JP2007224878A - アルコールを主成分とする燃料を使用した内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコールを主成分とする燃料にて運転するようにした内燃機関において，その始動性の向上を図る。
【解決手段】シリンダ３への吸気経路のうちスロットル弁７より下流側の部位に，気化室１１を接続して，この気化室に，少なくとも内燃機関の始動の際におけるクランキング中においてアルコールを主成分とする燃料を当該気化室内に噴射する始動用燃料噴射弁１３と，この始動用燃料噴射弁から噴射された燃料を加熱するヒータ１４とを設ける一方，前記スロットル弁より下流の吸気圧が少なくとも前記クランキング中において大気圧より低い減圧になるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は，エタノール等のアルコールとか，或いは，主成分としてのアルコールにガソリン又は灯油等を混合した混合燃料油のように，アルコールを主成分とする燃料を使用した内燃機関に関するものであり，より詳しくは，前記アルコール又はアルコールを主成分とする燃料を使用した内燃機関において，その始動性の改善を図るものである。

最近，大気汚染や，原油事情の変動等に伴い，内燃機関における燃料として，エタノール等のアルコールとか，或いは，主成分としてのアルコールにガソリン又は灯油等を混合した混合燃料油等のように，アルコールを主成分とする燃料を使用することが提唱されている。

この場合，アルコールは，ガソリンに比較して，オクタン価が高い利点を有するものの，発熱量が低く，しかも，沸点，引火点及び気化潜熱が大幅に高いという特性を有するから，アルコールを主成分とする燃料を使用する内燃機関においては，その始動性が，ガソリンを主たる燃料とする場合よりも可成り低い。

そこで，先行技術としての特許文献１は，内燃機関におけるシリンダへの吸気経路のうち吸気弁より上流側でスロットル弁より下流側の部位に，アルコールを主成分とする燃料を噴射する燃料噴射弁と，前記燃料噴射弁より噴射された燃料を，内燃機関の始動の際におけるクランキング（内燃機関におけるクランク軸等の出力軸を始動用モータで回転駆動すること）中において加熱するヒータとを設けて，燃料の気化を促進することにより，始動性の改善を図ることを提案している。

また，別の先行技術としての特許文献２は，内燃機関におけるシリンダへの吸気経路のうち吸気弁より上流側でスロットル弁より下流側の部位に，始動の際のクランキング中においてアルコールを主成分とする燃料を噴射する始動用燃料噴射弁と，この始動用燃料噴射弁より噴射された燃料を加熱するヒータとを設けて，燃料の気化を促進することにより，始動性の改善を図ることを提案している。
実開昭５８−９２４５４号公報 特開昭６１−２１８７６１号公報

しかし，両先行技術のものは，そのいずれも，内燃機関の始動に際し，噴射燃料を加熱・気化するためのヒータを，シリンダへの吸気経路の途中に設けるという構成であることにより，前記ヒータは，シリンダに吸気される吸入空気の流れに常に曝されて冷却されていて，前記吸入空気における温度の影響を常時直接に受けていて，その温度上昇が緩やかであるから，始動の際における燃料の気化促進が低く，ひいては，始動性改善の効果が低いのであり，特に，前記ヒータによる始動性の改善をより効果的にするには，前記ヒータを，発熱量の大きい，従って，大型で且つ重く，しかも，消費エネルギーの大きいものにしなければならないという問題があった。

本発明は，この問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「アルコールを主成分とする燃料にて運転するようにした内燃機関において，そのシリンダへの吸気経路のうちスロットル弁より下流側の部位に，密閉した気化室を接続して，この気化室に，少なくとも内燃機関の始動の際におけるクランキング中においてアルコールを主成分とする燃料を当該気化室内に噴射する始動用燃料噴射弁と，この始動用燃料噴射弁から噴射された燃料を加熱するヒータとを設ける一方，前記スロットル弁又はこのスロットル弁に対するバイパス弁を，当該スロットル弁より下流の吸気圧が少なくとも前記クランキング中において大気圧より低い減圧になるように制御するという構成にした。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記始動用燃料噴射弁による燃料噴射及びヒータの加熱を，前記内燃機関の始動の際におけるクランキング完了から内燃機関が所定温度にまで上昇する暖機運転完了の時点まで，前記始動用燃料噴射弁における噴射量を少なくした状態で継続するように構成した。」
ことを特徴としている。

更にまた，本発明の請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記ヒータを，前記内燃機関を搭載した車両におけるドアに関連して，当該ドアにおけるロックを解除したとき，前記ヒータが加熱作動するように構成した。」
ことを特徴としている。

前記請求項１の記載において，内燃機関の始動の際におけるクランキング中において，気化室内に始動用燃料噴射弁より噴射供給された始動用燃料は，前記気化室に設けられているヒータにて加熱されることによって気化する。

そして，この気化室内において気化した燃料は，逐次，気化室から出て吸気経路内をシリンダに向かって流れる吸入空気に混合されることになるから，これにより内燃機関を始動することができる。

