(57)【要約】【課題】簡単な構成で噴口から噴射される流体を加熱する。【解決手段】駆動制御回路９は、燃料を噴射しない期間において、電磁コイル５へ電圧を印加するオン状態と電磁コイル５へ電圧を印加しないオフ状態との切り替えを繰り返す。ニードル４及び可動鉄心３には慣性力や摺動摩擦力があるため、燃料噴射期間に印加する電圧と比較して印加期間の十分短いパルス電圧を電磁コイル５へ間欠的に印加することで、ニードル４が駆動されないようにすることができる。パルス電圧を電磁コイル５へ間欠的に印加すると、電磁コイル５に流れる電流の立ち上がり時と立ち下がり時において流体通路管１２に渦電流が発生して流体通路管１２が発熱するので、流体通路管１２内を通過する燃料を加熱することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルが発生する電磁力によってニードルが駆動されることで、噴口から流体が噴射される電磁式流体噴射弁にて用いられる電磁式流体噴射弁の制御装置であって、
前記電磁コイルへ電圧を印加するオン状態と該電磁コイルへ電圧を印加しないオフ状態との切り替えが可能であり、流体噴射期間において該オン状態への切り替えにより該ニードルを駆動させる駆動制御手段を有し、
前記駆動制御手段は、流体を噴射しない期間において、前記ニードルが駆動されないように前記オン状態と前記オフ状態との切り替えを繰り返すことで、前記噴口から噴射される流体を加熱することを特徴とする電磁式流体噴射弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁式流体噴射弁の制御装置であって、
流体を噴射しない期間における前記オン状態の持続期間は、流体噴射期間と比較して前記ニードルが駆動されない程度に短いことを特徴とする電磁式流体噴射弁の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電磁式流体噴射弁の制御装置であって、
前記駆動制御手段は、流体噴射を開始するタイミングより所定時間前は、前記オン状態への切り替えを行わないことを特徴とする電磁式流体噴射弁の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の電磁式流体噴射弁の制御装置であって、
前記駆動制御手段は、流体を噴射しない期間において、前記オン状態と前記オフ状態との切り替え周波数を制御することで、前記噴口から噴射される流体の加熱状態を制御することを特徴とする電磁式流体噴射弁の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の電磁式流体噴射弁の制御装置であって、
前記噴口から噴射される流体は、内燃機関にて用いられる燃料であることを特徴とする電磁式流体噴射弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁式流体噴射弁の制御装置に関し、特に、電磁コイルが発生する電磁力によってニードルが駆動されることで、噴口から流体が噴射される電磁式流体噴射弁にて用いられる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における電磁式流体噴射弁の制御装置の一例が特開平５−３９８８３号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１の電磁式流体噴射弁は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁であり、その制御装置として、電磁式流体噴射弁の電磁コイルへ駆動電流を流すことでニードルを駆動させる噴射量制御回路の他に、電磁コイルへ高周波交番電流を流す高周波回路が別途設けられている。そして、燃料を噴射しない期間において、ニードルが駆動されないように、電磁コイルに高周波回路からの高周波交番電圧が加えられる。ここで電磁コイルに加えられる高周波交番電圧は、０［Ｖ］を中心として正側と負側の両方に振れる高周波電圧である。
【０００３】
電磁式流体噴射弁の燃料通路管は、電磁コイルに高周波交番電流が流れることで生じる交番磁束によって、磁気ヒステリシス損、渦電流損が発生して発熱する。そして、この熱が燃料通路管内の燃料に伝わり、燃料通路管内の燃料が加熱される。加熱された燃料は、電磁コイルに噴射量制御回路からの駆動電流が加えられてニードルが駆動されたときに、噴口から噴射される。
【０００４】
