JP2004092645A - 燃料送出システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
　　希薄混合気燃焼エンジンにおける燃焼室の吸気弁の数を減らし、コストを削減すること。
【解決手段】
　可燃性液体の滴をデジタル方式で個別に放出するための液滴放出器(30)を有する燃料送出システム(14)。コントローラ(76)は、液滴射出器(30)に対し、燃料吸気期間のうちの第１の部分の間に第１の空気／燃料混合物を燃焼室(17)へ供給させ、同燃料吸気期間のうちの第２の部分の間に第２の空気／燃料混合物を前記燃焼室(17)へ供給させるように構成される。
【選択図】　図６

Description

　本発明は、概して、例えば内燃機関における燃料送出に関する。

　内燃機関は、空気と可燃性燃料の混合物を、自動車の燃焼シリンダなどの１つまたは複数の燃焼室内で点火し燃焼させることにより動力を生成する。従来の内燃機関は、燃焼室内に燃料を吸い込む１つの吸気口／弁と、空気／燃料混合物を点火し燃焼させた後で排気を放出する１つの排気口／弁の２つの弁調節オリフィスを有する燃焼室を使用する。吸気弁が開いている（かつ排気弁が閉じている）とき、空気／燃料混合物が燃焼室に吸い込まれる。空気／燃料混合物が燃焼室に吸い込まれている期間は、「吸気期間」と呼ばれる。次に、吸気弁が閉じられ、空気／燃料混合物が点火される。空気と燃料の燃焼による力が、燃焼室内に摺動可能に配置されたピストンを直線的に動かす。次に、排気弁が開かれ、空気／燃料混合物の燃焼の際に生成された排気が、ピストンの下降運動によって排気口／弁を介して燃焼室から放出される。この期間は、「排出期間」と呼ばれる。ピストンが、燃焼室の最下部に達したとき、吸気弁が開かれ（かつ排気弁が閉じ）、サイクルが繰り返される。

　ガソリン機関では、燃焼室内の平均空気／燃料比が１４．７（「化学量論比」と呼ばれる）のときに、燃料が最も効率的に点火および燃焼し、望ましくない排気物質が最少になることが一般に知られている。燃焼室内の平均空気／燃料比が化学量論比よりも大幅に小さい場合、空気／燃料混合物が「濃厚」であると見なされ、その空気／燃料混合物は効率的に燃焼されない。一方、燃焼室内の平均空気／燃料比が化学量論比よりも大幅に大きい場合、空気／燃料混合物は「希薄」であると見なされ、その空気／燃料混合物は完全に点火せず燃焼されない。その結果、燃焼室から放出される望ましくない排気物質が多くなる。

　内燃機関の燃料効率を高めるためには、定常状態での動作中（すなわち、エンジンが実質的に同じ回転数と負荷で動作しているとき）にエンジンを希薄空気／燃料比で効率よく機能させ、同時に望ましくない排気物質の放出を最少にできることが望ましい。いわゆる「希薄混合気燃焼」エンジンは、化学量論比の空気／燃料比よりも少ない燃料しか含まない空気／燃料混合物で動作するので、使用する燃料が少ない。

　既知の燃料噴射器で希薄混合気燃焼エンジンを実現する既知の方法は、吸気期間中に希薄空気／燃料混合物と濃厚空気／燃料混合物を燃焼室に交互に注入することを含む。具体的には、各吸気期間について、その吸気期間のうちのほとんどの時間は、希薄空気／燃料混合物が燃焼室に注入される。吸気期間のうちの比較的短い時間だけ、濃厚空気／燃料混合物が燃焼室に注入される。希薄空気／燃料混合物は、完全には着火せずそれ自体燃焼しないが、濃厚空気／燃料混合物は、すぐに着火し、燃焼室内の他の希薄空気／燃料混合物を完全に点火して効率的に燃焼させる。従って、各吸気期間における平均空気／燃料比が薄くなり、結果として、全体の燃料効率が高まる。それでもなお、空気／燃料混合物が最後まで燃焼するので、望ましくない排気物質が最少になる。

