(57)【要約】【課題】燃料の気化を促進させることができる実用的な内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１００の吸気管１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、吸気管１２と燃焼室との間に設けられた吸気バルブ１４と、燃料噴射弁２８へ燃料を供給する燃料ポンプ２２と、吸気管１２における燃料供給経路中において燃料を加熱するバルブシート部３０と、を備え、バルブシート部３０は、吸気バルブ１４が着座する円筒状のバルブシート部材４０と、バルブシート部材４０に同軸上に内包された環状のヒータ４２と、を組み合わせた構成であり、バルブシート部３０は燃焼室側から吸気管１２の下端に組み付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気管と燃焼室との間に設けられた吸気バルブと、
前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料ポンプと、
前記吸気管における燃料供給経路中において燃料を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記加熱手段は、前記吸気バルブが着座する円筒状のバルブシート部材と、前記バルブシート部材に同軸上に内包された環状のヒータと、を組み合わせた部品を備え、当該部品は前記燃焼室側から前記吸気管の下端に組み付けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記バルブシート部材の内径側に前記ヒータを組み付ける凹部が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関であって、
前記凹部の前記バルブシート部材の軸長方向の長さは前記ヒータの軸長方向の長さと略同じであることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記部品の軸長方向の端部と前記吸気管との当接部にシール部材が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関であって、
前記部品の軸長方向の端部と前記吸気管との当接部に前記シール部材としてガスケットが挟まれていることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関であって、
前記部品の軸長方向の端部が前記シール部材としてゴムコーティングされていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記ヒータを構成する環状部材の少なくとも端部が樹脂で形成されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を気化させて燃焼室内に供給する燃料供給システムを採用した内燃機関が広く使用されている。このような内燃機関では、始動前に燃料をヒータで燃料を加熱することで、燃料の気化を補助する構成が開示されている。
【０００３】
吸気ポートの内壁に沿って形成された２重管内側の筒状部材が磁性体で形成され、この筒状部材の外周に誘導コイルを巻回させた構成が開示されている（特許文献１）。誘導コイルに高周波電流を通電して高周波磁界を発生させることによって、渦電流損によるジュール熱が発生して筒状部材によって形成される吸気ポート内壁が加熱され、広範囲な燃料の気化促進が可能となるとされている。
【０００４】
また、吸気ポート内のインジェクタの噴孔と吸気バルブとの途中に環状の加熱スリーブを吸気ポートと同軸上に配置し、加熱スリーブの外周に巻回されたコイルへ交流電圧を印加する構成が開示されている（特許文献２）。コイルにより形成される磁界変化により加熱スリーブ中を誘導電流が流れ、そのときに発生するジュール熱により加熱スリーブの温度が上昇するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４１２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、自動車用内燃機関（エンジン）のシリンダヘッドは、アルミ合金製鋳物で製造されることがほとんどである。これは、アルミ合金が軽量で熱伝導性能が良いことから自動車用エンジンに向いていることと、シリンダヘッドが吸排気ポートと呼ばれる吸排気をおこなう配管や燃焼による熱を逃がす冷却水の水路等の複雑な構造を有しているために鋳造による製造が最も量産に適しているためである。量産においては、アルミ合金を鋳造によって素形形状を製作し、シリンダブロックやカムカバーとのシール部や吸排気バルブやカムシャフトを取り付け部などに機械加工を施して部品を装着して完成となる。
【０００７】
