JP7507839B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料供給装置に関する。
従来、気候変動の緩和または影響軽減を目的とした取り組みが継続され、この実現に向けて二酸化炭素の排出量低減に関する研究開発が行われている。
例えば特許文献1においては、アルコール燃料を含有する燃料で運転される内燃エンジンにおいて、低温時の始動性を確保するために、インジェクタの上流側に溜まっている燃料をヒータ部によって加熱する構造が開示されている。
特許第4834728号公報
ところで、二酸化炭素の排出量低減のために上記従来技術を適用した場合、ヒータ部の加熱開始からインジェクタの上流側に溜まっている燃料が十分温まり切るまでの時間は、短い方が使い勝手が良い。しかし、燃料撹拌デバイスがない場合、特にエンジンの冷間始動時には、インジェクタの上流側に溜めた燃料に流れが無く、この燃料を満遍なく温めるには、ヒータ部の加熱により燃料の自然対流を発生させた熱伝達に期待せざるを得ず、より効率的な対流促進手法が望まれる。
そこで本発明は、インジェクタに供給する燃料を加熱する燃料供給装置において、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することを目的とする。そして、延いては気候変動の緩和または影響軽減に寄与するものである。
上記課題の解決手段として、本発明の第一の態様は、内燃機関(10)に接続され、内部に吸気通路(TA)を形成する吸気通路形成部(36)と、前記吸気通路形成部(36)に接続され、前記吸気通路(TA)内に燃料を噴射するインジェクタ(40)と、前記インジェクタ(40)の上流側に接続され、前記インジェクタ(40)に供給する燃料を溜める燃料チャンバ部(50)と、前記燃料チャンバ部(50)内に配置され、前記燃料チャンバ部(50)内に溜めた燃料を加熱するヒータ部(62)と、を備える燃料供給装置において、前記燃料チャンバ部(50)内には、前記燃料チャンバ部(50)の内部空間(T3)を、水平方向で前記ヒータ部(62)に近い第一領域(K1)と前記ヒータ部(62)から遠い第二領域(K2)とに分ける隔壁部(71)を備えている。
この構成によれば、燃料チャンバ部の内部空間を、水平方向でヒータ部に近い第一領域とヒータ部から遠い第二領域とに仕切る隔壁部を備えることで、以下の作用がある。すなわち、ヒータ部に比較的近い第一領域においてヒータ部によって温められた燃料が上方に移動する流れ(上昇流)と、ヒータ部から比較的遠い第二領域において燃料が下方に戻される流れ(下降流)と、が互いに干渉し難くなる。これにより、燃料チャンバ部内で自然対流による循環流の発生を促進させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第二の態様は、上記第一の態様において、前記燃料チャンバ部(50)は、前記第一領域(K1)および前記第二領域(K2)の鉛直方向の上部同士を連通させる上部連通部(72)と、前記第一領域(K1)および前記第二領域(K2)の鉛直方向の下部同士を連通させる下部連通部(73)と、を備えている。
この構成によれば、水平方向でヒータ部に近い第一領域とヒータ部から遠い第二領域とを、上部連通部および下部連通部において互いに連通させることで、以下の作用がある。すなわち、第一領域で上昇流となった燃料は、上部連通部から第二領域に移動して第二領域で下降流となり、その後に下部連通部から第一領域K1に移動して再び上昇流となる。このように、燃料チャンバ部50内で効率よく循環流を発生させ、燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第三の態様は、上記第一又は第二の態様において、前記ヒータ部(62)は、長手方向に延びる形状を有し、前記隔壁部(71)は、前記長手方向に沿って延びるように配置されている。
この構成によれば、ヒータ部の長手方向に沿うように隔壁部が延びることで、ヒータ部の長手方向の広範囲に渡って、燃料チャンバ部の内部空間を第一領域と第二領域とに分けることが可能となる。これにより、ヒータ部の長さを利用して燃料を効率よく加熱し、自然対流による循環流を促進させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第四の態様は、上記第三の態様において、前記ヒータ部(62)の長手方向は、鉛直成分を有している。
この構成によれば、ヒータ部の長手方向が鉛直成分を有する(鉛直方向を指向する)ことで、隔壁部も鉛直成分を有して延びることとなる。これにより、燃料の自然対流による流れは、ヒータ部および隔壁部の長手方向に沿って生じやすくなり、ヒータ部の長さを利用して燃料の流速を高めやすくなる。これにより、自然対流による循環流をより促進させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第五の態様は、上記第一から第四の態様の何れか一つにおいて、前記ヒータ部(62)は、前記燃料チャンバ部(50)における前記インジェクタ(40)と反対側に接続されたヒータ本体部(61)に設けられ、前記隔壁部(71)は、前記インジェクタ(40)、前記ヒータ本体部(61)および前記燃料チャンバ部(50)とは別体の隔壁部材(70)で構成され、前記隔壁部材(70)は、前記ヒータ本体部(61)と前記燃料チャンバ部(50)との間に挟持されて保持されている。
この構成によれば、ヒータ本体部と燃料チャンバ部との間に隔壁部材の被保持部を挟持して保持することで、簡単な構成で隔壁部を燃料チャンバ部内に固定し、自然対流による循環流を促進させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第六の態様は、上記第一から第五の態様の何れか一つにおいて、前記隔壁部(71)は、前記ヒータ部(62)の周囲を囲繞するように配置された筒形状である。
