JP2006046229A

JP2006046229A - 加熱式燃料噴射弁

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Publication number: JP2006046229A
Application number: JP2004230091A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Yasukawa; 義人安川; Noriyuki Maekawa; 典幸前川; Takehiko Kowatari; 武彦小渡; Yoshio Okamoto; 良雄岡本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: EP1624182A1; US7387263B2; CN100417806C; US20060027217A1; JP4069911B2; CN1730931A

Abstract

【課題】
始動時から燃料を加熱し燃料粒径を小径化するために、省電力で加熱時間が短い加熱インジェクタを提供する。
【解決手段】
エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁のケーシング１０と、燃料が通過するオリフィスを持つオリフィス部材５０と、オリフィスの開閉動作をするプランジャ２０と、オリフィス部材とケーシングに複数箇所で接し複数の狭窄部によって狭窄された燃料通路およびその下流側に狭窄部によって入口側が閉塞された燃料加熱空間流路部を形成するスワルチップ３０、燃料通路形成部材とケーシングとの間に配置されかつ前記燃料通路の内部において前記燃料通路形成部材もしくは前記ケーシングのどちらかにより複数の箇所で支持されるヒータを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンの燃料噴射弁，エンジンへの燃料噴射方法および燃料噴射弁の組み立て方法に関するものである。

燃料噴射弁から噴射される燃料を加熱し、噴射する燃料噴射弁に関して、例えば特許文献１と２に提供されている。特許文献１記載の燃料噴射弁は、噴霧形状の変更を目的に、複数の燃料通路を形成し、複数の燃料通路のうちから選択した燃料通路内に流れる燃料をヒータによって加熱している。特許文献２では、可動するニードル弁の周囲に電熱線を旋回している。

特開２０００−２３０４６５号公報、要約書特開２００３−３１４４０２号公報、要約書

しかしながら、特許文献１の技術では、始動時から燃料を加熱しようとすると、ヒータがケーシングに接して配置されているため、ヒータの熱の一部がケーシングに伝わり、燃料を加温する効率が悪くなる。そのため、加熱時間が長くなり消費電力もあわせて大きくなる可能性がある。

また、複数の通路に分離し、その選択した通路にヒータを配置しているものの、ヒータが備わっていない通路もあり、結局、噴射する燃料の一部のみが加熱されるにとどまり、噴射される燃料全体の微粒化は進まない恐れがある。

ところで、エンジンの始動性向上、ならびに低有害排ガス化にはなるべく燃焼し易いように噴霧燃料の微粒化を促進した方が有利である。一般にエンジンを始動しようとキーオンした後、クランキングが開始され、始動用に燃料の噴射が開始されるまで０.５秒程度とわずかな時間であり、この時間内に噴霧燃料の微粒化を図ると着火性がよく、特に未燃炭化水素（ＨＣ）の排出量が低減できる。また、クランキング時はスタータの消費電力の大きく、その間はバッテリへの電力負荷が大きいため、電力を消費する機器を作動させる際には特に省電力化が求められる。そのため、燃料を加熱する電気ヒータは短時間内に効率よく燃料の温度を上昇させることが求められる。

特許文献２では、ニードル弁の周囲に電熱線を旋回し、ニードル弁全体を暖めると同時に、長いニードル弁周囲全体の燃料を加熱する。そのため、電力消費が大きくなりバッテリに余分な負担を掛けるばかりでなく、スタータへの電力供給が少なくなり肝心な始動性が悪くなる恐れがある。

本発明の第１の目的は、これらの点を考慮し始動時の短時間に燃料を少ない電力により昇温でき、固体差の少ない加熱式燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本発明の第２の目的は、加熱式燃料噴射弁の構造を簡略化し、組み立てを容易にすることにある。

本発明の第３の目的は、効率よく昇温した燃料を直ちにエンジンに噴射するようにした噴射方法を提供することにある。

本発明の第４の目的は、前述の加熱式燃料噴射弁について簡便に行う燃料噴射弁の組み立て方法を提供することにある。

目的を達成する加熱式燃料噴射弁は、エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁のケーシングと、ケーシングの内部にあり燃料が通過するオリフィスを持つオリフィス部材と、ケーシングの内部にありオリフィス部材のオリフィスの開閉動作をするプランジャと、オリフィス部材とケーシングに複数箇所で接し複数の燃料通路を形成する燃料通路形成部材と、燃料通路形成部材とケーシングとの間に配置されかつ前記燃料通路の内部にヒータを備え、狭窄部に閉塞された燃料加熱空間流路部を備えることを特徴とする。

