(57)【要約】【課題】複数種類の燃料を使用し、エンジンの運転状態に応じて噴射する燃料を切り換え可能にすること。【解決手段】エンジンの定常運転時に燃料を供給するための第１燃料噴射ノズル１３と、この定常運転時以外に、エンジンの定常運転時に供給する燃料と異なる種類の燃料を供給するための第２燃料噴射ノズル１４と、これらの燃料噴射ノズルによる燃料噴射を切り換え可能にするための制御手段を設けた燃料噴射機構を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ノズルを設けたエンジンの燃料噴射機構において、
エンジンの定常運転時に燃料を噴射するための第１燃料噴射ノズルと、
前記定常運転時以外に前記燃料と異なる燃料を噴射するための第２燃料噴射ノズルと、
前記第１燃料噴射ノズルによる燃料噴射と前記第２燃料噴射ノズルによる燃料噴射とを切り換えるための制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
エンジンの運転状態を演算して、前記定常運転状態と判定した場合には前記第１燃料噴射ノズルから燃料噴射し、それ以外の非定常運転状態と判定した場合には前記第１燃料噴射ノズルによる燃料噴射に代えて、前記第２燃料噴射ノズルにより燃料噴射するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射機構。
【請求項２】
前記非定常運転状態は、所定速度を得るために高負荷でエンジンが運転されているような状態にあることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射機構。
【請求項３】
前記第１燃料噴射ノズルから噴射される燃料は、前記第２燃料噴射ノズルから噴射される燃料より高沸点であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの燃料噴射機構。
【請求項４】
前記第１燃料噴射ノズルから噴射される燃料が軽油であり、前記第２燃料噴射ノズルから噴射される燃料がガソリンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射機構。
【請求項５】
前記第１燃料噴射ノズルから噴射される燃料がガソリンであり、前記第２燃料噴射ノズルから噴射される燃料がプロパンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンの燃料噴射機構に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、自動車からの排ガスによる環境破壊、例えば排ガスに含まれるＣＯ、ＮＯｘ等による地球温暖化、オゾン層破壊、酸性雨等が問題となってきており、環境対策の観点から、これらの原因となるＣＯ、ＮＯｘ等を含む排ガスの規制値が益々厳しくなる傾向にある。
【０００３】
このために、燃料の供給方法の改善等の様々な技術が開発されてきており、特にガソリンエンジンについては改善が図られている。その一方で、ディーゼルエンジンについては、黒煙対策等の改善すべき余地が依然として残されている。
【０００４】
ディーゼルエンジンの特徴としては、ガソリンエンジンより熱効率が高いため、燃料消費率が抑えることができることやガソリンより安価な軽油を燃料として使用できること等が挙げられる。
【０００５】
ディーゼルエンジンには、このように有利な点を数多く見出すことができるが、一方でガソリンエンジンと比較して不利な点もある。例えば、燃料として使用される軽油は、燃焼温度が高くなるため、ＮＯｘの排出量が多くなると共に、未燃炭素の煤塵量も多くなる。すなわち、燃焼熱が高く、これにより単位面積当たりの発熱量が大きくなるため、燃料を構成する炭化水素が熱分解作用を受けて水素分子、炭素またはメタンに分解されて、多量の煤やＮＯｘ等が発生することになる。
【０００６】
これは、例えばディーゼルエンジンの始動時や発進時等の比較的燃焼温度が低い状態で顕著となる。このような状態にあると、燃料の迅速な気化が困難となって不完全燃焼が生じやすくなり、煤やＮＯｘの原因となる。
【０００７】
このため、ディーゼルエンジンの利点を生かしつつ、上述したディーゼルエンジンの不利な点を補助するため、種々の試みがなされている。
【０００８】
