JP2004150436A

JP2004150436A - 可変燃料供給システム及び方法

Info

Publication number: JP2004150436A
Application number: JP2003369824A
Authority: JP
Inventors: John M Koegler; ジョン・エム・コーグラー; John Da Cunha; ジョン・ダ・クンハ; Donald J Coulman; ドナルド・ジェイ・コールマン
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2004-05-27
Also published as: TWI249003B; US6945198B2; US6786194B2; EP1416150A3; KR20040038821A; US20040084023A1; EP1416150A2; US20050028787A1; TW200407498A

Abstract

【課題】冷間始動時の排出物を削減すると共に通常動作時の効率的な燃焼を可能にする、フュエルインジェクタを提供すること。
【解決手段】改善されたフュエルインジェクタ(14)。一実施形態では、フュエルインジェクタ(14)は、第１の流体を受容する第１の流体入力部(41(a))と、第２の流体を受容する第２の流体入力部(41(b))と、ディジタル的な態様で離散的に流体を噴出するよう構成され、前記第１及び第２の流体を受容して該第１及び第２の流体の離散的な液滴を噴出するよう構成された液滴噴出器(30)とを含む。別の実施形態では、フュエルインジェクタ(14)は、ディジタル的な態様で離散的に流体を噴出するよう構成され第１組及び第２組の発射チャンバを有する液滴噴出器(30)を含み、該第１組及び第２組の発射チャンバの各々がそれぞれ第１及び第２の容積を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に内燃機関の燃料供給に関するものである。

内燃機関は、空気とガソリン等の可燃性燃料(combustible fuel)との混合物を自動車の燃焼シリンダ等の１つ又は２つ以上の燃焼室内で点火し燃焼させることで動力を生成する。従来、可燃性燃料は、キャブレタ又はインジェクタを使用して、燃焼室内に蒸気の形で導入されていた。一般的なフュエルインジェクタは、連続式又はパルス式のものである。連続式フュエルインジェクタは、可燃性蒸気を吸気マニホルドに導入し、吸気弁が開いた際に該蒸気がピストンにより燃焼室内に吸入される。パルス式フュエルインジェクタは、命令に基づいて燃料蒸気を各吸入弁の上流領域に導入し又は燃焼室内に直接導入する。これらの燃料供給システムは何れも、高度に発達し、よく知られ、数十年にわたり使用されてきたものである。

内燃機関業界では、より高い燃料効率を達成し、及び大気中への有害な排気物を最小限にすることを探求中である。これら両目的に対する１つの既知の手法として、ガソリン／エタノール混合物を機関の燃料として使用することが挙げられる。ガソリン／エタノール混合物は、一般的に90％のガソリンと10％のエタノールからなり、精油所で生産され、従来のフュエルインジェクタにより車両の燃焼室内に注入される。しかし、各混合成分の様々な気化率や相対的な安定性等の様々な理由により、ガソリン／エタノール混合物は、それが最終的な消費者に届くまでに一般に十分に正確な混合比ではなくなる。その結果として、車両にガソリン／エタノール混合物を使用する消費者が、機関の性能が十分に発揮されない状況を経験をすることもある。

従来のフュエルインジェクタを使用して燃料蒸気を燃焼室に導入する内燃機関に生じる別の問題として、冷間始動（すなわち機関がほぼ周囲温度にある時の始動）時に比較的大量の排出物が生成されることが挙げられる。機関がその通常の動作温度で動作している間は、フュエルインジェクタにより燃焼室に供給される燃料液滴の平均直径が比較的大きいことが好ましく、これは機関の熱により燃料蒸気がいくらか蒸発するためである。しかし、冷間始動中には、比較的大きい燃料液滴が燃焼室の冷たい金属壁上で凝縮する（液体の状態を維持する）傾向がある。点火するのに十分な燃料蒸気が燃焼室に存在することを確実にするために、通常は冷間始動前又は冷間始動中には過剰な燃料が燃焼室に導入される。該過剰な燃料により、一定量の未燃焼の燃料が機関から排出され、これは好ましくない。

本発明は、改善されたフュエルインジェクタに関するものである。本発明の一実施形態では、フュエルインジェクタは、第１の流体を受容する第１の流体入力部と、第２の流体を受容する第２の流体入力部と、ディジタル的な態様で離散的に流体を噴出するよう構成された液滴噴出器とを含み、該液滴噴出器は更に、前記第１の流体及び前記第２の流体を受容して、該第１の流体の離散的な液滴と該第２の流体の離散的な液滴とを噴出するよう構成されている。本発明の別の例示的な実施形態では、フュエルインジェクタは、ディジタル的な態様で離散的に流体を噴出するよう構成された液滴噴出器を含み、該液滴噴出器は、第１組の発射チャンバ及び第２組の発射チャンバを有し、該第１組の発射チャンバの各々は第１の容積を有し、第２組の発射チャンバの各々は第２の容積を有する。

