JP2007239653A - 燃料供給装置及び内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料供給装置及び内燃機関の燃料供給制御装置において、供給燃料を確実に加熱することで燃料の微粒化を促進して燃焼効率の向上を図る。
【解決手段】燃料タンク１５の燃料を低圧フィードポンプ１６及び高圧ポンプ２３によりインジェクタ１３が連結されたデリバリパイプ１４に供給可能とすると共に、水タンク１７の水を低圧フィードポンプ１８により燃料に対して添加可能とし、燃料に水が添加された混合燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置４１をデリバリパイプ１４に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室や吸気ポート、または、燃焼器などに燃料を供給する燃料供給装置及び内燃機関の燃料供給制御装置に関するものである。

例えば、燃料を燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンにより圧縮され、この高圧空気に対してインジェクタから燃料が噴射され、燃焼室内の高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートから排出される。

このような筒内噴射式内燃機関にて、冷間始動時には、燃料が低温であるためにインジェクタから燃焼室に噴射された燃料の微粒化が悪く、一部の燃料が壁面に付着して所定量の燃料が気化せず、燃焼に寄与する燃料量が減少して空燃比が悪化してしまう。この場合、冷間始動時の燃料量を増加することが考えられるが、その分、壁面に付着する燃料も増え、未燃ＨＣが増加して排ガス特性が悪化してしまう。また、内燃機関の始動時には、デリバリパイプ内の燃料が低温低圧であるために負圧状態となり、燃料が減圧蒸発して気体となっており、早期にインジェクタからの噴射燃料圧力を所定の高圧にすることができず、この点でも燃料の微粒化が困難となってしまう。その結果、燃焼時の圧縮端温度の増加に伴ってノッキングが発生しやすくなると共に、ＮＯｘなどの有害物質の発生量も多くなってしまう。

このような問題を解決するものとして、燃料をマイクロ波を用いて加熱することで始動性の向上を図ったものとして、例えば、下記特許文献１、２に記載された技術がある。特許文献１に記載された燃料加熱装置は、金属製の燃料タンクにマイクロ波発生器を取付け、このマイクロ波発生器のマイクロ波を燃料タンク内の燃料に直接照射することで、この燃料を高効率に加熱するものである。また、特許文献２に記載された内燃機関の燃焼装置は、燃焼室内の圧縮混合気、または、燃料噴射ノズルから噴射された燃料、または、吸入空気に電磁波、マイクロ波、ミリ波を照射することで、混合気または吸入空気に分子振動を与えて燃焼を促進するものである。

特開平７−１０９９５９号公報 特開平６−２２９３３４号公報

ところが、上述した特許文献１、２に記載されたものは、燃料タンク内の燃料、または、燃焼室内の圧縮混合気、噴射燃料などにマイクロ波を照射することで、燃料または混合気を加熱している。ところが、マイクロ波は、最も短い波長域であり、このマイクロ波を用いた加熱は、マイクロ波によって発生する分子内での極性分子の回転や振動による内部発熱であり、加熱される対象物には、この極性分子が必要となる。ところが、内燃機関で使用されると燃料としてのガソリンや軽油などには、この極性分子が含まれておらず、マイクロ波を照射しても確実に加熱することができない。そのため、マイクロ波発生器の高出力化が求められ、消費電力が高くなってバッテリの大型化や燃費の悪化を招いてしまう。

また、特許文献１の燃料加熱装置のように、燃料タンク内の燃料にマイクロ波を照射して加熱しても、燃料タンクとインジェクタとの間には所定長さの燃料配管があり、内燃機関の冷間始動時に、インジェクタから高温の燃料を早期に噴射することはできず、燃料の微粒化を促進することは困難である。また、特許文献２の内燃機関の燃焼装置のように、燃焼室内の圧縮混合気や燃料噴射ノズルから噴射された燃料、吸入空気にマイクロ波を照射するためには、シリンダヘッドなどの内燃機関本体にマイクロ波発生装置を装着する必要があり、装置の大型化及び構造の複雑化を招くと共に、高コスト化を招いてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、供給燃料を確実に加熱することで燃料の微粒化を促進して燃焼効率の向上を図った燃料供給装置及び内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料供給装置は、燃焼室または吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段に極性分子が添加された燃料を供給する燃料供給系と、極性分子が添加された燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の燃料供給装置では、燃料を供給する燃料供給手段と、該燃料供給手段により供給される燃料に極性分子を添加する極性分子添加手段を設けたことを特徴としている。

