JP3357072B2 - 内蔵ヒータを備えた燃料噴射器 - Google Patents

内蔵ヒータを備えた燃料噴射器

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は内燃機関用の燃料噴射器に関する。従来の燃
料噴射器は内部通路を有するハウジングを含んでおり、
噴射器はその通路に加圧された燃料を供給する燃料レー
ル内に設置されている。ソレノイドで操作されるニード
ル・バルブを弁座から脱着させて、噴射器からの燃料の
噴射器先端からの流出を制御する。噴射器先端部は吸気
マニフォルドないしシリンダ・ヘッド・ランナ通路のボ
アに受けられているので、燃料は吸気マニフォルドない
しシリンダ・ヘッド・ランナ中へ噴射される。
噴射された燃料は燃料の気化を助けるものとして、噴
霧の形態となる。
しかしエンジンが冷えている場合、燃料の気化は困難
であり、そのため、コールド・スタートがエンジンの総
排気物の大部分の原因となる。
燃料噴射器用のヒータがこの問題を解決するめに提案
されており、通常は噴射器を取り囲んだ外部ヒータ・ジ
ャケットの形態をしている。
他の手法が「Combustion Engine with Fuel Injectio
n System,and a Spray Valve for Such an Engine」に
対して1990年２月６日に発行された米国特許第4898142
号に記載されている。この特許は、通常はセラミックで
ある、「正の温度係数」の材料すなわちPTC材料のいわ
ゆるサーミスタで構成された加熱素子を記載している。
PTCサーミスタ・ヒータは、特定の温度において電気
抵抗が大幅に増加するという自動制限特性を有している
ので、複雑な制御装置なしに、燃料を所定の温度まで自
動的に加熱することができ、この特性温度は数秒で達成
される。
米国特許第4898142号では、PTC材料を詳細に記載して
いるものとして、米国特許第4279234号が参照されてい
る。このような材料が記載されている刊行ブローシャが
ドイツ国81541ミュンヘン、バランシュトラーセ73（Bal
anstrasse 73,81541 Munchen）Siemens Matsushita Com
ponents GmbH ＆ Co.からOrder No.B51 P2532/X/X/7600
で入手することができる（1993年版）。
米国特許第4898142号にはヒート・シンクとして作用
する金属製の箱に接続されたPTC材料のタブレットが記
載されており、燃料はタブレットに衝突してから、ヒー
ト・シンクの表面の周囲を延びているら旋通路を通って
流れて、熱が燃料へ伝えられる。
該特許に記載されている他の変形においては、PTC材
料は多孔性であるか、燃料の流れを受ける軸方向キャビ
ティを有している。
燃料に対してPTC材料が直接露出し、かつ電気的に接
続していることにより、表面が汚れることとなり、ユニ
ットの性能が低下したり、電気的接続が失われたりす
る。燃料流に対して与えられる通路が狭いことも、燃料
の流れをかなり制限する。
記載されている第１の実施の形態において、ヒータは
噴射弁の上方に配置されているので、燃料が噴射前にあ
る程度冷え、燃料の加熱効率が相対的に低くなる。本発
明の目的は、燃料への熱伝達を向上させるとともに、流
れの制限を最小限のものとするが、ヒート・シンクを必
要とせず、またPTC材料との燃料の直接接触あるいは電
気的接続を伴わない、PTC材料を使用した燃料噴射器用
の内蔵ヒータ構成を提供することである。
発明の概要 上記の目的は噴射弁要素に沿って延びており、これを
包囲している弁体内に配置されたPTC材料の板体のアレ
イ（配列）によって達成される。
方形板体はバルブ・ボア内のボアを中心としてほぼ正
方形のチューブ・パターンで配列されるので、燃料は各
方形板体の前後両方の表面に沿って長手方向へ流れるこ
とができる。
方形板体を包囲している弁体キャビティは方形板体ア
レイを包囲しているポリテトラフルオロエチレンなどの
耐燃料性材料の熱絶縁性スリーブを有している。
電気的接続は方形板体上に配置された薄い環状分割デ
ィスク要素を使用することによって行われ、導電性上下
コネクタ・トラック・バンドがそれぞれの方形板体端部
に接続され、ポリイミドフィルムで被覆される。
ディスク要素の内径から延びている１対のタブの各々
がそれぞれのトラックに接続している。
Ｏリング・シールがディスク要素の中間部分に係合す
