JP2009228492A - 燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射弁部分の大型化を招来することなく燃料噴射弁から噴射される燃料を効果的に加熱し得る燃料噴射システムを提供する。
【解決手段】 燃料タンクから燃料パイプ１１を介して供給される燃料を複数の燃料噴射弁１０にそれぞれ分配するとともに、分配前燃料の通路を取り囲む燃料供給口４３に電磁波吸収発熱材料を含有させたデリバリーパイプ４０と、燃料供給口４３に向けて電磁波を放射するよう電磁波の放射部２３をデリバリーパイプ４０の内部に臨ませて配設したマグネトロン２１とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は燃料噴射システムに関し、特に内燃機関の冷態始動時に燃料噴射弁から噴射される燃料を加熱する場合に適用して有用なものである。

内燃機関における極低温時の冷態始動改善や、始動直後の燃焼安定・排ガス低減には、燃料の霧化を目的とした燃料系の加熱が有効である。とりわけ、燃料噴射弁近傍での加熱は供給熱量が少ないことから効率的であるとされている。このため、燃料噴射弁に高周波誘導加熱による加熱装置を設け、燃料噴射弁から噴射される燃料を加熱する方式が提案されている。これは吸気管に配設される燃料噴射弁の先端部に形成した燃料噴射口の外周に高周波コイルを配設し、この高周波コイルに高周波電流を供給することにより燃料噴射口の近傍部分を加熱して前記燃料噴射口から噴射される燃料を加熱するというものである（例えば、特許文献１参照）。

特許３１５６３１２号公報

しかしながら、特許文献１等に開示されている高周波誘導加熱方式では、燃料噴射弁の先端部に別部品としての高周波コイルを必要とするため構造が複雑になるばかりでなく、燃料噴射弁の先端部が大型化してしまう。このため、場合によっては大型化した燃料噴射弁の先端部が吸気管内に突出してしまい、吸気管の流路抵抗が増大してしまう。この結果前記内燃機関に出力の低下を招来してしまうという問題も生起される。

本発明は、上記従来技術に鑑み、燃料噴射弁部分の大型化を招来することなく燃料噴射弁から噴射される燃料を効果的に加熱し得る燃料噴射システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は次の知見を基礎とするものである。電磁波吸収材料として優れた特性を有する新しい材料としてカーボンマイクロコイル（以下、ＣＭＣと称す）が注目されている。ＣＭＣは、μｍオーダのピッチでコイル状に巻いた非晶質の炭素繊維と定義されているが、単体でＬＣＲ成分を持つ材料であると考えられている。図１はＣＭＣ（図１（ａ）参照）をＬＣＲ等価回路（図１（ｂ）参照）としたモデルと、電磁波吸収の仕組み（図１（ｃ）参照）とを示している。同図に示すＬＣＲ共振回路は電磁波に対し、その共振周波数において極めて高い電磁誘導作用が働き、大きな誘導起電力を発生する。かかる誘導起電力によりＬＣＲ共振回路に発生する誘導電流は、前記共振回路のＲ成分によって速やかに熱に変換される。したがって、ＣＭＣの発熱を利用して燃料を加熱することができる。例えば、デリバリーパイプにおける燃料供給口に分配前の燃料の通路を取り囲むようにＣＭＣを混入した筒状の絶縁部材を配設し、この絶縁部材に電磁波を照射してやればこの絶縁部材を速やかに加熱して、前記燃料供給口を介して噴射される燃料を良好に加熱することができると考えられる。

かかる知見を基礎とする本発明の第１の態様は、燃料タンクから燃料パイプを介して供給される燃料を複数の燃料噴射弁にそれぞれ分配するとともに、分配前燃料の通路を取り囲む燃料供給口に電磁波吸収発熱材料を配置させたデリバリーパイプと、前記燃料供給口に向けて電磁波を放射するよう電磁波の放射部を前記デリバリーパイプの内部に臨ませて配設した電磁波発生手段とを有することを特徴とする燃料噴射システムにある。

本態様によれば、電磁波吸収発熱材料を混入させた燃料供給口は、電磁波発生手段が放射する電磁波を吸収して発熱する。この結果絶縁部材が加熱され、燃料供給口を介してデリバリーパイプに供給される燃料が加熱される。これによりデリバリーパイプから各燃料噴射弁に供給される燃料も加熱される。したがって冷態始動時であっても燃料の粘度を良好に低下させ、燃料噴射弁からは霧状にして燃料を噴射させることができる。また、燃料の加熱は各燃料噴射弁に分配する直前に一括して行っているので、一台の電磁波発生手段で複数の燃料噴射弁から噴射する燃料を纏めて合理的に加熱することができる。

