(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料気化促進装置において、燃料噴射弁からの燃料噴射量が増大された場合、ヒータ伝熱面での燃料気化能力のさらなる向上が必要である。ヒータ容量およびヒータ伝熱面積を拡大することなく、燃料の気化量を拡大することができる、小型な燃料気化促進装置を提供する。【解決手段】燃料気化促進装置１００内の副通路７５である伝熱面７６にツバ付き絞り２２０ｂを設けた。これにより、燃料液膜をほぼ均一厚さにしヒータ伝熱面と燃料液膜との接触面積を増加させることができるとともに、伝熱面７６に噴射された燃料液膜１０６が伝熱面７６上に滞留する時間を拡大することができ、伝熱面７６から燃料液膜１０６へ伝達される熱量を増大することができる。【選択図】　図５
2004138012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に空気を作用させて旋回させる手段を設け、前記燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に燃料噴霧を衝突させ、吸気管に供給する燃料気化促進装置において、
前記燃料噴射弁より噴射された燃料が伝熱部で滞留する時間を拡大するとともに伝熱部上に滞留する燃料液膜を積極的に分散させる手段を設けたことを特徴とする燃料気化促進装置。
【請求項２】
液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に空気を作用させて旋回させる手段を設け、前記燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に燃料噴霧を衝突させ、吸気管に供給する燃料気化促進装置において、
前記伝熱部通路または伝熱部下流側に少なくともひとつ以上の絞りを設け、前記絞り内周部に断続的もしくは連続的な突起を形成し、前記突起が伝熱部通路軸流方向の上流側に突き出した形状であることを特徴とする燃料気化促進装置。
【請求項３】
液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に空気を作用させて旋回させる手段を設け、前記燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に燃料噴霧を衝突させ、吸気管に供給する燃料気化促進装置において、
前記伝熱部通路または伝熱部下流側に少なくともひとつ以上の絞りを設け、前記絞り内周部に断続的もしくは連続的な突起を形成し、前記突起が伝熱部通路軸流方向の下流側に突き出した形状であることを特徴とする燃料気化促進装置。
【請求項４】
液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に空気を作用させて旋回させる手段を設け、前記燃料噴射弁下流に配設された伝熱部に燃料噴霧を衝突させ、吸気管に供給する燃料気化促進装置において、
前記伝熱部通路または伝熱部下流側に少なくともひとつ以上の絞りを設け、前記絞り内周部に断続的もしくは連続的な突起を形成し、前記突起が伝熱部通路軸流方向の上流および下流側の両方に突き出した形状であることを特徴とする燃料気化促進装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の燃料気化促進装置において、前記突起は伝熱部通路軸流方向に平行な円筒面を形成していることを特徴とする燃料気化促進装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載した燃料気化促進装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用内燃機関の燃料気化促進装置およびこれを搭載した内燃機関に関するものであって、燃料気化促進装置での燃料気化量の拡大を図るのに好適な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の始動性向上、排気浄化、特にＨＣ低減の手段として、内燃機関に燃料噴射弁（インジェクタ）で噴射する燃料噴霧を微粒化および気化して供給することが有効である。内燃機関に微粒化および気化した燃料噴霧を供給するために、主として内燃機関の始動時などに補助的に使用される燃料噴射弁（インジェクタ）を設けることが知られている。例えば、コールドスタートフューエルインジェクタと、ヒーターと、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）とを備えたコールドスタートフューエルコントロールシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このシステムでは、内燃機関のＩＳＣバルブ下流に配設した燃料噴射弁より噴射された噴霧とＩＳＣバルブを通過した吸入空気に旋回を加えることで混合促進を図るとともに、混合促進された混合気を燃料噴射弁下流に配設された円筒状ヒータ内に衝突さて燃料を気化させている。そして、円筒状ヒータ内周面で燃料を旋回させることにより、ヒータ部での噴霧の滞留時間を拡大し、燃料気化量の拡大を図っている。
