(57)【要約】【課題】燃料供給装置において、加熱した燃料を確実に噴射することでこの燃料の霧化を向上し、機関の運転特性や排ガス特性の向上を図る。【解決手段】ハウジング１１に第１燃料通路１８を設け、この第１燃料通路１８の上流部にヒータ２０を設けると共に、第１ニードル弁１５により第１燃料通路１８の第１シール部１９を断続可能とし、第１ニードル弁１５に第１燃料通路１８の上流部から分岐する第２燃料通路２１を設け、第２ニードル弁２２により第２燃料通路２１におけるヒータ２０の近傍にある第２シール部２６を断続可能とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１燃料通路を有すると共に先端部に該第１燃料通路が外部に開口する噴射口を有するハウジングと、前記第１燃料通路の燃料を加熱する加熱手段と、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記第１燃料通路を断続可能であると共に前記加熱手段により加熱された燃料を前記第１燃料通路から分岐して前記噴射口に導く第２燃料通路を有する第１弁部材と、前記ハウジングまたは前記第１弁部材に移動自在に支持されて前記第２燃料通路における前記加熱手段の近傍を断続可能である第２弁部材とを具えたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料供給装置において、前記加熱手段としてのヒータを前記第１燃料通路の上流部に設け、該ヒータから前記第２弁部材による前記第２燃料通路のシール部までの距離を、前記ヒータから前記第１弁部材による前記第１燃料通路のシール部までの距離よりも短く設定したことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料供給装置において、前記内燃機関の始動直後の１サイクルまたは数サイクルは、前記第１弁部材が前記第１燃料通路を遮断する一方、前記第２弁部材が前記第２燃料通路を開放して前記噴射口から燃料を噴射することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料供給装置において、前記第１弁部材を前記第１燃料通路の遮断方向に付勢する第１ばね部材と、前記第２弁部材を前記第２燃料通路の遮断方向に付勢する第２ばね部材とを設け、前記第２ばね部材の付勢力を前記第１ばね部材の付勢力以上に設定したことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料供給装置において、前記第１弁部材の移動による前記第１燃料通路の開放ストローク量と、前記第２弁部材の移動による前記第２燃料通路の開放ストローク量を同量に設定したことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料供給装置において、前記第１弁部材を駆動して前記第１燃料通路を開放する第１駆動手段と、前記第２弁部材を駆動して前記第２燃料通路を開放する第２駆動手段とを設け、前記第２駆動手段の駆動力を前記第１駆動手段の駆動力よりも大きく設定したことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項７】
請求項１記載の燃料供給装置において、前記第１弁部材を駆動して前記第１燃料通路を開放する第１駆動手段と、前記第２弁部材を駆動して前記第２燃料通路を開放する第２駆動手段と、前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の故障を検出する故障検出手段と、該故障検出手段が前記第１駆動手段または前記第２駆動手段の故障を検出したときに正常な前記第１駆動手段または前記第２駆動手段により前記第１弁部材または前記第２弁部材を駆動する制御手段とを設けたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項８】
請求項７記載の燃料供給装置において、前記内燃機関の始動直後の１サイクルまたは数サイクルは、前記第１弁部材が前記第１燃料通路を遮断する一方、前記第２駆動手段が前記第２弁部材を駆動して前記第２燃料通路を開放して前記噴射口から燃料を噴射し、このとき、前記故障検出手段が前記第２駆動手段の故障を検出すると、前記制御手段は前記第１駆動手段が前記第１弁部材を駆動して前記第１燃料通路を開放して前記噴射口から燃料を噴射することを特徴とする燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を加熱してから噴射可能とした燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガソリンを燃料とする内燃機関では、冷態始動時におけるガソリンの霧化特性が悪く、燃料噴射弁から噴射されたガソリンは吸気マニホールドの内壁や吸気バルブなどに付着してしまう。また、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射式内燃機関では、燃料を高圧にしてから噴射する必要があるが、エンジン始動直後では、高圧ポンプが十分に駆動せず、燃料を所定圧力まで昇圧することが困難となり、ガソリンが十分に霧化せずに燃焼室の壁面に付着してしまう。その結果、吸気マニホールドの内壁や燃焼室の壁面に付着したガソリンがその後に蒸発してから燃焼室に流入したり、未燃ガスのまま外部に排出されることとなり、空燃比変動による運転特性の悪化や未燃ガスの排出による排ガス特性の悪化を招いてしまう。この問題を解消する方法として、燃料噴射弁内にヒータを設け、事前にガソリンを加熱してから噴射することで霧化を向上し、吸気マニホールド内壁などへのガソリンの付着を抑制するものがある。
【０００３】
