(57)【要約】【課題】熱源から直接的に燃料へ熱が伝えられることで、大きな熱量が燃料へ与えられ、霧化ないしは気化が促進される内燃機関を提供すること。【解決手段】冷却水ジャケットが設けられたシリンダヘッドに燃料噴射弁が配設されている内燃機関において、シリンダヘッドには燃料が貯留される燃料ジャケットが設けられ、燃料ジャケットから燃料噴射弁へ燃料が供給される燃料供給通路が形成されている。これにより、燃料は、燃料噴射弁から噴射される前にシリンダヘッドに設けられた燃料ジャケットに一旦貯留されることになり、熱がシリンダヘッドを介して燃料ジャケットに貯留されている燃料に伝わる。燃料に熱が与えられることで、燃料の霧化が促進されることになる。これにより、燃焼室内で燃焼性が良くなるエンジンが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水用通路が設けられたシリンダヘッドに燃料噴射弁が配設されている内燃機関において、
前記シリンダヘッドには燃料が貯留される燃料貯留部が設けられると共に、該燃料貯留部から前記燃料噴射弁へ燃料が供給される燃料供給通路が形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料貯留部は、吸気ポートの周りを囲繞して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃料供給通路は、前記燃料貯留部の少なくとも最も高い部位を避けて連通されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃料貯留部内の燃料を加熱するための加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記冷却水用通路内の冷却水の水温を上昇させるための冷却水温度上昇手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関、特に高沸点燃料を用いた場合に好適な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関においては出力性能及び排気エミッションを向上させるために燃焼状態を良好にすることが求められている。このような良好な燃焼を行わせるようにする一つの方策として、内燃機関に燃料を供給する前にかかる燃料を予め加熱しておくことが提案されている。燃料を予め加熱しておくことで、燃料が例えば噴射されて吸気と混合される際に燃料の霧化ないしは気化が促進されるからである。ここで、燃料の霧化ないしは気化とは、燃料が細かな粒子の状態で噴射され、その後蒸発して気化していく過程の中で、燃料が霧状の細かな液体粒子となった状態及び/または蒸発して気体となった状態を言う。
【０００３】
上述のように燃料を予め加熱する技術としては、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、燃料噴射弁に供給される燃料を予め加温する燃料加温手段を設けると共に、吸気される空気を加熱する空気加熱手段を設ける技術が記載されている。この特許文献１における燃料加温手段は、燃料の噴射ノズルと噴射ポンプの間及び噴射ポンプと燃料タンクの間の燃料パイプに配置され、該燃料パイプと冷却水ジャケットとを熱的に接続し冷却水を熱源とするものとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６８１１５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、特許文献１に記載のような従来の加温手段による燃料の加熱では、燃料を加熱する熱量が不足して霧化ないしは気化が十分とは言えない状態となる可能性がある。特に、最近では自動車の燃料としてエタノール燃料等のアルコール燃料が用いられる自動車が実用化されている。エタノール燃料においてはガソリンよりも沸点が高いので、自動車の燃料としてエタノール燃料を用いた場合、ガソリンと同様の加熱をエタノール燃料に行っても霧化ないしは気化が十分に進まない。そのため、燃料の霧化ないしは気化が進まずに液滴の形で燃焼室内、例えばシリンダの壁面やピストンの頭頂部に付着する傾向がガソリンよりも強い。従って、エタノール燃料等の高沸点燃料を用いた際には、燃焼状態が悪くなり出力性能及び排気エミッションが悪化する恐れがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高沸点燃料を用いた場合にあっても出力性能や排気エミッションを低下させることのない内燃機関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】
