JP2007024033A - Fuel injection device of internal combustion engine - Google Patents

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隆太 山口
Hiroyuki Kaneko
洋之 金子
Takafumi Fukumoto
貴文 福本
Norihiko Kiritani
範彦 桐谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an highly reliable fuel injection device of an internal combustion engine in which the distribution of a fuel in a combustion chamber can be changed without using a movable member. <P>SOLUTION: A nozzle injection valve 20 comprises a nozzle plate 30 having a plurality of jetting holes 32. The jetting holes are classified into groups A, B, C, and heaters Ha, Hb, Hc heated by energization are installed in the jetting holes for each group. No heater is energized, the distribution of the jetted fuel is concentrated to the cavity 4a of a piston. When the heater Ha is heated by energization within a temperature range in which the fuel is not boiled in the jetting hole, the fuel is passed through the jetting holes in group A, and the flow of the fuel toward an area near a spark plug 6 is increased over a flow from the jetting holes in the other groups. When the heaters Hb, Hc are heated by energization to more than a temperature at which the fuel is boiled in the jetting holes, a pressure loss in the jetting holes is increased to reduce the amount of the fuel passed through the jetting holes in groups B, C. Consequently, since the fuel distribution is changed, the fuel near the spark plug can be enriched so that the fuel is adaptive to stratified combustion when the engine is cooled. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料を燃料噴射弁で燃焼室へ直接噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber using a fuel injection valve.

燃焼室へ燃料を直接噴射する直噴火花点火式の内燃機関では、その運転状態に応じて均質燃焼と成層燃焼の2つの燃焼モードを使い分けるようにしている。
均質燃焼モードは、燃料が燃焼室内全域にできるだけ均等に分布した状態で燃焼させるもので、内燃機関が出力を要求される時のモードであり、比較的大量の燃料を消費する。
一方、成層燃焼モードは、燃焼室内に燃料の濃い領域と薄い領域を形成して燃焼状態を燃焼室の部位によって異ならせるもので、内燃機関が出力をあまり要求されない時のモードであり、均質燃焼モードと比べると消費される燃料の量が少ない。
In a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber, two combustion modes, homogeneous combustion and stratified combustion, are used properly according to the operating state.
The homogeneous combustion mode is a mode in which the fuel is burned in a state where it is distributed as evenly as possible throughout the combustion chamber, and is a mode when the internal combustion engine is required to output, and consumes a relatively large amount of fuel.
On the other hand, the stratified combustion mode is a mode in which the combustion state varies depending on the combustion chamber part by forming a fuel rich region and a thin region in the combustion chamber. Less fuel is consumed than the mode.

しかし、内燃機関のモードは要求される出力のみによって決定されるものではなく、また、消費される燃料の量、すなわち燃料噴射弁から噴出される燃料の量も異なっている。例えば、燃焼室を構成する部材の温度が低いと、燃料が壁に付着してしまい気化しない。気化しない燃料は内燃機関の運転に寄与しないので、壁に付着する分の燃料を余計に噴射する必要がある。
気化せず燃焼に寄与しなかった燃料は燃費を悪化させ、また不完全にしか燃焼しなかった分は未燃焼ガスとして排気ガスの悪化を招くことになる。
以上のように、内燃機関の運転状態によって最適な燃料噴射量、あるいは最適な噴射燃料の分布は異なっている。
However, the mode of the internal combustion engine is not determined only by the required output, and the amount of fuel consumed, that is, the amount of fuel injected from the fuel injection valve is also different. For example, if the temperature of the members constituting the combustion chamber is low, the fuel adheres to the wall and does not vaporize. Since the fuel that does not evaporate does not contribute to the operation of the internal combustion engine, it is necessary to inject extra fuel adhering to the wall.
The fuel that has not vaporized and contributed to the combustion deteriorates the fuel consumption, and the portion that is burned only incompletely causes the exhaust gas to deteriorate as an unburned gas.
As described above, the optimal fuel injection amount or the optimal distribution of injected fuel differs depending on the operating state of the internal combustion engine.

内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射弁から噴射される燃料の分布を変化させるための装置としては、従来、特開平7−151039号公報に開示されたものがある。
これは、燃料噴射弁から噴射される燃料の通過経路近傍にそって曲面を形成する制御板を配置し、これを通過経路に向かって接近、後退可能としたものである。制御板を通過経路に接近させると、コアンダ効果により制御板寄りに噴射方向が曲がるので、これを利用して燃料の噴射方向を変化させ、必要時には重点的に燃料を点火プラグの火花部近傍に集中させる。
特開平7−151039号公報
As a device for changing the distribution of the fuel injected from the fuel injection valve in accordance with the operating state of the internal combustion engine, there is a device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-151039.
In this case, a control plate that forms a curved surface is arranged along the vicinity of the passage of fuel injected from the fuel injection valve, and the control plate can approach and retract toward the passage. When the control plate is brought closer to the passage path, the injection direction bends closer to the control plate due to the Coanda effect, so the fuel injection direction is changed using this, and when necessary, the fuel is focused close to the spark part of the spark plug. Concentrate.
JP-A-7-1551039

しかしながら、上記特開平7−151039号公報に開示された従来例では、制御板を通過経路に向かって接近、後退させる可動板とするので、燃料噴射弁の開口の外側(外径側)に配置しなければならない点でサイズ的に実現性に難点があるとともに、信頼性に懸念がある。
したがって本発明は、可動部材を用いることなく燃焼室内の燃料の分布を変化可能で、信頼性の高い内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
However, in the conventional example disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-151039, the control plate is a movable plate that approaches and retracts toward the passage path, so it is arranged outside the opening (outer diameter side) of the fuel injection valve. There is a problem in the feasibility in terms of size that must be done, and there is a concern about reliability.
Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable fuel injection device for an internal combustion engine that can change the fuel distribution in the combustion chamber without using a movable member.

このため本発明の燃料噴射装置は、複数のグループに分けられた噴射孔を有するノズルプレートを燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴出口に備え、少なくとも1つのグループにはヒータが付設されて、該ヒータを作動させることにより、グループごとに噴射孔を通過する燃料を昇温可能とするものとした。   For this reason, the fuel injection device of the present invention is provided with a nozzle plate having injection holes divided into a plurality of groups at the injection port of the fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber, and at least one group is provided with a heater. Thus, by operating the heater, the temperature of the fuel passing through the injection holes can be increased for each group.

本発明によれば、グループごとに付設されたヒータを作動させると当該噴射孔を通過する燃料が加熱されて昇温するので、燃料の粘度が低下し、その粘度の低下に伴って、当該グループの噴射孔の燃料流量が増加する。また、ヒータをさらに加熱させ、噴射孔内で燃料が沸騰し始めると、噴射孔内の圧力損失が急激に増加し、当該グループの噴射孔の燃料流量が減少する。これにより、可動部材を用いることなく、燃焼室の特定の領域に向かう方向の燃料流量を増加させ、或いは減少させることが噴射孔のグループ毎で可能になるので、例えば成層燃焼に好適である。   According to the present invention, when the heater attached to each group is operated, the fuel passing through the injection hole is heated and the temperature rises, so that the viscosity of the fuel decreases, and as the viscosity decreases, the group The fuel flow rate in the injection hole increases. Further, when the heater is further heated and the fuel begins to boil in the injection hole, the pressure loss in the injection hole increases rapidly, and the fuel flow rate in the injection hole of the group decreases. Accordingly, it is possible to increase or decrease the fuel flow rate in a direction toward a specific region of the combustion chamber without using a movable member, which is suitable for stratified combustion, for example.

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
まず、第1の実施例について説明する。
図1は、本実施例が適用される内燃機関の燃焼室まわりの構成と、点火プラグおよび燃料噴射弁の制御系を示す図である。
シリンダブロック1の上端にシリンダヘッド3が固定され、シリンダ2内を上下にストロークするピストン4とシリンダヘッド3の間に燃焼室Rが形成される。
シリンダヘッド3の中央頂部には、火花部6aを燃焼室Rに臨ませた点火プラグ6が取り付けられている。シリンダヘッド3の点火プラグ6を挟む両側には、吸気通路7の開口を開閉するインテークバルブ8と、排気通路9の開口を開閉するエグゾーストバルブ10とが設けられている。
シリンダヘッド3にはまた、吸気通路7の開口に隣接して、シリンダブロック1との結合部近傍に燃料噴射弁20が設けられている。燃料噴射弁20には図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料が供給されている。
Next, embodiments of the present invention will be described by way of examples.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration around a combustion chamber of an internal combustion engine to which this embodiment is applied, and a control system for a spark plug and a fuel injection valve.
A cylinder head 3 is fixed to the upper end of the cylinder block 1, and a combustion chamber R is formed between the piston 4 and the cylinder head 3 that move up and down in the cylinder 2.
A spark plug 6 with a spark portion 6 a facing the combustion chamber R is attached to the center top of the cylinder head 3. An intake valve 8 that opens and closes the opening of the intake passage 7 and an exhaust valve 10 that opens and closes the opening of the exhaust passage 9 are provided on both sides of the ignition plug 6 of the cylinder head 3.
The cylinder head 3 is also provided with a fuel injection valve 20 adjacent to the opening of the intake passage 7 and in the vicinity of the coupling portion with the cylinder block 1. The fuel injection valve 20 is supplied with fuel pressurized by a fuel pump (not shown).

ピストン4の上端面には燃料噴射弁20側に偏らせたキャビティ4aが形成されており、燃料噴射弁20の軸Lはピストン4が上死点直前にあるときのキャビティ4aに向けられている。
点火プラグ6および燃料噴射弁20を制御するコントロールユニット100には、吸気通路7に設けられたエアフローメータ101、同じく吸気通路7の図示しないスロットルバルブに付設されたスロットル開度センサ102、クランク角センサ103、および冷却水温度センサ104からの各検出信号が入力されるようになっている。
コントロールユニット100は、各センサからの検出信号に基づいて内燃機関の運転状態を判別し、運転状態に応じて点火プラグ6の点火時期および燃料噴射弁20の噴射量を制御するとともに、燃料噴射弁20からの噴射量および噴射燃料の分布を制御して均質燃焼モードまたは成層燃焼モードとする。
A cavity 4a that is biased toward the fuel injection valve 20 is formed on the upper end surface of the piston 4, and the axis L of the fuel injection valve 20 is directed to the cavity 4a when the piston 4 is just before top dead center. .
The control unit 100 that controls the spark plug 6 and the fuel injection valve 20 includes an air flow meter 101 provided in the intake passage 7, a throttle opening sensor 102 attached to a throttle valve (not shown) of the intake passage 7, and a crank angle sensor. 103 and each detection signal from the cooling water temperature sensor 104 are input.
The control unit 100 determines the operating state of the internal combustion engine based on detection signals from the sensors, controls the ignition timing of the spark plug 6 and the injection amount of the fuel injection valve 20 according to the operating state, and also controls the fuel injection valve. The injection quantity from 20 and the distribution of the injected fuel are controlled to obtain the homogeneous combustion mode or the stratified combustion mode.

