JPH04279758A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料供給装
置、特に燃料と空気を予め噴射弁内で混合してから噴射
するエアブラスト弁と呼ばれる形式の燃料供給装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−１４０４５７号公報には所謂
エアブラスト弁の一例が記載されている。一般にエアブ
ラスト弁と呼ばれる形式の燃料供給装置は、弁体内部の
混合用空間に供給される圧縮された空気等の高圧ガス体
中に、燃料計量弁から必要量の液体状燃料を噴射供給し
たのち、前記混合用空間の出口に設けられている空気噴
射弁を所定のタイミングで開放して、燃料とガスの混合
物を高圧で内燃機関の燃焼室または吸気通路へ噴出させ
ることにより燃料の微粒化を図るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のエアブラスト弁
によれば、燃料のみを加圧して噴射する普通の燃料噴射
弁の場合に比べて燃料の微粒化が進み、平均粒径が２０
μｍ程度の燃料の微粒が得られるので、それによって現
在の自動車用内燃機関のＨＣ排出量規制値を満足するよ
うな燃焼状態が得られるものの、将来の排ガス規制強化
を考えた場合、この程度の微粒化では決して充分とは言
えないので、何らかの方法で燃料を更に微粒化すること
が必要と考えられる。

【０００４】燃料粒径を微細化するための一つの手段と
して、燃料噴射弁を加熱することによって噴射される燃
料の温度を高めることは、例えば特公昭４９−４５２４
９号公報に記載されているように従来から試みられてい
るが、内燃機関用の普通の燃料噴射弁内で燃料を加熱す
る場合には、減圧沸騰等により燃料導管内に発生する気
泡状の燃料蒸気によって、実際の燃料噴射量が減少した
り、ばらついたりするという計量上の問題が生じ、燃料
噴射弁を外部から加熱する場合には、熱が吸気通路内の
空気流へ放散したり、加熱時間が充分に得られないこと
から、強力な加熱装置を設ける必要が生じ、その結果、
燃料を加熱するための電力消費量が増大するというよう
な問題があって、未だに燃料噴射弁によって効率良く極
微粒化された燃料を得る手段が確立されていないのが実
情である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するための手段として、機関の所定位置に取り付けら
れるノズルを有しその開口から燃料と空気の混合物を機
関内へ間欠的に噴射する空気噴射弁と、圧縮空気の供給
を受けて前記空気噴射弁の前記ノズルの前記開口の上流
側まで導く圧縮空気通路と、加圧された燃料の供給を受
けて前記圧縮空気通路内に設けられた開口から前記圧縮
空気通路内へ運転状態に応じた量の燃料を間欠的に噴射
することによって前記圧縮空気通路内の空気に燃料を混
入させる燃料計量弁と、前記圧縮空気通路における前記
燃料計量弁の前記開口よりも下流で前記空気噴射弁の前
記開口よりも上流の前記圧縮空気通路内にある燃料を加
熱するために設けられた加熱装置とを備えていることを
特徴とする内燃機関の燃料供給装置を提供する。

【０００６】

【作用】機関の運転状態に応じた量の燃料が燃料計量弁
から圧縮空気通路内へ間欠的に噴射されると、噴射され
た燃料は燃料計量弁の開口よりも下流で空気噴射弁の開
口よりも上流の圧縮空気通路内に一時滞留する。圧縮空
気通路は加熱装置によって加熱されているので、圧縮空
気通路内に噴射された燃料はその熱によって効率的に加
熱され、大部分は気化して圧縮空気と混合する。そして
、空気噴射弁が開弁したとき、燃料と空気の混合物は空
気噴射弁の開口から外部へ噴出し、その減圧によって燃
料は更に微粒化されて空気と均一に混合し、良質の混合
気となって機関に供給される。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明燃料供給装置の実施例である
エアブラスト弁１０の要部の構造を示す概略的な断面図
であって、エアブラスト弁１０の本体１２は燃料計量弁
１４と空気噴射弁１６との２つの弁を有し、各弁１４及
び１６は、ソレノイド１８及び２０に通電されることに
よって、それぞれのニードル２２及び２４の先端がが開
口２６及び２８を開放して開弁するようになっている。 ２つのソレノイド１８及び２０は互いに独立であり、燃
料計量弁１４及び空気噴射弁１６はそれぞれ異なった時
期に開弁することができる。燃料計量弁１４の上流側の
燃料供給通路３０には、図示しない外部の燃料ポンプに
よって所定の圧力に加圧された燃料が供給され、燃料計
量弁１４の開弁時間に応じた量の燃料が、本体１２内に
空間として形成された圧縮空気通路３２内へ噴射される
。

