(57)【要約】【課題】ニードルへの加熱を抑制し、燃料の昇温特性の向上、および燃料噴射量の低下を抑制した燃料噴射装置を提供する。【解決手段】ニードルと、該ニードルと非接触で、該ニードルの周囲に延在する加熱部とを有し、前記ニードルの長手方向軸線が鉛直方向から傾斜して取り付けられている燃料噴射装置において、前記加熱部は、前記ニードルの上側表面と対向する上側対向面と、前記ニードルの下側表面と対向する下側対向面とを備え、前記加熱部の前記上側対向面と前記ニードルの前記上側表面との前記鉛直方向近傍における距離は、前記加熱部の前記下側対向面と前記ニードルの前記下側表面との前記距離よりも短いことを特徴とする。【選択図】        図１
2004232553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニードルと、該ニードルと非接触で、該ニードルの周囲に延在する加熱部とを有し、前記ニードルの長手方向軸線が鉛直方向から傾斜して取り付けられている燃料噴射装置において、
前記加熱部は、前記ニードルの上側表面と対向する上側対向面と、前記ニードルの下側表面と対向する下側対向面とを備え、
前記加熱部の前記上側対向面と前記ニードルの前記上側表面との前記鉛直方向近傍における距離は、前記加熱部の前記下側対向面と前記ニードルの前記下側表面との前記距離よりも短いことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記加熱部は、中空の略円筒形状であって、前記加熱部の中心軸と前記ニードルの中心軸とは、同一鉛直面内に配置され、かつ、前記加熱部の中心軸は、前記ニードルの中心軸よりも下方にオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記加熱部の前記下側対向面に対向する前記ニードルの部分は、切り欠き形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記加熱部に対向するニードル部分の表面は、断熱材で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
ニードルと、該ニードルと非接触で、該ニードルの周囲に延在する略円筒形状の加熱部とを有する燃料噴射装置において、前記ニードルの前記加熱部に対向する部分の表面は、断熱材で形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
前記ニードルの軸線は、鉛直方向から傾斜して取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記加熱部と対向する前記ニードルの下側表面のみを断熱材で形成することを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記断熱材はセラミックスからなることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃焼室等にノズルから燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に広く知られているエンジンには、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンと、軽油を燃料とするディーゼルエンジンとがある。
【０００３】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置は、点火プラグを必要としないため、通常、エンジンシリンダの真上に配置され、真下のピストンに向けて燃料を噴射する。これに対し、筒内噴射型ガソリンエンジンでは、点火プラグを必要とし、この点火プラグは、通常、エンジンシリンダの真上に配置される。このため、ガソリンエンジンの燃料噴射装置は、エンジンシリンダの側壁上部に取り付けられ、該シリンダの対向する側壁に向けて燃料を噴射するように下向き傾斜状に配置することを余儀なくされる。
【０００４】
このような燃料噴射装置において、従来、冷間始動時に燃料蒸発が不完全であることによって生じる排出物質を減少させるため、冷間始動時の燃料の予熱を行なうためのヒーターを備えた燃料噴射装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この燃料噴射装置は、燃料を予熱するためのヒーターが、バルブニードルを取巻く空間内に、ヒーターの中心軸とバルブニードルの中心軸とが同軸となるように配置され、加圧燃料が、この空間の中へ導かれている。また、このバルブニードルは、その一端が、ばねで付勢され、電磁コイルを有するアーマチュアに取り付けられており、この電磁コイルが励磁されると、アーマチュアがばねの力に抗して、バルブ先端部に設けられた円錐形バルブシートからニードルをリフトさせる。そして、ニードルの先端部分が、円錐形バルブシートに対して係合または解除するように移動することにより、円錐形バルブシートのオリフィスを通る燃料の流出量を制御している。
【０００６】
【特許文献１】