【特許文献１】
ＵＳＰ５，８９４，８３２号公報（第５コラム、第２図）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように上記従来システムでは、吸入空気に旋回を加えることで噴霧と吸入空気の混合促進を図るとともに、燃料噴射弁下流に配設されたヒータに噴霧を旋回衝突させ、滞留する時間の拡大を図り、燃料気化量の拡大を図っている。
【０００４】
ここで、大排気量である内燃機関においては、燃料噴射弁からの燃料噴射量が拡大する。よって、ヒータ伝熱面においては、噴射量の拡大に対応した燃料気化能力の向上が必要である。その対策として、ヒータ容量の増大や伝熱部面積の拡大等の手段があげられる。しかし、これらの対策の場合、ヒータ伝熱部の消費電力の増大や装置の大型化を招き、内燃機関への搭載性を別途考慮しなければならなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構造で燃料がヒータ伝熱面に滞留する時間を格段に拡大する手段を設けることにより、ヒータから燃料へ伝達する熱量を拡大し、燃料の気化量を拡大することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、主として始動時などに補助的に使用される燃料噴射弁下流側に配設されたヒータ伝熱部面上、もしくはその下流側に少なくともひとつ以上の絞りを設けた。この絞り内周部には伝熱部軸流方向上下流側の両方もしくは一方に突き出した突起が形成されている。この突起を設けた絞りを伝熱部へ配設することにより、燃料液膜をほぼ均一厚さにし、ヒータ伝熱面と燃料液膜との接触面積を増加させることができるとともに、伝熱部にて燃料が滞留する時間を拡大させることができ、伝熱面から燃料噴霧へ伝達される熱量を増大できるため、燃料の気化量を増加できる。その結果、ヒータ枚数を削減でき、ヒータ部の小型化が実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１乃至図８を用いて説明する。
【０００８】
図１において、内燃機関１はガソリンを燃料とする周知の点火式内燃機関であるが、１つの気筒のみに着目し図示している。
【０００９】
内燃機関１は、燃焼室２に点火プラグ３を配置し、空気とガソリンの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を備えている。内燃機関１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）を備え、運転状態を検知している。
【００１０】
燃焼室２に吸気を行なう吸気系は、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量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、内燃機関の運転状態に連動して回動する回転軸１３４に取付けられ開閉するバルブ部１３１にて吸入空気量を電気的に制御する電子制御スロットルバルブ１０と、スロットルポジショニングセンサ１３０と、吸気集合管１１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３９と、吸気弁４を備えた吸気ポート１４等を備える。
【００１１】
エアフローセンサ８にて計測した吸入空気２６流量と、スロットルポジショニングセンサ１３０で計測したスロットルバルブ１０のバルブ部１３１開度情報は、コントローラ３５に入力し、内燃機関１の運転状態の検出や種々の制御に使用する。
【００１２】
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、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に燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、バルブ部１３１下流に燃料を供給する燃料噴射弁１３を備え、これらは、燃料配管３８で接続されている。
【００１３】
燃料噴射装置は、燃料噴射弁１２で構成されている。燃料噴射弁１２は、吸気集合管１１の下流で各気筒の吸気弁４に向けて噴射するように吸気ポート１４に配設されている。
【００１４】
