JP2002161811A - Fuel system for internal combustion engine - Google Patents

Fuel system for internal combustion engine

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JP2002161811A
JP2002161811A JP2000363435A JP2000363435A JP2002161811A JP 2002161811 A JP2002161811 A JP 2002161811A JP 2000363435 A JP2000363435 A JP 2000363435A JP 2000363435 A JP2000363435 A JP 2000363435A JP 2002161811 A JP2002161811 A JP 2002161811A
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JP
Japan
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mixed
fluid
fuel
liquid
mixture
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000363435A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Watanabe
義正 渡辺
Toshiaki Motoi
敏明 許斐
Kazuhiro Omae
和広 大前
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably provide an atomizing function of a liquid fuel. SOLUTION: A throttle part 12 is provided in a fuel feeding pipe 7 ranging from a fuel tank 8 to a booster pump 6, and a feeding pipe 13 for a fluid to be mixed extended from a tank 9 for the fluid to be mixed is opened inside the throttle part 12. When the liquid fuel passes through the throttle part 12, the fluid to be mixed is lead into the fuel feeding pipe 7 by a decompressing effect generated around the throttle part and a mixture is formed. The mixture is pressurized by the booster pump 6 and it is heated by a heater 43. As a result, the fluid to be mixed contained in the mixture becomes a supercritical state. Then the mixture of the liquid fuel and the fluid to be mixed in the supercritical state is injected from an injection valve 2. The fluid to be mixed is maintained in a liquid state from the tank 9 for the fluid to be mixed to the booster pump 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料噴射
装置に関する。
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料ポンプを用いて液体燃料を燃料タン
クから混合室内に供給し、被混合流体ポンプを用いて液
体燃料と異なる被混合流体を被混合流体タンクから混合
室内に供給し、それによりこれら液体燃料及び被混合流
体の混合体を形成し、混合室内の圧力及び温度を被混合
流体の臨界圧力及び臨界温度よりも高くして混合体中の
被混合流体を超臨界状態にし、次いで混合体を噴射弁か
ら噴射するようにした内燃機関が公知である(特許第2
651974号公報参照)。
2. Description of the Related Art A liquid fuel is supplied from a fuel tank into a mixing chamber using a fuel pump, and a mixed fluid different from the liquid fuel is supplied from the mixed fluid tank into the mixing chamber using a mixed fluid pump. A mixture of the liquid fuel and the fluid to be mixed is formed, the pressure and temperature in the mixing chamber are made higher than the critical pressure and the critical temperature of the fluid to be mixed, and the fluid to be mixed in the mixture is brought into a supercritical state. 2. Description of the Related Art An internal combustion engine in which a body is injected from an injection valve is known.
No. 651974).

【0003】詳しくは後述するが、このようにすると液
体燃料の微粒化を促進することができ、従って良好な燃
焼を確保することができる。
[0003] As will be described in detail later, this makes it possible to promote the atomization of the liquid fuel, and thus to ensure good combustion.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、被混合流体
タンクの容積のことを考えると、被混合流体は気体より
も液体の形で被混合流体タンク内に収容されているのが
好ましい。ところが、液体の被混合流体が液体燃料と混
合される前に、又は混合された後であっても超臨界状態
にされる前に気化すると、気体の被混合流体が液体燃料
から分離し、その結果液体燃料と被混合流体とを均一に
混合することができないという問題点がある。これらを
均一に混合できないと液体燃料を良好に微粒化すること
ができない恐れがある。
By the way, considering the volume of the fluid tank to be mixed, it is preferable that the fluid to be mixed is stored in the fluid tank to be mixed in a liquid form rather than a gas. However, if the liquid to be mixed is vaporized before being mixed with the liquid fuel or before being brought into a supercritical state even after being mixed, the gas to be mixed is separated from the liquid fuel, As a result, there is a problem that the liquid fuel and the fluid to be mixed cannot be uniformly mixed. If they cannot be mixed uniformly, there is a possibility that the liquid fuel cannot be finely atomized.

【0005】そこで本発明の目的は液体燃料の微粒化作
用を安定して得ることができる内燃機関の燃料供給装置
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel supply device for an internal combustion engine which can stably obtain an atomizing action of liquid fuel.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に1番目の発明によれば、液体燃料を燃料タンクから噴
射弁に供給するための燃料通路に、液体燃料と異なる被
混合流体を被混合流体タンクから供給するための被混合
流体通路を接続部において接続し、それにより液体燃料
に被混合流体を混合させた混合体を形成し、接続部下流
の燃料通路内に配置された超臨界状態生成手段により該
混合体中の被混合流体を超臨界状態にし、該混合体を噴
射弁から噴射するようにした内燃機関の燃料噴射装置で
あって、被混合流体タンク内に液体の形で収容されてい
る被混合流体を液体に維持したまま超臨界状態生成手段
に供給するようにしている。即ち1番目の発明によれ
ば、被混合流体が液体に維持されるので、液体燃料の安
定した微粒化作用が確保される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel passage for supplying liquid fuel from a fuel tank to an injection valve. A fluid passage to be supplied from the fluid mixture tank is connected at the connection portion, thereby forming a mixture in which the fluid to be mixed is mixed with the liquid fuel, and a supercritical fluid disposed in the fuel passage downstream of the connection portion. A fuel injection device for an internal combustion engine in which a fluid to be mixed in the mixture is brought into a supercritical state by a state generating means, and the mixture is injected from an injection valve. The stored fluid to be mixed is supplied to the supercritical state generating means while maintaining the liquid. That is, according to the first aspect, since the fluid to be mixed is maintained in a liquid state, a stable atomization action of the liquid fuel is ensured.