　従来、上記の希薄燃焼方法は、内燃機関内で２つの吸気口／弁と１つの排気口／弁との３つのオリフィス／弁を有する燃焼室を使って実現されていた。一方の吸気口／弁は、吸気期間のうちのほとんどの時間、燃焼室に希薄空気／燃料混合物を受け取るために使用され、他方の吸気口／弁は、吸気期間のうちの比較的短い時間だけ、燃焼室内に濃厚空気／燃料混合物を受け取るために使用される。したがって、各吸気期間のうちのほとんどの時間は、希薄空気／燃料の吸気弁が開かれ、濃厚空気／燃料の吸気弁が閉じられており、各吸気期間のうちの残りの時間は、濃厚空気／燃料吸気弁が開かれ、希薄空気／燃料吸気弁が閉じられている。排気弁は、従来の２弁式燃焼室と同じように働く。電子制御装置によって生成された制御信号に応じて、カム・シャフトが３つの弁の開閉を普通に制御する一方、電磁弁が吸気サイクルの際に吸気に割り当てる燃料の量を制御する。

　希薄混合気燃焼エンジンを実現する前述の方法およびシステムは十分に機能するが、３弁式燃焼室の使用は、比較的複雑で、従来の２弁式燃焼室よりも高価である。また、同じ吸気期間に２つの吸気弁の交互の開閉を正確に行うために必要な機械制御は、比較的複雑で、実現が困難である。そのため、希薄燃焼内燃機関を実現するための改善された方法およびシステムが必要とされている。

　簡潔かつ一般的に言うと、本発明は、可燃性液体の滴をデジタル方式で不連続に排出する液滴放出器を有する燃料送出システムに関する。コントローラは、液滴放出器に対し、燃料吸気期間のうちの第１の部分の間に第１の空気／燃料混合物を燃焼室に供給させ、同燃料吸気期間のうちの第２の部分の間に第２の空気／燃料混合物を前記燃焼室に供給させるように構成される。

　本発明は、図面を参照するとより良く理解できる。図面の要素は、必ずしも互いに同じ縮尺であるとは限らない。むしろ、本発明を分かりやすく示すために強調が施されている。また、同じ符号は、複数の図面に通して対応する類似の部品を指している。

　本発明により、一定量の個別の燃料液滴を供給することが可能な燃料噴射器を用いて、希薄燃焼内燃機関が実現される。一定量の個別の燃料液滴を供給する機能により、任意の所定の時間に燃焼室に注入される燃料の量を制御することが、燃料を燃焼室に供給するための他の既知の装置に比べて大幅に改善される。その結果、既知のシステムおよび方法と異なり、１つの吸気期間のうちの異なる部分の間に、１つの吸気口／弁から異なる比率の空気／燃料混合物を送出することが可能になる。

　図１は、本発明による希薄燃焼内燃機関を実施するのに使用されるシステムの一実施形態を示すの高レベルブロック図である。符号１４は内燃機関の可燃性気体１００を生成する装置全体を指すものであり、以下この装置を「燃料噴射器」１４と呼ぶ。燃料噴射器１４は、液滴放出器３０と空気流量制御弁３４とを含む。液滴放出器３０は、実質的に一定量のサイズを持つ個別の燃料液滴を作成する。液滴放出器３０は、可燃性燃料を格納した燃料タンクなどの燃料リザーバ１８に、低圧で流体的に接続することが好ましい。燃料リザーバ１８の燃料は、圧力調節器３２と動作直立管３６とを用いて液滴放出器３０に送り、不使用状態での液滴放出器３０からの燃料漏れを防止することが好ましい。液滴放出器３０は、一般的な消費者が取り外し可能でかつ交換可能であることが好ましい。制御回路２０は、液滴放出器３０および空気流量制御弁３４を制御する。制御回路２０は、スロットル２３および負荷センサ２７に接続することが好ましい。自動車のアクセルペダルなどのスロットル２３は、ユーザによって操作される。オプションの負荷センサ２７は、必要に応じて内燃機関によって作動される可燃性燃料装置の負荷を監視・検出する。空気流量制御弁３４は、液滴放出器３０から放出された燃料液滴に混合する空気の流れを調節して、自動車の一般的な燃焼シリンダなどの燃焼室１７内へ送る可燃性気体を作成する。燃焼室１７は、入ってくる燃料を受け取る１つの吸気口／弁と、燃料が燃焼した後の排気を通す１つの排気口／弁とを有することが好ましい。燃焼室へ送る燃料は、スパークプラグなどの点火装置（図示せず）を用いて、当該技術分野で既知の方法によって点火される。図１には１つの燃焼室１７しか図示していないが（例示のため）、本発明は、１つまたは複数の燃焼室１７を用いて実施することもでき、追加の燃焼室１７は追加の液滴放出器３０及び追加の空気流量制御弁３４に対応し、それらはすべて制御回路２０によって制御される。

