(57)【要約】【課題】  吸気管内に電気ヒータを備え、エンジン冷態時に電気ヒータにより燃料気化を促進するようにした燃料気化装置において電気ヒータの消費電力を低減し、バッテリの劣化防止，燃費の向上を図ること。【解決手段】  上記課題を解決するため、電気ヒータに空気を導入する空気通路を設け、燃料噴射弁は前記空気通路内に配置される板状部材または前記空気通路の壁面に向けて燃料を噴射するようにした。  また、上記課題を解決するための他の構成として、独立した電源回路を有する複数のヒータを設け、内燃機関の運転状態に応じて通電するヒータ数を変更可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管に取り付けられ、噴射弁と、前記噴射弁の供給燃料を加熱して気化を促進する電気ヒータとを備え、
前記電気ヒータに空気を導入する空気通路を設け、前記燃料噴射弁は前記空気通路内に配置される板状部材または前記空気通路の壁面に向けて燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料気化装置。
【請求項２】
前記電気ヒータの上流の前記空気通路内に前記噴射弁を設けると共に、前記噴射弁は前記噴射弁と前記電気ヒータの間の前記空気通路内に配置される前記板状部材または前記噴射弁と前記電気ヒータの間の前記空気通路の壁面に向けて燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料気化装置。
【請求項３】
内燃機関の吸気管に取り付けられ、噴射弁と、前記噴射弁の供給燃料を加熱して気化を促進する複数の電気ヒータとを備え、
前記複数の電気ヒータは、内燃機関の運転状態に応じて通電するヒータ数を変更可能としたことを特徴とする内燃機関の燃料気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気管に設けられ、電気ヒータにより燃料の気化を促進する燃料気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンやアルコール等、常温で液体の燃料を使用する内燃機関では、冷態時において吸気管壁面に付着した燃料が蒸発しにくく、このためシリンダに流入する気相燃料が不足して燃焼性が悪化し、未燃ガスの排出量が増加したり始動性が悪化する。また冷態時に燃料付着によりシリンダ流入燃料が不足しないよう燃料噴射量を増量すると吸気バルブや吸気管に付着する燃料が増加し、付着燃料が液体のままシリンダに流入することで未燃ガスの排出量が大幅に増加したり燃焼が悪化してしまう。
【０００３】
冷態時に、燃料の壁面付着を防止し排出ガスを低減、または始動性を改善する技術として、吸気管内に電気ヒータ、および副噴射弁から成る燃料気化装置を設け、冷態時の始動やアイドリング、または走行時に上記燃料気化装置の電気ヒータに通電するとともに電気ヒータに向けて副噴射弁により燃料を噴射して燃料を加熱することにより燃料の気化を促進するものが一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３２２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、冷態時に電気ヒータにより燃料の気化を促進することで未燃ガスの排出量を大幅に低減できる利点があるが、電気ヒータの消費電力が大きく、バッテリの劣化が促進されるという問題があった。また、燃料付着量が減少することで燃料供給量を少なくできるが、電気ヒータへの電流供給によりオルタータの発電電流が増加しエンジンの負荷が増加することで要求燃料量が増加し、トータルでの燃費の向上代が減少するという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような電気ヒータと電気ヒータに燃料噴射を行う副噴射弁で構成される燃料気化装置において電気ヒータの消費電力を低減し、バッテリの劣化防止，燃費の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、内燃機関の吸気管に取り付けられ、噴射弁と、前記噴射弁の供給燃料を加熱して気化を促進する電気ヒータとを備え、前記電気ヒータに空気を導入する空気通路を設け、前記燃料噴射弁は前記空気通路内に配置される板状部材または前記空気通路の壁面に向けて燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料気化装置により達成される。