本発明の燃料供給装置では、前記燃料供給系は、燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料噴射手段としての複数のインジェクタが連結されたデリバリパイプと、前記燃料タンクと前記デリバリパイプとを連結する燃料供給管と、該燃料供給管に設けられた燃料ポンプとを有し、前記デリバリパイプに前記マイクロ波照射手段が設けられたことを特徴としている。

本発明の燃料供給装置では、前記燃料供給系に混合タンクが設けられ、前記極性分子添加手段は、極性分子を貯留する極性分子タンクと、該極性分子タンクと前記混合タンクとを連結する極性分子供給管と、該極性分子供給管に設けられた極性分子ポンプとを有することを特徴としている。

また、本発明の内燃機関の燃料供給制御装置は、上記の燃料供給装置を有する内燃機関の燃料供給制御装置において、内燃機関の始動を推定する始動推定手段と、該始動推定手段が前記内燃機関の始動を推定したときに前記マイクロ波照射手段を作動する始動制御手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の燃料供給制御装置は、上記の燃料供給装置を有する内燃機関の燃料供給制御装置において、内燃機関の温度を検出または推定する機関温度検出手段と、前記内燃機関の始動時に該機関温度検出手段が検出した機関温度が予め設定された第１機関温度より低いときに前記マイクロ波照射手段を作動する始動制御手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の燃料供給制御装置では、前記始動制御手段は、前記内燃機関の始動後に、前記機関温度検出手段が検出した機関温度が予め設定された第２機関温度より高くなったときに前記マイクロ波照射手段の作動を停止することを特徴としている。

本発明の燃料供給装置によれば、燃焼室または吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射手段と、この燃料噴射手段に極性分子が添加された燃料を供給する燃料供給系を設けると共に、極性分子が添加された燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段を設けたので、極性分子が添加された燃料に対してマイクロ波照射手段によりマイクロ波が照射されることで、極性分子が振動して燃料を加熱し、この加熱された燃料が燃料噴射手段により燃焼室または吸気通路に噴射されることとなり、この燃料を確実に加熱することで燃料の微粒化を促進し、その結果、燃焼効率の向上を図ることができる。

また、本発明の内燃機関の燃料供給制御装置によれば、内燃機関の始動を推定する始動推定手段を設け、始動制御手段は、この始動推定手段が内燃機関の始動を推定したときにマイクロ波照射手段を作動する。更に、本発明の内燃機関の燃料供給制御装置によれば、内燃機関の温度を検出または推定する機関温度検出手段を設け、始動制御手段は、内燃機関の始動時に、この機関温度検出手段が検出した機関温度が予め設定された第１機関温度より低いときにマイクロ波照射手段を作動する。

従って、内燃機関が始動される前に、そして、内燃機関の始動時に機関温度が低いときに、マイクロ波照射手段を作動して極性分子が添加された燃料に対してマイクロ波を照射することで、極性分子が振動して燃料を加熱し、この加熱された燃料が燃料噴射手段により燃焼室または吸気通路に噴射されることとなり、この燃料を確実に加熱することで燃料の微粒化を促進し、その結果、燃焼効率の向上を図ることができる。

以下に、本発明に係る燃料供給装置及び内燃機関の燃料供給制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る燃料供給装置が適用された内燃機関の燃料供給制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置における燃料噴射装置の概略図、図３は、実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置における燃料噴射装置の作動説明図、図４は、実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置における始動時燃料供給制御を表すフローチャートである。

実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は、筒内噴射式の火花点火多気筒エンジンであって、４つの気筒に対応して燃焼室１１が設けられており、シリンダヘッド１２に各燃焼室１１に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）１３が装着されると共に、図示しない点火プラグが装着されている。この各インジェクタ１３は、基端部がデリバリパイプ１４に連結されており、デリバリパイプ１４内の高圧燃料を燃焼室１１に噴射することができる。

一方、燃料タンク１５は、所定量のガソリン燃料（以下、燃料）を貯留可能であり、内部に低圧フィードポンプ１６が装着されている。水タンク（極性分子タンク）１７は、所定量の水（極性分子）を貯留可能であり、内部に低圧フィードポンプ１８が装着されている。そして、燃料タンク１５の低圧フィードポンプ１６は、第１燃料供給管１９を介して混合タンク２０に連結されると共に、水タンク１７の低圧フィードポンプ１８は、水供給管（極性分子供給管）２１を介して混合タンク２０に連結されている。

