(57)【要約】【課題】抵抗体の過熱を生じ難くするとともに、発熱量の確保を容易にした燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射装置は、燃料流路の近傍に配置されるフィルムヒータ３０を備える。フィルムヒータ３０は、帯状をなす一対の給電電極４４と、給電電極４４の間の領域全体に延在し、給電電極４４に接続される面状の抵抗体４０とを備える。抵抗体４０は、給電電極４４の間を電流が流れるときの電気抵抗が互いに異なる第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３を含む。【選択図】図４
2020033882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射孔に接続される燃料流路と、当該燃料流路内の燃料を加熱するフィルムヒータとを有する燃料噴射装置であって、
前記フィルムヒータは、
帯状をなす一対の給電電極と、
前記給電電極の間の領域全体に延在し、前記給電電極に接続される面状の抵抗体とを備え、
前記抵抗体は、前記給電電極の間を電流が流れるときの電気抵抗が互いに異なる複数の抵抗体を含む燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料加熱用のヒータを備える燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料を噴射して内燃機関に供給する燃料噴射装置が知られている。特許文献１には、噴射する前の燃料を加熱するヒータを備えた燃料噴射装置が開示されている。ヒータは、電力が供給されて発熱するとともに、燃料噴射装置において噴射される前の燃料が通る燃料流路内の燃料を加熱する。図９に、この種の燃料噴射装置において従来一般に採用されているヒータの概略図を示す。
【０００３】
図９に示すように、ヒータ１０１は、電力が供給されて発熱する抵抗体１０２と、抵抗体１０２と電源との接続箇所である一対の電源接続部１０３とを備える。抵抗体１０２は、複数回、交互に折り返すように屈曲した線状の配線パターンからなり、全体の形状が櫛歯状になっている。電源接続部１０３は、抵抗体１０２の配線パターンの両端に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１２１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、抵抗体の配線パターンの屈曲した部分では、局所的に抵抗体の過熱が生じるという問題があった。また、局所的な過熱を解消するため抵抗体全体の発熱量を低下させた場合、燃料流路において熱量が放散し易い部分では、燃料の加熱が不十分になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための燃料噴射装置は、燃料噴射孔に接続される燃料流路と、当該燃料流路内の燃料を加熱するフィルムヒータとを有する燃料噴射装置であって、前記フィルムヒータは、帯状をなす一対の給電電極と、前記給電電極の間の領域全体に延在し、前記給電電極に接続される面状の抵抗体とを備え、前記抵抗体は、前記給電電極の間を電流が流れるときの電気抵抗が互いに異なる複数の抵抗体を含む。
【０００７】
この構成によれば、抵抗体が面状であるため、抵抗体の過熱が生じ難くなる。また、電気抵抗が互いに異なる複数の抵抗体ごとに発熱量を調整可能となる。したがって、発熱量の確保が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料噴射装置の断面図。
【図２】燃料噴射装置の先端部の拡大図。
【図３】フィルムヒータ及びヒータカバーの取付状態を示す断面図。
【図４】フィルムヒータを展開した状態で構造を示す概略図。
【図５】第1抵抗体、第２抵抗体、及び第３抵抗体の発熱量を示す図。
【図６】他の実施形態におけるフィルムヒータの概略図。
【図７】他の実施形態における燃料噴射装置の先端部の拡大図。
