JPH07139455A

JPH07139455A - 補助燃料供給装置

Info

Publication number: JPH07139455A
Application number: JP5290671A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hajima; 孝志羽島; Yoshimasa Watanabe; 義正渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】主燃料噴射弁のある主吸気通路に並列に副燃
料噴射弁のある副吸気通路を備えた機関の、吸気効率を
悪化させずに低温時の燃料の霧化を促進する。【構成】主吸気通路11に主燃料噴射弁17が設けられた
内燃機関１における補助燃料供給装置として、主吸気通
路11に並列に副室14A と開閉弁16とを備えた副吸気通路
14を設置し、副室14A 内に副燃料噴射弁15とこれに対向
する PTCヒータ18を壁面の一部として設けると共に、機
関温度センサ９を設け、これらを制御する制御回路10に
より、機関温度が低温時に開閉弁16を開くと共に副燃料
噴射弁15からの噴射と PTCヒータ18への通電を行い、機
関温度が高温時に開閉弁16を閉じると共に副燃料噴射弁
15からの噴射と PTCヒータ18への通電を停止する。この
結果、吸気効率を高めながら低温時の燃料の霧化の促進
が図れる。なお、機関温度が低温であっても主燃料噴射
弁17からの噴射を行うことも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は補助燃料供給装置に関
し、特に、主燃料噴射弁が設けられた内燃機関の主吸気
通路に並列に副吸気通路が設けられ、この副吸気通路内
に補助燃料を供給する補助燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の冷間始動時等のよう
に、内燃機関が冷えた状態では、吸気通路に噴射した燃
料が気化しにくいため、吸入空気量に見合う燃料を噴射
しても、実際に気化した燃料と吸入空気量による空燃比
（気相分の空燃比）はリーンな状態になってしまう。そ
こで、この空燃比のリーン化を補うために、冷間始動時
等の機関が冷えた状態の時には、吸入空気量に見合う燃
料量よりも多量の燃料を噴射して着火に必要な気化燃料
を燃焼室内に供給している。

【０００３】ところが、このように内燃機関の冷間時に
多量の燃料を噴射すると、多量の燃料が燃焼室に供給さ
れるため、排気ガス中には多量の未燃成分（ＨＣ）が含
まれることになる。これを防止するために、吸気管のス
ロットル弁をバイパスするバイパス空気通路に機関温度
に応じて空気流通量を調節する制御弁が設けられた内燃
機関の始動装置において、このバイパス空気通路内にバ
イパス通路を横切る燃料加熱用の電気式ヒータを設け、
機関の低温時に電気式ヒータに通電すると共に制御弁を
開弁して、燃料の気化を助けて機関の始動性を向上させ
る提案がある（特開昭６３−１５０４６５号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭６３−１５０４６５号公報に提案の装置では、バイ
パス空気通路内にこの通路を横切る燃料加熱用の電気式
ヒータが設けられているので、この電気式ヒータが通路
抵抗となり、吸気効率が低下してしまう恐れがあった。

【０００５】また、冷却水温が上昇し、機関の暖機が終
了してからは、電気式ヒータへの通電が停止されるので
ヒータが発熱せず、このヒータが発熱しない状態では、
吸気通路に突き出したヒータの表面積だけ吸気通路の表
面積が増加したことになるために燃料の壁面付着量が増
加し、機関の過渡時の機関性能が悪化していた。すなわ
ち、加速時には燃料の供給遅れによる応答性の悪化が起
こり、減速時にはヒータ表面に付着した燃料が吸い出さ
れるので、ＨＣ，ＣＯの増加が起こっていたので、従来
の装置では機関温度が低い時の性能は向上するものの、
機関温度が上昇した時の性能が低下していた。

【０００６】そこで、本発明は主燃料噴射弁の設けられ
た主吸気通路に、副燃料噴射弁が設けられた副吸気通路
が並列に設けられ、この副燃料噴射弁から補助燃料を内
燃機関に供給するものにおいて、吸気効率を低下させる
ことなく、低温時に気化した補助燃料を内燃機関に供給
することができると共に、高温時の機関性能を劣化させ
ない補助燃料供給装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、主吸気通路に主燃料供給手段が設けられた内燃機
関における補助燃料供給装置であって、前記主吸気通路
に並列に設置された副吸気通路と、この副吸気通路に設
けられた補助燃料供給手段と、前記副吸気通路の開閉弁
と、前記補助燃料供給手段に対向して配置され、前記副
吸気通路の内壁面を構成する加熱手段と、機関の温度を
検出する機関温度検出手段と、機関温度が所定温度以下
の低温時に前記補助燃料供給手段と前記加熱手段とを作
動させると共に前記開閉弁の開弁を行い、機関温度が所
定温度よりも高い高温時に前記補助燃料供給手段の作動
を停止すると共に、前記開閉弁の閉弁を行う制御手段と
を備えることを特徴としている。