【0007】2番目の発明によれば1番目の発明におい
て、被混合流体が液体に維持されるように被混合流体タ
ンクから超臨界状態生成手段までの被混合流体通路内及
び燃料通路内の圧力又は温度を制御するようにしてい
る。3番目の発明によれば2番目の発明において、接続
部上流の燃料通路内に燃料圧送用のポンプを配置し、該
ポンプの吐出圧を被混合流体の気化圧よりも高く設定し
ている。即ち3番目の発明では、被混合流体が液体に維
持されるようにポンプの吐出圧が設定されている。
According to a second aspect, in the first aspect, the pressure in the mixed fluid passage and the fuel passage from the mixed fluid tank to the supercritical state generating means so that the mixed fluid is maintained in a liquid state. Alternatively, the temperature is controlled. According to the third invention, in the second invention, a pump for fuel pressure delivery is arranged in the fuel passage upstream of the connection portion, and the discharge pressure of the pump is set higher than the vaporization pressure of the fluid to be mixed. That is, in the third aspect, the discharge pressure of the pump is set so that the fluid to be mixed is maintained as a liquid.

【0008】4番目の発明によれば1番目の発明におい
て、前記被混合流体通路内に開弁割合を制御可能な制御
弁を配置し、該制御弁の開弁割合を機関運転状態に基づ
いて制御するようにしている。即ち4番目の発明では、
機関運転状態に基づいて混合割合が変更せしめられる。
なお、ある物質の圧力がその臨界圧力よりも高くかつこ
の物質の温度がその臨界温度よりも高い場合にこの物質
が超臨界状態にあるというのが一般的である。しかしな
がら、本明細書にいう超臨界状態には、物質の圧力及び
温度がその臨界圧力及び臨界温度よりもわずかばかり低
い場合も含まれる。
According to a fourth aspect, in the first aspect, a control valve capable of controlling a valve opening ratio is disposed in the mixed fluid passage, and the valve opening ratio of the control valve is determined based on an engine operating state. I try to control. That is, in the fourth invention,
The mixing ratio is changed based on the engine operating state.
It is common for a substance to be in a supercritical state when the pressure of the substance is higher than its critical pressure and the temperature of the substance is higher than its critical temperature. However, the supercritical state referred to herein includes the case where the pressure and temperature of a substance are slightly lower than its critical pressure and critical temperature.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1は本発明を車両用ディーゼル
機関に適用した場合を示している。しかしながら、火花
点火式ガソリン機関又は車両用でない内燃機関に本発明
を適用することもできる。図1を参照すると、機関本体
1は複数例えば四つの気筒1aを具備し、各気筒1aは
例えば電磁式の噴射弁2を具備する。これら噴射弁2は
それぞれ対応する分配管3を介してこれら噴射弁2に対
し共通の混合体用容積部又はコモンレール4に接続され
る。コモンレール4は高圧管5を介して例えば機関駆動
式の、吐出圧を制御可能な加圧ポンプ6の吐出側に接続
され、加圧ポンプ6の吸入側は燃料供給管7を介して燃
料タンク8に接続される。燃料タンク8内には液体燃
料、本実施態様では軽油が収容されている。
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a vehicle diesel engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition gasoline engine or an internal combustion engine not for vehicles. Referring to FIG. 1, the engine body 1 includes a plurality of, for example, four cylinders 1 a, and each of the cylinders 1 a includes, for example, an electromagnetic injection valve 2. These injection valves 2 are connected via respective distribution pipes 3 to a common mixture volume or common rail 4 for these injection valves 2. The common rail 4 is connected via a high-pressure pipe 5 to a discharge side of, for example, an engine-driven type pressurizable pump 6 capable of controlling a discharge pressure, and a suction side of the pressure pump 6 is connected to a fuel tank 8 via a fuel supply pipe 7. Connected to. The fuel tank 8 contains liquid fuel, in this embodiment light oil.

【0010】一方、被混合流体タンク(ボンベ)9内に
は、燃料と異なる被混合流体が液体の形で収容されてい
る。被混合流体として、例えば水、二酸化炭素、水素、
アルコール、メタンやエタンなどの炭化水素のなかから
選択された少なくとも一つを用いることができる。被混
合流体タンク9から被混合流体供給管10が延びてお
り、その流出端が燃料供給管7に接続される。次にこの
接続部分について説明する。
On the other hand, a fluid to be mixed, which is different from fuel, is contained in a fluid to be mixed tank (cylinder) 9 in a liquid form. As the fluid to be mixed, for example, water, carbon dioxide, hydrogen,
At least one selected from alcohols and hydrocarbons such as methane and ethane can be used. A mixed fluid supply pipe 10 extends from the mixed fluid tank 9, and an outflow end thereof is connected to the fuel supply pipe 7. Next, the connection portion will be described.