【０００８】
また、上記課題は、内燃機関の吸気管に取り付けられ、噴射弁と、前記噴射弁の供給燃料を加熱して気化を促進する複数の電気ヒータとを備え、前記複数の電気ヒータは、内燃機関の運転状態に応じて通電するヒータ数を変更可能としたことを特徴とする内燃機関の燃料気化装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、常温で液体のガソリンやアルコール等の燃料を使用する内燃機関の冷態時に電気ヒータにより燃料の気化を促進して燃焼性改善，ＨＣ排出量低減を図る構成において、ＨＣ排出量の増加や燃焼悪化を引き起こすことなくヒータの消費電力を減少させることができバッテリの劣化を防止できる。また燃費の向上も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
燃料気化装置のヒータ消費電力を低減するという目的を、気化性能を低下させることなく実現した。
【実施例１】
【００１１】
冷態時に電気ヒータにより燃料の気化を促進する燃料気化装置を備えた内燃機関について構成例を図１０に示す。
【００１２】
エンジンの吸気管１２にはサージタンク１５およびスロットル弁１３が設けられる。
【００１３】
サージタンク１５の下流で分岐し各シリンダ１０に吸入空気を供給するインテークマニホールド１６、および主噴射弁１１，吸気バルブ１７が設けられる。
【００１４】
ここでサージタンク１５，インテークマニホールド１６から成る吸気通路を主空気通路とする。
【００１５】
一方、主空気通路をバイパスして各シリンダ１０に空気を供給するバイパス空気通路
１４が設けられ、本構成例ではバイパス空気通路１４に、ヒータ２，副噴射弁３から成る燃料気化装置１が取り付けられる。エンジンが冷態時であるときに副噴射弁３からヒータ２に向けて燃料を噴射する。また、バイパス空気通路１４には空気制御バルブ１２が設けられる。燃料気化装置１の下流には各シリンダ１０に気化燃料を供給する分配通路１８が設けられる。
【００１６】
本構成では、燃料気化装置１で気化燃料を供給する時にはヒータ２で燃料を加熱するとともに、スロットル弁１３を閉じてバイパス空気通路１８から高速の空気流をヒータ２に導入することで燃料の気化を促進するようにしている。
【００１７】
２０はヒータ２への通電を制御するヒータリレー、２１はヒータ２に電力を供給するバッテリである。主噴射弁１１，副噴射弁３，ヒータリレー２０，空気制御バルブ１２はコントローラ１９により制御される。
【００１８】
本発明の燃料気化装置は上記のような内燃機関に適用できるが、他の例として図１１のように燃料気化装置から供給される気化燃料をサージタンク１５の上流の吸気通路の集合部に供給するものであっても良い。
【００１９】
燃料気化装置１のヒータ２はセラミックヒータ等が用いられるが、一般にヒータ２に付着する燃料量が増加するにしたがってヒータからの放熱量も多くなってヒータ２の消費電力が増加する。従来の燃料気化装置では副噴射弁３で噴射した燃料の全てをヒータ２により加熱して気化していた。このためヒータの消費電力が大きく、バッテリの劣化が促進されバッテリの寿命が短くなったり、オルタネータの負荷が増大することで燃費の悪化を招く等の問題があった。
【００２０】
本発明は燃料気化装置１の消費電力を低減し、バッテリの劣化防止，燃費の向上を図ることを目的とする。
【００２１】
図１に本発明の第１実施例の燃料気化装置１の構成を示す。２は筒状のヒータ、３は副噴射弁、４はヒータに空気を導入する空気通路であり、空気をヒータに導入することでヒータに付着した燃料の気化を促進するようにしている。６は燃料気化装置に空気を導入する空気取り入れ部でエンジンのバイパス空気通路１４に接続される。
