JPH02501841A - 気化インジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 気化インジェクタ 発明の背景及び概要 本発明はディーゼル燃料インジェクタ、より明確には、ディーゼル燃料をエンジ ンのシリンダあるいは予燃焼室内に直接噴射する際にディーゼル燃料を霧化させ るための加熱装置を組込んでいるインジェクタに関するものである。

ディーゼルエンジンにおいて、微細に霧化された燃料を燃焼室に供給することに より燃焼が高められることが判っている。

米国特許第４．３４５，５５５号では、シリンダの上流側で燃料を吸入空気と混 合する。点火プラグに電気エネルギーを絶えず供給することにより燃料が加熱さ れる。

これに対し、本発明はシリンダあるいは予燃焼室内に直接位置された気化インジ ェクタを意図している。インジェクタは燃料を微細に霧化するセラミックノズル を含む。エンジン始動中ノズルを所定の温度に加熱することによって霧化が増進 する。一度エンジンが運転すると、ノズルは燃焼過程で熱を吸収するため、電気 的手段によって加熱される必要はない。

本発明の目的は、加熱されたノズルを通して燃料を噴射することにより燃料を微 細に霧化することにある。

本発明の他の目的は、ノズルを加熱するために燃焼過程での熱を用いることにあ る。本発明の更に他の目的は、所定の温度勾配を有するノズルを提供することに 従って、本発明は、不導性蓄熱要素を介してエンジンに燃料を放出する手段を備 えた燃料インジェクタ、システム及び方法である。ノズル部分を含む要素は、円 錐形の第２部分に連通する狭い第１通路を有する好ましくはセラミックの本体を 包含する。２つの部分は互いに協働して、これらを通して燃料を乱流状態で流通 させる。ノズルは更に、ノズルの温度を所定の温度まで上昇させるためのヒータ を含む。このようにして、燃料が加熱されたノズルに接触すると霧化されること となる。本発明の一実施例では、単一のセラミック本体が採用される。他の実施 例では、ノズルは、貫通する中央開口を含む複数の重畳したセラミックディスク と、各ディスクに１個ずつ設けられる複数の加熱要素とで構成される。開口は単 一本体のノズルの連続した円錐形部分と近似するように寸法づけられる。エンジ ンの所定の運転間隔でノズルを電気的に加熱する手段が設けられ、また、電気エ ネルギーを取り除いた後シリンダ内における燃焼過程での熱によってノズルを加 熱できるようにするエンジンの作動方法が記載されている。

本発明の他の目的は下記図面の簡単な説明から明白となるであろう。

図面の簡単な説明 図面において、第１図は本発明の断面図である。

第２図は流体通路を示すボビンの一部分の断面図である。

第３図はアーマチュア組立体の部分的断面図である。

第４図は流体通路を示すアーマチュア組立体の側面図である。

第５図はバルブシート、バルブガイド及びオリフィス板の断面図である。

第６図はノズルの断面図である。

第７図ないし第１１図は本発明の変形例を示す図である。

図面の簡単な説明 第１図において、エンジンのシリンダヘッド１２の壁内に収容され加熱されたノ ズル１６を通してシリンダあるいはシリンダ予燃焼室１４内に燃料を直接噴射す る気化燃料インジェクタ１０が示されている。燃料インジェクタ１０はシリンダ ヘッド１２の協働する孔２２内に収容される下部ジャケット部材２０を包含する 。より明確には、下部ジャケット部材２０はねじ２４を介して孔２２内に螺合さ れる。下部ジャケット部材２０はシリンダヘッド１２の頂部に係合する半径方向 に延びたフランジ２６を更に含む。下部ジャケット部材２０はまた、上方肩部３ ０、下方肩部３２及びノズル１６を固定するためのテーバ状肩部３８を画成する 段付孔２８を含む。段付孔２８内には、ナイロン又はプラスチックのような不導 材で作られた円筒状電気絶縁部材３４が収容されている。絶縁部材３４は下部ジ ャケット部材２０の上方端部３９に係合する半径方向に延びたフランジ３６を備 えている。第１図かられかるように、絶縁部材３４は段付孔２８の上方又は拡大 部分から段付孔２８の狭小又は下方部分を部分的に貫通して延び、肩部３０と３ ２に支持される。

