JPH08200168A - 燃料気化装置、燃料供給装置及び燃料気化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ライデンフロスト点以上に加熱された加熱面
からの燃料液滴の浮き上がりを抑えることにより、燃料
液滴の蒸発速度を一層引き上げる。 【構成】 インテークマニホールド内には、フューエル
インジェクタと燃焼室との間に、ヒータ６が表面層６ａ
に形成された溝７を燃料流路に直交させるように配置さ
れている。表面層６ａは、導電層１１，１２が絶縁層
９，１０を介してヒータ層８を挟むように形成され、断
面Ｖ字状の溝７の内面には両導電層１１，１２の露出面
１１ａ，１２ａが露出している。溝７内には、電源１４
に基づきプラス電位の露出面１１ａからマイナス電位の
露出面１２ａに向かう電界が発生する。フューエルイン
ジェクタから噴射されて降下した燃料の液滴は、溝７に
捕らえられると溝７内の電界によるＥＨＤ効果により、
ライデンフロスト点以上に加熱された溝７の内壁面に、
自身の蒸気圧による浮き上がり力に抗して押さえ付けら
れて保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フューエルインジェク
タより噴射された燃料の液滴を、燃焼室へ送られる間に
気化させる燃料気化装置、燃料供給装置及び燃料気化方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃費を向上させ、排気ガスを
清浄にするためには、燃焼室でほぼ完全燃焼が実現され
ることが好ましい。そのためには燃焼室へ送る燃料が充
分に霧化（微粒化）されていることが望ましい。

【０００３】例えば、特開平５−２６１３０号公報に
は、フューエルインジェクタから噴射されるガソリンな
どの燃料の霧化を効率良く行うため、燃料を噴射前に予
め暖めることができるヒータ付きのフューエルインジェ
クタが開示されている。

【０００４】また、特開昭４９−１２００２３号公報に
は、燃料の気化器の底部に設けられた加熱面を排気ガス
の余熱により加熱し、気化器内で微粒化し切れなかった
燃料を加熱面にて気化させることにより、燃料の完全気
化（霧化を含む）を実現する燃料気化装置が開示されて
いる。この燃料気化装置では、加熱面側へ流れる排気ガ
ス量が、エンジンの吸気圧と排気圧との圧力差に基づき
ダイヤフラムを介して開閉作動するバッフルにより流量
制御されるようになっており、燃焼室に吸入される燃料
の吸気圧の変化に応じて加熱面が温度制御されるように
なっている。加熱面は燃料が核沸騰状態となる温度に設
定されている。核沸騰とは液滴中に多数の気泡を生じ、
液滴表面だけでなく液滴内部からも気化が進行するた
め、蒸発速度が最大となって燃料を最も効率良く気化さ
せることができる。さらに特開昭４９−１２００２３号
公報には、この構成に加え、加熱面に電熱ヒータを備え
たものも開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１９はヒータ温度と
燃料の蒸発時間の関係を示すグラフである。同図に示す
ように、燃料の温度が比較的低いうちは液滴表面から気
化が進行し、温度上昇とともに液滴中に気泡が発生しだ
し、さらにその気泡の数が多くなるといわゆる核沸騰状
態となって蒸発速度が最大となる。この核沸騰よりヒー
タ温度が高くなると、図２０に示すように液滴Ｆが自身
の蒸気圧で加熱面４１から浮き上がるライデンフロスト
現象が発生し、いわゆる膜沸騰状態となる。ライデンフ
ロスト現象が起こる温度（ランデンフロスト点）ＴL 以
上に加熱面４１が加熱されていると、液滴Ｆと加熱面４
１との接触面が無くなり、加熱面４１から液滴Ｆへの熱
伝達が著しく損なわれ、蒸発速度が著しく低下してしま
う（図１９）。

【０００６】また、加熱面４１がライデンフロスト点Ｔ
L 以上に加熱された状況下では、加熱面４１から浮き上
がった液滴Ｆが、図２０に示すようにその流路内に発生
する吸気流により気化し切れないまま燃焼室へ送られて
しまうという問題が生じる。そのため、加熱面４１の設
定温度をライデンフロスト点ＴL より低い、液滴Ｆが核
沸騰状態となる温度とする必要があった。このことは、
特開昭４９−１２００２３号公報でも触れられており、
ライデンフロスト現象のため、ヒータ温度を上げ過ぎる
と返って逆効果であると述べられている。つまり、ライ
デンフロスト現象の発生が、蒸発速度をそれ以上（核沸
騰状態のとき以上）に引き上げることができない大きな
原因となっていた。なお、図１９に示すように、加熱面
４１の温度をライデンフロスト点ＴL からさらに上げ続
けていけば、蒸発速度が核沸騰状態のときより大きくな
るところはあるが、そのような高温では混合気の充填率
が著しく低下してしまう。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的はライデンフロスト点以上
に加熱された加熱面からの燃料液滴の浮き上がりを抑え
ることにより、燃料液滴の蒸発速度を一層引き上げるこ
とができる燃料気化装置、燃料供給装置及び燃料気化方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め請求項１に記載の発明では、燃料の液滴を燃焼室に送
る燃料流路上に、加熱面を配置し、その加熱面にて前記
液滴を気化させる燃料気化方法であって、前記加熱面周
辺にて電界を発生させ、前記液滴に対し前記加熱面方向
の力を作用させるようにした。

【０００９】請求項２に記載の発明では、一定面積の加
熱面を備え、前記加熱面に付着した燃料の液滴を加熱・
気化し、エンジンのシリンダ内における燃料の燃焼状態
を改善する燃料気化装置であって、前記加熱面にて、前
記液滴に前記加熱面方向の力を作用させるべく電界発生
手段を備えた。