上記従来技術を含めて吸気ポート内に電気式ヒータを埋設する発明が数多く提案されている。しかしながら、提案を実現するための構造が提示されていないという問題がある。例えば、特許文献１の構成では、吸気ポートの内壁に沿って筒状部材を設けるとしているが、筒状部材をアルミ鋳造の際に鋳込むのであれば筒状部材に埋設された樹脂モールドやコイル（の絶縁被覆）が高熱に耐える必要がある。また、アルミの鋳造成型を行った後に筒状部材を組み込むのであれば、筒状部材又はシリンダヘッドを分割構造とするなどの工夫が必要となる。また、例えば、特許文献２の構成では、コイルとバルブシートを圧入して構成しているのでアルミ合金鋳造によってシリンダヘッドを成型した後に組み付けができるという利点がある。しかしながら、電気ヒータとバルブシート部材をそれぞれ別の部材として装着することから、各部品の加工とその部品が挿入される穴加工の双方の精度を高める必要がある。例えば、加熱スリーブとその収容孔及びバルブシートとその固定孔の加工精度の関係によって加熱スリーブとバルブシートの間（軸方向）に空隙ができ、この空隙が燃料の液溜まり箇所となり、本来の燃料の気化を促進する目的に対して空燃比の調整精度の悪化とそれによる排気ガス性能の悪化が懸念される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記吸気管と燃焼室との間に設けられた吸気バルブと、前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料ポンプと、前記吸気管における燃料供給経路中において燃料を加熱する加熱手段と、を備え、前記加熱手段は、前記吸気バルブが着座する円筒状のバルブシート部材と、前記バルブシート部材に同軸上に内包された環状のヒータと、を組み合わせた部品を備え、当該部品は前記燃焼室側から前記吸気管の下端に組み付けられていることを特徴とする内燃機関である。
【０００９】
ここで、前記バルブシート部材の内径側に前記ヒータを組み付ける凹部が設けられていることが好適である。
【００１０】
また、前記凹部の前記バルブシート部材の軸長方向の長さは前記ヒータの軸長方向の長さと略同じであることが好適である。
【００１１】
また、前記部品の軸長方向の端部と前記吸気管との当接部にシール部材が設けられていることが好適である。
【００１２】
また、前記部品の軸長方向の端部と前記吸気管との当接部に前記シール部材としてガスケットが挟まれていることが好適である。
【００１３】
また、前記部品の軸長方向の端部が前記シール部材としてゴムコーティングされていることが好適である。
【００１４】
また、前記ヒータを構成する環状部材の少なくとも端部が樹脂で形成されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料の気化を促進させることができる実用的な加熱手段を備えた内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるバルブシート部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるバルブシート部材の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるヒータの構成を示すである。
【図５】本発明の実施の形態におけるバルブシート部の加工方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における内燃機関の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における内燃機関１００は、図１に示すように、シリンダヘッド１０、吸気管１２、吸気バルブ１４、排気管１６、排気バルブ１８、燃料タンク２０、燃料ポンプ２２、コモンレール２４、調圧弁２６、燃料噴射弁２８及びバルブシート部３０を含んで構成される。内燃機関１００は、エンジン等の内燃機関に対して燃料を供給するための構成を備える。
【００１８】
シリンダヘッド１０は、エンジンの燃焼室の一部を構成する部材である。シリンダヘッド１０には、燃料及び空気の混合気を燃焼室に供給するための吸気管１２及び吸気バルブ１４が設けられる。また、シリンダヘッド１０には、燃焼室で生じた排気ガスを外部へ排気するための排気管１６及び排気バルブ１８が設けられる。吸気バルブ１４及び排気バルブ１８は、適切なタイミングで開かれるようにカム等によって制御される。
【００１９】
燃料タンク２０、燃料ポンプ２２、コモンレール２４、調圧弁２６及び燃料噴射弁２８は、内燃機関１００における燃料供給手段を構成する。燃料タンク２０は、エンジンで燃焼させられる燃料を蓄える容器である。燃料ポンプ２２は、燃料タンク２０に蓄えられている燃料を加圧して供給するためのポンプである。燃料ポンプ２２によって加圧された燃料はコモンレール２４へ供給される。コモンレール２４は、レールと呼ばれる加圧された燃料を蓄えておく容器を備える。コモンレール２４を設けることによって、エンジンの回転数や負荷等の運転条件に関係なく噴射圧力を調整して噴射できる。燃料噴射弁２８は、コモンレール２４に蓄積されている燃料を吸気管１２内に噴射させる弁である。燃料噴射弁２８の開閉タイミングは、吸気バルブ１４及び排気バルブ１８の開閉タイミングに合わせて制御される。
