(57)【要約】【課題】  簡素な構成で内燃機関に供給される燃料の成分を制御することができるようにする。【解決手段】  内燃機関１０に供給される燃料Ｇの成分を制御する内燃機関の燃料供給制御装置であって、内燃機関１０の吸気通路１２内に燃料Ｇを噴射する燃料噴射手段と１６と、吸気通路１２内に配設され燃料噴射手段１６により噴射された燃料Ｇに含まれる高沸点成分を捕捉する燃料捕捉手段１８とをそなえて構成する。【選択図】        図１
2006097567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される燃料の成分を制御する内燃機関の燃料供給装置であって、
該内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
該吸気通路内に配設され該燃料噴射手段により噴射された該燃料に含まれる高沸点成分を一時的に捕捉する燃料捕捉手段とを備える
ことを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
該燃料捕捉手段は、
該高沸点成分の分子の大きさと実質的に同じ又は近傍となる大きさの孔を多数有する多孔質材料によって形成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
該高沸点成分は、
炭素数が６以上の成分である
ことを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
該高沸点成分は、少なくとも、
オクタン，トルエン，キシレン，ベンゼンのいずれか１つである
ことを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に用いて好適な、内燃機関の燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンからの排ガスに含まれる有害成分を浄化する触媒についての技術が広く知られている。しかしながら、触媒は、一般的に排ガス温度がある程度高温となることによって昇温が図られ、活性化し、有効に機能するものであり、逆に言えば、排ガスが低温であって触媒の昇温が十分ではないような場合には有効に機能することができない。
このため、例えば、エンジンが冷態始動した場合などは、排ガス温度が低いため触媒を活性化させることができず、特にＨＣ（炭化水素）を多く含んだ排ガスをそのまま大気に放出せざるを得ない事態が生ずる。
【０００３】
また、冷態始動したエンジンからの排ガスに含まれるＨＣは、主に、エンジンにおいて完全には燃焼されなかった燃料の成分、即ち、未燃成分といわれる成分であり、より具体的には、ベンゼン，トルエン，オクタン，キシレンなどの燃焼性の低い高沸点成分であることが知られている。つまり、燃料の成分のうち、燃焼性の高い低沸点成分については、冷態始動直後のエンジンにおいても良好に燃焼している。
【０００４】
そこで、燃料を高沸点成分と低沸点成分とに分離させ、エンジンの冷態始動時には、燃焼性の高い低沸点成分を多くエンジンに供給することで、排ガスに含まれるＨＣ量を低減する手法が考えられる。
なお、燃料を高沸点成分と低沸点成分に分離し、これらの高沸点成分と低沸点成分の燃料を適宜エンジンの運転に用いる技術の一例として、以下の特許文献１のような技術が存在する。
【特許文献１】特開平７−２９３３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の技術では、通常の燃料タンクの他に低沸点成分の燃料を蓄える低沸点成分用の燃料タンクを設け、また、低沸点成分用の燃料噴射装置など通常の燃料供給システムとは別の新たな燃料供給システムを設ける必要がある。このため、装置が大型化し、また、制御が複雑になり、さらには、コストなどが高くなるなどの課題がある。
【０００６】