さらに、このような加熱式燃料噴射弁において、前記燃料通路形成部材もしくは前記ケーシングのどちらかにより複数の箇所で支持されるヒータを備える。

同時に燃料通路形成部材とケーシングから形成される燃料通路の容積が、エンジンの燃焼１回に要求される燃料噴射量の容積より同じか少なくすることを他の特徴とする。

また、噴射した燃料を噴射口旋回させる作用を持つ燃料通路形成部材を有する加熱式燃料噴射弁の構成であればなお良い。

なお、組み立てる際には、前記燃料通路形成部材と前記ヒータを予め組み合わせてから前記ハウジングの中に組み入れると良い。

本発明は、具体的には、ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられ前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁において、前記燃料通路を形成する部材または前記ケーシングは、前記燃料通路の入口側に該燃料通路を狭める狭窄部を有し、該狭窄部によって入口側が狭窄部通路を除いて閉塞された燃料加熱空間流路部が前記燃料通路に形成され、該燃料加熱空間流路部にヒータが設けられるエンジンの燃料噴射弁を提供する。

本発明によれば、入口側に設けた狭窄部によって閉塞された燃料加熱空間流路部が形成され、ここの内部にヒータを設置することが出来、定められた容積中に存在する一定量の燃料を加熱することができるから、その加熱を有効に、迅速に行うことができる。そして、燃料加熱空間流路部の容積を狭窄部の長さを調整することによって調整し、エンジンへの燃料一回噴射分とすることが容易に設定することができ、その加熱は限定された量について行うものであるので、有効に、迅速に行うことができる。これによってエンジン始動時における燃料の微粒化を有効に行うことができる。

燃焼１回ごとの燃料を主に加熱することなり、余分な燃料の加熱をせずともよくなり、消費電力の低減、また、高速な燃料加熱が可能となる。さらに、燃焼１回毎の燃料を加熱するので、加熱を中止−再開する場合の制御性が向上する。

旋回効果を持つ燃料通路形成部材とあわせることにより、旋回効果が弱くなる燃料圧力の低い始動時においても、加熱により燃料は微粒化される。また、始動後には加熱作用を十分に用いなくとも、旋回効果を持つ燃料通路形成部材によって、十分な微粒化が達成でき、結果として消費電力の低減出来る効果を得る。

狭窄部を燃料が通過し燃料の流れが整えられると共に燃料速度が増加しヒータに導入されるので、ヒータから燃料への伝熱の増加が可能となる。

組み立て方法によって、脆弱なヒータを保護することになり組み立てが容易になる。さらに燃料通路形成部材の最外径がヒータの最外径よりも大きくなるので、燃料通路形成部材が保護材として機能し一層組み立てが容易になる。

本発明の実施例によれば、ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられ前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁において、前記燃料通路を形成する部材または前記ケーシングは、前記燃料通路の入口側に該燃料通路を狭める狭窄部を有し、該狭窄部によって入口側が狭窄部通路を除いて閉塞された燃料加熱空間流路部が前記燃料通路に形成され、該燃料加熱空間流路部にヒータが設けられ、前記ヒータは、前記燃料加熱空間流路部に、前記ケーシングおよび前記燃料通路を形成する部材の表面から浮き上がって設置されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射弁が構成される。

前記狭窄部は、前記燃料通路を全周に亘って狭める円周部と、該円周部の複数個所に前記ケーシングに達する凸部を備える構成とすることができる。

前記狭窄部は、前記燃料通路を全周に亘って狭める円周部と、該円周部の複数個所に対向する相手方に達する凸部を備え、前記ヒータを該凸部に設けた孔もしくは溝部を貫通させ、保持するようにしてもよい。

