(57)【要約】【課題】空気流量の制御性を簡素化しエンジンより排出される有害物質の低減を図った燃料供給装置を提供する。【解決手段】吸気管の電子制御スロットルバルブ１０の下流に遮断弁３２を設ける。そして、その遮断弁３２を用いて電子制御スロットルバルブ１０を通過した空気を必要に応じて吸気管の主通路から副通路４０へ流し、副通路４０へ流した空気に対して燃料気化装置２３により気化燃料を供給する。副通路４０へ流す空気の量は、遮断弁３２を閉弁させた状態で電子制御スロットルバルブ１０により制御する。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管のスロットルバルブの下流に遮断弁を設け、該遮断弁を用いて前記スロットルバルブを通過した空気を必要に応じて前記吸気管の主通路から該主通路とは別の副通路へ流し、該副通路へ流した前記空気に対して気化燃料を供給するように構成した
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
内燃機関の気筒の吸気ポートへ気化燃料を供給する副通路を吸気管の主通路とは別に設け、前記副通路に流す空気の量を、前記主通路に開口する前記副通路の開口部よりも下流に設けられ且つ前記主通路を閉じることが可能な遮断弁を閉弁させた状態で、前記開口部よりも上流のスロットルバルブにより制御するように構成した
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項３】
空気を取り入れる吸気管と、
該吸気管の主通路に設けられ前記空気の量を制御するスロットルバルブと、
内燃機関の気筒の吸気ポート近く又はシリンダ内に設けられる第一の燃料噴射弁と、
前記スロットルバルブの下流に設けられ必要に応じて前記吸気管の前記主通路を閉じる遮断弁と、
該遮断弁を用いて前記主通路を閉じたときに前記遮蔽弁をバイパスして前記空気を流す副通路と、
該副通路に設けられ第二の燃料噴射弁及び該第二の燃料噴射弁から噴射された燃料を気化するヒーターを有する燃料気化装置と、
を備えた
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料供給装置において、
前記遮断弁を負圧により作動するものとした
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料供給装置において、
前記遮断弁をモータにより作動するものとした
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項６】
請求項３に記載の燃料供給装置において、
前記副通路へ流した前記空気により前記第二の燃料噴射弁から噴射した燃料を旋回させるように構成した
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料供給装置において、
前記遮断弁を閉弁し前記吸気ポートに気化燃料が到達するまでの間、前記第一の燃料噴射弁から燃料を噴射するように構成した
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料供給装置において、
前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を一回のみとした
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記副通路は各燃焼室に連通する複数の分岐通路を備えている
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料供給装置において、
前記複数の分岐通路は吸気ポートに取り付けられた主燃料噴射弁より吸気通路の上流位置に接続されている
ことを特徴とする燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１  】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２  】
【従来の技術】
