(57)【要約】【課題】燃料を高沸点成分と低沸点成分とに分離して内燃機関へ供給する内燃機関の燃料供給装置において、必要時には低沸点成分の燃料だけを確実に内燃機関へ供給可能とすることである。【解決手段】燃料を低沸点成分と高沸点成分に分離する分離手段と、分離手段により分離された高沸点成分の燃料を吸気ポート内へ噴射するための第一燃料噴射弁７と、分離手段により分離された低沸点成分の燃料を気筒内へ直接的に噴射するための第二燃料噴射弁８とを具備する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を低沸点成分と高沸点成分に分離する分離手段と、前記分離手段により分離された前記高沸点成分の燃料を吸気ポート内へ噴射するための第一燃料噴射弁と、前記分離手段により分離された前記低沸点成分の燃料を気筒内へ直接的に噴射するための第二燃料噴射弁とを具備することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
機関高負荷時には、前記第一燃料噴射弁から前記高沸点成分の燃料を噴射すると共に前記第二燃料噴射弁から前記低沸点成分の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供給装置。
【請求項３】
前記第一燃料噴射弁は、排気行程で前記高沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
前記第二燃料噴射弁は、吸気下死点近傍で前記低沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
前記第二燃料噴射弁は、圧縮行程で前記低沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【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】
特開平６−３３０８２４号公報に開示された内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料から低沸点成分を分離して貯留タンクに貯留し、低沸点成分の燃料が容易に気化することを利用して、機関始動時には燃料噴射弁により貯留タンク内の低沸点成分の燃料を噴射し、良好な機関始動性を確保することを意図している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術では、燃料タンク内の高沸点成分の燃料も、貯留タンク内の低沸点成分の燃料を噴射するのと同じ燃料噴射弁を使用して噴射される。一般的に、機関停止直前には通常の運転として高沸点成分の燃料が噴射されているはずであり、それにより、次の機関始動時において、低沸点成分の燃料を噴射しようとしても、燃料噴射弁の直上流側の燃料通路は、高沸点成分の燃料により満たされており、当初は、高沸点成分の燃料が噴射され、意図するように低沸点成分の燃料による良好な機関始動性を確保することができない。
【０００４】
従って、本発明の目的は、燃料を高沸点成分と低沸点成分とに分離して内燃機関へ供給する内燃機関の燃料供給装置において、必要時には低沸点成分の燃料だけを確実に内燃機関へ供給可能とすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置は、燃料を低沸点成分と高沸点成分に分離する分離手段と、前記分離手段により分離された前記高沸点成分の燃料を吸気ポート内へ噴射するための第一燃料噴射弁と、前記分離手段により分離された前記低沸点成分の燃料を気筒内へ直接的に噴射するための第二燃料噴射弁とを具備することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、機関高負荷時には、前記第一燃料噴射弁から前記高沸点成分の燃料を噴射すると共に前記第二燃料噴射弁から前記低沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置は、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記第一燃料噴射弁は、排気行程で前記高沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置は、