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JP4048032B2 - Fuel supply device and internal combustion engine equipped with the same - Google Patents

Fuel supply device and internal combustion engine equipped with the same Download PDF

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JP4048032B2
JP4048032B2 JP2001095432A JP2001095432A JP4048032B2 JP 4048032 B2 JP4048032 B2 JP 4048032B2 JP 2001095432 A JP2001095432 A JP 2001095432A JP 2001095432 A JP2001095432 A JP 2001095432A JP 4048032 B2 JP4048032 B2 JP 4048032B2
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武彦 小渡
歩 宮島
裕三 門向
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正美 永野
隆信 市原
浩昭 佐伯
研二 渡邉
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車内燃機関の燃料供給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、内燃機関の始動性の向上を図るとともに、内燃機関より排出される有害物質、特にHCの低減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】
内燃機関の始動性の向上、燃費向上および排気浄化、特にHC低減の手段として、燃料噴射弁(インジェクタ)で噴射する燃料噴霧の微粒化を促進することおよび吸気管内壁面への付着を低減することが有効である。また、燃料噴霧を微粒化することにより燃焼の安定性も図ることができる。
【0003】
内燃機関に微粒化を高め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。USP5,482,023号明細書および図面には、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記載されている。このシステムでは、ISCバルブからの空気の一部(第1の空気流)をコールドスタートフューエルインジェクタから噴射された燃料に合流させる。このために、ISCバルブからの空気通路の開口がコールドスタートフューエルインジェクタの出口部を取り囲むように環状に設けられている。コールドスタートフューエルインジェクタからの燃料と第1の空気流とは、合流後すぐに、コールドスタートフューエルインジェクタの下流側に一列に並べられた円筒状のヒーター内部に入れられる。一方、ヒーターの外周部には、ISCバルブからの空気の一部を流す空気通路が形成されており、この空気通路を流れてきた空気(第2の空気流)はヒーターの出口部でヒーター内部を通ってきた燃料噴霧と合流する。コールドスタートフューエルインジェクタから出た燃料は、ヒーター内部を通過する際に気化を促進され、ヒーターの出口部で第2の空気流と混合されることによって、さらに気化を促進される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来システムでは、円筒状のヒーター内部に燃料と空気を混合する混合室を構成することにより、上流側より、コールドスタートフューエルインジェクタ、コールドスタートフューエルインジェクタから噴射された燃料と第1の空気流との合流点、ヒーター内部に構成した混合室を一列に配置し、ヒーター出口を出口とする一つの微粒化器(アトマイザー)を構成している。この微粒化器は、空気流のエネルギーを利用したエアアシスト型の微粒化器であると共に、微粒化器内部で燃料と空気とを合流させて気液混合する内部混合型の微粒化器であると考えられる。
【0005】
このシステムでは、燃料が噴射される間、混合室の内壁面、すなわちヒーターの内壁面に常に燃料噴霧が接触することとなる。このため燃料噴霧の微粒化におけるヒーターの負担は大きくなり、消費される電力も大きくなる。
【0006】
本発明の目的は、液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧を搬送気体によって包囲するように搬送することによって前記燃料噴霧の微粒化を促進すると共にヒーターで消費する電気エネルギーを小さくし、場合によってはヒーターを不要にすることにある。また、ヒータで消費する電気エネルギーを小さくすることにより、ヒータの信頼性および耐久性を向上することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に気体を作用させて微粒化する燃料微粒化装置を備え、微粒化した燃料噴霧をスロットルバルブを備えた吸気管における前記スロットルバルブの下流側に供給する燃料供給装置において、前記燃料微粒化装置に、燃料噴射弁の液体燃料噴射孔の周囲に開口して該液体燃料噴射孔から噴射された燃料噴霧に作用して微粒化を促進する微粒化気体を噴射する第1の気体通路と、前記微粒化気体によって微粒化が促進された燃料噴霧を周囲から包囲するように該燃料噴霧に搬送気体を噴射して混合気を生成する第2の気体通路と、前記混合気の搬送通路の周囲に位置するように設置したヒータを設け、前記第2の気体通路は、前記燃料噴射弁の液体燃料噴射孔の中心を通り燃料噴射方向に仮想される中心軸の周りに前記燃料噴霧の噴射方向を向く環状の開口を該燃料噴霧の下流部の外側に形成するように該燃料噴霧の外周を覆うように下流に向かって伸びる筒状のガイドの外側に形成される気体通路とすることによって、微粒化気体によって燃料噴霧の微粒化を促進し、微粒化が促進した燃料噴霧を搬送気体によって包囲するように搬送することによってヒータの負担を軽減し、壁面への燃料付着量を低減するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1〜図4を用いて説明する。この第1の実施の形態は、燃料噴霧の微粒化を促進する微粒化気体および微粒化した燃料噴霧を搬送する搬送気体として吸入空気を利用する構成である。
【0009】
図1は、本発明の燃料供給装置を搭載し、ガソリンを燃料にして運転する点火式内燃機関の模式図である。
【0010】
内燃機関1は、点火プラグ53を臨ませて配設する燃焼室54と、燃焼室54に空気と燃料の混合気を取り入れる吸気孔55と、吸気孔55を開閉する吸気弁44と、燃焼後の排気を行う排気孔59と、排気孔59を開閉する排気弁58とを備える。この内燃機関1は、更に、燃焼室54の側部にエンジン冷却水の温度を検知する水温センサ56と、下部に回転センサ(図示省略)とを備え、運転状態を検出するように構成している。
【0011】
燃焼室54に吸気を行う吸気系は、エアクリーナ46と、エアフローセンサ11と、吸気制御装置を構成するスロットルバルブ4およびスロットルセンサ52と、吸気管5とを備える。この吸気管5は、吸気集合管3と、吸気孔55に接続される吸気マニホールド47とを含む。吸気マニホールド47は、吸気集合管3から複数の気筒へ向けて分岐しているが、図1では1つの気筒分について示している。
【0012】
この実施の形態における内燃機関1に対する燃料供給装置は、第1の燃料供給装置と第2の燃料供給装置とを備える。第1の燃料供給装置は、各気筒の吸気弁44の上流側で且つ吸気集合管3の下流側に設けた第1の液体燃料噴射弁2によって構成する。この第1の液体燃料噴射弁2は、吸気マニホールド47の壁部に取り付けて吸気孔55を開閉する吸気弁44の上流側に向けて燃料を噴射する。
【0013】
第2の燃料供給装置100は、吸気系における吸気集合管3の上流側に設置する。この第2の燃料供給装置100は、スロットルバルブ4を内蔵した吸気管5と、スロットルバルブ4の上流部で吸気管5から分岐した吸気バイパス管5a,5bと、吸気バイパス管5bの途中に設けたISCバルブ73と、各気筒に対して共通に燃料を噴射する第2の液体燃料噴射弁9とを備え、この第2の液体燃料噴射弁9から噴射した燃料噴霧6の微粒化を吸気バイパス管5a,5bを通過した空気によって促進すると共に混合気を生成して吸気集合管3に供給する。吸気バイパス管5a,5bは、上流部を共通に形成し、途中(下流部)で分岐するように構成しても良い。この第2の燃料供給装置100は、主として暖機アイドリング運転時に燃料を供給するように機能し、燃料供給量は、第2の液体燃料噴射弁9によって制御し、吸入空気量は、ISCバルブ73によって制御する。
【0014】
第1の液体燃料噴射弁2は、吸気マニホールド47の壁部に取り付けられ、吸気弁44の方向に燃料を噴射する。第2の液体燃料噴射弁9は、内燃機関1の暖機運転時に所定時間作動する。第1および第2の液体燃料噴射弁2,9は、電磁式燃料噴射弁を用いており、内部の弁と弁座の開閉時間で燃料噴射量を制御する。この燃料噴射量の制御は、前記センサからの信号によって検出した吸入空気量等の運転状態により、エンジンコントロールユニット(以下、ECUという)57によって行う。また、第1および第2の液体燃料噴射弁2,9は、上流旋回式の燃料噴射弁であり、弁座の上流側に燃料に旋回力を付与する部材(燃料旋回部材)を備え、弁座の下流側に設けた液体燃料噴射孔を通過する燃料に旋回を加えながら噴射する。これにより、微粒化性の優れたコーン状の燃料噴霧を形成する。
【0015】
内燃機関1に供給される吸気流量は、エアフローセンサ11,スロットルバルブ4,スロットルセンサ52,ISCバルブ73等を用いて、正確に計測計量する。スロットルバルブ4は、吸気管5内で転角して吸気管5の断面に投影される通気面積を変化させることによって、吸気管5内を流れる空気量を変化させる吸気制御部材である。
【0016】
排気系は、排気マニホールド48と、排ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度センサ50と、排ガス浄化用の三元触媒コンバータ51と、消音マフラー(図示省略)等を備える。
【0017】
三元触媒コンバータ51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を高い浄化率で浄化するものである。
【0018】
燃料供給系は、内燃機関1の始動に先立って、燃料タンク40内の燃料(ガソリン)41を燃料ポンプ42により加圧し、フィルタ43を介して第1の燃料噴射弁2および第2の燃料噴射弁9へ所定圧力で圧送する。燃料圧力の調整は、プレッシャレギュレータ45によって行い、吸気管圧力に対し、一定圧力差となるように調整する。
【0019】
以上の構成において、燃焼室54では、第1および第2の液体燃料噴射弁2,9から噴射された燃料と吸入空気10の混合気を吸入行程で吸入し、吸入した混合気を圧縮行程で圧縮された後に点火プラグ53により着火して燃焼させる。排気行程で内燃機関1から排出される排気26は、排気系から大気中に放出する。
【0020】
次に、図2を用いて、第2の燃料供給装置100の構成を詳細に説明する。図2は、第2の燃料供給装置100を拡大して示す縦断側面図である。
【0021】
吸気バイパス管5aの下流側の端部は整圧室101aに接続し、吸入空気10aを微粒化空気として整圧室101aに供給する。吸気バイパス管5bは、その途中にISCバルブ73を備える。吸気バイパス管5bの途中とは、その入口部および出口部を含み、例えば吸気バイパス管5bの出口部(下流側の端部)と整圧室101bとの間にISCバルブ73を設けても良い。吸気バイパス管5bの下流側の端部は、整圧室101bに接続(連通)し、吸入空気10bを搬送空気として整圧室101bに供給する。整圧室101a,101bは、隔壁101cにより各々隔離する。
【0022】
整圧室101a,101bの下流には、微粒化装置ベース部材102を接続する。この実施の形態において、微粒化装置ベース部材102は、筒状に形成し、その下流側に筒状の絞り17およびヒータ70を結合してその内側に混合気生成室140を形成する。
【0023】
微粒化装置ベース部材102は、微粒化気体通路102aと搬送気体通路102bを備え、前記整圧室101a,101bは、それぞれ微粒化気体通路102aと搬送気体通路102bに連通する。
【0024】
微粒化装置ベース部材102は、その内側に、前記混合気生成室140の上流側に連なる燃料噴射弁嵌着孔102cを備え、この燃料噴射弁嵌着孔102c内には、気液混合噴射ノズル130と、噴射弁ホルダー120と、第2の液体燃料噴射弁9を順次に内側に位置するように同心的に嵌着する。
【0025】
微粒化気体通路102aは、気液混合噴射ノズル130に設けたノズル通路103に連通させる。ノズル通路103は、気液混合噴射ノズル130の内壁面(内周面)133と、噴射弁ホルダ120の外壁面(外周面)121および液体燃料噴射弁9の液体噴射ノズル24の先端面24aで構成した環状隙間である微粒化気体通路7に連通させる。液体燃料噴射弁9の液体噴射ノズル24の先端面24aは、その中心に液体燃料噴射孔(図示省略)を備え、この先端面24aを微粒化気体通路7の通路壁の一部として使用することにより、微粒化気体通路7の開口を液体燃料噴射弁9の燃料噴射孔に近づけ、液体燃料噴射弁9から噴射する燃料噴霧6の始端部に微粒化のための吸入空気10aを効果的に作用させることができるように構成する。
【0026】
また、後述するように、液体燃料噴射弁9内で噴射燃料に旋回力を付与すると、液体燃料噴射弁9の燃料噴射孔から離れるほど燃料噴霧6の旋回半径が大きくなるので、微粒化気体通路7を液体燃料噴射弁9の液体噴射ノズル24の先端面24aに沿わせて燃料噴射孔に近づけて開口させることにより、微粒化気体通路7の径方向の長さを長くすることがで、微粒化空気流に方向性を持たせる場合に有利となる。また、微粒化気体通路7に引き続く気液混合噴射ノズル130の気液混合噴射孔12を小さくすることも可能となるので、それだけ気液混合噴射孔12他の大きさに対する設計の自由度が高くなる。
【0027】
気液混合噴射ノズル130における液体燃料噴射弁9の先端面24aに対向する位置には前記気液混合噴射孔12を穿っており、微粒化気体通路7の下流端は、開口から気液混合噴射孔12を通して気液混合噴射ノズル130から下流に向かって伸びる筒状のガイド131の内壁面(内周面)134内に連通している。気液混合噴射孔12は、薄刃オリフィスを形成し、この気液混合噴射孔12内を流れる燃料噴霧6および微粒化空気10aの流れ方向に対する該気液混合噴射孔12の平行部分の長さを極力小さくしている。また、気液混合噴射孔12の形状は、下流にいくに従ってその通路断面積を拡大する形状であり、拡大した後にガイド131の内壁面(内周面)134へつながる形状に形成する。ガイド131は、その内周面134および外周面135が所定長さLで流れ方向に対して平行となるように形成している。
【0028】
搬送気体通路102bは、微粒化装置ベース部材102の内壁面(内周面)150と気液混合噴射ノズル130の外壁面132の一部およびガイド131の外壁面135で構成する環状隙間である搬送気体通路8に連通させる。
【0029】
微粒化気体通路102aと搬送気体通路102bは、それぞれ環状隙間である微粒化気体通路7および搬送気体通路8を通して微粒化装置ベース部材102の下流に結合した絞り17の上流にて合流する構造としている。絞り17は、下流にいくに従ってその通路の断面積が小さくなる絞り形状をしている。絞り17の更に下流には、その内側に燃料噴霧6の通路を形成した筒状のヒータ70を結合する。ヒータ70は、その出口を吸気集合管3内に連通させるように設置する。
【0030】
これらは、基本的には、液体燃料噴射弁9から噴射した燃料噴霧6を微粒化空気10a,搬送空気10bおよびヒータ70によって微粒化および気液混合することにより効率良く混合気を生成して下流に搬送(供給)する燃料微粒化装置を構成する。
【0031】
次に、吸入空気10の流れについて説明する。
【0032】
図1および図2において、内燃機関1が回転すると、吸気集合管3を含む吸気管5内は所定の負圧になる。この吸気管5内の負圧によって外部から取り込まれた吸入空気10は、エアクリーナ46を通過することによりろ過された後、エアフローセンサ11で吸入空気量が計測され、スロットルバルブ4の上流側に達する。始動およびアイドリング運転時において、吸入空気10のほとんどは吸気バイパス管5a,5b内に微粒化空気10a,搬送空気10bとして流入し、ISCバルブ73へ達する。
【0033】