そして、混合タンク２０から延びる第２燃料供給管２２は高圧ポンプ２３が連結され、この高圧ポンプ２３は第３燃料供給管２４を介してデリバリパイプ１４の一端部に連結されている。この高圧ポンプ２３はカムシャフト２５により駆動可能であり、第３燃料供給管２２には、デリバリパイプ１４からの燃料の逆流を防止する逆止弁２６が装着されている。また、デリバリパイプ１４の他端部には、燃料排出管２７の基端部が連結され、この燃料排出管２７の先端部は燃料タンク１５に連結されており、この燃料排出管２７には電磁リリーフ弁２８が装着されている。

なお、本実施例では、燃料タンク１５、低圧フィードポンプ１６、第１燃料供給管１９、第２燃料供給管２２、高圧ポンプ２３、第３燃料供給管２４、デリバリパイプ１４により本発明の燃料供給系及び燃料供給手段が構成される。また、水タンク１７、低圧フィードポンプ１８、混合タンク２０により本発明の極性分子添加手段が構成される。

従って、低圧フィードポンプ１６が駆動することで、燃料タンク１５内の燃料を第１燃料供給管１９を通して混合タンク２０に供給する一方、低圧フィードポンプ１８を駆動することで、水タンク１７内の水を水供給管２１を通して混合タンク２０に供給し、この混合タンク２０にて、燃料に対して所定量の水が混合された混合燃料を生成することができる。そして、高圧ポンプ２３を駆動することで、混合タンク２０内の混合燃料を第２、第３燃料供給管２２，２４を通してデリバリパイプ１４に供給することができ、各インジェクタ１３は、デリバリパイプ１４内の混合燃料を燃焼室１１に噴射することができる。

車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が搭載されており、このＥＣＵ３０は、各インジェクタ１３及び点火プラグを制御可能となっている。即ち、ＥＣＵ３０には、エアフローセンサ３１、スロットルポジションセンサ３２、アクセルポジションセンサ３３、エンジン回転数センサ３４、水温センサ３５などが接続されている。従って、ＥＣＵ３０は、各センサ３１〜３５が検出した吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や噴射時期、点火時期などを決定している。

また、デリバリパイプ１４には、燃料圧力を検出する燃圧センサ３６が設けられ、検出した燃料圧力をＥＣＵ３０に出力しており、このＥＣＵ３０は、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が所定圧力となるように、低圧フィードポンプ１６及び高圧ポンプ２３を駆動制御している。更に、電磁リリーフ弁２８は、通常、機械式のリリーフ弁として機能する構成となっており、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が所定圧力より大きくなると、電磁リリーフ弁２８が自動的に開放されることで、デリバリパイプ１４内の燃料が燃料排出管２７に排出され、デリバリパイプ１４内の燃料圧力を所定圧力に維持する。

そして、本実施例では、図１及び図２に示すように、デリバリパイプ１４に、水が添加された燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段として、マイクロ波発生装置４１が装着されている。なお、マイクロ波発生装置４１によるマイクロ波の発振には、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロンなどが用いられ、マイクロ波を伝播させるためにデリバリパイプ１４は金属製となっている。

従って、図３に示すように、燃料と水との混合燃料が第３燃料供給管２４を通してデリバリパイプ１４に供給され、デリバリパイプ１４内の混合燃料は、所定圧力に維持されている。この状態で、マイクロ波発生装置４１を駆動すると、デリバリパイプ１４内の混合燃料に対してマイクロ波が照射されることとなり、このマイクロ波により混合燃料に含まれる水が振動することで燃料を加熱することができる。そして、このとき、インジェクタ１３を駆動すると、加熱された高温高圧の燃料を微粒化した状態で燃焼室１１に噴射することができる。

また、マイクロ波発生装置４１は、上述したＥＣＵ（始動制御手段）３０により駆動制御可能となっており、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の運転状態に応じてマイクロ波発生装置４１の駆動及び停止を行っている。即ち、エンジン１０の冷間始動時には、燃料が低温低圧であるためにインジェクタから燃焼室に噴射する燃料の微粒化が不十分となり、一部の燃料が壁面に付着して所定量の燃料を気化することが困難となる。そのため、本実施例では、エンジン１０の冷間始動時に、マイクロ波発生装置４１を所定期間だけ駆動することで燃料を加熱し、燃料の微粒化及び気化を促進して燃焼効率を向上させている。