絶縁部材３４の内部には総括的に４０で示す燃料噴射弁部材が配置される。部材 又は弁４０は絶縁部材３４内に部分的に収容されるハウジング４２を備えている 。ハウジング４２は低炭素鋼又はステンレス鋼のような透磁性材料で作ることが できる。ハウジング４２は上方円筒状ハウジング部分４４と、絶縁部材３４に形 成された段付孔４８内に収容される狭小の下方円筒状ハウジング部分４６とを備 えている。上方円筒状部分の延長端部５０は中空ナツト５４に螺合される半径方 向フランジ５２を含む。下方円筒状部分４６の下方端部５６はバルブシート６０ を固定するための溝５８と、バルブガイド６２と、オリフィス板６４と、バルブ シー）６０の周りに配置された０リング６６とを備えている。上方ハウジング部 分４４の壁はＣリング７０のようなスペーサを収容する環状溝６８を含む。組立 時、Ｃリング７０を定置したハウジング４２は、絶縁部材のフランジ３６にＣリ ングが係合するまで絶縁部材３４内に挿入される。ハウジング４２は下方ハウジ ング部材２００軸方向突出部に螺合されるナツト７２によって下方ジャケット部 材２０上に固着される。プラスチック等で作られに絶縁リング７４がＣリング７ ０とナツト７２との間に挿入される。ナツト７２はインジェクタハウジング４２ から離された内壁７６を含む。他の電気絶縁部材７８がナツト７２とハウジング ４２との間に配置される。この部材はフランジ付部分８０を含む。

噴射部材又は弁４０は総括的に８４で示す入口通路のような燃料を該部材又は弁 に連通させる手段を更に含む。

しかしながら、入口通路８４はバルブシート６０の上流側で燃料インジェクタ１ Ｇのあらゆる場所に連結できることが判る。ハウジング４２内には総括的に９０ で示すソレノイド組立体が配置される。ソレノイド組立体はステータ９２と、ス テータ９２に直接モールド成形されるプラスチック製ボビン９４と、ボビン９４ ０周りに巻装された電気コイル９６とを備えている。一対の電極９８ａと９８ｂ がコイル９６の両端部に電気的に接続される。ソレノイド組立体９０は、該組立 体の周りで燃料を流通させてコイル９６を冷却できるようにハウジング４２の内 部に配置される。ボビン９４はステータ９２を収容する中央通路９５を含む。よ り明確には、ボビンは上方フランジ１００と下方フランジ１０２を含む。上方フ ランジは上方ハウジング部分４４の内壁よりも小径である。第２図に詳細に示さ れている下方フランジ１０２は、上方ハウジング部分４４から下方ハウジング部 分４６への無制限の燃料流れを許すように複数の切欠き１０４を含む。下方フラ ンジりに配置された環状凹所１０６を更に′含む。第１図に示す本発明の実施例 では、ステータの端部は下方フランジ１０２の下方端縁の平面で終端する。ステ ータ９２はボビン９４の上方フランジ１００に休止する拡大上方端部１０８を更 に含む。