つぎに、図2は燃料噴射弁20の燃焼室R側先端部の詳細構造を示す。
燃料噴射弁20は、筐体21の内部に燃料を一時貯留する油圧室Fを備える。筐体21の底壁(図2中の下方側)には油圧室Fと連通する噴出口としての流量調節孔22が形成されている。燃料噴射弁20はその流量調節孔22を燃焼室R内に向けて取り付けられる。
油圧室Fには、図示しないソレノイドにより軸方向(図1中の上下方向)に移動可能な針弁25が備えられ、流量調節孔22を囲んで円錐面の弁座23が形成されている。針弁25はその先端に弁座23と整合する円錐面26を備えて弁座に着座可能となっており、ソレノイドがオン、オフして上下に移動することにより流量調節孔22を開閉する。
Next, FIG. 2 shows the detailed structure of the front end of the fuel injection valve 20 on the combustion chamber R side.
The fuel injection valve 20 includes a hydraulic chamber F that temporarily stores fuel inside the housing 21. A flow rate adjusting hole 22 is formed in the bottom wall (lower side in FIG. 2) of the casing 21 as a jet port communicating with the hydraulic chamber F. The fuel injection valve 20 is attached with its flow rate adjusting hole 22 facing the combustion chamber R.
The hydraulic chamber F is provided with a needle valve 25 that can be moved in the axial direction (vertical direction in FIG. 1) by a solenoid (not shown), and a conical valve seat 23 is formed surrounding the flow rate adjusting hole 22. The needle valve 25 has a conical surface 26 that aligns with the valve seat 23 at its tip, and can be seated on the valve seat. The solenoid is turned on and off to move up and down to open and close the flow rate adjusting hole 22.

流量調節孔22部分にはノズルプレート30を備える。
具体的には、筐体21の先端部に流量調節孔22を覆うようにしてプレート保持部材27が取り付けられており、プレート保持部材27が流量調節孔22の開口と対向させてノズルプレート30を保持している。
流量調節孔22が開かれると加圧された燃料が後述するノズルプレート30を経て燃焼室Rへ噴出される。
なおプレート保持部材27は、セラミクスや石英などの熱伝導率の小さい絶縁物28を介してノズルプレート30を保持している。
ノズルプレート30からは、絶縁物28およびプレート保持部材27の内部を通って、引き出し電極50、51が外部まで延びている。
A nozzle plate 30 is provided in the flow rate adjusting hole 22 portion.
Specifically, a plate holding member 27 is attached to the tip of the housing 21 so as to cover the flow rate adjusting hole 22, and the plate holding member 27 faces the opening of the flow rate adjusting hole 22 so that the nozzle plate 30 is moved. keeping.
When the flow rate adjusting hole 22 is opened, pressurized fuel is jetted into the combustion chamber R through a nozzle plate 30 described later.
The plate holding member 27 holds the nozzle plate 30 via an insulator 28 having a low thermal conductivity such as ceramics or quartz.
From the nozzle plate 30, lead electrodes 50 and 51 extend to the outside through the inside of the insulator 28 and the plate holding member 27.

図3はノズルプレート30の詳細を示し、(a)は筐体21の流量調節孔22側から見た拡大上面図、(b)は(a)におけるX−X部断面図である。
ノズルプレート30は、シリコン基板31をベースとして構成されている。
なお図3の(a)では、シリコン基板31として四角形に切り出したノズル板を示しているが、他の多角形や円形でも構わない。
シリコン基板31には全体として円状に配置された複数の噴射孔32が形成されている。とくに図3の(b)に示されるように、噴射孔32の全長にわたる内壁面は金属層33で形成され、当該金属層33は噴射孔32の表裏面における開口まわりまで延びている。
金属層33には、高温の燃料によって腐食しないニッケルや金などを用いる。
FIG. 3 shows details of the nozzle plate 30, (a) is an enlarged top view as seen from the flow rate adjusting hole 22 side of the housing 21, and (b) is a sectional view taken along the line XX in (a).
The nozzle plate 30 is configured with a silicon substrate 31 as a base.
In FIG. 3A, a nozzle plate cut out in a quadrilateral shape is shown as the silicon substrate 31, but other polygonal or circular shapes may be used.
A plurality of injection holes 32 arranged in a circular shape as a whole are formed in the silicon substrate 31. In particular, as shown in FIG. 3B, the inner wall surface over the entire length of the injection hole 32 is formed of a metal layer 33, and the metal layer 33 extends to around the opening on the front and back surfaces of the injection hole 32.
The metal layer 33 is made of nickel or gold that does not corrode by high-temperature fuel.

噴射孔32は、直径を約10μm以下にするとともに、アスペクト比、すなわち直径に対して長さの比を大きくしたものを多数形成して、通過する燃料との接触面積を大きくするのが好ましい。
これらの噴射孔32は互いに隣接する3グループにグループ化されている。グループBは上記円の直径線に沿う多数の噴射孔32を含み、グループAとCはグループBを挟んだ両側の比較的少数の噴射孔32を含んでいる。
なお、図3では、表示の簡単化のため噴射孔32を少数としている。
It is preferable that the injection hole 32 has a diameter of about 10 μm or less and a large number of aspect ratios, that is, a larger ratio of length to diameter, are formed to increase the contact area with the passing fuel.
These injection holes 32 are grouped into three groups adjacent to each other. Group B includes a large number of injection holes 32 along the diameter line of the circle, and groups A and C include a relatively small number of injection holes 32 on both sides of the group B.
In FIG. 3, the number of injection holes 32 is small in order to simplify the display.

図3の(a)に示すように、噴射孔32の開口まわりの金属層33はグループごとにつながっており、シリコン基板31の表面では各グループの金属層領域からシリコン基板31の一辺31aに向かって互いに平行に電極部34a、34b、34cが延びている。そして、シリコン基板31の裏面でも噴射孔32の開口まわりの金属層33はグループごとにつながっており、各グループの金属層領域から上記一辺31aと対向する他方の一辺31bに向かって互いに平行に電極部35a、35b、35cが延びている。
このシリコン基板31の表裏面に形成された電極部34a〜34c、35a〜35cに、それぞれ引き出し電極50、51が接続される。なお、先の図2には簡略に引き出し電極50、51を1本ずつ示しているが、引き出し電極はそれぞれ各グループに対応した複数本から構成されている。
As shown in FIG. 3A, the metal layer 33 around the opening of the injection hole 32 is connected to each group, and on the surface of the silicon substrate 31, from the metal layer region of each group toward one side 31a of the silicon substrate 31. The electrode portions 34a, 34b, and 34c extend in parallel with each other. The metal layer 33 around the opening of the injection hole 32 is also connected to each group on the back surface of the silicon substrate 31, and the electrodes are parallel to each other from the metal layer region of each group toward the other side 31b opposite to the one side 31a. The portions 35a, 35b, and 35c extend.
Lead electrodes 50 and 51 are connected to the electrode portions 34a to 34c and 35a to 35c formed on the front and back surfaces of the silicon substrate 31, respectively. In FIG. 2, the lead electrodes 50 and 51 are simply shown one by one, but each lead electrode is composed of a plurality of pieces corresponding to each group.

つぎに、上記ノズルプレート30の製造方法を図4を参照して説明する。図4は、図3の(a)におけるY−Y部断面の形成過程を示している。
まず、シリコンウエハから図4の(a)に示すようなシリコン基板31を切り出し、その主面(表面)に、(b)のようにマスク材40を形成し、パターニングする。マスク材40としては、例えば熱酸化やCVD法によりSiO膜を形成する。
つぎにマスク材40のパターンにしたがって、主面に対して垂直方向にシリコン基板31をエッチングして、図4の(c)のように、他方の主面(裏面)に達する貫通孔37を形成する。
この際、形成する貫通孔37のアスペクト比が大きい場合には、例えばエッチングと基板への保護膜形成を交互に繰り返すボッシュプロセスを採用することができる。
Next, a method for manufacturing the nozzle plate 30 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a process of forming a YY section cross section in FIG.
First, a silicon substrate 31 as shown in FIG. 4A is cut out from a silicon wafer, and a mask material 40 is formed on the main surface (front surface) as shown in FIG. 4B and patterned. As the mask material 40, for example, a SiO 2 film is formed by thermal oxidation or CVD.
Next, according to the pattern of the mask material 40, the silicon substrate 31 is etched in a direction perpendicular to the main surface to form a through hole 37 reaching the other main surface (back surface) as shown in FIG. To do.
At this time, when the through-hole 37 to be formed has a large aspect ratio, for example, a Bosch process in which etching and protective film formation on the substrate are alternately repeated can be employed.

貫通孔37を形成したあと、マスク材40を除去し、図4の(d)に示すように、新たなマスク材42をシリコン基板31の両主面に形成し、パターニングしてマスク穴43を形成する。ここではマスク穴43が同一グループとすべき貫通孔37をつなぐようにパターニングする。
つぎに、電解メッキにより、(e)のように、シリコン基板31の表裏面のマスクされていない領域および両領域をつなぐ貫通孔37の内壁に金属層33が形成される。
そしてこのあと、マスク材42を除去して、(f)に示すように、金属層33を壁面とする複数の噴射孔32を備えるノズルプレート30が完成する。グループ分けされた金属層33は後述のヒータHa、Hb、Hcを構成する。
After forming the through holes 37, the mask material 40 is removed, and as shown in FIG. 4D, new mask materials 42 are formed on both main surfaces of the silicon substrate 31, and patterned to form the mask holes 43. Form. Here, the mask holes 43 are patterned so as to connect the through holes 37 to be in the same group.
Next, as shown in (e), the metal layer 33 is formed on the inner wall of the through-hole 37 connecting the unmasked region and the two regions on the front and back surfaces of the silicon substrate 31 by electrolytic plating.
Thereafter, the mask material 42 is removed, and the nozzle plate 30 having a plurality of injection holes 32 having the metal layer 33 as the wall surface is completed as shown in FIG. The grouped metal layers 33 constitute heaters Ha, Hb, and Hc described later.