このような内燃機関の燃料噴射装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたものは、インジェクタの弁ハウジング内に燃料通路を設け、この燃料通路に弁部材を移動自在に設ける一方、弁ハウジング１１の外側にセラミックヒータを設けた構成となっている。従って、エンジンの始動開始時に、セラミックヒータにより弁ハウジング内の燃料を加熱し、弁部材を移動して先端部の噴孔を開放することで、加熱された燃料をこの噴孔から噴射することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した従来の内燃機関の燃料噴射装置にあっては、インジェクタの長手方向に沿って燃料通路が設けられており、先端部（下端部）に噴孔が形成される一方、この噴孔から上方に離れた位置にセラミックヒータが装着されている。そのため、燃料通路の燃料をセラミックヒータにより加熱しても、高温の燃料は対流により燃料通路の上方側に滞留し、燃料通路の下方、つまり、噴孔の近傍には低温の燃料が滞留することとなり、始動１発目に高温の燃料を噴射することができない。従って、インジェクタ内にセラミックヒータを設けたにも拘わらず、エンジン始動直後に高温の燃料を噴射することができず、吸気マニホールドや燃焼室の壁面へのガソリン付着による機関の運転特性の悪化や排ガス特性の悪化を確実に抑制することが困難である。
【０００６】
なお、インジェクタの先端部、つまり、噴孔の近傍にヒータを設けてその周辺に高温の燃料を滞留させることで、エンジンの始動１発目から高温の燃料を噴射させるようにすることが考えられる。ところが、インジェクタは、その構造上や取付上の制約から先端部にヒータを装着することは困難である。即ち、インジェクタは吸気マニホールドまたはシリンダヘッドに装着され、先端部（噴孔）が吸気通路や燃焼室に突出している。そのため、インジェクタの先端部にヒータを装着するとその部分が大型化し、この吸気通路や燃焼室にて気流の乱れを生じさせてしまい、混合気の生成や火炎伝播に悪影響を与えてしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、加熱した燃料を確実に噴射することでこの燃料の霧化を向上し、機関の運転特性や排ガス特性の向上を図った燃料供給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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料供給装置は、第１燃料通路を有すると共に先端部に該第１燃料通路が外部に開口する噴射口を有するハウジングと、前記第１燃料通路の燃料を加熱する加熱手段と、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記第１燃料通路を断続可能であると共に前記加熱手段により加熱された燃料を前記第１燃料通路から分岐して前記噴射口に導く第２燃料通路を有する第１弁部材と、前記ハウジングまたは前記第１弁部材に移動自在に支持されて前記第２燃料通路における前記加熱手段の近傍を断続可能である第２弁部材とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の燃料供給装置では、前記加熱手段としてのヒータを前記第１燃料通路の上流部に設け、該ヒータから前記第２弁部材による前記第２燃料通路のシール部までの距離を、前記ヒータから前記第１弁部材による前記第１燃料通路のシール部までの距離よりも短く設定したことを特徴としている。
【００１０】
本発明の燃料供給装置では、前記内燃機関の始動直後の１サイクルまたは数サイクルは、前記第１弁部材が前記第１燃料通路を遮断する一方、前記第２弁部材が前記第２燃料通路を開放して前記噴射口から燃料を噴射することを特徴としている。
【００１１】
本発明の燃料供給装置では、前記第１弁部材を前記第１燃料通路の遮断方向に付勢する第１ばね部材と、前記第２弁部材を前記第２燃料通路の遮断方向に付勢する第２ばね部材とを設け、前記第２ばね部材の付勢力を前記第１ばね部材の付勢力以上に設定したことを特徴としている。
【００１２】
本発明の燃料供給装置では、前記第１弁部材の移動による前記第１燃料通路の開放ストローク量と、前記第２弁部材の移動による前記第２燃料通路の開放ストローク量を同量に設定したことを特徴としている。
【００１３】
本発明の燃料供給装置では、前記第１弁部材を駆動して前記第１燃料通路を開放する第１駆動手段と、前記第２弁部材を駆動して前記第２燃料通路を開放する第２駆動手段とを設け、前記第２駆動手段の駆動力を前記第１駆動手段の駆動力よりも大きく設定したことを特徴としている。
【００１４】
本発明の燃料供給装置では、前記第１弁部材を駆動して前記第１燃料通路を開放する第１駆動手段と、前記第２弁部材を駆動して前記第２燃料通路を開放する第２駆動手段と、前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の故障を検出する故障検出手段と、該故障検出手段が前記第１駆動手段または前記第２駆動手段の故障を検出したときに正常な前記第１駆動手段または前記第２駆動手段により前記第１弁部材または前記第２弁部材を駆動する制御手段とを設けたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の燃料供給装置では、前記内燃機関の始動直後の１サイクルまたは数サイクルは、前記第１弁部材が前記第１燃料通路を遮断する一方、前記第２駆動手段が前記第２弁部材を駆動して前記第２燃料通路を開放して前記噴射口から燃料を噴射し、このとき、前記故障検出手段が前記第２駆動手段の故障を検出すると、前記制御手段は前記第１駆動手段が前記第１弁部材を駆動して前記第１燃料通路を開放して前記噴射口から燃料を噴射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料供給装置によれば、第１弁部材によりハウジングの第１燃料通路を断続可能とすると共に、第２弁部材により第１弁部材の第２燃料通路における加熱手段の近傍を断続可能としたので、エンジン始動時などには、第２弁部材を駆動して第２燃料通路における加熱手段の近傍を開放することで、加熱した燃料を確実に噴射することができ、燃料の霧化を向上して吸気通路や燃焼室の壁面への燃料付着を抑制し、機関の運転特性や排ガス特性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる燃料供給装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る燃料供給装置を表すインジェクタの要部断面図、図２は、実施例１の燃料供給装置における燃料噴射タイミングを表すタイムチャート、図３は、実施例１の燃料供給装置におけるインジェクタの作動を表す要部断面図である。