【００１０】請求項３に記載の発明では、燃料の液滴を
燃焼室に送る燃料流路上に、一定面積の加熱面を配置す
る燃料気化装置であって、前記加熱面に付着した燃料の
液滴が跨がって接触可能な一対の電極を、その間に電界
を発生可能に少なくとも一対以上備えた。

【００１１】請求項４に記載の発明では、前記一対の電
極は前記加熱面上に形成された。請求項５に記載の発明
では、前記一対の電極は前記加熱面上に形成された第１
の電極と、前記加熱面から離間して配置された第２の電
極とからなる。

【００１２】請求項６に記載の発明では、前記加熱面に
は凹部が形成され、該凹部の内面に前記一対の電極が露
出状態に形成された。請求項７に記載の発明では、前記
一対の電極は、少なくとも一方が前記加熱面から突出し
て形成された。

【００１３】請求項８に記載の発明では、前記一対の電
極は、所定間隔を隔して平行に前記液滴を燃焼室に送る
燃料流路を横切る方向に延びて前記加熱面上に形成され
た。請求項９に記載の発明では、前記加熱面を形成する
前記燃料気化装置の表面層は、導電層が絶縁層を介して
多層に形成され、前記一対の電極は該導電層が前記加熱
面上に露出して形成された。

【００１４】請求項１０に記載の発明では、前記加熱面
を形成する前記燃料気化装置の表面層は、該加熱面を加
熱する発熱源としてのヒータ層と、前記加熱面上に前記
一対の電極を露出形成するための２つの導電層とが、そ
れぞれ絶縁層を介して多層に形成されてなる。

【００１５】請求項１１に記載の発明では、請求項１０
の燃料気化装置において、前記ヒータ層は前記導電層に
通電可能に接触する状態に挟まれて形成され、該ヒータ
層は前記導電層間に印加される電圧に基づき所定温度に
発熱可能な抵抗値に設定された。

【００１６】請求項１２に記載の発明では、前記燃料を
噴射するフューエルインジェクタが気化室に設けられ、
該気化室の底部に請求項２〜請求項１１のいずれかに記
載の燃料気化装置の前記加熱面が配置された。

【００１７】請求項１３に記載の発明では、前記気化室
と前記インテークマニホールドとを連通する通路の排出
口を前記加熱面より所定距離だけ上方位置に設け、前記
通路上に前記気化室からの燃料の供給量を制御するバル
ブを備えた。

【００１８】請求項１４に記載の発明では、前記フュー
エルインジェクタが設けられた気化室の底部に、請求項
５に記載の燃料気化装置の前記加熱面を配置し、前記フ
ューエルインジェクタの燃料噴射指向先に多数本の前記
第２の電極としての電極棒を吊設するとともに、前記電
極棒の下端を前記加熱面に露出した前記第１の電極に対
して所定間隔だけ離間させた状態に配置した。

【００１９】

【作用】従って、請求項１に記載の発明によれば、燃料
流路上に配置された加熱面周辺に発生する電界により、
燃料の液滴に対し加熱面方向の力が作用する。そのた
め、加熱面がライデンフロスト点以上の温度に加熱され
ていても液滴は加熱面に押圧され、加熱面に接触状態で
加熱される。

【００２０】請求項２に記載の発明によれば、電界発生
手段が発生させる電界により、燃料の液滴に対し加熱面
方向の力が作用する。そのため、加熱面がライデンフロ
スト点以上の温度に加熱されていても、液滴は自身の蒸
気圧による浮き上がり力に抗して加熱面に接触し、接触
状態で加熱される。また、液滴が加熱面ら離間していて
も加熱面方向に作用する力を受けると、つぶれた形状に
なり受熱面積が増え気化が促進される。

【００２１】請求項３に記載の発明によれば、一定面積
の加熱面に付着した燃料の液滴は、その状態で、一対以
上設けられたうち少なくとも一対の電極に跨がるように
接触し、その電極間に発生する電界から受ける力によ
り、加熱面に付着状態に保持される。

【００２２】請求項４に記載の発明によれば、一対の電
極は加熱面上に形成されているので、加熱面に付着した
燃料の液滴は、その電極間に発生する電界から受ける力
により加熱面に接触状態とされる。

【００２３】請求項５に記載の発明によれば、加熱面に
付着した燃料の液滴は、加熱面上に形成された第１の電
極と、加熱面から離間して配置された第２の電極とに跨
がって接触し、その電極間に発生する電界から受ける力
により、ライデンフロスト点以上の温度に加熱された加
熱面に接触状態とされる。

【００２４】請求項６に記載の発明によれば、加熱面に
付着した燃料の液滴は、加熱面に形成された凹部に接触
すると、毛細管現象によりその凹部内に誘導され、凹部
の内壁面に露出形成された一対の電極に跨がって接触す
る。また、加熱面の表面層を多層の導電層より形成し、
その表面層に凹部を形成すれば、比較的簡単な製造方法
でその内壁面に一対の電極を露出させることが可能とな
る。

【００２５】請求項７に記載の発明によれば、一対の電
極以外の部位で加熱面上に付着した液滴は、ライデンフ
ロスト点以上に加熱された加熱面からその蒸気圧により
浮き上がり、吸気流などによって加熱面に沿うように運
ばれる途中で、加熱面から突出する電極に衝突するとと
もにもう一方の電極との間に跨がって接触し、その電極
間の電界に基づく力により加熱面上に接触状態とされ
る。

【００２６】請求項８に記載の発明によれば、一対の電
極以外の部位で加熱面上に付着した液滴は、自身の蒸気
圧によりライデンフロスト点以上の温度に加熱された加
熱面との接触が少なく吸気流などにより加熱面を転がる
ように移動し、その途中で燃料流路を横切るように延び
た一対の電極に跨がって接触し、その電極間に発生する
電界に基づく力により加熱面上に接触状態とされる。

