JP3914773B2

JP3914773B2 - 燃料気化促進装置

Info

Publication number: JP3914773B2
Application number: JP2002005458A
Authority: JP
Inventors: 天羽　　清; 裕三門向; 浩昭佐伯; 研二渡邉; 隆信市原; 正美永野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP2003206833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の内燃機関で良好な燃焼を実現するための燃料の供給技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の始動性向上、燃費向上および排気浄化、特に排気浄化ではＨＣ低減のために、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することにより、吸気管内壁面への付着を低減することが有効である。また燃料を微粒化および気化して供給することにより燃焼が安定する。
【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ＩＳＣ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ヒータに衝突させて加熱気化することにより、燃料の吸気管内壁面付着の低減が図られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来システムは、燃料噴霧を燃料噴射弁下流に配設されたヒータに衝突させ、ヒータの発熱により噴霧の気化促進を図っているが、燃料噴霧の気化効率向上に関しては、必ずしも十分とは言えない。
【０００６】
本発明の目的はヒータによる燃料噴霧の気化効率向上を図ることにある。
【０００７】
【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、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を、燃料噴射弁の下流に設けた伝熱部へ衝突させて燃料を気化する燃料気化促進装置において、
前記伝熱部の表面を円筒状に形成し、円筒状を成す前記表面に軸流方向にほぼ直交する溝を形成し、前記伝熱部の内径を燃料が表面張力によって前記溝を重力方向に上昇できる高さよりも小さくしたものである。
【０００８】
これにより、円筒状の伝熱部の表面に付着した燃料を円周上に均一に供給することが可能となり、伝熱部表面に供給された燃料液膜の薄膜および均一分散が可能となるので、気化効率を向上することができる。
【０００９】
【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８を用いて説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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に取り付けられて開閉する吸気量を電気的に制御する電子制御スロットルバルブ１０及びスロットルポジショニングセンサ１３０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。
【００１３】
エアフローセンサ８およびスロットルポジショニングセンサ１３０で計測した吸入空気２６の流量およびスロットルバルブ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。
【００１４】
燃料噴射装置は、第１の燃料噴射弁１２と第２の燃料噴射弁１３とで構成されている。第１の燃料噴射弁１２は、集合吸気管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１４に取り付けられている。
【００１５】
第２の燃料噴射弁１３は、燃料気化促進装置１００に取り付けられ、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より吸気集合管１１に導入されるように構成されている。
【００１６】
燃料系は、燃料２４を貯える燃料タンク１６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１９と、各気筒（＃１，＃２・・・）の吸気ポート１４に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁１２と、スロットルバルブ部１３１下流に燃料を供給する第2の燃料噴射弁１３を備え、これらは、燃料配管３８で接続されている。
【００１７】
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）等を備える。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。
【００１８】
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】