図面を参照することで本発明の理解が深まる。該図面中の各要素は必ずしも相互の縮尺が実際通りではなく、本発明の明確な例示に重点を置いた形となっている。更に、幾つかの図では、対応する同様の部分には同様の符号を付してある。

以下、可燃性燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する改善されたフュエルインジェクタの一実施形態について説明する。該改善されたフュエルインジェクタは、一定量の燃料液滴から得られた可燃性蒸気を燃焼室に供給する。本発明の一実施形態では、フュエルインジェクタは、複数の種類の燃料を実質的に同時に単一のフュエルインジェクタから供給することができるよう構成される。本発明の別の実施形態では、フュエルインジェクタは、２つ又は３つ以上の互いに異なる一定の直径を有する燃料液滴から可燃性蒸気を生成するよう構成される。

図１は、本発明による改善されたフュエルインジェクタを用いたシステムの一実施形態の高レベルブロック図である。符号14は、内燃機関用の可燃性蒸気を生成する装置を全体的に示しており、本書では簡潔に「フュエルインジェクタ」と称することとする。フュエルインジェクタ14は、液滴噴出器30及び空気流量制御弁34を備えている。液滴噴出器30は、一定量の離散的な燃料の液滴を生成する。液滴噴出器30は、可燃性燃料を収容する燃料タンク等の燃料リザーバ18に、好ましくは低圧で、流体的に連絡した状態で接続される。該燃料リザーバ18からの燃料は、未使用時における液滴噴出器30からの燃料漏れを防止するために、圧力調整器32及び作動直立管(operational standpipe)36を使用して液滴噴出器30に供給されるのが好ましい。液滴噴出器30は、一般の消費者により取り外し交換できることが好ましい。制御回路20は、液滴噴出器30及び空気流量制御弁34を制御する。該制御回路20は、スロットル23及び負荷センサ27に接続されるのが好ましい。自動車のアクセルペダル等のスロットル23は、ユーザによって作動される。随意選択の負荷センサ27は、それが適当であれば、内燃機関から動力が供給される可燃性燃料装置の負荷を監視し検知する。空気流量制御弁34は、液滴噴出器30から噴出される燃料液滴と混合される空気の流量を調整して可燃性蒸気を生成し、該可燃性蒸気が自動車の一般的な燃焼シリンダ等の燃焼室17に供給される。燃焼室に供給された燃料蒸気は、点火プラグ等の点火装置（図示せず）により当該技術分野で知られている方法で点火される。図１は（説明のため）燃焼室17を１つしか示していないが、本発明は、１つ又は２つ以上の燃焼室17により実施可能であり、この場合、追加の燃焼室17は、追加の液滴噴出器30及び空気流量制御弁34に対応するものとなり、それら全てが制御回路20により制御される。更に、システム内で同時に使用される燃料の数に応じて、圧力調整器32、直立管38、及び液滴噴出器30の数も変化することになる。例えば、図１は、２種類の燃料（又はその他の液体）がフュエルインジェクタ14によって供給される本発明の実施形態を示している。したがって、図１は、２つの燃料リザーバ18(a),18(b)に加えて、２つの圧力調整器32(a),32(b)、２つの直立管36(a),36(b)、及び２つの液滴噴出器30(a),30(b)を使用することを示している。

フュエルインジェクタ14の機能は、非常に僅かな計量された量の、すなわち「ディジタル」な、可燃性燃料の液滴を生成し、該液滴に、制御された量の空気を流すことにより、可燃性蒸気を生成することにある。該可燃性蒸気が燃焼室17内に吸入されて、機関から動力を発生させる。

ここで、本発明のフュエルインジェクタ14の一実施形態を一層詳細に説明する。図２ないし図１０は、フュエルインジェクタ14及びその構成要素の様々な外観及び斜視図を示している。図２及び図３を最初に参照する。フュエルインジェクタ14は、本体15を有する。該本体15は、燃焼室17の吸気マニホルド16、又は該燃焼室17の近傍に取り付けられる（図１）。フュエルインジェクタ14により生成された燃料蒸気100は、吸気マニホルド16を通過して燃焼室17に供給される。本体15は、第１の上部部材43及び第２の上部部材57（その何れについても後に詳述する）を含む。フュエルインジェクタ14は制御回路20に接続され、該制御回路20は一般に、スロットル23（図１）及び随意選択の負荷センサ27（図１）からの入力信号、更には様々なその他のセンサ及び入力装置から受信した入力信号に基づいてフュエルインジェクタ14の動作を制御する。スロットルケーブル22は、手動スロットル又はフットペダル（図示せず）に接続され、また小さい穴53を介してフュエルインジェクタ14に接続されるのが好ましい。スロットルケーブル22の物理的な動作によって制御信号が制御回路20に供給され、これに応じて制御回路20が液滴噴出器30及び空気流量制御弁34の動作を制御する（図１）。例えば、以下で説明するように、スロットルケーブル22が本体15から離れる方向に引かれると、制御回路20が、フュエルインジェクタ14にその空気流量制御弁の流路を一層開かせ、これにより機関内に一層多くの空気を導入させる。フュエルインジェクタ14内に流入する空気流の全ての粒状物質を従来のエアフィルタ24によって取り除くことが好ましい。