【００２７】請求項９に記載の発明によれば、加熱面上
に露出した一対の電極が複数対あっても、複数対の電極
は導電層を介して繋がっているので、電源と各導電層と
を接続するだけで複数対の電極に所定電位を印加するこ
とが可能となる。

【００２８】請求項１０に記載の発明によれば、加熱面
を形成している表面層に発熱源としてのヒータ層が形成
されているので、加熱面の極く下層で発熱するヒータ層
の熱は直ぐに加熱面に伝導される。

【００２９】請求項１１に記載の発明によれば、導電層
により通電可能な状態に接触して挟まれたヒータ層は、
導電層間の印加電圧に基づき自身に流れる電流により所
定温度に発熱する。そのため、導電層とヒータ層との間
に絶縁層を形成する必要がなくなり、燃料気化装置の製
造が比較的簡単となる。

【００３０】請求項１２に記載の発明によれば、フュー
エルインジェクタから気化室内に燃料が噴射される。噴
射された燃料のうち、気化室の底部に配置された加熱面
上に付着した液滴は、ライデンフロスト点以上の温度に
加熱された加熱面上に保持されて素早く気化する。

【００３１】請求項１３に記載の発明によれば、フュー
エルインジェクタから噴射された霧化された燃料あるい
は加熱面にて気化された燃料のみが、加熱面より所定距
離だけ上方位置に設けられた排出口から通路を介してイ
ンテークマニホールドに供給され、その燃料の供給量は
バルブの開閉により制御される。

【００３２】請求項１４に記載の発明によれば、フュー
エルインジェクタから噴射された燃料は、多数本の電極
棒に対して噴射され、燃料のほぼ全てが電極棒に付着す
る。電極棒を伝って降下した燃料の液滴は、その下端で
加熱面上に露出した第１の電極に跨がるように両電極間
に接触し、その電極間に発生している電界に基づく力に
より、加熱面がライデンフロスト点以上の温度に加熱さ
れていてもその加熱面上に保持され、素早く気化され
る。そして、気化燃料のみが燃焼室に供給される。

【００３３】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明を具体化した第１実施例の
燃料供給装置を図１〜図５に従って説明する。

【００３４】図２に示すように、エンジン１の燃焼室２
には吸気バルブ３を介してインテークマニホールド４が
繋がって配置されている。インテークマニホールド４内
には、吸気バルブ３より所定距離だけ上流側にフューエ
ルインジェクタ５がそのノズル５ａをインテークマニホ
ールド４内に突出させた状態に設けられている。燃料気
化用のヒータ６はインテークマニホールド４内にフュー
エルインジェクタ５の噴射指向先と対応する位置に配置
されている。ヒータ６は、多層に形成された表層部６ａ
が基材６ｂ上に形成されて構成されている。基材６ｂは
必要強度を確保するためのものであり、表層部６ａは厚
さ１ｍｍ以下に形成されている。

【００３５】図１及び図４に示すように、表層部６ａは
ＰＴＣセラミックよりなるヒータ層８と、ヒータ層８に
対して上下両側に絶縁層９，１０を介してそれぞれ形成
されたステンレスや銅などの導電材料よりなる導電層１
１，１２とから構成されている。ヒータ６の表面（上
面）Ｓには、断面Ｖ字状の溝７が図３に示すように互い
に平行に延びるように多数本形成され、溝７の深さは導
電層１２に達している。そのため、溝７の内面に導電層
１１，１２の断面が露出された状態となって一対の電極
としての露出面１１ａ，１２ａを形成している。図３に
示すように、溝７は端まで切れておらず、表層部６ａを
構成する各層８，１１，１２は溝７により分断されず端
部で層毎に繋がった状態にある。ヒータ６は、インテー
クマニホールド４の軸線に溝７を直交させるようによう
に配置されている。

【００３６】露出面１１ａ，１２ａは、溝７に捕捉され
た液滴Ｆが両露出面１１ａ，１２ａに跨がって接触可能
な間隔を隔てた状態にある。すなわち、溝７の幅、深さ
及び露出面１１ａ，１２ａの間隔は、フューエルインジ
ェクタ５から噴射されてヒータ６上に付着する液滴Ｆの
粒径分布より決定されており、完全燃焼の実現のため燃
焼室２に送ることが許容される臨界粒径以上の液滴Ｆを
溝７に捕捉可能で、かつその液滴Ｆが露出面１１ａ，１
２ａ間に跨がって接触可能に設定されている。本実施例
では液滴Ｆが毛細管現象により溝７に捕捉され得る程度
に溝幅が設定されている。また、溝７の間隔は、ヒータ
６の表面Ｓに溝７以外で付着した液滴Ｆがその蒸気圧の
ため表面Ｓとの接触が少なくなって表面Ｓ上を吸気流に
より転がって移動する途中で溝７に捕捉される程度、す
なわち完全に浮き上がって飛ばされる前に溝７に捕捉さ
れる程度の間隔に設定されている。なお、本実施例のフ
ューエルインジェクタ５から噴射される燃料の平均粒径
は約３００μｍ程度である。

【００３７】本実施例では、各層８〜１２は基板６ｂ上
に厚膜形成または薄膜形成などの方法により製造され、
各層８〜１２が形成されたヒータ６の表面を例えばレー
ザーなどを用いて所定深さに彫ることにより溝７が形成
される。

【００３８】図１，図３に示すように、ヒータ層８は溝
７の長手方向に所定電圧が印加されるようにバッテリな
どの電源１３と接続されている。導電層１１，１２はそ
の間に所定電圧が印加されて露出面１１ａがプラス電位
に、露出面１２ａがマイナス電位となるように電源１４
と接続されている。本実施例では両露出面１１ａ，１２
ａ間に約３００Ｖが印加されるようになっている。ヒー
タ層８及び導電層１１，１２は層毎に繋がった状態にあ
るので、各電源１３，１４との接続箇所は１箇所となっ
ている。

