(57)【要約】【課題】内燃機関の低温始動性を向上させる燃料加熱装置を提供。【解決手段】ク内燃機関に設けられるインジェクタ８０に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置１００であって、インジェクタの直前で内燃機関の始動に要する量の燃料を貯留する燃料貯留部２０，３０と、当該燃料貯留部２０，３０に貯留された燃料を昇温させるヒーター５０と、を備える燃料加熱装置１００とする。【選択図】図１
2010101294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられる燃料噴射弁に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置であって、
前記燃料噴射弁の直前で前記内燃機関の始動に要する量の燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部に貯留された燃料を昇温させる昇温部と、を備えることを特徴とする燃料加熱装置。
【請求項２】
前記燃料貯留部は、前記内燃機関の始動開始から、前記内燃機関が初爆を生じるに至るまでの間に、前記燃料噴射弁に供給される量の燃料を貯留することを特徴とする請求項１に記載の燃料加熱装置。
【請求項３】
前記燃料貯留部は、前記内燃機関の始動開始から、前記内燃機関がアイドリング状態に至るまでの間に、前記燃料噴射弁に供給される量の燃料を貯留することを特徴とする請求項１に記載の燃料加熱装置。
【請求項４】
前記昇温部は、燃料を引火点以上に昇温させることを特徴とする請求項１〜３に記載の燃料加熱装置。
【請求項５】
前記燃料貯留部は、燃料が一方向に流動する燃料流路を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料加熱装置。
【請求項６】
前記燃料流路は、蛇行する流路であることを特徴とする請求項５に記載の燃料加熱装置。
【請求項７】
前記燃料貯留部は、内面側に交互に相対向して配置されるフィンを具備する管状の部材であって、
前記燃料流路は、前記フィンによって形成されることを特徴とする請求項６に記載の燃料加熱装置。
【請求項８】
前記昇温部は、前記燃料貯留部の外側に巻設されるコイル部、および前記コイル部に電流を印加する電源回路部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料加熱装置。
【請求項９】
前記燃料貯留部は、扁平形状であることを特徴とする請求項８に記載の燃料加熱装置。
【請求項１０】
前記電源回路部は、前記コイル部に交流電流を印加する交流電源回路部であり、
前記燃料貯留部は、導電材料よりなることを特徴とする請求項８又は９に記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記電源回路部は、燃料の圧力を計測する圧力センサ、燃料の温度を計測する温度センサ、および燃料の性状を計測する性状センサの情報に基づいて、前記コイル部への電流の印加が制御されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の燃料加熱装置。
【請求項１２】
前記燃料貯留部に設けられ、前記燃料貯留部に貯留される燃料の温度を計測する前記温度センサと、
前記燃料貯留部に設けられ、前記燃料貯留部に貯留される燃料の圧力を計測する前記圧力センサと、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の燃料加熱装置。
【請求項１３】
前記燃料貯留部の外側を覆う断熱部を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１４】
複数の前記燃料噴射弁と、複数の前記燃料噴射弁に燃料を分配する燃料分配管と、を備える内燃機関において、
前記燃料噴射弁と前記燃料分配管との間に取り付けられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料加熱装置。
【請求項１５】
前記燃料貯留部は、前記燃料分配管に沿って設けられることを特徴とする請求項１４に記載の燃料加熱装置。
【請求項１６】
燃料は、アルコールを含有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に設けられる燃料噴射弁に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に設けられる燃料噴射弁に供給される燃料を昇温させる昇温部を備える燃料加熱装置が知られている。昇温部によって燃料を昇温させることにより、内燃機関が燃料の引火点を下回る低温環境下に長時間放置された場合においても、当該内燃機関の始動を可能にするものである。例えば、特許文献１には、燃料タンクから燃料噴射弁までの燃料通路の中間位置に昇温部を設け、燃料を昇温させる燃料加熱装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、燃料を昇温させる昇温部を燃料噴射弁内に設ける構成が開示されている。さらに、特許文献３には、昇温部を燃料噴射弁の直前の燃料通路内に設ける構成が開示されている。
【特許文献１】特開平７−７７１３０号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６８２１号公報