また、燃料中から低沸点成分を抽出する手法としては、燃料をボイリングして蒸留する、或いは、自然に蒸散した燃料を蓄えておくようにするなどの手法が考えられるが、いずれにせよ、装置の大型化などの課題を解決するには至らない。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、簡素な構成で内燃機関に供給される燃料の成分を制御することができる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の燃料供給装置（請求項１）は、内燃機関に供給される燃料の成分を制御する内燃機関の燃料供給装置であって、該内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該吸気通路内に配設され該燃料噴射手段により噴射された該燃料に含まれる高沸点成分を一時的に捕捉する燃料捕捉手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明の内燃機関の燃料供給装置は、請求項１記載の内容において、該燃料捕捉手段は、該高沸点成分の分子の大きさと実質的に同じ又は近傍となる大きさの孔を多数有する多孔質材料によって形成されていることを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の内燃機関の燃料供給装置は、請求項１または２記載の内容において、該高沸点成分は、炭素数が６以上の成分であることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４記載の本発明の内燃機関の燃料供給装置は、請求項３記載の内容において、該高沸点成分は、少なくとも、オクタン，トルエン，キシレン，ベンゼンのいずれか１つであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関の燃料供給装置によれば、燃料噴射手段によって噴射された燃料に含まれる高沸点成分を吸気通路内に配設された燃料捕捉手段によって一時的に捕捉し、低沸点成分を多く含む燃料を内燃機関に対して多く供給することで、簡素な構成で内燃機関に供給される燃料の成分を制御することが可能となる。（請求項１）
また、捕捉する高沸点成分の分子の大きさと実質的に同じ又は近傍となる大きさの孔を多数有する多孔質材料を燃料捕捉手段として用いることで、燃料に含まれる、目標とする高沸点成分を確実に捕捉することができる。（請求項２）
また、燃料に含まれる炭素数が６以上の成分である成分、より具体的には、オクタン，トルエン，キシレン，ベンゼンのうち少なくとも１つを捕捉することで、内燃機関からの排ガスの浄化に大きく寄与することができる。（請求項３および４）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置について説明すると、図１はその構成を示す模式的なエンジンの断面図、図２はゼオライトによるＨＣの捕捉および放出を示す模式図、図３はゼオライトの結晶構造とＨＣ分子の大きさとを比較する模式図、図４はゼオライトが補足したＨＣを放出する温度を示す模式的なグラフである。
【００１２】
図１に示すように、ガソリンエンジン（内燃機関）１０は、燃焼室１１に接続された吸気ポート（吸気通路）１２と排気ポート（排気通路）１３とを備え、また、吸気ポート１２は吸気バルブ１４によって開閉され、排気ポート１３は排気バルブ１５によって開閉されるようになっている。
そして、吸気ポート１２内には燃料のガソリンＧを吸気ポート１２内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）１６が設けられ、吸気ポート１２内でガソリンを霧化することで、燃焼室１１へ供給される吸気の空燃比を調節することができるようになっている。また、このインジェクタ１６の燃料噴霧方向は吸気ポート１２内を流れる吸気流Ｆ1に概ね沿うように設定されている。
【００１３】
また、この吸気ポート１２には、インジェクタ１６の先端から吸気バルブ１４が当接するバルブシート１７近傍に亘って、インジェクタ１６から噴射される燃料Ｇが当接する部分全周にゼオライトが塗布されゼオライト層１８が形成されている。このゼオライトは、均質多孔質材料と呼ばれる材料の１つであって、ガソリンＧに含まれる特定のＨＣを捕捉する機能を有する材料である。
【００１４】
このゼオライト層１８は、図２に示すように、結晶状態で吸気ポート１８の壁面１２ａに塗布されており、低沸点成分と呼ばれるＨＣ（例えば、メタン（Ｃ１）、エタン（Ｃ２）、プロピレン（Ｃ３）等）を捕捉しないで、高沸点成分と呼ばれるＨＣ（例えば、ベンゼン（Ｃ６），トルエン（Ｃ７），キシレン（Ｃ８），オクタン（Ｃ８）等）を一時的に捕捉するという特性を有している。つまり、ゼオライト結晶の孔の大きさが高沸点成分と同じ又は近傍となる大きさであるため、高沸点成分を補足しやすく、逆に、分子の大きさがゼオライト結晶の孔よりはるかに小さい低沸点成分は補足しにくいという性質を持っている。