【００３９】ヒータ層８の材料であるＰＴＣセラミック
は、そのキュリー温度が約３００℃に設定されている。
ヒータ層８の上層９，１１は極めて薄く（数十〜数百μ
ｍ）、ヒータ層８の発熱時にはヒータ６の表面温度も約
３００℃に達するようになっている。そのため、エンジ
ン駆動時における通常の吸気圧域（１atm 以下）では、
ヒータ６の表面温度はライデンフロスト点ＴL （１atm
で約１５０℃程度）以上に達するようになっている。

【００４０】一般に、一対の電極間に電界を発生させた
状態で電極間に跨がるように液滴を接触させると、液滴
に対してその電離度及び電界の大きさに応じた力が、一
方の電極から他方の電極に向かって作用するエレクトロ
・ハイドロ・ダイナミクス（ＥＨＤ）効果が知られてい
る。例えば通常燃料として使用されるガソリン、軽油、
メタノールなどの液体には、その極性により電界の向き
に力が作用する。

【００４１】本実施例では、エンジン駆動時に露出面１
１ａ，１２ａ間に約３００Ｖが印加され、図５（ａ）に
矢印で示すようにプラス電位となる露出面１１ａからマ
イナス電位となる露出面１２ａに至る向きの電界が発生
する。溝７に直接付着した液滴Ｆ、あるいはヒータ６の
表面Ｓを転がるように溝７まで運ばれた液滴Ｆは、ＥＨ
Ｄ効果に基づく吸引力により、ライデンフロスト現象に
よる浮上力に抗して両露出面１１ａ，１２ａに跨がって
接触する状態で溝７の内壁面に押さえ付けられて保持さ
れるようになっている。

【００４２】次に、燃料気化装置の作用を説明する。イ
グニションキーがオンされてエンジン１が駆けられる
と、露出面１１ａ，１２ａ間に約３００Ｖが印加されて
図５（ａ）に矢印で示す向きの電界が発生するととも
に、ヒータ層８が通電される。ヒータ層８はやがて約３
００℃に達し、その熱によりヒータ６の表面Ｓが約３０
０℃に加熱される。

【００４３】フューエルインジェクタ５から噴射された
燃料のうち充分に霧化されなかった液滴Ｆはヒータ６の
表面Ｓに降下して付着する。溝７に直接付着した液滴
Ｆ、もしくは溝７にかかるように付着して毛細管現象に
より溝７に捕捉された液滴Ｆは、図５（ｂ）に示すよう
に、露出面１１ａ，１２ａに跨がって接触し、その間に
発生した電界に基づくＥＨＤ効果による、その電界の向
きの吸引力を受け、自身の蒸気圧により浮き上がろうと
する力に抗して溝７の内壁面に押さえ付けられるように
保持される。

【００４４】また、表面Ｓに溝７以外で付着した液滴Ｆ
は、図５（ｂ）に示すように自身の蒸気圧により表面Ｓ
との接触が少なくなって吸気流などにより表面Ｓを転が
るように移動し、溝７に捕捉される。このとき、溝７ま
での道のりがさほど長くはなく、液滴Ｆは表面Ｓから離
間する前に溝７に捕捉される。そのため、表面Ｓ上に降
下した液滴Ｆのほとんど（溝７に到達する前に気化した
ものを除く）は、溝７に逐次に捕捉され、ＥＨＤ効果に
よる吸引力により、自身の蒸気圧による浮き上がり力に
抗してその内壁面に押さえ付けられるように保持され
る。

【００４５】液滴Ｆには、約３００℃に加熱された溝７
の内壁面との広い接触面を介して内壁面から効率良く熱
が伝達される。そのため、表面Ｓがライデンフロスト点
ＴLを大きく越えた約３００℃に加熱されているにも拘
わらず、見かけ上、液滴Ｆは表面Ｓで核沸騰したような
状態となり、その大きな蒸発速度により素早く気化され
る。そして、燃焼室２へは、完全燃焼の実現に適した臨
界粒径未満に霧化もしくは気化された燃料のみが供給さ
れる。

【００４６】以上詳述したように本実施例の燃料気化装
置によれば、ライデンフロスト点ＴL を越えてヒータ６
の表面Ｓを加熱しても、露出面１１ａ，１２ｂに発生さ
せた電界に基づくＥＨＤ効果による吸引力により、液滴
Ｆをその蒸気圧による浮き上がり力に抗して表面Ｓの一
部である溝７の内壁面に押さえ付けるように保持するこ
とができる。そのため、ライデンフロスト点ＴL を越え
て加熱されたヒータ６の表面Ｓに接触させた状態で、そ
の表面Ｓから液滴Ｆに熱を伝達させることができ、従来
技術で述べた核沸騰させる温度で加熱面を加熱するヒー
タに比較して燃料液滴の蒸発速度を大幅に向上させるこ
とができる。そのため、フューエルインジェクタ５から
噴射された燃料量に良く対応した燃料濃度の混合気を燃
焼室２に供給することができる。さらに、燃焼室２に供
給される混合気中の燃料は全て霧化もしくは気化されて
いるので、エンジン１を適切な濃度の希薄混合気で運転
することが可能となり、ほぼ完全燃焼を実現することが
できる。そのため、未燃焼燃料が無くなって排気ガスの
浄化を実現することができるうえ、燃費を向上させるこ
ともできる。

【００４７】また、ヒータ層８の材料をＰＣＴセラミッ
クとしたので、温度制御が不要となり温度制御のための
回路などを備えなくて済むうえ、温度上昇の即効性がよ
い。さらに、溝７の開口幅を液滴Ｆを毛細管現象により
取り込むことが可能な溝幅に形成したので、溝７の奥ま
でスムーズに液滴Ｆを取り込んで露出面１１ａ，１２ａ
に跨がるように接触させることができる。また、溝７の
角端に一部が溝７にかかった状態で付着した液滴Ｆも毛
細管現象により溝７に取り込むことができる。

