JP2003301758A - 燃料気化促進装置およびこれを搭載した内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の燃料気化促進装置において、ヒータ
伝熱部の消費電力の増大や装置の大型化を招くことな
く、ヒータ伝熱面での燃料気化能力の向上を図る。 【解決手段】燃料気化促進装置１００内の副通路７５で
ある伝熱面７６に絞りとなる突起２２０を設けた。これ
により、伝熱面７６に噴射された燃料液膜１０６が伝熱
面７６上に滞留する時間を拡大することができる。よっ
て、伝熱面７６から燃料液膜１０６へ伝達される熱量え
お増大することができる。これにより、燃料の気化量を
拡大することができ、ヒータ容量およびヒータ伝熱面積
を拡大することなく、小型な燃料気化促進装置を提供で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用内燃機関
の燃料気化促進装置およびこれを搭載した内燃機関に関
するものであって、燃料気化促進装置での燃料気化量の
拡大を図るのに好適な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の始動性向上、排気浄化、特に
ＨＣ低減の手段として、内燃機関に燃料噴射弁（インジ
ェクタ）で噴射する燃料噴霧を微粒化および気化して供
給することが有効である。

【０００３】内燃機関に微粒化および気化した燃料噴霧
を供給するために、主として内燃機関の始動時などに補
助的に使用される燃料噴射弁（インジェクタ）を設ける
ことが知られている。USP5,894,832号公報には、コール
ドスタートフューエルインジェクタと、ヒーターと、ア
イドルスピードコントロールバルブ（以下ＩＳＣバルブ
という）とを備えたコールドスタートフューエルコント
ロールシステムが記載されている。

【０００４】このシステムでは、内燃機関のＩＳＣバル
ブ下流に配設した燃料噴射弁より噴射された噴霧とＩＳ
Ｃバルブを通過した吸入空気に旋回を加えることで混合
促進を図るとともに、混合促進された混合気を燃料噴射
弁下流に配設された円筒状ヒータ内に衝突さて燃料を気
化させている。このように、円筒状ヒータ内周面で燃料
を旋回させることにより、ヒータ部に噴霧との滞留する
時間を拡大し、かり、燃料気化量の拡大を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように上記従来
システムでは、吸入空気に旋回を加えることで噴霧と吸
入空気の混合促進を図るとともに、燃料噴射弁下流に配
設されたヒータに噴霧を旋回衝突させ、滞留する時間の
拡大を図り、燃料気化量の拡大を図っている。

【０００６】ここで、大排気量の内燃機関によって、燃
料噴射弁からの燃料噴射量の要求値が増化した場合、ヒ
ータ伝熱面での燃料気化能力のさらなる向上が必要であ
る。その対策として、ヒータ容量を増大させたり、ヒー
タ数を増化する等の手段があげられる。しかし、この場
合、ヒータ伝熱部の消費電力の増大や装置の大型化を招
き、内燃機関への搭載性を別途考慮しなければならな
い。

【０００７】本発明の目的は、簡単な構造で燃料がヒー
タ伝熱面に滞留する時間をさらに拡大する手段を設ける
ことにより、ヒータから燃料へ伝達する熱量を拡大し、
燃料の気化量を拡大することである。これにより、ヒー
タ容量およびヒータ伝熱面積を拡大することなく、小型
な燃料気化促進装置を提供できる。そして、自動車用内
燃機関の始動性向上、燃費向上および排気浄化低減を実
現できる自動車用内燃機関の燃料気化促進装置およびこ
れを搭載した内燃機関を提供できる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、主として始動時などに補助的に使用さ
れる燃料噴射弁下流側に配設された円筒状ヒータ伝熱面
もしくはその下流に、絞りを設けた。これにより、燃料
噴射弁より噴射される燃料噴霧を伝熱面に滞留させると
ともに、伝熱面での燃料噴霧の旋回々数を増大させ、伝
熱面と燃料との滞留する時間を拡大させることができ、
伝熱面から燃料噴霧へ伝達される熱量を増大できるた
め、燃料の気化量を増化できる。その結果、ヒータ枚数
を削減でき、ヒータ部の小型化が実現でき、スロットル
ボディおよびインテークマニホールドへのビルトイン化
およびエンジンへの搭載性が容易にできる。

【０００９】また、好ましくは、上記絞りをヒータ伝熱
面上もしくはその下流に、突起もしくは段差を設けるこ
とにより実現するとよい。これにより、簡単な構成で燃
料の気化を促進でき、小型の燃料気化促進装置を実現で
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図１乃至図７を用いて説明する。

【００１１】図１において、内燃機関１はガソリンを燃
料とする周知の点火式内燃機関であるが、１つの気筒の
みに着目し図示している。

【００１２】内燃機関１は、燃焼室２に点火プラグ３を
配置し、空気と混合空気を取り入れる吸気弁４と燃焼後
の排気を行なう排気弁５を備えている。内燃機関１は、
燃焼室２の側部にエンジン冷却水６の温度を検知する水
温センサ７とエンジンの回転数を検知する回転センサ
（図示省略）を備え、運転状態を検知している。

