(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路内又は燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃機関の燃料供給装置において、
前記インジェクタが、
バルブボディと、
前記バルブボディの内部にスライド可能に配設されたニードルと、
前記ニードルのスライドに応じて前記ニードルの先端部によって開閉される噴孔と、
前記ニードルの基端側延長上に形成された第一燃料通路と、
前記第一燃料通路と前記噴孔との間の前記ニードルの周囲に形成された環状の第二燃料通路と、
前記第一燃料通路と前記第二燃料通路との間に形成され、双方の通路を連通させる少なくとも一つの連通孔と、
前記第二燃料通路の外方に配設され、前記第二燃料通路内の燃料を暖めるヒータとを備えており、
前記連通孔が、前記第二燃料通路内に旋回流を発生させるように形成され、前記連通孔の少なくとも一つが、前記ヒータの燃料供給上流側端部よりも、さらに燃料供給上流側に配置されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、吸気通路内又は燃焼室内に燃料を噴射して、吸入空気と混合して混合気を形成させ、これに点火することで出力を得ている。燃料の噴射は、インジェクタで行われるのが現在では一般的である。従来のインジェクタの先端部の断面図を図６に示す。図６に示されるように、インジェクタ１０１は、そのバルブボディ１０２の内部にスライド可能なニードル１０３を有している。燃料の非噴射時には、スプリング１１３の弾性復元力によってニードル１０３が噴孔１０４の形成されたバルブシート１１０に押圧されており、噴孔１０４が閉じられている。噴射時には、ソレノイドコイル１１２によって磁力を発生させてニードル１０３の先端をバルブシート１１０から離間させて燃料を噴射する。
【０００３】
このようなインジェクタにおいて、低温時の始動性向上や排気浄化性能を向上させるために、燃料の霧化を促進する目的でヒータを有するものもある。ヒータを有するインジェクタとしては、特開平5-141329号公報に記載のものが知られている。図６に示したインジェクタも、ヒータ１０８を有しており、上方の燃料通路１０５からニードル１０３の内部を通って、噴孔１０４から噴射される燃料を、このヒータ１０８によって暖めることができるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来のヒータ付きインジェクタにおいては、効率的に燃料を加熱するための構造的検討が十分でなかった。このため、燃料を充分に暖めることができなかったり、十分暖めるためにはヒータの駆動に多くの電力を必要としたりしていた。そこで、燃料を効率よく暖めることができるような改善が要望されていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、燃料噴射時に、燃料を効率よく暖めて霧化を促進し、低温始動時の始動性や排気浄化性能を向上させることのできる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気通路内又は燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃機関の燃料供給装置において、インジェクタが、バルブボディと、バルブボディの内部にスライド可能に配設されたニードルと、ニードルのスライドに応じてニードルの先端部によって開閉される噴孔と、ニードルの基端側延長上に形成された第一燃料通路と、第一燃料通路と噴孔との間のニードルの周囲に形成された環状の第二燃料通路と、第一燃料通路と第二燃料通路との間に形成され、双方の通路を連通させる少なくとも一つの連通孔と、第二燃料通路の外方に配設され、第二燃料通路内の燃料を暖めるヒータとを備えており、連通孔が、第二燃料通路内に旋回流を発生させるように形成されていることを特徴としている。
【０００７】
なお、ここで、連通孔の少なくとも一つが、ヒータの燃料供給上流側端部よりも、さらに燃料供給上流側に配置されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