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記第二燃料噴射弁は、吸気下死点近傍で前記低沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置は、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記第二燃料噴射弁は、圧縮行程で前記低沸点成分の燃料を噴射することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による燃料供給装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。同図において、１は吸気ポート、２は排気ポートである。吸気ポート１は吸気弁３を介して、排気ポート２は排気弁４を介して、それぞれ気筒内へ通じている。５はピストンであり、６は気筒上部略中心に配置された点火プラグである。本燃料供給装置は、吸気ポート１内へ燃料を噴射する第一燃料噴射弁７と、気筒内へ直接的に燃料を噴射するための第二燃料噴射弁８とを有している。本実施形態において、第二燃料噴射弁８は、燃料のベーパを防止するために、燃焼室内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート１側に配置されている。
【００１１】
図３は、第一燃料噴射弁７と第二燃料噴射弁８とに接続される本燃料供給装置の燃料供給系を示す概略図である。同図において、１０は燃料タンクであり、燃料タンク１０内に配置された第一低圧ポンプ１１から延在する第一燃料配管１２は、第一フィルタ１３を有し、各気筒共通の低圧デリバリパイプ（図示せず）を介して各気筒の第一燃料噴射弁７へ接続されている。こうして、第一低圧ポンプ１１を作動することにより、燃料タンク１０内の燃料は、第一フィルタ１３により燃料中の異物が除去されて各気筒の第一燃料噴射弁７へ供給され、各第一燃料噴射弁７の開弁時に対応する吸気ポート１内へ噴射される。
【００１２】
燃料タンク１０の底部には燃料分離装置１４が配置され、燃料分離装置１４から延在する第二燃料配管１５は、燃料分離装置１４側から、第二低圧ポンプ１６と、第二フィルタ１７と、高圧ポンプ１８とを有し、各気筒共通の高圧デリバリパイプ（図示せず）を介して各気筒の第二燃料噴射弁８へ接続されている。燃料分離装置１４は、燃料タンク１０内の燃料から分子量の小さな低沸点成分を分離させることを可能とする燃料分離膜を有している。こうして、第二低圧ポンプ１６を作動することにより、燃料タンク１０内の燃料は、燃料分離装置１６によって低沸点成分だけが第二低圧ポンプ１６へ吸入され、第二フィルタ１７により低沸点成分の燃料から異物が除去される。次いで、低沸点成分の燃料は、高圧ポンプ１８により加圧されて各気筒の第二燃料噴射弁８へ供給され、各第二燃料噴射弁８の開弁時に対応する気筒内へ噴射される。
【００１３】
図２はピストン５の平面図である。図１及び２に示すように、ピストン５頂面には、凹状のキャビティ９が形成されている。第二燃料噴射弁８は、例えば、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇状に噴射するものである。成層燃焼を実施するためには、図１及び２に示すように、圧縮行程後半において燃料をピストン５頂面に形成されたキャビティ９内へ噴射する。こうしてキャビティ９内へ噴射された液状燃料は、キャビティ９の底壁９ａに沿って進行してキャビティ９の燃料噴射弁に対向する対向側壁９ｂによって点火プラグ６近傍に導かれるまでに気化し、点火時点においては、点火プラグ６近傍だけに可燃混合気を形成する。この可燃混合気を着火燃焼させることにより、成層燃焼として気筒内全体としてはリーンな混合気が燃焼可能となる。
【００１４】
厚さの薄い扇状の燃料噴霧は、キャビティ９の底壁９ａに沿って進行する際に幅方向に拡がるために、キャビティ９の底壁９ａの広範囲部分から良好に熱を吸収することができる。キャビティ９の底壁９ａ上を幅方向に拡がった燃料において、燃料中央部は、キャビティ９の対向側壁９ｂによって上方向に向かう速度成分が付与されて点火プラグ６近傍へ向かい、燃料両側部は、ピストン平面視において円弧状とされたキャビティ９の対向側壁９ｂに対してそれぞれ鋭角に衝突して、上方向へ向かう速度成分が付与されると共に中央方向へ向かう速度成分も付与され、点火プラグ６近傍へ向かう。