【0011】図1と共に図2を参照すると、燃料供給管
7は燃料タンク8から延びる上流管7aと、加圧ポンプ
6から延びる下流管7bと、これら上流管7aと下流管
7bとを互いに接続する接続管7cとを具備し、被混合
流体供給管10はこの接続管7cに接続される。詳しく
説明すると、接続管7c内には上流管7aと下流管7b
とを互いに連通せしめる燃料通路11が形成されてお
り、この燃料通路11内には絞り部12が形成されてい
る。更に接続管7c内には、絞り部12内の燃料通路1
1から延びる被混合流体通路13が形成されており、こ
れが被混合流体供給管10と連通せしめられる。即ち、
被混合流体通路13の流出端が絞り部12において燃料
通路11内に開口せしめられている。
Referring to FIG. 1 and FIG. 2, a fuel supply pipe 7 has an upstream pipe 7a extending from a fuel tank 8, a downstream pipe 7b extending from a pressurizing pump 6, and connecting the upstream pipe 7a and the downstream pipe 7b to each other. And a fluid supply pipe 10 to be mixed is connected to the connection pipe 7c. More specifically, the connection pipe 7c includes an upstream pipe 7a and a downstream pipe 7b.
A fuel passage 11 is formed to communicate with each other, and a throttle portion 12 is formed in the fuel passage 11. Further, in the connection pipe 7c, the fuel passage 1 in the throttle portion 12 is provided.
1, a fluid passage 13 to be mixed is formed, and this fluid passage 13 is communicated with the supply pipe 10 for fluid to be mixed. That is,
The outflow end of the mixed fluid passage 13 is opened in the fuel passage 11 at the throttle portion 12.

【0012】被混合流体通路の流出端の部分拡大図を示
す図3を参照すると、この流出端には多孔質体14が取
付けられている。この多孔質体14は例えばセラミック
から形成されうるが、多数の細孔を有する金属板、金属
繊維又はセラミック繊維からなる繊布又は不繊布から多
孔質体14を形成することもできる。再び図1を参照す
ると、被混合流体供給管10内には例えばデューティ比
を制御することにより開弁割合を制御可能な電磁式の制
御弁15が配置されている。また、接続部分と燃料タン
ク8との間の燃料供給管7、即ち上流管7a内には例え
ば電動式の、吐出圧を制御可能なフィードポンプ16が
配置される。このフィードポンプ16は燃料タンク8内
の燃料を加圧ポンプ6に供給する。
Referring to FIG. 3 showing a partially enlarged view of the outflow end of the fluid passage to be mixed, a porous body 14 is attached to the outflow end. The porous body 14 can be formed of, for example, ceramic. However, the porous body 14 can also be formed of a metal plate having a large number of pores, or a woven or non-woven cloth made of metal fibers or ceramic fibers. Referring again to FIG. 1, an electromagnetic control valve 15 capable of controlling a valve opening ratio by controlling, for example, a duty ratio is arranged in the mixed fluid supply pipe 10. In addition, a feed pump 16 of, for example, an electric type capable of controlling the discharge pressure is disposed in the fuel supply pipe 7 between the connection portion and the fuel tank 8, that is, in the upstream pipe 7a. The feed pump 16 supplies the fuel in the fuel tank 8 to the pressurizing pump 6.

【0013】電子制御ユニット(ECU)30はデジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス31を介して相
互に接続されたROM(リードオンリメモリ)32、R
AM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイク
ロプロセッサ)34、常時電源に接続されているB−R
AM(バックアップRAM)35、入力ポート36、お
よび出力ポート37を具備する。コモンレール4にはコ
モンレール4内の圧力に比例した出力電圧を発生する圧
力センサ38が取り付けられる。また、例えば吸入空気
量やアクセルペダルの踏み込み量などの機関負荷を表す
出力電圧を発生する負荷センサ39が設けられる。これ
らセンサ38,39の出力電圧はそれぞれ対応するAD
コバータ40を介して入力ポート36に入力される。更
に、機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数セン
サ41が入力ポート36に接続される。
An electronic control unit (ECU) 30 is composed of a digital computer, and is connected to a ROM (Read Only Memory) 32, R
AM (random access memory) 33, CPU (microprocessor) 34, BR constantly connected to power supply
An AM (backup RAM) 35, an input port 36, and an output port 37 are provided. A pressure sensor 38 for generating an output voltage proportional to the pressure in the common rail 4 is attached to the common rail 4. Further, a load sensor 39 for generating an output voltage indicating an engine load such as an intake air amount and an accelerator pedal depression amount is provided. The output voltages of these sensors 38 and 39 correspond to the corresponding ADs, respectively.
The data is input to the input port 36 via the converter 40. Further, a rotation speed sensor 41 that generates an output pulse indicating the engine rotation speed is connected to the input port 36.

