JP2014227900A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エミッションの悪化を抑制しつつ結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置（６０）は、内燃機関（５）の燃焼室（１６）に向けて燃料を噴射するインジェクタ（７０）と、インジェクタの先端部（７５）に配置され、固体から液体に相変化する場合に吸熱し、液体から固体に相変化する場合に放熱する相変化物質（９３）を含有するカプセル（９２）と、を備え、カプセルの相変化物質の相変化温度が水の露点温度以上の温度に設定されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

従来、内燃機関として、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクタを備える筒内直接噴射式の内燃機関が知られている。このような内燃機関として、例えば特許文献１には、燃焼室から排出された排気を吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置を備えた筒内直接噴射式の内燃機関が開示されている。また、特許文献１には、ＥＧＲ装置を備えた筒内直接噴射式の内燃機関において、ＥＧＲガス中の酸を含んだ結露がインジェクタの先端部に付着した場合、インジェクタの先端部が腐食する可能性があることが開示されている。そして特許文献１には、この結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制する手法として、ＥＧＲガスの流量を低減することが開示されている。

特開２０１０−２５５４６２公報

しかしながら特許文献１に係る技術では、結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制するにあたり、ＥＧＲガスの流量を低減しているため、内燃機関のエミッションが悪化する可能性がある。

本発明は、エミッションの悪化を抑制しつつ結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関の燃焼室に向けて燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタの先端部に配置され、固体から液体に相変化する場合に吸熱し、前記液体から前記固体に相変化する場合に放熱する相変化物質を含有するカプセルと、を備え、前記カプセルの前記相変化物質の相変化温度が水の露点温度以上の温度に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、カプセルの相変化物質の相変化温度が水の露点温度に設定されている場合には、インジェクタの先端部の温度が露点になった場合に相変化物質が放熱することで、インジェクタの先端部の温度を上昇させることができる。その結果、インジェクタの先端部への結露の付着量を減少させることができるため、インジェクタの先端部の腐食を抑制することができる。また、カプセルの相変化温度が水の露点温度よりも高い温度に設定されている場合には、インジェクタの先端部の温度が露点温度になる前にカプセルの相変化物質の放熱が開始するため、インジェクタの先端部への結露の発生をより効果的に抑制することができる。その結果、結露によるインジェクタの先端部の腐食をより効果的に抑制することができる。また本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制するにあたってＥＧＲガスの流量を減少させる必要がないため、エミッションの悪化も生じない。したがって、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、エミッションの悪化を抑制しつつ結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制することができる。

本発明によれば、エミッションの悪化を抑制しつつ結露によるインジェクタの先端部の腐食を抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することができる。

図１（ａ）は実施例１に係る内燃機関の全体構成を示す模式図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は実施例１に係る燃料噴射装置の詳細を説明するための模式図である。 図２（ａ）はカプセルを説明するための模式図である。図２（ｂ）はカプセルの温度の時間変化を説明するための模式図である。 図３（ａ）は、比較例に係る燃料噴射装置のインジェクタの先端部およびシリンダヘッドの温度の時間変化を示す模式図である。図３（ｂ）および図３（ｃ）は、実施例１に係る燃料噴射装置のインジェクタの先端部およびシリンダヘッドの温度の時間変化を示す模式図である。 図４は実施例１に係る燃料噴射装置の動作をフローチャートの形でまとめたものである。 図５（ａ）は実施例２に係る燃料噴射装置が適用される内燃機関を示す模式図である。図５（ｂ）は実施例２に係るインジェクタの先端部およびシリンダヘッドの温度の時間変化を示す模式図である。 図６は実施例２に係る燃料噴射装置の動作をフローチャートの形でまとめたものである。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射装置６０について説明する。まず燃料噴射装置６０が適用される内燃機関５の全体構成について説明し、次いで燃料噴射装置６０の詳細について説明する。図１（ａ）は内燃機関５の全体構成を示す模式図である。本実施例に係る内燃機関５は車両に搭載されている。本実施例においては、内燃機関５の一例として、圧縮着火式の内燃機関、具体的にはディーゼルエンジンを用いる。但し、燃料噴射装置６０が適用される内燃機関５はこれに限定されるものではない。内燃機関５の他の例として、例えば火花点火式の内燃機関（具体的にはガソリンエンジン）を用いることもできる。