ステータ９２の下側には、下方ハウジング部分４６内に摺動自在に収容された可 動アーマチュア組立体１１０が配置される。第３図にも示されているアーマチュ ア組立体１１０は、半径方向に延びたフランジ１２２及び付勢スプリング１２Ｂ を受容する中間ランド１２４を含むアーマチュア１２０を備えている。付勢スプ リング１２６の一端部はアーマチュア１２００ランド１２４の狭小部分１２８の 周りに収容され、スプリング１２６の他端部はボビン９４の凹所１０６内に収容 される。アーマチュア１２０は複数の通路１３０（第４図参照）を備えていて、 該通路を介し燃料をアーマチュア１２０の下側に配置された燃料受容室１３２へ 流通させることができる。上記かられかるように、アーマチュア１２０の拡大端 部１３４の側面は下方ハウジング部分４６の内壁に摺動自在に係合する。拡大端 部１３４の外壁あるいはハウジング４２の内壁は銅、ニッケル、プラスチック又 はセラミックのような非磁性材料１４０を被覆及び又はめつきされる。この被覆 は、アーマチュアとハウジングとの間で高い潜在磁気吸引力を生じさせ得るアー マチュア１２０とハウジング４２との直接的接触を防止する。この磁気吸引力は アーマチュアとハウジングとの間の摺動抵抗を大幅に増加させ、アーマチュアの 往復動を阻害するとともに燃料インジェクタの応答時間を増大させ得るものであ る。アーマチュア１２０の拡大端部１３４は軸１３８が圧入される孔１３６を備 え、軸の他端部は好ましくは球状の端面１４４を有する閉鎖要素１４２を画成す る。軸はガイド６２によってバルブシート６０に密封的に係合するように案内さ れ、ガイドはハウジング４２の最下端における肩部又は溝５８に対して位置され る。第５図に示されているガイド６２は、袖１３ｇが収容される中央に配置され た開口１４ｇと、燃料の流れを許す少なくとも１つの開口１５０とを含む。

ガイド部材の下側に配置されたものは、好ましくはセラミック材料で作られて防 熱壁を形成し室１３２内の燃料をシリンダヘッド１２から絶縁するとともに、ノ ズル１６に蓄えられた熱が金属製ハウジングへ伝わるのを防止するバルブシート ６０である。前記したように、Ｏリング６６（第１図参照）はバルブシート６０ の周りに配置されるとともに該シートをハウジング４２内に固定する。

バルブシート６０は一端部において円錐形バルブ着座面１５６で終端する中央に 配置された開口１５４を備えている。バルブシー）６０の下側には、好ましくは 真鍮のような導電材料製の噴射板又はオリフィス板６４が配置される。バルブガ イド６２、バルブシート６０及びオリフィス板６４は第１図に示すように縁曲げ されるハウジング部材の最下端によって一体に固定される。噴射板の下側には、 第６図にも示されている総括的に１６で示す気化部材又はノズルが配置される。

ノズルは点火プラグ本体の材料のようなエンジニアリングセラミックで作られる 。スパークプラグ本体にはＡＬ、Ｏ，がしばしば用いられる。ノズル１６はオリ フィス板６４の開口１６０に対して同軸的に配置された第１の狭い円筒状通路１ ５８を備えている。通路１５８の径りは開口１６０の径と略、同じ寸法である。

オリフィス板６４とノズル１６との間に他の防熱壁が設けられてもよい。この防 熱壁は薄い導電被覆で覆われた平らなセラミックディスク（図示しない）から成 りでいてよい。

通路１５８は円錐形出口室１６４に連通ずる。ノズル１４の外面１６６と内壁は 約数ミクロンの厚さを有する白金、金、銀等のような抵抗フィルム１７０を被覆 されていることが好ましい。このフィルム１７０はノズル１４を加熱できるよう にしているが、十分なる熱伝導体としては機能しない。ノズル１６は肩部１７４ に隣接して、ハウジングを介してノズルを電気的に接地できるようにする銅製ガ スケット１７２によって、ジャケット部材２０から離される。