【００４８】また、基板６ｂ上に２層の導電層１１，１
２を有する表層部６ａを形成し、その表層部６ａに溝７
を彫って各導電層１１，１２の断面を露出させて一対の
電極（露出面１１ａ，１２ａ）としたので、液滴Ｆが跨
がる間隔を開けて一対の電極を配置する表面Ｓを備えた
ヒータ６を比較的簡単な製造方法で製造することができ
る。また、各層８，１１，１２を面方向で分断しないよ
うに溝７を表面Ｓの端まで切らずに形成したので、電源
１３，１４からの配線を層毎に１箇所あるいは２箇所の
接続で済ませることができる。さらに、発熱源であるヒ
ータ層８を表層部６ａに形成したので、表面Ｓを即効性
良く加熱することができるとともに、ヒータ層８の熱が
表面Ｓの加熱に無駄なく利用される。

【００４９】（第２実施例）次に、本発明を具体化した
第２実施例について図６，図７に基づいて説明する。本
実施例の燃料供給装置は気化室を備えた点が前記第１実
施例と大きく異なっている。

【００５０】図６に示すように、燃料タンク２１と接続
されたフューエルインジェクタ５はその噴射ノズル５ａ
を気化室２２内に突出させた状態で配設されている。フ
ューエルインジェクタ５は、その噴射する液滴Ｆが前記
第１実施例のそれよりも大きな粒径となるように設定さ
れている。気化室２２の底部にはヒータ２３が配置され
ている。ヒータ２３は２層構造であり、導電材料よりな
る第１の電極としての上層の導電層２４と、ＰＣＴセラ
ミックよりなる下層のヒータ層８とから構成されてい
る。つまり、ヒータ２３の表面Ｓは導電層２４よりなっ
ている。

【００５１】気化室２２内には、フューエルインジェク
タ５の燃料噴射域に多数の第２の電極としての電極棒２
５が垂下されており、フューエルインジェクタ５から噴
射された燃料Ｆのほとんど全てが電極棒２５に付着する
ようになっている。電極棒２５はヒータ２３の表面Ｓか
ら僅かに離間した状態に垂下しており、その隙間は電極
棒２５に伝って降下した液滴Ｆが、図７に示すように電
極棒２５と導電層２４により形成される表面Ｓとに跨が
って接触可能に設定されている。

【００５２】図６に示すように、導電層２４及び電極棒
２５は３００Ｖの電源１４と接続され、導電層２４がア
ース電位に、電極棒２５がプラス電位に印加されるよう
になっている。また、ヒータ層８は電源１３と接続さ
れ、そのキュリー温度が約３００℃に設定されている。

【００５３】気化室２２は通路２６を介してインテーク
マニホールド４に連通されており、気化室２２からイン
テークマニホールド４に送られる気化燃料の供給量をコ
ントロールする電磁バルブ２７が通路２６上に設けられ
ている。電磁バルブ２７は図示しないＥＣＵにより作動
制御されるようになっている。気化室２２には通路２６
に繋がる排気口が、ヒータ２３の表面上方へ所定距離の
位置に設けられており、気化室２２内で気化された燃料
のみが通路２６を介してインテークマニホールド４へ供
給されるようになっている。

【００５４】さて、イグニションキーがオンされてエン
ジン１が駆けられると、電極棒２５とヒータ２３の表面
Ｓとの間に、図７に矢印で示すように電極棒２５から表
面Ｓに至る向きの電界が発生するとともに、ヒータ層８
が通電されてヒータ２３の温度が約３００℃まで上昇す
る。フューエルインジェクタ５から噴射された燃料Ｆ
は、多数本の電極棒２５にほぼ全部が付着し、さらに電
極棒２５を伝って降下し、図７に示すように電極棒２５
と表面Ｓとに跨がって接触した状態となる。

【００５５】ここで、液滴Ｆは、電極棒２５と表面Ｓ間
に発生している電界に基づくＥＨＤ効果による吸引力に
より、その蒸気圧による浮き上がり力に抗して表面Ｓに
押さえ付けられた状態で保持される。そのため、約３０
０℃に加熱されたヒータ２３の表面Ｓから液滴Ｆに対し
てその広く確保された接触面を介して熱が伝達され、ラ
イデンフロスト点ＴL を越えて加熱された表面Ｓ上で液
滴Ｆは、見かけ上、核沸騰したかのような状態となり、
素早く気化される。そして、気化室２２にて完全に気化
された燃料のみが電磁バルブ２７の開閉制御により通路
２６を介してインテークマニホールド４に供給される。
通路２６に繋がる排気口がヒータ２３の表面Ｓより上方
位置に設けられているので、間違って燃料の液滴がイン
テークマニホールド４に供給されてしまうことはない。

【００５６】従って、フューエルインジェクタ５から噴
射された燃料は全て気化室２２内で気化され、気化燃料
のみをインテークマニホールド４を介して燃焼室２に供
給することができるので、希薄混合気による完全燃焼の
実現が可能となり、排気ガスの浄化を実現するととも
に、燃費の向上を図ることができる。また、従来の構成
に比較して燃料の蒸発速度を一層引き上げることがで
き、フューエルインジェクタ５からの噴射量制御に対応
するように気化室２２内の気化燃料が常に所望濃度にほ
ぼ保たれるので、要求に応じたタイミングで濃度調整が
実現される。また、本実施例によれば、噴射燃料は全て
気化されるので、フューエルインジェクタ５の噴射粒径
が大きくても問題がない。