燃料気化促進装置１００には、燃料噴射弁１３が取り付けられている。また、燃料気化促進装置１００は、電子制御スロットルバルブ１０下流側に開口した分岐通路１５に接続され、燃料噴射弁１３から噴射される燃料が気化燃料として吸気集合管１１に供給されるように構成されている。また、エアフローセンサ８で計量された吸入空気２６量を、燃料気化促進装置１００へ導入するため電子制御スロットルバルブ１０の上流から下流へバイパスするように、吸気管９から分岐されたバイパス通路２２，２３が形成されている。バイパス通路２２は、燃料噴射弁１３から噴射された燃料２４を搬送するための空気通路である。また、バイパス通路２２の途中に設けられた流量調整弁２５により、バイパス通路２２を流れる空気量を調整している。バイパス通路２３は、燃料噴射弁１３から噴射される燃料２４の微粒化のために活用されるエアアシスト用の空気通路である。
【００１５】
排気系は、各気筒の排気弁５を備える排気ポート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）等で構成されている。酸素濃度センサ２０で計測した酸素濃度情報は、コントローラ３５に入力して内燃機関１の運転状態の検出や種々の制御に使用する。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ものである。
【００１６】
上記構成の内燃機関１において、燃焼室２には、燃料噴射弁１２，１３により噴射された燃料噴霧と吸入空気２６の混合気４０が吸入される。燃焼室２に吸入された混合気４０は、圧縮され、点火プラグ３にて着火され燃焼が行われ、排気４２として内燃機関１外へ排出される。
【００１７】
ここで、図２を用いて、内燃機関１の燃焼室２に供給される燃料噴霧の状態における内燃機関１から排出される有害排出ガスの排出量の関係につき説明する。
【００１８】
図２（ａ）は、燃料噴霧の平均粒径の違いと気化燃料を供給した場合に、燃焼の安定性を維持したまま点火時期をどれだけ遅延（リタード）できるかを示す点火時期の限界の関係を示す図である。図示のごとく、燃料噴霧の粒径を小さく、好ましくは、完全に気化した状態で燃料３３を内燃機関１の燃焼室２に供給すれば、燃焼の安定化が促進できるために、内燃機関１の膨張行程に入るまで点火時期を大きくリタードさせることが可能となる。膨張行程で点火を行うと燃焼室内の燃焼ガスが膨張する割合が減るため、燃焼ガスが膨張仕事によって消費する熱量を低減でき、高温を保ったまま燃焼ガスを排気マニホールド３９に排出することができる。つまり、図２（ｂ）に示すように、点火時期をリタードして高温の燃焼ガスを排出することによって、触媒２１を急速に暖機することが可能になり、内燃機関１の始動後から触媒２１が活性化温度に達するまでの時間を短縮できる。すなわち、図２（ｃ）に示すように、触媒２１の浄化作用が早期に開始されるため、内燃機関１の始動後に排出されるＨＣ量を大幅に低減することができる。なお、触媒（三元触媒コンバータ）２１の早期暖機により、ＨＣのみならず、ＮＯｘ，ＣＯの低減も可能である。以上のように、内燃機関１へ供給する燃料噴霧を気化促進することは、内燃機関１の排気浄化のために有効な手段である。
【００１９】
つぎに、燃料気化促進装置１００の構成について図３乃至図６を用いて説明する。
【００２０】
図３（ａ）は燃料気化促進装置１００の外観斜視図である。燃料気化促進装置１００の主な外観構成は、ボディ１０２とヒータボディ１０１で構成され、ボディ１０２には、主に燃料噴射弁１３と、搬送空気導入パイプ３０と、微粒化空気導入パイプ３１が配設されている。搬送空気導入パイプ３０には、バイパス通路２２が連通しており、吸入空気２６の一部である搬送空気２２ａが流入する。微粒化空気導入パイプ３１には、バイパス通路２３が連通しており、吸入空気２６の一部である微粒化空気２３ａが流入する。そして、燃料噴射弁１３には、燃料タンク１６より燃料ポンプ１７にて圧送され、燃料配管３８を介して燃料２４が供給される。
【００２１】
また、ヒータボディ１０１には、後述するヒータが内蔵されており、そのヒータへ通電するためのプラスおよびマイナス電極の電極端子２８，２９が配設されている。ヒータボディ１０１内にてヒータにより気化された燃料２４は、矢印３３で示す気化燃料として、燃料気化促進装置１００外へと流出し、分岐通路１５を介して吸気集合管１１へと供給される。
【００２２】
つぎに、燃料気化促進装置１００の内部構成につき説明する。図３（ａ）のＡおよびＢ方向矢視図を図３（ｂ），（ｃ）に示す。図４に図３（Ｃ）中Ｄ−Ｄ断面図を示す。図５に図３（ｂ）中Ｃ−Ｃ断面図を示す。図６に図５中Ｅ部拡大断面図を示す。
【００２３】
図４は、図３（ｃ）Ｄ−Ｄ断面である燃料気化促進装置１００のボディ１０２断面図である。ボディ１０２には、搬送空気導入パイプ３０と微粒化空気導入パイプ３１が配設されており、搬送空気導入パイプ３０は、ボディ１０２内部の調圧室５０に連通している。調圧室５０内には、旋回ノズル５１が配設されている。なお、搬送空気導入パイプ３０は、調圧室５０の図中断面中心軸から距離Ｌだけオフセットした配置構成としている。よって、搬送空気導入パイプ３０内を通過する搬送空気２２ａは、調圧室５０の断面中心軸よりオフセットした位置へ導入する。