具体的には、エンジン１０の始動を推定する始動推定手段として、運転席ドアのドアスイッチ４２を機能させ、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の停止中に、このドアスイッチ４２がＯＮ（ドア開放）されたら、運転者がエンジン１０を始動させる意思があると判定し、マイクロ波発生装置４１を駆動し、燃料のプレヒートを開始する。この場合、ＥＣＵ３０には、イグニッションキースイッチ（ＩＧ−ＳＷ）４３のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ３０は、ドアスイッチ４２の検出結果から運転者がエンジン１０を始動させる意思があると判定し、マイクロ波発生装置４１を駆動した後、ＩＧ−ＳＷ４３がＯＮされたら、マイクロ波発生装置４１の駆動を継続する一方、ＩＧ−ＳＷ４３がＯＮされずにＯＦＦ状態のままであれば、運転者がエンジン１０を始動させる意思がないと判定し、マイクロ波発生装置４１の駆動を停止するようにしている。

また、エンジン１０の温度を検出または推定する機関温度検出手段として、この機関温度と相関関係にあるエンジン冷却水温Ｔを検出する水温センサ３５を適用し、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の始動時に、この水温センサ３５が検出したエンジン冷却水温Ｔが予め設定された第１温度Ｔ₁より低いときには、マイクロ波発生装置４１を駆動し、燃料のプレヒートを開始する。そして、マイクロ波発生装置４１の駆動により燃料のプレヒートを開始した後、水温センサ３５が検出したエンジン冷却水温Ｔが予め設定された第２温度Ｔ₂より高いときには、マイクロ波発生装置４１の駆動を停止し、燃料のプレヒートを終了する。この場合、冷間始動時に燃料が十分に加熱されるように、第２温度Ｔ₂は、第１温度Ｔ₁より高い温度に設定しているが、第１温度Ｔ₁と第２温度Ｔ₂を同温度としてもよい。

なお、ＥＣＵ３０は、低圧フィードポンプ１６を駆動制御することで、燃料タンク１５内の燃料を加圧して所定量だけ混合タンク２０に供給すると共に、低圧フィードポンプ１８を駆動制御することで、水タンク１７内の水を所定量だけ混合タンク２０に供給しており、ＥＣＵ３０は、混合タンク２０内の燃料に対する水の割合が予め設定された所定割合となるように各フィードポンプ１６，１８を駆動制御している。

ここで、実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置によるエンジン１０の始動時燃料供給制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。

内燃機関の燃料供給制御装置によるエンジン１０の始動時燃料供給制御において、図４に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ３０は、運転席のドアスイッチ４２がＯＮされてからＯＦＦに切り換わったかどうか、つまり、運転者がドアを開けて運転席に座ってドアを閉めたかどうかを判定することで、運転者がエンジン１０を始動させる意思があるかどうかを推定する。ここで、運転席のドアスイッチ４２がＯＮされてからＯＦＦに切り換わったと判定されたら、運転者がエンジン１０を始動させる意思があると判定し、ステップＳ１２に移行する。

このステップＳ１２にて、ＥＣＵ３０は、水温センサ３５が検出したエンジン冷却水温Ｔが第１温度Ｔ₁より低いかどうかを判定する。ここで、現在のエンジン冷却水温Ｔが第１温度Ｔ₁より低いときには、ステップＳ１３にて、マイクロ波発生装置４１を駆動し、燃料のプレヒートを開始する。即ち、図３に示すように、マイクロ波発生装置４１は、デリバリパイプ１４内の混合燃料に対してマイクロ波を照射し、このマイクロ波により混合燃料に含まれる水を振動させることで燃料を加熱する。

ステップＳ１４では、ＥＣＵ３０は、燃料のプレヒートを開始してから所定時間（例えば、５〜１０秒）経過したかどうかを判定し、燃料のプレヒートの開始から所定時間経過するまで待機する。そして、ステップＳ１４で、燃料のプレヒートを開始してから所定時間経過したと判定されたら、ステップＳ１５にて、ＥＣＵ３０は、イグニッションキースイッチ（ＩＧ−ＳＷ）４３がＯＮされたかどうかを判定する。ここで、ＩＧ−ＳＷ４３がＯＮされたら、エンジン１０が始動されたために、マイクロ波発生装置４１の駆動による燃料の加熱を継続する。一方、ここで、ＩＧ−ＳＷ４３がＯＮされずにＯＦＦ状態のままであれば、運転者はエンジン１０を始動させるためにドアを開閉したものではないと判定し、ステップＳ１７に移行して、マイクロ波発生装置４１の駆動を停止する。

