JP2005009420A

JP2005009420A - 内燃機関の燃料供給装置

Info

Publication number: JP2005009420A
Application number: JP2003175252A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Maeda; 直宏前田; Shigeto Niitsuma; 重人新妻; Takehiko Kowatari; 武彦小渡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】始動性の向上を図ること、また、安価でありＨＣの低減を図ることが可能な内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射弁８を、吸気通路１の通路中心軸に対して噴射方向の中心が交わらない位置に、且つ噴射燃料が通路中心軸の周りを旋回するように、且つ噴射方向が吸気弁１１に直接向かないように配設する。噴射燃料を少なくともヒータ１３が配設される部分において旋回するように構成する。また、ヒータ１３を吸気通路１の周方向全体に配置する。さらに、ヒータ１３部分の通路断面積を、吸気通路１の断面積よりも大きくなるように設定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼性能を向上させ、暖機時に排出されるハイドロカーボン（ＨＣ）を低減するために、下記特許文献１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。
【０００３】
このシステムでは、ＩＳＣバルブからの空気の一部（第一の空気流）をコールドスタートフューエルインジェクタから噴射された燃料に合流させている。このために、ＩＳＣバルブからの空気通路の開口がコールドスタートフューエルインジェクタの出口部を取り囲むように設けられている。コールドスタートフューエルインジェクタからの燃料と第一の空気流とは、合流後すぐに、コールドスタートフューエルインジェクタの下流側に一列に並べられた円筒状のヒータ内部に入れられる。
【０００４】
一方、ヒータの外周部には、ＩＳＣバルブからの空気の一部を流す空気通路が形成されており、この空気通路を流れてきた空気（第二の空気流）はヒータの出口部でヒータ内部を通ってきた燃料噴霧と合流する。コールドスタートフューエルインジェクタから噴射された燃料は、ヒータ内部を通過する際に気化が促進され、ヒータの出口部で第二の空気流と混合されることによって、更に気化が促進される。ヒータの出口部は、吸気集合管内に連通され、気化促進された燃料噴霧は吸気集合管内に放出された後に各気筒へと分配される。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，４８２，０２３号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術にあっては、一つの装置を用いて気化された燃料と空気の混合気を内燃機関の各気筒に分配する必要があった。従って、内燃機関の始動時等、吸入空気管の圧力と内燃機関外部の圧力との差が小さい場合には、各気筒への上記混合気の供給に時間が掛かり、内燃機関の始動遅れ等が生じてしまうという問題点を有していた。また、冷機始動時等、吸入空気分配管の温度が低い場合には、装置で一旦気化された燃料の温度が下がり、再び結露したりする場合もあるという問題点を有していた。さらに、専用の燃料噴射弁と、装置を通過する空気流量とを制御するために、専用の制御弁体が必要になるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、始動性の向上を図ることが可能な内燃機関の燃料供給装置を提供することを課題とする。また、安価でありＨＣの低減を図ることが可能な内燃機関の燃料供給装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【０００９】
すなわち、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、吸気通路と、該吸気通路の下流の各気筒のポート近傍に配置される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁及び前記ポート間に配置され前記燃料噴射弁からの噴射燃料を気化するヒータとを備えるとともに、前記燃料噴射弁を、前記吸気通路の通路中心軸に対して噴射方向の中心が交わらない位置に、且つ前記噴射燃料が前記通路中心軸の周りを旋回するように、且つ前記噴射方向が吸気弁に直接向かないように配設して構成したことを特徴としたものである。
【００１０】
また、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、吸気通路と、該吸気通路の下流の各気筒のポート近傍に配置される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁及び前記ポート間に配置され前記燃料噴射弁からの噴射燃料を気化する円筒状のヒータとを備えるとともに、前記噴射燃料を少なくとも前記ヒータが配設される部分において旋回するように構成したことを特徴としたものである。
【００１１】
本発明によれば、燃料噴射弁の噴射方向が適切に配置され、気化が効率良く行われるようになる。また、気化された噴霧は、短時間内に内燃機関の燃焼室内に供給されるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の内燃機関の燃料供給装置の一実施の形態を示す配置説明図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１３】
図１及び図２において、エンジンの吸気通路１は、吸気管２と、その吸気管２の集合部３と、集合部３よりも下流で各シリンダ４の吸気ポート５入口に連続する吸入空気分配管６とにより形成されている。このような吸気通路１には、エンジンに吸入される空気量を計量し、コントロールユニットにその計量値を出力するための吸入空気量センサが設けられている。また、エンジン吸入空気流量を増減可能とするスロットルバルブ７が設けられている。各吸入空気分配管６には、コントロールユニットからの信号に応じて燃料を噴射する燃料噴射弁８が設けられている。また、その燃料噴射弁８と吸気ポート５との間には、気化促進装置としてのヒータユニット９が設けられている。エンジンには、回転速度を検出するためのクランク角センサや、冷却水温を検出するための冷却水温センサ等が設けられている。また、点火装置としての点火プラグが各シリンダ４毎に設けられている。上記各センサの信号は、各々、信号線を介してコントロールユニットに入力されている。コントロールユニットは、上記各センサからの信号等に基づいて燃料噴射弁８やヒータユニット９等を制御するように構成されている。
【００１４】
図２及び図３において、燃料噴射弁８は、既知構成のものが用いられている。本明細書では、特にその構成についての説明を省略する。尚、燃料噴射弁８の配置に関しては特徴があるので、以下において詳細に説明する。
【００１５】
燃料噴射弁８は、上述の如く、各吸入空気分配管６毎に設けられている。また、ヒータユニット９よりも上流側に配置されている。燃料噴射弁８の燃料噴射口１０は、吸入空気分配管６の断面の中心軸に対して、言い換えれば吸気通路１の通路中心軸に対して、偏芯するような位置に配置されている。具体的には、燃料噴射弁８の燃料噴射口１０は、吸気通路１の通路中心軸に対して、燃料噴射口１０から噴射された燃料噴霧（噴射燃料）の噴射方向の中心が交わらない位置に配置されている。また、燃料噴霧が通路中心軸の周りを旋回するように配置されている。さらには、燃料噴霧の噴射方向が吸気弁１１に直接向かない位置に配置されている。
