(57)【要約】【課題】燃料噴射ノズル先端部に燃料を付着しにくくして、燃料が炭化してカーボンデポジットとなることを阻止できる燃料噴射ノズルの提供。【解決手段】エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルにおいて、前記噴孔部に磁気カーテンを形成し、又は少なくともシリンダ側の噴孔部周辺を正（プラス）に帯電させる。【選択図】　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルであって、前記噴孔部に磁気カーテンが形成されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記磁気カーテンが永久磁石の磁界により形成される請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】
エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルであって、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正に帯電されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項４】
前記噴孔部は、シリンダヘッドに勘合されるインジェクタの先端部に設けられたものであり、前記インジェクタを陽極とし、前記シリンダヘッドを陰極とすることにより、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正に帯電される請求項３に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項５】
前記シリンダ側の噴孔部周辺を陽極とし、前記シリンダ側とは反対側の噴孔部周辺を陰極とすることにより、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正に帯電される請求項３に記載の燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ノズルに関し、特に噴孔部内壁や噴孔部端面へのカーボンデポジットの堆積を防止することができる燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ノズルボディにニードル弁を往復移動可能に収容し、前記ニードル弁がノズルボディに当接する弁座部に着座ならびに前記弁座部から離座することにより、噴孔部から燃料を噴射する燃料噴射ノズルが知られている。燃料噴射ノズルは、シリンダ内における燃焼効率を向上する観点から、燃料の噴射量を調整する性能（調量性能）と燃料をシリンダ内に噴霧する性能（噴霧性能）とを高めることが要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料噴射ノズルは燃焼室（シリンダ）に面しているため、燃料の燃焼により加熱されたノズルの熱や燃焼時の火炎などにより噴孔部内壁や噴孔部端面に付着した燃料が化学反応を起こして炭化してカーボンデポジットを生成する。このカーボンデポジットの主成分はＣ（炭素）、Ｏ（酸素）であり、さらに微量成分としてＳ（硫黄）、さらにオイル添加剤に由来するＫ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）などが含まれることがある。このため、時間経過とともに噴孔部内壁および噴孔部表面にカーボンデポジットが堆積し、燃料の調量性能や噴霧性能が著しく損なわれるという問題がある。さらに極端な場合には、カーボンデポジットの堆積が弁座部周辺部への流路にも及び、弁座部からのニードル弁の離座が悪化するという問題もある。
【０００４】
カーボンデポジットの上記諸問題を解決するために、これまでに燃焼噴射ノズルの加熱時に生じる付着燃料の炭化を防ぐために、燃料噴射ノズル表面に断熱層を設けて燃料噴射ノズルの温度を降下させる技術が提案されている。しかし、この技術では加熱時の燃料噴射ノズルへの燃料付着は防げても、燃焼時の火炎によって噴孔部内壁や噴孔部端面に付着した燃料が炭化してしまうため、カーボンデポジットの低減効果としては十分ではなかった。
【０００５】
また、噴孔部の噴孔と先端部との間に空間を設けて噴孔部内壁や噴孔部端面への燃料の付着を防止して燃料の炭化を防ぐ技術も提案されている（特開平８−１４４８９３号公報）。しかしながら、かかる空間を設けても燃料の付着の問題は完全には解決されておらず、燃料の炭化によるカーボンデポジットの低減効果としては、なお十分なものとはいえなかった。
【０００６】