この構成によれば、隔壁部がヒータ部の周囲を囲繞する筒形状であることで、隔壁部をヒータ部の全周に渡って配置することができる。これにより、ヒータ部の周囲(第一領域)の燃料を効率よく加熱して循環流を促進させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第七の態様は、上記第六の態様において、前記ヒータ部(62)と前記隔壁部(71’)との間の前記第一領域(K1)は、前記隔壁部(71)の軸方向で上方に向かうほど広くなるように設定されている。
この構成によれば、ヒータ部に近い第一領域が上方に向かうほど広がるように設定されることで、燃料がヒータ部に温められて熱膨張したり気泡を含んだりした場合でも、燃料がスムーズに上方に流れる。これにより、燃料の循環流を効果よく発生させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の第八の態様は、上記第七の態様において、前記ヒータ部(62)と前記隔壁部(71’)との間の径方向の距離(L2)は、前記隔壁部(71’)の軸方向で上方に向かうほど長くなるように設定されている。
この構成によれば、ヒータ部と隔壁部との間の距離が上方に向かうほど長くなるように設定されることで、ヒータ部に温められた燃料がスムーズに上方に流れる。これにより、燃料の循環流を効果よく発生させ、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明によれば、インジェクタに供給する燃料を加熱する燃料供給装置において、燃料チャンバ部内の燃料を素早く加熱することができる。
本発明の実施形態における自動二輪車の右側面図である。 図1の要部拡大図である。 上記自動二輪車の吸気通路部品周辺の上面図である。 図3から一部の部品を無くした上面図である。 上記吸気通路部品に取り付けられるインジェクタ、燃料チャンバ部およびヒータ装置の斜視図である。 上記インジェクタおよび燃料チャンバ部の各中心軸線に沿う断面図である。 図6のVII-VII断面図である。 上記燃料チャンバ部が軸方向を鉛直方向に沿わせて配置された例を示す断面図である。 図8のIX-IX断面図である。 実施形態の第一の変形例を示す図8に相当する断面図である。 実施形態の第二の変形例を示す図9に相当する断面図である。 実施形態の第三の変形例を示す図6に相当する断面図である。 上記燃料チャンバ部が軸方向を水平方向に沿わせて配置された例を示す断面図である。 図13の軸方向に直交する断面図である。 図14の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ以下に説明する車両における向きと同一とする。また以下の説明に用いる図中適所には、車両前方を示す矢印FR、車両左方を示す矢印LH、車両上方を示す矢印UP、車体左右中心を示す線CLが示されている。
<車両全体>
図1に示すように、本実施形態は、鞍乗り型車両である自動二輪車1に適用される。自動二輪車1の前輪2は、左右一対のフロントフォーク3の下端部に支持されている。左右フロントフォーク3の上部は、ステアリングステム4を介して車体フレーム20の前端部のヘッドパイプ21に支持されている。ステアリングステム4の上部には、操向用のバーハンドル6が取り付けられている。
自動二輪車1の後輪7は、スイングアーム8の後端部に支持されている。スイングアーム8の前端部は、車体フレーム20の前後中間部のピボットフレーム23に支持されている。なお、本実施形態で用いる「中間」とは、対象の両端間の中央のみならず、対象の両端間の内側の範囲を含む意とする。後輪7は、自動二輪車1のパワーユニットPUに対し、例えば車体後部左側に配置されたチェーン式の伝動機構を介して連結されている。
パワーユニットPUは、自動二輪車1の原動機であるエンジン(内燃機関)10と、エンジン10の出力を断接、変速するクラッチ及びトランスミッション(何れも不図示)と、を含む一体のユニットであり、車体フレーム20に固定的に支持されている。
エンジン10は、クランクケース11の前部上方にシリンダ12を起立させている。シリンダ12の後部には、吸気通路部品32が接続されている。シリンダ12の前部には、排気管14が接続されている。排気管14は、エンジン10の前方から下方を通って例えば右後方に取り回され、車体後部右側に配置された排気マフラー14aに接続されている。
エンジン10の上方には、エンジン10に供給する燃料を貯留する燃料タンク15が配置されている。燃料タンク15の後方には、運転者および後部同乗者が着座するシート16が配置されている。車体下部両側には、運転者の足を載せる左右一対のメインステップ17、および後部同乗者用が足を載せる左右一対のピリオンステップ18がそれぞれ配置されている。
<車体フレーム>
図1を参照し、車体フレーム20は、複数種の鋼材を溶接等により一体結合して構成されている。
車体フレーム20は、車体左右中央に軸心を配置する単一のヘッドパイプ21と、ヘッドパイプ21の上部から後下方へ車体左右中央に沿って延びる単一のメインフレーム22と、メインフレーム22の後下端部から相対的に急傾斜をなして後下方へ車体左右中央に沿って延びる単一のピボットフレーム23と、ヘッドパイプ21の下部から後下方へメインフレーム22よりも急傾斜をなして車体左右中央に沿って延びる単一のダウンフレーム27と、を備えている。
また、車体フレーム20は、メインフレーム22の後部に前端部が接合されるとともにこの前端部から後方へ略水平に延びる左右一対のシートレール25と、ピボットフレーム23の上下中間部に前端部が接合されるとともにこの前端部から上後方へ後上がりに延びる左右一対のサポートフレーム26と、を備えている。左右サポートフレーム26の後端部は、それぞれ左右シートレール25の前後中間部に下方から接合されている。
メインフレーム22、ピボットフレーム23、ダウンフレーム27および左右シートレール25は、それぞれ鋼板にプレス加工を施して形成されたプレスフレーム体を組み合わせて構成されている。