燃料気化促進装置１００は、電子制御スロットルバルブ１０の下流に、開口した分岐通路１５に接続され、エアフローセンサ８で計量された空気を、燃料気化促進装置１００へ導入するために、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、第２の燃料噴射弁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、第２の燃料噴射弁から噴霧される燃料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。
【００２０】
上記構成において、燃焼室２では、燃料噴射弁１２、１３により噴射された燃料２４と吸入空気２６の混合気が吸入される。吸入された混合気は、圧縮され、点火プラグ３で着火され、燃焼が行われる。内燃機関１から排出される排気４２は排気系から大気中に放出される。
【００２１】
燃料気化促進装置１００の構成について図２乃至図５を用いて説明する。
図２（ａ）は燃料気化装置１００の外観斜視図である。燃料気化装置１００の構成は、ボディ１０２とヒータボディ１０１で構成され、ボディ１０２には、主に第２の燃料噴射弁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２２が連通しており、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、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３０内を介して燃料２４が供給される。
【００２２】
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、白矢印の気化燃料３３として、燃料気化促進装置１００外へと流れ出る。
【００２３】
図２（ａ）のＡおよびＢ方向矢視図を図２（ｂ）、（ｃ）に示す。
【００２４】
図３に図２（ｂ）図中Ｃ−Ｃ断面図を示す。図４に図２（Ｃ）図中Ｄ−Ｄ断面図を示す。
【００２５】
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に取り付ける偏向角α°を持つヒータボディ１０１の内部に構成される副通路７５と、副通路７５外周に配置する板状のヒータ１０、本ヒータ（セラミックヒータ）は上下の平面部が電極となり、上下の電極に電流を印可することにより、発熱を行なうものである。更に、発熱体であるヒータは、温度が所定値以上になると、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ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient Thermistor）ヒータを用いている。
【００２６】
ＰＴＣヒータ７７は、マイナス電極となる副通路７５と、プラス電極板７９に接触するように固定されている。プラス電極板７９は、弾性部材７８に保持され、電極部８０を介し、ヒータボディ１０１の外側に配設されたプラス電極端子２８に接続されている。導電性のある副通路７５は電極部８２と圧入固定され、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。電極部８２と８０は、絶縁部材８１と弾性部材７８により絶縁され、電極部８２と８０に通電することによりＰＴＣヒータ７７が発熱し副通路７５を加熱する構造である。
【００２７】
副通路７５はＯリング７４とガスケット７２により内部通路からシールされている。ガスケット７２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第２の燃料噴射弁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。
【００２８】
本実施の形態では、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、このため、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、２３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おり、燃料気化促進装置１００の燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧８５に、微粒化空気２３ａをエアアトマイザ５５で旋回衝突させ、燃料２４の微粒化及び噴霧角度を広げて混合室５６に噴射し、噴射した燃料２４と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を、旋回ノズル５１で旋回衝突させて、加熱された副通路７５内面の伝熱面７６に旋回付着させ、伝熱面７６上を通過する際に、燃料噴霧８５を気化するように設計されている。
【００２９】
