(57)【要約】【課題】コストを増加させることなく確実に固着を解消することができる気体燃料噴射装置を提供すること。【解決手段】気体燃料インジェクタにおいて、プランジャ３５の気体燃料通路５０の壁面５０Ａには、螺旋形状のインペラ７０が設けられている。インペラ７０は、気体燃料通路５０に流入した気体燃料を旋回させ、気体燃料から作用する圧力によりプランジャ３５と一体回転する。ＥＣＵは、エンジンが気体燃料により運転している状態ではない場合、気体燃料インジェクタ５を開弁して気体燃料通路５０の内圧を低下させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタを備える気体燃料噴射装置であって、
前記気体燃料インジェクタは、
気体燃料が通過する気体燃料通路を有する円筒状のプランジャと、
前記プランジャを開弁位置と閉弁位置との間で往復移動自在に収納するハウジングと、
閉弁位置にある前記プランジャにより閉塞される噴射孔が形成されたシート面を有するノズル部材と、
通電により前記プランジャを前記開弁位置側に吸引して前記シート面から引き離すことで前記噴射孔と前記気体燃料通路とを連通させるソレノイドコイルと、を備え、
前記気体燃料通路の壁面に、該気体燃料通路に流入した気体燃料を旋回させ、気体燃料から作用する圧力によりプランジャと一体回転する螺旋形状のインペラが設けられていることを特徴とする気体燃料噴射装置。
【請求項２】
前記プランジャと前記ハウジングとの間に、前記プランジャが閉弁位置にあるときに気体燃料が待機する待機室が形成され、
前記プランジャは、前記気体燃料通路から前記待機室に気体燃料を噴出する噴出孔を有し、
前記噴出孔は、前記プランジャの周方向に傾いて延伸していることを特徴とする請求項１に記載の気体燃料噴射装置。
【請求項３】
前記ソレノイドコイルへの通電により前記気体燃料インジェクタの開閉を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記エンジンが前記気体燃料により運転している状態ではない場合、前記気体燃料インジェクタを開弁して前記気体燃料通路の内圧を低下させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料を噴射してエンジンに供給する気体燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＧ（Compressed natural gas：圧縮天然ガス）等の気体燃料を用いるエンジンのインジェクタにおいて、コンプレッションオイルやメタンガスに含まれる水分、または燃焼時に発生する水分等が低温時に凍結し、弁体を弁座に固着させてしまい、開弁ができなくなるという問題がある。
【０００３】
この問題に対し、従来、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載のものは、インジェクタが固着していると判断した場合、インジェクタへの通電時間を延長することで固着状態を解消するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のインジェクタにあっては、弁座の表面から引き離す方向に弁体を直線的に移動させる構造であるため、確実に固着を解消するためには、通常と比較して非常に大きな引っ張り力を弁体に作用させる必要がある。このため、特許文献１に記載のものは、インジェクタで消費される電力量が大きくなり、電力量の増大に対応してインジェクタ内の電気回路や磁気回路等を増強するために、コストの増加を引き起こしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、コストを増加させることなく確実に固着を解消することができる気体燃料噴射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エンジンに気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタを備える気体燃料噴射装置であって、前記気体燃料インジェクタは、気体燃料が通過する気体燃料通路を有する円筒状のプランジャと、前記プランジャを開弁位置と閉弁位置との間で往復移動自在に収納するハウジングと、閉弁位置にある前記プランジャにより閉塞される噴射孔が形成されたシート面を有するノズル部材と、通電により前記プランジャを前記開弁位置側に吸引して前記シート面から引き離すことで前記噴射孔と前記気体燃料通路とを連通させるソレノイドコイルと、を備え、前記気体燃料通路の壁面に、該気体燃料通路に流入した気体燃料を旋回させ、気体燃料から作用する圧力によりプランジャと一体回転する螺旋形状のインペラが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このように上記の本発明によれば、コストを増加させることなく確実に固着を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置の気体燃料インジェクタのプランジャの構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置の気体燃料インジェクタのプランジャの構成を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置における、エンジン始動時の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置における、気体燃料インジェクタのプランジャの内圧解放動作を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置の気体燃料インジェクタのプランジャの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態に係る気体燃料噴射装置は、エンジンに気体燃料を噴射する気体燃料インジェクタを備える気体燃料噴射装置であって、気体燃料インジェクタは、気体燃料が通過する気体燃料通路を有する円筒状のプランジャと、プランジャを開弁位置と閉弁位置との間で往復移動自在に収納するハウジングと、閉弁位置にあるプランジャにより閉塞される噴射孔が形成されたシート面を有するノズル部材と、通電によりプランジャを開弁位置側に吸引してシート面から引き離すことで噴射孔と気体燃料通路とを連通させるソレノイドコイルと、を備え、気体燃料通路の壁面に、該気体燃料通路に流入した気体燃料を旋回させ、気体燃料から作用する圧力によりプランジャと一体回転する螺旋形状のインペラが設けられていることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る気体燃料噴射装置は、コストを増加させることなく確実に固着を解消することができる。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置について図面を用いて説明する。図１から図６は、本発明の一実施例に係る気体燃料噴射装置を説明する図である。本実施例に係る気体燃料噴射装置は、気体燃料としてのＣＮＧ（Compressed natural gas：圧縮天然ガス）をエンジンに噴射する装置である。
【００１２】
図１において、車両１は、気体燃料としてのＣＮＧを用いて走行するＣＮＧ車両であり、エンジン４と、このエンジン４に気体燃料を噴射する気体燃料噴射装置２とを含んで構成されている。なお、気体燃料はＬＰＧであってもよい。本実施例では、エンジン４は、バイフューエルエンジンであり、気体燃料の外にガソリンによっても運転される。
【００１３】
気体燃料噴射装置２は、気体燃料タンク１２と、この気体燃料タンク１２の燃料出口に燃料配管１３を介して接続される燃料分配管１７と、燃料配管１３に設けられたシャットオフバルブ１４と、燃料分配管１７に接続される気体燃料インジェクタ５と、気体燃料インジェクタ５の開閉を制御する制御部としてのＥＣＵ３と、を含んで構成されており、気体燃料をエンジン４に供給するようになっている。気体燃料インジェクタ５は、エンジン４の図示しない吸気管に接続されており、吸気管に気体燃料を噴射する。
【００１４】
なお、燃料配管１３には、気体燃料の圧力を調整する図示しないレギュレータが設けられている。また、気体燃料がＬＰＧである場合、燃料配管１３におけるシャットオフバルブ１４と気体燃料インジェクタ５との間には、図示しないベーパライザが設けられる。ベーパライザは、気体燃料タンク１２から送出される高圧の液化燃料を減圧して気化させるものである。
【００１５】
気体燃料インジェクタ５は、ハウジング２２を備えており、このハウジング２２は、円筒状の第１ハウジング部２３と、第１ハウジング部２３より大径の円筒状の第２ハウジング部２４と、第２ハウジング部２４より小径の円筒状の第３ハウジング部２５とから構成されている。
【００１６】
