JP2010265868A - 内燃機関の燃料加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アルコール含有燃料を使用する内燃機関において、低温始動時に燃料を加熱する装置を、構造やシステムの複雑化を伴わずに実現する。
【解決手段】 燃料タンクTに貯留されるアルコール含有燃料の供給経路となるデリバリパイプ1と、燃料噴射用のインジェクタIとを、インジェクタIに近接して配置した所定容積の扁平管形状を有する燃料加熱パイプ2a、2bを介して接続する。燃料加熱パイプ2a、2bの扁平面に、インジェクタIおよびデリバリパイプ1との接続部となる連結パイプ1a、1b、取付けパイプ21a、21b、22a、22b連結パイプ1a、1bを設け、これらを中心とする渦巻き状の誘導加熱コイル5を配設して、高周波電源から高周波電流を供給し、誘導加熱により燃料を加熱する。
【選択図】 図1
【解決手段】 燃料タンクTに貯留されるアルコール含有燃料の供給経路となるデリバリパイプ1と、燃料噴射用のインジェクタIとを、インジェクタIに近接して配置した所定容積の扁平管形状を有する燃料加熱パイプ2a、2bを介して接続する。燃料加熱パイプ2a、2bの扁平面に、インジェクタIおよびデリバリパイプ1との接続部となる連結パイプ1a、1b、取付けパイプ21a、21b、22a、22b連結パイプ1a、1bを設け、これらを中心とする渦巻き状の誘導加熱コイル5を配設して、高周波電源から高周波電流を供給し、誘導加熱により燃料を加熱する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、アルコール含有燃料を使用する内燃機関に用いられ、特にアルコール含有量の多い燃料を加熱して噴射装置に供給し、低温始動させる低温時始動システムに有効な燃料加熱装置に関するものである。
石油代替燃料として、近年、アルコール含有燃料が注目されている。エタノール等のアルコールは、ガソリンとは燃料としての特性が大きく異なることから、アルコール燃料とガソリンとを混合した混合燃料、特にアルコールを主体とする燃料を使用する場合には、燃料性状に適した制御を実施してエンジンの運転効率を高める必要がある。
アルコール含有燃料を用いたエンジンの課題の1つに、低温環境下での始動性の改善が挙げられる。アルコール燃料はガソリンより低沸点成分が少ないために、エンジンが暖機されていない状態では霧化しにくい。このため極寒地での使用に際して、始動に時間がかかる不具合があった。
そこで、特許文献1には、アルコール含有燃料を供給する経路に燃料加熱手段を設けて、エンジンの状況に応じて加熱手段を作動させ、アルコール濃度が高いほど作動頻度を増加させる制御を行うことが開示されている。加熱手段は、例えば、インジェクタの先端に嵌め込まれた筒状のPTCヒータであり、電源から供給される電力は、通電量調節手段によりアルコール濃度に応じた所定の電流値に制御され、作動制御手段からの指示信号でPTCヒータに通電すると、インジェクタから噴射される燃料が加熱される。
また、特許文献2には、燃料性状が一定しない機関の始動性を改善する目的で、軽質燃料または重質燃料が充填される燃料タンクからインジェクタまでの燃料通路にヒータを配設し、燃料通路内の燃圧として検出される燃料性状に応じて、ヒータをオンオフするヒータ付燃料噴射装置が開示されている。ヒータは、電熱線、ニクロム線、リボンヒータ等よりなる電気ヒータであり、デリバリパイプへ至る燃料通路を囲繞するように配設されて、燃料通路内を流れる燃料を加熱するようになっている。
特許文献1の装置は、インジェクタにPTCヒータを組み込む構造であるため、多気筒機関では、インジェクタ毎にヒータを設置してそれぞれ電源に接続し、各ヒータの作動や通電量を制御することになる。また、燃料がインジェクタを通過するわずかな間に所定温度まで昇温させるには、大電力を投入しPTC表面温度を高温に保つ必要がある。PTC表面温度を高温に保つと局所的に核沸騰が生じ伝熱効率が大幅に低下する。これを解決するため、燃料噴射以前にヒータを予熱し、あるいは燃料が通過しない噴射間もヒータを一定温度に保持する必要があるため効率が悪い。
一方、特許文献2の装置は、ヒータがデリバリパイプ上流に設置されるので、加熱された燃料がインジェクタに到達するまでに噴射されるまでに時間がかかるため、始動時間が長くなる。また、ヒータで加熱された燃料は、デリバリパイプを経てインジェクタに供給される間に冷却されるため、冷却分を考慮した高電力のヒータが必要となる。高電力でヒータを作動させ燃料を加熱した場合は、燃料が炭化してインジェクタのシール不良が発生するおそれがある。
また、始動時にヒータより下流の燃料通路内にある燃料は、加熱されず噴射されることになり、始動できた場合に、未燃のまま燃焼室内に留まっていた燃料が大気中に排出される。さらに、未燃のまま燃焼室内に留まっていた燃料が燃焼室温度の上昇とともに蒸発するため始動後の空燃比制御ができず、排気エミッションの増大、始動不良を招くおそれがある。