【００１９】
実施例１の燃料供給装置としてのインジェクタは、内燃機関の吸気マニホールドまたはシリンダヘッドに装着され、燃料を吸気通路または燃焼室に直接噴射するものである。この実施例１のインジェクタにおいて、図１に示すように、ハウジング１１は中空円筒形状をなし、支持部１２に対して先端部１３が小径となっており、この先端部１３に外部に開口する噴射口１４が形成されている。そして、インジェクタは、ハウジング１１の先端部１３が吸気マニホールドまたはシリンダヘッドに形成された取付孔に嵌合した状態で、締結ボルトにより固定されている。
【００２０】
第１弁部材としての第１ニードル弁１５は、円盤形状をなすフランジ部１６から円筒形状をなす弁本体１７が一体に下方に延出して構成され、フランジ部１６の外周面がハウジング１１における支持部１２の内周面１２ａに嵌合し、且つ、軸心方向（図１にて上下方向）に沿って移動自在に支持されている。また、第１ニードル弁１５は、弁本体１７の外周面がハウジング１１における先端部１３の内周面１３ａに所定の隙間をもって挿入され、円錐形状をなす先端面１７ａが先端部１３の傾斜面１３ｂに当接可能となっている。なお、第１ニードル弁１５の先端面１７ａとハウジング１１の傾斜面１３ｂとは、ほぼ同様の傾斜角度に設定されている。
【００２１】
従って、ハウジング１１と第１ニードル弁１５との間に第１燃料通路１８が構成されることとなり、この第１燃料通路１８の下端部側は噴射口１４に連通可能となっている。そして、第１ニードル弁１５の先端面１７ａがハウジング１１の傾斜面１３ｂに当接したときに第１燃料通路１８を遮断し、先端面１７ａが傾斜面１３ｂから離れたときに第１燃料通路１８を開放することとなり、噴射口１４の近傍に第１シール部１９が形成される。
【００２２】
第１燃料通路１８にはハウジング１１の内側に加熱手段としてのヒータ２０が設けられている。このヒータ２０は、リード線を介して電源に接続されており、通電時に第１燃料通路１８の燃料を加熱することができる。また、第１ニードル弁１５にはヒータ２０により加熱された燃料を第１燃料通路１８から分岐して噴射口１４に導く第２燃料通路２１が形成されている。この第２燃料通路２１は、第１ニードル弁１５の軸心から斜め上方へ放射状に延びて第１燃料通路１５におけるヒータ２０の近傍の外周面に開口する複数の第１燃料孔２１ａと、各第１燃料孔２１ａの集合部から下方に延びて噴射口１４の近傍の先端部に開口する第２燃料孔２１ｂとから構成されている。
【００２３】
第２弁部材としての第２ニードル弁２２は、円盤形状をなすフランジ部２３から円筒形状をなす弁本体２４が一体に下方に延出して構成され、フランジ部２３の外周面がハウジング１１における支持部１２の内周面１２ａに嵌合し、且つ、軸心方向（図１にて上下方向）に沿って移動自在に支持されている。また、第２ニードル弁２２は、弁本体２４の外周面が第１ニードル弁１５に形成された支持孔２５に嵌合し、且つ、軸心方向に移動自在に支持されている。この支持孔２５は下端部が第２燃料通路２１の第１燃料孔２１ａに連通しており、第２ニードル弁２２は、円錐形状をなす先端面２２ａが各第１燃料孔２１ａの内面に当接可能となっている。
【００２４】
従って、第２ニードル弁２２は、先端面２２ａが第２燃料通路２１の第１燃料孔２１ａに当接したときに第２燃料通路２１を遮断し、先端面２２ａが第１燃料孔２１ａから離れたときに第２燃料通路２１を開放することとなり、ヒータ２０の近傍に第２シール部２６が形成される。この場合、ヒータ２０から第２シール部２６までの距離を、ヒータ２０から第１シール部１９までの距離よりも短くなるように設定されている。
【００２５】
また、ハウジング１１の内周面には第１ストッパ２７が固定されており、第１ニードル弁１５の移動ストロークを規定している。更に、ハウジング１１の内周面には、第１ストッパ２７の上方に位置して第２ストッパ２８が固定されており、第２ニードル弁２２の移動ストロークを規定している。そして、ハウジング１１の上部には第２ストッパ２８を介して支持板２９が固定されており、この支持板２９と第１ニードル弁１５との間には第１スプリング（第１ばね部材）３０が圧縮状態で介装されている。この場合、第２ニードル弁２２のフランジ部２３には第１スプリング３０が貫通する螺旋孔３１が形成されており、第１スプリング３０と第２ニードル弁２２とが干渉しない構造となっている。一方、支持板２９と第２ニードル弁２２との間には第２スプリング（第２ばね部材）３２が圧縮状態で介装されている。
【００２６】
従って、第１ニードル弁１５は、第１スプリング３０の付勢力により先端面１７ａがハウジング１１の傾斜面１３ｂに密着して第１燃料通路１８を遮断する方向に付勢されている。一方、第２ニードル弁２２は、第２スプリング３２の付勢力により先端面２２ａが第２燃料通路２１の第１燃料孔２１ａに密着して第２燃料通路２１を遮断する方向に付勢されている。
【００２７】
