JP5287443B2

JP5287443B2 - エンジンの燃料噴射システム

Info

Publication number: JP5287443B2
Application number: JP2009093538A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本; 賢司五島; 健介柳川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: JP2010242654A

Description

本発明は、車両のエンジンに供給する燃料を噴射する燃料噴射システムに関するものである。

車両に搭載されるエンジンとして、吸気ポートに設けられたインジェクタから気筒内に向けて燃料が噴射される、いわゆる吸気管噴射型のものが知られている。このようなエンジンにおいては、噴射された燃料が充分に気化され、良好な混合気が形成されることが好ましい。

図４は従来のエンジンの給気系統の一例の説明図である。
１０２は吸気管噴射型のエンジンであり、エンジン１０２は一又は複数の気筒１０６を有している。気筒１０６に繋がる吸気ポートには、インジェクタ１２０が設けられている。インジェクタ１２０は燃料タンク１０８に蓄えられフィードポンプ１１０によって送られた液体の燃料を気筒１０６内に噴射するものである。

この種のエンジン１０２において、冷態始動時には、インジェクタ１２０の温度は低下しているため、噴射した燃料が充分に気化せず、その結果、インジェクタ１２０から噴射された燃料が未燃のまま気筒内に残留しやすくなり、エンジン１０２から多量のＨＣが排出されてしまうおそれがある。

そこで、特許文献１には、エンジンにより加温された温水を保温容器に貯留しておき、エンジンの冷態始動時に保温容器に貯留した温水を使用して燃料噴射弁の噴射部を通過する燃料を加熱して燃料の気化を促進する技術が開示されている。

特開２００１−１３２５７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、保温容器や保温容器に貯留した温水を燃料噴射弁の噴射部の加熱に使用するための配管などが必要であり設備が大型になる。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、設備の多大な大型化を引き起こさず、噴射される燃料の気化を促進し、エンジンの冷態始動時のＨＣの排出を低減することができるエンジンの燃料噴射システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、多気筒エンジンの各吸気ポートに設けられ各吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポートインジェクタと、これら各吸気ポートの上流側の集合部であるサージタンクに設けられ、該サージタンク内に燃料を噴射する集合部インジェクタと、該集合部インジェクタを保温する保温手段と、エンジンのキーオフ時に前記集合部インジェクタの保温手段へのエンジンを冷却した後の暖められた冷却水の供給を制御する冷却水流制御手段と、前記エンジンの冷態始動時からの経過期間を検出する期間検出手段と、前記集合部インジェクタを、前記期間検出手段により検出される経過期間が所定期間内にあるときに作動させ、所定時間経過後は前記集合部インジェクタの作動を停止して前記吸気ポートインジェクタを作動させる制御装置と、を備えることを特徴とする。

これにより、保温手段によって集合部インジェクタが保温される。集合部インジェクタが保温されることで、集合部インジェクタ内にある燃料も合わせて温度を維持することができ、冷態始動時においても噴射燃料の気化を促進し、ＨＣの排出を低減することができる。

さらに、集合部インジェクタは、多気筒エンジンの吸気ポートの上流側の集合部であるサージタンクに設けられ、該サージタンク内に燃料を噴射するものであるから、インジェクタを保温する保温手段を各吸気ポートインジェクタに必ずしも設ける必要はない。そのため、多気筒エンジンであっても、保温材で保温するインジェクタは気筒数より少なくすることができ、製造にかかるコストを低減するとともに設備の多大な大型化を引き起こさずに済む。しかし、各吸気ポートインジェクタに保温手段を設けることも勿論可能であり、この場合は燃料の気化を一層促進させることができる。
なお、吸気ポートの上流側の集合部に設ける集合部インジェクタは１つである必要はなく２つ以上設けることもできるが、製造コスト低減、設備の大型化抑制の観点からはより少ない方が好ましい。

また、前記保温手段は、前記集合部インジェクタの周りに配された蓄熱材と、前記エンジンの冷却水を前記蓄熱材へと導く冷却水通路と、を備える。
これにより、集合部インジェクタがエンジンからの熱が伝わりにくい位置にあっても、冷却水の熱を蓄熱材に伝えて蓄熱することができる。さらに、エンジンの熱を受けて昇温した冷却水の熱を蓄熱材で効率よく蓄熱することができる。