本実施例は、ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられ前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射方法において、前記燃料通路を形成する部材または前記ケーシングに設けられた、前記燃料通路の入口部で該燃料通路を狭める狭窄部によって、入口側が狭窄部通路を除いて閉塞され、エンジンへの燃料噴射一回分に相当する容積とされた燃料加熱空間流路部が前記燃料通路に形成され、該燃料加熱空間流路部内に設けたヒータによって加熱された燃料がエンジンに供給され、噴射されるエンジンの燃料噴射方法を構成する。

更に、前記狭窄部通路長さを調整することによって前記燃料加熱空間流路部が容積が調整されるエンジンの燃料噴射方法を構成する。

本実施例は、ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられ前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁の組み立て方法において、前記ケーシングの端部を開放端部として形成し、かつ一部に貫通孔を形成し、前記燃料通路を形成する部材に、前記燃料通路の入口側に該燃料通路を狭める狭窄部を形成し、かつ該狭窄部によって入口側が狭窄部通路を除いて閉塞される燃料加熱空間流路部を形成し、該燃料加熱空間流路部の内部に位置するようにして前記燃料通路を形成する部材にヒータを取り付け、該ヒータのリード線を前記ケーシングに設けた貫通孔を貫通させて、前記燃料通路を形成する部材を前記ケーシングの開放端部から該ケーシング内に挿入，設置し、しかる後に前記オリフィス部材を前記開放端部から該ケーシング内に前記燃料通路を形成する部材に接するようにして挿入，設置して該ケーシングに固定すると共に、前記貫通孔を塞ぎ、以って、前記ケーシングと前記燃料通路を形成する部材との間に、前記狭窄部通路および燃料加熱空間流路部とを備えた前記燃料通路を形成するエンジンの燃料噴射弁の組み立て方法を構成する。

本発明による燃料加熱ヒータを有する事を特徴とする、一つの実施例を図１に示す。

図１において、この加熱式燃料噴射弁１には、ケーシング１０と、オリフィス部材５０，オリフィスの開閉を行うプランジャ２０，オリフィス部材５０とこれらを内包するケーシング１０に接しそれぞれとの間で燃料通路６０Ａ〜Ｅをつくる燃料通路形成部材を兼ねるスワルチップ３０，燃料を加熱するヒータ４０がある。また、プランジャを駆動する電磁コイル７０，電磁コイル７０に電流を供給する電気配線の一部である電磁コイル駆動電極７５，電磁コイル７０が形成する磁路の一部である内側固定鉄心８０，プランジャ２０をオリフィス部材５０に押し付ける方向に付勢するコイルばね９０，ヒータ４０に電力を供給する回路の一部であるヒータ用駆動ターミナル１２０，樹脂モールド１２３，燃料を加熱するヒータ４０へのヒータ４０の配線１２５より構成される。

燃料は、図示しない燃料ポンプにより加圧され、図示しない燃料配管より燃料噴射弁の燃料導入口１１０より導入される。燃料は、その後、異物除去用のフィルタ６１を通過し、燃料通路６０Ａを経て、燃料通路６０Ｂを通り、プランジャ上部２０Ａの図示しない燃料通過穴のあるを通り燃料通路６０Ｃに行き、燃料通路６０Ｄ，燃料通路６０Ｅを経由し、燃料通路６０Ｅ部で加熱されオリフィス部材５０の噴射孔５０Ａから噴射される。

燃料を噴射する際は、電磁コイル駆動電極７５に通電すると、電磁コイル７０に電流が流れ、通常オリフィス部材５０に着座しているプランジャ２０に吸引力が発生し、その力がコイルばね９０の抑える力を上回り、プランジャ２０が内側固定鉄心８０側に移動し、オリフィスが開く。電磁コイルへ通電を中断すると、電磁力が弱まりプランジャがコイルばねによって元の位置に戻り噴射を停止される。

燃料を加熱するヒータ４０はヒータ用駆動ターミナル１２０より通電され、加熱式燃料噴射弁外部を配線１２５として通り、ヒータ４０に至り、ヒータ４０が発熱する。ヒータ４０より出る配線１２５，ケーシング穴部１２１により構成される。