本発明は、上記諸問題に鑑みてなされたものであり、燃料噴射ノズルの噴孔部内壁および噴孔部端面に付着した燃料が炭化してカーボンデポジットを生成するのを阻止できる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、カーボンデポジットに関する上記諸問題を解決するために、燃料噴射ノズルの噴孔部内壁及び噴孔部端面への燃料の付着を阻止する手段につき鋭意検討を重ねた。その結果、従来の燃料噴射ノズルに比べて噴孔部内壁及び噴孔部端面への燃料付着を良好に阻止できる燃料噴射ノズルを開発し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の目的は、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルであって、前記噴孔部に磁気カーテンが形成されていることを特徴とする燃料噴射ノズルにより達成される（第１の態様）。
【０００９】
さらに本発明の第１の態様の好ましい態様として、前記噴孔部の磁気カーテンが永久磁石の磁場により形成される前記燃料噴射ノズルを挙げることができる。
【００１０】
本発明の第１の態様及びその好ましい態様では、磁気カーテンが噴孔部に常磁性を有する酸素分子の壁を形成するため、シリンダ内での燃料の燃焼により発生する燃焼ガスなどの雰囲気ガスの噴孔部内への侵入を阻止できる。このため、噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の熱分解を防止してカーボンデポジットの生成を阻止することができる。さらに噴孔部に磁気カーテンが形成されることにより噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の脱水素反応を防止して、脱水素反応に起因するカーボンデポジットの生成を阻止することもできる。特に永久磁石で磁場を形成できれば、操作性と安全性を向上できる。
【００１１】
また本発明の目的は、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルであって、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正に帯電されていることを特徴とする燃料噴射ノズルによっても達成される（第２の態様）。
【００１２】
本発明の第２の態様の好ましい態様としては、次の態様を挙げることができる。
（１）前記噴孔部は、シリンダヘッドに勘合されるインジェクタの先端部に設けられたものであり、前記インジェクタを陽極とし、前記シリンダヘッドを陰極とすることにより、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正に帯電される前記燃料噴射ノズル。
（２）前記シリンダ側の噴孔部周辺を陽極とし、前記シリンダ側とは反対側の噴孔部周辺を陰極とすることにより、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正に帯電される前記燃料噴射ノズル。
【００１３】
本発明の第２の態様及びその好ましい態様では、シリンダ側の噴孔部周辺が正（＋）電位に帯電しているため、噴孔部内への火炎の侵入を阻止し、噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の熱分解を防止してカーボンデポジットの生成を阻止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の燃料噴射ノズルの好ましい実施の態様を図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明の燃料噴射ノズルを直噴エンジン用インジェクタに適用した好適な実施例を図１〜図５に示す。図１及び図２は、本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルを示す図面であり、図１は、本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの断面概略図、図２は、本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの噴孔部における磁気カーテンを説明するための噴孔部周辺の模式図である。また、図３は、本発明の燃料噴射ノズルが使用されるインジェクタの概略説明図である。さらに、図４〜６は、本発明の第２の態様の一実施例における燃料噴射ノズルを示す図面であり、図４は、本発明の第２の態様の一実施例における燃料噴射ノズルの概略説明図、図５は、本発明の第２の態様の他の実施例における燃料噴射ノズルの概略説明図、および図６は、本発明の第２の態様の燃料噴射ノズル部分の拡大図である。
【００１６】
（本発明の第１の態様）