上記構成になるノズルプレート30では、引き出し電極50、51によりシリコン基板31の表裏面に形成された電極部間に電圧を印加すると、グループごとに各噴射孔32の金属層33に平行に電流が流れてジュール熱が発生するから、グループごとの金属層33がそれぞれヒータH(Ha、Hb、Hc)を構成する。
したがって、グループ別に電圧を印加することによりその噴射孔32を加熱し、これにより、噴射孔32を通過する燃料をグループ別に選択して昇温することができる。その温度上昇は、通電によってヒータHが発生する熱量、燃料噴射弁20の油圧室Fにおける燃料の圧力、流量調節孔22外の雰囲気圧力、噴射孔32の長さと径、噴射孔32の壁面と燃料間の熱伝達率等で決まるが、通電により瞬時に昇温が可能である。
In the nozzle plate 30 configured as described above, when a voltage is applied between the electrode portions formed on the front and back surfaces of the silicon substrate 31 by the extraction electrodes 50 and 51, a current is parallel to the metal layer 33 of each injection hole 32 for each group. Since Joule heat is generated by flowing, the metal layers 33 for each group constitute heaters H (Ha, Hb, Hc), respectively.
Therefore, the injection hole 32 is heated by applying a voltage for each group, and thereby the fuel passing through the injection hole 32 can be selected and heated for each group. The temperature rise is caused by the amount of heat generated by the heater H by energization, the fuel pressure in the hydraulic chamber F of the fuel injection valve 20, the atmospheric pressure outside the flow rate adjusting hole 22, the length and diameter of the injection hole 32, the wall surface of the injection hole 32, Although it is determined by the heat transfer coefficient between fuels, the temperature can be instantaneously increased by energization.

燃料が加熱によって昇温すると、まずその粘度が低下して、噴射孔32の壁面と燃料との摩擦力が小さくなり、この結果、燃料は噴射孔32を通りやすくなるため当該グループの噴射孔を通過して噴射される燃料の量が増加する。また、さらに通電量を増やしてヒータの温度を上げると、噴射孔内で燃料が沸騰し始め、その結果、噴射孔を通過する燃料の量は急激に減少する。したがって、特定のグループだけヒータHに通電し、ヒータの温度を調節すると、当該グループの噴射孔32を通過する燃料だけ流量が増大、或いは減少するので、ノズルプレート30を通過して噴射される燃料の燃焼室R内の分布を変化させることができる。   When the temperature of the fuel rises due to heating, the viscosity first decreases, and the frictional force between the wall surface of the injection hole 32 and the fuel decreases. As a result, the fuel easily passes through the injection hole 32, so The amount of fuel that passes through and is injected increases. Further, when the energization amount is further increased to raise the temperature of the heater, the fuel starts to boil in the injection hole, and as a result, the amount of fuel passing through the injection hole decreases rapidly. Accordingly, if the heater H is energized only for a specific group and the temperature of the heater is adjusted, the flow rate is increased or decreased by the amount of fuel passing through the injection hole 32 of the group, so that the fuel injected through the nozzle plate 30 is injected. The distribution in the combustion chamber R can be changed.

ノズルプレート30は前述のとおり燃料噴射弁20の先端部に流量調節孔22の開口部分に設けられるが、燃焼室Rに対しては次のように配置される。
すなわち、図5に示すように、ノズルプレート30は、その噴射孔32の3グループA、B、Cの並び方向が、燃焼室Rに臨ませた点火プラグ6の火花部6aに向くように設定されている。
図6はヒータの通電による燃料の噴射量の変化を示す。
グループA、B、CのいずれもヒータHを駆動しないときは、ノズルプレート30を通過した噴射燃料の分布はZ1のようになるに対して、点火プラグ6に近い側のグループAのヒータHaを燃料が噴射孔内で沸騰しない温度の範囲で通電し、グループBおよびグループCのヒータHbおよびHcを燃料が噴射孔内で沸騰する温度以上に通電して駆動したときには、グループAの噴射孔32を通過して点火プラグ6近傍領域に向いた燃料の流量が他のグループB、Cの噴射孔を通過する流量よりも増大して、Z2の分布となる。したがって、グループAのヒータ通電により、点火プラグ6近傍の燃料を濃くすることができる。
As described above, the nozzle plate 30 is provided at the front end of the fuel injection valve 20 at the opening portion of the flow rate adjusting hole 22.
That is, as shown in FIG. 5, the nozzle plate 30 is set so that the direction in which the three groups A, B, and C of the injection holes 32 are aligned faces the spark portion 6 a of the spark plug 6 facing the combustion chamber R. Has been.
FIG. 6 shows a change in the fuel injection amount due to the energization of the heater.
When none of the groups A, B, and C drives the heater H, the distribution of the injected fuel that has passed through the nozzle plate 30 is Z1, whereas the heater Ha of the group A that is closer to the spark plug 6 is turned on. When the fuel is energized in a temperature range in which the fuel does not boil in the injection holes, and the heaters Hb and Hc of the group B and group C are driven by energizing at a temperature higher than the temperature at which the fuel boils in the injection holes, the injection holes 32 of the group A The flow rate of the fuel passing through the region near the spark plug 6 increases more than the flow rate passing through the injection holes of the other groups B and C, resulting in the distribution of Z2. Accordingly, the fuel in the vicinity of the spark plug 6 can be enriched by the group A heater energization.

そこで、コントロールユニット100は、冷却水温度センサ104で検出した温度が所定値以下の冷機時などに成層燃焼モードとするときには、グループAのヒータHaを燃料が噴射孔内で沸騰しない範囲で加熱し、かつグループBおよびグループCのヒータHbおよびHcを燃料が噴射孔内で沸騰する温度以上に加熱する。また、温度が所定値を越えた暖機後など均質燃焼モードとするときには、ヒータ駆動を行わないように制御する。   Therefore, when the control unit 100 enters the stratified combustion mode when the temperature detected by the coolant temperature sensor 104 is lower than a predetermined value, the control unit 100 heats the group Ha heater Ha within a range in which the fuel does not boil in the injection hole. In addition, the heaters Hb and Hc of the group B and group C are heated to a temperature equal to or higher than the temperature at which the fuel boils in the injection hole. Further, when the homogeneous combustion mode is set, for example, after warming up when the temperature exceeds a predetermined value, control is performed so that the heater is not driven.

成層燃焼モードとする冷機時には、内燃機関の燃焼室Rの壁面温度が低いから、前述のように噴射燃料が壁面に付着すると熱を奪われて気相から液相に変わり、壁面に液滴として残りやすい。そのほか、燃料噴射弁20から高圧の燃料が低圧の燃焼室Rへ噴射されて急激に断熱膨張するときも、燃料の温度が低下して気相から液相に変化する恐れがあるし、あるいは燃焼室R内の低温の空気と混合する際に熱を奪われて気相から液相に変化する場合がある。そして、燃料噴射弁20から噴射された燃料が点火プラグ6に液相状態で付着すると、点火プラグがくすぶりを起こして点火機能を損なう。   When the engine is in the stratified combustion mode, since the wall surface temperature of the combustion chamber R of the internal combustion engine is low, as described above, when the injected fuel adheres to the wall surface, heat is taken away and the gas phase changes to the liquid phase, and droplets are formed on the wall surface. Easy to remain. In addition, when high-pressure fuel is injected from the fuel injection valve 20 into the low-pressure combustion chamber R and suddenly adiabatically expands, there is a possibility that the temperature of the fuel may decrease and change from the gas phase to the liquid phase, or combustion. When mixing with the low-temperature air in the chamber R, heat may be lost and the gas phase may change to the liquid phase. When the fuel injected from the fuel injection valve 20 adheres to the spark plug 6 in a liquid phase state, the spark plug smolders and impairs the ignition function.

このため、ノズルプレート30のヒータHは、燃焼室Rに噴射された燃料が気相状態を保持するように燃料を加熱昇温する。前述の燃料が噴射孔内で沸騰する温度と、気相状態を保持する温度は、一般的に燃料が噴射孔内で沸騰する温度のほうが高い。これは、燃料の沸点が印加された圧力によって異なるためであり、燃焼室内の圧力よりも噴射孔内の圧力の方が高いからである。つまり、燃料が噴射孔内では沸騰しないが、燃焼室内では沸騰する温度が存在するので、燃料を大量に噴射したい場合は、燃料が噴射孔内では沸騰しないが、燃焼室内あるいは少なくても点火プラグ近傍では気化した状態を保つ温度に、ヒータへの通電量を調節する。   For this reason, the heater H of the nozzle plate 30 heats and raises the temperature of the fuel so that the fuel injected into the combustion chamber R maintains a gas phase. The temperature at which the fuel boils in the injection hole and the temperature at which the fuel is kept in the gas phase are generally higher than the temperature at which the fuel boils in the injection hole. This is because the boiling point of the fuel varies depending on the applied pressure, and the pressure in the injection hole is higher than the pressure in the combustion chamber. In other words, the fuel does not boil in the injection hole, but there is a temperature at which it boils in the combustion chamber, so if you want to inject a large amount of fuel, the fuel will not boil in the injection hole, but the ignition plug In the vicinity, the energization amount to the heater is adjusted to a temperature that maintains the vaporized state.

燃焼室Rに噴射された燃料の液相への変化を阻止し、気相状態を保持するためには、燃料の内部エネルギーを十分高めておけばよい。そのため、コントロールユニット100は、燃料を点火プラグ6近傍方向に噴射する少なくともグループAのヒータHaを、噴射孔32を通過する燃料を超臨界流体相または亜臨界流体相とするまで昇温するように制御する。例えばガソリンの超臨界状態は、一般的に温度300℃、4MPaの条件下で生成されると言われている。
超臨界流体相または亜臨界流体相の燃料は内部エネルギーが単純気相の燃料よりも高いので、熱を奪われて液相へ相変化するのが抑止される。したがって燃料の熱を奪い温度を低下させる上述の種々の要因がある場合でも、燃料が気相に保持されるので、点火プラグ6の火花部を濡らすこともなく、しかも容易に気化されて高い燃焼効率を得ることができる。
In order to prevent the fuel injected into the combustion chamber R from changing to the liquid phase and maintain the gas phase state, the internal energy of the fuel may be sufficiently increased. Therefore, the control unit 100 raises the temperature of at least the group A heater Ha that injects fuel in the vicinity of the spark plug 6 until the fuel passing through the injection holes 32 is in the supercritical fluid phase or the subcritical fluid phase. Control. For example, it is said that the supercritical state of gasoline is generally generated under conditions of a temperature of 300 ° C. and 4 MPa.
Since the supercritical fluid phase or subcritical fluid phase fuel has higher internal energy than the simple vapor phase fuel, it is prevented from being deprived of heat and changing into the liquid phase. Therefore, even when there are the above-mentioned various factors that take the heat of the fuel and lower the temperature, the fuel is held in the gas phase, so that the spark portion of the spark plug 6 is not wetted and is easily vaporized and has high combustion. Efficiency can be obtained.