このように、特許文献１においては、燃料を噴射しない期間において、電磁コイルに高周波回路からの高周波交番電圧を加えることで、噴口から噴射される燃料を加熱している。これによって、燃料の微粒化の促進を図っている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３９８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、噴口から噴射される燃料を加熱するために、０［Ｖ］を中心として正側と負側の両方に振れる高周波交番電圧を電磁コイルへ印加する高周波回路を設けている。このように、特許文献１においては、ニードルを駆動させるために電磁コイルへ駆動電流を流す噴射量制御回路の他に、正側と負側の両方に振れる高周波交番電圧を出力する高周波回路を別途設けているので、制御回路の規模の増大やコスト高を招いてしまうという問題点がある。
【０００７】
本発明は、制御回路の規模の増大やコスト高を招くことなく、簡単な構成で噴口から噴射される流体を加熱することができる電磁式流体噴射弁の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電磁式流体噴射弁の制御装置は、電磁コイルが発生する電磁力によってニードルが駆動されることで、噴口から流体が噴射される電磁式流体噴射弁にて用いられる電磁式流体噴射弁の制御装置であって、前記電磁コイルへ電圧を印加するオン状態と該電磁コイルへ電圧を印加しないオフ状態との切り替えが可能であり、流体噴射期間において該オン状態への切り替えにより該ニードルを駆動させる駆動制御手段を有し、前記駆動制御手段は、流体を噴射しない期間において、前記ニードルが駆動されないように前記オン状態と前記オフ状態との切り替えを繰り返すことで、前記噴口から噴射される流体を加熱することを要旨とする。
【０００９】
本発明によれば、流体噴射期間を制御する駆動制御手段は、流体を噴射しない期間において、ニードルが駆動されないように電磁コイルへ電圧を印加するオン状態と電磁コイルへ電圧を印加しないオフ状態との切り替えを繰り返すことで、噴口から噴射される流体を加熱する。このように、流体噴射期間を制御する駆動制御手段からの出力電圧のオン／オフを交互に切り替える制御を行うことで、正側または負側の片側に振れる電圧を用いて噴口から噴射される流体を加熱することができる。したがって、本発明によれば、制御回路の規模の増大やコスト高を招くことなく、簡単な構成で噴口から噴射される流体を加熱することができる。
【００１０】
本発明に係る電磁式流体噴射弁の制御装置において、流体を噴射しない期間における前記オン状態の持続期間は、流体噴射期間と比較して前記ニードルが駆動されない程度に短いものとすることもできる。
【００１１】
本発明に係る電磁式流体噴射弁の制御装置において、前記駆動制御手段は、流体噴射を開始するタイミングより所定時間前は、前記オン状態への切り替えを行わないものとすることもできる。こうすれば、噴口から流体の噴射が開始されるタイミングを安定化させることができる。
【００１２】
本発明に係る電磁式流体噴射弁の制御装置において、前記駆動制御手段は、流体を噴射しない期間において、前記オン状態と前記オフ状態との切り替え周波数を制御することで、前記噴口から噴射される流体の加熱状態を制御するものとすることもできる。こうすれば、噴口から噴射される流体を効率よく加熱することができる。
【００１３】
本発明に係る電磁式流体噴射弁の制御装置において、前記噴口から噴射される流体は、内燃機関にて用いられる燃料であるものとすることもできる。こうすれば、噴射された燃料の良好な微粒化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置をその制御対象となる電磁式流体噴射弁の構成の概略とともに示す図である。本実施形態の電磁式流体噴射弁は、可動鉄心３、ニードル４、電磁コイル５、ノズルボディ７、及び流体通路管１２を備えている。なお、本実施形態の電磁式流体噴射弁は、例えば直噴式ガソリンエンジンやポート噴射式ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の燃料噴射弁として用いられるものである。
【００１６】
磁性材料により構成されるバルブハウジング１には、非磁性材料のボビン２が内挿されている。ボビン２には電磁コイル５が設けられている。バルブハウジング１内には、可動鉄心３が挿入されており、この可動鉄心３はニードル４と連結されている。
【００１７】
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が設けられている。ニードル４は、スペーサ７ａを貫通して、ノズルボディ７の内周面にて支持されている。ニードル４及び可動鉄心３は、リターンスプリング６によりノズルボディ７の先端部側へ押し付けられていることで、ニードル４の先端部は、ノズルボディ７の先端部と密着しており、ノズルボディ７の先端部に形成された噴口２０を閉じている。