図3を参照し、メインフレーム22は、左右一対のメインプレスフレーム体22L,22Rを一体に接合して構成されている。左右メインプレスフレーム体22L,22Rは、それぞれ一体の鋼板プレス成型部品であり、それぞれ車幅方向外側(左右方向外側)に膨出する膨出形状を有している。前記膨出形状の両端からは、それぞれ接合フランジ22bが屈曲して延びている。これら接合フランジ22bを車幅方向で互いに当接させて、スポット溶接等で一体に接合することで、左右の膨出形状を対向させた閉断面構造を持つ一体のメインフレーム22が構成されている。
ピボットフレーム23、ダウンフレーム27および左右シートレール25も概ね同様の閉断面構造を有しており、詳細説明は省略する。サポートフレーム26は例えば角鋼管で構成されている。
車体フレーム20は、プレスフレーム体を組み合わせたものに限らず、鋼管を組み合わせたものでもよい。ダウンフレーム27は、単一のものに限らず、左右一対のものでもよい。
<エンジン>
図1、図2を参照し、エンジン10は、クランクシャフト(不図示)の回転中心軸線(クランク軸線)を左右方向(車幅方向)に沿わせた空冷単気筒エンジンである。エンジン10は、クランクケース11の前部上端にシリンダ12を前傾姿勢で起立させている。エンジン10は、ガソリンの他に、エタノール又はガソリンとエタノールとの混合燃料(以下、エタノール燃料と総称する。)を用いて運転可能である。すなわち、自動二輪車1は、複数種の燃料による走行が可能なフレキシブル・フューエル・モーターサイクル(FFM)である。
シリンダ12は、クランクケース11側から順に、シリンダ本体12a、シリンダヘッド12b及びヘッドカバー12cを有している。シリンダ本体12a内にはピストン(不図示)が嵌装され、このピストンの往復動がクランクケース11内のクランクシャフトの回転動に変換される。クランクシャフトの回転動力は、クランクケース11後部内のクラッチ及びトランスミッション(何れも不図示)を介して、クランクケース11後部左側に出力される。出力された回転動力は、チェーン式伝動機構を介して後輪7に伝達される。
シリンダヘッド12bの後部(吸気側)には、スロットルボディ33を含む吸気通路部品32の下流端が接続されている。図中符号34は吸気通路部品32の上流端が接続されるエアクリーナボックス、符号35はスロットルボディ33とエアクリーナボックス34とを接続するコネクティングチューブ、符号36はスロットルボディ33とシリンダヘッド12bとを接続する吸気管部材、をそれぞれ示す。コネクティングチューブ35および吸気管部材36は吸気通路部品32に含まれる。
エアクリーナボックス34は、ピボットフレーム23、シートレール25およびサポートフレーム26で囲まれた側面視三角形状の領域R1(図1参照)内に配置されている。領域R1の車幅方向外側は、車体カバーとしてのサイドカバー19で覆われている。
<燃料供給装置>
ここで、自動二輪車1は、燃料タンク15、燃料ポンプ(不図示)、燃料ホース(不図示)、インジェクタ(燃料噴射弁)40等を含んで燃料供給装置を構成している。
図1、図2、図6を参照し、燃料タンク15の燃料は、例えば燃料タンク15内に配置した燃料ポンプに吸入され、下流側へ吐出される。燃料ポンプから吐出された燃料は、インジェクタ40に連なる燃料チャンバ部50のチャンバ室T3内に供給される。チャンバ室T3にはヒータ部62が臨んでおり、チャンバ室T3内に溜めた燃料を加熱可能である。
インジェクタ40は、ECU(Electric Control Unit)に作動制御され、スロットルセンサ等の出力に応じて吸気通路部品32内へ燃料を噴射する。
図3、図4を併せて参照し、スロットルボディ33を含む吸気通路部品32は、車体左右中央CLに対して全体的に左右一側(実施形態では右側)に偏って配置されている。
図4~図6を参照し、シリンダヘッド12bの後部には、吸気ポートのシリンダ外部への開口(外部開口38)を形成するポート開口部37が備えられている。ポート開口部37は、法線方向L1(法線L1に沿う方向)が後方かつ車幅方向外側に向けて傾斜した平面S1と、平面S1に沿う外部開口38と、を形成している。吸気ポートの外部開口38は、法線方向L1に向けて(後方かつ車幅方向外側に向けて)斜めに開口している。
ポート開口部37には、吸気管部材36の前端部(下流端部)が固定されている。吸気管部材36は、概ねポート開口部37の前記平面S1の法線方向L1に沿って後方に延びる第一吸気通路T1を形成している。詳細には、第一吸気通路T1は、車両上面視(以下、単に上面視という。)では吸気ポートの前記平面S1の法線方向L1に向けて、車両前後方向に対して傾斜して直線状に延びている。第一吸気通路T1は、側面視では車両前後方向に対して後上がりに傾斜して略直線状(詳細には僅かに上方に凸の湾曲状)に延びている。吸気管部材36は、外部開口38を挟んで配置された一対の締結部39によって、ポート開口部37に固定されている。
図2~図4を参照し、吸気管部材36の後端部(上流端部)には、スロットルボディ33の前端部(下流端部)が接続されている。スロットルボディ33の筒状の本体33aは、吸気管部材36の第一吸気通路T1の上流側に直線状に連なる第二吸気通路T2を形成している。スロットルボディ33内の第二吸気通路T2の中心軸線(ボア中心軸線33c)は、側面視ではやや後上がりに傾斜して直線状に後方へ延び、上面視では吸気ポートの前記平面S1の法線方向L1と同様、後方かつ車幅方向外側に傾斜して後方へ延びている。スロットルボディ33の上面部には、例えばIACV(Idle Air Control Valve)等の吸気系部品33gが配置されている。
スロットルボディ33の本体33a内には、スロットル弁としてのバタフライバルブ33dが回動可能に支持されている。バタフライバルブ33dの回動中心軸線33d1は、略水平に配置され、かつボア中心軸線33cと直交して配置されている。バルブ回動軸の一端部(右端部)は本体33aの外部に突出し、この突出部にプーリー33eが一体回転可能に取り付けられ、このプーリー33eが操作ケーブル33fによって駆動される。
