JPH10238424A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷間始動時においても燃料噴霧を微粒化して
排ガス中への有害成分の排出量を低減し、大型化を抑制
する燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】 スリーブ４０はコイル収容部４１および
エアアシスト部４２からなる。コイル収容部４１は弁ボ
ディ２５の外周を覆っており、凹部４１ａに誘導コイル
４３が巻回されている。誘導コイル４３に高周波電流を
供給すると誘導コイル４３に高周波交流磁束が発生し、
この高周波交流磁束により弁ボディ２５が発熱する。そ
して、当接部３１と弁座２５ａとの当接位置よりも上流
側近傍の噴射前の燃料が加熱される。噴孔２７ａから噴
射された燃料は急速な圧力低下により噴射前よりも低温
で減圧沸騰するので、冷間始動時においても燃料噴霧が
良好に微粒化され吸気管内壁や吸気弁への燃料噴霧の付
着量を低減することができる。したがって、排ガス中へ
の有害成分の排出量を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴霧にアシス
トエアを衝突させることにより燃料を微粒化する燃料噴
射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球規模の環境保護が要求される
状況において、車両から排出される排ガス中に含まれる
ＨＣ等の有害成分の低減が必要となってきている。ＨＣ
は、例えば噴孔から噴射された燃料噴霧が吸気管内壁や
吸気弁に付着し、付着した燃料が燃焼室内に垂れること
により燃料の未燃成分として発生するものである。そこ
で、燃料噴霧を微粒化することにより、吸気管内壁や吸
気弁に付着する燃料噴霧を低減するとともに、燃料噴霧
を良好に燃焼させＨＣ発生量を低減することが考えられ
る。

【０００３】実開平２−４３４６８号公報に開示されて
いる燃料噴射弁では、燃料噴霧にアシストエアを衝突さ
せることにより燃料噴霧の微粒化を図っている。このよ
うな燃料噴射弁を車両等に取り付け、ＨＣ排出量、車速
および水温の冷間始動後の時間変化を計測した例を図３
に示す。図３の上段に示す曲線１００は排ガス触媒通過
前の排ガス中のＨＣ排出量の変化を示し、曲線１０１は
排ガス触媒通過後の排ガス中のＨＣ排出量の変化を示し
ている。図３から判るように、エンジンの冷間始動から
６０秒間くらいまでのＨＣ排出量が排ガス触媒の通過前
後ともに多くなっている。排ガス触媒通過前のＨＣ排出
量が多いのは暖機前の温度の低い吸気管内壁や吸気弁に
燃料噴霧が触れて付着しやすくなるからであり、排ガス
触媒通過後のＨＣ排出量が多いのは温度が低い暖機前の
排ガス触媒は活性化が不十分だからである。

【０００４】特に、冷間始動後のアクセル踏み込みによ
る加速時、スロットル弁開度が大きくなることによりス
ロットル弁の上流と下流間のエア差圧が低下するとアシ
ストエアを十分に導入できないので、アシストエアによ
る微粒化が不十分になる。したがって、吸気管内壁や吸
気弁に燃料噴霧が付着し易くなるのでＨＣ発生量が増加
している。また、冷間始動直後のエンジンクランキング
直後においてもアシストエアを十分に導入できないの
で、アシストエアによる微粒化は不十分でありＨＣ発生
量が増加している。

【０００５】エンジンが暖機されると触媒が活性化し触
媒通過後のＨＣ排出量が低減することに着目し、エンジ
ンの冷間始動時に燃料噴霧が吸気管内壁や吸気弁に付着
して燃焼時にＨＣが発生しても、触媒を強制的に加熱す
ることにより車両から周囲環境に排出するＨＣ量を低減
することも考えられるが、触媒を瞬時に加熱するために
は大容量の電力が必要となるので実現が困難である。ま
た、小さな電力では触媒の瞬時の温度上昇が望めないの
でＨＣを低減することができない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで特開平５−２８
８１３１号公報に開示されている燃料供給装置は、噴孔
下流側の燃料通路に高周波誘導コイルを設け、高周波誘
導コイルに高周波電流を供給することにより発生する高
周波交流磁束により燃料通路部材を発熱させ、燃料通路
を通過する燃料噴霧を発火しない程度に強制的に加熱し
ている。これにより、冷間始動時のエンジン暖機前の状
態においても燃料噴霧を微粒化させ、吸気管内壁や吸気
弁に付着する燃料噴霧を低減するとともに、燃料噴霧の
燃焼効率を図っている。