そこで、本願発明の目的は、アルコール含有燃料を使用する内燃機関において、低温始動時に燃料を加熱する装置を、構造やシステムの複雑化を伴わずに実現することにある。そして、比較的小型かつ低電力な装置にて、始動時間を短縮することができ、排気エミッションを低減できる、経済性および信頼性の高い内燃機関の燃料加熱装置を提供することにある。
本願請求項1の発明は、内燃機関の燃料噴射装置に付設される燃料加熱装置であって、燃料タンクに貯留されるアルコール含有燃料の供給経路となるデリバリパイプと、燃料噴射用のインジェクタとを、該インジェクタに近接して配置した所定容積の扁平管形状を有する燃料加熱パイプを介して接続し、上記燃料加熱パイプの扁平面に、上記インジェクタおよび上記デリバリパイプとの接続部となる管状部を突設するとともに、少なくとも上記管状部周りの上記扁平面表面に、上記管状部を中心とする渦巻き状に誘導加熱コイルを配設し、該誘導加熱コイルに高周波電源を接続したことを特徴とする。
本願請求項2の発明では、上記燃料加熱パイプには、上記インジェクタまたは上記デリバリパイプが接続される上記管状部と対向する扁平面表面に、上記管状部周りに配設される上記誘導加熱コイルと略対称な渦巻き状に誘導加熱コイルを配設している。
本願請求項3の発明では、上記管状部周りの上記扁平面表面に配設される上記誘導加熱コイルと、上記管状部と対向する扁平面表面に配設される上記誘導加熱コイルとは、流れる電流の向きが同じになるようにコイルの巻き方向を設定している。
本願請求項4の発明では、上記燃料加熱パイプの同じ扁平面表面に隣接して配設される複数の上記誘導加熱コイルを有し、これら複数の上記誘導加熱コイルは、隣合う最外周のコイルに流れる電流の向きが同じになるように、コイルの巻き方向を設定している。
本願請求項5の発明では、上記燃料加熱パイプは磁性材料よりなり、その外表面に絶縁層が形成されている。
本願請求項6の発明では、上記燃料加熱パイプ内の燃料温度を直接または間接的に検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて上記高周波電源から上記誘導加熱コイルへ供給される高周波電流を制御する制御手段を設けている。
本願請求項7の発明では、上記管状部は磁性材料にて形成されており、該管状部の外周表面に絶縁層を形成するとともに、その表面を螺旋状に取り巻く誘導加熱コイルを配設している。
本願請求項8の発明では、上記燃料加熱パイプの扁平面表面および上記管状部の外周表面に配設される上記誘導加熱コイルは、連続する一続きのコイルにて構成されている。
本願請求項9の発明では、上記燃料加熱パイプの対向する扁平面の一方に、複数の上記インジェクタに接続する複数の上記管状部を設け、他方の扁平面には、上記デリバリパイプに接続する上記管状部を、上記インジェクタに接続する複数の上記管状部との距離が略等間隔となるように設けている。
本願請求項1の発明において、扁平形状の燃料加熱パイプに設置した誘導加熱コイルに高周波電源から高周波電流を供給すると、磁界が発生して燃料加熱パイプ全体が発熱する。この熱で内部を流通する燃料が加熱され、特に磁界が集中する管状部の温度が高くなるため、インジェクタへ流入する燃料を効果的に加熱することができる。よって、低温始動時にアルコール含有燃料を効率よく加熱し、比較的小型かつ低電力な装置にて、速やかな始動を可能にする。
本願請求項2の発明によれば、管状部周りおよびこれと対向する扁平面表面に誘導加熱コイルが配設されることによって、より効果的に磁界を発生させる。これにより、小型の装置で必要な熱を効率よく発生して短時間に燃料加熱パイプに流入する燃料を加熱することできる。
本願請求項3の発明によれば、対向する扁平面の対向位置に誘導加熱コイルを設け、電流が同じ方向に流れるようにしたので、発生する磁界が強められ、加熱効率をさらに向上させる効果が得られる。
本願請求項4の発明によれば、複数の誘導加熱コイルが隣接して配設される場合に、隣合う最外周のコイルに同じ方向に電流が流れるようにしたので、発生する磁界が強められ、加熱効率をさらに向上させる効果が得られる。
本願請求項5の発明によれば、上記燃料加熱パイプを透磁率の高い磁性材料にて構成し、その外表面に絶縁層を形成して誘導加熱コイルと所定のクリアランスを保つことで、効率よく誘導電流を流すことができる。
本願請求項6の発明によれば、温度検出手段により検出した燃料加熱パイプ内の燃料温度を基に、上記高周波電源を制御し、上記誘導加熱コイルへ高周波電流を流すことで、燃料を所定温度に加熱制御することができる。
本願請求項7の発明によれば、上記管状部を磁性材料にて形成し、絶縁層を介して誘導加熱コイルを配設することで、さらに効果的に燃料を加熱することができる。
本願請求項8の発明によれば、上記燃料加熱パイプの扁平面表面および上記管状部の外周表面に上記誘導加熱コイルを一続きのコイルとして設置することで、高周波電流を効率よく供給することができる。
本願請求項9の発明によれば、複数の上記インジェクタに接続する複数の上記管状部へ、上記デリバリパイプに接続する上記管状部からアルコール含有燃料を均等に加熱して供給することができる。
(第1実施形態)