ISCバルブ73は、吸気バイパス管5bを流れる搬送空気10bの流量を制御する。内燃機関1の始動時およびアイドリング運転時は、スロットルバルブ4は閉じている(全閉状態)ために、必要な吸入空気10の流量は、ISCバルブ73により制御することになる。また、搬送空気10bの流量は、微粒化空気10aの流量に対して極めて多量であり、始動時およびアイドリング時に必要な吸入空気量を賄える程度の流量である。従って、微粒化空気10aの流量を制御することなく、搬送空気10bの流量を制御することによって、内燃機関1のアイドリング運転を実現することができる。
【0034】
尚、吸入空気10の一部は、スロットルバルブ4が全閉状態であっても、スロットルバルブ4と吸気管5とのごく僅かな隙間からの漏れにより、吸入空気10cとして燃焼室54へ流入する。しかし、この吸入空気10cの量は、微粒化空気10aおよび搬送空気10bの量に比べて無視できる程度に少ない。
【0035】
この実施の形態においては、吸気バイパス管5a,5bをそれぞれ吸気管5から分岐させているが、これらの通路を独立させずに1つの通路にまとめて構成しも良い。この場合には、整圧室101a,101bを区画する隔壁101cを省略して1つの整圧室とする。これにより、微粒化気体通路102aと搬送気体通路102bとは、同じ整圧室に連通することになる。また、ISCバルブ73は、1つにまとめた吸気バイパス管の途中に設ける。吸気バイパス管の途中とは、その入口部及び出口部を含み、例えば吸気バイパス管の出口部(下流側端部)と整圧室との間にISCバルブ73を設けても良い。
【0036】
また、この実施の形態では、吸気バイバス管5a,5bの構成およびISCバルブ73の取付け位置により、始動時およびアイドリング時における微粒化空気10aの供給圧力が所定の圧力に維持されるようにしている。吸気バイパス管5a,5bを1つのバイパス管にまとめた場合には、ISCバルブ73の吸入空気量制御により搬送空気10bおよび微粒化空気10aは、搬送気体通路8および微粒化気体通路7に定常状態で供給されない場合がある。しかし、この実施の形態の場合には、ISCバルブ73により搬送空気10bは流量制御されるが、微粒化空気10aは制御されないために定常状態での供給が可能である。よって、微粒化空気10aが燃料噴霧6に対して効果的に作用し、微粒化の促進の安定化を図ることができる。
【0037】
次に、ISCバルブ73の下流の吸入空気10aの流れについて説明する。
【0038】
ISCバルブ73によって制御された吸入空気10bは、所定の空間を持った整圧室101bに流入する。整圧室101bに流入した吸入空気10bは、主として燃料噴霧6を下流側へ搬送する役目を担う搬送空気10bとして、搬送気体通路102bへ流入する。微粒化空気10aと搬送空気10bの分流比は、気液噴射ノズル130に設けた気液混合気噴射孔12および搬送気体通路102bの通路断面積比により決定している。
【0039】
尚、吸気バイパス管5a,5bを1つのバイパス管にまとめた場合には、ISCバルブ73によって制御された吸入空気は、所定の空間を持った1つの整圧室に流入し、微粒化空気10aおよび搬送空気10bとして、それぞれ微粒化気体通路102aおよび搬送気体通路102bへ分流する。ここで、この場合にも、微粒化空気10aと搬送空気10bの分流比は、気液混合噴射ノズル130に設けられた気液混合噴射孔12および搬送気体通路102bの通路断面積比により決定される。
【0040】
微粒化空気10aは、ノズル通路103を通して微粒化気体通路7内に流入する。微粒化気体通路7を流れる微粒化空気10aは、図2に矢印で示すように、液体噴射ノズル24の先端面24aに沿って燃料噴霧6の始端部の全周を均一に取り囲むように供給(合流)された後、気液混合噴射孔12を通過して気液混合噴射ノズル130下流のガイド131内へ噴射されることになる。
【0041】
燃料噴霧6は、気液混合噴射ノズル130およびその気液混合噴射孔12の形状と、微粒化空気10aが燃料噴霧6を全周より均一に取り囲むように所定の流速,流量で供給されることにより、気液混合噴射孔12には付着せずに効率良く混合気生成室140内に供給される。そして、混合気生成室140に供給された微粒化空気10aと燃料噴霧6は、ガイド131内を通って絞り17へ進行する。この間に微粒化空気10aは燃料噴霧6と合流することによって該燃料噴霧6の微粒化と気液混合を促進する。
【0042】
搬送空気10bは、搬送気体通路102bから環状隙間である搬送気体通路8に供給され、ガイド131の外周の後端から混合気生成室140に供給され、微粒化が促進された燃料噴霧6と微粒化空気10aとを外周から包み込むように流れて絞り17へ至る。
【0043】
絞り17で絞られながら合流した燃料噴霧6と微粒化空気10aと搬送空気10bは、絞り17内の通路断面積が下流に進むに従い小さくなるために、その流速が増し、燃料噴霧6の拘束作用および搬送能力が向上する。従って、微粒化空気10aで微粒化と気液混合が促進された燃料噴霧6は、搬送空気10bによって全周から包み込むようにして搬送されることになるために、各部での壁面への付着量が低減し、円筒状のヒータ70内へ供給することができる。
【0044】
微粒化および混合促進された燃料噴霧6の中にも粗大粒が存在する。この粗大粒は、吸入空気(微粒化空気10aと搬送空気10b)の流れに沿って燃焼室54まで搬送されることはなく、途中で落下して吸気管内壁面へ付着する。言換えると、粗大粒は飛翔距離が短かい。この対策として、この粗大粒は、ヒータ70に衝突させ、または、ヒータ70を通過させることにより、微粒化および気化の促進を図り、吸気管内壁面への付着量を低減させる。
【0045】
気液混合噴射ノズル130のガイド131の長さLの効果につき説明する。
【0046】
上流旋回式の液体燃料噴射弁9より噴射される燃料噴霧6は、コーン状の噴霧を形成し、下流に進むに従って微粒化が促進される。ガイド131の長さLを長くすることにより、搬送空気10b(搬送気体通路8)の混合気生成室140への出口部を燃料噴霧6の微粒化がより促進された下流部の部分に近づけることができる。従って、搬送空気10bを効率よく所定の流速で混合気生成室140内に供給することが可能となり、燃料噴霧6に対する搬送能力が増大し、燃料噴霧6をより下流に搬送することができるようになる。
【0047】
また、ガイド131の長さLを短くすることにより、搬送空気10bの混合気生成室140内への出口部と燃料噴霧6との距離が離れ、燃料噴霧6に供給される搬送空気10bの供給速度が低下し、燃料噴霧6に対する搬送能力が低下する。しかし、搬送空気10bの流れが気液混合噴射孔12に近づくことにより、この気液混合噴射孔12を通過した微粒化空気10aおよび燃料噴霧6を誘引する効果が大きくなる。この誘引効果は、微粒化空気10aの量の増大および液体燃料噴射弁9より噴射された噴射直後の燃料噴霧6の液膜部分を引き伸ばすように作用することから、燃料噴霧6の微粒化を一層効果的に促進することになる。
【0048】
燃料噴霧6の微粒化促進の観点からは、ガイド131の長さLは、短い方が良く、長さLを0とすることが好ましい。
【0049】
従って、ガイド131の長さLを目的に応じて設定することにより、燃料噴霧6のヒータ70への到達位置等を容易に変えることができるため、各種エンジンへの対応を容易に行うことができる。
【0050】
ヒータ70は、内燃機関1の始動時に通電し、始動後、所定時間が経過すると通電を停止する。これにより、ヒータ70への無駄な通電を無くし、消費電力の低減を図る。
【0051】
なお、この実施の形態では、微粒化空気10aを燃料噴霧6に衝突させて該燃料噴霧6の微粒化を促進しているため、吸入空気と燃料噴霧6の熱伝達が向上する。また、燃料噴霧6は、微粒化が促進しているために、その多くはヒータ70に衝突しないで吸気管内の流れに沿って燃焼室54に到達することができる。従って、ヒータ70の負担が減り、消費電力を抑えることができる。すなわち、ヒータ70へ通電する電流を小さくできるためにヒータ70および関連部品の信頼性と耐久性の向上を図ることができる。
【0052】
以上、この実施の形態によれば、混合気生成室140に噴射された燃料噴霧6は、微粒化および気液混合が効率良く促進されて気化するために、絞り17およびヒータ70等の壁面への付着量が低減し、吸気集合管3内へ効率良く供給することができる。そして、吸気集合管3内に供給された燃料噴霧6は、この吸気集合管3内を通過し、その下流の吸気管内へ吸入空気(混合気)10fとして供給され、各燃焼室54へ供給される。
【0053】
燃焼室54では、微粒化,気化が促進された燃料噴霧6が供給されるために、燃焼の安定性を保ったまま点火時期、すなわち、点火プラグ53の点火時期を通常よりも遅延(リタード)させることが可能となる。これにより、膨張仕事をしない高温の排気26を排気マニホールド48内に発生させることができ、三元触媒コンバータ51の早期暖機,早期活性化を実現することができる。排気マニホールド48へ達した排気26は、燃焼時に発生したHC等の有害物質を活性化された三元触媒コンバータ51によって浄化した後に消音マフラ(図示省略)を介して外部へ排出される。
【0054】
なお、ヒータ70の取付け位置および形状は、この実施の形態で例示したものに限られるものではなく、燃料噴霧6の下流に格子状のヒータを配設しても良い。この場合には、燃料噴霧6中に存在する粗大粒のみならず微粒化された燃料噴霧6の気化促進も図ることができる。また、板状ヒータを燃料噴霧6の到達壁面に配設しても良い。更には、吸気バイパス管5a,5bにヒータ71a,71bを設け、吸気バイパス管5a,5b内を通過する微粒化空気10aおよび搬送空気10bを加熱することによっても、微粒化,気液混合および気化の促進を図ることができる。
【0055】
この実施の形態において、スロットルバルブ4の開閉制御によりアイドリングスピードをコントロールする場合には、ISCバルブ73を用いずに、吸入空気をバイパス管5a,5bを介して定常状態で供給するように構成することが可能である。
【0056】
上流旋回式の液体燃料噴射弁9を使用すると、噴射された燃料自体が旋回して微粒化を促進するように挙動する。従って、微粒化空気10aによる微粒化促進の働きは小さくても良く、微粒化空気10aの量を少なくすることができる。その分、搬送空気10bの量を多くして燃料噴霧6に対する搬送力を大きくすることができる。
【0057】
また、この実施の形態では、液体燃料噴射弁9の内部に燃料の微粒化手段(アトマイザー)を備えており、微粒化空気10aは液体燃料噴射弁9の外部で燃料噴霧6に合流する。すなわち、微粒化空気10aは、外部混合型の微粒化器(装置)を構成すると言える。液体燃料噴射弁9の液体燃料噴射孔の出口が微粒化器の出口にあたる。外部混合型の微粒化器(液体燃料噴射弁9)から噴射された燃料噴霧6は、周囲の通路壁、例えば、気液混合噴射孔12,ガイド131の内周面134および外周面135,微粒化装置ベース部材102の内壁面150,絞り17及びヒータ70の内壁面(内周面)等に拘束されない状態で、微粒化と気液混合が促進される。すなわち、燃料噴霧6は、周りの通路壁と接触しない状態で微粒化と気液混合が促進される。
【0058】
この実施の形態における外部混合型の微粒化器は、液体燃料噴射弁9と噴射弁ホルダー120と気液混合噴射ノズル130を微粒化装置ベース部材102に同心状に嵌着することにより構成することができ、生産性が向上する。
【0059】
液体燃料噴射弁9,微粒化気体通路7,気液混合噴射孔12,搬送気体通路8,ガイド131の内周面134および外周面135,微粒化装置ベース部材102の内壁面150,絞り17及びヒータ70の内壁面(内周面)は、同軸線上に配置されている。
【0060】
上述したように、液体燃料噴射弁9の微粒化手段は、噴射する燃料噴霧6に軸方向(液体燃料噴射孔の中心軸方向または噴射方向)と接線方向の速度成分を与える燃料通路を備えることによって実現している。
【0061】
液体燃料噴射弁9の液体燃料噴射孔の下流で燃料噴霧6を囲む通路壁面の位置と燃料噴霧6の噴射角は、通路壁面と燃料噴霧6の外縁との間に間隔を形成するように設定している。通路壁面は、例えば、気液混合噴射ノズル130における気液混合噴射孔12の下流側部分,ガイド131の内周面134,微粒化装置ベース部材102の内壁面150,絞り17の内壁面,ヒータ70の内壁面等である。
【0062】
別の見方をすれば、微粒化気体通路7の出口(下流端)から搬送気体通路8の出口(下流端)までの間における燃料噴霧6の通路断面(直径)が、前記微粒化気体通路7の環状の出口開口部における燃料噴霧6の通路断面(直径)よりも大きく形成されていることになる。或いは、微粒化気体通路7の出口(下流端)から搬送気体通路8の出口(下流端)までの間における燃料噴霧6の通路断面(直径)が、下流側ほど拡大するように構成すると良い。
【0063】
また、この状態は、燃料噴霧6の外縁の外側に空気層が形成された状態とみなせるかもしれない。この空気層は、燃料噴霧6の外縁とみなされた縁の内側よりも、噴霧の濃度が極めて薄い層である。尚、微粒化空気10aおよび搬送空気10bの効果により、燃料噴霧6の噴射角は、燃料噴射弁9単体での噴射角よりも全体的に或いは一部分で小さくなる場合もある。従って、噴射角と上述の孔および各内壁面の設定には、微粒化空気10aおよび搬送空気10bの効果も考慮すべきである。
【0064】
この実施の形態では、図2に示すように、搬送気体通路8に、搬送空気10bに旋回を加えるための搬送気体旋回部材200を設けている。搬送気体旋回部材200は、図3に示したように、円筒形状に形成した筒部201と、筒部201と一体で形成された複数のフィン202により構成する。フィン202は、筒部201の内周面204から内周方向に高さtで形成し、筒部201の内周面204に沿って軸方向に螺旋状に形成する。図3において、破線206で示した部分には、気液混合噴射ノズル130のガイド131の外壁面135が接し、ガイド131の外壁面135とフィン202と筒部201の内周面204とによって軸方向に螺旋状の搬送気体通路203を形成する。搬送気体旋回部材200は、その外周面205を微粒化装置ベース部材102の内壁面150に接触させて固定する。フィン202は、搬送空気10bに十分な旋回力を付与できれば、1つでも良い。
【0065】
搬送気体通路203に流入した搬送空気10bは、搬送気体通路203内を通過することにより旋回力が与えられる。搬送空気10bは、旋回することにより渦を形成する。燃料噴霧6は、旋回しながら微粒化装置ベース部材102の内壁面150に沿って混合気生成室140内に供給される搬送空気10bにより拘束されて搬送されるので、燃料噴霧6が通路の軸心(中心)部に集中して絞り17および吸気管内壁面等への付着量を低減することができる。
【0066】
この実施の形態においては、図2に示すように、微粒化空気10aに旋回を加えるための微粒化気体旋回部材22を微粒化気体通路7に設けている。微粒化気体旋回部材22は、図4に示すように、液体燃料噴射弁9の液体噴射ノズル24の先端面24aと相対する微粒化気体通路7の面に配設している。先端面24aと微粒化気体旋回部材22の端面221は接触している。微粒化気体旋回部材22の中心には、燃料噴霧6および微粒化空気10aが通過するための円形状の穴23が貫通している。また、微粒化気体旋回部材22の面221には、微粒化空気10aが微粒化気体旋回部材22の外周部から穴23に向かう複数の溝251を設ける。これらの溝251の方向は、穴23の中心軸から偏芯した方向を指向して形成している。この実施の形態では4本の溝251を形成している。溝251の穴23の近傍の一部に液体燃料噴射弁9の液体噴射ノズル24の先端面24aを接触させることにより旋回通路25を形成し、旋回する微粒化空気10aを穴23に供給することできるように構成する。図4(a)に破線で示した円は、微粒化気体旋回部材22と燃料噴射弁9の液体噴射ノズル24の先端面24aとが接する位置関係を示している。
【0067】
微粒化空気10aは、微粒化気体通路7から微粒化気体旋回部材22の溝251で形成された旋回通路25を通過する。微粒化空気10aは、燃料噴霧6に対して偏芯して旋回を加えるように衝突(合流)するために、燃料噴霧6の微粒化および気液混合を促進する作用を高めることができる。
【0068】
燃料に旋回をかけて噴射する上流旋回式の液体燃料噴射弁9は、燃料噴霧6自体が旋回するように噴射されている。このように旋回する燃料噴霧6の微粒化および気液混合の促進を高めるためには、燃料噴霧6の旋回方向とは逆向きに旋回するような微粒化空気10aを噴出するように微粒化気体旋回部材22の旋回通路25を構成することにより、微粒化空気10aを燃料噴霧6の旋回方向とは逆向きに旋回させながら該燃料噴霧6に衝突させると良い。
【0069】