【００２４】
また、旋回ノズル５１は、複数の翼断面形状を持つフィン５８が円周状に等間隔に形成されており、各フィン５８間で形成される通路断面積が搬送空気２２ａ入口側の通路断面積が広く、出口側通路断面積が狭くなる形状となっている。また、各フィン５８間を通過する搬送空気流５２の流速が一定となるように、調圧室５０の通路断面積は下流に進むに従い、徐々に小さくなるスワール形状とする。スワール形状は、調圧室５０の外径を一定とし、燃料噴射軸流方向である奥行きの高さを徐々に小さくしていく形状とすることで、限られたスペースでスワール構造が採用できる構造である。
【００２５】
また、図中旋回ノズル５１断面内周方向には混合室５６が形成されている。そして、混合室５６上流側には、エアアトマイザ５５が配設されている。エアアトマイザ５５にはエアアトマイザ噴孔５４が穿かれている。噴孔５４の上流側には燃料噴射弁１３が配設されている。そして、燃料噴射弁１３の噴孔５７とエアアトマイザ噴孔５４が、ほぼ同心円となるように配設されている。微粒化空気導入パイプ３１は、エアアトマイザ噴孔５４と連通している。よって、燃料噴射弁１３より噴射された燃料噴霧は、微粒化空気導入パイプ３１を通過した微粒化空気２３ａにより微粒化促進されながら、エアアトマイザ噴孔５４を通過し混合室５６へ供給される。エアアトマイザ５５上流側の詳細構成は、図５を用いて後述する。
【００２６】
図５は、図３（ｂ）中Ｃ−Ｃ断面図である。電子制御スロットルバルブ１０の下流に開口された分岐通路１５に取り付けるヒータボディ１０１の内部には、副通路７５が構成されており、副通路７５外周には、板状のヒータ７７が配設されている。ヒータ７７は、上下の平面部が電極となり、上下面の電極に電流を印加することにより、発熱を行なうものである。さらに、発熱体であるヒータ７７は、温度が所定温度以上になると、電気抵抗が急増し電流が低下することにより、温度を一定に保持することのできるセラミックヒータであるＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）ヒータを用いている。
【００２７】
副通路７５は、Ｏリング７４とガスケット７２によりヒータ７７等が内蔵されている空間とを分離している。また、ガスケット７２は、ヒータボディ１０１とボディ１０２で挟み込むように圧縮シールされている。
【００２８】
また、副通路７５には、通路軸流方向に沿って所定の間隔Ｌｐにて複数個の上流ツバ付き絞り２２０ｂが圧入固定されている。詳細は、図６を用いて後述する。
【００２９】
ボディ１０２には、ヒータボディ１０１と同軸上に配置された燃料噴射弁１３を有し、燃料噴射弁１３は空気導入孔を持つケース７０に圧入固定されたエアアトマイザ５５とＯリング８４，Ｏリング９０でボディ１０２に内部通路をシールするように位置決めされ、燃料パイプ３４と燃料パイプオサエ８３でボディ１０２に固定されている。微粒化空気導入パイプ２１は、ケース７０外周とボディ１０２内周面の一部で形成された微粒化空気整圧室７１と連通し、整圧室７１は、ケース７０に穿かれた空気導入孔を介して、燃料噴射弁１３外周面とケース７０内周面で形成された空間に連通している。その空間は、エアアトマイザ５５に穿かれた噴孔５４を介して、混合室５６へ連通している。また、燃料通路は、燃料パイプ３４と燃料噴射弁１３の間にＯリング７３を配設し、シールされている。燃料噴射弁１３噴射方向のエアアトマイザ５５の下流側には、旋回ノズル５１が配設されている。
【００３０】
図６は、図５中Ｅ部拡大断面図である。ＰＴＣヒータ７７の周辺には、ヒータボディ１０１内周面側に断熱効果を考慮して所定の空間の空気層１０５を介して内筒２００が配設されている。内筒２００の内周面には絶縁性の弾性材で形成された弾性部材７８が面接触して配設されている。弾性部材７８の内側の面にはブラス電極板７９が面接触して配設されている。プラス電極板７９の内側の面にはＰＴＣヒータ７７が面接触している。ＰＴＣヒータ７７の内側の面は、副通路７５を構成する伝熱面７６の外周面と面接触している。ここで、伝熱面７６とは、ＰＴＣヒータ７７と接している副通路７５を構成する伝熱部材８９の内面であり、積極的にＰＴＣヒータ７７からの熱を副通路７５内へ伝達する面である。
【００３１】
また、プラス電極板７９は電極部８０を介し、ヒータボディ１０１の外側のプラス電極端子２８に接続されている。一方、導電性である伝熱部材８９は、電極部８２に圧入固定され、ヒータボディ１０１の外側のマイナス電極端子２９に接続している。
【００３２】