【００５７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次の
ように構成することもできる。 （１）図８に示すように、溝７に替えて表面一面に多数
のスポット２８を形成し、スポット２８の内面に露出面
１１ａ，１２ａを形成した構成としてもよい。この場
合、スポット２８の径を液滴Ｆが毛細管現象を起こす程
度に設定するとよい。この構成によっても第１実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００５８】（２）図９に示すように、導電層１１，１
２をヒータ６の表面Ｓに面一に露出させて一対の電極と
しての露出面１１ａ，１２ａを形成してもよい。この構
成の場合、図１０に示すように露出面１２ａを表面Ｓに
帯状に延びて形成してもよいし、図１１に示すように露
出面１２ａを表面Ｓに点在させて形成してもよい。この
構成によっても、第１実施例と同様の効果が得られる。
また、図１０のヒータ６を露出面１２ａの長手方向がイ
ンテークマニホールド４の軸線に直交するように配置し
た場合、露出面１１ａ，１２ａ以外でヒータ６の表面Ｓ
に付着し、その蒸気圧によりヒータ６の表面Ｓとの接触
が少なくなって転がるように移動する液滴Ｆも、その移
動途中で露出面１１ａ，１２ａに確実に捕捉することが
できる。そのため、表面Ｓにおける露出面１２ａの形成
本数やその占有面積を減らすことにより、ヒータ６の製
造を比較的に簡単とすることができる。

【００５９】（３）図１２に示すように、導電層１２を
ヒータ６の表面Ｓから突出させた突出部１２ｂを電極と
して形成してもよい。図１３に示すように凸状に延びた
状態に突出部１２ｂを形成してもよいし、図１４に示す
ように表面Ｓに点在させて突出部１２ｂを形成してもよ
い。この構成によれば、露出面１１ａ，１２ａに直接付
着せずライデンフロスト現象によりヒータ６の表面Ｓか
ら一旦浮き上がって表面Ｓを沿うように移動する液滴Ｆ
を、突出部１２ｂに衝突させて捕捉し、両露出面１１
ａ，１２ａに跨がって接触させることにより表面Ｓに保
持させることができる。そのため、突出部１２ｂの数が
少なくても液滴Ｆを取り逃すことがないので、突出部１
２ｂの数もしくはその占有面積を相対的に減らすことに
より、ヒータ６の製造を比較的簡単とすることができ
る。もちろん、自身の蒸気圧により表面Ｓを転がるよう
に移動する液滴Ｆも突出部１２ｂにより確実に捕捉され
る。

【００６０】（４）液滴Ｆの粒径が小さいほど降下速度
は遅く、表面Ｓに付着する液滴Ｆの粒径は下流側ほど小
さくなる傾向にあるので、表面Ｓに点在させて形成した
スポット２８（図８）、露出面１２ａ（図１１）、突出
部１２ｂ（図１４）の径や間隔を、その付着する液滴Ｆ
の粒径分布に応じて場所によって個々に変化させてもよ
い。また、表面Ｓに帯状に形成した溝７（図４）、露出
面１２ａ（図１０）、突出部１２ｂ（図１３）の幅や間
隔を液滴Ｆの粒径分布に応じて場所によって変化させて
もよい。さらに、図１３，図１４の突出部１２ｂの突出
長を場所によって変化させてもよい。例えば、フューエ
ルインジェクタ５から下流側に離れる程、径や幅、間隔
を小さく設定してもよい。

【００６１】（５）表面Ｓに帯状に形成した溝７（図
４）、露出面１２ａ（図１０）、突出部１２ｂ（図１
３）を曲線をなして延びるように形成してもよい。例え
ば渦状、ジグザグ状としてよい。

【００６２】（６）表面Ｓに点在させて形成したスポッ
ト２８（図８）、露出部１２ａ（図１１）、突出部１２
ｂ（図１４）を千鳥状に配置してもよい。表面Ｓ上に一
層密に配置することができる。

【００６３】（８）導電層１１，１２とヒータ層８とを
共通の電源に接続してもよい。例えば、図１５に示すよ
うに、導電層１１，１２とヒータ層８とを直列に接続し
た構成としてもよい。また、導電層１１，１２とヒータ
層８とを並列で共通の電源に接続させてもよい。

【００６４】（９）図１６に示すように、ヒータ層８を
導電層１１，１２にて通電可能に接触させた状態で挟み
込み、導電層１１，１２間の印加電圧に基づき流れる電
流によりヒータ層８を発熱させる構成としてもよい。こ
の場合、導電層１１，１２間に必要となる印加電圧か
ら、ヒータ層８の抵抗が適切な値となるようにヒータ材
料の比抵抗（Ω／ｃｍ）などを考慮してその厚みなどを
寸法設計すればよい。この構成によれば、絶縁層９，１
０を形成しなくて済むためヒータ６の製造が一層簡単と
なる。

【００６５】（１０）発熱源はヒータ層８の形態に限定
されない。図１７に示すように、発熱体２９の保護部材
３０の上面に表面層６ａを形成し、表面層６ａを発熱体
２９により保護部材３０を介して加熱する構成としても
よい。発熱体２９はＰＣＴセラミックでもよいし、その
他のヒータ材料としてもよい。

【００６６】（１１）発熱体を備えない構成としてもよ
い。図１８に示すように、排気ガスＥＧの余熱にて加熱
される加熱板３１上に導電層１１，１２を有する表面層
６ａを形成した構成としてもよい。加熱板３１は、気化
室２２、インテークマニホールド４のどちらに配設され
たものでもよい。例えば、特開昭４９−１２００２３号
公報に開示された燃料気化装置の加熱板上に表面層６ａ
を形成し、加熱面の温度をライデンフロスト点以上に設
定して燃料の蒸発速度を向上させてもよい。