【0014】一方、出力ポート37はそれぞれ対応する
駆動回路42を介して噴射弁2、加圧ポンプ6、制御弁
15、及びフィードポンプ16に接続されている。ま
た、コモンレール4にはコモンレール4内の混合体の温
度を制御するための温度制御装置43が取り付けられ
る。この温度制御装置43は例えば加熱装置としての電
気ヒータからなり、対応する駆動回路42を介して出力
ポート37に接続されている。
On the other hand, the output port 37 is connected to the injection valve 2, the pressurizing pump 6, the control valve 15, and the feed pump 16 via the corresponding drive circuits 42, respectively. Further, a temperature controller 43 for controlling the temperature of the mixture in the common rail 4 is attached to the common rail 4. The temperature control device 43 includes, for example, an electric heater as a heating device, and is connected to the output port 37 via a corresponding drive circuit 42.

【0015】加圧ポンプ6及びフィードポンプ16が作
動せしめられると、燃料タンク8内の液体燃料が加圧ポ
ンプ6に向けて燃料供給管7内を流通せしめられる。そ
の結果、絞り部12周りに生ずる減圧作用によって被混
合流体タンク9内の被混合流体が被混合流体供給管10
を介し燃料通路11内に導かれる。従って、液体燃料内
に被混合流体が混合された混合体が形成され、この混合
体は次いで加圧ポンプ6に向かう。
When the pressurizing pump 6 and the feed pump 16 are operated, the liquid fuel in the fuel tank 8 flows through the fuel supply pipe 7 toward the pressurizing pump 6. As a result, the fluid to be mixed in the fluid to be mixed tank 9 is reduced by the depressurizing action generated around the throttle portion 12 so that the fluid to be mixed 10
Through the fuel passage 11. Accordingly, a mixture in which the fluid to be mixed is mixed is formed in the liquid fuel, and the mixture then goes to the pressure pump 6.

【0016】ここで、燃料通路11内に流入する被混合
流体の流量は被混合流体通路13の流出端に作用する減
圧作用又は圧力低下が増大するにつれて増大し、この減
圧作用は燃料通路11内を流通する液体燃料の流量が増
大するにつれて増大する。従って本実施態様では、制御
弁15の開弁割合が一定であれば、液体燃料の量に対す
る被混合流体の量である混合割合をほぼ一定に維持する
ことができることになる。
Here, the flow rate of the fluid to be mixed flowing into the fuel passage 11 increases as the pressure reducing action or the pressure drop acting on the outflow end of the mixed fluid passage 13 increases. Increases as the flow rate of the liquid fuel flowing through the fuel cell increases. Therefore, in the present embodiment, if the valve opening ratio of the control valve 15 is constant, the mixing ratio, which is the amount of the fluid to be mixed with respect to the amount of the liquid fuel, can be maintained substantially constant.

【0017】また、このとき被混合流体は多孔質体14
の細孔内を流通した後に燃料通路11内に流入する。そ
の結果、被混合流体が液滴の形で液体燃料の流れ内に流
入せしめられる。その結果、液体燃料と被混合流体とを
均一に混合せしめることができる。このようにして形成
された混合体は次いで加圧ポンプ6により加圧され、コ
モンレール4内に流入せしめられる。加圧ポンプ6の吐
出圧はコモンレール4内の圧力が被混合流体の臨界圧力
PCよりも高い圧力P1に維持されるように制御されて
おり、ヒータ43の出力はコモンレール4内の混合体の
温度が被混合流体の臨界温度TCよりも高い温度T1に
維持されるように予め設定されている。即ち、コモンレ
ール4内において混合体は被混合流体を超臨界状態にす
る超臨界状態生成環境に晒されることになる。その結
果、コモンレール4内において被混合流体が超臨界状態
にせしめられ、即ち混合体が液体燃料と超臨界状態にあ
る被混合流体とから形成されることになる。
At this time, the fluid to be mixed is a porous material 14.
After flowing through the fine pores, the fuel flows into the fuel passage 11. As a result, the fluid to be mixed flows into the liquid fuel stream in the form of droplets. As a result, the liquid fuel and the fluid to be mixed can be uniformly mixed. The mixture thus formed is then pressurized by a pressure pump 6 and flows into the common rail 4. The discharge pressure of the pressurizing pump 6 is controlled so that the pressure in the common rail 4 is maintained at a pressure P1 higher than the critical pressure PC of the fluid to be mixed, and the output of the heater 43 is the temperature of the mixture in the common rail 4 Is preset so as to be maintained at a temperature T1 higher than the critical temperature TC of the fluid to be mixed. That is, in the common rail 4, the mixture is exposed to a supercritical state generating environment that brings the fluid to be mixed into a supercritical state. As a result, the fluid to be mixed is brought into a supercritical state in the common rail 4, that is, the mixture is formed from the liquid fuel and the fluid to be mixed in the supercritical state.