　燃料噴射器１４の機能は、可燃性燃料のきわめて小さな計量された量の液滴、すなわち「デジタル（計数型）」な液滴を作成し、制御された量の空気をそれらの液滴中に通すことにより、可燃性気体を生成することである。この可燃性気体は、エンジンを作動させる燃焼室１７に引き込まれる。

　次に、本発明の燃料噴射器１４の実施形態について、さらに詳しく説明する。図２〜図８は、燃料噴射器１４とその構成要素を示す様々な斜視図である。まず図２及び図３を参照すると、燃料噴射器１４は、燃焼室１７の吸気弁１０１の吸気マニホルド１６あるいは吸気弁１０１近くの吸気マニホルド１６に取り付けられた本体１５を有する。本体１５は、第１の上部部材４３と第２の上部部材５７（これらはいずれも後でさらに詳しく説明する）とを含む。燃料噴射器１４は制御回路２０に接続され、制御回路２０は通常、スロットル２３およびオプションの負荷センサ２７から受信した入力信号、並びに様々な他のセンサおよび入力装置から受信した入力信号に基づいて、燃料噴射器１４の動作を制御する。スロットル・ケーブル２２は、手動スロットルまたは足ペダル（図示せず）に接続され、小さい穴５３を通して燃料噴射器１４に接続されることが好ましい。スロットル・ケーブル２２の物理的操作により制御回路２０に供給すべき制御信号が生成され、次いでこの制御回路２０が液滴放出器３０及び空気流量制御弁３４の動作を制御する。例えば、後で説明するように、スロットル・ケーブル２２を本体１５から引き出した場合、制御回路２０は、燃料噴射器１４の空気流量制御弁チャネルをさらに開かせることにより、さらに多くの空気をエンジン内に流し込む。従来の空気フィルタ２４は、燃料噴射器１４に入る空気流中のあらゆる粒子状物質を除去することが好ましい。

　燃料噴射器１４は、自動車の燃料タンクなどの燃料リザーバ１８に接続される。燃料リザーバ１８は、燃料ポンプ（図示せず）に接続してもよいし、接続しなくてもよい。しかしながら、本発明の燃料噴射器１４は最小限の燃料圧しか必要とせず、重力供給方式は燃料ポンプに比べて安価なので、燃料は燃料リザーバ１８から燃料噴射器１４へ重力供給することが好ましい。燃料は、ガソリン、ディーゼル燃料、エチルアルコール、重油および灯油のうちのいずれのタイプのものでよい。要するに、内燃機関や、ランタン、ストーブ、ヒータ、発電機などの他の可燃性燃料装置をさせるものであれば、いずれの可燃性燃料でも、あるいはいずれの燃料の組み合わせでも、本発明に関連して利用することが可能である。燃料噴射器１４の本体１５及びそのすべての部品は、本明細書において特に指定しない限り、ガソリンや他のエンジン燃料に耐性のある射出成形された重合体であり、ナイロン６で作成することが好ましい。

　図４を参照すると、燃料噴射器１４の内部に収容される摺動体２６は、燃焼室１７に供給する可燃性気体を作成する機能を主に実行する。摺動体２６は、燃料噴射器ハウジング１５の内部に収容される。摺動体２６は、消費者が簡単に交換できることが好ましく、小さな燃料液滴を放出するマイクロポンプとしての機能と、該マイクロポンプによって作成された燃料液滴の流れの中に送り込む空気の量を調節して燃料蒸気を作成する空気流量制御弁３４としての機能との両方の働きがある。摺動体２６は、当業者に既知のサーマル・インクジェット印刷カートリッジと類似していて、本質的にはそれと同じように動作する。この例示の実施形態の場合、摺動体２６がハウジング２８を含み、ハウジング２８の上にＴＡＢ回路２９が取り付けられている。他の相互接続形態も当業者に知られており、それら他の形態でＴＡＢ回路２９を置き換えることもでき、それでも本発明の思想及び範囲内である。ＴＡＢ回路２９は、制御回路２０およびハウジング２８の下部壁に配置された液滴放出器３０に電気接続される。ＴＡＢ回路２９は、制御回路２０からの制御信号に基づいて、液滴放出器３０を制御する。

