JP4048032B2 - 燃料供給装置およびこれを搭載した内燃機関 - Google Patents

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き、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。

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。

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