作動において、総括的に４５で示す制御装置を介して正電圧が燃料インジェクタ ハウジング４２の上方ハウジング部分４４に印加される。この正電圧は導電性ハ ウジング４２とオリフィス板６４を介してノズル１４に導通される。このように して、印加電圧のため、エンジンが冷えている時には、ノズル１４は燃料の霧化 を高めるとともにカーボンの生成を低減させる７００℃よりも低くない温度を最 初に保つことができる。燃料が入口通路８４を介して受容され、そして燃料イン ジェクタ内の多数の通路を経て室１３２に連通される。周知の各種の電子制御ユ ニットによりて発せられた制御信号を受けると、アーマチュア１２０が後退し、 燃料をバルブシート６０、オリフィス板６４及びノズル１４を介して流通させる ことができる。ノズル１４の構造は室１６４を通して乱流を与え、この乱流は加 熱された抵抗フィルム１７０に接触した際に、燃料を予燃焼室１４内へ噴射する 直前に霧化さ・せる。エンジンが運転した後で成る期間の後、電圧が取り除かれ 、ノズル１６が燃焼温度で加熱される。無負荷アイドル速度においてさえ燃焼温 度はノズルを７００℃以上に保つに十分であることが判る。

本発明の好適な実施例では、ノズル１６の通路１５０の径りは約０．０２３イン チ（０，０５８４ｚｘ）であり、長さしは総括的にＡで示すノズル１６のＮ１６ ４の壁の角度と共に変化する。このように、燃料の噴霧角は変化する運転条件に 適合するように制御することができる。−例として、通路１５８の長さＬは１９ °〜１１°の角度Ａの対応する変化に合わせて０．０１２３インチ（３，１２４ ｘｍ）と０．４４３インチ（１１，２５２ｚｍ）との間で変化でき、あるいは他 の表わし方では、Ｌ／Ｄの比は角度Ａの関数として約５，３５がら１９．２６ま で変化する。

第７図ないし第１１図は第１図に示した気化部材又はノズルの変形例を示してい る。より明確には、気化部材又はノズル１７８は複数の重畳したセラミックディ スク１８０ａ−ｎを備え、各ディスクは中央に配置された開口１８２ａ−ｎを含 む。ディスクの開口は、第１図及び第６図に示す連続したノズル内面の全体的に 円錐形状と近似するように径が変化する。ノズルの内面に形成された段部は乱流 を更に促進することが判る。セラミックディスクの各々は、第８図に示されてい るように、その−側面１８６に配置された厚いフィルム状の白金導線のような加 熱要素１８４を支持する。各加熱要素１８４又は導線は保護用上薬１８８で覆わ れる。ディスク１８ｏ１加熱要素１８４及び保護用上薬の関係は第９図の断片的 な断面図に示されている。この図に示されている要素の各々は図示の目的のため 寸法を拡大しであることに注意されたい。実際には、白金導線及び上薬の厚さは 数ミクロンにすぎない。

複数の加熱要素を共に接続し、その後に加熱要素１８４を接地と正電圧電源とに 適宜接続することが望ましい。これは各ディスク１８０に一対の対向する溝１９ ０と１９２を設けることにより達成される。複数のディスクが第７図に示されて いるように整合し重畳した円筒形状に装着された後、第１の導電帯１９４が整合 した溝１９０内でノズル１７８の一側に取付けられて、加熱要素１８４の各々を 一側で結合する。この第１帯１９４は導電性オリフィス板６４を介する接続によ って、あるいは図示のように直接的な接続によって正電圧電位に接続される。第 ２の導電帯１９６が整合した溝１９２内でノズル１７８の他側に取付けられて、 加熱要素１８４の各々を他側で結合する。帯１９６は鎖線で示す下方ハウジング ジャケット２０′を介して接地に接続される。ジャケット２０′はその内部にノ ズル１７８を固定するための肩部１９ｇを更に含む。代りとして、ノズル２０′ はノズル１７８の肩部２００に係合するため肩部３８のような肩部を含んでいて もよい。複数のディスク１８０はその外部に保護用上薬２０２を被覆することに より互いに固着されてもよい。

ノズル１７８が肩部２００を含むようにデ謙スク１８０が寸法づけられている場 合、ディスク２０４は肩部２００に隣接して、帯１９４と１９６への取付けによ り隣接するディスク１８０との連続した電気的接続を与えるように、両側に加熱 要素を備えていない拡大した二叉状導電面２０６、２０８を形成される。また、 第１デイスク１８０ａとオリフィス板６４との間に導電性防熱壁２１０が設けら れてもよい。この防熱壁２１０は第１１図のディスクと同様に構成し得る。