また、前記蓄熱材は、相変化時の熱を蓄熱する潜熱蓄熱材であることを特徴とする。
これにより、蓄熱材が相変化する温度で蓄熱することができるため、蓄熱温度の管理が容易となる。
ここで、相変化を伴う潜熱蓄熱材としては、相変化する温度（融点）が５０〜７０℃程度のものを使用することができ、例えばＮａＣＨ_３ＣＯＯ・３Ｈ_２Ｏ（融点５８℃）、ステアリン酸（融点７１℃）、セチルアルコール（融点５１℃）などを使用することができる。

また、前記集合部インジェクタ又は前記潜熱蓄熱材の温度を検出する温度検出手段と、前記冷却水通路内の冷却水の流通を制御する冷却水流制御手段と、を備え、前記冷却水流制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が前記潜熱蓄熱材の相変化温度に対応した所定温度よりも低い場合は、前記冷却水通路内の冷却水の流通を停止させ、前記温度検出手段の検出温度が前記所定温度以上である場合は、前記冷却水通路内に冷却水を流通させるよう制御することを特徴とする。

これにより、蓄熱材が相変化する温度に応じて、冷却水流を的確にコントロールすることができる。

また、前記エンジンの始動時からの経過期間を検出する期間検出手段を備え、前記集合部インジェクタは、前記期間検出手段により検出される経過期間が所定期間内にあるときに作動することを特徴とする。

ここで、前記所定期間としては、エンジン始動後、吸気ポートインジェクタから噴射される燃料が充分に気化される温度まで、吸気ポートインジェクタが温まったと判断できる期間を設定することができる。
これにより、エンジンの始動時には集合部インジェクタを用いることで、噴射燃料の気化を促進し、ＨＣの排出を低減することができる。さらに所定時間経過後には集合部インジェクタの作動を停止し、吸気ポートインジェクタに切り替えることで、吸気ポートごとに適切量の燃料噴射が可能となる。

また、前記冷却水通路の周りに断熱材が配されたことを特徴とする。
さらにまた、前記蓄熱材の周りに断熱材が配されたことを特徴とする。
冷却水通路の周りに断熱材を配することで、冷却水の熱が冷却水通路を通過している間にも保温される。したがって、冷却水の熱を集合部インジェクタの保温により効果的に使用することができる。
さらに、蓄熱材の周りに断熱材を配することで、蓄熱材に蓄えられた熱が冷却水通路側に伝達されにくくなる。そのため、蓄熱材に蓄えられた熱を効率的に集合部インジェクタに伝達することができる。
ここで、断熱材としては、カットした長繊維をウール状に解繊した後にニードリング加工を施しフェルト状にしたニードルマットやガラス繊維などを使用することができる。

以上記載のごとく本発明によれば、設備の多大な大型化を引き起こさず、噴射される燃料の気化を促進し、エンジンの冷態始動時のＨＣの排出を低減することができる。

実施例における燃料噴射システムを備えたエンジンの給気系統の説明図である。集合部インジェクタへの冷却水供給制御のフローチャートである。冷態状態でのエンジン始動時におけるインジェクタの動作の作動の判断をするフローチャートである。従来のエンジンの給気系統の一例の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本実施例の燃料噴射システムを備えたエンジンの給気系統の説明図である。
図１に基づき集合部インジェクタ及びエンジンの給気系統の構成について説明する。
２は吸気管噴射型のエンジンであり、エンジン２は複数の気筒６（図１には１つのみ図示）を有している。複数の気筒６はそれぞれ独立して吸気ポート５を介して集合部であるサージタンク１２に接続されている。複数の吸気ポート５にはそれぞれ吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポートインジェクタ４０が設けられている。また、サージタンク１２には集合部インジェクタ２０が設けられている。
集合部インジェクタ２０は、燃料タンク（不図示）に蓄えられフィードポンプ（不図示）によって送られた液体の燃料をサージタンク１２内に噴射するものであり、吸気ポートインジェクタ４０は同様の燃料を各吸気ポート５内に噴射するものである。

集合部インジェクタ２０はその外周を蓄熱材２２で覆われている。蓄熱材２２は、相変化時の熱を蓄熱する潜熱蓄熱材であって、相変化する温度（融点）が５０〜７０℃程度のものを使用することができ、例えばＮａＣＨ_３ＣＯＯ・３Ｈ_２Ｏ（融点５８℃）、ステアリン酸（融点７１℃）、セチルアルコール（融点５１℃）などを使用することができる。

