以下、本発明を適用した燃料噴射装置の� ��体例について、図面を参照しながら詳細に� ��明する。以下で説明する燃料噴射装置は、� ��動車等における内燃機関の燃焼室に燃料を� ��射するものであり、特に、油圧室内に供給� ��れた燃料を必要な分だけ効率よく加熱する� ��能を持たせたものである。

 [第1の実施形態]
 図1は、本発明を適用した燃料噴射装置の一 例(第1の実施形態)を示す断面図である。この 図1に示す燃料噴射装置は、先端にオリフィ� �(燃料噴射孔)2を有する円筒状のノズルボデ� �3と、このノズルボディ3の基端側に連結され たヨーク4と、ノズルボディ3の内部に移動可� ��に挿通されたプランジャロッド5と、プラン ジャロッド5の基端側に位置してヨーク4内に� ��着された円筒状のコア6とを備える。

 コア6の外周側には、コイルボビン7に保� �された状態で、開弁コイル8及び保持コイル9 が巻装されている。また、コア6の内周側に� �スプリング10が配設されており、このスプリ ング10がプランジャロッド5のアンカ5aに当接� ��てプランジャロッド5をノズルボディ3の先� �側へと付勢している。このスプリング10によ る付勢力は、スプリングアジャスタ11によっ� ��調整されている。

 この燃料噴射装置は、コア6の基端側(図1� ��の上方)の端部が図示しない燃料供給配管に 接続される。そして、図示しない燃料ポンプ によって加圧された燃料がこの燃料供給配管 を通して燃料噴射装置に供給される。

 燃料噴射装置に供給された燃料は、コア6 内部の空間やこれに連通するノズルボディ3� �部の空間を経由して、ノズルボディ3先端の� ��リフィス2へと導かれる。つまり、燃料噴射 装置では、これらコア6内部やノズルボディ3� ��部の空間が、加圧された燃料が流れる燃料� ��路12とされている。そして、特に本実施形� �の燃料噴射装置では、ノズルボディ3内部に� ��成された燃料流路12に接するようにして、� �該燃料流路12内の燃料を加熱するヒータ13が� ��ノズルボディ3の内周面に設置されている。

 このような構成の燃料噴射装置は、非噴� ��時においては、プランジャロッド5がスプリ ング10によりノズルボディ3の先端側に付勢さ れ、図2Aに示すように、このプランジャロッ� ��5の先端部がノズルボディ3の先端内周面に� �接することで、ノズルボディ3の先端に設け� ��れたオリフィス2を閉塞している。したがっ て、燃料流路12内の加圧された燃料は、これ� ��プランジャロッド5とノズルボディ3の接触� �分で遮断され、オリフィス2から燃料噴射装� ��の外部に噴射されることはない。なお、図2 Aは図1におけるA部を拡大して示した図である 。

 ここで、開弁コイル8に通電が行われると 、電磁力の作用によりプランジャロッド5が� �プリング10の付勢力に抗してコア6側へと移� �し、フランジ5bがストッパ14に当接するまで� ��ランジャロッド5が引き上げられる。これに より、図2Bに示すように、プランジャロッド5 の先端部がノズルボディ3の先端内周面から� �間してオリフィス2が開放された状態となり� ��燃料流路12内の加圧された燃料がオリフィ� �2を通って燃料噴射装置の外部に噴射される� ��また、プランジャロッド5が引き上げられた 状態で保持コイル9に通電すると、その後、� �弁コイル8への通電を停止しても、プランジ� ��ロッド5は引き上げられた状態を維持する。 このため、オリフィス2が開放されたままと� �り、オリフィス2からの燃料の噴射が継続さ� ��る。

 保持コイル9への通電を停止すると、プラ ンジャロッド5はスプリング10の付勢力により ノズルボディ3の先端側へと押し戻される。� �して、プランジャロッド5の先端部がノズル� ��ディ3の先端内周面に当接してオリフィス2� �閉塞することで、燃料の噴射が停止される� �

 以上のように、燃料噴射装置では、開弁� ��イル8及び保持コイル9への通電制御によっ� �、燃料の噴射・非噴射が制御される。また� �保持コイル9への通電時間を変えることによ� ��、噴射時間を制御することが可能である。� ��射時間はほぼ噴射量に比例するため、保持� ��イル9への通電時間を制御することで燃料噴 射装置からの1回あたりの噴射量が制御され� �。例えば、自動車の加速時などは内燃機関� �大量の燃料を噴射する必要があるので、そ� �場合は保持コイル9への通電時間を長くする� ��また、自動車が停止状態(アイドリング時)� �ときは、内燃機関へは少量の燃料が供給さ� �るため、その場合は保持コイル9への通電時� ��を短くしている。

 内燃機関へ供給される燃料の量は、図示� ��ないECU(Engine Control Unit)によって判断され� �。ECUは内燃機関の内外に取り付けてある各� �のセンサからの情報をもとに内燃機関の運� �状態を判断し、その状態に応じて内燃機関� �必要とする燃料の量を判断し、それによっ� �燃料噴射装置の保持コイル9への通電時間を� ��定している。また、特に本実施形態の燃料� ��射装置では、ノズルボディ3の内周面に設置 されたヒータ13で燃料流路12内の燃料を加熱� �る構成とされており、このヒータ13の動作が 、燃料噴射量の制御(つまり保持コイル9への� ��電制御)と合わせて、内燃機関の運転状態に 応じてECUにより制御されることによって、噴 射する燃料を必要な分だけ効率よく加熱でき るようにしている。以下、本実施形態の燃料 噴射装置において特徴的な部分であるヒータ 13の構成及び動作の詳細について、具体例を� ��げながらさらに詳しく説明する。

