JPS5914626B2 - 外部点火式内燃機関用の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば始動及び暖機運転時に、混合気形成を
左右する機関温度に関連して燃料が噴射口の直前で加熱
される外部点火式内燃機関用の燃料噴射装置であって、
燃料の加熱は機関温度が最適の運転温度よりも低い場合
に電気加熱体によって行われて、噴射される燃料の大部
分が遅くとも噴射口の直後で機関燃焼に必要なガス相に
移行せしめられ、かつ加熱体の電気抵抗が、抵抗温度特
性が正の材料より成っている形式のものに関する。

このような形式の燃料噴射装置においては、例えば内燃
機関をアイドリング状態から急激に加速すると、内燃機
関の回転が不均一になったり完全に停止してしまったり
することがある。

アイドリング以外の運転状態においても燃料噴射が不均
一に行われると内燃機関の回転がいくぶん不規則になる
ことがある。

そこで本発明の目的は、燃料を気化する外部点火式内燃
機関を低温状態で始動させる場合に、過剰の燃料分を供
給することなしに可及的に第１回の圧縮ストロークから
燃焼及び回転数の増大が行われるようにし、かつ暖機運
転時に混合気を濃くしなくても内燃機関の回転が支障な
く均一に行われるようにすることである。

この目的を達成するために本発明の構成では、最初に述
べた形式の外部点火式内燃機関用の燃料噴射装置におい
て、加熱体による燃料の加熱開始箇所と燃料噴射口との
間で収容し得る燃料量が可及的に少なくて、内燃機関の
アイドリング中のほぼ８回の噴射量よりわずかであるよ
うにした。

このような構成によって、アイドリング状態から部分負
荷状態あるいは全負荷状態に急激に加速する場合に生ず
る燃料不足量を極めて少なくして、正常の燃料量が供給
されるようになるまでの駆動力の不足を内燃機関の慣性
回転力だけでカバーすることができる。

即ち加熱体と燃料噴射口との間のスペース内に存在する
燃料蒸気量は加熱出力が一定の状態で燃料の噴射量が増
大するにつれて噴射量に対する割合が減少するが、アイ
ドリング状態から部分負荷状態あるいは全負荷状態に突
然加速が行われると、前記スペースひいてはその中の燃
料蒸気量が大きい時には蒸気燃料を直ちに液体燃料で置
き換えることができないので、燃料噴射量が適正値より
も不足するのに対し、前記スペースを可及的にわずかに
することによって、この燃料不足量の程度を著しくわず
かにすることができ、内燃機関の不均一な回転または停
止を回避することができるのである。

燃料が不均一に加熱されて燃料噴射が不均一に行われる
ことを避けるために、加熱体の内部における燃料の流動
速度を可及的に大きくすると共に、加熱体の内部のすべ
ての箇所における燃料の流動圧力損失を均一な値に、そ
れも燃料の流量が最大の場合でも、噴射弁開放圧力の１
０〜１５係よりも小さい値にするのがよい。

燃料が均一に流れて均一に加熱されることにより局所的
な気はう形成が避けられ、ひいては電気加熱体が局所的
に過熱されることが避けられる。

本発明の有利な実施例では、加熱体と燃料噴出口との間
のこのいわば「有害な」スペースを可及□的に小さくす
るために、電気加熱体は噴射弁の弁体の弁棒をスリーブ
状に取り囲んでいる。

電気加熱体を加熱コイルとじて構成すると製作費が安価
になると共に、他面において加熱コイル内を流れる燃料
が大きな速度で著しくうず運動を行うので加熱がじん速
かつ均一に行われる。

燃料の分解によって加熱体に沈着物が付着すると、加熱
体の機能が阻害されることがある。

燃料の分解は低温または高温における炭化水素の分子構
造に応じて生ずる。

実地の示すところでは気化燃料のばあいに加熱体の重大
な機能障害は３００℃から生じるので、このような温度
に燃料を加熱することは避けなければならない。

局所的な強い加熱によって気はうが生じたり分解が発生
したり。

して、燃料の噴射が不規則になることを避けるために、
原発間と同じように本発明においても加熱体の電気抵抗
が、抵抗温度特性が正の材料より成っているようにする
のである。

即ぢ電気加熱体の電気抵抗が燃料の分解温度よりも確実
に低い温度（キューリ一温度）で著しく上昇するように
する。

この場合高価な調節装置を付加的に使用する必要がなく
なる。

更に電気抵抗の変化は電気加熱体のすべての箇所におい
て均一に行われるので、局所的な過熱が生じることはな
い。

抵抗温度特性が正の材料より成る電気抵抗はキューリ一
温度において急激に増大するので、電気加熱体の温度は
自動的にこのキューリ一温度以下に保たれる。

電気加熱体が噴射弁の弁体の弁棒をスリーブ状に取り囲
む小管として構成されている場合、小管の電気抵抗を可
及的に小さくし、小さな有害スペースで大きな加熱出力
を生せしめるために、小管に対する一方の電気導線の接
続部を小管の外周面に、かつこれと直径方向で向き合っ
た箇所で他方の接続部を小管の内周面に設けておくこと
ができる。