フュエルインジェクタ14は、自動車の燃料タンク等の１つ又は２つ以上の燃料リザーバ18に接続される。図２及び図３における本発明の実施形態では２つの燃料リザーバ18(a),18(b)を示した。これにより、フュエルインジェクタは、以下で詳述するように、例えばガソリン及びエタノール等の２つの異なる可燃性燃料の混合物からなる可燃性燃料蒸気を供給することができる。本発明を使用して単一の燃料からなる可燃性蒸気を供給する場合には単一の燃料リザーバ18を使用することができる。同様に、本発明を使用して３つ又は４つ以上の種類の燃料からなる可燃性蒸気を供給する場合には、それに対応する数の燃料リザーバを使用することになる。燃料リザーバ18(a),18(b)は、燃料ポンプ（図示せず）に接続することも接続しないことも可能である。しかし、燃料リザーバ18(a),18(b)からフュエルインジェクタ14に重力により燃料を供給することが好ましい。これは、本発明のフュエルインジェクタ14が最低限の燃圧しか必要としないものであるからであり、また、重力による供給は燃料ポンプによる供給に比べて低コストであるからである。燃料は、任意の種類のガソリン、ディーゼル燃料、アルコール、燃料油、及び灯油とすることが可能である。要するに、内燃機関その他の可燃性燃料装置（ランタン、ストーブ、ヒータ、及び発電機等）の動力となる任意の可燃性燃料又は燃料の組み合わせを本発明に関して使用することが可能である。

ここで図４を参照する。フュエルインジェクタ14内に収容されている摺動体26は、１つ又は２つ以上の燃焼室17に供給される可燃性蒸気100を生成する機能を主に果たす。摺動体26は、フュエルインジェクタハウジング15内に収容される（図２及び図３）。摺動体26は、消費者により容易に交換可能であることが好ましく、マイクロポンプ及び空気制御弁34の両者として機能する。マイクロポンプは、小さな燃料液滴を噴出するものであり、空気制御弁34は、該マイクロポンプにより生成された燃料液滴の流れに送る空気の量を調整して燃料蒸気を生成するものである。摺動体26は、当業者に既知のサーマルインクジェットプリントカートリッジと類似したものであり実質的にそれと同様に動作する。本実施形態では、摺動体26はハウジング28を含み、該ハウジング28上にＴＡＢ回路29が取り付けられる。その他の形態の相互接続手段が当業者には既知であり、本発明の思想及び範囲から逸脱することなくＴＡＢ回路29をかかる他の形態の相互接続手段に置換することが可能である。ＴＡＢ回路29は、制御回路20とハウジング28の底部壁上に位置する液滴噴出器30とに電気的に接続される。ＴＡＢ回路29は、制御回路20からの制御信号に基づいて液滴噴出器30を制御する。液滴噴出器の一例が、本出願人の2000年12月19日にChen等に対して発行された米国特許第6,162,589号「Direct Imaging Polymer Fluid Jet Orifice」に一般的に記載されているが、図９及び図１０を参照して、液滴噴出器30の様々な例示的な特徴について解説する。

ハウジング28は圧力調整器32を更に含む。該圧力調整器32は、（図４に示すような）網状発泡体からなることが好ましいが、スプリングバッグや可撓性ダイアフラムといった他の多くの形態の圧力調整器からなることも可能である。図４に示した実施形態では、圧力調整器32は、実際には２つの別個の圧力調整器32(a),32(b)からなり、これにより図４に示した実施形態が２つの異なる種類の燃料の供給を受けて調整することが可能となる。１種類の燃料だけを供給する本発明の実施形態や、３種類又は４種類以上の燃料からなる混合燃料を供給する本発明の実施形態では、それらに対応する数の圧力調整器が採用されることになる。図４の実施形態では、中央壁33が、ハウジング28内の２つの空洞部31(a),31(b)を分離している。２つの空洞部31(a),31(b)は、それぞれ対応する圧力調整器32(a),32(b)を収容するよう構成されている。もちろん、本発明の別の実施形態では、空洞部31の数は、可燃性の燃料蒸気を生成するために使用される燃料の種類の数に対応するものとなる。例えば、１種類の燃料が使用される場合には、壁33は使用されず、単一の空洞部31が形成されることになる。圧力調整器32(a),32(b)は、ハウジング28の底部に配置された直立管内の１つ又は２つ以上のスロットを介して液滴噴出器30と流体的に連絡する。これについては図９及び図１０を参照して以下で詳述する。圧力調整器32(a),32(b)は、液滴噴出器30の背面に僅かな負圧を生成し、これにより可燃性燃料が液滴噴出器30から漏出したり滴下しなくなる。