ヒータ４０は、本例の場合、ニクロム線式の電熱ヒータである。ニクロム線を用いることにより、余分な熱容量を持つことなく、昇温時間を一層はやめることができる。なお、絶縁のため絶縁被膜を持つニクロム線式ヒータであっても、一般に絶縁層は薄いので昇温の効果を落とすことなく、信頼性耐久性を高めることができる。ニクロム線でなくともヒータの電源電圧に対し２００℃を温度限界とするＰＴＣヒータ（Positive Coefficient Ceramic Heater）を用いれば、温度制御回路が不要となり一層の簡略化ができる。

図２は図１の加熱式の燃料噴射弁１の先端拡大図、図３は図２の一部断面を含む燃料噴射弁１の先端拡大図、図４は図３のＩ−Ｉ断面図、図５は燃料噴射弁１に使用するスワルチップ３０の斜視図、および図６は、図５を下方から見た図である。

これらの図において、スワルチップ３０は、ケーシング１０の先端部１１の空間部１２内に配設され、上端側、すなわち燃料入口側に図において上下方向に長さを有する狭窄部３５を有し、燃料通路６０を狭める。この狭窄部３５は、燃料通路６０を全周に亘って狭める円周部６２を有し、円周部６２の８個所（本実施例では８個所としているが、複数個であればよい。）にケーシング１０に達する凸部３７を備える。この凸部は、図において、上下方向、すなわち垂直方向に突出した突出部によって形成され、凸部の長さはこれを切削するなどして調整可能である。このように、狭窄部３５は入口側に形成されて狭窄部通路６３を形成し、長さが調整され得、かつ狭窄部３５によって閉塞された燃料加熱空間流路部６４を出口側に形成する。図５に示すように、凸部３７は、閉塞され、狭窄部通路６３のみが燃料加熱空間流路部に連通する。狭窄部通路６３と燃料加熱空間流路部６４は同一平面を有し、燃料加熱空間流路部６４は凸部に達する小突起部６５を有する。また、最大端面に燃料にスワールを形成する横通路３３が形成してある。この狭窄部３５によって入口側が狭窄部通路６３を除いて閉塞されたほぼ円周状の燃料加熱空間流路部６４を燃料通路６０に形成することになる。凸部３７の長さ、すなわち狭窄部３５の長さによって燃料加熱空間流路部６４は容積が調整され、この内部にヒータ４０を備える。ヒータ４０は、燃料加熱空間流路部内においてスワルチップ３０あるいはシリンダ１０に接して設けられてもよいが、図に示すように、浮き上がらせることによってヒータ４０の持つ熱を有効に、迅速に燃料に伝熱させることができる。

燃料加熱空間流路部６４の容積は、エンジンへの燃料噴射一回分に相当する容積である。この容積とすることによって適量の燃料を有効に、迅速に加熱し、エンジンに供給，噴射させることができる。

なお、本例にあってはスワルチップ３０に凸部３７を形成しているがケーシング１０に内方に向けて凸部３７を形成することができる。また、スワルチップ３０とケーシング１０との間に別体としてリング状のものを挿入して凸部材とすることができる。この例は、別体ではあるが、スワルチップ３０と一体として使用されるものであるからスワルチップ３０の一部とみることができる。

上述のように、ヒータ４０はヒータ４０がスワルチップ３０の８箇所の凸部３７によって燃料通路内部に設置されるように支持されている。このようになるべく少ない接触面積を持つように支持することで、ヒータ４０からスワルチップ３０に移動する熱量が少なく有効に燃料を加熱することができ、省電力化、短時間昇温化に寄与し、エンジン始動から安定した微粒化噴霧が得られる効果もある。

またヒータ４０はスワルチップ３０とケーシング１０との間の燃料通路６０（燃料加熱空間流路部６４）に配置されるので、スワルチップ３０がある分、燃料通路６０が狭められヒータ４０の周囲に燃料を集中して配置することができる。それによりヒータ４０からの熱を対流に頼ることなく、熱伝導により燃料を昇温できるようになり、燃料全体を高速に加熱することができる。さらにヒータ４０とプランジャ２０の間にスワルチップ３０が存在するため、プランジャ２０に熱が伝わりにくく、プランジャ２０の熱変形を防ぐことができるため安定した噴霧が得られる効果もある。さらに、スワルチップ３０はヒータ４０により加熱されてもプランジャ１０が通っている穴は広がるため、プランジャ１０が動かなくなるとことはなく、プランジャ１０がヒータ４０により加熱されても動作が安定している効果もある。