本発明の燃料噴射装置の第一実施形態におけるインジェクタの断面図を図１に示す。図１に示されているのは、インジェクタ１の要部であり、後述するバルブボディ２やヒータ８は、図示されないケースによって、外方からカバーされている。インジェクタ１の先端は、吸気通路内や燃焼室内に露出されている。
【００１０】
インジェクタ１は、バルブボディ２、ニードル３、噴孔４、第一燃料通路５、第二燃料通路６、連通孔７、ヒータ８、アーマチュア９、バルブシート１０、コア１１、ソレノイドコイル１２、及び、スプリング１３を備えている。バルブボディ２は、その先端にバルブシート１０が結合されており、バルブシート１０には、燃料を噴射する噴射口となる噴孔４が形成されている。バルブボディ２の内部には、空間が形成されており、ニードル３がその長さ方向に沿ってスライド可能に配設されている。本実施形態においては、ニードル３は中空ニードルであり、その内部を燃料が通過し得る。
【００１１】
ニードル３の先端は、スプリング１３の弾性復元力によってバルブシート１０に押圧されており、燃料の非噴射時には、この弾性復元力によって噴孔４が閉じられている。ニードル３の基端はアーマチュア９と結合されている。アーマチュア９の内部には空間が形成されており、この空間内でスプリング１３の一端がアーマチュア９と当接されている。スプリング１３の弾性復元力は、アーマチュア９を介してニードル３を先端方向に押し付けている。アーマチュア９の燃料供給上流側（燃料が供給されてくる側）には、円筒状のコア１１が連結部材１４を介して結合されている。
【００１２】
コア１１の内部空間とアーマチュア９の内部空間とで、第一燃料通路５が形成されている。第一燃料通路５は、ニードル３の延長上に形成されることとなり、上述したスプリング１３もこの内部に配置されている。バルブボディ２の内部には上述したニードル３がスライド可能に配設されるが、このバルブボディ２とニードル３との間には、環状の第二燃料通路６が形成されている。この第二燃料通路６の外側には、第二燃料通路６内の燃料を暖めるためのヒータ８が取り付けられている。本実施形態では、ヒータ８は、バルブボディ２の外表面に取り付けられている。
【００１３】
バルブシート１０は、その内部に空間１７が形成されており、ニードル３の先端は、この空間内に突出されている。そして、この空間１７は、ニードル３の先端がバルブシート１０から離間すると、噴孔４と連通される。ニードル３の先端部には、第二燃料通路６とニードル３の内部空間とを連通させる、孔１５が形成されている。また、孔１５のさらに先端側には、上述した空間１７とニードル３の内部空間とを連通させる孔１６も形成されている。
【００１４】
バルブボディ２の基端側には、上述したコア１１をスライドさせるためのソレノイドコイル１２が結合されている。ソレノイドコイル１２によって磁界を発生させると、この磁界によって発生する磁力によってコア１１がスライドする。コア１１は、連結部材１４を介して、アーマチュア９及びニードル３と一体化されており、ソレノイドコイル１２はバルブボディ２やバルブシート１０などと一体化されている。このため、ソレノイドコイル１２によってコア１１をスライドさせることによって、ニードル３の先端をバルブシート１０に押圧された状態から離すことができる。
【００１５】
また、アーマチュア９には、図１及び図１におけるA-A断面図である図２に示されるように、第一燃料通路５と第二燃料通路６とを連通させる連通孔７が形成されている。本実施形態においては、連通孔７が、ニードル３の中心軸に対して対称に二つ設けられたが、少なくとも一つあればよい。噴孔４が開かれた場合、燃料は、第一燃料通路５−連通孔７−第二燃料通路６−孔１５−ニードル３の内部空間−孔１６−バルブシート１０内の空間１７−噴孔４、という経路を辿って噴射される。
【００１６】
そして、この連通孔７は、第二燃料通路６内に旋回流を生じさせるように形成されている。本実施形態の場合を例に具体的に旋回流を形成させる形状を説明する。連通孔７は、図７に示されるように、ニードル３の中心軸に対して直角な断面において、ニードル３の中心軸から放射状に形成されておらず、この中心軸に対してオフセットされて形成されている。このようにすることによって、第二燃料通路６内に旋回流を生じさせることができる。あるいは、上述した断面において、第一燃料通路５から外方に向けて放射状に渦巻き状に連通孔７を形成させることによっても、第二燃料通路６内に旋回流を生じさせることができる。