【００１５】
したがって、高沸点成分のみを捕捉し低沸点成分のみを放出するという特性は、ゼオライトの結晶の種類およびこのゼオライト結晶が有する孔の大きさに影響される。これを図３を用いて説明すると、ゼオライトは結晶構造の違いにより、ゼオライトが有する孔の大きさが異なっており、ゼオライトの結晶構造の種類であるＢＥＡ（β型）、ＦＡＵ（ｙ型）、ＭＦＩの３つを例にとって説明すると、その孔の大きさは、ＭＦＩが最も小さく、順に、ＦＡＵ，ＢＥＡと大きくなる。
【００１６】
そして、このゼオライトの孔の大きさによってガソリンＧに含まれているＨＣの中で、どのようなＨＣを補足するのかが定まる。例えば、ゼオライトをＭＦＩ型の結晶とすれば、孔の大きさと同じ又は近傍となる大きさの分子となる直鎖系のＣ４〜Ｃ５および芳香族のＣ６〜Ｃ８のＨＣを捕捉するのに適しており、また、ＦＡＵ型であれば直鎖系のＣ５〜Ｃ６および芳香族のＣ５〜Ｃ７のＨＣを補足するのに適している。また、ＢＥＡ型の結晶とすれば、直鎖系のＣ６〜Ｃ８および芳香族のＣ７〜Ｃ１０のＨＣを補足するのに適している。
【００１７】
本実施形態においては、芳香族のＣ７であるトルエンを主に捕捉するべく、ＢＥＡ型またはＦＡＵ型の結晶構造を有するゼオライトを用いてゼオライト層１８を形成している。なお、ベンゼンは芳香族のＣ６，キシレンは芳香族のＣ８，オクタンは直鎖系のＣ８である。
つまり、ガソリンＧの中に含まれるＨＣのうち、捕捉したい高沸点成分のＨＣの分子の大きさと実質的に同じ又は近傍となる大きさの孔を有するゼオライトを吸気ポート内に塗布することでゼオライト層１８を形成し、補足した高沸点成分のＨＣを取り除いた成分のガソリン、即ち、低沸点成分のＨＣを多く含むガソリンを燃焼室１１に供給することができるようになっている。
【００１８】
また、この吸気ポート１２に塗布されたゼオライト層１８に補足されたＨＣは、ゼオライトが昇温されると放出されるようになっているが、この現象については図４を用いて後述する。
本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
【００１９】
まず、ガソリンエンジン１０が冷態始動する場合には、吸気ポート１２の昇温は十分でなく、この吸気ポート１２に塗布されているゼオライト層１８も当然に冷えている。このため、インジェクタ１６が吸気ポート１２内にガソリンＧを噴射すると、吸気ポート１２に形成されたゼオライト層１８に対してこのガソリンＧが直接的に接触し、ゼオライト層１８がガソリンＧ中に含まれる高沸点成分（主にトルエン）を捕捉する。
【００２０】
これにより、エンジン１０の燃焼室１１へは、高沸点成分を除いたガソリン、即ち、燃焼性の高い低沸点成分が多く含まれたガソリンが供給される。そして、このような低沸点成分を多く含むガソリンは、冷態始動中のエンジン１０においても良好に燃焼することができ、エンジン１０からの排ガスに含まれる未燃のＨＣとなる高沸点成分を減じることができる。
【００２１】
その後、時間が経過すると、エンジン１０が次第に昇温し、ゼオライト層１８によって捕捉されていた高沸点成分が次第に放出されていく。この現象について図４を用いて説明する。
図４中、符号Ａ１で示す一点鎖線は、ゼオライト層１８の全ての孔にトルエンを捕捉させ（即ち、吸着度１００％として）、その後、このゼオライト層１８から２５％のトルエンが放出された際の温度を孔の大きさ毎に計測したものである。また、符号Ａ２で示す実線は、トルエンの吸着度を１００％とし、その後、ゼオライト層１８から９０％のトルエンが放出される際の温度を孔の大きさ毎に計測したものである。
【００２２】
つまり、この図４からもわかるように、トルエンを確実に捕捉するためにはゼオライト層１８の孔の大きさを約０．８ｎｍとすることが好ましく、また、ゼオライト層１８は、エンジン温度が約１３０〜１５０℃となってもトルエンを捕捉し続けることができる。
そして、エンジン１０がこの約１５０℃を超えた場合、このエンジン１０はもはや冷態始動中ではなく、排ガスもある程度高温となっており、排気系に設けられた触媒（図示略）も適切に昇温されている。したがって、エンジン１０が約１５０℃を超えた後にゼオライト層１８がトルエンなどの高沸点成分をエンジン１０に供給したとしても、高沸点成分は燃焼室１１内で完全燃焼し、仮に完全燃焼されなかった場合であっても、活性化された触媒が未燃燃料（未燃ＨＣ）を浄化することができる。