搬送空気10bは、図2に示すように、矢印10b’又は10b”の位置および方向から吸気集合管3内に吹き入れるように構成しても良い。矢印10b’のように、搬送空気10bを吸気集合管3内に導入するためには、吸気バイパス管5bを吸気管5の通路壁面を横切る方向から該吸気管5に向けて吸気集合管3の側壁3aに接続する。また、矢印10b”のように、搬送空気10bを吸気集合管3内に導入するためには、吸気バイパス管5bを燃料噴霧6の噴射方向において該燃料噴霧6と対向する吸気集合管3の面3bに接続する。搬送空気10b’,10b”は、燃料噴霧6または吸気集合管3の面3a,3bに対して、必ずしも直交または平行に導入させる必要はなく、燃料噴霧6の搬送効率を考慮して、所定の角度をもって燃料噴霧6と合流するように、吸気バイパス管5bを吸気集合管3に連通させれば良い。
【0070】
搬送空気10b’,10b”は、燃料噴霧6に対して正面から対向するように、或いは所定の角度をつけた方向から供給されることにより、燃料噴霧6と搬送空気10b’,10b”との衝突の相対速度を上げることができ、搬送空気10b’,10b”を燃料噴霧6の微粒化および気液混合の促進に積極的に利用することが可能になる。また、搬送空気10b’,10b”を集合吸気管3に供給することにより、燃料噴霧6が集合吸気管3の壁面に付着するのを低減することが可能となる。
【0071】
次に、図5を用いて、燃料供給装置100から内燃機関1に供給される燃料噴霧6の平均粒径と微粒化空気10aの量との関係を説明する。
【0072】
図中縦軸は、燃料噴霧6の平均粒径を示し、燃料噴射弁9の液体噴射孔から噴射方向下流60mmの位置での平均粒径を示している。横軸は、燃料噴射弁9から噴射される噴霧燃料量(Ql)と、気液混合噴射孔12を通過する微粒化空気10aの量(Qa)との体積流量比である気液容積流量比(Qa/Ql)を示している。図中、実線は、内燃機関1のアイドリング運転時の吸気管内圧力における平均粒径と気液容積流量比(Qa/Ql)の関係を示している。ここで、微粒化空気10aの量は、吸気管内圧力一定時に微粒化空気10aが通過する気液混合噴射孔12の面積を変化させて制御したものである。また、図中、実線では、燃料噴射弁9より噴射される噴霧燃料量を一定とし、微粒化空気10aの量のみを変化させたものである。
【0073】
燃料噴霧6の平均粒径は、気液容積流量比を増大、すなわち、微粒化空気10aの量の増加により小さくなり、その後、所定流量比の間(Qa/Ql=700〜2000程度)では、平均粒径は10μm程度となり、それ以上に流量比を大きくすると、平均粒径が大きくなる傾向にある。これは、気液混合噴射孔12を通過する燃料噴霧6と微粒化空気10aの流速および流量比、更に、燃料噴霧6と微粒化空気10aの供給位置関係によりこのような傾向になるものである。
【0074】
この結果から、この実施の形態では、平均粒径が最も小さく、気液容積流量比の極力小さい破線で囲んだ円で示す気液容積流量比が1000の領域を採用している。これにより、燃料噴霧6の平均粒径を10μm程度に確保しつつ微粒化空気10aの量を少なくすることができる。よって、搬送気体通路8を通過する搬送空気10bをより多く確保することができるために、燃料噴霧6に対する搬送能力を向上させることができ、従って、吸気管内壁面への付着量を低減することができる。
【0075】
SAE99010792「An Internally Heated Tip Injector to Reduce HC Emissions During Cold-Start」に記載によれば、燃料噴霧の粒径が20μm程度であれば、燃料噴霧を吸気管内気流に乗せて燃焼室へ搬送することができる。この実施の形態においては、Qa/Ql=250〜2750程度の流量比であっても、平均粒径が20μm程度以下となり、その燃料噴霧中の粒径20μm以下となる30〜40%程度を燃焼室へ搬送することが可能であり、吸気管内壁面への付着量を十分に低減することができる。吸気管内気流に乗らない燃料噴霧は、ヒータ70内を通過させ、またはヒータ70に衝突させることにより更なる微粒化および気化の促進を図ることにより、吸気管内壁面への付着を低減することができる。
【0076】
次に、図6を用いて本発明の第2の実施の形態を説明する。この第2の実施の形態は、燃料噴霧の微粒化を促進するための微粒化気体および微粒化した燃料噴霧を気液混合および搬送する搬送気体として排気再循環(EGR=Exhaust Gas Recirculation)ガスを使用する構成である。
【0077】
この第2の実施の形態では、内燃機関1より排出される排気26の一部であるEGRガス27を排気バイパス管30によって微粒化気体通路7および搬送気体通路8に供給し、微粒化EGRガス27aおよび搬送EGRガス27bとして供給する構成である。このために、前記排気バイパス管30の入口側(上流側端部)を排気マニホールド48と連通させ、排気バイパス管30の出口側(下流側端部)をISCバルブ73および整圧室101を介して微粒化気体通路7および搬送気体通路8に連通させる。
【0078】
次に、気流について説明する。排気マニホールド48から排気バイパス管30およびISCバルブ73,整圧室101を介して微粒化装置ベース部材102の微粒化気体通路102aおよび搬送気体通路102bに供給されるEGRガス27aは、排気圧力により加圧した状態で流れることになる。すなわち、内燃機関1の運転に伴い、吸気マニホールド47側は負圧となり、排気マニホールド48側は正圧となるために、両気体通路102a,102bへは加圧されたEGRガス27が供給されることになる。
【0079】
微粒化気体通路7,搬送気体通路8等のその他の構成は、前述した第1の実施の形態と同様であるので、同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【0080】
EGRガス27は、排気直後のガスであるために、外部から吸入する吸入空気に比べて、高温,高圧である。EGRガス27がもつ熱および圧力は、第2の液体燃料噴射弁9から噴射した燃料噴霧6の微粒化および気化の促進に対して有効に働く。
【0081】
この実施の形態では、内燃機関1へ供給される吸入空気10の制御は、スロットルバルブ4の開閉制御により行うが、スロットルバルブ4の上下流をバイパス管で連通し、このバイパス管にISCバルブを配設して制御することでも実現可能である。
【0082】
また、この実施の形態では、EGRガス27を微粒化気体通路7および搬送気体通路8へ供給する構成であるが、EGRガス27を搬送気体通路8へ供給し、吸入空気10の一部を微粒化気体通路7へ供給する配管構成、もしくは、EGRガス27を微粒化気体通路7へ供給し、吸入空気10の一部を搬送気体通路8へ供給する配管構成でも良い。
【0083】
この実施の形態によれば、高温,高圧のEGRガス27を利用して燃料噴霧6の微粒化と気化の促進を実現することができ、ヒータ70の負担を一層低減することができる。
【0084】
次に、図7〜図9を用いて本発明の第3の実施の形態を説明する。
【0085】
図7は、スロットルバルブ4を内蔵する電子制御スロットルボディ300と、吸気マニホールド47の上流に位置する吸気集合管3と、その間に吸気通路部303と吸気通路部303に配設された燃料供給装置100の構成を示す外観斜視図である。図8は、図7における電子制御スロットルボディ300と吸気通路部303,吸気集合管3,吸気マニホールド47を吸気通路5に沿ってほぼ中心であり、かつ電子制御スロットルバルブボディ300内に配設されるスロットルバルブ軸4aに対して垂直な面に沿って切断した断面図である。
【0086】
前記吸気マニホールド47は、各気筒毎に対応させて第1の液体燃料噴射弁2を設置する燃料噴射弁取付け部2aを備えている。
【0087】
電子制御スロットルボディ300内の吸気通路5と吸気集合管3とは、吸気通路部303内の吸気通路304により連通させる。また、吸気通路部303の吸気通路304には、燃料供給装置100を接続し、この燃料供給装置100内に設置した第2の液体燃料噴射弁9より噴射した燃料噴霧によって生成した混合気10eを吸気通路部303内の吸気通路304内へ供給するように連通させている。吸気通路304に供給された混合気10eは、その下流の吸気集合管3へと流入した後に、吸気マニホールド47を通過して各燃焼室内へ混合気10f(吸入空気と燃料)として、効率良く供給される。
【0088】
なお、この第3の実施の形態では、電子制御スロットルボディ300内の吸気通路5の軸流方向に対して、燃料供給装置100内の燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の噴射方向がほぼ直角となる構成であるが、吸気通路5の軸流方向と燃料供給装置100内の液体燃料噴射弁9から噴射する燃料噴霧の噴射方向とを同一とする構成でも良い。
【0089】
電子制御スロットルボディ300は、内燃機関1の運転状態に応じて所望の吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ4を備える。すなわち、スロットルバルブ4の開度により吸入空気量を制御する構成である。また、スロットルバルブ4を駆動して開度を制御するための駆動用モータ301と、スロットルバルブ駆動機構部内蔵カバー302内に駆動用モータ301の動力を伝達するための駆動機構とスロットルバルブ4の開度を検出するスロットルポジショニングセンサ52等を内蔵する。
【0090】
また、燃料供給装置100の吸気バイパス管5cは、電子制御スロットルボディ300内のスロットルバルブ4の上流側の吸気通路5とバイパス通路(図示省略)で連通させ、吸入空気10の一部を吸気バイパス管5cへ供給する構成である。
【0091】
なお、スロットルバルブ4の上流側の吸気通路5と吸気バイパス管5cとを連通するバイパス管には、空気流量を精密に制御する場合や吸気バイパス管5cに空気を供給させない状態の制御を行う場合には、空気流量を制御するための空気制御バルブを設けると良い。
【0092】
図9は、図7および図8に示した燃料供給装置100における微粒化装置部分を液体燃料噴射弁9から噴射する燃料噴霧6の噴射方向に沿って切断した縦断側面図である。
【0093】
吸気バイパス管5cは、微粒化装置ベース部材102d内に形成した整圧室101dに連通している。整圧室101dは、微粒化装置ベース部材102dの内壁面150bに連通し、この内壁面150bの一部と気液混合噴射ノズル130bの外壁面の間に形成した環状隙間である搬送気体通路8と連通する。そして、搬送気体通路8は、搬送気体計量部8aを介して、微粒化装置ベース部材102dの下流部の混合気生成室140に連通する。
【0094】
また、気液混合噴射ノズル130bの側壁面には、少なくとも1つ以上の開口部であるノズル通路103を穿っており、気液混合噴射ノズル130bの内外壁面をノズル通路103を介して連通させる。そして、気液混合噴射ノズル130bの内壁面と液体燃料噴射弁9の外周部および液体噴射ノズル先端面によって、環状隙間である微粒化気体通路7を形成する。微粒化気体通路7は、液体燃料噴射弁9の噴射方向下流側に位置する気液混合噴射孔12に連通し、この気液混合噴射孔12は微粒化装置ベース部材102cの下流側の混合気生成室140に開口する。
【0095】
混合気生成室140の下流は、スロットルバルブ4の下流側の吸気通路部303内の吸気通路304に連通する。
【0096】
燃料供給装置100の微粒化装置ベース部材102cの下流側に配設されて混合気生成室140の外周壁の一部を構成するヒータ部72内には、プレート状の複数枚のヒータ(PTCヒータ)70aを内壁面に沿って燃料噴霧6の外縁を取り囲むように筒状に配設する。また、混合気生成室140の下流部分には、燃料噴霧6の噴射軸方向に対して所定の角度でプレート状のヒータ70bを配設し、これらにより、燃料噴霧6を効率良く気化することにより混合気10eを生成してスロットルバルブ4の下流の吸気通路304内に案内するように構成する。
【0097】
このような燃料供給装置100は、スロットルバルブ4の上流の吸入空気10より分流した吸入空気10dを、バイパス管(図示省略)内を通して吸気バイパス管5c内へ流入させ、整圧室101dに流入させる。そして、整圧室101dに流入した吸入空気10dの一部を、微粒化装置ベース部材102dの内壁面150bの一部と気液混合噴射ノズル130bの外壁面で構成した搬送気体通路8へ搬送空気10bとして流入させ、液体燃料噴射弁9より噴射した燃料噴霧6を包み込むように混合気生成室140内へ供給する。
【0098】
一方、整圧室101dに流入した吸入空気10dの残りは、気液混合噴射ノズル130bの内壁面と液体燃料噴射弁9の外周部および先端部で構成した微粒化気体通路8に微粒化空気10aとして流入させ、液体燃料噴射弁9より噴射した燃料噴霧6の始端部6に、ほぼ全周より効率よく供給(衝突)させた後に、気液混合噴射孔12を通過させ、その下流側に位置する混合気生成室140内へ供給する。
【0099】
これらの構成および微粒化空気10aおよび搬送空気10bにより、燃料噴射弁9より噴射した燃料噴霧6は、効率良く微粒化を促進すると共に搬送される。また、混合気生成室140を通過する際には、燃料噴霧6の外縁に沿って筒状にヒータ70aが位置するために、燃料噴霧6の外側の粗大粒を効率良く微粒化および気化を促進すると共に、微粒化空気10aおよび搬送空気10bにて噴霧液滴の微粒化および搬送が困難な粗大粒を含む液滴は、ヒータ70aに衝突させて気化を促進することができる。更に、燃料噴射弁9より噴射する燃料噴霧6の噴射方向に、所定の角度にて配設したヒータ70bは、燃料噴霧6の進行方向を変更させることができ、燃料噴霧6によって生成した混合気10eをスロットルバルブ4の下流側の吸気通路304内へ効率良く供給することができる。よって、その下流の吸気集合管3内を介して吸気マニホールド47、更には、各燃焼室(図示省略)へ効率良く搬送することができる。
【0100】
次に、図10を用いて上述各実施の形態に共通する効果について説明する。
【0101】
図10において、(a)は、縦軸に点火時期、横軸に燃料供給装置100から供給される燃料噴霧の粒径を示している。(b)は、縦軸に触媒温度、横軸に時間を示し、図中、細線は、内燃機関点火時期が通常時の触媒温度と時間の関係を表わし、太線は、内燃機関点火時期がリタード時の触媒温度と時間の関係を表わしている。(c)は、縦軸にHC総排出量、横軸に時間を示し、図中、細線は、内燃機関点火時期が通常時のHC総排出量と時間の関係を表わし、太線は、内燃機関の点火時期がリタード時のHC総排出量と時間の関係を表わしている。
【0102】
低温または常温始動時にISCバルブ73の制御により吸入空気10aまたはEGRガス27を制御し、その一部の微粒化空気10aおよび微粒化EGRガス27aを燃料噴射弁9より噴射した燃料噴霧6の全周より互いに対向するように衝突させたことにより、燃料噴霧6の微粒化と気液混合の促進を図り、その後、燃料噴霧6の吸気管内壁面への付着を抑えるべく燃料噴霧6を搬送するための搬送空気10bまたは搬送EGRガス27bの流れを形成したこと、およびその下流にヒータ70を設けたことにより、微粒化,混合気化および気化を促進し、壁面への付着量の低減を実現することができる。
【0103】
これは、燃料噴霧6の微粒化により燃料の質量あたりの表面積を大きくして気化を早めることができ、更に、吸気マニホールド47内での空気流への追従性を良くすると共に、微粒化した燃料噴霧6の搬送のための流れを形成したことにより、吸気管内壁面に付着する燃料量が減少するためである。そして、壁面付着量の低減により、内燃機関1の始動性,燃費向上はもとより、排気浄化を改善することができる。
【0104】
更に、内燃機関1に供給する燃料噴霧6の微粒化,気液混合および気化を促進することで、図10の(a)に示すように、燃焼の安定性を保ったまま内燃機関1の点火時期を遅らせることができる。
【0105】
点火時期を通常よりも遅延(リタード)させることにより、膨張仕事をしない高温の排気ガスを発生することができ、図10(b)に示すように、三元触媒コンバータ51の触媒の温度を早期に高温にすることができる。図中、横軸点線は、触媒活性化温度を示しており、触媒温度を早期に高温にすることにより、短時間で触媒活性化温度に到達させることが可能となる。
【0106】
三元触媒コンバータ51の触媒の早期活性化により、図10(c)に示すグラフのように、HC総排出量は、点火時期を通常とした場合に比べ、内燃機関1の始動時に格段に低減することができる。なお、三元触媒コンバータ51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。
【0107】
以上のように、燃料噴射弁9から噴射する燃料噴霧6の微粒化,気液混合および気化を促進することにより、吸気管内壁面への付着量を低減し、内燃機関1の低温および常温始動性の向上,燃費向上,排気浄化の改善を実現することができる。
【0108】
また、前述した各実施の形態では、ヒータ70を用いた構成につき説明してきたが、微粒化気体および搬送気体による微粒化,気液混合および気化が十分であれば、ヒータ70を省略した構成でも実施することが可能である。