【００１７】
上述した連通孔７によって第二燃料通路６内に旋回流を発生させつつヒータ８によって燃料を暖めることによって、ヒータ８からの熱の熱伝達部となるバルブボディ２の内面での境界層にじょう乱を与えることができ、熱伝達効率を向上させることができる。また、第二燃料通路６内の燃料が旋回流を形成しているため、ヒータ８からの熱の熱伝達部となるバルブボディ２の内面との接触機会が増え、熱をより多く受け取れるようになって熱伝達効率が向上するという側面もある。この結果、燃料を効率的に暖めることができ、冷間始動時の始動性向上や排気浄化性能の向上に寄与する。
【００１８】
なお、ここでは、ニードル３の基端側延長上に第一燃料通路５を形成し、ニードル３の周囲に第二燃料通路６を形成し、この両者を連通させる連通孔７によって、第二燃料通路６内に旋回流を発生させる。このため、インジェクタ１の大型化を伴わなずに簡単な構造で性能向上を行うことができる。上述した境界層にじょう乱を与えるのに、導流板のような別部材を設ける必要もなく、製造コスト、製造方法上も都合がよい。また、上述した簡単な構造は、ニードル３やアーマチュア９などの可動部の質量増加を招くことはない。可動部の質量が増加してしまうと、ニードル３による噴孔４の開閉制御に悪影響（高速追随性の悪化など）を招くおそれがあるが、本実施形態はそのようなことがない。
【００１９】
さらに、ヒータ８によって第二燃料通路６内の燃料を暖めるので、連通孔７の位置は、ヒータ８の燃料供給上流側端部よりも、さらに燃料供給上流側に配置されている。即ち、図１においては、ヒータ８の上端よりも上側に連通孔７が位置されている。連通孔７が複数設けられる場合は、そのうちの少なくとも一つが、上述した位置に設けられる。このようにすることによって、ヒータ８の熱の熱伝達部で旋回流が確実に形成されていることとなり、熱伝達効率をより一層向上させることができる。
【００２０】
次に、本発明の第二実施形態を図３及び図４に示す。図４は、図３におけるB-B線断面図である。また、本実施形態において、上述した第一実施形態と同等又は同一の構成部分については、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、上述した第一実施形態と特に異なる部分についてのみ詳しく説明する。
【００２１】
本実施形態におけるインジェクタ１は、第一燃料通路５、連通孔７、及び、バルブシート１０付近の構成が、上述した第一実施形態のものと異なっている。第一燃料通路５は、ニードル３の基端側延長上に形成されているが、本実施形態では、これがニードル３の内部空間と連通している。そして、連通孔７は、ニードル３の基端側に形成されている。ただし、本実施形態においても、連通孔７の位置は、ヒータ８の燃料供給上流側端部よりもさらに燃料供給上流側（図３における上側）に位置されている。
【００２２】
また、噴孔４は、ニードル３の先端で開閉されるのは上述した第一実施形態と同様であるが、バルブシート１０の内部の空間１７は、孔１８を介して常に第二燃料通路６と連通されている。このため、本実施形態においては、噴孔４が開かれた場合、燃料は、第一燃料通路５（ニードル３の内部空間まで延設されている）−連通孔７−第二燃料通路６−孔１８−バルブシート１０内の空間１７−噴孔４、という経路を辿って噴射される。
【００２３】
本実施形態の連通孔７も、図４に示されるように、第二燃料通路６内に旋回流を発生させるように形成されている。具体的には、本実施形態においても上述した第一実施形態と同様に、ニードル３の中心軸に対して直角な断面において、連通孔７が、ニードル３の中心軸から放射状に形成されておらず、この中心軸に対してオフセットされて形成されている。本実施形態によっても、連通孔７によって第二燃料通路６内に旋回流を発生させつつヒータ８によって燃料を暖めることによって、ヒータ８からの熱の熱伝達部となるバルブボディ２の内面での境界層にじょう乱を与えることができ、熱伝達効率を向上させることができる。
【００２４】
また、簡便な構造で応答性良く、熱伝達効率を向上させることができるのも上述した第一実施形態のものと同様である。さらに、本実施形態においても、連通孔７の位置が、ヒータ８の燃料供給上流側端部よりも、さらに燃料供給上流側に配置されているので、ヒータ８の熱の熱伝達部で旋回流が確実に形成されていることとなり、熱伝達効率をより一層向上させることができる。