内燃機関５は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上部に配置されたシリンダヘッド２０と、シリンダブロック１０に形成された気筒１５に配置されたピストン３０とを備えている。シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０とピストン３０とによって囲まれた領域を燃焼室１６と称する。なお本実施例における上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば図１（ａ）における上方および下方は、重力方向で水平の方向であってもよい。また内燃機関５は、燃焼室１６に流入する吸気が通過する吸気通路４０と、燃焼室１６から排出された排気が通過する排気通路４５とを備えている。本実施例において吸気通路４０の上流端から吸気通路４０に流入する吸気は、新気（排気を含まない空気）である。

また内燃機関５は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置として、ＥＧＲ通路５０と、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ５２とを備えている。ＥＧＲ通路５０は、吸気通路４０の通路途中と排気通路４５の通路途中とを連通している。ＥＧＲ通路５０は、気筒１５から排出された排気の一部を吸気通路４０に再循環させる通路である。これ以降、ＥＧＲ通路５０を通過して吸気通路４０に導入される排気をＥＧＲガスと称する。ＥＧＲクーラ５１はＥＧＲ通路５０に配置されている。ＥＧＲクーラ５１はＥＧＲガスを冷却する装置である。ＥＧＲバルブ５２はＥＧＲ通路５０に配置されている。具体的には本実施例に係るＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０のＥＧＲクーラ５１よりも下流側に配置されている。但しＥＧＲバルブ５２のＥＧＲ通路５０における具体的な配置箇所は、これに限定されるものではない。ＥＧＲバルブ５２は、制御装置１００からの指示を受けて開閉することでＥＧＲガスの量を調整する。

また内燃機関５は燃料噴射装置６０を備えている。本実施例に係る燃料噴射装置６０は、インジェクタ７０と、インジェクタ７０を制御する制御装置１００と、ガスケット８０と、インジェクタ７０に配置された蓄熱蓄冷部材９０とを備えている（なお、ガスケット８０および蓄熱蓄冷部材９０は後述する図１（ｂ）および図１（ｃ）に図示されている）。なお本実施例に係る制御装置１００は、一つの制御装置でＥＧＲバルブ５２と燃料噴射装置６０のインジェクタ７０とを制御しているが、制御装置１００の構成はこれに限定されるものではない。例えば内燃機関５は、インジェクタ７０用の制御装置およびＥＧＲバルブ５２用の制御装置をそれぞれ別途備えていてもよい。本実施例においては、制御装置１００の一例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３を備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いる。ＣＰＵ１０１はインジェクタ７０およびＥＧＲバルブ５２を制御する制御部としての機能を有している。ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の動作に必要な情報を記憶する記憶部としての機能を有している。

また内燃機関５は、制御装置１００の制御に必要な情報を検出するセンサを備えている。図１（ａ）にはこのセンサの一例として、クランクポジションセンサ１１０が図示されている。クランクポジションセンサ１１０は内燃機関５のクランクシャフト（クランクシャフトはピストン３０にコンロッドを介して接続されている）の位置を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。それにより制御装置１００は内燃機関５のクランク角を取得する。なお内燃機関５は、クランクポジションセンサ１１０以外にも、吸入空気量を検出するエアフロメータ、アクセルの位置を検出するアクセルポジションセンサ等の種々のセンサを備えている。制御装置１００はこれらのセンサの検出結果に基づいてインジェクタ７０およびＥＧＲバルブ５２を制御することで、ユーザによる車両の運転操作に応じて内燃機関５の運転状態を制御している。また内燃機関５は、内燃機関５の運転の始動および停止を行うためにユーザが操作する始動停止スイッチ（図示せず）を車両の運転席に備えている。始動停止スイッチの一例として、車両の運転席に配置されているいわゆるキースイッチを用いることができる。制御装置１００は始動停止スイッチがＯＮにされた場合に内燃機関５を始動させ、始動停止スイッチがＯＦＦにされた場合に内燃機関５の運転を停止させる。