また、電磁波の放射部をデリバリーパイプの内部に臨ませて配設したので、電磁波が拡散することなくデリバリーパイプの内部に閉鎖された領域内で電磁波を効率的に燃料供給口に向けて放射することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する燃料噴射システムにおいて、前記電磁波吸収発熱材料はＣＭＣで形成するとともに、前記電磁波発生手段はマグネトロンで形成したことを特徴とする燃料噴射システムにある。

本態様によれば、燃料供給口に分散して混入させた各ＣＭＣで形成する各ＬＣＲ共振回路のＲ成分におけるジュール熱で特に効率的な燃料の加熱を行うことができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する燃料噴射システムにおいて、前記マグネトロンは、これが放射する電磁波の周波数が、前記カーボンマイクロコイルで形成されるＬＣＲ等価回路の共振周波数となるようにしたことを特徴とする燃料噴射システムにある。

本態様によれば最も効率よく電磁波のエネルギがＣＭＣに吸収される結果、最も効率よく燃料供給口を加熱することができる。

本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様の何れか一つに記載する燃料噴射システムにおいて、前記電磁波発生手段は冷却水の温度が所定温度以下の冷態始動時に所定時間だけ電磁波を放射するように制御する制御部を有することを特徴とする燃料噴射システムにある。

本態様によれば、冷態始動時であることを条件として前記燃料供給口の加熱を行うことができるので、必要なときに必要なだけの電磁波を照射して前記燃料供給口の加熱を合理的に行うことができる。

本発明によれば、デリバリーパイプの燃料供給口に電磁波吸収発熱材料を配置させるとともに、電磁波発生手段を追加配設するだけで、複数の燃料噴射弁に供給される燃料を纏めて加熱することができる。この結果、燃料噴射弁部分の大型化を招来することなく各燃料噴射弁に分配される燃料を加熱して各燃料噴射弁から噴射される燃料を霧状にすることができる。したがって、これにより特に冷態始動時の特性を改善して始動直後の燃焼安定・排ガス低減に資することができる。

ここで、電磁波を放射する電磁波発生手段の放射部をデリバリーパイプの内部に臨ませたので、電磁波が周囲に漏洩することはない。したがって、この点でも前記燃料供給口の効率的な加熱を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図２は本発明の実施の形態に係る燃料噴射システムを、これを適用する内燃機関であるエンジンとともに示すブロック線図である。同図に示すように、内燃機関であるエンジン１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５が形成されている。この吸気ポート５の燃焼室６側には吸気弁７がそれぞれ設けられている。吸気弁７はエンジン回転に応じて回転するカムシャフト８のカムに倣って開閉作動され、吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なう。

吸気ポート５には吸気管９の一端がそれぞれ接続されて連通している。吸気管９には各気筒に対応して電磁式の燃料噴射弁１０が取り付けられている。この燃料噴射弁１０には燃料パイプ１１及びデリバリーパイプ４０を介して燃料タンク１４から燃料が供給される。すなわち、燃料パイプ１１を介して供給される燃料は一旦デリバリーパイプ４０に供給され、このデリバリーパイプ４０で各燃料噴射弁１０に分配される。かくして、各燃料噴射弁１０は、先端部３３の燃料噴射口３４を介して各吸気管９内に向け燃料を噴射し、燃焼室６へ燃料が供給される。

ここで、デリバリーパイプ４０は導電性部材（例えばアルミニウム）で形成してあり、その燃料供給口４３には分配前の燃料の通路を取り囲むように絶縁部材４１が配設してある。この絶縁部材４１は電磁波吸収発熱材料であるＣＭＣを混入した絶縁材料であるセラミックで形成してある。電磁波発生手段であるマグネトロン２１は絶縁部材４１に向けて電磁波を放射するよう電磁波の放射部２３をデリバリーパイプ４０の内部に臨ませてデリバリーパイプ４０に配設してある。かかるデリバリーパイプ４０、マグネトロン２１及び絶縁部材４１の関係は後に詳述する。

吸気管９の上流側には、この吸気管９を開閉するスロットルバルブ１２が設けられ、スロットルバルブ１２の弁開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１３が設けられている。

一方、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１５が形成され、排気ポート１５の燃焼室６側には排気弁１７がそれぞれ設けられている。排気弁１７はエンジン回転に応じて回転するカムシャフト１８のカムに倣って開閉作動され、排気ポート１５と燃焼室６との連通・遮断を行なう。そして、排気ポート１５には排気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続され、排気ポート１５に排気マニホールド１６が連通している。排気マニホールド１６の他端には排気管（排気通路）２０が接続されている。