図面に基づいて本発明を自動車内燃機関に適用した第1実施形態を説明する。図1(a)、(b)は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略図および要部断面図であり、図1(a)は図1(b)のI−I線断面図に相当する。図2は燃料加熱装置を付設した内燃機関の燃料噴射装置構成を示す概略図である。図2において、図示しない内燃機関は、燃料にアルコール含有燃料を使用する多気筒エンジン(ここでは4気筒)であり、各気筒に対応するインジェクタIから燃焼室内へ燃料を供給するようになっている。並列配設された4つのインジェクタIの直上には、一対の燃料加熱パイプ2a、2bを備える燃料加熱部2が設置され、その上方には、燃料タンクTに連通するメインデリバリパイプ1が配設されている。
図面に基づいて本発明を自動車内燃機関に適用した第1実施形態を説明する。図1(a)、(b)は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略図および要部断面図であり、図1(a)は図1(b)のI−I線断面図に相当する。図2は燃料加熱装置を付設した内燃機関の燃料噴射装置構成を示す概略図である。図2において、図示しない内燃機関は、燃料にアルコール含有燃料を使用する多気筒エンジン(ここでは4気筒)であり、各気筒に対応するインジェクタIから燃焼室内へ燃料を供給するようになっている。並列配設された4つのインジェクタIの直上には、一対の燃料加熱パイプ2a、2bを備える燃料加熱部2が設置され、その上方には、燃料タンクTに連通するメインデリバリパイプ1が配設されている。
燃料タンクTに貯留されるアルコール含有燃料は、メタノールやエタノール等のアルコールを主体とする燃料であり、アルコール100%燃料の他、ガソリンとアルコールを混合した混合燃料が使用される。混合燃料中のアルコール含有量は任意であるが、好適にはアルコールを85%以上の高濃度で含有する燃料に対して、本願発明を適用すると、特に効果的である。アルコール含有燃料は、石油代替燃料として需要増が見込まれ、従来のガソリン燃料より低沸点成分が少ないことと、気化潜熱が大きい、といった物性の違いに留意した取り扱いが要求される。
メインデリバリパイプ1は両端閉鎖の角筒体形状で、一方の端部側面(図の右端面)に燃料タンクTから延びる燃料パイプ11が接続されている。メインデリバリパイプ1には、その底面の左右両端部から下方に突出する、管状部としての連結パイプ1a、1bが設けられ、これら左右一対の連結パイプ1a、1bによって、下方の燃料加熱パイプ2a、2bにそれぞれ連結されている。
燃料加熱部2の燃料加熱パイプ2a、2bは、並列配設された4つのインジェクタIのうち、隣合う2つにそれぞれ対応して設けられる。燃料加熱パイプ2a、2bは、矩形断面の扁平な密閉管形状を有し、平板状の扁平な頂面(扁平面)中央に設けた開口部に、連結パイプ1a、1bがそれぞれ連結されるようになっている。燃料加熱パイプ2a、2bの底面は、頂面と同一形状の扁平面で、それぞれ左右両端部から下方に、管状部としての取付けパイプ21a、21b、22a、22bが突設されている。これら4つの取付けパイプ21a、21b、22a、22bは、気筒毎に設けられる4つのインジェクタIに対応し、燃料導入用の開口部を有するインジェクタIの頭部に取付けられる。
燃料加熱パイプ2a、2bは、例えば、板厚0.2〜0.3mm程度の透磁率の高い材料、例えば鋼材にて構成される。取付けパイプ21a、21b、22a、22b、および連結パイプ1a、1bも同様の透磁率の高い材料、例えば鋼材にて構成されることが望ましい。これにより、後述する誘導加熱によってパイプ自体を発熱可能な構成とすることができる。
図1(a)、(b)に示すように、燃料加熱部2は、扁平な燃料加熱パイプ2a、2bの対向する扁平面である頂面および底面に、渦巻き状の誘導加熱コイル5を備えている。誘導加熱コイル5が当接する燃料加熱パイプ2a、2bの頂面および底面には、表面全面に絶縁層4が形成される。絶縁層4は、厚さ0.1mm程度の絶縁性樹脂膜、例えば、ポリイミド製フィルムにて燃料加熱パイプ2a、2b表面を被覆することにより形成される。絶縁層4は、連結パイプ1a、1bおよび取付けパイプ21a、21b、22a、22bの表面、少なくとも燃料加熱パイプ2a、2bとの接続部近傍の表面にも形成される。
絶縁層4は、燃料加熱パイプ2a、2bと誘導加熱コイル5のクリアランスを一定に保ち、誘導電流を効率よく流すとともに、パイプの熱が誘導加熱コイル5に伝導するのを防止する役割を有する。なお、図1(a)、(b)には、便宜上、燃料加熱部2の燃料加熱パイプ2aのみを示しているが、図2に示すように、燃料加熱パイプ2b側の構成も同様となっている。