更に、ハウジング１１の壁内には、第１ニードル弁１５のフランジ部１６に対向し、且つ、若干上方に位置して第１駆動手段としての第１ソレノイド３３が内蔵されている。また、ハウジング１１の壁内には、第２ニードル弁２２のフランジ部２３に対向し、且つ、若干上方に位置して第２駆動手段としての第２ソレノイド３４が内蔵されている。そして、各ソレノイド３３，３４は、リード線を介して電源に接続されている。従って、第１ソレノイド３３へ通電すると、吸引力が発生して第１スプリング３０の付勢力に抗して第１ニードル弁１５を上方に移動し、第１燃料通路１８を開放することができる。一方、第２ソレノイド３４へ通電すると、吸引力が発生して第２スプリング３２の付勢力に抗して第２ニードル弁２２を上方に移動し、第２燃料通路２１を開放することができる。
【００２８】
なお、インジェクタの基端部にはデリバリパイプを介して燃料ポンプ、燃料タンクなどが連結されており、ハウジング１１内を通して第１燃料通路１８の上流側に所定圧の燃料が供給されている。
【００２９】
ここで、上述した実施例１の燃料供給装置の作動について詳細に説明する。
【００３０】
例えば、エンジンの冷態始動時には、燃料が低温状態にあるために霧化特性が悪く、インジェクタから噴射された燃料は吸気マニホールドの内壁や吸気バルブなどに付着しやすい。そのため、実施例１では、エンジン始動後の１サイクルは、第２ニードル弁２２を駆動して第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放して高温の燃料を噴射し、２サイクル目以降は、第１ニードル弁１５を駆動して第１燃料通路１８の第１シール部１９を開放し、継続して高温の燃料を噴射することで、燃料の霧化を向上して燃料の壁面付着を抑制している。
【００３１】
即ち、エンジンの始動前は、図１に示すように、第１、第２ソレノイド３３，３４に通電されておらず、第１ニードル弁１５は第１スプリング３０の付勢力により第１燃料通路１８の第１シール部１９を閉止すると共に、第２ニードル弁２２は第２スプリング３２の付勢力により第２燃料通路２１の第２シール部２６を閉止しており、燃料は噴射されない。
【００３２】
この状態から、ドライバがイグニッションキースイッチをオンにすると、まず、ヒータ２０に通電されて燃料のプレヒートが開始され、第１燃料通路１８の燃料が加熱される。続いて、図２に示すように、１サイクル目の燃料噴射信号が所定時間にわたって出力され、この信号に対応して第２ソレノイド３４に通電される。すると、図３(ａ)に示すように、第２ニードル弁２２がその吸引力により第２スプリング３２の付勢力に抗して上方に移動し、第２燃料通路２１の第２シール部２６を所定時間だけ開放する。そのため、第１燃料通路１８におけるヒータ２０の周辺にある高温の燃料が、第２燃料通路２１を通して直接噴射口１４側に供給され、この噴射口１４から高温の燃料が吸気通路または燃焼室に所定量噴射される。このとき、第１ニードル弁１５は第１スプリング３０により第１燃料通路１８の第１シール部１９を閉止しており、ここから燃料が漏れることはない。
【００３３】
従って、吸気通路または燃焼室に高温の燃料が噴射されるため、エンジンの冷態始動時であっても、燃料が確実に霧化されて吸気通路や燃焼室の壁面には付着せず、空気と適正に混合した状態で燃焼室を流動することとなる。そして、燃焼室を流動した混合気は最適な混合状態であるため、点火プラグにより適正に点火することができ、未燃分ガスの排出量も減少することができる。
【００３４】
１サイクル目の燃料噴射が完了すると、次に、図２に示すように、２サイクル目の燃料噴射信号が所定時間にわたって出力され、この信号に対応して第１ソレノイド３３に通電される。すると、図３(ｂ)に示すように、第１ニードル弁１５がその吸引力により第１スプリング３０の付勢力に抗して上方に移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を所定時間だけ開放する。そのため、第１燃料通路１８の高温の燃料が噴射口１４側に供給され、この噴射口１４から高温の燃料が吸気通路または燃焼室に所定量噴射される。このとき、第２ニードル弁２２は第１ニードル弁１８と共に上方に移動するが、この第２ニードル弁２２は第２スプリング３２により第２燃料通路２１の第２シール部２６を閉止しており、ここから燃料が漏れることはない。
【００３５】
従って、吸気通路または燃焼室には１サイクル目に継続して高温の燃料が噴射されるため、燃料が適正に霧化されて空気と混合して燃焼室を流動することとなり、点火プラグにより適正に点火される。
【００３６】
その後、２サイクル目の燃料噴射が完了すると、次に、３サイクル目の燃料噴射信号が出力されるが、この３サイクル目以降の燃料噴射信号に対しては、前述した２サイクル目と同様の作動を行う。即ち、第１ソレノイド３３に通電して第１ニードル弁１５を移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を開放し、第１燃料通路１８の燃料を噴射口１４側に供給し、この噴射口１４からの燃料を噴射する。
【００３７】
このように実施例１の燃料供給装置にあっては、ハウジング１１に第１燃料通路１８を設け、この第１燃料通路１８の上流部にヒータ２０を設けると共に、第１ニードル弁１５により第１燃料通路１８の第１シール部１９を断続可能とし、第１ニードル弁１５に第１燃料通路１８の上流部から分岐する第２燃料通路２１を設け、第２ニードル弁２２により第２燃料通路２１におけるヒータ２０の近傍にある第２シール部２６を断続可能としている。
【００３８】
従って、エンジンの冷態始動時などには、第２ニードル弁２２を駆動して第２燃料通路２１におけるヒータ２０の近傍の第２シール部２６を開放することで、高温の燃料を噴射口１４から確実に噴射することができ、燃料の霧化を促進して吸気通路や燃焼室の壁面への燃料付着を抑制し、エンジンの運転特性や排ガス特性の向上を図ることができる。
【００３９】