【図８】他の実施形態における燃料噴射装置の先端部の拡大図。
【図９】従来のヒータの一例について構造を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射装置の一実施形態について、図１〜５に従って説明する。
図１に示すように、燃料噴射装置１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２の先端側に設けられるノズルボディ３とを備える。燃料噴射装置１は、ハウジング２の内部を通った燃料をノズルボディ３の先端から内燃機関の気筒へ直接噴射する直噴型である。燃料噴射装置１は、燃料噴射装置１の先端部分が気筒に挿入されている。なお、燃料の一例は、ガソリン、エタノールベース燃料、及びこれらの混合燃料である。燃料は、例えば燃料タンクから燃料ポンプによって燃料噴射装置１に供給される。
【００１０】
ハウジング２は、基端側に設けられる大径部４と先端側に設けられる小径部５とを備える。小径部５は、大径部４よりも径が小さい。大径部４の内側には、磁性体からなる円筒状のコア６が設置されている。コア６は、中心部に、ハウジング２の中心軸Ｌの軸方向に沿って貫通する燃料流入孔１０を有している。燃料流入孔１０は、基端側に小径孔１１と先端側に大径孔１２とを備える。大径孔１２には、コイルスプリング１３が設けられている。コイルスプリング１３は、小径孔１１との段差面を当たり面（規制面）としつつコア６の先端側の端面から突出している。コア６内には、例えば燃料流入孔１０と同心状に電磁コイル１４が巻装されている。
【００１１】
コイルスプリング１３の先端側には、磁性体からなる円板状のアーマチャ１５が設けられている。アーマチャ１５は、ハウジング２の大径部４の内周面に対して摺動可能である。アーマチャ１５は、複数の燃料導入孔１６（図１では２つを図示）を有している。燃料導入孔１６は、ハウジング２の中心軸Ｌの軸方向に沿う方向に貫通している。燃料導入孔１６は、例えば中心軸Ｌ周りに均等に配置されている。アーマチャ１５の先端側には、ニードル弁１７が連結されている。ニードル弁１７は、中心軸Ｌの軸方向に沿って小径部５から突出しつつノズルボディ３内に遊挿される。アーマチャ１５及びニードル弁１７は、ハウジング２の内部において中心軸Ｌの軸方向に沿って往復直線動作が可能になっている。
【００１２】
ノズルボディ３は、小径部５の先端に有底筒状の底部が突出する態様で設けられている。ノズルボディ３は、該底部に燃料噴射孔１８を備える。燃料噴射装置１は、その内部に、燃料流入孔１０から燃料噴射孔１８まで燃料が流れる燃料流路２０を有している。すなわち、燃料は、燃料流入孔１０からハウジング２に供給され、そして、アーマチャ１５の燃料導入孔１６を通過した後、ニードル弁１７の外周と小径部５の内周との間の空間を通って、燃料噴射孔１８より噴射される。
【００１３】
ニードル弁１７の先端部には、燃料流路２０の出口（すなわち燃料噴射孔１８）を開閉する弁体２１が設けられている。ノズルボディ３の内面には、ニードル弁１７の弁体２１と当接し、流体の流れを閉止するシート部２２が設けられている。
【００１４】
ニードル弁１７は、往復直線動作を行うことで閉弁状態と開弁状態との間の切り替えが可能になっている。具体的には、電磁コイル１４が通電されていない場合、ニードル弁１７は、コイルスプリング１３による付勢力により弁体２１がシート部２２に押し付けられて閉弁状態に維持される。閉弁状態では、燃料噴射孔１８から燃料が噴射されることはない。一方、電磁コイル１４が通電されている場合、磁力によって、アーマチャ１５がコイルスプリング１３の付勢力に抗しつつコア６に引き寄せられるようにリフトする。このため、弁体２１は、シート部２２から離間して開弁状態となる。開弁状態では、燃料噴射孔１８から燃料が噴出される。
【００１５】
燃料噴射装置１は、燃料流路２０内の燃料を加熱するフィルムヒータ３０を備える。フィルムヒータ３０は、ハウジング２の小径部５の外周を覆っている。フィルムヒータ３０は、小径部５の外周に沿って筒状に巻き付けられている。