【００１８】
電磁コイル５は、電極端子８に接続されており、駆動制御回路９とリード線１０により接続されている。電極端子８は、絶縁材料により構成されるハウジング１１内に保持されている。
【００１９】
流体通路管１２は、例えば鉄等の磁性材料により構成され、バルブハウジング１に固定されているとともに、電磁コイル５（ボビン２）内に挿入されている。図示しない燃料ポンプ及びレギュレータにより加圧された燃料は、パイプ１３及びフィルタ１５を通って電磁式流体噴射弁の流体通路管１２内に導入される。なお、電磁式流体噴射弁には、燃料のシールを行うためのＯリング１４，１６，１７，１８が設けられている。
【００２０】
駆動制御回路９は、所定電圧Ｖ１を電磁コイル５へ印加しない（電磁コイル５の電圧が０［Ｖ］）オフ状態と、所定電圧Ｖ１を電磁コイル５へ印加するオン状態と、の切り替えが可能である。駆動制御回路９がオフ状態のとき、すなわち所定電圧Ｖ１を電磁コイル５へ出力していない（電磁コイル５の電圧が０［Ｖ］）ときは、電磁コイル５は電磁力を発生せず、ニードル４及び可動鉄心３は駆動されない。したがって、この場合は、ニードル４の先端部がノズルボディ７の先端部に密着して噴口２０がニードル４により閉ざされたままであり、燃料が噴口２０から噴射されない。
【００２１】
一方、燃料噴射を行うときは、駆動制御回路９は、オン状態への切り替えを行うことで、所定電圧Ｖ１を電磁コイル５へ出力する。電磁コイル５に電圧Ｖ１が印加されると、電磁コイル５に電流が流れることで電磁力が発生し、この電磁力によってニードル４及び可動鉄心３が流体通路管１２側へ吸引される。ニードル４及び可動鉄心３が流体通路管１２側へ駆動されると、これまで密着していたニードル４の先端部とノズルボディ７の先端部とが離れて噴口２０が開く。したがって、加圧された燃料は、噴口２０から内燃機関の吸気通路内（ポート噴射式ガソリンエンジンに用いた場合）、あるいは内燃機関の筒内（直噴式ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに用いた場合）へ噴射される。このように、駆動制御回路９は、所定電圧Ｖ１を電磁コイル５へ出力する期間（オン状態期間）を制御することで、燃料噴射期間を制御することができる。なお、図２の駆動制御回路９からの出力電圧の時系列波形に示すように、燃料噴射期間（オン状態の持続期間）ｘは、典型的には２〜８ｍｓ程度の時間である。そして、燃料噴射の繰り返し周期ｙは、典型的には１０ｍｓ以上の時間である。
【００２２】
そして、本実施形態の駆動制御回路９は、燃料を噴口２０から噴射しない期間において、噴口２０から噴射される燃料の加熱を行う。以下、駆動制御回路９により燃料の加熱を行う方法について、図２を用いて説明する。
【００２３】
駆動制御回路９は、燃料を噴口２０から噴射しない期間において、ニードル４が駆動されないように前述のオン状態とオフ状態との切り替え動作を繰り返す。ここで、ニードル４及び可動鉄心３には慣性力や摺動摩擦力があるため、このオン状態の持続期間ｚを燃料噴射期間におけるオン状態の持続期間（典型的には２〜８ｍｓ）ｘと比較して十分短く設定することで、電磁コイル５に電圧を印加してもニードル４が駆動されないようにすることができる。そして、ニードル４が駆動されないためのオン状態の持続期間ｚ及びオン状態とオフ状態との切り替え周波数ｆについては、ニードル４及び可動鉄心３の慣性力や摺動摩擦力等を考慮して実験的または解析的に設定することができる。典型的な例を挙げると、このオン状態の持続期間ｚを０．２ｍｓ以下、オン状態とオフ状態との切り替え周波数ｆを２ｋＨｚ以上（より好ましくは５〜１０ｋＨｚ）に設定することにより、電磁コイル５に電圧を印加してもニードル４が駆動されることなく、速やかに燃料を加熱することができる。
【００２４】
このように、本実施形態における駆動制御回路９は、燃料を噴射しない期間において、ニードル４が駆動されないように燃料噴射期間に印加する電圧と比較して同じパルス高Ｖ１［Ｖ］で且つ印加期間の十分短いパルス電圧を電磁コイル５へ間欠的に印加する。なお、図２に示す例においては、燃料噴射期間に電磁コイル５へ正電圧Ｖ１［Ｖ］を連続的に印加し、燃料を噴射しない期間に電磁コイル５へ正電圧Ｖ１［Ｖ］を間欠的に印加する場合を示している。
【００２５】
