(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座（８）を備えたチップ（５）を具備してなるタイプの直接噴射式内燃エンジン用燃料噴射機であって、
前記座（８）が、可動スロットル（９）と協働するものとされ、さらに、前記座（８）が、少なくとも１つの出口オリフィス（７）に対して連結され、
前記燃料噴射機が開放状態とされたときには、駆動手段が、前記可動スロットル（９）を前記座（８）に対して押圧するよう付勢する付勢手段（１１）の付勢力に抗して、前記座（８）から前記可動スロットル（９）を離間させ、これにより、前記少なくとも１つの出口オリフィス（７）を通してエンジンの燃焼チャンバ内へと燃料を噴射されるようになっており、
前記燃料噴射機が閉塞状態とされたときには、前記付勢手段（１１）が、前記可動スロットル（９）を前記座（８）に対して押圧するよう付勢するようになっており、
前記チップ（５）が、外面（６ｂ）を有し、
この外面（６ｂ）が、凹所を規定する少なくとも１つのキンク（１２）を有し、
セラミック製の構成部材（１４）が、前記凹所内において少なくとも部分的に配置され、
このような燃料噴射機において、
前記燃料噴射機が、火花点火式の内燃エンジンのためのガソリン噴射機であり、
前記セラミック製の構成部材が、セラミックコーティング（１４）とされ、
このセラミックコーティング（１４）が、前記ガソリンが供給される供給方向に関し前記出口オリフィス（７）の直下下流箇所における少なくとも前記出口オリフィス周縁部分に成膜されていて、少なくとも前記凹所を充填しており、
この場合、前記セラミックコーティング（１４）が、前記出口オリフィス（７）をなす壁と前記セラミックコーティング（１４）の外面（１５）との間において実質的に表面連続性がもたらされるようにして、さらに、前記セラミックコーティング（１４）の前記外面（１５）と前記チップ（５）の前記外面（６ｂ）のうちの前記出口オリフィス（７）の下流側に位置した部分との間において実質的に表面連続性がもたらされるようにして、成膜されていることを特徴とする燃料噴射機。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射機において、
前記スロットル（９）に取り付けられた偏向ピントル（１６）を具備し、
該偏向ピントル（１６）は、前記出口オリフィス（７）をなす前記壁に対して接触することなく、前記出口オリフィス（７）に対して軸方向に対向しており、
前記偏向ピントル（１６）は、前記出口オリフィス（７）から下流側に向けて延出しており、
前記チップ（５）の前記セラミックコーティング（１４）は、前記偏向ピントル（１６）に対して接触することなく、前記偏向ピントル（１６）の少なくとも一部を囲んでおり、
前記偏向ピントル（１６）は、前記燃焼チャンバを向いて延在する部分（１６ｂ，１６ｃ）を少なくとも部分的に備え、これら部分（１６ｂ，１６ｃ）が、セラミックコーティング（１９）によってコーティングされていることを特徴とする燃料噴射機。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料噴射機において、
前記燃料噴射機の前記チップ（５）の前記外面（６ｂ）が、周縁リッジ（１８）を備え、
該周縁リッジ（１８）は、下流側に向けて突出しているとともに、前記出口オリフィス（７）から離間した位置において前記出口オリフィス（７）を囲んでおり、
前記セラミックコーティング（１４）は、前記出口オリフィス（７）から少なくとも前記周縁リッジ（１８）の基部のところまでにわたって延在していることを特徴とする燃料噴射機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射機において、
前記セラミックコーティング（１４，１９）をなすセラミックが、ガラス状セラミックであることを特徴とする燃料噴射機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射機において、
前記セラミックコーティング（１４，１９）が、前記燃料噴射機の金属製チップ（５）上へと、噴霧によるセラミック成膜プロセスによって形成されることを特徴とする燃料噴射機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料噴射機において、