【特許文献３】特開平５−２６１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示のように燃料通路の中間位置に昇温部を設ける構成では、昇温部が設けられる位置から燃料噴射弁までの燃料通路内の燃料には、昇温部による昇温がなされない。故に、低温環境下での内燃機関の始動時において、燃料噴射弁には昇温されていない低温の燃料が供給されることとなる。そのため、内燃機関の出力軸を外部からの力によって回転させる、所謂クランキングの開始とともに内燃機関に燃料噴射弁によって噴射される燃料は低温のままである。したがって、内燃機関では、クランキング開始後において燃料が安定的に燃焼せず、早急な始動が実現し得ないのである。
【０００５】
そこで、特許文献２および特許文献３に開示のように、燃料噴射弁内または燃料噴射弁の直前の燃料経路内に昇温部を設ける構成とすることが考えられる。しかし、特許文献２および特許文献３の構成においては、燃料噴射弁による継続的な噴射が行われると、燃料は昇温部の近傍を短時間で通過することとなるので、充分な昇温がなされなくなる。故に、内燃機関に噴射される燃料の温度はクランキング開始後に徐々に低下し、燃料が安定的に燃焼し難くなる。したがって、低温環境下での内燃機関の安定的な始動が実現し得ないのである。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の低温始動性を向上させる燃料加熱装置を提供することができるのである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、内燃機関に設けられる燃料噴射弁に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置であって、燃料噴射弁の直前で内燃機関の始動に要する量の燃料を貯留する燃料貯留部と、燃料貯留部に貯留された燃料を昇温させる昇温部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、内燃機関を始動が開始されるとともに、燃料噴射弁からの燃料の噴射が開始される。この内燃機関の始動において、当該内燃機関が低温度環境下であっても、燃料噴射弁には当該燃料噴射弁の直前の燃料貯留部で、昇温部によって加熱された燃料が供給される。故に、内燃機関の始動開始とともに、昇温された燃料が燃料噴射弁によって内燃機関に噴射される。加えて、燃料貯留部に貯留された内燃機関の始動に要する量の燃料を昇温部が昇温させることによれば、昇温された燃料が常に貯留された状態が維持されるので、昇温された燃料が継続的に燃料噴射弁によって噴射され続ける。したがって、低温度環境下であっても、内燃機関の始動開始後の燃料の燃焼を安定的に生じさせ得るので、内燃機関は早急に始動することができる。以上によれば、内燃機関の低温始動性を向上させる燃料加熱装置を提供することができるのである。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、燃料貯留部は、内燃機関の始動開始から、内燃機関が初爆を生じるに至るまでの間に燃料噴射弁に供給される量の燃料を貯留することを特徴とする。この発明によれば、内燃機関の始動開始から初爆を生じるに至るまでの間に要する燃料が、昇温された状態で燃料貯留部の貯留されることなる。故に、燃料貯留部から燃料噴射弁には、昇温部によって昇温された燃料が確実に供給され続ける。よって、始動開始から初爆を生じるに至るまでの間、内燃機関には継続的に昇温された燃料が確実に噴射され続ける。したがって、低温度環境下であっても、内燃機関の始動開始後の燃料の初爆が安定的に生じ得るので、内燃機関の低温始動性の向上が実現されるのである。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、燃料貯留部は、内燃機関の始動開始から、内燃機関がアイドリング状態に至るまでの間に燃料噴射弁に供給される量の燃料を貯留することを特徴とする。この発明によれば、内燃機関の始動開始からアイドリング状態に至るまでの間に要する燃料が、昇温された状態で燃料貯留部の貯留されることなる。故に、燃料貯留部から燃料噴射弁には、昇温部によって昇温された燃料が確実に供給され続ける。よって、始動開始からアイドリング状態に至るまでの間、内燃機関には継続的に昇温された燃料が確実に噴射され続ける。したがって、低温度環境下であっても、内燃機関を確実にアイドリング状態にすることができるのである。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、昇温部は、燃料を引火点以上に昇温させることを特徴とする。この発明によれば、昇温部によって引火点以上の温度に昇温された燃料は、安定的に燃焼することができる。故に、引火点以上に昇温された燃料を燃料噴射弁に供給する作用発揮によれば、低温度環境下においても、内燃機関は確実に始動することができるのである。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、燃料貯留部は、燃料が一方向に流動する燃料流路を形成することを特徴とする。この発明によれば、燃料は燃料貯留部に形成された燃料流路を一方向に流動するので、燃料貯留部に流入したばかりの未昇温の燃料と、既に燃料貯留部で昇温された燃料とが混ざり難い。故に、燃料貯留部で昇温された燃料のみが燃料噴射弁に確実に供給され、内燃機関に噴射されることとなる。そのため、低温度環境下であっても、始動開始後の燃料の燃焼が安定的に生じ得る。したがって、内燃機関の低温始動性を確実に向上させる燃料加熱装置を提供することができるのである。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、燃料流路が蛇行する流路であることで、少ない空間に細長い燃料経路を形成することが容易となる。