(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ状空間の先端が絞られた噴口として開口する燃料噴射通路と、前記燃料噴射通路内に延在し前記噴口を選択的に開閉するニードル弁体とを有し、前記燃料噴射通路内を圧送された燃料を前記ニードル弁体が前記噴口を開くとき該噴口を経て噴射するよう構成された燃料噴射弁にして、前記燃料噴射通路内にて前記ニードル弁体の周りに旋回して延在する電熱線よりなる燃料加熱ヒータを有し、前記電熱線の前記燃料噴射通路に沿う旋回の密度は前記噴口に近い部分に於いて前記噴口より隔たる部分よりも高くされていることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に係わり、特に燃料加熱ヒータを備えた燃料噴射弁に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射弁は、一般に先端が絞られた噴口として開口する燃料噴射通路と、前記噴口を選択的に開閉するニードル弁体とを有し、前記燃料噴射通路内を圧送された燃料を前記ニードル弁体が前記噴口を開くとき該噴口を経て噴射する基本構造を有する。
【０００３】
更に、この種の燃料噴射弁には、機関の冷温始動時に噴射された燃料をよりよく霧化させて機関の始動性を向上させると同時に有害未燃成分の発生を極力抑制すべく、その燃料噴射通路内を流れる燃料に加熱を施すヒータを組み込むことが知られている。かかるヒータは、燃料噴射通路がニードル弁の側方にこれに沿って平行に延在する比較的細い通路として形成されている場合には、実開昭59-107973号公報に示されている如く、燃料噴射通路の一部にそれを取り囲む鞘状のヒータ（シースヒータ）として設けられ、或いは実開平3-83370号公報に示されている如く燃料噴射通路内にそれに沿って延在するよう挿入された電熱線として設けられている。
【０００４】
また、燃料噴射通路が先端にて噴口に絞られた比較的大径のシリンダ状空間として形成され、噴口を開閉するニードル弁が燃料噴射通路内に延在する構造の燃料噴射弁に於いて、燃料噴射通路内にニードル弁体の周りに筒状に延在するセラミックヒータを設けることが特表2000-508041号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機関冷温始動時に於ける噴射燃料の加熱は、機関の始動性向上の効果をよりよく発揮する点でもそうではあるが、特に有害未燃成分の発生を抑制する効果をよりよく発揮する点から、最初の燃料噴射に於いて最初に噴射される燃料から始まって燃料によりよい加熱が施されるように行われることが有効である。そのためには、燃料加熱用ヒータはその立ち上がりが可及的に速やかで且つ発熱密度が高いだけでなく、噴口に接する部分に存在する燃料に対しても加熱を施すことができるようになっていることが望まれる。
【０００６】
一方、この種の燃料噴射弁に於いては、ニードル弁はその先端が噴口を閉じる閉位置へ向けてばねにより付勢され、噴口を開くときにはニードル弁がその根本部に設けられたアーマチュアにて電磁石により引き付けられるようになっており、その開弁リフトはアーマチュアが電磁石のコアに当接することにより定まるようになっている。そのため、燃料加熱ヒータによりニードル弁が加熱されて熱膨張を生ずると、その分だけ弁リフトが減少することになる。従って、燃料加熱ヒータについては、それによる燃料の加熱によってニードル弁に熱膨張を生じさせることを可及的に抑制することができる構造であることが望まれる。
【０００７】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に於ける燃料加熱ヒータに関する上記の如き要請に想到し、これらの要請を満たすことのできる燃料加熱ヒータを備えた燃料噴射弁を提供すること課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、シリンダ状空間の先端が絞られた噴口として開口する燃料噴射通路と、前記燃料噴射通路内に延在し前記噴口を選択的に開閉するニードル弁体とを有し、前記燃料噴射通路内を圧送された燃料を前記ニードル弁体が前記噴口を開くとき該噴口を経て噴射するよう構成された燃料噴射弁にして、前記燃料噴射通路内にて前記ニードル弁体の周りに旋回して延在する電熱線よりなる燃料加熱ヒータを有し、前記電熱線の前記燃料噴射通路に沿う旋回の密度は前記噴口に近い部分に於いて前記噴口より隔たる部分よりも高くされていることを特徴とする燃料噴射弁を提供するものである。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