　液滴放出器の一例は、２０００年１２月１９日にＣｈｅｎ他に付与された「Ｄｉｒｅｃｔ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｆｌｕｉｄ　Ｊｅｔ　Ｏｒｉｆｉｃｅ」と題する本願と同じ譲受人が所有する米国特許第６，１６２，５８９号に記載されている。好ましい液滴放出器３０は、複数の燃料発射室を含む。各発射室は、１つまたは複数のノズルと、燃料注入路と、制御回路２０からパルスの供給を受ける抵抗器や可動圧力素子(flextentional device)などのエネルギー発散要素とを有する。制御回路２０は、内燃機関で実施する場合、エンジン負荷及びスロットル位置に応じるものであることが好ましい。液滴放出器３０は、各発射室から一定量の可燃性液体を放出する（すなわち、一滴づつ）。ガソリン用途の場合、液滴はそれぞれ約３０マイクロメートル未満のＮＭＤ径(NMD:Number Median Diameter)及び約１４ピコリットルの体積を有することが好ましいが、これは、液滴放出器３０の設計に合わせて例えば１ｍｍのＮＭＤ径まで調節することができる。

　ハウジング２８は圧力調節器３２を更に含み、該圧力調節器は、網目状発泡体（図４に示すようなもの）で構成するのが好ましいが、スプリングバッグや可撓性ダイアフラムなどの多数の他の形態の圧力調節器も含まれる。圧力調節器３２は、ハウジング２８の底部に位置する直立管（図示せず）のスロット（単数の場合も複数の場合もあり）を通して液滴放出器３０に連通している。圧力調節器３２は、液滴放出器３０の背面にわずかな負圧をかけて、液滴放出器から可燃性流体が漏れたり垂れたりすることがないようにするものである。

　摺動体２６は、さらに、ハウジング２８の上部開口部を閉じるように設計された摺動体上部３５を含む。ガスケット３３は、摺動体上部３５とハウジング２８との境界を封止して、摺動体２６内部の燃料が漏れ出るのを防止する。ガスケット３３は、ＥＰＤＭまたはポリウレタンで構成することが好ましいが、他の材料を使用することもでき、それでも本発明の思想および範囲内である。

　本発明の燃料噴射器１４の一般的な動作は、上記のように本質的にはサーマル・インクジェット印刷カートリッジと同様に機能するが、いくつかの例を挙げると表面張力、化学反応性、揮発性など、使用したい燃料の様々な特性に応じて従来のサーマル・インクジェット印刷カートリッジの設計に変更を施す必要があるので、単純にインクを燃料に置き換えることはできない。そのような変更には、表面張力が小さくなることを考慮して、背圧調節器３２と液滴放出器３０の間の直立管３６内の毛管のサイズを小さくすることが含まれる。他の変更としては、本体１５と背圧調節器３２の材料の選択をナイロン６などの燃料の溶解に耐えるものにすることが含まれる。さらに、燃料の揮発性の増大を考慮して背圧調節も変更する必要がある。当業者であれば、他の望ましい変更にも容易に気づくであろう。

　さらに図４を参照すると、摺動体上部３５の外側には、様々な物理要素が配置される。後でさらに詳しく説明するように、圧縮ばね４６（図６）を支持する外側円柱状部材３７が組み込まれる。ループ部材４０は、スロットル・ケーブルを摺動体２６に結合する働きをする。その結果、後でさらに詳しく説明するように、スロットル・ケーブル２２の操作により、摺動体２６を燃料噴射器本体１５内で移動させ、燃料噴射器１４に入る空気の量を調節できるようになる。最後に、摺動体上部３５の外側には燃料供給導管４１も配置される。燃料供給導管４１は、燃料リザーバ１８（図２と図３）と流体連通していて、燃料を摺動体２６内へ流し込むことを可能にする働きがある。燃料供給導管４１は、可撓性でかつ弾性的に変形可能なものが好ましく、摺動体２６が燃料供給導管４１から制限を受けることなく燃料噴射器内で上下に移動できるようなものが好ましい。

　図５は、燃料噴射器の主ハウジング１５（図２及び図３に示す）の第１の上部部材４３の好ましい内側（下側）壁を示している。第１の上部部材４３の内側壁は、内側円柱状部材４４とスロットル・ケーブル・ガイド４５を備える。燃料噴射器１４（図２及び図３）を完全に組み立てたとき、内側円柱状部材４４が摺動体上部３５（図４）の外側にある外側円柱状部材３６と同軸になるようにすることが好ましい。内側円柱状部材４４と外側円柱状部材３７は共に、摺動体２６を燃料噴射器の主ハウジング１５の第１の上部部材４３に対してバイアスする２つの圧縮ばね４６（後でさらに詳しく説明する）と係合して維持するはたらきをする。