誘導加熱コイル5は、少なくとも燃料加熱パイプ2a、2bの頂面中央部および底面両端部において、連結パイプ1a、1bおよび取付けパイプ21a、21b、22a、22bの接続部を取り囲むように、パイプを中心とする同心状にコイルを巻回することにより形成される。また、図示するように好適には、頂面両端部および底面中央部においては、連結パイプ1a、1bおよび取付けパイプ21a、21b、22a、22bの対向部位を取り囲むように、同様の渦巻き状に形成される。このようにすると、アルコール含有燃料が流通する連結パイプ1a、1bおよび取付けパイプ21a、21b、22a、22bとの接続部周辺を、効率よく加熱することができる。また、燃料加熱パイプ2a、2bの中央部に連結パイプ1a、1bを接続し、その両側に取付けパイプ21a、21b、22a、22bを配置するので、4つのインジェクタIには均等に加熱された燃料が供給される。
この際、図1(a)、図2に示すように、誘導加熱コイル5は、複数の渦巻き状コイルを連ねた一続きのコイルとして形成され、その両端が高周波電源6に接続される。例えば、燃料加熱パイプ2aの頂面においては、その左端部から右端部へ、接続部(またはその対向部位)の周囲を同じ巻き方向となるように、内側から外側、あるいは外側から内側へ、交互に巻き回した渦巻き状コイル5a、5b、5cが配置され、コイル5aの内周端は高周波電源6に、コイル5cの外周端は、図2の燃料加熱パイプ2b頂面に配置される渦巻き状コイル5aの内周端に接続する。燃料加熱パイプ2aの底面には、渦巻き状コイル5a、5b、5cと対称位置に、渦巻き状コイル5a’、5b’、5c’が巻き付けられ、コイル5c’の外周端が、図2の燃料加熱パイプ2b底面の渦巻き状コイル5a’の内周端に、コイル5a’の内周端が高周波電源6に接続する。底面側は、その右端部の渦巻き状コイル5c’を外側から内側へ、次いで内側から外側へ交互に巻回すと、頂面側のコイルを反転させた形状(インジェクタI側から見た時に同一形状)となり、対向配置されたコイルと同時点において同方向の電流が流れる。
このように、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面側に、巻き方向をいずれも同じくする渦巻き状コイル5a、5b、5cを形成した後、底面側も同様にして、両面に一連の渦巻き状のコイルを密に配置することができる。コイルの巻数は、必要な発熱量に応じて複数回、例えば4、5重の渦巻き状となるように設定される。好適には、図1(a)に示すように、渦巻き状コイル5a、5b、5cを概略同一形状とし、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面の全面をほぼ覆うように配置すると、燃料加熱パイプ2a、2b全体を良好に加熱することができる。また、頂面側の渦巻き状コイル5a、5b、5cと、底面側の渦巻き状コイル5a’、5b’、5c’を流れる電流が同じ方向となるので、発生する磁界が強まり加熱効率が向上する。
誘導加熱コイル5の外側には、燃料加熱パイプ2a、2bの全体と、その表面の誘導加熱コイル5、さらに燃料加熱パイプ2a、2bと連結パイプ1a、1bおよび取付けパイプ21a、21b、22a、22bとの接続部を覆って、絶縁体層8が設けてある。絶縁体層8は、樹脂材料を型に充填して固化させるモールド成形等により容易に形成することができ、埋設される誘導加熱コイル5を、燃料加熱パイプ2a、2b上に固定すると同時に、これらを絶縁保護する。これにより、例えば水滴が誘導加熱コイル5に付着するのを防止するとともに、燃料加熱パイプ2a、2bの熱が外気に放出されるのを防止する。
燃料加熱パイプ2aの頂面には、パイプ本体の表面に接触してその温度を検出する温度センサ3が取付けられている。温度センサ3は、絶縁層4より下側に配置され、パイプ表面温度からその内部を流通するアルコール含有燃料の温度を間接的に検出するようになっている。温度センサ3、さらには図示しない自動車のドアスイッチ、キースイッチ、エンジン水温センサからの信号は、制御手段となるECU7に入力される。ECU7は、これら信号に基づいて、高周波電源6から誘導加熱コイル5への電力供給を制御する。
本実施形態の燃料加熱部2は、誘導加熱コイル5に高周波電流を供給して磁界を発生させ、表面に絶縁層4を介して近接配置した燃料加熱パイプ2a、2bを発熱させる。燃料加熱パイプ2a、2bは、扁平管形状であるため、平板状の頂面および底面に誘導加熱コイル5を渦巻き状に配置する十分なスペースが得られる。また、誘導加熱コイル5が配置され、発熱部となる燃料加熱パイプ2a、2b頂面と底面の距離が小さくなり(例えば、数mm程度以下)、内部を流れるアルコール含有燃料を均等に加熱することができる。
ここで、燃料加熱パイプ2a、2bの容積は、始動時に必要な燃料量を収容可能な所定容積に設定される。この所定容積は、エンジンの大きさや燃料のアルコール含有量、設定加熱温度その他の仕様によっても異なるが、通常は、燃料加熱パイプ2a、2bの合計容積が10ml前後ないしそれ以上、例えば15mlとする。この量は、図示の一般的な4気筒エンジンが始動を開始し回転数1000rpmに到達するまでに必要な燃料量に相当する。したがって、燃料加熱パイプ2a、2bは、頂面および底面が、この所定容積の燃料を所定の加熱温度(例えば50℃)まで昇温可能な磁界を発生できる誘導加熱コイル5を、連結パイプ1a、1b、取付けパイプ21a、21b、22a、22bの接続部を中心とする渦巻き状に十分配置可能な面積を有し、かつ頂面および底面の距離を十分小さくして内部の燃料を均等加熱可能な扁平形状となるように、適宜設定するとよい。