上記の如くシリンダ状空間の先端が絞られた噴口として開口する燃料噴射通路と、かかる燃料噴射通路内に延在し該噴口を選択的に開閉するニードル弁体とを有し、燃料噴射通路内を圧送された燃料をニードル弁体が噴口を開くとき該噴口を経て噴射するよう構成された燃料噴射弁に於いて、燃料加熱ヒータを燃料噴射通路内にてニードル弁体の周りに旋回して延在する電熱線として構成しておけば、燃料噴射通路の長さに比して電熱線の長さを長くすることができ、その収納スペースに比して大きな発熱表面積を呈するヒータを形成することができる。またこの場合、燃料は旋回して延在する電熱線を横切って流れるので、電熱線から燃料への熱伝達は高い熱伝達率にて行われる。更にまた、かかる旋回形状の電熱線であれば、その巻回の先端部を噴口の周りに密集させることにより、噴口に接してその周りに存在する燃料に対して強力な加熱を施すことができ、最初の燃料噴射のときからその最初に噴射される燃料に対しても強力な加熱効果を与えることができる。
【００１１】
更にまた、旋回のピッチを適宜に変えることにより、発熱表面の密度の分布を大きな自由度をもって設定することができ、これによって発熱表面の密度分布を噴口に近いところでこれより隔たったところに於けるよりも高くし、燃料が燃料噴射通路内をその入口部から噴口へ向けて流れるにつれて加熱が加速度的に高められるようにすることができる。こうすることにより、噴口から噴射される燃料の加熱度を高くしても、燃料の加熱に付随してニードル弁に及ぼされる加熱を噴口に近い限られた長さの範囲に抑えることができ、ニードル弁全体が加熱されると、喩え熱膨張率がさほどでなくても、長さが大きいことより全体の熱膨張代が大きくなり、弁リフトが大きく削減されるような好ましからざる事態に至ることを回避することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付の図１は、本発明による燃料加熱ヒータを備えた燃料噴射弁の一つの実施例をその要部について示す概略図である。
【００１３】
図に於いて、１は燃料噴射弁のハウジングであり、燃料噴射弁にノズル状の形態を与えている。図示の概略図に於いては、ハウジング１は一体の段付き筒状体として示されているが、実施に当たっては、かかるハウジングは製造や取り付けの便宜を考慮していくつかの部材を組み合わせた任意の構造に作られてよいものである。ハウジングはその内部、特にその先端部に、シリンダ状の燃料噴射通路２を備えており、その先端は絞られて噴口３に形成されている。図示の実施例では、燃料噴射通路２は円筒形状に作られており、噴口３は円筒形状の燃料噴射通路の中心に整合して開口している。
【００１４】
燃料噴射通路２内には、その中心軸線に沿って延在するニードル弁４が設けられている。ニードル弁４はその根本部にてホルダー５によりそのガイド孔６に沿って摺動するよう案内支持されており、その円錐状に形成された先端にて噴口３を開閉するようになっている。ホルダー５には更に燃料を通す燃料孔７および後述のヒータへの通電端子を通す端子孔８が設けられている。９はホルダー５を取り付けるためのスナップリングである。ニードル弁４の後端にはアーマチュア１０が取り付けられている。アーマチュアは、図にて孔１１として解図的に示されている如く、それを横切って燃料を通過させる構造に作られている。
【００１５】
１２は電磁コイルであり、その通電により励磁されるコア１３と共にアーマチュア１０を選択的に吸引する電磁石を構成している。コア１３の中心部には、そこに空けられた筒状の空隙１４に沿って圧縮コイルばね１５が設けられており、その根本部をばねホルダー１６により支持され、その先端部にてアーマチュア１０に当接し、ニードル弁４をその先端にて噴口３を閉じる閉位置へ付勢している。
【００１６】
図には示されていない燃料噴射ポンプより圧送されてきた燃料は、図の上方から空隙１４を通ってハウジング１内へ導入され、燃料噴射通路２を通って噴口３へ向かう。電磁コイル１２が通電されていないときには、噴口３はニードル弁４により閉じられているが、電磁コイル１２が通電されると、ニードル弁はアーマチュア１０がコア１３に当接するまで圧縮コイルばね１５のばね力に抗して図にて上方へ引き上げられ、噴口３が開かれる。この場合のニードル弁の開弁リフトは閉弁時に於けるアーマチュア１０とコア１３の間のクリアランスＬに相当する。
【００１７】
燃料噴射通路２内には、ニードル弁４の周りを回って旋回する電熱線１７よりなる燃料加熱用ヒータが設けられている。電熱線１７の図に於ける上端は、端子孔８を通って配設された端子１８に接続されており、下端はハウジング１の噴口３の周りに当接し、ハウジングを介して接地されている。
【００１８】