摺動体26は更に、ハウジング28の上部開口を閉鎖するよう構成された摺動体上部35を備える。ガスケット36は、摺動体上部35とハウジング28との境界を密閉して、摺動体26内の燃料が漏出するのを防止する。ガスケット36は、ＥＰＤＭ又はポリウレタンから作製されるのが好ましいが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく他の材料を使用することも可能である。

引き続き図４を参照する。様々な物理的な構成要素が摺動体上部35の外側に配置される。外部円筒部材37は、以下で更に詳述するように、圧縮ばね46（図６）を保持するために組み込まれる。輪状部材40は、スロットルケーブルを摺動体26に結合する機能を有する。その結果として、以下で詳述するように、スロットルケーブル22の動作によって、フュエルインジェクタ本体15内で摺動体26が移動して、フュエルインジェクタ14内に流入する空気の量が調整される。最後に、燃料吸入導管41(a),41(b)もまた摺動体上部35の外側に配置される。燃料吸入導管41(a),41(b)は、それぞれの燃料リザーバ18(a),18(b)（図２及び図３）と流体的に連絡し、それぞれのリザーバから摺動体26へ流体が流れることを可能にするよう機能する。燃料吸入導管41(a),41(b)は、可撓性を有し、弾性変形可能なものであることが好ましく、これにより、摺動体26が燃料吸入導管41(a),41(b)による拘束を受けることなくフュエルインジェクタ内で上下動することが可能となる。図４は、２つの燃料吸入導管41(a),41(b)を有することで２つの異なる種類の燃料からなる燃料蒸気の生成を促進する本発明の実施形態を示している。本発明を使用して１種類の燃料あるいは３種類又はそれ以上の種類の燃料からなる可燃性燃料蒸気を供給する場合には、それらに対応する数の燃料吸入導管41が採用されることになる。

図５は、フュエルインジェクタ本体ハウジング15（図２及び図３に示す）の第１の上部部材43の好ましい内壁（下側）を示している。第１の上部部材43の内壁は、内部円筒部材44及びスロットルケーブルガイド45を有することが好ましい。内部円筒部材44は、フュエルインジェクタ14（図２及び図３）が完全に組み立てられた際に、摺動体上部35（図４）の外側の外部円筒部材37と同軸であることが好ましい。該内部円筒部材44及び外部円筒部材37は一体となって２つの圧縮ばね46（以下で更に詳述する）と係合しそれらを保持するよう機能し、該２つの圧縮ばね46が、フュエルインジェクタ本体ハウジング15の第１の上部部材43に対して摺動体26を相対的に偏倚させる。

本発明のフュエルインジェクタ14の全般的な動作は、上述のように基本的にはサーマルインクジェットプリントカートリッジと同様に機能するものであるが、使用される所望の燃料の様々な特性（例えば、表面張力、化学反応性、及び揮発性等）によって、従来のサーマルインクジェットプリントカートリッジの設計に変更を加える必要があり、このため、単純にインクを燃料に置き換えることはできない。かかる変更には、背圧調整器32と液滴噴出器30との間の直立管36の毛管のサイズを表面張力の低さに応じて縮小することが含まれる。その他の変更としては、燃料の溶解性に耐える本体15及び背圧調整器32の材質（ナイロン６等）の選択が挙げられる。更に、背圧調整は、燃料の高い揮発性を考慮して行わなければならない。当業者であれば他の所望の変更は容易に明らかとなろう。

図６及び図７は、何れもフュエルインジェクタ14とその様々な構成要素の完全な実施形態を示している。図６は、フュエルインジェクタ14の分解図であり、図７はフュエルインジェクタ14を組み立てた状態で断面を示している。図６及び図７（同様の構成要素は同一の符号を有する）を参照してフュエルインジェクタ14の様々な構成要素の関係を説明する。前述のように、エアフィルタ24は、様々なフュエルインジェクタの構成要素を保持するための保護された部屋を提供する本体ハウジング15に結合される。摺動体26は、液滴噴出器30、ＴＡＢ回路29、摺動体ハウジング28、圧力調整器32(a),32(b)、ガスケット33、及び摺動体上部35を含み、本体ハウジング15内に摺動可能に配置される。制御回路20は、ＴＡＢ回路29と通信して液滴噴出器30を制御する。燃料リザーバ18(a),18(b)は、摺動体上部35の外側に配置された燃料吸入導管41(a),41(b)に流体的に連絡した状態で結合される。組み立てが完了すると、圧縮ばね46（ステンレス鋼から製造されるのが好ましい）は、外部円筒部材37及び内部円筒部材44に係合して、摺動体26を下方に向かって本体15内へと付勢し、これにより、フュエルインジェクタ14を通過する空気の流れを遮断する位置に該摺動体26が位置決めされる。