このように細長い燃料流路が形成されていることによれば、燃料貯留部に流入した未昇温の燃料と、既に燃料貯留部で昇温された燃料とをさらに混ざり難くすることができる。故に、燃料貯留部で昇温された燃料のみを燃料噴射弁にさらに確実に供給して、始動開始後の燃料の燃焼を安定的に生じさせることができるのである。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、燃料貯留部は、内面側に交互に相対向して配置されるフィンを具備する管状の部材であって、燃料流路は、フィンによって形成されることを特徴とする。この発明によれば、燃料貯留部に流入した燃料は、内面側に交互に相対向して配置されたフィンを具備する管状の部材の内部を流れる。これにより燃料は、交互に相対向するフィンによって形成された燃料流路を蛇行して流れる。このような燃料貯留部の構成によれば、燃料貯留部に流入した未昇温の燃料と、既に燃料貯留部で昇温された燃料とが混ざり難くすることが容易に実現できるのである。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、昇温部は、燃料貯留部の外側に巻設されるコイル部、およびコイル部に電流を印加する電源回路部を有する。この発明によれば、燃料貯留部の外側に巻設されるコイル部に電源回路部が電流を印加することにより、昇温部は燃料を昇温させる。燃料は、燃料貯留部の外側に巻設されたコイル部によって広範囲に亘って加熱されることとなるので、昇温され易い。故に、低温度環境下における内燃機関の始動時であっても、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関にて噴射される。これにより、始動開始後の燃料の燃焼をさらに安定的に生じさせ得るので、内燃機関は早急に始動することができる。したがって、内燃機関の低温始動性を確実に向上させる燃料加熱装置を提供することができるのである。
【００１６】
請求項９に記載の発明では、燃料貯留部は、扁平形状であることから、燃料貯留部に貯留される燃料も扁平形状の状態をなす。これにより、燃料の外表面積が拡大するので、燃料貯留部の外側に巻設されるコイル部による燃料の加熱が効率的に行われる。このようにして燃料が昇温され易くなることによれば、低温度環境下における内燃機関の始動時であっても、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関に噴射される。したがって、始動開始後の燃料の燃焼を安定的に生じさせ得るので、内燃機関の低温始動性の向上が実現されるのである。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、電源回路部は、コイル部に交流電流を印加する交流電源回路部であり、燃料貯留部は、導電材料よりなることを特徴とする。この発明によれば、交流電源回路部がコイル部に交流電流を印加することにより、導電体よりなる燃料貯留部には高密度のうず電流が誘起される。この誘起されるうず電流によって燃料貯留部が発熱して、燃料が加熱されることとなる。このように、電気エネルギーから熱エネルギーへの変換効率に優れる誘導加熱を用いることによれば、燃料をさらに速やかに昇温させることができる。故に、低温度環境下における内燃機関の始動時であっても、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関に噴射されることとなる。したがって、始動開始後の燃料の燃焼を安定的に生じさせ得るので、内燃機関の低温始動性の向上が実現されるのである。
【００１８】
請求項１１に記載の発明では、電源回路部は、燃料の圧力を計測する圧力センサ、燃料の温度を計測する温度センサ、および燃料の性状を計測する性状センサの情報に基づいて、コイル部への電流の印加が制御されることを特徴とする。この発明によれば、燃料の圧力を計測する圧力センサ、燃料の温度を計測する温度センサ、および燃料の性状を計測する性状センサの情報に基づくことによって、燃料の沸点が算出可能である。故に、電源回路部がこれらの燃料の状態情報に基づいてコイル部への電流の印加が制御されることによれば、燃料の過度の加熱に起因した沸騰による燃料中の気泡の発生を確実に防止できる。これによれば、気泡に妨げられることなく、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関に噴射されることとなる。したがって、内燃機関の始動性の向上が実現し得るのである。
【００１９】
請求項１２に記載の発明では、燃料貯留部に設けられ、燃料貯留部に貯留される燃料の温度を計測する温度センサと、燃料貯留部に設けられ、燃料貯留部に貯留される燃料の圧力を計測する圧力センサと、を備えることを特徴とする。この発明によれば、温度センサおよび圧力センサが燃料貯留部に設けられ、当該燃料貯留部に貯留される燃料について計測を行うことによって、燃料の沸点をさらに正確に算出される。故に、燃料の昇温に起因した沸騰による燃料中の気泡の発生が確実に防止されるよう、電源回路部はコイル部への電流の印加について正確に制御されることとなる。したがって、気泡に妨げられることなく、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関に噴射され得るのである。尚、このような電源回路部の制御は、内燃機関を制御する制御回路が兼ねて行ってもよい。又は、電源回路部が制御回路を有する構成であってもよい。
【００２０】
