JP4838880B2 - ３線式接続を使用する誘導加熱されるインジェクタ - 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６０／７８４６９７号に係る優先権を主張する。

発明の背景
本発明は一般的に、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、燃焼室内に噴射され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。燃料の加熱によって高温のエンジンの運転が再現され、燃焼性能が改善される。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試行されている。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。これらの手法には電力が必要とされるので、圧力バリアと壁とを貫通して延在する導線が必要である。ワイヤと圧力バリアとの間で必要とされるシールは、燃料漏れの原因となる可能性があるので望ましくない。さらに、このような熱を生成する装置は、燃料インジェクタの他のコンポーネントから絶縁しなければならないので、このような装置を燃料インジェクタ内に実装して支持するのは困難である。

すべての自動車用部品に関する懸案事項に、すべての電子的または電気機械的な装置との接続部の数がある。端子および配線接続部の数が多いほど、電子制御ユニットおよび別の制御装置とのサポート接続部の数が多くなる。端子が増えるごとに、材料コストおよび組立時間が嵩む。

したがって、付加的な燃料漏れ経路を形成したり絶縁構造体を形成したりすることなく、かつ、電気的接続部の数を最小化して、燃料の加熱および蒸発を行うための燃料加熱方法を構成および開発するのが望ましい。

本発明の概要
１つの例の燃料インジェクタアセンブリは、ＤＣ電流ドライバによって駆動される第１のコイルと、ＡＣドライバによって駆動される第２のコイルとを有し、該第１のコイルおよび第２のコイルは双方ともに共通の接続部を共用することにより、外部の端子接続部の数を低減する。

この例の燃料インジェクタは、第１の信号をＤＣドライバから受け取って第１の磁界を生成する第１のコイルを有し、該第１の磁界は可動子を開弁位置と閉弁位置との間で移動する。第２のコイルは、燃料流と熱的にコンタクトするコンポーネントを加熱するために使用される第２の磁界を生成し、該コンポーネントは、燃料インジェクタを出る前の燃料を加熱する。加熱されたこの燃料は、燃焼性能を改善するほど高いレベルの霧化を実現するように液体燃料を実質的に蒸発する温度まで引き上げられる。

この例の燃料インジェクタアセンブリは３つの端子を有し、１つはＤＣドライバに対する端子であり、１つはＡＣドライバに対する端子であり、１つは共通の電圧バスに対する端子である。このようにして、第１のコイルと第２のコイルとに常に電圧が供給され、接地との接続を制御することによってスイッチングが行われる。燃料インジェクタアセンブリ内にハイパスフィルタを配置することにより、ＡＣ信号が第１のコイル内でＤＣ信号に干渉するのを阻止する。

このようにして、この例の燃料インジェクタアセンブリが動作のために必要とする端子または外部接続部は３つだけとなる。

以下の説明および図面から、本発明の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３ 燃料インジェクタの構成体の別の例の概略図である。

有利な実施形態の詳細な説明
図１を参照すると、一例の燃料インジェクタ１０は、可動子２６とバルブボディ２０との間に画定された環状の燃料流路２４を含む。可動子２６はバルブボディ２０内部で開弁位置と閉弁位置との間で移動することにより、前記環状の流路２４を流れる燃料流１８を調整する。第１のコイル１４が第１の信号を、直流（ＤＣ）ドライバ１２から受け取って第１の磁界を生成し、該第１の磁界は可動子２６を開弁位置と閉弁位置との間で移動する。第２のコイル１６は、燃料流１８と熱的にコンタクトするコンポーネントを加熱するために使用される第２の磁界を生成し、該コンポーネントは、吐出口３６を通って燃料インジェクタ１０を出る前の燃料を加熱する。３８で示されたように吐出口３６を出るこの加熱された燃料は、燃焼性能を改善するほど高いレベルの霧化を実現するように液体燃料を実質的に蒸発する温度まで引き上げられる。

この実施例では燃料流１８と熱コンタクトされるコンポーネントは、可動子２６の可動子管２２である。可動子管２２は燃料流１８内に配置される。可動子管２２は、磁界に対して応答する磁気的にアクティブな材料から製造される。第２のコイル１６は、可動子管２２を包囲して該可動子管２２と相互作用する第２の磁界を生成する。第２の磁界は、交流（ＡＣ）ドライバ１５によって供給される交流電流によって生成される。ＡＣドライバ１５からの交流電流によって、第２のコイル１６に時変性の第２の磁界が形成される。

第２の磁界を生成するこの交流電流の周波数は、可動子２６の移動が引き起こされないように選択される。可動子２６の移動が生じないのは、交流電流の周波数によって、時間的に変化および反転する第２の磁界が得られるからである。可動子管２２内部の熱は、この時変性の第２の磁界によって誘導されるヒステリシス損と渦電流損失とによって生成される。生成される熱の量は、可動子管２２の材料の比抵抗と交流電流信号の特性とに応答する。このような時変性の第２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、第２の磁界に応答する熱の生成は良好になる。

コネクタ４０は、ＤＣドライバ１２とＡＣドライバ１５と正電圧バス４８とに対する接続部を有する。多くのアプリケーションでは、システム全体の複雑性およびコストを低減するために、電子的装置との端子の数を低減するのが望まれる。この例の燃料インジェクタアセンブリ１０ではコネクタ４０は３つの端子を有し、１つはＤＣドライバ１２に対する端子であり、１つはＡＣドライバに対する端子であり、１つは共通の電圧バス４８に対する端子である。ハイサイド接続部４６は、第１のコイル１４と第２のコイル１６との間で共用される。燃料インジェクタアセンブリ１０内にハイパスフィルタ２８を配置することにより、交流電流信号が第１のコイル１４内の直流電流信号に干渉するのを阻止する。