この場合において，前記気化室は，シリンダへの吸気経路のうちスロットル弁より下流側の部位に接続されており，しかも，前記スロットル弁より下流の吸気圧は，内燃機関の始動の際におけるクランキング中において，大気圧より低い減圧に制御されていること，及び前記気化室が密閉構造であることにより，この気化室内に，シリンダに吸気される吸入空気が流入することがないか，或いは，少なくでき，換言すると，密閉構造の前記気化室に設けられるヒータが，シリンダへの吸入空気における温度の影響を直接に受けることを確実に回避できて，高い温度に急速に上昇することができるとともに，前記した吸気圧の減圧によって前記始動用燃料を低い温度で沸騰することができる。

従って，始動用燃料のヒータによる気化を，前記各先行技術の場合よりも大幅に促進することができるから，前記ヒータを，発熱量の大きい，大型で且つ重くしかも消費エネルギーの大きいものにすることなく，内燃機関の始動性を確実に改善できる。

ところで，前記サブ燃料噴射弁による始動用燃料の噴射供給及びヒータによる加熱は，内燃機関の始動の際におけるクランキング完了の時点から前記内燃機関が所定の温度に達する暖機運転完了の時点まで継続するのが，暖機運転時間の短縮化等を図る意味において好ましいものと考えられる。

しかし，吸気経路のうちスロットル弁より下流の吸気圧は，前記始動の際におけるクランキングを完了して内燃機関が始動されたときにおいて，内燃機関の始動の際におけるクランクキング中の減圧よりも更に高い減圧になることにより，前記気化室内での始動用燃料における沸騰が，この更に高い減圧にて過剰に促進され，その気化熱が増大して，シリンダへの吸入空気の温度を下げて，燃焼性がむしろ低下することになるから，暖機運転が不安定になる。

そこで，本発明においては，請求項２に記載したように，前記始動用燃料噴射弁による燃料の噴射を，その噴射量を少なくした状態のもとで，暖機運転完了の時点まで継続するという構成にしたものであり，これにより，前記始動用燃料における気化熱が内燃機関の暖機運転中において過剰に増大して，燃焼が低下することを確実に回避できるとともに，内燃機関が冷えている状態においても気化室で完全に気化した燃料を供給できるから，暖機運転を，安定した運転状態のもとで短い時間内で達成できる。

また，前記気化室におけるヒータを，請求項３に記載したように，車両のドアにおけるロックを解除したときに加熱作動することにより，前記ヒータを，内燃機関に対する始動操作に先がけて加熱作動しておくことができるから，より迅速な始動を達成できる。

以下，本発明の実施の形態を，図１の図面について説明する。

この図において，符号１は，一本のクランク軸２に対して複数のシリンダ（気筒）３を有する多気筒内燃機関を示し，この内燃機関１の側面には，図示しないエアクリーナから吸気通路４にて導かれて来る吸入空気を前記各シリンダ３に分配するための吸気マニホールド５が接続され，この吸気マニホールド５には，前記各シリンダ３の各々に，アルコールを主成分とする燃料を噴射供給するためのメイン燃料噴射弁６が設けられている。

前記吸気通路４の途中には，スロットル弁７を備えたスロットルボデー８が設けられているとともに，このスロットルボデー８におけるスロットル弁７をバイパスするアイドル通路９が設けられ，このアイドル通路９の途中にはバイパス弁１０が設けられ，前記スロットル弁７を閉じた状態で前記バイパス弁１０を開くことにより，内燃機関１におけるアイドル運転を行うように構成している。

前記吸気通路４のうち前記スロットル弁７より下流側の部分には，密閉された構造の気化室１１が，小さい内径にした絞り通路１２を介して接続されており，この気化室１１には，アルコールを主成分とする燃料を始動用燃料として当該気化室１１内に噴射供給するようにした始動用燃料噴射弁１３が取付けられているとともに，この始動用燃料噴射弁１３より噴射供給された始動用燃料を加熱するためのヒータ１４が設けられている。

このヒータ１４は，図示したように，気化室１１の外側に設けて，内部の始動用燃料を間接的に加熱するように構成しても良いが，気化室１１の内部に設けて，内部の始動用燃料を直接に加熱するように構成しても良い。

前記内燃機関１に対する始動信号により，先ず，これと略同時か，或いは，これに先立って，前記スロットル弁７を全閉にして，バイパス弁１０を，全閉に近い状態にまで閉じる一方，前記始動信号と略同時に前記ヒータ１４が加熱作動する。

次いで，前記始動信号から適宜時間（例えば，約１〜５秒程度）だけ遅れて前記始動用燃料噴射弁１３が燃料の噴射供給を開始する。

次いで，前記始動用燃料噴射弁１３の燃料噴射開始と略同時か，或いは，適宜時間だけ遅れて前記内燃機関１におけるクランク軸２を，図示しないセルモータにて回転駆動するというクランキングを行う。