前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替えると、電磁コイル５に流れる電流の立ち上がり時と立ち下がり時において、磁性材料により構成され電磁コイル５内に挿入された流体通路管１２に誘導磁界が発生して渦電流が発生する。この渦電流の発生によって、流体通路管１２が発熱し、流体通路管１２内を通過する燃料が加熱される。そして、燃料噴射期間において、駆動制御回路９は、オン状態への切り替えにより加熱された燃料を噴口２０から噴射することができる。以上のようにして、本実施形態の駆動制御回路９は、燃料を噴口２０から噴射しない期間において、ニードル４を駆動させることなく噴口２０から噴射される燃料の加熱を行うことができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料噴射期間を制御する駆動制御回路９は、燃料を噴射しない期間において、ニードル４が駆動されないように電磁コイル５へ電圧を印加するオン状態と電磁コイル５へ電圧を印加しないオフ状態とを交互に切り替える動作を繰り返す。ここで、ニードル４及び可動鉄心３には慣性力や摺動摩擦力があるため、燃料噴射期間に印加する電圧と比較して印加期間の十分短い（典型的には０．２ｍｓ以下）パルス電圧を電磁コイル５へ間欠的に印加することで、ニードル４が駆動されないように電磁コイル５へ電圧を印加することができる。そして、この電磁コイル５への印加電圧の切り替え制御によって、電磁コイル５に流れる電流の立ち上がり時と立ち下がり時において流体通路管１２に渦電流が発生して流体通路管１２が発熱するので、流体通路管１２内を通過する燃料を加熱することができる。このように、燃料噴射期間を制御する駆動制御回路９からの出力電圧のオン／オフを交互に切り替える制御を行うことで、正側または負側の片側のみに振れるパルス電圧を用いて流体通路管１２内を通過する燃料を加熱することができるので、正側と負側の両方に振れる高周波交番電圧を出力する特許文献１の高周波回路を別途設けることなく噴口２０から噴射される燃料を加熱することができる。したがって、本実施形態によれば、制御回路の規模の増大やコスト高を招くことなく、簡単な構成で噴口２０から噴射される燃料を加熱することができる。
【００２７】
そして、燃料噴射期間においては、加熱された燃料を噴口２０から噴射することができるので、噴射された燃料の良好な微粒化を実現することができる。また、噴口２０から噴射される燃料温度が上昇することにより、燃料の蒸発が促進される。したがって、内燃機関の燃焼状態を安定化させることができるので、本実施形態によれば、安定した内燃機関の運転及び良好な排気性能を実現することができる。
【００２８】
以下、本実施形態の変形例について、図３，４を用いて説明する。
【００２９】
本実施形態における駆動制御回路９は、図３に示すように、燃料噴射を開始するタイミングより所定時間ｗ前は、オン状態への切り替えを行わないことで、電磁コイル５へパルス電圧を印加しないようにすることもできる。
【００３０】
ここで、燃料噴射を開始する直前まで電磁コイル５にパルス電圧を間欠的に印加した場合は、その直後の燃料噴射期間にて電磁コイル５に電圧を印加したときに、ニードル４が駆動し始めるタイミングにばらつきが発生して、噴口２０から燃料の噴射が開始されるタイミングにばらつきが発生してしまう可能性がある。ただし、燃料噴射を開始するタイミングより所定時間（典型的には１ｍｓ程度の時間）ｗ前は、電磁コイル５へパルス電圧を印加しないことにより、燃料噴射期間におけるニードル４の駆動状態を安定化させることができるので、噴口２０から燃料の噴射が開始されるタイミングを安定化させることができる。したがって、内燃機関の燃焼状態をより安定化させることができる。
【００３１】
また、本実施形態における駆動制御回路９は、図４に示すように、燃料を噴射しない期間において、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周期を変更することで、電磁コイル５へ間欠的に印加するパルス電圧の周期を変更することもできる。
【００３２】
ここで、特に内燃機関の冷間時においては、噴口２０から噴射される燃料の温度上昇速度を速めて燃料を早期に加熱できることが好ましい。したがって、噴口２０から噴射される燃料を効率よく加熱するためには、内燃機関が冷間時であるか否かを判定し、その判定結果に応じて燃料の加熱状態を変更できることが好ましい。より具体的には、内燃機関が冷間時でないと判定した場合は、駆動制御回路９は、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数をｆ１に設定する（図４（ａ））。一方、内燃機関が冷間時であると判定した場合は、駆動制御回路９は、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数をｆ２に設定する（図４（ｂ））。ここで、ｆ２＞ｆ１であり、典型的な例としては、１０ｋＨｚ≧ｆ２＞ｆ１≧２ｋＨｚを満たす範囲で、ｆ１，ｆ２の値が設定される。なお、内燃機関が冷間時であるか否かの判定については、例えば図示しないセンサで検出した内燃機関の冷却水温が所定値以下であるか否かを判定することで行うことができる。