前記セラミックコーティング（１４，１９）が、前記燃料噴射機の金属製チップ（５）上へと、電解によるセラミック成膜プロセスによって形成されることを特徴とする燃料噴射機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火内燃エンジンのための、エンジンの燃焼チャンバ内に燃料を直接的に噴射するような燃料噴射機に関するものである。
【０００２】
本発明は、燃料噴射機が開放状態とされたときにエンジンの燃焼チャンバ内へと燃料を噴射するための少なくとも１つの出口オリフィスを有したチップと、駆動手段の起動によって、燃料噴射機が閉塞状態とされたときに可動スロットルを座に対して押圧するよう付勢する通常弾性的なものとされる付勢手段の付勢力に抗して、座から離間される可動スロットルと、を具備してなるタイプの燃料噴射機に関するものである。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
このタイプの断続動作する燃料噴射機は、様々な構成のものが公知であり、より詳細にはディーゼルエンジンにおいて使用されている。この場合、可動アセンブリの一部を形成していて時にプランジャーとも称されるスロットルは、電磁タイプの燃料噴射機においては、燃料噴射機のボディ内に設けられたソレノイドコイルという動力源によって閉塞位置と開放位置との間にわたって変位を受け、この可動アセンブリの移動により、動力源が停止しているときにはスロットルを座に対して押圧するよう付勢することにより燃料噴射機を閉塞するための少なくとも１つの付勢スプリングに抗して、可動アセンブリが座から離間する。
【０００４】
上記のタイプの燃料噴射機がエンジンの燃焼チャンバ内に直接的に燃料噴射するためのシステムにおいて使用されたときには、燃料噴射機の少なくともチップが、ある１つの燃焼チャンバ内において直接的に開口していることが知られている。燃料噴射機は、この構成のために、かなりの応力を受ける、特にエンジンサイクルの燃焼フェーズ時の熱による大きな応力を受ける。
【０００５】
動作時の酸化や腐食から特に１０００℃程度ともなる温度における周期的酸化や腐食からディーゼルエンジンの燃料噴射機を保護するために、燃料噴射機の表面を特にガラス相とされたセラミックコーティングで被覆すべきこと、あるいは、燃料噴射機のある種の部材を耐摩耗性材料から形成すること、あるいは、例えばセラミックやスチール等のこれら材料から形成された相補部材と関連して燃料噴射機を使用すべきこと、が提案されている。
【０００６】
特に、MARK VAN ROODE氏およびLULU HSU氏による Surface and Coatings
Technology, 32 (1987), pages 153 to 167 における“Comparative evaluationof high temperature coatings for corrosion protection of fuel injector
tips”と題する文献においては、電子ビームを使用した物理的気相蒸着プロセスによって高性能コーティングを、ニッケルクロム合金から形成された燃料噴射機チップ上に成膜し、特にガラス層とされたセラミックを成膜し、これにより、酸化や腐食による劣化からの付加的な保護をもたらすことが提案されている。
【０００７】
また、腐食からこのタイプの燃料噴射機を保護するために、米国特許明細書第４，２６６，７２９号においては、スロットルを形成する可動アセンブリのチップ、および、燃料噴射機における調整オリフィスも兼用する出口オリフィスを有したディスクすなわちビードを、例えばスチールやセラミックや工業ガラス等の耐腐食性材料から形成し、腐食によって出口オリフィスが詰まってしまうことを防止することが提案されている。米国特許明細書第４，９９１，７７１号においては、一対のセラミックリングを使用することが提案されている。この場合、リングは、燃料噴射機の出口オリフィスの両端の各々に配置され、これにより、腐食が低減される。米国特許明細書第４，５９２，５０６号においては、円錐状ピントルおよび噴射リングノズルリングを耐摩耗性セラミック材料からから形成したような燃料噴射機が提案されており、欧州特許公開明細書第６７７  ６５６号においては、プランジャーおよびスロットルを形成するプランジャーチップを例えばセラミックや特にスチールといった適切な金属等の耐摩耗性材料から形成し、動作時にこれら材料が耐えることによって摩耗や変形や疲労に耐え得るようにすることが開示されている。