【００６７】（１２）フューエルインジェクタ５からの
噴射燃料は、中央付近で液滴が充分に分散されずその径
が大きくなるところがあるが、その中央付近の燃料Ｆの
気化を促進させるように中央付近に高い温度分布をもた
せたり、中央付近に浮き上がり力に抗する大きな電界が
発生するようにしてもよい。

【００６８】（１３）第２実施例で電極棒２５を加熱し
てもよい。液滴Ｆが電極棒２５を伝って降下する過程で
の液滴Ｆの気化を促進させることができる。 （１４）第２実施例で電極棒２５に替えてネット状の電
極としてもよい。電極がネット状なので付着した液滴Ｆ
の表面積が大きくなり気化が促進される。

【００６９】（１５）ヒータ材料はＰＣＴセラミックに
限定されない。Ｎｉ−Ｃｒ（−Ｆｅ）合金、白金、Ｓｉ
Ｃなど適当な比抵抗を有するその他の材料に変更するこ
とができる。ＰＣＴ特性を有しないヒータ材料を使用し
た場合、温度制御回路を設けてヒータ６を設定温度に保
持すればよい。

【００７０】（１６）溝７の幅やスポット２８の径を毛
細管現象が起きない大きさとしてもよい。 （１７）臨界粒径を越える液滴Ｆのほぼ全てが露出面１
１ａ，１２ａに跨がって直接付着するように、溝７（図
４）、スポット２８（図８）、露出部１２ａ（図１０，
図１１）、突出部１２ｂ（図１３，図１４）をヒータ６
の表面一面に密に形成してもよい。

【００７１】（１８）ＥＨＤ効果により燃料に作用する
力の向きは、電界の向きと燃料の極性によって決まるた
め、導電層１１，１２間の電圧印加方向（電界の向き）
は燃料がヒータに押し付けられるようにその燃料の極性
によって適宜変更することができる。

【００７２】（１９）ヒータ６，２３をライデンフロス
ト点ＴL 以下で使用してもよい。ＥＨＤ効果により液滴
Ｆが表面Ｓに押さえられてその接触面積が増えるので熱
が良く伝えられて気化し易くなる。特に、ヒータ６，２
３の表面Ｓとの濡れ性の悪い燃料に有効である。

【００７３】前記実施例から把握され、特許請求の範囲
に記載されていない発明を、その効果とともに以下に記
載する。 （イ）請求項５において、前記凹部は前記液滴の流路に
対して下流側ほど小さなサイズに形成された。フューエ
ルインジェクタから噴射された液滴は、粒径の大きいも
のほど降下速度が速く、より上流側にて付着するので、
液滴をその粒径に応じた凹部により確実に一対の電極に
跨がるように接触させることができる。

【００７４】（ロ）請求項１１において、前記ＰＣＴセ
ラミックのキュリー点は、前記加熱面をライデンフロス
ト点以上に加熱可能に設定された。この構成によれば、
ＰＣＴセラミックの発熱により、加熱面をライデンフロ
スト点以上に加熱することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項５
に記載の発明によれば、加熱面をライデンフロスト点以
上に加熱しても、燃料の液滴は電界から受ける加熱面方
向の力により加熱面に接触状態とされるので、液滴の蒸
発速度を一層向上させることができるという優れた効果
を奏する。

【００７６】請求項６に記載の発明によれば、燃料の液
滴を毛細管現象により凹部に取り込むことにより、凹部
の内面に露出した一対の電極に確実に跨がって接触させ
ることができるという優れた効果を奏する。

【００７７】請求項７に記載の発明によれば、一対の電
極以外の部位で燃料の液滴が加熱面に付着しても、その
蒸気圧により浮き上がって加熱面を沿うように移動する
途中でその液滴は再び加熱面から突出した電極により捕
捉されるので、加熱面上における一対の電極の数もしく
は占有面積を減らすことができるという優れた効果を奏
する。

【００７８】請求項８に記載の発明によれば、蒸気圧に
より加熱面との接触が少なくなって加熱面を転がるよう
に移動する燃料の液滴は、燃料流路を横切る方向に延び
た一対の電極により確実に接触して捕捉されるので、加
熱面上における一対の電極の数もしくは占有面積を減ら
すことができるという優れた効果を奏する。

【００７９】請求項９に記載の発明によれば、加熱面上
に露出した複数対の電極は導電層を介して互いに繋がっ
ているので、電源からの配線を導電層に接続するだけで
その接続箇所が少なくて済むという優れた効果を奏す
る。

【００８０】請求項１０に記載の発明によれば、ヒータ
層が導電層と共に加熱面直下の表面層に形成されている
ので、加熱面を効率良く加熱することができる。請求項
１１に記載の発明によれば、導電層に挟まれて形成され
たヒータ層は、導電層間の印加電圧により通電されて発
熱するので、各層間の絶縁層の形成が不要となり、燃料
気化装置の製造を比較的簡単とすることができる。

【００８１】請求項１２に記載の発明によれば、気化室
を備えた燃料供給装置においても、気化室の底部に配置
された加熱面をライデンフロスト点以上に加熱させるこ
とにより、燃料の気化速度を向上させることができると
いう優れた効果を奏する。

【００８２】請求項１３に記載の発明によれば、フュー
エルインジェクタから噴射されて霧化された燃料及び加
熱面にて気化された燃料のみを、バルブによる開閉制御
によりインテークマニホールドに供給することができ
る。請求項１４に記載の発明によれば、フューエルイン
ジェクタから噴射された燃料のほぼ全てを多数本の電極
棒に付着させ、電極棒を伝って降下した燃料の液滴をＥ
ＨＤ効果により加熱面に保持させて素早く気化させるこ
とにより、気化された燃料のみを燃焼室に供給すること
ができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の燃料気化ヒータの部分側断面図。