従来の技術として、上流燃料噴射弁により噴射される燃料を吸気通路に設けたヒーターで加熱し、気化することにより、吸気通路や吸気弁に付着する燃料を減らし、特に冷機始動時の燃焼改善と、有害な炭化水素の排出量の低減を図る方式が提案されている。このような燃料噴射弁から噴射される燃料を加熱し、気化させる気化燃料供給装置を備えた構成としては、例えば下記特許文献１にあるように、各気筒の吸気ポート付近に設けられる下流燃料噴射弁に加えて、その上流のスロットルバルブをバイパスする補助空気通路に上流燃料噴射弁とヒーターを配置する構成により冷機始動後の暖機過程で上流燃料噴射弁よりヒーターに向けて燃料噴射を行い、ヒーターで燃料気化を促進することにより吸気通路への燃料付着を防止し燃焼改善を図るものがある。
【０００３  】
【特許文献１】
米国特許第５８９４８３２号明細書
【０００４  】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術にあっては、スロットルバルブの上流から補助空気通路へ導入する空気の量はアイドルスピードコントロールバルブ（以下ＩＳＣバルブという）により制御されていた。しかしながら、触媒が活性化するまでの間の排気浄化が終了し、ＩＳＣバルブの空気制御からスロットルバルブの空気制御へ切り替える際に（ＩＳＣバルブを徐々に閉弁するとともにスロットルバルブを徐々に開弁してエンジン回転に必要なトータル空気量を両バルブで制御する）、エンジン回転数の跳ね上がりが発生しやすく排気への影響があった。
【０００５  】
その他、大排気量エンジンにおいては、点火リタードをかけた際のアイドル時の空気量が多いために、従来のＩＳＣバルブでは流量が不足してしまい、２個から３個、従来のＩＳＣバルブを使用する必要があった。尚、従来のＩＳＣバルブを大流量化した場合、大型化してしまってエンジンレイアウト上の問題点が生じてしまう。
【０００６  】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、空気流量の制御性を簡素化しエンジンより排出される有害物質の低減を図った燃料供給装置を提供することを課題とする。
【０００７  】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【０００８  】
すなわち、吸気管のスロットルバルブの下流に遮断弁を設け、該遮断弁を用いて前記スロットルバルブを通過した空気を必要に応じて前記吸気管の主通路から該主通路とは別の副通路へ流し、該副通路へ流した前記空気に対して気化燃料を供給するように構成したことを特徴としたものである。また、内燃機関の気筒の吸気ポートへ気化燃料を供給する副通路を吸気管の主通路とは別に設け、前記副通路に流す空気の量を、前記主通路に開口する前記副通路の開口部よりも下流に設けられ且つ前記主通路を閉じることが可能な遮断弁を閉弁させた状態で、前記開口部よりも上流のスロットルバルブにより制御するように構成したことを特徴としたものである。さらに、空気を取り入れる吸気管と、該吸気管の主通路に設けられ前記空気の量を制御するスロットルバルブと、内燃機関の気筒の吸気ポート近く又はシリンダ内に設けられる第一の燃料噴射弁と、前記スロットルバルブの下流に設けられ必要に応じて前記吸気管の前記主通路を閉じる遮断弁と、該遮断弁を用いて前記主通路を閉じたときに前記遮蔽弁をバイパスして前記空気を流す副通路と、該副通路に設けられ第二の燃料噴射弁及び該第二の燃料噴射弁から噴射された燃料を気化するヒーターを有する燃料気化装置と、を備えたことを特徴としたものである。
【０００９  】
排気浄化時は、遮断弁を閉弁して副通路に空気を導入する。副通路内に配置された燃料噴射弁から噴射された燃料は、ヒーターで気化する。気化燃料は、各気筒の吸気ポート近傍に供給する。排気浄化終了後は、遮断弁を開弁して主通路に空気を導入する。空気量制御がスロットルバルブ単体で行われるようになることから、エンジン回転数の跳ね上がり等による排気の悪化を大幅に低減することが可能になる。また、スロットルバルブ単体で空気量制御が行われることから、アイドル時に大流量の空気を流すことが可能になる。
【００１０  】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の燃料供給装置を搭載したシステムの構成図である。尚、ここではガソリンを燃料とする周知の点火式内燃機関を示し、１つの気筒のみその構成を示すものとする。
【００１１  】