蓄熱材２２の外周には、冷却水通路２８が設けられている。冷却水通路２８は、エンジン２を冷却した後の暖められた冷却水が流通する通路であり、冷却水通路２８内に前記冷却水を流通することで、冷却水の持つ熱を蓄熱材２２に伝達することができる。なお、冷却水通路２８には、バルブＶ１が設けられている。

さらに、冷却水通路２８の外周側は断熱材２４で覆われている。断熱材２４としては、ニードルマットやガラス繊維などを使用することができる。

また、集合部インジェクタ２０には、蓄熱材２２で覆われた部分の温度を検出する温度センサ２６が取り付けられている。温度センサ２６の検出値は、該検出値に基づいてバルブＶ１の開閉の制御を行う制御器３２に取り込まれる。

以上のように構成された集合部インジェクタの動作について図２及び図３を用いて説明する。
図２は、キーオフ時の集合部インジェクタへの冷却水供給制御のフローチャートである。
図２を用いてキーオフ時における集合部インジェクタへの冷却水供給制御について説明する。
エンジン停止のためにキーオフが行われると、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、キーオフ水温が所定値以上であるか否か判断する。ここでキーオフ水温とは、キーオフ時にバルブＶ１を開放した場合に蓄熱材２２の外周の冷却水通路２８に流入してくる冷却水温のことをいう。前記所定水温は、蓄熱材２２の相変化温度以上である必要があり、蓄熱材２２の相変化温度よりも１０℃程度高い温度とすることが好ましい。

ステップＳ１１でＮｏと判断されると、バルブＶ１を開放して蓄熱材２２の外周の冷却水通路２８に冷却水を流通しても蓄熱材２２への蓄熱効果が小さいため、キーオフ水温が所定水温以上となるまでステップＳ１１を繰り返す。

ステップＳ１１でＹｅｓと判断されると、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、温度センサ２６で検知した集合部インジェクタ２０の蓄熱材２２に覆われた部分の温度を制御器３２に取り込む。

ステップＳ１２が終了すると、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で取り込んだインジェクタ２０の温度が蓄熱材２２の相変化温度に対応した所定温度（相変化温度＋α）よりも低いか否かを判断する。ここでαとは０℃以上の温度をいい、１０℃程度であることが好ましい。

ステップＳ１３でＹｅｓと判断されると、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、制御器３２はバルブＶ１を閉止し、蓄熱材２２の外周の冷却水通路２８への冷却水の流通を停止する。これは、蓄熱材２２に充分の熱が蓄熱されているためである。
ステップＳ１４が終了すると、ステップＳ１１に戻る。

一方、ステップＳ１３でＮｏと判断されると、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５では、制御器３２はバルブＶ１を開放し、蓄熱材２２の外周の冷却水通路２８へエンジン２を冷却した後の暖められた冷却水を流通する。これにより、冷却水通路２８内を流通する冷却水の熱が、蓄熱材２２に蓄熱される。
ステップＳ１５が終了すると、ステップＳ１１に戻る。

このようにして、図２に示したステップＳ１１〜ステップＳ１５を繰り返すことで、冷却水の熱が蓄熱材２２に蓄熱され、集合部インジェクタ２０を保温することができる。

次に、冷態状態でのエンジン始動時における集合部インジェクタの作動について図３を用いて説明する。
図３は、冷態状態でのエンジン始動時における保温インジェクタの動作の作動の判断をするフローチャートである。
エンジン２が始動すると、ステップＳ１に進む。
ステップＳ１では、制御装置４０でエンジン２の始動から所定時間内であるかどうか判断する。
ここで、前記所定期間としては、エンジン２の始動後、吸気ポートインジェクタ４０から噴射される燃料が充分に気化される温度まで、吸気ポートインジェクタ４０が温まったと判断できる期間を設定することができる。

ステップＳ１でＹｅｓと判断されると、制御装置４０で集合部インジェクタ２０を作動する制御を行う。ここで、集合部インジェクタ２０を作動する制御とは、集合部インジェクタ２０に燃料を供給することをいう。