【００１５】
こうして、厚さの薄い扇状の燃料噴霧は、従来の円錐状の燃料噴霧に比較して、点火プラグ６近傍に気化程度の良好な一塊の可燃混合気を形成することができる。それにより、成層燃焼時の燃料噴射量を増加させることが可能となり、燃料消費率の低い成層燃焼を高負荷側へ拡大することができる。本実施形態においては、気筒内へ燃料を噴射する第二燃料噴射弁８は低沸点成分の燃料を噴射するものであるために、燃料自身が気化し易く、厚さの薄い扇状に燃料を噴射すれば、成層燃焼時の燃料噴射量のさらに増大させることができ、また、円錐状に燃料を噴射しても成層燃焼時の燃料噴射量を比較的増大させることができる。
【００１６】
さらに、機関始動時には筒内温度が低く、噴射燃料が気化し難くなるが、第二燃料噴射弁８により低沸点成分の燃料をすれば、噴射時期が圧縮行程後半であっても十分に気化して点火プラグ６近傍に可燃混合気を形成することができ、機関始動時から着火性を確保した成層燃焼を実施可能である。もちろん、機関始動時において、第二燃料噴射弁８だけにより吸気行程で低沸点成分の燃料を噴射するようにすれば、気化程度の良好な均質混合気を気筒内に形成することができ、やはり、着火性を確保した均質燃焼を実現可能である。
【００１７】
こうして低沸点成分の燃料を扇状に噴射するようにしても、機関高負荷時となって多量の燃料が必要とされる時には、圧縮行程後半だけで燃料を噴射することが難しくなり、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼が実施される。図４は、均質燃焼時における吸気弁３の開弁期間、排気弁４の開弁期間、第一燃料噴射弁７の燃料噴射期間、及び、第二燃料噴射弁８の燃料噴射期間を示す図である。それぞれの期間は斜線により図示されている。
【００１８】
同図に示すように、第一燃料噴射弁７は、現在の機関運転状態により定まる必要燃料噴射量の一部を吸気弁３の開弁以前に燃料噴射を完了し、すなわち、排気行程中に燃料を噴射する。第一燃料噴射弁７により噴射される燃料形状は、任意であり、柱状、円錐状、又は、厚さの薄い扇状のいずれであっても良い。一方、第二燃料噴射弁８は、必要燃料噴射量の残りを気筒内に噴射する。前述したように、成層燃焼時及び機関始動時においては、第二燃料噴射弁を使用して燃料タンク１０から低沸点成分の燃料だけが使用されるために、必然的に、燃料タンク１０内の燃料は高沸点成分を多く含む燃料となる。
【００１９】
このような高沸点成分の燃料は気化し難いために、例えば、吸気行程中に噴射されると、噴射位置が吸気ポート及び気筒内のいずれであっても、噴射終了から点火までの時間が短くなるために、十分に気化せず、また、吸気と十分に混合しない。本実施形態では、高沸点成分の燃料は、第一燃料噴射弁７により排気行程中に吸気ポート１に噴射されるようになっているために、噴射後において吸気ポート１から受熱し、その後の吸気弁開弁時において吸気流と共に微粒化されて気筒内へ供給され、吸気行程及び圧縮行程のほぼ全ての期間を使用して十分な気化及び十分な吸気との混合が可能である。
【００２０】
こうして、第一燃料噴射弁７によって均質燃焼における必要燃料噴射量の全てを高沸点成分の燃料として噴射しても良いが、本実施形態では、図４の第二燃料噴射弁８の燃料噴射期間として図示した二つの燃料噴射期間の上側のように、必要燃料量の一部を第二燃料噴射弁８により低沸点成分の燃料として吸気下死点近傍で気筒内へ噴射するようにしている。こうして噴射される低沸点成分の燃料は気筒内で直ぐに気化し、この気化潜熱により気筒内の吸気温度を低下させる。このように、吸気弁３の閉弁直前に吸気温度が低下すると、吸気充填効率を十分に高めることができる。もし、第二燃料噴射弁８によって吸気行程初期に低沸点成分の燃料が噴射されると、燃料気化潜熱により吸気行程初期に気筒内の吸気温度を低下させることができる。しかしながら、こうして温度低下した気筒内の吸気は、吸気弁３の閉弁時までに気筒周囲から加熱され、吸気弁３の閉弁時まで十分な温度低下を維持することが難しく、十分に吸気充填効率を高めることができない。それにより、本実施形態のように吸気下死点近傍で低沸点成分の燃料を気筒内に噴射して吸気弁３の閉弁直前に吸気温度を低下させることが好ましい。
【００２１】