図１において、内燃機関１は、燃焼室（シリンダ）２と、燃焼室２に配置される点火プラグ３と、空気と燃料が混合する混合空気を取り入れる吸気弁４と、燃焼後の排気を行なう排気弁５とを備えて構成されている。このような内燃機関１には、燃焼室２の側部にエンジン冷却水６の温度を検知する水温センサ７と、エンジンの回転数を検知する回転センサ（図示省略）とが取り付けられており、コントローラ（ＥＣＵ）３８により運転状態が逐次検知されている。
【００１２  】
燃焼室２に吸気を行なう吸気系は、吸気管９と、エアクリーナ（図示省略）を通過して吸入される吸入空気２６の計測をするエアフローセンサ８と、運転者のアクセルペダル操作もしくは、内燃機関１の運転状態に連動して回動する回転軸に取付けられて開閉する、吸気量を電気的に制御する電子制御スロットルバルブ１０及びスロットルポジショニングセンサ２８と、電子制御スロットルバルブ１０の下流に設けられる遮断弁３２と、吸気集合管１１及びＥＧＲ通路４７と、吸気集合管１１から内燃機関１の各気筒に分岐する吸気マニホールド３１と、吸気弁４を有する吸気ポート１４等とを備えて構成されている。
【００１３  】
エアフローセンサ８及びスロットルポジショニングセンサ２８で計測された吸入空気２６の流量、及び電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部２９の開度情報は、コントローラ３８に入力されるようになっており、内燃機関１の運転状態の検出や種々の制御に使用されている。
【００１４  】
遮断弁３２は、電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部２９と同径のバルブを有しており、吸気集合管１１で発生する負圧３４を負圧サーボ３３へ導入し、３方向ソレノイドバルブ１５で制御することにより吸気管９の主通路を開閉するように構成されている。尚、遮断弁３２は、ステッピングモータ式やＤＣモータ式の遮断弁に替えてもよいものとする。また、遮断弁３２は、後述する排気浄化時に完全に閉弁せずに、空気２６ｂを主通路側へもらしてもよいものとする。
【００１５  】
システムにおける燃料噴射装置は、第一の燃料噴射弁１２と第二の燃料噴射弁１３とで構成されている。第一の燃料噴射弁１２は、吸気集合管１１の下流であって各気筒の吸気弁４に向けて燃料を噴射するように吸気ポート１４に取り付けられている。第二の燃料噴射弁１３は、燃料気化装置（ＣＳＤ）２３を構成しており、その燃料気化装置２３は、電子制御スロットルバルブ１０下流側、且つ遮断弁３２の上流側に開口した副通路４０（図５参照。開口部の符号は省略）及びこれに連通する副通路３９の間に取り付けられている。燃料気化装置２３については図２ないし図４を用いて後述する。
【００１６  】
副通路４０（図５参照）は、燃料気化装置２３の上流側に設けられており、副通路３９は、燃料気化装置２３の下流側であって各気筒の吸気ポート１４へ燃料気化装置２３からの気化燃料を導入することができるように設けられてる。副通路３９は、各気筒の吸気ポート１４に合わせて分岐通路３９ａ〜３９ｄを有している。
【００１７  】
システムにおける燃料系は、燃料２４を貯える燃料タンク１６と、燃料タンク１６から燃料２４を圧送する燃料ポンプ１７と、圧送された燃料２４中のゴミを除去する燃料フィルタ１８と、圧送された燃料２４の圧力を所定の圧力に調整するプレッシャレギュレータ１９と、各気筒（＃１、＃２・・・）の吸気ポート１４に燃料２４を噴射する第一の燃料噴射弁１２と、電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部２９の下流に燃料２４を供給する第二の燃料噴射弁１３と、これらを接続する燃料配管３５とを備えて構成されている。
【００１８  】
システムにおける排気系は、各気筒の排気弁５を有する排気ポート３６と、排気マニホールド３７と、排気中の酸素濃度を計測する酸素濃度センサ２０と、排気を浄化するための三元触媒コンバータ２１と、消音マフラー（図示省略）等とを備えて構成されている。酸素濃度センサ２０により計測された酸素濃度情報は、コントローラ３８に入力されて内燃機関１の運転状態の検出や種々の制御に使用されている。三元触媒コンバータ２１は、理論空燃比付近で運転される内燃機関１から排気されるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを同時に高い浄化率で浄化するように構成されている。