【０００７】しかしながら、特開平５−２８８１３１号
公報に開示されるものは、噴孔から噴射された燃料噴霧
を加熱する構成であるから、瞬時に燃料通路を通過する
燃料噴霧を加熱するために燃料通路部材が燃料流れ方向
に長くなっている。この燃料通路部材を発熱させるため
には大きな誘導コイルが必要になるので、燃料供給装置
が大型化するという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、冷間始動時においても燃
料噴霧を微粒化して排ガス中への有害成分の排出量を低
減し、大型化を抑制する燃料噴射装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
燃料噴射装置によると、弁部材と弁座との当接位置より
も上流側の燃料を加熱する加熱手段を備えている。した
がって、噴射前の滞留した燃料を加熱することができる
ので、噴射後の燃料を加熱する場合に比べ小さな加熱能
力で燃料を加熱できる。したがって、加熱手段および燃
料噴射装置の大型化を抑制することができる。

【００１０】さらに、噴孔から大気圧相当の噴孔下流側
に噴射された燃料は急激な周囲圧力の低下により燃料供
給圧が加わっている噴射前の燃料よりも低い温度で沸騰
する。したがって、噴射前の燃料加熱温度は大気圧にお
ける沸点よりも低い温度でよく加熱手段の加熱能力が小
さくても燃料噴霧を微粒化できる。これにより、燃料噴
射装置の大型化を抑制できる。さらに、冷間始動時にお
いても吸気管内壁や吸気弁への燃料噴霧の付着量を低減
することができるので、排ガス中への有害成分の排出量
を低減できる。

【００１１】本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によ
ると、誘導コイルを加熱手段にすることにより、瞬時に
噴射前の燃料を加熱することができる。さらに供給電力
や供給周波数を調整することにより、加熱温度を容易に
制御できる。本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によ
ると、誘導コイルの外周に金属筒体を配設することによ
り、燃料噴射装置をエンジンに取り付けた場合、燃料噴
射装置に近接する金属部品に誘導コイルで発生する磁束
が漏れることを防止することができる。したがって、誘
導コイルの加熱能力を低下させることなく良好に噴射前
の燃料を加熱できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
実施例を図面に基づいて説明する。本発明をガソリンエ
ンジン用の燃料噴射装置としての燃料噴射弁に適用した
一実施例を図１に示す。燃料噴射弁１０の樹脂製のハウ
ジングモールド１１の内周に、固定コア２１、非磁性パ
イプ２２、磁性パイプ２３がこの順で軸方向に配設さ
れ、非磁性パイプ２２および磁性パイプ２３の内周に固
定コア２１と対向するように可動コア２４が往復移動可
能に収容されている。

【００１３】固定コア２１は強磁性材料からなり、反可
動コア２４側に燃料入口２１ａが形成されている。燃料
入口２１ａ内に燃料噴射弁１０に流入する燃料中の異物
を除去するフィルタ１２が取付けられている。固定コア
２１の内壁にアジャスティングパイプ１３が圧入固定さ
れている。アジャスティングパイプ１３の圧入量を調整
することにより、後述するスプリング１４の付勢力を調
整することができる。アジャスティングパイプ１３は固
定コア２１にねじ結合する構成でもよい。非磁性パイプ
２２は、固定コア２１の段部と磁性パイプ２３との間に
配設され、可動コア２４の案内部をなしている。

【００１４】可動コア２４は磁性材料からなり筒状に形
成されている。可動コア２４の上端面は、固定コア２１
の下端面と所定の隙間を介して対向するように設けられ
ている。弁ボディ２５は磁性パイプ２３の端部内壁にレ
ーザ溶接により固定されており、底部内壁にニードル弁
３０の当接部３１が着座する弁座２５ａが形成されてい
る。噴孔部材２７はカップ状に形成されており、弁ボデ
ィ２５の端部外壁に圧入後レーザ溶接されている。噴孔
部材２７の底部中央には同一円周上に４個の噴孔２７ａ
が形成されている。

【００１５】弁部材としてのニードル弁３０はスプリン
グ１４により弁座２５ａに向けて付勢されており、ニー
ドル弁３０の先端部に形成された当接部３１が弁座２５
ａに着座可能である。燃料入口２１ａからフィルタ１２
を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ１３
内、ニードル弁３０の接合部３２に形成された面取部と
可動コア２４の内周壁との隙間、さらには、弁ボディ２
５の円周壁とニードル弁３０の摺動部３３に形成された
四面取部との隙間を通過し、ニードル弁３０の当接部３
１と弁座２５ａとの当接位置に到る。当接部３１が弁座
２５ａに着座すると噴孔２７ａからの燃料噴射が遮断さ
れ、当接部３１が弁座２５ａから離座すると噴孔２７ａ
から燃料が噴射される。