ここで、伝熱面７６には、副通路７５軸流方向にほぼ直行する構成で、微細な溝を形成している。燃料噴射弁１３より噴射された燃料噴霧８５は、微粒化空気２３ａにより微粒化が促進された後に旋回ノズル５１を介して、搬送空気２２ａにより旋回を与えられる。これにより、噴霧８５は、微粒化促進されるとともに広角な噴霧となる。そして、副通路７５の内壁の伝熱面７６に形成された溝２０１に供給される。溝２０１に供給された燃料噴霧８５は、溝２０１形状と燃料の表面張力により、伝熱面７６内に拡散する。この溝２０１により、燃料噴霧８５は、より一層伝熱面上に均一分散できる。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。よって、伝熱面上に形成される燃料液膜は薄膜化でき、効率よく気化促進が図られる。よって、ヒータの発熱による燃料の気化効率が向上でき、消費電力の低減も図れる。
【００３０】
尚、この種の溝形状としては、副通路７５軸流方向から傾斜した溝を、伝熱部を通過する空気流れ方向に沿うように連続して形成した螺旋溝としてもよい。溝を軸流方向に独立した複数の溝として形成した場合、燃料噴霧を各溝に滞留させて気化する効果が期待できる。また螺旋溝の場合、軸流方向に、より広い範囲に広げることができる。
【００３１】
混合室の断面形状を、図４を用いて説明すると、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の片側から導入する構造で、翼断面形状で入口側断面積を広く、出口側断面積を狭く、軸中心からずらした位置に円周状に配置された複数の等間隔の旋回ノズル５１を有し、旋回ノズル５１はバイパス搬送空気２２ａの流れ方向に開口し、旋回ノズル５１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。スワールの形状は、調圧室５０の外径を一定とし、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５２が均等になり、燃料噴射弁２５から噴射される燃料１９が副通路１３の内面に付着する際、液膜が均一となり、効果的に気化を促進することが可能となる。
【００３２】
また、副通路７５から主通路への導入通路を偏向形状とすることで、直進方向の速度成分が減少することから、旋回ノズル５１で生じる旋回力が増加するために伝熱面での燃料液膜の旋回数が増加するとともに、副通路７５へ付着する燃料の滞留時間を増加することが可能となる。
【００３３】
図５は、図３中Ｅ部拡大断面図である。ヒータボディ１０１内周面側に所定の空気層を介して内筒２００が配設されている。内筒２００の内周面には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の内側の面には、伝熱面７６を形成する部材の外周面と面接触している。これらの構造により、プラス電極板７９とＰＴＣヒータ７７および伝熱面７６と面接触する構成となっている。ここで、伝熱面７６は、マイナス電極部でもある。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を介して伝熱面７６へと電流が通電する。これにより、ＰＴＣヒータ７７が発熱され、伝熱面７６を加熱することが可能となる。
【００３４】
ここで、伝熱面７６に形成された溝２０１により、副通路７５内周の伝熱面積が拡大できるとともに、伝熱面上に噴射された燃料液膜の均一分散が可能となる。詳細は後述する。
【００３５】
図６は、燃料気化促進装置１００の伝熱面７６に形成された溝形状を図示しており、図５中Ｆ部拡大図である。溝２０１の形状は、溝開口部長さｂ、溝底部ｃ、溝角度θの台形形状である。また、伝熱面７６に形成された各溝は、長さｔを持つ溝頂部ｔにて連なっている。よって、溝ピッチは（ｂ＋ｔ）である。また、伝熱面７６に供給された燃料噴霧８５は、溝２０１に液体燃料２４として貯まる。
【００３６】
ある一つの溝において、溝２０１の傾斜部と燃料と空気の気液界面との接する２点を気液界面幅ｄとする。また、燃料であるガソリンはぬれ性が良く、接触角θ_０をゼロとすれば、溝２０１内の気液界面曲率半径ａは、（数１）のように表わせるとする。
【００３７】
ａ＝ｂ／（２・ｃｏｓ（θ／２）） (数１)
ここで、気液界面曲率半径ａは、実際の気液界面曲率半径とは異なり仮想的な曲線である。また、接触角θ_０がゼロということは、溝２０１の傾斜部接線方向と同値であり、傾斜部が曲面の場合は、曲面部の所定位置の接線方向と同値の接触角θ_０となる。また、好ましくは、溝開口部長さｂと気液界面幅ｄは等しいことが望ましく、溝開口部長さｂと気液界面幅ｄが等しくなるような溝開口部長さｂとすることが望ましい。
【００３８】
これは、溝頂部ｔ以外の伝熱面７６が燃料液膜を介さずに直接空気層に露出しないために、燃料の気化促進が図られるためである。
【００３９】
ここで、一つの溝２０１内に貯まった燃料２４の断面積をＳとし、溝２０１傾斜部と気液界面曲率半径ａとの接する燃料２４と溝２０１との接触長さをＬｓとすれば、溝２０１に貯まった燃料２４は、燃料と溝壁面との接触長さＬｓの間に働く表面張力と、溝内を上昇した燃料の重量とつりあうことから、力の釣り合いの式から（数２）のように表わせ、表面張力による液上昇高さｈが、接触長さＬｓと液断面積Ｓで決定される。ここで、σは燃料の表面張力、ρは密度、ｇは重力加速度を表わす。
【００４０】
ｈ＝（σ／（ρ・ｇ））・（Ｌｓ／Ｓ）（数２）
（数２）より、燃料上昇高さｈは、所定高さまで上昇することが可能である。
【００４１】