請求項１３に記載の発明では、燃料貯留部の外側を覆う断熱部を備えることを特徴とする。この発明によれば、燃料貯留部の外側を覆う断熱部によって、昇温部によって昇温された燃料の熱量が燃料貯留部を通じて外部へ放出され難くなる。故に、燃料は速やかに昇温されることとなる。したがって、低温度環境下における内燃機関の始動時であっても、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関に噴射されることとなるのである。
【００２１】
請求項１４に記載の発明では、複数の燃料噴射弁と、複数の燃料噴射弁に燃料を分配する燃料分配管と、を備える内燃機関において、燃料噴射弁と燃料分配管との間に取り付けられることを特徴とする。この発明によれば、複数の燃料噴射弁、および複数の燃料噴射弁に燃料を分配する燃料分配管を備える内燃機関においては、燃料加熱装置が燃料噴射弁と燃料分配管との間に取り付けられる構成にすることによって、燃料加熱装置の有無の仕様を容易に造り分けることができる。故に、既存の内燃機関に対する変更を最小限に抑えつつ、内燃機関の低温始動性の向上を実現する燃料加熱装置を提供することができるのである。
【００２２】
請求項１５に記載の発明では、燃料貯留部は、燃料分配管に沿って設けられることを特徴とする。この発明によれば、燃料貯留部が燃料分配管に沿って設けられることにより、燃料貯留部の燃料を貯留する容量を確保したまま、燃料加熱装置の追加に伴った燃料分配管の位置変更を最小限に留めることができる。故に、内燃機関における燃料加熱装置の有無の仕様を、さらに容易に造り分けることができる。したがって、既存の内燃機関に対する変更を最小限に抑えつつ、低温始動性を向上させる燃料加熱装置を提供することができるのである。特に、請求項７の発明と組み合わせることにより、管状の部材である燃料貯留部の軸方向を燃料分配管に沿って設けることによれば、燃料分配管の位置変更をさらに最小限に留めることができるのである。
【００２３】
請求項１６に記載の発明では、燃料は、アルコールを含有することを特徴とする。上述したように、燃料貯留部が貯留する燃料を昇温部が昇温させる作用発揮によれば、内燃機関の始動時において、燃料噴射弁に昇温された燃料を継続的に供給することができる。したがって、一般的に引火点が高く、低温始動時の安定的な燃料の燃焼が困難なアルコールを含有する燃料を加熱する燃料加熱装置として、請求項１５に記載の発明は特に好適なのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態による燃料加熱装置１００が取り付けられた燃料供給システム１１を示している。燃料供給システム１１は、複数気筒を備えた内燃機関に搭載され、内燃機関の燃焼室に連通する吸気経路内に燃料を供給する。この燃料供給システム１１は、燃料加熱装置１００に加えて、メインデリバリパイプ９０、インジェクタ８０、燃料濃度センサ１５、機関制御装置１３、ならびに図示しない燃料ポンプ、および燃料配管等によって構成されている。
【００２６】
メインデリバリパイプ９０は、内燃機関が備える複数の気筒に燃料を分配するための燃料分配管である。このメインデリバリパイプ９０には、燃料タンクに貯留された燃料が、燃料配管を通じて供給されている。メインデリバリパイプ９０は、金属材料よりなる管部材によって形成されており、燃料ポンプによって加圧された燃料の圧力、および内燃機関の振動に対して充分な強度を備えている。このメインデリバリパイプ９０は燃料供給部９５、および複数のインジェクタソケット９３ａ，９３ｂを有している。燃料供給部９５は、燃料配管に接続されており、メインデリバリパイプ９０への燃料の入口となっている。インジェクタソケット９３ａ，９３ｂは、燃料加熱装置１００を備えない燃料供給システム１１である場合に、インジェクタ８０が直接的に取り付けられる取付孔である。尚、便宜的に図１の左側を内燃機関の１番気筒側とし、図１の左側のインジェクタソケットを１番気筒用インジェクタソケット９３ａ、図１の右側のインジェクタソケットを２番気筒用インジェクタソケット９３ｂとする。
【００２７】
インジェクタ８０は、燃料の供給口となる取付部８２を有し、具体的には、内燃機関のインテークマニホールドに吸気経路に向けて設置さている。インジェクタ８０は、取付部８２から供給された燃料をインテークポートに向けて噴射する。また、インジェクタ８０は、ソレノイドによって駆動される電磁弁であって、機関制御装置１３と電気的に接続されている。このインジェクタ８０は、機関制御装置１３からのパルス電流によって開弁の制御がなされる。本実施形態では、図１の左側を１番気筒用インジェクタ８０ａとし、図１の右側を２番気筒用インジェクタ８０ｂとする。尚、燃料加熱装置１００を備えない燃料供給システム１１である場合には、インジェクタ８０ａはメインデリバリパイプ９０の１番気筒用インジェクタソケット９３ａに、インジェクタ８０ｂはメインデリバリパイプ９０の２番気筒用インジェクタソケット９３ｂに、それぞれ接続されるものである。
【００２８】
燃料濃度センサ１５は、液体用の静電容量センサであって、図示しない燃料配管に取り付けられるとともに、機関制御装置１３に電気的に接続されている。本実施形態では、燃料供給システム１１は、燃料として、エタノールを含有するガソリン又は純粋なエタノールを内燃機関に供給するものとする。この燃料濃度センサ１５は、燃料の静電容量がエタノールとガソリンとの混合比率に応じて変化することを利用し、燃料の性状を計測する。これにより燃料濃度センサ１５は、燃料成分中のエタノール含有量に応じた電圧を出力値として機関制御装置１３へ出力する。
【００２９】