ニクロム線ヒータを用い燃料への熱伝達をさらに促進するには、ヒータのニクロム線間にはクリアランスがあるほうが望ましい。ニクロム線のまき線ピッチ間隔をニクロム線径の１.５倍にすると、ニクロム線間に１／２直径の隙間ができ、ニクロム線による燃料のミクロな渦の発生とともに、ニクロム線の表面積を最大にすることができる。これ以下のクリアランスであると、ニクロム線同士が干渉しあい熱伝達の効率が低下する。これ以上のクリアランスであると、ニクロム線ヒータの占有容積が大きくなり、搭載性が悪くなる。尚、本例においてはニクロム線ヒータを使用しているが、円筒状のヒータとしても構わない。

なお、ヒータ４０の配線１２５は、片端はスワルチップ３０に挿入し、もう一方はスワルチップ３０に設けた溝を通りケーシング１０にある穴よりより外に出され、燃料噴射弁に設けられた溝に沿い、樹脂モールド１２３よりモールド穴１２４を通じ再び内部に入りヒータ用駆動ターミナル１２０に通じている。この際の各部穴は耐熱絶縁接着剤で塞ぎ燃料漏れを防止する。なお、スワルチップ溝に代えてスワル貫通孔としても良い。

スワルチップ３０においてはオリフィス部材５０と接する面にある横通路３３には図６に詳細に示されるように旋回効果を持つ通路がある。スワルチップ３０により微粒化が促進されるのは周知の事実であるが、燃料圧力の低い始動時にはその効果が弱まる。加熱式燃料噴射弁を用いることにより、旋回効果が弱くなる燃料圧力の低い始動時においても、加熱により燃料は微粒化することでき、始動時から安定して微粒化をはかることが可能となる。また、スワルチップ３０を持つ燃料噴射弁の微粒化作用により、始動後には加熱作用を十分に用いなくとも、十分な微粒化が達成でき、結果として消費電力の低減出来る効果を得る。

さらにスワルチップ３０およびこれにより形成される燃料流路の詳細を説明する。上述のように、前記ヒータ４０上部のスワルチップ３０の上流側（燃料入口側）には複数の狭窄部３５を設ける。このことにより、狭窄部３５を燃料が通過し燃料の流れが整えられると共に燃料速度が増加しヒータ４０の設けられた閉鎖された燃料加熱空間流路部６４に導入されるので、燃料噴射中はヒータ４０から燃料への伝熱の増加がはかられる。また、燃料噴射が中断されても燃料の慣性により、ヒータ周囲の燃料が流動を続けるために燃料への伝熱が促進される。

また加熱式の燃料噴射弁１の先端部においては、スワルチップ３０とケーシング１０、スワルチップ３０とオリフィス部材５０から形成される燃料加熱空間流路部６４の容積が、エンジンの燃焼１回に要求される燃料噴射量の容積より同じか少なくして、すなわち燃料噴射量相当量としてある。ここで言う燃焼１回とは、各気筒の燃焼行程１回相当分のことである。図１２，図１３に燃焼１回分における燃料の容量とヒータ４０の位置関係を示す。

図１２は、燃焼１回分の燃料に対してヒータ４０が浸かっている状況を示している。このようにすることで、燃焼１回ごとの燃料を主に加熱することなり、余分な燃料の加熱をせずともよくなり、消費電力の低減、また、高速な燃料加熱が可能となる。さらに、燃焼１回毎の燃料を加熱するので、加熱を中止−再開する場合の制御性が向上する。もちろんヒータ４０を配置する場所が燃焼１回分よりも少ない箇所に配置されていることが望まれる。

図１３のように燃焼一回分の燃料に対してヒータが浸かっている状況でなければ同じ電力をヒータに投入すると燃焼一回相当分に対応した加熱が出来ず十分できない恐れがある。消費電力低減のためには、図１２に示すように、ヒータが燃焼１回分の燃料容量以内にあったほうが望ましい。