ヒータHの駆動タイミングは、流量調節孔22を開閉する針弁25の駆動信号に実質同期させて、引き出し電極50、51を介して通電することにより行い、針弁25がオン(開)のときに通電してヒータHを発熱させ、針弁25がオフ(閉)のときに通電をカットする。なお、ヒータHへの通電は燃料噴射前にヒータの温度が十分上がっているように、針弁25のオン信号よりも若干早めに行われる。
これにより、針弁25がオフ状態で燃料の噴射がなく、燃料とヒータH間の熱交換がないときに、ヒータHの温度を過剰に上昇させヒータの金属層33を溶融させてしまうおそれをなくしている。
なお、図6にはグループAのヒータHaだけを駆動した例について示したが、運転状態に応じて他のグループのヒータHb、Hcにも通電して駆動することができる。
上記構成によれば、ノズルプレート30に設けた複数のヒータHを選択的に駆動することにより、燃焼室内の燃料分布を変化させることができ、運転状態に応じた燃焼モードとすることができる。
The driving timing of the heater H is performed by energizing the lead electrodes 50 and 51 in synchronism with the driving signal of the needle valve 25 that opens and closes the flow rate adjusting hole 22, and when the needle valve 25 is on (open). Is energized to cause the heater H to generate heat, and the energization is cut when the needle valve 25 is off (closed). The energization of the heater H is performed slightly earlier than the ON signal of the needle valve 25 so that the temperature of the heater is sufficiently raised before fuel injection.
As a result, when the needle valve 25 is off and there is no fuel injection and there is no heat exchange between the fuel and the heater H, the temperature of the heater H may be excessively increased and the metal layer 33 of the heater may be melted. It is lost.
Although FIG. 6 shows an example in which only the heater Ha of the group A is driven, the heaters Hb and Hc of other groups can be driven by being energized depending on the operating state.
According to the above configuration, by selectively driving the plurality of heaters H provided on the nozzle plate 30, the fuel distribution in the combustion chamber can be changed, and the combustion mode can be set according to the operating state.

以上、運転状態に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードを切り替える制御について説明したが、本実施例においては、噴射孔32のグループごとにヒータHを備えているので、必要に応じて均質燃焼モード時の燃料の最大噴射量を制御することも可能である。
その背景として、例えば車両の急加速時に多量の燃料を燃焼室Rに噴射したい場合がある。
燃料噴射弁20の燃料噴射量は、主に燃料ポンプによって加圧された燃料の圧力、流量調節孔22の開口面積および針弁25のオン時間の3つの要素で決定される。流量調節孔22の開口面積は製造段階で固定されてしまうため、運転状態によって燃料噴射量を切り替えるには燃料の圧力と針弁25のオン時間のいずれかを変化させることになる。
As described above, the control for switching between the stratified combustion mode and the homogeneous combustion mode according to the operation state has been described. However, in the present embodiment, the heater H is provided for each group of the injection holes 32. It is also possible to control the maximum fuel injection amount at the time.
As the background, for example, there is a case where a large amount of fuel is desired to be injected into the combustion chamber R when the vehicle is suddenly accelerated.
The fuel injection amount of the fuel injection valve 20 is determined mainly by three factors: the pressure of the fuel pressurized by the fuel pump, the opening area of the flow rate adjusting hole 22, and the ON time of the needle valve 25. Since the opening area of the flow rate adjusting hole 22 is fixed in the manufacturing stage, either the fuel pressure or the on-time of the needle valve 25 is changed in order to switch the fuel injection amount depending on the operation state.

この2つの手段のうちでは、針弁25のオン時間による燃料噴射量の切り替えの方が、燃料の圧力を上下させるのに比較して応答性がよく、安価に構成できるが、しかし燃料噴射には運転状態に応じて適切な噴射量とタイミングがあるため、針弁25をオンできる時間には限界がある。
燃料噴射弁20は針弁25のソレノイドに電圧を印加されて瞬時に燃料を噴射するわけではなく遅れ時間が伴うが、この遅れ時間を除けば燃料噴射量はほぼ針25弁のオン時間に比例する。したがって針弁25のオン時間に限界付けられた最大噴射量が存在することになる。
Of these two means, the switching of the fuel injection amount according to the on-time of the needle valve 25 is more responsive and can be configured at a lower cost than the fuel pressure increase / decrease. Since there is an appropriate injection amount and timing according to the operating state, there is a limit to the time during which the needle valve 25 can be turned on.
The fuel injection valve 20 does not instantaneously inject fuel when voltage is applied to the solenoid of the needle valve 25, but there is a delay time. Except for this delay time, the fuel injection amount is approximately proportional to the ON time of the needle 25 valve. To do. Therefore, there is a maximum injection amount that is limited to the ON time of the needle valve 25.

本実施例では、車両の急加速時など多量の燃料を燃焼室Rに噴射したい場合に、ノズルプレート30のヒータHを燃料が噴射孔内で沸騰しない範囲で駆動させて発熱させる。
これにより、燃料の粘度が低下して、噴射孔32壁面と燃料との摩擦力が小さくなり、燃料が噴射孔32を通りやすくなるから、針弁25のオン時間を限界まで長くして得られる噴射量を越える多量の燃料が燃焼室Rに噴射される。
この際、必要な燃料噴射量に応じて、グループA、B、CのヒータHa、Hb、Hcを適宜組み合わせて駆動することにより、段階的に最大噴射量を増大させることができる。
以上のように、この制御によれば、流量調節孔22の製造段階で決定されてしまう開口面積の制約を受けず、また高圧用の高価な燃料ポンプを必要とせずに、燃料噴射弁20からの最大噴射量を増大させることができる。
In this embodiment, when it is desired to inject a large amount of fuel into the combustion chamber R, such as during rapid acceleration of the vehicle, the heater H of the nozzle plate 30 is driven within a range in which the fuel does not boil within the injection hole to generate heat.
This lowers the viscosity of the fuel, reduces the frictional force between the wall surface of the injection hole 32 and the fuel, and makes it easier for the fuel to pass through the injection hole 32. Therefore, the on-time of the needle valve 25 can be increased to the limit. A large amount of fuel exceeding the injection amount is injected into the combustion chamber R.
At this time, the maximum injection amount can be increased stepwise by driving the heaters Ha, Hb, and Hc of the groups A, B, and C as appropriate according to the required fuel injection amount.
As described above, according to this control, there is no restriction on the opening area that is determined in the manufacturing stage of the flow rate adjusting hole 22, and no expensive fuel pump for high pressure is required. The maximum injection amount can be increased.

以上のとおり、本実施例は、燃焼室Rに燃料を噴射する燃料噴射弁20が、複数のグループA、B、Cに分けられた噴射孔32を有するノズルプレート30を燃料の噴出口である流量調節孔22部分に備え、各グループの噴射孔32にはグループごとのヒータHa、Hb、Hcが付設されて、これらのヒータに通電することにより、グループごとに噴射孔32を通過する燃料を昇温可能としたものとした。そして、グループAの噴射孔32は他のグループの噴射孔よりも点火プラグ6に近い側にあって、当該噴射孔32から噴射された燃料が点火プラグ6の近傍領域に向くようになっているので、グループAのヒータHaを燃料が噴射孔内で沸騰しない範囲の温度に通電加熱することにより、グループAの噴射孔32を通過する燃料の粘度が低下して、点火プラグ6近傍の領域に向かう燃料の流量が増大し、点火プラグ6近傍の燃料を濃くすることができ、また、グループBおよびグループCのヒータHbおよびHcを燃料が噴射孔内で沸騰する温度以上に通電加熱することにより、当該グループの噴射孔内の圧力損失が増加し、噴射孔を通過して噴射される燃料の量が減少するため、実質的に燃料の噴射方向を変化させたと同じ機能が得られる。したがって、内燃機関の冷却水温度が所定値以下の冷機時や、とくに成層燃焼が必要なときに好適な燃料分布が得られる。
そして、可動部材を用いて燃料噴射方向を変化させるものではないから、高い信頼性が得られる。
As described above, in this embodiment, the fuel injection valve 20 that injects the fuel into the combustion chamber R is the fuel outlet of the nozzle plate 30 having the injection holes 32 divided into a plurality of groups A, B, and C. The heaters Ha, Hb, and Hc for each group are attached to the injection holes 32 of each group, and the fuel passing through the injection holes 32 for each group is supplied by energizing these heaters. The temperature could be increased. The injection holes 32 of the group A are closer to the spark plug 6 than the injection holes of the other groups, and the fuel injected from the injection holes 32 is directed toward the vicinity of the ignition plug 6. Therefore, when the heater Ha of the group A is energized and heated to a temperature in a range where the fuel does not boil in the injection hole, the viscosity of the fuel passing through the injection hole 32 of the group A is reduced, and the region close to the spark plug 6 is obtained. By increasing the flow rate of the fuel to be directed, the fuel in the vicinity of the spark plug 6 can be concentrated, and the heaters Hb and Hc of the group B and group C are energized and heated above the temperature at which the fuel boils in the injection holes. Since the pressure loss in the injection hole of the group increases and the amount of fuel injected through the injection hole decreases, the same function can be obtained as when the fuel injection direction is changed substantially. Therefore, a suitable fuel distribution can be obtained when the cooling water temperature of the internal combustion engine is cold or below, particularly when stratified combustion is required.
And since it does not change a fuel-injection direction using a movable member, high reliability is acquired.

また、内燃機関の均質燃焼モード時においても、燃料の要求噴射量に応じて1つ以上のグループのヒータHに通電して、ヒータに通電されたグループの噴射孔32を通過する燃料を噴射孔内で沸騰しない範囲の温度に昇温することにより、粘度が低下し、流量が増大するから、燃料噴射弁20のダイナミックレンジを拡大し、例えば車両の急加速時など多量の燃料が必要なときに有効である。   Even in the homogeneous combustion mode of the internal combustion engine, one or more groups of heaters H are energized according to the required injection amount of fuel, and the fuel passing through the injection holes 32 of the group energized by the heaters is injected into the injection holes. When the temperature is raised to a temperature that does not boil, the viscosity decreases and the flow rate increases, so the dynamic range of the fuel injection valve 20 is expanded. For example, when a large amount of fuel is required, such as during rapid acceleration of the vehicle It is effective for.

ヒータHは噴射孔32を通過する燃料を気相状態に昇温するので、容易に着火可能で、高い燃焼効率を得ることができる。
そしてとくに、噴射孔32を通過する燃料を超臨界状態または亜臨界状態となるまで加熱することにより、燃料の内部エネルギーが高くなるので、燃焼室Rまわりに燃料の温度を低下させる要因があっても燃料が気相から液相に変化して点火プラグ6を濡らしてしまったり、燃焼室Rの壁面に液滴として付着して不完全燃焼を来たすなどのおそれもなく、排気ガスの改善が図れる。
Since the heater H raises the temperature of the fuel passing through the injection holes 32 to a gas phase state, it can be easily ignited and high combustion efficiency can be obtained.
In particular, by heating the fuel passing through the injection holes 32 until it reaches a supercritical state or a subcritical state, the internal energy of the fuel increases, so there is a factor that lowers the temperature of the fuel around the combustion chamber R. However, there is no fear that the fuel changes from the gas phase to the liquid phase and wets the spark plug 6 or adheres as droplets to the wall surface of the combustion chamber R, resulting in incomplete combustion. .

