JP4092526B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関（以下、エンジンという）の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年車両の排ガス規制が強化されている。排ガス中に含まれる有害成分を低減するために、燃料噴射装置から噴射する噴霧を微粒化することが重要である。燃料噴霧の微粒化対策の一つとして、加熱した燃料を噴射し燃料を減圧沸騰させることが知られている。特に、冷間始動時に噴射した燃料を減圧沸騰させ微粒化することが有害成分の低減に有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料を安価に加熱する方法として、燃料噴射装置の外周に加熱部材を取り付けることが考えられる。しかし、加熱効率が悪いので、加熱開始から瞬時に燃料を昇温することが困難である。また、加熱するための消費電力が大きいという問題がある。
【０００４】
そこで、ニードルバルブ周囲の燃料中に加熱部材を配置し、燃料を直接加熱することも考えられている。しかし、加熱部材に電力を供給するための電気配線をシールすることが困難である。
本発明の目的は、燃料の加熱効率が高く、加熱部材および電気配線のシールが不要な燃料噴射装置を提供することにある。
【０００５】
【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、弁座の上流側に位置する弁ボディの外周壁を加熱部材が直接加熱する。燃料の加熱効率が高いので、加熱開始から短時間で燃料を昇温できる。特に冷間始動時においても噴射した燃料を減圧沸騰させ微粒化できるので、排ガス中の有害成分の低減に効果的である。さらに、消費電力が低下する。
【０００６】
弁ボディの外周壁を直接加熱することにより加熱効率は高くなるが、弁ボディを介し加熱部材で燃料を加熱するために加熱部材分の軸長が弁ボディおよび弁部材に必要になる。中実の弁部材では弁部材の重量が重くなり、燃料噴射装置の開閉応答性が低下する恐れがある。また、本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、弁部材は、弁座側に底部を有する有底筒状に形成されているので、弁部材が軽量になる。したがって、開閉応答性の低下を防止できる。さらに、加熱部材よりも上流側に弁部材の側壁を貫通する燃料孔を形成しているので、弁部材内部から燃料孔を通過した燃料が加熱部材の内周側を通過する。したがって、燃料孔から流出し弁部材の外周を流れる燃料が加熱部材により十分に加熱される。
【０００７】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によると、中空の弁部材は、加熱部材の軸方向中央部よりも上流側に弁部材の側壁を貫通する燃料孔を形成しており、燃料孔と当接部との間に大径部を有している。弁部材内部から燃料孔を通過した燃料が加熱部材の内周側を少なくとも加熱部材の軸長の半分以上通過するので、燃料孔から流出し弁部材の外周を流れる燃料が加熱部材により十分に加熱される。また、弁部材の外周壁と弁ボディの内周壁との間に形成され燃料孔から流出する燃料が通過する燃料通路を噴射量を低下させない程度に狭くすることにより、燃料を効率よく瞬時に加熱することができる。
【０００８】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、加熱部材としてセラミックヒータを使用している。セラミックヒータは昇温時間が短いので、冷間時においても瞬時に燃料を接触させることができる。
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によると、加熱部材は樹脂モールドされているので、弁ボディに加熱部材を取り付ける部材を用いることなく弁ボディに加熱部材を容易に取り付けることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置を図２に示す。弁ハウジング１１は磁性部と非磁性部とからなる円筒状に形成されており、例えば複合磁性材で形成されている。弁ハウジング１１には燃料通路７０が形成されており、この燃料通路７０に、弁ボディ本体１５、弁部材としてのノズルニードル２０、スプリング２６、固定コア３０、アジャスティングパイプ３１、フィルタ３９が収容されている。
【００１０】
弁ハウジング１１は、図２において下方の燃料噴射側から第１磁性部１２、非磁性部１３、第２磁性部１４の順で一体成形されている。第１磁性部１２および第２磁性部１４は磁性化されており、非磁性部１３は弁ハウジング１１の一部を加熱して非磁性化されている。非磁性部１３は第１磁性部１２と第２磁性部１４との間で磁束が短絡することを防ぐ。図１に示すように、第１磁性部１２の燃料噴射側内部に弁ボディ本体１５および噴孔プレート１６が収容されている。弁ハウジング１１および弁ボディ本体１５は特許請求の範囲に記載された弁ボディを構成している。
カップ状の噴孔プレート１６は第１磁性部１２に圧入されており、第１磁性部１２の内壁にレーザ溶接により固定され、弁ボディ本体１５の燃料噴射側端面に当接している。噴孔プレート１６は薄板状に形成されており、中央部に複数の噴孔１６ａが形成されている。
