(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の通路を開閉する弁体と、弁体を駆動する可動鉄心と、電磁コイルと、を含んで構成された燃料噴射弁と、前記電磁コイルへの駆動電流を断続する断続手段を備えた駆動回路と、を含んで構成され、前記電磁コイルへの駆動電流供給により発生した電磁力によって、可動鉄心を吸引して前記弁体を開弁駆動する構成の内燃機関の燃料噴射装置において、
前記駆動回路に、前記電磁コイルにその駆動電流とは逆方向の電流を供給する逆電流供給手段を設け、
前記逆電流供給手段は、１つのサイクルにおいて、燃料の噴射域が設定される機関の行程以外の行程で、前記逆方向の電流を供給することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
機関の所定運転状態を判定する手段と、
燃料の噴射時期と、前記噴射域以外の領域に設定される燃料の非噴射域における非噴射時期とを判定する手段と、
前記駆動回路に設けられ、両判定手段からの判定結果に基づいて、機関の所定運転状態でかつ燃料の非噴射時期であるときに、前記電磁コイルにその駆動電流とは逆方向の電流を供給し、機関の所定運転状態でかつ燃料の噴射時期であるときに、前記電磁コイルにその駆動電流を供給するべく、前記断続手段と逆電流供給手段とを制御する制御回路と、
を含んで構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記機関の所定運転状態は、機関の始動を含む低温の運転条件であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記機関の所定運転状態は、機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件であることを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記逆電流供給手段は、電磁コイルに印加する電圧を正・逆に反転切換して、電磁コイルに駆動電流と該駆動電流と逆方向の電流を供給する電圧反転器からなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に、燃料の気化性を向上するべく、燃料噴射弁にて燃料を加熱する機能を有する燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の各気筒毎に燃料噴射弁を設けた電子制御式燃料噴射装置が広く用いられているが、例えば、始動時を含む低温の運転条件及び機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件では、燃料噴射弁から噴射された燃料の気化が不十分であるため、燃料と空気との混合性が悪く、始動性の悪化、燃焼安定性の低下を来し、排気性能、燃費が悪化する等の問題がある。
【０００３】
このため、従来、燃料を加熱させて気化性を向上する技術が種々提案されている。
例えば、特開昭６３−１７０５５５号公報には、燃料噴射弁における噴孔の形成してある部材に、ヒータを設け、ヒータにより前記部材を加熱して、噴孔を通過する燃料及び噴孔に至る直前の燃料噴射弁内の燃料を加温する技術が開示されている。
【０００４】
又、特開平７−８３０９１号公報には、内燃機関の寒冷時の始動性を向上するべく、燃料噴射弁が開放されない程度に短い開放信号を燃料噴射弁に与えて、燃料噴射弁を加熱して、弁芯部、弁座部等の氷結を除去する技術が開示されている。
更に、特開平５−３９８８３号公報には、燃料噴射弁の電磁コイルに高周波電流を通電し、電磁コイルの内部に設けられた部材を磁気誘導発熱させることにより、燃料噴射弁を加熱して、燃料を加熱する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の各技術にあっては、夫々次のような問題点がある。
即ち、特開昭６３−１７０５５５号公報の技術にあっては、燃料噴射弁における噴孔の形成してある部材に、ヒータを設ける構成であるため、即ち、燃料噴射弁にこれの構成部材とは別の部材を付加する構成であるため、燃料噴射弁の構造が複雑化すると共に大型化を来し、取付性に支障を来す。
【０００６】
又、燃料とヒータにより加熱される部材との接触面も大きいとは言えず、伝熱効率が悪く、燃料の加熱性が低い。
特開平７−８３０９１号公報の技術にあっては、燃料噴射弁の開放時間は燃料を噴射しないだけの短い時間（例えば５ｍｓ程度）であるため、燃料噴射させずに燃料を有効に加熱するだけの時間がなく、十分な効果が得られない。
【０００７】
特開平５−３９８８３号公報の技術にあっては、燃料噴射弁の電磁コイルに高周波電流を通電する高周波電源を設ける必要があるため、コスト的に問題がある。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、燃料の気化性を向上するべく、燃料噴射弁にて燃料を加熱する機能を有する燃料噴射装置であって、燃料噴射弁自体の構造の複雑化、大型化、コスト高等の不都合を生じさせない簡単な構成により、十分な燃料加熱効果を得られる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