【0018】ここで、上述した超臨界状態生成環境は加
圧ポンプ6及びヒータ43によって形成される。従っ
て、これら加圧ポンプ6及びヒータ43は超臨界状態生
成装置を形成しているという見方もできる。この混合体
は次いで分配管3を介し噴射弁2に供給され、次いで噴
射弁2から機関燃焼室内に噴射される。このようにする
と液体燃料の微粒化を促進することができ、従って良好
な燃焼を確保することができる。
Here, the above-described supercritical state generating environment is formed by the pressurizing pump 6 and the heater 43. Therefore, it can be seen that the pressure pump 6 and the heater 43 form a supercritical state generating device. This mixture is then supplied to the injector 2 via a distribution line 3 and then injected from the injector 2 into the engine combustion chamber. By doing so, atomization of the liquid fuel can be promoted, and therefore, good combustion can be ensured.

【0019】この場合の微粒化促進作用のメカニズムは
必ずしも明らかにされていない。しかしながら、このメ
カニズムは次のように説明できると考えられている。即
ち、超臨界状態になると被混合流体の分子は液体状態に
ある場合に比べてはるかに自由に動くことができる。こ
のため、被混合流体分子が液体燃料の分子間に容易に入
り込み、それにより液体燃料の表面張力を低下せしめ
る。その結果、液体燃料は噴射された後に、寸法が大き
い液滴を形成することができず、即ち寸法が小さい液滴
を形成する。このようにして微粒化が促進される。
The mechanism of the atomization promoting action in this case is not necessarily clarified. However, it is believed that this mechanism can be explained as follows. That is, the molecules of the fluid to be mixed can move much more freely in the supercritical state than in the liquid state. Therefore, the mixed fluid molecules easily enter between the liquid fuel molecules, thereby reducing the surface tension of the liquid fuel. As a result, the liquid fuel cannot form large size droplets after being injected, ie, forms small size droplets. In this way, atomization is promoted.

【0020】このメカニズムによれば、微粒化促進作用
は液体燃料量に対する被混合流体量の混合割合に依存す
る。即ち、混合割合が大きくなるにつれて微粒化促進作
用が大きくなる。従って、混合割合が変動すると、微粒
化促進作用が変動することになり、好ましくない。これ
に対し本実施態様では、上述したように制御弁15の開
弁割合が一定である限り、混合割合がほぼ一定に維持さ
れる。従って、安定した微粒化促進作用を得ることがで
きる。
According to this mechanism, the atomization promoting action depends on the mixing ratio of the fluid to be mixed to the liquid fuel. That is, as the mixing ratio increases, the effect of promoting atomization increases. Therefore, if the mixing ratio fluctuates, the atomization promoting action fluctuates, which is not preferable. On the other hand, in the present embodiment, the mixing ratio is maintained substantially constant as long as the opening ratio of the control valve 15 is constant as described above. Therefore, a stable atomization promoting action can be obtained.

【0021】一方、冒頭で述べたように、被混合流体が
液体燃料と混合される前に、又は混合された後であって
も超臨界状態にされる前に気化(蒸発)すると、液体燃
料と被混合流体とを均一に混合できない。超臨界状態に
された被混合流体分子が自由に移動できるとしても、こ
のような不均一な混合体では良好な微粒化促進作用を得
ることが困難になる。
On the other hand, as described at the beginning, if the fluid to be mixed is vaporized (evaporated) before being mixed with the liquid fuel or before being brought into a supercritical state even after being mixed, the liquid fuel And the fluid to be mixed cannot be uniformly mixed. Even if the mixed fluid molecules in the supercritical state can move freely, it is difficult to obtain a good atomization promoting action with such a heterogeneous mixture.

【0022】また、被混合流体が気化するとその体積が
大きくなるので十分な量の被混合流体を供給するのが困
難になる。そこで本実施態様では、被混合流体タンク9
から加圧ポンプ6に到るまで被混合流体を液体の状態に
維持するようにしている。具体的には、まず、被混合流
体タンク9から加圧ポンプ6に到る被混合流体供給管1
0及び燃料供給管7内の温度が被混合流体の臨界温度T
Cよりも低く維持される。温度が臨界温度TCよりも高
くなるとどんなに圧力を高くしても被混合流体が液体に
なり得ないからである。図1の実施態様では、被混合流
体の温度が臨界温度TCよりも高くなることはないの
で、被混合流体の温度制御装置又は冷却装置が設けられ
ていない。しかしながら、必要に応じてこの温度制御装
置又は冷却装置を設けることができる。
Further, when the fluid to be mixed is vaporized, its volume becomes large, so that it becomes difficult to supply a sufficient amount of the fluid to be mixed. Therefore, in the present embodiment, the mixed fluid tank 9
The fluid to be mixed is maintained in a liquid state from the pressure to the pressure pump 6. Specifically, first, the mixed fluid supply pipe 1 extending from the mixed fluid tank 9 to the pressurizing pump 6
0 and the temperature inside the fuel supply pipe 7 is the critical temperature T of the fluid to be mixed.
It is kept lower than C. This is because if the temperature is higher than the critical temperature TC, the fluid to be mixed cannot become liquid, no matter how high the pressure. In the embodiment of FIG. 1, since the temperature of the fluid to be mixed never exceeds the critical temperature TC, no temperature control device or cooling device for the fluid to be mixed is provided. However, this temperature control device or cooling device can be provided as needed.