図１に示される燃料噴射ノズル１は、ノズルボディ２と、ニードル弁３と、ノズルボディ２の先端外側に取付けられたソケット４と、ノズルボディ２およびソケット４の間に配置された磁石８とで構成される。
【００１７】
燃料噴射ノズル１は、図３に示されるようにコネクタ３４を有するインジェクタ３１の先端部に設けられる。インジェクタ３１は、燃料噴射ノズル１がシリンダ内に向くようにしてシリンダヘッド３３に嵌合される。燃料噴射ノズル１は、燃料供給部３２から供給された燃料をノズルボディ２の先端に設けられた噴孔部６からシリンダ内へ噴射する。
ここで、燃料噴射シリンダ１のシリンダ内への燃料噴射の機構を図１および図３に基づいて具体的に説明する。燃料供給部３２（図３）からニードルガイド部１１内の燃料通路１２を介して供給された燃料は、一旦、ニードル弁３の上方に設けられた燃料溜まり室１３に貯溜される。燃料をシリンダ内へ噴射する場合には、ニードル弁３の上方に設けられた電磁弁（図示せず）によりニードル弁３を上方向にリフトし、ノズルボディ２の弁座５からニードル弁３を離座する。ニードル弁３の離座により燃料溜まり室１３に貯溜されていた燃料は、ニードル弁３と弁座５との間（燃料通路）を通って噴孔部６及び貫通孔７に流入し、燃料がシリンダ（燃焼室）内へ噴射される。
【００１８】
ノズルボディ２は、内部にニードル弁３を往復運動可能な状態で収容され、その先端には燃料を噴射するための噴孔部６を有する。ニードル弁３は、閉弁時には弁座５に着座し、開弁時には弁座５から離座する。
【００１９】
ソケット４は、後述する磁石８をノズルボディ２との間に収納する役割を有するとともに、シリンダ内で発生する燃焼ガス熱及び火炎熱によりノズルボディ２が昇温するのを防止する断熱材としての役割をも有する。ソケット４は、嵌合、溶接、焼きばめ等によりノズルボディ２の先端外側に取付けられる。ソケット４をノズルボディ２に嵌合して取付ける場合、例えば、図１に示されるように、ソケット４の上端部に設けられた環状の凸部９をノズルボディ２の先端付近の外周に設けられた環状の溝１０に嵌合することにより行われる。このとき、ソケット４の底部に設けられた貫通孔７の軸が噴孔部６の軸と同軸となるようする。
【００２０】
噴孔部６は、燃料をシリンダ内へ噴射するためにノズルボディ２の先端に設けられた孔である。図１では説明の便宜のため、噴孔部６がノズルボディ２の先端において垂直方向に１つ設けられているが、噴孔部６の形成される方向及び個数はこれに限定されるものではない。噴孔部６から噴射される燃料を燃焼室（シリンダ）内で均一に拡散するためには、噴孔部６はニードル弁３の軸方向に対して斜め方向に複数形成されることが好ましい。
噴孔部６の孔径、孔長及び孔の軸方向に対する角度は、燃料噴射ノズルの大きさ等に応じて適宜決定できる。
【００２１】
ソケット４の底部に形成される貫通孔７は、噴孔部６と同軸に形成できれば、その形状は特に限定されない。燃料噴射中にソケット４上に燃料噴霧が付着しないようにするためには、貫通孔７の断面形状はシリンダ側に広がるような逆テーパ状にすることが好ましい。
【００２２】
本発明の第１の態様では、噴孔部６に磁気カーテンが形成されている。本発明における「磁気カーテン」とは、噴孔部に磁場が印加されたときに、空気中の酸素と磁場勾配との相互作用により噴孔部に形成される障壁をいう。
以下、図２に基づいて本発明の第１の態様における磁気カーテンについて説明する。図２は、噴孔部における磁気カーテンを説明するための噴孔部周辺の模式図である。図２に示されるように噴孔部６を囲むようにして磁石８を設置すると噴孔部６には磁場勾配が発生する。酸素は常磁性を有しており、磁場勾配はこの常磁性の酸素と相互作用することにより噴孔部６に磁気カーテン２１を形成する。磁気カーテン２１は常磁性を有する酸素との相互作用により形成される酸素分子の障壁であるため、シリンダ内での燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスがソケット４側から噴孔部６内に侵入するのを阻止する。その結果、噴孔部６内壁および噴孔部６端面における燃料の熱分解反応を防止してカーボンデポジットの生成を阻止できる。さらに噴孔部６に磁気カーテン２１を形成することにより、噴孔部６内における化学反応、すなわち脱水素反応を防止し、脱水素反応に起因するカーボンデポジットの生成を阻止できる。
【００２３】
図１および図２に示される磁石８は、磁極と磁場勾配を形成し得るものであれば特に制限はない。このような磁石としては、例えば、電磁石、永久磁石のような磁石が挙げられる。操作性、安全性等を考慮すれば、永久磁石を使用することが好ましい。図１では、磁石８はノズルボディ２とソケット４との間において噴孔部６を囲むように配置される。磁石８の個数は、噴孔部６の個数に対応して適宜決定され、噴孔部６が複数設けられる場合には磁石８も複数設けられる。また、磁石８の磁極は特に制限されず、例えばシリンダ側をＳ極としノズルボディ２側をＮ極としてもよく、その逆であってもよい。