スロットルケーブル22は、輪状部材40に（直接的又は間接的に）接続されて、ユーザによる操作に応じて摺動体26の上昇を促進させる（これによりフュエルインジェクタ14を通る空気の流路が一層大きく開かれる）。スロットルケーブル22は、摺動体26に直接接続することが可能であり、又は、図６、図７、及び図８に示すように、スロットルホイール48を使用して第２のスロットルケーブル54に機能的に結合し、次いで該第２のスロットルケーブル54を摺動体26の輪状部材40に物理的に結合することが可能である。スロットルホイール48は、本体ハウジング15の第２の上部部材57のフォーク56に組み付けられる。スロットルホイール48は、矢印88で示すように、その中心の周りで回転するよう構成される。スロットルケーブル22,54は何れもスロットルホイール48に巻き付けられる。スロットル位置センサ52は、ポテンショメータであることが好ましく、スロットルケーブル22の位置を検知するために本体ハウジング15内に配置される。スロットル位置センサ52は、制御回路20へ出力信号を提供し、該制御回路20が該信号を使用して液滴噴出器30から噴出される燃料の量を調整する。

前述したスロットルホイール48の目的は、スロットルケーブル22の直線移動の量に対する摺動体26の直線移動の量を調整することにある。図８に示す好ましいスロットルホイール48は、ユーザ操作によるスロットルケーブル22の直線移動に対する摺動体26の直線移動を小さくし、これによりフュエルインジェクタの全高を小さくすることを可能にするものである。スロットルホイール48は、軸51に固定された小さいスプール49及び大きいスプール50を有することが好ましい。スロットル（図示せず）に結合されたスロットルケーブル22は、本体15の小さい穴53（図７）を通過した後に大きいスプール50に巻き付けられる。第２のスロットルケーブル54は、小さいスプール49に巻き付けられる。第２のスロットルケーブル54は、ガイド部材45（図５）を通過した後に摺動体上部35（図４）の外側の輪状部材40に接続される。２つのスプール49,50の直径を異ならせることにより、フュエルインジェクタ14の全高を小さくすることが可能になる。スロットルホイール48をシステムで使用する場合には、スロットル位置センサ52をスロットルホイールの軸51に結合し、該スロットル位置センサ52が、フュエルインジェクタ14内の摺動体26の垂直方向の位置に対応するスロットルホイール48の半径方向の位置を測定して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。

図９及び図１０は、本発明の摺動体26の液滴噴出器30の一実施形態を一層詳細に示したものである。既述の米国特許第6,162,589号に記載されているように、液滴噴出器30の実施形態は１つ又は２つ以上の流体供給チャネル202を一般に含む。図９に示す実施形態は、２つの流体供給チャネル202(a),202(b)を示しており、該２つのチャネルにより２つの異なる種類の燃料液滴の供給が促進される。単一の種類の燃料又は３種類以上の燃料を供給する本発明の実施形態は、それに対応する数の流体供給チャネル202を有することになる。図１０の拡大図に示すように、各流体供給チャネル202(a),202(b)は、それぞれ複数の流体供給スロット204を有する。該複数の流体供給スロット204は、それぞれの流体供給チャネル202に流体的に連絡している。各流体供給スロット204は、発射チャンバ205及びエネルギー消散要素206（抵抗又は柔軟で伸張性を有する素子等）を内部に有する。流体供給チャネル202(a),202(b)は、それぞれ空洞部31(a),31(b)を介して燃料を受容する。燃料は、流体供給チャネル202(a),202(b)に流れ込み、次いで対応する流体供給チャネルの個々の流体供給スロット204及び発射チャンバ205へと流れ込む。各発射チャンバ205内の燃料は、対応するエネルギー消散装置206により加熱され、その結果として、燃料液滴が液滴噴出器30内の１つ又は２つ以上の対応するノズル（図示せず）を介して噴出される。エネルギー消散装置206は、制御回路20からの制御信号に応じて動作する。該制御回路20は、それが内燃機関に組み込まれた際に機関の負荷とスロットルの位置に応じて動作するものであることが好ましい。