【００２３】
また、従来は、ガソリンに含まれる高沸点成分が冷態運転中のエンジンにおける吸気ポートに付着し、その後、燃焼室に流入することによって排ガスに含まれるＨＣ量を増大させ、さらには、この燃焼室に流入したガソリンがピストンとシリンダライナとの間に浸入することでオイルの希釈化（オイルダイリューション）が生じるおそれがあった。
これに対して、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置によれば、インジェクタ１６によって吸気ポート１２内に噴射されたガソリンＧに含まれる高沸点成分を、吸気ポート１２内に塗布されたゼオライト層１８によって捕捉し、低沸点成分を多く含むガソリンをエンジン１０に対して多く供給することで、簡素な構成でエンジン１０に供給されるガソリンの成分を制御することが可能となる。また、これにより、排ガスに含まれるＨＣ量を大幅に低減し、オイルダイリューションが生じるような事態を回避することができる。
【００２４】
また、捕捉する高沸点成分の分子の大きさと実質的に同じ又は近傍となる大きさの孔を多数有するゼオライトを燃料捕捉手段として用いることで、目的とする高沸点成分を確実に捕捉することができる。
また、燃料に含まれる炭素数が６以上の成分である成分、より具体的には、イソオクタン，トルエン，キシレンのうち少なくとも１つを捕捉することで、内燃機関からの排ガスの浄化に大きく寄与することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態においては、インジェクタ１６の燃料噴射方向が概ね吸気流Ｆ1に沿うように設定されている場合を例にとって説明したが、例えば、図５に示すように、インジェクタ１６の燃料噴射方向が吸気流Ｆ1とは逆方向となるようにしてもよい。
【００２６】
そして、インジェクタ１６をこのように配設した場合には、ゼオライト層１８を、吸気ポート１２中インジェクタ１６先端から吸気ポート１２内上流側の全周に亘って塗布する。これにより、ガソリンが十分に霧化されないまま燃焼室１１内に流入することを、さらに効果的に防ぐことができる。
また、別の例として、図６に示すように、インジェクタ１６の燃料噴射方向を吸気ポート１２の一部に指向するように設定し、また、この指向先の吸気ポート１２に厚さ数ミリのゼオライト層（ゼオライトポケット）１８を形成するようにしてもよい。これにより、ゼオライトのＨＣ捕捉容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置の構成を示す模式的なエンジンの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置のゼオライト層を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置のゼオライトの結晶構造とＨＣ分子の大きさとを比較する模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置のゼオライトのＨＣ放出温度を示す模式的なグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置の変形例を示す模式的なエンジンの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料供給装置の変形例を示す模式的なエンジンの断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガソリンエンジン（内燃機関）
１１  燃焼室
１２  吸気ポート（吸気通路）
１６  インジェクタ（燃料噴射手段）
１８  ゼオライト層（燃料捕捉手段）
Ｇ  ガソリン（燃料）
【図１】
2006097567.tif 000003
【図２】
2006097567.tif 000004
【図３】
2006097567.tif 000005
【図４】
2006097567.tif 000006
【図５】
2006097567.tif 000007
【図６】
2006097567.tif 000008