これらの構造により、図３，５，６に示すごとく、プラス電極端子２８から電極部８０，プラス電極板７９，ＰＴＣヒータ７７と伝熱部材８９，および電極部８２とマイナス電極端子２９は導通する構成となっている。したがって、先述の電極端子２８，２９に電流を通電することにより、プラス電極板７９からＰＴＣヒータ７７を介して伝熱部材８９へと電流が通電することにより、ＰＴＣヒータ７７が発熱され、伝熱部材８９および伝熱面７６を加熱する構造である。なお、電極部８０と電極部８２は、絶縁部材８１にて絶縁された構成である。
【００３３】
また、副通路７５に配設された上流ツバ付き絞り２２０ｂは、副通路７５の通路断面積を変化させる絞り形状である。さらに、絞り２２０ｂの内周部に連続的なツバ形状の突起を形成している。この突起は、副通路７５の伝熱面７６軸流方向の上流側に突き出した上流ツバ付き形状である。この上流ツバ付き絞り２２０ｂは、外周径φＤ，絞り内径φｄ，突起であるツバ高さＨの形状で、副通路７５の伝熱面７６軸流方向に所定間隔Ｌｐにて複数個配設されている。すなわち本実施例では、後に述べる他の実施例と同様に、ツバ形状の突起の内周面は軸流方向に平行な円筒面を形成している。
【００３４】
つぎに、上記構成の燃料気化促進装置１００を配設した内燃機関１の吸入空気流れにつき説明する。本実施の形態では、内燃機関１を運転する際に電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部１３１の上流と下流では圧力差が生じる。このため電子制御スロットルバルブ１０のバルブ部１３１開度が小さい場合や完全に閉じた場合には、吸入空気は電子制御スロットルバルブ１０をバイパスする空気通路２２，２３に流入する。ここで、燃料気化促進装置１００は、このバイパス通路内に構成されている。よって、燃料気化促進装置１００に配設された燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧８５は、微粒化空気２３ａがエアアトマイザ５５を通過して、旋回衝突されるために微粒化される。そして、微粒化された燃料噴霧は、エアアトマイザ噴孔５４より燃料噴霧と微粒化空気２３ａの混合気である燃料噴霧８５として、噴孔５４下流側の混合室５６へ供給される。
【００３５】
また、混合室５６には、搬送空気導入パイプ３０からバイパス通路２２でバイパスされた搬送空気２２ａが旋回ノズル５１に形成された各フィン５８間を通過し均一流速にて搬送空気流５２として供給される。混合室５６に供給された搬送空気流５２は、混合室５６にて吸入空気の旋回流れ８６となる。そして、燃料噴霧８５と旋回流れ８６が衝突することにより、燃料噴霧８５を伝熱面７６の軸流方向同一断面の位置にほぼ均等に衝突する。衝突された燃料噴霧８５は、伝熱面７６に燃料液膜１０６として、旋回流れ８６に沿って混合室５６下流の副通路７５の伝熱面７６を旋回しながら通過する。
【００３６】
ここで、副通路７５の伝熱面７６には、上流ツバ付き絞り２２０ｂが配設されており、伝熱面７６内径ΦＤと絞り２２０ｂ内径Φｄによる段差にて、燃料液膜１０６を所定量滞留させることが可能となり、燃料気化促進装置１００外へ流出するのを防止している。
【００３７】
さらに、上流ツバ付き絞り２２０ｂを配設した燃料気化促進装置１００において、燃料液膜１０６は、吸入空気旋回流れ８６に沿って、副通路７５の円筒状の伝熱面７６内を旋回しながら、伝熱面７６軸流方向下流側へと移動する。吸入空気旋回流れ８６と燃料液膜１０６は、軸流方向（Ｘ方向）の速度成分と、旋回方向（Ｙ方向）の速度成分をもっている。ここで、副通路７５の伝熱面７６に上流ツバ付き絞り２２０ｂを配設したことにより、伝熱面７６を移動する燃料液膜１０６の軸流方向成分が、旋回方向成分へ変換される。言い換えると、軸流方向速度成分が小さく、旋回方向速度成分が大きくなるために、吸入空気旋回流れ８６および、これに沿って流れる燃料液膜１０６の旋回々数が増加でき、伝熱面７６上に燃料液膜１０６が滞留する時間を大幅に拡大できる。さらに、上流ツバ付き絞り２２０ｂにより、副通路７５軸流方向断面積が変化するために流れのよどみ領域が形成できるために燃料液膜１０６を滞留させることができる。
【００３８】
ここで、図７を用いて本発明の効果を説明する。副通路７５に配設された絞り形状による伝熱部への燃料液膜１０６ａ，ｂ，ｃの付着の様子を示す断面模式図である。図７（ａ）は、平板絞り２２０ａを副通路７５の伝熱面７６上に配設した場合、図７（ｂ）は、上流ツバ付き絞り２２０ｂを副通路７５の伝熱面７６上に配設した場合、図７（ｃ）は下流ツバ絞り２２０ｂを副通路７５の伝熱面７６上に配設した場合を示す。本模式図は、副通路７５の伝熱面７６に滞留する燃料液膜１０６ａ，ｂ，ｃを可視化するためにヒータボディ１０１に相当する部分を透明アクリルとして、可視化した結果をもとに描いている。