燃料の通路を開閉する弁体と、弁体を駆動する可動鉄心と、電磁コイルと、を含んで構成された燃料噴射弁と、前記電磁コイルへの駆動電流を断続する断続手段を備えた駆動回路と、を含んで構成され、前記電磁コイルへの駆動電流供給により発生した電磁力によって、可動鉄心を吸引して前記弁体を開弁駆動する構成の内燃機関の燃料噴射装置において、
前記駆動回路に、前記電磁コイルにその駆動電流とは逆方向の電流を供給する逆電流供給手段を設け、
前記逆電流供給手段は、１つのサイクルにおいて、燃料の噴射域が設定される機関の行程以外の行程で、前記逆方向の電流を供給することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、
機関の所定運転状態を判定する手段と、
燃料の噴射時期と、前記噴射域以外の領域に設定される燃料の非噴射域における非噴射時期とを判定する手段と、
前記駆動回路に設けられ、両判定手段からの判定結果に基づいて、機関の所定運転状態でかつ燃料の非噴射時期であるときに、前記電磁コイルにその駆動電流とは逆方向の電流を供給し、機関の所定運転状態でかつ燃料の噴射時期であるときに、前記電磁コイルにその駆動電流を供給するべく、前記断続手段と逆電流供給手段とを制御する制御回路と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、
前記機関の所定運転状態は、機関の始動を含む低温の運転条件であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、
前記機関の所定運転状態は、機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、
前記逆電流供給手段は、電磁コイルに印加する電圧を正・逆に反転切換して、電磁コイルに駆動電流と該駆動電流と逆方向の電流を供給する電圧反転器からなることを特徴とする。
かかる本発明の作用について説明する。
【００１２】
請求項１に係る発明において、燃料噴射弁における弁体駆動用の電磁コイルと、電磁コイルにその駆動電流とは逆方向の電流を供給する逆電流供給手段と、を用いた簡単な構成により、燃料が加熱される。逆電流供給手段は、１つのサイクルにおいて、燃料の噴射域が設定される機関の行程以外の行程で、この逆方向の電流を供給する。
このように加熱された燃料の噴霧は気化が促進されかつその粒径が細かくなるため、燃料と吸入空気との混合性が向上し、均一混合気を機関に供給できるため、完全燃焼を行わせることができる。
【００１３】
この結果、低温始動性等の向上を図ることができると共に、排気性能の向上、燃費の向上等を図ることができる。
請求項２に係る発明において、機関の所定運転状態でかつ燃料の非噴射時期であるときに、電磁コイルにその駆動電流とは逆方向の電流が供給され、燃料が加熱される。
【００１４】
この場合、電磁コイルの開弁動作には影響がない逆電流を流してこれを加熱するため、燃料噴射させずに燃料を有効に加熱する時間が、燃料の非噴射時期において、大きくとることが可能であり、十分な燃料加熱効果が得られる。
請求項３に係る発明において、機関の始動を含む低温の運転条件で燃料が加熱され、この運転条件において、燃料噴射弁から噴射された燃料の気化が十分となり、燃料と空気との混合性が向上し、機関の始動性及び燃焼安定性の向上が図られる。
【００１５】
ここで、機関の高回転・高負荷の運転条件では、燃料流量自体が多量であり、これらの運転条件では、燃料の加熱を行う割りに効果代が少なく、電磁コイル用の電力消費量が浪費されるに過ぎず、かつ機関の燃焼温度そのものが高くなるため、燃料の気化促進・微粒化の必要性が少ない。
従って、請求項４に係る発明においては、機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件で、燃料が加熱され、この運転条件において、燃料噴射弁から噴射された燃料の気化が十分となり、燃料と空気との混合性が向上し、機関の燃焼安定性の向上が図られ、機関の高回転・高負荷の運転条件では、燃料の加熱が停止されるため、電磁コイル用の電力消費量の無駄な浪費が防止され、燃料を有効的に加熱することができると共に、燃費性能の悪化を未然に防止することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明において、電圧反転器によって、電磁コイルが通常の燃料噴射制御状態と、燃料加熱制御状態と、に容易に切り換えられる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、燃料の気化性を向上することができ、排気性能の向上、燃費の向上等を図ることができると共に、燃料噴射弁自体には、これの構成部材とは別の部材を付加する必要がないため、燃料噴射弁の構造の複雑化、大型化を来すことがなく、取付性にも支障を来すことがなく、コスト的にも有利である。又、燃料と電磁コイルの加熱によって加熱される部分との接触面積が大きいため、伝熱効率が良く、燃料の加熱性が高い。更に、電磁コイルの開弁動作には影響がない逆電流を流してこれを加熱するため、燃料噴射させずに燃料を有効に加熱する時間を大きくとることが可能であり、十分な燃料加熱効果が得られる。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、燃料を有効に加熱する時間が、燃料の非噴射時期において、大きくとることが可能であり、所定運転状態において、十分な燃料加熱効果を得ることができる。