この始動の際におけるクランキングにより，前記吸気通路４のうち前記スロットル弁７より下流における吸気圧は，大気圧より低い減圧の状態になる。

これにより，前記気化室１１内は，大気圧より低い減圧の状態になることに加えて，この気化室１１内には，各シリンダ３への吸入空気が流れ込むことがないか，或いは，少なくて，その内部の温度が前記ヒータ１４の加熱作動にて急上昇することになり，この状態で当該気化室１１内に始動用燃料噴射弁１３より始動用燃料が噴射供給されるから，この始動用燃料は，ヒータ１４による加熱で，低い温度で沸騰して気化し，気化した燃料は，逐次，気化室１１から出て各シリンダ３に向かって流れる吸入空気に混合され，これにより内燃機関１を始動することができる。

この場合において，前記気化室１１の吸気通路４の接続部には，小径にした絞り通路１２が設けられていて，各シリンダ３への吸入空気が気化室１１内に流れ込むことをこの絞り通路１２の存在によってより確実に阻止できるから，気化室１１の温度上昇をより促進することができて，内燃機関１の始動性をより改善できる。

そして，前記内燃機関１の始動完了が，クランク軸２の回転速度が前記セルモータによる回転速度よりも早くなること等にて確認されると，前記各メイン燃料噴射弁６による燃料噴射を開始して，前記セルモータを停止する（このセルモータを停止することを，クランキング完了と称する）一方，前記バイパス弁１０を開くことにより，内燃機関１におけるアイドル運転に入る。

この場合において，前記内燃機関１が，所定の温度に温まっているときには，内燃機関１に設けるか，この内燃機関１に対する冷却水循環経路に設けた温度センサー（図示せず）にて，前記ヒータ１４における加熱作動，及び，前記始動用燃料噴射弁１３による燃料噴射を各々停止する。

しかし，前記内燃機関１が所定の温度よりも低い状態，つまり，内燃機関１が所定の温度に温まっていない場合には，前記温度センサーにより，以下に述べるようにして暖機運転に入るという構成にしている。

すなわち，内燃機関１の始動が完了すると，前記ヒータ１４の加熱作動を継続する一方，前記始動用燃料噴射弁１３による始動用燃料の噴射を，その噴射量を少なくした状態のもとで継続する。

そして，前記内燃機関１が所定の温度に温まると，前記ヒータ１４の加熱作動，及び前記始動用燃料噴射弁１３による始動用燃料の噴射を停止して，暖機運転を完了する。

この暖機運転の際における前記ヒータ１４の加熱作動，及び前記始動用燃料噴射弁１３による始動用燃料の噴射供給によって，前記暖機運転に要する時間を，大幅に短縮することができるのである。

しかも，前記暖機運転の際における前記始動用燃料噴射弁１３による始動用燃料の噴射供給は，始動の際のときよりも減量されていることにより，前記気化室１１に噴射された燃料の気化熱で各シリンダ３への吸入空気の温度を過剰に下げることを確実に回避できるから，暖機運転を安定して行うことができる。なお，暖機運転に際における始動用燃料の減量は，所定値まで一挙に下げる場合に限らず，暖機の経過につれて次第に下げるようにすることができる。

なお，前記した実施の形態は，スロットル弁７に対して，アイドル運転を制御するバイパス弁１０を設けた場合を示したが，本発明は，これに限らず，スロットル弁７のみによってアイドル運転を制御する場合においても，このスロットル弁７を，内燃機関始動の際に，当該スロットル弁７より下流の吸気圧力が大気圧より低い減圧になるように閉作動することによって同様に適用できる。

また，前記メイン燃料噴射弁６は，吸気マニホールド５に設ける場合に限らず，このメイン燃料噴射弁６を，各シリンダ３の各々に設けて成る内燃機関にも適用できることはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ クランク軸
３ シリンダ
４ 吸気通路
５ 吸気マニホールド
６ メイン燃料噴射弁
７ スロットル弁
１０ バイパス弁
１１ 気化室
１２ 絞り通路
１３ 始動用燃料噴射弁
１４ ヒータ

Claims (3)

1. アルコールを主成分とする燃料にて運転するようにした内燃機関において，そのシリンダへの吸気経路のうちスロットル弁より下流側の部位に，密閉した気化室を接続して，この気化室に，少なくとも内燃機関の始動の際におけるクランキング中においてアルコールを主成分とする燃料を当該気化室内に噴射する始動用燃料噴射弁と，この始動用燃料噴射弁から噴射された燃料を加熱するヒータとを設ける一方，前記スロットル弁又はこのスロットル弁に対するバイパス弁を，当該スロットル弁より下流の吸気圧が少なくとも前記クランキング中において大気圧より低い減圧になるように制御するという構成にしたことを特徴とするアルコールを主成分とする燃料を使用した内燃機関。
2. 前記請求項１の記載において，前記始動用燃料噴射弁による燃料噴射及びヒータの加熱を，前記内燃機関の始動の際におけるクランキング完了から内燃機関が所定温度にまで上昇する暖機運転完了の時点まで，前記始動用燃料噴射弁における噴射量を少なくした状態で継続するように構成したことを特徴とするアルコールを主成分とする燃料を使用した内燃機関。
3. 前記請求項１又は２の記載において，前記ヒータを，前記内燃機関を搭載した車両におけるドアに関連して，当該ドアにおけるロックを解除したとき，前記ヒータが加熱作動するように構成したことを特徴とするアルコールを主成分とする燃料を使用した内燃機関。

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