(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を加熱する燃料加熱手段と、
加熱された燃料の温度を検出する燃料温度検出手段と、
加熱された燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射手段と、
噴射された燃料を点火する燃料点火手段と、
燃料温度の上昇に応じて噴射時期と点火時期との間隔を短くする手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射エンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
噴射時期と点火時期を燃料温度の上昇に応じて遅角化する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
噴射された燃料が点火プラグに指向する方向の筒内流動を燃料温度の上昇に応じて強める手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
噴射された燃料が燃料温度の上昇に応じて点火プラグに指向するよう燃料の噴射方向を調整する噴射方向調整手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料供給装置
【請求項５】
噴射された燃料が燃料温度の上昇に応じて点火プラグに指向するよう燃料の噴霧形状を調整する噴霧形状調整手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料供給装置
【請求項６】
前記噴霧形状調整手段は、燃焼室内にエアを導入することで噴射された燃料の噴霧形状を調整することを特徴とする請求項５に記載の燃料供給装置。
【請求項７】
前記燃料加熱手段はヒータ、エンジン排気熱、エンジン冷却水のうち少なくとも一つを用いて燃料を加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載の燃料供給装置
【請求項８】
キャニスター内の軽質分を用いてエンジンを始動するように構成したことを特徴とする請求項１から７のいずれかひとつに記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料温度の上昇に応じて燃料の噴射時期を制御する技術が特開平8-277734号に開示されている。これは、吸気ポートに燃料噴射を行う際、吸気弁が開弁する前に燃料の気化が完了するように、燃料の気化時間を考慮して燃料の噴射開始時期を決定するものである。
【０００３】
このように吸気ポートに燃料を噴射するエンジンでは、燃料が噴射されてから点火されるまでの間に十分な時間が確保されており、適度な混合気を形成することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン、特に成層燃焼を行うエンジンでは、燃料噴射から点火までの時間が短く、適度な混合気を形成するのが難しいという問題があった。
【０００５】
さらに、燃料を加熱して噴射する場合、燃料噴射時期と点火時期との間隔を考慮しないと、燃料温度によって筒内における燃料の拡散、分布状況が異なるため、高燃温時に燃料が拡散し過ぎてリーン化したり、低燃温時に気化不十分になる等、安定化した燃焼と排気性能を確保することが難しくなる。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、筒内噴射エンジンにおいて適度な混合気を形成し、安定化した燃焼と排気性能を確保することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、筒内噴射エンジンの燃料供給装置において、燃料を加熱する燃料加熱手段と、加熱された燃料の温度を検出する燃料温度検出手段と、加熱された燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射手段と、噴射された燃料を点火する燃料点火手段と、燃料温度の上昇に応じて噴射時期と点火時期との間隔を短くする手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、噴射時期と点火時期を燃料温度の上昇に応じて遅角化する手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、噴射された燃料が点火プラグに指向する方向の筒内流動を燃料温度の上昇に応じて強める手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、第４の発明は、第１から第３の発明において、噴射された燃料が燃料温度の上昇に応じて点火プラグに指向するよう燃料の噴射方向を調整する噴射方向調整手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、第５の発明は、第１から第４の発明において、噴射された燃料が燃料温度の上昇に応じて点火プラグに指向するよう燃料の噴霧形状を調整する噴霧形状調整手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、第６の発明は、第５の発明において、噴霧形状調整手段が、燃焼室内にエアを導入することで噴射された燃料の噴霧形状を調整することを特徴とするものである。