また、実施例１にあっては、燃料を噴射する噴射口１４の近傍にヒータ２０を設けることなく、必要時に高温の燃料を噴射することができ、インジェクタを大型化する必要はなく、また、エンジンへの取付性を低下させることもない。
【００４０】
なお、この実施例１では、エンジン始動後の１サイクルは、第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放し、２サイクル目以降は、第１燃料通路１８の第１シール部１９を開放したが、外気温やエンジン冷却水温などエンジン始動状態に応じて、エンジン始動後の数サイクルの間、第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放するように構成してもよい。
【実施例２】
【００４１】
図４は、本発明の実施例２に係る燃料供給装置を表すインジェクタの要部断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４２】
実施例２の燃料供給装置としてのインジェクタは、図４に示すように、前述した実施例１とほぼ同様の構成、作用をなしている。それに加え、本実施例では、第１スプリング３０の付勢力と、第２スプリング３２の付勢力とを同じ付勢力としている。また、第１ニードル弁１５の移動による第１燃料通路１８の開放ストローク量と、第２ニードル弁２２の移動による第２燃料通路２１の開放ストローク量とを同じストローク量としている。
【００４３】
一般に、燃料噴射量は燃料噴射弁（ニードル弁）の開放時間で決定するものであり、所定量の燃料を高精度に噴射するためには、燃料噴射弁の移動を円滑に制御する必要がある。燃料噴射弁はスプリングの弾性力により閉止位置に付勢されて燃料通路を遮断しており、所定の駆動手段によりこの燃料噴射弁をスプリングの弾性力に抗して移動することで燃料通路を開放して燃料を噴射している。従って、燃料噴射量を高精度に調整するには、スプリングによる燃料噴射弁の閉止力と、駆動手段による燃料噴射弁の開放量とが重要なものとなる。
【００４４】
この実施例２では、第１ニードル弁１５を閉止位置に付勢して第１燃料通路１８の第１シール部１９を遮断する第１スプリング３０の弾性力（ばね荷重）と、第２ニードル弁２２を閉止位置に付勢して第２燃料通路２１の第２シール部２６を遮断する第２スプリング３２の弾性力（ばね荷重）とが同じ弾性力（ばね荷重）となるように設定している。従って、支持板２９と第１ニードル弁１５との間には弾性力Ｆを有する第１スプリング３０が装着され、支持板２９と第２ニードル弁２２との間には弾性力Ｆを有する第２スプリング３２が装着される。そのため、第１ニードル弁１５には、第１スプリング３０の弾性力Ｆと、第２ニードル弁２２を介して第２スプリング３２の弾性力Ｆが作用しているため、第１ニードル弁１５の閉止力は２Ｆとなる。一方、第２ニードル弁２２には、第２スプリング３２の弾性力Ｆのみが作用しているため、第２ニードル弁２の閉止力はＦとなる。即ち、第１ニードル弁１５の閉止力２Ｆは、第２ニードル弁２２の閉止力Ｆの２倍となっている。
【００４５】
また、本実施例にて、第１ニードル弁１５は第１ストッパ２７により上方への移動ストローク量がＳ1に規制され、第２ニードル弁２２は第２ストッパ２８により上方への移動ストローク量がＳ2に規制されており、この第１ニードル弁１５の移動ストローク量Ｓ1と第２ニードル弁２２の移動ストローク量Ｓ2が同量となるように設定されている。
【００４６】
従って、エンジンの冷態始動時、１サイクル目で第２ソレノイド３４に通電すると、第２ニードル弁２２は第２スプリング３２の弾性力Ｆに抗して移動ストローク量Ｓ2だけ上方に移動し、第２燃料通路２１の第２シール部２６を所定時間だけ開放する。この場合、第２ニードル弁２２はその閉止力Ｆが低く設定されているため、第２燃料通路２１の第２シール部２６を瞬時に開放することができ、高温の燃料を直接噴射口１４に供給して確実に噴射することができる。
【００４７】
続いて、２サイクル目以降で第１ソレノイド３３に通電すると、第１ニードル弁１５は第１スプリング３０及び第２スプリング３２の弾性力２Ｆに抗して移動ストローク量Ｓ2だけ上方に移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を所定時間だけ開放する。この場合、第１ニードル弁１５はその閉止力２Ｆが高く設定されているため、噴射口１４から所定量の燃料を噴射した後、第１燃料通路１８の第１シール部１９を瞬時に閉止することができ、燃料噴射量を高精度に調整することができる。
【００４８】
また、第１ソレノイド３３の通電時に、第１ニードル弁１５は第２ニードル弁２２を押し上げて両者が一体となって上方に移動し、第１ソレノイド３３への通電を停止すると、各ニードル弁１５，２２は各スプリング３０，３２の弾性力Ｆにより各燃料通路１８，２１の閉止位置に戻される。この場合、各ニードル弁１５，２２は、その弾性力Ｆと移動ストローク量がＳ1，Ｓ2が同じであるため、第２ニードル弁２２は第１ニードル弁１５に追従して一体となって戻るため、両者が離間して第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放することはなく、燃料の漏洩を防止することができる。
【００４９】
このように実施例２の燃料供給装置にあっては、第１ニードル弁１５により第１燃料通路１８を閉止する第１スプリング３０の付勢力と、第２ニードル弁２２により第２燃料通路２２を閉止する第２スプリング３２の付勢力とを同じに設定すると共に、この第１ニードル弁１５の移動ストローク量と、第２ニードル弁２２の移動ストローク量とを同じに設定している。
【００５０】