機関制御装置１３は、主に内燃機関の稼動状態を制御するための制御装置であって、演算機能を有するプロセッサを中心に、メモリおよび種々のインターフェース、ならびに複数のプログラムが記憶された半導体素子等を組み合わせてなるマイクロプロセッサである。本実施形態では、機関制御装置１３には、接続された種々のセンサにから出力された出力値に基づいて燃料の濃度、温度、および圧力を算出するプログラム、これらの算出値から燃料の沸点を算出するプログラム、および燃料の沸点温度の情報に基づいて後述する高周波電源回路部５６を制御するためのプログラム等が予め記憶されている。これにより機関制御装置１３は、後述する温度センサ７１および圧力センサ７３、ならびに燃料濃度センサ１５から取得した燃料の状態情報に基づいて、燃料の沸点を算出する。そして、算出された燃料の沸点温度の情報に基づいて、高周波電源回路部５６による電流の印加を制御する。
【００３０】
図１および図２に示すように、燃料加熱装置１００は、インジェクタ８０とメインデリバリパイプ９０との間に取り付けられている。燃料加熱装置１００は、メインデリバリパイプ９０に沿って設けられており、第一貯留部２０、第二貯留部３０、ヒーター５０、断熱部６０、温度センサ７１、および圧力センサ７３を備えている。
【００３１】
第一貯留部２０は扁平形状であって、伝熱フィン２３、メインデリバリ側取付部２５、およびインジェクタソケット２７を有している。第一貯留部２０は伝熱フィン２３を具備する加熱パイプ２１であって、加熱パイプ２１は金属製の導電材料のうちで比較的固有電気抵抗値の高い材料、具体的には鉄材料よりなる管状の部材である。加熱パイプ２１には、燃料が一方向に流動する燃料流路２１ａが形成されている。この燃料流路２１ａは、蛇行する流路であって、加熱パイプ２１の内面側に交互に相対向して配置される伝熱フィン２３によって形成されている。伝熱フィン２３は、加熱パイプ２１と同じ鉄材料によって形成され、広範囲に亘って燃料と接触している。メインデリバリ側取付部２５は、燃料流路２１ａの入口側であって、インジェクタ８０の取付部８２に倣った形状に形成されている。この形状によって、メインデリバリ側取付部２５はメインデリバリパイプ９０の２番気筒用インジェクタソケット９３ｂに内嵌されている。インジェクタソケット２７は、燃料流路２１ａの出口側であって、メインデリバリパイプ９０のインジェクタソケット９３ｂに倣った形状に形成されている。この形状によって、インジェクタソケット２７は１番気筒用インジェクタ８０ａの取付部８２に外嵌される。これらによって、第一貯留部２０は、燃料流路２１ａ内で燃料を一方向３１ｂに流動させつつ、インジェクタ８０ａの直前で燃料を貯留する構成となる。
【００３２】
第二貯留部３０は、第一貯留部２０と同様に、扁平形状であって、伝熱フィン３３、メインデリバリ側取付部３５、およびインジェクタソケット３７を有している。第二貯留部３０は伝熱フィン３３を具備する加熱パイプ３１であって、鉄材料よりなる管状の部材である。この加熱パイプ３１には、燃料が一方向に流動する燃料流路３１ａ（図２参照）が形成されている。この燃料流路３１ａは、燃料流路２１ａと同じ蛇行する流路であって、加熱パイプ３１の内面側に交互に相対向して配置される伝熱フィン３３によって形成されている。伝熱フィン３３は、加熱パイプ３１と同じ鉄材料によって形成され、広範囲に亘って燃料と接触している。メインデリバリ側取付部３５は、燃料流路３１ａの入口側であって、インジェクタ８０の取付部８２に倣った形状に形成されている。この形状によって、メインデリバリ側取付部３５はメインデリバリパイプ９０の１番気筒用インジェクタソケット９３ａに内嵌される。インジェクタソケット３７は、燃料流路３１ａの出口側であって、メインデリバリパイプ９０のインジェクタソケット９３ａに倣った形状に形成されている。この形状によって、インジェクタソケット３７は２番気筒用インジェクタ８０ｂの取付部８２に外嵌される。これらによって、第二貯留部３０は、燃料流路３１ａ内で燃料を一方向に流動させつつ、インジェクタ８０ｂの直前で燃料を貯留する構成となる。
【００３３】
これら第一貯留部２０および第二貯留部３０は、同一の部品であって、扁平な表面同士を対向させた状態で並列に配置されている。この配置において、第二貯留部３０は、第一貯留部２０に対して１８０度回転させた状態である。これにより、第一貯留部２０内の燃料流路２１ａを流れる燃料と、第二貯留部３０内の燃料流路３１ａを流れる燃料とは、対向する方向に流れることとなる。
【００３４】
ここで、第一貯留部２０および第二貯留部３０に貯留される燃料量について図３を用いて説明する。
【００３５】
まず内燃機関の始動時における、出力軸の回転速度の推移について説明する。内燃機関は、外部のスターターモータ等からトルクを受ける、所謂クランキングによって始動を開始する。停止状態にあった内燃機関の出力軸は、このクランキングによって、クランキングスピードＲＥＶｃ、例えば２００ｒｐｍ前後の一定の回転速度で回転する。内燃機関は、出力軸がクランキング開始から一定の時間クランキングスピードＲＥＶｃで回転された後に、初爆（図３、ＦＩＰ）を生じるに至る。これにより内燃機関は、クランキングから発火運動に移行し、出力軸の回転速度がアイドリング回転速度ＲＥＶｉ（例えば、１５００ｒｐｍ前後）まで上昇することで、アイドリング状態に至る。尚、このアイドリング回転速度ＲＥＶｉは、内燃機関の冷間時におけるアイドリング回転速度であって、冷却水の温度を上昇させる等の目的により、通常のアイドリング回転速度（例えば、７００〜８００ｒｐｍ）に対して高く設定されるものである。
【００３６】
次に、このような内燃機関のクランキング開始からアイドリング状態への移行過程におけるインジェクタ８０の作動について説明する。内燃機関を始動させるためのクランキングが開始されるとともに、インジェクタ８０は、最大に近い燃料噴射量ＩＱｃの噴射を開始する。内燃機関が初爆から発火運動に移行し、出力軸の回転速度がクランキングスピードＲＥＶｃよりも高い特定の回転速度ＲＥＶｓ、具体的には３００ｒｐｍに達するまで、インジェクタ８０は最大に近い燃料噴射量ＩＱｃの噴射を維持する。そして、出力軸の回転速度が特定の回転速度ＲＥＶｓを超えると、インジェクタ８０は燃料の噴射量をアイドリング回転速度ＲＥＶｉに適した噴射量ＩＱｉにまで漸減させる。