【0109】
また、前述した各実施の形態は、各気筒への燃料を噴射する第1の液体燃料噴射弁2を吸気マニホールド47に備えた、所謂ポート噴射エンジンを例にとって説明したが、燃料を燃焼室内に直接噴射する、所謂筒内噴射エンジンに適用しても同様の効果をあげることができる。
【0110】
【発明の効果】
本発明によれば、ガイドに導かれて燃料噴霧の下流部の外側に供給される搬送空気が液体燃料噴射弁から噴射した前記燃料噴霧を外周から包み込むようにして下流に搬送することにより、前記燃料噴霧の微粒化と気液混合を促進して壁面付着量を低減することができるので、内燃機関の始動性及び燃費の向上はもとより、排気浄化を改善することができる。しかも、ヒータを補助的に使用する構成であるので、ヒータの負担が軽くなり、ヒーターで消費する電気エネルギーを小さくし、場合によってはヒーターを不要にすることができる。また、ヒータの消費する電気エネルギーを小さくすることにより、ヒータの信頼性および耐久性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料供給装置を搭載した内燃機関の第1の実施の形態を示す模式図である。
【図2】図1に示した燃料供給装置を拡大して示す縦断側面図である。
【図3】図2に示した燃料供給装置における搬送気体旋回部材を空気の流れ方向から見た図(b)と、(b)におけるA−A断面図(a)である。
【図4】図2に示した燃料供給装置における微粒化気体旋回部材の燃料の噴射方向から見た図(a)と、(a)におけるA−A断面図(b)である。
【図5】吸気管内の圧力を一定にしたときの気液容積流量比と燃料噴霧の平均粒径との関係を示す図である。
【図6】本発明の燃料供給装置を搭載した内燃機関の第2の実施の形態を示す模式図である。
【図7】本発明の燃料供給装置を搭載した内燃機関の第3の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図8】図7に示した燃料供給装置の縦断面図である。
【図9】図7に示した燃料供給装置における微粒化装置部分の縦断側面図である。
【図10】燃料噴霧の微粒化が排気浄化に及ぼす影響を説明する図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、2…第1の液体燃料噴射弁、3…吸気集合管、4…スロットルバルブ、5…吸気管、5a,5b…吸気バイパス管、6…燃料噴霧、7…微粒化気体通路、8…搬送気体通路、9…第2の液体燃料噴射弁、10…吸入空気、10a…微粒化空気、10b…搬送空気、11…エアフローセンサ、12…気液混合噴射孔、17…絞り、22…微粒化気体旋回部材、23…穴、24…液体噴射ノズル、24a…先端面、25…旋回通路、26…排気、27…EGRガス、27a…微粒化EGRガス、27b…搬送EGRガス、30…バイパス管、40…燃料タンク、41…燃料、42…燃料ポンプ、43…フィルタ、44…吸気弁、45…プレッシャレギュレータ、46…エアクリーナ、47…吸気マニホールド、48…排気マニホールド、50…酸素濃度センサ、51…三元触媒コンバータ、52…スロットルセンサ、53…点火プラグ、54…燃焼室、55…吸気孔、56…水温センサ、57…ECU、58…排気弁、59…排気孔、70,70a,70b…ヒータ、73…ISCバルブ、100…燃料供給装置、101a,101b…整圧室、102…微粒化装置ベース部材、102a…微粒化気体通路、102b…搬送気体通路、102c…燃料噴射弁嵌着孔、103…ノズル通路、120…噴射弁ホルダー、121,132,135…外壁面、130…気液混合噴射ノズル、131…ガイド、133,134,150…内壁面、140…混合気生成室、200…搬送気体旋回部材、201…筒部、202…フィン、203…搬送気体通路、204…内周面、205…外周面、221…面、251…溝。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel supply device for an automobile internal combustion engine and an internal combustion engine equipped with the same, and aims to improve the startability of the internal combustion engine and to reduce harmful substances discharged from the internal combustion engine, particularly HC. The present invention relates to a technique suitable for the above.
[0002]
[Prior art]
Promoting atomization of fuel spray injected by a fuel injection valve (injector) and reducing adhesion to the inner wall of an intake pipe as means for improving startability, improving fuel efficiency and purifying exhaust gas, particularly reducing HC in an internal combustion engine Is effective. Further, combustion stability can be achieved by atomizing the fuel spray.
[0003]
In order to supply fuel spray with increased atomization to an internal combustion engine, it is known to provide a fuel injection valve (injector) that is used auxiliaryly when starting the internal combustion engine. USP 5,482,023 specification and drawings describe a cold start fuel control system including a cold start fuel injector, a heater, and an idle speed control valve (hereinafter referred to as an ISC valve). In this system, a part of the air from the ISC valve (first air flow) is merged with the fuel injected from the cold start fuel injector. For this purpose, the opening of the air passage from the ISC valve is provided in an annular shape so as to surround the outlet of the cold start fuel injector. The fuel and the first air flow from the cold start fuel injector are put into a cylindrical heater arranged in a line on the downstream side of the cold start fuel injector immediately after the merge. On the other hand, an air passage through which a part of the air from the ISC valve flows is formed in the outer periphery of the heater, and the air (second air flow) flowing through this air passage is inside the heater at the outlet of the heater. It merges with the fuel spray that has passed through. The fuel discharged from the cold start fuel injector is promoted to vaporize when passing through the inside of the heater, and further vaporized by being mixed with the second air flow at the outlet of the heater.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional system, by forming a mixing chamber for mixing fuel and air inside the cylindrical heater, the cold start fuel injector, the fuel injected from the cold start fuel injector and the first air flow from the upstream side are arranged. A mixing chamber configured inside the heater and the heater is arranged in a row, and constitutes one atomizer (atomizer) having the heater outlet as the outlet. This atomizer is an air-assisted atomizer using the energy of air flow, and is an internal mixing type atomizer that combines fuel and air inside the atomizer to mix gas and liquid. it is conceivable that.
[0005]
In this system, while the fuel is injected, the fuel spray always comes into contact with the inner wall surface of the mixing chamber, that is, the inner wall surface of the heater. For this reason, the burden of the heater in atomization of fuel spray becomes large, and the consumed electric power also becomes large.
[0006]
An object of the present invention is to provide a fuel spray injected from a liquid fuel injection valve. By spraying the fuel so as to be surrounded by the carrier gas Promotes atomization of With The purpose is to reduce the electric energy consumed by the heater and, in some cases, eliminate the need for the heater. Another object is to improve the reliability and durability of the heater by reducing the electric energy consumed by the heater.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a fuel atomization device that atomizes a fuel spray injected from a liquid fuel injection valve to cause atomization, and the atomized fuel spray is disposed downstream of the throttle valve in an intake pipe having a throttle valve. In the fuel supply device to be supplied, the fuel atomization device has an atomization that opens around the liquid fuel injection hole of the fuel injection valve and acts on the fuel spray injected from the liquid fuel injection hole to promote atomization. A first gas passage for injecting a gas, and a second gas for injecting a carrier gas into the fuel spray so as to surround the fuel spray whose atomization is promoted by the atomized gas, and generating an air-fuel mixture A passage and a heater installed so as to be positioned around the transport passage of the air-fuel mixture; The second gas passage has an annular opening that faces the injection direction of the fuel spray around a central axis that passes through the center of the liquid fuel injection hole of the fuel injection valve and is hypothesized in the fuel injection direction. By forming a gas passage formed on the outer side of a cylindrical guide extending toward the downstream so as to cover the outer periphery of the fuel spray so as to be formed on the outer side of the part, The atomization gas promotes atomization of the fuel spray, and the fuel spray promoted by atomization is transported so as to be surrounded by the carrier gas, thereby reducing the burden on the heater and reducing the amount of fuel adhering to the wall surface. is there.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the intake air is used as the atomized gas for promoting atomization of the fuel spray and the carrier gas for conveying the atomized fuel spray.
[0009]
FIG. 1 is a schematic diagram of an ignition type internal combustion engine equipped with a fuel supply device of the present invention and operated using gasoline as fuel.