例えば、特開２００１−１９３５１２号公報では、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとの機能を兼ねるために、ガソリン用インジェクタと軽油用インジェクタを共用にした燃料インジェクタを設けるか、またはそれぞれの専用インジェクタを設けたエンジンについて開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１９３５１２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記公開公報では、複数種類の燃料、例えばガソリンおよび軽油の２種類の燃料を供給可能にしているが、これらの燃料をどのようにして供給するかは、明らかにされていない。すなわち、１種類の燃料だけによる燃焼を補助するために、異なる種類の燃料を供給する技術は、公知技術として以前から存在している。しかし、上記公報によると、燃料の供給をかかる公知技術のように行うのか否かは明らかでない。更に、公知技術では、複数の燃料、例えばガソリンと軽油をエンジンの運転状況に応じてその混合比率を変えて同時に供給するものであり、エンジンの運転状態に応じてこれらの燃料を別個に供給する技術については明らかとなっていない。
【００１１】
本発明は、かかる点を鑑みてなされたものであり、エンジンの運転状態に応じて供給する燃料を切り換え可能にしたエンジンの燃料噴射機構を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１にかかるエンジンの燃料噴射機構の発明は、燃料噴射ノズルを設けたエンジンの燃料噴射機構において、エンジンの定常運転時に燃料を噴射するための第１燃料噴射ノズルと、定常運転時以外に上記燃料と異なる燃料を噴射するための第２燃料噴射ノズルと、第１燃料噴射ノズルによる燃料噴射と第２燃料噴射ノズルによる燃料噴射とを切り換えるための制御手段と、を備え、制御手段は、エンジンの運転状態を演算して、定常運転状態と判定した場合には第１燃料噴射ノズルから燃料噴射し、それ以外の非定常運転状態と判定した場合には第１燃料噴射ノズルによる燃料噴射に代えて、第２燃料噴射ノズルにより燃料噴射するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、定常運転とは、エンジンが低・中負荷および一定回転数で運転されているような燃料消費率が高く、この燃焼による排ガスを可能な限りクリーンなものにできる状態が得られる運転状態にあることをいう。
【００１４】
これによれば、種類の異なる燃料を、それぞれの燃料用噴射ノズルを設け、且つこれらの燃料噴射ノズルによる燃料噴射を切り換え可能にすることにより、エンジンの運転状況に応じて正確に燃料噴射可能となり、自動車エンジン、特にディーゼルエンジンの排ガスをクリーンなものにできる。
【００１５】
請求項３にかかる発明は、第１燃料噴射ノズルから噴射される燃料は、第２燃料噴射ノズルから噴射される燃料より高沸点であることを特徴とする。これによれば、エンジンの始動時等の燃焼温度が低温にあるエンジンであっても、より低沸点の燃料を供給することにより、可能な限り良好な燃焼状態を得ようとするものである。
【００１６】
その際、請求項４に記載のように、第１燃料噴射ノズルから軽油を噴射し、第２燃料噴射ノズルからは、軽油より低沸点のガソリンを噴射する。また、請求項５に記載のように、第１燃料噴射ノズルからガソリンを噴射し、第２燃料噴射ノズルからは、ガソリンより低沸点のプロパンを噴射する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の燃料噴射機構を説明するための概略構成図である。なお、本実施の形態にかかるエンジンとしてディーゼルエンジンを例にして説明し、また各気筒は同一構成であるため、以下の説明ではその一つについて行い、他の気筒については省略する。
【００１８】
本実施の形態にかかるエンジンは、通常の圧縮着火式エンジンといわれる種類の４サイクルエンジンであり、シリンダ１において、吸気バルブ６が開きピストン２が下がって空気のみをシリンダ１に吸い込み、ピストン２が下死点より上がりだし、吸気バルブ６が閉じる。この際に、シリンダ１内の空気が圧縮されて数百℃という高温になる。すなわち、噴射される燃料の着火温度以上になるようにシリンダ１内で圧縮される。
【００１９】
この圧縮行程の終了付近になると、電子制御装置（以下、単に「ＥＣＵ」という）１１からの信号に基づき、第１燃料ポンプ１０が作動して第１燃料タンク９から軽油が吸気管５側に設けられた第１燃料噴射ノズル１３に供給される。そして、燃料噴射のタイミングになるとＥＣＵ１１からの信号により第１燃料噴射ノズル１３から燃料噴射する。