 ヒータ13は、上述したように、ノズルボ� �ィ3内部の燃料流路12に接するようにノズル� �ディ3の内周面に設置され、当該燃料流路12� �上流側から下流側に亘る位置にかけて、当� �燃料流路12内の燃料が温度分布を持つように 、当該燃料流路12内の燃料を加熱できるよう� ��構成されている。具体的には、ヒータ13は� �発熱状態を個別に切替え可能な複数の発熱� �素が、ノズルボディ3内部の燃料流路12の上� �側から下流側に亘って並ぶように配置され� �構成とされている。ヒータ13の各発熱要素は 、個別の配線によって電力供給源と接続され 、各配線中にそれぞれスイッチが設けられる 。そして、内燃機関の運転状態に応じて各ス イッチのオン/オフがECUによって制御される� �とで、ヒータ13を構成する複数の発熱要素の 加熱/非加熱を個別に切り替えることが可能� �されており、これにより、燃料流路12内の燃 料を上流側と下流側との間の位置に応じて温 度分布を持つように加熱できるようにしてい る。

 ヒータ13の各発熱要素は、例えばNiやCuな� ��の金属のメッキ等により形成され、それぞ� ��図示しない配線によって電力供給源に接続� ��れる。ここで、ヒータ13の各発熱要素は配� �よりも高い抵抗値を持つ必要があるが、各� �熱要素を金属メッキで形成する場合はメッ� �の膜厚を薄くすることで抵抗値が高くなる� �で、これを利用すればよい。

 また、ヒータ13の各発熱要素及び配線以� �の部分に電気が漏電することを防ぐため、� �れらの周囲には絶縁構造が必要である。本� �施形態の燃料噴射装置のようにノズルボデ� �3内周面にヒータ13を設置する場合は、例え� �、セラミックなどを用いた絶縁膜15をノズル ボディ3内周面に形成し、その上に、前述の� �属メッキによりヒータ13の各発熱要素を形成 するようにすればよい。これにより、ヒータ 13の各発熱要素とノズルボディ3はセラミック の絶縁膜15により電気的に絶縁される。しか� ��、一般にセラミックは熱伝導度が低いため� ��セラミックの絶縁膜15を介装することでヒ� �タ13の発熱要素からノズルボディ3に熱が伝� �り難くなるので、断熱構造も併せて実現で� �る。また、セラミックの絶縁膜15に凹部を形 成してこの凹部内にヒータ13の各発熱要素を� ��め込み形成するようにすれば、隣接する発� ��要素間の電気的絶縁性及び断熱性も確保さ� ��る。さらに、ヒータ13の発熱要素が直接燃� �に触れて、燃料への漏電が問題になる場合� �は、各発熱要素の表面を酸化させる、ある� �は各発熱要素の表面に薄い絶縁膜を形成す� �などの対策を行うことで、燃料への漏電を� �ぐことが可能である。なお、ヒータ13を構成 する各発熱要素の1つ1つの形状は、円筒状の� ��ズルボディ3の内周面を全て覆うようなリン グ形状とされていることが望ましい。

 以上のような複数の発熱要素を並べた構� ��のヒータ13は、上述したプランジャロッド5� ��先端部とノズルボディ3の先端内周面との接 触位置、すなわちノズルボディ3の先端に設� �られたオリフィス2の近傍の位置までをカバ� ��するように配置されていることが望ましい� ��燃料噴射装置では、上述したように開弁コ� ��ル8への通電によりプランジャロッド5がコ� �6側に引き上げられるとオリフィス2が開放さ れ、ノズルボディ3内部の燃料流路12内の燃料 のうちでオリフィス2近傍に位置するものか� �噴射されることになるので、ヒータ13をオリ フィス2近傍位置までカバーするように配置� �て、オリフィス2近傍の燃料を加熱できる構� ��(つまり、次回に絶対に噴射される燃料を加 熱できる構造)としておけば、燃料噴射装置� �次回に噴射する燃料を確実に加熱すること� �可能であり、燃料流路12の上流側(図1中の上� ��向)の燃料を加熱しなくとも、次回に噴射す るだけの燃料を加熱することが可能である。

 また、例えば自動車の加速時など、内燃� ��関に多量の燃料を噴射することが求められ� ��場合は、噴射する燃料の体積に合わせて発� ��させる発熱要素の数を増やすことで、次回� ��噴射する燃料が増加してもこれに対応可能� ��ある。逆に、内燃機関に噴射する燃料が少� ��の場合には、最下流部の発熱要素のみを発� ��させるようにすればよい。このように、本� ��施形態の燃料噴射装置では、個別に発熱状� ��を切替可能な複数の発熱要素でヒータ13を� �成することにより、次回噴射する燃料の体� �に合わせて加熱する燃料の体積を可変にし� �燃料流路12内の燃料を効率よく加熱すること を可能にしている。