るとともに、バネ負荷接点などの１対の接続部が、Ｏリ
ングが係合している領域の外側にある露出接点領域に係
合して、電気回路を完成している。
方形板体ならびに電気接続部として作用するバンドは
ポリイミドフィルムなどの耐燃料性物質によって被覆さ
れており、その表面上を流れる燃料がPTC材料と直接接
触しないことが好ましい。
図面の簡単な説明 図１は本発明によるヒータ構成を有する燃料噴射器の
斜視図であり、ヒータ構成の詳細を示すために、噴射器
の一部が切り欠かれ、いくつかの内部構成要素が取り除
かれている、 図２はヒータ構成を収容している噴射器の部分の拡大
斜視切欠き図である。
図３はバネ負荷接点を示す、図１に示されている燃料
噴射器の第１の断面図である。
図４は接続された回路の略図とともに示す、図１およ
び図３に示されている噴射器の一体式３接点電気接続部
の端面図である。
図５は接点ディスクから方形板体導体バンドへのコネ
クタ・タブの１つを示す、図１に示されている噴射器の
第２の断面図である。
図６は図３および図５に示した弁体を通る横断面図で
ある。
図７は電気接点ディスクの他の形態の分解斜視図であ
る。
詳細な説明 以下の詳細な説明において、いくつかの特定の用語を
明確を斯すために用いるが、これが限定を目的とするも
のではなく、本発明が添付の請求の範囲内で多くの形態
および変形ととりうる限りにおいて、、そのように解釈
されるべきではないことを理解すべきである。
図面、特に図１を参照すると、内部の詳細を示すため
に切り欠かれた燃料噴射器10が示されている。
噴射器10は典型的な設計であり、本発明による内蔵ヒ
ータを使用することのできるタイプを示すものである。
上部「パワー・グループ」12のサブアセンブリはソレノ
イド操作部16を包囲している成形外部ハウジング14を含
んでいる。一体成形コネクタ本体18は電力を周知の方式
でソレノイド16へ送るために使用される接点および導体
を収めている。
上部ハウジング部分20は燃料レール23のポケットに受
け入れられるようになされていて、加圧された燃料を噴
射器10の内部へ連通させ、Ｏリング・シール22が接続部
をシールしている。
「バルブ・グループ」24は最終アセンブリにおいてパ
ワー・グループ12に取り付けられる下部サブアセンブリ
を含んでおり、最終アセンブリは下端部に圧入され、溶
接された噴射器端部キャップ要素28を有する、ほぼシリ
ンダ状の弁体26を含んでいる。バルブ・グループ24の周
囲には、噴射器10を吸気マニフォルドのボア内にシール
するＯリング42がある。
細長いニードル・弁要素32の先端に嵌合するようにな
された表面を有する弁座30（図３および図５）が先端な
いし噴射器端部キャップ28に取り付けられている。弁要
素32がアーマチャ34にスウェージ加工されており、この
アーマチャはソレノイドが付勢されたときに吸気チュー
ブ36の下方端面に引き寄せられ、弁座30から弁要素の端
部を引き上げて、燃料が噴射器から周知の態様で流出で
きるようにする。
バネ38がアーマチャ34と調節チューブ37の間で圧縮さ
れて、弁要素32を着座状態に常態的に保持している。
噴射器弁要素32が開かれたときに噴霧される燃料を受
ける吸気マニフォルド（または、シリンダ・ヘッド）
（図示せず）の嵌合ボアに、噴射器下端部が受け入れら
れている。開くタイミングおよび継続期間は、エンジン
電子制御システム40（図４）から受け取る電気信号によ
って制御される。
本発明によれば、内蔵ヒータ44は弁座30のすぐ上流に
あるバルブ・グループ24内に収められており、これによ
り燃料の出口点のすぐ隣に配置される。
ヒータ44は弁体26内に収められた弁要素32の軸線の長
手方向に、これを中心とした正の温度係数（PTC）の材
料の４枚の方形板体46で構成されている。方形板体46の
アレイが、弁体26の円形ボア48内に封じ込められた正方
形チューブ47の形状を緩く形成する（図６）。
この正方形チューブ形状は、介在スペース54を作り出
し、したがってボア50に入った燃料は、アーマチャ34を
通過後、チューブ47の中央部52だけでなく、スペース54
中をも流れ、その結果、燃料は各方形板体46の両側と接
触するようになる。ボア48の直径が増大すると、方形板
体46と接触する燃料の滞留時間が増加し、噴射直前の燃
料への熱伝達が増大する。
内側導体トラック・バンド56と外側導体トラック・バ
ンド58がそれぞれ正方形チューブ形状の内径と外径を包
