JP2002161822A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents
内燃機関の燃料供給装置Info
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/12—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with non-fuel substances or with anti-knock agents, e.g. with anti-knock fuel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 容積部内の被混合流体が超臨界状態にないと
きに燃焼が悪化するのを阻止する。 【解決手段】 噴射弁２を分配管３を介しコモンレール
４に接続する。燃料タンク８から供給された液体燃料
に、被混合流体タンク９から供給された被混合流体を混
合させて混合体を形成し、混合体をコモンレール４内に
供給する。混合体中の被混合流体を超臨界状態にし、次
いで噴射弁２から混合体を噴射する。コモンレール４内
の被混合流体が超臨界状態でなくなって混合体が分離し
たときに形成される液体燃料層内に分配管３の流入端を
開口させる。
きに燃焼が悪化するのを阻止する。 【解決手段】 噴射弁２を分配管３を介しコモンレール
４に接続する。燃料タンク８から供給された液体燃料
に、被混合流体タンク９から供給された被混合流体を混
合させて混合体を形成し、混合体をコモンレール４内に
供給する。混合体中の被混合流体を超臨界状態にし、次
いで噴射弁２から混合体を噴射する。コモンレール４内
の被混合流体が超臨界状態でなくなって混合体が分離し
たときに形成される液体燃料層内に分配管３の流入端を
開口させる。
Description
【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。
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】分配通路を介し噴射弁に接続された容積
部を具備し、燃料タンクから供給された液体燃料に被混
合液体タンクから供給された被混合流体を混合させた混
合体であってこの被混合流体が超臨界状態になっている
混合体を容積部内に形成し、この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２６５
１９７４号公報参照）。
部を具備し、燃料タンクから供給された液体燃料に被混
合液体タンクから供給された被混合流体を混合させた混
合体であってこの被混合流体が超臨界状態になっている
混合体を容積部内に形成し、この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２６５
１９７４号公報参照）。
【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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば機関
が停止されて容積部内の温度が被混合流体の臨界温度よ
りも低くなると、容積部内の混合体が分離し始め、最終
的には液体燃料層と被混合流体層との二層が形成され
る。次いで機関を再始動すべきときに、容積部内の温度
が直ちに被混合流体の臨界温度よりも高くならないの
で、即ち被混合流体が超臨界状態にならないので、この
とき液体燃料が大きな液滴又は気泡の形の被混合流体と
共に噴射される恐れがある。更に、分配通路の流入端が
被混合流体層内に開口する位置に設けられた場合には、
機関に液体燃料がほとんど供給されない恐れすらある。
いずれにしても燃焼が悪化するという問題が生ずる。
が停止されて容積部内の温度が被混合流体の臨界温度よ
りも低くなると、容積部内の混合体が分離し始め、最終
的には液体燃料層と被混合流体層との二層が形成され
る。次いで機関を再始動すべきときに、容積部内の温度
が直ちに被混合流体の臨界温度よりも高くならないの
で、即ち被混合流体が超臨界状態にならないので、この
とき液体燃料が大きな液滴又は気泡の形の被混合流体と
共に噴射される恐れがある。更に、分配通路の流入端が
被混合流体層内に開口する位置に設けられた場合には、
機関に液体燃料がほとんど供給されない恐れすらある。
いずれにしても燃焼が悪化するという問題が生ずる。
【０００５】そこで本発明の目的は容積部内の被混合流
体が超臨界状態でないときに燃焼が悪化するのを阻止す
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。
体が超臨界状態でないときに燃焼が悪化するのを阻止す
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。
【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、分配通路を介し噴射弁に接続
された容積部を具備し、燃料タンクから供給された液体
燃料に被混合液体タンクから供給された被混合流体を混
合させた混合体であって該被混合流体が超臨界状態にな
っている混合体を容積部内に形成し、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供給装置におい
て、被混合流体の比重が液体燃料の比重と異なってお
り、混合体が分離したときに容積部内に形成される液体
燃料層内に開口するように分配通路の流入端を位置決め
している。即ち１番目の発明によれば、被混合流体が超
臨界状態でなくなったとしてもこの被混合流体が分配通
路内に流入するのが阻止されるので、燃焼が悪化するの
が阻止される。
に１番目の発明によれば、分配通路を介し噴射弁に接続
された容積部を具備し、燃料タンクから供給された液体
燃料に被混合液体タンクから供給された被混合流体を混
合させた混合体であって該被混合流体が超臨界状態にな
っている混合体を容積部内に形成し、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供給装置におい
て、被混合流体の比重が液体燃料の比重と異なってお
り、混合体が分離したときに容積部内に形成される液体
燃料層内に開口するように分配通路の流入端を位置決め
している。即ち１番目の発明によれば、被混合流体が超
臨界状態でなくなったとしてもこの被混合流体が分配通
路内に流入するのが阻止されるので、燃焼が悪化するの