 ところで、燃料噴射装置の1回あたりの燃 料噴射量の最小値と最大値(最小噴射量と最� �噴射量)は、内燃機関の性能によって予め定� ��られている。燃料噴射装置の最小噴射量は� ��内燃機関を回し続けるのに最低限供給され� ��燃料の量のことである。自動車のアイドリ� ��グ状態がこの状態に当たる。また、燃料噴� ��装置の最大噴射量は、この量以上の燃料を� ��射しても内燃機関の出力が上がらない、或� ��は、出力が上がったとしても燃焼が不適正� ��状態となる、或いは、内燃機関がこれ以上� ��出力になると損傷を受ける可能性が高くな� ��などの理由で決まっている。自動車の最大� ��速時つまりフルスロットル(または、WOT=ワ� �ドオープンスロットル)状態がこの状態に当� ��る。

 本実施形態の燃料噴射装置では、ヒータ1 3により加熱する燃料の体積が、内燃機関の� �能に応じて定められる最小噴射量と最大噴� �量との間の任意の体積に可変とされている� �具体的には、ヒータ13を構成する全ての発熱 要素を発熱させたときに加熱される燃料の体 積が燃料噴射装置の最大噴射量と同程度とさ れ、燃料流路12の最下流に位置する(オリフィ ス2に最も近い)発熱要素のみを発熱させたと� ��に加熱される燃料の体積が最小噴射量と同� ��度とされている。そして、ヒータ13を構成� �る複数の発熱要素のうち、発熱させる発熱� �素の数(燃料流路12の最下流から何番目まで� �発熱要素を発熱させるか)を切り替えること� ��よって、燃料噴射装置の最小噴射量と最大� ��射量との間の任意の体積の燃料を、ヒータ1 3によって加熱できる構成とされている。こ� �により、内燃機関の運転状態に応じてどの� �の燃料を噴射するにしても、噴射する燃料� �ヒータ13で効率よく且つ確実に加熱すること が可能になる。

 本実施形態の燃料噴射装置において、ヒ� ��タ13が燃料を加熱するタイミングは、噴射� �前、すなわち開弁コイル8が通電されてプラ� ��ジャロッド5が引き上げられる直前とするこ とが望ましい。熱は高温部から低温部に拡散 していくため、加熱のやり方によっては、燃 料以外の部品を加熱してしまい燃料噴射装置 の信頼性低下を招く要因となることも考えら れる。ここで、ヒータ13による燃料の加熱を� ��射直前に行うようにすれば、加熱によって� ��温になった燃料は噴射によって燃料噴射装� ��の外部に出され、しかもそれと同時に燃料� ��路12の上流側から加熱されていない(ほぼ室� ��の)燃料が加熱部(つまりヒータ13の近傍位置 )に供給されて加熱部を冷却してくれる。こ� �により、燃料加熱に起因した燃料噴射装置� �信頼性低下の問題を未然に回避することが� �能となる。

 また、本実施形態の燃料噴射装置におい� ��、ヒータ13により加熱される燃料流路12内の 燃料は、臨界圧力以上に加圧されていること が望ましい。ヒータ13の加熱により燃料の温� ��は急激に上昇するため、燃料の圧力によっ� ��は加熱時に沸騰することも予想される。燃� ��の沸騰が起きると、燃料の密度や熱伝導度� ��比熱などが急激に変化するため、場合によ� ��てはヒータ13の熱が燃料に所望の速度で伝� �ることがなくなり、ヒータ13が過度に高温に なってしまうこともあり得る。これはヒータ 13の耐久性にとって好ましいことではない。� ��た、沸騰によって密度が急激に変化すると� ��れが圧力波となって、燃料流路12内の部品(� ��えばヒータ13など)に物理的なダメージを与� ��ることがある。また、沸騰が同じ場所で何� ��も繰り返し起こる場合は、燃料中に溶けて� ��た成分がその場所に析出してしまい、場合� ��よっては燃料流路12が詰まってしまうこと� �予想される。そのため、加熱中の沸騰は出� �る限り避けた方が望ましい。ヒータ13により 加熱される燃料流路12内の燃料を臨界圧力以� ��に加圧しておけば、燃料は沸騰することが� ��くなるので上述の問題を有効に回避するこ� ��が可能となる。

 本実施形態の燃料噴射装置では、上述し� ��ように、次回に噴射される量だけの燃料を� ��必要に応じて(つまり内燃機関の運転状態に 応じて)ヒータ13により加熱して噴射するが、 噴射された燃料は、温度が沸点を超えていれ ば液相から気相へと相変化する。その結果、 気相の燃料は膨張することによって温度が低 下する。そして、温度が低下すると、燃料が 完全に気相にならない(気液が混在する)状態� ��空気と混合することになる。内燃機関の運� ��状態によっては、完全に気化した状態で空� ��と混合することが望ましいこともあり得る� ��例えば、なるべく早く空気と混合したい場� ��は、液相の燃料が残っていると液相の燃料� ��蒸発して気相になる時間の分だけ、空気と� ��合する時間が遅くなる。このような観点か� ��、本実施形態の燃料噴射装置では、ヒータ1 3により燃料流路12内の燃料を臨界温度以上に まで加熱して、たとえ気相の燃料が膨張した としても、十分な温度が保てるようにするこ とも有効である。ここで言う十分な温度とは 、噴射した燃料が全て気相になるような温度 のことであり、燃料を燃料噴射装置内で臨界 温度以上に加熱することで実現される。