図１０に示す本発明の実施形態は、各流体供給チャネル202に接続された２つの異なる大きさの発射チャンバ205及びエネルギー消散装置206を示している。用途に応じて、発射チャンバ205及びエネルギー消散装置206を、全て同じ大きさにすることも、図１０に示すように異なる大きさにすることも可能である。発射チャンバ205及びエネルギー消散装置206の大きさは、それらから供給される燃料液滴の大きさを決定するものとなる。したがって、以下で詳細に説明するように、図１０に示す本発明の実施形態では、２つの異なる大きさの燃料液滴を各流体供給チャネル202(a),202(b)から供給することができる。よって、２つの異なる種類の燃料の各々を２つの異なる大きさの燃料液滴として供給することができる。もちろん、本発明の他の実施形態では、様々な異なる大きさの発射チャンバ205及びエネルギー消散装置206を使用することが可能である。例えば、流体供給チャネル202(a)が２つの異なる大きさの発射チャンバ205（第１の種類の燃料の２つの大きさの燃料液滴を供給することが可能）を採用し、供給流路202(b)が１つの大きさの発射チャンバ（第２の種類の燃料の１つの大きさの燃料液滴を供給することが可能）を採用することが可能である。

ここで、図１ないし図１０を参照して、システムの好ましい動作を一層詳細に説明する。動作時、フュエルインジェクタ14を通過する空気の流路は、エアフィルタ24から始まる。空気は、エアポンプ（図示せず）によって、又は燃焼室17（複数可）内の１つ又は２つ以上のピストン107の運動により生成される真空によって、フュエルインジェクタに吸入される。空気は、エアフィルタ24を通過し、本体15に流れ込み、液滴噴出器30の下で本体15から流出して、吸気マニホルド16に流入する。この例示的な解説によれば、フュエルインジェクタ14は２つの異なる種類の燃料を供給する。したがって、燃料の流路は、燃料リザーバ18(a),18(b)から始まる。それぞれの燃料は、燃料リザーバ18(a),18(b)から対応する低圧導管（例えば約3psi未満）を通って本体15に流れ込み、次いで対応する低圧（例えば約3psi未満）の弾性変形可能な導管を通って摺動体26の燃料吸入部41(a),41(b)（図４）に流れ込む。それぞれの燃料は、圧力調整器32(a),32(b)、ハウジング28の底部の直立管の幾つかのスロット（図示せず）を通って、液滴噴出器30に流れ込む。圧力調整器32(a),32(b)は、液滴噴出器30の背面に僅かな負の圧力を維持（して背圧を生成）することで、それぞれの燃料が非使用時に液滴噴出器30から滴下したり流れ出すのを防止する。燃料は、液滴噴出器30内の燃料の毛管現象により、それぞれの圧力調整器32(a),32(b)から液滴噴出器30へと吸い出される。燃料は、それぞれの流体供給チャネル202(a),202(b)へと流れ込み、次いでそれぞれの複数の流体供給スロット204へと流れ込む。それぞれの燃料の一定量の液滴が液滴噴出器30から噴出される。制御回路20は、液滴噴出器30から噴出されるそれぞれの燃料の体積比を制御し、該体積比は機関の動作中に変更することが可能である。

ここで図７を参照する。矢印87で示すようにスロットルケーブル22が操作されると、矢印88で示すようにスロットルホイール48が回転し、矢印89で示すように摺動体26が上下に移動する。摺動体26は、通常はフュエルインジェクタハウジング15の底部に位置して、エアフィルタ24と燃焼室17との間の空気流路を遮断する。摺動体26は、圧縮ばね46によってかかる位置に偏倚させられる。スロットルケーブル22が本体15から離れる方向に引かれると、該スロットルケーブル22がスロットルホイール48を回転させ、これにより第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を圧縮させる。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と変更される。第２のスロットルケーブル54は摺動体上部35の輪状部材40に取り付けられる。摺動体26が上方に移動すると、エアフィルタ24と燃焼室17との間の空気流路がより大きく開き、より多くの空気がフュエルインジェクタ14に流入できるようになる。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、フュエルインジェクタに流入する空気が増加したことを示す信号を制御回路20に送る。制御回路20は、液滴噴出器30から噴出される燃料の量、ひいては任意の数の空燃比制御方式を使用して燃焼室17に供給される燃料蒸気の量を調整する。