【００２０】
ディーゼルエンジンでは、ガソリンエンジンと異なり、燃料噴射する際に燃料に用いる軽油を数百気圧という高圧で噴射し、空気の圧縮熱によって燃料が自己着火して素早く燃焼することになる。この燃焼による圧力でピストン２は上死点を経て下死点まで押し下げられる。その後、排気バルブ４が開いて、シリンダ１内のガス圧とピストン２の上昇によって排ガスはシリンダ１内から排気管３に押し出されることになる。
【００２１】
以上がディーゼルエンジンにおける基本サイクルであるが、本発明では、軽油を噴射するための第１燃料噴射ノズル１３を設けたほかに、図示のように、軽油と異なる燃料を噴射するための第２燃料噴射ノズル１４を吸気管５側に設けて、ＥＣＵ１１による信号に基づき第１燃料噴射ノズル１３による燃料噴射と第２燃料噴射ノズル１４による燃料噴射とを切り換え可能にしたことにある。
【００２２】
ここで、吸気管５側に設けた第２燃料噴射ノズル１４について更に記載すると、これは、従来吸気管５側に設置されていた燃料噴射ノズル（第１燃料噴射ノズル１３）に加えて、これと異なる燃料噴射ノズル（第２燃料噴射ノズル１４）を追加的に設置したものである。これにより、従来のエンジンに対しても、本発明の燃料噴射機構を容易に設置可能となり、環境対策の促進となる。また、吸気管５に第１燃料噴射ノズル１３および第２燃料噴射ノズル１４を予め配置したものを別部材として準備して、従来からのエンジンにこの別部材を交換して設置するようにしても良い。
【００２３】
このような燃料噴射機構としたことにより、ディーゼルエンジンは、例えば６０ｋｍ／時程度の一定速度運転等において多く見られるように、エンジン回転数が一定で、中・低負荷（一定負荷）のようなエンジンの運転状態では、ガソリンエンジン以上に燃料消費率が良好であることが多いため、通常の軽油のみの燃料噴射とする。
【００２４】
しかし、例えば３０ｋｍ／時以下において多く見られる発進時または所定速度を得るための加速時等のように、エンジン回転数が低回転から高回転に上がり、かつ高負荷にあるようなエンジンの運転状態では、従来技術で述べたようにディーゼルエンジンからの排ガスが問題となる。
【００２５】
そのため、第１燃料噴射ノズル１３からの軽油の燃料噴射に代えて、本発明の特徴である吸気管５側に設けた第２燃料噴射ノズル１４から軽油と異なる燃料の燃料噴射に切り換えようとするものである。軽油は、気化しにくい燃料であるため、軽油の燃焼に適した圧縮状態が得られないと、そのままシリンダ１内のシリンダ壁等に付着して煤等の発生原因となる。
【００２６】
したがって、第２燃料噴射ノズル１４から噴射される燃料は、かかる状態であっても軽油より良好な燃焼状態を得るために、軽油より気化しやすい低沸点の炭化水素系燃料が選択される。炭化水素系燃料としては、ガソリン、灯油、重油等を選択することができるが、価格や環境対策等を総合的にを考慮して、ガソリンを選択するのが好ましい。
【００２７】
次に、第１燃料噴射ノズル１３からの燃料噴射と第２燃料噴射ノズル１４からの燃料噴射の切り換えについて更に詳細に説明する。
【００２８】
上述したように、例えば６０ｋｍ／時程度の一定速度等において多く見られるように、エンジン回転数が一定で、中・低負荷状態にあるようなエンジンの運転状態では、ＥＣＵ１１からの信号は第１燃料噴射ノズル１３よる軽油での燃料噴射となる。
【００２９】
本発明では、このようなエンジンの運転状態を「定常運転」と称することにし、かかる運転状態におけるエンジン回転数およびエンジン負荷をＥＣＵ１１のＲＯＭまたは一時的にＲＡＭに保存して、運転状態を判断する際の閾値とする。
【００３０】
一方、例えば３０ｋｍ／時以下において多く見られる発進時等のように、エンジン回転数が低回点から高回転に上がり、高負荷状態にあるようなエンジンの運転状態は定常運転でないため、本発明では、このようなエンジンの運転状態を「非定常運転」と称することにする。
【００３１】
このように、エンジンの運転状態が非定常運転状態にあると、ＥＣＵ１１から燃料ポンプ１０および第１燃料噴射ノズル１３へ燃料噴射のための信号を送らずに、第２燃料噴射ノズル１４および燃料ポンプ８へ燃料噴射のための信号を送る。
【００３２】