 以上、具体的な例を挙げながら詳細に説� ��したように、本実施形態の燃料噴射装置に� ��れば、ノズルボディ3内に形成された燃料流 路12に接するように、この燃料流路12に沿っ� �複数の発熱要素を並べたヒータ13を配置して いるので、燃料流路12内の必要な燃料分だけ� ��加熱されるようにヒータ13から与えられる� �量を制御するので、ヒータ13の発熱量を必要 最小限とすることができ、加熱した燃料の噴 射と加熱しない燃料の噴射とを、内燃機関の 運転状態に応じて瞬時に切替えながら行うこ とができる。

 また、本実施形態の燃料噴射装置では、� ��ズルボディ3内に形成された燃料流路12内の� ��料を必要な分だけ、つまり次回噴射する燃� ��のみをヒータ13により加熱するので、燃料� �急速に昇温することが可能であり、内燃機� �の始動直後などにおいても所望の温度に加� �した燃料を噴射することができ、また、余� �な燃料を加熱することなく、加熱によって� �費される電力を低減することが可能である� �さらに、内燃機関の運転状態に応じて、加� �した燃料の噴射と加熱しない燃料の噴射と� �瞬時に切替えながら行うことも可能である� �

 また、本実施形態の燃料噴射装置によれ� ��、次回に噴射する燃料を噴射直前にヒータ1 3によって加熱する構成としているので、加� �によって生じた熱が燃料以外の部品に拡散� �ていくことを防止でき(熱は時間の経過とと� ��に高温部から低温部へ拡散して行く。この� ��象は、不可逆変化であり一度拡散した熱を� ��の場所に集中させることは不可能である。� ��まり、熱は必要な瞬間に必要な量だけ供給� ��ることが望ましい。)、拡散した熱によって 部品が熱膨張を起こして燃料漏れを起こすな どの問題を有効に回避して信頼性低下を防ぐ ことが可能になる。

 また、本実施形態の燃料噴射装置によれ� ��、ヒータ13を構成する各発熱要素とノズル� �ディ3内周面との間にセラミックなどの絶縁� ��15を設け、このセラミックなどの絶縁膜15に より電気的絶縁性とともに断熱性も確保して いるので、ヒータ13の発熱要素が発熱した際� ��ノズルボディ3への熱の拡散を低減すること が可能になり、オリフィス2近傍のシール性� �低下による燃料漏れなどの問題を有効に回� �して、信頼性低下を防ぐことが可能である� �また、ヒータ13の発熱要素からの熱がノズル ボディ3へ逃げないということは、燃料へ伝� �る熱が増加することになるので、加熱によ� �消費される電力の削減にもつながる。

 また、本実施形態の燃料噴射装置では、� ��料流路12内の燃料を臨界圧力以上に加圧し� �おくことにより、ヒータ13の加熱による燃料 の沸騰を防ぐことが可能になり、安定した加 熱が可能になる。さらに、本実施形態の燃料 噴射装置では、燃料を燃料噴射装置内で臨界 温度以上に加熱することによって、噴射後の 気相から液相への相変化を防ぐことが可能と なり、安定した燃料噴射を実現することが可 能となる。

 [第2の実施形態]
 図3は、本発明を適用した燃料噴射装置の他 の例(第2の実施形態)を示す断面図である。こ の図3に示す第2の実施形態の燃料噴射装置は� ��燃料を加熱するヒータの設置位置が上述し� ��第1の実施形態(図1参照)と異なるものである 。それ以外の構成及び動作は第1の実施形態� �同様であるので、以下、第1の実施形態と同� ��の部分については同一の符号を付して説明� ��省略し、本実施形態に特徴的な部分につい� ��のみ説明する。

 上述した第1の実施形態では、ノズルボデ ィ3の内周面に発熱状態を個別に切替え可能� �複数の発熱要素を並べて燃料流路12内の燃料 を加熱するヒータ13として構成したが、本実� ��形態では、プランジャロッド5の外周面に発 熱状態を個別に切替え可能な複数の発熱要素 を並べて、燃料流路12内の燃料を加熱するヒ� ��タ21としている。ヒータ21の構成は、プラン ジャロッド5の外周面に配置されている以外� �、上述した第1の実施形態と同様である。す� ��わち、例えばNiやCuなどの金属のメッキ等に より形成された複数の発熱要素が、ノズルボ ディ3内部の燃料流路12の上流側から下流側に 亘って並ぶように配置され、各発熱要素が個 別の配線によって電力供給源と接続され、各 配線中にそれぞれスイッチが設けられる。そ して、内燃機関の運転状態に応じて各スイッ チのオン/オフがECUによって制御されること� �、ヒータ21を構成する複数の発熱要素の加熱 /非加熱を個別に切り替えることが可能とさ� �ており、これにより、燃料流路12内の燃料を 上流側と下流側との間の位置に応じて温度分 布を持つように加熱できるようにしている。

 また、ヒータ21の各発熱要素及び配線以� �の部分に電気が漏電することを防ぐため、� �ランジャロッド3の外周面上には、図4A,図4B� �示すように、第1の実施形態と同様にセラミ� ��クなどの絶縁膜22が形成され、その上に、� �述の金属メッキによりヒータ21の各発熱要素 が形成されている。これにより、ヒータ21の� ��発熱要素とプランジャロッド3は絶縁膜22に� ��り電気的に絶縁される。しかも、一般にセ� ��ミックは熱伝導度が低いため、セラミック� ��絶縁膜22を介装することでヒータ21の発熱要 素からプランジャロッド5に熱が伝わり難く� �るので、断熱構造も併せて実現できる。ま� �、セラミックの絶縁膜22に凹部を形成してこ の凹部内にヒータ21の各発熱要素を埋め込み� ��成するようにすれば、隣接する発熱要素間� ��電気的絶縁性及び断熱性も確保される。さ� ��に、ヒータ21の発熱要素が直接燃料に触れ� �、燃料への漏電が問題になる場合には、第1� ��実施形態と同様に、各発熱要素の表面を酸� ��させる、あるいは各発熱要素の表面に薄い� ��縁膜を形成するなどの対策を行うことで、� ��料への漏電を防ぐことが可能である。なお� ��ヒータ21を構成する各発熱要素の1つ1つの形 状は、プランジャロッド5の外周面を全て覆� �ようなリング形状とされていることが望ま� �い。