特表２０００−５０８０４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された燃料噴射装置においては、例えば、筒内噴射型ガソリンエンジン用として、ニードル先端が下向きに傾斜して取り付けられた場合は、燃料噴射装置内で、ニードル表面とこのニードルと同軸に配置されたニードル周囲のヒータ部の内周面との間に同心円状の均一な空間が形成されているので、この空間内で、ヒータ部により加熱された燃料が上昇し、対流が生じる。そして、この加熱された燃料の対流によりニードル自身が積極的に加熱される。このため、燃料に対する熱伝達量が減少し、燃料の昇温特性の悪化や、ニードル自体の熱膨張によるニードルリフト量の低下に伴う燃料噴射量の減少が生じる。これは、上述のように、燃料噴射装置を鉛直方向から傾斜して搭載する場合に顕著となり、加熱された燃料の対流によるニードルの加熱量が大きくなるという問題を生じていた。
【０００８】
そこで、本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、ニードルへの加熱を抑制し、燃料の昇温特性の向上、および燃料噴射量の低下を抑制した燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、ニードルと、該ニードルと非接触で、該ニードルの周囲に延在する加熱部とを有し、前記ニードルの長手方向軸線が鉛直方向から傾斜して取り付けられている燃料噴射装置において、前記加熱部は、前記ニードルの上側表面と対向する上側対向面と、前記ニードルの下側表面と対向する下側対向面とを備え、前記加熱部の前記上側対向面と前記ニードルの前記上側表面との前記鉛直方向近傍における距離は、前記加熱部の前記下側対向面と前記ニードルの前記下側表面との前記距離よりも短いことを特徴とする。
【００１０】
一般に、ニードルの長手方向軸線が鉛直方向から傾斜している燃料噴射装置では、前述したようにニードル周囲に延在するヒータ部により加熱された燃料の対流によりニードルが積極的に加熱されるが、このように構成した本発明の燃料噴射装置においては、ヒータ部により加熱された燃料が上昇し、通過する流路が絞られ、加熱燃料によるニードル周りの対流が抑制される。これにより、ニードルの加熱が低減され、ニードルの熱膨張による噴射量の低下が抑制される。また、燃料を効率良く加熱でき、昇温特性の向上、消費電力の低減が可能となる。さらに、対流効果でホルダ部への伝熱量を抑制し、昇温特性の向上が可能となる。
【００１１】
ここで、前記加熱部は、中空の略円筒形状であって、前記加熱部の中心軸と前記ニードルの中心軸とは、同一鉛直面内に配置され、かつ、前記加熱部の中心軸は、前記ニードルの中心軸よりも前記鉛直線上の下方にオフセットされていてもよい。
【００１２】
また、前記加熱部の前記下側対向面に対向する前記ニードルの部分は、切り欠き形状であってもよい。
【００１３】
以上において、前記加熱部に対向するニードルの部分は、断熱材で形成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明の燃料噴射装置は、ニードルと、該ニードルと非接触で、該ニードルの周囲に延在する略円筒形状の加熱部とを有する燃料噴射装置において、前記ニードルの前記加熱部に対向する部分の表面は、断熱材で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成した燃料噴射装置の場合は、ニードルへの熱伝達を防ぐことで、ニードル熱膨張を少なくし、噴射量の低下を抑制することができる。また、加熱開始時（特に始動時）に燃料への熱伝達量を上げることができ、昇温特性の向上、消費電力の低減が可能となる。
【００１６】
ここで、前記ニードルの軸線は、鉛直方向から傾斜して取り付けられていてもよい。
【００１７】
また、前記加熱部と対向する前記ニードルの下側表面のみを断熱材で形成してもよい。
【００１８】
さらに、前記断熱材はセラミックスからなってもよい。
【００１９】
この場合、線膨張率の小さいセラミックスにより断熱を行なうことで、ニードル熱膨張率を少なくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の燃料噴射装置の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は燃料噴射装置の断面図であり、（ｂ）はニードルとヒータ部との配置関係を示す模式的断面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、本発明に係る燃料噴射装置１は、先端部が円錐形状となっているハウジング５内に挿入され、図示しないエンジンの鉛直方向軸線Ａから傾斜して取り付けられている。
【００２３】
本実施形態における燃料噴射装置１は、中空の円筒形状であるヒータ部３を含み、該ヒータ部３は、ハウジング５内に設けられた、ヒータホルダ７を介してハウジング５内に支持されている。該ヒータホルダ７は、ヒータ電極１１を含み、図示しない電源により、ヒータ部３が加熱できるように構成されている。さらに、中空の円筒形状であるヒータ部３の内部には、燃料噴射用のニードル２０が配置され、該ニードル２０の先端部は、ハウジング５の先端部に形成された円錐形状のシート部２５と接離できるような円錐形状であり、ニードル２０の後端部は、バネ２９により付勢された、電磁コイルを備えるアーマチュア２７に接続されている。