【００１３】燃焼室２に吸気を行なう吸気系は、エアク
リーナ（図示省略）を通過して吸入される吸入空気２６
量の計測をするエアフローセンサ８と、運転者のアクセ
ルペダル操作もしくは、内燃機関の運転状態に連動して
回動する回転軸１３４に取付けられて開閉するバルブ部
１３１で吸入空気量を電気的に制御する電子制御スロッ
トルバルブ１０と、スロットルポジショニングセンサ１
３０と、吸気集合管１１と、吸気集合管１１から内燃機
関１の各気筒に分岐する吸気マニホールド３９と、吸気
弁４を備えた吸気ポート１４等を備える。

【００１４】エアフローセンサ８で計測した吸入空気２
６の流量と、スロットルポジショニングセンサ１３０で
計測したスロットルバルブ１０のバルブ部１３１の開度
情報は、コントローラ３５に入力し、内燃機関１の運転
状態の検出や種々の制御に使用する。

【００１５】燃料系は、燃料２４を貯える燃料タンク１
６と、燃料タンク１６から燃料２４を圧送する燃料ポン
プ１７と、燃料フィルタ１８と、圧送された燃料２４の
圧力を所定の圧力に調整するプレッシャレギュレータ１
９と、各気筒（＃１，＃２・・・）の吸気ポート１４に
燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、バルブ部１３１下流
に燃料を供給する燃料噴射弁１３を備え、これらは、燃
料配管３８で接続されている。

【００１６】燃料噴射装置は、燃料噴射弁１２で構成さ
れている。燃料噴射弁１２は、吸気集合管１１の下流で
各気筒の吸気弁４に向けて噴射するように吸気ポート１
４に取り付けられている。

【００１７】燃料気化促進装置１００には、燃料噴射弁
１３が取り付けられている。そして、燃料気化促進装置
１００は、電子制御スロットルバルブ１０下流側に開口
した分岐通路１５に接続され、燃料噴射弁１３から噴射
される燃料噴霧が吸気集合管１１に噴射されるように構
成されている。また、エアフローセンサ８で計量された
吸入空気２６量を、燃料気化促進装置１００へ導入する
ため電子制御スロットルバルブ１０の上流から下流へバ
イパスするように、吸気管９から分岐されたバイパス通
路２２、２３が形成されている。バイパス通路２２は、
燃料噴射弁１３から噴射された燃料２４を搬送するため
の空気通路であり、バイパス通路２２の途中に設けられ
た流量調整弁２５により、バイパス通路２２を流れる空
気量を調整している。バイパス通路２３は、燃料噴射弁
１３から噴射される燃料２４の微粒化のために使用する
エアアシスト用の空気通路である。

【００１８】排気系は、各気筒の排気弁５を備える排気
ポート３６と、排気マニホールド３７と、排気中の酸素
濃度を計測する酸素濃度センサ２０と、排気を浄化する
ための三元触媒コンバータ２１と、消音マフラー（図示
省略）等で構成されている。酸素濃度センサ２０で計測
した酸素濃度情報は、コントローラ３５に入力して内燃
機関１の運転状態の検出や種々の制御に使用する。三元
触媒コンバータ２１は、理論空燃比付近で運転される内
燃機関１から排気されるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを同時に高
い浄化率で浄化するものである。

【００１９】上記構成において、燃焼室２には、燃料噴
射弁１２、１３により噴射された燃料噴霧と吸入空気２
６の混合気４０が吸入される。燃焼室２に吸入された混
合気４０は、圧縮され、点火プラグ３にて着火され燃焼
が行われ、排気４２として内燃機関１外へ排出される。

【００２０】ここで、図２を用いて、内燃機関１の燃焼
室２に供給される燃料噴霧の状態による内燃機関１から
排出される有害排出ガスの排出量の関係につき説明す
る。

【００２１】図２(ａ)は、燃料噴霧の粒径と、燃焼の安
定性を維持したまま点火時期を遅延（リタード）できる
点火時期の限界との関係を示す図である。図に示すよう
に、燃料噴霧の粒径を小さく、好ましくは、完全に気化
した状態で燃料３３を内燃機関１の燃焼室２に供給する
ことにより、燃焼を安定することができ、膨張行程に入
るまで点火時期を大きくリタードさせることが可能とな
る。このとき、吸気管内に燃料液流を発生させないこと
が重要である。膨張行程で点火を行うと燃焼室内の燃焼
ガスが膨張する割合が減るため、燃焼ガスが膨張仕事に
よって消費する熱量が少なくなり、高温を保ったままの
燃焼ガスを排気マニホールド３９に排出することができ
る。つまり、図２(ｂ)に示すように、点火時期をリター
ドして高温の燃焼ガスを排出することによって触媒２１
を急速に暖機することが可能になり、内燃機関１の始動
後、触媒２１が活性化温度に達するまでの時間が短縮さ
れる。すなわち、図２(ｃ)に示すように、触媒２１の浄
化作用が早期に開始されるので、内燃機関１の始動後に
排出されるＨＣ量を大幅に低減することができる。な
お、触媒（三元触媒コンバータ）２１の早期暖機によ
り、ＨＣのみならず、ＮＯｘ、ＣＯの低減も可能であ
る。以上のように、燃料の気化促進は、内燃機関の排気
浄化に有効な手段となる。

