JPH04365967A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
料噴射弁を備える燃料供給装置において、前記加圧燃料
の燃料通路の外周に、高周波電流が通電されるコイルを
設け、前記コイルが設けられる前記燃料通路内に、高い
透磁率を有し、磁気発熱しやすい加熱部材を前記燃料と
直接接触して設け、かつ、前記コイルの内部に位置する
前記加熱部材以外の構成部材を、前記加熱部材より透磁
率が低く、磁気発熱しにくい部材により構成したことを
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、コイルの内側の加熱部材以外
の構成部材は、加熱部材より透磁率の低い部材で構成さ
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、加熱部材はコイルの内側の
部材の中でも、最も強く誘導発熱する。そして、加熱部
材は燃料を直接加熱する。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、燃料が効率的に加熱される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を適用した第１実施例を図１乃
至図３に説明する。この第１実施例では、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ＫＨＺ
　〜数ＭＨＺ　）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実施例の加
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、排出ガス中の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に本発明の第２実施例を示す。なお、
第１実施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実施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実施例では、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に本発明の第３実施例を示す。 なお、第１実施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実施例では、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４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】この実施例によると、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は本発明の
第４実施例を示す。第４実施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１１ａ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１１ａ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は本発明の第５実施例を示す。第５実
施例では、図６に示した第４実施例と同様、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
の実施例では、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１１ｂ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。本実施例によれば、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、本発明の第６実施例を示す。第６
実施例では、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を加
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。この実施例では、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７実施例を示す。第７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１
４もインシュレータ１３に内蔵されている。この第７実
施例では、図５に示した第３実施例と同様にニードル１
０が発熱する。

【００２３】図１０は、本発明の第８実施例を示す。第
８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１
７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、本発明の第９実施例を示す。な
お、上記の実施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９実施例では、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２
３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】この実施例によると、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９実施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、本発明の第１０実施例を示す。 この実施例では、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３
４にピン３５を設けている。

【００３１】図１４は、本発明の第１１実施例を示す。 この実施例では、セラミック製ボビン３６に燃料通路２
７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。この実
施例によると、ピン２５のみが発熱し、燃料を加熱する
。このため、図１１の実施例に比べて、発生した熱のほ
とんどを燃料にのみ伝達することができる。

【００３２】図１５は、本発明の第１２実施例である。 この実施例では、燃料加熱管３７にふたつに分岐する燃
料通路３８、３９を形成し、それぞれの通路３８、３９
にピン４０、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の実施例の燃料通路を、
図１４の実施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、
本発明の第１３実施例である。この実施例では、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。この実施
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の実施例の燃料加熱管の
温度上昇を示すグラフである。比較例として、フェライ
ト製の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、本発明の第１４実施例である。 この実施例では、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５４、５５とが形成される。さらに、燃料通路５３
、５４、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】この実施例では、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。この実施
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の実施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、コイ
ルの内部に位置する加熱部材以外の構成部材を、加熱部
材より透磁率が低く、磁気発熱しにくい部材により構成
したため、燃料を効率的に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図２】第１実施例の要部構造を示す斜視図である。

【図３】第１実施例を用いた実験の結果を示すグラフで
ある。

【図４】第２実施例の要部構造を示す断面図である。

【図５】第３実施例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図６】第４実施例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図７】第５実施例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図８】第６実施例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図９】第７実施例の要部断面構造を示す部分断面図で
ある。

【図１０】第８実施例の要部断面構造を示す部分断面図
である。

【図１１】第９実施例の要部断面構造を示す部分断面図
である。

【図１２】第９実施例を用いた実験の結果を示すグラフ
である。

【図１３】第１０実施例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【図１４】第１１実施例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【図１５】第１２実施例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【図１６】第１３実施例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【図１７】第１３実施例を用いた実験の結果を示すグラ
フである。

【図１８】第１４実施例の要部断面構造を示す部分断面
図である。

【符号の説明】

１　　燃料噴射弁 ２　　燃料通路管 ３　　コア ４　　コイル ５　　ハウジング ６　　リード線 ７　　高周波電源

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関に加圧燃料を調量し噴射する
   燃料噴射弁を備える燃料供給装置において、前記加圧燃
   料の燃料通路の外周に、高周波電流が通電されるコイル
   を設け、前記コイルが設けられる前記燃料通路内に、高
   い透磁率を有し、磁気発熱しやすい加熱部材を前記燃料
   と直接接触して設け、かつ、前記コイルの内部に位置す
   る前記加熱部材以外の構成部材を、前記加熱部材より透
   磁率が低く、磁気発熱しにくい部材により構成したこと
   を特徴とする燃料供給装置。
2. 【請求項２】　　前記コイルを、前記燃料噴射弁の上流
   側の燃料通路に設けたことを特徴とする請求項１記載の
   燃料供給装置。
3. 【請求項３】　　前記コイルを、前記燃料噴射弁内部の
   燃料通路に設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料
   供給装置。
4. 【請求項４】　　前記コイルを、前記燃料噴射弁から噴
   射された直後の燃料通路に設けたことを特徴とする請求
   項１記載の燃料供給装置。
5. 【請求項５】　　前記コイルの内部の燃料通路内に磁気
   発熱しやすい材質の棒状のピンを設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の燃料供給装置。
6. 【請求項６】　　前記コイルの外側に磁気通路を形成す
   る部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料供
   給装置。
7. 【請求項７】　　前記加熱部材は前記燃料通路内に膜状
   に形成されることを特徴とする請求項１記載の燃料供給
   装置。