(第2実施形態)
図3は、燃料加熱パイプの内部構造を変更した本発明の第2実施形態であり、図3(b)に燃料加熱装置の主要部断面図を、図3(a)にそのII−II線断面図を示す。基本構造は、上記図1と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
図3は、燃料加熱パイプの内部構造を変更した本発明の第2実施形態であり、図3(b)に燃料加熱装置の主要部断面図を、図3(a)にそのII−II線断面図を示す。基本構造は、上記図1と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
本実施形態では、図3(a)に示すように、燃料加熱パイプ2a、2b内に、多数のラビリンスプレート23を設ける。これらのラビリンスプレート23は、燃料加熱パイプ2a、2b内を長辺方向(図の左右方向)に区画するように平行配設された細長い板状部材で、一端側が燃料加熱パイプ2a、2bの対向する内側壁の一方に交互に固定され、他端側は対向する他方の内側壁の近傍位置まで延びている。ラビリンスプレート23の上辺および下辺は、燃料加熱パイプ2a、2bの上下内表面に固定されている。
これにより、燃料加熱パイプ2a、2b内には、対向する内側壁に略等間隔で櫛歯状に設けられた多数のラビリンスプレート23が、互い違いに位置して、蛇行する一続きの流路を形成する。この時、デリバリパイプ1に接続する連結パイプ1aが燃料入り口となり、流入したアルコール含有燃料は、ラビリンスプレート23に沿って両側壁へ向かう2つの流れに分かれる。その流れの一方は、ラビリンスプレート23間に形成される流路を経て、取付けパイプ21aへ向かう流れF1となり、他方は取付けパイプ21bへ向かう流れF2となって、それぞれインジェクタIに供給される。
このように、本実施形態では、ラビリンスプレート23を設置することで、燃料加熱部2における流路長が長くなり、伝熱板として機能するラビリンスプレート23との接触機会が増加することで、通過するアルコール含有燃料を均一に効率よく加熱することができる。
また、上記第1実施形態では、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面および底面に対向配設される誘導加熱コイル5の渦巻き状コイル5a、5b、5cと、渦巻き状コイル5a’、5b’、5c’を、いずれも対称位置、形状となるように配置したが、必ずしもその必要はなく概略対称位置にあればよい。本実施形態では、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面の渦巻き状コイル5d、5e、5fおよび底面の渦巻き状コイル5d’、5e’、5f’において、連結パイプ1a、1bまたは取付けパイプ21a、21b、22a、22bが接続されない部位では(図中の渦巻き状コイル5d、5f、5e’)、誘導加熱コイル5の中心円をより小さくし、外径が小さくなるように設置している。この場合も誘導加熱コイル5の中心は、連結パイプ1a、1bまたは取付けパイプ21a、21b、22a、22bの中心軸上となるようにする。また、頂面側の渦巻き状コイル5d、5e、5fと、底面側の渦巻き状コイル5d、5f、5e’を流れる電流が同じ方向となるように巻き付ける。このようにすると、誘導加熱コイル5の設置スペースが小さくなるので、例えば、燃料加熱パイプ2a、2bの形状が制約される場合や、誘導加熱コイル5の巻き数を多くしたい場合に有効である。
(第3実施形態)
図4は、誘導加熱コイル5の設置箇所を追加した本発明の第3実施形態である。基本構造は、上記図1と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
図4は、誘導加熱コイル5の設置箇所を追加した本発明の第3実施形態である。基本構造は、上記図1と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
本実施形態では、図示するように、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面および底面に設置される平巻き状の誘導加熱コイル5に加えて、燃料加熱パイプ2a、2bの底面に接続されるインジェクタIへの取付けパイプ21a、21b、22a、22bの外周に、誘導加熱コイル51を設置する。この誘導加熱コイル51は、複数の渦巻き状コイルからなる誘導加熱コイル5とともに、一連なりのコイルとして形成されるもので、燃料加熱パイプ2a、2b底面の誘導加熱コイル5に続けて、取付けパイプ21a、21b、22a、22b外周を取り巻くように、螺旋状に形成される。取付けパイプ21a、21b、22a、22bの外周表面は、絶縁層4にて保護されている。具体的には、燃料加熱パイプ2a、2b頂面の渦巻き状コイル5a、5b、5cと、底面の渦巻き状コイル5a’、5b’、5c’を第1実施形態と同様の配置、巻き方向となるように巻き付け、燃料加熱パイプ2a、2b底面において、誘導加熱コイル5となる両端部の渦巻き状コイル5a’、5c’を巻回す際に、螺旋状の誘導加熱コイル51を同じ巻き方向に、一続きとなるように巻き付ける。