よって、伝熱面７６上に付着した燃料２４は、溝２０１の接触長さＬｓと液断面積Ｓの関係により、副通路７５内周方向に▲１▼均一に液膜を分散することが可能となる。また、副通路７５内を通過する搬送空気２２ａ、微粒化空気２３ａは、副通路７５軸流方向流れ成分を持っているために伝熱面７６の下流側へも効率よく燃料液膜が供給され気化促進される。さらに、溝２０１内の傾斜部と燃料２４液膜が気液界面曲率半径ａをもって液断面を形成するために溝部で局所的に▲２▼燃料液膜の薄膜化が図れるとともに、溝２０１の形成により伝熱面７６部が平滑の場合に比べ、▲３▼伝熱面積の拡大が図れ、燃料の一層の気化促進が図られる。また、内燃機関１の運転状況により、スロットルバルブ部１３１の上下流での差圧に変動が生じる場合がある。したがって、搬送空気２２ａ、微粒化空気２３ａの吸入空気量も変動する。よって、常に伝熱面７６に均一に燃料噴霧８５を供給するためには、溝２０１を副通路７５内径以上に達する液上昇高さｈとする接触長さＬｓと液断面積Ｓをもつことが好ましい。
【００４２】
ここで、図６に図示した溝２０１断面形状は、直線で結ばれた台形形状をした溝２０１断面形状としているが、図１５に記載のごとく、曲線で結ばれた溝２１０断面形状でも良い。本実施例は、台形形状の溝２０１断面形状と同様に、伝熱面７６内壁面に沿って燃料液膜を分散させる効果がある。
【００４３】
図７に溝２０１と燃料２４との接触長さＬｓと、液上昇高さｈと液断面積Ｓの積であるｈ・Ｓとの関係を整理した結果を示す。Ｌｓとｈ・Ｓは比例の関係にあり、接触長さＬｓの増加にともない、ｈ・Ｓが増加することが分かる。たとえば、溝断面形状を所定の形状としたとき、溝内の気液界面曲率半径をａと仮定すれば、接触長さＬｓが０．５６ｍｍのときｈ・ｓは１．４１ｍｍ^３程度となる。この時の燃料上昇高さｈは、先に仮定した液断面積Ｓより求められる。この上昇高さｈより副通路７５内径であるφｄを小さくすることにより、伝熱面７６に付着した燃料２４を円周上に均一に供給することが可能となる。すなわち、φｄ＜（σ／（ρ・ｇ））・（Ｌｓ／Ｓ）の関係を満たせばよい。ここで、φｄは円筒状伝熱部内径、σは燃料の表面張力、ｇは重力加速度、Ｌｓは伝熱面と燃料との接する接触長さ、ｓは溝に貯えられた燃料の断面積である。
【００４４】
図８に所定の溝幅ｂのときの燃料上昇高さｈの関係を示す。たとえば、溝開口部長さｂを０．３ｍｍ、溝底部長さｃを０．０３４ｍｍ、溝角度を６０°とする台形形状の溝の時、燃料上昇高さｈは約７１ｍｍ程度となる。ここで、溝開口部長さｂと気液界面幅ｄは、同一とする。よって、副通路７５の内径であるφｄを７１ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、副通路７５内の伝熱面７６の周方向に均一に液膜を分散できることが可能となり、燃料の気化促進が図られる。
【００４５】
上記溝形状を考慮した伝熱面７６とすることにより、燃料気化量が増化でき、結果としてＰＴＣヒータ７７の枚数が低減でき、省電力型の小型の燃料気化促進装置１００が実現できる。
【００４６】
図９に燃料気化促進装置１００の伝熱面７６に溝を設けた場合（溝あり）と設けない場合（溝なし）の気化燃料量の関係を示す。上記記載の効果により溝を最適化して形成することにより、２０から３０％程度の気化燃料量を増化することが可能となる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施例を図１０を用いて説明する。第１の実施例との構成の違いは、伝熱面７６に形成された溝２０２の形成の仕方に違いがある。その他の構成は、第１の実施例と同様構成であるために説明を省略する。本実施例では、伝熱面７６に形成された溝２０２を吸入空気の旋回流れ８６方向とほぼ同方向の溝形成方向８７としたことにある。副通路７５内を通過する燃料噴霧８５は、搬送空気２２ａおよび微粒化空気２３ａの吸入空気流れにより、伝熱面７６に旋回供給され付着する。付着した燃料２４は、吸入空気旋回流れに沿って旋回流れ８６として流れる。したがって、溝２０２の形成方向８７と旋回流れ８６方向が一致するために、溝２０２に貯えられる燃料２４と溝２０２内の伝達面７６とで形成される接触長さＬｓが最大となる。すなわち、図１０（ｂ）に図示のごとく、旋回流れ８６方向と溝形成方向８７がほぼ同方向であるために、燃料２４と溝２０２との接触長さＬｓが十分に得られる。しかし、図１０（ｃ）に図示のごとく、旋回流れ８６方向と溝形成方向８７が異なる場合、燃料２４と溝２０２との接触長さＬｓが短くなるとともに伝熱面が燃料と接しない場所が多くなるために、燃料の気化効率が低減する。したがって、旋回流れ８６方向と溝形成方向８７がほぼ同方向とすることが好ましく、伝熱面７６からの熱を効率よく燃料２４へ供給できるために、より一層の燃料気化効率が向上が図れる。その他の作用・効果は第１の実施例と同様のため説明を省略する。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施例を図１１を用いて説明する。第１の実施例との構成の違いは、伝熱面７６に形成された溝２０３の形成の仕方に違いがある。その他の構成は、第１の実施例と同様構成であるために説明を省略する。本実施例では、伝熱面７６に形成された溝２０３を副通路７５軸流方向と溝形成方向８８を同方向に形成したことにある。