以下、吸気通路部品32全体で形成する吸気通路(第一吸気通路T1および第二吸気通路T2を含む)を吸気通路TAと称する(図1参照)。図2中線33vは、回動中心軸線33d1およびボア中心軸線33cと直交する直線であり、この直線33vに沿う方向を直交方向33vと称する。
<インジェクタ>
図5、図6を参照し、吸気管部材36の前部上側には、インジェクタ40が取り付けられている。
インジェクタ40は、筒状のインジェクタボディ41と、インジェクタボディ41内に収容される弁部(不図示)と、弁部を駆動する電磁駆動部(不図示)と、を備えている。
インジェクタボディ41は、内部に燃料を流通させる燃料流路を形成している。燃料流路には、弁部およびリターンスプリング(不図示)が設けられている。弁部は、リターンスプリングから付与された付勢力によって、燃料流路を閉塞させる。この結果、インジェクタ40は閉弁される。
電磁駆動部は、インジェクタボディ41に設けられて磁気回路を形成する。電磁駆動部は、弁部をリターンスプリングの付勢力に抗してインジェクタボディ41の軸方向に駆動させ、燃料流路を開放させる。この結果、インジェクタ40が開弁され、インジェクタボディ41先端の噴射口42から第一吸気通路T1内へ燃料が噴射される。インジェクタボディ41の外周部には、弁駆動用の給電ハーネスを接続するためのカプラ43が突設されている。カプラ43は、左右一側(右側、吸気通路部品32のオフセット方向)に突出している。
インジェクタ40は、その長手方向(インジェクタボディ41の長手方向)に沿う中心軸線C1が、後側(上流側)ほど上方に位置するように(吸気管部材36およびスロットルボディ33から離れるように)傾斜して配置されている。以下、インジェクタ40の長手方向を第一長手方向、インジェクタ40の中心軸線C1を第一中心軸線C1という。インジェクタ40の上後側(噴射口42と反対側)は、インジェクタ40の上流側に相当する。
インジェクタ40の第一長手方向で後方への延長部分には、インジェクタ40への供給燃料を溜める燃料チャンバ部50と、燃料チャンバ部50内の燃料を加熱(昇温)するヒータ装置60と、が設けられている。燃料チャンバ部50とヒータ装置60とを含んで、インジェクタ40に供給する燃料を昇温させる昇温部65が構成されている。
燃料チャンバ部50は、チャンバケース51を備えている。チャンバケース51は、上後方に開放した円筒状をなし、内部空間としてチャンバ室T3を形成する。チャンバケース51の外周壁52の軸方向中間部(中央に限らない)の外周には、燃料ホースを接続するためのノズル53が突設されている。ノズル53は、燃料チャンバ部50から左右他側(左側、吸気通路部品32のオフセット方向と反対側)に突出し、燃料ホース(不図示)は、左右他側に延びながら燃料ポンプに接続される。
チャンバケース51の下前部には、インジェクタボディ41の上後部が嵌め込まれて接続されている。チャンバケース51の上後方には、外周壁52を段差状に拡径させた拡径部57が連なっている。拡径部57は、チャンバケース51と同軸で上後方に開放した円筒状をなしている。拡径部57の上後端には、軸方向で上後方に開放する開口部54が形成されている。拡径部57には、開口部54からヒータ装置60の本体部(ヒータ本体部)61が嵌め込まれて収容されている。開口部54は、ヒータ本体部61が嵌め込まれることで閉塞されている。図中符号58はヒータ本体部61の外周溝61aに装着されたシール部材(Oリング)を示す。
拡径部57には、例えば径方向外側からクリップ部材59が差し込まれ、このクリップ部材59によって、開口部54ひいては拡径部57からヒータ本体部61が抜け出ることが規制される(抜け止めがなされる)。クリップ部材59は、ヒータ本体部61の第二外周溝61bに係合されている。クリップ部材59は、ヒータ本体部61を下前方(インジェクタ40側)に付勢している。チャンバケース51内において、拡径部57とチャンバケース51との間には、軸方向と直交する平面状の段差部57aが形成されている。この段差部57aとヒータ本体部61との間に、後述する隔壁部材70のフランジ部75が挟持されている。
ヒータ装置60は、ヒータ本体部61からチャンバ室T3内へ、棒状のヒータ部62を突出させている。ヒータ部62は、チャンバケース51と同軸に配置されている。ヒータ本体部61の上後端には、ヒータ作動用の給電ハーネスを接続するためのカプラ63が突設されている。
燃料ホースから供給された燃料は、チャンバ室T3内に供給されて溜められ、ヒータ部62の発熱によって昇温される。
図7~図9を併せて参照し、チャンバケース51の内部空間(チャンバ室T3)は、丸棒状(円柱状)のヒータ部62の外周を囲う円筒状の隔壁部71によって、ヒータ部62に近い第一領域K1とヒータ部62から遠い第二領域K2とに仕切られる。第一領域K1と第二領域K2とは、隔壁部材70の上部および下部にそれぞれ形成された上部開口72および下部開口73において互いに連通している。ヒータ部62に近い第一領域K1の燃料は、ヒータ部62に直に接することもあり、第二領域K2の燃料よりも温まりやすい。第一領域K1の燃料は、第二領域K2の燃料よりも密度が減少して浮力が生じ、第一領域K1において上昇流を発生させる(自然対流)。図8は、説明都合上、燃料チャンバ部50が長手方向(軸方向)を鉛直方向に沿わせて配置された例を示す。
図5、図6を参照し、鉛直方向に対して傾斜したチャンバ室T3内において、燃料の上昇流は、部分的には鉛直方向に沿う流れとなるが、チャンバ室T3全体で見ると、鉛直方向に対して傾斜したヒータ部62、隔壁部71およびチャンバケース51の軸方向に沿う流れとなる。このとき、隔壁部71による煙突効果により、第一領域K1の上部に至った燃料は、上部開口72から第二領域K2に排出され、第一領域K1の下部では、下部開口73から第二領域K2内の燃料が取り入れられる。第二領域K2では、燃料の下降流が生じ、第一領域K1の上昇流と合わせて、チャンバ室T3内に燃料の循環流が生じる(図8中矢印F1参照)。チャンバ室T3内において、燃料の上昇流と下降流とを隔壁部71で仕切ることで、上昇流と下降流とが互いにぶつかり合わず、燃料の循環がスムーズになされる。これにより、燃料を規定温度まで加熱する際の加熱時間の短縮が図られる。隔壁部71は、チャンバケース51内の流れを変換して整える整流板として機能する。