また、ヒータHは燃料を油圧室Fから噴出させる針弁25のオンオフに同期して通電されるので、燃料とヒータH間の熱交換がないときにヒータの温度を過剰に上昇させて、ヒータHの金属層33を溶融、劣化させてしまうなどのおそれがない。
同じく必要のないときにヒータHに通電しないので、余分な電力消費を低減することができる。
Further, since the heater H is energized in synchronization with the on / off of the needle valve 25 that ejects fuel from the hydraulic chamber F, the heater temperature is excessively raised when there is no heat exchange between the fuel and the heater H, and the heater H There is no risk of melting or degrading the H metal layer 33.
Similarly, since the heater H is not energized when it is not necessary, extra power consumption can be reduced.

なお、実施例では、ノズルプレート30の噴射孔32を全体として円状に配置し、また噴射孔32のグループ分けをグループAとこれを挟むグループB、Cからなる3グループとしたが、噴射孔32の全体の配置やグループ分けはこれに限定されず、燃焼室Rの形状や点火プラグ6の位置等に応じて任意に設定することができる。
また、噴射孔32はすべて互いに平行に形成されたものとしたが、例えばグループによって傾斜させることにより、当該グループの噴射孔からの燃料噴射方向をより一層点火プラグ6寄りに向けることができる。
In the embodiment, the injection holes 32 of the nozzle plate 30 are arranged in a circular shape as a whole, and the injection holes 32 are grouped into three groups of a group A and groups B and C sandwiching the injection holes 32. The overall arrangement and grouping of 32 are not limited to this, and can be arbitrarily set according to the shape of the combustion chamber R, the position of the spark plug 6, and the like.
The injection holes 32 are all formed in parallel with each other. However, for example, by inclining by a group, the fuel injection direction from the injection hole of the group can be further directed toward the spark plug 6.

また、ノズルプレート30の基板材料としてシリコンを用いたが、これに限定されない。基板材料としてセラミックや金属を用いる場合には、放電加工などを用いて貫通孔37を形成すればよい。
とくにノズルプレート30の基板材料を金属とする場合は、ヒータHを駆動する際に基板材料にも電流が流れるのを防止するため、ヒータHを形成する金属層33と基板間に酸化膜などを形成して両者を絶縁するのが好ましい。あるいは、酸化膜などによる絶縁が困難な場合には、ヒータHを形成する金属層33として金、銀、銅またはこれらの合金など電気伝導度の高いものを用い、基板材料には鉄、ニッケル、亜鉛またはこれらの合金など電気伝導度の低いものを用いて、基板材料にほとんど電流が流れないようにすることができる。
なお、各グループに対するヒータHの付設については、それぞれ金属層33が噴射孔32の内壁を含み基板の表裏面にわたって延びるものとしたが、これに限らず、グループの噴射孔を通過する燃料を十分に昇温できれば噴射孔の極近傍に配置されるものでもよい。
Further, although silicon is used as the substrate material of the nozzle plate 30, the present invention is not limited to this. When ceramic or metal is used as the substrate material, the through hole 37 may be formed by using electric discharge machining or the like.
In particular, when the substrate material of the nozzle plate 30 is a metal, in order to prevent a current from flowing through the substrate material when the heater H is driven, an oxide film or the like is provided between the metal layer 33 forming the heater H and the substrate. It is preferable to form and insulate both. Alternatively, when insulation by an oxide film or the like is difficult, the metal layer 33 forming the heater H is made of a material having high electrical conductivity such as gold, silver, copper, or an alloy thereof, and the substrate material is iron, nickel, A material having low electrical conductivity such as zinc or an alloy thereof can be used so that almost no current flows in the substrate material.
In addition, about the attachment of the heater H with respect to each group, although the metal layer 33 shall extend over the front and back surfaces of a board | substrate including the inner wall of the injection hole 32, not only this but the fuel which passes through the injection hole of a group is enough It may be arranged in the vicinity of the injection hole as long as the temperature can be increased.

次に、第2の実施例について説明する。
なお本実施例は、第1の実施例における燃料噴射弁20と構成の異なる燃料噴射弁20Aを用いるものであり、燃料噴射弁20Aの取り付け位置や制御系等は第1の実施例において図1を用いて説明した構成と同様であるので説明を省略する。
図7に、燃料噴射弁20Aの燃焼室R側先端部の詳細構造を示す。
プレート保持部材27が流量調節孔22の開口と対向する位置にノズルプレート200を保持している。
ノズルプレート200には、表裏面を貫通する噴射孔250が複数設けられている。
ノズルプレート200からは、絶縁物28およびプレート保持部材27の内部を通って、複数の電極によって構成される引き出し電極群50Aが外部まで延びている。
他の構成は第1の実施例において図2を用いて説明した構成と同様であり同一番号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment will be described.
This embodiment uses a fuel injection valve 20A having a configuration different from that of the fuel injection valve 20 in the first embodiment, and the mounting position and control system of the fuel injection valve 20A are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Since the configuration is the same as that described with reference to FIG.
FIG. 7 shows the detailed structure of the front end portion of the fuel injection valve 20A on the combustion chamber R side.
The plate holding member 27 holds the nozzle plate 200 at a position facing the opening of the flow rate adjusting hole 22.
The nozzle plate 200 is provided with a plurality of injection holes 250 penetrating the front and back surfaces.
From the nozzle plate 200, an extraction electrode group 50 </ b> A constituted by a plurality of electrodes extends to the outside through the inside of the insulator 28 and the plate holding member 27.
Other configurations are the same as those described with reference to FIG. 2 in the first embodiment.

次にノズルプレート200の詳細について説明する。
図8に、ノ−ズルプレートの分解斜視図を示し、図9に、ヒータ部の上面を示す。
ノズルプレート200は、ヒータ部210と、ヒータ部210の上側に接合される上部220と、ヒータ部210の下側に接合される下部230とによって構成される。
上部220および下部230は、電気的絶縁性を有する非金属によって構成され、ヒータ部210は、導電性を有する金属またはSiによって構成されている。
Next, details of the nozzle plate 200 will be described.
FIG. 8 shows an exploded perspective view of the nozzle plate, and FIG. 9 shows an upper surface of the heater portion.
The nozzle plate 200 includes a heater part 210, an upper part 220 joined to the upper side of the heater part 210, and a lower part 230 joined to the lower side of the heater part 210.
The upper part 220 and the lower part 230 are made of a nonmetal having electrical insulation, and the heater part 210 is made of a conductive metal or Si.

ヒータ部210は、それぞれ円筒形状の外周ヒータ211、中央ヒータ212、内周ヒータ213とを有し、中央ヒータ212の内周側に内周ヒータ213、中央ヒータ212の外周側に外周ヒータ211が配置されている。
なお、中央ヒータ212と外周ヒータ211、中央ヒータ212と内周ヒータ213の間には隙間が設けられ、該隙間が熱分離領域215を構成している。
熱分離領域215によって、外周ヒータ211と中央ヒータ212間、内周ヒータ213と中央ヒータ212間を熱的に分離、電気的に絶縁している。
外周ヒータ211、中央ヒータ212、内周ヒータ213には、それぞれ円筒形状の軸方向に沿って複数の噴射孔250Aが形成されている。
The heater unit 210 includes a cylindrical outer peripheral heater 211, a central heater 212, and an inner peripheral heater 213. The inner peripheral heater 213 is provided on the inner peripheral side of the central heater 212, and the outer peripheral heater 211 is provided on the outer peripheral side of the central heater 212. Has been placed.
A gap is provided between the central heater 212 and the outer peripheral heater 211, and between the central heater 212 and the inner peripheral heater 213, and the gap constitutes a heat separation region 215.
The thermal separation region 215 thermally isolates and electrically insulates between the outer peripheral heater 211 and the central heater 212 and between the inner peripheral heater 213 and the central heater 212.
The outer peripheral heater 211, the central heater 212, and the inner peripheral heater 213 are each formed with a plurality of injection holes 250A along the cylindrical axial direction.

特に図9に示すように、内周ヒータ213は円筒形状軸方向に切込みが設けられ、切込みが設けられた両端部から外方に向かって引出部213a、213bが延びている。
引出部213a、213bは、外側端部の上方側(上部220が接合される側)にそれぞれ電極213c、213dが形成されている。
なお、引出部213a、213bは、特に図8に示すように、内周ヒータ213の上方側端部(上部220と接合される側の端部)近傍に形成されている。
In particular, as shown in FIG. 9, the inner peripheral heater 213 is provided with a cut in the axial direction of the cylinder, and lead-out portions 213a and 213b extend outward from both ends where the cut is provided.
In the lead portions 213a and 213b, electrodes 213c and 213d are formed on the upper side of the outer end portion (the side to which the upper portion 220 is joined), respectively.
The lead portions 213a and 213b are formed in the vicinity of the upper end portion (the end portion on the side joined to the upper portion 220) of the inner heater 213 as shown in FIG.

中央ヒータ212および外周ヒータ211も内周ヒータ213と同様に、切込みが設けられ、中央ヒータ212は外方に向けて引出部212a、212bが延び、引出部212a、212bの端部にそれぞれ電極212c、212dが形成され、また外周ヒータ211は外方に向けて引出部211a、211bが延び、引出部211a、211bの端部にそれぞれ電極211c、211dが形成されている。   Similarly to the inner peripheral heater 213, the central heater 212 and the outer peripheral heater 211 are provided with cuts, and the central heater 212 has outwardly extending lead portions 212a and 212b, and electrodes 212c at the ends of the lead portions 212a and 212b, respectively. 212d are formed, and the outer peripheral heater 211 has outwardly extending lead portions 211a and 211b, and electrodes 211c and 211d are formed at the ends of the lead portions 211a and 211b, respectively.

これにより電極213c、213dに電圧を印加することによって内周ヒータ213の全面に電流が流れて加熱される。
同様に、電極212c、212d間、または電極211c、211d間に電圧を印加するとそれぞれ中央ヒータ212、外周ヒータ211の全面に電流が流れて加熱される。
As a result, by applying a voltage to the electrodes 213c and 213d, a current flows over the entire surface of the inner peripheral heater 213 to heat it.
Similarly, when a voltage is applied between the electrodes 212c and 212d or between the electrodes 211c and 211d, current flows over the entire surfaces of the central heater 212 and the outer peripheral heater 211, respectively, to heat them.