勿論、本発明の上記実施例における幾多の変化及び修正が本発明の範囲を逸脱す ることな〈実施できる。

従って、この範囲は付随する請求の範囲によって限定されるものである。

ＦＩＧ、ｆｌ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成元年６月１５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃料を放出させる出口手段（６４）を含む手段（４０）と、上記燃料を受け 、気化を促進するに十分な所定の温度まで上記燃料を上昇させ且つ出口手段を介 して乱流状態で上記燃料を流通させるため上記出口手段（６４）に対して囲繞関 係に位置された第１手段（１４）とを備えていることを特徴とする燃料インジェ クタ（１０）。 ２　請求の範囲第１項記載の装置において、上記第１手段は上記出口手段に隣接 して位置されたノズル手段（１４）を備え、ノズル手段は、燃料を受け所定の長 さＬ及び径Ｄの狭い第１部分（１５８）と、上記第１部分の下流側に位置され、 上記第１部分と協働して燃料を乱流状態で流通させるための径の増大する通路を 備えた第２部分（１６４）とを含んでいる不導性蓄熱ノズル（１６）から成るこ とを特徴とする装置（１０）。 ３　請求の範囲第２項記載の装置において、上記ノズル手段はノズル（１６）を 上記所定の温度まで加熱する手段（１７０）を更に含んでいることを特徴とする 装置。 ４　請求の範囲第３項記載の装置において、上記加熱手段は上記不導性ノズルの まわりに取付けられた導電性抵抗被覆から成ることを特徴とする装置。 ５　請求の範囲第３項記載の装置において、上記ノズルは複数の重畳した不導性 ディスク（１８０）から成り、各ディスクはこれを貫通する中央開口（１８２） を備え、上記ディスクのうちの隣接するディスクの上記開口の径は下流方向にお いて増大することを特徴とする装置。 ６　請求の範囲第５項記載の装置において、上記ノズルの少なくとも上記第２部 分は上記ディスクによって形成され、上記径の増大する部分は段付けられている ことを特徴とする装置。 ７　請求の範囲第６項記載の装置において、上記ディスクのうちの多数のディス クはヒータ部分を備えていることを特徴とする装置。 ８　請求の範囲第７項記載の装置において、各ヒータ部分は上記ディスクの表面 に配置される導体から成ることを特徴とする装置。 ９　請求の範囲第７項記載の装置において、特定のディスクの上記ヒータ部分は 電気絶縁部材によって他のディスクの隣接面から離されていることを特徴とする 装置。 １０　請求の範囲第９項記載の装置において、複数の隔置された導電路が上記ヒ ータ部分の各々の対応する部分を導通状態で結合するように上記複数の重畳した ディスクの周りに形成されていることを特徴とする装置。 １１　請求の範囲第１０項記載の装置において、各ヒータ部分の抵抗は上記ノズ ルを横切って所定の温度勾配を生じるように選定されることを特徴とする装置。 １２請求の範囲第１０項記載の装置において、上記ヒータ部分は駆動時上記ディ スクの定常温度を７００℃より低くない温度に保つように協働することを特徴と する装置。 １３　請求の範囲第１１項記載の装置において、上記ディスクはセラミック製で あることを特徴とする装置。 １４　ディーゼルエンジンに燃料を直接噴射する燃料インジェクタ（１０）を備 え、燃料インジェクタが燃料を放出させる出口手段（６４）を含む手段（４０） と、上記燃料を受け、気化を促進するに十分な所定の温度まで上記燃料を上昇さ せ且つ出口手段を介して乱流状態で上記燃料を流通させるため上記出口手段（６ ４）に対して囲繞関係に位置された第１手段（１４）と、エンジンの温度が上記 所定の温度以下の期間中上記第１手段を上記所定の温度まで上昇させるように上 記第１手段に電気エネルギーを供給し、上記エンジンが上記所定の温度に達して いる期間中には第１手段から上記エネルギーを取り除く手段（４５，１４）とを 備え、上記エネルギーを取り除いた後上記第１手段は上記温度以上を保つためエ ンジンでの燃焼過程から熱を直接吸収するように作動することを特徴とする燃料 噴射システム。 １５　請求の範囲第１４項記載のシステムにおいて、上記第１手段は上記出口手 段に隣接して位置されたノズル手段（１４）を備え、ノズル手段は、燃料を受け 所定の長さＬ及び径Ｄの狭い第１部分（１５８）と、上記第１部分の下流側に位 置され、上記第１部分と協働して燃料を乱流状態で流通させるための径の増大す る通路を備えた第２部分（１６４）とを含んでいる不導性蓄熱ノズル（１６）か ら成ることを特徴とするシステム。 １６　請求の範囲第１５項記載のシステムにおいて、上記ノズル手段は電気エネ ルギーに応答してノズル（１６）を上記所定の温度まで加熱する手段（１７０） を更に含んでいることを特徴とするシステム。 １７　請求の範囲第１６項記載のシステムにおいて、上記加熱手段は上記不導性 ノズルのまわりに取付けられた導電性抵抗被覆から成ることを特徴とするシステ ム。 １８　請求の範囲第１７項記載のシステムにおいて、上記ノズルは複数の重畳し た不導性ディスク（１８０）から成り、各ディスクはこれを貫通する中央開口（ １８２）を備え、上記ディスクのうちの隣接するディスクの上記開口の径は下流 方向において増大することを特徴とするシステム。 １９　請求の範囲第１８項記載のシステムにおいて、上記ノズルの上記第２部分 は上記ディスクによって形成され、上記径の増大する部分は段付けられているこ とを特徴とするシステム。 ２０　請求の範囲第１９項記載のシステムにおいて、上記ディスクのうちの多数 のディスクはヒータ部分を備えていることを特徴とするシステム。 ２１　請求の範囲第２０項記載のシステムにおいて、各ヒータ部分は上記ディス クの表面に配置される導体から成ることを特徴とするシステム。 ２２　請求の範囲第２０項記載のシステムにおいて、特定のディスクの上記ヒー タ部分は電気絶縁部材によって他のディスクの隣接面から離されていることを特 徴とするシステム。 ２３　請求の範囲第２２項記載のシステムにおいて、複数の隔置された導電路が 上記ヒータ部分の各々の対応する部分を導通状態で結合するように上記複数の重 畳したディスクの周りに形成されていることを特徴とするシステム。 ２４　請求の範囲第２３項記載のシステムにおいて、各ヒータ部分の抵抗は上記 ノズルを横切って所定の温度勾配を生じるように選定されることを特徴とするシ ステム。 ２５　請求の範囲第２３項記載のシステムにおいて、上記ヒータ部分は駆動時上 記ディスクの定常温度を７００℃より低くない温度に保つように協働することを 特徴とするシステム。 ２６　請求の範囲第２４項記載のシステムにおいて、上記ディスクはセラミック 製であることを特徴とするシステム。 ２７　シリンダと、シリンダ内に配置されて燃料をシリンダ内に直接噴射するイ ンジェクタとを有しており、インジェクタが不導性蓄熱ノズル及び上記ノズルの 周りに作動的に配置された少なくとも１つの加熱要素を備え、上記ノズルがその 内部で燃料を乱流状態で流通させるとともに加熱時に上記燃料を霧化させるよう になっているディーゼルエンジンを作動させる方法において、 加熱要素に電気エネルギーを加えてノズルの温度を所定の温度まで上昇させる工 程と、 ノズルを介して燃料をシリンダ内に直接噴射し、燃料を加熱されたノズルに接触 させて霧化させる工程と、シリンダ内での燃焼過程に十分な作動温度までエンジ ンを運転させてノズルを所定の温度に保つ工程と、加熱要素から電気エネルギー を取り除く工程とから成ることを特徴とするディーゼルエンジンの作動方法。