ステップＳ１３で、マイクロ波発生装置４１を駆動して燃料のプレヒートを開始し、ステップＳ１４で、所定時間が経過した後に、ステップＳ１５で、ＩＧ−ＳＷ４３がＯＮされることで、マイクロ波発生装置４１による燃料加熱が継続されたら、その後、ステップＳ１６にて、水温センサ３５が検出したエンジン冷却水温Ｔが第２温度Ｔ₂より高いかどうかを判定する。即ち、エンジン１０の始動後に、燃焼によってエンジン冷却水温（機関温度）が上昇することで、デリバリパイプ１４内の燃料を高温状態に維持できるかどうかを判定する。

ここで、エンジン冷却水温Ｔが第２温度Ｔ₂より高くなければ、ステップＳ１５に戻り、エンジン冷却水温Ｔが第２温度Ｔ₂より高くなるまで、ステップＳ１５〜Ｓ１６の処理を繰り返す。そして、ステップＳ１６にて、エンジン冷却水温Ｔが第２温度Ｔ₂より高くなったと判定されたら、エンジン１０の燃焼によって燃料を所定の高温高圧状態に維持でき、マイクロ波発生装置４１により燃料を加熱しなくても噴射燃料の良好な微粒化が可能であると判定し、ステップＳ１７に移行する。そして、ここで、マイクロ波発生装置４１の駆動を停止し、デリバリパイプ１４内の燃料のプレヒートを終了する。

従って、運転席のドアスイッチ４２により運転者のエンジン１０の始動意思を確認すると共に、エンジン冷却水温Ｔにより機関温度を推定し、運転者にエンジン１０を始動する意思があって、エンジン冷却水温Ｔが第１温度Ｔ₁より低いときには、マイクロ波発生装置４１を駆動することで、デリバリパイプ１４内の燃料加熱（プレヒート）を開始する。そのため、実際に、運転者がイグニッションキースイッチ４３を操作してエンジン１０を始動するときには、デリバリパイプ１４内の燃料温度が上昇し、インジェクタ１３から燃焼室１１に高温の燃料を噴射することができ、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。

このように実施例１の燃料供給装置にあっては、燃料タンク１５の燃料を低圧フィードポンプ１６及び高圧ポンプ２３によりインジェクタ１３が連結されたデリバリパイプ１４に供給可能とすると共に、水タンク１７の水を低圧フィードポンプ１８により燃料に対して添加可能とし、燃料に水が添加された混合燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置４１をデリバリパイプ１４に設けている。

従って、燃料に極性分子としての水が添加され、この水が添加された混合燃料がデリバリパイプ１４に送られ、ここでマイクロ波発生装置４１により混合燃料に対してマイクロ波が照射されることで、混合燃料中の水が振動して燃料を加熱することができ、インジェクタ１３はこの加熱された燃料を燃焼室１１に噴射することとなり、燃料噴霧の微粒化及び気化を促進し、その結果、燃焼効率の向上を図ることができる。

また、実施例１の燃料供給装置では、複数のインジェクタ１３が連結されたデリバリパイプ１４にマイクロ波発生装置４１を設けており、インジェクタ１３が噴射する直前の燃料を加熱することで、このインジェクタ１３は燃料を高温のままで燃焼室１１に噴射することができ、高い加熱効率を確保することができる。また、デリバリパイプにマイクロ波発生装置４１を設けることで、シリンダヘッド１２などの構造を変更することなく、低コストで燃料を加熱することができる。

更に、実施例１の燃料供給装置では、燃料と水の混合タンク２０を設け、燃料タンク１５内の燃料を低圧フィードポンプ１６により第１燃料供給管１９を通して混合タンク２０に供給する一方、水タンク１７内の水を低圧フィードポンプ１８により水供給管２１を通して混合タンク２０に供給するようにしている。従って、この混合タンク２０にて、燃料に対して所定量の水が混合された混合燃料を容易に生成することができる。

一方、実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置にあっては、エンジン１０の始動を推定する始動推定手段として、運転席ドアのドアスイッチ４２を設け、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の停止中に、このドアスイッチ４２がＯＮ（ドア開放）されたら、運転者がエンジン１０を始動させる意思があると判定し、マイクロ波発生装置４１を駆動して燃料のプレヒートを開始するようにしている。

従って、運転者がエンジン１０を始動させる意思があるときには、このエンジン１０が始動される前に、マイクロ波発生装置４１を作動して水が添加された燃料に対してマイクロ波が照射して燃料を加熱することができ、エンジン１０の始動時には、加熱された高温の燃料をインジェクタ１３から燃焼室１１に噴射されることとなり、この燃料を確実に加熱することで燃料の微粒化及び気化を促進することができる。