[0010]
The internal combustion engine 1 includes a combustion chamber 54 disposed with a spark plug 53 facing, an intake hole 55 for taking a mixture of air and fuel into the combustion chamber 54, an intake valve 44 for opening and closing the intake hole 55, and a post-combustion And an exhaust valve 58 for opening and closing the exhaust hole 59. The internal combustion engine 1 further includes a water temperature sensor 56 that detects the temperature of engine cooling water at the side of the combustion chamber 54, and a rotation sensor (not shown) at the bottom, and is configured to detect the operating state. Yes.
[0011]
The intake system that takes in the combustion chamber 54 includes an air cleaner 46, an air flow sensor 11, a throttle valve 4 and a throttle sensor 52 that constitute an intake control device, and an intake pipe 5. The intake pipe 5 includes an intake manifold 3 and an intake manifold 47 connected to the intake hole 55. The intake manifold 47 branches from the intake manifold 3 toward a plurality of cylinders, but FIG. 1 shows one cylinder.
[0012]
The fuel supply device for the internal combustion engine 1 in this embodiment includes a first fuel supply device and a second fuel supply device. The first fuel supply device is configured by a first liquid fuel injection valve 2 provided upstream of the intake valve 44 of each cylinder and downstream of the intake manifold 3. The first liquid fuel injection valve 2 is attached to the wall portion of the intake manifold 47 and injects fuel toward the upstream side of the intake valve 44 that opens and closes the intake hole 55.
[0013]
The second fuel supply device 100 is installed upstream of the intake manifold 3 in the intake system. This second fuel supply device 100 is provided in the middle of an intake pipe 5 having a built-in throttle valve 4, intake bypass pipes 5a and 5b branched from the intake pipe 5 upstream of the throttle valve 4, and an intake bypass pipe 5b. The ISC valve 73 and a second liquid fuel injection valve 9 for injecting fuel in common to each cylinder are provided, and the atomization of the fuel spray 6 injected from the second liquid fuel injection valve 9 is bypassed by intake air. The air that has passed through the pipes 5a and 5b is promoted and an air-fuel mixture is generated and supplied to the intake manifold 3. The intake bypass pipes 5a and 5b may be configured so that the upstream part is formed in common and branches in the middle (downstream part). The second fuel supply device 100 mainly functions to supply fuel during the warm-up idling operation, the fuel supply amount is controlled by the second liquid fuel injection valve 9, and the intake air amount is the ISC valve 73. Control by.
[0014]
The first liquid fuel injection valve 2 is attached to the wall portion of the intake manifold 47 and injects fuel in the direction of the intake valve 44. The second liquid fuel injection valve 9 operates for a predetermined time when the internal combustion engine 1 is warmed up. The first and second liquid fuel injection valves 2 and 9 use electromagnetic fuel injection valves, and control the fuel injection amount based on the opening and closing times of the internal valves and valve seats. The fuel injection amount is controlled by an engine control unit (hereinafter referred to as an ECU) 57 according to the operation state such as the intake air amount detected by the signal from the sensor. The first and second liquid fuel injection valves 2 and 9 are upstream swirling fuel injection valves, and include a member (fuel swirling member) that imparts a swirling force to the fuel upstream of the valve seat. Injection is performed while swirling the fuel passing through the liquid fuel injection hole provided on the downstream side of the seat. This forms a cone-shaped fuel spray with excellent atomization.
[0015]
The intake air flow supplied to the internal combustion engine 1 is accurately measured and measured using the air flow sensor 11, the throttle valve 4, the throttle sensor 52, the ISC valve 73, and the like. The throttle valve 4 is an intake control member that changes the amount of air flowing in the intake pipe 5 by changing the ventilation area that is turned in the intake pipe 5 and projected onto the cross section of the intake pipe 5.
[0016]
The exhaust system includes an exhaust manifold 48, an oxygen concentration sensor 50 that measures the oxygen concentration in the exhaust gas, a three-way catalytic converter 51 for exhaust gas purification, a muffler muffler (not shown), and the like.
[0017]
The three-way catalytic converter 51 purifies NOx, CO, and HC exhausted from the internal combustion engine 1 operated near the theoretical air-fuel ratio with a high purification rate.
[0018]
Prior to the start of the internal combustion engine 1, the fuel supply system pressurizes the fuel (gasoline) 41 in the fuel tank 40 by the fuel pump 42, and the first fuel injection valve 2 and the second fuel injection through the filter 43. Pumped to the valve 9 at a predetermined pressure. The fuel pressure is adjusted by the pressure regulator 45 so that a constant pressure difference is obtained with respect to the intake pipe pressure.
[0019]
In the above configuration, in the combustion chamber 54, the mixture of the fuel injected from the first and second liquid fuel injection valves 2 and 9 and the intake air 10 is sucked in the suction stroke, and the sucked mixture is compressed in the compression stroke. After being compressed, the spark plug 53 is ignited and burned. The exhaust 26 discharged from the internal combustion engine 1 in the exhaust stroke is released from the exhaust system into the atmosphere.
[0020]
Next, the configuration of the second fuel supply apparatus 100 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged vertical side view of the second fuel supply device 100.
[0021]
The downstream end of the intake bypass pipe 5a is connected to the pressure regulating chamber 101a, and the intake air 10a is supplied to the pressure regulating chamber 101a as atomized air. The intake bypass pipe 5b includes an ISC valve 73 in the middle thereof. The midway of the intake bypass pipe 5b includes its inlet and outlet sections. For example, an ISC valve 73 may be provided between the outlet section (downstream end) of the intake bypass pipe 5b and the pressure regulating chamber 101b. . The downstream end of the intake bypass pipe 5b is connected (communication) to the pressure regulating chamber 101b, and supplies the intake air 10b to the pressure regulating chamber 101b as carrier air. The pressure regulating chambers 101a and 101b are separated from each other by a partition wall 101c.
[0022]
The atomizer base member 102 is connected downstream of the pressure regulating chambers 101a and 101b. In this embodiment, the atomizer base member 102 is formed in a cylindrical shape, and a cylindrical throttle 17 and a heater 70 are connected to the downstream side thereof to form an air-fuel mixture generating chamber 140 on the inside thereof.
[0023]
The atomizer base member 102 includes an atomization gas passage 102a and a carrier gas passage 102b, and the pressure regulating chambers 101a and 101b communicate with the atomization gas passage 102a and the carrier gas passage 102b, respectively.
[0024]
The atomizer base member 102 is provided with a fuel injection valve fitting hole 102c connected to the upstream side of the air-fuel mixture generating chamber 140 on the inner side, and a gas-liquid mixed injection nozzle is disposed in the fuel injection valve fitting hole 102c. 130, the injection valve holder 120, and the second liquid fuel injection valve 9 are fitted concentrically so as to be sequentially located inside.
[0025]
The atomized gas passage 102 a communicates with the nozzle passage 103 provided in the gas-liquid mixing injection nozzle 130. The nozzle passage 103 is formed by an inner wall surface (inner circumferential surface) 133 of the gas-liquid mixing injection nozzle 130, an outer wall surface (outer circumferential surface) 121 of the injection valve holder 120, and a front end surface 24 a of the liquid injection nozzle 24 of the liquid fuel injection valve 9. The atomized gas passage 7, which is a configured annular gap, is communicated. The front end surface 24 a of the liquid injection nozzle 24 of the liquid fuel injection valve 9 has a liquid fuel injection hole (not shown) at the center thereof, and this front end surface 24 a is used as a part of the passage wall of the atomizing gas passage 7. As a result, the opening of the atomization gas passage 7 is brought close to the fuel injection hole of the liquid fuel injection valve 9, and the intake air 10a for atomization effectively acts on the start end of the fuel spray 6 injected from the liquid fuel injection valve 9. It is configured so that it can be made.
[0026]
Further, as will be described later, when a turning force is applied to the injected fuel in the liquid fuel injection valve 9, the turning radius of the fuel spray 6 increases as the distance from the fuel injection hole of the liquid fuel injection valve 9 increases. 7 is opened along the tip end surface 24a of the liquid injection nozzle 24 of the liquid fuel injection valve 9 close to the fuel injection hole, whereby the length of the atomized gas passage 7 in the radial direction can be increased. Ki This is advantageous when directing the atomized air flow. In addition, since the gas-liquid mixing injection hole 12 of the gas-liquid mixing injection nozzle 130 following the atomized gas passage 7 can be made smaller, the degree of design freedom with respect to other sizes of the gas-liquid mixing injection hole 12 is increased accordingly. Become.
[0027]
The gas-liquid mixing injection nozzle 130 has a gas-liquid mixing injection hole 12 at a position facing the front end surface 24a of the liquid fuel injection valve 9, and the downstream end of the atomized gas passage 7 is gas-liquid mixing injection from the opening. It communicates with an inner wall surface (inner circumferential surface) 134 of a cylindrical guide 131 extending downstream from the gas-liquid mixing injection nozzle 130 through the hole 12. The gas-liquid mixing injection hole 12 forms a thin-blade orifice, and the length of the parallel part of the gas-liquid mixing injection hole 12 with respect to the flow direction of the fuel spray 6 and the atomized air 10a flowing through the gas-liquid mixing injection hole 12 is set. We make it as small as possible. Further, the gas-liquid mixing injection hole 12 has a shape in which the passage cross-sectional area is enlarged toward the downstream, and is formed into a shape connected to the inner wall surface (inner peripheral surface) 134 of the guide 131 after being enlarged. The guide 131 is formed such that an inner peripheral surface 134 and an outer peripheral surface 135 thereof have a predetermined length L and are parallel to the flow direction.
[0028]
The carrier gas passage 102 b is a carrier that is an annular gap formed by the inner wall surface (inner circumferential surface) 150 of the atomizer base member 102, a part of the outer wall surface 132 of the gas-liquid mixing nozzle 130 and the outer wall surface 135 of the guide 131. The gas passage 8 is communicated.
[0029]
The atomizing gas passage 102a and the carrier gas passage 102b are structured to join upstream of the throttle 17 coupled to the atomizer base member 102 downstream through the atomizing gas passage 7 and the carrier gas passage 8 which are annular gaps, respectively. . The diaphragm 17 has a diaphragm shape in which the cross-sectional area of the passage decreases as it goes downstream. A cylindrical heater 70 in which a passage for the fuel spray 6 is formed inside is coupled to the inside of the throttle 17 further downstream. The heater 70 is installed so that its outlet communicates with the intake manifold 3.
[0030]
Basically, the fuel spray 6 injected from the liquid fuel injection valve 9 is atomized and gas-liquid mixed by the atomized air 10a, the carrier air 10b, and the heater 70 to efficiently generate an air-fuel mixture and downstream. Constitutes a fuel atomization device to be conveyed (supplied) to
[0031]
Next, the flow of the intake air 10 will be described.
[0032]
1 and 2, when the internal combustion engine 1 rotates, the intake pipe 5 including the intake manifold 3 has a predetermined negative pressure. The intake air 10 taken in from the outside due to the negative pressure in the intake pipe 5 is filtered by passing through the air cleaner 46, and then the intake air amount is measured by the air flow sensor 11 and reaches the upstream side of the throttle valve 4. . During start-up and idling operation, most of the intake air 10 flows into the intake bypass pipes 5a and 5b as atomized air 10a and carrier air 10b and reaches the ISC valve 73.
[0033]
The ISC valve 73 controls the flow rate of the carrier air 10b flowing through the intake bypass pipe 5b. Since the throttle valve 4 is closed (fully closed) when the internal combustion engine 1 is started and idling, the required flow rate of the intake air 10 is controlled by the ISC valve 73. Further, the flow rate of the carrier air 10b is extremely large relative to the flow rate of the atomized air 10a, and is a flow rate that can cover the amount of intake air required at the time of starting and idling. Therefore, the idling operation of the internal combustion engine 1 can be realized by controlling the flow rate of the carrier air 10b without controlling the flow rate of the atomized air 10a.
[0034]
Part of the intake air 10 flows into the combustion chamber 54 as intake air 10c due to leakage from a very small gap between the throttle valve 4 and the intake pipe 5 even when the throttle valve 4 is fully closed. . However, the amount of the intake air 10c is negligibly small compared to the amounts of the atomized air 10a and the carrier air 10b.
[0035]
In this embodiment, the intake bypass pipes 5a and 5b are respectively branched from the intake pipe 5. However, these paths may be combined into one path without being independent. In this case, the partition wall 101c that partitions the pressure regulating chambers 101a and 101b is omitted to form one pressure regulating chamber. Thereby, the atomization gas passage 102a and the conveyance gas passage 102b communicate with the same pressure regulating chamber. Further, the ISC valve 73 is provided in the middle of the intake bypass pipe combined into one. The middle of the intake bypass pipe includes an inlet portion and an outlet portion thereof. For example, an ISC valve 73 may be provided between the outlet portion (downstream end portion) of the intake bypass pipe and the pressure regulating chamber.
[0036]
In this embodiment, the supply pressure of the atomized air 10a at the time of start and idling is maintained at a predetermined pressure by the configuration of the intake bypass pipes 5a and 5b and the mounting position of the ISC valve 73. . When the intake bypass pipes 5a and 5b are combined into one bypass pipe, the carrier air 10b and the atomized air 10a are in a steady state in the carrier gas passage 8 and the atomized gas passage 7 by controlling the intake air amount of the ISC valve 73. It may not be supplied with. However, in the case of this embodiment, the flow rate of the carrier air 10b is controlled by the ISC valve 73, but since the atomized air 10a is not controlled, it can be supplied in a steady state. Therefore, the atomized air 10a can effectively act on the fuel spray 6, and the promotion of atomization can be stabilized.
[0037]
Next, the flow of the intake air 10a downstream of the ISC valve 73 will be described.
[0038]
The intake air 10b controlled by the ISC valve 73 flows into the pressure regulating chamber 101b having a predetermined space. The intake air 10b that has flowed into the pressure regulating chamber 101b flows into the carrier gas passage 102b as the carrier air 10b that mainly plays the role of conveying the fuel spray 6 downstream. The diversion ratio between the atomized air 10a and the carrier air 10b is determined by the ratio of the gas-liquid mixture injection holes 12 provided in the gas-liquid injection nozzle 130 and the passage sectional area of the carrier gas passage 102b.