このように発熱体を線状の電熱線とし、シリンダ状の燃料噴射通路の中心部に沿ってニードル弁が延在することによりその間に残された環筒状の空間内に、該電熱線をニードル弁の周りを回るように旋回配置することにより、円筒状のセラミックヒータ等に比してより大きい発熱表面を形成して熱伝達率を上げることができ、これによって最初の燃料噴射のときからその最初に噴射される燃料に対しても強力な加熱効果を与えることができる。更に、ニードル弁４の周りに旋回する電熱線１７の配設の密度は、図示の実施例に示されている如く、噴口３に近い部分にてこれより遠い部分に比して高くされてよい。図示の実施例では、噴口３に隣接する部分とこれより隔たる部分とで２通りに異なる密度とされているが、電熱線の密度の変化はかかる実施例に限られず、他に任意の適当な変化とされてよい。
【００１９】
燃料噴射弁の作動中、即ち燃料噴射通路２内を燃料が噴口３へ向けて流れている状態で電熱線１７に通電が行われると、燃料噴射通路２に沿って流れる燃料は電熱線の始端が位置する０位置から始まって加熱を受け、噴口３へ向かうにつれてその温度が次第に上昇していく。今、燃料が一定の流量にて流れている状態で電熱線に一定の電流が流されている状態を考えると、燃料は流れの方向に沿って順次単位量当たりに電熱線の密度に比例する量の熱を受け、それに比例した温度差だけ温度が上昇していく。この場合、そのような状態がある所定時間以上継続すると、燃料は継続して流れていても、燃料噴射通路２に沿う燃料の温度分布は定常になり、ニードル弁４の燃料噴射通路２内に延在する部分の各部の温度は燃料噴射通路２に沿う燃料の温度分布に対応するものとなる。
【００２０】
そこで、本発明による燃料加熱ヒータの作動によりニードル弁４が加熱されて膨張し、ニードル弁の開弁リフトが減少する度合を、燃料加熱ヒータが前述の特表2000-508041号公報に於ける円筒状のセラミックヒータの如く燃料噴射通路２に沿って一様な発熱密度にて発熱するヒータである場合と比較する。円筒状セラミックヒータをそれに対応して電熱線に置き代えると、それは電熱線が燃料噴射通路内に一様なピッチにて旋回するよう配設されていることに相当する。
【００２１】
図２は、横軸にニードル弁の加熱開始位置からの各局分の距離Ｓをとり、縦軸に各局分の温度Ｔをとって表したグラフである。燃料噴射通路２に沿うヒータの発熱密度が一様である場合には、ニードル弁の各局分の温度は、直線Ａにて示す如く、加熱開始位置から隔たるにつれて一様に増大し、その距離がＳｔとなる先端にて通電量に対応するある最高温度Ｔｆに達する。従って、この場合、ニードル弁の加熱による伸びは、各局部に於ける伸びの集積であり、各局部の微小長さをΔＳとし、その温度をＴとすれば、ニードル弁の全体の伸び、即ち開弁リフトの減少量は、（Ｔ−Ｔｏ）ΔＳをＳ＝０からＳ＝Ｓｔまで積分した値となり、それは直線Ａが横軸に対してなす面積（三角形０−ｅ−Ｓｔ）の面積に比例した値である。
【００２２】
これに対し、図１に示した本発明の実施例に於ける如く、電熱線１７の旋回のピッチが燃料噴射通路２の前半にて粗くされ、後半にて蜜にされているときには、噴口より噴射される燃料の温度が同一であり、ニードル弁先端の温度が同じ温度Ｔｆとなるときにも、それに至る各局部の温度は直線Ｂ1とＢ2を繋いだものとなり、ニードル弁全体の伸びは、直線Ｂ1−Ｂ2が横軸に対してなす面積、即ち三角形０−ｍ−Ｓｍと四角形Ｓｍ−ｍ−ｅ−Ｓｔの和に比例した値となる。これは上記の三角形０−ｅ−Ｓｔに比して三角形０−ｅ−ｍの面積に相当する量だけ小さく，この分だけ燃料加熱に起因してニードル弁の開弁リフトが削減される量が少なくなることを意味する。
【００２３】
また、上記の通り電熱線１７の配設密度は任意に設定されてよいので、例えばこれをその始端より噴口に隣接する終端へ向けて無段に漸増させ、ニードル弁の局部の温度が図２に於いて曲線Ｃにて示す如く変化するようにすれば、噴口から噴出される燃料の加熱最終温度をＴｆより高めても、燃料加熱に起因する弁リフトの減少を更に小さく抑えることが可能である。
【００２４】
以上に於いては本発明を一つの実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料加熱ヒータを備えた燃料噴射弁の一つの実施例をその要部について示す概略図。
【図２】燃料噴射通路に沿うヒータの発熱密度の変化によりニードル弁に熱膨張が生ずる態様を本発明と公知例について比較して示すグラフ。
【符号の説明】
１…ハウジング
２…燃料噴射通路
３…噴口
４…ニードル弁
５…ホルダー
６…ガイド孔
７…燃料孔
８…端子孔
９…スナップリング
１０…アーマチュア
１１…燃料通過孔
１２…電磁コイル
１３…コア
１４…筒状空隙
１５…圧縮コイルばね
１６…ばねホルダー
１７…電熱線
１８…端子
【図１】
0003888217.tif 000002
【図２】
0003888217.tif 000003