ＥＣＵ１１から燃料ポンプ８に信号が送られると、これが作動し、ガソリンが貯蔵されている燃料タンク７からガソリンが第２燃料噴射ノズル１４に供給されることになる。ここで、ＥＣＵ１１から第１燃料噴射ノズル１３に信号送信されなくなると、燃料は供給されなくなるが、吸気管５の一部に燃料供給を遮断するための機構を設けて、これによって燃料供給を止めるようにしても良い。
【００３３】
そして、第２燃料噴射ノズル１４からガソリンがシリンダ１内に噴射されると、ガソリンエンジンにおいて一般的な燃焼サイクルに移り、ピストン２が上死点付近に上ると、点火プラグ１２からの火花放電により着火され、燃焼爆発を起こし、ピストン２が押し下げられることになる。ここで特に図示しないが、ガソリンと軽油は圧縮比が異なるため、第２燃料噴射ノズル１４によるガソリンの噴射に切り替わった場合には、ガソリンの燃焼に適合するような圧縮比を得るように調節する。
【００３４】
本実施の形態によれば、第１燃料噴射ノズル１３と第２燃料噴射ノズル１４をそれぞれ吸気管５側に設けたことにより、エンジンの運転状態に応じて噴射すべき燃料を正確に切り換えて供給することが可能となる。
【００３５】
燃料噴射ノズルに関して、図１に示したように、第１燃料噴射ノズル１３および第２燃料噴射ノズル１４を吸気管５側にそれぞれ設けたが、これに限定されるものでない。
【００３６】
図２は、燃料噴射ノズルの配置位置に関して別の実施形態を示す概略構成図である。図示のように、第１燃料噴射ノズル１３を吸気管５側に、そして第２燃料噴射ノズル１４をシリンダヘッドに設けることも可能である。
【００３７】
また、燃料噴射ノズルの配置位置に関して特に図示しないが、図２に示した配置位置とは逆に、第１燃料噴射ノズル１３をシリンダヘッドに設け、第２燃料噴射ノズル１４を吸気管５側に設けることも可能であるし、第１燃料噴射ノズル１３および第２燃料噴射ノズル１４共に、シリンダヘッドに設けることも可能である。
【００３８】
更に、本実施の形態では、燃料噴射の切り換えを確実なものにするために、第１燃料噴射ノズル１３と第２燃料噴射ノズル１４の２種類の燃料噴射ノズルを用いたが、これに限定されるものではない。
【００３９】
すなわち、本発明の特徴である燃料噴射の切り換えを可能にすればよいので、例えば軽油の噴射とガソリンの噴射の両方の機能を備えた共用型の燃料噴射ノズルを１つだけ用いることも可能である。このように共用型の燃料噴射ノズルであれば、燃料噴射ノズルは１つだけで済むので、既存のディーゼルエンジン等のエンジンにも取り付けが容易となる。
【００４０】
更に、本実施の形態では、エンジンとしてディーゼルエンジンを例にして説明したが、これに限定されるものでなくガソリンエンジンに本発明の燃料噴射機構を設置することも可能である。ガソリンエンジンである場合、第１燃料噴射ノズル１３から噴射される燃料はガソリンとなり、第２燃料噴射ノズル１４から噴射される燃料は、上述したように、第１燃料噴射ノズル１３から噴射される燃料より低沸点の燃料が選択される。環境対策等の観点から、第２燃料噴射ノズル１４から噴射される燃料としてプロパンを使用する。ここでプロパンを用いたが、一般に、メタン、ブタンまたはペンタン等の天然ガスを一般に用いることが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１燃料噴射ノズルと、この第１燃料噴射ノズルから噴射される燃料と異なる種類の燃料を噴射するための第２燃料噴射ノズルとを設け、且つこれらの燃料噴射ノズルによる燃料噴射をエンジンの運転状態に応じて切り換え可能にしたことにより、適切な燃料噴射を確実に行えるため、燃料を一種類しか使用しない場合と比較して、排ガスをクリーンなものにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジンの燃料噴射機構を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明による別の実施の形態を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１    シリンダ
２    ピストン
３    排気管
４    排気弁
５    吸気管
６    吸気弁
１１  電子制御装置
１３  第１燃料噴射ノズル
１４  第２燃料噴射ノズル
【図１】
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【図２】
2004169620.tif 000004