【００２０】
調圧弁２６の開度を調節することによって、コモンレール２４内の燃料の圧力が調整される。調圧弁２６は、コモンレール２４内の燃料の圧力が所定の圧力（燃料噴射圧力：一般的には０．３ＭＰａ程度）を超えると開弁され、コモンレール２４内の圧力が所定の圧力に調圧される。このとき、燃料ポンプ２２を作動させたままにした場合、所定の圧力を超えてコモンレール２４から流出した燃料は燃料タンク２０に戻され、燃料は循環することになる。燃料ポンプ２２には、エンジンの最高出力時においても燃料噴射圧力が低下しない程度の余裕を持った出力容量（吐出能力）とする。すなわち、エンジンがより低出力の状態においてより多くの燃料が循環される。
【００２１】
本実施の形態における内燃機関１００は、さらにバルブシート部３０を備える。バルブシート部３０は、図２に示すように、バルブシート部材４０及びヒータ４２が組み合わされた部品からなる。バルブシート部３０は、内燃機関１００において吸気バルブ１４が着座するシート面を構成すると共に、吸気管１２内に噴射された燃料を加熱する加熱手段として機能する。
【００２２】
バルブシート部材４０は、図３に示すように、円筒形状の部材である。ここで、図３（ａ）〜図３（ｃ）は、それぞれバルブシート部材４０の上面図、横断面図及び底面図を示す。バルブシート部材４０は、一方の端部に吸気バルブ１４が着座するシート部４０ａが設けられる。また、バルブシート部材４０の内壁には、ヒータ４２が嵌め込まれる凹部４０ｂが設けられる。凹部４０ｂは、シート部４０ａが設けられる端部とは反対側の端部からバルブシート部材４０の軸方向に沿って外径に対して同心円状に設けられる。
【００２３】
ヒータ４２は、図４に示すように、ボビン４２ａに電熱線４２ｂを巻回させた部材である。ここで、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれヒータ４２の上面図、横断面図及び底面図を示す。ボビン４２ａは、円筒形状であり、熱伝導率の高い金属、アルミニウム合金、銅合金等の材料で構成される。ボビン４２ａの軸方向端部には、電熱線４２ｂを巻回させたときに軸方向にはみ出さないように鍔部４２ｃを設けることが好適である。電熱線４２ｂは、例えば、金属等の導電性の線材を含むものとすることが好適である。電熱線４２ｂは、２００℃〜３００℃程度の温度環境下で使用できるように耐熱性の樹脂等で電気的な絶縁被覆がされていることが好適である。例えば、電熱線４２ｂは、耐熱性のポリイミドチューブにより被覆されたニクロム線とすることが好適である。電熱線４２ｂは、ボビン４２ａの鍔部４２ｃを含む外径からはみ出さないように巻回される。
【００２４】
また、ボビン４２ａが導電性の部材からなる場合、電熱線４２ｂの一端４２ｆをボビン４２ａに導通固定させてもよい。これにより、ヒータ４２が組み込まれるバルブシート部材４０自体が接地電極となるので、ヒータ４２からの電熱線４２ｂの他方の一端４２ｅのみを取り出す構成とすることができる。
【００２５】
また、絶縁被覆を挟んでボビン４２ａと電熱線４２ｂとの間を密着させることが好適である。すなわち、ボビン４２ａの内周面が燃料を加熱するための加熱面となるので、電熱線４２ｂとボビン４２ａとの間の伝熱の効率を高めることができる。
【００２６】
また、ボビン４２ａの外周面に電熱線４２ｂを巻き付けるためのガイド溝を設けてもよい。ガイド溝を電熱線４２ｂの径に合わせて設けることによって、電熱線４２ｂとボビン４２ａとの間の隙間を埋めることができ、電熱線４２ｂとボビン４２ａとの間の伝熱の効率を高めることができる。
【００２７】
また、電熱線４２ｂは、ボビン４２ａに設けられた鍔部４２ｃの外径より内側に位置するように巻回させることが好適である。これにより、電熱線４２ｂによるボビン４２ａの昇温効率を高めることができる。
【００２８】
ヒータ４２は、バルブシート部材４０の凹部４０ｂに挿入され、隙間ばめされる。ヒータ４２は、図２に示すように、全体がバルブシート部材４０の凹部４０ｂに収納されるサイズで構成される。すなわち、ヒータ４２は、外径がバルブシート部材４０の凹部４０ｂの内径より僅かに小さく、軸方向の長さがバルブシート部材４０の凹部４０ｂの長さに略等しいか僅かに短いことが好適である。
【００２９】
具体的には、図５に示すように、バルブシート部材４０の凹部４０ｂにヒータ４２のボビン４２ａを嵌め込んだ状態において、バルブシート部材４０とヒータ４２のボビン４２ａの端部を共加工により両部材の端部が揃って平坦になるように加工することが好適である。