この場合小管の内周面に設けられる接続部が小管の内部
の横断面を小さくし、ひいては燃料の流動を阻害するこ
とを避けるために、小管の上流側端部を円すい状に拡大
しておくのがよい。

更に小管ひいては有害スペースを可及的に小さくするた
めに、小管の低温時の固有抵抗が可及的に小さいように
する。

燃料が可及的に細かく霧化されかつ申し分なく分配され
るようにするためには、噴射弁の開放圧力を少なくとも
、最小横断面を通って膨張する燃料が音速に達するよう
な大きさ；こする。

燃料は加熱されると膨張し、それによって圧力が増大し
て噴射弁が不規則に開かれることがあり、・その場合に
は燃料が吸気室内に漏出して排気ガス中の有害成分を増
大せしめるが、このことを避けるためには、吸気管内に
測定機構を設けて空気流動を検出するようにして、内燃
機関の回転中にだ電気加熱体が接続されるようにするこ
とができる。

もちろんこれとは別個に始動前の予熱のために電気加熱
体を接続するようにすることもできる。

燃料を加熱することにより始動中及び暖機運転中に従来
のように混合気の濃厚化が行われたいので、排気ガス中
の有害成分は極めてわずかである。

特に寒冷時（こおいても内燃機関をじん速に始動させ、
かつアイドリング状態から部分負荷状態または全負荷状
態にスムーズに加速することができる。

次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図において、燃料タンク１から燃料が燃料ポンプ２
によって調量装置３に供給される。

測定機構４は吸い込まれる空気量を測定し、かつ調量装
置３は導管５を介して燃料を噴射弁６に配分する。

噴射弁６は燃料を内燃機関の何個の吸気管７内に噴射す
る。

各噴射弁６内には加熱体８があり、これは給電導線９を
備えていて、かつ絶縁層１０によってできるだけ完全に
熱絶縁されている。

噴射弁６の燃料噴射口１９（第２図）は弁体１１によっ
て外部に対して閉鎖されており、この弁体１１の開放圧
力はばね１２によって定められる。

加熱体８の給電導線９は制御装置１３を介して電源；こ
接続される。

この制御装置１３は温度感知器１５，１６，１７及びス
イッチ１８から信号を受は取る。

温度感知器１５は噴射箇所における燃焼空気の温度を測
定し、温度感知器１６はシリンダヘッドの温度を測定し
、温度感知器１７は水冷機関の場合に冷却水温度を測定
する。

スイッチ１８は吸気管内に空気流が存在している場合に
信号を発するもので、機関が回転しているかあるいは停
止しているかを指示する。

機関が停止していてスイッチ１８が開かれている状態で
は、電流が制御装置１３を通って加熱体８に流れること
はない。

スイッチ１８が閉じられると、制御装置１３を通って電
流が流れるが、その強さは温度感知器１５〜１７の検出
温度がそれぞれ所定の値に近づくにつれて次第に減少す
るようになっている。

そしてすべての温度感知器１５〜１７の検出温度がそれ
ぞれ所定の値に達すると、加熱体８への電流の供給が再
びしゃ断される。

燃料を電気的に加熱する加熱体８の巻線すなわち電気抵
抗は、抵抗温度特性が正の材料（正特性サーミスタ）よ
り成っており、温度が所定値を越えると抵抗値が急激に
増大し、これにより巻線を流れる電流が急激に減少せし
められる。

したがって加熱体８の過熱が自動的に防止され、加熱体
８と燃料噴射口１９との間の燃料で満たされているスペ
ース（有害スペース）内の燃料の温度を所望の値に制限
することができる。

加熱体８のこの機能を明りようならしめるために、第１
図では噴射弁６内の温度を測定する温度感知器１４が示
されていて、その信号がやはり制御装置１３に供給され
るようになっているが、この温度が、この温度感知器１
４は実際には使用されない。

換言すれば本発明による加熱体８は特別な温度感知器１
４の機能を兼ね備えているものである。

始動及び暖機運転中の燃料の噴射は次のようにして行わ
れる。

電気加熱体８は噴射弁６内の燃料を加熱して、少なくと
も燃料が吸気管７内に噴射された瞬間に燃料の大部分が
ガス相に移行するようにする。

この場合弁体１１の開放ストロークは、膨張する燃料が
最小横断面の燃料噴射口１９を音速で通過するように、
選ばれている。

これにより燃料が申し分なく霧化される。

加熱体８は加熱及び調節をじん速に行うため並びに過度
に大きな有害スペースが生じることを避けるために、可
及的に小さな質量と可及的に大きな熱伝達表面とを有し
ており、かつ大きな熱損失を避けるために噴射弁ケーシ
ングに対して絶縁されている。