ステップＳ２が終わるとリターンしてステップＳ１に戻り、ステップＳ１でＮｏと判断される、即ち所定時間経過するまでステップＳ１、Ｓ２を繰り返す。

ステップＳ１とステップＳ２を繰り返し、所定時間経過後は、吸気ポートインジェクタ４０から燃料を吸気ポート５内に噴射するとともに、集合部インジェクタ２０の作動を停止する。
このようにして、冷態状態でのエンジン始動時には、蓄熱材２２に蓄熱された熱で保温された集合部インジェクタ２０から燃料が噴射されるため噴射燃料の気化が促進される。また、所定時間経過し吸気ポートインジェクタ４０から噴射される燃料が充分に気化される温度まで、吸気ポートインジェクタ４０が温まってからは蓄熱材２２で保温されていない吸気ポート４０から燃料を噴射しても噴射燃料は充分に気化される。

以上のような集合部インジェクタ２０を用いることにより、蓄熱材２２に蓄熱された熱により集合部インジェクタ２０が保温される。集合部インジェクタ２０が保温されることで、集合部インジェクタ２０内にある燃料も合わせて温度を維持することができ、冷態始動時においても噴射燃料の気化を促進し、ＨＣの排出を低減することができる。

さらに、サージタンク１２に取り付けた集合部インジェクタ２０を蓄熱材２２で覆うことで、多気筒エンジンであっても、吸気ポートインジェクタ４０を必ずしも蓄熱材で覆う必要がない。そのため、蓄熱材で覆うインジェクタは気筒数より少なくすることができ、製造にかかるコストを低減することができる。

また、蓄熱材２２が相変化する温度で蓄熱することができるため、蓄熱温度の管理が容易である。また、バルブＶ１を設けの開閉を制御器３２を用いて制御することで蓄熱材２２が相変化する温度に応じて、冷却水流を的確にコントロールすることができる。

なお、吸気ポートインジェクタ４０は必ずしも蓄熱材で覆う必要はない。これは、エンジンの始動時から所定時間経過までは、より上流側であるインジェクタ２０から噴霧される燃料がほとんど気化しており、例えインジェクタ４０から気筒６内に噴射された燃料の気化率が低くてもエンジン２に供給される燃料全体では気化率が高くなり、エンジンの始動時から所定時間経過後は、エンジンが充分に温まっており、エンジンの熱により吸気ポートインジェクタ４０から噴射される燃料の気化が促進されるためである。

設備の多大な大型化を引き起こさず、噴射される燃料の気化を促進し、エンジンの冷態始動時のＨＣの排出を低減するエンジンの燃料噴射装置システムとして利用することができる。

２エンジン
５吸気ポート
６気筒
１２サージタンク
２０集合部インジェクタ
２２蓄熱材
２４断熱材
２６温度センサ
２８冷却水通路
４０吸気ポートインジェクタ
Ｖ１バルブ

Claims

多気筒エンジンの各吸気ポートに設けられ各吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポートインジェクタと、
これら各吸気ポートの上流側の集合部であるサージタンクに設けられ、該サージタンク内に燃料を噴射する集合部インジェクタと、
該集合部インジェクタを保温する保温手段と、
エンジンのキーオフ時に前記集合部インジェクタの保温手段へエンジンを冷却した後の暖められた冷却水の供給を制御する冷却水流制御手段と、
前記エンジンの冷態始動時からの経過期間を検出する期間検出手段と、
前記集合部インジェクタを、前記期間検出手段により検出される経過期間が所定期間内にあるときに作動させ、所定時間経過後は前記集合部インジェクタの作動を停止して前記吸気ポートインジェクタを作動させる制御装置と、を備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射システム。
前記保温手段は、
前記集合部インジェクタの周りに配された蓄熱材と、
前記エンジンの冷却水を前記蓄熱材へと導く冷却水通路と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射システム。
前記蓄熱材は、相変化時の熱を蓄熱する潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項２記載のエンジンの燃料噴射システム。
前記集合部インジェクタ又は前記潜熱蓄熱材の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記冷却水流制御手段は、
前記温度検出手段の検出温度が前記潜熱蓄熱材の相変化温度に対応した所定温度よりも低い場合は、前記冷却水通路内の冷却水の流通を停止させ、
前記温度検出手段の検出温度が前記所定温度以上である場合は、前記冷却水通路内に冷却水を流通させるよう制御することを特徴とする請求項３記載のエンジンの燃料噴射システム。
前記冷却水通路の周りに断熱材が配されたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射システム。
前記蓄熱材の周りに断熱材が配されたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射システム。