その結果、インジェクタ１３から燃焼室１１に噴射する燃料の微粒化及び気化が良好となって、燃料の壁面付着量が減少して良好な空燃比を確保することができ、特に、エンジン１０の冷間始動時における未燃ＨＣの増加を抑制して排ガス特性を向上することができると共に、燃費を改善することができる。また、エンジン１０の始動時にデリバリパイプ１４内の燃料を加熱することで、筒内噴射式のエンジン１０では、このデリバリパイプ１４内の燃料を昇圧することで燃料の体積膨張によりデリバリパイプ１４内の燃料圧力を早期に所定圧力とすることができ、始動時の要求噴射量を容易に確保することができると共に、高圧ポンプ２３の小型化を可能とすることができる。更に、水が添加された燃料を燃焼室１１で燃焼することで、この水の蒸発潜熱により燃焼室１１の圧縮端温度を低下することができ、ノッキングの発生を抑制することができると共に、ＮＯｘなどの有害物質の発生も抑制することができる。

また、実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置では、エンジン１０の温度を検出または推定する機関温度検出手段として、この機関温度と相関関係にあるエンジン冷却水温Ｔを検出する水温センサ３５を設け、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の始動時に、この水温センサ３５が検出したエンジン冷却水温Ｔが予め設定された第１温度Ｔ₁より低いときには、マイクロ波発生装置４１を駆動して燃料のプレヒートを開始するようにしている。

従って、エンジン１０の始動時に、機関温度、つまり、エンジン冷却水温Ｔが第１温度Ｔ₁より低いときには、マイクロ波発生装置４１を作動して水が添加された燃料に対してマイクロ波が照射して燃料を加熱することができ、燃料を早期に加熱して高温の燃料をインジェクタ１３から燃焼室１１に噴射することができ、燃料の微粒化及び気化を促進して燃焼効率を向上することができる。

そして、マイクロ波発生装置４１の駆動によりデリバリパイプ１４内の燃料のプレヒートを開始した後、水温センサ３５が検出したエンジン冷却水温Ｔが予め設定された第２温度Ｔ₂より高いときには、マイクロ波発生装置４１の駆動を停止し、燃料のプレヒートを終了するようにしている。従って、マイクロ波発生装置４１の駆動による消費電力を極力低減することができ、バッテリの大型化を阻止することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る燃料供給装置が適用された内燃機関の燃料供給制御装置を表す概略構成図である。

実施例２の内燃機関の燃料供給制御装置において、図５に示すように、内燃機関としてのエンジン５０は、ポート噴射式の火花点火多気筒エンジンであって、４つの気筒に対応して燃焼室５１が設けられており、各燃焼室５１に連通する吸気ポート５２に対して燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）５３がそれぞれ装着されると共に、図示しない点火プラグが装着されている。この各インジェクタ５３は、基端部がデリバリパイプ５４に連結されており、デリバリパイプ５４内の高圧燃料を吸気ポート５２に噴射することができる。

一方、燃料タンク５５は、所定量のガソリン燃料（以下、燃料）を貯留可能であり、低圧フィードポンプ５６を有する一方、水タンク（極性分子タンク）５７は、所定量の水（極性分子）を貯留可能であり、低圧フィードポンプ５８を有している。そして、燃料タンク５５の低圧フィードポンプ５６は、第１燃料供給管５９を介して混合タンク６０に連結されると共に、水タンク５７の低圧フィードポンプ５８は、水供給管（極性分子供給管）６１を介して混合タンク６０に連結されている。そして、混合タンク６０から延びる第２燃料供給管６２は高圧ポンプ６３が連結され、この高圧ポンプ６３は第３燃料供給管６４を介してデリバリパイプ５４に連結されている。

なお、本実施例では、燃料タンク５５、低圧フィードポンプ５６、第１燃料供給管５９、第２燃料供給管６２、高圧ポンプ６３、第３燃料供給管６４、デリバリパイプ５４により本発明の燃料供給系及び燃料供給手段が構成される。また、水タンク５７、低圧フィードポンプ５８、混合タンク６０により本発明の極性分子添加手段が構成される。