規定温度まで昇温された燃料は、インジェクタ40のインジェクタボディ41内に至り、弁部の駆動によって噴射口42から吸気通路TA内に噴射される。
エタノール燃料エンジン10においては、冷間時の始動性を向上させるために、および排ガス中に含まれる有害成分を低減するために、加熱した燃料を吸気通路TAに噴射し、噴射燃料の気化を促進させることが有効である。
以下、燃料チャンバ部50の長手方向(チャンバケース51およびヒータ部62の長手方向(軸方向))を第二長手方向、燃料チャンバ部50の中心軸線(チャンバケース51およびヒータ部62に共通の中心軸線)を第二中心軸線C2という。チャンバケース51およびヒータ部62の各長手方向は互いに平行であり、チャンバケース51およびヒータ部62の各中心軸線は互いに一致している。なお、チャンバケース51およびヒータ部62の各長手方向が互いに非平行であったり、チャンバケース51およびヒータ部62の各中心軸線が互いにずれて配置されたりしてもよい。
燃料チャンバ部50は、インジェクタ40に対して軸方向を傾斜させて配置されている。燃料チャンバ部50の第二中心軸線C2とインジェクタ40の第一中心軸線C1とは、燃料チャンバ部50とインジェクタ40との接続部分Jにおいて互いに交差しているが、必ずしも交差する必要はない。
インジェクタ40の第一中心軸線C1は、後上がりに傾斜しており、吸気通路TAの中心軸線(この場合はボア中心軸線33c)に近づくように後方に傾斜している。
燃料チャンバ部50の第二中心軸線C2は、第一中心軸線C1と同様、後上がりに傾斜しており、吸気通路TAの中心軸線(この場合はボア中心軸線33c)に近づくように後方に傾斜している。
第二中心軸線C2は、第一中心軸線C1に対して、後側ほどスロットルボディ33から離れるように(インジェクタ40よりも燃料チャンバ部50が後上がりとなるように)傾斜している。
図2を参照し、ヒータ装置60および燃料チャンバ部50は、インジェクタ40に対して鉛直方向寄りに起立した配置である。このため、シリンダ12周りを通過して昇温した走行風が燃料チャンバ部50に当たりやすく、その結果、燃料チャンバ部50内に溜めた燃料を温めやすく、車両走行中にもヒータ電力を抑えながら燃料を温めることができる。
ここで、ヒータ装置60の作動について説明する。
車両を駐停車してエンジン10の駆動を止めている場合、エンジン10は冷えており、燃料供給装置内の燃料も冷えている。吸気通路TAに噴射する燃料の気化を促進するためには、ヒータ装置60による燃料の昇温をエンジン10の始動前に行う必要がある。ヒータ装置60による燃料の昇温開始のタイミングとしては、例えばエンジン10を停止して駐停車状態にある車両のメインスイッチがオンになったタイミングが好適である。
ヒータ装置60による燃料の昇温は、例えばヒータ装置60の作動がオンになったタイミングから開始される。ヒータ装置60の制御部は、ヒータ装置60のオンとともにタイマーを作動させ、規定時間の経過後にヒータ装置60をオフにする。その後、エンジン10の始動(スタータ駆動)が可能となる。このとき、インジケータランプを点灯させる等により、エンジン始動が可能になったことをユーザーに告知してもよい。
ヒータオンの継続時間は、例えば外気温や機関温度に応じて変動させてもよい。このときの温度検知は、例えば既存の吸気温センサ、油温センサ、等の検知情報を利用することができる。また、燃料チャンバ部50に温度センサを設置し、チャンバ室T3内の燃料の温度を直接検知することもできる。ヒータオンの継続時間に加え(又は継続時間に替わり)、ヒータ装置60の出力を変動させてもよい。
本実施形態は、燃料を加熱し始めて所定の条件が揃えば(例えば所定時間の経過等)、ヒータオフとするものであるが、車両走行中での燃料の気化を促進するためにも、ヒータオンによる加熱を継続するものであってもよい。なお、本実施形態では、燃料チャンバ部50に、エンジン10の周囲を流れて熱を帯びた走行風が当たりやすい構造であるので、ヒータオンを継続する際の電力量を抑えることに寄与する。
図5を参照し、チャンバケース51の外周壁52の前端側の外周には、左右方向外側に延びる板状のリブ55が一体形成されている。各リブ55は、チャンバケース51の前端部からインジェクタ40のインジェクタボディ41の後端部に渡る範囲に設けられ、燃料チャンバ部50およびインジェクタ40の接続部分Jを補強するとともに、チャンバケース51の外表面積を実質的に増やし、エンジン熱を受熱しやすくしている。
チャンバケース51には、燃料チャンバ部50を通路部材に固定するための固定部56が一体形成されている。固定部56は、左右一側(右側)のリブ55の先端部からリブ55を延長するように前方へ延びるアーム部56a(図6参照)と、アーム部56aの先端部に形成される締結ボス56bと、を備えている。リブ55を延長した固定部56を備えることで、チャンバケース51の外表面積をより一層増やしてエンジン熱を受熱しやすくしている。
固定部56が吸気管部材36に締結されることで、燃料チャンバ部50が吸気管部材36に固定されるとともに、燃料チャンバ部50に上流側から押さえ込まれる形で、インジェクタ40が吸気管部材36に固定される。このような固定部56を備える燃料チャンバ部50は、インジェクタ40の固定部材を兼ねている。
図6~図9を参照し、隔壁部材70は、円柱状のヒータ部62と同軸の円筒状の隔壁部71と、隔壁部71の軸方向と直交する平板状をなし、隔壁部71の上端部から径方向外側に広がるように形成されるフランジ部75と、隔壁部71の下端部を閉塞するように形成される底壁部74と、を備えている。