【００１６】
また、燃料噴射装置１は、ヒータカバー３１を備える。ヒータカバー３１は、フィルムヒータ３０の外周を覆っている。ヒータカバー３１には、シール部材３２を取り付けるための溝３３が設けられている。燃料噴射装置１が内燃機関に取り付けられた状態で、燃料噴射装置１のシール部材３２よりも先端側の部分は、内燃機関の気筒内部に位置する。
【００１７】
シール部材３２は、ヒータカバー３１と気筒の壁部との間をシールする。これにより、燃焼ガスが気筒から気筒の外部に漏れるのを防止する。燃料噴射装置１の気筒に挿入される部分において、シール部材３２が取り付けられている部分は、燃料噴射装置１が気筒に取り付けられていない状態で、その周辺よりも径が大きくなっている。シール部材３２は、燃料噴射装置１が気筒に取り付けられた状態で、気筒の壁部と密着している。また、シール部材３２と気筒の壁部との間の面圧は、小径部５と気筒の壁部との間の面圧、及びヒータカバー３１と気筒の壁部との間の面圧よりも大きい。
【００１８】
図２に示すように、ヒータカバー３１は、フィルムヒータ３０の先端面全周を覆いつつハウジング２に当接するように中心軸Ｌに向かって突出する突出部５０を備える。ヒータカバー３１は、突出部５０とハウジング２との接触部分の先端において、全周に亘ってハウジング２と溶接されている。また、ハウジング２は、ノズルボディ３との接触部分の先端において、全周に亘ってノズルボディ３と溶接されている。
【００１９】
図３に示すように、フィルムヒータ３０は、電流により発熱する面状の抵抗体４０を備える。例えば、抵抗体４０は、全体が矩形に形成された導電性の抵抗発熱材からなることが好ましい。抵抗体４０は、抵抗体４０の熱がハウジング２の壁部を介して燃料流路２０内の燃料に伝導されることで、当該燃料を加熱する。
【００２０】
抵抗体４０は、フィルムヒータ３０が燃料噴射装置１に取り付けられた状態で、ハウジング２の中心軸Ｌの軸方向に沿って分割された３つの抵抗体、すなわち、第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３を備える。ここで、フィルムヒータ３０において第１抵抗体４１が位置する側をフィルムヒータ３０の基端側とする。また、フィルムヒータ３０において第３抵抗体４３が位置する側をフィルムヒータ３０の先端側とする。第２抵抗体４２は、第１抵抗体４１と第３抵抗体４３との間に位置する。第２抵抗体４２は、フィルムヒータ３０が燃料噴射装置１に取り付けられた状態で、中心軸Ｌの軸方向においてシール部材３２と位置が揃っている。第３抵抗体４３は、燃料噴射装置１が内燃機関に取り付けられた状態で、気筒の内部側に位置する。
【００２１】
第１抵抗体４１の先端側の端面と第２抵抗体４２の基端側の端面とは接触している。第１抵抗体４１と第２抵抗体４２とは、両端面を介して電気的に接続されている。第２抵抗体４２の先端側の端面と第３抵抗体４３の基端側の端面とは接触している。第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とは、両端面を介して電気的に接続されている。
【００２２】
図４に示すように、フィルムヒータ３０は、帯状をなす一対の給電電極４４を備える。二つの給電電極４４は、フィルムヒータ３０が燃料噴射装置１に取り付けられた状態で、中心軸Ｌの周方向において抵抗体４０の一端側及び他端側にそれぞれ接続される。フィルムヒータ３０を展開した状態で、抵抗体４０は、給電電極４４の間の領域全体に延在している。また、二つの給電電極４４には、電源に繋がる配線との接続部分である一対の電源接続部４５がそれぞれ設けられている。本実施形態において、電源接続部４５は、給電電極４４において基端側に配置されている。
【００２３】