【００１３】
また、第７の発明は、第１から第６の発明において、燃料加熱手段がヒータ、エンジン排気熱、エンジン冷却水のうち少なくとも一つを用いて燃料を加熱することを特徴とするものである。
【００１４】
また、第８の発明は、第１から第７の発明において、キャニスター内の軽質分を用いてエンジンを始動するように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用及び効果】
筒内噴射エンジンにおいて燃料を加熱して供給すると、燃料の気化が促進されて拡散し易くなり、燃焼室内に点火しやすい濃い混合気を維持するのが難しくなるが、第１の発明によると燃料温度の上昇に応じて噴射時期と点火時期との間隔が短く設定されるので、点火しやすい濃い混合気が拡散する前に点火を行うことができ、燃焼を安定させることができる。また、燃料の気化が促進されるとシリンダ壁面に付着する燃料が減少するので、ＨＣの排出量を低減することができる。
【００１６】
また、燃料温度が上昇し気化時間が短くなると、噴射時期を遅角しても上死点付近でも点火できるようになるが、第２の発明によると、燃料温度の上昇に応じて噴射時期と点火時期の遅角化が行われるので、熱発生の位置を最適化でき、冷却損失低減、排気温度低下の効果で燃焼効率を上げることができる。
【００１７】
また、第３の発明によると、燃料温度の上昇に応じて噴霧がプラグに指向する方向の筒内流動が強められるので、温度が低く気化不十分な燃料が点火プラグへ到達するのを防止でき、点火プラグの汚損を防止できる。
【００１８】
また、第４、第５の発明によると、燃料温度の上昇に応じて燃料噴射方向、噴霧形状が調整されるので、温度が低く気化不十分な燃料が点火プラグへ到達するのを防止でき、点火プラグの汚損を防止できる。
【００１９】
また、第６の発明によると、簡便な構成かつ低コストで燃料を加熱することができる。
【００２０】
また、第７の発明によると、エンジンはキャニスター内の軽質分で始動されるが、軽質分は気化しやすく、シリンダ壁面に付着しにくいので、始動時に排出されるＨＣの量を低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る燃料供給装置の概略構成を示し、燃料タンク１に貯留されている燃料は、低圧燃料ポンプ２、高圧燃料ポンプ３、チェック弁４及び燃料供給管５を介してインジェクタ６に圧送され、インジェクタ６からエンジン７の燃焼室７ａ内に噴射される。図中８、９は燃圧を所定圧力に制御するための圧力制御弁である。
【００２３】
燃料供給管５は、その中を流れる燃料がエンジン７の排気熱で加熱されるように、エンジン７の排気管１０の周囲を通るように配設される。さらに、燃料供給管５には電気ヒータ１１が取り付けられており、このヒータ１１に通電することによって燃料をさらに加熱することができる。ヒータ１１はヒータコントローラ１２により駆動される。
【００２４】
インジェクタ６は燃料の噴射方向及び噴霧形状を調整することができるインジェクタであり、燃料温度Tfuelに応じて噴射方向及び噴霧形状が調整され、低燃温時に噴射燃料が点火プラグ１３に直接かからないように調整される（詳しくは後述）。
【００２５】
燃料の噴射方向を調整可能なインジェクタの一例を図２に示す。
【００２６】
これによると、インジェクタ６はその先端に球形部６ａを有し、シリンダヘッドに形成された軸受部７ｂにシール部材７ｃを介して傾倒自在に支持されている。インジェクタ６は燃焼室７ａに対して任意の角度をとることができ、ピニオンギヤ６ｂを駆動するとインジェクタ６の背面に設けられたラック６ｃによりインジェクタ６の傾斜角θが変化し、燃料の噴射方向を変化させることができる。
【００２７】
また、燃料の噴霧形状を調整可能なインジェクタの一例を図３、図４に示す。図３はインジェクタの縦断面を示し、図４はそのＣ−Ｃ断面を示す。
【００２８】
これによると、インジェクタ６には２つの燃料供給通路６ｅ、６ｆを有していおり、一方の供給通路６ｅは、図４に示すように、インジェクタ６の噴口６ｈを開閉する弁体６ｇのシート部６ｉに外周接線方向から燃料を供給し、他方の供給通路６ｆは、シート部６ｉの外周に対してほぼ垂直方向から燃料を供給するように設けられている。
【００２９】
このような構成により、供給通路６ｅから燃料を供給すると噴射燃料のスワールが強められ、燃料の噴霧角を大きくでき、また、供給通路６ｆから燃料を供給すると噴射燃料のスワールが弱められ、燃料の噴霧角を小さくできる。なお、噴霧形状は後述するように燃焼室７ａ内に圧縮エアを導入することによっても調整することもできる。
【００３０】
そして、インジェクタ６から噴射された燃料は点火プラグ１３により点火されるが、燃料が噴射されてから点火されるまでの間隔は燃料温度Tfuelに応じて設定される。具体的には、燃料温度Tfuelが高くなるにつれ燃料の気化が促進され、拡散して失火し易くなることから、燃料温度Tfuelの上昇に応じて燃料噴射時期と点火時期との間隔は短く設定される。
【００３１】
