JPH0364704B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の吸気系に燃料を供給する
ための装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の機関用燃料供給装置では、内燃
機関（以下「エンジン」ということがある）の吸
気通路に燃料噴射口を向けて配設された電磁式燃
料噴射弁をそなえ、この燃料噴射弁へ燃圧レギユ
レータ等によつて調圧された液体状の燃料（ガソ
リン）を供給し、燃料噴射弁へ適宜の制御信号を
コントローラから供給することにより、エンジン
の運転状態に応じた量の燃料を吸気通路へ噴射す
ることが行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の機関用燃料供
給装置では、エンジン吸気系へ供給される燃料が
液あるいは粒状であるので、エンジン性能や燃費
の点で改善の余地がある。

本発明は、このような状況下において創作され
たもので、燃料を燃料噴射弁へ至る途中で気体化
（気化）させることにより、気体状態になつた燃
料をエンジン吸気系へ供給できるようにして、エ
ンジン性能や燃費の向上をはかつた、機関用燃料
供給装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の機関用燃料供給装置は、機
関の吸気系へ燃料を供給すべく、同吸気系へ燃料
噴射口を向け配設された燃料噴射弁と、同燃料噴
射弁に燃料供給通路を介して接続されたポンプと
をそなえ、上記燃料供給通路に加熱空間を有する
金属製ケーシングが介装され、且つ、上記加熱空
間内を流通する燃料を加熱して気化すべく、同加
熱空間内を流通する燃料にマイクロ波を照射しう
るマイクロ波照射機構が設けられたことを特徴と
している。

〔作 用〕

上述の本発明の機関用燃料供給装置では、燃料
供給通路の途中に介装された加熱空間を有する金
属製ケーシングへ入つてきた燃料へマイクロ波照
射機構からのマイクロ波が照射される。これによ
り燃料がケーシング内で気化し、この気化した燃
料噴射弁を通じて機関の吸気系へ供給される。

〔実施例〕 以下、図面により本発明の一実施例としての機
関用燃料供給装置について説明すると、第１図は
その全体構成図、第２，３図はいずれもそのベー
パライザの内部構造を主として示す模式図、第４
図はその燃料放散ケージの配設状態を示す部分断
面図、第５図は第４図の−矢視断面図、第６
図はその燃料ヒータを示す断面図、第７図はその
燃料気化手段の変形例を示す模式図である。

第１図に示すごとく、内燃機関（エンジン）１
の吸気通路（吸気系）２には、この吸気通路２へ
燃料噴射口を向け電磁式燃料噴射弁３が配設され
ている。また、この燃料噴射弁３には、燃料供給
通路４を介して燃料ポンプ（電磁ポンプ）５が接
続されているが、更にこの燃料ポンプ５はフイル
タ６および燃料ヒータ（プレヒータ）７を介して
燃料タンク８に接続されている。

ここで、燃料噴射弁３はパルス信号（電気信
号）を受けることにより燃料供給路を電磁的に開
閉して燃料（ガソリン、軽油、アルコール等）を
吸気通路２へ供給するもので、燃料ポンプ５は吐
出量情報を有する電気信号を受けることによりこ
の電気信号に応じた吐出量で燃料を吐出するもの
である。

また燃料ヒータ７は、第６図に示すごとく、燃
料供給通路部分７ａと冷却水通路部分７ｂとが多
数のひだを有する仕切板７ｃを介して単一のケー
ス７ｄ内に隣接して配置されたもので、このケー
ス７ｄ内で熱交換を行なつて冷却水により燃料が
暖められるようになつている。なお第６図中の符
号７ｅは燃料入口、７ｆは燃料出口、７ｇは冷却
水入口、７ｈは冷却水出口を示している。

ところで、燃料ポンプ５と燃料噴射弁３との間
の燃料供給通路４の部分には、第１図に示すごと
く、ベーパライザ９が介装されている。

このベーパライザ９は、金属製のベーパライザ
ボデイ（金属製ケーシング）１０と、このベーパ
ライザボデイ１０内へ導波管（円形あるいは角形
の中空パイプ）を介してマイクロ波を照射しうる
マイクロ波照射機構としてのマグネトロン１１
（このマグネトロン１１に付設されるものとして
高圧トランス１２や高圧コンデンサ１３などがあ
るが、以下マグネトロン１１というときはこれら
の高圧トランス１２や高圧コンデンサ１３を含め
る）とで構成されている。