が阻止される。
【０００７】２番目の発明によれば１番目の発明におい
て、前記容積部をその長手軸線がほぼ鉛直方向を指向す
るように配置している。即ち２番目の発明では、分配通
路の流入端から被混合流体層までの距離を大きく設定す
ることが可能となり、超臨界状態にない被混合流体が分
配通路内に流入するのがさらに阻止される。３番目の発
明によれば１番目の発明において、前記容積部内に液体
燃料のみ又は混合体を供給するための供給通路の流出端
を、前記液体燃料層内に開口するように位置決めしてい
る。即ち３番目の発明では、容積部内に新たに供給され
る液体燃料又は混合体が超臨界状態にない被混合流体を
同伴して分配通路内に流入するのが更に阻止される。
て、前記容積部をその長手軸線がほぼ鉛直方向を指向す
るように配置している。即ち２番目の発明では、分配通
路の流入端から被混合流体層までの距離を大きく設定す
ることが可能となり、超臨界状態にない被混合流体が分
配通路内に流入するのがさらに阻止される。３番目の発
明によれば１番目の発明において、前記容積部内に液体
燃料のみ又は混合体を供給するための供給通路の流出端
を、前記液体燃料層内に開口するように位置決めしてい
る。即ち３番目の発明では、容積部内に新たに供給され
る液体燃料又は混合体が超臨界状態にない被混合流体を
同伴して分配通路内に流入するのが更に阻止される。
【０００８】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。
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。
【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。
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。
【００１０】一方、被混合流体タンク（ボンベ）９内に
は、比重が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。なお、図１に示す実施態様では液体燃料よりも比重
が小さい液体を被混合流体として用いた場合が示されて
いる。
は、比重が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。なお、図１に示す実施態様では液体燃料よりも比重
が小さい液体を被混合流体として用いた場合が示されて
いる。
【００１１】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。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１１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１
０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。
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。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１１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１
０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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１５】コモンレール４は例えば円筒状をなし、そ
の長手軸線がほぼ鉛直方向を指向するように配置されて
いる。このコモンレール４にはその長手軸線に沿って下
側の燃料領域４ａと、燃料領域４ａ上方の被混合流体領
域４ｂとが設定されており、燃料領域４ａ内に各分配管
３の流入端及び高圧管５の流出端が開口せしめられてい
る。ここで、高圧管５の流出端は分配管３の流入端と被
混合流体領域４ｂとの間に開口せしめられている。
の長手軸線がほぼ鉛直方向を指向するように配置されて
いる。このコモンレール４にはその長手軸線に沿って下
側の燃料領域４ａと、燃料領域４ａ上方の被混合流体領
域４ｂとが設定されており、燃料領域４ａ内に各分配管
３の流入端及び高圧管５の流出端が開口せしめられてい
る。ここで、高圧管５の流出端は分配管３の流入端と被
混合流体領域４ｂとの間に開口せしめられている。
【００１６】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。
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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
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。
【００２３】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。
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。
【００２４】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。
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。
【００２５】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。
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。
【００２６】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。
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。
【００２７】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。
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。
【００２８】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。
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。