【００１６】
燃料噴射弁８の燃料噴射口１０から噴射された燃料噴霧は、燃料噴射口１０の配置が上述の如く偏芯していることから、図２及び図３中の矢印に示されるように、吸入空気分配管６の壁面に沿って旋回するようになっている。これは本発明の重要なポイントであって、吸入空気分配管６の壁面に沿って旋回した燃料噴霧は、吸入空気分配管６の中心軸（吸気通路の通路中心軸）付近において粗、また、壁面付近においては密となっている。尚、燃料噴霧の粒径が大きい程、旋回による遠心力が大きく作用することから、燃料噴霧の粒径が大きい程、ヒータユニット内壁面１２へと導かれ易くなっている。
【００１７】
ヒータユニット９は、上述の如く、各吸入空気分配管６毎に設けられている。また、燃料噴射弁８よりも下流側に配置されている。ヒータユニット９は、略円筒形状（具体的には断面内径形状が円形、或いは多角形、またはそれらに類似の形状）に形成されており、ヒータユニット内壁面１２を高温に保つために複数のヒータ１３が設けられている。尚、特に限定するものではないが、ヒータ１３としてＰＴＣヒータが好適であるものとする。ＰＴＣヒータ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＴｈｅｒｍｉｓｔｏｒの略）は、急激な昇温、及び温度を一定に保つことが可能なヒータで、複雑な回路・制御を用いてヒータ温度を制御する必要がないという利点を有している。
【００１８】
ヒータユニット９は、ヒータユニット９の内壁を兼ねる熱伝導率の高い材料で作られたヒータチューブを有しており、そのヒータチューブの全周を覆うように複数のヒータ（ＰＴＣヒータ）１３が等間隔で密着するように配設されている。また、ヒータユニット９は、複数のヒータ（ＰＴＣヒータ）１３の熱量が、ヒータユニット９の内壁に伝熱し易く、旋回している燃料噴霧が効率よく気化されるように構成されている。
【００１９】
ヒータユニット９は、吸入空気分配管６に形成された環状の凹部１４に配設されている。すなわち、ヒータユニット９は、凹部１４に収納されるような状態で配設されている。また、ヒータユニット９は、ヒータ１３部分の通路断面積が吸気通路１の断面積よりも大きくなるように設定されている。ヒータユニット９は、気化されない燃料噴霧が仮に生じたとしても、容易にエンジンに吸入されないように配慮がなされている。このようなヒータユニット９のヒータユニット内壁面１２には、旋回している燃料噴霧が当たる段差部分が形成されている。段差部分は、凸形状又は凹形状のいずれであってもよく、ヒータユニット９の長手方向に複数形成されている。本形態においては、複数の絞り段差１５ａ〜１５ｄで構成されている。絞り段差１５ａ〜１５ｄの内径は、吸入空気分配管６の最も小さい内径と同じか或いは僅かに大きくなるように設定されている。スロットルバルブ７が全開となるようなエンジン吸入空気量が大きい場合にも通気抵抗が増大しないようになっている。尚、段差部分は、螺旋形状となるように形成してもよいものとする。
【００２０】
ヒータユニット９の熱により気化されなかった燃料噴霧の流れは、燃料噴霧が吸入空気分配管６の壁面に沿って旋回することから、ヒータユニット９の絞り段差１５ａに阻まれ、その絞り段差１５ａを乗り越えたとしても、次ぎの絞り段差１５ｂ、或いは１５ｃ、１５ｄに順次阻まれて滞留しながら気化されるようになっている。従って、空気及び燃料噴霧の旋回力が持続され易くなり、十分に気化された燃料噴霧は、内燃機関の吸気弁１１を介してシリンダ４内にスワール流の状態で供給されるようになっている。
【００２１】
上記構成において、特にエンジン始動開始直後などの吸入空気管内の負圧が小さいときには、空気及び燃料噴霧の旋回力が顕著に得られるため、例えばエンジン排気成分の浄化を担う触媒の活性が低い状態において、十分に気化された燃料をエンジンに供給することができる。これにより、エンジンのシリンダ４内における燃焼を均一化・安定化することができる。さらには、点火時期を遅らせることにより、上記触媒を早期に昇温・活性化させることができ、主としてエンジン始動直後に排気弁１６を介して排出される有害な未燃ガス（ＨＣ）の排出量を低減することができる。
【００２２】
図４は、具体的な米国の排気ガス測定モード（ＬＡ４―ＣＨ）を走行した時のＨＣ（炭化水素）の排出状況の一例を示したものである。全モードでの排出量の約７０〜８０％がエンジン始動直後で排出されており、これは触媒を早期活性化させることで、未燃ガス（ＨＣ）排出量を低減できることを表示している。
【００２３】
このことから、図５に示されるように、気化促進装置のヒータユニット９は、エンジン始動時から十分な触媒活性化が得られるまでの時間、例えば触媒温度が常温の場合には約１分程度ＯＮとなるようにすればよい。上述したように点火時期を遅らせることで、更なる触媒の早期活性化も可能である。
【００２４】
燃料噴射量について、本発明においては、気化が促進されるのみで絶対量は変わらないため、従来からある所謂ＭＰＩシステム（マルチポイントインジェクションシステム）の制御をそのまま踏襲する、或いは小変更することで対応することが可能である。尚、本発明では、公知例のような従来のＭＰＩシステムに追加された独立した燃料噴射弁が無いので、複雑な制御が不要であり適用が容易である。
【００２５】
また、吸入空気分配管より上流に配置された独立した燃料噴射弁では、エンジンの各シリンダの吸気工程が同時でない為、各シリンダへの分配が必ずしも均等ではなかったが、本発明では、各シリンダ４毎にヒータユニット９が配置されているため、且つ旋回している燃料噴霧がヒータユニット９において効率よく気化されるため、各シリンダ４へ均一に気化された燃料と空気の混合気を供給することができる。
【００２６】
また、本発明の構成及び配置により、気化燃料を各シリンダ４に短時間で供給することができる（従来のＭＰＩシステムに比べて始動時間が長くなるようなことはない）。
【００２７】
また、本発明の構成及び配置により、一旦気化した燃料が再度結露・液化して吸入空気分配管６に再付着するようなことも防止することができる。これにより、ヒータユニット９の消費エネルギを小さくすることができる。
【００２８】
また、公知例では、気化促進装置を流れる吸気流量を制御する為、流量制御弁が不可欠となっているが、本発明では、エンジンに吸入される吸気流量を、スロットルバルブ７を通過する空気流量で制御することができる（独立した流量制御弁は必ずしも必要でない）。
【００２９】
また、本発明では、エンジンの冷却水温等をトリガーとして、ヒータユニット９のＯＮ必要可否を判定し、消費電力を抑えることもできる（著しくバッテリーが劣化しているような場合にも、消費電力を抑えることができる）。
【００３０】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、始動性の向上を図ることができる。また、ＨＣの低減を図ることができる。さらに、安価に内燃機関の燃料供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関の燃料供給装置の一実施の形態を示す配置説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】米国の排気ガス測定モードを示すグラフである。
【図５】気化促進装置制御タイミングに係るグラフである。
【符号の説明】
１吸気通路
２吸気管
３集合部
４シリンダ
５吸気ポート
６吸入空気分配管
７スロットルバルブ
８燃料噴射弁
９ヒータユニット
１０燃料噴射口
１１吸気弁
１２ヒータユニット内壁面
１３ヒータ
１４凹部
１５ａ〜１５ｄ絞り段差（段差部分）
１６排気弁