図１１に、図２に示す本実施例の加熱式の燃料噴射弁１を使用した際の燃料、ヒータ４０の温度上昇パターンを示す。２本の実線はヒータの温度の上昇を示すヒータ温度上昇線１５０、燃料の温度の上昇を示す燃料温度上昇線１５５であり、ヒータの温度はヒータの電気抵抗を測定することによって、燃料の温度は噴射口の下流の燃料温度を熱電対で測定した。図の横軸の０はキーオン時刻である。クランキングが開始され１回目の噴射に至るまでの０.５秒の間に燃料温度は８０〜１００℃に達し、ヒータは２００℃に漸近しているものの超えていない。この温度は図１０において燃料温度と平均粒径の関係線１５６からも分かるように、１００℃以上の温度であるとパーコレーションが発生する可能性があり、噴射量，平均粒径ともにばらつきが大きくなり、エンジンの燃焼制御が困難になる。なお、平均粒径は燃料の表面張力に関係しており、粒径の減少率は、燃料温度を上げることによる表面張力の低下率に対し、線系に変化する（表面張力∝粒径）。しかし、８０℃以下の燃料温度であると、微粒化十分進まず排ガス中のＨＣ成分が多く排出されてしまう。そのため燃料温度は、８０〜１００℃の範囲が最も望ましい。よって実施例のように温度上昇することで良好な噴霧、すなわち燃料に好適な粒子の平均粒子径２０μｍが得られる。

ヒータ温度はヒータ耐久性、すなわち熱膨張により発生する応力、また絶縁被覆の寿命からヒータ近傍の燃料温度を考慮して２００℃以下で燃料の温度を８０〜１００℃に設定できる温度であることが望ましい。

図７に燃料噴射結果を示す。縦軸は開弁時間と燃圧を一定としたときの噴射燃料流量、横軸は時間である。実線１５７は、本実施例の燃料流量であり、一定している。これに対し、実線１５８は燃料温度が２００℃以上の場合であり、燃料流量が一定していない。

図８および図９に加熱式燃料噴射弁の組み立て方法の一例を示す。

組み立て方法は、次のように構成される。
〇ケーシング１０の端部を開放端部１３１として形成し、かつケーシングの一部に貫通孔としてのケーシング穴１２１を形成する。
〇スワルチップ３０に、燃料通路６０の入口側に燃料通路を狭める狭窄部３５を形成し、かつ狭窄部３５によって入口側が狭窄部通路６３を除いて閉塞されることになる燃料加熱空間流路部６４を形成する。このようにしてスワルチップ３０を形成する。（Ｓ１１）
〇燃料加熱空間流路部６４の内部に浮き上がるようにした位置にして、スワルチップ３０、すなわち凸部のスワルチップ溝にヒータ４０を取り付けて組み立てる。（Ｓ１２，Ｓ１３）
〇ヒータ４０の配線（リード線）１２５をケーシング穴１２１を貫通させて、スワルチップ３０を開放端部１３１からケーシング１０内に挿入し、設置する。すなわちケーシング１０に挿入する。（Ｓ１４）
〇ヒータ配線を固定する。（Ｓ１５）
〇しかる後に、オリフィス部材５０を開放端部１３１からケーシング１０内にスワルチップ３０に接するまで挿入，設置してケーシング１０に固定する。すなわちオリフィス部材５０を挿入する。（Ｓ１６）
〇燃料噴射弁（インジェクタ）１を完成する。（Ｓ１７）
このようにすることによって、ケーシング１０とスワルチップ３０との間に、狭窄部通路６３および燃料加熱空間流路部６４とを備えた燃料通路６０とすることができる。

本組み立て方法は、スワルチップ３０とヒータ４０を予め組み合わせた状態でケーシング１０に挿入している。本実施例ではヒータより出る配線は、片端はスワルチップ３０に半田付けし、もう一端はケーシング１０に開いた穴を通しその後、半田で止め、組み合わせた部材を挿入した後にオリフィス部材５０，ケーシング１０に溶接し、組み立てる。予め組み立てておくことにより、ヒータ４０の位置決め精度が上がり、量産時に固体ばらつきが少ない加熱式燃料噴射弁ができる。また燃料通路形成部材であるスワルチップ３０と予め組み合わせるために、燃料噴射弁を完成させなくともヒータの検査が容易になり、歩留まりが向上する。説明すると、ヒータ４０とスワルチップ３０を組み合わせたとき、その取り付けによってはヒータ４０とスワルチップ３０が接しているためヒータからスワルチップ３０への熱伝達・熱伝導が変わりやすく、加熱式燃料噴射弁の昇温性能がばらつく。予めヒータを組み付けておくことにより、ヒータ組み付け状態での温度上昇が測定できるようになり、加熱式の燃料噴射弁の完成以前に粗悪ヒータを排除することができる。