続いて燃料噴射装置６０の詳細について説明する。図１（ｂ）および図１（ｃ）は燃料噴射装置６０の詳細を説明するための模式図である。具体的には図１（ｂ）は、内燃機関５のインジェクタ７０の近傍を模式的に図示している。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のインジェクタ７０の先端部近傍を拡大して模式的に図示している。なお、図１（ｂ）においてインジェクタ７０の断面図示は省略されており、一方、図１（ｃ）のインジェクタ７０は断面図示されている。図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、本実施例に係るインジェクタ７０は、燃焼室１６に向けて燃料（Ｆ）が噴射されるように、シリンダヘッド２０に配置されている。すなわち、本実施例に係る内燃機関５はいわゆる筒内直接噴射式の内燃機関である。インジェクタ７０のシリンダヘッド２０における具体的な配置箇所は特に限定されるものではないが、本実施例に係るインジェクタ７０は、燃焼室１６における天井部の中央からピストン３０の頂面に向けて燃料を噴射するようにシリンダヘッド２０の中央部に配置されている。

図１（ｂ）を参照して、本実施例に係るインジェクタ７０のボディ７１は、大径部７２と、大径部７２の先端に接続するとともに大径部７２よりも径の小さい小径部７３とを有している。小径部７３の先端は、インジェクタ７０の軸線７４に沿った方向で先端側に向かうほど径が縮径した円錐形状になっている。本実施例において、この円錐形状になっている部分を先端部７５と称する。図１（ｃ）を参照して、この先端部７５のさらに先端には、燃料を噴射する孔である噴孔７６が形成されている。但しインジェクタ７０のボディ７１の形状は、先端部７５に噴孔７６を有するものであれば、これに限定されるものではなく、例えば先端部７５は円錐形状を有していなくてもよい。インジェクタ７０は、ボディ７１の内部に、噴孔７６を開閉するニードル（図示せず）を備えるとともに、制御装置１００の指示を受けてニードルを駆動する駆動部（図示せず）を備えている。なおインジェクタ７０の内部機構（具体的にはボディ７１の内部構造、ニードルおよび駆動部の構造）は、公知のインジェクタの内部機構と同様であるため、これ以上詳細な説明は省略する。

図１（ｂ）を参照して、本実施例に係るシリンダヘッド２０とインジェクタ７０のボディ７１の大径部７２および小径部７３との間には、隙間７７が形成されている。本実施例に係るガスケット８０は、この隙間７７に配置されている。具体的にはガスケット８０は、インジェクタ７０の小径部７３と大径部７２との間に位置する段差部と、このインジェクタ７０の段差部に対応したシリンダヘッド２０の段差部とによって挟持されるように隙間７７に配置されている。本実施例に係るガスケット８０はリング形状を有している。ガスケット８０は、燃焼室１６のガスが隙間７７を通過してインジェクタ７０の後端側に流入することを抑制するシール部材としての機能を有している。

図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して、蓄熱蓄冷部材９０は、インジェクタ７０の先端部７５に配置されている。具体的には蓄熱蓄冷部材９０は、インジェクタ７０の先端部７５の噴孔７６の周囲に配置されている。図１（ｃ）を参照して、蓄熱蓄冷部材９０は、噴孔７６から噴射された燃料が通過可能な孔９１を有している。それにより、蓄熱蓄冷部材９０は噴孔７６を閉塞しないように先端部７５に配置されている。本実施例に係る蓄熱蓄冷部材９０は、複数のカプセル９２（後述する図２（ａ）に図示されている）によって構成されている。

図２（ａ）はカプセル９２を説明するための模式図である。カプセル９２は、固体から液体に相変化する場合に吸熱し、液体から固体に相変化する場合に放熱する相変化物質９３を含有するカプセルである。具体的には本実施例に係るカプセル９２は、相変化物質９３の外周面を塗材９４が覆うことで、塗材９４の中に相変化物質９３が閉じ込められた構造を有している。本実施例に係るカプセル９２は、その直径が１ｍｍよりも小さい大きさのカプセル、具体的には直径がマイクロメータの単位の大きさのカプセルである。すなわち、本実施例に係るカプセル９２は微細なカプセル、具体的にはマイクロカプセルである。但しカプセル９２の大きさはこれに限定されるものではない。