 本実施形態の燃料噴射装置は、以上のよ� ��に、燃料流路12内の燃料を温度分布を持つ� �うに加熱可能なヒータ21を備えているので、 上述した第1の実施形態と同様に、内燃機関� �運転状態に応じて、燃料流路12内の燃料を必 要な分だけ効率よく加熱することができ、第 1の実施形態と同様の効果が得られる。

 また、特に本実施形態の燃料噴射装置は� ��プランジャロッド5の外周面にヒータ21を配� ��するようにしているので、第1の実施形態に 比べて製造が容易となるといった利点を有す る。すなわち、第1の実施形態のようにノズ� �ボディ3側にヒータ13を配置するには、円筒� �のノズルボディ3の内周面に発熱要素を形成� ��る必要があるため、製造上の難しさが存在� ��る。これに対して、本実施形態のようにプ� ��ンジャロッド5側にヒータ21を配置する構成� ��すれば、円柱状のプランジャロッド5の外周 面に発熱要素を形成すればよく、ノズルボデ ィ3内周面に発熱要素を形成する場合に比べ� �、製造上の難しさは大幅に低減される。た� �し、プランジャロッド5は上述したように開� ��コイル8や保持コイル9の通電、非通電の切� �えによって高速に移動する可動部材である� �め、信頼性の観点からは、第1の実施形態の� ��うに、固定部材であるノズルボディ3側にヒ ータ13を設置する構成の方が有利である。プ� ��ンジャロッド5側とノズルボディ3側とのど� �らにヒータ21(13)を設置するかは、要求され� �信頼性と製造上の制約条件などを考慮しな� �ら総合的に判断して決定すればよい。

 また、図5に示すように、ノズルボディ3� �内周面とプランジャロッド5の外周面との双� ��にヒータ13,21を設置することも可能である� �この場合には、ノズルボディ3とプランジャ� ��ッド5との間に形成される円筒状の燃料流路 12を両面から(円筒の外側と内側の両面から)� �熱することになり、燃料を加熱する時間を� �縮することが可能になる。

 [第3の実施形態]
 図6は、本発明を適用した燃料噴射装置のさ らに他の例(第3の実施形態)を示す図であり、 ノズルボディ3とプランジャロッド5との間の� ��料流路12近傍を拡大して示す断面図である� �第3の実施形態の燃料噴射装置は、ヒータ13� �近傍に触媒層31が形成されている以外は上述 した第1の実施形態と同様であるので、以下� �第1の実施形態と同様の部分については同一� ��符号を付して説明を省略し、本実施形態に� ��徴的な部分についてのみ説明する。

 本実施形態の燃料噴射装置では、図6に示 すように、ヒータ13を構成する発熱要素の表� ��や発熱要素以外の燃料流路12表面(絶縁膜15� �一部など)に、燃料流路12内の燃料の化学反� �を促進するための触媒層31が形成されている 。この触媒層31の触媒としては、例えば、Pt� �Pd、Rhなどの貴金属、あるいはCuなどの金属� �挙げられる。これらの触媒は通常はセラミ� �クを母材とする材料によって担持されるの� �、触媒とそれを担持するセラミックを薄膜� �にして、ヒータ13を構成する発熱要素の表面 や発熱要素以外の燃料流路12の表面に塗布し� ��触媒層31とすればよい。

 本実施形態の燃料噴射装置は、以上のよ� ��に、ヒータ13の近傍に触媒層31が形成されて いるので、上述した第1の実施形態や第2の実� ��形態と同様の効果に加え、局所的な燃料の� ��学反応を促進することが可能となるといっ� ��効果が得られる。すなわち、触媒は高温で� ��能するものが多いので、触媒層31をヒータ13 近傍に形成することにより、触媒を効率的に 活性化させて、この触媒と接する燃料の化学 反応を促進することが可能となる。

 なお、図6に示した例では、第1の実施形� �のようにノズルボディ3側にヒータ13を配置� �た構成としているが、第2の実施形態のよう� ��プランジャロッド5側にヒータ21を配置した� ��合や、ノズルボディ3側とプランジャロッド 5側の双方にヒータ13,21を配置した場合にも、 ヒータ13,21の近傍に触媒層31を塗布すること� �、効率的に触媒を活性化させて燃料の局所� �な化学反応を促進することが可能となる。

 [第4の実施形態]
 図7は、本発明を適用した燃料噴射装置のさ らに他の例(第4の実施形態)を示す断面図であ る。この図7に示す第4の実施形態の燃料噴射� ��置は、燃料を加熱するヒータの構成が上述� ��た第1の実施形態(図1参照)と異なるものであ る。それ以外の構成及び動作は第1の実施形� �と同様であるので、以下、第1の実施形態と� ��様の部分については同一の符号を付して説� ��を省略し、本実施形態に特徴的な部分につ� ��てのみ説明する。