エンジンの冷態始動時における１サイクルまたは数サイクルは、燃料噴射量の制御よりも高温の燃料を瞬時に噴射することが優先され、その後は、高精度な燃料噴射量の制御が必要となる。従って、実施例２では、エンジンの冷態始動時の１サイクル目で、低い閉止力Ｆの第２ニードル弁２２を移動して第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放するため、高温の燃料を噴射口１４から瞬時に噴射することができ、始動性を向上することができる。そして、２サイクル目以降で、高い閉止力２Ｆの第１ニードル弁１５を移動して第１燃料通路１８の第１シール部１９を所定時間開放してから閉止するため、噴射口１４からの燃料噴射を瞬時に停止することができ、高精度な燃料噴射量の制御、特に、最小燃料噴射量の制御を可能とすることができる。
【００５１】
また、第１ニードル弁１５が第１燃料通路１８を閉止する位置に戻るとき、第２ニードル弁２２が第１ニードル弁１５に追従して戻るため、両者の挙動が相互に追従することとなり、第２燃料通路２１の第２シール部２６からの燃料の漏洩を防止することができる。更に、第１燃料通路１８または第２燃料通路２１を開放して燃料を供給するとき、第１ソレノイド３３または第２ソレノイド３４のいずれか一方に通電して第１ニードル弁１５または第２ニードル弁２２を移動するため、電力消費量が増加することはなく、エネルギコストの増加を抑制することができる。
【００５２】
なお、実施例２では、第１スプリング３０の付勢力と第２スプリング３２の付勢力とを同じに設定したが、第２スプリング３２の付勢力を第１スプリング３０の付勢力以上に設定してもよく、これにより第１ニードル弁１５が閉止位置に戻るとき、第２ニードル弁２２は確実に第１ニードル弁１５に追従することとなり、第２燃料通路２１の第２シール部２６からの燃料の漏洩を確実に防止して安全性を向上することができる。
【実施例３】
【００５３】
実施例３の燃料供給装置としてのインジェクタは、前述した実施例１とほぼ同様の構成、作用をなしており、図１を用いて説明する。本実施例では、図１に示すように、第２ニードル弁２２を駆動する第２駆動手段としての第２ソレノイド３４の駆動力を、第１ニードル弁１５を駆動する第１駆動手段としての第１ソレノイド３３の駆動力よりも大きく設定している。具体的には、第２ソレノイド３４を構成する電磁コイルの巻き数を、第１ソレノイド３３を構成する電磁コイルの巻き数よりも多くしている。
【００５４】
従って、エンジンの冷態始動時、１サイクル目で第２ソレノイド３４に通電すると、第２ニードル弁２２は高い吸引力により上方に移動し、第２燃料通路２１の第２シール部２６を瞬時に開放することができ、高温の燃料を直接噴射口１４から確実に噴射することができる。一方、２サイクル目以降で第１ソレノイド３３に通電すると、第１ニードル弁１５は適正な吸引力により上方に移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を所定時間だけ開放することができ、最小燃料噴射量を高精度に調整することができる。
【００５５】
このように実施例３の燃料供給装置にあっては、第２ニードル弁２２を駆動する第２ソレノイド３４の駆動力を、第１ニードル弁１５を駆動する第１ソレノイド３３の駆動力よりも大きく設定している。従って、高い吸引力を有する第２ソレノイド３４により第２ニードル弁２２を移動して第２燃料通路２１を開放することで、高温の燃料を噴射口１４から瞬時に噴射することができる。また、適正な吸引力を有する第１ソレノイド３３により第１ニードル弁１５を移動して第１燃料通路１８を開放することで、最小燃料噴射量を高精度に調整することができる。
【実施例４】
【００５６】
図５は、本発明の実施例４に係る燃料供給装置を表すインジェクタの要部断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５７】
実施例４の燃料供給装置としてのインジェクタにおいて、図５に示すように、ハウジング１１内には第１ニードル弁１５が上下方向に沿って移動自在に支持され、両者の間に第１燃料通路１８が構成されており、第１ニードル弁１５によりこの第１燃料通路１８の第１シール部１９を断続可能となっている。そして、第１燃料通路１８にヒータ２０が設けられ、第１ニードル弁１５には第１燃料通路１８から分岐して噴射口１４に連通する第２燃料通路２１が形成されている。また、ハウジング１１内には第２ニードル弁２２が上下方向に沿って移動自在に支持されており、この第２ニードル弁２２により第２燃料通路２１の第２シール部２６を断続可能となっている。
【００５８】
ハウジング１１の内周面には第１、第２ストッパ２７，２８が固定されており、第１、第２ニードル弁１５，２２の移動ストロークを規定している。そして、ハウジング１１の中間部には第１ストッパ２７を介してドーナッツ形状のばね受け４１が固定されており、このばね受け４１と第１ニードル弁１５との間には第１スプリング（第１ばね部材）４２が圧縮状態で介装されている。一方、支持板２９と第２ニードル弁２２との間には第２スプリング３２が圧縮状態で介装されている。また、ハウジング１１の壁内には、第１ニードル弁１５に対応して第１ソレノイド３３が内蔵されると共に、第２ニードル弁２２に対応して第２ソレノイド３４が内蔵されている。
【００５９】
従って、エンジンの冷態始動時、１サイクル目で第２ソレノイド３４に通電すると、第２ニードル弁２２は第２スプリング３２に抗して上方に移動し、第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放し、高温の燃料を直接噴射口１４から噴射する。一方、２サイクル目以降で第１ソレノイド３３に通電すると、第１ニードル弁１５は第１、第２スプリング４１，３２に抗して上方に移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を所定時間だけ開放し、所定量の燃料を噴射口１４から噴射する。
【００６０】
このように実施例４の燃料供給装置にあっては、ハウジング１１における第１ニードル弁１５と第２ニードル弁２２との間にばね受け４１を固定し、このばね受け４１と第１ニードル弁１５との間に第１スプリング４２を介装している。従って、第２ニードル弁２２に第１スプリング４２を貫通させる螺旋孔を形成する必要がなく、構造の簡素化を図ることができる。