隔壁部71は、ヒータ部62の軸方向の全長よりも長い円筒状をなしている。隔壁部71は、円筒状に限らず、例えば任意の断面形状の筒部材であってもよい。また、隔壁部71は、筒部材に限らず、例えばヒータ部62の周囲に配置された板部材等で構成されてもよい。
フランジ部75は、例えば隔壁部71と同軸の円板状であり、ヒータ本体部61とチャンバケース51との間に挟持される。フランジ部75は、ヒータ装置60とチャンバケース51との間に挟持可能であれば、その形状は円板状に限らない。
底壁部74は、例えば隔壁部71と直交する平板状(円板状)であり、その中央部に下部開口73が形成されている。底壁部74は、例えば半球状(膨出形状)にする等、その形状は平板状(円板状)に限らない。
隔壁部材70は、例えばプレス成形又は液圧成形等により、鋼板に軸方向の絞り加工を施して一体形成されている。
燃料チャンバ部50の水平面に沿う断面(図7参照)において、燃料チャンバ部50の内部空間(チャンバ室T3)は、円筒状の隔壁部71によって、ヒータ部62に近い第一領域K1とヒータ部62から遠い第二領域K2とに仕切られる。隔壁部材70には、第一領域K1および第二領域K2の鉛直方向の上部同士を連通させる上部開口72と、第一領域K1および第二領域K2の鉛直方向の下部同士を連通させる下部開口73と、が形成されている。
上部開口72は、円筒状の隔壁部71の上部を径方向で貫通するように形成されている。上部開口72は、例えば隔壁部71の上部に複数形成され、熱膨張した燃料の排出性を高めている。上部開口72は、例えば隔壁部71の軸線を挟んだ両側に一対形成され、一方向からの穿孔や対向方向からの穿孔により形成が容易である。上部開口72は、フランジ部75(隔壁部71の上端部)から規定量だけ下方に離隔した位置に形成され、隔壁部71とフランジ部75との間の屈曲部を避けている。また、上部開口72は、隔壁部71の上端寄りに位置する前記ノズル53の開口を軸方向で避けることで、ノズル53から流入する燃料と上部開口72から排出する燃料とが互いに干渉し難くしている。隔壁部71とフランジ部75とが別個に形成されたり、フランジ部75を無くしたりした構成である場合、上部開口72は、隔壁部71の上端部に形成してもよい。
下部開口73は、円板状の底壁部74の中央部を軸方向で貫通するように形成されている。下部開口73は、例えば底壁部74に単一に形成されているが、複数形成されてもよい。下部開口73は、円筒状の隔壁部71の下部を径方向で貫通するように、単一又は複数に形成されてもよい。
図10に示すように、隔壁部材70は、底壁部74を無くした構成としてもよい。この場合、円筒状の隔壁部71の下端開口を下部開口73’とすることができる。
図11に示すように、隔壁部材70は、円筒状の隔壁部71をチャンバケース51の外周壁52でリブ等の支持部76を介して固定する構成としてもよい。この場合、隔壁部材70のフランジ部75を無くすことができる。
実施形態では、第一領域K1および第二領域K2の鉛直方向の上部同士を連通させる上部連通部を、隔壁部材70の上部開口72で形成し、第一領域K1および第二領域K2の鉛直方向の下部同士を連通させる下部連通部を、隔壁部材70の下部開口73で形成しているが、この構成に限らない。例えば、前記上部連通部および下部連通部の少なくとも一方を、燃料チャンバ部50およびヒータ装置60の各構成を利用して形成してもよい。
実施形態のヒータ部62は、長手方向に延びる丸棒状(円柱状)の形状を有している。隔壁部71は、ヒータ部62と同軸の円筒状をなし、ヒータ部62の長手方向に沿って延びるように配置され、ヒータ部62の外周を径方向で一定の空間(第一領域K1)を空けて囲っている。隔壁部71は、チャンバケース51における円筒状の外周壁52と同軸をなし、外周壁52の内周側に径方向で一定の空間(第二領域K2)を空けて配置されている。
ヒータ部62および燃料チャンバ部50は、軸方向(長手方向)が鉛直方向に対して傾斜しているが、鉛直成分をもって軸方向に延びている。このため、燃料チャンバ部50内の燃料は、自然対流時にもヒータ部62の長手方向の広範囲に接して加熱され、燃料チャンバ部50内の環流を効果的に発生させる。
エタノール燃料エンジン10においては、外気温が低いと燃料のプレヒート時間が長くなりやすい。特別な燃料撹拌デバイスを用いることなく、燃料チャンバ部50内にヒータ部62を挿入して燃料を加熱する構成においては、実施形態のような隔壁部71がない場合、自然対流による循環流が生じるにはある程度の流速になるまで待つ必要があり、燃料チャンバ部50内を一様に素早く加熱することが困難である。
実施形態では、燃料チャンバ部50内に隔壁部71を設けたり、図12に示すように流路断面に変化を設けたりすることで、ヒータ部62近傍の燃料の自然対流による流速を上げやすくしている。その結果、燃料チャンバ部50内に循環流を発生させやすくし、燃料チャンバ部50内の燃料を良好に攪拌させ、燃料の温度に偏りをさせずに予熱を行うことができる。したがって、インジェクタに供給する手前の燃料の温度を、目標温度(例えば100℃以上)に短時間で到達させることができる。燃料がより早く温まることで、エタノール燃料エンジン10の低温始動性を改善し、始動時間を短縮することができる。燃料気化促進により燃費および熱交換率を向上させることができる。特別な燃料撹拌デバイスを用いることなく最小限の部品追加で燃料気化促進を図ることができる。
図12の構成は、チャンバケース51内における第一領域K1の軸方向に直交する断面を、軸方向で上方側に位置するほど断面積が広くなるように変化させた例を示す。隔壁部材70’における円筒状の隔壁部71’は、軸方向で上方側に位置するほど拡径するようにテーパ状に形成されている。ヒータ部62は、断面一定で軸方向に延びている。ヒータ部62と隔壁部71’との間の径方向に沿う距離L2は、鉛直方向(軸方向)で上方側に位置するほど長くなるように設定されている。ヒータ部62に温められた燃料は、熱膨張したり気泡を含んだりするが、ヒータ部62に近い第一領域K1の流路面積を上方側ほど広げることで、加熱した燃料をスムーズに上昇させることが可能である。図12の例では、チャンバケース51の外周壁52も上方側ほど広がるテーパ状とし、テーパ状の隔壁部71’を収容しやすくするとともに、第二領域K2の上部で流路面積が狭まることを抑止している。