ベーパライザボデイ１０は、第２，３図に示す
ごとく、その内部にほぼ閉空間として形成される
加熱空間Ｓを有しているが、その内面は曲面仕上
げされている。なお、ベーパライザボデイ１０の
材質としては、耐圧、耐熱、耐錆上の観点から、
ステンレス鋼が望ましい。

マグネトロン１１は、例えば電子レンジの加熱
源として使用されることで周知のものであるが、
その発振周波数は電波障害を考慮して適宜の割当
周波数（例えば2400MHz前後の周波数）が選定さ
れる。また、このマグネトロン１１は、上記割当
周波数前後の電波（マイクロ波）を高周波出力
（1000W〜100W）の連続あるいは段階切替方式に
より発振できるようにもなつている。

また、ベーパライザボデイ１０の頂部近傍には
給電口が形成されており、この給電口には給電口
カバー１４が設けられていて、マグネトロン１１
からのマイクロ波は給電口カバー１４を通じてベ
ーパライザボデイ１０内へ照射されるようになつ
ている。

なお、給電口カバー１４の材料としては、耐
圧、耐熱、耐ガソリン性に富みマイクロ波透過率
の高い材質のものが選ばれ、その一列として、耐
熱ガラスを挙げることができるが、その他雲母、
ガラス繊維、シリコン樹脂を給電口カバー１４と
して使用してもよい。

さらに、ベーパライザボデイ１０内への燃料の
供給は次のようにして行なわれる。すなわち第２
〜５図に示すごとく、ベーパライザボデイ１０の
給電口カバー１４配設位置の下方位置に、燃料放
散ケージ１５がベーパライザボデイ１０に対し回
転可能に配設されている。この燃料放散ケージ１
５は両端を閉じられた円筒形成をしており、燃料
放散ケージ１５の内部には、周壁に多数の燃料吐
出口１６ａを形成された燃料吐出パイプ１６が燃
料放散ケージ１５と同軸的に配設されている。

なお、燃料吐出パイプ１６の燃料吐出口１６ａ
は第５図に示すように燃料を斜め方向に向け吐出
するように形成されている。

また、燃料吐出パイプ１６は、第２〜４図に示
すごとく、その一端が燃料放散ケージ１５の支持
部材を兼ねる曲げ加工された燃料供給管１７に接
続されているが、その他端は閉鎖され、更に燃料
放散ケージ１５とともに支持部材１８に支持され
ている。すなわち燃料吐出パイプ１６は固定さ
れ、燃料放散ケージ１５は燃料吐出パイプ１６を
中心に回転できるようになつている。

そして、燃料供給管１７はシールを介してベー
パライザボデイ１０外へ延在して燃料ポンプ５に
接続される。

燃料放散ケージ１５としては、、燃料の蒸発効
率を上げるため毛細管効果を利用でき、しかも耐
熱性がありマイクロ波透過率も高い材質のもの、
例えばガラス繊維を二，三重に編んだものが使用
されるが、この燃料放散ケージ１５は、その内部
に配設された燃料吐出パイプ１６の燃料吐出口１
６ａから第５図に示すように吐出される燃料の圧
力（吐出圧）によつて同図に矢印で示すように回
転駆動せしめられるようになつている。

また、燃料吐出パイプ１６としては、陶磁器、
セラミツク、シリコン樹脂等、耐熱性およびマイ
クロ波透過性に優れた材質のものが使用される。

さらに、第２〜４図に示すごとく、ベーパライ
ザボデイ１０の底部における燃料放散ケージ１５
の下方に対応した部分には、燃料放散ケージ１９
が配設されている。この燃料放散マツト１９は、
例えばガラス繊維で構成され、燃料吐出パイプ１
６から吐出されて燃料放散ケージ１５で保持でき
なかつた燃料や冷態時に気体から液体に戻つた燃
料を毛細管現象でガス繊維表面に吸い上げ気化し
やすくするものである。なお、燃料放散マツト１
９は、冷態時のベーパライザボデイ１０の温度は
低いので、このように温度の低いベーパライザボ
デイ１０から燃料を極力切り離し燃料温度を早く
上昇させるための断熱材としても機能する。