【０００８】
旧来の構成における金属製部材を置換するためにあるいは従来構成とされた燃料噴射機と協働するために全体的にセラミックから形成された部材を有した上記構成であると、高価であるという欠点や計量安定性（燃料噴射機チップにおける流出部分の位置合わせ）という観点から不満であるという欠点を有している。実際、燃料噴射機チップの出口オリフィスと付加的には調整オリフィスと同じ直径のオリフィスを有したセラミックビードを、出口オリフィスに対して完全に同軸に位置合わせして配置することは不可能である。
【０００９】
さらに、このような構成は、燃料噴射機を腐食や酸化から保護することを意図したものである。
【００１０】
しかしながら、このような構成は、直接噴射システムにおいて使用されるガソリン噴射機を、所定条件下における燃料噴射機の位置に依存してまた燃焼チャンバ内に開口しているチップの表面状態に依存して燃料噴射機の性能を著しく劣化させてしまう可能性のあるしかも極めて短いエンジン動作時間（約２０時間）でもって劣化させてしまう可能性のあるカーボンオイルの沈着から保護する手段としては適切ではない。
【００１１】
実際、直接噴射型燃料噴射機が閉塞されたときには、燃料の吐出速度は、小さなものであり、このため、毛細管作用によって燃料噴射機チップの表面上に液体燃料が沈着してしまう。さらに、表面が金属であることにより、表面は、電気化学的電位が高く、製造プロセスによっては、そこそこ粗い微視構造を有している。近代燃料特にガソリンは、複雑な化学組成物であって、様々な芳香化合物を含有している。燃料噴射機チップの表面上に沈着した液体燃料が、その後の燃焼フェーズにおいて急激に高温とされたときには、あるいは、エンジンが高温状態で停止している場合に内部熱対流によって急激に高温とされたときには、液体燃料が分裂プロセスによって分解する。このため、エンジンが短時間でも動いたときには、燃料噴射機チップの表面上へのカーボンオイルの沈着が引き起こされる。このことは、性能を低減させる。というのは、燃焼チャンバ内へと規則的な燃料ジェットを吐出させずに、ジェットが不規則となったり、ジェットの向きが変更されてしまったり、供給速度が減少してしまったりする。このため、燃焼チャンバ内に噴射される噴射量が減少し、深刻でありかつ許容し得ないような燃焼品質の劣化が起こってしまう（燃焼が起こらない、あるいは、部分的な燃焼しか起こらない、いずれにしても、許容し得ない有害ガスが放出される）。
【００１２】
本発明が解決すべき課題は、実用的な様々な要求に対して特にカーボンオイル沈着による汚染からの保護という点からすなわち炭化水素残留物沈着による汚染からの保護という点から従来技術によるものよりも好適なような、また、噴射機が燃焼チャンバの点火プラグの近傍に配置された場合であってさえもそれらの点について従来技術によるものよりも好適なような、直接噴射システムのためのガソリン噴射機を提供することである。
【００１３】
とりわけ、本発明の目的は、クリーンな噴射機（カーボンオイル沈着のない噴射機）と比較したときにチップ表面上にカーボンオイル沈着を有した噴射機の場合には噴射持続時間に応じてすなわち電磁噴射機を制御している電気パルスの幅に応じて２５〜３５％も減少した供給速度でもって変形したガソリンジェットしか燃焼チャンバ内に供給できない点に鑑み、噴射機チップ上への炭化水素残留物の沈着に起因する燃料供給速度特性の変化や霧化ガソリンからなるジェットの形状の変化を生じさせることないよう保護されたガソリン噴射機を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、上記のタイプのガソリン噴射機であって本発明によって提案されるガソリン噴射機は、燃料噴射機が、ガソリンが供給される供給方向に関し出口オリフィスの直下下流箇所（すぐ下流箇所）における少なくとも出口オリフィス周縁部分においてチップの外面上に成膜されたセラミックコーティングを具備していることを特徴とする。
【００１５】
有利には、出口オリフィスの直下下流箇所における少なくとも出口オリフィス周縁部分において、チップの外面は、チップの外面内において凹所を規定する少なくとも１つのキンクを有し、セラミックコーティングは、少なくとも凹所に成膜される。