【００３７】
本実施形態では、第一貯留部２０および第二貯留部３０は、内燃機関のクランキング開始からアイドリング状態に至るまでの間に、１つのインジェクタ８０が噴射する燃料量であって、１つのインジェクタ８０に供給される燃料量ＦＣを貯留している。具体的には、内燃機関が４サイクル、４気筒、２０００ｃｃであるとすると、約１５ｃｃ程度となる。この値は、内燃機関の仕様に応じて、適宜設定されるものである。
【００３８】
図１および図２に示すように、ヒーター５０は、各コイル部５２，５３、および当該各コイル部５２，５３に電流を印加する高周波電源回路部５６を有している。コイル部５２，５３には、銅材料よりなる極細な銅線の外周を絶縁材料よりなる絶縁膜で被覆したエナメル線を複数本よりあわせることによって形成された誘導加熱用の導線が用いられている。コイル部５２，５３は、このような誘導加熱用導線を各貯留部２０，３０の外側に巻設することによって設けられている。高周波電源回路部５６は、各コイル部５２，５３、機関制御装置１３、および外部の電源部（図示しない）に電気接続されている。この高周波電源回路部５６は、機関制御装置１３による制御に基づいて、外部の電源部より入力された電流を、１０〜９０ｋＨｚ程度の高周波電流に変換してコイル部５２，５３に印加する。このとき高周波電源回路部５６は、各コイル部５２，５３に１．５ｋＷ程度の電力を供給する。ヒーター５０が高周波電流を各コイル部５２，５３に印加することにより、導電性よりなる各貯留部２０，３０の加熱パイプ２１，３１には高密度のうず電流が誘起される。この誘起されるうず電流によって各貯留部２０，３０の加熱パイプ２１，３１が発熱して、燃料が昇温されることとなる。以上によれば、各コイル部５２，５３は最大で１２０℃程度まで加熱パイプ２１，３１を昇温させることができる。
【００３９】
断熱部６０は、複数の断熱材６１〜６５を組み合わせて構成されている。断熱材６１〜６５は、燃料に対する耐油性と、加熱パイプの発熱に対する耐熱性とを備えた、例えばフッ素樹脂等によって形成されている。断熱材６１は、第一貯留部２０および第二貯留部３０の対向する扁平な表面同士の間に配置されている。断熱材６２は第一貯留部２０の第二貯留部３０とは反対側の扁平な表面に沿って、断熱材６３は第二貯留部３０の第一貯留部２０とは反対側の扁平な表面に沿って、それぞれ配置されている。断熱材６４は、各貯留部２０，３０のメインデリバリパイプ９０側に、断熱材６５は、各貯留部２０，３０のインジェクタ８０側に、それぞれ各断熱材６１〜６３と接続された状態で配置されている。以上の断熱材６１〜６５の配置によって、断熱部６０は、各貯留部２０，３０の外側を覆うよう構成されている。
【００４０】
温度センサ７１は、異なる２種類の金属を接合した熱電対を用いる温度センサであって、燃料流路２１ａ又は燃料流路３１ａのいずれかを流れる燃料の温度を計測する。温度センサ７１は、加熱パイプ２１、又は３１のいずれかの中央位置に、当該パイプの壁面を貫通して燃料内に挿入配置されている。この温度センサ７１は、機関制御装置１３と電気接続されており、燃料流路内の燃料の温度に応じた電圧を、出力値として機関制御装置１３へ出力する。
【００４１】
圧力センサ７３は、負荷されている力を電力に変換する圧電素子を用いる構成であって、温度センサ７１と同様に、燃料流路２１ａ又は燃料流路３１ａのいずれかを流れる燃料の温度を計測する。圧力センサ７３は、加熱パイプ２１、又は３１のいずれかの中央位置に配置され、圧力を検知するための感圧部が燃料に直接的に接触しないようダイヤフラム等を介して取り付けられている。この圧力センサ７３は、機関制御装置１３と電気接続されており、燃料流路内の燃料の圧力に応じた電圧を、出力値として機関制御装置１３へ出力する。
【００４２】
以上の構成によれば、内燃機関の始動時において、内燃機関が燃料の引火点を下回る低温度環境下であっても、各インジェクタ８０ａ，８０ｂには、直前に配置された各貯留部２０，３０で、ヒーター５０によって昇温された燃料が供給される。具体的には、内燃機関に純粋なエタノール燃料が供給される場合であって、当該内燃機関がエタノールの引火点約１３℃を下回る零下５℃程度の低温環境下である場合、ヒーター５０は各加熱パイプ２１，３１を誘導加熱することで、各貯留部２０，３０内で燃料を引火点以上の８０℃程度まで昇温させる。加えて、昇温された燃料が常に各貯留部２０，３０内に貯留された状態が維持される。そして、クランキング開始直後から継続的に昇温された燃料が各インジェクタ８０ａ，８０ｂに供給され続けるのである。
【００４３】
このような、昇温された燃料を各インジェクタ８０ａ，８０ｂに直接的、且つ継続的に供給する作用発揮によれば、燃料の引火点を下回るような低温度環境下であっても、クランキング開始後の燃料の燃焼を安定化することができる。故に、内燃機関は早急に始動することができる。以上によれば、内燃機関の低温始動性を向上させる燃料加熱装置１００を提供することができるのである。
【００４４】
加えて、本実施形態における各貯留部２０，３０の燃料量ＦＣによれば、クランキング開始から内燃機関が初爆を経て、アイドリング状態に至るまでの間、各貯留部２０，３０から各インジェクタ８０ａ，８０ｂには、継続的に昇温された燃料が供給されることとなる。故に、内燃機関には、クランキングの開始からアイドリング状態に至るまでの間、継続的に昇温された燃料が噴射され続ける。したがって、低温度環境下であっても、クランキング開始後の燃料の初爆が安定的に生じ得るとともに、初爆以降の燃焼をも安定的に生じさせることができるのである。