【００２９】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。
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。
【００３０】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。
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。
【００３１】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。
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。
【００３２】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、冒頭で述べたように例えば機関が停止されて被混合
流体が超臨界状態でなくなると、コモンレール４内に下
層の液体燃料層と、上層の被混合流体層とが形成され
る。機関運転中であっても、加圧ポンプ６又はヒータ４
３が故障したときには同様なことが生じうる。
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、冒頭で述べたように例えば機関が停止されて被混合
流体が超臨界状態でなくなると、コモンレール４内に下
層の液体燃料層と、上層の被混合流体層とが形成され
る。機関運転中であっても、加圧ポンプ６又はヒータ４
３が故障したときには同様なことが生じうる。
【００３３】上述した燃料領域４ａ及び被混合流体領域
４ｂはこれら液体燃料層及び被混合流体層がそれぞれ占
める領域に概ね一致している。その結果、分配管３の流
入端及び高圧管５の流出端が液体燃料層内に開口される
ことになる。分配管３の流入端が液体燃料層内に開口さ
れると、被混合流体層内の超臨界状態にない被混合流体
が分配管３内に流入するのが阻止される。また、高圧管
５の流出端が液体燃料層内に開口されると、高圧管５か
らコモンレール４内に新たに供給される混合体が被混合
流体層内の被混合流体を同伴して分配管３内に流入する
のが阻止される。従って、例えば機関再始動時に燃焼が
悪化するのが阻止される。
４ｂはこれら液体燃料層及び被混合流体層がそれぞれ占
める領域に概ね一致している。その結果、分配管３の流
入端及び高圧管５の流出端が液体燃料層内に開口される
ことになる。分配管３の流入端が液体燃料層内に開口さ
れると、被混合流体層内の超臨界状態にない被混合流体
が分配管３内に流入するのが阻止される。また、高圧管
５の流出端が液体燃料層内に開口されると、高圧管５か
らコモンレール４内に新たに供給される混合体が被混合
流体層内の被混合流体を同伴して分配管３内に流入する
のが阻止される。従って、例えば機関再始動時に燃焼が
悪化するのが阻止される。
【００３４】機関が再始動されると、コモンレール４内
の温度が次第に上昇するので、被混合流体層内の被混合
流体が少しずつ超臨界状態になる。この被混合流体は液
体燃料と混合し、最終的には二層がなくなる。機関停止
時に形成される液体燃料層及び被混合流体層が占めるコ
モンレール４内の領域、又はこれらの二層間の界面の高
さ位置は機関停止直前における混合割合に依存し、この
混合割合は図４及び５を参照して説明したように変動し
うる。そこで本実施態様では、混合割合が変動したとし
ても燃料領域４ａ内に被混合流体層が形成されないよう
に燃料領域４ａ及び被混合流体領域４ｂが予め設定され
ている。
の温度が次第に上昇するので、被混合流体層内の被混合
流体が少しずつ超臨界状態になる。この被混合流体は液
体燃料と混合し、最終的には二層がなくなる。機関停止
時に形成される液体燃料層及び被混合流体層が占めるコ
モンレール４内の領域、又はこれらの二層間の界面の高
さ位置は機関停止直前における混合割合に依存し、この
混合割合は図４及び５を参照して説明したように変動し
うる。そこで本実施態様では、混合割合が変動したとし
ても燃料領域４ａ内に被混合流体層が形成されないよう
に燃料領域４ａ及び被混合流体領域４ｂが予め設定され
ている。
【００３５】なお、再始動直後に高圧管５から新たに供
給される混合体中の被混合流体も超臨界状態になってい
ない。しかしながらこの被混合流体は例えば多孔質体１
４（図３）によって液体燃料と混合されているので、液
体燃料から分離した被混合流体層内の被混合流体とは性
質を異にしていると考えられる。高圧管５から新たに供
給された混合体中の被混合流体が液体燃料から分離した
としても、高圧管５が被混合流体領域４ｂと分配管３の
流入端との間に開口せしめられているので、この分離し
た被混合流体は被混合流体層に向け上昇し、即ち分配管
３に向わない。
給される混合体中の被混合流体も超臨界状態になってい
ない。しかしながらこの被混合流体は例えば多孔質体１
４（図３）によって液体燃料と混合されているので、液
体燃料から分離した被混合流体層内の被混合流体とは性
質を異にしていると考えられる。高圧管５から新たに供
給された混合体中の被混合流体が液体燃料から分離した
としても、高圧管５が被混合流体領域４ｂと分配管３の
流入端との間に開口せしめられているので、この分離し
た被混合流体は被混合流体層に向け上昇し、即ち分配管
３に向わない。
【００３６】コモンレール４を例えば球状にしてもよ
く、又は筒状に形成してその長手軸線が例えば水平方向
を指向するように配置してもよい。しかしながら、本実
施態様におけるように、コモンレール４を筒状に形成し
てその長手軸線をほぼ鉛直方向に指向させると、分配管
３の流入端又は高圧管５の流出端から被混合流体層まで
の距離を大きくすることができ、又は二層間の界面の面
積を小さく維持することができる。従って、超臨界状態
にない被混合流体が分配管３内に流入するのをさらに阻
止できる。
く、又は筒状に形成してその長手軸線が例えば水平方向
を指向するように配置してもよい。しかしながら、本実
施態様におけるように、コモンレール４を筒状に形成し
てその長手軸線をほぼ鉛直方向に指向させると、分配管
３の流入端又は高圧管５の流出端から被混合流体層まで
の距離を大きくすることができ、又は二層間の界面の面
積を小さく維持することができる。従って、超臨界状態
にない被混合流体が分配管３内に流入するのをさらに阻
止できる。
【００３７】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。