【００２２】つぎに、燃料気化促進装置１００の構成に
ついて図３乃至図５を用いて説明する。

【００２３】図３（ａ）は燃料気化促進装置１００の外
観斜視図である。燃料気化促進装置１００の主な外観構
成は、ボディ１０２とヒータボディ１０１で構成され、
ボディ１０２には、主に燃料噴射弁１３と、搬送空気導
入パイプ３０と、微粒化空気導入パイプ３１が配設され
ている。搬送空気導入パイプ３０には、バイパス通路２
２が連通しており、吸入空気２６の一部である搬送空気
２２ａが流入する。微粒化空気導入パイプ３１には、バ
イパス通路２３が連通しており、吸入空気２６の一部で
ある微粒化空気２３ａが流入する。そして、燃料噴射弁
１３には、燃料タンク１６より燃料ポンプ１７にて圧送
され、燃料配管３８内を介して燃料２４が供給される。

【００２４】また、ヒータボディ１０１には、後述する
ヒータが内蔵されており、そのヒータへ通電するための
プラスおよびマイナス電極の電極端子２８、２９が配設
されている。ヒータボディ１０１内にて気化された燃料
２４は、矢印３３で示す気化燃料として、燃料気化促進
装置１００外へと流出する。

【００２５】燃料気化促進装置１００の内部構成につい
て図１および図４乃至６にて説明する。図３（ａ）のＡ
およびＢ方向矢視図を図３（ｂ）、（ｃ）に示す。図４
に図３（ｂ）中Ｃ−Ｃ断面図を示す。図６（ａ）に図３
（Ｃ）中Ｄ−Ｄ断面図を示す。図５に図４中Ｅ部拡大断
面図を示す。

【００２６】図４において、電子制御スロットルバルブ
１０の下流に開口された分岐通路１５に取り付けるヒー
タボディ１０１の内部には、副通路７５が構成されてお
り、副通路７５外周には、板状のヒータ７７配設されて
いる。ヒータは、上下の平面部が電極となり、上下の電
極に電流を印加することにより、発熱を行なうものであ
る。さらに、発熱体であるヒータ７７は、温度が所定温
度以上になると、電気抵抗が急増して、電流が低下し、
温度を一定に保持することのできるセラミックヒータで
あるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient Therm
istor）ヒータを用いている。

【００２７】副通路７５はＯリング７４とガスケット７
２により内部通路からシールされている。ガスケット７
２はヒータボディ１０１とボディ１０２で挟み込むよう
に圧縮シールされている。ボディ１０２には、ヒータボ
ディ１０１と同軸上に配置された燃料噴射弁１３を有
し、燃料噴射弁１３は空気導入孔を持つケース７０に圧
入固定されたエアアトマイザ５５とＯリング８４、Ｏリ
ング７２でボディ１０２に内部通路をシールするように
位置決めされ、燃料パイプ３４と燃料パイプオサエ８３
でボディ１０２に固定されている。燃料通路は、燃料パ
イプ３４と燃料噴射弁１３の間にＯリング７３を配置し
シールされている。燃料噴射弁１３噴射方向のエアアト
マイザ５５の下流側には、旋回ノズル５１が配設されて
いる。

【００２８】図５（ａ）は、図３中Ｅ部拡大断面図であ
る。ＰＴＣヒータ７７の周辺には、ヒータボディ１０１
内周面側に断熱効果を考慮して所定の空間の空気層１０
５を介して内筒２００が配設されている。内筒２００の
内周面には絶縁性の弾性材で形成された弾性部材７８が
面接触して配設されている。弾性部材７８の内側の面に
はブラス電極板７９が面接触して配設されている。プラ
ス電極板７９の内側の面にはＰＴＣヒータ７７が面接触
している。ＰＴＣヒータ７７の内側の面は、副通路７５
を構成する伝熱面７６の外周面と面接触している。ここ
で、伝熱面７６とは、ＰＴＣヒータ７７と接している副
通路７５を構成する伝熱部材８９の内面であり、積極的
にＰＴＣヒータ７７からの熱を副通路７５内へ伝達する
面である。

【００２９】また、プラス電極板７９は電極部８０を介
し、ヒータボディ１０１の外側のプラス電極端子２８に
接続されている。一方、導電性である伝熱部材８９は、
電極部８２に圧入固定され、ヒータボディ１０１の外側
のマイナス電極端子２９に接続されている。

【００３０】これらの構造により、図４に示すごとく、
プラス電極端子２８から電極部８０、プラス電極板７
９、ＰＴＣヒータ７７と伝熱部材８９、および電極部８
２とマイナス電極端子２９は導通する構成となってい
る。したがって、先述の電極端子２８、２９に電流を通
電することにより、プラス電極板７９からＰＴＣヒータ
７７を介して伝熱部材８９へと電流が通電することによ
り、ＰＴＣヒータ７７が発熱され、伝熱部材８９および
伝熱面７６を加熱する構造である。なお、電極部８０と
電極部８２は、絶縁部材８１にて絶縁される構成であ
る。

