(57)【要約】【課題】  小型エンジンでも完全に気化した燃料を気筒内に供給でき、また、少量の燃料を供給する場合にも安定して最適量の燃料を気筒内に供給することができる内燃機関を提供する。【解決手段】  気筒１２内に燃料を噴射する方式の内燃機関１において、内燃機関１の燃料供給装置１０は、燃料気化装置５０、インジェクタ３４、燃料気化装置５０とインジェクタ３４とを接続するデリバリーパイプ５２、および、燃料気化装置５０で気化された気化燃料の圧力と濃度とを所定の値に保つ調整手段５６、６５、６６、６７、６８、７０、７２ｂを備え、インジェクタ３４は、前記気化燃料を気筒内１２に噴射する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する方式の内燃機関であって、
前記内燃機関の燃料供給装置は、燃料気化装置、インジェクタ、前記燃料気化装置と前記インジェクタとを接続するデリバリーパイプ、および、前記燃料気化装置で気化された気化燃料の圧力と濃度とを所定の値に保つ調整手段を備え、
前記インジェクタは、前記気化燃料を前記気筒内に噴射することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機関運転状態に応じた必要燃料量を確実に気筒内へ供給するために、燃料を直接的に気筒内へ噴射する筒内直接噴射式の内燃機関が知られている。そして、液体の燃料が気筒内にそのまま注入されることを防ぐため、例えば、筒内直接噴射用インジェクタに圧縮空気通路を付加し、霧化した燃料を圧縮空気とともに弁部から気筒内に噴射する方式の内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１８１０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような内燃機関では、液状の燃料が気筒内に注入されるのは防ぐことができるものの、噴出した燃料は、液体が微粒化されている（霧状である）に過ぎず、依然として気筒内に噴射された後に完全に気化するまでには時間を要するものであった。また、気化しきれなかった液体の燃料が燃焼することで、黒煙や粒子状物質が発生する可能性が高い。特に、小型のエンジンでは、気筒サイズが小さいため、噴射した燃料が気化する前に筒壁に衝突して、筒壁に液体の燃料が残ってしまい、良好な燃焼が行えないという問題もある。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するものであり、小型エンジンでも完全に気化した燃料を気筒内に供給でき、また、少量の燃料を供給する場合にも安定して最適量の燃料を気筒内に供給することができる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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関は、気筒内に燃料を噴射する方式の内燃機関であって、
前記内燃機関の燃料供給装置は、燃料気化装置、インジェクタ、前記燃料気化装置と前記インジェクタとを接続するデリバリーパイプ、および、前記燃料気化装置で気化された気化燃料の圧力と濃度とを所定の値に保つ調整手段を備え、
前記インジェクタは、前記気化燃料を前記気筒内に噴射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このようなものであれば、気筒（燃焼室）内で燃料を気化させる必要がないので、小型エンジンでも筒内直接噴射式にすることが可能である。また、最適量の燃料が完全に気化した状態で供給されるため、燃焼が安定化して黒煙や粒子状物質の発生を抑制することができる。また、燃焼室へ供給する前に燃料の気化が完了している。そのため、液体燃料を噴射する従来の筒内直接噴射式の内燃機関のような高圧配管は不要になり、ひいては装置のコストダウンにも資するものとなる。
【０００８】
本発明の内燃機関によれば、小型エンジンでも完全に気化した燃料を気筒内に供給でき、また、少量の燃料を供給する場合にも安定して最適量の燃料を気筒内に供給することができる。
【０００９】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の内燃機関における燃料供給装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る内燃機関における燃料供給装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る内燃機関における燃料供給装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定および制限されない。なお、以下で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関１の概要を示す。この内燃機関１は、気筒内に燃料を噴射する筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１２、各気筒１２に燃料を供給する燃料供給装置１０、各気筒１２に吸気を供給するための吸気通路２８、および、各気筒１２から排気を排出するための排気通路３０を備えている。