さらに、噴射時期と点火時期との間隔を短くすると燃焼は安定するが、そのままでは燃費を改善することはできないので、熱発生位置を最適化して燃焼効率を上げるべく燃料温度Tfuelの上昇に応じて噴射時期と点火時期の遅角化も行われる。
【００３２】
したがって、この燃料供給装置では、燃料噴射時期と点火時期との間隔は燃料が高くなるほど短く設定され、燃料噴射時期及び点火時期は遅角化されることになる。図５に燃料噴射時期及び点火時期と燃料温度Tfuelとの関係を示す。
【００３３】
一方、エンジン７の吸気管１９には、図１に示すように、エアフィルタ２０、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ２１、吸入空気量を制御するためのスロットル弁２２が設けられている。
【００３４】
また、スロットル弁２２の上流と燃焼室７ａは吸気ポート２６とは別に設けられたエア導入通路２３により連通されており、エア導入通路２３にはエアを加圧するためのエアポンプ２４、燃焼室７ａへのエア導入量を制御するためのエア導入弁２５が設けられている。このエア導入弁２５が開かれ圧縮エアが燃焼室７ａに導入されると、燃料の噴霧形状は圧縮エアを受けて変化し、点火プラグ１３へ指向する燃料量が減少する。
【００３５】
また、エンジン７の吸気ポート２６は上下に２分割されており、分割された一方には筒内流動制御弁２７が設けられている。この筒内流動制御弁２７を閉じると燃焼室７ａ内へ流れ込む吸気の流速が高まるので、図６に示すように燃焼室７ａ内の流動を強めることができ、噴射される燃料の噴霧形状を変化させることができる。
【００３６】
また、燃料タンク１の蒸発燃料を燃料タンク１内の蒸発燃料（軽質分）を蓄えるキャニスター３１と、キャニスター３１と吸気管１９とを連通する連通管３２とを備えており、連通管３２にはキャニスター３１から吸気系へ導入される蒸発燃料量を制御するパージ制御弁３３が設けられている。
【００３７】
この他、エンジン７の冷却水温Twを検出する冷却水温センサ３５、排気熱及びヒータ１１で加熱された燃料の温度Tfuelを検出するための燃料温度センサ３６、スロットル弁２２の開度TVOを検出するスロットル開度センサ３７が設けられており、これらの検出信号は、図示しないクランク角センサで検出されたエンジン回転速度Ne等と共にエンジンコントローラ４０に入力され、後述する燃料供給制御で利用される。
【００３８】
次に、上記燃料供給装置の作用を図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。図７はエンジンコントローラ４０が行う燃料供給制御の内容を示したものである。
【００３９】
これによると、まず、イグニッションキーがＯＮにされると、燃料温度Tfuel、エンジン冷却水温Twのモニターが開始され（ステップＳ１）、ヒータ１１による燃料の加熱が開始される（ステップＳ２）。
【００４０】
次に、パージ制御弁３３が開かれ、キャニスター３１内の蒸発燃料（軽質分）が連通管３２を介して吸気管１９内に始動用燃料として供給される（ステップＳ３）。そして、エンジン７のクランキングが開始され（ステップＳ４）、エンジン７の完爆がステップＳ５で判定されたらステップＳ６に進み、パージ制御弁３３が閉じられる。
【００４１】
ステップＳ７に進むと、そのときの燃料温度Tfuelに応じた燃料噴射時期、燃料噴射量、筒内流動、点火時期、噴射方向及び噴霧形状が設定され、ステップＳ８で燃料噴射が開始される。
【００４２】
このとき、燃料温度Tfuelはまだ低く噴射された燃料は気化不十分となり易いので、噴射された燃料によって点火プラグ１３が汚損しないように筒内流動が弱められ（図８（ａ））、インジェクタ６の傾斜角θが小さく設定される（図９（ａ））。さらに、燃料の噴霧角αが小さく設定され（図１０（ａ））、エア導入弁２５から導入される圧縮エアの量が増大される。
【００４３】
その後、燃料温度Tfuelが上昇し、所定温度T2に達するとステップＳ９からステップＳ１０に進み、噴射時期と点火時期との間隔が短く設定される（図１１（ａ））そして、ステップＳ１１では燃料温度Tfuel(=T2)に応じた噴射方向及び噴霧形状が設定される。
【００４４】
噴射方向及び噴霧形状は、燃料温度Tfuelが高くなるほど点火プラグ１３に噴射された燃料が指向するように設定される。具体的には、筒内流動が強められ（図８（ｂ））、インジェクタ６の傾斜角θが大きく設定される（図９（ｂ））。さらに、燃料の噴霧角αが大きく設定される（図１０（ｂ））とともに、エア導入弁２５から導入される圧縮エアの量が減少される。
【００４５】
その後、燃料温度がさらに上昇し、燃料温度が所定温度T3(>T2)に達するとステップＳ１２からステップＳ１３に進み、噴射時期及び点火時期の遅角化がおこなわれる（図１１（ｂ））。そして、ステップＳ１４では燃料温度Tfuel(=T3)に応じた噴射方向及び噴霧形状が設定され、噴射された燃料が点火プラグ１３に指向するように設定される。
【００４６】