【００３１】また、この実施例では、伝熱面７６上に副
通路７５軸流方向にほぼ直行する構成で、微細なのこぎ
り状の凹凸形状を持つ溝２０１が形成されいる。

【００３２】本実施の形態では、内燃機関１を運転する
際に電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部１３１の
上流と下流では圧力差が生じており、電子制御スロット
ルバルブ１０のバルブ部１３１を閉じた時に、電子制御
スロットルバルブ１０をバイパスする空気通路２２、２
３に空気が流れる。また、燃料気化促進装置１００は、
このバイパス通路内に構成されている。燃料気化促進装
置１００に配設された燃料噴射弁１３より噴射された燃
料噴霧８５には、微粒化空気２３ａをエアアトマイザ５
５により旋回衝突させて微粒化促進させている。微粒化
促進された燃料噴霧８５は、混合室５６に供給される。
混合室５６では、搬送空気導入パイプ３０からバイパス
通路２２でバイパスされた搬送空気２２ａが旋回ノズル
５１を通過することによって、吸入空気の旋回流れ８６
が生じている。よって、混合室５６にて、微粒化促進さ
れた燃料噴霧８５は、吸入空気の旋回流れ８６により、
伝熱面７６に衝突したのち、燃料液膜１０６となり伝熱
面７６上を旋回する。

【００３３】ここで、先述のごとく伝熱面７６には溝２
０１が形成されおり、この溝２０１の形状と燃料液膜１
０６との表面張力により、供給された燃料液膜１０６は
伝熱面７６に均一分散できる。これにより、溝２０１が
形成されない平滑な伝熱面の場合に比べ、燃料液膜１０
６を伝熱面７６上に、より一層に均一分散できる。さら
に、溝２０１を形成することにより伝熱面積も拡大され
る。これらによって、伝熱面７６から燃料噴射弁１３よ
り噴射された燃料液膜１０６への熱量の伝達が増大でき
るために効率よく燃料液膜１０６を気化促進できる。こ
のように、伝熱面７６上に溝２０１を形成することによ
り、さらなる気化促進が可能であるが、溝２０１は、必
ずしも本発明に必須の構成ではない。

【００３４】また、図４および６に示すごとく、伝熱面
７６の燃料噴射弁１３噴射方向下流側には、副通路７５
の通路断面積を小さくする絞り形状である突起２２０が
圧入されている。突起２２０の形状は、外周径φＤ、内
周径φｄのリング形状であり、伝熱面７６に対して所定
の段差（高さ）をもつ形状である。また、突起２２０の
内周面には所定角度のテーパーが付けられている。伝熱
面７６内にリング状のテーパ形状である突起２２０を圧
入固定することにより、伝熱面７６内周面の内径φＤと
突起２２０内周面の内径φｄにより段差が生じる。この
段差により、燃料液膜１０６が燃料気化促進装置１００
外へ流出するのを防止できる。このため、燃料噴射弁１
３から噴射された燃料噴霧８５が伝熱面７６に燃料液膜
１０６として付着した際に、伝熱面７６に滞留させるこ
とができ、伝熱面７６から燃料液膜１０６へ伝達される
熱量が拡大できる。ここで、突起２２０の内周面に形成
されたテーパーの効果につき説明する。図６（ｂ）は、
図中（ａ）の突起２２０周りの拡大図である。また、図
中（ｃ）は、突起２２０の内周面にテーパーを形成しな
い突起２２０ａの形状を示である。図５の（ｂ）および
（ｃ）に図示する構成の違いは、テーパーの有無による
構成のみである。突起２２０、２２０ａの形状の違いに
よる効果の違いは、突起２２０、２２０ａに滞留する燃
料液膜（図中（ｂ）および（ｃ）の（Ｆ）および（Ｇ）
に滞留する燃料液膜）の厚さの違いにある。すなわち、
突起の内周面にテーパーを形成した図中（ｂ）の突起２
２０形状と、テーパーが形成されない図中（ｃ）突起２
２０ａ形状と比べて、伝熱面７６とそれぞれの突起２２
０、２２０ａ部（Ｆ）および（Ｇ）に滞留する燃料液膜
１０６の液膜厚さは、テーパーを形成した図中（ｂ）の
方が薄くでき、燃料液膜と伝熱面の接触面積を拡大でき
る。よって、伝熱面７６から燃料液膜１０６、そして、
燃料液膜１０６から副通路７５内を流れる吸入空気の旋
回流れ８６への熱伝達が促進されるために、より一層の
燃料の気化促進が図れる。

【００３５】次に、突起２２０の別の効果について説明
する。前述のごとく円筒状の副通路７５内では、燃料噴
霧８５は搬送空気２２ａが旋回ノズル５１を通過するこ
とにより吸入空気の旋回流れ８６となって、旋回しなが
ら伝熱面７６に旋回衝突され燃料液膜１０６となる。円
筒状の伝熱面７６内を旋回しながら、伝熱面７６軸流方
向下流側へと移動する旋回流れ８６と燃料液膜１０６
は、軸流方向（Ｘ方向）の速度成分と、旋回方向（Ｙ方
向）の速度成分をもっている。ここで、円筒状である副
通路７５内伝熱面７６の下流側に突起２２０を配設した
ことにより、伝熱面７６を移動する燃料液膜１０６の軸
流方向成分が、旋回方向成分へ変換される。言い換える
と、軸流方向速度成分が小さく、旋回方向速度成分が大
きくなる。これにより、燃料液膜１０６が伝熱面７６を
旋回する旋回流れ８６および、これに沿って流れる燃料
液膜１０６の旋回々数が増化でき、伝熱面７６上に燃料
液膜１０６が滞留する時間を拡大できる。よって、伝熱
面７６から燃料液膜１０６へ伝達される熱量が拡大で
き、燃料の気化促進を図ることができ、気化量を増大で
きる。