第２ハウジング部２４の前端部は、かしめによって第１ハウジング部２３の後端のフランジ２３Ａに結合されている。第３ハウジング部２５は、第２ハウジング部２４の後端壁２４Ａに一体に結合されている。
【００１７】
第１ハウジング部２３内には、その前端に開口する取付孔２８と、取付孔２８より小径でかつ長い待機室２９と、が同軸上に形成されている。待機室２９は、後述するプランジャ３５の外壁と、ハウジング２２の第１ハウジング部２３との間に形成されている。プランジャ３５が閉弁位置にあるときに気体燃料が待機室２９で待機する。
【００１８】
取付孔２８には、環状シム３０を間に挟んで円板状のノズル部材３１が嵌合されている。ノズル部材３１は、第１ハウジング部２３の先端縁を内方にかしめることで第１ハウジング部２３に固着されている。ノズル部材３１の嵌合位置は、環状シム３０の厚みを選定することで調整される。
【００１９】
ノズル部材３１は、プランジャ３５が着座するシート面３３を有している。シート面３３には、閉弁位置にあるプランジャ３５により閉塞される噴射孔３４が形成されている。
【００２０】
待機室２９には円筒状のプランジャ３５が摺動可能に収容されている。すなわち、ハウジング２２は、プランジャ３５を開弁位置と閉弁位置との間で往復移動自在に収納している。プランジャ３５は、前端側から後端側に向かって、フランジ部３６、短軸部３７Ａ、第１ジャーナル部３８Ａ、長軸部３７Ｂおよび第２ジャーナル部３８Ｂを、一体で同軸状に備えている。
【００２１】
フランジ部３６の前端面には、ゴム等の弾性体からなるシール部材４０が焼き付けにより固定されている。プランジャ３５は、シール部材４０を介してシート面３３に弾性的に着座することで、噴射孔３４を気密に閉塞している。プランジャ３５は磁性材料から構成されており、後述するソレノイドコイルの発生する磁界により吸引される可動コアとして機能する。
【００２２】
プランジャ３５において、短軸部３７Ａおよび長軸部３７Ｂは、第１ジャーナル部３８Ａおよび第２ジャーナル部３８Ｂよりも小径に形成されている。第１ジャーナル部３８Ａおよび第２ジャーナル部３８Ｂは、ハウジング２２の第１ハウジング部２３内の待機室２９に摺動自在に支承されている。
【００２３】
第２ハウジング部２４にはソレノイドコイル４３が収容されている。第２ハウジング部２４の後端壁２４Ａには、円筒状の固定コア４９が一体に形成されている。固定コア４９は、ソレノイドコイル４３の内周面に嵌合している。
【００２４】
プランジャ３５の後端部はソレノイドコイル４３内に突入した状態で、ソレノイドコイル４３の前端面に対向している。ソレノイドコイル４３は、通電によりプランジャ３５を開弁位置側に吸引してシート面３３から引き離すことで噴射孔３４と気体燃料通路５０とを連通させるようになっている。
【００２５】
プランジャ３５の内部には、縦孔状の気体燃料通路５０が形成されており、気体燃料通路５０は、プランジャ３５の後端面からフランジ部３６の近傍まで軸方向に延伸している。
【００２６】
また、プランジャ３５の内部には、横穴状の複数（４つ）の噴出孔５１が設けられており、噴出孔５１は、気体燃料通路５０の底部から短軸部３７Ａの外周面に連通している。
【００２７】
気体燃料通路５０の途中には環状のばね座５２が形成されており、ばね座５２は固定コア４９側を向いている。
【００２８】
第２ハウジング部２４内には、気体燃料通路５０と連通する支持孔５５が形成されている。第３ハウジング部２５には、支持孔５５より大径の入口孔５６が形成されており、この入口孔５６は支持孔５５の後端に連通している。入口孔５６には、燃料フィルタ５９が装着されている。
【００２９】
支持孔５５には円筒状のリテーナ５７が嵌め込まれており、リテーナ５７は、リターンスプリング５３をばね座５２との間で支持している。リターンスプリング５３は、圧縮状態で支持孔５５の底部に配置されており、プランジャ３５をシート面３３側に付勢している。
【００３０】
第２ハウジング部２４の後端部から第３ハウジング部２５の前半部の外周面には、この外周面を覆うように樹脂モールド部材６１が設けられている。樹脂モールド部材６１にはコネクタ６０が一体で形成されている。コネクタ６０の内部には通電用端子６２が設けられており、通電用端子６２はソレノイドコイル４３に電気的に接続されている。
【００３１】
また、ノズル部材３１の前端面にはジョイント管６３が一体で形成されており、このジョイント管６３の内部は噴射孔３４に連通している。このジョイント管６３は、導管６４を介してエンジン４の吸気管に接続されている。