ところで、このエンジン１には、第１図に示す
ごとく、各所に各種のセンサが配設されている。
すなわち吸気通路２におけるスロツトル弁２０の
配設位置より上流側でエアクリーナ２１内あるい
はその近傍位置に配設されて吸入空気量を検出す
るエアフローセンサ２２，吸気通路２内の圧力
（負圧）を検出する圧力センサ（ブーストセンサ）
２３、エンジン回転数を検出する回転数センサ２
４、排気通路２５中のO₂濃度を検出するO₂セン
サ２６、冷却水温を検出する水温センサ２７が設
けられるとともに、ベーパライザボデイ１０内の
温度を検出する温度センサ２８、ベーパライザボ
デイ１０内の圧力を検出する気圧センサ２９が設
けられている。

なお、エンジン負荷情報をもつたスロツトル弁
２０の開度を検出するスロツトルセンサ３０を設
けてもよい。

そして、これらのセンサ２２，２３，２４，２
６，２７，２８，２９，３０からの検出信号は、
CPU（マイクロプレツサ）、入出力インタフエー
ス、ROMやRAM等のメモリなどを有するコン
トローラ３１へ入力されるようになつている。

また、コントローラ３１は上記のセンサからの
信号を適宜使用することにより、コントローラ３
１から燃料噴射弁３、燃料ポンプ５およびマグネ
トロン１１へそれぞれ噴射量指示のための弁開閉
制御信号、ポンプ吐出量指示のためのポンプ制御
信号および照射量（照射時間・照射パワーを含
む）の指示のためのマグネトロン制御信号を出力
するようになつている。

すなわち、コントローラ３１は、燃料噴射弁３
を制御するための制御手段、燃料ポンプ５を制御
するための制御手段およびマグネトロン１１を制
御するための制御手段としての機能を有してい
る。

なお、ベーパライザボデイ１０内で燃料が着火
することは絶対許されないので、このため安全温
度以上に燃料温度が上がらないようマグネトロン
１１への電流機構等の安全機構の機能もコントロ
ーラ３１が有する。ここで燃料としてガソリンを
使用した場合は、マイクロ波照射による瞬時気化
温度を例えば180℃〜200℃とし、且つ自然着火点
260℃には近づけなうようにするため、安全温度
は200℃位に設定される。

また、ベーパライザボデイ１０内での燃料の自
然着火を防止するため、ベーパライザボデイ１０
の内壁面は凹凸のない滑らかな面として形成さ
れ、このため温度センサ２８や気圧センサ２９あ
るいは燃料出入口の配設の仕方には、これらがで
つぱらないよう留意する必要がある。

本発明の機関用燃料供給装置は、上述のごとく
構成されているので、各種のセンサによつてエン
ジン運転状態が検出され、このエンジン運転状態
に応じた吐出量となるよう燃料ポンプ５が作動せ
しめられると、それに見合う燃料が燃料吐出パイ
プ１６の燃料吐出量１６ａから吐出される。この
吐出圧によつて燃料吐出パイプ１６が回転する
が、このときマグネトロン１１へもコントローラ
３１から上記エンジン運転状態に応じた照射量制
御信号が供給されているので、マグネトロン１１
から所要の時間およびパワーでマイクロ波が燃料
吐出パイプ１６等ベーパライザボデイ１０内へ向
け照射される。これにより燃料放散ケージ１５や
燃料放散マツト１９に吸い込まれた燃料が加熱
（誘電加熱）されるので、燃料はベーパライザボ
デイ１０内の加熱空間Ｓで瞬時に気化する。な
お、燃料としてはガソリンやアルコールあるいは
軽油等比較的マイクロ波比誘電率の高いものが使
用されるので、マイクロ波による加熱効果は十分
であるが、マグネトロン１１による照射時間やパ
ワーは十分に気化できる程度の値に制御される。