上記課題を解決するための本発明の一形態は、冷却水用通路が設けられたシリンダヘッドに燃料噴射弁が配設されている内燃機関において、前記シリンダヘッドには燃料が貯留される燃料貯留部が設けられると共に、該燃料貯留部から前記燃料噴射弁へ燃料が供給される燃料供給通路が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この本発明の一形態によれば、燃料は、燃料噴射弁から噴射される前にシリンダヘッドに設けられた燃料貯留部に一旦貯留されることになる。シリンダヘッドは良好な熱伝導性を有した材料により形成されているので、燃焼室内で燃焼の際に生じる熱や排気が排気ポートを通る際に排気から排気ポートへ伝わる熱等がシリンダヘッドを介して燃料貯留部に貯留されている燃料に伝わる。燃料に、燃焼室で生じる熱や排気の熱等、熱源からの熱が熱伝導性を有したシリンダヘッドのみを介して直接的に与えられることで、より大きな熱量が燃料へ与えられることになり噴射された際に霧化ないしは気化がより促進される。これにより、燃料に高沸点燃料を用いたとしても霧化ないしは気化が促進されて、燃焼室内での燃焼性が良くなるのである。
【０００９】
ここで、前記燃料貯留部は、吸気ポートの周りを囲繞して配置されていることが好ましい。
【００１０】
この好適な一形態によれば、燃料貯留部を吸気ポートの周りに配置することで、シリンダヘッドにおける吸気ポート周りの部分の有する熱が燃料貯留部に伝えられて吸収される。その結果、吸気が吸気ポートを通る際にシリンダヘッドから吸気へ伝わる熱量が抑えられ、吸気の温度上昇が抑制される。これにより、吸気の温度上昇に起因する体積効率の低下が抑えられ、内燃機関の効率の低下が回避されると共に、ノッキングの発生が抑制される。
【００１１】
また、前記燃料供給通路は、前記燃料貯留部の少なくとも最も高い部位を避けて連通されていることが好ましい。
【００１２】
この好適な一形態によれば、燃料が加熱されて高温となった際に燃料の一部が気化して蒸気となり、燃料貯留部の内部で気泡が生じたとしても、燃料噴射弁に接続する燃料供給通路が、燃料貯留部のうちの最も高い部分を避けて連通されているので、発生した気泡が燃料噴射弁に達することはない。従って、その気泡が燃料噴射弁に供給されることに起因するベーパロックを防ぐことができる。
【００１３】
さらに、前記燃料貯留部内の燃料を加熱するための加熱手段が設けられても良い。
【００１４】
この形態によれば、例えば始動時といった内燃機関がまだ十分に暖まっていないときにも、燃料が加熱手段によって加熱され得るので、燃料が暖められて、噴射された際にその霧化ないしは気化が促進される。
【００１５】
また、前記冷却水用通路内の冷却水の水温を上昇させるための冷却水温度上昇手段が設けられても良い。
【００１６】
この形態によれば、例えば始動時といった内燃機関がまだ十分に暖まってない時に、冷却水温度上昇手段によって高温の冷却水が冷却水用通路内を流れることになる。すると、この冷却水の熱が、冷却水用通路及びシリンダヘッドを介して燃料貯留部内の燃料に伝わり、燃料が加熱されることになる。その結果、内燃機関がまだ暖まっていない時でも燃料が暖められて、燃料の霧化ないしは気化が促進される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の内燃機関によれば、熱源から直接的に燃料へ熱が伝えられることで、燃料の霧化ないしは気化が促進され、燃焼室内での燃焼性が良くなり、出力性能や排気エミッションの低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１から図３を用いて、本発明の第一実施形態を説明する。図１には第一実施形態に係るエンジンの要部の断面図が示されている。図２には、図１におけるエンジンのシリンダヘッドのII−II線に沿う断面図及び燃料系統の一部が示されている。図３には、図１の要部を拡大した図が示されている。本実施形態においては、エンジンは車両用であり、特に直列４気筒の自動車用エンジンとして用いられる。
【００２０】