【００１６】ニードル弁３０の上部には接合部３２が形
成されており、接合部３２と可動コア２４とがレーザ溶
接されていることによりニードル弁３０と可動コア２４
とが一体に往復移動する。接合部３２の外周壁は可動コ
ア２４の内周壁と燃料通路を形成するために面取りが施
されている。摺動部３３は、当接部３１の上方に形成さ
れており、弁ボディ２５の内壁に往復移動可能に支持さ
れている。係止部３４は摺動部３３の上方に形成されて
おり、係止部３４が磁性パイプ２３に固定されたストッ
パ２６に係止されることによりニードル弁３０のリフト
量が規制される。

【００１７】スリーブ４０は、コイル収容部４１および
微粒化機構としてのエアアシスト部４２からなり、セラ
ミックで一体成形されている。スリーブ４０は磁性パイ
プ２３の端部および弁ボディ２５を覆うようにハウジン
グモールド１１の端部に配設されている。コイル収容部
４１には環状の凹部４１ａが形成され、この凹部４１ａ
に加熱手段としての誘導コイル４３が巻回されている。
誘導コイル４３は図示しない高周波回路と電気的に接続
されている。高周波回路から誘導コイル４３に高周波電
流を供給すると誘導コイル４３に高周波交流磁束が発生
し、この高周波交流磁束が誘導コイル４３の内周に位置
する弁ボディ２５を通過する。そして高周波交流磁束に
より生じるヒステリシス損および渦電流損により弁ボデ
ィ２５が発熱する。そして、当接部３１と弁座２５ａと
の当接位置よりも上流側近傍の噴射前の燃料が加熱され
る。

【００１８】エアアシスト部４２は燃料出口側にセパレ
ータ４２ａを設け、セパレータ４２ａにより噴霧通路と
しての一対の燃料孔５０が形成されている。燃料孔５０
は、断面が噴孔２７ａより大径の円形で直状に所定の角
度を成しており、反弁ボディ２５側に貫通している。一
対の燃料孔５０は噴孔２７ａ側で連通している。第１エ
ア孔５１および第２エア孔５２は互いに直交しエアアシ
スト部４２を径方向に貫通して形成されており、噴孔２
７ａの出口側かつ燃料孔５０の連通側に連通している。
吸気通路から第１エア孔５１および第２エア孔５２に導
入されたアシストエアは燃料孔５０の上流側に供給さ
れ、噴孔２７ａから噴射された燃料噴霧と衝突して燃料
噴霧を微粒化する。微粒化された燃料噴霧は燃料孔５０
から噴出する。

【００１９】金属筒体４４は誘導コイル４３の外周を覆
うようにコイル収容部４１に圧入されている。金属筒体
４４が誘導コイル４３の外周を覆うことにより、エンジ
ンに燃料噴射弁１０を取り付けた状態において、誘導コ
イル４３で発生する高周波交流磁束が燃料噴射弁１０に
近接する金属部品に漏れることを防止することができ
る。したがって、誘導コイル４３による噴射前の燃料加
熱能力が低下せず、所定温度に噴射前の燃料を加熱する
ことができる。

【００２０】樹脂製のスプール６０は固定コア２１の外
周に装着されており、スプール６０の外周に電磁コイル
６１が巻回されている。ハウジングモールド１１の上方
にはハウジングモールド１１の外壁から突出するように
コネクタ部１１ａが設けられている。そして、電磁コイ
ル６１に電気的に接続されるターミナル６５がコネクタ
部１１ａに埋設されている。

【００２１】２枚の金属プレート６２および６３は上方
の一端が固定コア２１の外周に接し、下方の他端が磁性
パイプ２３の外周に接するように設けられ、電磁コイル
６１への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であ
り、両側から電磁コイル６１を挟持するように電磁コイ
ル６１の外周に被覆されている。この２枚の金属プレー
ト６２、６３により電磁コイル６１が保護されている。

【００２２】次に、燃料噴射弁１０の作動について説明
する。 (1) 電磁コイル６１への通電がオフの場合、可動コア２
４はスプリング１４の付勢力により図１の下方に付勢さ
れ、ニードル弁３０の当接部３１が弁座２５ａに着座す
る。これにより、噴孔２７ａからの噴射は遮断される。 (2) 電磁コイル６１への通電がオフからオンされると、
可動コア２４はスプリング１４の付勢力に抗して固定コ
ア２１側に吸引され、ニードル弁３０の当接部３１は弁
座２５ａから離座する。これにより、噴孔２７ａから燃
料が噴射される。