図２（ｂ）は、カプセル９２の温度の時間変化を説明するための模式図である。具体的には図２（ｂ）には、カプセル９２の温度の時間変化を示す曲線と、一般的な保冷剤の温度の時間変化を示す曲線とが図示されている。一般的な保冷剤の場合、時間の経過とともに温度は上昇している。これに対してカプセル９２は、相変化物質９３が相変化する温度（以下、相変化温度と称する）を一定期間保持しようとする温度保持性能を有している。具体的にはカプセル９２は、相変化物質９３が液体から固体に相変化する場合に相変化温度（具体的には凝固点）を一定期間保持しようとし、また相変化物質９３が固体から液体に相変化する場合にも相変化温度（具体的には融点）を一定期間保持しようとする。

したがって、カプセル９２はその温度が上昇する場合には、一般的な保冷剤に比較してより長時間吸熱することができるため、カプセル９２の周囲の温度が上昇することをより抑制することができる。したがって、インジェクタ７０の先端部７５にカプセル９２が配置されることで、内燃機関５の運転中におけるインジェクタ７０の先端部７５の過熱を効果的に抑制することができる。またカプセル９２はその温度が低下する場合には、一般的な保冷剤に比較してより長時間放熱することができるため、カプセル９２の周囲の温度が低下することをより抑制することができる。したがって、インジェクタ７０の先端部７５にカプセル９２が配置されることで、内燃機関５の運転停止後におけるインジェクタ７０の先端部７５の温度低下を効果的に抑制することができる。

カプセル９２の相変化物質９３としては、ＮａＣＨ_３ＣＯＯ・３Ｈ_２Ｏ（融点は５８℃）、ＬｉＮＯ_３・３Ｈ_２Ｏ（融点は３０℃）、ｎ−テトラデカン（融点は５℃）、ｎ−オクタデカン（融点は２８℃）、ステアリン酸（融点は７１℃）、セチルアルコール（融点は５１℃）等を用いることができる。また塗材９４としては、ゼラチン、ゼラチン・アラビアゴム、メラミン樹脂、尿素・ホルマリン樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。

ここで、本実施例に係るカプセル９２は、相変化物質９３の相変化温度が水の露点温度以上の温度に設定されている。なお水の露点温度とは、水が結露する温度をいう。本実施例では、水の露点温度として５０℃を用いる。そこで、本実施例においては、カプセル９２の相変化物質９３として、前述した相変化物質９３の中から融点（すなわち相変化温度）が５０℃以上であるもの、具体的にはＮａＣＨ_３ＣＯＯ・３Ｈ_２Ｏ、ステアリン酸またはセチルアルコールのいずれかを用いることとする。また本実施例では、塗材９４の一例として、メラミン樹脂を用いることとする。本実施例に係る蓄熱蓄冷部材９０は、このようなカプセル９２（具体的には複数のカプセル９２）がインジェクタ７０の先端部７５に０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度の厚みになるようにコーティングされることによって形成されたものである。なお複数のカプセル９２を先端部７５にコーティングする具体的手法は特に限定されるものではなく、例えば、接着剤等を用いて先端部７５にコーティングすればよい。

続いて本実施例に係る燃料噴射装置６０の作用効果について、比較例に係る燃料噴射装置と比較しつつ説明する。図３（ａ）は、比較例に係る燃料噴射装置のインジェクタの先端部の温度の時間変化と、シリンダヘッド２０の温度の時間変化とを示す模式図である。なお比較例に係る燃料噴射装置は、インジェクタが蓄熱蓄冷部材９０を備えていない点において、本実施例に係る燃料噴射装置６０と異なっている。図３（ａ）において時間ｔは、ユーザによって始動停止スイッチがＯＦＦにされることで内燃機関５の運転が停止した時間である。なお、この時間ｔの定義は、後述する図３（ｂ）および図３（ｃ）においても同じである。