[0039]
When the intake bypass pipes 5a and 5b are combined into one bypass pipe, the intake air controlled by the ISC valve 73 flows into one pressure regulation chamber having a predetermined space, and atomized air 10a. The carrier air 10b is divided into the atomized gas passage 102a and the carrier gas passage 102b, respectively. Here, also in this case, the diversion ratio between the atomized air 10a and the carrier air 10b is determined by the gas-liquid mixture injection hole 12 provided in the gas-liquid mixture injection nozzle 130 and the passage cross-sectional area ratio of the carrier gas passage 102b. The
[0040]
The atomized air 10 a flows into the atomized gas passage 7 through the nozzle passage 103. The atomized air 10a flowing through the atomized gas passage 7 is supplied so as to uniformly surround the entire circumference of the start end portion of the fuel spray 6 along the tip surface 24a of the liquid injection nozzle 24 as indicated by an arrow in FIG. After being merged, the gas passes through the gas-liquid mixing injection hole 12 and is injected into the guide 131 downstream of the gas-liquid mixing injection nozzle 130.
[0041]
The fuel spray 6 is supplied at a predetermined flow rate and flow rate so that the gas-liquid mixture injection nozzle 130 and the shape of the gas-liquid mixture injection hole 12 and the atomized air 10a uniformly surround the fuel spray 6 from the entire circumference. As a result, the gas-liquid mixture injection holes 12 are not attached to the gas-liquid mixture injection holes 12 and are efficiently supplied into the mixture generation chamber 140. Then, the atomized air 10 a and the fuel spray 6 supplied to the air-fuel mixture generation chamber 140 proceed to the throttle 17 through the guide 131. During this time, the atomized air 10 a joins the fuel spray 6 to promote atomization and gas-liquid mixing of the fuel spray 6.
[0042]
The carrier air 10b is supplied from the carrier gas passage 102b to the carrier gas passage 8 that is an annular gap, and is supplied from the rear end of the outer periphery of the guide 131 to the air-fuel mixture generation chamber 140. Flows so as to wrap the air 10 a from the outer periphery and reaches the throttle 17.
[0043]
The fuel spray 6, the atomized air 10 a, and the carrier air 10 b that have joined together while being squeezed by the restrictor 17 become smaller as the cross-sectional area of the passage in the restrictor 17 decreases downstream. In addition, the conveyance capacity is improved. Therefore, since the fuel spray 6 in which atomization and gas-liquid mixing are promoted by the atomized air 10a is conveyed so as to be wrapped from the entire circumference by the conveying air 10b, the amount of adhesion to the wall surface in each part Can be reduced and can be supplied into the cylindrical heater 70.
[0044]
Coarse particles are also present in the atomized and mixed fuel spray 6. The coarse particles are not transported to the combustion chamber 54 along the flow of the intake air (the atomized air 10a and the transported air 10b), and fall halfway and adhere to the inner wall surface of the intake pipe. In other words, coarse particles have a short flight distance. As a countermeasure, the coarse particles collide with the heater 70 or pass through the heater 70 to promote atomization and vaporization and reduce the amount of adhesion to the inner wall surface of the intake pipe.
[0045]
The effect of the length L of the guide 131 of the gas-liquid mixing injection nozzle 130 will be described.
[0046]
The fuel spray 6 injected from the upstream swirling liquid fuel injection valve 9 forms a cone-shaped spray, and atomization is promoted as it proceeds downstream. By increasing the length L of the guide 131, the outlet portion of the carrier air 10b (carrier gas passage 8) to the mixture generation chamber 140 is brought closer to the downstream portion where the atomization of the fuel spray 6 is further promoted. Can do. Accordingly, the carrier air 10b can be efficiently supplied into the air-fuel mixture generating chamber 140 at a predetermined flow rate, so that the carrying capacity for the fuel spray 6 is increased and the fuel spray 6 can be carried further downstream. Become.
[0047]
Further, by shortening the length L of the guide 131, the distance between the outlet of the carrier air 10b into the mixture generation chamber 140 and the fuel spray 6 is increased, and the supply of the carrier air 10b supplied to the fuel spray 6 is achieved. The speed is lowered, and the conveying capacity for the fuel spray 6 is lowered. However, when the flow of the carrier air 10b approaches the gas-liquid mixing injection hole 12, the effect of attracting the atomized air 10a and the fuel spray 6 that have passed through the gas-liquid mixing injection hole 12 is increased. This attraction effect acts to increase the amount of atomized air 10a and to stretch the liquid film portion of the fuel spray 6 immediately after injection injected from the liquid fuel injection valve 9, thereby further atomizing the fuel spray 6. Will effectively promote.
[0048]
From the viewpoint of promoting atomization of the fuel spray 6, the length L of the guide 131 is preferably short, and the length L is preferably zero.
[0049]
Accordingly, by setting the length L of the guide 131 according to the purpose, it is possible to easily change the position where the fuel spray 6 reaches the heater 70 and the like, so that it is possible to easily cope with various engines. .
[0050]
The heater 70 is energized when the internal combustion engine 1 is started, and the energization is stopped when a predetermined time has elapsed after the start. Thereby, useless energization to the heater 70 is eliminated, and power consumption is reduced.
[0051]
In this embodiment, since the atomized air 10a collides with the fuel spray 6 to promote atomization of the fuel spray 6, heat transfer between the intake air and the fuel spray 6 is improved. Further, since the atomization of the fuel spray 6 is promoted, most of the fuel spray 6 can reach the combustion chamber 54 along the flow in the intake pipe without colliding with the heater 70. Accordingly, the burden on the heater 70 is reduced, and power consumption can be suppressed. That is, since the current supplied to the heater 70 can be reduced, the reliability and durability of the heater 70 and related parts can be improved.
[0052]
As described above, according to this embodiment, the fuel spray 6 injected into the air-fuel mixture generation chamber 140 is vaporized by efficiently promoting atomization and gas-liquid mixing. Can be efficiently supplied into the intake manifold 3. The fuel spray 6 supplied into the intake manifold 3 passes through the intake manifold 3, is supplied as intake air (mixture) 10 f into the intake pipe downstream thereof, and is supplied to each combustion chamber 54. The
[0053]
In the combustion chamber 54, the fuel spray 6 that has been atomized and vaporized is supplied, so that the ignition timing, that is, the ignition timing of the spark plug 53 is delayed (retarded) while maintaining the stability of combustion. It becomes possible to make it. As a result, high-temperature exhaust gas 26 that does not perform expansion work can be generated in the exhaust manifold 48, and early warm-up and early activation of the three-way catalytic converter 51 can be realized. Exhaust gas 26 that has reached exhaust manifold 48 is exhausted to the outside through a muffler muffler (not shown) after purifying harmful substances such as HC generated during combustion by activated three-way catalytic converter 51.
[0054]
The attachment position and shape of the heater 70 are not limited to those illustrated in this embodiment, and a lattice heater may be disposed downstream of the fuel spray 6. In this case, vaporization of not only coarse particles present in the fuel spray 6 but also atomized fuel spray 6 can be promoted. Further, a plate heater may be disposed on the arrival wall surface of the fuel spray 6. Further, by providing heaters 71a and 71b in the intake bypass pipes 5a and 5b and heating the atomized air 10a and the carrier air 10b passing through the intake bypass pipes 5a and 5b, atomization, gas-liquid mixing, and vaporization are performed. Can be promoted.
[0055]
In this embodiment, when the idling speed is controlled by opening / closing control of the throttle valve 4, the intake air is supplied in a steady state via the bypass pipes 5a and 5b without using the ISC valve 73. It is possible.
[0056]
When the upstream swirl type liquid fuel injection valve 9 is used, the injected fuel behaves so as to swirl and promote atomization. Therefore, the action of promoting atomization by the atomized air 10a may be small, and the amount of atomized air 10a can be reduced. Accordingly, the amount of the conveyance air 10b can be increased to increase the conveyance force for the fuel spray 6.
[0057]
In this embodiment, fuel atomization means (atomizer) is provided inside the liquid fuel injection valve 9, and the atomized air 10 a merges with the fuel spray 6 outside the liquid fuel injection valve 9. That is, it can be said that the atomized air 10a constitutes an external mixing type atomizer (apparatus). The outlet of the liquid fuel injection hole of the liquid fuel injection valve 9 corresponds to the outlet of the atomizer. The fuel spray 6 injected from the external mixing type atomizer (liquid fuel injection valve 9) is a surrounding passage wall, for example, gas-liquid mixing injection hole 12, inner peripheral surface 134 and outer peripheral surface 135 of the guide 131, fine particles. Atomization and gas-liquid mixing are promoted without being constrained by the inner wall surface 150 of the atomizer base member 102, the diaphragm 17 and the inner wall surface (inner peripheral surface) of the heater 70, and the like. That is, the atomization and gas-liquid mixing of the fuel spray 6 are promoted without contacting the surrounding passage walls.
[0058]
The external mixing type atomizer in this embodiment is configured by fitting the liquid fuel injection valve 9, the injection valve holder 120, and the gas-liquid mixing injection nozzle 130 concentrically with the atomizer base member 102. Can improve productivity.
[0059]
Liquid fuel injection valve 9, atomization gas passage 7, gas-liquid mixing injection hole 12, carrier gas passage 8, inner peripheral surface 134 and outer peripheral surface 135 of guide 131, inner wall surface 150 of atomizer base member 102, throttle 17 and The inner wall surface (inner circumferential surface) of the heater 70 is disposed on the coaxial line.
[0060]
As described above, the atomizing means of the liquid fuel injection valve 9 includes a fuel passage that gives a velocity component in the axial direction (the central axis direction or the injection direction of the liquid fuel injection hole) and the tangential direction to the fuel spray 6 to be injected. It is realized by.
[0061]
The position of the passage wall surface surrounding the fuel spray 6 downstream of the liquid fuel injection hole of the liquid fuel injection valve 9 and the injection angle of the fuel spray 6 are set so as to form an interval between the passage wall surface and the outer edge of the fuel spray 6. is doing. The passage wall surface includes, for example, a downstream portion of the gas-liquid mixing injection hole 12 in the gas-liquid mixing injection nozzle 130, an inner peripheral surface 134 of the guide 131, an inner wall surface 150 of the atomizer base member 102, an inner wall surface of the throttle 17, and a heater. 70 inner wall surfaces and the like.
[0062]
From another viewpoint, the passage cross section (diameter) of the fuel spray 6 from the outlet (downstream end) of the atomizing gas passage 7 to the outlet (downstream end) of the carrier gas passage 8 is the atomizing gas passage 7. That is, it is formed larger than the passage cross section (diameter) of the fuel spray 6 at the annular outlet opening. Alternatively, the passage cross section (diameter) of the fuel spray 6 from the outlet (downstream end) of the atomizing gas passage 7 to the outlet (downstream end) of the carrier gas passage 8 may be configured to increase toward the downstream side.
[0063]
Further, this state may be regarded as a state in which an air layer is formed outside the outer edge of the fuel spray 6. This air layer is a layer in which the spray concentration is much thinner than the inside of the edge regarded as the outer edge of the fuel spray 6. Note that due to the effects of the atomized air 10a and the carrier air 10b, the injection angle of the fuel spray 6 may be smaller than the injection angle of the fuel injection valve 9 alone or in part. Therefore, the effects of the atomized air 10a and the carrier air 10b should be taken into consideration for the setting of the injection angle, the above-described holes, and the respective inner wall surfaces.
[0064]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the carrier gas passage 8 is provided with a carrier gas swirling member 200 for turning the carrier air 10b. As shown in FIG. 3, the carrier gas swirling member 200 includes a cylindrical portion 201 formed in a cylindrical shape and a plurality of fins 202 formed integrally with the cylindrical portion 201. The fin 202 is formed at a height t from the inner peripheral surface 204 of the cylindrical portion 201 in the inner peripheral direction, and is formed in a spiral shape in the axial direction along the inner peripheral surface 204 of the cylindrical portion 201. In FIG. 3, the outer wall surface 135 of the guide 131 of the gas-liquid mixing injection nozzle 130 is in contact with the portion indicated by the broken line 206, and the shaft is defined by the outer wall surface 135 of the guide 131, the fins 202, A spiral carrier gas passage 203 is formed in the direction. The carrier gas swirling member 200 is fixed by bringing its outer peripheral surface 205 into contact with the inner wall surface 150 of the atomizer base member 102. The number of fins 202 may be one as long as a sufficient turning force can be applied to the carrier air 10b.
[0065]
The carrier air 10b that has flowed into the carrier gas passage 203 passes through the carrier gas passage 203 and is given a turning force. The carrier air 10b swirls to form a vortex. The fuel spray 6 is conveyed while being constrained by the carrier air 10b supplied into the mixture generation chamber 140 along the inner wall surface 150 of the atomizer base member 102 while swirling. It is possible to reduce the amount of adhesion to the throttle 17 and the intake pipe inner wall surface by concentrating on the center (center) portion.
[0066]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the atomization gas passage member 7 is provided in the atomization gas passage 7 for applying rotation to the atomization air 10 a. As shown in FIG. 4, the atomized gas swirling member 22 is disposed on the surface of the atomized gas passage 7 facing the tip surface 24 a of the liquid injection nozzle 24 of the liquid fuel injection valve 9. The end surface 24a and the end surface 221 of the atomized gas swirling member 22 are in contact with each other. A circular hole 23 through which the fuel spray 6 and the atomized air 10a pass passes through the center of the atomized gas swirling member 22. In addition, the surface 221 of the atomized gas swirling member 22 is provided with a plurality of grooves 251 from which the atomized air 10 a is directed to the hole 23 from the outer periphery of the atomized gas swirling member 22. The direction of these grooves 251 is formed so as to be oriented in the direction eccentric from the central axis of the hole 23. In this embodiment, four grooves 251 are formed. A swirling passage 25 is formed by bringing the tip end surface 24a of the liquid injection nozzle 24 of the liquid fuel injection valve 9 into contact with a part of the vicinity of the hole 23 of the groove 251, and the swirling atomized air 10a is supplied to the hole 23. Configure as you can. A circle indicated by a broken line in FIG. 4A indicates a positional relationship in which the atomized gas swirling member 22 and the tip end surface 24a of the liquid injection nozzle 24 of the fuel injection valve 9 are in contact with each other.
[0067]
The atomized air 10 a passes from the atomized gas passage 7 through the swirl passage 25 formed by the groove 251 of the atomized gas swirling member 22. Since the atomized air 10a collides (combines) with the fuel spray 6 so as to be eccentric and swirl, the action of promoting atomization and gas-liquid mixing of the fuel spray 6 can be enhanced.