【００１９  】
燃料気化装置２３について説明する。図２は断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。図１ないし図４において、燃料気化装置２３には、エアフローセンサ８で計量され電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部２９を通過した空気２６ａが導入されるようになっている。その空気２６ａは、遮断弁３２を閉じることにより副通路４０（図５参照）を介して燃料気化装置２３に導入されるようになっている。燃料気化装置２３は、第二の燃料噴射弁１３と第二の燃料噴射弁１３の噴射方向に配置されるヒーター２７とを備えて構成されている。
【００２０  】
第二の燃料噴射弁１３からは、ヒーター２７側に向けて燃料が噴射されるようになっている。尚、第二の燃料噴射弁１３から噴射される燃料の粒径には、多少のバラツキがあって粒径の大きな燃料粒子も一部存在するが、噴射された燃料の内、粒径の小さな燃料粒子は空気流により下流に運ばれ直接燃焼室２に流入する。一方、粒径の大きな燃料粒子は、ヒーター２７により気化され燃焼室２に供給される。本形態において、第二の燃料噴射弁１３から噴射された燃料は、副通路４０（図５参照）を介して導入された空気により、図２の矢印のように旋回させられ、粒径の大きな燃料がヒーター２７で気化される。その後、すなわちヒーター２７で気化された後には、粒径の小さな燃料粒子となって副通路３９を通り、さらに分岐通路３９ａ〜３９ｄを経て燃焼室２に供給される。この時、分岐通路３９ａ〜３９ｄは、第一の燃料噴射弁１２の取り付け位置より吸気通路の上流側に開口接続される。これにより第一の燃料噴射弁１２からの燃料が分岐通路３９ａ〜３９ｄの出口部開口に滞溜する恐れがない。
【００２１  】
ヒーター２７は、金属ボディ５７の内部に装着される導電性金属材料製の筒状部材５９を備えている。筒状部材５９は、副通路としての機能を有しており、その外周には、セラミック（ＰＴＣ）ヒーター６６が周方向に等間隔に配置されている。セラミック（ＰＴＣ）ヒーター６６は、その上下の平面部が電極になっており、上下の電極に電流を印加することによって発熱を行えるように構成されている。セラミック（ＰＴＣ）ヒーター６６は、マイナスの電極となる筒状部材５９の外周に装着されるとともに、電気的に接続されている。セラミック（ＰＴＣ）ヒーター６６の外周には、そのセラミック（ＰＴＣ）ヒーター６６に沿って長手方向にのびるプラス電極６７が装着されている。プラス電極６７は、その端部において電極６９と接続されており、ヒーターの外層７３の外側に引き出されている。プラス電極６７は、断熱部材６８の内周に保持されている。筒状部材５９は、金属ボディ５７に圧接されている。電極６９と電極７２は、外層７３により絶縁されている。
【００２２  】
上記構成において、燃焼室２では、第一の燃料噴射弁１２、第二の燃料噴射弁１３により噴射された燃料２４と吸入空気２６の混合空気が吸入される。燃焼室２に吸入された混合空気は、圧縮されるとともに点火プラグ３で着火され、燃焼が行われる。燃焼後、内燃機関１から排出される排気は、上記排気系を介して大気中に放出される。
【００２３  】
次に、図５ないし図７を参照しながら本発明による燃料供給装置の排気浄化に係る状態を説明する。図５は排気浄化時の状態説明図、図６は排気浄化終了後の状態説明図、図７は排気浄化時の制御方法を示す図である。
【００２４  】
排気浄化時のエンジン制御は、コントローラ３８（図１参照）で制御されている。エンジン始動時（冷機始動時）、スタータＯＮと同時に燃料気化装置２３の第二の燃料噴射弁１３から燃料が噴射されヒーター２７で噴射された燃料が気化される。そして、副通路３９から各吸気ポート１４へ気化燃料３０が導入される。尚、気化燃料３０の輸送後れが生じるために、始動時１回のみＭＰＩの第一の燃料噴射弁１２からも全気筒噴射が行われる。
【００２５  】