制御装置である電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）Ｉは、エンジン１を含めた総合的な制御をおこなうもので、その入力側には、スロットルポジションセンサ１３、冷却水の水温を検出する水温センサ２２、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ２５等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵＩの出力側には、燃料噴射弁１０、点火コイル４、スロットルバルブ１２、マグネトロン２１等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵＩで演算された燃料噴射時間、点火時期、スロットル開度等の運転パラメータがそれぞれ出力される。特に、マグネトロン２１は水温センサ２２が検出する水温が所定温度以下の冷態始動時に予め定めた所定時間だけ電磁波を放射するように制御される。ここで、マグネトロンが放射する電磁波の周波数は、前記ＣＭＣで形成されるＬＣＲ等価回路の共振周波数となるようにしている。このことにより、最も効率よく電磁波のエネルギがＣＭＣに吸収される結果、最も効率よく絶縁部材４１を介して燃料を加熱することができる。

図３はデリバリーパイプ４０部分を抽出して模式的に示す説明図である。同図に示すように、デリバリーパイプ４０には、複数個（図では４個）の燃料噴射弁１０が取り付けられている。すなわち、燃料パイプ１１を介して燃料供給口４３からデリバリーパイプ４０の内部に燃料が供給され、この燃料がデリバリーパイプ４０で各燃料噴射弁１０に分配されるようになっている。ここで、燃料供給口４３には絶縁部材４１が配設してある。この絶縁部材４１はＣＭＣを混入させたセラミック等で好適に形成することができる筒状部材である。したがって、その内部空間を分配直前の燃料の通路とすることができる。

マグネトロン２１は電磁波（マイクロ波）を絶縁部材４１に照射することによりその内部に混入させたＣＭＣを介して絶縁部材４１を加熱するもので、放射部２３がデリバリーパイプ４０の内部に臨むようにデリバリーパイプ４０に配設されている。

かかる本形態において、エンジン１の始動時であって水温センサ２２が所定値以下の水温を検出している場合、すなわち冷態始動時にはＥＣＵＩがマグネトロン２１を制御してその放射部２３から所定の短時間、燃料供給口４３の絶縁部材４１に向けて電磁波（マイクロ波）を放射させる。この結果、絶縁部材４１に混入されているＣＭＣが電磁波を吸収して発熱する。この発熱により絶縁部材４１が加熱される。この結果、燃料供給口４３から噴射される燃料が加熱されてデリバリーパイプ４０の内部に至り、各燃料噴射弁１０を介して霧状の燃料となって噴射される。すなわち、冷態始動時であっても燃料は加熱される結果霧化され、エンジン１の円滑な始動に資することができる。ここで、マグネトロン２１は導電性部材であるデリバリーパイプ４０の内部で電磁波を放射するので、これが外部に漏洩することはない。すなわち、デリバリーパイプ４０で電磁遮蔽されるため、マグネトロン２１が放射した電磁波を高効率でＣＭＣに吸収させることができる。

尚、本形態では、燃料供給口４３に電磁波吸収発熱材料であるＣＭＣを混入した絶縁材料を配設したが、燃料供給口４３の内周部に電磁波吸収発熱材料を混入した塗料を塗布してもよい。

本発明は自動車産業をはじめ内燃機関を利用する産業の分野で有効に利用することができる。

カーボンマイクロコイル（ＣＭＣ）を説明するための図で、（ａ）はＣＭＣの概念図、（ｂ）はＣＭＣで形成するＬＣＲ等価回路を示す回路図、（ｃ）はＣＭＣによる電磁波吸収の仕組みを示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る燃料噴射システムを、これを適用する内燃機関であるエンジンとともに示すブロック線図である。 図２のデリバリーパイプの部分を抽出・拡大して示す模式図である。

符号の説明

Ｉ ＥＣＵ
１ エンジン
９ 吸気管
１０ 燃料噴射弁
１１ 燃料パイプ
２１ マグネトロン
２３ 放射部
４０ デリバリーパイプ
４１ 絶縁部材
４３ 燃料供給口

Claims (4)

1. 燃料タンクから燃料パイプを介して供給される燃料を複数の燃料噴射弁にそれぞれ分配するとともに、
   分配前燃料の通路を取り囲む燃料供給口に電磁波吸収発熱材料を配置させたデリバリーパイプと、
   前記燃料供給口に向けて電磁波を放射するよう電磁波の放射部を前記デリバリーパイプの内部に臨ませて配設した電磁波発生手段とを有することを特徴とする燃料噴射システム。
2. 請求項１に記載する燃料噴射システムにおいて、
   前記電磁波吸収発熱材料はカーボンマイクロコイルで形成するとともに、前記電磁波発生手段はマグネトロンで形成したことを特徴とする燃料噴射システム。
3. 請求項２に記載する燃料噴射システムにおいて、
   前記マグネトロンは、これが放射する電磁波の周波数が、前記カーボンマイクロコイルで形成されるＬＣＲ等価回路の共振周波数となるようにしたことを特徴とする燃料噴射システム。
4. 請求項１乃至請求項３に記載する何れか一つの燃料噴射システムにおいて、
   前記電磁波発生手段は冷却水の温度が所定温度以下の冷態始動時に所定時間だけ電磁波を放射するように制御する制御部を有することを特徴とする燃料噴射システム。
   

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