【００２３】次に、誘導コイル４３に供給する高周波電
流の制御について説明する。図示しないエンジン制御装
置（以下、「エンジン制御装置」をＥＣＵという）にお
いて、図２に示す誘導コイル４３に供給する高周波電流
の制御ルーチンが常に一定周期で実行される。 (1) 水温が所定値以上であるかを判定し（ステップ１０
１）、水温が所定値よりも低い場合、エンジンが冷間状
態であると判断し、誘導コイル４３に供給する電力量
（ステップ１０２）および周波数（ステップ１０３）を
水温等のエンジン運転状態および燃料種類に基づいて設
定する。誘導コイル４３に高周波電流を供給することに
より弁ボディ２５を高周波交流磁束が通過し弁ボディ２
５が発熱する。この発熱した弁ボディ２５によりニード
ル弁３０の当接部３１と弁座２５ａとの当接位置よりも
上流側近傍の噴射前の燃料を加熱することができる。こ
の高周波交流磁束による発熱は高周波交流磁束が発生し
た瞬間から弁ボディ２５に発生するので、エンジンの冷
間始動時においても瞬時に噴射前の燃料を加熱すること
ができる。このときの加熱温度は、当接部３１が弁座２
５ａに着座した状態において、燃料供給圧が加わった燃
料噴射弁１０内の燃料は沸騰せず、かつ大気圧相当の噴
孔下流側に噴射された燃料噴霧が減圧沸騰する程度の比
較的低い温度に設定する。

【００２４】誘導コイル４３に高周波電流が供給されて
いる状態で電磁コイル６１への通電がオフからオンされ
ると、可動コア２４が固定コア２１側に吸引される。そ
して、当接部３１が弁座２５ａから離座すると加熱され
た燃料が噴孔２７ａから噴射される。すると、噴孔２７
ａから噴射された燃料に加わる圧力が燃料供給圧から大
気圧相当まで急激に低下する。この急激な圧力低下によ
り噴射前に沸騰温度まで加熱されていなかった燃料が減
圧沸騰し、微粒化する。

【００２５】(2) 冷間始動後エンジンが暖機され水温が
所定値以上になると、ステップ１０１においてエンジン
が暖機した状態であると判断し、誘導コイル４３への高
周波電流の供給を停止する（ステップ１０４）。 以上説明した本発明の実施の形態を示す実施例では、ア
シストエアによる燃料噴霧の微粒化に加え、ニードル弁
３０の当接部３１と弁座２５ａとの当接位置よりも上流
側近傍の燃料を誘導コイル４３により加熱している。こ
れにより、燃料噴射弁１０内に滞留した噴射前の燃料を
加熱することができるので、体格の小さい誘導コイル４
３を用いても所定温度に噴射前の燃料を加熱することが
できる。しかも、燃料を直接加熱する弁ボディ２５の発
熱は熱伝導ではなく誘導コイル４３に発生する高周波交
流磁束による発熱であるため、エンジンの冷間始動時に
おいても瞬時に噴射前の燃料を加熱することができる。

【００２６】さらに、噴孔２７ａから噴射された燃料は
急速な圧力低下により噴射前よりも低温で減圧沸騰す
る。したがって、噴射後の燃料を沸騰させる場合に比べ
燃料の加熱温度を低下できるので、誘導コイル４３が大
型化することを防止できる。さらに、冷間始動時におい
ても燃料噴霧が良好に微粒化され吸気管内壁や吸気弁へ
の燃料噴霧の付着量を低減することができるので、排ガ
ス中への有害成分の排出量を低減できる。

【００２７】また、誘導コイル４３の外周に金属筒体４
４を配設することにより、燃料噴射弁１０をエンジンに
取り付けた場合に燃料噴射弁１０周囲の金属部品に誘導
コイル４３で発生する磁束が漏れることを防止すること
ができる。したがって、誘導コイル４３の加熱能力を低
下させることなく良好に噴射前の燃料を加熱できる。本
実施例では、水温が所定温度以上になると誘導コイル４
３による燃料の加熱を停止したが、水温に関わらず誘導
コイル４３に高周波電流を供給し、噴射前の燃料を加熱
する制御を行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による燃料噴射弁を示す断面
図である。

【図２】本実施例の誘導コイルの制御を示す概略フロー
チャートである。

【図３】従来の冷間始動時におけるＨＣ排出量を示す特
性図である。

【符号の説明】

１０ 燃料噴射弁（燃料噴射装置） ２５ 弁ボディ ２５ａ 弁座 ３０ ニードル弁（弁部材） ４０ スリーブ ４２ エアアシスト部（微粒化機構） ４３ 誘導コイル（加熱手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁部材と、 前記弁部材が当接可能な弁座を有し、前記弁部材が前記
   弁座に当接することにより前記弁部材と前記弁座との当
   接位置よりも燃料下流側に設けられた噴孔からの燃料噴
   射を遮断する弁ボディと、 前記当接位置よりも燃料上流側の燃料を加熱する加熱手
   段と、 を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段は誘導コイルであることを
   特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 前記誘導コイルの外周に金属筒体を配設
   することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。