　図６と図７はいずれも、燃料噴射器１４とその様々な構成要素の詳しい実施形態を示している。図６は燃料噴射器１４の分解図を示し、図７は燃料噴射器１４の組み立て後の破断図を示している。図６と図７（同じ要素は同じ符号を有する）の両方を参照して、燃料噴射器１４の様々な構成要素の関係について説明する。前述のように、空気フィルタ２４は、様々な燃料噴射器構成要素を格納する保護チャンバを提供する主ハウジング１５に結合される。摺動体２６は、液滴放出器３０、ＴＡＢ回路２９、摺動体ハウジング２８、圧力調節器３２、ガスケット３３および摺動体上部３５を含み、主ハウジング１５の内部に摺動可能に配置される。制御回路２０は、ＴＡＢ回路２９と通信して液滴放出器３０を制御する。燃料リザーバ１８は、摺動体上部３５の外側に設けられた燃料供給導管４１に流体的に接続される。組み立て時には、圧縮ばね４６（ステンレス鋼で作成することが好ましい）が外側円柱状部材３７および内側円柱状部材４４と係合し、摺動体２６を本体１５内に押し下げ、燃料噴射器１４内の空気の流れを遮断する位置まで押し下げる。

　スロットル・ケーブル２２は、（直接的または間接的に）ループ部材４０に接続され、ユーザによる操作に応じて摺動体２６を上昇させること（それにより、燃料噴射器１４内の空気の通路がさらに開く）を容易にする。スロットル・ケーブル２２は、摺動体２６に直接接続してもよいし、あるいは図６、図７および図８に示すように、スロットル・ケーブル２２（ユーザにより操作される）をスロットル・ホイール４８を用いて第２のスロットル・ケーブル５４に接続し、第２のスロットル・ケーブルを摺動体２６のループ部材４０に物理接続するようにしてもよい。スロットル・ホイール４８は、主ハウジング１５の第２の上部部材５７のフォーク部材５６に組み込まれる。矢印８８で図示したように、スロットル・ホイール４８は、その中心点のまわりに回転するように構成されている。両方のスロットル・ケーブル２２，５４はいずれも、スロットル・ホイール４８の周りに巻かれる。主ハウジング１５の内部にスロットル位置センサ５２、好ましくはポテンシオ・メータを配置して、スロットル・ケーブル２２の位置を検出するようにする。スロットル位置センサ５２は出力信号を制御回路２０に供給し、制御回路２０はこの信号を使って液滴放出器３０から放出される燃料の量を調節する。

　上記のスロットル・ホイール４８の目的は、スロットル・ケーブル２２の直線運動の量に比例する摺動体２６の直線運動の量を調節することである。図８に示す好ましいスロットル・ホイール４８は、摺動体２６の直線運動をスロットル・ケーブル２２の直線運動よりも小さくするので、燃料噴射器全体の高さを低くすることが可能になる。スロットル・ホイール４８は、軸５１にしっかりと取り付けられた小さいスプール４９と大きいスプール５０とを有することが好ましい。スロットル・ケーブル２２は、スロットル（図示せず）に接続するとともに、本体１５の小さい穴５３（図７）を通して大きいスプール５０の周りに巻きつける。第２のスロットル・ケーブル５４は、小さいスプール４９に巻きつける。第２のスロットル・ケーブル５４は、誘導装置部材４５（図５）の中を通して、摺動体上部３５（図４）の外側のループ部材４０に接続する。２つのスプール４９，５０の直径が異なるため、燃料噴射器１４の全体の高さを低くすることができる。システム中でスロットル・ホイール４８を使用する場合、スロットル位置センサ５２はスロットル・ホイール軸５１に接続することが好ましく、燃料噴射器１４内の摺動体２６の垂直位置に対応するスロットル・ホイール４８の回転位置をスロット・ホイール軸５１で測定し、その情報を電子制御モジュール２０に伝えることが好ましい。

　前述の燃料噴射器１４の実施形態は、図９を参照してこれから詳しく説明する燃焼室１７へ可燃性気体を供給する。燃焼室１７は、様々な形をとることができるが、本発明を特定の実施形態と関連して示すために、一般に自動車に使用されるタイプの円柱状の燃焼室が好ましい。燃焼室１７は、少なくとも１つの吸気口／弁１０１と、少なくとも１つの排気口／弁１０５とを有することが好ましい。吸気口／弁１０１は、燃焼室１７内に燃料を受け取るために燃料噴射器１４と流体連通されるように構成される。排気口／弁１０５は、排気を燃焼室１７から放出できるように構成される。当該技術分野において慣例的なように、往復ピストン１０７は、燃焼室１７内に摺動可能に配置され、燃焼室１７内の液体燃料の燃焼に応じて移動するように構成される。