【0023】更に、少なくとも被混合流体タンク9から
加圧ポンプ6までの被混合流体の圧力が被混合流体の温
度により定まる気化圧(液化圧)よりも高く維持され
る。即ち、本実施態様ではフィードポンプ16の吐出圧
が被混合流体の気化圧よりも高く設定されている。この
ようにすると、フィードポンプ16から加圧ポンプ6ま
での燃料供給管7内及び被混合流体供給管10内の圧力
を被混合流体の気化圧よりも高く維持することができ、
従って被混合流体が気化するのを阻止することができ
る。
Further, at least the pressure of the fluid to be mixed from the fluid tank 9 to the pressurizing pump 6 is maintained higher than the vaporization pressure (liquefaction pressure) determined by the temperature of the fluid to be mixed. That is, in this embodiment, the discharge pressure of the feed pump 16 is set higher than the vaporization pressure of the fluid to be mixed. With this configuration, the pressure in the fuel supply pipe 7 from the feed pump 16 to the pressurizing pump 6 and the pressure in the mixed fluid supply pipe 10 can be maintained higher than the vaporization pressure of the mixed fluid.
Therefore, it is possible to prevent the fluid to be mixed from being vaporized.

【0024】ただし、厳密に言うと、本実施態様では被
混合流体通路13の流出端に作用する減圧作用を用いて
被混合流体を供給しているので、この流出端における圧
力も被混合流体の気化圧よりも高くなるようにフィード
ポンプ16の吐出圧が設定されている。被混合流体だけ
でなく液体燃料も超臨界状態にしてもよい。しかしなが
ら、上述のメカニズムを考えると被混合流体だけを超臨
界状態にすれば微粒化促進作用を確保できる。また、両
方を超臨界状態にするのはエネルギ消費の観点から好ま
しくない。
However, strictly speaking, in the present embodiment, the fluid to be mixed is supplied by using the pressure reducing action acting on the outflow end of the to-be-mixed fluid passage 13, so that the pressure at this outflow end also increases The discharge pressure of the feed pump 16 is set so as to be higher than the vaporization pressure. Not only the fluid to be mixed but also the liquid fuel may be in a supercritical state. However, considering the above mechanism, the atomization promoting action can be ensured if only the fluid to be mixed is brought into the supercritical state. In addition, it is not preferable that both are in a supercritical state from the viewpoint of energy consumption.

【0025】そこで本実施態様では、超臨界状態にない
燃料と、超臨界状態にある被混合流体との混合体を形成
し、この混合体を噴射するようにしている。言い換える
と、被混合流体は超臨界状態になるが液体燃料は超臨界
状態にならないように、コモンレール4内の圧力及び温
度が設定されている。これを可能にするには被混合流体
は次の条件を満たしていなければならない。即ち、被混
合流体の臨界圧力と臨界温度とのうち少なくとも一方は
液体燃料の対応する値よりも小さくなければならない。
Therefore, in this embodiment, a mixture of the fuel not in the supercritical state and the fluid to be mixed in the supercritical state is formed, and this mixture is injected. In other words, the pressure and the temperature in the common rail 4 are set so that the fluid to be mixed is in a supercritical state but the liquid fuel is not in a supercritical state. To enable this, the fluid to be mixed must satisfy the following conditions. That is, at least one of the critical pressure and the critical temperature of the fluid to be mixed must be smaller than the corresponding value of the liquid fuel.

【0026】次に、図4を参照して制御弁15のデュー
ティ比Dの制御方法について説明する。図4からわかる
ように、機関負荷Lが予め定められた第1の設定負荷L
1よりも高くかつ第1の設定負荷L1よりも高く定めら
れた第2の設定負荷L2よりも低い通常運転時には、デ
ューティ比Dが例えば最大(100%)のD0とされ
る。別の見方をすると、D=D0のときに液体燃料量に
対する被混合流体量の混合割合が最適となるように、例
えば絞り部12及び被混合流体通路13の断面積が設定
されているということになる。
Next, a method of controlling the duty ratio D of the control valve 15 will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 4, the engine load L is equal to the predetermined first set load L.
During normal operation that is higher than 1 and lower than the second set load L2 set higher than the first set load L1, the duty ratio D is set to, for example, the maximum (100%) D0. From another point of view, for example, the cross-sectional area of the throttle unit 12 and the mixed fluid passage 13 is set so that the mixing ratio of the mixed fluid amount to the liquid fuel amount is optimal when D = D0. become.