【００３６】さらに、伝熱面７６を形成する部材は、Ｐ
ＴＣヒータ７７から発せられる熱を効率よく伝達し、極
力、伝熱面７６での昇温遅れ時間を短くするために、前
記部材の熱容量を小さくすることが好ましい。したがっ
て、前記部材の肉厚を極力薄くする望ましい。しかし、
前記部材の肉厚を薄くすることにより、前記部材の強度
が弱くなる。ここで、伝熱面７６の燃料噴射弁１３噴射
方向下流側にリング状の突起２２０を配設することによ
り、前記部材の強度が向上でき、信頼性の高い燃料気化
促進装置１００が提供できる。

【００３７】以上、伝熱面７６内に溝２０１を形成する
とともに突起２２０を配設することにより、燃料気化促
進装置１００から供給される燃料液膜１０６の気化促進
を図ることができると同時に、バルブ部１３１下流側の
吸気管９内への燃料液流の発生を抑制できる。言い換え
ると、燃料液膜１０６を伝熱面７６に滞留する時間を拡
大することにより、吸気管内での液流発生限界を向上で
きる。また、燃料気化量を拡大できるために、結果的に
ＰＴＣヒータ７７の枚数が低減でき、小型の燃料気化促
進装置１００が実現できる。さらに、伝熱面７６に突起
２２０を配設したことにより、伝熱部７６を構成する部
材の強度を保ちながら、伝熱面７６を構成する部材の肉
厚を薄くできるために、熱容量を小さくでき、伝熱面７
６の昇温遅れ時間を短縮することができる。

【００３８】上記実施例において、伝熱面７６下流側に
リング状であり、その内周面がテーパー形状の突起２２
０を配設したが、突起２２０は先述したリング形状に限
定するものではない。伝熱面７６内に付着した燃料液膜
１０６をその段差により滞留させることができる構成で
あればよい。すなわち、伝熱面７６にリング状の連続的
な段差である突起２２０形状でなく、伝熱面７６の周方
向もしくは軸方向に所定長さの突起形状を複数個形成し
ても可能である。また、テーパー形状に限定しなくとも
可能である。たとえば、その突起断面形状が、凸形状や
半円形状、三角形状等であってもよい。

【００３９】また、より一層、伝熱面７６での旋回々数
および滞留時間を確保し、燃料の気化促進を図るために
は、突起２２０を伝熱面７６下流側にひとつ配設するだ
けでなく、伝熱面７６上に複数の突起を配設することが
有効であり、突起をひとつに限定するものではない。

【００４０】図６（ａ）は、図３（ｃ）Ｄ−Ｄ断面であ
る燃料気化促進装置１００の旋回ノズル５１部分の断面
形状である。旋回ノズル５１部周辺の形状は、バイパス
通路２２でバイパスされた搬送空気２２ａを調圧室５０
の図中断面中心軸から距離Ｌだけオフセットさせて片側
から導入する構造である。また、調圧室５０には、翼断
面形状で入口側断面積を広く、出口側断面積を狭くし、
円周状に配置された複数の等間隔の旋回ノズル５１を配
設している。また、各旋回ノズル５１間を通過する搬送
空気流５２の流速が一定となるように、調圧室５０の断
面積を下流に進むに従い、徐々に狭くするスワール形状
とする。スワール形状は、調圧室５０の外径を一定と
し、燃料噴射軸流方向である奥行きの高さを徐々に小さ
くしていく形状とすることで、限られたスペースでスワ
ール構造が採用できる構造である。これにより、混合室
５６に流入する搬送空気流５２の流速が均一になり、燃
料噴射弁１３から噴射される燃料噴霧８５が副通路１３
の伝熱面７６上に燃料液膜１０６として付着させる際、
燃料液膜１０６が均一液膜に分散でき、効果的に気化を
促進することが可能となる。

【００４１】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、横軸に伝
熱面７６の内径φＤと突起２２０内径φｄの比である伝
熱部下流絞り比φｄ／φＤをとり、縦軸を燃料液膜１０
６が伝熱部に滞留する滞留時間Ｔｔと旋回々数ｎおよび
液流発生限界点Ｑとして、それぞれの関係を示したもの
である。伝熱部滞留時間Ｔｔおよび旋回々数ｎは、伝熱
面７６部を透明アクリル管として、アクリル管に付着し
た燃料液膜１０６が通過する流れを可視化することによ
り計測した。なお、液流発生限界点Ｑとは、本実施例に
記述した燃料気化促進装置１００を用い、燃料噴射弁１
３から噴射された燃料噴射量を増量させたときに燃料液
流１０６が燃料気化促進装置１００外へ流出しはじめた
限界点であり、ＰＴＣヒータ７７により加熱された伝熱
面７６により燃料液膜１０６を気化できる燃料流量の気
化限界点を示す。