副通路７５内を通過する燃料噴霧８５は、搬送空気２２ａおよび微粒化空気２３ａの吸入空気流れにより、伝熱面７６に旋回供給され付着する。ここで、燃料噴霧８５は、伝熱面７６の比較的上流側の伝熱面７６に付着する。その対策として、溝２０３を副通路７５軸流方向と溝形成方向８８を同方向に形成したことにより、伝熱面７６に付着した燃料２４の表面張力により、軸流方向下流に燃料が流入し、早期に均一な燃料液膜が伝熱面７６に形成される。よって、燃料の気化効率向上が図れる。その他の作用・効果は第１の実施例と同様のため説明を省略する。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施例を図１２を用いて説明する。第１の実施例との構成の違いは、伝熱面７６に形成された溝２０４の形成の仕方に違いがある。その他の構成は、第１の実施例と同様構成であるために説明を省略する。本実施例では、伝熱面７６に格子状の凹凸形状をした溝２０４を形成したことにある。これは、ローレット加工アヤ目のような形状を微細な凹凸とした形状である。これにより、伝熱面７６上をへ流入する吸入空気流れ８６にも比較的沿った溝形状部分も確保でき、さらに、溝２０４に貯まった燃料を伝熱面７６の円周方向および軸流方向へ同時に表面張力にて分散することが出来るので、燃料の気化効率向上が図れる。その他の作用・効果は第１の実施例と同様のため説明を省略する。
【００５０】
第１から第４の実施例において、伝熱面７６に形成された溝形状につき述べてきたが、溝形状をこれに限定するものではなく、液膜を積極的に拡散し燃料気化を促進させる伝熱面７６内に微細な凹凸形状である伝熱面であるならば、本実施例と同様の効果が得られる。また、伝熱面７６に形成された凹凸形状について、本実施例では、伝熱面上で単位面積あたりの溝の伝熱面積が一様な凹凸形状として述べてきたが、燃料噴霧８５は、伝熱面７６上流側より噴射されるために伝熱面７６の上流側に付着しやすい傾向にあり、燃料液膜も厚くなる傾向にある。また、下流側では伝熱面７６上の燃料液膜は薄くなる傾向にある。したがって、ヒータより供給される熱量を効率よく伝熱面を介して燃料液膜に伝達し、気化効率を促進するためには、燃料液膜の厚い部分の伝熱面７６の伝熱面積は大きくし、燃料液膜の薄い部分の伝熱面積は小さくすることが好ましい。したがって、副通路７５内に配設される伝熱面７６において、下流側と比べて上流側の伝熱面７６の伝熱面積を連続的もしくは段階的に拡大するような凹凸形状を形成することが好ましい。これにより、伝熱面と伝熱面上に形成される燃料液膜の熱伝達が促進されるために、消費電力も低減できる効果が得られる。
【００５１】
また、本発明の取付け状態の実施の形態を図１３を用いて説明する。
図１３は電子制御スロットルバルブ１０への取付け例で、燃料気化促進装置１００と電子制御スロットルバルブ１０をガスケット１３３でシールし、複数のネジ１３２で締結する構造である。ヒータの−電極をネジ１３２で共締めすることにより、−電極のケーブルを廃止することが可能である。
【００５２】
上記記述した燃料気化促進装置を備えた内燃機関を用いることにより、内燃機関より排出されるＨＣを低減することが可能となる。以下、図１４を用いて説明する。
図１４(ａ)は、燃料噴霧の粒径と燃焼の安定性を維持したまま遅くできる（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。本実施の形態で得られる燃料噴霧の粒径は完全に気化した状態で内燃機関１の燃焼室２に供給するために、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。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管に排出することができる。つまり、図１４(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１４(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の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）２４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。
【００５３】
以上述べてきた燃料気化促進装置１００において、副通路７５内の伝熱面７６上に燃料液膜を分散させ、薄い液膜を形成する手段について述べてきたが、燃料液膜を伸展する手段としては、吸入空気を用いた手段や、伝熱面７６に微細な溝を形成することにより燃料と溝に働く表面張力を用いる手段のほかに、伝熱面に超親水性処理を施すことによっても本実施例と同様の効果が得られる。
【００５４】
上記の本発明に係る実施例によれば、伝熱面に付着した燃料噴霧と接する面との表面張力により、燃料噴霧が拡散するような凹凸形状を伝熱面に形成したり、伝熱部表面に超親水性処理を施すことにより、伝熱部表面に供給された燃料液膜の薄膜および均一分散が可能となる。また、伝熱面の凹凸形状により、伝熱面積の拡大と、燃料の気化効率の向上が図れ、結果的にヒータ枚数を削減でき、消費電力の低減、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なる。