図３（ａ）を参照して、内燃機関５の運転中（時間ｔよりも前）において、比較例に係るインジェクタの先端部の温度はシリンダヘッド２０の温度よりも高温になっている。時間ｔにおいて内燃機関５の運転が停止された場合、比較例に係るインジェクタの先端部の温度は低下し、またシリンダヘッド２０の温度も低下する。その後、比較例に係るインジェクタの先端部およびシリンダヘッド２０の温度は露点温度（５０℃）以下になる。その結果、比較例に係るインジェクタの先端部およびシリンダヘッド２０に結露が生じる。また、比較例に係るインジェクタの先端部およびシリンダヘッド２０の温度が露点温度以下になってから若干時間が経過した後に、比較例に係るインジェクタの先端部の温度はシリンダヘッド２０の温度よりも低くなっている。このように、インジェクタの先端部の温度が露点温度よりも低くなり、さらにシリンダヘッド２０の温度よりも低くなった場合、インジェクタの先端部に優先的に結露が生じると考えられる。

以上のように比較例に係る燃料噴射装置の場合、インジェクタの先端部に優先的に結露が生じるため、インジェクタの先端部への結露の発生量は多いといえる。このように比較例に係るインジェクタの先端部に多量の結露が生じた場合、この結露は例えば内燃機関５の運転停止後において燃焼室１６に残留している残留ガスの酸成分を含んでいるため、比較例に係るインジェクタの先端部が腐食する可能性がある。特に比較例に係るインジェクタの先端部の噴孔（具体的には噴孔の燃料流動方向で出口側の部分）が結露によって腐食する可能性がある。インジェクタの噴孔が結露によって腐食した場合、燃料噴霧形状等の燃料噴射態様が噴孔が腐食する前の状態から変化してしまうため、エミッションの悪化、具体的にはスモークの発生や黒煙の発生等が生じる可能性がある。

図３（ｂ）および図３（ｃ）は、本実施例に係る燃料噴射装置６０のインジェクタ７０の先端部７５およびシリンダヘッド２０の温度の時間変化を示す模式図である。具体的には図３（ｂ）は、カプセル９２の相変化物質９３の相変化温度が露点温度よりも高く設定されている場合を示し、図３（ｂ）は相変化物質９３の相変化温度が露点温度に設定されている場合を示している。なお本実施例において、相変化物質９３として、前述したＮａＣＨ_３ＣＯＯ・３Ｈ_２Ｏまたはステアリン酸を用いた場合は、インジェクタ７０の先端部７５は図３（ｂ）のような温度変化を示し、相変化物質９３としてセチルアルコールを用いた場合には、インジェクタ７０の先端部７５は図３（ｃ）のような温度変化を示す。

図３（ｃ）を参照して、カプセル９２の相変化物質９３の相変化温度が露点温度に設定されている場合には、時間ｔにおいて内燃機関５の運転が停止することでインジェクタ７０の先端部７５の温度が低下して、その後露点温度になった場合に、カプセル９２の相変化物質９３が放熱することで、インジェクタ７０の先端部７５の温度を上昇させることができる。その結果、インジェクタ７０の先端部７５への結露の付着量を減少させることができるため、インジェクタ７０の先端部７５の腐食を抑制することができる。それにより、結露による噴孔７６の腐食に起因する排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また図３（ｂ）を参照して、相変化物質９３の相変化温度が露点温度よりも高い温度に設定されている場合には、インジェクタ７０の先端部７５の温度が低下してインジェクタ７０の先端部７５が露点温度になる前に相変化物質９３の放熱が開始するため、インジェクタ７０の先端部７５への結露の発生を図３（ｃ）の場合よりも効果的に抑制することができる。その結果、結露によるインジェクタ７０の先端部７５の腐食をより効果的に抑制することができる。それにより、結露による噴孔７６の腐食に起因する排気エミッションの悪化をより効果的に抑制することができる。また本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、結露によるインジェクタ７０の先端部７５の腐食を抑制するにあたって、例えば特許文献１に係る技術のようにＥＧＲガスの流量を減少させる必要がないため、ＥＧＲガス流量の減少に起因するエミッションの悪化も生じない。したがって、本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、エミッションの悪化を抑制しつつ結露によるインジェクタ７０の先端部７５の腐食を抑制することができる。