[0068]
The upstream revolving liquid fuel injection valve 9 that injects fuel while swirling is injected so that the fuel spray 6 itself revolves. In order to increase the atomization of the fuel spray 6 swirling and the promotion of gas-liquid mixing in this way, the atomized gas is ejected so as to spout the atomized air 10a swirling in the direction opposite to the swirling direction of the fuel spray 6. By configuring the swirl passage 25 of the swirl member 22, the atomized air 10 a may collide with the fuel spray 6 while swirling in the direction opposite to the swirl direction of the fuel spray 6.
[0069]
As shown in FIG. 2, the carrier air 10b may be configured to be blown into the intake manifold 3 from the position and direction of the arrow 10b ′ or 10b ″. In order to introduce into the intake manifold 3, the intake bypass pipe 5b is connected to the side wall 3a of the intake manifold 3 from the direction crossing the passage wall surface of the intake pipe 5 toward the intake pipe 5. Also, the arrow 10b " Thus, in order to introduce the carrier air 10b into the intake manifold 3, the intake bypass pipe 5 b is connected to the surface 3 b of the intake manifold 3 facing the fuel spray 6 in the injection direction of the fuel spray 6. The carrier air 10b ′, 10b ″ does not necessarily have to be introduced perpendicularly or parallel to the surface 3a, 3b of the fuel spray 6 or the intake manifold 3; The intake bypass pipe 5b may be communicated with the intake manifold 3 so as to merge with the fuel spray 6 at an angle.
[0070]
The carrier air 10b ′, 10b ″ is opposed to the fuel spray 6 from the front or is supplied from a direction with a predetermined angle, whereby the fuel spray 6 and the carrier air 10b ′, 10b ″ are The relative velocity of the collision can be increased, and the carrier air 10b ′, 10b ″ can be actively used for atomization of the fuel spray 6 and promotion of gas-liquid mixing. Also, the carrier air 10b ′, 10b. ”Is supplied to the collective intake pipe 3, it is possible to reduce the fuel spray 6 from adhering to the wall surface of the collective intake pipe 3.
[0071]
Next, the relationship between the average particle diameter of the fuel spray 6 supplied from the fuel supply apparatus 100 to the internal combustion engine 1 and the amount of atomized air 10a will be described with reference to FIG.
[0072]
In the figure, the vertical axis indicates the average particle diameter of the fuel spray 6 and indicates the average particle diameter at a position 60 mm downstream from the liquid injection hole of the fuel injection valve 9 in the injection direction. The horizontal axis represents the gas-liquid volume flow rate ratio, which is the volume flow rate ratio between the amount of fuel atomized (Ql) injected from the fuel injection valve 9 and the amount (Qa) of atomized air 10a passing through the gas-liquid mixture injection holes 12. (Qa / Ql) is shown. In the figure, the solid line shows the relationship between the average particle diameter and the gas-liquid volume flow rate ratio (Qa / Ql) in the intake pipe pressure during idling operation of the internal combustion engine 1. Here, the amount of the atomized air 10a is controlled by changing the area of the gas-liquid mixed injection hole 12 through which the atomized air 10a passes when the pressure in the intake pipe is constant. Further, in the figure, the solid line indicates that the amount of atomized fuel injected from the fuel injection valve 9 is constant and only the amount of atomized air 10a is changed.
[0073]
The average particle size of the fuel spray 6 is increased by increasing the gas-liquid volume flow rate ratio, that is, by increasing the amount of atomized air 10a, and thereafter during a predetermined flow rate ratio (Qa / Ql = about 700 to 2000), The average particle size is about 10 μm, and if the flow rate ratio is increased further, the average particle size tends to increase. This tends to be caused by the flow rate and flow rate ratio between the fuel spray 6 and the atomized air 10a passing through the gas-liquid mixing injection hole 12 and the supply positional relationship between the fuel spray 6 and the atomized air 10a. .
[0074]
From this result, in this embodiment, the region where the average particle size is the smallest and the gas-liquid volume flow rate ratio indicated by a circle surrounded by a broken line as small as possible is 1000 is adopted. Thereby, the amount of atomized air 10a can be reduced while ensuring the average particle size of the fuel spray 6 to about 10 μm. Accordingly, since more carrier air 10b passing through the carrier gas passage 8 can be secured, the carrier ability for the fuel spray 6 can be improved, and therefore the amount of adhesion to the inner wall surface of the intake pipe can be reduced. it can.
[0075]
According to SAE 99010792 “An Internally Heated Tip Injector to Reduce HC Emissions During Cold-Start”, if the particle size of the fuel spray is about 20 μm, the fuel spray can be carried on the air flow in the intake pipe and conveyed to the combustion chamber. it can. In this embodiment, even if the flow rate ratio is about Qa / Ql = 250 to 2750, the average particle size is about 20 μm or less, and about 30 to 40% of the particle size is 20 μm or less in the fuel spray is burned. It can be conveyed to the chamber, and the amount of adhesion to the inner surface of the intake pipe can be sufficiently reduced. The fuel spray that does not ride on the airflow in the intake pipe passes through the heater 70 or collides with the heater 70 to further promote atomization and vaporization, thereby reducing adhesion to the inner wall surface of the intake pipe. .
[0076]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, an exhaust gas recirculation (EGR) gas is used as a carrier gas for gas-liquid mixing and transporting the atomized gas and atomized fuel spray for promoting atomization of the fuel spray. This is the configuration to use.
[0077]
In the second embodiment, the EGR gas 27 that is a part of the exhaust gas 26 discharged from the internal combustion engine 1 is supplied to the atomized gas passage 7 and the carrier gas passage 8 by the exhaust bypass pipe 30, and the atomized EGR gas is supplied. 27a and the transport EGR gas 27b. For this purpose, the inlet side (upstream end) of the exhaust bypass pipe 30 is communicated with the exhaust manifold 48, and the outlet side (downstream end) of the exhaust bypass pipe 30 is connected via the ISC valve 73 and the pressure regulation chamber 101. The atomized gas passage 7 and the carrier gas passage 8 are communicated with each other.
[0078]
Next, airflow will be described. The EGR gas 27a supplied from the exhaust manifold 48 to the atomization gas passage 102a and the carrier gas passage 102b of the atomizer base member 102 through the exhaust bypass pipe 30, the ISC valve 73, and the pressure regulating chamber 101 is added by the exhaust pressure. It will flow under pressure. That is, as the internal combustion engine 1 is operated, the intake manifold 47 side becomes negative pressure and the exhaust manifold 48 side becomes positive pressure, so the pressurized EGR gas 27 is supplied to both the gas passages 102a and 102b. It will be.
[0079]
Other configurations such as the atomization gas passage 7 and the carrier gas passage 8 are the same as those in the first embodiment described above, and therefore, the same reference numerals are assigned and redundant description is omitted.
[0080]
Since the EGR gas 27 is a gas immediately after exhaust, it has a higher temperature and pressure than the intake air sucked from the outside. The heat and pressure of the EGR gas 27 work effectively for promoting atomization and vaporization of the fuel spray 6 injected from the second liquid fuel injection valve 9.
[0081]
In this embodiment, the intake air 10 supplied to the internal combustion engine 1 is controlled by opening / closing control of the throttle valve 4. The upstream and downstream of the throttle valve 4 are connected by a bypass pipe, and an ISC valve is connected to the bypass pipe. It can also be realized by arranging and controlling.
[0082]
In this embodiment, the EGR gas 27 is supplied to the atomizing gas passage 7 and the carrier gas passage 8. However, the EGR gas 27 is supplied to the carrier gas passage 8 and a part of the intake air 10 is atomized. A piping configuration for supplying the gasified gas passage 7 or a piping configuration for supplying the EGR gas 27 to the atomized gas passage 7 and supplying a part of the intake air 10 to the carrier gas passage 8 may be used.
[0083]
According to this embodiment, atomization and vaporization of the fuel spray 6 can be promoted using the high-temperature, high-pressure EGR gas 27, and the burden on the heater 70 can be further reduced.
[0084]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0085]
FIG. 7 shows an electronically controlled throttle body 300 incorporating the throttle valve 4, an intake manifold 3 positioned upstream of the intake manifold 47, and a fuel supply device disposed between the intake passage 303 and the intake passage 303. 1 is an external perspective view showing the configuration of 100. FIG. 8 shows the electronic control throttle body 300, the intake passage 303, the intake manifold 3, and the intake manifold 47 in FIG. 7 that are substantially centered along the intake passage 5 and are disposed in the electronic control throttle valve body 300. It is sectional drawing cut | disconnected along the surface perpendicular | vertical with respect to the throttle valve shaft 4a.
[0086]
The intake manifold 47 includes a fuel injection valve mounting portion 2a for installing the first liquid fuel injection valve 2 for each cylinder.
[0087]
The intake passage 5 in the electronically controlled throttle body 300 and the intake manifold 3 are communicated by an intake passage 304 in the intake passage portion 303. Further, the fuel supply device 100 is connected to the intake passage 304 of the intake passage portion 303, and the air-fuel mixture 10e generated by the fuel spray injected from the second liquid fuel injection valve 9 installed in the fuel supply device 100 is obtained. Communication is performed so as to supply the air into the intake passage 304 in the intake passage portion 303. The air-fuel mixture 10e supplied to the intake passage 304 flows into the intake manifold 3 downstream thereof, and then passes through the intake manifold 47 to be efficiently supplied as the air-fuel mixture 10f (intake air and fuel) into each combustion chamber. Is done.
[0088]
In the third embodiment, the injection direction of the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 in the fuel supply device 100 is substantially the same as the axial flow direction of the intake passage 5 in the electronically controlled throttle body 300. Although the configuration is a right angle, the axial flow direction of the intake passage 5 and the injection direction of the fuel spray injected from the liquid fuel injection valve 9 in the fuel supply device 100 may be the same.
[0089]
The electronically controlled throttle body 300 includes a throttle valve 4 for controlling a desired intake air amount in accordance with the operating state of the internal combustion engine 1. That is, the intake air amount is controlled by the opening of the throttle valve 4. Further, a drive motor 301 for controlling the opening degree by driving the throttle valve 4, a drive mechanism for transmitting the power of the drive motor 301 into the cover 302 with a built-in throttle valve drive mechanism, and the throttle valve 4 A throttle positioning sensor 52 for detecting the opening is incorporated.
[0090]
The intake bypass pipe 5c of the fuel supply device 100 is communicated with the intake passage 5 upstream of the throttle valve 4 in the electronically controlled throttle body 300 through a bypass passage (not shown), and part of the intake air 10 is taken into the intake bypass. It is the structure supplied to the pipe | tube 5c.
[0091]
In the bypass pipe that connects the intake passage 5 upstream of the throttle valve 4 and the intake bypass pipe 5c, when the air flow rate is controlled precisely or when air is not supplied to the intake bypass pipe 5c. It is preferable to provide an air control valve for controlling the air flow rate.
[0092]
FIG. 9 is a longitudinal side view of the atomizing device portion of the fuel supply device 100 shown in FIGS. 7 and 8 cut along the injection direction of the fuel spray 6 injected from the liquid fuel injection valve 9.
[0093]
The intake bypass pipe 5c communicates with a pressure regulating chamber 101d formed in the atomizer base member 102d. The pressure regulating chamber 101d communicates with the inner wall surface 150b of the atomizer base member 102d, and the carrier gas passage 8 is an annular gap formed between a part of the inner wall surface 150b and the outer wall surface of the gas-liquid mixing nozzle 130b. Communicate with. The carrier gas passage 8 communicates with the mixture generation chamber 140 downstream of the atomizer base member 102d via the carrier gas metering unit 8a.
[0094]
Further, the side wall surface of the gas-liquid mixing / injecting nozzle 130 b has at least one or more nozzle passages 103 that are openings, and the inner and outer wall surfaces of the gas-liquid mixing / injecting nozzle 130 b are communicated with each other through the nozzle passage 103. The atomized gas passage 7 that is an annular gap is formed by the inner wall surface of the gas-liquid mixing injection nozzle 130b, the outer peripheral portion of the liquid fuel injection valve 9, and the front end surface of the liquid injection nozzle. The atomizing gas passage 7 communicates with a gas-liquid mixing injection hole 12 located downstream in the injection direction of the liquid fuel injection valve 9, and this gas-liquid mixing injection hole 12 is an air-fuel mixture downstream of the atomizing device base member 102c. Open to the generation chamber 140.
[0095]
The downstream side of the air-fuel mixture generation chamber 140 communicates with the intake passage 304 in the intake passage portion 303 on the downstream side of the throttle valve 4.
[0096]
A plurality of plate-shaped heaters (PTC heaters) are disposed in the heater portion 72 that is disposed on the downstream side of the atomizer base member 102c of the fuel supply device 100 and constitutes a part of the outer peripheral wall of the mixture generation chamber 140. ) 70a is disposed in a cylindrical shape so as to surround the outer edge of the fuel spray 6 along the inner wall surface. In addition, a plate-like heater 70b is disposed at a predetermined angle with respect to the injection axis direction of the fuel spray 6 in the downstream portion of the air-fuel mixture generation chamber 140, thereby efficiently vaporizing the fuel spray 6 The air-fuel mixture 10e is generated and guided into the intake passage 304 downstream of the throttle valve 4.
[0097]
In such a fuel supply device 100, the intake air 10d that is diverted from the intake air 10 upstream of the throttle valve 4 flows into the intake bypass pipe 5c through the bypass pipe (not shown), and flows into the pressure regulating chamber 101d. . Then, a part of the intake air 10d flowing into the pressure regulating chamber 101d is transferred to the transfer gas passage 8 constituted by a part of the inner wall surface 150b of the atomizer base member 102d and the outer wall surface of the gas-liquid mixing injection nozzle 130b. The fuel spray 6 injected from the liquid fuel injection valve 9 is supplied into the air-fuel mixture generation chamber 140 so as to wrap.
[0098]
On the other hand, the remainder of the intake air 10d that has flowed into the pressure regulating chamber 101d is atomized air 10a into the atomized gas passage 8 constituted by the inner wall surface of the gas-liquid mixing injection nozzle 130b, the outer peripheral portion and the tip of the liquid fuel injection valve 9. And the fuel spray 6 injected from the liquid fuel injection valve 9 is supplied (impacted) more efficiently than the entire circumference, and then passed through the gas-liquid mixing injection hole 12 and positioned downstream thereof. The mixture is supplied into the gas mixture generation chamber 140.