請求項３に係る発明によれば、機関の始動を含む低温の運転条件において、機関の始動性及び燃焼安定性の向上を図ることができる。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件において、燃焼安定性の向上を図れ、特に、機関の高回転・高負荷の運転条件では、燃料の加熱が停止されるため、電磁コイル用の電力消費量の無駄な浪費が防止され、燃料を有効的に加熱することができる。
請求項５に係る発明によれば、電圧反転器の適用により、電磁コイルを、通常の燃料噴射制御状態と、燃料加熱制御状態と、に容易に切り換えることができ、簡単な構造で、燃料加熱機能を有する燃料噴射装置を提供できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
先ず、図２に基づいて、本発明の対象とする燃料噴射弁の一実施形態の構成について説明する。
この図において、磁性材料からなるバルブハウジング１には、非磁性材料からなるボビン２が内挿され、このボビン２には、電磁コイル５が巻回されている。
【００２１】
前記バルブハウジング１内には、可動鉄心３が挿入され、この可動鉄心３には弁体としてのニードル４が結合されている。
更に、バルブハウジング１の先端部には、スペーサ７ａを介してノズルボディ７が設けられており、前記ニードル４は、スペーサ７ａを貫通して、ノズルボディ７の内周面で支持され、ニードル４の先端部は、ノズルボディ７の先端部に形成された噴孔７ｂを閉じている。
【００２２】
前記電磁コイル５は電極端子８に接続されており、燃料噴射弁の駆動回路９とリード線１０により接続されている。
そして、駆動回路９は、図１に示すように、制御回路９Ａと、該制御回路９Ａからの制御信号によりＯＮ・ＯＦＦ制御される断続手段としてのパワートランジスタ９Ｂと制御回路９Ａからの制御信号により切換制御される後に詳述する電圧反転器９Ｃとが夫々介装された電源回路９Ｄと、を備えて構成される。
【００２３】
更に、電極端子８は、絶縁材料からなるハウジング１１に保持されている。
又、燃料供給管１２は鉄等の金属から構成されており、ボビン２内に挿入され、ハウジング１に固定されている。
ここで、前記電圧反転器９Ｃは、電磁コイル５に印加する電圧を正・逆に反転切換して、電磁コイルに駆動電流と該駆動電流と逆方向の電流を供給するものであり、４つのスイッチ片ａ〜ｄと、各スイッチ片ａ〜ｄにより切り換えられる一対ずつのスイッチ端子ａ１  ，ａ２  、ｂ１  ，ｂ２  、ｃ１  ，ｃ２  、ｄ１  ，ｄ２  、とから構成され、各スイッチ片ａ〜ｄを実線で示す状態に切り換えることにより、即ち、スイッチ片ａ〜ｄを夫々スイッチ端子ａ２  、ｂ２  、ｃ１  ，ｄ１  側に切り換えることにより、電磁コイル５に電流が矢印Ａの如く流れ（正電圧印加；状態１）、スイッチ片ａ〜ｄを夫々スイッチ端子ａ１  、ｂ１  、ｃ２  、ｄ２  側に切り換えることにより、電磁コイル５に電流が矢印Ｂの如く前記とは反転して流れる（逆電圧印加；状態２）ように構成されている。
【００２４】
そして、前記制御回路９Ａは、燃料噴射弁の通常制御時には、状態１の如く電流を流すべく、電圧反転器９Ｃを正電圧印加側に切り換えると共に、図示しない内燃機関の運転状態検出手段としての回転速度センサや吸入空気量センサ等からの検出信号に基づいて、燃料噴射のタイミングを演算し、演算された噴射時期に噴射量に応じた時間だけ、燃料噴射弁の電磁コイルに駆動電流を供給する。
【００２５】
又、制御回路９Ａは、例えば、機関の始動を含む低温の運転条件並びに機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件での、燃料の非噴射域で、状態２の如く電流を流すべく、電圧反転器９Ｃを逆電圧印加側に切り換える。
前記燃料の噴射域と非噴射域は、図３に示すようであり、燃料の噴射域である機関の吸気行程における図の領域Ａでは、正電圧を電磁コイル５に印加し、燃料の非噴射域である機関の膨張行程と排気行程における図の領域Ｂでは、逆電圧を電磁コイル５に印加する。
【００２６】
次に、図４のフローチャートに基づいて、上述の制御回路の制御の内容を詳細に説明する。
ステップ１において、イグニッションがＯＮとされた後、ステップ２〜４において、機関の始動を含む低温の運転条件並びに機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件の判定を行う。
【００２７】