図8の構成は、ヒータ部62および燃料チャンバ部50が軸方向(長手方向)を鉛直方向に沿わせて配置された例を示す。この場合、ヒータ部62の全長を利用して燃料を広範囲で加熱し、ヒータ部62の長手方向に沿う自然対流によって循環流を効果的に発生させることができる。
図13、図14の構成は、ヒータ部62および燃料チャンバ部50が軸方向(長手方向)を水平方向に沿わせて配置された例(ヒータ部62および燃料チャンバ部50の軸方向(長手方向)が鉛直成分をもたない例)を示す。この場合、ヒータ部62の長手方向に直交する方向の自然対流が生じるため、上記実施形態とは異なる隔壁部材170を備えることとなる。この隔壁部材170は、ヒータ部62の長手方向に延びる一対の板状の隔壁部171を備えている。一対の隔壁部171は、ヒータ部62を水平方向で間隔を空けて挟むように対向配置されている。一対の隔壁部171の上端の間は上部開口172となり、一対の隔壁部171の下端の間は下部開口173となる。
これにより、ヒータ部62が昇温して燃料を加熱すると、図14中矢印F2で示すように、一対の隔壁部171の間の第一領域K1で上昇流が生じるとともに、一対の隔壁部171の外側の第二領域K2で下降流が生じ、全体として燃料の循環流が生じる。一対の隔壁部171は平板状でもよいが、例えば図15に示す隔壁部171’のように、ヒータ部62の周方向に沿うように湾曲した形状であってもよい。さらに、一対の隔壁部171,171’を備える構成に限らず、例えばヒータ部62を囲繞する筒部材の上下に開口(上部開口および下部開口)を形成して隔壁部とするような構成でもよい。
以上説明したように、上記実施形態における燃料供給装置は、エンジン10に接続され、内部に吸気通路TA(第一吸気通路T1)を形成する吸気管部材36と、前記吸気管部材36に接続され、前記吸気通路TA内に燃料を噴射するインジェクタ40と、前記インジェクタ40の上流側に接続され、前記インジェクタ40に供給する燃料を溜める燃料チャンバ部50と、前記燃料チャンバ部50内に配置され、前記燃料チャンバ部50内に溜めた燃料を加熱するヒータ部62と、を備え、前記燃料チャンバ部50内には、前記燃料チャンバ部50の内部空間(チャンバ室T3)を、水平方向で前記ヒータ部62に近い第一領域K1と前記ヒータ部62から遠い第二領域K2とに分ける隔壁部71を備えている。
この構成によれば、燃料チャンバ部50の内部空間(チャンバ室T3)を、水平方向でヒータ部62に近い第一領域K1とヒータ部62から遠い第二領域K2とに仕切る隔壁部71を備えることで、以下の作用がある。すなわち、ヒータ部62に比較的近い第一領域K1においてヒータ部62によって温められた燃料が上方に移動する流れ(上昇流)と、ヒータ部62から比較的遠い第二領域K2において燃料が下方に戻される流れ(下降流)と、が互いに干渉し難くなる。これにより、燃料チャンバ部50内で自然対流による循環流の発生を促進させ、燃料チャンバ部50内の燃料を攪拌して素早く加熱することができる。
また、上記燃料供給装置において、前記燃料チャンバ部50は、前記第一領域K1および前記第二領域K2の鉛直方向の上部同士を連通させる上部開口72と、前記第一領域K1および前記第二領域K2の鉛直方向の下部同士を連通させる下部開口73と、を備えている。
この構成によれば、水平方向でヒータ部62に近い第一領域K1とヒータ部62から遠い第二領域K2とを、上部開口72および下部開口73において互いに連通させることで、以下の作用がある。すなわち、第一領域K1で上昇流となった燃料は、上部開口72から第二領域K2に移動して第二領域K2で下降流となり、その後に下部開口73から第一領域K1に移動して再び上昇流となる。このように、燃料チャンバ部50内で効率よく循環流を発生させ、燃料を素早く加熱することができる。
また、上記燃料供給装置において、前記ヒータ部62は、鉛直成分を有する長手方向に延びる形状を有し、前記隔壁部71は、前記長手方向に沿って延びるように配置されている。
この構成によれば、ヒータ部62の長手方向に沿うように隔壁部71が延びることで、ヒータ部62の長手方向の広範囲に渡って、燃料チャンバ部50の内部空間(チャンバ室T3)を第一領域K1と第二領域K2とに分けることができる。これにより、ヒータ部62の長さを利用して燃料を効率よく加熱し、自然対流による循環流を促進させ、燃料チャンバ部50内の燃料を素早く加熱することができる。
また、ヒータ部62の長手方向が鉛直成分を有する(鉛直方向を指向する)ことで、隔壁部71も鉛直成分を有して延びることとなる。これにより、燃料の自然対流による流れは、ヒータ部62および隔壁部71の長手方向に沿って生じやすくなり、ヒータ部62の長さを利用して燃料の流速を高めやすくなる。これにより、自然対流による循環流をより促進させ、燃料チャンバ部50内の燃料を素早く加熱することができる。
また、上記燃料供給装置において、前記ヒータ部62は、前記燃料チャンバ部50における前記インジェクタ40と反対側に接続されたヒータ本体部61に設けられ、前記隔壁部71は、前記インジェクタ40、前記ヒータ本体部61および前記燃料チャンバ部50とは別体の隔壁部材70で構成され、前記隔壁部材70は、前記ヒータ本体部61と前記燃料チャンバ部50との間に挟持されて保持されている。
この構成によれば、ヒータ本体部61と燃料チャンバ部50との間に隔壁部材70の被保持部(フランジ部75)を挟持して保持することで、簡単な構成で隔壁部71を燃料チャンバ部50内に固定し、自然対流による循環流を促進させ、燃料チャンバ部50内の燃料を素早く加熱することができる。