図４は、本実施例に係る燃料噴射装置６０の動作をフローチャートの形でまとめたものである。まず、内燃機関５のユーザによって始動停止スイッチがＯＦＦにされることで内燃機関５の運転が停止した場合（ステップＳ１０）、インジェクタ７０の先端部７５の温度は低下する（ステップＳ２０）。そして、インジェクタ７０の先端部７５の温度が相変化温度になった場合（ステップＳ３０でＹｅｓの場合）、蓄熱蓄冷部材９０のカプセル９２の相変化物質９３は放熱を開始する（ステップＳ４０）。それにより、インジェクタ７０の先端部７５の温度が露点温度よりも高くなれば（ステップＳ５０でＹｅｓの場合）、インジェクタ７０の先端部７５への結露は生じない（ステップＳ６０）。一方、ステップＳ４０において相変化物質９３の放熱が開始してもインジェクタ７０の先端部７５の温度が露点温度より高くならなければ（ステップＳ５０でＮｏの場合）、インジェクタ７０の先端部７５に結露が生じる（ステップＳ７０）。

なお本実施例においては、通常は、内燃機関５の運転が停止した後にステップＳ４０が最初に実行された場合にはステップＳ５０でＹｅｓと判定されるため、ステップＳ７０のような状態にはならない。しかしながら、一旦ステップＳ４０が実行されても、その後の時間の経過とともにカプセル９２の相変化物質９３の放熱が終了すれば、インジェクタ７０の温度は低下して露点温度以下になり、その結果、ステップＳ７０のようにインジェクタ７０の先端部７５に結露が生じることになる。しかしながら、この場合においても、本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、インジェクタ７０の先端部７５に結露が生じるまでの時間は、蓄熱蓄冷部材９０を備えない場合に比較して長くなっている。そのため、本実施例に係るインジェクタ７０の先端部７５に生じる結露の量は少なくて済む。この点においても本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、蓄熱蓄冷部材９０を備えない燃料噴射装置に比較して、結露によるインジェクタ７０の先端部７５の腐食を抑制することができるといえる。

なお本実施例において燃料噴射装置６０が適用される内燃機関５の一例としてＥＧＲ装置（ＥＧＲ通路５０、ＥＧＲクーラ５１およびＥＧＲバルブ５２）を備える内燃機関５を用いているが、燃料噴射装置６０が適用される内燃機関５は、ＥＧＲ装置を備えるものに限定されない。仮に内燃機関５がＥＧＲ装置を備えていない場合であっても、例えば内燃機関５の運転停止後において燃焼室１６に残留した残留ガスは酸成分を含んでいることが考えられる。したがって、仮に、この残留ガス中の酸成分を含んだ結露が多量にインジェクタ７０の先端部７５に付着した場合、インジェクタ７０の先端部７５が腐食する可能性がある。これに対して本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、このようなＥＧＲ装置を備えていない内燃機関５に適用された場合であっても、カプセル９２によって結露によるインジェクタ７０の先端部７５の腐食を抑制することができる。

続いて本発明の実施例２に係る内燃機関の燃料噴射装置６０ａについて説明する。図５（ａ）は、本実施例に係る燃料噴射装置６０ａが適用される内燃機関５ａを示す模式図である。内燃機関５ａは、燃料噴射装置６０に代えて燃料噴射装置６０ａを備えている点において、図１（ａ）に図示されている実施例１に係る内燃機関５と異なっている。なお内燃機関５ａは、図５（ａ）に図示されている構成の他に、図１（ａ）に図示されているＥＧＲ装置、シリンダブロック１０、ピストン３０、吸気通路４０、排気通路４５およびクランクポジションセンサ１１０も備えているが、図５（ａ）において、これら他の構成の図示は省略されている。

本実施例に係る燃料噴射装置６０ａは、蓄熱蓄冷部材９０を備えておらず、代わりに潜熱蓄熱材１２０とアクチュエータ１３０とを備えている点において、実施例１に係る燃料噴射装置６０と異なっている。潜熱蓄熱材１２０は、過冷却状態となることができるとともに、発核した場合に過冷却状態を破って液体から固体に相変化する部材である。このような部材であれば、潜熱蓄熱材１２０の具体的な組成は特に限定されるものではないが、本実施例においては潜熱蓄熱材１２０の一例として、酢酸ナトリウム３水和物を用いることとする。なお潜熱蓄熱材１２０は、液体から固体に相変化する際に熱を発生する（すなわち放熱する）。本実施例に係る潜熱蓄熱材１２０は、インジェクタ７０ａの先端部７５の全体を覆うとともに（但し、噴孔７６の部分は閉塞しないように覆っている）、小径部７３のガスケット８０の近傍の部分までを覆うように、インジェクタ７０ａのボディ７１にコーティングされている。