【００４２】（ａ）、（ｂ）に示すごとく、下流絞り比
φｄ／φＤを小さくする（突起２２０の段差を高くす
る）ことにより、伝熱部での滞留時間が拡大する。下流
絞り比φｄ／φＤが１．００である突起２２０がない場
合（段差無し）と比べて、φｄ／φＤを０．５０とする
ことで、滞留時間Ｔｔが０．３５秒間から０．５秒間に
拡大する。そして、旋回々数ｎが１．５回から２．２５
回となり、滞留時間と旋回々数ともに拡大される。

【００４３】また、（ｃ）に伝熱部下流絞り比φｄ／φ
Ｄが０．８と１．０の場合に関する液流発生限界点Ｑの
比較を示す。φｄ／φＤを１．０から０．８にすること
により液流発生限界点Ｑを５１％程度拡大することが実
現できる。これは、図中（ａ）、（ｂ）の結果から明ら
かなごとく、伝熱面７６に突起２２０を配設したことに
より、伝熱面７６での燃料液膜１０６の滞留時間Ｔｔお
よび旋回々数ｎが拡大でき、伝熱面７６から燃料液膜１
０６への熱量の伝達が拡大されたために燃料液流発生限
界点Ｑが拡大したものである。よって、ＰＴＣヒータ７
７の枚数が同様の場合に燃料液流発生限界点Ｑを拡大で
きる。したがって、同流量の燃料液膜１０６を気化促進
する場合、ＰＴＣヒータ７７の枚数を削減することが可
能である。よって、燃料気化促進装置１００の小型化が
実現できる。

【００４４】上記記述した燃料気化促進装置１００を備
えた内燃機関１を用いることにより、ヒータから燃料へ
伝達する熱量を増大でき、燃料の気化量を増大できる。
よって、ヒータ容量およびヒータ伝熱面積を拡大するこ
となく、小型な燃料気化促進装置を提供できる。そし
て、自動車用内燃機関の始動性向上、燃費向上および排
気浄化低減を実現できる自動車用内燃機関の燃料気化促
進装置およびこれを搭載した内燃機関を提供できる。

【００４５】図８を用いて本発明の第２の実施例を説明
する。第１の実施例の燃料気化促進装置１００との主な
構成の違いは、伝熱面７６に突起２２０の代わりに突起
２２１、２２２を直列に２列配設したことである。ま
た、この構成は、燃料噴射弁１３から噴射される燃料噴
霧８５ａの微粒化促進用の微粒化空気２３ａを用いない
ことにより、バイパス通路２３と微粒化空気導入パイプ
３１を廃止している。さらに、伝熱面７６に形成された
溝２０１を廃止している。その他の構成は、第１の実施
例と同様の構成であるために説明を省略する。

【００４６】本実施例では、伝熱面７６ａ上に突起２２
１、２２２を直列に２列配設にしたことにより、燃料噴
射弁１３より噴射される燃料噴霧８５をより多くした場
合でも、燃料噴霧８５ａを燃料液膜１０６として伝熱面
７６ａ上に滞留させることができるばかりでなく、旋回
々数をさらに増化させることができ、滞留時間の拡大が
可能になる。よって、伝熱面７６ａから燃料液膜１０６
へ伝達される熱量の拡大でき、燃料の気化量が拡大でき
る。

【００４７】図９を用いて本発明の第３の実施例を説明
する。第１の実施例の燃料気化促進装置１００との主な
構成の違いは、伝熱面７６の突起２２０の代わりに伝熱
部材８９ｂと同一部材にて、段差２２３を形成し、さら
に伝熱面７６ｂ下流側のヒータボディ１０１ａにて、副
通路７５内に伝熱面７６ｂとの段差２２４を設けたこと
にある。また、燃料噴射弁１３から噴射される燃料噴霧
８５ａの微粒化促進用の微粒化空気２３ａを用いていな
いことにある。したがって、バイパス通路２３と微粒化
空気導入パイプ３１を廃止した構成である。さらに、旋
回ノズル５１を廃止し搬送ノズル５３としたことにあ
る。これにより、搬送空気２２ａは旋回ノズル５１を通
過することにより、燃料噴霧８５を副通路７５の伝熱面
７６に積極的に衝突させながら旋回供給していたもの
が、搬送ノズル５３としたために、旋回空気２２ａは、
燃料噴霧８５ａを副通路７５の伝熱面７６で旋回供給さ
れることなく、伝熱面７６ｂ軸流方向に沿った搬送空気
流れ８６ｃが供給される。その他の構成は、第１の実施
例と同様の構成であるために説明を省略する。ここで、
燃料噴射弁１３は、微粒化特性の優れた燃料噴射弁１３
の噴孔の上流側に位置する弁座の上流側にて燃料を旋回
して噴射するための燃料旋回部材を配設した上流旋回型
燃料噴射弁である。よって、噴射される燃料噴霧８５ａ
は、ホロコーン状の噴霧形状であり、燃料噴霧中の比較
的粒径の粗大な液滴は噴霧外周へ集中し、微粒化促進さ
れた比較的粒径の小さい液滴は噴霧内周部分に存在する
噴霧である。したがって、噴霧８５ａ中の微粒化促進さ
れた噴霧のみが積極的に搬送ノズル５３を介して供給さ
れる搬送空気流れ８６ｃにのり搬送され、内燃機関１の
燃焼室２に搬送供給される。また、噴霧８５ａ中の粗大
粒は、搬送空気流れ８６ｃにのりにくく伝熱面７６ｂに
付着する。付着した燃料噴霧は、燃料液膜１０６とな
り、段差２２３、２２４にて滞留する。よって、この段
差２２３、２２４には、燃料噴射弁１３から噴射された
燃料噴霧８５ａの比較的粒径の粗大な液滴のみが燃料液
膜１０６として滞留されるために、燃料気化促進装置１
００ａ外への燃料液流の流出防止ができ、燃料液膜の気
化促進が図れる。その他の現象および効果については、
第１の実施例と同様であるために説明を省略する。