【００３３】
この構成によれば、内燃機関が冷間時であるか否かに応じて、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数を制御することで、電磁コイル５へ間欠的に印加するパルス電圧の周期を制御する。この制御によって、噴口２０から噴射される燃料の加熱状態を制御することができる。例えば、内燃機関が冷間時である場合には、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数を冷間時でない場合と比較して高くすることで、電磁コイル５に流れる電流の変動周波数を冷間時でない場合と比較して高くすることができる。したがって、噴口２０から噴射される燃料の温度上昇速度を冷間時でない場合と比較して速めることができるので、燃料を所望の温度まで早期に加熱することができる。一方、内燃機関が冷間時でない場合には、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数を冷間時の場合と比較して低くすることで、燃料の加熱のために消費される電力を冷間時の場合と比較して低減することができる。したがって、この構成によれば、内燃機関の運転状態に応じて噴口２０から噴射される燃料を効率よく加熱することができる。
【００３４】
以上の説明においては、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数を２段階で変化させる場合について説明した。ただし、本実施形態においては、前述のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える周波数を、例えば内燃機関の冷却水温に応じて３段階以上で変化させることもできるし、連続的に変化させることもできる。
【００３５】
また、以上の説明においては、燃料噴射期間に電磁コイル５へ正電圧Ｖ１を連続的に印加するとともに、燃料を噴射しない期間に電磁コイル５へ正電圧Ｖ１を間欠的に印加する場合について説明した。ただし、本実施形態においては、図５に示すように、燃料噴射期間に電磁コイル５へ負電圧−Ｖ１を連続的に印加することでニードル４を駆動させるとともに、燃料を噴射しない期間に電磁コイル５へ負電圧−Ｖ１を間欠的に印加することで噴口２０から噴射される燃料を加熱することもできる。
【００３６】
また、以上の説明においては、本実施形態の電磁式流体噴射弁を内燃機関にて用いられる燃料噴射弁に適用した場合、すなわち噴口から噴射される流体が内燃機関にて用いられる燃料である場合について説明した。ただし、従来、空気、または水やアルコール等の蒸気の第２流体を燃料に混合して噴射する二流体噴射弁が知られている。そこで、本実施形態の電磁式流体噴射弁を二流体噴射弁の空気制御弁または蒸気制御弁に適用して、空気、または水やアルコール等の蒸気を加熱した状態で噴射することもできる。すなわち、本実施形態においては、噴口から噴射される流体が空気、または水やアルコール等の蒸気であってもよい。
【００３７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置をその制御対象となる電磁式流体噴射弁の構成の概略とともに示す図である。
【図２】駆動制御回路から出力される電圧の時系列波形の一例を示す図である。
【図３】駆動制御回路から出力される電圧の時系列波形の一例を示す図である。
【図４】駆動制御回路から出力される電圧の時系列波形の一例を示す図である。
【図５】駆動制御回路から出力される電圧の時系列波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  バルブハウジング、２  ボビン、３  可動鉄心、４  ニードル、５  電磁コイル、６  リターンスプリング、７  ノズルボディ、８  電極端子、９  駆動制御回路、１２  流体通路管、２０  噴口。
【図１】
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【図２】
2005264767.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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