【００３９】
図７（ａ）平板絞りの場合は、各平板絞りに挟まれた伝熱面の点線で囲まれた領域▲１▼，▲２▼，▲３▼において、領域▲１▼に最も燃料液膜１０６ａが滞留し、次に領域▲３▼に滞留する傾向にある。領域▲２▼への燃料液膜１０６ａの滞留は比較的少ない傾向にある。これらの要因は、平板絞り１０６ａの絞りにより通路断面積が縮小されるために絞り直前の領域▲１▼に燃料液膜１０６ａのよどみ（滞留）領域が形成されたためである。また、領域▲３▼では、絞り２２０ａを経て通路断面積が拡大されたために、領域▲３▼によどみ（滞留）領域が形成されるために燃料液膜１０６ａがよどん（滞留）でいる。
【００４０】
一方、図７（ｂ）上流ツバ付き絞り２２０ｂの場合は、上流ツバ付き絞り２２０ｂとすることでツバ外周部にＸ方向成分を持った旋回空気流れ１０６が流入し、領域▲１▼の燃料液膜１０６ｂが押し退けられ燃料液膜が分散し、領域▲２▼へと液膜１０６ｂが移動する。これにより、平板絞りの場合に比べて伝熱面に接触する燃料液膜が拡大する。よって、伝熱面７６上に燃料液膜１０６が滞留する時間を大幅に拡大できる。したがって、伝熱面７６から燃料液膜１０６へ伝達される熱量を拡大でき、燃料の気化促進を図ることができ、気化量を増大できる。すなわち、領域▲１▼，▲３▼にほぼ同量程度の燃料液膜１０６ｂが滞留し、領域▲２▼にも比較的滞留している。また、領域▲２▼において、図中（ａ）平板絞り２２０ａの領域▲２▼と比較すれば多量に滞留している。燃料液膜１０６の滞留度合いを図７（ａ）平板絞り２２０ａと比較してみて、伝熱面７６上への燃料液膜１０６ｂが集中することなく分散して滞留しているためである。これは、図中（ａ）の平板絞りに比べ、図中（ｂ）の領域▲１▼への燃料液膜１０６の滞留量が少ないためである。
【００４１】
図７（ｃ）下流ツバ付き絞り２２０ｃの場合は、領域▲３▼に最も燃料液膜１０６ｃが滞留し、次に領域▲１▼に滞留する傾向にある。領域▲２▼への燃料液膜１０６ｃの滞留は少ない傾向にある。これは、下流ツバ絞り２２０ｃのツバ外周の領域▲３▼に、絞りを経て通路断面積が拡大されたことによるよどみ領域と、ツバ外周部のよどみ領域が図中（ａ），（ｂ）に比べて、大きく形成されているために燃料液膜１０６ｃが集中したためである。よって、領域▲１▼，▲２▼は、燃料液膜１０６ｃが相対的に少なくなっている傾向にある。
【００４２】
以上の結果から、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の各種絞りを比較すれば、伝熱面上への燃料の分散は、上流ツバ付き絞り２２０ｂがもっとも好ましいといえる。
【００４３】
さらに、伝熱面７６上に滞留する燃料液膜１０６を早期に気化するとともに気化量を拡大するためには、ＰＴＣヒータ７７から生じる熱を効率よく伝達するとともに伝熱面７６上での昇温時間を短縮することが好ましい。そのためには、伝熱面７６を構成する伝熱部材８９の熱容量を小さくすることが好ましい。したがって、伝熱部材８９の伝熱面積を保持しつつ肉厚を極力薄くすることが望ましい。しかし、伝熱部材８９の肉厚を薄くすると伝熱部材８９の強度が弱くなる。ここで、伝熱部材８９で形成される副通路７５の伝熱面７６に上流ツバ付き絞り２２０ｂを配設することにより、伝熱部材８９の強度が向上でき、信頼性の高い燃料気化促進装置１００が提供できる。
【００４４】
以上、副通路７５に上流ツバ付き絞り２２０ｂを配設することにより、燃料噴射弁１３から供給される燃料液膜１０６の気化促進を図ることができると同時に、燃料気化促進装置１００外への燃料液流の発生を抑制できる。言い換えると、燃料液膜１０６を伝熱面７６に滞留させる時間を拡大することにより、燃料気化量を拡大できる。すなわち、滞留時間を拡大できるために同燃料量の燃料を気化するために少ない発熱容量（枚数）のＰＴＣヒータ７７で実現できるために、小型の燃料気化促進装置１００が実現できる。さらに、伝熱部７６を構成する部材の強度を保ちながら、伝熱面７６を構成する部材の肉厚を薄くできるために、熱容量を小さくでき、伝熱面７６の昇温時間を短縮することができる。
【００４５】
図８（ａ）は、横軸に絞りのツバ高さＨをとり、縦軸を燃料液膜１０６が伝熱部に滞留する滞留時間として整理した結果である。ここで、伝熱部滞留時間は、伝熱面７６部を透明アクリル管として、アクリル管内を燃料液膜１０６が通過する流れを可視化することにより計測した。また、図８（ｂ）は、横軸に絞りのツバ高さＨを取り、縦軸を燃料気化率として整理した結果である。本結果は、本実施例に記載した燃料気化促進装置１００を用い、所定同一条件における絞りのツバ高さＨによる気化率の影響を示している。本結果より、図８（ａ）において、ツバ高さＨを高くすることにより、伝熱部の燃料液膜１０６の滞留時間が拡大できる。ここで、ツバ高さ「０」とは、平板絞りを表しており、平板絞りに比べ、ツバ高さＨを高くすることにより、伝熱部滞留時間を拡大することができる。たとえば、上流ツバ付き絞りの場合では、ツバ高さＨを０ｍｍと６．５ｍｍとした場合、滞留時間は、１．４秒，４．０秒となり、ツバ高さＨを高くしたことにより、約３倍の滞留時間拡大が図れた。また、下流ツバ付き絞りに比べ、上流ツバ付き絞りの滞留時間が長い傾向にある。