【００１６】
したがって、噴射機の金属製チップの外面よりも、ずっと円滑であり、熱伝導性がずっと小さく、電磁気的活性が低いような表面が、出口オリフィスの直下下流箇所における少なくとも出口オリフィス周縁部分に形成される。すなわち、チップ外面が、本発明によって提案される噴射機のセラミックコーティングの外面によって置き換えられる。
【００１７】
有利には、セラミックコーティングは、出口オリフィスをなす壁とセラミックコーティングの外面との間において実質的に表面連続性がもたらされるようにして、さらに、好ましくは、セラミックコーティングの外面とチップの外面のうちの出口オリフィスの下流側に位置した部分との間において実質的に表面連続性がもたらされるようにして、少なくとも凹所を充填する。このような表面連続性の利点は、対応燃焼チャンバに向けての燃料流通に関してのばらつきが避けられることである。
【００１８】
噴射機は、スロットルに取り付けられた偏向ピントルを具備したタイプのものとすることができ、この場合、偏向ピントルは、出口オリフィスをなす壁に対して接触することなく、出口オリフィスに対して軸方向に対向しており、偏向ピントルは、出口オリフィスから下流側に向けて延出している。ここで、セラミックコーティングが、偏向ピントルに対して接触することなく、偏向ピントルの少なくとも一部を囲んでいることが有利である。この実施形態においては、偏向ピントルは、少なくとも一部を、セラミックコーティングによってコーティングすることができる。特に、燃焼チャンバの内部を向く面を、セラミックコーティングによってコーティングすることができる。
【００１９】
また、噴射機は、燃料噴射機の前記チップの外面が、下流側に向けて突出しているとともに出口オリフィスから離間した位置において出口オリフィスを囲む周縁リッジを備えるタイプのものとすることができる。この場合、セラミックコーティングは、有利には、出口オリフィスから少なくとも周縁リッジの基部のところまでにわたって延在する。
【００２０】
好ましくは、セラミックコーティングをなすセラミックは、ガラス状セラミックであり、このコーティングは、燃料噴射機の金属製チップ上へと、付加的には偏向ピントル上へと、噴霧によるセラミック成膜プロセスによってまたは電解によるセラミック成膜プロセスによって形成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照しつつ本発明を何ら制限するものではない以下の実施形態に対しての説明を読むことにより、本発明がより明瞭に理解され、本発明の他の特徴点や利点がより明瞭となるであろう。
【００２２】
−図１は、火花点火エンジンにおける直接噴射システムのためのガソリン噴射機を概略的に示す側面図である。
−図２は、図１に示す噴射機の第１実施形態の一部を示す軸方向断面図である。
−図３は、図２と同様の図であって、噴射機の第２実施形態の一部を概略的に示す軸方向断面図である。
−図４は、噴射持続時間 Ｔinj（単位：ｍｓ）の関数として平均供給速度（単位：１噴射あたりのｍｇ）を示すグラフであって、上側の曲線は、カーボンオイル沈着のない噴射機に関するものであり、下側の曲線は、２０時間のエンジン動作後に燃料オイルの沈着によって汚染された噴射機に関するものである。
【００２３】
図１は、火花点火エンジンの燃焼チャンバ内に直接的にガソリンを噴射するためのガソリン噴射機を概略的に示している。噴射機は、電磁タイプの噴射機であり、間欠的に動作する。噴射機は、ボディ２内に開口している管状燃料供給機１を具備している。管状燃料供給機１は、管状のものであって、特に、符号４によって概略的に示されている電気コネクタを介して噴射機に対して連結された電気導体３によって電流が供給されるソレノイドコイルを収容している。ボディ２は、また、ボディ２のうちの燃料供給機１とは反対側において燃料供給機１の実質的に延長線上に沿って噴射機のチップ５のところにまで延在した可動アセンブリを収容している。
【００２４】