従って、低圧フィードポンプ５６が駆動することで、燃料タンク５５内の燃料を第１燃料供給管５９を通して混合タンク６０に供給する一方、低圧フィードポンプ５８を駆動することで、水タンク５７内の水を水供給管６１を通して混合タンク６０に供給し、この混合タンク６０にて、燃料に対して所定量の水が混合された混合燃料を生成することができる。そして、高圧ポンプ６３を駆動することで、混合タンク６０内の混合燃料を第２、第３燃料供給管６２，６４を通してデリバリパイプ５４に供給することができ、各インジェクタ５３は、デリバリパイプ５４内の混合燃料を吸気ポート５２に噴射することができる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０は、前述した実施例１と同様に、各種センサが検出した吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や噴射時期、点火時期などを決定している。また、このＥＣＵ７０は、デリバリパイプ５４内の燃料圧力が所定圧力となるように、低圧フィードポンプ５６及び高圧ポンプ６３を駆動制御している。更に、ＥＣＵ７０は、混合タンク６０内の燃料に対する水の割合が予め設定された所定割合となるように、各フィードポンプ５６，５８を駆動制御している。

そして、本実施例では、デリバリパイプ５４に、水が添加された燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段として、マイクロ波発生装置７１が装着されている。従って、燃料と水との混合燃料が第３燃料供給管６４を通してデリバリパイプ５４に供給され、デリバリパイプ５４内の混合燃料が所定圧力に維持されている状態で、マイクロ波発生装置７１を駆動すると、デリバリパイプ５４内の混合燃料に対してマイクロ波が照射されることとなり、このマイクロ波により混合燃料に含まれる水が振動することで燃料を加熱することができる。そして、このとき、インジェクタ５３を駆動すると、加熱された高温高圧の燃料を微粒化した状態で吸気ポート５２に噴射することができる。

なお、本実施例の内燃機関の燃料供給制御装置では、前述の実施例１と同様に、ＥＣＵ７０が、エンジン５０の停止中に、運転者によるエンジン５０の始動意思を確認し、始動意思を確認があると確認されたら、マイクロ波発生装置７１を駆動して燃料のプレヒートを開始し、その後、イグニッションキースイッチがＯＮされたら、マイクロ波発生装置７１の駆動を継続する一方、ＯＦＦ状態のままであれば、マイクロ波発生装置７１の駆動を停止するようにしている。

また、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の温度を検出または推定し、エンジン５０の始動時に、機関温度が低いときには、マイクロ波発生装置７１を駆動して燃料のプレヒートを開始し、機関温度が高くなったら、マイクロ波発生装置７１の駆動を停止して燃料のプレヒートを終了するようにしている。

従って、運転者にエンジン５０を始動する意思があって、エンジン１０の期間温度が低いときには、マイクロ波発生装置７１を駆動することで、デリバリパイプ５４内の燃料加熱（プレヒート）を開始する。そのため、実際に、運転者がエンジン５０を始動するときには、デリバリパイプ５４内の燃料温度が上昇し、インジェクタ５３から吸気ポート５２に高温の燃料を噴射することができ、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。

このように実施例２の燃料供給装置にあっては、吸気ポート５２に燃料を噴射可能なインジェクタ５３をデリバリパイプ５４に連結し、燃料タンク５５の燃料を低圧フィードポンプ５６及び高圧ポンプ６３によりデリバリパイプ５４に供給可能とすると共に、水タンク５７の水を低圧フィードポンプ５８により燃料に対して添加可能とし、燃料に水が添加された混合燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置７１をデリバリパイプ５４に設けている。

従って、燃料に極性分子としての水が添加され、この水が添加された混合燃料がデリバリパイプ５４に送られ、ここでマイクロ波発生装置７１により混合燃料に対してマイクロ波が照射されることで、混合燃料中の水が振動して燃料を加熱することができ、インジェクタ５３はこの加熱された燃料を吸気ポート５２に噴射することとなり、燃料噴霧の微粒化及び気化を促進し、その結果、燃焼効率の向上を図ることができる。

即ち、実施例１のような筒内噴射式のエンジン１０だけでなく、実施例２のようなポート噴射式のエンジン５０であっても、燃料に極性分子としての水が添加され混合燃料に対してマイクロ波を照射することで、燃料を容易に加熱することができ、インジェクタ５３からの燃料噴霧の微粒化及び気化を促進することができる。

なお、上述した各実施例にて、燃料に極性分子を添加する極性分子添加手段として、混合タンク、極性分子タンク、極性分子ポンプ、極性分子供給管を設けたが、予め極性分子が添加された燃料を用いれば、極性分子添加手段を不要とすることができる。この場合、極性分子として水を適用して説明したが、これに限らず、例えば、エタノール燃料を適用しても良く、この場合、燃料タンクに予めガソリン燃料とエタノールの混合燃料を貯留することで、混合タンクや極性分子タンク、極性分子ポンプ、極性分子供給管を不要とすることができる。