これにより、燃料加熱部2の作動時に、インジェクタIへの取付けパイプ21a、21b、22a、22bに磁界が集中し、温度が高くなる。よって、インジェクタIへ流入する燃料をより効果的に加熱し、短時間に所定温度まで温度上昇させることができる。
(第4実施形態)
図5は、誘導加熱コイル5の巻き方を変更した本発明の第4実施形態であり、(a)、(b)は、燃料加熱装置の主要部構成を示す(c)のIa−Ia線断面図、Ib−Ib線断面図である。基本構造は、上記図1の第1実施形態と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
図5は、誘導加熱コイル5の巻き方を変更した本発明の第4実施形態であり、(a)、(b)は、燃料加熱装置の主要部構成を示す(c)のIa−Ia線断面図、Ib−Ib線断面図である。基本構造は、上記図1の第1実施形態と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
本実施形態では、図示するように、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面および底面に平巻き状の誘導加熱コイル5を設置しており、例えば、燃料加熱パイプ2aの頂面においては、接続部(またはその対向部位)周りの巻き方向が隣接するコイルで逆向きとなるように、その左端部の渦巻き状コイル5gは内側から外側へ、中央および右端部の渦巻き状コイル5h、5iは外側から内側へ、巻き回す(図5(a))。燃料加熱パイプ2aの底面も、接続部(またはその対向部位)周りの巻き方向が隣接するコイルで逆向きとなるように、かつ、対向位置にある頂面側の渦巻き状コイル5g、5h、5iと電流の流れ方向が同じになるように、その右端部から左端部へ渦巻き状コイル5i’、5h’、5g’を外側から内側へ巻き回している(図5(b))。
このようにすると、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面および底面の対向位置に、燃料が流通するパイプを取り巻くように、渦巻き状コイル5g、5h、5iと渦巻き状コイル5g’、5h’、5i’が配置され、同時点において同方向の電流が流れ、誘導電流により燃料加熱パイプ2a、2bを効果的に加熱する。また、隣り合う渦巻き状コイルの巻き方向を逆にすると、隣接する最外周のコイルを同方向に電流が流れ、発生する磁界を強める方向に作用するので、さらに加熱効率が向上する。
(第5実施形態)
図6は、誘導加熱コイル5の巻き方を変更した本発明の第5実施形態であり、(a)、(b)は、燃料加熱装置の主要部構成を示す(c)のIa−Ia線断面図、Ib−Ib線断面図である。基本構造は、上記図1の第1実施形態と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
図6は、誘導加熱コイル5の巻き方を変更した本発明の第5実施形態であり、(a)、(b)は、燃料加熱装置の主要部構成を示す(c)のIa−Ia線断面図、Ib−Ib線断面図である。基本構造は、上記図1の第1実施形態と同様であり、燃料加熱パイプ2a側の加熱装置構造のみを示すが、燃料加熱パイプ2b側も同様である。
本実施形態では、図5の第4実施形態の構成において、図4の第3実施形態に示した螺旋状の誘導加熱コイル51を追加設置する。すなわち、図示するように、燃料加熱パイプ2a頂面の渦巻き状コイル5g、5h、5iと、底面の渦巻き状コイル5g’ 5h’、5i’を第4実施形態と同様の配置、巻き方向となるように巻き付け、燃料加熱パイプ2a底面において、誘導加熱コイル5となる両端部の渦巻き状コイル5g’、5i’を巻回す際に、螺旋状の誘導加熱コイル51を同じ巻き方向に、一続きとなるように巻き付ける。誘導加熱コイル51が形成されるインジェクタIへの取付けパイプ21a、21bの外周表面は、絶縁層4にて保護されている。
これにより、燃料加熱部2の作動時に、インジェクタIへの取付けパイプ21a、21b、22a、22bに磁界が集中し、インジェクタIへ流入する燃料をより効果的に加熱することができるので、加熱効率がさらに向上する。
(本発明の燃料加熱装置の作動)
次に図7のフローチャートにより、本発明の燃料加熱装置の作動を説明する。上記図1〜4の第1〜第3実施形態の装置構成において、制御手段であるECU7には、温度センサ3およびエンジン水温センサの検出信号が入力しており、また、ドアスイッチ、キースイッチからの信号が入力している。ECU7は、図47のステップ1において、ドアスイッチが作動し、運転席側のドアが開いたという信号が入力すると、ステップ2において、燃料加熱パイプ2a、2bの表面温度すなわち燃料温度が所定温度T1以下か否かを判定する。燃料温度が所定温度T1以下であれば、始動時加熱が必要と判断し、ステップ2へ進む。燃料温度が所定温度T1より高い場合には、そのまま終了する。