囲し、各バンド56、58はそれぞれ各方形板体46の当該端
部を適当な導電性接着剤によって電気的かつ機械的に接
続する。
ヒータ効率をさらに高めるため、ポリテトラフルオロ
エチレンなど燃料耐性のある絶縁材料のスリーブ60が弁
体のボア48に取り付けられる。
セラミック方形材料を保護するため、方形板体および
バンド56、58を、Du Pontから市販の材料ポリイミドフ
ィルムなどの燃料不浸透性コーティングの薄い層（厚さ
の25.4μｍ（0.001インチ）程度）で完全に被覆するこ
とが好ましい。熱伝達を助けるポリイミドフィルムの伝
熱性処方が好ましい。他の適切なコーティングを使用す
ることもできるが、コーティングの使用は必ずしも必要
でない。
方形板体46にはバンド56、58を介して電力が供給さ
れ、バンド56、58にはコネクタ体18内の接点62（図４）
に接続してヒータ電源64への接続を可能にすることによ
って電力が供給される。
内部接続システムは、接点62、63から外部バンド・ト
ラック56および外部バンド・トラック58へと延び、ハウ
ジング14内にソレノイド16の外側に配設されたバネ負荷
ピン70、72へと延びる埋設ワイヤ66、68を含んでいる。
ポリイミドフィルムで被覆した環状導電性スプリット・
ディスク76が、弁体26の上端と突き合わせになって配置
されている。それぞれバネ負荷ピン70、72の先端と係合
する、スプリット・ディスク76の各セグメント82、84上
の露出した弧状領域によって、１対の導電性トラック7
8、80が形成されている。
スプリット・ディスクの各セグメント82、84は、下方
に延びるタブ86、88（図５）を有し、これらのタブはそ
れぞれトラック・バンド56、68にはんだ付けまたは接着
剤で取り付けられ、回路が完成する。
弁体26内の適切な溝（図示せず）により、タブ86、88
を内側にバンド56、58へ折り曲げることが可能になる。
Ｏリング・シール90が、露出したトラック78、80内部
のスプリット・ディスク76の表面と係合して、燃料がそ
れに接触するのを防止する。
スプリット・ディスク76の代わりに、図７に示される
環状導電性デイスク92、94、96、98、100の外周へと延
びる電器接続部であるピン70、72の接触を可能にするた
めの適当な切欠き部を有するポリイミドフィルムコーテ
ィング層96、98、100で覆った、分離した１対の導電性
環状ディスク92、94を使用することもできる。
バネ負荷ピン70、72の使用により、パワー・グループ
12をバルブ・グループ24に容易に組み付けることが可能
になる。さらに別の代替例として、よりかさの低い設計
を得るため、噴射器内部をまたは噴射器の外側をバンド
56、58まで延びる電気導体を使用することができる。
板体46用のPTC材料は、燃料を80℃など所望の温度レ
ベルに加熱する温度で自己制限性のあるものを選択する
ことができる。この技術はそれ自体公知であり、したが
ってその詳細は記述しない。
ここに記載した構成によって、燃料の噴射点近傍の点
において燃料への効率的な熱伝達が可能になる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−49625（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−366585（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−306662（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−133305（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−44592（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−49363（ＪＰ，Ａ) 特表 昭60−501264（ＪＰ，Ａ) 米国特許4898142（ＵＳ，Ａ) 国際公開97／18390（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 53/06 F02M 53/04 F02M 53/02 F02M 55/00 F02M 51/00 F02M 51/08

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部ボア（48）を有する一般に円筒形の弁