図２に概略的に示すように、噴射機チップ５は、単一円柱状オリフィス７を有した端部ビード６を備えている。オリフィス７は、この噴射機構成においては、調整オリフィスと、チップ５から対応燃焼チャンバへと加圧ガソリンジェットを供給するための通路である出口オリフィスとを、兼務している。この出口オリフィス兼調整オリフィス７は、ビード６のうちの、チップ５の内方を向く平坦面６ａに対して、円錐台形状とされた座８を介して、連結されている。噴射機が閉塞位置とされたときには、座８に対して、スロットル９が押圧される。スロットル９は、この例においては半球状ドーム形状とされていて、噴射機の内部において可動アセンブリのプランジャー１０の底部に一体連結されている。このスロットル９は、噴射機ボディに設置されている圧縮スプリング１１によって座８に向けて付勢されている。噴射機コイルが起動されたときには、プランジャー１０およびスロットル９は、スプリング１１の付勢力に抗してスプリング１１が圧縮されることによって噴射機の内部へと変位する。これにより、スロットル９が座８から離間し、噴射機内に収容されているガソリンが、出口オリフィス７から吐出されることとなる。オリフィス７のすぐ下流側位置には、出口オリフィス７の周囲部分からビード６の外面６ｂにかけて、キンク１２が機械加工されている。図２においては、キンク１２は、互いに異なる傾斜とされた２つの部分からなるキンクとされている。キンク１２のうちの、オリフィス７に近い方の内側部分すなわち上部１２ａは、径方向肩部１３を介してオリフィス７の壁に対して連接されており、キンク１２のうちの外側部分すなわち底部１２ｂは、ビード６の外面６ｂに対して連接されている。
【００２５】
図２の左半分に図示されているように、ガラス状セラミックコーティング１４が、キンク１２によって形成された凹所内に、および、キンク１２の底部１２ｂ内に、成膜されている。セラミックコーティング１４は、ビード６の平坦外面６ｂに対してわずかに厚くなっている。キンク１２の上部１２ａにおいては、セラミックコーティング１４は、凹所を充填しており、そのため、出口オリフィス７の壁とセラミックコーティング１４の外面１５とが表面連続性を確保しつつ連接されている。この表面連続性のために、燃焼チャンバに向けて下流側へとオリフィス７から流出するガソリン流が分断されることがない。しかも、出口オリフィス７の周囲におけるセラミックコーティング１４の存在、オリフィス７のすぐ近傍箇所におけるセラミックコーティング１４の存在、および、噴射機チップ５の下端上におけるセラミックコーティング１４の存在は、噴射機チップ５の外面上におけるカーボンオイルすなわち炭化水素残留物の沈着から、噴射機を保護するという効果を有している。
【００２６】
図３に示された例においては、図２における部材と同じ部材には、同一参照符号が付されている。
【００２７】
図３に示された実施形態は、図２における実施形態と比較して、スロットル９から（噴射機の軸Ｘ−Ｘに沿って軸対称に）偏向ピントル１６が軸方向に延出されている点において、相違している。したがって、偏向ピントル１６は、オリフィスの壁に対して接触することなく、調整オリフィス兼出口オリフィス７内において軸方向に配置されている。偏向ピントル１６は、さらに、オリフィス７の出口を超えて軸方向に突出している。スロットル９に対して取り付けられた偏向ピントル１６は、噴射機が開閉するときには、軸方向に往復移動するスロットル９と共に変位する。ピントル１６は、小径の円柱ロッド１７と、軸Ｘ−Ｘ回りに軸対称であって小径円柱ロッド１７の端部に配置され円錐台形状とされたいくつかの部分を有した外面と、を備えている。ガソリンが出口オリフィス７を通して供給される供給方向に関して下流側にいくにつれて拡径する内側円錐台部１６ａは、キンク１２の上部すなわち内側部分１２ａを充填しているセラミックコーティング１４の対向面と協働して、円錐台形状の環状通路を形成する。この環状通路は、ガソリンの供給方向に関して下流側にいくにつれて拡径するものである。このため、霧化のための中空円錐空間内へとオリフィス７を通してガソリンが噴射されるような効果がもたらされる。
【００２８】
図３に示された噴射機チップが図２における噴射チップと比較して相違している点は、ビード６の外面６ｂが、周縁リッジ１８を有していることである。周縁リッジ１８は、横断面形状が実質的に三角形とされていて、下流側に向けて軸方向に突出している。周縁リッジ１８は、出口オリフィス７から離間した位置において出口オリフィス７を囲んでいる。周縁リッジ１８は、この例においては、キンク１２の底部すなわち外側部分１２ｂがビード６の外面６ｂと実質的に交差するであろう場所に配置されている。
【００２９】