排気浄化中、遮断弁３２は閉弁しており、電子制御スロットルバルブ（ＥＴＢ）１０で制御された空気は、遮断弁３２で遮られて副通路４０へ導入される。排気浄化終了後、遮断弁３２を開弁し、電子制御スロットルバルブ１０で制御された吸入空気２６は、主通路から吸気集合管１１を通り吸気ポート１４へ導入される。また、第二の燃料噴射弁１３の噴射から第一の燃料噴射弁１２の噴射へと切替えが行われる。
【００２６  】
図７において、引用符号４１はエンジン回転数を示している。また、引用符号４２は燃料気化装置２３の第二の燃料噴射弁１３からの噴射燃料を示している。第二の燃料噴射弁１３は、排気浄化時において作動することが分かる。引用符号４３は第一の燃料噴射弁１２からの噴射燃料を示している。第一の燃料噴射弁１２は、排気浄化時において始動時１回のみ噴射が行われ、その後、排気浄化が終了した後に作動することが分かる。引用符号４４は遮断弁３２の弁開度を示している。遮断弁３２は、排気浄化中、閉弁状態にあることが分かる。引用符号４５は電子制御スロットルバルブ（ＥＴＢ）１０の弁開度を示している。電子制御スロットルバルブ（ＥＴＢ）１０は、常時、空気流量制御を行っていることが分かる。尚、予め設定した排気浄化時間中に運転者のアクセルペダル操作等があった場合にはこの限りではないものとする。
【００２７  】
本発明の燃料供給装置を搭載したシステムにおいて、通常エンジン制御は、遮断弁３２が常に開弁し、燃料噴射は第一の燃料噴射弁１２で行われるようになっている。また、空気流量制御は、常時電子制御スロットルバルブ１０で行われるようになっている。
【００２８  】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【００２９  】
【発明の効果】
以上説明したように、エンジンの空気流量の制御をスロットルバルブ単体で行うことから、従来よりも制御性を簡素化することができるという効果を奏する。また、エンジンより排出される有害物質を低減することができるという効果を奏する。さらに、エンジンレイアウト上の問題点の発生を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料供給装置を搭載したシステムの構成図である。
【図２】燃料気化装置の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明による燃料供給装置の排気浄化時の状態説明図である。
【図６】本発明による燃料供給装置の排気浄化終了後の状態説明図である。
【図７】排気浄化時の制御方法を示す図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  燃焼室（シリンダ）
３  点火プラグ
４  吸気弁
５  排気弁
６  エンジン冷却水
７  水温センサ
８  エアフローセンサ
９  吸気管
１０  電子制御スロットルバルブ（スロットルバルブ）
１１  吸気集合管
１２  第一の燃料噴射弁
１３  第二の燃料噴射弁
１４  吸気ポート
１５  ３方向ソレノイドバルブ
１６  燃料タンク
１７  燃料ポンプ
１８  燃料フィルタ
１９  プレッシャレギュレータ
２０  酸素濃度センサ
２１  三元触媒コンバータ
２３  燃料気化装置
２４  燃料
２６  吸入空気
２６ａ、２６ｂ  空気
２７  ヒーター
２８  スロットルポジショニングセンサ
２９  バルブ部
３０  気化燃料
３１  吸気マニホールド
３２  遮断弁
３３  負圧サーボ
３４  負圧
３５  燃料配管
３６  排気ポート
３７  排気マニホールド
３８  コントローラ（ＥＣＵ）
３９、４０  副通路
３９ａ〜３９ｄ  分岐通路
４１  エンジン回転数
４２  第二の燃料噴射弁からの噴射燃料
４３  第一の燃料噴射弁からの噴射燃料
４４  遮断弁の弁開度
４５  電子制御スロットルバルブの弁開度
４７  ＥＧＲ通路
５７  金属ボディ
５９  筒状部材
６６  セラミック（ＰＴＣ）ヒーター
６７  プラス電極
６８  断熱部材
６９、７２  電極
７３  外層
【図１】
2004190515.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004190515.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004190515.tif 000009