図１０に示すように、２つの異なる大きさの発射チャンバ205は、それぞれの燃料を、液滴噴出器30から２つの異なる大きさ（すなわち異なる体積）の燃料液滴という形で噴出させることを可能にする。本発明の特定の実施形態に応じて、単純に発射チャンバ205の数及び大きさを調整するだけで、各種類の燃料の燃料液滴を、単一の一定量、又は任意の数の互いに異なる一定量で噴出させることが可能である。例えば、各種の燃料毎に、１つ又は２つ以上の大きさの発射チャンバ205を設けることができる。複数の発射チャンバ205の大きさが互いに異なる場合には、液滴噴出器30から噴出される燃料液滴の大きさは、特定の発射チャンバ205を選択的に作動させることにより、所与の時点で制御することができる。例えば、２つの異なる大きさの発射チャンバ205を有する図１０に示す本発明の実施形態では、比較的大きい発射チャンバ205のエネルギー消散装置206だけを選択的に作動させることにより比較的大きい燃料液滴を液滴噴出器30から噴出させることができる。同様に、比較的小さい発射チャンバ205のエネルギー消散装置206だけを選択的に作動させることにより、比較的小さい燃料液滴を液滴噴出器30から噴出させることができる。例えば、内燃機関の冷間始動（機関が周囲温度とほぼ同じ温度にある場合の始動）時には、比較的小さい液滴を液滴噴出器30から噴出することが望ましいことが分かっている。該比較的小さい燃料液滴は、空気流中に捕捉された状態に留まる傾向を有し、冷たい金属の内面で凝縮しないため、冷間始動時に燃焼室により多くの体積の燃料を供給する必要がなくなる。かかる比較的小さい燃料液滴は、その直径が30ミクロン未満であることが好ましい。よって、冷間始動時には、制御回路20は、比較的小さい発射チャンバ205だけに燃料液滴を噴出させる。冷間始動後に、機関の温度が上昇すると、制御回路20は、比較的大きい発射チャンバ205だけから燃料液滴を噴出させることが可能である。これは、機関の通常の動作温度では、比較的大きな燃料液滴がより効率的に燃焼することが分かっているからである。上記の実施形態の動作方法は、排出物を低減させるものとなる。これは、従来の方法と比較して冷間始動時に機関から排出される未燃焼の燃料が減少するからである。本動作方法は、１種類の燃料又は複数種類の燃料の何れを使用する場合にも実施することが可能である。

本発明の特定の実施形態で使用する大きさの異なる発射チャンバ205の数にかかわらず、燃料液滴は、燃料噴出器30から摺動体26の下方の流れの速い空気中へと、離散的な一定量で各液滴毎に垂直方向下方に噴出される。この場合、該液滴が空気流に到達すると、その飛行経路が垂直方向から水平方向へと変化する。該空気流は、空気と燃料の液滴との混合が生じて可燃性蒸気が生成されるよう設計される。該可燃性蒸気は、吸気弁101を介して燃焼室17に供給される。この場合には、図２、図３、図４、図６、及び図９に示すように、フュエルインジェクタ14は２つ又は３つ以上の種類の燃料を受容し供給するよう構成され、該異なる種類の燃料が燃料噴出器30の下方の空気流中に供給され、該空気流中で該異なる種類の燃料が混合された後に燃焼室に供給される。複数の種類の燃料の供給に関連して複数の流体供給チャネル202の使用について説明したが、フュエルインジェクタクリーナ、オクタン・ブースタ、水分吸収剤、バルブクリーナといった他の種類の流体をフュエルインジェクタ14を介して供給し混合することも可能であり、これもまた本発明の範囲に含まれる。

本発明は、前述の好適で代替的な実施形態を参照して具体的に示し説明してきたが、当業者には、特許請求の範囲で規定する本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、それら実施形態に対して多くの変形が可能なことは明らかであろう。本発明は、本書で解説した要素の全ての新規で非自明の組み合わせを含むものである、ということを理解すべきであり、これら要素の新規で非自明な任意の組み合わせを本願又は後の出願で請求し得る。前述の実施形態は説明を目的としたものであり、いかなる単一の特徴又は要素も本願又は後の出願で請求される全ての可能な組み合わせに対して必須となるものではない。特許請求の範囲では、「１つの」要素又はそれと等価な「第１の」要素といった記載をするが、かかる特許請求の範囲は、１つ又は２つ以上のかかる要素を含むものであり、それらの要素が２つ又は３つ以上のかかる要素を必要とするものでも除外するものでもないことを理解すべきである。更に、「第１の」、「第２の」といった語句の使用は、該用語により指定した要素の時間的な順番を意味するものではない。本発明は、特許請求の範囲によって限定されるものである。

本発明の燃料供給システムの例示的な一実施形態を示すブロック図である。本発明の例示的な一実施形態による内燃機関用の可燃性蒸気を生成する装置の上部、側部、及び部分的なブロック図を示す説明図である。図２の装置の底部、側部、及び部分的なブロック図を示す説明図である。図２の装置のマイクロポンプを示す分解斜視図である。図２の装置の一構成要素を示す斜視図である。部分的にブロック図を含む図２の装置の分解斜視図である。部分的に断面を示す図２の装置の斜視図である。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フュエルインジェクタの摺動体を示す斜視図である。図９に示す摺動体及び液滴噴出器の一部を示す部分拡大図である。

符号の説明

14 フュエルインジェクタ
17 燃焼室
18 燃料リザーバ
20 制御回路
23 スロットル
27 負荷センサ
30 液滴噴出器
32 圧力調整器
34 空気流量制御弁
36 直立管