給電電極４４の間を電流が流れるとき、第１抵抗体４１の電気抵抗を第１電気抵抗Ｒ１、第２抵抗体４２の電気抵抗を第２電気抵抗Ｒ２、及び第３抵抗体４３の電気抵抗を第３電気抵抗Ｒ３とする。本実施形態の場合、これら電気抵抗の大小関係は、「Ｒ２＞Ｒ１＞Ｒ３」となっている。なお、ここでいう電気抵抗とは、電流の流れ難さを示し、電気抵抗が大きいほど電流が流れ難いことを意味する。本実施形態の場合、第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３は、互いに異なる厚さに形成されることで、異なる電気抵抗を有する。抵抗体４０において、第３抵抗体４３が最も厚く、第２抵抗体４２が最も薄い。また、第１抵抗体４１は、第３抵抗体４３より薄く、第２抵抗体４２より厚く形成されている。なお、説明の便宜上、各図中において、第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３については、厚さを同一に記載するものとする。
【００２４】
本実施形態の作用効果について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、電源から電源接続部４５に電力が供給されると、給電電極４４を介して抵抗体４０に電流Ｉが流れる。電流Ｉは、抵抗体４０内を、一方の給電電極４４から他方の給電電極４４へ向かって流れる。そのため、抵抗体４０内には、電流経路の屈曲が生じ難い。
【００２５】
抵抗体４０は、流れる電流の大きさに従って発熱量が変化する。抵抗体４０を流れる電流の大きさは、抵抗体４０の電気抵抗に反比例する。抵抗体４０において最も小さい第３電気抵抗Ｒ３を有する第３抵抗体４３では、電流の大きさが最大となり、発熱量が最大となる。第３抵抗体４３の第３電気抵抗Ｒ３より大きく、第２抵抗体４２の第２電気抵抗Ｒ２より小さい第１電気抵抗Ｒ１を有する第１抵抗体４１では、発熱量が第３抵抗体４３より小さく、第２抵抗体４２より大きくなる。最も大きい第２電気抵抗Ｒ２を有する第２抵抗体４２では、発熱量が最小となる。
【００２６】
（１）本実施形態において、フィルムヒータ３０は、対をなす帯状の給電電極４４と、給電電極４４の間の領域全体に延在し、給電電極４４に接続される面状の抵抗体４０とを備えた。この構成によれば、抵抗体４０が面状であるため、抵抗体４０の過熱が生じ難くなる。
【００２７】
（２）本実施形態において、抵抗体４０は、給電電極４４の間を電流が流れるときの電気抵抗が互いに異なる第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３を含んでいる構成とした。この構成によれば、第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３のそれぞれで発熱量を調整可能となる。したがって、発熱量の確保が容易となる。
【００２８】
（３）電源接続部４５がフィルムヒータ３０において基端側に配置されているため、基端側に配置される第１抵抗体４１は、抵抗体４０の中で電源接続部４５からの距離が最も短い部位である。そのため、第１抵抗体４１は、電源接続部４５の間を電流が流れるとき、抵抗体４０の中において最短距離で電流が流れる部位を含んでいる。したがって、第１抵抗体４１は、抵抗体４０の他の部位よりも流れる電流が大きくなり易い。一方、本実施形態において、抵抗体４０において電源接続部４５からの距離が近い第１抵抗体４１よりも電源接続部４５からの距離が遠い第３抵抗体４３の方が、電気抵抗が小さい構成とした。この構成によれば、第３抵抗体４３を流れる電流の大きさを確保できる。したがって、最短距離で電流が流れる部位以外に電流が流れないといった事態が発生し難くなる。その結果、抵抗体４０における発熱量の調整が容易になる。
【００２９】
（４）本実施形態において、フィルムヒータ３０の外周を覆うヒータカバー３１を備え、ヒータカバー３１は、シール部材３２を取り付けるための溝３３を備えた。この構成によれば、ヒータカバー３１にシール部材３２を取付可能にしたので、抵抗体４０の一部を気筒の内部側に配置することができる。これは、燃料噴射装置１の先端部を加熱するのに有利である。また、燃料噴射装置１において抵抗体４０の一部を気筒内にまで配置させた場合、抵抗体４０を気筒内に配置しないときと比較して、燃料流路２０内を流れる燃料との熱交換時間を長くすることができる。熱交換時間を長くすることで抵抗体４０を流れる電流を小さくできるため、電力の消費量を抑えることができる。