アクチュエータ１３０は、制御装置１００からの指示を受けて潜熱蓄熱材１２０に対して発核に必要な力を付与する部材である。具体的には本実施例に係るアクチュエータ１３０は、インジェクタ７０のボディ７１の潜熱蓄熱材１２０が配置されている箇所、より具体的には小径部７３における先端部７５よりも後端側の部分の潜熱蓄熱材１２０が配置されている箇所に配置されている。本実施例に係るアクチュエータ１３０は、制御装置１００からの指示を受けて振動することで、潜熱蓄熱材１２０に力を付与する。アクチュエータ１３０から潜熱蓄熱材１２０に力が付与されることで、潜熱蓄熱材１２０は発核して放熱する。すなわち、本実施例に係るアクチュエータ１３０は潜熱蓄熱材１２０を発核させる発核部材としての機能を有している。なお発核部材としては、潜熱蓄熱材１２０を発核できるものであればよく、本実施例に係るアクチュエータ１３０に限定されるものではない。

本実施例に係る制御装置１００の制御部（ＣＰＵ１０１）は、インジェクタ７０ａおよびＥＧＲバルブ５２を制御する制御部としての機能の他に、アクチュエータ１３０を制御する制御部としての機能をさらに有している点において実施例１に係る制御装置１００の制御部と異なっている。具体的には本実施例に係る制御部は、インジェクタ７０ａの先端部７５の温度が露点温度になる前に潜熱蓄熱材１２０が発核するようにアクチュエータ１３０を制御する。より具体的には本実施例に係る制御部は、ユーザによって内燃機関５ａの始動停止スイッチがＯＦＦにされた場合において、所定の作動条件が満たされた場合に、潜熱蓄熱材１２０が発核するようにアクチュエータ１３０を制御する。また、本実施例においては、この所定の作動条件として、アクチュエータ１３０が正常に機能しているという条件を用いる。すなわち、本実施例に係る制御部は、内燃機関５ａの始動停止スイッチがＯＦＦにされた場合においてアクチュエータ１３０が正常に機能している場合に、アクチュエータ１３０を作動させて潜熱蓄熱材１２０を発核させている。

図５（ｂ）は、本実施例に係るインジェクタ７０ａの先端部７５およびシリンダヘッド２０の温度の時間変化を示す模式図である。図５（ｂ）において時間ｔは、始動停止スイッチがユーザによってＯＦＦにされることで内燃機関５ａの運転が停止した時間を示している。なお図５（ｂ）は、内燃機関５ａの運転が停止した時間ｔにおいて、前述した所定の作動条件も同時に満たされた場合を想定して図示されている。したがって、図５（ｂ）において、アクチュエータ１３０は時間ｔにおいて作動し、その結果、時間ｔにおいて潜熱蓄熱材１２０の放熱が開始している。

時間ｔにおいて内燃機関５ａの運転が停止した場合、シリンダヘッド２０の温度は低下し、その後、露点温度以下になる。その結果、シリンダヘッド２０に結露が生じる。一方、インジェクタ７０ａの温度変化を見ると、時間ｔにおいて内燃機関５ａの運転が停止した場合、インジェクタ７０ａの先端部７５の温度は低下するが、潜熱蓄熱材１２０が時間ｔにおいて発核することで放熱する結果、インジェクタ７０ａの先端部７５が露点温度以下になることが抑制されている。具体的にはインジェクタ７０ａの先端部７５の温度は、時間ｔ_ａから所定時間の間、温度Ｔ（これは露点温度よりも高い温度である）になっている。その結果、本実施例に係る燃料噴射装置６０ａによれば、先端部７５への結露の発生を抑制することができる。それにより、結露によるインジェクタ７０ａの先端部７５の腐食を抑制することができる。また本実施例においても、結露によるインジェクタ７０ａの先端部７５の腐食を抑制するにあたって、例えば特許文献１に係る技術のようにＥＧＲガスの流量を減少させる必要がないため、エミッションの悪化も生じない。したがって、本実施例に係る燃料噴射装置６０ａによれば、エミッションの悪化を抑制しつつ結露によるインジェクタ７０ａの先端部７５の腐食を抑制することができる。