【００２２】
空気通路４内には複数の板状部材で構成される蒸発フィン７が設けられる。
【００２３】
副噴射弁３のノズル５から噴射された燃料は蒸発フィン７に付着する。蒸発フィン７は板状部材を適当な間隔をあけて配置したもので、板状部材の隙間には高速の空気流が導入される。
【００２４】
一般にガソリンは蒸発温度の異なる複数の炭化水素成分の混合物であり、そのうち蒸発温度の低い成分を軽質成分，蒸発温度の高い成分を重質成分と称する。
【００２５】
蒸発フィン７は表面積が大きく蒸発フィン７に付着したガソリンの内、軽質成分の大部分は矢印で示す高速の空気流との衝突により気化される。蒸発フィン７で気化できなかった重質成分のガソリンのみがヒータ２に流入し気化される。これにより副噴射弁３の噴射燃料の内、ヒータ２に付着する燃料の割合が減少してヒータ２からの放熱が減少することによりヒータ２の消費電力を大幅に低減することができる。
【００２６】
ここで、本実施例の燃料気化装置１のＬ１−Ｌ２断面図を図２に示す。蒸発フィン７は、その表面に燃料が均一に付着するよう空気通路４の中心軸に対し所定の傾きを持って配置され、空気と燃料の衝突による気化効率を高めるようにしている。また、蒸発フィン７により空気の流れが周方向に偏向され矢印の方向に旋回空気流を生成するので空気と気化燃料の混合を促進することができる。
【００２７】
次に本発明の第２の実施例について説明する。一般にエンジンの吸気ポートに設けられる主噴射弁１１が噴射する燃料の内、壁面に付着する燃料の比率（付着率）はエンジン温度が低下するにしたがって増加する。ここで主噴射弁の燃料付着率が増加するにしたがってシリンダに流入する気相燃料の量が減少して燃焼性が悪化するので、その不足分を燃料気化装置１により供給するものが知られている。ここでエンジン温度が低下するにしたがって主噴射弁の燃料付着率が増加して、気化燃料の要求量も増加するが、−１０℃より低い低温時において要求される気化燃料量は非常に多く、このような低温時の要求燃料量を気化するためのヒータサイズ（容量）も大きいものとなる。これに対し１０℃から３０℃などの常温では主噴射弁の燃料付着率が低いため気化燃料の要求量は少ない。これに対し従来のヒータを用いた燃料気化装置は、このようなエンジン温度による要求気化燃料量の違いが考慮されておらず、運転状態としては稀頻度である低温での要求燃料量に合わせて大容量のヒータを設け、使用頻度の高い常温での電流，消費電力が大きくなり、バッテリの劣化が促進されたり、実用燃費が悪化するという問題があった。特に始動時にヒータに通電を開始してからしばらくの間は、ヒータサイズに比例した突入電流が多く流れ、さらに始動時（低回転時）はオルタネータの発電はされないのでバッテリからの消費電力が大きくなりバッテリの劣化が著しく促進されてします。
【００２８】
上記の課題を解決するための本発明の第２の実施例における燃料気化装置の構成を図３に示す。燃料気化装置１内の通路部４にはそれぞれ独立に通電可能なヒータＡ（２ａ），ヒータＢ（２ｂ）が配置される。ヒータＡ，ヒータＢはセラミックヒータ（ＰＴＣ）３２を挟む電極３１，３３に電圧を印加することにより発熱し、ヒータＡ，ヒータＢの通電は、それぞれヒータリレー２０ａ，２０ｂにより制御される。
【００２９】
３はヒータＡ，ヒータＢに向けて燃料を噴射する副噴射弁、６は空気取入口である。
【００３０】
図３の燃料気化装置においてヒータＡ，ヒータＢは図６のように通電される。エンジン温度の低い（−５℃未満などの）ときは主噴射弁の燃料付着率が増加して、気化燃料の要求量も増加するのでヒータＡ，ヒータＢを共に通電するようにする。これに対しエンジン温度がさほど低くない（−５℃以上などの）ときは、主噴射弁の燃料付着率が少なく気化燃料の要求量が多くないのでヒータＢのみ通電を実施する。これにより低温での気化性能を確保するとともに、使用頻度の高い常温で通電するヒータの容量が減少する。これにより始動時の突入電流の大幅な低減，ヒータからの放熱ロス分の低減による消費電力の低減が可能となり、バッテリの劣化を防止でき、さらに燃費を改善することができる。
【００３１】