【００１１】
図２に示すように、弁部材としてのノズルニードル２０は、磁性材で形成されている円筒部２１と、非磁性材で形成され円筒部２１の噴孔プレート１６側内壁とレーザ溶接されている当接部２５とを有している。円筒部２１の固定コア３０側の対向部２２は肉厚に形成されており、固定コア３０と向き合っている。当接部２５は弁ボディ本体１５に形成した弁座１５ａに着座可能である。後述する加熱部材としてのセラミックヒータ５０よりも上流側の円筒部２１に、円筒部２１の側壁を貫通する燃料孔２１ａが同一円周上に複数形成されている。燃料孔２１ａは、セラミックヒータ５０よりも上流側に形成されている必要はなく、セラミックヒータ５０の軸方向中央を含み軸方向中央よりも上流側に形成されていることが望ましい。第１実施例では、セラミックヒータ５０の軸方向中央と燃料孔２１ａとの距離ｄ（図１参照）は０≦ｄ≦２０mmである。
【００１２】
固定コア３０は非磁性部１３および第２磁性部１４の内部に収容され、ノズルニードル２０の対向部２２と向き合っている。アジャスティングパイプ３１は固定コア３０内に圧入されている。付勢手段としてのスプリング２６は一方の端部をアジャスティングパイプ３１に係止され、他方の端部を対向部２２のスプリング座２２ａに係止されている。アジャスティングパイプ３１の圧入量を調整することによりスプリング２６の荷重を変更できる。ノズルニードル２０は、スプリング２６の付勢力により弁座１５ａに向けて付勢されている。
【００１３】
磁性部材３５、３６はコイル４０の外周側に配置され、それぞれ第１磁性部１２と第２磁性部１４とに接触している。固定コア３０、ノズルニードル２０の対向部２２、第１磁性部１２、第２磁性部１４および磁性部材３５、３６は磁気回路を構成している。
フィルタ３９は弁ハウジング１１の図２において上方の上流側に取付けられており、燃料中の異物を除去する。
コイル４０を巻回しているスプール４１は弁ハウジング１１の外周に取付けられている。コイル４０およびスプール４１の外周を樹脂モールドしたコネクタ４５が覆っている。ターミナル４６はコネクタ４５に埋設されており、コイル４０と電気的に接続している。
【００１４】
加熱部材としてのセラミックヒータ５０は、発熱抵抗体をセラミックで焼結し円筒状に形成されている。セラミックヒータ５０の内周壁は、第１磁性部１２の外周壁に直接接触している。
コネクタ６０はセラミックヒータ５０を樹脂モールドして形成されている。ターミナル６１はコネクタ６０に埋設されており、セラミックヒータ５０の発熱抵抗体と電気的に接続している。
【００１５】
フィルタ３９を通り弁ハウジング１１の燃料通路７０に流入した燃料は、アジャスティングパイプ３１内の燃料通路、固定コア３０内の燃料通路、ノズルニードル２０内の燃料通路、燃料孔２１ａ、円筒部２１と第１磁性部１２との間に形成されている燃料通路７１、ノズルニードル２０が弁座１５ａから離座したときに当接部２５と弁座１５ａとの間に形成される開口を通り、噴孔１６ａから噴射される。
以上のように構成した燃料噴射装置１０において、コイル４０への通電がオフされると、スプリング２６によってノズルニードル２０が図２の下方、つまり閉弁方向に移動してノズルニードル２０の当接部２５が弁座１５ａに着座し、噴孔１６ａが閉塞される。
【００１６】
コイル４０への通電をオンすると、コイル４０に発生した磁束がコイル４０の周囲を取り囲む磁気回路を流れ、固定コア３０とノズルニードル２０の対向部２２との間に磁気吸引力が発生する。すると、ノズルニードル２０は固定コア３０側に吸引され、当接部２５が弁座１５ａから離座する。これにより、図１に示す矢印のように燃料孔２１ａ、燃料通路７１を通り、燃料が噴孔１６ａから噴射される。
【００１７】
イグニションキーをオンしてエンジンを始動するとき、始動開始から一定時間セラミックヒータ５０に電流を供給する。電流供給を開始するとセラミックヒータ５０は瞬時に昇温する。セラミックヒータ５０に電流を供給している状態でコイル４０への通電をオンしノズルニードル２０が弁座から離れると、燃料孔２１ａを通り燃料通路７１を噴孔プレート１６側に向かう燃料がセラミックヒータ５０の内周側を通りセラミックヒータ５０に接触している第１磁性部１２により加熱される。加熱された燃料が噴孔１６ａから噴射されると、減圧沸騰し燃料が微粒化される。冷間始動時においても、セラミックヒータ５０に一定時間電流を供給し燃料を微粒化することにより、排ガス中に含まれる有害成分を低減できる。
【００１８】
セラミックヒータ５０に加熱されることにより燃料通路７１の燃料中に燃料蒸気が発生することがある。燃料通路７１の燃料中に燃料蒸気が溜まると、燃料蒸気がダンパとなりノズルニードル２０の往復移動を妨げる。第１実施例では、燃料孔２１ａがセラミックヒータ５０よりも上流側に形成されているので、燃料通路７１に発生した燃料蒸気の殆どが、燃料孔２１ａを通りノズルニードル２０内から燃料通路７０の上流側に排出される。したがって、ノズルニードル２０の応答性が向上する。
【００１９】
（変形例）