既に述べたように温度感知器１５，１６及び１７は内燃
機関の運転状態を検出し、内燃機関が最適の運転温度番
こ達すると制御機構１３を介して各噴射弁６の電流供給
をしゃ断する。

即ち温度感知器１５，１６及び１７は始動及び暖機運転
中は加熱体８への電流供給をしゃ断しない。

正常の運転状態においても例えば自動車が長い坂道を下
る場合には内燃機関の温度が著しく低下することがある
が、この場合には加熱体８への電流の供給が自動的に再
開される。

既に述べたように、スイッチ１８は内燃機関が回転して
いる時にだけ燃料が加熱されるようにするものである。

しかしながら始動を行う時にすでに燃料が加熱されてい
るようにすることが望ましいので、前記のスイッチ１８
が始動前に短時間ブリッジされるようにすることができ
る。

ところで燃料の噴射が支障なく行われるようにするため
には、加熱体８内並びに加熱体８と燃料噴射口１９との
間のスペース内の燃料の量をできるだけわず力暑こする
ことが重要である。

燃料の噴射量がわずかである場合には燃料は噴射される
前に既に部分的にガス相（蒸気相）に移行する。

この蒸気分は噴射量が増大するにつれて減少する。

噴射量がわずかなアイドリング状態から内燃機関を全負
荷状態にまで加速する場合には、多量に供給される燃料
の一部分が余分に蒸気相に変換せしめられ、これによっ
て短時間燃料不足が生じ、内燃機関の回転が不均一にな
り、場合によっては内燃機関が停止する。

しかしながらこのようなトラブルは、本発明により加熱
体８；こよる燃料の加熱開始箇所と燃料噴射口１９との
間で収容し得る燃料量が可及的に少なくされ、内燃機関
のアイドリング中のほぼ８回の噴射量よりもわずかであ
るようにすると、生じない。

さらに内燃機関が支障なく回転するためには、燃料が加
熱体内を均一に流れて、気はうを形成しないようにする
ことが重要である。

流動横断面が太きいために燃料が加熱体内を流れる速度
が過度に低いと、有害な気はみが形成されることがある
。

これにより加熱体の加熱出力が低下し、内燃機関の回転
が均一でなくなる。

加熱体内の流動横断面をすべて同じ大きさにしかも可及
的に小さくすることによって、加熱体のすべての部分に
おいて大きな流動速度が生せしめられ、このため、気は
うが発生してもこれは直ちに除去される。

しかしながら原動抵抗の大きさは、弁の開放圧力の１０
〜１５係以上の圧力損失が生じない程度にとどめなけれ
ばならない。

ところで前述の有害スペースを可及的に小さくするため
に、加熱体８は弁体１１の弁棒を取り囲むように配置さ
れる。

第２図及び第３図の実施例では電気加熱体８は加熱コイ
ル２０より成っている。

加熱コイル２０は安価に製作することができ、わずかな
所要スペース弁棒を取り囲むことができる。

第２図においては加熱コイル２０は弁体１１の弁棒を直
接に取り囲んでいてかつ外周を絶縁層１０によって取り
囲まれている。

もちろん加熱コイル２０と弁棒との間には短絡を避ける
のに必要な間隔があり、弁棒は加熱コイル２０とは無関
係に動くことができる。

第３図に示した実施例では弁体１１の弁棒は中間部材２
１により案内されており、中間部材２１が加熱コイル２
０によって取り囲まれている。

この実施例においても加熱体８は絶縁層１０によって、
熱しゃへいされている。

絶縁層１０と中間部材２１との間のスペースを通って燃
料が激しく流れる。

この場合加熱コイル２０の直径が大きくてその加熱面も
大きいので、加熱コイル２０ひいては噴射弁６全体を短
く構成することができる。

第４図に示した実施例では電気加熱体８は交換可能なそ
う人体２２として構成されており、このそう人体２２は
噴射弁ケーシング内に軸方向にそう人されている。

この実施例では加熱コイル２０はピン２４とスリーブ形
の絶縁層との間に配置されている。

弁体１１の弁棒は有害スペースを小さくするために極め
て短く構成されている。

加熱体８と弁棒との間のスクリーン３４は、加熱体８の
交換の際に異物が燃料噴出口１９に達することを防止す
るものである。

第５図に示した実施例では、噴射弁ケーシング内にそう
人されている加熱体８は弁体１１の弁棒を取り囲む管状
の絶縁材料より成る保持体の内周面に導電材料２８を被
覆することによって構成されている。