【００３０】
（５）本実施形態において、抵抗体４０を、基端側から第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３に分割した。第２抵抗体４２は、フィルムヒータ３０が燃料噴射装置１に取り付けられた状態で中心軸Ｌの軸方向においてシール部材３２と同じ位置にある構成とした。また、電気抵抗の大小関係を、大きい方から第２抵抗体４２、第１抵抗体４１、第３抵抗体４３（Ｒ２＞Ｒ１＞Ｒ３）の順とした。
【００３１】
噴射される燃料の温度は、特に内燃機関の始動直後において、ＨＣ（炭化水素）排出量に影響を与える。そのため、燃料噴射装置１の先端部において、燃料を速やかに目標温度まで加熱することが求められる。上記構成によれば、抵抗体４０において先端側に位置する第３抵抗体４３の発熱量を最大とした。そのため、燃料噴射装置１の先端部で燃料を加熱し易くなる。
【００３２】
抵抗体４０において基端側の発熱量が大きいと、先端側で燃料の温度が目標温度を超えてしまうことがある。上記構成によれば、第３電気抵抗Ｒ３を最小として先端側に比べて基端側での加熱を抑えたため、燃料流路２０内の先端側で燃料が目標温度を超え難くなり、その結果、燃料の温度を制御し易くなる。
【００３３】
抵抗体４０の発熱量がどれくらい燃料の加熱に寄与したかを示す加熱効率は、発熱量が燃料流路２０内の燃料以外へ伝導することで低下する。ここで、シール部材３２の近傍の熱は、シール部材３２が気筒の壁部と密着しているため、その周辺と比べて気筒の壁部へ伝導し易い。そのため、シール部材３２に近接した第２抵抗体４２で発熱した熱は、気筒の壁部へ伝導し易い。そのため、第２抵抗体４２における発熱量の増加は、抵抗体４０全体の加熱効率の低下を招く可能性がある。上記構成によれば、第２抵抗体４２での発熱量を小さくしたため、気筒の壁部への熱の伝導を抑えることができる。これにより、加熱効率が低下し難くなる。
【００３４】
（６）本実施形態において、第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３は、異なる厚さに形成されることで、互いに異なる電気抵抗を有する構成とした。この構成によれば、厚さを変化させるという簡易な方法で、それぞれの抵抗体の電気抵抗を調整することが可能となる。
【００３５】
（７）本実施形態において、燃料噴射装置１の先端部において、ヒータカバー３１は、フィルムヒータ３０の先端面を覆う突出部５０とハウジング２との接触部分の先端で全周溶接した。また、ハウジング２は、ハウジング２とノズルボディ３との接触部分の先端で全周溶接する構成とした。この構成によれば、フィルムヒータ３０の保護と、燃焼ガスのシールとを確保することができる。
【００３６】
また、仮に、ハウジング２の側面でノズルボディ３と溶接した場合、溶接箇所に突状の溶接痕などが形成されることで、フィルムヒータ３０が溶接痕に干渉するおそれがある。上記構成によれば、ハウジング２とノズルボディ３との溶接箇所を両者の接触部分の先端としたので、溶接痕がフィルムヒータ３０に干渉することがなく、燃料噴射装置１の先端へのフィルムヒータ３０の配置が好適となる。
【００３７】
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・本実施形態において、抵抗体４０に含まれる複数の抵抗体は、複数であればいくつでもよい。例えば、抵抗体４０に二つの抵抗体が含まれる場合について、図６を用いて説明する。
【００３８】