 上述した第1の実施形態では、発熱状態を 個別に切替え可能な複数の発熱要素を燃料流 路12に沿って並べ、燃料流路12内の燃料が温� �分布を持つように当該燃料流路12内の燃料を 加熱できるヒータ13としたが、本実施形態で� ��、図7に示すように、ノズルボディ3の内周� �に、燃料流路12の上流側から下流側に亘って 厚みが異なる一体の発熱要素を形成して、燃 料流路12内の燃料が温度分布を持つように当� ��燃料流路12内の燃料を加熱できるヒータ41と している。

 このヒータ41を構成する発熱要素は、負� �温度特性(NTC(Negative Temperature Coefficient)特性) を有する材質を用いて形成することが望まし い。NTC特性を有する材質としては、例えばMn� ��Co、Ni、Feなどを含んだ焼結金属が挙げられ� ��。このようなNTC特性を有する材質を、例え� ��燃料流路12の上流側から下流側にかけて次� �に厚みが薄くなるように成形し、第1の実施� ��態と同様にセラミックなどの絶縁膜42(断熱� ��造を兼ねる絶縁膜)を介してノズルボディ3� �内周面に配置することで、燃料流路12内の燃 料が温度分布を持つように当該燃料流路12内� ��燃料を加熱可能なヒータ41とすることがで� �る。

 ヒータ41が燃料流路12内の燃料を温度分布 を持つように加熱できる原理を、図8及び図9� ��用いて説明する。なお、図8中のE1,E2は電極� ��示しており、図8中のMがNTC特性を持つ材質� �ある。また、図9における実線のグラフTC1は� ��8のNTC特性を持つ材質Mの上方部分の温度曲� �を示し、図9における破線のグラフTC2は図8の NTC特性を持つ材質Mの下方部分の温度曲線を� �している。図8のようにNTC特性を持ち、かつ� ��方部分と下方部分とで形状の異なる材質に� ��較的小さな一定電流(図9中のI1)を通電した� �合、電流が集中する場所、すなわち図8の下� ��部分が最も発熱密度が高くなる。その結果� ��下方部分は高温(図9中のT21)となり、発熱密� ��の小さい上方部分は比較的低温(図9中のT11)� ��なる。さらに、大きな電流(図9中のI2)を流� �と、下方部分は高温のためNTC特性から電気� �抗が下がっているので、小さな電流(図9中の I1)を流したときと比べて、それほど温度は高 くならない(図9中のT22)。一方で、上方部分は 下方部分と比べて比較的低温のため電気抵抗 の下がり方が下方部分と比べて小さく、小さ な電流を流したときと比べて大きな電流を流 した場合の温度上昇が大きくなる(図9中のT12) 。その結果、電流I1を流したときよりも、電� ��I2を流したときの方が下方部分と上方部分� �温度差が小さくなる。この性質を利用すれ� �、流す電流の量を制御することで、ヒータ41 の温度分布、すなわちヒータ41の加熱による� ��料流路12内の燃料の温度分布を制御するこ� �が可能である。

 NTC特性を持つ焼結金属のうち、材料の種� ��によってはある温度で急激に電気抵抗が低� ��するものが存在するので、そのような焼結� ��属をヒータ41に用いるようにしてもよい。� �10を用いて、このような材料をヒータ41に用� ��た場合の特性を説明する。なお、図10にお� �る実線のグラフTC3は燃料流路12上流側の温度 曲線を示し、図10における破線のグラフTC4は� ��料流路12下流側の温度曲線を示している。� �た、図10中のTaは前述の抵抗が急激に低下し� ��める温度を表わしている。ヒータ41に通電� �る電流量を増加させていくと、ヒータ41があ る温度(図10中のTa)に達したとき電気抵抗が急 激に下がるため、それ以上電流を大きくして も殆ど温度が上昇しなくなる。つまり、ヒー タ41の温度変化に関して、しきい電流が存在� ��ることになる。ヒータ41の下方部分にとっ� �のしきい電流は図10中のIaになり、上方部分� ��とってのしきい電流は図10中のIbになる。Ib� ��Iaよりも大きな理由は、前述の電流密度の� �係から明らかである。ここで、図7に示した� ��うに燃料流路12の下流側に向かうに従って� �ータ41の厚みが薄くなっている場合は、電流 密度を考えれば下流側いくほどしきい電流が 低く、上流側に近いほどしきい電流は大きく なる。十分に大きな電流を流せば、ヒータ41� ��面の温度分布、つまりヒータ41の加熱によ� �燃料流路12内の燃料の温度差がなくなるし、 小さな電流を流した場合は、燃料流路12の上� ��側と下流側とで燃料の温度差が大きくなる� ��

 本実施形態の燃料噴射装置では、図7に示 したように、NTC特性を有する焼結金属を材質 とした発熱要素を、燃料流路12の下流側に向� ��うに従って厚みが薄くなるように形成して� ��ータ41としている。したがって、内燃機関� �運転状態に応じて、例えば、次回の噴射量� �少ない場合は、ヒータ41に比較的小さな電流 を流して、ヒータ41のうちで燃料流路12の下� �側に位置する部分のみを高温にすることで� �次回噴射される燃料のみを効率よく加熱す� �ことができる。また、逆に、次回の噴射量� �多い場合は、ヒータ41に比較的大きな電流を 流して、ヒータ41全体が高温になるようにす� ��ばよい。これにより、次回に噴射される燃� ��と同等の体積の燃料をヒータ41で加熱する� �とが可能となる。