【００４６】
次に、図８（ｂ）において、ツバ高さＨを大きくすることにより、気化率が拡大する傾向にある。たとえば、上流ツバ付き絞りの場合、ツバ高さＨを０ｍｍと６．５ｍｍとした場合、燃料気化率は、約１０％向上している。また、（ａ）の結果と同様の傾向であり下流ツバ付き絞りに比べ、上流ツバ付き絞りの気化率の改善しろが大きい。これは、伝熱面を通過する燃料液膜１０６の滞留時間が大きく、伝熱面７６から燃料液膜１０６へ伝達された熱量が拡大できたためである。さらに、上述した図７の伝熱面７６への燃料液膜１０６ａ，ｂ，ｃ分布の形成の違いによるものも挙げられる。
【００４７】
よって、ツバ付き絞りを用いることにより、ＰＴＣヒータ７７の発熱容量（枚数）が同様の場合に燃料気化量を拡大できる。したがって、同流量の燃料液膜１０６を気化促進する場合、ＰＴＣヒータ７７の枚数を削減することが可能である。よって、燃料気化促進装置１００の小型化が実現できる。
【００４８】
上記記述した燃料気化促進装置１００を備えた内燃機関１を用いることにより、ヒータから燃料へ伝達する熱量を増大でき、燃料の気化量を増大できる。よって、ヒータ容量およびヒータ伝熱面積を拡大することなく、小型な燃料気化促進装置を提供できる。そして、自動車用内燃機関の始動性向上、燃費向上および排気浄化低減を実現できる自動車用内燃機関の燃料気化促進装置およびこれを搭載した内燃機関を提供できる。
【００４９】
図９を用いて本発明の第２の実施例を説明する。
【００５０】
第１の実施例の燃料気化促進装置１００との主な構成の違いは、副通路７５の伝熱面７６に配設された絞りのツバの取付け位置に違いにある。すなわち、絞り２２０ｃの内周部に連続的なツバ形状の突起形成し、この突起が、副通路７５の伝熱面７６軸流方向の下流側に突き出した下流ツバ付き絞り２２０ｃであることにある。また、本実施例では、燃料噴射弁１３から噴射される燃料噴霧８５ａの微粒化促進用の微粒化空気２３ａを用いないことにより、バイパス通路２３と微粒化空気導入パイプ３１を廃止している。その他の構成は、第１の実施例と同様の構成であるために説明を省略する。
【００５１】
本実施例では、副通路７５の伝熱面７６に下流ツバ付き絞り２２０ｃを配設したことにより、燃料噴射弁１３より噴射された燃料噴霧８５ａを燃料液膜１０６として伝熱面７６に滞留することが可能となる。伝熱面７６への燃料液膜１０６の分布，滞留時間，気化率は、先述した図７（ｃ）および図８にて説明したが、ツバ高さＨを所定の高さとする下流ツバ付き絞りにより、ツバ高さを持たない平板絞り２２０ａと比べ、燃料液膜１０６ｂの分布、および滞留時間，気化率が改善できる。よって、伝熱面７６から燃料液膜１０６へ伝達される熱量の拡大ができ、燃料気化量を拡大することができる。
【００５２】
図１０を用いて本発明の第３の実施例を説明する。
【００５３】
第１の実施例の燃料気化促進装置１００との主な構成の違いは、副通路７５の伝熱面７６に配設された絞りのツバの取付け位置に違いにある。
【００５４】
すなわち、絞り２２０ｄの内周部に連続的なツバ形状の突起形成し、この突起が、副通路７５の伝熱面７６軸流方向の上下流両方向に突き出した上下流ツバ付き絞り２２０ｄであることにある。また、燃料噴射弁１３から噴射される燃料噴霧８５ａの微粒化促進用の微粒化空気２３ａを用いていないことにある。したがって、バイパス通路２３と微粒化空気導入パイプ３１を廃止した構成である。さらに、旋回ノズル５１を廃止し搬送ノズル５３としたことにある。これにより、搬送空気２２ａは旋回ノズル５１を通過することにより、燃料噴霧８５を副通路７５の伝熱面７６に積極的に衝突させながら旋回供給していたものが、搬送ノズル５３としたために、搬送空気２２ａは、燃料噴霧８５ａを副通路７５の伝熱面７６で旋回供給しにくくなり、伝熱面７６ｂ軸流方向に沿った搬送空気流れ８６ｂが供給される。その他の構成は、第１の実施例と同様の構成であるために説明を省略する。ここで、燃料噴射弁１３は、微粒化特性の優れた燃料噴射弁１３の噴孔５７の上流側に位置する弁座の上流側にて燃料を旋回して噴射するための燃料旋回部材を配設した上流旋回型燃料噴射弁である。よって、噴射される燃料噴霧８５ａは、ホロコーン状の噴霧形状であり、燃料噴霧中の比較的粒径の粗大な液滴は噴霧外周へ集中し、微粒化促進された比較的粒径の小さい液滴は噴霧内周部分に存在する噴霧である。したがって、噴霧８５ａ中の微粒化促進された噴霧のみが積極的に搬送ノズル５３を介して供給される搬送空気流れ８６ｂにのって搬送され、内燃機関１の燃焼室２に搬送供給される。