【０００８】圧縮空気通路３２は、図示しない外部の圧
縮機から圧縮空気の供給を受けて、空気噴射弁１６のノ
ズル１７の中心を通るニードル２４の周囲の管状空間を
経て開口２８まで導き、常にこれらの空間を圧縮空気に
よって満たすように構成されている。そして圧縮空気通
路３２にある圧縮空気の中へ、前記のように燃料計量弁
１４の開口２６から噴射される燃料を混入させるように
構成されている。圧縮空気通路３２内に噴射された燃料
は、エマルジョン状に空気と混合し、一部は気化するが
大部分は圧縮空気通路３２内を流れて前記ノズル１７内
のニードル２４の周囲の管状空間に溜まる。そこでこの
管状空間を燃料保持室３４と呼ぶことにする。空気噴射
弁１６のノズル１７は、その開口２８が図示しない内燃
機関の燃焼室又は吸気通路の吸気弁上流側に位置するよ
うに、エアブラスト弁１０の本体１２が図示しないボル
ト等によって内燃機関の本体に取り付けられる。１３は
そのために本体１２の一部に形成された取り付け部を示
している。

【０００９】なお、図示実施例の燃料計量弁１４及び空
気噴射弁１６は、いずれもニードル２２及び２４がソレ
ノイド１８及び２０によって外方に動かされるときに開
弁する構造を有しているが、本発明はそのような燃料計
量弁１４及び空気噴射弁１６の具体的構造に特徴を有す
るものではない。

【００１０】本発明の特徴に対応して、圧縮空気通路３
２の一部である燃料保持室３４の外周には加熱装置３６
が装着され、燃料保持室３４内に滞留する燃料を加熱す
ることができるようになっている。加熱装置３６の詳細
な構造例は図２に断面図として示されている。図中、３
８はノズル１７に嵌装されるガラス管で、耐熱性に優れ
た石英ガラスからなり、その外周には電熱線４０が巻付
けられている。電熱線４０の外側はセラミック体４２が
それを埋設するように取り囲んでおり、それによって電
熱線４０は外部に対して熱的にも、また電気的にも絶縁
されている。ガラス管３８は、電熱線４０とノズル１７
の間を電気的に絶縁しているが、肉厚が小さいので電熱
線４０が発する熱をノズル１７へ効率良く伝えることが
できる。なお４４は電熱線４０に接続されたリード線を
示す。

【００１１】次に実施例の作動を説明する。機関の１サ
イクル毎に、機関の運転状態に応じて計量された燃料が
燃料供給通路３０から燃料計量弁１４によって圧縮空気
通路３２へ噴射される。燃料計量弁１４はソレノイド１
８に通電されることによって開弁し、開口２６を開放す
る。圧縮空気通路３２には運転中は常に図示しない圧縮
機から加圧された圧縮空気が送りこまれているから、開
口２６から噴射された燃料は、圧縮空気通路３２内の空
気と混合しながら流動して開口２８上流の燃料保持室３
４に到達し、空気噴射弁１６が開弁するまでは燃料保持
室３４に滞留することになる。加熱装置３６の電熱線４
０が通電されているときは、燃料保持室３４はその発熱
によって局部的に加熱されるから、そこに滞留する燃料
の大部分は熱を受けて気化し、空気と良く混合する。こ
の実施例による燃料の加熱は、燃料が燃料保持室３４内
に一時的に滞留しているのと、加熱装置３６が燃料保持
室３４を集中的に加熱することができるように、加熱装
置３６の外側がセラミック体４２によって囲包、断熱さ
れているため、小電力で効率良く且つ速やかに行われる
。

【００１２】噴射時期が来たとき、ソレノイド２０は付
勢されてニードル２４を押し下げるので開口２８が開き
、燃料保持室３４にある燃料と空気の混合物は機関の吸
気通路または燃焼室内へ噴射される。燃料は、予め圧縮
空気の圧力よりも高圧に加圧された状態で、燃料計量弁
１４から圧縮空気通路３２内へ噴射されて圧縮空気と混
合するので、噴射の際の減圧や、圧縮空気通路３２の壁
面の高温部との衝突等によって或る程度微粒化し一部は
気化しているが、液滴状として残っている燃料も、燃料
保持室３４内に滞留している間に加熱装置３６によって
加熱されることによって、大部分が気化して空気と混合
する。従って、空気噴射弁１６の開口２８から燃料と空
気の混合物が噴射された時、減圧によって燃料は全て分
子程度の微細な粒子となり、液状燃料は全く消失して、
微細な燃料粒子が吸気中に均一に拡散することにより、
完全燃焼し易い吸入混合気が得られる。

【００１３】燃料保持室３４における燃料の滞留期間は
、空気噴射弁１６の開弁時期に対して燃料計量弁１４の
開弁時期を変化させることによって、定められた範囲内
で任意に設定することが可能であるが、加熱効果を高め
るためには、燃料保持室３４内に燃料を可及的に長時間
滞留させると良いことは明らかであるから、図３に示す
ように、空気噴射弁１６の閉弁直後に燃料計量弁１４が
開弁するようなタイミングとするのが良い。また、図３
に示したように、本発明を実施する場合、空気噴射弁１
６の開弁は機関の吸気行程において行うのが有利である
。これは従来のように燃料の霧化が不十分な噴射弁では
、ＨＣ排出量の増大を招くという理由から吸気行程噴射
ができなかったのに対し、本発明を実施することによっ
て得られるような燃料の微粒化が進んだ混合気の場合は
、図４に示すように吸気行程噴射を行ってもＨＣ排出量
が増大することはなく、それによって逆にＨＣ排出量が
減少する傾向が見られるためである。そしてこの場合は
、吸気行程噴射によって、ＨＣ排出量の低減と応答性の
向上が同時に得られる。