 本実施形態の燃料噴射装置は、以上のよ� ��に、燃料流路12内の燃料を温度分布を持つ� �うに加熱可能なヒータ41を備えているので、 上述した第1の実施形態と同様に、内燃機関� �運転状態に応じて、燃料流路12内の燃料を必 要な分だけ効率よく加熱することができ、第 1の実施形態と同様の効果が得られる。また� �ヒータ41は単一の発熱要素よりなるので、配 線数を大幅に削減することができ、構造の簡 素化を図ることができる。

 なお、図7に示した例では、第1の実施形� �のようにノズルボディ3側にヒータ41を配置� �ているが、第2の実施形態のようにプランジ� ��ロッド5側にヒータ41を配置するようにして� ��よいし、ノズルボディ3側とプランジャロッ ド5側の双方にヒータ41を配置するようにして もよい。

 [第5の実施形態]
 次に、本発明を適用した燃料噴射装置の第5 の実施形態について説明する。本実施形態の 燃料噴射装置は、燃料流路12内の燃料の沸騰( 或いは沸騰に近い現象)を防止する手法が、� �述した第1の実施形態と異なるものである。� ��れ以外の構成及び動作は第1の実施形態と同 様であるので、以下、第1の実施形態と同様� �部分については同一の符号を付して説明を� �略し、本実施形態に特徴的な部分について� �み説明する。

 上述した第1の実施形態では、ヒータ13に� ��る燃料加熱時の沸騰を防止するために、燃� ��流路12内の燃料を臨界圧力以上に加圧して� �くことが有効であることを説明した。ヒー� �13による燃料の加熱が比較的緩やかであれば 、上述した第1の実施形態で説明したように� �ヒータ13により加熱される燃料流路12内の燃� ��を臨界圧力以上に加圧しておくことで、上� ��の沸騰による問題を回避することが可能で� ��る。しかしながら、燃料の加熱が急激であ� ��、言い換えればヒータ13の温度上昇速度が� �い場合は、燃料が臨界圧以上に加圧されて� �る場合でも沸騰に近い現象が起こりうる。

 ここで、沸騰に近い現象とは、臨界圧以� ��の場合のような気相から液相への相変化は� ��わないが、沸騰と同様に急激な圧力波を発� ��させるような現象を言う。このような現象� ��、燃料流路12内の燃料がヒータ13による急激 な加熱によって、比較的密度の高い準安定状 態から、密度の低い安定状態へと急激に変化 するために生じるものと考えられる。

 ヒータ13による燃料加熱時に以上のよう� �沸騰に近い現象が発生することを防止する� �は、燃料流路12内の燃料を臨界圧力以上に加 圧しておくだけでは不十分であり、燃料流路 12内の燃料の温度を、ある圧力に対して存在� ��る飽和温度、または擬臨界温度よりも低い� ��度に保っておく必要がある。なお、擬臨界� ��度とは、図11に示すように、臨界圧力Pc以上 のある圧力での燃料の定圧比熱(Cp)が極大に� �る温度であり、臨界圧力Pc未満の場合におけ る飽和温度STに相当するもの(図11中のST‘)で� ��る。臨界圧力Pc以上に加圧され、且つ、臨� �温度Tc以上に加熱された超臨界状態の流体は 、この擬臨界温度よりも低い温度では密度の 高い状態で安定であり、擬臨界温度よりも高 い温度では密度の高い準安定状態である。

 以上の観点から、本実施形態の燃料噴射� ��置では、燃料流路12内の燃料の圧力が臨界� �力未満であればヒータ13の最高温度を燃料の 飽和温度以下に制限し、燃料流路12内の燃料� ��圧力が臨界圧力以上であればヒータ13の最� �温度を燃料の擬臨界温度以下に制限するこ� �で、上述した沸騰に近い現象も含めて、ヒ� �タ13による燃料加熱時の急激な圧力波の発生 を確実に防止できるようにしている。

 具体的には、例えば図12に示すように、� �料流路12内の燃料の圧力を検知する圧力検知 手段51を設ける。具体的には、例えば燃料流� ��12の上流側となるコア6内部の圧力を検知可� ��な圧力センサを設置し、これを圧力検知手� ��51とする。また、ヒータ13の温度を例えば熱 電対のような温度検知手段52でモニタリング� ��きるようにしておく。そして、圧力検知手� ��51で検知される圧力が燃料の臨界圧力未満� �場合には、温度検知手段52の検出値をモニタ リングしながら、ヒータ13の温度が燃料の飽� ��温度を超えないように、ヒータ13の動作を� �御する。また、圧力検知手段51で検知される 圧力が燃料の臨界圧力以上の場合には、温度 検知手段52の検出値をモニタリングしながら� ��ヒータ13の温度が燃料の擬臨界温度を超え� �いように、ヒータ13の動作を制御する。