【００１３】
気筒１２に設けられた燃焼室１４には、吸気弁１６を介して吸気通路２８が接続され、排気弁１８を介して排気通路３０が接続される。なお、図１では単一の気筒しか示していないが、内燃機関１は複数の気筒を有する。吸気通路２８は、吸気弁１６の上流の位置で各気筒に分岐する。
【００１４】
吸気通路２８には、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４４からの指示で必要な新気を導入するために開度制御される単一のスロットルバルブ３２と、吸気通路２８に燃料を噴射するべく各気筒に割り当てられたインジェクタ３４とが設けられる。
【００１５】
本発明においては、後述のとおり、インジェクタ３４からは高濃度の気化燃料と空気との混合気（高濃度混合気）が噴射される。インジェクタ３４から噴射される高濃度混合気の量は、吸気通路２８内の空気流量（スロットルバルブ３２の開度）とエンジン（内燃機関１）の回転数とに基づいて制御される。燃焼室１４には、噴射された前記混合気と吸気通路２８内の空気とが供給される。供給された混合気は、コンロッド２２を介してクランクシャフト２４と結合されたピストン２０が上死点に達する直前に、図示しない点火プラグによって点火される。ピストン２０は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト２４が回転する。クランクシャフト２４にはフライホイール２６が装着され、クランクシャフト２４の回転数つまりエンジン（内燃機関１）の回転数のぶれはフライホイール２６によって抑制される。エンジン（内燃機関１）の回転数は、フライホイール２６の近傍に設けられた磁気ないし半導体式クランク角センサ４２の出力に基づいて測定される。
【００１６】
アイドリング時、スロットルバルブ３２の開度は、エンジン（内燃機関１）の回転数に基づいて調整され、インジェクタ３４から噴射される高濃度混合気の量は、上述の要領で測定されたエンジン（内燃機関１）の回転数に基づいてフィードバック制御される。
【００１７】
図２に、内燃機関１における燃料供給装置１０を詳細に示す。燃料供給装置１０は、燃料気化装置５０、各気筒１２内に燃料を噴射するインジェクタ３４、および、燃料気化装置５０とインジェクタ３４とを接続するデリバリーパイプ５２を備えている。そして、燃料供給装置１０は、燃料気化装置５０の上流に空気流量センサ７２ｂを備え、燃料気化装置５０の下流に気化燃料を一時的に溜めるチャンバ６５および気化燃料を筒内噴射するために加圧する流量調整弁付き高圧ポンプ６６を備えている。燃料気化装置５０が電子制御キャブレターである場合、燃料気化装置５０はＥＣＵで制御されるキャブレターインジェクタ５６を備えており、キャブレターインジェクタ５６によって燃料気化装置５０に供給される燃料の量を調整可能である。キャブレターインジェクタ５６、空気流量センサ７２ｂ、チャンバ６５および流量調整弁付き高圧ポンプ６６は、燃料気化装置５０で気化された気化燃料の圧力と濃度とを所定の値に保つ調整手段である。
【００１８】
吸気通路２８は、外部から空気を取り入れて気筒１２の吸気ポートに設けられた吸気弁１６および燃料気化装置５０へと導く。吸気通路２８上には、エアクリーナー６０、コンプレッサ６２、スロットルバルブ３２が、上流からこの順序に配置される。そして、エアクリーナー６０またはコンプレッサ６２の下流において、吸気通路２８は分岐して燃料気化装置５０に導かれる。本実施形態は、吸気通路２８は、コンプレッサ６２の下流において分岐したものである。この場合、コンプレッサ６２と燃料気化装置５０との間に逆止弁６４を設けておくとよい。
【００１９】
燃料気化装置５０は、例えば、電子制御キャブレターを用いることができる。キャブレターでは、吸入空気の流路の途中を細く絞ったベンチュリ（Ｖｅｎｔｕｒｉ）５４に、ＥＣＵで制御されるキャブレターインジェクタ５６から燃料が供給される。燃料は燃料ポンプ５８によってキャブレターインジェクタ５６に供給される。ベンチュリ５４は、流体の流れを絞ることによって、流速を増加させて、低速部に比べて低い圧力を発生させる機構であり、供給された燃料は、吸入空気へ霧状に噴出し、蒸発しながら拡散して高濃度の気化燃料と空気との混合気（高濃度混合気）となる。前記混合気は、濃度調整手段により所定の濃度に調整される。得られた高濃度の気化燃料と空気との混合気は、流量調整弁付き高圧ポンプ６６により加圧された後、デリバリーパイプ５２でインジェクタ３４に導かれる。
【００２０】