図３に第１実施例の変形例を示す。弁部材としてのノズルニードル８０の円筒部８１に形成した燃料孔８１ａがセラミックヒータ５０よりも下流側に形成されている以外、第１実施例と実質的に同一構成である。
燃料孔８１ａがセラミックヒータ５０よりも下流側にあるので、ノズルニードル８０が弁座１５ａから離座すると、円筒部８１内を通り、燃料孔８１ａから流出する燃料はセラミックヒータ５０の内周側を通らない。しかし、セラミックヒータ５０が第１磁性部１２を直接加熱しているので、冷間時においても噴射した燃料が減圧沸騰する程度に燃料を加熱することができる。
【００２０】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一号を付す。
弁部材としてのノズルニードル９０の円筒部９１に形成した燃料孔９１ａは、セラミックヒータ５０よりも上流側に形成されている。円筒部９１は、燃料孔９１ａと当接部２５との間に大径部９２を有している。燃料通路７１の流路面積は第１実施例に比べ小さくなっているが、ノズルニードル９０がフルリフトしたときに当接部２５と弁座１５ａとの間に形成される開口面積よりも大径部９２外周の流路面積は大きい。
流路面積が小さくなっているので、セラミックヒータ５０により、燃料がより短時間に確実に加熱される。
【００２１】
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、ノズルニードルが弁座１５ａから離座したときに燃料の通過する燃料通路７１を第１磁性部１２の内周壁とノズルニードルの円筒部の外周壁とで形成し、セラミックヒータ５０が円筒部を直接加熱している。したがって、少ない電力で第１磁性部１２、つまり燃料を効率よく加熱できる。さらに、セラミックヒータ５０が弁ハウジング１１の外周側に配置されているので、セラミックヒータ５０およびセラミックヒータ５０に電流を供給する電気配線をシールする必要がない。
【００２２】
また上記複数の実施例では、セラミックヒータ５０を樹脂モールドしているので、セラミックヒータ５０に電流を供給するターミナルおよび電気配線を保持する部材と、第１磁性部１２にセラミックヒータ５０を接触させ取り付ける部材とを兼用することができる。したがって、部品点数および組み付け工数が減少する。
【００２３】
上記複数の実施例では、ノズルニードルを中空の有底円筒状に形成し、ノズルニードル内から燃料孔を通り燃料が流出する。これに対し、中実のノズルニードルを用い、ノズルニードルが弁座から離座するとセラミックヒータ５０の内周側を燃料が通過する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を示す図２のＩ線部分の拡大図である。
【図２】第１実施例による燃料噴射装置を示す断面図である。
【図３】第１実施例の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による燃料噴射装置の加熱部材周囲を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射装置
１１ 弁ハウジング（弁ボディ）
１５ 弁ボディ本体（弁ボディ）
１５ａ 弁座
１６ 噴孔プレート
１６ａ 噴孔
２０、８０、９０ ノズルニードル（弁部材）
２１、８１、９１ 円筒部
２１ａ、８１ａ、９１ａ 燃料孔
２５ 当接部
５０ セラミックヒータ（加熱部材）
７０、７１ 燃料通路
９２ 大径部

Claims (4)

1. 燃料通路を形成し、前記燃料通路の下流側かつ噴孔の上流側に弁座を有する弁ボディと、
   前記燃料通路に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記噴孔を開放する弁部材と、
   前記弁座の上流側に位置する前記弁ボディの外周壁を直接加熱する加熱部材と、
   を備え、
   前記弁部材は、前記弁座側に底部を有する有底筒状に形成されており、前記加熱部材よりも上流側に前記弁部材の側壁を貫通する燃料孔を有することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 燃料通路を形成し、前記燃料通路の下流側かつ噴孔の上流側に弁座を有する弁ボディと、
   前記燃料通路に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記噴孔を開放する弁部材と、
   前記弁座の上流側に位置する前記弁ボディの外周壁を直接加熱する加熱部材と、
   を備え、
   前記弁部材は、前記弁座側に底部を有する有底筒状に形成されており、前記加熱部材の軸方向中央よりも上流側に前記弁部材の側壁を貫通する燃料孔を有し、前記燃料孔と前記当接部との間に大径部を有することを特徴とする燃料噴射装置。
3. 前記加熱部材はセラミックヒータであることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
4. 前記加熱部材は樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の燃料噴射装置。

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