【００６１】
なお、前述した実施例１〜３では、支持板２９と各ニードル弁１５，２２との間にスプリング３０，３２を介装し、この実施例４では、ばね受け４１と第１ニードル弁１５との間に第１スプリング４２を介装したが、各スプリング３０，３２，４２の装着位置はこれらに限定されるものではない。例えば、第２ニードル弁２２のフランジ部２３の小径とし、その外側に第２スプリング３２が配設されるように構成すると共に、支持板２９の下面に第２ニードル弁２２の第２ストッパを固定するようにしてもよい。また、第１ニードル弁１５のフランジ部１６と第２ニードル弁２２のフランジ部２３との間に第１スプリング３０，４２を介装してもよく、この場合、第１スプリング３０の弾性力を第２スプリング３０，４２の弾性力よりも大きくすることが必要となる。
【実施例５】
【００６２】
図６は、本発明の実施例５に係る燃料供給装置の概略構成図、図７は、実施例５の燃料供給装置の制御方法を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６３】
実施例５の燃料供給装置は、前述した実施例１とほぼ同様の構成、作用をなしている。それに加えて、本実施例では、第２ソレノイド３４の故障を検出し、この第２ソレノイド３４が故障したときには第１ソレノイド３３を駆動し、第１ニードル弁１５を移動して第１燃料通路１８を開放するようにしている。
【００６４】
図６に示すように、第１、第２ソレノイド３３，３４にはこれを駆動するためのドライバ５１が接続されており、このドライバ５１には制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）５２が接続されている。従って、ＥＣＵ５２は、吸入空気量、スロットル開度（またはアクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン１１の運転状態に基づいて燃料噴射量や噴射時期などを決定し、ドライバ５１がソレノイド３３，３４に通電してニードル弁１５，２２を移動し、燃料通路１８，２１を開放して燃料噴射を行う。
【００６５】
また、ドライバ５１には、第２ソレノイド３４の故障を検出する故障検出センサ（故障検出手段）５３が接続されており、検出結果をＥＣＵ５２に出力している。更に、このＥＣＵには、第２ソレノイド３４の故障を知らせる故障ランプ５４が接続されている。以下に、ＥＣＵ５２による燃料噴射制御について、図７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００６６】
図７に示すように、ステップＳ１にて、イグニッションスイッチがオンされると、ステップＳ２にて、ヒータ２０に通電して燃料のプレヒートが開始され、第１燃料通路１８の燃料が加熱される。そして、ステップＳ３にて、第２ソレノイド３４に通電した後、ステップＳ４にて、この第２ソレノイド３４の断線がチェックされる。このステップＳ４で第２ソレノイド３４が断線していなければ、ステップＳ５にて、第２ソレノイド３４の吸引力により第２ニードル弁２２が上方に移動し、第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放する。そのため、第１燃料通路１８におけるヒータ２０の周辺にある高温の燃料が、第２燃料通路２１を通して直接噴射口１４に供給され、吸気通路または燃焼室に噴射される。
【００６７】
ステップＳ６では、第２燃料通路２１を用いた燃料噴射が所定サイクル（例えば、始動後１サイクル）完了したかどうかを判定し、所定サイクル終了したら、ステップＳ７で、第１ソレノイド３３に通電し、ステップＳ８で、その吸引力により第１ニードル弁１５が上方に移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を開放する。そのため、第１燃料通路１８の高温の燃料が噴射口１４に供給され、吸気通路または燃焼室に噴射される。ステップＳ９では、イグニッションキースイッチのオフを検出しており、このイグニッションキースイッチがオフされるまで、ステップＳ７〜Ｓ９の処理が繰り返し行われる。
【００６８】
一方、ステップＳ４にて、第２ソレノイド３４の断線をチェックし、第２ソレノイド３４が断線していれば、ステップ１０に移行する。このステップ１０で第１ソレノイド３３に通電し、ステップＳ１１で第１ニードル弁１５を移動して第１燃料通路１８の第１シール部１９を開放し、燃料を噴射口１４から噴射する。このとき、多気筒エンジンである場合、一つの気筒だけ第２ソレノイド３４が断線しても、すべての気筒で第１燃料通路１８を用いた燃料噴射に切り換えることが望ましい。すべての気筒の燃料噴射形態をあわせることで、各気筒での燃焼状態を一致させてドライバビリティの低下を防止することができる。そして、ステップＳ１２で、第２ソレノイド３４の故障ランプ５４を点灯し、第２ソレノイド３４の故障をドライバに知らせる。
【００６９】
このように実施例５の燃料供給装置にあっては、第２ソレノイド３４の故障を検出し、この第２ソレノイド３４が故障したときには、第１ソレノイド３３を駆動し、第１ニードル弁１５を移動して第１燃料通路１８を開放し、第１燃料通路１８を用いて燃料噴射を実行するようにしている。従って、第２ソレノイド３４の故障による燃料の噴射不能、つまり、エンジンの始動不良を防止することができ、安全性を向上することができる。
【実施例６】
【００７０】
図８は、本発明の実施例６に係る燃料供給装置の制御方法を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７１】