上部220は、ヒータ部210と接合したときに電極211c、211d、212c、212d、213c、213dと対向する位置に、貫通孔221が形成されている。
また上部220には、ヒータ部210の噴射孔250Aと対向する位置に噴射孔250Bが形成され、上部220の上方から流れる燃料を噴射孔250Aへ導く。
The upper portion 220 has a through hole 221 formed at a position facing the electrodes 211c, 211d, 212c, 212d, 213c, and 213d when joined to the heater section 210.
The upper part 220 is formed with an injection hole 250B at a position facing the injection hole 250A of the heater section 210, and guides the fuel flowing from above the upper part 220 to the injection hole 250A.

下部230にも、ヒータ部210の噴射孔250Aと対向する位置に噴射孔250Cが形成され、噴射孔250Aを通過した燃料を燃焼室側(図8中の下方側)へ噴射する。
なお、噴射孔250A〜250Cをまとめて噴射孔250と呼ぶ。
下部230は、燃焼室側へ噴射した燃料が跳ね返ってヒータ部210へ付着することでヒータ部210の熱容量が大きくなってしまうことを防いでいる。
An injection hole 250C is also formed in the lower portion 230 at a position facing the injection hole 250A of the heater section 210, and the fuel that has passed through the injection hole 250A is injected to the combustion chamber side (the lower side in FIG. 8).
The injection holes 250A to 250C are collectively referred to as the injection holes 250.
The lower portion 230 prevents the heat capacity of the heater unit 210 from increasing due to the fuel injected into the combustion chamber side being bounced back and adhering to the heater unit 210.

図10に、図9におけるW1−W1断面を示す。
ノズルプレート200の外周部分は、断面コの字形状の絶縁物28が嵌め込まれている。
外周ヒータ211と中央ヒータ212の間、中央ヒータ212と内周ヒータ213の間に形成される熱分離領域215は、上部220、下部230によって囲まれ、各ヒータ211、212、213よりも熱抵抗率の高い材料が充填されたり、真空状態とされて密封されている。
ヒータ部210の外周部分において、ヒータ部210と、上部220、下部230および絶縁物28によって囲まれる空間も、上記と同様に熱分離領域215となり、各ヒータ211、212、213よりも熱抵抗率の高い材料または空気が充填されたり、真空状態とされて密封されている。
FIG. 10 shows a W1-W1 cross section in FIG.
The outer peripheral portion of the nozzle plate 200 is fitted with an insulator 28 having a U-shaped cross section.
A thermal separation region 215 formed between the outer peripheral heater 211 and the central heater 212 and between the central heater 212 and the inner peripheral heater 213 is surrounded by the upper part 220 and the lower part 230, and has a thermal resistance higher than that of the heaters 211, 212, and 213. Filled with high-rate materials or vacuumed and sealed.
In the outer peripheral portion of the heater unit 210, the space surrounded by the heater unit 210, the upper part 220, the lower part 230, and the insulator 28 also becomes a heat separation region 215 in the same manner as described above, and has a thermal resistivity higher than that of each heater 211, 212, 213 High material or air is filled or sealed in a vacuum state.

絶縁物28には、ノズルプレート200が嵌め込まれた状態で、ヒータ部210に設けられた電極211c、211d、212c、212d、213c、213dと対向する位置に貫通孔28aが形成されている。
貫通孔28aに、それぞれ電極端子29(本実施例では合計6個)が差し込まれ、電極端子29と電極211c、211d、212c、212d、213c、213dとがそれぞれ接触している。
電極端子29には、引き出し電極群50Aがそれぞれ接続されている。
なお、先の図7には簡略に引き出し電極群50Aを3本として示したが、引き出し電極は、それぞれ各電極端子29の数に対応した本数(本実施例では6本)から構成されている。
よって、引き出し電極群50Aの所定の電極間に電圧を印加することにより、所望のヒータ(211、212、213)を加熱させることができる。
以上のように、針弁25からノズルプレート200へ送られてきた燃料は、上部220の噴射孔250Bを通じて、ヒータ部210に供給され、電圧が印加された所定のヒータ(211、212、213)の噴射孔250Aにおいて急速加熱されて、下部230の噴射孔250Cを通じて燃焼室へ向けて噴射される。
A through hole 28a is formed in the insulator 28 at a position facing the electrodes 211c, 211d, 212c, 212d, 213c, and 213d provided in the heater unit 210 in a state where the nozzle plate 200 is fitted.
Electrode terminals 29 (total of 6 in this embodiment) are inserted into the through holes 28a, respectively, and the electrode terminals 29 and the electrodes 211c, 211d, 212c, 212d, 213c, and 213d are in contact with each other.
A lead electrode group 50 </ b> A is connected to each electrode terminal 29.
In FIG. 7, the extraction electrode group 50A is simply shown as three, but the extraction electrodes are each composed of a number corresponding to the number of electrode terminals 29 (six in this embodiment). .
Therefore, a desired heater (211 212, 213) can be heated by applying a voltage between predetermined electrodes of the extraction electrode group 50A.
As described above, the fuel sent from the needle valve 25 to the nozzle plate 200 is supplied to the heater unit 210 through the injection hole 250B of the upper part 220, and a predetermined heater (211 212, 213) to which a voltage is applied. Is rapidly heated in the injection hole 250A and injected toward the combustion chamber through the injection hole 250C in the lower part 230.

次に、ノズルプレート200の製造方法について説明する。
ノズルプレート200は、組み立て前にあらかじめ各部に噴射孔250A〜250Cを形成しこれらを組み立てて噴射孔250を形成する方法と、組み立て後に噴射孔250を形成する方法とがある。
まず、組み立て前にあらかじめ各部に噴射孔250A〜250Cなどを設けてノズルプレート200を製造する方法について図11の(a)を用いて説明する。
上部220と下部230にあらかじめ穴あけ加工によって噴射孔250B、250Cを開けておく。
この穴あけ加工は、ドリル加工や、放電加工、エッチング、打ち抜き等の方法を用いることができる。
Next, a method for manufacturing the nozzle plate 200 will be described.
The nozzle plate 200 includes a method of forming the injection holes 250A to 250C in each part in advance before assembling and assembling them to form the injection holes 250, and a method of forming the injection holes 250 after assembling.
First, a method for manufacturing the nozzle plate 200 by providing the injection holes 250A to 250C in each part in advance before assembly will be described with reference to FIG.
The injection holes 250B and 250C are previously formed in the upper part 220 and the lower part 230 by drilling.
This drilling can be performed by a method such as drilling, electric discharge machining, etching, or punching.

ヒータ部210にも、噴射孔250Aや熱分離領域215となる隙間を開けておく。
ここでヒータ部210がSiの場合には、Deep RIEを用いて噴射孔250Aや熱分離領域215となる隙間を形成することができる。
内周ヒータ213、中央ヒータ212、外周ヒータ211から外方に向かって延びる引出部211a、212a、213a、および不図示の引出部211b、212b、213bの先端部に、W、Ni、Ptなどの金属を蒸着し、パターニングして電力印加のための電極211c、212c、213c、および不図示の電極211d、212d、213dを形成する。
上部220において、電極211c、211d、212c、212d、213c、213dと対向する位置に機械加工等で貫通孔221を形成する。
A gap that becomes the injection hole 250 </ b> A and the heat separation region 215 is also opened in the heater unit 210.
Here, when the heater unit 210 is Si, a gap that becomes the injection hole 250A or the heat separation region 215 can be formed by using Deep RIE.
Leads 211a, 212a, 213a extending outward from the inner peripheral heater 213, the central heater 212, the outer peripheral heater 211, and leading ends of the unillustrated lead portions 211b, 212b, 213b, W, Ni, Pt, etc. Metal is deposited and patterned to form electrodes 211c, 212c, and 213c for applying power, and electrodes 211d, 212d, and 213d (not shown).
In the upper part 220, through holes 221 are formed by machining or the like at positions facing the electrodes 211c, 211d, 212c, 212d, 213c, and 213d.

上部220に形成された噴射孔250B、ヒータ部210に形成された噴射孔250A、下部230に形成された噴射孔250Cの各噴射孔が通じるように位置合わせを行い、上部220、ヒータ部210、下部230を接合し、外周部分を絶縁物28によって囲む。
なおこの接合は、拡散接合や摩擦圧接を用いて行う。
ここで、上部220、下部230の構成材は熱抵抗の高いセラミックス、石英等を用い、ヒータ部210は熱抵抗の低い金属を用いる。
また、拡散接合の場合は、真空雰囲気あるいはアルゴンガス雰囲気、N2雰囲気を用いて行い、温度、圧力をできるだけ高くし、密着性を向上させる。
ここで、真空雰囲気中で拡散接合することにより、ヒータ部210の熱分離領域215は熱的に分離され、熱損失を減少させることができる。
Positioning is performed so that the injection holes 250B formed in the upper part 220, the injection holes 250A formed in the heater part 210, and the injection holes 250C formed in the lower part 230 communicate with each other, and the upper part 220, the heater part 210, The lower part 230 is joined and the outer peripheral part is surrounded by the insulator 28.
This joining is performed using diffusion welding or friction welding.
Here, the constituent material of the upper part 220 and the lower part 230 is made of ceramic, quartz or the like having high thermal resistance, and the heater part 210 is made of metal having low thermal resistance.
In the case of diffusion bonding, a vacuum atmosphere, an argon gas atmosphere, or an N2 atmosphere is used to increase the temperature and pressure as much as possible to improve the adhesion.
Here, by performing diffusion bonding in a vacuum atmosphere, the heat separation region 215 of the heater unit 210 is thermally separated, and heat loss can be reduced.

次に他の方法として、組み立て後に噴射孔250を形成する方法について図11の(b)を用いて説明する。
上部220と、熱分離領域215が形成されたヒータ部210と、下部230とをそれぞれ拡散接合等によって接合し、その外周部分を絶縁物28によって囲む。
なお、各部には噴射孔250A、250B、250Cは設けられていないものとする。
熱分離領域215は、真空状態となるように各部を接合する。
Next, as another method, a method of forming the injection hole 250 after assembly will be described with reference to FIG.
The upper part 220, the heater part 210 in which the heat separation region 215 is formed, and the lower part 230 are joined by diffusion bonding or the like, and the outer peripheral part is surrounded by the insulator 28.
In addition, each part shall not be provided with the injection holes 250A, 250B, 250C.
The thermal separation region 215 joins each part so as to be in a vacuum state.

上部220、ヒータ部210、下部230が接合された状態で、ドリル290による穴あけ加工によって噴射孔250を形成する。
この穴あけ加工は、ドリルによる穴あけ加工のほかに、放電加工、エッチング、抜き打ち等の方法を用いることができる。
これにより、あらかじめ上部220やヒータ部210に噴射孔を形成してから接合する場合に対して、噴射孔のずれの問題がない。
In a state where the upper part 220, the heater part 210, and the lower part 230 are joined, the injection hole 250 is formed by drilling with a drill 290.
In addition to drilling with a drill, methods such as electric discharge machining, etching, and punching can be used for this drilling.
Thereby, there is no problem of the deviation of the injection holes in the case where the injection holes are previously formed in the upper part 220 and the heater part 210 and then joined.