【0027】これに対し、L≦L1である機関低負荷運
転時にはデューティ比DはD0よりも小さいD1とされ
る。その結果、混合割合が低下せしめられる。機関低負
荷運転時には噴射弁2から噴射される液体燃料量が少な
いので燃焼が不安定になりやすい。そこで、混合割合を
低下せしめて被混合流体の絶対量を減少せしめ、それに
より燃焼が安定するようにしている。
On the other hand, at the time of engine low load operation where L ≦ L1, the duty ratio D is set to D1 smaller than D0. As a result, the mixing ratio is reduced. During low engine load operation, combustion is likely to be unstable because the amount of liquid fuel injected from the injection valve 2 is small. Therefore, the mixing ratio is reduced to reduce the absolute amount of the fluid to be mixed, thereby stabilizing the combustion.

【0028】一方、L≧L2である機関高負荷運転時に
は、デューティ比DはD0よりも小さいD2とされる。
その結果、この場合にも混合割合が低下せしめられる。
機関高負荷運転時には噴射弁2から噴射すべき液体燃料
量が多いので、この多量の液体燃料量とこれに見合った
量の被混合流体との混合体を噴射しようとすると、噴射
弁2の噴射期間が極めて長くなる。そこで、混合割合を
低下せしめて噴射時間が短くなるようにしている。
On the other hand, at the time of engine high load operation where L ≧ L2, the duty ratio D is set to D2 smaller than D0.
As a result, also in this case, the mixing ratio is reduced.
During high engine load operation, the amount of liquid fuel to be injected from the injection valve 2 is large. Therefore, if an attempt is made to inject a mixture of this large amount of liquid fuel and a corresponding amount of fluid to be mixed, the injection of the injection valve 2 The period becomes extremely long. Therefore, the injection time is shortened by reducing the mixing ratio.

【0029】なお、D1,D2はゼロであってもよい。
即ち、機関低負荷又は高負荷運転時には液体燃料と被混
合流体との混合を停止するようにしてもよい。また、機
関停止時に制御弁15を閉弁に保持することもできる。
このようにすると、特に被混合流体が常温で気化しうる
物質の場合に、被混合流体タンク9から被混合流体が流
出するのを阻止できる。
Note that D1 and D2 may be zero.
That is, the mixing of the liquid fuel and the fluid to be mixed may be stopped during the low-load or high-load operation of the engine. Further, when the engine is stopped, the control valve 15 can be kept closed.
In this way, it is possible to prevent the mixed fluid from flowing out of the mixed fluid tank 9 particularly when the mixed fluid is a substance that can be vaporized at room temperature.

【0030】図5は制御弁15のデューティ比Dの算出
ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた
設定時間毎の割り込みによって実行される。図5を参照
すると、まずステップ100では機関負荷Lが第1の設
定負荷L1以下であるか否かが判別される。L≦L1の
ときにはステップ101に進み、デューティ比DがD1
とされる。これに対し、L>L1のときには次いでステ
ップ102に進み、Lが第2の設定負荷L2以上である
か否かが判別される。L≧L2のときにはステップ10
3に進み、DがD2とされる。
FIG. 5 shows a routine for calculating the duty ratio D of the control valve 15. This routine is executed by interruption every predetermined set time. Referring to FIG. 5, first, at step 100, it is determined whether or not the engine load L is equal to or less than a first set load L1. When L ≦ L1, the routine proceeds to step 101, where the duty ratio D is D1
It is said. On the other hand, when L> L1, the routine next proceeds to step 102, where it is determined whether or not L is equal to or greater than the second set load L2. If L ≧ L2, step 10
Proceeding to 3, D is set to D2.

【0031】一方、ステップ102においてL<L2の
とき、即ちL1<L<L2のときには次いでステップ1
04に進み、DがD0とされる。なお、制御弁15はそ
のデューティ比がDとなるように制御される。ところ
で、本実施態様では、結局のところ加圧ポンプ6により
液体燃料と被混合流体との両方を圧送するようにしてい
る。又は、燃料圧送用のポンプによって被混合流体を圧
送しているという見方もできる。いずれにしても、被混
合流体のためのポンプを設ける必要がない。その結果、
必要とされる空間が少なくて済む。
On the other hand, if L <L2 in step 102, that is, if L1 <L <L2, then step 1
Proceeding to 04, D is set to D0. The control valve 15 is controlled so that its duty ratio becomes D. By the way, in the present embodiment, after all, both the liquid fuel and the fluid to be mixed are pressure-fed by the pressurizing pump 6. Alternatively, it can be considered that the fluid to be mixed is pumped by the pump for pumping the fuel. In any case, there is no need to provide a pump for the fluid to be mixed. as a result,
Requires less space.