【００４５】
また本実施形態において、細長く蛇行した燃料流路２１ａ，３１ａが形成されていることによれば、燃料が確実に一方向に流動するので、各貯留部２０，３０に流入した未昇温の燃料と、既に各貯留部２０，３０で昇温された燃料とが混ざり難い。故に、各貯留部２０，３０で昇温された燃料のみが各インジェクタ８０ａ，８０ｂに確実に供給され、内燃機関に噴射されることとなる。そのため、低温度環境下であっても、クランキング開始後の燃料の燃焼が安定的に生じ得る。したがって、内燃機関の低温始動性を確実に向上させる燃料加熱装置１００を提供することができるのである。
【００４６】
さらに、本実施形態では、燃料は、各貯留部２０，３０の外側に巻設されたコイル部５２，５３によって広範囲に亘って加熱されることとなるので、昇温され易い。加えて、各貯留部２０，３０が扁平形状であり、且つ各伝熱フィン２３，３３が設けられていることから、各貯留部２０，３０と燃料とが広範囲に亘り接触している。故に、各コイル部５２，５３によって発熱した各加熱パイプ２１，３１から燃料への伝熱が効率的に行われることとなり、燃料は速やかに昇温されるのである。さらに、ヒーター５０が電気エネルギーから熱エネルギーへの変換効率に優れる誘導加熱を用いることによれば、燃料をさらに速やかに昇温させることができるのである。また、各貯留部２０，３０の外側を断熱部６０が覆うことによれば、ヒーター５０によって昇温された燃料の熱量が外部へ放出され難くなり、燃料はさらに速やかに昇温される。具体的に本実施例では、零下５℃前後の純エタノール燃料を、５秒程度で８０℃前後まで昇温することができる。これらによれば、低温度環境下における内燃機関の始動時であっても、昇温された燃料が各インジェクタ８０ａ，８０ｂに確実に供給されて、内燃機関へ噴射されるのである。
【００４７】
また加えて、本実施形態では、温度センサ７１および圧力センサ７３は、いずれかの貯留部２０，３０に貯留されている燃料について計測を行っているので、機関制御装置１３によって算出される燃料の沸点は正確な値となる。そして、高周波電源回路部５６による各コイル部５２，５３への電流の印加は、各貯留部２０，３０内の燃料の正確な沸点温度情報に基づいて制御されているので、過度の加熱による沸騰によって、燃料中に気泡が発生することが確実に防止される。これらによれば、気泡に妨げられることなく、昇温された燃料が燃料噴射弁に確実に供給されて、内燃機関に噴射されることとなる。したがって、内燃機関の始動性の向上が実現し得るのである。
【００４８】
さらに加えて、本実施形態では、燃料加熱装置１００は、既存の内燃機関におけるメインデリバリパイプ９０と各インジェクタ８０ａ，８０ｂとの間に、取り付けることができる。メインデリバリパイプ９０および各インジェクタ８０ａ，８０ｂには、この燃料加熱装置１００の取り付けにともなった仕様変更は生じていない。内燃機関全体においても、既存の仕様に対する変更を最小限に抑制できる。さらに、各貯留部２０，３０がメインデリバリパイプ９０に沿って設けられるとともに、対向させた状態で並列に配置されている本実施形態の構成によれば、貯留する容量を確保したままで、メインデリバリパイプ９０の位置変更を最小限に留めることができる。故に、内燃機関における燃料加熱装置１００の有無の仕様を、低コストで容易に造り分けることができるのである。
【００４９】
そして、以上説明したような本実施形態によれば、各貯留部２０，３０が燃料を貯留するとともにヒーター５０が当該燃料を昇温させる作用発揮によって、内燃機関の始動時において、昇温された燃料を各インジェクタ８０ａ，８０ｂに継続的に供給することができる。したがって、本実施形態は、ガソリンと比較して引火点温度が高く、低温始動時の安定的な燃料の燃焼が困難なアルコールを含有する燃料を加熱する燃料加熱装置１００に特に好適なのである。
【００５０】
尚、本実施形態では、メインデリバリパイプ９０が請求項に記載の「燃料分配管」に、各インジェクタ８０ａ，８０ｂが請求項に記載の「燃料噴射弁」に、燃料濃度センサ１５が請求項に記載の「性状センサ」に、第一貯留部２０および第二貯留部３０が請求項に記載の「燃料貯留部」に、伝熱フィン２３，３３が請求項に記載の「フィン」に、ヒーター５０が請求項に記載の「昇温部」に、高周波電源回路部５６が請求項に記載の「電源回路部」および「交流電源回路部」に、それぞれ相当する。
【００５１】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００５２】
上記実施形態では、各貯留部２０，３０は、内燃機関のクランキング開始からアイドリング状態に至るまでの間に、１つのインジェクタ８０が噴射する燃料量ＦＣを貯留していた。しかし、燃料貯留部が貯留する燃料量を限定するものではない。燃料貯留部は、始動時に内燃機関に噴射される燃料量を確実に昇温して継続的にインジェクタへ供給できるよう、始動に要する量の燃料を貯留していればよい。例えば、内燃機関のクランキング開始から初爆に至るまでの間に、１つのインジェクタ８０が噴射する燃料量ＦＣ２（図４参照）を貯留する燃料貯留部であってもよい。又は、燃料量ＦＣよりも多くの燃料量を貯留する燃料貯留部であってもよい。
【００５３】
上記実施形態では、燃料貯留部には、伝熱フィンによって燃料が一方向に蛇行して流れるような燃料流路が形成されていた。しかし、管状の部材を曲げることによって蛇行する燃料流路が形成されていてもよい。加えて、燃料流路の形状を限定するものではなく、例えば、直線状、又は螺旋状に形成された燃料流路であってもよい。さらに、燃料貯留部には燃料が一方向に流動するような明確な燃料流路が形成されていなくてもよい。具体的には、上記実施形態で扁平形状の管状部材であった燃料貯留部に替えて、容器状に成形された燃料貯留部としてもよい。