【００２４】
また、磁石の噴孔部６に対する磁場の強さは、シリンダ側からの燃料ガスの噴孔部６内への侵入を阻止できる程度の強さであればよく、例えば、磁極間の距離をできるだけ短くし、かつ小さい磁場強度で磁場勾配を大きくすることが好ましい。
【００２５】
（本発明の第２の態様）
本発明の第２の態様では、少なくとも噴孔部のシリンダ側の外周部が正（プラス）に帯電している。一般に電場間に炎を挿入すると、炎は正（＋）電位とは反発し合う性質を有する。本発明の第２の態様では、この火炎の性質を応用したものであり、噴孔部のシリンダ側の周部を正（＋）に帯電させることにより燃焼室（シリンダ）内で燃焼時に発生する火炎の噴孔部内への侵入を阻止できる。
【００２６】
なお、本発明の第２の態様における「シリンダ側の噴孔部周辺」とは、所定の孔長を有する噴孔部が形成されるノズルボディのうち、シリンダ側の噴孔周辺のノズルボディ部分、またはノズルボディの先端にソケットが設けられている場合には、貫通孔が形成されるソケットのうち、シリンダ側の貫通孔周辺のソケット部分をいう。
本発明の第２の態様では、少なくともシリンダ側の噴孔部周辺が正（プラス）に帯電するものであればよく、本発明の第２の態様には、噴孔部周辺のノズルボディの一部または全部が正（プラス）に帯電する場合のほか、ノズルボディの先端にソケットが設けられている場合には、貫通孔周辺のソケットの一部または全部が正（プラス）に帯電する場合も含まれる。
【００２７】
図４に本発明の第２の態様の好適な実施例を示す。図４に示されるように、本発明の第２の態様の好適な実施例では、燃料噴射ノズルを先端部に有するインジェクタ４１が陽極（＋極）となり、インジェクタ４１が嵌合されるシリンダヘッド４４を陰極（−極）となるように電圧を印加する。両極間における電圧の印加は、例えば、バッテリーを用いる場合、バッテリーの正（＋）極端子に接続された電線をコネクタ４５を介してインジェクタ４１内に配線するとともに、バッテリーの負（−）極端子に接続された電線をシリンダヘッド４４に配線することにより行うことができる。
【００２８】
噴孔部４３のシリンダ側のノズルボディ４２は、インジェクタ４１そのものが陽極（＋極）となるため、正（プラス）に帯電する。一方、シリンダヘッド４４は陰極（−極）となるため、インジェクタ４１が嵌合される部分の壁面は負（マイナス）に帯電する。このように、噴孔部４３のシリンダ側周辺のノズルボディ４２は正（プラス）に帯電するため、シリンダ内で燃料の燃焼により生じた火炎は噴孔部４３を含むノズルボディ４２と反発し合う。そして、シリンダ内で燃料の燃焼により発生した火炎は噴孔部４３内に侵入にくくなり、印加電圧の強度を調整することにより火炎の噴孔部４３内への侵入を完全に阻止することもできる。その結果、噴孔部４３の内壁および噴孔部４３端面における残留燃料の熱分解反応を防ぎ、これに伴うカーボンデポジットの生成を阻止できる。
【００２９】
噴孔部４３のシリンダ側のノズルボディ４２を正（プラス）に帯電させる場合、印加する電圧は燃焼時の火炎の噴孔部４３内への侵入を阻止できれば特に制限されない。具体的な印加電圧としては、例えば、自動車用バッテリーで得られる電圧である場合には、９〜１４Ｖの範囲の電圧を挙げることができる。
【００３０】
なお、図４に示される態様において、陽極のインジェクタ４１と陰極のシリンダヘッド４４間で短絡しないようにするため、インジェクタ４１を絶縁性の樹脂で被覆することが好ましい。特にインジェクタ４１とシリンダヘッド４４とが直接接触する部分には、高い絶縁材料からなる燃焼ガスシール４６、ガスケット４７などを設けておくことが好ましい。燃焼ガスシール４６及びガスケット４７は、例えばフッ素系樹脂（例えばテフロン（登録商標））で形成されることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の第２の態様の別の好ましい態様を図５に示す。図５に示される燃料噴射インジェクタ５１において、ノズルボディ５２の先端に取付けられたソケット５３側が陽極（＋極）となり、ノズルボディ５２側を陰極（−）極となるように電圧を印加する。この際、ソケット５３は、貫通孔５５が噴孔部５４と同軸となるようにノズルボディ５２に嵌合して取付けられる。
【００３２】
ソケット５３とノズルボディ５２に対する電圧の印加は、例えば、図６に示されるような態様で行うことができる。図６に示されるソケット５３は、高い絶縁性を有する材料（例えばフッ素系樹脂等）からなる樹脂で形成され、貫通孔５５の周辺には通電性を有する金属部材５８が埋め込まれている。金属部材５８は、バッテリーの正（＋）極端子に接続されている電線がコネクタを介して配線される。金属部材５８は、耐腐蝕性があり、かつ３００℃程度の温度に耐え得るものが適宜選択され、例えば、ステンレス、銅、アルミ合金などで形成できる。