ここで、ヒータＢに通電し、ヒータＡに通電しないときは第１の実施例で説明したようにヒータＡ（非通電）の部位に付着した燃料の内の軽質分が、空気取入口６から流入する高速の空気流との衝突により気化され、通電しているヒータＢに付着する燃料が減少するので、このような空気流との衝突による消費電力低減の効果も加わってヒータの消費電力を低減することができる。
【００３２】
また、気化燃料の要求値に応じエンジンの負荷等によって通電するヒータ数を変更するようにしても良い。この場合はエンジン負荷が大きいときにヒータＡ，ヒータＢの両方に通電し、エンジン負荷が小さいときはヒータＡ，ヒータＢのいずれか一方を通電する。
【００３３】
ここで燃料気化装置１の構成は図３の構成に限らず、図４のように上下に独立に通電可能なヒータＡ，ヒータＢを設け、要求気化燃料の量に応じてそれぞれのヒータに通電するようにしても良い。また図５のように燃料気化装置１のヒータを筒状に形成し、ヒータＡ，ヒータＢを独立に通電可能としてもよい。ここで３２はＰＴＣであり、３１，３３はそれぞれ負電極，正電極である。
【００３４】
次に本発明の第３の実施例について説明する。本実施例の燃料気化装置１の構成は第２実施例と同一であるが、バッテリの劣化を防止するためにヒータＡ，ヒータＢの通電タイミングを最適に制御するようにした。
【００３５】
始動でヒータＡ，ヒータＢに通電し、始動後の低速走行等での燃焼悪化を防止するようにしたものにおいて、図７（ｂ）（ｃ）のようにヒータＡ，ヒータＢに同時に通電すると（ｄ）のように各ヒータには突入電流が同時に流れ、合計のヒータ電流は非常に大きくなり、一方でオルタネータの発電は始動中（低回転時）は実施されないので（ｄ）の斜線部で示されるバッテリからの消費電流が増加し、バッテリの劣化が著しく促進されてしまう。
【００３６】
ここでセラミック（ＰＴＣ）ヒータの温度−抵抗特性を図９に示す。ヒータ温度が設定温度（キューリー点）Ｔｃ未満のときは抵抗値が小さく、ヒータが設定温度に昇温するまでの数秒間、定常電流に比べ大きい電流が流れ、ヒータ温度が設定温度Ｔｃに達すると抵抗値が急増し電流が減少する特性を有する。
【００３７】
上記の課題に対し本発明では、ヒータの突入電流を考慮して始動時にまず一方のヒータに通電し、先に通電したヒータの突入電流が減衰後に、他方のヒータに通電を実施する。これによりオルタネータによる発電が実施されない始動時にバッテリからの消費電流が減少し、後に通電されるヒータの突入電流が流れるタイミングでは先に通電したヒータの突入電流が減衰し、さらにオルタネータの発電が実施されているのでバッテリからの消費電流が減少しバッテリの劣化を防止することができる。両方のヒータに通電されるまでの時間は数秒なので一般的な始動後の走行では両方のヒータが昇温し燃料の気化を促進することができる。
【００３８】
ここで始動直後から走行した場合は、遅れて通電するヒータの通電タイミングを早くするようにしても良い。またエンジン負荷等に応じてヒータの通電タイミングを変更するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施例の燃料気化装置の構成。
【図２】第１実施例の燃料気化装置の構成（断面図）。
【図３】第２実施例の燃料気化装置の構成１。
【図４】第２実施例の燃料気化装置の構成２。
【図５】第２実施例の燃料気化装置の構成３。
【図６】第２実施例の燃料気化装置のヒータ通電方法１。
【図７】従来の燃料気化装置のヒータ通電方法。
【図８】第２実施例の燃料気化装置のヒータ通電方法。
【図９】ヒータの温度−抵抗特性。
【図１０】本発明の燃料気化装置を適用する内燃機関のシステム図１。
【図１１】本発明の燃料気化装置を適用する内燃機関のシステム図２。
【符号の説明】
【００４０】
１…燃料気化装置、２…ヒータ、３…副輻射弁、７…蒸発フィン、２０ａ，２０ｂ…ヒータリレー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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