【０００８】また、制御手段が、機関温度が前記所定温
度よりも低い低温時であっても温度に対して設定された
気化が可能な燃料量を前記主燃料供給手段より供給し、
不足分を前記補助燃料供給手段より供給すると共に、機
関の負荷増大時に前記補助燃料供給手段から優先的に燃
料供給量を増加するように制御を行うようにしても良
い。

【０００９】

【作用】本発明の補助燃料供給装置によれば、機関温度
が所定温度以下の低温時に主吸気通路に並列に設置され
た副吸気通路が連通し、この副吸気通路に設けられた補
助燃料供給手段から燃料が供給されると共に、補助燃料
供給手段に対向した副吸気通路の内壁面に面一に配置さ
れた加熱手段に通電が行われて、補助燃料供給手段から
供給された燃料の気化の促進が行われる。なお、機関温
度が所定温度よりも高い高温時には補助燃料供給手段の
作動が停止されると共に、副吸気通路が遮断される。ま
た、機関温度が所定温度以下の低温時であっても温度に
対して設定された気化が可能な燃料量を主燃料供給手段
から供給する場合には、不足分が補助燃料供給手段から
供給されると共に、機関の負荷増大時に補助燃料供給手
段からの燃料供給量が優先的に増加される。この結果、
機関温度が低温時に、吸気効率を低下させることなく、
機関の低温時に気化した補助燃料を内燃機関に供給する
ことができ、また、加熱手段が吸気通路内に突出しない
ので高温時の機関性能も悪化しない。

【００１０】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例の補助燃料供給装
置１００の構成を示す全体構成図である。図１におい
て、１は４気筒内燃機関、２は吸気マニホルド、３は吸
気ポート、４は吸気弁、５は排気弁、６は燃焼室、７は
ピストン、８はウォータジャケット、９は水温センサ、
１０は制御回路である。

【００１１】吸気マニホルド２には主吸気通路１１が接
続しており、主吸気通路１１の途中にはサージタンク１
２が設けられている。サージタンク１２の上流側にはス
ロットル弁１３があり、また、この実施例の内燃機関１
では、主燃料噴射弁１７が各吸気マニホルド２毎に設け
られている。副吸気通路１４はスロットル弁１３をバイ
パスして設けられており、バイパス通路とも呼ばれる。
副吸気通路１４の途中には副室１４Ａが設けられてお
り、この副室１４Ａの天井部には副燃料噴射弁１５が取
り付けられている。また、副吸気通路１４の副室１４Ａ
の上流側には、この副吸気通路１４を開閉する開閉弁１
６が設けられており、副室１４Ａの底部には、加熱用の
ヒータ１８が設けられている。

【００１２】加熱用のヒータ１８には、セラミック系の
材料で形成された瞬時加熱ヒータである、ＰＴＣヒータ
（Positive Temperature Coefficient Heater)が使用さ
れ、副吸気通路１４を流れる吸気の抵抗とならないよう
に、副室１４Ａの底壁として設けられている。このヒー
タ１８はスイッチＳＷ２を介してバッテリ１９に接続さ
れており、通電されると発熱する。また、開閉弁１６も
スイッチＳＷ１を介してバッテリ１９に接続されてお
り、通電されると副吸気通路１４を主吸気通路１１に接
続する。

【００１３】制御回路１０には内燃機関１のウォータジ
ャケット８に設置された水温センサ９からの水温検出信
号が入力されるようになっており、制御回路１０はこの
水温センサ９からの水温検出値によって、機関が冷えた
状態（冷間状態）にあるか、或いは暖機状態にあるかを
判断する。そして、制御回路１０は機関が冷間状態にあ
る時に、スイッチＳＷ１とＳＷ２とをオンさせ、副吸気
通路１４を主吸気通路１１に接続すると共に、ＰＴＣヒ
ータ１８を加熱する。また、このときに、副燃料噴射弁
１５にも信号を送り、副燃料噴射弁１５が補助燃料をＰ
ＴＣヒータ１８に向かって噴射させる。