次に図7のフローチャートにより、本発明の燃料加熱装置の作動を説明する。上記図1〜4の第1〜第3実施形態の装置構成において、制御手段であるECU7には、温度センサ3およびエンジン水温センサの検出信号が入力しており、また、ドアスイッチ、キースイッチからの信号が入力している。ECU7は、図47のステップ1において、ドアスイッチが作動し、運転席側のドアが開いたという信号が入力すると、ステップ2において、燃料加熱パイプ2a、2bの表面温度すなわち燃料温度が所定温度T1以下か否かを判定する。燃料温度が所定温度T1以下であれば、始動時加熱が必要と判断し、ステップ2へ進む。燃料温度が所定温度T1より高い場合には、そのまま終了する。
ステップ2が肯定判定された場合には、ステップ3へ進んで、エンジン水温センサからの信号に基づき、エンジン冷却水温度が所定温度T2以下か否かを判定する。例えばエンジン停止直後は、エンジンが温まっており、燃料が低温であっても加熱を必要としないことから、冷却水温度が所定温度T2より高い場合には、そのまま終了する。
ステップ3が肯定判定された場合には、ステップ4へ進んで、燃料加熱部2を作動させ、高周波誘導加熱を開始する。ここでは、まず、高周波電源5から誘導加熱コイル5に高周波電流(たとえば、約17kHzで35V、30A)を流し、燃料加熱パイプ2a、2bの燃料を加熱する。このメカニズムを図2を用いて説明する。
図2において、燃料タンクTのアルコール含有燃料は、図示しない燃料ポンプにより圧送され、燃料パイプ11を経てメインデリバリパイプ1に流入する。メインデリバリパイプ1の両端には、燃料加熱パイプ2a、2bとの連結パイプ1a、1bが設けられ、燃料はここから燃料加熱パイプ2a、2bに流入する。
一方、燃料加熱パイプ2a、2bの頂面および底面には、パイプ接続部外周およびその対向位置に、誘導加熱コイル5が巻き付けられており、このコイル5に高周波電流が流れると、燃料加熱パイプ2a、2bに磁界が発生する。この磁界により燃料加熱パイプ2a、2b、インジェクタ取付けパイプ21a、21b、22a、22bに誘導電流が流れてパイプ全体が発熱し、その熱で内部を流通する燃料が加熱される。特に磁界が集中する連結パイプ1a、1b、およびインジェクタIへの取付けパイプ21a、21b、22a、22bの温度が高くなるため、インジェクタIへ流入する燃料を効果的に加熱し、温度を高くする効果がある。
ECU7は、温度センサ3からの入力信号に基づいて、例えば、検出温度が所定温度(約50℃)となるまで燃料を加熱する。ドアが開いてから始動までに時間がかかる場合は、その後も、キースイッチがオンとなるまでは、所定温度(約50℃)を維持するために、電流を断続的に流しておくとよい。ステップ5では、キースイッチがオンとなったか否かを判定し、否定判定された場合は、オン信号が入力するまで、このステップを繰り返す。ステップ5で、キースイッチからオン信号が入力したら、高周波電源5からの通電を停止し、加熱処理を終了する。
あるいは、図8のフローチャートに示すように、キースイッチがオンとなった後も、燃料加熱装置の作動を継続させる制御を行うこともできる。例えばドアの開閉から始動までが短時間であり、キースイッチがオンとなった時点で、十分温度が上昇していない場合に有効である。図8は、図7のフローチャートにステップ6を加えたもので、ステップ1からステップ5までは同じである。なお、この場合は、クランキングが開始されるとスタータに大電流を流す必要があるため、燃料加熱部2への電流供給を一時停止する。エンジンが始動したら、電流を断続的に流して所定温度(約50℃)を維持されるようにし、ステップ6において、エンジン回転数が所定の回転数Nを超えたか否か判定する。ステップ6が肯定判定され、所定のエンジン回転数Nまで上昇したら、作動を停止する。ステップ6が否定判定された場合は、所定の回転数Nを超えるまで、このステップを繰り返す。また、燃料が噴射され燃料が加熱パイプに入ることにより燃料温度が下がり始めた場合は、再度加熱を開始することもできる。
図9、10は、この加熱延長の効果を示す図であり、スタータオン時に燃料加熱部2への電流供給を停止する制御(プレヒート)に対して、その後も加熱を継続する制御(加熱延長)を実施した場合、燃料加熱パイプ2a、2bの表面温度および燃料温度が上昇を続け、噴射開始後の温度低下が小さくなる。その結果、図11(d)に示す温度上昇効果が得られ、図11(a)〜(c)に示すように、始動可能な最小エネルギは、プレヒートに対して増加するものの、始動可能最小電力は小さくなり、始動時間を短縮することができる。
T 燃料タンク
1 メインデリバリパイプ(デリバリパイプ)
11 燃料パイプ
1a、1b 連結パイプ(管状部)
2 燃料加熱部
2a、2b 燃料加熱パイプ
22a、22b 取付けパイプ(管状部)
21a、21b 取付けパイプ(管状部)
3 温度センサ
4 絶縁層
5 誘導加熱コイル
5a〜5i 渦巻き状コイル
5a’〜5i’ 渦巻き状コイル
51 誘導加熱コイル
6高周波電源
7 ECU(制御手段)
8 絶縁体層
1 メインデリバリパイプ(デリバリパイプ)
11 燃料パイプ
