JP2010265868A - 内燃機関の燃料加熱装置 - Google Patents

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

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。

特開平５−２０９５７９号公報 特開平７−７７１３０号公報

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。

本発明の第１実施形態であり、（ａ）は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略図で（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は、燃料加熱装置の主要部断面図である。 本発明の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。 本発明の第２実施形態であり、（ａ）は、燃料加熱装置の要部概略図で（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図、（ｂ）は、燃料加熱装置の主要部断面図である。 本発明の第３実施形態であり、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態であり、（ａ）は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略図で（ｃ）のＩａ−Ｉａ線断面図、（ｂ）は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略断面図で（ｃ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図、（ｃ）は、燃料加熱装置の主要部断面図である。 本発明の第５実施形態であり、（ａ）は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略図で（ｃ）のＩａ−Ｉａ線断面図、（ｂ）は、燃料加熱装置の主要部構成を示す概略断面図で（ｃ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図、（ｃ）は、燃料加熱装置の主要部断面図である。 本発明の作動を説明するための図で、内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示すフローチャートである。 本発明の作動を説明するための図で、内燃機関のＥＣＵで実行される制御内容を示すフローチャートである。 本発明の効果を説明するための図である。 本発明の効果を説明するための図である。 本発明の効果を説明するための図である。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (9)

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