また、図４の第二燃料噴射弁８における二つの燃料噴射期間の下側のように、必要燃料量の一部を第二燃料噴射弁８により低沸点成分の燃料として圧縮行程で気筒内へ噴射するようにしても良い。こうして噴射された低沸点成分の燃料は、前述同様に気筒内で直ぐに気化し、気化潜熱により圧縮行程において気筒内の温度を低下させる。それにより、ノッキングを発生し難くすることができる。もちろん、第二燃料噴射弁８によって必要燃料量の一部を吸気下死点近傍と圧縮行程とに分けて噴射しても良く、それにより、各時期での燃料噴射量が少なくなって効果的に多少劣ることとなるが、吸気充填効率の向上とノッキング抑制とをいずれも実現することができる。
【００２２】
本実施形態において、もし、機関暖機以前に第一燃料噴射弁７により吸気弁開弁以前に吸気ポート１内に燃料を噴射すると、噴射燃料は受熱量が少ないために吸気ポート１壁面に付着したままとなり易く、これを防止するために、機関暖機以前には第二燃料噴射弁８により低沸点成分の燃料だけを気筒内に噴射することが好ましい。低沸点成分の燃料は、気筒内へ直接的に供給されても気筒内で良好に気化するために、均質燃焼及び成層燃焼のいずれを実施する場合でも良好な燃焼を実現可能である。
【００２３】
また、機関加速時に第一燃料噴射弁７により吸気ポート１内へ燃料を噴射すると、燃料噴射量が急増するために吸気ポート１壁面への燃料付着量が増加し、この付着燃料が、機関加速後、特に機関減速時に必要以上の燃料として気筒内へ供給されることがある。これを防止するために、機関加速時には、第二燃料噴射弁８により低沸点成分の燃料だけを気筒内に噴射することが好ましい。
【００２４】
本実施形態では、このように低沸点成分の燃料だけを気筒内へ供給することが必要となる時に、高沸点成分の燃料を噴射する第一燃料噴射弁７とは別に設けられた第二燃料噴射弁８を使用するために、噴射当初、高沸点成分の燃料が気筒内へ供給されることはなく、低沸点成分の燃料だけを確実に気筒内へ供給することができる。
【００２５】
本実施形態では、ピストン５の頂面にキャビティ９が形成されて機関低負荷側の運転領域では成層燃焼を実施するようにしたが、これは本発明を限定するものではなく、全ての運転領域において、第一燃料噴射弁７による排気行程噴射及び第二弁噴射弁８による吸気又は圧縮行程噴射の少なくとも一方により均質燃焼を実施するようにしても良い。この場合において、ピストン５の頂面のキャビティ９は不要となり、また、第二燃料噴射弁８は、キャビティ９内へ燃料を噴射する必要はなくなるために、ノッキング抑制のための圧縮行程噴射をさらに効果的にするように、ノッキングが発生し易い気筒周囲部へ向けて低沸点成分の燃料を噴射して、特に、この部分の吸気温度を低下させるようにしても良い。成層燃焼を実施しないのであれば、第二燃料噴射弁８により噴射される燃料形状も任意として良い。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明による内燃機関の燃料供給装置は、分離手段により分離された高沸点成分の燃料を吸気ポート内へ噴射するための第一燃料噴射弁と、分離手段により分離された低沸点成分の燃料を気筒内へ直接的に噴射するための第二燃料噴射弁とを具備するために、低沸点成分の燃料を気筒内へ供給することが必要となる時には、高沸点成分の燃料を噴射する第一燃料噴射弁とは別に設けられた第二燃料噴射弁が使用され、噴射当初に高沸点成分の燃料が気筒内へ供給されることはなく、低沸点成分の燃料だけを確実に気筒内へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料供給装置が取り付けられた内燃機関の概略縦断面図である。
【図２】図１の内燃機関のピストン平面図である。
【図３】本発明による燃料供給装置の燃料供給系を示す図である。
【図４】吸気弁及び排気弁の開弁期間と、第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁の燃料噴射期間とを示す図である。
【符号の説明】
１…吸気ポート
２…排気ポート
３…吸気弁
４…排気弁
５…ピストン
６…点火プラグ
７…第一燃料噴射弁
８…第二燃料噴射弁
１２…第一燃料配管
１４…燃料分離装置
１５…第二燃料配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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