【００１４】内燃機関１は実際には４気筒であるので、
図１において説明した副室１４Ａを備えた副吸気通路１
４と吸気マニホルド２との接続は、図２のようになって
いる。すなわち、副吸気通路１４は、その一端が開閉弁
１６を介してスロットル弁１３の上流側の主吸気通路１
１に接続され、その中央部に副燃料噴射弁１５を備えた
副室１４Ａが設けられ、副室１４Ａからは４本の副吸気
通路１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに分岐されて各他
端が吸気マニホルド２に接続されている。

【００１５】ここで、以上のように構成された補助燃料
供給装置１００の動作の一例を図３を用いて説明する。
なお、図３では、説明を分かりやすくするために、主燃
料噴射弁１７をホット用燃料噴射弁、副燃料噴射弁１５
をコールド用燃料噴射弁、内燃機関１が冷えている状態
をコールド時、暖機後の状態をホット時と言い換えて記
載してある。

【００１６】まず、コールド時の動作について説明す
る。コールド時は、図３(a) に示すように、スロットル
弁１３が閉じられ、開閉弁１６が開かれる。そして、ホ
ット用燃料噴射弁１７からは燃料噴射が行われず、コー
ルド用燃料噴射弁１５からは、ＰＴＣヒータ１８に通電
した状態で燃料が噴射される。従って、コールド時のホ
ット用燃料噴射弁１７の噴射率は０％であり、コールド
用燃料噴射弁の噴射率は１００％になり、コールド用燃
料噴射弁１５からの補助燃料のみが燃焼室６に導入され
る。

【００１７】一方、ホット時は、図３(b) に示すように
スロットル弁１３が開かれ、逆に開閉弁１６が閉じられ
る。そして、ホット用燃料噴射弁１７からのみ燃料噴射
が行われ、コールド用燃料噴射弁１５からは燃料噴射が
行われない。また、この状態では、ＰＴＣヒータ１８へ
の通電も実行されない。従って、ホット時のホット用燃
料噴射弁１７の噴射率は１００％であり、コールド用燃
料噴射弁の噴射率は０％になり、ホット用燃料噴射弁１
７からの主燃料のみが燃焼室６に導入される。このホッ
ト時の状態は、ＰＴＣヒータ１８が設けられていない内
燃機関１と同じ構成となり、ホット時の過渡性能への悪
影響を無くすことができる。

【００１８】以上の動作におけるホット時、コールド時
の境界は、内燃機関１の冷却水温が４０から６０℃の間
の温度であり、図３(a) ，(b) の各状態における水温
と、コールド用燃料噴射弁１５およびホット用燃料噴射
弁１７の噴射率の関係は、図４に示す特性図のようにな
る。以上説明した実施例では、コールド時とホット時と
で完全に燃料噴射弁を使い分けるため、始動時等のアイ
ドル運転状態であれば、吸入空気量も小さく、従って、
燃料噴射量も少ないので、ＰＴＣヒータ１８の能力が問
題とはならないが、始動直後に車両が走行する場合も考
えると、ＰＴＣヒータの出力はかなり大きなものにする
必要がある。

【００１９】次に、図１，図２のように構成された補助
燃料供給装置１００の動作の別の例を図５を用いて説明
する。この図５でも主燃料噴射弁１７をホット用燃料噴
射弁、副燃料噴射弁１５をコールド用燃料噴射弁、内燃
機関１が冷えている状態をコールド時、暖機後の状態を
ホット時と言い換えて記載してある。ここで説明する実
施例では、コールド時とホット時にコールド用燃料噴射
弁１５とホット用燃料噴射弁１７を併用する。これは、
通常の内燃機関における燃料噴射弁からコールド時に噴
射した燃料も、気化速度は遅いがある程度は気化してい
るからである。従って、１サイクル中で気化が可能な量
を冷却水温に対するマップとして制御回路１０内に持た
せておき、その量をホット用燃料噴射弁１７から噴射
し、不足分を副室１４Ａ内のコールド用燃料噴射弁１５
から噴射するようにすれば良い。

【００２０】まず、コールド時の動作について説明す
る。コールド時は、図５(a) に示すように、スロットル
弁１３が所定開度開かれ、開閉弁１６も開かれる。そし
て、ホット用燃料噴射弁１７からはａ％の燃料噴射が行
われず、コールド用燃料噴射弁１５からは、ＰＴＣヒー
タ１８に通電した状態でｂ％（＝１００％−ａ％）の燃
料が噴射される。従って、コールド時のホット用燃料噴
射弁１７の噴射率はａ％であり、コールド用燃料噴射弁
の噴射率はｂ％になり、ホット用燃料噴射弁１７とコー
ルド用燃料噴射弁１５からの燃料が所定の割合で燃焼室
６に導入される。