また本実施例の構成よりスワルチップ３０の最外径がヒータ４０の最外径よりも大きくなるので、スワルチップ３０が脆弱なヒータ４０に対する保護材として機能し、一層組み立てが容易になる効果もある。

以上の実施例は、噴射口は一つであった。

しかし、複数の噴射口を持つ加熱式の燃料噴射弁１への応用も容易である。図１４にその一例を示す。燃料噴射弁先端は、ケーシング１０１０，プランジャ１０２０，燃料通路形成部材１０３０，横通路１０３３，燃料通路１０３５，ヒータ１０４０，オリフィス部材１０５０，多孔プレート１０６０から構成される。それぞれの位置関係は、ケーシング１０１０の内部に燃料が通過するオリフィスを持つオリフィス部材１０５０が配置され、ケーシング１０１０の内部にあり、オリフィス部材１０５０の開閉動作をするプランジャ１０２０が配置される。また、燃料噴射弁先端部には前記オリフィス部材１０５０とケーシング１０１０に接しそれぞれとの接触面で燃料通路を形成する、燃料通路形成部材１０３０が存在し、燃料通路形成部材１０３０もしくはケーシング１０１０のどちらかにより複数の箇所にて支持されるヒータ１０４０がある。燃料通路形成部材１０３０においてはオリフィス部材１０５０と接する面にある横通路１０７０がある。オリフィス部材１０５０と接し燃料が噴射される位置に多孔プレート１０６０が存在する。通常オリフィス部材１０５０に着座しているプランジャ１０２０が通電により持ち上がり、燃料通路１０３５内に配置されているヒータ１０４０に触れる事で燃料は加熱され、オリフィス部材１０５０を通り、多孔プレート１０６０より燃料は噴射される。

ヒータ１０４０が燃料通路１０３５内部に複数の箇所で支持されているので、ヒータ１０４０の熱は燃料に有効に伝えられるようになる。ヒータ１０４０は燃料通路形成部材１０３０とケーシング１０１０との間の燃料通路１０３５に配置されるので、燃料通路形成部材１０３０がある分、燃料通路１０３５が狭められヒータ１０４０の周囲に燃料を集中して配置することができるようになる。そのために、燃料全体を高速に加熱することが可能となる。二つの効果によって省電力でかつ昇温時間の早い加熱式燃料噴射弁を得ることができる。さらにヒータ１０４０とプランジャ１０２０の間に燃料通路形成部材１０３０が存在するため、プランジャ１０２０に熱が伝わりにくく、プランジャ１０２０の熱変形を防ぐことができるため安定した噴霧が得られる。また、多孔プレート１０６０付近の燃料を加熱できるので、エンジン始動から安定した微粒化噴霧を得る事も出来る。

また、多孔プレート１０６０があることにより多孔による効果が弱くなる燃料圧力の低い始動時においては、加熱により燃料は微粒化され、始動後には加熱作用を十分に用いなくとも、多孔プレート１０６０によって、十分な微粒化が達成でき、結果として消費電力の低減出来る効果を得る。

本発明による燃料加熱噴射弁の概略図。図１の燃料噴射弁の先端部を拡大して示す図。図２の燃料噴射弁の一部断面を含む先端部の構成図。図２のＩ−Ｉ断面の図。スワルチップの構成を示す斜視図。旋回要素の詳細を示す図。始動後の燃料流量を示す図。組立方法を示す図。組み立てステップを示す図。燃料温度と平均粒径の関係を示す図。燃料とヒータ温度上昇を示す図。ヒータ配置の好ましい例。ヒータ配置の好ましくない例。複数の噴射口を持つ加熱式燃料噴射弁の先端図。