また、噴霧８５ａ中の粗大粒は、搬送空気流れ８６ｂにのりにくく伝熱面７６ｂに付着する。付着した燃料噴霧は、燃料液膜１０６となり、上下流ツバ付き絞り２２０ｄ近傍に滞留する。よって、上下流ツバ付き絞り２２０ｄ近傍には、燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧８５ａの比較的粒径の粗大な液滴のみが燃料液膜１０６として滞留されるために、燃料気化促進装置１００ａ外への燃料液流の流出が防止でき、燃料液膜の気化促進が図れる。また、上記実施例１乃至２記載の各絞り２２０ａ，ｂ，ｃと比べ、よどみ（滞留）領域は広いために、より多量の燃料液膜１０６を伝熱面７６に滞留させることが可能である。
【００５５】
その他の現象および効果については、第１の実施例と同様であるために説明を省略する。
【００５６】
以上、本発明の実施例につき記載したが、燃料噴射弁１３から噴射供給される燃料噴霧は、微粒化を促進した噴霧の液滴粒径をできるだけ小さるすることが伝熱面上に均一に液膜を形成するためには好ましい。上記実施例では、主に燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧の微粒化手段として、噴霧に吸入空気の一部を衝突させることにより微粒化を促進するエアアシスト方式につき記載したが、微粒化手段は、それに限定するものではない。たとえば、燃料の供給圧力を高圧化した高圧方式の燃料噴射弁や超音波振動素子に燃料を衝突させる超音波振動方式の微粒化手段を用いた燃料噴射弁を用いることでも本実施例は適用可能である。
【００５７】
さらに、本実施例の燃料気化促進装置は、各吸気ポートに燃料噴射弁１２を配設した吸気ポート燃料噴射システムにつき記載したが、それに限定するものではなく、燃焼室２内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射システムでも本実施例は適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒータ伝熱面に燃料が滞留する時間を拡大するとともに伝熱面に滞留する燃料液膜を積極的に分散させる手段を設けることにより、燃料液膜をほぼ均一厚さにしヒータ伝熱面と燃料液膜との接触面積を増加させることができるためにヒータから燃料へ伝達する熱量を増大し、燃料の気化量を増大することができ、ヒータ容量およびヒータ伝熱面積を拡大することなく、小型な燃料気化促進装置を提供できる。そして、自動車用内燃機関の始動性向上、燃費向上および排気浄化低減を実現できる自動車用内燃機関の燃料気化促進装置およびこれを搭載した内燃機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料気化促進装置を搭載した内燃機関の一実施例を示す構成図である。
【図２】燃料気化と触媒温度，ＨＣ排出量の関係を説明する図である。
【図３】本発明に係る図１中に示した燃料気化促進装置の（ａ）斜視図，（ｂ）正面図，（ｃ）側面図である。
【図４】本発明に係る図３（ｃ）中に示した燃料気化促進装置Ｄ−Ｄ断面図である。
【図５】本発明に係る図３（ｂ）中に示した燃料気化促進装置Ｃ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明に係る図４中に示した燃料気化促進装置のＥ部拡大断面図である。
【図７】本発明に係る各絞り形状による伝熱部への燃料液膜の滞留分布を示す断面模式図である。
【図８】本発明に係る燃料気化促進装置の各種絞り形状による（ａ）伝熱部燃料滞留時間，（ｂ）燃料気化率の関係を示す図である。
【図９】本発明に係る第２の実施例の燃料気化促進装置の断面図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施例の燃料気化促進装置の断面図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…燃焼室、９…吸気管、１１…吸気集合管、１２、１３…燃料噴射弁、２１…三元触媒コンバータ、２２…バイパス通路、２２ａ…搬送空気、２３ａ…微粒化空気、２６…吸入空気、３３…気化燃料、５０…調圧室、５１…旋回ノズル、５２…旋回空気流、５５…エアアトマイザ、５６…混合室、７５…副通路、７６…伝熱面、８６…吸入空気の旋回流れ、７７…ＰＴＣヒータ、１００…燃料気化促進装置、　２２０ｂ…上流ツバ付き絞り、２２０ｃ…下流ツバ付き絞り、２２０ｄ…上下流ツバ付き絞り。
【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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