また、このとき燃料ポンプ５やマグネトロン１
１は例えばエンジン負荷が大きいほど吐出量や照
射量（照射時間や照射パワー）を増やすように制
御される。

なお、ベーパライザボデイ１０内は滑らかな曲
面仕上げとなつているので、マイクロ波が（乱）
反射しやすく、これによりマイクロ波がベーパラ
イザボデイ１０内でまんべんなく照射されるた
め、気化した燃料の液化（還元）が十分に防止さ
れている。

また、吐出された燃料を気化させやすくするた
め、ベーパライザボデイ１０内温度や圧力が所定
範囲内となるようにマイクロ波の照射が制御さ
れ、この制御のために温度センサ２８、気圧セン
サ２９からの信号が使用される。

なお、温度が設定値（安全温度）よりも上がろ
うとすると、安全機構の作用によりマグネトロン
１１への電流がカツトされるようになつている。

さらに、燃料吐出パイプ１６から吐出される燃
料は予め燃料ヒータ７によつて例えば50〜70℃に
昇温され、若干ベーパが発生する状態にされてい
るので、燃料の蒸散を効果的に行なえるほか、仮
にマイクロ波が燃料ポンプ５側へ漏洩してきて
も、燃料ポンプ５や燃料タンク８等で燃料が気化
されるのを十分に防止できるようになつている。

ところで、このようにベーパライザボデイ１０
内で気化された燃料はその圧力によつて燃料供給
通路４を通り通路噴射弁３へ供給されるが、燃料
噴射弁３では、コントローラ３１からの上記エン
ジン運転状態やベーパライザボデイ１０内圧力
（圧力センサ２３で得られた吸気通路２内圧力と
気圧センサ２９で得られたベーパライザボデイ１
０内圧力との差等）に応じた開閉制御信号（パル
ス列信号）を受け所定時間（この時間はエンジン
運転状態のほかベーパライザボデイ１０内圧力に
よつても変わる。したがつて開閉制御信号のパル
ス幅等の決定に際しベーパライザボデイ１０内圧
力も考慮するのである）だけ開くことにより、最
適な空燃比となるよう気体化された燃料が吸気通
路２内へ供給されるようになつている。

なお、燃料噴射弁３は従来使用されている液体
燃料用のものと異なり、閉時の高いシール性能が
要求されるが、これに応えるべく適宜のシール材
が弁体と弁座との間に介装される。しかしその他
の機構は従来のインジエクタとさほど変わらな
い。

なお、負圧時の破損防止のため、エンジン停止
時には、燃料噴射弁３を開放することによりベー
パライザボデイ１０内圧力を適宜下げることが行
なわれる。

このように、ベーパライザボデイ１０内を流通
する燃料にマイクロ波を照射し、燃料を構成する
炭化水素の分子間摩擦を利用して急速に気化さ
せ、その圧力を利用して燃料噴射弁３を通じ吸気
通路２（の吸気マニホルド）へ気化された燃料を
噴射することが行なわれるので、混合気（気化燃
料と空気との混合気）の燃焼が効率よく行なわ
れ、これによりエンジン性能の向上および燃費の
向上をはかることができるほか、排ガス対策のた
めの装置や燃料ポンプの簡素化をはかることがで
き、コストの低廉化にも寄与する。

さらに、この装置では、マグネトロン１１への
供給電流が切れると、ベーパライザボデイ１０内
での燃料中の分子間摩擦がなくなり、且つ、過熱
している部分がないことと相まつて、エンジンを
停止させた後に特に冷却すべき部分はなく、この
ため付帯設備も少なくなり、構造の簡素化ひいて
はコストダウンに寄与しうるのである。