 以上のように、燃料流路12内の燃料の圧� �に応じて、ヒータ13の最高温度を燃料の飽和 温度または擬臨界温度以下に制限すれば、ヒ ータ13により加熱される燃料は原理的にヒー� ��13よりも高温にはなりえないので、燃料流� �12内の燃料の温度を飽和温度または擬臨界温 度よりも低い温度に保つことができ、上述し た沸騰に近い現象も含めて、ヒータ13による� ��料加熱時の急激な圧力波の発生を確実に防� ��することができる。なお、ヒータ13は基本� �に噴射孔2に近い側の方が温度が高く、噴射� ��2から遠ざかるにつれて温度が下がるため、 ヒータ13の最高温度を燃料の飽和温度または� ��臨界温度以下に制限するには、噴射孔2に最 も近い側のヒータ13の温度を温度検知手段52� �モニタリングしながら、この温度が燃料の� �和温度または擬臨界温度を超えないように� �ータ13の動作を制御すればよい。なお、ヒー タ13の温度を判断する手法としては、ヒータ1 3に熱電対のような温度検知手段52を設ける手 法以外にも、例えば、ヒータ13自体で温度を� ��知できるようにしてもよい。また、ヒータ1 3に供給する電力量とヒータ13の温度との関係 を予め求めておいて、この関係をもとにヒー タ13の温度を推定し、この温度が燃料の飽和� ��度または擬臨界温度を超えないようにヒー� ��13の動作を制御するようにしてもよい。

 ところで、一般に自動車などに使用され� ��燃料はガソリンや軽油等の混合物であり、� ��合物に含まれる内容物によって飽和温度や� ��臨界温度は変化してしまうため、予め燃料� ��飽和温度や擬臨界温度を知ることが難しい� ��合も多い。

 そこで、燃料の飽和温度や擬臨界温度を� ��め知ることができない場合には、圧力検知� ��段51により検知される燃料流路12内の燃料の 圧力変動から燃料の沸騰或いは沸騰に近い現 象が生じていると判断されたときに、次回以 降の燃料噴射時における燃料加熱の条件や燃 料圧力を調整することで、沸騰或いは沸騰に 近い現象が継続しないようにすることも有効 である。

 具体的には、例えば、圧力検知手段51に� �り所定値以上の圧力変動が検知された場合� �、次回以降の燃料噴射時におけるヒータ13の 最高温度が、今回の燃料噴射時におけるヒー タ13の最高温度よりも低くなるように、ヒー� ��13の動作を制御する。ヒータ13の最高温度を 低い方向に変更しても未だ所定値以上の圧力 変動が検知される場合は、ヒータ13の最高温� ��をさらに低く制限するように、ヒータ13の� �作を制御する。

 なお、制御の閾値となる所定値は、燃料� ��沸騰或いは沸騰に近い現象による圧力変動� ��あるか否かを判定するものであり、予め実� ��などを行って最適な値を定めておく。燃料� ��路12内の燃料の圧力は、例えばプランジャ� �ッド5の移動などに伴って多少なりとも変動� ��るので、このような沸騰或いは沸騰に近い� ��象以外の要因による圧力変動よりも十分に� ��きな値を所定値として設定し、沸騰或いは� ��騰に近い現象が生じたときにのみ、ヒータ1 3の最高温度が低い方向に変更されるように� �る。

 また、例えば、圧力検知手段51により所� �値以上の圧力変動が検知された場合に、次� �以降の燃料噴射時における燃料の温度上昇� �度が、今回の燃料噴射時における燃料の温� �上昇速度よりも低くなるように、ヒータ13の 動作を制御するようにしてもよい。ヒータ13� ��温度上昇速度を低下させると、過熱度が低� ��なるため沸騰或いは沸騰に近い現象が発生� ��にくくなるからである。なお、このような� ��熱度に依存する現象は、飽和温度の場合だ� ��でなく、擬臨界温度の場合も同様に生じ得� ��ものである。

 また、例えば、圧力検知手段51により所� �値以上の圧力変動が検知された場合に、次� �以降の燃料噴射時に噴射される燃料が、今� �の燃料噴射時に噴射された燃料よりも高い� �力となるように、燃料の加圧状態を変化さ� �るようにしてもよい。燃料圧力を上昇させ� �と、その分、燃料の飽和温度または擬臨界� �度が高くなり、それまでの燃料噴射時と同� �条件でヒータ13の動作を制御して燃料を加熱 した場合、燃料の過熱度が低くなるために、 沸騰或いは沸騰に近い現象が発生しにくくな るからである。

 本実施形態の燃料噴射装置は、以上のよ� ��に、ヒータ13の温度が燃料の飽和温度また� �擬臨界温度を超えないようにヒータ13の動作 を制御することで燃料の沸騰或いは沸騰に近 い現象が発生することを防止し、または、燃 料の沸騰或いは沸騰に近い現象が生じている と判断されたときに、次回以降の燃料噴射時 における燃料加熱の条件や燃料圧力を調整す ることで、燃料の沸騰或いは沸騰に近い現象 が継続しないようにしているので、上述した 第1乃至第4の実施形態で得られる効果に加え� ��、燃料の沸騰或いは沸騰に近い現象に起因� ��る上述した種々の問題を有効に回避して、� ��り安定した燃料の加熱および噴射が可能に� ��るといった効果が得られる。

 以上、本発明を適用した燃料噴射装置の� ��体例として第1乃至第5の実施形態を例示し� �が、以上の各実施形態は本発明の一適用例� �示したものであり、本発明の技術的範囲が� �上の各実施形態で説明した内容に限定され� �ことを意図するものではない。つまり、本� �明の技術的範囲は、以上の各実施形態で開� �した具体的構成に限らず、この開示から容� �に導きうる様々な変形、変更、代替技術な� �も含むものである。