【００３２】
ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００３３】
このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施例におけるＥＣＵ３として機能する。ＥＣＵ３は、ソレノイドコイル４３への通電により気体燃料インジェクタ５の開閉を制御する。
【００３４】
このように構成された気体燃料噴射装置２において、ＥＣＵ３から気体燃料インジェクタ５のソレノイドコイル４３へ通電を行っていないとき、プランジャ３５は、リターンスプリング５３の付勢力により前方に押圧されてシール部材４０を介してシート面３３に着座し、シート面３３の噴射孔３４を塞いでいる。
【００３５】
この状態では、燃料分配管１７内の気体燃料は、ハウジング２２の入口孔５６に流入して燃料フィルタ５９で濾過された後、リテーナ５７の内部、プランジャ３５内の気体燃料通路５０および噴出孔５１を通って待機室２９内に流入し、この待機室２９内で待機する。
【００３６】
一方、ＥＣＵ５０からソレノイドコイル４３へ通電が行われると、通電によりソレノイドコイル４３で発生した磁束によって固定コア４９が磁化され、固定コア４９がプランジャ３５を吸引する。
【００３７】
これにより、プランジャ３５は、リターンスプリング５３のセット荷重に抗して固定コア４９側に移動し、シート面３３から離座する。このため、気体燃料がシート面３３を通過し、噴射孔３４を経てエンジン４の吸気管に噴射される。
【００３８】
ところで、気体燃料タンク１２から気体燃料インジェクタ５に供給される燃料には、多少ともオイルが混入しているので、気体燃料が待機室２９およびシート面３３を通過するとき、気体燃料に含まれるミスト状のオイルが、待機室２９の内周面、プランジャ３５の外周面およびシール部材４０、ノズル部材３１のシート面３３等に付着することがある。
【００３９】
エンジン４の停止中は、オイルの付着したプランジャ３５とシート面３３とが、スプリングの押圧力によって互いに圧着状態にある。そのため、外気温度が−３５度以下となるような極寒状態ではオイルが固化し、プランジャ３５とシート面３３とが固着した状態になってしまうことがある。
【００４０】
このような状態でエンジン４の始動を行う場合、通常のソレノイドコイル４３の吸引力では開弁が困難になることがある。このような問題に対して、ソレノイドコイル４３への通電時間を延長することで固着を解消しようする場合、気体燃料インジェクタ５内の電気回路や磁気回路を増強する必要があり、コストが増加してしまう。
【００４１】
そこで、本実施例では、図１、図２、図３に示すように、気体燃料インジェクタ５のプランジャ３５の気体燃料通路５０の壁面５０Ａには螺旋形状のインペラ７０が設けられている。
【００４２】
インペラ７０は、気体燃料通路５０に流入した気体燃料を旋回させ、気体燃料から作用する圧力によりプランジャ３５と一体回転するようになっている。インペラ７０は、矢印Ｒ１で示すように、反時計回りに旋回しながら下降するように形成されている。なお、インペラ７０は、プランジャ３５に一体に形成されていてもよいし、別体で作成しておいてからプランジャ３５に組み付けてもよい。
【００４３】
次に作用効果について説明する。図４の時刻ｔ０において、ＥＣＵ３は、エンジン４を気体燃料で運転していないため、気体燃料インジェクタ５へ通電を行わず、シャットオフバルブ１４を閉弁している。シャットオフバルブ１４の閉弁時は、プランジャ３５内は閉じた系になっており、プランジャ３５内の圧力（図中、プランジャ内圧力と記す）が低くなっている。
【００４４】
その後、ＥＣＵ３は、エンジン４を始動する際に、時刻ｔ１において気体燃料インジェクタ５へ通電を行い、シャットオフバルブ１４を開弁する。シャットオフバルブ１４が開弁すると、気体燃料タンク１２からの高圧の気体燃料は、図２に矢印Ａで示すようにプランジャ３５内の気体燃料通路５０に勢いよく流入する。これにより、時刻ｔ２で記すように気体燃料通路５０内の圧力が急激に上昇する。
【００４５】
気体燃料がプランジャ３５内の気体燃料通路５０に流入すると、この気体燃料は、螺旋形状のインペラ７０に沿って矢印Ｂ（図２参照）で示すように旋回しながら気体燃料通路５０を進み、矢印Ｃで示すように噴出孔５１から待機室２９に噴出する。
【００４６】