さらに燃料温度Tfuelが上昇して所定温度Tn(>T3,T2)に達するとステップＳ１５からステップＳ１６へ進み、燃料温度Tfuelを所定温度Tnに維持する制御が開始される。具体的には、燃料温度センサ３１で検出された燃料温度Tfuelが所定温度Tnよりも高い場合はヒータ１１への通電が停止され、逆に所定温度Tnよりも低い場合はヒータ１１への通電が再開される。
【００４７】
そして、燃料温度Tfuel(=Tn)に応じた噴射時期及び点火時期が設定され（ステップＳ１７、図１１（ｃ））、燃料温度Tfuelに応じた噴射方向、噴霧形状が設定される（ステップＳ１８）。
【００４８】
以後、イグニッションキーがＯＦＦにされるまでステップＳ１６からステップＳ１８が繰り返され、燃料温度Tfuelが所定の高温度Tnに維持されると共に、所定温度Tnに応じた燃料噴射時期、点火時期、燃料の噴射方向及び噴霧方向が設定される。
【００４９】
したがって、この燃料供給装置においては、燃料は排気熱やヒータ１１等により加熱された後エンジン７に供給されるが、燃料温度Tfuelの上昇に応じて噴射時期と点火時期との間隔が短く設定されるので（ステップＳ１０、Ｓ１７）、点火しやすい濃い混合気を維持でき、燃焼を安定させることができる。また、燃料温度Tfuelが上昇し、燃料の気化が促進されるとシリンダ壁面に付着する燃料が減少することから、ＨＣの排出量も低減することができる。
【００５０】
また、燃料を加熱すると気化時間が短くなり、噴射時期を遅角しても上死点付近で点火できるようになるが、燃料温度Tfuelの上昇に応じて噴射時期と点火時期の遅角化も行われるので（ステップＳ１４、Ｓ１７）、熱発生の位置を最適化でき、冷却損失低減、排気温度低下により燃焼効率を上げることができる。
【００５１】
さらに、燃料温度Tfuelの上昇に応じて噴霧が点火プラグ１３に指向するように、すなわち低燃温時に噴霧が点火プラグ１３にかからないように筒内流動、燃料噴射方向及び噴霧形状が調整されるので（ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１８）、燃料温度Tfuelが低く気化不十分の燃料が点火プラグ１３へ到達するのが抑えられ、点火プラグ１３の汚損を防止できる。
【００５２】
さらに、この燃料供給装置では、エンジン７はキャニスターからの軽質分で始動されるが（ステップＳ３からＳ５）、軽質分は気化しやすくシリンダ壁面に付着しにくいので、始動時に排出されるＨＣを低減することができる。
【００５３】
なお、ここでは、燃料温度Tfuelが所定温度T2、T3、Tnになった時点で燃料噴射時期、点火時期等を変更しているが、図１２に示すようにさらに多段階に分けて制御を行うようにしても良いし、燃料温度Tfuelに応じて無段階に燃料噴射時期、点火時期等を変更するようにしても良い。
【００５４】
また、燃料をエンジン７の排気熱とヒータ１１により加熱しているが、他の加熱方法を採用しても良い。例えば、図１３に示すようにエンジン７の冷却水通路３８を燃料供給管５の周囲に導き、エンジン冷却水の熱を利用して燃料を加熱する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料供給装置の概略構成図である。
【図２】燃料噴射方向を調整可能なインジェクタの概略構成図である。
【図３】燃料噴霧形状を調整可能なインジェクタの縦断面図である。
【図４】燃料噴霧形状を調整可能なインジェクタの横断面図である。
【図５】燃料温度と、噴射時期及び点火時期との関係を示した図である。
【図６】筒内流動を強める構成を示した図である。
【図７】本発明に係る燃料供給制御の内容を示したフローチャートである。
【図８】筒内流動を変化させたときの噴霧形状を示した図である。
【図９】インジェクタの傾斜角を変化させたときの噴射方向を示した図である。
【図１０】インジェクタの噴霧形状を変化させたとき様子を示した図である。
【図１１】燃料温度と、燃料供給制御で設定される噴射時期及び点火時期との関係を示した図である。
【図１２】噴射時期及び点火時期を多段階に変更する場合を示した図である。
【図１３】エンジン冷却水を用いて燃料を加熱する構成を示した図である。
【符号の説明】
１  燃料タンク
５  燃料供給管
６  インジェクタ
７  エンジン
１０  排気管
１１  ヒータ
１３  点火プラグ
１９  吸気管
２３  エア導入通路
２５  エア導入弁
２７  筒内流動制御弁
３１  キャニスター
３３  パージ制御弁
３５  冷却水温センサ
３６  燃料温度センサ
４０  エンジンコントローラ
【図１】
0003687454.tif 000002
【図２】
0003687454.tif 000003
【図３】
0003687454.tif 000004
【図４】
0003687454.tif 000005
【図５】
0003687454.tif 000006
【図６】
0003687454.tif 000007
【図７】
0003687454.tif 000008
【図８】
0003687454.tif 000009
【図９】
0003687454.tif 000010
【図１０】
0003687454.tif 000011
【図１１】
0003687454.tif 000012
【図１２】
0003687454.tif 000013
【図１３】
0003687454.tif 000014