図１のエンジン本体１は、シリンダヘッド２及び不図示のシリンダブロックを備えている。シリンダブロックには不図示のシリンダが形成され、シリンダ内には往復運動する不図示のピストンを備えている。シリンダヘッド２及びシリンダブロックは熱伝導性に優れた材料、例えばアルミニウムにより形成されている。
【００２１】
シリンダヘッド２には、内部を冷却水が流通するようになっている冷却水用通路である冷却水ジャケット３が形成されている。
【００２２】
シリンダヘッド２の下方には、シリンダヘッド２、シリンダ及びピストンに囲まれて、燃焼室４が区画形成される。燃焼室４には、吸気ポート５及び不図示の排気ポートが連通されている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート５に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、燃料噴射弁６の噴射口６Ａが吸気ポート５に面するように配置されている。燃料噴射弁６の上方には、燃料の輸送を行うための燃料デリバリパイプ７が配置されている。
【００２３】
吸気ポート５の周りには、燃料を一旦貯留させる燃料貯留部である燃料ジャケット８が図２に示されるように吸気ポート５を囲繞して設けられている。燃料噴射弁６と燃料ジャケット８との間には、燃料噴射弁６と燃料ジャケット８とが連通するように燃料供給通路９が配置されている。
【００２４】
ここで、シリンダヘッド２への燃料噴射弁６の取り付けについて、燃料噴射弁６と燃料ジャケット８との間に燃料供給通路９が連通されている部分を拡大して示す図３を用いて説明する。シリンダヘッド２には、燃料噴射弁６を取り付けるための取り付け用穴２Ａがあけられている。取り付け用穴２Ａには、その側面に燃料ジャケット８に連通された燃料供給通路９が開口されて配設されると共に底部には後述するインシュレータ１０を受ける段部２Ｂが形成されている。そして、本実施形態の燃料噴射弁６においては、その中間部に環状の突出部６Ｂが設けられると共に、燃料供給口６Ｃが側面に開口されている。そこで、かかる燃料噴射弁６を取り付ける際には、まず環状のシール部材１１が燃料噴射弁６の突出部６Ｂの下面に配置されると共に、インシュレータ１０が燃料噴射弁６の噴射口６Ａに近接した部位に嵌合された状態で、燃料噴射弁６が取り付け用穴２Ａに差し込まれる。このとき、インシュレータ１０の肩部１０Ａが取り付け用穴２Ａの段部２Ｂに当接するまで差し込まれる。その際、燃料噴射弁６の燃料供給口６Ｃがちょうど燃料供給通路９に対峙するように、燃料供給口６Ｃの位置を調節することが好ましい。かくて、インシュレータ１０及びシール部材１１によって燃料供給口６Ｃへと供給される燃料を収容する空間が密封されて形成されることになる。
【００２５】
それから、燃料デリバリパイプ７が燃料噴射弁６の上方に配置され、燃料噴射弁６が燃料デリバリパイプ７によって上から押さえつけられた状態で、燃料デリバリパイプ７がシリンダヘッド２に不図示のボルトによって固定される。こうして燃料噴射弁６がシリンダヘッド２に対して固定されることになる。なお、図３に示す１２はコネクタであり、燃料噴射弁６の内部で開閉する不図示のノズルニードルを駆動する電流の供給を行うためのものである。
【００２６】
また、燃料ジャケット８の形状は、燃料噴射弁６に近づくにつれて低くなるように形成されており、燃料供給通路９が燃料ジャケット８の少なくとも最も高い部位を避けて連通されながら燃料噴射弁６に接続されている。
【００２７】
なお、図には示してしないが、エンジンの機関制御は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）により行われる。
【００２８】
本実施形態によれば、燃料タンク３０に貯められた燃料（例えばエタノール等のアルコール燃料）は、燃料ポンプ３１の駆動によって燃料パイプ３２を介して燃料デリバリパイプ７に送られ、燃料デリバリパイプ７から一旦燃料ジャケット８へ供給される。燃料ジャケット８に貯留された燃料は、燃料供給通路９を通って燃料噴射弁６に送られ、燃料噴射弁６によって吸気ポート５内に噴射されることになる。
【００２９】
ここで、シリンダヘッド２は熱伝導性に優れている材料により形成されているので、燃焼室４内部の燃焼によって生じる熱や、排気が排気ポートを通る際に排気から排気ポートへと伝わる熱等がシリンダヘッド２を介して燃料ジャケット８内部に貯留されている燃料を良好に加熱する。このように、燃焼室４等の熱源からの熱が熱伝導性に優れたシリンダヘッド２のみを介して燃料ジャケット８内の燃料に直接的に与えられることで大きな熱量が燃料へ与えられ、燃料の温度が速やかに上昇する。燃料の温度が上昇することで燃料噴射の際の燃料の霧化ないしは気化が促進されることになる。これにより、燃料に高沸点燃料を用いたとしても霧化ないしは気化が促進されて、燃焼室４内での燃焼性が良くなり、エタノールといった高沸点燃料を用いた場合にあっても出力性能や排気エミッションの低下を抑制することができるのである。