【0032】これまで述べてきた実施態様では、被混合
流体通路13の流出端は絞り部12内に開口せしめられ
ている(図2参照)。しかしながら、減圧作用が適用さ
れる限り、この流出端を絞り部12の下流に開口せしめ
ることもできる。また、上述したように本実施態様で
は、被混合流体通路13の流出端に多孔質体14を設け
て液体燃料と被混合流体とが均一に混合されるようにし
ている。このような均一混合をさらに促進するために、
絞り部12下流の例えば燃料供給管7内に、混合体をか
くはんするためのかくはん装置を設けることもできる。
このかくはん装置は例えば燃料供給管7の内壁面上をそ
の長手軸線に沿いつつらせん状に延びるリブから形成さ
れる。
In the embodiments described above, the outflow end of the fluid passage 13 to be mixed is opened in the throttle portion 12 (see FIG. 2). However, the outflow end can be opened downstream of the throttle section 12 as long as the pressure reducing action is applied. Further, as described above, in the present embodiment, the porous body 14 is provided at the outflow end of the mixed fluid passage 13 so that the liquid fuel and the mixed fluid are uniformly mixed. To further promote such uniform mixing,
A stirring device for stirring the mixture can also be provided downstream of the throttle section 12, for example, in the fuel supply pipe 7.
This stirring device is formed, for example, of a rib extending spirally along the longitudinal axis on the inner wall surface of the fuel supply pipe 7.

【0033】[0033]

【発明の効果】液体燃料の微粒化作用を安定して得るこ
とができる。
As described above, the atomization of the liquid fuel can be stably obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ディーゼル機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a diesel engine.

【図2】図1のII部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a portion II in FIG.

【図3】図2のIII 部の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a part III in FIG. 2;

【図4】制御弁のデューティ比Dを示す線図である。FIG. 4 is a diagram showing a duty ratio D of a control valve.

【図5】デューティ比Dの算出ルーチンを示すフローチ
ャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a routine for calculating a duty ratio D;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…機関本体 2…噴射弁 6…加圧ポンプ 8…燃料タンク 9…被混合流体タンク 12…絞り部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine body 2 ... Injection valve 6 ... Pressurizing pump 8 ... Fuel tank 9 ... Fluid tank to be mixed 12 ... Throttle part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 37/04 F02M 43/00 43/00 25/02 T (72)発明者 大前 和広 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G066 AA07 AB02 AB04 AB05 AB06 AC09 AD04 BA03 CE22 DC15 DC18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02M 37/04 F02M 43/00 43/00 25/02 T (72) Inventor Kazuhiro Omae Toyota City, Aichi Prefecture 1 Toyota Town F-term in Toyota Motor Corporation (reference) 3G066 AA07 AB02 AB04 AB05 AB06 AC09 AD04 BA03 CE22 DC15 DC18

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体燃料を燃料タンクから噴射弁に供給
するための燃料通路に、液体燃料と異なる被混合流体を
被混合流体タンクから供給するための被混合流体通路を
接続部において接続し、それにより液体燃料に被混合流
体を混合させた混合体を形成し、接続部下流の燃料通路
内に配置された超臨界状態生成手段により該混合体中の
被混合流体を超臨界状態にし、該混合体を噴射弁から噴
射するようにした内燃機関の燃料噴射装置であって、被
混合流体タンク内に液体の形で収容されている被混合流
体を液体に維持したまま超臨界状態生成手段に供給する
ようにした内燃機関の燃料供給装置。
A fuel passage for supplying a liquid fuel from a fuel tank to an injection valve, a fluid passage for supplying a fluid to be mixed different from the liquid fuel from the fluid tank at a connection portion; Thereby, a mixture in which the fluid to be mixed is mixed with the liquid fuel is formed, and the fluid to be mixed in the mixture is brought into a supercritical state by supercritical state generating means arranged in the fuel passage downstream of the connection portion. A fuel injection device for an internal combustion engine configured to inject a mixture from an injection valve, wherein a supercritical state generating means maintains a mixed fluid contained in a liquid form in a mixed fluid tank in a liquid state while maintaining the liquid. A fuel supply device for an internal combustion engine adapted to be supplied.
【請求項2】 被混合流体が液体に維持されるように被
混合流体タンクから超臨界状態生成手段までの被混合流
体通路内及び燃料通路内の圧力又は温度を制御するよう
にした請求項1に記載の内燃機関の燃料供給装置。
2. The pressure or temperature in the mixed fluid passage and the fuel passage from the mixed fluid tank to the supercritical state generating means so that the mixed fluid is maintained in a liquid state. 3. A fuel supply device for an internal combustion engine according to claim 1.
【請求項3】 接続部上流の燃料通路内に燃料圧送用の
ポンプを配置し、該ポンプの吐出圧を被混合流体の気化
圧よりも高く設定した請求項2に記載の内燃機関の燃料
供給装置。
3. A fuel supply system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein a pump for feeding fuel is disposed in the fuel passage upstream of the connecting portion, and a discharge pressure of the pump is set higher than a vaporization pressure of the fluid to be mixed. apparatus.
【請求項4】 被混合流体通路内に開弁割合を制御可能
な制御弁を配置し、該制御弁の開弁割合を機関運転状態
に基づいて制御するようにした請求項 1に記載の内燃機
関の燃料供給装置。
4. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a control valve capable of controlling a valve opening ratio is disposed in the fluid passage to be mixed, and the valve opening ratio of the control valve is controlled based on an engine operating state. Engine fuel supply.
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