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。
【００３８】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。
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。
【００３９】更に、被混合流体として、液体燃料よりも
比重が大きい流体を用いることもできる。この場合に
は、コモンレール４の上方に燃料領域４ａが設定され、
下方に被混合流体領域４ｂが設定されることになる。
比重が大きい流体を用いることもできる。この場合に
は、コモンレール４の上方に燃料領域４ａが設定され、
下方に被混合流体領域４ｂが設定されることになる。
【００４０】
【発明の効果】容積部内の被混合流体が超臨界状態でな
いときに燃焼が悪化するのを阻止できる。
いときに燃焼が悪化するのを阻止できる。
【図１】ディーゼル機関の全体図である。
【図２】図１のII部の拡大断面図である。
【図３】図２のIII 部の拡大断面図である。
【図４】制御弁のデューティ比Ｄを示す線図である。
【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。
ャートである。
１…機関本体 ２…噴射弁 ３…分配管 ４…コモンレール ８…燃料タンク ９…被混合流体タンク
───────────────────────────────────────────────────── 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 55/02 ３５０ Ｆ０２Ｍ 55/02 ３５０Ｔ 25/02 Ｄ (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 AB06 AB08 AC09 AD04 CB05 CD01 CD04 CD18 CD19
Claims (3)
- 【請求項１】 分配通路を介し噴射弁に接続された容積
部を具備し、燃料タンクから供給された液体燃料に被混
合液体タンクから供給された被混合流体を混合させた混
合体であって該被混合流体が超臨界状態になっている混
合体を容積部内に形成し、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供給装置において、被混合
流体の比重が液体燃料の比重と異なっており、混合体が
分離したときに容積部内に形成される液体燃料層内に開
口するように分配通路の流入端を位置決めした内燃機関
の燃料供給装置。 - 【請求項２】 前記容積部をその長手軸線がほぼ鉛直方
向を指向するように配置した請求項１に記載の内燃機関
の燃料供給装置。 - 【請求項３】 前記容積部内に液体燃料のみ又は混合体
を供給するための供給通路の流出端を、前記液体燃料層
内に開口するように位置決めした請求項１に記載の内燃
機関の燃料供給装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000363450A JP3743281B2 (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 内燃機関の燃料供給装置 |
| US09/991,954 US6513505B2 (en) | 2000-11-29 | 2001-11-26 | Fuel feeding device for engine |
| DE60106716T DE60106716T2 (de) | 2000-11-29 | 2001-11-27 | Kraftstoffzuführvorrichtung für eine Brennkraftmaschine |
| EP20010128132 EP1211407B1 (en) | 2000-11-29 | 2001-11-27 | Fuel feeding device for engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000363450A JP3743281B2 (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 内燃機関の燃料供給装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002161822A true JP2002161822A (ja) | 2002-06-07 |
| JP3743281B2 JP3743281B2 (ja) | 2006-02-08 |
Family
ID=18834564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000363450A Expired - Fee Related JP3743281B2 (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 内燃機関の燃料供給装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6513505B2 (ja) |
| EP (1) | EP1211407B1 (ja) |
| JP (1) | JP3743281B2 (ja) |
| DE (1) | DE60106716T2 (ja) |
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| JP2010077846A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | コモンレール |
| JP2014129789A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | National Maritime Research Institute | 多種燃料に対応可能な燃料噴射用接続装置、同接続装置を用いた燃料噴射システム、及び同接続装置を用いた接続方法 |
| JP2015074983A (ja) * | 2013-10-04 | 2015-04-20 | 大阪瓦斯株式会社 | 予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法 |
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