【図２】燃料気化装置の概略側断面図。

【図３】燃料気化ヒータの斜視図。

【図４】燃料気化ヒータの部分斜視図。

【図５】燃料気化ヒータの作用図。

【図６】第２実施例の燃料気化装置の概略側断面図。

【図７】燃料気化ヒータの作用図。

【図８】別例の燃料気化ヒータの部分斜視図。

【図９】別例の燃料気化ヒータの部分側断面図。

【図１０】別例の燃料気化ヒータの部分斜視図。

【図１１】別例の燃料気化ヒータの部分斜視図。

【図１２】別例の燃料気化ヒータの部分側断面図。

【図１３】別例の燃料気化ヒータの部分斜視図。

【図１４】別例の燃料気化ヒータの部分斜視図。

【図１５】別例の燃料気化ヒータの部分正断面図。

【図１６】別例の燃料気化ヒータの部分正断面図。

【図１７】別例の燃料気化ヒータの部分側断面図。

【図１８】別例の燃料気化ヒータの部分側断面図。

【図１９】従来技術において加熱温度に対する燃料蒸発
速度を示すグラフ。

【図２０】従来技術における燃料気化ヒータの作用図。

【符号の説明】

１…エンジン、２…燃焼室、４…燃料流路を構成するイ
ンテークマニホールド、５…フューエルインジェクタ、
６…燃料気化装置としてのヒータ、６ａ…表面層、７…
凹部としての溝、８…発熱源としてのヒータ層、９，１
０…絶縁層、１１，１２…電界発生手段を構成する導電
層、１１ａ…一対の電極を構成する露出面、１２ａ…一
対の電極を構成する露出面、１２ｂ…突出部、１４…電
界発生手段を構成する電源、２２…気化室、２３…燃料
気化ヒータとしてのヒータ、２４…導電層、２５…電極
棒、２６…通路、２７…バルブとしての電磁バルブ、２
８…凹部としてのスポット、２９…発熱体、３１…排気
ガス案内手段を構成する加熱板、Ｆ…燃料の液滴、Ｓ…
加熱面としての表面。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の液滴を燃焼室に送る燃料流路上
   に、加熱面を配置し、その加熱面にて前記液滴を気化さ
   せる燃料気化方法であって、 前記加熱面周辺にて電界を発生させ、前記液滴に対し前
   記加熱面方向の力を作用させる燃料気化方法。
2. 【請求項２】 一定面積の加熱面を備え、前記加熱面に
   付着した燃料の液滴を加熱・気化し、エンジンのシリン
   ダ内における燃料の燃焼状態を改善する燃料気化装置で
   あって、 前記加熱面にて、前記液滴に前記加熱面方向の力を作用
   させるべく電界発生手段を備えた燃料気化装置。
3. 【請求項３】 燃料の液滴を燃焼室に送る燃料流路上
   に、一定面積の加熱面を配置する燃料気化装置であっ
   て、 前記加熱面に付着した燃料の液滴が跨がって接触可能な
   一対の電極を、その間に電界を発生可能に少なくとも一
   対以上備えた燃料気化装置。
4. 【請求項４】 前記一対の電極は前記加熱面上に形成さ
   れた請求項３に記載の燃料気化装置。
5. 【請求項５】 前記一対の電極は前記加熱面上に形成さ
   れた第１の電極と、前記加熱面から離間して配置された
   第２の電極とからなる請求項３に記載の燃料気化装置。
6. 【請求項６】 前記加熱面には凹部が形成され、該凹部
   の内面に前記一対の電極が露出状態に形成された請求項
   ４に記載の燃料気化装置。
7. 【請求項７】 前記一対の電極は、少なくとも一方が前
   記加熱面から突出して形成された請求項４に記載の燃料
   気化装置。
8. 【請求項８】 前記一対の電極は、所定間隔を隔して平
   行に前記液滴を燃焼室に送る燃料流路を横切る方向に延
   びて前記加熱面上に形成された請求項４、請求項６、請
   求項７のいずれかに記載の燃料気化装置。
9. 【請求項９】 前記加熱面を形成する前記燃料気化装置
   の表面層は、導電層が絶縁層を介して多層に形成され、
   前記一対の電極は該導電層が前記加熱面上に露出して形
   成された請求項３及び請求項４に記載の燃料気化装置。
10. 【請求項１０】 前記加熱面を形成する前記燃料気化装
    置の表面層は、該加熱面を加熱する発熱源としてのヒー
    タ層と、前記加熱面上に前記一対の電極を露出形成する
    ための２つの導電層とが、それぞれ絶縁層を介して多層
    に形成されてなる請求項９に記載の燃料気化装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０の燃料気化装置において、
    前記ヒータ層は前記導電層に通電可能に接触する状態に
    挟まれて形成され、該ヒータ層は前記導電層間に印加さ
    れる電圧に基づき所定温度に発熱可能な抵抗値に設定さ
    れた燃料気化装置。
12. 【請求項１２】 前記燃料を噴射するフューエルインジ
    ェクタが気化室に設けられ、該気化室の底部に請求項２
    〜請求項１１のいずれかに記載の燃料気化装置の前記加
    熱面が配置された燃料供給装置。
13. 【請求項１３】 前記気化室と前記インテークマニホー
    ルドとを連通する通路の排出口を前記加熱面より所定距
    離だけ上方位置に設け、前記通路上に前記気化室からの
    燃料の供給量を制御するバルブを備えた請求項１２に記
    載の燃料供給装置。
14. 【請求項１４】 前記フューエルインジェクタが設けら
    れた気化室の底部に、請求項５に記載の燃料気化装置の
    前記加熱面を配置し、前記フューエルインジェクタの燃
    料噴射指向先に多数本の前記第２の電極としての電極棒
    を吊設するとともに、前記電極棒の下端を前記加熱面に
    露出した前記第１の電極に対して所定間隔だけ離間させ
    た状態に配置した燃料供給装置。