【００２１】一方、ホット時は、図５(b) に示すように
スロットル弁１３が開かれ、開閉弁１６は閉じられる。
そして、ホット用燃料噴射弁１７からのみ燃料噴射が行
われ、コールド用燃料噴射弁１５からは燃料噴射が行わ
れない。また、この状態では、ＰＴＣヒータ１８への通
電も実行されない。従って、ホット時のホット用燃料噴
射弁１７の噴射率は１００％であり、コールド用燃料噴
射弁の噴射率は０％になり、ホット用燃料噴射弁１７か
らの主燃料のみが燃焼室６に導入される。このホット時
の状態は、ＰＴＣヒータ１８が設けられていない内燃機
関１と同じ構成となり、ホット時の過渡性能への悪影響
を無くすことができる。

【００２２】以上の動作においてもホット時、コールド
時の境界は、内燃機関１の冷却水温が４０から６０℃の
間の温度であり、図５(a) ，(b) の各状態における水温
と、コールド用燃料噴射弁１５およびホット用燃料噴射
弁１７の噴射率の関係は、図６に示す特性図のようにな
る。以上説明した実施例では、コールド時にコールド用
とホット用の燃料噴射弁を同時に使うため、副室１４Ａ
におけるコールド用燃料噴射弁１５の燃料噴射量には、
図６に示すようにコールド時にも余裕がある。従って、
暖機中に車両が走行を開始した場合、急加速時に吸入空
気量が急増するが、通常の機関では燃料の気化が追いつ
かず、一時的なリーン失火による息つき現象が発生し易
いが、この実施例の装置では、コールド時の加速時に副
室１４Ａのコールド用燃料噴射弁１５の燃料噴射量に余
裕があるので、この余裕分を使って気化燃料を優先的に
増やすようにすることができる。この結果、暖機中に車
両が走行を開始した場合でも、この実施例の補助燃料供
給装置では霧化の良い燃料を供給できるので、機関の息
つき現象の発生を防止することができる。

【００２３】図７は図１に示した実施例の副燃料供給路
１４に設けられた副室１４Ａの構成の変形実施例を説明
する部分拡大断面図である。この実施例では、副室１４
Ａの内壁部分に流体をはじくコーティング１４Ｂが施し
てあり、副燃料噴射弁１５から副室１４Ａ内に噴射され
た補助燃料のうち、液滴として壁面に付着しようとする
ものを、底面のＰＴＣヒータ１８の上に落とすようにし
てある。このコーティング１４Ｂとしては、流体の表面
エネルギを小さくして玉にして落とす性質を持つフッ素
皮膜等の公知のものが使用できる。

【００２４】このように、副室１４Ａの内壁に付着した
燃料が弾かれてＰＴＣヒータ１８上に落ちると、燃料の
霧化率が向上するので、少ない燃料噴射量で、効率良く
気相空燃比をリッチにすることができる。図８は本発明
の別の実施例の補助燃料供給装置２００の構成を示す全
体構成図である。また、図９は図８の内燃機関１が４気
筒の場合の副室１４Ａを備えた副吸気通路１４と吸気マ
ニホルド２との接続を示すものである。この図８，図９
に示した実施例の補助燃料供給装置２００が図１，図２
において説明した実施例の補助燃料供給装置１００と異
なる点は、副吸気通路１４に設けた副室１４Ａおよび副
吸気通路１４の開閉弁１６だけであるので、図１，図２
で説明した実施例と同じ構成部材には同じ符号を付して
その説明を省略する。

【００２５】この実施例の補助燃料供給装置２００で
は、副室１４Ａの容積を大きくすると共に、この副室１
４Ａに気化燃料を溜めておき、冷間始動時やコールド時
に気化燃料を供給することに加えて、ホット時の加速時
にも気化燃料が送り出せるようにしている。このため、
気化した燃料が冷えないように副室１４Ａの周囲が断熱
材（保温材）２０で覆われている。そして、必要時にこ
の副室１４Ａから気化燃料を吸気マニホルド２側に供給
するために、副室１４Ａの前後に開閉弁１６Ａ，１６Ｂ
が設けられている。この開閉弁１６Ａ，１６Ｂは図１の
実施例と同様に制御回路１０によって開閉制御される。
また、副室１４Ａ内の気化燃料の温度を一定に保つため
に、副室１４Ａ内に温度センサを設け、温度が低下した
場合には開閉弁１６Ａ，１６Ｂの開閉動作とは独立にＰ
ＴＣヒータ１８に通電を行うようにしても良いものであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主燃料噴射弁の設けられた主吸気通路に、副燃料噴射弁
が設けられた副吸気通路が並列に設けられ、この副燃料
噴射弁から補助燃料を内燃機関に供給するものにおい
て、加熱手段が副吸気通路の内壁面を構成するため、加
熱時に通路抵抗とはならず、吸気効率を高めながら、低
温時の燃料の霧化を促進することができるという効果が
ある。

