると、ドライバ１２は第２のコイル１６に接続され、ＡＣ信号３２を該第２のコイル１６へ供給する。このＡＣ信号３２は、たとえば４０ｋＨｚで７０Ｖである。ＡＣ信号３２は、時間的に変化かつ反転する磁界を生成し、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性の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。加熱されたバルブボディ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。

１つのドライバ１２が、第１のコイル１４および第２のコイル１６の双方に給電するのに使用される。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。第１のコイル１４および第２のコイル１６とドライバ１２との間にフィルタ４８が配置されている。１つの例では、前記フィルタ４８はハイパスフィルタとして作用するコンデンサであり、このハイパスフィルタは、たとえばＡＣ信号等の高周波を取り出す。ドライバ１２は図３Ａに示されているように、ＡＣ信号が重畳されたＤＣ信号をフィルタ４８へ送信し、第２のコイル１６を使用して熱を供給する。フィルタ４８はＡＣ信号をブロックし、ＤＣ信号が第１のコイル１４へ通過するのを可能にする。このようにしてＤＣ信号は可動子２６を動かす。しかし、ＡＣ信号３２は第２のコイル１６へ送信され、該第２のコイル１６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。

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 (8)

1. 燃料インジェクタアセンブリにおいて、
   アクチュエータと、ヒータと、該アクチュエータおよびヒータと接続されたドライバとを有し、
   該ドライバは第１の信号および第２の信号を重畳した信号を生成するように構成されており、該アクチュエータは該第１の信号に応答し、該ヒータは該第２の信号に応答するものであり、
   前記ドライバと前記アクチュエータおよびヒータのうちいずれか一方との間に配置されたフィルタを有し、
   該フィルタは、重畳された信号のうち前記第１の信号および第２の信号のいずれか１つを、該アクチュエータおよびヒータのうちいずれか一方に通過させ、他方の信号をブロックすることを特徴とする、燃料インジェクタアセンブリ。
2. 前記第１の信号はＤＣ信号であり、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。
3. 前記フィルタはハイパスフィルタである、請求項１または２記載の燃料インジェクタアセンブリ。
4. 前記フィルタはコンデンサである、請求項１または２記載の燃料インジェクタアセンブリ。
5. 開弁位置と閉弁位置との間で可動な磁極部材を有し、該磁極部材は、前記アクチュエータによって前記第１の信号に応答して生成された磁界に応答して燃料を選択的に供給する、請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料インジェクタアセンブリ。
6. 燃料流路の近傍に、前記ヒータによって前記第２の信号に応答して生成された磁界に応答して加熱される構造体が配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料インジェクタアセンブリ。
7. 前記ヒータは誘導加熱器である、請求項６記載の燃料インジェクタアセンブリ。
8. 前記ドライバからのワイヤの対が前記第１の信号および第２の信号を前記アクチュエータおよびヒータに供給する、請求項１乃至７のいずれか１項記載の燃料インジェクタアセンブリ。

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