【００２５】
さらに、本発明の第三実施形態を図５に示す。なお、図５におけるA-A線断面図は、第一実施形態におけるA-A線断面図である図２と全く同様である。また、本実施形態においても、上述した第一実施形態と同等又は同一の構成部分については、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、上述した第一実施形態と特に異なる部分についてのみ詳しく説明する。
【００２６】
本実施形態におけるインジェクタ１においては、ニードル３が中空ニードルではなく、中実ニードルである。そして、第一燃料通路５及び連通孔７の形成形態は第一実施形態と同様であり、バルブシート１０の構造は第二実施形態のものと同様である。なお、可動部の慣性質量を低減するという目的で、本実施形態におけるニードル３を中空ニードル（内部空間は閉空間となる）としても何ら差し支えない。
【００２７】
連通孔７が、第二燃料通路６内に旋回流を形成させるように構成されているのも同様である。また、連通孔７の位置が、ヒータ８の燃料供給上流側端部よりもさらに燃料供給上流側（図５における上側）に位置されているのも同様である。本実施形態においては、噴孔４が開かれた場合、燃料は、第一燃料通路５−連通孔７−第二燃料通路６−孔１８−バルブシート１０内の空間１７−噴孔４、という経路を辿って噴射される。
【００２８】
本実施形態によっても、連通孔７によって第二燃料通路６内に旋回流を発生させつつヒータ８によって燃料を暖めることによって、ヒータ８からの熱の熱伝達部となるバルブボディ２の内面での境界層にじょう乱を与えることができ、熱伝達効率を向上させることができる。また、簡便な構造で応答性良く、熱伝達効率を向上させることができるのも上述した実施形態のものと同様である。さらに、本実施形態においても、連通孔７の位置が、ヒータ８の燃料供給上流側端部よりも、さらに燃料供給上流側に配置されているので、ヒータ８の熱の熱伝達部で旋回流が確実に形成されていることとなり、熱伝達効率をより一層向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した第二実施形態においては、連通孔７はニードル３の基端側にのみ設けられたが、これに加えて、ニードル３の中央部やニードル３の先端部にも連通孔を形成しても良い。この際、ニードル３の中央部に形成される連通孔は、基端側の連通孔によって形成された旋回流を助長するように形成される。また、上述した第二実施形態のアーマチュア９に、第一実施形態のような連通孔７を形成させてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、連通孔によって第二燃料通路内に旋回流を発生させつつ、第二燃料通路内の燃料をヒータによって暖めることによって、ヒータからの熱の熱伝達部となるバルブボディの内面での境界層にじょう乱を与えることができ、熱伝達効率を向上させることができる。また、簡便な構造で応答性良く、熱伝達効率を向上させることができる。
【００３１】
さらに、連通孔の位置が、ヒータの燃料供給上流側端部よりも、さらに燃料供給上流側に配置されているので、ヒータの熱の熱伝達部で旋回流が確実に形成されていることとなり、熱伝達効率をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料供給装置の第一実施形態におけるインジェクタの断面図である。
【図２】図１（図５）におけるA-A線断面図である。
【図３】本発明の燃料供給装置の第二実施形態におけるインジェクタの断面図である。である。
【図４】図３におけるB-B線断面図である。
【図５】本発明の燃料供給装置の第三実施形態におけるインジェクタの断面図である。
【図６】従来の燃料供給装置におけるインジェクタの断面図である。
【符号の説明】
１…インジェクタ、２…バルブボディ、３…ニードル、４…噴孔、５…第一燃料通路、６…第二燃料通路、７…連通孔、８…ヒータ、９…アーマチュア、１０…バルブシート、１１…コア、１２…ソレノイドコイル、１３…スプリング。
【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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