なお、第７図に示すごとく、ベーパライザボデ
イ１０の側壁に、燃料ポンプ５に接続された噴射
ノズル３２を取り付けて、この噴射ノズル３２か
燃料をベーパライザボデイ１０の加熱空間Ｓ内へ
噴射するようにしてもよく、このようにすれば燃
料の総面積を極力広げることができるが、燃料の
気化に際してはベーパライザボデイ１０内を空中
遊泳している霧状の燃料にマグネトロン１１から
のマイクロ波を照射することが行なわれる。この
ときマイクロ波の直接照射や反射によつて効果的
に燃料が気化されれるので、前述の実施例の場合
とほぼ同様の効果ないし利点が得られるほか、特
にエンジン冷態時の始動性が良くなり、更にはド
ライバピリテイの向上にも寄与する。

なお、第７図に示すものでは、噴射ノズル３２
は発火防止のためセラミツク化されるが、更にベ
ーパライザボデイ１０内へ噴射ノズル３２が突出
しないよう考慮した取付が行なわれる。

また、マイクロ波照射機構として、マグネトロ
ンのほか、クライストロン等のマイクロ波照射機
構を用いてもよい。

ところで、燃料噴射弁３は、スロツトル弁２０
の下流側に配置してもよいが、スロツトル弁２０
の上流側に配置することもでき、更に燃料噴射弁
３を必要に応じ複数本設けることもできる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の機関用燃料供給
装置によれば、機関の吸気系へ燃料を供給すべ
く、同吸気系へ燃料噴射口を向け配設された燃料
噴射弁と、同燃料噴射弁に燃料供給通路を介して
接続された燃料ポンプとをそなえ、上記燃料供給
通路に加熱空間を有する金属製ケーシングが介装
され、且つ、上記加熱空間内を流通する燃料を加
熱して気化すべく、同加熱空間内を流通する燃料
にマイクロ波を照射しうるマイクロ波照射機構が
設けられるという簡素な構成で、混合気の燃焼が
効率よく行なわれ、これによりエンジン性能や燃
費の向上に寄与しうるほか、コストダウンにも寄
与しうる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての機関用燃料供給
装置を示すもので、第１図はその全体構成図、第
２，３図はいずれもそのベーパライザの内部構造
を主として示す模式図、第４図はその燃料放散ケ
ージの配設状態を示す部分断面図、第５図は第４
図の−矢視断面図、第６図はその燃料ヒータ
を示す断面図、第７図はその燃料気化手段の変形
例を示す模式図である。 １……内燃機関（エンジン）、２……吸気通路
（吸気系）、３……電磁式燃料噴射弁、４……燃料
供給通路、５……燃料ポンプ、６……フイルタ、
７……燃料ヒータ、７ａ……燃料供給通路部分、
７ｂ……冷却水通路部分、７ｃ……仕切板、７ｄ
……ケース、７ｅ……燃料入口、７ｆ……燃料出
口、７ｇ……冷却水入口、７ｈ……冷却水出口、
８……燃料タンク、９……ベーパライザ、１０…
…金属製ケーシングとしてのベーパライザボデ
イ、１１……マイクロ波照射機構としてのマグネ
トロン、１２……高圧トランス、１３……高圧コ
ンデンサ、１４……給電口カバー、１５……燃料
放散ケージ、１６……燃料吐出パイプ、１６ａ…
…燃料吐出口、１７……燃料供給管、１８……支
持部材、１９……燃料放散マツト、２０……スロ
ツトル弁、２１……エアクリーナ、２２……エア
フローセンサ、２３……圧力センサ、２４……回
転数センサ、２５……排気通路、２６……O₂セ
ンサ、２７……水温センサ、２８……温度セン
サ、２９……気圧センサ、３０……スロツトルセ
ンサ、３１……コントローラ、３２……噴射ノズ
ル、Ｓ……加熱空間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関の吸気系へ燃料を供給すべく、同吸気系
   へ燃料噴射口を向け配設された燃料噴射弁と、同
   燃料噴射弁に燃料供給通路を介して接続されたポ
   ンプとをそなえ、上記燃料供給通路に加熱空間を
   有する金属製ケーシングが介装され、且つ、上記
   加熱空間内を流通する燃料を加熱して気化すべ
   く、同加熱空間内を流通する燃料にマイクロ波を
   照射しうるマイクロ波照射機構が設けられたこと
   を特徴とする、機関用燃料供給装置。