また、上記燃料供給装置において、前記隔壁部71は、前記ヒータ部62の周囲を囲繞するように配置された筒形状である。
この構成によれば、隔壁部71がヒータ部62の周囲を囲繞する筒形状であることで、隔壁部71をヒータ部62の全周に渡って配置することができる。これにより、ヒータ部62の周囲(第一領域K1)の燃料を効率よく加熱して循環流を促進させ、燃料チャンバ部50内の燃料を素早く加熱することができる。
また、上記燃料供給装置において、前記ヒータ部62と前記隔壁部71との間の前記第一領域K1は、テーパ状の隔壁部71’を備える場合のように、前記隔壁部71の軸方向で上方に向かうほど広くなるように設定されてもよい。換言すれば、前記第一領域K1における前記ヒータ部62と前記隔壁部71’との間の径方向の距離L2は、前記隔壁部71の軸方向で上方に向かうほど長くなるように設定されている。
この構成によれば、ヒータ部62に近い第一領域K1が上方に向かうほど広がるように(ヒータ部62と隔壁部71’との間の距離L2が上方に向かうほど長くなるように)設定されることで、燃料がヒータ部62に温められて熱膨張したり気泡を含んだりした場合でも、燃料がスムーズに上方に流れる。すなわち、隔壁部71’は、加熱された燃料の上方への流れを妨げないように形成される。これにより、燃料の循環流を効率よく発生させ、燃料チャンバ部50内の燃料を素早く加熱することができる。図12の例では、隔壁部71’とともにチャンバケース51の外周壁52も、上方側ほど断面積が広がるテーパ状に形成されることで、隔壁部71’をテーパ状に形成しやすくし、かつ第二領域K2の流路面積を一定にしやすくしている。
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、本実施形態の燃料供給装置は、自動二輪車以外の鞍乗り型車両に適用してもよい。
前記鞍乗り型車両には、運転者が車体を跨いで乗車する車両全般が含まれ、自動二輪車(原動機付自転車及びスクータ型車両を含む)のみならず、三輪(前一輪かつ後二輪の他に、前二輪かつ後一輪の車両も含む)又は四輪(四輪バギー等)の車両も含まれる。HEV(Hybrid Electric Vehicle)等の原動機に電気モータを含む車両に適用してもよい。鞍乗り型車両以外の車両(乗用車、バス、トラック等)に適用してもよい。すなわち、実施形態の車両はフレキシブル・フューエル・モーターサイクル(FFM)であるが、四輪車(フレキシブル・フューエル・ビークル(FFV))でもよい。
本実施形態の燃料供給装置は、車両に適用されるものであるが、本発明は車両への適用に限らず、航空機や船舶等の種々輸送機器、ならびに建設機械や産業機械等、様々な乗物や移動体に適用してもよい。さらに、本発明は、乗物以外でも燃料供給装置を備える機器であれば、例えば手押しの芝刈り機や清掃機等に広く適用可能である。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
1 自動二輪車(鞍乗り型車両)
10 エンジン(内燃機関)
36 吸気管部材(吸気通路形成部)
TA 吸気通路
T3 チャンバ室(内部空間)
K1 第一領域
K2 第二領域
40 インジェクタ
50 燃料チャンバ部
61 ヒータ本体部
62 ヒータ部
70,70’,170,170’ 隔壁部材
71,71’,171,171’ 隔壁部
72,172 上部開口(上部連通部)
73,73’,173 下部開口(下部連通部)

Claims (6)

  1. 内燃機関(10)に接続され、内部に吸気通路(TA)を形成する吸気通路形成部(36)と、前記吸気通路形成部(36)に接続され、前記吸気通路(TA)内に燃料を噴射するインジェクタ(40)と、前記インジェクタ(40)の上流側に接続され、前記インジェクタ(40)に供給する燃料を溜める燃料チャンバ部(50)と、前記燃料チャンバ部(50)内に配置され、前記燃料チャンバ部(50)内に溜めた燃料を加熱するヒータ部(62)と、を備える燃料供給装置において、
    前記燃料チャンバ部(50)内には、前記燃料チャンバ部(50)の内部空間(T3)を、水平方向で前記ヒータ部(62)に近い第一領域(K1)と前記ヒータ部(62)から遠い第二領域(K2)とに分ける隔壁部(71’)を備え
    前記隔壁部(71’)は、前記ヒータ部(62)の周囲を囲繞するように配置された筒形状であり、
    前記ヒータ部(62)と前記隔壁部(71’)との間の前記第一領域(K1)は、前記隔壁部(71’)の軸方向で上方に向かうほど広くなるように設定されている
    燃料供給装置。
  2. 前記燃料チャンバ部(50)は、前記第一領域(K1)および前記第二領域(K2)の鉛直方向の上部同士を連通させる上部連通部(72)と、前記第一領域(K1)および前記第二領域(K2)の鉛直方向の下部同士を連通させる下部連通部(73)と、を備えている請求項1に記載の燃料供給装置。
  3. 前記ヒータ部(62)は、長手方向に延びる形状を有し、前記隔壁部(71’)は、前記長手方向に沿って延びるように配置されている請求項1又は2に記載の燃料供給装置。
  4. 前記ヒータ部(62)の長手方向は、鉛直成分を有している請求項3に記載の燃料供給装置。
  5. 前記ヒータ部(62)は、前記燃料チャンバ部(50)における前記インジェクタ(40)と反対側に接続されたヒータ本体部(61)に設けられ、前記隔壁部(71’)は、前記インジェクタ(40)、前記ヒータ本体部(61)および前記燃料チャンバ部(50)とは別体の隔壁部材(70’)で構成され、前記隔壁部材(70’)は、前記ヒータ本体部(61)と前記燃料チャンバ部(50)との間に挟持されて保持されている請求項1又は2に記載の燃料供給装置。
  6. 前記ヒータ部(62)と前記隔壁部(71’)との間の径方向の距離(L2)は、前記隔壁部(71’)の軸方向で上方に向かうほど長くなるように設定されている請求項1に記載の燃料供給装置。
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