また、上述した各実施例では、エンジン１０の始動を推定する始動推定手段として、運転席ドアのドアスイッチ４２を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、運転者が運転席に座ったことを検出するシートスイッチやシートベルトを装着したことを検出するシートベルトスイッチを適用してもよい。また、エンジン１０の温度を検出または推定する機関温度検出手段として、エンジン冷却水温を検出する水温センサ３５を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、デリバリパイプ１４内の燃料温度を検出する温度センサや吸気温度を検出する吸気温度センサなどを適用してもよい。

更に、本発明の燃料供給装置を内燃機関に適用して説明したが、これに限定されるものではなく、燃料を供給して燃焼可能な燃焼室を有するものであれば、燃焼器に適用することもできる。

以上のように、本発明に係る燃料供給装置及び内燃機関の燃料供給制御装置は、極性分子が添加された燃料に対してマイクロ波を照射することで、燃料を加熱するものであり、内燃機関や燃焼器などいずれの種類の燃料供給装置に用いても好適である。

本発明の実施例１に係る燃料供給装置が適用された内燃機関の燃料供給制御装置を表す概略構成図である。 実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置における燃料噴射装置の概略図である。 実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置における燃料噴射装置の作動説明図である。 実施例１の内燃機関の燃料供給制御装置における始動時燃料供給制御を表すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る燃料供給装置が適用された内燃機関の燃料供給制御装置を表す概略構成図である。

符号の説明

１０，５０ エンジン（内燃機関）
１１ 燃焼室
１３，５３ インジェクタ（燃料噴射手段）
１４，５４ デリバリパイプ（燃料供給系、燃料供給手段）
１５，５５ 燃料タンク（燃料供給系、燃料供給手段）
１６，５６ 低圧フィードポンプ（燃料供給系、燃料供給手段）
１７，５７ 水タンク（極性分子添加手段、極性分子タンク）
１８，５８ 低圧フィードポンプ（極性分子添加手段、極性分子ポンプ）
１９，２２，２４，５９，６２，６４ 燃料供給管（燃料供給系、燃料供給手段）
２０，６０ 混合タンク
２１，６１ 水供給管（極性分子添加手段、極性分子供給管）
２３，６３ 高圧ポンプ（燃料供給系、燃料供給手段）
３０，７０ 電子制御ユニット、ＥＣＵ（始動制御手段）
３５ 水温センサ（機関温度検出手段）
４１，７１ マイクロ波発生装置（マイクロ波照射手段）
４２ ドアスイッチ（始動推定手段）
４３ イグニッションキースイッチ（ＩＧ−ＳＷ）
５２ 吸気ポート（吸気通路）

Claims (7)

1. 燃焼室または吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段に極性分子が添加された燃料を供給する燃料供給系と、極性分子が添加された燃料に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段とを具えたことを特徴とする燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の燃料供給装置において、燃料を供給する燃料供給手段と、該燃料供給手段により供給される燃料に極性分子を添加する極性分子添加手段を設けたことを特徴とする燃料供給装置。
3. 請求項１または２に記載の燃料供給装置において、前記燃料供給系は、燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料噴射手段としての複数のインジェクタが連結されたデリバリパイプと、前記燃料タンクと前記デリバリパイプとを連結する燃料供給管と、該燃料供給管に設けられた燃料ポンプとを有し、前記デリバリパイプに前記マイクロ波照射手段が設けられたことを特徴とする燃料供給装置。
4. 請求項２または３に記載の燃料供給装置において、前記燃料供給系に混合タンクが設けられ、前記極性分子添加手段は、極性分子を貯留する極性分子タンクと、該極性分子タンクと前記混合タンクとを連結する極性分子供給管と、該極性分子供給管に設けられた極性分子ポンプとを有することを特徴とする燃料供給装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料供給装置を有する内燃機関の燃料供給制御装置において、内燃機関の始動を推定する始動推定手段と、該始動推定手段が前記内燃機関の始動を推定したときに前記マイクロ波照射手段を作動する始動制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
6. 請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料供給装置を有する内燃機関の燃料供給制御装置において、内燃機関の温度を検出または推定する機関温度検出手段と、前記内燃機関の始動時に該機関温度検出手段が検出した機関温度が予め設定された第１機関温度より低いときに前記マイクロ波照射手段を作動する始動制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の燃料供給制御装置において、前記始動制御手段は、前記内燃機関の始動後に、前記機関温度検出手段が検出した機関温度が予め設定された第２機関温度より高くなったときに前記マイクロ波照射手段の作動を停止することを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。

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