混合気の濃度の調整は、例えば、電子制御キャブレターを用いて、コンプレッサ６２の出力圧とデリバリーパイプ５２のガス圧、および、燃料気化装置５０への空気流量ならびにキャブレターインジェクタ５６からの燃料噴射量により行うことができる。デリバリーパイプ５２に供給する気化燃料の流量および圧力は、流量調節弁付き高圧ポンプ６６で調節することができる。流量調節弁付き高圧ポンプ６６は、流量調節弁を有するカム駆動高圧ポンプであることが好ましい。また、デリバリーパイプ５２内に気化燃料圧力センサ６８を設けておき、気化燃料圧力センサ６８から出力される信号に基づき、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４４から圧力調節弁７０に開度調節信号を出力することで、圧力調節弁７０を制御して気化燃料圧力を調整し、濃度を制御することもできる。また、濃度センサを使用して、燃料の濃度を管理して気化燃料の濃度を制御することもできる。空気流量および空燃比の制御においては、エアクリーナー６０に空気流量・温度センサ７２を、また、スロットルバルブ３２の上流側に圧力センサ７４を設け、これらのセンサからの出力信号によるフィードバックを行うことも有効である。なお、圧力調節弁７０の開放によりデリバリーパイプ５２の外部に導出される気化燃料は、クーラー７６で冷却、液化されて、再度燃料ポンプ５８によってキャブレターインジェクタ５６に供給される。
【００２１】
このように、本発明の内燃機関においては、燃料が気化・加圧された状態でデリバリーパイプ５２に送られ、インジェクタ３４で気筒１２内に噴射されるため、気筒１２内に液体の燃料が直接入ることはない。よって、小型のエンジンにおいても、完全に気化した燃料を気筒内に送ることができる。したがって、少量の燃料を気筒内に噴射する場合には、液体の燃料に比べて燃料の体積が大きくインジェクタの性能が安定した領域で使用することができるため、最適量の燃料が供給可能となる。本発明によると、最適量の燃料が完全に気化した状態で供給されるため、安定した状態の燃焼が期待できる。また、液体の燃料が燃焼することによる黒煙や粒子状物質の発生を大幅に抑制することができる。さらに、燃料は、気筒１２内への供給前に気化が完了しているので、従来の液体の燃料の加圧時よりも圧力を低くすることができ、従来の筒内直接噴射式のエンジンに必要な高圧配管は不要になるため、装置のコストダウンが可能となる。
【００２２】
なお、コンプレッサ６２は、ターボチャージャーによる駆動にすることができるが、ターボチャージャーに依存しない構成としてもよい。この場合、コンプレッサ６２をカム駆動の高圧コンプレッサとすると、燃料の気化および加圧を同時に行うことができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の内燃機関における燃料供給装置１０である。図３において、図２と同一部分には同一の符号を付して、説明を省略している。
【００２４】
本実施形態は、過給エンジンに適用したものであり、吸気通路２８は、エアクリーナー６０の下流において分岐し、吸気ポート側の吸気通路２８に第１のコンプレッサ６２ａが、燃料気化装置５０側の吸気通路２８に第２のコンプレッサ６２ｂを備えている。ここで、第２のコンプレッサ６２ｂは、カム駆動のコンプレッサである。第１のコンプレッサ６２ａは、過給機である。分岐後の燃料気化装置５０側の吸気通路２８において、第２のコンプレッサ６２ｂの上流に第１のバルブ７８ａが設けられている。そして、第１のコンプレッサ６２ａおよび第２のコンプレッサ６２ｂの下流で、吸気通路は連結部が設けられ、この連結部に第２のバルブ７８ｂが設けられている。
【００２５】
過給圧が低い場合は、第１のバルブ７８ａを開け、第２のバルブ７８ｂを閉じて、第２のコンプレッサ６２ｂを用いて燃料気化装置５０で燃料を気化する。一方、過給圧が十分に高い場合は、第１のバルブ７８ａを閉じ、第２のバルブ７８ｂを開けて、過給エンジン用の第１のコンプレッサ６２ａを燃料気化装置５０での燃料気化にも共用する。このように、過給圧の状態に応じて、バルブ開閉を制御することで、過給エンジン用の第１のコンプレッサ６２ａを共用しつつ、排気エネルギーの変動に係わらず、安定した燃料気化を行うことができる。
【００２６】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態の内燃機関における燃料供給装置１０である。図４において、図２と同一部分には同一の符号を付して、説明を省略している。
【００２７】
本実施形態は、ＮＡエンジンに適用したものであり、吸気通路２８は、エアクリーナー６０の下流において分岐し、燃料気化装置５０側の吸気通路２８にコンプレッサ６２を備えている。ここで用いるコンプレッサ６２は、高圧コンプレッサである。吸気ポート側の吸気通路２８にはコンプレッサを備えていない。本実施形態において、コンプレッサ６２はカム駆動で動作して燃料を気化および高圧化する。この場合、第１および第２の実施形態で使用した流量調整弁付き高圧コンプレッサ６６は装備しなくてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  …内燃機関（エンジン）
１０…燃料供給装置
１２  …気筒
３４  …インジェクタ
５０  …燃料気化装置
５２  …デリバリーパイプ
６５  …チャンバ
６６  …流量調整弁付き高圧コンプレッサ
６７  …混合気温度センサ
６８  …気化燃料圧力センサ
７０  …圧力調整弁
【図１】
2016033363.tif 000003
【図２】
2016033363.tif 000004
【図３】
2016033363.tif 000005
【図４】
2016033363.tif 000006