気体燃料が気体燃料通路５０に流入する際の旋回方向は図３に示すようにＲ１方向となる。気体燃料が旋回する際、インペラ７０には気体燃料から反作用として圧力が作用し、この圧力によってインペラ７０がプランジャ３５と一体でＲ２方向に回転する。プランジャ３５が回転することで、プランジャ３５とシート面３３との間に剪断力が作用する。
【００４７】
ここで、シート面３３に作用する剪断力は、シート面３３に直交する方向にプランジャ３５をシート面３３から引き離す力と比較して、より小さな力でシート面３３の固着を解消することが可能である。
【００４８】
したがって、極低温下においてプランジャ３５がシート面３３に固着している場合に、確実に固着を解消することができる。また、ソレノイドコイル４３への通電時間を長くしたり、通電する電力を大きくしたりする必要がないため、ソレノイドコイル４３等の耐電流を大きくする必要がない。このため、コストの増加を防止できる。この結果、コストを増加させることなく確実に固着を解消することができる。
【００４９】
なお、図６に示すように、噴出孔５１をプランジャ３５の周方向に傾いて延伸させることが好ましい。噴出孔５１の延伸方向を、プランジャ３５の径方向から周方向側に傾けることで、気体燃料は、噴出孔５１を通って気体燃料通路５０から待機室２９へ斜めに噴出する。このため、気体燃料が噴出孔５１から噴出する際の反作用によって、プランジャ３５のＲ２方向への回転力がさらに強まる。
【００５０】
次に、ＥＣＵ３によって実施されるプランジャ３５の内圧解放動作について、図５を参照して説明する。
【００５１】
図５において、ＥＣＵ３は、エンジン４が気体燃料（ここでは、ＣＮＧとする）により運転するか否かを判別する（ステップＳ１）。ここでは、エンジン４が気体燃料により運転される場合に判別がＹＥＳとなり、エンジン４がガソリンにより運転される場合、およびエンジン４が運転されない場合に判別がＮＯとなる。
【００５２】
ステップＳ１で気体燃料によりエンジン４を運転すると判別した場合、ＥＣＵ３は図示しないイグニッションスイッチがオフ（図中、ＩＧ−ＯＦＦと記す）であるか否かを判別する（ステップＳ２）。
【００５３】
ＥＣＵ３は、ステップＳ２でイグニッションスイッチがオンである場合はステップＳ１に戻り、イグニッションスイッチがオフである場合は、気体燃料インジェクタ５を開弁する（ステップＳ３）。
【００５４】
このように、エンジン４が気体燃料により運転する場合であってもイグニッションスイッチがオフのときは、気体燃料インジェクタ５が開弁される。これにより、シャットオフバルブ１４が閉じている状態で噴射孔３４が開き、気体燃料通路５０内の圧力が減少するので、後にイグニッションスイッチがオンにされたときにシャットオフバルブ１４の開弁に伴って気体燃料通路５０に気体燃料を勢いよく流入させることができ、気体燃料インジェクタ５の固着を確実に解消することができる。
【００５５】
一方、ＥＣＵ３は、ステップＳ１で気体燃料によりエンジン４が運転するのではないと判別した場合も、気体燃料インジェクタ５を開弁する（ステップＳ４）。
【００５６】
この場合も、シャットオフバルブ１４が閉じている状態で噴射孔３４が開き、気体燃料通路５０内の圧力が減少するので、後にエンジン４が気体燃料により運転する際に、シャットオフバルブ１４の開弁に伴って気体燃料通路５０に気体燃料を勢いよく流入させることができ、気体燃料インジェクタ５の固着を確実に解消することができる。
【００５７】
このように、図５の内圧解放動作において、ＥＣＵ３は、エンジン４が気体燃料により運転している状態ではない場合、気体燃料インジェクタ５を開弁することで、気体燃料通路５０の内圧を解放し、気体燃料通路５０の内圧を低下させている。このため、シャットオフバルブ１４の開弁に伴って気体燃料通路５０に気体燃料を勢いよく流入させることができ、気体燃料インジェクタ５の固着を確実に解消することができる。
【００５８】
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００５９】
１...車両、２...気体燃料噴射装置、３...ＥＣＵ（制御部）、４...エンジン、５...気体燃料インジェクタ、２９...待機室、３３...シート面、３４...噴射孔、３５...プランジャ、４３...ソレノイドコイル、５１...噴出孔、７０...インペラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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