この実施例においても有害スペースを極めて小さくする
ことができる。

弁棒と加熱体８との間の狭い環状間げき内で大きな流動
速度を生ぜしめて、十分な熱伝達を行わせることができ
る。

燃料と導電材料２８との温度差は加熱体８の上流側端部
から燃料噴射口１９に向かって次第に減少するので、導
電材料２８の厚さを上流側から下流側に向かって増大さ
せて加熱出力を減少させるのがよい。

第６図に示した実施例では電気加熱体８は小管３０によ
って構成されている。

この実施例でも有害スペースを極めて小さくすることが
できる。

小管３０の電気抵抗を可及的に小さくするために、小管
３０における給電導線９の一力の接続部３３は小管３０
の内周面に、かつ他方の接続部３２は小管３０の外周面
の前記接続部３３と直径方向で向き合った箇所に、設け
られている。

更に接続部３３によって小管３０と弁棒との間の環状間
げきが狭くされることを避けるために、小管３０の上流
側端部は円すい状拡大部３１として構成されていて、こ
れに接続部３３．３２が設けられている。

追加の関係 原発明である特許第１１７６０９９号（特願昭４６−９
４８３２号、特開昭４７−１１４０６号公報）の発明は
、［外部点火式内燃機関用の始動装置であって、燃料が
噴射箇所の直前で電気的に加熱されて、供給燃料の大部
分が機関燃焼に必要なガス相に移行せしめられる形式の
ものにおいて、機関が低温である場合あるいは一時的に
冷却されている場合に機関温度に関連して燃料の加熱が
行われ、かつ加熱体の電気抵抗が、抵抗温度特性が正の
材料より成っていることを特徴とする、外部点火式内燃
機関用の始動装置。

」にかかわるものである。

この原発明によれば、内燃機関が正常の運転温度に達す
るまで過剰の燃料分を供給することにより排気ガス中に
多量の有害成分が発生するという従来の欠点が取り除か
れ、しかも加熱体ひいては燃料の過熱が避けられるが、
内燃機関をアイドリング状態から急激に部分負荷状態又
は全負荷状態に加速すると、内燃機関に供給される燃料
の量が所要の値よりも一時的に不足して回転むらあるい
は回転停止が生ずる危険がある。

そこで本発明はこのような危険を回避するために、原発
明の構成要件に付加して、加熱体による燃料の加熱開始
箇所と燃料噴射口との間で収容し得る燃料量が可及的に
少なくて、内燃機関のアイドリング中のほぼ８回の噴射
量よりもわずかであるようにしたものであって、原発明
に対する追加の特許の要件を満たすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃料噴射装置の概略図、第２図は、第１実施
例の噴射弁の縦断面図、第３図は、第２実施例の噴射弁
の縦断面図、第４図は、第３実施例の噴射弁の縦断面図
、第５図は、第４実施例の噴射弁の縦断面図、第６図は
、第５実施例の噴射弁の縦断面図である。 １・・・・・・燃料タンク、２・・・・・・燃料ポンプ
、３・・・・・・調量装置、４・・・・・・測定機構、
５・・・・・・導管、６・・・・・・噴射弁、７・・・
・・・吸気管、８・・・・・・加熱体、９・・・・・・
給電導線、１０・・・・・・絶縁層、１１・・・・・・
弁体、１２・・・・・・ばね、１３・・・・・・制御機
構、１４〜１７・・・・・・温度感知器、１８・・・・
・・スイッチ、１９・・・・・・燃料噴射口、２０・・
・・・・加熱コイル、２１・・・・・・中間部材、２２
・・・・・・そう人体、２４・・・・・・ピン、２８・
・・・・・導電材料、２９・・・・・・保持体、３０・
・・・・・小管、３１・・・・・・円すい状拡大部、３
２および３３・・・・・・接続部、３４・・・・・・ス
クリーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関温度に関連して燃料が噴射口の直前で加熱され
   る外部点火式内燃機関用の燃料噴射装置であって、燃料
   の加熱は機関温度が最適の運転温度よりも低い場合に電
   気加熱体によって行われて、噴射される燃料の大部分が
   遅くとも噴射口の直後で機関燃焼に必要なガス相に移行
   せしめられ、かつ加熱体の電気抵抗が、抵抗温度特性が
   正の材料より成っている形式のものにおいて、加熱体８
   による燃料の加熱開始箇所と燃料噴射口１９との間で収
   容し得る燃料量が可及的に少なくて、内燃機関のアイド
   リング中のほぼ８回の噴射量よりもわずかであることを
   特徴とする、外部点火式内燃機関用の燃料噴射装置。