1a、1b 連結パイプ(管状部)
2 燃料加熱部
2a、2b 燃料加熱パイプ
22a、22b 取付けパイプ(管状部)
21a、21b 取付けパイプ(管状部)
3 温度センサ
4 絶縁層
5 誘導加熱コイル
5a〜5i 渦巻き状コイル
5a’〜5i’ 渦巻き状コイル
51 誘導加熱コイル
6高周波電源
7 ECU(制御手段)
8 絶縁体層
Claims (9)
- 内燃機関の燃料噴射装置に付設される燃料加熱装置であって、燃料タンクに貯留されるアルコール含有燃料の供給経路となるデリバリパイプと、燃料噴射用のインジェクタとを、該インジェクタに近接して配置した所定容積の扁平管形状を有する燃料加熱パイプを介して接続し、上記燃料加熱パイプの扁平面に、上記インジェクタおよび上記デリバリパイプとの接続部となる複数の管状部を突設するとともに、少なくとも上記管状部周りの上記扁平面表面に、上記管状部を中心とする渦巻き状に誘導加熱コイルを配設し、該誘導加熱コイルに高周波電源を接続したことを特徴とする内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記燃料加熱パイプには、上記インジェクタまたは上記デリバリパイプが接続される上記管状部と対向する扁平面表面に、上記管状部周りに配設される上記誘導加熱コイルと略対称な渦巻き状に誘導加熱コイルを配設したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記管状部周りの上記扁平面表面に配設される上記誘導加熱コイルと、上記管状部と対向する扁平面表面に配設される上記誘導加熱コイルとは、流れる電流の向きが同じになるようにコイルの巻き方向が設定されていることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記燃料加熱パイプの同じ扁平面表面に隣接して配設される複数の上記誘導加熱コイルを有し、これら複数の上記誘導加熱コイルは、隣合う最外周のコイルに流れる電流の向きが同じになるように、コイルの巻き方向が設定されていることを特徴とする請求項2または3記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記燃料加熱パイプは磁性材料よりなり、その外表面に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記燃料加熱パイプ内の燃料温度を直接または間接的に検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて上記高周波電源から上記誘導加熱コイルへ供給される高周波電流を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記管状部は磁性材料にて形成されており、該管状部の外周表面に絶縁層を形成するとともに、その表面を螺旋状に取り巻く誘導加熱コイルを配設したことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記燃料加熱パイプの扁平面表面および上記管状部の外周表面に配設される上記誘導加熱コイルは、連続する一続きのコイルにて構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料加熱装置。
- 上記燃料加熱パイプの対向する扁平面の一方に、複数の上記インジェクタに接続する複数の上記管状部を設け、他方の扁平面には、上記デリバリパイプに接続する上記管状部を、上記インジェクタに接続する複数の上記管状部との距離が略等間隔となるように設けたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料加熱装置。
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JP2009120061A JP2010265868A (ja) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | 内燃機関の燃料加熱装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101061978B1 (ko) * | 2011-02-07 | 2011-09-05 | 이근태 | 디젤엔진 차량의 연료 공급 제어장치 |
CN105201641A (zh) * | 2015-09-10 | 2015-12-30 | 安徽江淮汽车股份有限公司 | 一种乙醇燃料发动机 |
WO2017200110A1 (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-23 | 株式会社日本プレミアム | バイオ燃料を用いたディーゼル発電システム |
-
2009
- 2009-05-18 JP JP2009120061A patent/JP2010265868A/ja not_active Withdrawn
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