符号の説明

１０…ケーシング、２０…プランジャ、３０…スワルチップ、３３…横通路、３５…狭窄部、３７…凸部（突出部）、４０…ヒータ、５０…オリフィス部材、６０…燃料通路、６３…狭窄通路部、６４…燃料加熱空間流路部、７０…電磁コイル、７５…電磁コイル駆動電極、８０…内側固定鉄心、９０…コイルばね、１２０…ヒータ用駆動ターミナル、１２３…樹脂モールド、１２４…モールド穴、１２５…配線、１２１…ケーシング穴、１５０…ヒータ温度上昇線、１５５…燃料温度上昇線、１５６…燃料温度と平均粒径の関係線、１５７…本発明始動粒径変化線、１５８…従来技術指導粒径変化線、１０１０…ケーシング、１０２０…プランジャ、１０３０…燃料通路形成部材、１０３３…横通路、１０３５…燃料通路、１０４０…ヒータ、１０５０…オリフィス部材、１０６０…多孔プレート。

Claims

ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられて前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁において、
前記燃料通路を形成する部材または前記ケーシングは、前記燃料通路の入口側に該燃料通路を狭める狭窄部を有し、該狭窄部によって入口側が狭窄部通路を除いて閉塞された燃料加熱空間流路部が前記燃料通路に形成され、該燃料加熱空間流路部にヒータが設けられることを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。
請求項１において、前記狭窄部は、前記燃料通路を全周に亘って狭める円周部と、該円周部の複数個所に前記ケーシングに達する凸部を備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。
請求項１において、前記ヒータは、前記燃料加熱空間流路部に、前記ケーシングおよび前記燃料通路を形成する部材の表面から浮き上がって設置されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。
請求項３において、前記狭窄部は、前記燃料通路を全周に亘って狭める円周部と、該円周部の複数個所に対向する相手方に達する凸部を備え、前記ヒータを該凸部に設けた孔もしくは溝部を貫通させ、保持することを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。
請求項１において、前記燃料通路を形成する部材は、燃料の旋回手段を有するスワールチップであることを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。
ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられて前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射方法において、
前記燃料通路を形成する部材または前記ケーシングに設けられた、前記燃料通路の入口部で該燃料通路を狭める狭窄部によって、入口側が狭窄部通路を除いて閉塞され、エンジンへの燃料噴射一回分に相当する容積とされた燃料加熱空間流路部が前記燃料通路に形成され、該燃料加熱空間流路部内に設けたヒータによって加熱された燃料がエンジンに供給され、噴射されることを特徴とするエンジンの燃料噴射方法。
請求項６において、前記狭窄部の通路の長さを調整することによって、前記燃料加熱空間流路部の容積が調整されることを特徴とするエンジンの燃料噴射方法。
請求項６または７において、前記燃料加熱空間流路部で、前記燃料加熱空間部の内部に浮き上がって配設された前記ヒータによって燃料を８０〜１００℃に昇温することを特徴とするエンジンの燃料噴射方法。
ケーシングと、該ケーシングの内部にあって、燃料が通過するオリフィスを形成するオリフィス部材と、前記オリフィスを開閉動作するプランジャと、前記ケーシングの内部にあって、該ケーシングに対向配置され、前記オリフィス部材に接して設けられて前記ケーシングに沿って燃料通路を形成する部材を備えたエンジンの燃料噴射弁の組み立て方法において、
前記ケーシングの端部を開放端部として形成し、かつ一部に貫通孔を形成し、前記燃料通路を形成する部材に、前記燃料通路の入口側に該燃料通路を狭める狭窄部を形成し、かつ該狭窄部によって入口側が狭窄部通路を除いて閉塞される燃料加熱空間流路部を形成し、該燃料加熱空間流路部の内部に位置するようにして前記燃料通路を形成する部材にヒータを取り付け、該ヒータの配線を前記ケーシングに設けた貫通孔を貫通させて、前記燃料通路を形成する部材を前記ケーシングの開放端部から該ケーシング内に挿入、設置し、しかる後に前記オリフィス部材を前記開放端部から該ケーシング内に前記燃料通路を形成する部材に接するようにして挿入、設置して該ケーシングに固定すると共に、前記貫通孔を塞ぎ、以って、前記ケーシングと前記燃料通路を形成する部材との間に、前記狭窄部通路および燃料加熱空間流路部とを備えた前記燃料通路を形成することを特徴とするエンジンの燃料噴射弁の組み立て方法。