【００５５】
また、燃料噴射弁の出口部で、噴射された燃料に第１の空気流（アシストエア）を合流させることにより、燃料噴霧の微粒化を高めると共に、燃料噴霧を下流方向に搬送する。第１の空気流を合流させた位置からさらに下流側で、第１の空気流によって搬送された燃料噴霧の外周であり円周上に配置された開口部の流速が一定となるように構成されたスクロール状の空気通路から均一に旋回をかけた第２の空気流を合流させ、伝熱部表面に均一に噴霧を衝突させる。燃料噴霧に合流する２つの空気流によって、より一層、燃料液膜の薄膜および均一分散が可能となる。
【００５６】
そして、ヒータによる燃料噴霧の気化効率向上を図ることにより、消費される電気的エネルギーを低減し、ヒータの信頼性および耐久性向上を図ることができる。また、低温始動時に噴霧の微粒化および気化促進を図り、燃料の吸気管内壁面付着を低減し、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。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、円筒状の伝熱部の表面に付着した燃料を円周上に均一に供給することが可能となり、伝熱部表面に供給された燃料液膜の薄膜および均一分散が可能となるので、燃料噴霧の気化促進が図れ、燃料噴霧の壁面付着を低減できる。これにより、内燃機関の始動性及び燃費の向上はもとより、排気浄化が改善できる。
【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】本発明に係る図１中に示した燃料気化促進装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る図２（ｂ）中に示した燃料気化促進装置Ｃ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明に係る図２（ｃ）中に示した燃料気化促進装置Ｄ−Ｄ断面図である。
【図５】本発明に係る図３中に示した燃料気化促進装置の伝熱面溝部拡大断面図である。
【図６】本発明に係る図５中に示した燃料気化促進装置の伝熱面溝部拡大断面図である。
【図７】燃料と溝部の接触長さと燃料液上昇および液断面積の関係を示す図である。
【図８】所定溝断面形状時の溝幅と燃料上昇高さの関係を示す図である。
【図９】伝熱面溝形状の効果を説明するための図である。
【図１０】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１１】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１２】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１３】燃料気化促進装置の取付け方法の実施例である。
【図１４】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１５】図６に図示した溝断面形状を曲線で結ばれた溝断面形状とした実施例を示す図である。
【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…第1の燃料噴射弁、13…第2の燃料噴射弁、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、75…副通路、76…伝熱面、77…ＰＴＣヒータ、201…溝。

Claims

燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を、燃料噴射弁の下流に設けた伝熱部へ衝突させて燃料を気化する燃料気化促進装置において、
前記伝熱部の表面を円筒状に形成し、円筒状を成す前記表面に軸流方向にほぼ直交する溝を形成し、前記伝熱部の内径を燃料が表面張力によって前記溝を重力方向に上昇できる高さよりも小さくしたこと特徴とする燃料気化促進装置。
請求項１に記載の燃料気化促進装置において、ｄを前記伝熱部内径、σを燃料の表面張力、ρを密度、ｇを重力加速度、Ｌｓを伝熱面と燃料の接触長さ、ｓを溝に貯えられた燃料断面積とするとき、ｄ、σ、ρ、ｇ、Ｌｓ及びＳの間に、ｄ＜（σ／（ρ・ｇ））・
（Ｌｓ／Ｓ）の関係が成立することを特徴とする燃料気化促進装置。
請求項１に記載の燃料気化促進装置において、前記伝熱部の表面に超親水性処理を施したことを特徴とする燃料気化促進装置。
請求項１に記載の燃料気化促進装置において、スロットルバルブが設けられた吸気管と、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に旋回空気を作用させる旋回空気供給ノズルとを備え、前記伝熱部を前記旋回ノズルの下流側に設け、前記伝熱部の下流側通路を前記吸気管の下流側通路に接続したことを特徴とする燃料気化促進装置。
請求項４に記載の燃料気化促進装置において、前記旋回空気供給ノズルの上流側に前記スロットルバルブ下流側の吸気管に燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に空気を作用させて微粒化を促進するエアアトマイザを設けたことを特徴とする燃料気化促進装置。