図６は、本実施例に係る燃料噴射装置６０ａの動作をフローチャートの形でまとめたものである。図６のフローチャートは、ステップＳ２０を備えていない点と、ステップＳ３０に代えてステップＳ３０ａを備えている点と、ステップＳ４０に代えてステップＳ４０ａを備えている点とにおいて、実施例１に係る図４のフローチャートと異なっている。図６を参照して、ステップＳ１０において内燃機関５ａの運転が停止した場合、制御装置１００の制御部は、所定の作動条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ３０ａ）。前述したように、本実施例においては所定の作動条件として、アクチュエータ１３０が正常に機能しているという条件を用いる。具体的には本実施例に係る制御部は、前回、潜熱蓄熱材１２０を発核させようとしてアクチュエータ１３０を作動させようとしたときに、アクチュエータ１３０が実際に作動していれば、ステップＳ３０ａにおいてアクチュエータ１３０は正常に作動していると判定する（Ｙｅｓと判定する）。一方、制御部は、前回、潜熱蓄熱材１２０を発核させようとしてアクチュエータ１３０を作動させようとしたときに、アクチュエータ１３０が作動しなかった場合、ステップＳ３０ａにおいてアクチュエータ１３０は正常に作動していないと判定する（Ｎｏと判定する）。但し、ステップＳ３０ａの具体的な内容は、アクチュエータ１３０が正常か否かを判定可能なものであれば、これに限定されるものではない。

ステップＳ３０ａでＮｏと判定された場合、フローチャートの実行は終了される。ステップＳ３０ａでＹｅｓと判定された場合、制御部はアクチュエータ１３０を作動させることで潜熱蓄熱材１２０に放熱させる（ステップＳ４０ａ）。それにより、インジェクタ７０ａの先端部７５の温度が露点温度よりも高くなれば（ステップＳ５０でＹｅｓの場合）、インジェクタ７０の先端部７５への結露は生じない（ステップＳ６０）。一方、ステップＳ４０ａにおいて潜熱蓄熱材１２０が放熱してもインジェクタ７０ａの先端部７５の温度が露点温度より高くならなければ（ステップＳ５０でＮｏの場合）、インジェクタ７０ａの先端部７５に結露が生じる（ステップＳ７０）。

なお本実施例においては、通常は、内燃機関５ａの運転が停止した後にステップＳ４０ａが最初に実行された場合にはステップＳ５０でＹｅｓと判定されるため、ステップＳ７０のような状態にはならない。しかしながら、一旦ステップＳ４０ａが実行されても、その後の時間の経過とともに潜熱蓄熱材１２０の放熱が終了すれば、インジェクタ７０ａの温度は低下して露点温度以下になり、その結果、ステップＳ７０のようにインジェクタ７０ａの先端部７５に結露が生じることになる。しかしながら、この場合においても、本実施例に係る燃料噴射装置６０ａによれば、インジェクタ７０ａの先端部７５に結露が生じるまでの時間は、本実施例に係る潜熱蓄熱材１２０や実施例１に係る蓄熱蓄冷部材９０を備えない場合（具体的には図３（ａ）で説明した比較例に係る燃料噴射装置の場合）に比較して長くなっている。そのため、本実施例に係るインジェクタ７０ａの先端部７５に生じる結露の量は少なくて済む。この点においても本実施例に係る燃料噴射装置６０ａによれば、結露によるインジェクタ７０ａの先端部７５の腐食を抑制することができるといえる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

５ 内燃機関
１６ 燃焼室
２０ シリンダヘッド
６０ 燃料噴射装置
７０ インジェクタ
７５ 先端部
７６ 噴孔
９０ 蓄熱蓄冷部材
９２ カプセル
９３ 相変化物質
９４ 塗材
１００ 制御装置

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
   前記インジェクタの先端部に配置され、固体から液体に相変化する場合に吸熱し、前記液体から前記固体に相変化する場合に放熱する相変化物質を含有するカプセルと、を備え、
   前記カプセルの前記相変化物質の相変化温度が水の露点温度以上の温度に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。

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