　次に、図１〜図９を参照して、システムの好ましい動作をさらに詳しく説明する。動作において、燃料噴射器１４内の空気の流路は、空気フィルタ２４で始まる。空気ポンプ（図示せず）によって、あるいは燃焼室１７内でのピストン１０７の運動によって生成された真空によって、空気が燃料噴射器に吸い込まれる。空気は、空気フィルタ２４を通って本体１５に入り、液滴放出器３０の下を通って本体１５から出て、吸込マニホルド１６に流れ込む。燃料の流路は、燃料リザーバ１８で始まる。燃料は、燃料リザーバ１８から本体１５まで低圧（例えば、約２０．７kＰａ（≒３ｐｓｉ）未満）の導管内を流れ、次に低圧（例えば、同じく約２０．７ｋＰａ（≒３ｐｓｉ）未満）の弾性変形可能な導管を通って、摺動体２６（図９）上の燃料供給口４１まで流れる。燃料は、圧力調節器３２を通り、ハウジング２８の底部にある直立管（図示せず）内の複数のスロットを通って液滴放出器３０まで流れる。使用していない時に燃料が垂れたり漏れたいしないように、圧力調節器３２は、液滴放出器３０の後ろにわずかな負圧を維持する（背圧を作り出す）。燃料は、液滴放出器３０及び直立管スロット内の燃料の毛管作用によって圧力調節器３２から吸い出され、液滴放出器３０に流れ込む。液滴放出器３０は、小さい個別の一定量の燃料を摺動体２６の下方を流れる高速の空気流の中に向けて一滴ずつ実質的に下方に噴射する。液滴が空気流に達すると、この例では、その飛行経路が垂直方向から水平方向に変化する。この気流は、空気と燃料液滴との間で混合が生じ、その結果、可燃性気体が生成されるように設計される。この可燃性気体は、吸気弁１０１を通して燃焼室１７に供給される。

　図７を参照すると、矢印８７で示すスロットル・ケーブル２２の操作は、スロットル・ホイール４８を矢印８８で示すように回転させ、摺動体２６を矢印８９で示すように上下に動かす。摺動体２６は通常、燃料噴射器ハウジング１５の底部にあり、空気フィルタ２４と燃焼室１７との間の空気の通路を遮断している。摺動体２６は、圧縮ばね４６によりこの位置の方にバイアスされている。スロットル・ケーブル２２を本体１５から引き出すと、スロットル・ケーブル２２によってスロットル・ホイール４８が回転し、それにより第２のスロットル・ケーブル５４が摺動体２６を引き上げて圧縮ばね４６を圧縮する。第２のスロットル・ケーブル５４はガイド４５を通り、その動きが図７に示すように水平方向から垂直方向へ転向される。第２のスロットル・ケーブル５４は、摺動体上部３５のループ部材４０に取り付けられる。摺動体２６が上昇すると、空気フィルタ２４と燃焼室１７との間の空気の通路の遮断されていない部分が多くなり、燃料噴射器１４に流れ込むことができる空気が多くなる。位置センサ５２は、スロットル・ホイール４８の回転を検出して、燃料噴射器に流れ込む空気の量が増えたことを示す信号を制御回路２０に送信する。制御回路２０は、任意数の空気／燃料比率制御方法を使用して、液滴放出器３０から放出される燃料の量を調節し、それにより燃焼室１７に供給される燃料蒸気の量を調節する。

　前述のシステムを使用する希薄混合気燃焼エンジンを採用するため、制御回路２０は、各吸気期間のうちの一部分の間、システムの燃料噴射器１４に希薄空気／燃料混合物を燃焼室１７へ供給させ、各吸気期間のうちの別の部分の間、濃厚空気／燃料混合物を燃焼室１７に供給させるように構成される。すなわち、燃焼室１７の吸気弁１０１が開かれる（かつ、排気弁１０５が閉じられる）たびに、その燃焼室１７は、その吸気期間中の所定の期間、希薄空気／燃料混合物を受け取り、他の所定の時間、濃厚空気／燃料混合物を受け取る。希薄混合気燃焼エンジンの場合、希薄な空気／燃料混合物が燃焼室１７に供給される時間は、一般に、濃厚な空気／燃料混合物が供給される期間よりも長い。希薄混合気燃焼エンジンを実現する既知の方法と対照的に、本発明は、一つの吸気弁を通して希薄な空気／燃料混合物及び濃厚な空気／燃料混合物を供給することが好ましい。燃料噴射器１４が小さい個別の燃料液滴を供給することができるので、一つの吸気弁から供給される空気／燃料混合物を迅速かつ正確に調節して、同じ吸気期間内で同じ吸気弁から異なる時間に異なる空気／燃料混合物を送り込むことが可能になる。