この例においては、セラミックコーティング１４は、出口オリフィス７と連接している肩部からリッジ１８の基部のところまでにわたって延在しており、キンク１２の上部すなわち内側部分１２ａと底部すなわち外側部分１２ｂとによって規定された凹所を充填している。しかしながら、図２に図示した例のように、セラミックコーティング１４の外面１５は、出口オリフィス７からリッジ１８のところまでにおいては表面連続性をもたらしている。
【００３０】
加えて、ピントル１６の外面のうちの外側円錐部または円錐台部１６ｂ、１６ｃは、セラミックコーティング１９によって保護することができる。この場合、セラミックコーティング１９は、ピントル１６の内側円錐台部１６ａに対しての表面連続性を形成している。
【００３１】
図３に図示された実施形態の変形例として、噴射機が偏向ピントル１６のような偏向ピントルを具備するもののリッジ１８は設けない構成とすることもできる。
【００３２】
図２および図３においては、セラミックコーティング１４および／または１９は、噴射機チップの外面の限られた表面においてのみ、噴霧によってあるいは電解成長により、成膜することができる。限られた領域とは、出口オリフィスの直下部分における出口オリフィス周辺部とされる。これにより、セラミックコーティングは、燃焼チャンバ内へと噴射されるべきガソリンの供給速度特性を劣化させたりガソリンジェットの形状を劣化させたりしかねないようなカーボンオイルの形成防止に、特に有効である。
【００３３】
図４は、８ＭＰａという圧力における制御された噴射に関しての、噴射機が開放されている時間すなわち噴射持続時間 Ｔinj（単位：ｍｓ）の関数として、噴射機の平均供給速度Ｍoy（単位：１噴射あたりのガソリンのｍｇ）を示すグラフである。測定点が菱形でプロットされている上側の曲線２０は、セラミックコーティングを有した噴射機に対して得られた曲線であり、一方、測定点が正方形でプロットされている下側の曲線２１は、同じ噴射機ではあるもののセラミックコーティングを有していない噴射機を使用して得られた曲線である。セラミックコーティングなしの場合には、各々の場合において噴射機動作の２０時間後に、カーボンオイルが沈着した。供給性能の低下が、下側の曲線２１上における４個の測定点のそれぞれに対して示されている。性能低下は、１６．６％〜２６％にわたって変化している。
【００３４】
これにより、本発明により提案されたセラミックコーティングが、直接噴射システムにおけるガソリン噴射機の初期特性を時間がたったとしても保存するという潜在可能性が明確に示された。
【００３５】
当然のことながら、本発明は、また、１つまたは複数のガソリン出口オリフィスが、噴射機の構成に基づいて１つまたは複数の調整オリフィスよりもガソリン供給方向に関して下流側に位置しているようなガソリン噴射機に対して適用することもできる。この場合には、セラミックコーティングは、噴射機チップの外面上において、１つまたは複数の出口オリフィスの直下における少なくともオリフィス周辺部分に成膜される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  火花点火エンジンにおける直接噴射システムのためのガソリン噴射機を概略的に示す側面図である。
【図２】  図１に示す噴射機の第１実施形態の一部を示す軸方向断面図である。
【図３】  図２と同様の図であって、噴射機の第２実施形態の一部を概略的に示す軸方向断面図である。
【図４】  噴射持続時間 Ｔinj（単位：ｍｓ）の関数として平均供給速度（単位：１噴射あたりのｍｇ）を示すグラフであって、上側の曲線は、カーボンオイル沈着のない噴射機に関するものであり、下側の曲線は、２０時間のエンジン動作後に燃料オイルの沈着によって汚染された噴射機に関するものである。
【符号の説明】
５    チップ
６    ビード
６ｂ  外面
７    出口オリフィス
８    座
９    スロットル
１１    スプリング（付勢手段）
１２    キンク
１４    セラミックコーティング
１５    外面
１６    偏向ピントル
１８    周縁リッジ
１９    セラミックコーティング
【図１】
0004267824.tif 000002
【図２】
0004267824.tif 000003
【図３】
0004267824.tif 000004
【図４】
0004267824.tif 000005