【００３０】
また、燃料ジャケット８は、吸気ポート５の周りを囲繞して配置されているので、シリンダヘッド２における吸気ポート５の周りの部分の有する熱が燃料ジャケット８に伝えられて吸収される。その結果、吸気が吸気ポート５を通る際にシリンダヘッド２から吸気へ伝わる熱を抑えることができ、吸気の温度上昇を抑制することができる。これにより、吸気の温度上昇に起因する体積効率の低下を抑えることができ、エンジンにおける効率の低下を抑えると共に、ノッキングの発生が抑制される。
【００３１】
また、燃料が熱を与えられて高温となった際に燃料が気化して気泡が発生したとしても、燃料噴射弁６へと延びて燃料を供給する燃料供給通路９が燃料ジャケット８のうち最も高い部位を避けて連通されているので、発生した気泡は燃料ジャケット８の中で上昇して最も高い部位に向かう。従って、燃料ジャケット８内で燃料が気化したことにより発生した気泡が燃料噴射弁６に到達しない。これにより、燃料ジャケット８の内部で発生した気泡が燃料噴射弁６に供給されることに起因するベーパロックを防ぐことができる。
【００３２】
次に、本発明の第二実施形態を図４を参照しつつ説明する。第二実施形態が第一実施形態と異なる部分は、燃料ジャケット８の内部に加熱手段である電熱ヒータ１３が配置されていることのみであるから、前記第一実施形態と重複している部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３３】
図４には、電熱ヒータ１３が燃料ジャケット８の内部に取り付けられているエンジン本体１が示されている。また、燃料ジャケット８には不図示の燃料用温度センサが取り付けられている。燃料用温度センサによって燃料ジャケット８内部の燃料の温度が検出されてＥＣＵに入力され、燃料ジャケット８内の燃料の温度が所定値を下回っていれば、ＥＣＵによってエンジンがまだ十分に暖まっていない状態と判断されて電熱ヒータ１３が発熱される。
【００３４】
この結果、例えば始動時といったエンジンがまだ十分には暖まっていないときにも燃料が電熱ヒータ１３によって加熱されて、燃料噴射弁６による燃料の噴射の際には電熱ヒータ１３から熱をもらって暖められた燃料が噴射されることになる。なお、上述の燃料用温度センサを用いる替りに通常の冷却水温を検知する水温センサを用いても良い。
【００３５】
次に、本発明の第三実施形態を図５を参照しつつ説明する。第三の実施形態と第一及び第二実施形態とが異なる部分は、冷却水ジャケット３内の冷却水の水温を上昇させるための冷却水温度上昇手段が設けられていることである。なお、前記第一実施形態及び第二実施形態と重複している部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３６】
第三実施形態においては、冷却水ジャケット３に第一冷却水経路２１、第二冷却水経路２２、及び第三冷却水経路２３の３つの冷却水経路の一端が接続され、これら３つの冷却水経路の他端が三方弁１６に接続されている。第二冷却水経路２２には、ラジエータ１７が介設されている。一方、第三冷却水経路２３には、冷却水用電動ポンプ１８及び蓄熱タンク１４が介設されている。
【００３７】
本実施形態のエンジンにおいては、蓄熱タンク１４を冷却水が通らない通常運転モード、エンジン本体１を冷却した後の熱を有した冷却水が蓄熱タンク１４に貯められる蓄熱モード、及び、蓄熱タンク１４に貯められた熱を有した冷却水が蓄熱タンク１４から放出される放出モードの三つのモードの切り替えが、不図示のＥＣＵの制御による三方弁１６の切り替えによって行われる。
【００３８】
通常運転モードでは、エンジン本体１の冷却水ジャケット３を出た冷却水は、第一冷却水経路２１から三方弁１６を通って第二冷却水経路２２へと流れ、ラジエータ１７を通って冷却されてエンジン本体１の冷却水ジャケット３に循環される。
【００３９】
また、蓄熱モードでは、冷却水ジャケット３内の冷却水が、第三冷却水経路２３に介設された蓄熱タンク１４、冷却水用電動ポンプ１８、三方弁１６及び第一冷却水経路２１の順に通って冷却水ジャケット３に循環され、エンジン本体１から熱を奪い高温になっている冷却水が蓄熱タンク１４内に貯められることになる。