[0099]
With these configurations, the atomized air 10a and the carrier air 10b, the fuel spray 6 injected from the fuel injection valve 9 promotes atomization efficiently and is conveyed. Further, since the heater 70a is located in a cylindrical shape along the outer edge of the fuel spray 6 when passing through the air-fuel mixture generation chamber 140, the coarse particles outside the fuel spray 6 are efficiently atomized and vaporized. At the same time, droplets containing coarse particles that are difficult to atomize and transport by the atomized air 10a and the carrier air 10b can collide with the heater 70a to promote vaporization. Further, the heater 70 b disposed at a predetermined angle in the injection direction of the fuel spray 6 injected from the fuel injection valve 9 can change the traveling direction of the fuel spray 6, and the air-fuel mixture generated by the fuel spray 6. 10e can be efficiently supplied into the intake passage 304 on the downstream side of the throttle valve 4. Therefore, the air can be efficiently transferred to the intake manifold 47 and further to the respective combustion chambers (not shown) through the intake manifold 3 on the downstream side.
[0100]
Next, effects common to the above-described embodiments will be described with reference to FIG.
[0101]
In FIG. 10, (a) shows the ignition timing on the vertical axis and the particle size of the fuel spray supplied from the fuel supply device 100 on the horizontal axis. (B) shows the catalyst temperature on the vertical axis and the time on the horizontal axis. In the figure, the thin line represents the relationship between the catalyst temperature and the time when the internal combustion engine ignition timing is normal, and the thick line represents the retarded internal combustion engine ignition timing. It shows the relationship between catalyst temperature and time. (C) shows the total HC emission amount on the vertical axis, and the time on the horizontal axis. In the figure, the thin line represents the relationship between the HC total emission amount and time when the internal combustion engine ignition timing is normal, and the thick line represents the internal combustion engine. Represents the relationship between the total HC emission amount and time when the ignition timing of the retard is retarded.
[0102]
The entire circumference of the fuel spray 6 in which the intake air 10a or the EGR gas 27 is controlled by controlling the ISC valve 73 at a low temperature or normal temperature start, and a part of the atomized air 10a and the atomized EGR gas 27a is injected from the fuel injection valve 9 By causing the fuel sprays 6 to collide with each other, the atomization of the fuel spray 6 and the promotion of gas-liquid mixing are promoted, and then the fuel spray 6 is transported in order to suppress the adhesion of the fuel spray 6 to the inner surface of the intake pipe. By forming the flow of the carrier air 10b or the carrier EGR gas 27b and providing the heater 70 downstream thereof, atomization, gasification and vaporization are promoted, and the amount of adhesion to the wall surface can be reduced. it can.
[0103]
This is because the atomization of the fuel spray 6 can increase the surface area per mass of the fuel so that vaporization can be accelerated, and the followability to the air flow in the intake manifold 47 can be improved, and the atomized fuel can be improved. This is because the amount of fuel adhering to the inner wall surface of the intake pipe is reduced by forming the flow for transporting the spray 6. By reducing the amount of wall surface adhesion, the exhaust purification can be improved as well as the startability and fuel consumption of the internal combustion engine 1 can be improved.
[0104]
Further, by promoting atomization, gas-liquid mixing and vaporization of the fuel spray 6 supplied to the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 10A, the ignition of the internal combustion engine 1 while maintaining the stability of combustion. The time can be delayed.
[0105]
By delaying (retarding) the ignition timing more than usual, high-temperature exhaust gas that does not perform expansion work can be generated, and as shown in FIG. 10B, the temperature of the catalyst of the three-way catalytic converter 51 is increased early. Can be heated to high temperatures. In the figure, the dotted line on the horizontal axis indicates the catalyst activation temperature, and it is possible to reach the catalyst activation temperature in a short time by increasing the catalyst temperature at an early stage.
[0106]
Due to the early activation of the catalyst of the three-way catalytic converter 51, as shown in the graph of FIG. 10 (c), the total HC emission amount is markedly reduced when the internal combustion engine 1 is started as compared with the case where the ignition timing is normal. can do. Note that not only HC but also NOx and CO can be reduced by the early warm-up of the three-way catalytic converter 51.
[0107]
As described above, by promoting atomization, gas-liquid mixing and vaporization of the fuel spray 6 injected from the fuel injection valve 9, the amount of adhesion to the inner wall surface of the intake pipe is reduced, and the internal combustion engine 1 can be started at low temperatures and at normal temperatures. Improvements in fuel consumption, fuel consumption, and exhaust purification can be realized.
[0108]
In each of the above-described embodiments, the configuration using the heater 70 has been described. However, if the atomization, gas-liquid mixing, and vaporization by the atomized gas and the carrier gas are sufficient, the heater 70 may be omitted. It is possible to implement.
[0109]
In each of the above-described embodiments, a so-called port injection engine in which the first liquid fuel injection valve 2 for injecting fuel into each cylinder is provided in the intake manifold 47 has been described as an example. The same effect can be obtained even when applied to a so-called in-cylinder injection engine that directly injects.
[0110]
【The invention's effect】
According to the present invention, The carrier air guided to the guide and supplied to the outside of the downstream part of the fuel spray conveys the fuel spray injected from the liquid fuel injection valve downstream from the outer periphery, thereby conveying the fuel spray downstream. Since atomization of fuel spray and gas-liquid mixing can be promoted to reduce the amount of wall surface adhesion, not only the startability and fuel consumption of the internal combustion engine can be improved, but also exhaust purification can be improved. In addition, since the heater is used in an auxiliary manner, the burden on the heater is reduced, electric energy consumed by the heater can be reduced, and in some cases, the heater can be made unnecessary. Further, by reducing the electric energy consumed by the heater, the reliability and durability of the heater can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an internal combustion engine equipped with a fuel supply device of the present invention.
2 is an enlarged vertical side view of the fuel supply device shown in FIG. 1. FIG.
3 is a view (b) of the carrier gas swirling member in the fuel supply apparatus shown in FIG. 2 as viewed from the air flow direction, and a cross-sectional view taken along the line AA in (b).
4 is a diagram (a) viewed from the fuel injection direction of the atomized gas swirl member in the fuel supply device shown in FIG. 2, and a cross-sectional view taken along line AA in (a).
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the gas-liquid volume flow rate ratio and the average particle diameter of fuel spray when the pressure in the intake pipe is kept constant.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a second embodiment of an internal combustion engine equipped with the fuel supply device of the present invention.
FIG. 7 is an external perspective view showing a third embodiment of an internal combustion engine equipped with the fuel supply device of the present invention.
8 is a longitudinal sectional view of the fuel supply device shown in FIG.
9 is a longitudinal side view of a part of the atomization device in the fuel supply device shown in FIG. 7. FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining the influence of atomization of fuel spray on exhaust purification.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... 1st liquid fuel injection valve, 3 ... Intake collecting pipe, 4 ... Throttle valve, 5 ... Intake pipe, 5a, 5b ... Intake bypass pipe, 6 ... Fuel spray, 7 ... Atomization gas passage , 8 ... carrier gas passage, 9 ... second liquid fuel injection valve, 10 ... intake air, 10a ... atomized air, 10b ... carrier air, 11 ... air flow sensor, 12 ... gas-liquid mixing injection hole, 17 ... throttle, 22 ... atomizing gas swirling member, 23 ... hole, 24 ... liquid injection nozzle, 24a ... tip surface, 25 ... swirling passage, 26 ... exhaust, 27 ... EGR gas, 27a ... atomized EGR gas, 27b ... transport EGR gas, 30 ... Bypass pipe, 40 ... Fuel tank, 41 ... Fuel, 42 ... Fuel pump, 43 ... Filter, 44 ... Intake valve, 45 ... Pressure regulator, 46 ... Air cleaner, 47 ... Intake manifold, 48 ... Exhaust manifold 50 ... oxygen concentration sensor, 51 ... three-way catalytic converter, 52 ... throttle sensor, 53 ... spark plug, 54 ... combustion chamber, 55 ... intake hole, 56 ... water temperature sensor, 57 ... ECU, 58 ... exhaust valve, 59 ... Exhaust hole, 70, 70a, 70b ... Heater, 73 ... ISC valve, 100 ... Fuel supply device, 101a, 101b ... Pressure regulation chamber, 102 ... Atomizer base member, 102a ... Atomizer gas passage, 102b ... Carrier gas Passage, 102c ... Fuel injection valve fitting hole, 103 ... Nozzle passage, 120 ... Injection valve holder, 121, 132, 135 ... Outer wall surface, 130 ... Gas-liquid mixed injection nozzle, 131 ... Guide, 133, 134, 150 ... Inside Wall surface, 140 ... mixture generation chamber, 200 ... carrier gas swiveling member, 201 ... cylindrical portion, 202 ... fin, 203 ... carrier gas passage, 204 ... inner peripheral surface, 205 The outer circumferential surface, 221 ... surface, 251 ... groove.

Claims (10)

液体燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧に気体を作用させて微粒化する燃料微粒化装置を備え、微粒化した燃料噴霧をスロットルバルブを備えた吸気管における前記スロットルバルブの下流側に供給する燃料供給装置において、
前記燃料微粒化装置は、燃料噴射弁の液体燃料噴射孔の周囲に開口して該液体燃料噴射孔から噴射された燃料噴霧に作用して微粒化を促進する微粒化気体を噴射する第1の気体通路と、前記微粒化気体によって微粒化が促進された燃料噴霧を周囲から包囲するように該燃料噴霧に搬送気体を噴射して混合気を生成する第2の気体通路と、前記混合気の搬送通路の周囲に位置するように設置したヒータを備え
前記第2の気体通路は、前記燃料噴射弁の液体燃料噴射孔の中心を通り燃料噴射方向に仮想される中心軸の周りに前記燃料噴霧の噴射方向を向く環状の開口を該燃料噴霧の下流部の外側に形成するように該燃料噴霧の外周を覆うように下流に向かって伸びる筒状のガイドの外側に形成される気体通路であることを特徴とする燃料供給装置。
A fuel supply comprising a fuel atomization device for atomizing a fuel spray injected from a liquid fuel injection valve by applying gas to the fuel spray, and supplying the atomized fuel spray downstream of the throttle valve in an intake pipe having a throttle valve In the device
The fuel atomization device is configured to inject first atomized gas that opens around the liquid fuel injection hole of the fuel injection valve and acts on the fuel spray injected from the liquid fuel injection hole to promote atomization. A gas passage, a second gas passage for injecting a carrier gas into the fuel spray so as to surround the fuel spray whose atomization is promoted by the atomized gas, and generating an air-fuel mixture; It is equipped with a heater installed so as to be located around the transport path ,
The second gas passage has an annular opening that faces the injection direction of the fuel spray around a central axis that passes through the center of the liquid fuel injection hole of the fuel injection valve and is hypothesized in the fuel injection direction. A fuel supply device comprising a gas passage formed outside a cylindrical guide extending downstream so as to cover the outer periphery of the fuel spray so as to be formed outside the portion .
請求項1において、前記燃料噴霧の平均粒径を20μm以下としたことを特徴とする燃料供給装置。  2. The fuel supply apparatus according to claim 1, wherein an average particle size of the fuel spray is 20 [mu] m or less. 請求項1において、前記燃料微粒化装置は、噴射燃料の量Qlと微粒化気体の量Qaとの比であるQa/Qlを250〜2750としたことを特徴とする燃料供給装置。  2. The fuel supply device according to claim 1, wherein the fuel atomization device has a ratio Qa / Ql of 250 to 2750, which is a ratio of the amount Ql of injected fuel and the amount Qa of atomized gas. 請求項1〜3の1項において、前記燃料微粒化装置における液体燃料噴射弁は、噴射する燃料に軸方向および接線方向の速度成分を付与する燃料通路を備えたことを特徴とする燃料供給装置。  4. The fuel supply device according to claim 1, wherein the liquid fuel injection valve in the fuel atomization device includes a fuel passage for imparting axial and tangential velocity components to the fuel to be injected. . 請求項4において、前記第1の気体通路は、前記燃料噴射弁の先端面を通路壁の一部として形成したことを特徴とする燃料供給装置。  5. The fuel supply device according to claim 4, wherein the first gas passage is formed with a tip end surface of the fuel injection valve as a part of a passage wall. 請求項1〜5において、前記第1の気体通路は、前記燃料噴射弁の液体燃料噴射孔の中心を通り燃料噴射方向に仮想される中心軸の周りに環状に開口して該液体燃料噴射孔に向けて前記中心軸を横切る方向に気体を流す気体通路であることを特徴とする燃料供給装置。6. The liquid fuel injection hole according to claim 1, wherein the first gas passage opens annularly around a central axis that passes through the center of the liquid fuel injection hole of the fuel injection valve and is hypothesized in the fuel injection direction. the fuel supply system, characterized in that the gas passage flowing gas in a direction transverse to said central axis toward the. 請求項1〜6の1項において、前記第2の気体通路を流れる搬送気体の流量は前記第1の気体通路を流れる微粒化気体の流量よりも多くしたことを特徴とする燃料供給装置。  7. The fuel supply apparatus according to claim 1, wherein the flow rate of the carrier gas flowing through the second gas passage is greater than the flow rate of the atomized gas flowing through the first gas passage. 請求項1〜7の1項において、前記第1の気体通路と前記第2の気体通路とは、上流側端部がスロットルバルブの上流側の吸気管から分岐した1つの気体通路として共通に構成し、下流側で2つの通路に分岐して構成したことを特徴とする燃料供給装置。  8. The first gas passage and the second gas passage according to claim 1, wherein the first gas passage and the second gas passage are configured in common as one gas passage whose upstream end is branched from the intake pipe on the upstream side of the throttle valve. And a fuel supply device that is branched into two passages on the downstream side. 請求項1〜7の1項において、前記第1の気体通路と前記第2の気体通路のうち、少なくとも一方の気体通路の上流側端部を内燃機関の排気管に接続したことを特徴とする燃料供給装置。  8. The method according to claim 1, wherein an upstream end of at least one of the first gas passage and the second gas passage is connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine. Fuel supply device. 請求項1〜9に記載した燃料供給装置を備えたことを特徴とする内燃機関。  An internal combustion engine comprising the fuel supply device according to claim 1.
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