【００３３】
ソケット５３とノズルボディ５２への電圧の印加は、例えば、バッテリーを用いて印加する場合、バッテリーの正（＋）極端子に接続されている電線をソケット５３に埋め込まれた金属部材５８に配線すると共に、バッテリーの負（−）極端子に接続されている電線をシリンダヘッド５６に配線する。この際、シリンダヘッド５６は、その一部がインジェクタ５１と接触しているため、この接触部分を介してインジェクタ５１は通電される。インジェクタ５１は、シリンダヘッド５６からの通電によりマイナス（−）に帯電するため、インジェクタ５１内にあるノズルボディ５２もマイナス（−）に帯電する。
なお、インジェクタ５１とシリンダヘッド５６の隙間から燃焼ガスが侵入しないようにするため、インジェクタ５１とシリンダヘッド５６の間には燃焼ガスシール５７が設けられる。燃焼ガスシール５７の材料は、密閉性を保持できるものであれば特に制限はなく、例えばフッ素系樹脂で形成することもできる。
【００３４】
図５の態様では、ソケット５３がシリンダ側で正（プラス）に帯電することにより、シリンダ内で発生する火炎がソケット５３の貫通孔５５を介して噴孔部５４へ侵入することを阻止できる。また、ソケット５３は断熱材としての役割を有するため、噴孔部５４内壁および噴孔部５４端面に残留した燃料の熱分解を防止してカーボンデポジットの生成を阻止する。
【００３５】
本発明の燃料噴射ノズルは、各種のエンジン用インジェクタの燃料噴射ノズルとして使用できる。本発明の燃料噴射ノズルは、特にシリンダ内直噴ガソリン噴射エンジン用のインジェクタの燃料噴射ノズルとして使用されることが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の第１の態様では、噴孔部に磁気カーテンを形成できるため、シリンダ内の燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスの噴孔部への侵入を阻止できる。このため、本発明の第１の態様は、噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の熱分解を防止してカーボンデポジットの生成を阻止できる。また、本発明の第１の態様では噴孔部に磁気カーテンが形成されるため、噴孔部内における化学反応を阻止できるため、脱水素反応に起因するカーボンデポジットの生成も阻止できると同時に、化学反応に伴う噴孔部の劣化を阻止できる。
【００３７】
また、本発明の第２の態様では、シリンダ側の噴孔部周辺を正電位に帯電させるため、シリンダ内での燃料の燃焼により発生する火炎が噴孔部内へ侵入するのを阻止できる。このため、本発明の第２の態様は、噴孔部内壁および噴孔部端面における燃料の熱分解を防止し、燃料の熱分解に伴うカーボンデポジットの生成を阻止できる。これにより本発明の第２の態様では、これらの化学反応に起因するカーボンデポジットの生成を阻止できるとともに、化学反応に伴う噴孔部の劣化を阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの断面概略図である。
【図２】本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの噴孔部における磁気カーテンを説明するための噴孔部周辺の模式図である。
【図３】本発明の燃料噴射ノズルが使用されるインジェクタの概略説明図である。
【図４】本発明の第２の態様の一実施例における燃料噴射ノズルの概略説明図である。
【図５】本発明の第２の態様の他の実施例における燃料噴射ノズルの概略説明図である。
【図６】本発明の第２の態様の燃料噴射ノズル部分の拡大図である。
【符号の説明】
１　　燃料噴射ノズル
２　　ノズルボディ
３　　ニードル弁
４　　ソケット
５　　弁座
６　　噴孔部
７　　貫通孔
８　　磁石
９　　凸部
１０　　溝
２１　　磁気カーテン
３１　　インジェクタ
３２　　燃料供給部
３３　　シリンダヘッド
３４　　コネクタ
４１　　インジェクタ
４２　　ノズルボディ
４３　　噴孔部
４４　　シリンダヘッド
４５　　コネクタ
４６　　燃焼ガスシール
４７　　ガスケット
５１　　インジェクタ
５２　　ノズルボディ
５３　　ソケット
５４　　噴孔部
５５　　貫通孔
５６　　シリンダヘッド
５７　　燃焼ガスシール
５８　　金属部材
【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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