【００３０】
このような構成とすることにより、バルブシート部３０をシリンダヘッド１０の吸気管１２の出口付近に圧入した状態においてヒータ４２のボビン４２ａにも軸方向の圧力が掛かり、バルブシート部３０の軸方向の両端面における密閉度を高めることができる。
【００３１】
このとき、バルブシート部３０の軸長方向の端部とシリンダヘッド１０の吸気管１２との当接部にシール部材を設けることが好適である。シール部材は、特に限定されるものではないが、ヒータ４２のボビン４２ａの端部をゴムコーティングしたり、ゴム材料等からなるガスケットを挟み込む構造としたりすることが好適である。また、ボビン４２ａの少なくとも端部を樹脂等の柔軟性のある材料で形成するようにしてもよい。
【００３２】
このように、バルブシート部３０の上下面（軸方向端部）をシールすることによって、吸気管１２から供給される燃料がバルブシート部３０の上下面からボビン４２ａの背面に回り込むことを防ぐことができる。ボビン４２ａの背面に燃料が溜まると、エンジンの運転中に溜まった燃料が蒸発して混合気濃度調整に悪影響を与えるおそれがあり、本実施の形態の内燃機関１００によればそれを抑制することができる。
【００３３】
なお、ボビン４２ａにおける電熱線４２ｂの収納空間を耐熱性のシリコーンゴム等の樹脂で充填するようにしてもよい。当該構成によっても、燃料がボビン４２ａの背面に回り込むことを防ぐことができる。
【００３４】
［内燃機関１００の製造方法］
以下、シリンダヘッド１０の吸気管１２の出口部分にバルブシート部３０を組み付けることによる内燃機関１００の製造方法について説明する。
【００３５】
アルミ鋳造等によって形成されたシリンダヘッド１０の吸気管１２の出口部分にバルブシート部３０を組み付けるための第１穴５０、吸気バルブ１４のステムが通される第２穴５２及びバルブシート部３０の電熱線４２ｂの一端４２ｅをシリンダヘッド１０の外部へ引き出すための第３穴５４を開ける（図６（ａ），図６（ｂ））。次に、第２穴５２に吸気バルブ１４のステムガイド５６を取り付けると共に、電熱線４２ｂが噛み込まれないように一端４２ｅを第３穴５４に通しながらバルブシート部３０を第１穴５０へ圧入する（図６（ｃ））。このとき、バルブシート部３０の端部（バルブシート部材４０及びヒータ４２の端部）が第１穴５０に突き当たるまで挿入する。また、図２に示すように、電熱線４２ｂの一端４２ｅが挟み込まれないようにバルブシート部材４０及びボビン４２ａに切り欠き部４０ｃ及び４２ｄをそれぞれ形成しておくことが好適である。その後、ステムガイド５６の内径を加工すると共に、ステムガイド５６と同軸となるようにバルブシート部３０の端部にシート部４０ａを形成する（図６（ｄ））。
【００３６】
以上のように、本実施の形態における内燃機関１００によれば、ヒータ４２が内包されたバルブシート部３０をシリンダヘッド１０の吸気管１２の出口部分に設ける構成とすることで、シリンダヘッド１０に対する穴の加工は従来と同等に行うことができる。これにより、低コストで燃料の加熱昇温を実現することができる。
【００３７】
また、バルブシート部材４０とヒータ４２とを組み合わせて一体化させたバルブシート部３０をシリンダヘッド１０に圧入する構成とすることで、軸方向の当接面での密閉性を確保することができる。このとき、部品毎の寸法調整が可能であり、コストの増加を低く抑えることができる。例えば、バルブシート部材４０とヒータ４２の端部を揃えるように共加工を行ったり、端部にガスケットを挟み込んだり、ヒータ４２を柔軟な材料で構成したりする等、多彩な密閉手段を適用することが可能になる。
【００３８】
また、ヒータ４２を隙間なく吸気管１２に設けることができるので、燃料の液溜まりの発生を抑制することができ、加熱・昇温による排気ガス低減効果を効果的に発揮することができる。さらに、ヒータ４２がバルブシート部材４０によって固定されるので電熱線４２ｂの断線の危険性を低下させることができる。また、ヒータ４２が故障した場合でも交換が可能であるという実用面での利点がある。
【符号の説明】
【００３９】
１０  シリンダヘッド、１２  吸気管、１４  吸気バルブ、１６  排気管、１８  排気バルブ、２０  燃料タンク、２２  燃料ポンプ、２４  コモンレール、２６  調圧弁、２８  燃料噴射弁、３０  バルブシート部、４０  バルブシート部材、４０ａ  シート部、４０ｂ  凹部、４０ｃ  切り欠き部、４２  ヒータ、４２ａ  ボビン、４２ｂ  電熱線、４２ｃ  鍔部、４２ｅ  電熱線の一端、４２ｄ  切り欠き部、４２ｆ  電熱線の一端、５０  第１穴、５２  第２穴、５４  第３穴、５６  ステムガイド、１００  内燃機関。 
【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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