    体（26）と、 前記弁体（26）の先端部に取り付けた弁座（30）と、 前記弁座（30）と係合可能な先端部を有する細長いニー
    ドル弁要素（32）と、 前記弁要素（32）を動作させて、それぞれ前記弁座（3
    0）から外して燃料の流出を可能にする操作手段（16、3
    4）と、 正の温度係数の材料からなるPTC構造で構成される燃料
    ヒータ（44、46、47）と、 ヒータ電源（64）と、 前記燃料ヒータ（44、46、47）を前記ヒータ電源（64）
    に接続するコネクタ手段（66、68、70、72、76、78、8
    0、82、84、86、88）と を含む、内燃機関用燃料噴射器であって、 前記PTC構造が、前記弁体（26）の前記内部ボア（48）
    内に取り付けた方形板体（46）の配列を含み、前記板体
    が、前記弁要素（30）の周囲に一般に正方形のチューブ
    形状（47）を形成し、その結果燃料が各方形板体（46）
    の表裏両表面上のスペース（52、54）中を流れるように
    長手方向に配列され、前記PTC構造が、前記コネクタ手
    段（66、68、70、72、76、78、80、82、84、86、88）と
    係合するようにその上に形成された第１および第２の導
    電性トラック（56、58）を有し、前記第１および第２の
    導電性トラック（56、58）が互いに間隔を置いて配置さ
    れており、 前記操作手段（16、34）が、前記弁要素（32）の前記先
    端部とは反対側の端部に取り付けた、ソレノイド操作部
    （16）とアーマチャ（34）を備えることを特徴とする、
    内燃機関用噴射器（10）。
  2. 【請求項２】前記第１および第２の導電性トラック（5
    6、58）が、前記方形板体（46）の周囲を延びるバンド
    で構成されてほぼ正方形のチューブ形状に配列されてい
    ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃料噴射
    器。
  3. 【請求項３】前記方形板体（46）が、燃料不浸透性とな
    るように被覆されていることを特徴とする請求の範囲第
    １項または第２項に記載の燃料噴射器。
  4. 【請求項４】熱絶縁性スリーブ（60）が、前記弁体（2
    6）内に前記PTC構造を包囲して取り付けられることを特
    徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に
    記載の燃料噴射器。
  5. 【請求項５】前記熱絶縁性スリーブ（60）がポリテトラ
    フルオロエチレンで作製されることを特徴とする請求の
    範囲第４項に記載の燃料噴射器。
  6. 【請求項６】前記コネクタ手段（66、68、70、72、76、
    78、80、82、84、86、88）が、前記噴射器内に前記弁体
    （26）の上端部と突き合わせて取り付けられた環状導電
    性ディスク（76、92、94、96、98、100）と、前記環状
    導電性ディスク（76、92、94、96、98、100）の上面に
    係合されたＯリング・シール（90）と、前記環状導電性
    ディスク（76、92、94、98、100）の外周へと延びる電
    気接続部（70、72）と、それぞれ前記第１および第２の
    トラック（56、58）に接続され、前記環状導電性ディス
    ク（76、92、94、96、98、100）の内径と一体のタブ（8
    6、88）とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項か
    ら第５項のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
  7. 【請求項７】前記環状導電性ディスク（76）が分割され
    て、別々の電気経路を形成することを特徴とする請求の
    範囲第６項に記載の燃料噴射器。
  8. 【請求項８】前記環状導電性ディスク（92、94、96、9
    8、100）が、電気絶縁材料層（96、98、100）と共に積
    み重ねられた１対の別々の環状導電性ディスク（92、9
    4）から構成されることを特徴とする請求の範囲第６項
    に記載の燃料噴射器。
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