【００２４】
また、図１（ｂ）に模式的に示すように、ニードル２０の軸心２０ａと、中空の円筒形状であるヒータ部３の軸心３ａとは、鉛直線上に配置され、さらに、ヒータ部３の軸心３ａは、ニードル２０の軸心２０ａに比し、下方にオフセットされている。
【００２５】
このように構成された燃料噴射装置１においては、ニードル２０を取り巻く燃料流路３５に加圧された燃料が導入されており、アーマチュア２７内の電磁コイルが付勢されると、バネ２９の力に抗して、ニードル２０の先端部が、シート部２５からリフトし、燃料の噴射を行なう。そして、このニードル２０のリフト量により、シート部２５に形成されたオリフィス３１からの燃料の噴射量がコントロールされる。
【００２６】
また、ニードル２０の軸心２０ａが、ヒータ部３の軸心３ａよりも、上方にオフセットされているので、燃料流路３５を構成する空間の内、ニードル２０の上側表面２０ｕと、この面に対向するヒータ部３の上側対向面３ｕとの間の空間が、ニードル２０の下側表面２０ｄと、この面に対向するヒータ部３の下側対向面３ｄとの間の空間よりも狭くなる。これにより、加熱された燃料が上昇し通過する流路が狭くなるので、前述した加熱燃料の対流を阻害し、ニードル２０自身が積極的に加熱されることを防止することができる。また、ニードル２０が熱膨張して、前述のリフト量が減少することによる燃料噴射量の低下が抑制され、ニードル２０への熱伝達量が減少することにより、その分、燃料自身を効率良く加熱でき、燃料の昇温特性の向上、ヒータ部３を加熱する電源の消費電力の低減が可能となる。さらに、対流効果により、ホルダ部７への伝熱量が抑制できることによる昇温特性の向上も可能となる。
【００２７】
このようにヒータ部３の軸心３ａを、ニードル２０の軸心２０ａから、下方にオフセットさせた構成の変形例を、図２および図３に示す。
【００２８】
図２は、ハウジング内のヒータ挿入部分の内径部を偏心させて、ヒータ部を搭載した変形例１を示す図であり、図３は、ヒータホルダの内径部を偏心させて、ヒータ部を搭載した変形例２を示す図である。
【００２９】
図２に示すように、変形例１の場合は、中空のヒータ部３は、その最外径部３ｓにて、ヒータホルダ７を介して、ハウジング５に取り付けられている。また、ヒータ部３の軸方向の支持は、ヒータ部３の最外径部３ｓの後端３ｅと接するように設けられたヒータホルダ７のストッパ部７ｓと、ヒータ部３の最外径部３ｓの前端３ｆとハウジング５の収容部５ｕ、５ｄの側壁との間に配置された皿ばね６とにより、支持されている。ここで、ヒータ部３の最外径部３ｓを収容するハウジング５の上側収容部５ｕと、下側収容部５ｄとは、上側収容部５ｕの肉厚を下側収容部５ｄの肉厚よりも大きくすることで、前述のヒータ部３の軸心３ａと、ニードル２０の軸心２０ａとの偏心を実現している。
【００３０】
これに対して、図３に示すように、変形例２の場合は、基本的な構成は変形例１と同様であるが、ヒータ部３を支持するヒータホルダ７の上側支持部７ｕの肉厚を、下側支持部７ｄの肉厚よりも大きくすることで、前述のヒータ部３の軸心３ａと、ニードル２０の軸心２０ａとの偏心を実現している。
【００３１】
このように構成した変形例１または２のいずれの場合においても、前述した効果と同様な効果を得ることができる。
【００３２】
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３３】
図４は、本発明の燃料噴射装置の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）は燃料噴射装置の断面図であり、（ｂ）はニードルとヒータ部との配置関係を示す模式的断面図である。
【００３４】
なお、基本的な構成は、第１の実施形態と同様であり、同様な要素には、同様な符号を付するものとする。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置５０は、先の実施形態１と異なり、ニードル７０の軸心７０ａと、中空の円筒形状であるヒータ部５３の軸心５３ａとが、同軸線上に配置されている。そして、図４（ａ）に示すように、ヒータ部５３の下側対向面５３ｄと対向するニードル７０の部分７０ｄが、切り欠き形状となっている。
【００３６】
このように、ニードル７０の軸心７０ａと、ヒータ部５３の軸心５３ａとを、同軸線上に配置した場合であっても、切り欠き部分７０ｄにより、燃料流路８５を構成する空間の内、ニードル７０の上側表面７０ｕと、この面に対向するヒータ部５３の上側対向面５３ｕとの間の空間が、ニードル７０の切り欠き部分７０ｄと、この面に対向するヒータ部５３の下側対向面５３ｄとの間の空間よりも狭くなり、前述した第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３７】
次に、図５を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００３８】
図５は、本発明の燃料噴射装置の第３の実施形態を示す図であり、（ａ）は燃料噴射装置の断面図であり、（ｂ）はニードルとヒータ部との配置関係を示す模式的断面図である。
【００３９】