本実施例は以上のように構成され、ヒータ部210に熱分離領域215を設け、ヒータ部210を構成する外周ヒータ211、中央ヒータ212、内周ヒータ213をそれぞれ独立して加熱可能とすることにより、各ヒータ211、212、213ごとに噴射孔250Aを通過する燃料を昇温させて燃料の粘性を制御することができる。
このように、各ヒータ211、212、213ごとに燃料の粘性が制御可能となることによって、燃料の噴射量、噴霧形状がコントロールでき、結果としてエンジンの運転状態に応じた理想の燃料分布を作り出すことができる。
また、各ヒータ211、212、213の間を熱分離領域215とすることによって、各ヒータ間での熱移動を抑えることができ、各ヒータ間に温度勾配を形成することができる。
The present embodiment is configured as described above, and the heat separation region 215 is provided in the heater unit 210 so that the outer peripheral heater 211, the central heater 212, and the inner peripheral heater 213 constituting the heater unit 210 can be heated independently. Thus, the temperature of the fuel passing through the injection hole 250A can be raised for each of the heaters 211, 212, and 213, and the viscosity of the fuel can be controlled.
In this way, the fuel viscosity can be controlled for each of the heaters 211, 212, and 213, so that the fuel injection amount and the spray shape can be controlled. As a result, an ideal fuel distribution according to the operating state of the engine is created. be able to.
Further, by making the space between the heaters 211, 212, and 213 as the heat separation region 215, heat transfer between the heaters can be suppressed, and a temperature gradient can be formed between the heaters.

次に、第3の実施例について説明する。
なお、本実施例は、第2の実施例におけるノズルプレート200と異なる構成のノズルプレート300を用いるものである。
図12に、ノズルプレート300の上面を示し、図13に、図12のW2−W2断面を拡大して示す。また図14にヒータ部310の上面を示す。
ノズルプレート300は、ヒータ部310と、ヒータ部310の上側に接続される上部320と、ヒータ部310の下側に接合される下部330とによって構成される。
Next, a third embodiment will be described.
In this embodiment, a nozzle plate 300 having a configuration different from that of the nozzle plate 200 in the second embodiment is used.
FIG. 12 shows an upper surface of the nozzle plate 300, and FIG. 13 shows an enlarged view of the W2-W2 cross section of FIG. FIG. 14 shows an upper surface of the heater unit 310.
The nozzle plate 300 includes a heater part 310, an upper part 320 connected to the upper side of the heater part 310, and a lower part 330 joined to the lower side of the heater part 310.

ヒータ部310は、軸方向に切込みが設けられた円筒形状の外周ヒータ311、中央ヒータ312、内周ヒータ313によって構成され、外周ヒータ311、中央ヒータ312、内周ヒータ313の切込み部分の両端部の上側面に、それぞれ電極340(図13参照)が設けられている。
外周ヒータ311と中央ヒータ312の間、中央ヒータ312と内周ヒータ313の間には隙間が形成され、熱分離領域315を構成している。
外周ヒータ311、中央ヒータ312、内周ヒータ313には、それぞれ噴射孔350Aが設けられている。
なお外周ヒータ311、中央ヒータ312、内周ヒータ313の構成は第2の実施例における外周ヒータ211、中央ヒータ212、内周ヒータ213の構成と同様である。
The heater unit 310 includes a cylindrical outer peripheral heater 311, a central heater 312, and an inner peripheral heater 313 that are provided with cuts in the axial direction, and both ends of the cut portions of the outer peripheral heater 311, the central heater 312, and the inner peripheral heater 313. Electrodes 340 (see FIG. 13) are respectively provided on the upper side surfaces.
Clearances are formed between the outer peripheral heater 311 and the central heater 312 and between the central heater 312 and the inner peripheral heater 313 to form a heat separation region 315.
The outer peripheral heater 311, the central heater 312, and the inner peripheral heater 313 are each provided with an injection hole 350A.
The configurations of the outer peripheral heater 311, the central heater 312, and the inner peripheral heater 313 are the same as the configurations of the outer peripheral heater 211, the central heater 212, and the inner peripheral heater 213 in the second embodiment.

上部320には、ヒータ部310と接合したときに噴射孔350Aと対向する位置に噴射孔350Bが設けられている。
また上部320には、ヒータ部310の電極340と対向する位置に貫通孔321が形成されている。
下部330も上部320と同様に、ヒータ部310の噴射孔350Aと対向する位置に噴射孔350Cが設けられている。
これらの噴射孔350A、350B、350Cをまとめて噴射孔350と呼ぶ。
In the upper part 320, an injection hole 350B is provided at a position facing the injection hole 350A when joined to the heater unit 310.
A through hole 321 is formed in the upper part 320 at a position facing the electrode 340 of the heater unit 310.
Similarly to the upper part 320, the lower part 330 is provided with an injection hole 350C at a position facing the injection hole 350A of the heater section 310.
These injection holes 350A, 350B, and 350C are collectively referred to as an injection hole 350.

ヒータ部310、上部320、下部330が重ねられた状態で、上部320の上面には、貫通孔321から露出する電極340から上部320の外周部に向かって引き出し配線343が延びている。(図12中、後述の絶縁物341の下側に引き出し配線343が配置されている。)
なお引き出し配線343は、噴射孔350と重ならない位置に形成されている。
In a state where the heater unit 310, the upper part 320, and the lower part 330 are overlapped, a lead wiring 343 extends from the electrode 340 exposed from the through hole 321 toward the outer peripheral part of the upper part 320 on the upper surface of the upper part 320. (In FIG. 12, a lead-out wiring 343 is disposed below an insulator 341 described later.)
The lead wiring 343 is formed at a position where it does not overlap the injection hole 350.

ノズルプレート300は、その外周部分に、断面コの字形状の絶縁物328が嵌め込まれている。
絶縁物328には貫通孔328aが形成され、第2の実施例と同様に貫通孔328aに電極端子329が差し込まれて、電極端子329と引き出し配線343とが接続されている。
電極端子329を通じて電圧を印加することによって外周ヒータ311、中央ヒータ312、内周ヒータ313を独立して昇温させることができる。
また、上部320の上面に形成された引き出し配線343は、その表面が絶縁物341によって覆われて燃料と電気的に絶縁されている。
The nozzle plate 300 is fitted with an insulator 328 having a U-shaped cross section at the outer periphery thereof.
A through hole 328a is formed in the insulator 328, and the electrode terminal 329 is inserted into the through hole 328a as in the second embodiment, and the electrode terminal 329 and the lead wiring 343 are connected.
By applying a voltage through the electrode terminal 329, the outer peripheral heater 311, the central heater 312, and the inner peripheral heater 313 can be heated independently.
In addition, the lead wiring 343 formed on the upper surface of the upper portion 320 is covered with an insulator 341 to be electrically insulated from the fuel.

次に、ノズルプレート300の製造方法について説明する。
あらかじめ上部320の上面に引き出し配線343および貫通孔321、さらに燃料が通る噴射孔350Bを形成しておく。
ヒータ部310にも、熱分離領域315となる隙間や燃料が通る噴射孔350A、さらに電極340を形成し、下部330にも燃料が通る噴射孔350Cを形成しておく。
噴射孔350A、350B、350Cの位置を合わせてヒータ部310、上部320、下部330を接合し、同時に、ヒータ部310の電極340と、上部320の引き出し配線343とを接続する。
なお、ヒータ部310、上部320、下部330の接合後に、燃料が通過する噴射孔350をドリル加工等の穴あけ加工によって形成することもできる。
Next, a method for manufacturing the nozzle plate 300 will be described.
The lead wiring 343, the through hole 321, and the injection hole 350B through which fuel passes are formed in advance on the upper surface of the upper part 320.
The heater portion 310 is also formed with a gap serving as the heat separation region 315, an injection hole 350 </ b> A through which fuel passes, and an electrode 340, and an injection hole 350 </ b> C through which fuel passes also in the lower portion 330.
The heater part 310, the upper part 320, and the lower part 330 are joined by aligning the positions of the injection holes 350A, 350B, and 350C, and at the same time, the electrode 340 of the heater part 310 and the lead wiring 343 of the upper part 320 are connected.
In addition, after joining the heater part 310, the upper part 320, and the lower part 330, the injection hole 350 which a fuel passes can also be formed by drilling processes, such as a drill process.

本実施例は以上のように構成され、第2の実施例と同様に、各ヒータ311、312、313ごとに温度制御が可能であるので、各ヒータごとに燃料の粘性が制御できる。したがって、各ヒータ311、312、313ごとに燃料の噴射量、噴霧形状を制御することによって、エンジンの運転状態に応じた理想の燃料分布を作りだすことができる。
特に引き出し配線343を上部320の上面に形成することにより、電極取り出し部分(電極端子329が形成される部分)を分散させることができ、ノズルプレート300の径方向の大きさを小さくすることができ、また、サイズが小さくなったことにより軽量化を図ることができる。
Since the present embodiment is configured as described above and the temperature can be controlled for each of the heaters 311, 312, and 313 as in the second embodiment, the viscosity of the fuel can be controlled for each heater. Therefore, by controlling the fuel injection amount and spray shape for each of the heaters 311, 312, and 313, an ideal fuel distribution according to the operating state of the engine can be created.
In particular, by forming the lead-out wiring 343 on the upper surface of the upper portion 320, electrode extraction portions (portions where the electrode terminals 329 are formed) can be dispersed, and the size of the nozzle plate 300 in the radial direction can be reduced. Moreover, weight reduction can be achieved by reducing the size.

なお、第2、第3の実施例において、ノズルプレートのヒータ部210、310を円筒形状であるものとしたが、図15の(a)、(b)に示すように、噴射孔450が複数設けられた平板ヒータ部411を所定枚数並べてヒータ部410を構成することもできる。
この場合にも、図15の(b)に示すように、各平板ヒータ部411ごとに独立して電圧を印加可能とすることにより、各平板ヒータ411ごとに燃料の粘性が制御できる。
また、ヒータ部の形状が平板以外にも、図16に示すように、断面L字形状のL字型ヒータ部511を用い、L字形状内側に他のL字型ヒータ部511のL字形状外側が対向するように所定の隙間を設けて順次配置し、これらを組み合わせることでヒータ部510を構成することもできる。
これらの場合には、ヒータ部411、511の形状が単純であり、同一のパターンを集合させるため、ヒータ部411、511の製造時に1枚の金属板からの取れ効率がよい。
In the second and third embodiments, the heater portions 210 and 310 of the nozzle plate are cylindrical. However, as shown in FIGS. 15A and 15B, a plurality of injection holes 450 are provided. The heater unit 410 can also be configured by arranging a predetermined number of flat plate heater units 411 provided.
Also in this case, as shown in FIG. 15B, the viscosity of the fuel can be controlled for each flat plate heater 411 by allowing the voltage to be applied independently for each flat plate heater portion 411.
In addition to the flat plate shape of the heater portion, as shown in FIG. 16, an L-shaped heater portion 511 having an L-shaped cross section is used, and an L-shape of another L-shaped heater portion 511 is formed inside the L-shape. The heater unit 510 can also be configured by sequentially arranging a predetermined gap so that the outer sides face each other and combining them.
In these cases, the shapes of the heater portions 411 and 511 are simple, and the same pattern is gathered, so that the efficiency of removing from one metal plate is good when the heater portions 411 and 511 are manufactured.