【００４８】また、段差２２３、２２４が配設された伝
熱面７６ｂおよび副通路７５は、ＰＴＣヒータ７７、弾
性部材７８、プラス電極板７９の構成に多少の差異があ
るが基本的構成は同様であるために説明を省略する。

【００４９】図１０を用いて本発明の第４の実施例を説
明する。本実施例は、電子制御スロットルバルブ一体型
の燃料気化促進装置１０１ａである。その構成は、電子
制御スロットルバルブ１０のバルブ部１３１の下流側で
あり、吸気集合管１１の上流側にヒータを含む伝熱面７
６ｃを配設し、伝熱面７６ｃ下流側に突起２２５を形成
している。また、燃料噴射弁１３は、伝熱面７６ｃに所
定角度β°にて噴射供給されるように伝熱面７６ｃに相
対する位置に取付けられている。さらに、吸気管９内壁
面と電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部１３１と
の開閉部は、燃料噴射弁１３の取付け側である吸気管９
内壁面のバルブ部１３１の開閉軌道に沿った曲面部５８
にて形成されている。よって、内燃機関１の始動時およ
びアイドル時の比較的吸入空気量が少量の時には、バル
ブ部１３１開度を小さくし、曲面部５８と相対する側の
開口部５９より吸入空気２６が流れる構成である。

【００５０】以上の構成により、燃料噴射弁１３から噴
射された燃料噴霧８５ｂは、伝熱面に噴射供給される。
一方、吸気管９の上流側からは、吸入空気２６が所定流
速および流量で供給される。ここで、伝熱面上流より供
給される吸入空気２６のために伝熱面７６ｃに供給され
た燃料液膜が伸展され薄膜となって形成される。また、
噴霧８５ｂ中の微粒化促進された比較的粒径の小さい液
滴は、伝熱面７６ｃに直接付着せずに伝熱面７６ｃ下流
に吸入空気２６流れにより搬送され、内燃機関１の燃焼
室２へ供給される。また、吸入空気２６の流れにのらな
い比較的粒径の粗大な液滴が伝熱面７６ｃに付着するた
めに、伝熱面７６ｃに付着する燃料量が低減でき、燃料
の気化に用いられる消費電力は低減できる。ここで、伝
熱面７６ｃ下流側に突起２２５が形成されているため
に、伝熱面７６ｃに供給付着した粗大な液滴は燃料液膜
となり突起２２５部で滞留することにより、伝熱面７６
ｃから燃料液膜への熱量の伝達が拡大でき、燃料の気化
促進が図られたのち、内燃機関１の燃焼室２へ搬送され
る。よって、伝熱面７６ｃ下流側へ燃料液流の流出を改
善できる。

【００５１】図１１を用いて本発明の第５の実施例を説
明する。本実施例は、電子制御スロットルバルブ一体型
の燃料気化側新装置１０１ｂである。その構成は、第４
の実施例とほぼ同様である。第４の実施例との構成の違
いは、伝熱面７６ｃの下流側に形成した突起２２５を廃
止したことと、伝熱面７６ｃを電子制御スロットルバル
ブ１０のバルブ部１３１下流側の吸気管９内壁面より、
窪ませた凹形状である伝熱面７６ｄとしたことにある。
よって、吸気管９内壁面と伝熱面７６ｄとは段差２２６
が形成される。この段差２２６により、第４の実施例と
同様に燃料を伝熱面７６ｄに燃料液膜を滞留させること
が可能となり、第４の実施例と同様の効果が得られる。

【００５２】以上、本発明の実施例につき記載したが、
燃料噴射弁１３から噴射供給される燃料噴霧は、微粒化
を促進した噴霧の液滴粒径をできるだけ小さるすること
が伝熱面上に均一に液膜を形成するためには好ましい。
上記実施例では、主に燃料噴射弁１３から噴射された燃
料噴霧の微粒化手段として、噴霧に吸入空気の一部を衝
突させることにより微粒化を促進するエアアシスト方式
につき記載したが、微粒化手段は、それに限定するもの
ではない。たとえば、燃料の供給圧力を高圧化した高圧
方式の燃料噴射弁や超音波振動素子に燃料を衝突させる
超音波振動方式の微粒化手段を用いた燃料噴射弁を用い
ることでも本実施例は適用可能である。