【００１４】また、機関の回転数が１２００ｒｐｍであ
る図４の場合に対比して、回転数が３０００ｒｐｍであ
る場合を図５に示しているが、機関の高回転数化に伴い
、加熱装置３６によるＨＣの低減効果が少なくなる傾向
がみられるので、回転数が３０００ｒｐｍ程度のところ
で加熱装置３６への通電を停止することにより、消費電
力量を節減することができる。

【００１５】更に、図６は、冷却水温を図４や図５の場
合の３０°Ｃよりも高めて８０°Ｃに保持した時の、加
熱装置３６のＯＮ−ＯＦＦによるＨＣ排出量を比較した
結果であり、冷却水温の上昇に伴い加熱によるＨＣ低減
効果が減少しているので、水温が６０°Ｃ程度に達した
時点で加熱装置３６への通電を停止することにより、消
費電力量の節減を図るのが得策である。

【００１６】なお、前記のいずれかの状態で通電停止を
行った場合、燃料計量弁１４と空気噴射弁１６の開弁タ
イミングを変更し、図７に示すように燃料保持室３４に
おける燃料の滞留期間を短くして、機関の制御応答性の
向上を図るのが良い。

【００１７】因みに、加熱装置３６への通電量は負荷に
応じて変化させ、加熱不足や過度の加熱が起こらないよ
うにすべきである。一般に燃料（ガソリン）の蒸留曲線
は図８に示されるようなものであるから、燃料は温度が
２００°Ｃに達すると完全に気化する。従って、燃料の
加熱も２００°Ｃを目標値とし、過度の加熱や加熱不足
を避けることができるように、機関の負荷（燃料流量）
に従って、加熱装置３６への通電量を制御する。図９は
この制御の例を示したものである。

【００１８】

【発明の効果】本発明においては、圧縮空気通路内に間
欠的に計量して噴射される１回ごとの燃料を一時滞留さ
せて、それを加熱装置によって加熱するため、噴射量が
変動しないし、外部へ放散する熱量が少なく、また、燃
料の滞留期間を利用して加熱が行われるため、加熱時間
を比較的長くとることが可能となり、効率良く燃料を気
化させることができる。

【００１９】大部分気化した燃料を圧縮空気と共に噴射
するので燃料の微粒化が進み、極めて良質の混合気が得
られ、それが機関内に吸入されて完全燃焼するため、結
果として機関のＨＣ排出量が低減し、機関の燃焼効率が
向上して出力等の動力性能も上昇する。従って本発明は
、排気公害の対策上はもとより、色々な意味で機関にと
って有益であるが、付加すべき特設部分は簡単な加熱装
置だけであり、また必要とする電力量も僅かであるから
、製造コスト及び運転コストのいずれの面においても有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるエアブラスト弁の構造を
示す縦断正面図である。

【図２】本発明の要部である加熱装置の構造例を示す縦
断正面図である。

【図３】空気噴射弁と燃料計量弁の開弁時期の制御例を
示すタイムチャートである。

【図４】実施例のＨＣ排出量を従来技術と比較して示す
線図である。

【図５】図４の場合とは異なる状態における実施例装置
のＨＣ排出量を示す線図である。

【図６】図４及び図５の場合とは異なる状態における実
施例装置のＨＣ排出量を示す線図である。

【図７】図３とは異なる空気噴射弁と燃料計量弁の開弁
時期の別の制御例を示すタイムチャートである。

【図８】ガソリンの蒸留時における特性を示す線図であ
る。

【図９】加熱装置への通電制御の例を示す線図である。

【符号の説明】

１０…エアブラスト弁 １４…燃料計量弁 １６…空気噴射弁 １８、２０…ソレノイド ２２、２４…ニードル ３２…圧縮空気通路 ３４…燃料保持室 ３６…加熱装置 ４０…電熱線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　機関の所定位置に取り付けられるノズ
   ルを有しその開口から燃料と空気の混合物を機関内へ間
   欠的に噴射する空気噴射弁と、圧縮空気の供給を受けて
   前記空気噴射弁の前記ノズルの前記開口の上流側まで導
   く圧縮空気通路と、加圧された燃料の供給を受けて前記
   圧縮空気通路内に設けられた開口から前記圧縮空気通路
   内へ運転状態に応じた量の燃料を間欠的に噴射すること
   によって前記圧縮空気通路内の空気に燃料を混入させる
   燃料計量弁と、前記圧縮空気通路における前記燃料計量
   弁の前記開口よりも下流で前記空気噴射弁の前記開口よ
   りも上流の前記圧縮空気通路内にある燃料を加熱するた
   めに設けられた加熱装置とを備えていることを特徴とす
   る内燃機関の燃料供給装置。