【００５４】
上記実施形態では、ヒーター５０は、各貯留部２０，３０の外面に巻設された各コイル部５２，５３に高周波電流を印加することによって各加熱パイプ２１，３１を誘導加熱し、燃料を昇温させていた。しかし、燃料の昇温方法を限定するものではなく、例えば、コイル部に電源回路部から直流電流を印加して各加熱パイプ２１，３１を抵抗加熱し、燃料を昇温させてもよい。このように誘導加熱以外の電熱手段を用いる場合、誘導加熱を効率的に行うために鉄材料によって形成されていた各貯留部２０，３０は、銅系材料やアルミ系材料によって形成されていてもよい。また、電熱部材として、コイル部又はＰＴＣヒーター等を燃料貯留部内に設ける構成であってもよい。さらには、燃料の昇温手段は電熱に限定するものではなく、化学的な昇温手段を用いてもよい。
【００５５】
上記実施形態では、高周波電源回路部５６の各コイル部５２，５３への電流の印加は、外部の機関制御装置１３によって制御されていた。しかし、高周波電源回路部５６が各コイル部５２，５３への電流の印加を制御するための、種々のセンサと電気接続された制御回路部を有していてもよい。あるいは、制御に拠らず、一定の電流をコイル部に継続的に印加する電源回路部であってもよい。また、このような電源回路部の制御情報として、燃料の温度、圧力、およびアルコール濃度を用いていたが、これらすべての情報を要しない制御がなされてもよい。また、上記実施形態では、温度センサ７１および圧力センサ７３は燃料貯留部に取り付けていたが、これらのセンサの取り付け位置および取り付け方法を限定するものではない。加えて、温度センサ７１および圧力センサ７３の種類を限定するものではなく、サーミスタ素子を用いた温度センサや、抵抗線ひずみゲージを用いた圧力センサをであってもよい。さらには、温度センサおよび圧力センサを備えない燃料加熱装置であってもよい。
【００５６】
上記実施形態では、燃料貯留部は、フッ素樹脂よりなる断熱部によって覆われており、昇温された燃料から外部への放熱は抑制されていた。しかし、断熱部を構成する断熱材として、充分な耐油性および耐熱性を備えていれば、断熱材はフッ素樹脂以外の断熱材を用いてもよい。さらには、断熱部を備えない燃料加熱装置であってもよい。
【００５７】
上記実施形態では、内燃機関において隣接する気筒にそれぞれ配設されたインジェクタに燃料を供給する燃料流路２１ａおよび３１ａが交差するよう配置することによって、燃料加熱装置の小型化を図っていた。しかし、メインデリバリパイプからインジェクタへの燃料経路の形状を限定するものではない。燃料貯留部における燃料経路の形状は、内燃機関の仕様、具体的には、気筒数や気筒レイアウト、気筒に対するインジェクタの配設方法、インジェクタの種類（筒内噴射用又はポート内噴射）に応じて、適宜変更されるものである。さらには、上記実施形態では、メインデリバリパイプ９０およびインジェクタ８０の間に取り付けられる燃料加熱装置１００であったが、メインデリバリパイプのインジェクタソケット側に一体で形成される燃料加熱装置であってもよい。
【００５８】
そして、本発明は、引火点の温度が比較的高温のアルコール系燃料であるエタノールを含有する燃料を昇温する装置以外にも、「燃料」として、メタノール等を含有する他のアルコール系燃料や、ガソリンおよび軽油等を昇温して、内燃機関へ供給する装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態による燃料加熱装置、および当該燃料装置を備える燃料供給システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料加熱装置の断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】クランキング開始後における、内燃機関の出力軸の回転速度と、燃料噴射量との対応を示す図であって、燃料貯留部に貯留される燃料量を説明するための図である。
【図４】別の実施例において、燃料貯留部に貯留される燃料量を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１  燃料供給システム、１３  機関制御装置、１５  燃料濃度センサ（性状センサ）、２０  第一貯留部（燃料貯留部）、３０  第二貯留部（燃料貯留部）、２１，３１  加熱パイプ、２１ａ，３１ａ  燃料流路、２３，３３  伝熱フィン（フィン）、２５，３５  デリバリパイプ側取付部、２７  １番気筒用インジェクタソケット，３０  ２番気筒用インジェクタソケット、５０  ヒーター（昇温部）、５２，５３  コイル部、５６  高周波電源回路部（交流電源回路部・電源回路部）、６０  断熱部、６１，６２，６３，６４，６５  断熱材、７１  温度センサ、７３  圧力センサ、８０  インジェクタ（燃料噴射弁）、８０ａ  １番気筒用インジェクタ、８０ｂ  ２番気筒用インジェクタ、９０  メインデリバリパイプ（燃料分配管）、９３ａ  １番気筒用インジェクタソケット、９３ｂ  ２番気筒用インジェクタソケット、９５  燃料供給部、１００  燃料加熱装置、ＲＥＶｃ  クランキングスピード、ＲＥＶｓ  特定の回転速度、ＲＥＶｉ  アイドリング回転速度、ＦＩＰ  初爆点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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