Claims

フュエルインジェクタ(14)であって、
第１の流体を受容する第１の流体入力部41(a)と、
第２の流体を受容する第２の流体入力部41(b)と、
ディジタル的な態様で離散的に流体を噴出するよう構成された液滴噴出器(30)と
を含み、
前記液滴噴出器(30)が、前記第１の流体及び前記第２の流体を受容して、該第１の流体の離散的な液滴と該第２の流体の離散的な液滴とを噴出するよう更に構成されている、
フュエルインジェクタ(14)。
前記第１の流体及び前記第２の流体の少なくとも一方が可燃性の燃料である、請求項１に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記液滴噴出器(30)が、前記第１の流体の前記離散的な液滴と前記第２の流体の前記離散的な液滴とを実質的に同時に噴出するよう更に構成されている、請求項１に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記液滴噴出器(30)が、第１の流体供給チャネル202(a)及び第２の流体供給チャネル202(b)を更に含み、該第１の流体供給チャネル202(a)が前記第１の流体を受容するよう構成され、該第２の流体供給チャネル202(b)が前記第２の流体を受容するよう構成されている、請求項１に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記液滴噴出器(30)が、第１の複数の発射チャンバ及び第２の複数の発射チャンバを更に含み、該第１の複数の発射チャンバが前記第１の流体を受容するよう構成され、該第２の複数の発射チャンバが前記第２の流体を受容するよう構成されている、請求項１に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記第１の複数の発射チャンバが第１組の発射チャンバを含み、該第１組の発射チャンバの各々が第１の容積を有し、前記第１の複数の発射チャンバが第２組の発射チャンバを更に含み、該第２組の発射チャンバの各々が第２の容積を有する、請求項５に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記液滴噴出器(30)から噴出される前記第２の流体に対する、前記液滴噴出器(30)から噴出される前記第１の流体の体積比を、選択的に調整するよう構成されている、制御回路(20)を更に含む、請求項１に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記噴出された液滴に空気を選択的に通過させて前記第１の流体及び前記第２の流体の気化混合物を生成するよう構成された空気流量制御弁(34)を更に含む、請求項１に記載のフュエルインジェクタ(14)。
フュエルインジェクタ(14)であって、
ディジタル的な態様で離散的に流体を噴出するよう構成された液滴噴出器(30)を含み、
該液滴噴出器(30)が、第１組の発射チャンバ及び第２組の発射チャンバを含み、該第１組の発射チャンバの各々が第１の容積を有し、該第２組の発射チャンバの各々が第２の容積を有する、
フュエルインジェクタ(14)。
前記第１組の発射チャンバ及び前記第２組の発射チャンバを選択的に作動させるよう構成された制御回路(20)を更に含む、請求項９に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記制御回路(20)が、前記第１組の発射チャンバを作動させる際に前記第２組の発射チャンバを非作動にし、前記第２組の発射チャンバを作動させる際に前記第１組の発射チャンバを非作動にするよう構成されている、請求項９に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記第１の容積が前記第２の容積よりも小さく、
前記第１組の発射チャンバが内燃機関の冷間始動時に作動し、前記第２組の発射チャンバが該内燃機関の通常の動作温度での動作時に作動する、
請求項９に記載のフュエルインジェクタ(14)。
前記第１組の各発射チャンバの各々が、30ミクロン未満の直径を有する液滴を噴出するよう構成されている、請求項１２に記載のフュエルインジェクタ(14)。
内燃機関の燃焼室に流体を供給する方法であって、
第１の流体の離散的な液滴を液滴噴出器から噴出させ、
第２の流体の離散的な液滴を前記液滴噴出器から噴出させ、
前記第１の流体及び前記第２の流体の前記離散的な液滴を気化させ混合する、
という各ステップを含む方法。
前記気化ステップが、前記第１の流体及び前記第２の流体の前記離散的な液滴に空気流を通過させることを含む、請求項１４に記載の方法。
前記第１の流体及び前記第２の流体の少なくとも一方が可燃性の燃料からなる、請求項１４に記載の方法。
前記第１の流体の離散的な液滴を前記液滴噴出器から噴出させる前記ステップが、第１の期間中に第１の大きさの離散的な液滴を選択的に噴出させ、第２の期間中に第２の大きさの離散的な液滴を選択的に噴出させることを含む、請求項１４に記載の方法。
前記第１の大きさが前記第２の大きさよりも小さく、前記第１の大きさの液滴が前記機関の冷間始動時に噴出され、前記第２の大きさの液滴が前記機関の通常の動作温度での動作時に噴出される、請求項１７に記載の方法。
前記第１の大きさが30ミクロン未満の直径からなる、請求項１８に記載の方法。
内燃機関の燃焼室に燃料を供給する方法であって、
第１の大きさの離散的な燃料の液滴を液滴噴出器(30)から選択的に噴出させ、
第２の大きさの離散的な燃料の液滴を前記液滴噴出器(30)から選択的に噴出させ、
前記噴出させた燃料の液滴を気化する、
という各ステップを含む方法。