【００２７】また、低温時に主燃料噴射弁と副燃料噴射
弁の両方を用いて燃料を供給することにより、補助燃料
噴射弁からの燃料供給に余裕を持たせることができ、機
関の負荷増大時に燃料を副燃料噴射弁から優先的に増量
することができるので、霧化の良好な燃料が機関に供給
され、少ない燃料増量で過渡状態に有効に対応すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の補助燃料供給装置の一実施例の構成を
示す全体構成図である。

【図２】図１の補助燃料供給装置の構成を説明する斜視
図である。

【図３】本発明の補助燃料供給装置の動作の一例を説明
するものであり、(a) はコールド時のスロットル弁開
度、開閉弁開度、ホット用燃料噴射弁、およびコールド
用燃料噴射弁の動作を説明するブロック図、(b) はホッ
ト時のスロットル弁開度、開閉弁開度、ホット用燃料噴
射弁、およびコールド用燃料噴射弁の動作を説明するブ
ロック図である。

【図４】図３(a) ，(b) の各状態における水温と、コー
ルド用およびホット用燃料噴射弁の噴射率の関係を示す
特性図である。

【図５】本発明の補助燃料供給装置の動作の別の例を説
明するものであり、(a) はコールド時のスロットル弁開
度、開閉弁開度、ホット用燃料噴射弁、およびコールド
用燃料噴射弁の動作を説明するブロック図、(b) はホッ
ト時のスロットル弁開度、開閉弁開度、ホット用燃料噴
射弁、およびコールド用燃料噴射弁の動作を説明するブ
ロック図である。

【図６】図５(a) ，(b) の各状態における水温と、コー
ルド用およびホット用燃料噴射弁の噴射率の関係を示す
特性図である。

【図７】図１に示した実施例の副燃料供給路に設けられ
た副室の構成の変形例を説明する部分拡大断面図であ
る。

【図８】本発明の補助燃料供給装置の別の実施例の構成
を示す全体構成図である。

【図９】図８の補助燃料供給装置の構成を説明する斜視
図である。

【符号の説明】

１…内燃機関２…吸気マニホルド３…吸気ポート４…吸気弁５…排気弁８…ウォータジャケット９…水温センサ１０…制御回路１１…主吸気通路１２…サージタンク１３…スロットル弁１４…副吸気通路（バイパス通路）１４Ａ…副室１４Ｂ…コーティング１５…副燃料噴射弁１６…開閉弁１７…主燃料噴射弁１８…加熱用ヒータ２０…断熱（保温）材ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 37/00 Ｅ 69/00 ３１０Ｔ３６０Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主吸気通路に主燃料供給手段が設けられ
た内燃機関における補助燃料供給装置であって、前記主吸気通路に並列に設置された副吸気通路と、この副吸気通路に設けられた補助燃料供給手段と、前記副吸気通路の開閉弁と、前記補助燃料供給手段に対向して配置され、前記副吸気
通路の内壁面を構成する加熱手段と、機関の温度を検出する機関温度検出手段と、機関温度が所定温度以下の低温時に前記補助燃料供給手
段と前記加熱手段とを作動させると共に前記開閉弁の開
弁を行い、機関温度が所定温度よりも高い高温時に前記
補助燃料供給手段の作動を停止すると共に、前記開閉弁
の閉弁を行う制御手段とを備えることを特徴とする補助
燃料供給装置。
【請求項２】請求項１に記載の補助燃料供給装置であ
って、前記制御手段が、機関温度が前記所定温度以下の低温時
であっても温度に対して設定された気化が可能な燃料量
を前記主燃料供給手段より供給し、不足分を前記補助燃
料供給手段より供給すると共に、機関の負荷増大時に前
記補助燃料供給手段から優先的に燃料供給量を増加する
ことを特徴とするもの。