実施例６の燃料供給装置は、前述した実施例１及び実施例５とほぼ同様の構成、作用をなしている。本実施例では、第１ソレノイド３３の故障を検出し、この第１ソレノイド３３が故障したときには第２ソレノイド３４を駆動し、第２ニードル弁２２を移動して第２燃料通路２１を開放するようにしている。
【００７２】
本実施例の燃料噴射制御において、図８に示すように、ステップＳ２１にて、イグニッションスイッチがオンされると、ステップＳ２２にて、ヒータ２０に通電して燃料のプレヒートが開始される。ステップＳ２３で第２ソレノイド３４に通電すると、ステップＳ２４で第２ニードル弁２２が上方に移動し、第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放する。そのため、高温の燃料が第１燃料通路１８を通して噴射口１４に供給され、吸気通路または燃焼室に噴射される。
【００７３】
ステップＳ２５では、第２燃料通路２１を用いた燃料噴射が所定サイクル完了したことが確認されると、ステップＳ２７で第１ソレノイド３３に通電した後、ステップＳ２７にて、この第１ソレノイド３３の断線がチェックされる。このステップＳ２７で第１ソレノイド３３が断線していなければ、ステップＳ２８にて、第１ソレノイド３３の吸引力により第１ニードル弁１５が上方に移動し、第１燃料通路１８の第１シール部１９を開放する。そのため、高温の燃料が第１燃料通路１８を通して噴射口１４に供給され、吸気通路または燃焼室に噴射される。
【００７４】
一方、ステップＳ２７にて、第１ソレノイド３３の断線をチェックし、第１ソレノイド３３が断線していれば、ステップ３０に移行する。このステップ３０で第２ソレノイド３４に通電し、ステップＳ３１で第２ニードル弁２２を移動して第２燃料通路２１の第２シール部２６を開放し、燃料を噴射口１４から噴射する。そして、ステップＳ３２で、第１ソレノイド３３の故障ランプ５４を点灯し、第１ソレノイド３３の故障をドライバに知らせる。
【００７５】
このように実施例６の燃料供給装置にあっては、第１ソレノイド３３の故障を検出し、この第１ソレノイド３３が故障したときには、第２ソレノイド３４を駆動し、第２ニードル弁２２を移動して第２燃料通路２１を開放し、第２燃料通路２１を用いて燃料噴射を実行するようにしている。従って、第１ソレノイド３３の故障による燃料の噴射不良、つまり、エンジンストールを防止することができ、安全性を向上することができる。
【００７６】
なお、実施例５では第２ソレノイド３４の故障を検出し、実施例６では第１ソレノイド３３の故障を検出し、正常なソレノイドを用いて燃料噴射を実行するようにしたが、両方のソレノイド３３，３４の故障を検出するように構成してもよい。
【００７７】
なお、上述した各実施例では、エンジンの冷態始動時における１サイクルまたは数サイクルで、第１ニードル弁１５により第１燃料通路１８の第１シール部１９を遮断する一方、第２ニードル弁２２が第２燃料通路２１におけるヒータ２０の近傍の第２シール部２６を開放して高温の燃料を噴射口１４から噴射するように構成している。しかし、この形態を実施するのは、燃料が霧化しにくいエンジンの冷態始動時に限らず、エンジンの常温始動時に実施してもよく、また、エンジンの高負荷時など燃料の霧化向上が出力性能に効果的に作用する場合などに実施してもよい。
【００７８】
また、上述した各実施例では、第１、第２ニードル弁１５，２２を駆動する第１、第２駆動手段として第１、第２ソレノイド３３，３４を適用したが、これに限定されるものではない。例えば、第１、第２駆動手段としていずれか一方、または両方にＰＺＴアクチュエータ（ピエゾ素子）を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかる燃料供給装置は、第１弁部材により第１燃料通路を断続可能とすると共に、第２弁部材により第２燃料通路における加熱手段の近傍を断続可能とし、エンジン運転状態に応じて２つの燃料通路を選択的に使用するものであり、車両エンジンに用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料供給装置を表すインジェクタの要部断面図である。
【図２】実施例１の燃料供給装置における燃料噴射タイミングを表すタイムチャートである。
【図３】実施例１の燃料供給装置におけるインジェクタの作動を表す要部断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る燃料供給装置を表すインジェクタの要部断面図である。
【図５】本発明の実施例４に係る燃料供給装置を表すインジェクタの要部断面図である。
【図６】本発明の実施例６に係る燃料供給装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施例５に係る燃料供給装置の制御方法を表すフローチャートである。
【図８】実施例６の燃料供給装置の制御方法を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１１  ハウジング
１４  噴射口
１５  第１ニードル弁（第１弁部材）
１８  第１燃料通路
１９  第１シール部
２０  ヒータ（加熱手段）
２１  第２燃料通路
２２  第２ニードル弁（第２弁部材）
２６  第２シール部
３０  第１スプリング（第１ばね部材）
３２，４１  第２スプリング（第２ばね部材）
３３  第１ソレノイド（第１駆動手段）
３４  第２ソレノイド（第２駆動手段）
５２  電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段）
５３  故障検出センサ（故障検出手段）
【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】
2005171889.tif 000008
【図７】
2005171889.tif 000009
【図８】
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