【００４０】
また、放出モードでは、冷却水用電動ポンプ１８の駆動により、第三冷却水経路２３に介設された蓄熱タンク１４から冷却水ジャケット３に冷却水が流れる。このとき、蓄熱モードで蓄熱タンク１４に貯められた高温の冷却水が放出される。このようにして、エンジンがまだ十分に暖まってない時にはＥＣＵの判断により、蓄熱タンク１４内の熱を有した冷却水が放出されて冷却水ジャケット３に熱を有した冷却水が供給される。
【００４１】
これにより、それまで冷却水ジャケット３の内部を占めていた冷却水が冷却水ジャケット３から押し出される。熱を有していない冷却水が熱を有した高温の冷却水に置き換えられ、結果的に、冷却水ジャケット３内部を流れる冷却水の水温が上昇させられることになる。高温の冷却水が冷却水ジャケット３を通る際には、冷却水からの熱がシリンダヘッド２を介して燃料ジャケット８内部で貯留されている燃料に伝わり、燃料に熱が与えられることになる。
【００４２】
エンジンの始動時に、燃料ジャケット３内の燃料を加熱するために高温の冷却水を放出してエンジンを暖める工程を開始する時期としては、例えば、ドアの開閉を感知してそこから始めても良いし、シートにセンサを予め設けておいて人が乗車したことを感知した際に始めることとしても良い。
【００４３】
次に、本発明の第四実施形態を図６に示す。第四の実施形態と第一、第二及び第三実施形態とが異なる部分は、本発明をディーゼルエンジンに適用したことである。なお、前記第一実施形態、第二実施形態及び第三実施形態と重複している部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態においてはエンジン本体２０がディーゼルエンジンであり、燃料噴射弁６は、燃料を燃焼室４に直接噴射可能に配置されている。本実施形態においては、燃料噴射弁６はシリンダの中心部に配置されている。燃料ジャケット８は、燃料噴射弁６に燃料供給通路９を介して連通されると共に吸気ポート５の周りに配置されている。また、燃料ジャケット８に近接して冷却水ジャケット３が配置されている。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態を説明してきたが、本発明の実施形態は前記以外のものも考えられる。例えば、用いられる燃料はエタノール等のアルコール燃料に限らず、ガソリン、軽油等他の燃料であっても良い。特に、沸点の高いエタノール燃料等のアルコール燃料を用いる際には、燃料噴射の際に霧化ないしは気化が促進されるという効果が著しく表れるので好適である。
【００４５】
また、上述の実施形態においては、エンジンは吸気ポートに燃料を噴射する形態及びディーゼルエンジンについて説明したが、エンジンの形態は特に限定されず、ガソリンエンジンを用いて筒内に燃料を直接噴射する形態のもの等、他のものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るエンジンの構成図である。
【図２】図１のシリンダヘッドにおける断面図及び燃料系統の一部を示した説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るエンジンの構成図の要部の拡大図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係るエンジンの構成図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係るエンジンの構成図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係るエンジンの構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、２０  エンジン本体
２  シリンダヘッド
３  冷却水ジャケット
５  吸気ポート
６  燃料噴射弁
９  燃料供給通路
８  燃料ジャケット
【図１】
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【図２】
2007182806.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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