　制御回路２０は、個別の希薄な空気／燃料混合物と濃厚な空気／燃料混合物を単に供給させることに加えて、燃料噴射器１４に対し、１つの吸気期間中に複数の異なる空気／燃料混合物を供給させるように構成することもできる。例えば、制御回路２０は、燃料噴射器１４に対し、吸気期間のうちの第１の期間に濃厚な空気／燃料比の混合物を燃焼室に供給させ、次いでその吸気期間の残りの部分全体にわたって空気／燃料比を連続的に増大させることにより、極めて有効かつ効率的な燃焼を実現するように構成することができる。同様に、制御回路２０は、燃料噴射器１４に対し、吸気期間のうちの第１の期間に希薄な空気／燃料比の混合物を燃焼室に供給させ、次いでその吸気期間の残りの部分全体にわたって空気／燃料比を連続的に減少させるように構成することもできる。

　様々な制御回路２０および方法を使用して、燃料噴射器１４から送出される空気／燃料混合物の成分（空気／燃料比）を調節することができる。そのような２つの方法は、２００２年２月２６日に出願された同時係属の米国特許出願１０／０８６，００２号と、２００２年４月１０日に出願された同時係属の米国特許出願１０／１２０，９５１号に記載されており、この両方の出願は、本譲受人に譲渡され、その両方の教示は、参照により本明細書に組み込まれる。一般的に、空気／燃料比の調節は、(i)所定の期間中に液滴放出器３０から放出される一定量の燃料液滴の数を変化させることにより、又は(ii)燃料噴射器１４内を通して送られる空気の量を変化させることにより、あるいは(iii)それら両方の組合せによって行なうことができる。所定量の空気に対する燃料液滴の数を変化させることにより空気／燃料比を調節することが好ましい。

　所定の期間に放出される燃料液滴の数は、様々な方法で調節することができる。例えば、液滴放出器３０の有効な発射室の数を調節することができる。すなわち、空気／燃料比を濃厚にするためには、制御回路２０を用いて追加の発射室を「オン」にすることにより、同じ期間中に放出される燃料液滴の数を増やすことができる。空気／燃料比を希薄にするためには、制御回路２０を用いて発射室のうちのいくつかを「オフ」にすることにより、同じ期間中に放出される燃料液滴の数を少なくすることができる。あるいは、発射室が燃料液滴を放出する頻度を変化させることにより、所定の期間中に放出される燃料液滴の数を調節することもできる。したがって、空気／燃料比を濃厚にするために、制御回路２０は、液滴放出器３０に対し、燃料液滴をより高い頻度で放出させることができる。空気／燃料比を希薄にするために、制御回路２０は、液滴放出器３０に対し、燃料液滴をあまり頻繁に放出させないようにすることができる。もちろん、それら有効な発射室数の調節と発射頻度の調節とを組み合わせて、燃料噴射器１４から送出される空気／燃料比を調節することもできる。本出願人に譲渡された前述の係属出願には所定の時間フレーム内に液滴放出器３０から放出される燃料液滴の数を調節することが可能な制御回路２０の複数の実施形態について記載があり、それらを本発明の実施に用いることもできる。

　本明細書では、本発明を一つの吸気弁しか持たない燃焼室を用いた実施形態に関して説明してきたが、本発明は、複数の吸気弁の燃焼室を有するエンジンに使用することもできる。複数の吸気弁を有する燃焼室を使用する場合、すべての吸気弁を同時に開閉して、（吸気期間の部分に応じて）希薄または濃厚な空気／燃料混合物をすべての吸気弁に同時に流すことが望ましい。具体的には、各吸気期間について、その吸気期間全体にわたってすべての吸気弁を開く。そして、その吸気期間のうちの一部分の間は、すべての吸気口／弁から希薄空気／燃料混合物を燃焼室に供給する。さらに、吸気期間のうちの別の部分の間は、すべての吸気口／弁から濃厚空気／燃料混合物を燃焼室に供給する。このようにして、複数の吸気口／弁を有する燃焼室を使用した本発明の実施形態は、複数の吸気口／弁を有する燃焼室が実質的に並列に動作して複数の吸気口／弁を通して燃料を受け取るということを除き、一つの吸気口／弁しか持たない燃焼室を有する実施形態と本質的に同じように機能する。