Claims

吸気通路と、該吸気通路の下流の各気筒のポート近傍に配置される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁及び前記ポート間に配置され前記燃料噴射弁からの噴射燃料を気化するヒータとを備えるとともに、
前記燃料噴射弁を、前記吸気通路の通路中心軸に対して噴射方向の中心が交わらない位置に、且つ前記噴射燃料が前記通路中心軸の周りを旋回するように、且つ前記噴射方向が吸気弁に直接向かないように配設して構成した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記ヒータを、内燃機関の始動時等、前記吸気通路を形成する吸入空気分配管の温度が低い場合に作動させるようにした
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記ヒータを前記吸気通路の周方向全体に配置した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記吸気通路に環状の凹部を形成し、該凹部に収納するような状態で前記ヒータを配設した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記ヒータ部分の通路断面積を、前記吸気通路の断面積よりも大きくなるように設定した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記ヒータを複数のＰＴＣヒータで構成するとともに、該複数のＰＴＣヒータを前記周方向に等間隔に配置した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記ヒータに、旋回する前記噴射燃料が当たる段差部分を形成した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記段差部分を前記ヒータの断面視において該ヒータの長手方向に複数形成した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記段差部分を螺旋形状に形成した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
吸気通路と、該吸気通路の下流の各気筒のポート近傍に配置される燃料噴射弁と、該燃料噴射弁及び前記ポート間に配置され前記燃料噴射弁からの噴射燃料を気化する円筒状のヒータとを備えるとともに、
前記噴射燃料を少なくとも前記ヒータが配設される部分において旋回するように構成した
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。