即ち、ステップ２にて、機関冷却水温が所定値Ｔ（例えば、５０°Ｃ）を越えたか否かが判定され、ステップ３にて、機関回転速度が所定値Ｎ（例えば、１０００ｒ．ｐ．ｍ）を越えたか否かが判定され、ステップ４にて、機関の負荷としての燃料噴射パルス幅Ｔｐが所定値Ａ（例えば、４ｍｓｅｃ）を越えたか否かが判定され、機関冷却水温＞Ｔ、機関回転速度＞Ｎ、Ｔｐ＞Ａが全て判定されると、制御を継続するべく、ステップ６以降に進み、機関冷却水温、機関回転速度、Ｔｐのいずれかが所定値以上であると判定されると、ステップ５に進んで、制御を中止する。
【００２８】
ステップ６では、燃料噴射量が計算され、ステップ７では、燃料噴射時期が計算され、ステップ８に進む。
ステップ８では、燃料噴射時期であるか否かが判定され、図３の領域Ｂであって、燃料噴射時期であれば、ステップ９にて、電圧反転器９Ｃを正電圧印加側に切り換えて、ステップ１０にて、燃料の噴射制御を実行する。
【００２９】
次のステップ１１では、燃料噴射終わりであるか否かが判定され、燃料噴射終わりと判定されるまで、ステップ１０で燃料の噴射制御が実行され、燃料噴射終わりと判定されると、ステップ２に戻る。
一方、ステップ８にて、図３の領域Ａであって、非燃料噴射時期であれば、ステップ１２にて、電圧反転器９Ｃを逆電圧印加側に切り換えて、ステップ１３にて、図１のパワートランジスタ９ＢをＯＮに切り換えて、電磁コイル５に逆電流を流し、ステップ２に戻る。
【００３０】
このように、非燃料噴射時期で、電磁コイル５に逆電流を流すことにより、電磁コイル５は発熱し、この電磁コイル５の発熱によって、電磁コイル５の中に配置されている燃料通路管１２が加熱される結果、燃料噴射時期で、即ち、図４のフローチャートのステップ１０における燃料噴射の実行時に、この燃料通路管１２中を通過する燃料が加熱される。
【００３１】
以上のように構成された実施形態によると、燃料噴射弁における電磁コイル５と、電圧反転器９Ｃを用いた簡単な構成により、所定の運転条件で燃料を加熱することができる。
このように加熱された燃料の噴霧は気化が促進され、かつその粒径が細かいため、吸入空気との混合性が向上し、均一混合気を機関に供給できるため、完全燃焼を行わせることができる。
【００３２】
この結果、始動性の向上、低温の運転条件並びに機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件での燃焼安定性の向上を図ることができ、排気性能の向上、燃費の向上等を図ることができる。
ここで、機関の高回転・高負荷の運転条件では、燃料流量自体が多量であり、これらの運転条件では、燃料の加熱を行う割りに効果代が少なく、電磁コイル５用の電力消費量が浪費されるに過ぎず、かつ機関の燃焼温度そのものが高くなるため、燃料の気化促進・微粒化の必要性が少ない。
【００３３】
上記の実施形態においては、機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件で、燃料を加熱するが、機関の高回転・高負荷の運転条件では、燃料の加熱を行わない制御を実行するため、無駄な燃料の加熱が行われず、電磁コイル５用の電力消費量の無駄な浪費が防止され、燃料を有効的に加熱することができると共に、不必要な電気負荷を機関に与えることなく、燃費性能の悪化を未然に防止することができる。
【００３４】
又、本構成によると、燃料噴射弁自体には、これの構成部材とは別の部材を付加する必要がないため、燃料噴射弁の構造の複雑化、大型化を来すことがなく、取付性にも支障を来すことがなく、コスト的にも有利である。
又、燃料と電磁コイル５の加熱によって加熱される燃料通路管１２との接触面積が大きいため、伝熱効率が良く、燃料の加熱性が高い。
【００３５】
更に、電磁コイル５の開弁動作には影響がない逆電流を流してこれを加熱するため、燃料噴射させずに燃料を有効に加熱する時間が、燃料の非噴射時期において、大きくとることが可能であり、十分な燃料加熱効果が得られる。
尚、本実施形態では、機関の始動を含む低温の運転条件並びに機関の所定回転速度未満かつ所定負荷未満の運転条件にて電磁コイル５に逆電流を流す構成として、始動性及び燃焼安定性の向上を図るようにしたが、燃料の気化性に劣るその他の所定運転条件で電磁コイルに逆電流を流す構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の燃料噴射装置における燃料噴射弁の駆動回路を示す図
【図２】同上の燃料噴射装置における燃料噴射弁の断面図
【図３】機関作動行程に対する燃料噴射弁の燃料噴射域と非燃料噴射域とを説明するタイムチャート
【図４】同上の駆動回路における制御回路の制御内容を説明するフローチャート
【符号の説明】
５  電磁コイル
９  駆動回路
９Ａ  制御回路
９Ｂ  パワートランジスタ
９Ｃ  電圧反転器
９Ｄ  電源回路
【図１】
0003598780.tif 000002
【図２】
0003598780.tif 000003
【図３】
0003598780.tif 000004
【図４】
0003598780.tif 000005