　本発明は上記の好ましい実施形態及び代替実施形態を参照しつつ具体的に図示及び説明されているが、当業者であれば、特許請求の範囲に規定された本発明の思想及び範囲から外れることなく様々な変更を施すことが可能であることが分かるであろう。本発明の説明は本明細書に記載した要素の新規で自明でないすべての組み合わせを含むものと解釈すべきであり、特許請求の範囲は、本出願または今後の出願において、そのような要素の新規で自明でない組み合わせについて提示する場合もある。以上の実施形態は例示的なものであり、本出願または今後の出願において特許請求する可能性のあるすべての可能な組み合わせにとって、１つの特徴または要素は必須のものではない。

　特許請求の範囲に、「ａ」または「ｆｉｒｓｔ」の要素あるいはその等価物が示されている場合、そのような特許請求の範囲は、１つまたは複数のそのような要素の合体を含み、そのような複数の要素を必要とせずまた除外もしないことを理解されたい。さらに、「第１」や「第２」などの言葉の使用は、示した要素の時間順序だけを意味するものではない。本発明は、併記の特許請求の範囲によって限定される。

本発明の燃料送出システムの例示的実施形態を示すブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による内燃機関の可燃性気体を生成する装置の上部及び側部を示す、部分的に線図にした斜視図である。 図２の装置の底部及び側部を示す、部分的に線図にした斜視図である。 図２の装置のマイクロ・ポンプを示す分解図である。 図２の装置の一構成要素を示す斜視図である。 図２の装置の、部分的に線図にした分解図である。 図２の装置の、部分的に切断した斜視図である。 図２の装置の一構成要素を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による燃焼室を示す正面図である。

符号の説明

１４　燃料送出システム
１７　燃焼室
３０　液滴放出器
７６　コントローラ
１００　可燃性気体
１０１　吸気口

Claims (10)

1. 　可燃性液体をデジタル方式で不連続に放出することが可能なノズルを有する液滴放出器(30)と、
   　前記液滴放出器(30)に対し、燃料吸気期間のうちの第１の部分の間に第１の空気／燃料混合物を燃焼室(17)へ供給させ、前記燃料吸気期間のうちの第２の部分の間に第２の空気／燃料混合物を前記燃焼室(17)へ供給させるように構成されたコントローラ(76)と、
   　からなる燃料送出システム(14)。
2. 　前記第１の空気／燃料混合物が希薄な化学量論比であり、前記第２の空気／燃料混合物が濃厚な化学量論比である、請求項１の燃料送出システム。
3. 　前記コントローラ(76)は、前記液滴放出器に対し、前記燃料吸気期間のうちの第３の部分の間に第３の空気／燃料混合物を前記燃焼室(17)に供給させるように構成される、請求項１の燃料送出システム。
4. 　前記燃焼室(17)が単一の吸気口(101)を有し、該吸気口を通して前記第１及び第２の空気／燃料混合物が前記燃焼室(17)に供給される、請求項１の燃料送出システム。
5. 　前記燃焼室(17)が複数の吸気口(101)を有し、該吸気口を通して前記第１及び第２の空気／燃料混合物が前記燃焼室に供給される、請求項１の燃料送出システム。
6. 　前記コントローラ(76)は、所定の期間に前記液滴放出器(30)から放出される燃料の個別液滴の数を変化させることにより、前記燃焼室(17)に供給される前記空気／燃料混合物を調節するように構成される、請求項１の燃料送出システム。
7. 　燃焼室(17)に空気／燃料混合物を送る方法であって、
   　　吸気期間のうちの第１の部分の間に、第１の空気／燃料比を有する可燃性気体(100)を送るステップと、
   　　前記吸気期間のうちの第２の部分の間に、第２の空気／燃料比を有する可燃性気体(100)を送るステップとからなり、
   　前記可燃性気体(100)が可燃性液体の個別の液滴中に空気を通すことによって作成される、方法。
8. 　前記吸気期間のうちの第３の部分の間に第３の空気／燃料比を有する可燃性気体(100)を送るステップをさらに含む、請求項７の方法。
9. 　前記第１の空気／燃料混合物が希薄な化学量論比であり、
   　前記第２の空気／燃料混合物が濃厚な化学量論比である、請求項７の方法。
10. 　前記希薄な空気／燃料混合物が第１の数の燃料液滴中に前記空気を通すことによって作成され、
    　前記濃厚な空気／燃料混合物が第２の数の燃料液滴中に前記空気を通すことによって作成され、
    　前記前記第２の数の燃料液滴が前記第１の数の燃料液滴よりも多い、請求項７の方法。
    

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