本発明が適用される内燃機関の燃焼室まわりの構成および制御系を示す図である。1 is a diagram showing a configuration around a combustion chamber and a control system of an internal combustion engine to which the present invention is applied. FIG. 燃料噴射弁の燃焼室側先端部の詳細構造を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the combustion chamber side front-end | tip part of a fuel injection valve. ノズルプレートの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of a nozzle plate. ノズルプレートの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a nozzle plate. 燃焼室に対するノズルプレートの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the nozzle plate with respect to a combustion chamber. ヒータの通電による燃料の噴射量の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the fuel injection amount by electricity supply of a heater. 燃料噴射弁の燃焼室側先端部の詳細構造を示す図であるIt is a figure which shows the detailed structure of the combustion chamber side front-end | tip part of a fuel injection valve. ノズルプレートを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a nozzle plate. 第2の実施例におけるヒータ部を示す図である。It is a figure which shows the heater part in a 2nd Example. 第2の実施例におけるノズルプレートの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the nozzle plate in a 2nd Example. ノズルプレートの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of a nozzle plate. 第3の実施例におけるノズルプレートを示す図である。It is a figure which shows the nozzle plate in a 3rd Example. 図12におけるW2−W2部断面を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the W2-W2 part cross section in FIG. ヒータ部を示す図である。It is a figure which shows a heater part. ヒータ部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a heater part. ヒータ部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a heater part.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリンダブロック
2 シリンダ
3 シリンダヘッド
4 ピストン
4a キャビティ
6 点火プラグ
6a 火花部
8 インテークバルブ
10 エグゾーストバルブ
20 燃料噴射弁
21 筐体
22 流量調節孔
23 弁座
25 針弁 (弁)
26 円錐面
27 プレート保持部材
28、328 絶縁物
30、200、300 ノズルプレート
31 シリコン基板
32、250、250A、250B、250C、350、350A、350B、350C、450、 噴射孔
33 金属層
34a、34b、34c、35a、35b、35c 電極部
37 貫通孔
40、42 マスク材
43 マスク穴
50、51 引き出し電極
100 コントロールユニット
101 エアフローメータ
102 スロットル開度センサ
103 クランク角センサ
104 冷却水温度センサ
210、310、410、510 ヒータ部
211、311 外周ヒータ
212、312 中央ヒータ
213、313 内周ヒータ
215、315 熱分離領域
220、320 上部
230、330 下部
411 平板ヒータ部
511 L字型ヒータ部
F 油圧室
Ha、Hb、Hc ヒータ
R 燃焼室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder block 2 Cylinder 3 Cylinder head 4 Piston 4a Cavity 6 Spark plug 6a Spark part 8 Intake valve 10 Exhaust valve 20 Fuel injection valve 21 Housing 22 Flow rate adjustment hole 23 Valve seat 25 Needle valve (Valve)
26 Conical surface 27 Plate holding member 28, 328 Insulator 30, 200, 300 Nozzle plate 31 Silicon substrate 32, 250, 250A, 250B, 250C, 350, 350A, 350B, 350C, 450, injection hole 33 Metal layer 34a, 34b , 34c, 35a, 35b, 35c Electrode portion 37 Through hole 40, 42 Mask material 43 Mask hole 50, 51 Lead electrode 100 Control unit 101 Air flow meter 102 Throttle opening sensor 103 Crank angle sensor 104 Cooling water temperature sensor 210, 310, 410, 510 Heaters 211, 311 Outer heaters 212, 312 Central heaters 213, 313 Inner heaters 215, 315 Thermal separation regions 220, 320 Upper 230, 330 Lower 411 Flat heater 511 L Type heater unit F hydraulic chamber Ha, Hb, Hc heater R combustion chamber

Claims (17)

燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
該燃料噴射弁は、加圧された燃料を弁の作動により噴出するとともに、燃料の噴出口に複数の噴射孔を有するノズルプレートを備え、
該ノズルプレートの前記噴射孔が複数のグループに分けられ、少なくとも1つのグループにはヒータが付設されて、
該ヒータを作動させることにより、前記グループ単位で前記噴射孔を通過する燃料を昇温可能としたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber;
The fuel injection valve includes a nozzle plate that ejects pressurized fuel by the operation of the valve and has a plurality of injection holes at a fuel ejection port,
The injection holes of the nozzle plate are divided into a plurality of groups, and at least one group is provided with a heater,
A fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the temperature of the fuel passing through the injection holes can be increased in units of groups by operating the heater.
前記ヒータが付設されたグループのうち少なくとも1つのグループの噴射孔は、当該噴射孔を通過した燃料の噴射方向が燃焼室内の点火プラグ寄りに向くように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The injection hole of at least one group among the groups provided with the heater is set so that the injection direction of the fuel that has passed through the injection hole is directed toward the spark plug in the combustion chamber. A fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1. 内燃機関の成層燃焼モード時に、前記燃料の噴射方向が燃焼室内の点火プラグ寄りに向くように設定された噴射孔のグループのヒータが、前記燃料が噴射孔内で沸騰しない温度を上限として加熱されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 In the stratified combustion mode of the internal combustion engine, the heater of the injection hole group set so that the injection direction of the fuel faces the spark plug in the combustion chamber is heated up to a temperature at which the fuel does not boil in the injection hole. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the fuel injection device is an internal combustion engine. 内燃機関の成層燃焼モード時に、前記燃料の噴射方向が燃焼室内の点火プラグ寄りに向くように設定された噴射孔のグループ以外の噴射孔のグループヒータが、燃料が噴射孔内で沸騰する温度以上に加熱されることを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 When the internal combustion engine is in the stratified combustion mode, the group heaters of the injection holes other than the injection hole group set so that the injection direction of the fuel faces the spark plug in the combustion chamber is equal to or higher than the temperature at which the fuel boils in the injection holes. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the fuel injection device is heated by the internal combustion engine. 内燃機関の冷却水温度が所定値以下のときに、前記燃料の噴射方向が燃焼室内の点火プラグ寄りに向くように設定された噴射孔のグループのヒータが、燃料が噴射孔内で沸騰しない温度を上限として加熱されることを特徴とする請求項2から4のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 A temperature at which the heater of the injection hole group set so that the injection direction of the fuel faces the spark plug in the combustion chamber when the cooling water temperature of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined value does not cause the fuel to boil in the injection hole The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, wherein the fuel injection device is heated up to an upper limit. 内燃機関の冷却水温度が所定値以下のときに、前記燃料の噴射方向が燃焼室内の点火プラグ寄りに向くように設定された噴射孔のグループ以外の噴射孔のグループのヒータが、燃料が噴射孔内で沸騰する温度以上に加熱されることを特徴とする請求項2から5のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 When the cooling water temperature of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined value, the heaters in the injection hole groups other than the injection hole group set so that the injection direction of the fuel faces the spark plug in the combustion chamber The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 5, wherein the fuel injection device is heated to a temperature equal to or higher than a boiling temperature in the hole. 内燃機関の均質燃焼モード時において、燃料の要求噴射量に応じて前記ヒータの1つ以上が作動されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein one or more of the heaters are operated in accordance with a required fuel injection amount when the internal combustion engine is in a homogeneous combustion mode. . 前記ヒータは前記弁の作動に同期して作動されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the heater is operated in synchronization with the operation of the valve. 前記ヒータ周囲には熱分離領域が形成され、当該ヒータは熱的に分離されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein a heat separation region is formed around the heater, and the heater is thermally separated. 前記熱分離領域は、熱抵抗率が高い材料または空気が充填され、あるいは真空となっていることを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 10. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the heat separation region is filled with a material having high thermal resistivity or air, or is in a vacuum. 前記ヒータは、ジュール加熱が可能な金属によって構成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein the heater is made of a metal capable of Joule heating. 複数のグループに分けられた噴射孔を有し、
少なくとも1つのグループにはヒータが付設されて、
該ヒータを作動させることにより、グループ単位で前記噴射孔を通過する燃料を昇温可能としたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置用のノズルプレート。
Having injection holes divided into a plurality of groups;
At least one group has a heater,
A nozzle plate for a fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the temperature of the fuel passing through the injection holes can be raised in groups by operating the heater.
前記ヒータ周囲には熱分離領域が形成され、当該ヒータは熱的に分離されていることを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の燃料噴射装置用のノズルプレート。 13. The nozzle plate for a fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 12, wherein a heat separation region is formed around the heater, and the heater is thermally separated. 前記熱分離領域は、熱抵抗率が高い材料または空気が充填され、あるいは真空となっていることを特徴とする請求項13に記載の内燃機関の燃料噴射装置用のノズルプレート。 14. The nozzle plate for a fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 13, wherein the heat separation region is filled with a material having high thermal resistivity, air, or vacuum. 前記ヒータは、ジュール加熱が可能な金属によって構成されていることを特徴とする請求項12から14のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置用のノズルプレート。 The nozzle plate for a fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 12 to 14, wherein the heater is made of a metal capable of Joule heating. 前記噴射孔は前記ヒータに設けられた孔であり、
前記ヒータは、燃料の噴射方向に対して垂直方向に多層構造となっていることを特徴とする請求項12から15のいずれか1に記載の内燃機関の燃料噴射装置用のノズルプレート。
The injection hole is a hole provided in the heater,
16. The nozzle plate for a fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 12, wherein the heater has a multilayer structure in a direction perpendicular to a fuel injection direction.
複数のグループに分けられた噴射孔とグループごとに付設されたヒータとを有するノズルプレートを燃料の噴出口に備えた燃料噴射弁で、燃焼室に燃料を噴射する内燃機関において、運転状態に応じて前記ヒータを選択的に作動させて、前記グループごとに独立して前記噴射孔を通過する燃料を昇温させて、それぞれの燃料噴射量を変化させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。 In an internal combustion engine that injects fuel into a combustion chamber with a fuel injection valve having a nozzle plate having injection holes divided into a plurality of groups and a heater attached to each group at a fuel injection port, depending on the operating condition A fuel injection method for an internal combustion engine, wherein the heater is selectively operated to raise the temperature of the fuel that passes through the injection holes independently for each of the groups to change the amount of each fuel injection .
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