図２を参照すると、同図に示された燃料インジェクタアセンブリ１０では、第２のコイル１６は第１のコイル１４内に組み込まれており、燃料流１８の周囲に同軸で配置されている。ＡＣドライバ１５は交流電流信号４４を第２のコイル１６に送信する。ＤＣドライバ１２は直流電流信号４２を第１のコイル１４に送信する。直流電流信号４２は、可動子２６を移動するのに使用される第１の磁界を生成する。交流電流信号４４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。この例では可動子管２２が加熱されるが、バルブボディ２０等の別のコンポーネントを加熱することもできる。

第１のコイル１４および第２のコイル１６は共通の電圧バス４８に接続されるので、交流電流３２が該第１のコイル１４の動作と可動子２６の動作とに干渉するのを阻止するために信号セパレータが設けられる。この例の信号セパレータはハイパスフィルタ２８を有し、該ハイパスフィルタ２８は、交流電流が第１のコイル１４に入力されるのを阻止する。この例の信号セパレータはコンデンサ２８を有する。また、第１のコイルの干渉を阻止する機能を果たす別の装置および回路構成を使用することも考えられ、これらは本発明の思想の範囲内である。

図３を参照すると、別の例の燃料インジェクタアセンブリ１０は、接地３４に対する共通の接続部を有する。この例では、ＤＣドライバ１２およびＡＣドライバ１５はそれぞれ、該ＤＣドライバ１２からの正導線３０と該ＡＣドライバからの正導線３２とを切り換えることにより、第１のコイル１４および第２のコイル１６への電流を制御する。共通の接地接続部３４は、この例で示されているように接地３４に対応する。このような構成により、すべての端子および接続部を削減するのに望まれる３線式接続部が実現され、かつ、第１のコイル１４および第２のコイル１６への電力を制御する択一的な手段が実現される。

このようにして、この例の燃料インジェクタアセンブリが動作のために必要とする端子または外部接続部は３つだけとなる。これら別個のＡＣドライバ１５およびＤＣドライバ１２は、共通の接地３４を共用するか、または電圧バス４８との共通の接続部を共用することにより、駆動される各コイルとの別個の接続部が削減される。

本発明の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本発明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、本発明の本来の範囲および内容を特定するためには、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。 燃料インジェクタの構成体の別の例の概略図である。

Claims (13)

1. 燃料インジェクタアセンブリにおいて、
   直流電流信号を含む第１の信号に応答して第１の磁界を生成するための第１のコイルと、
   交流電流信号を含む第２の信号に応答して第２の磁界を生成する第２のコイルと、
   該第１のコイルに電気的に接続された第１の導線を含む第１のドライバと、
   該第２のコイルに電気的に接続された第２の導線を含む第２のドライバと、
   該第１のコイルおよび第２のコイルの双方に接続された共通の導線と、
   前記交流電流が、前記第１のコイルへ供給される前記直流電流に干渉するのを阻止するハイパスフィルタと、
   燃料流と熱コンタクトされており、該第２のコイルによって生成された第２の磁界に応答して加熱されるコンポーネントと、
   を有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の信号および第２の信号は相互に独立して機能する、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の磁界に応答して燃料の流れを制御するために可動である可動子が設けられており、
   該可動子の一部は前記第２の磁界によって誘導加熱される、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
4. 環状の燃料流路を画定するバルブボディ内で可動な可動子が設けられており、
   該環状の燃料流路は、該可動子と管との間に存在する、請求項３記載の燃料インジェクタアセンブリ。
5. 前記第２の磁界はヒステリシス損および渦電流損失を誘導し、該ヒステリシス損および渦電流損失によって、前記燃料流路における前記コンポーネントが加熱される、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
6. 前記共通の導線は接地接続部を含む、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
7. 前記共通の導線は、共通の電圧バスに対する接続部を含む、請求項１記載の燃料インジェクタアセンブリ。
8. 燃料を加熱する方法において、
   ａ）第１のドライバからの第１の信号に応答して、第１のコイルに第１の磁界を生成するステップと、
   ｂ）第２のドライバからの第２の信号に応答して、第２のコイルに第２の磁界を生成するステップと、
   ｃ）該第１のコイルおよび第２のコイルを共通の接続部に取り付けるステップと、
   ｄ）該第２のコイルによって生成された第２の磁界によって、燃料流におけるコンポーネントを加熱するステップとを有し、
   前記第１の信号は直流電流信号を含み、前記第２の信号は交流電流を含み、
   前記第１のコイルと第２のコイルとの間の共通の接続部にハイパスフィルタが配置されており、該ハイパスフィルタによって、該第２のコイルへの交流電流信号が該第１のコイルへの直流電流に干渉するのが阻止されるように構成されている、
   ことを特徴とする方法。
9. 前記第１のコイルによって生成された第１の磁界によって、前記燃料流を制御するステップを含む、請求項８記載の方法。
10. 開弁位置と閉弁位置との間で可動子の移動を制御するステップを含む、請求項８記載の方法。
11. 前記ステップｃは、前記交流電流信号によって時変性の磁界を生成するステップを有し、
    該交流電流信号は該時変性の磁界によって、前記燃料流における前記コンポーネントに作用する、請求項８記載の方法。
12. 前記共通の接続部は、共通の接地に対する接続部を含む、請求項８記載の方法。
13. 前記共通の接続部は、共通の電圧バスに対する接続部を含む、請求項８記載の方法。

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