図６に示すように、本例の抵抗体４０は、基端側に第１抵抗体４１と先端側に第２抵抗体４２とを含んでいる。第１抵抗体４１と第２抵抗体４２とは一体であるため、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２との間に界面は存在していない。したがって、第１抵抗体４１の先端側と第２抵抗体４２の基端側とは電気的に接続されている。第１抵抗体４１の電気抵抗と第２抵抗体４２の電気抵抗とは互いに異なる。この場合でも、第１抵抗体４１及び第２抵抗体４２のそれぞれで発熱量を調整できる。また、第１抵抗体４１の電気抵抗を第２抵抗体４２の電気抵抗よりも大きくすれば、抵抗体４０内を最短距離で電流が流れる部位以外に電流が流れないといった事態が発生し難くなる。また、燃料噴射装置１の先端部で燃料を加熱し易くなる。
【００３９】
・本実施形態において、ヒータカバー３１、ハウジング２及びノズルボディ３の接合の仕方は本実施形態に限定されない。図７及び図８を用いて、その他の態様について説明する。
【００４０】
図７に示すように、ハウジング２の先端部がヒータカバー３１の先端面を覆うように中心軸Ｌの径方向外側に突出する突出部５１を設けるようにしてもよい。突出部５１は、ヒータカバー３１と接触する部分の先端側で溶接などによって密着されることによりシール性を確保する。この構成でも、フィルムヒータ３０の保護と燃焼ガスのシールとを確保できる。
【００４１】
図８に示すように、ヒータカバー３１の突出部５０がフィルムヒータ３０の先端面及びハウジング２の先端面を覆うように突出してノズルボディ３と当接する態様としてもよい。突出部５０は、ノズルボディ３との接触部分の先端でノズルボディ３と溶接される。この場合でも、フィルムヒータ３０の保護と燃焼ガスのシールとを確保できる。なお、ヒータカバー３１、ハウジング２及びノズルボディ３の接合方法は、シール性が確保できるものであれば、溶接に限らず溶着等、種々の方法を適用可能である。すなわち、フィルムヒータ３０の保護と燃焼ガスのシールが確保できる接合方法であればよい。ただし、ヒータカバー３１、ハウジング２及びノズルボディ３のうち少なくとも２部材の接触部分の先端で接合されることで、燃料噴射装置１の先端側へのフィルムヒータ３０の配置が好適となる。
【００４２】
・本実施形態において、電源接続部４５は、給電電極４４において基端側に配置されてもよいし、先端側に配置されてもよいし、中央付近に配置されてもよい。
・本実施形態において、抵抗体４０を分割した各抵抗体において電気抵抗を変化させるにあたって、各抵抗体に材質固有の電気抵抗率が互いに異なる材質を適用してもよい。
【００４３】
・本実施形態において、第１抵抗体４１、第２抵抗体４２、及び第３抵抗体４３の電気抵抗の大小関係は、適宜変更してもよい。
・本実施形態において、抵抗体４０に含まれる複数の抵抗体は、フィルムヒータ３０が燃料噴射装置１に取り付けられた状態で抵抗体４０を中心軸Ｌの周方向に分割するように設けられていてもよい。
【００４４】
・本実施形態において、抵抗体４０に含まれる複数の抵抗体は、抵抗体４０を中心軸Ｌの軸方向に分割する場合、各抵抗体の間に隙間があってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…燃料噴射装置、２…ハウジング、３…ノズルボディ、１０…燃料流入孔、１８…燃料噴射孔、２０…燃料流路、３０…フィルムヒータ、３１…ヒータカバー、３２…シール部材、３３…溝、４０…抵抗体、４１…第１抵抗体、４２…第２抵抗体、４３…第３抵抗体、４４…給電電極、４５…電源接続部、５０…突出部、Ｌ…中心軸。
【図１】
2020033882.tif 000003
【図２】
2020033882.tif 000004
【図３】
2020033882.tif 000005
【図４】
2020033882.tif 000006
【図５】
2020033882.tif 000007
【図６】
2020033882.tif 000008
【図７】
2020033882.tif 000009
【図８】
2020033882.tif 000010
【図９】
2020033882.tif 000011