なお、基本的な構成は、前述の第１および第２の実施形態と同様であり、同様な要素には、同様な符号を付するものとする。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置１００は、先の実施形態２と同様に、ニードル１２０の軸心１２０ａと、中空の円筒形状であるヒータ部１０３の軸心１０３ａとが、同軸線上に配置されている。そして、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒータ部１０３に対向するニードル１２０の表面部分が、断熱材１２３によりコーティングされている。
【００４１】
ここで、断熱材１２３としては、線膨張率の小さい材料、例えばセラミックスを用いることができ、また、ヒータ部１０３に対向するニードル１２０の表面部分のみに、コーティングを施すことにより、より効率的なニードル１２０の断熱化を図ることができる。
【００４２】
さらに、先の第１および第２の実施形態のように、燃料噴射装置１００を、前述した鉛直方向軸線から傾斜して取り付ける場合には、ヒータ部１０３の下側対向面１０３ｄと対向するニードル１２０の下側面１２０ｄの部分のみに、断熱材１２３によるコーティングを施すことができ、これにより、前述の対流効果によるニードル１２０の加熱を防止することができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、ニードル１２０の表面部に断熱材１２３によるコーティングを施すことにより、ニードル１２０への熱伝達を防止することができるので、前述の傾斜取付の場合のみならず、鉛直方向に取り付ける場合であっても、加熱された燃料を介したニードル１２０の加熱が防止でき、ニードル１２０の熱膨張を抑制し、リフト量の低下に伴う燃料噴射量の低下を防止することができる。この場合は、特に、加熱開始時（始動時）に燃料への熱伝達量を上げることができ、燃料の昇温特性の向上、加熱電源の消費電力の低減が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヒータ部により加熱された燃料の対流によるニードル自身の加熱を抑制することができ、これにより燃料の効率的な加熱による燃料の昇温特性の向上が図れ、また、ニードルの熱膨張の低減により、燃料噴射量の低下を防ぐことが可能な燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射装置の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は燃料噴射装置の断面図であり、（ｂ）はニードルとヒータ部との配置関係を示す模式的断面図である。
【図２】ハウジング内のヒータ挿入部分の内径部を偏心させて、ヒータ部を搭載した変形例１を示す図である。
【図３】ヒータホルダの内径部を偏心させて、ヒータ部を搭載した変形例２を示す図である。
【図４】本発明の燃料噴射装置の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）は燃料噴射装置の断面図であり、（ｂ）はニードルとヒータ部との配置関係を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の燃料噴射装置の第３の実施形態を示す図であり、（ａ）は燃料噴射装置の断面図であり、（ｂ）はニードルとヒータ部との配置関係を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１        燃料噴射装置
３        ヒータ部
３ａ      ヒータ部軸心
３ｄ      下側対向面
３ｅ      後端
３ｆ      前端
３ｓ      最外径部
３ｕ      上側対向面
５        ハウジング
５ｄ      下側収容部
５ｕ      上側収容部
６        皿ばね
７        ヒータホルダ
７ｄ      下側支持部
７ｓ      ストッパ部
７ｕ      上側支持部
１１      ヒータ電極
２０      ニードル
２０ａ    ニードル軸心
２０ｄ    下側表面
２０ｕ    上側表面
２５      シート部
２７      アーマチュア
２９      バネ
３１      オリフィス
３５      燃料流路
５０      燃料噴射装置
５３      ヒータ部
５３ａ    ヒータ部軸心
５３ｄ    下側対向面
５３ｕ    上側対向面
７０      ニードル
７０ａ    ニードル軸心
７０ｕ    上側表面
７０ｄ    切り欠き部分
８５      燃料流路
１００    燃料噴射装置
１０３    ヒータ部
１０３ａ  ヒータ部軸心
１０３ｄ  下側対向面
１１０    燃料噴射装置
１２０    ニードル
１２０ａ  ニードル軸心
１２０ｄ  下側面
１２３    断熱材
Ａ        鉛直方向軸線
【図１】
2004232553.tif 000003
【図２】
2004232553.tif 000004
【図３】
2004232553.tif 000005
【図４】
2004232553.tif 000006
【図５】
2004232553.tif 000007