【００５３】さらに、本実施例の燃料気化促進装置は、
各吸気ポートに燃料噴射弁１２を配設した吸気ポート燃
料噴射システムにつき記載したが、それに限定するもの
ではなく、燃焼室２内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴
射システムでも本実施例は適用可能である。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、ヒータ伝熱面に燃料が
滞留する時間を拡大する手段を設けることにより、ヒー
タから燃料へ伝達する熱量を増大し、燃料の気化量を増
大することができ、ヒータ容量およびヒータ伝熱面積を
拡大することなく、小型な燃料気化促進装置を提供でき
る。そして、自動車用内燃機関の始動性向上、燃費向上
および排気浄化低減を実現できる自動車用内燃機関の燃
料気化促進装置およびこれを搭載した内燃機関を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料気化促進装置を搭載した内燃
機関の一実施例を示す構成図である。

【図２】燃料気化と触媒温度、ＨＣ排出量の関係を説明
する図である。

【図３】本発明に係る図１中に示した燃料気化促進装置
の（ａ）斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。

【図４】本発明に係る図３（ｂ）中に示した燃料気化促
進装置Ｃ−Ｃ断面図である。

【図５】本発明に係る図４中に示した燃料気化促進装置
のＥ部拡大断面図である。

【図６】本発明に係る図３（ｃ）中に示した燃料気化促
進装置Ｄ−Ｄ断面図である。

【図７】本発明に係る燃料気化促進装置の下流絞り比に
よる（ａ）伝熱部燃料滞留時間、（ｂ）旋回々数、
（ｃ）液流発生限界点の関係を示す図である。

【図８】本発明に係る第２の実施例の燃料気化促進装置
の断面図である。

【図９】本発明に係る第３の実施例の燃料気化促進装置
の断面図である。

【図１０】本発明に係る第４の実施例の燃料気化促進装
置の断面図である。

【図１１】本発明に係る第５の実施例の燃料気化促進装
置の断面図である。

【符号の説明】

1…内燃機関、2…燃焼室、3…点火プラグ、4…吸気弁、
5…排気弁、8…エアフローセンサ、9…吸気管、10…電
子制御スロットルバルブ、11…吸気集合管、12，13…燃
料噴射弁、21…三元触媒コンバータ、22…バイパス通
路、22a…搬送空気、23a…微粒化空気、25…流量調整
弁、26…吸入空気、33…気化燃料、30…燃料気化促進装
置、 33…気化燃料、50…調圧室、51…旋回ノズル、52
…旋回空気流、55…エアアトマイザ、56…混合室、75…
副通路、76…伝熱面、86…吸入空気の旋回流れ、77…Ｐ
ＴＣヒータ、100…燃料気化促進装置、201…溝、220…
突起。

フロントページの続き (72)発明者 佐伯 浩昭 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 渡邉 研二 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 市原 隆信 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧を、
   該燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に衝突させ、燃料
   を気化し、該気化燃料を吸気管に供給する燃料気化促進
   装置において、 前記燃料噴射弁より噴射された燃料が伝熱部で滞留する
   時間を拡大する手段を設けたことを特徴とする燃料気化
   促進装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の燃料気化促進装置におい
   て、前記伝熱部上、もしくは伝熱部下流側に、少なくと
   もひとつ以上の絞りを設けたことを特徴とする燃料気化
   促進装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の燃料気化促進装置におい
   て、前記絞りを、突起もしくは段差形状である構成とし
   たことを特徴とする燃料気化促進装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の燃料気化促進促進装置にお
   いて、前記伝熱部上、もしくは伝熱部下流側に設けた絞
   りもしくは段差は、前記伝熱部を構成する部材と同一の
   部材で構成されたことを特徴とする燃料気化促進装置。
5. 【請求項５】請求項３記載の燃料気化促進促進装置にお
   いて、前記伝熱部上、もしくは伝熱部下流側に設けた絞
   りもしくは段差は、前記伝熱部を構成する部材と別部材
   で構成されたことを特徴とする燃料気化促進装置。
6. 【請求項６】液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に空
   気を作用させて旋回させる手段を設け、該燃料噴射弁下
   流に配設された伝熱部に燃料噴霧を衝突させ、燃料を気
   化し、該気化燃料を吸気管に供給する燃料気化促進装置
   において、 前記伝熱部での旋回空気流の軸方向速度を低減する手段
   を設けたことを特徴とする燃料気化促進装置。
7. 【請求項７】スロットルバルブ下流の吸気管に燃料噴射
   弁を配設し、前記燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧を、
   該燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に衝突させ、燃料
   を気化し、該気化燃料を吸気管に供給する燃料気化促進
   装置において、 前記伝熱部の一部もしくは全体を吸気管内壁面より窪ま
   せて配設したことを特徴とする燃料気化促進装置。
8. 【請求項８】スロットルバルブ下流の吸気管に燃料噴射
   弁を配設し、前記燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧を、
   該燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に衝突させ、燃料
   を気化し、該気化燃料を吸気管に供給する燃料気化促進
   装置において、 前記伝熱部もしくは伝熱部下流側に突起を設けたことを
   特徴とする燃料気化促進装置。
9. 【請求項９】請求項１から８に記載した燃料気化促進装
   置を備えたことを特徴とする内燃機関。