JP4070306B2 - 自動車エンジンへの燃料供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料節減と有害排気ガス浄化の向上を図ることができる自動車のエンジンへの燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンには、ガソリンを使用するガソリンエンジンや軽油を使用するディーゼルエンジン等がある。この様な自動車のエンジンに燃料を供給する燃料供給装置としては図１に示したようなものがある。
【０００３】
図１において、３０は４気筒のエンジンで、エンジン３０の図示しない４つのシリンダの燃焼室にはインテークマニホールド（図示せず）の４つの分岐管がそれぞれ接続されている。
【０００４】
このインテークマニホールド（吸気側）には、エアフィルター１０がエアフローセンサー２０，エアホース４０及びスロットルバルブ６０を介して接続されている。このスロットルバルブ６０はアクセルペダル５０により開閉操作される様になっている。
【０００５】
また、インテークマニホールドの分岐管又はエンジン３０の各シリンダの燃焼室には、噴射ノズル３１から燃料が噴射可能に設けられている。しかも、エアフローセンサー２０の出力信号がマイコン７０に入力される様になっている。このマイコン７０は、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて、吸い込まれるエアの流量が増減に対応して噴射ノズル３１から噴射される燃料の量を増減制御するようになっている。
【０００６】
従って、この様な燃料供給装置においては、エンジン３０を作動させると、図示しないインテークマニホールド内に図示しない燃焼室から吸気負圧が作用させられ、この吸気負圧により大気中のエアがエアフィルター１０を介してエアホース４０側に吸い込まれる。この際、エアに含まれる塵埃等の汚染物質がエアフィルター１０で捕集されて、エアフィルター１０を透過するエアが清浄される。この清浄されたエアは、エアフローセンサー２０，エアホース４０，スロットルバルブ６０及びインテークマニホールド（図示せず）を介して、エンジン３０の各シリンダの燃焼室に吸い込まれる。一方、噴射ノズル３１から図示しないインテークマニホールドの４つの分岐管又は燃焼室に燃料が噴射されて、この燃料はエンジン３０に供給されるエアと混合される。そして、このエアと燃料との混合気は燃焼室内で燃焼させられた後に大気中に排気される。
【０００７】
また、アクセルペダル５０の踏み込み操作によりスロットルバルブ６０の開度を増減させると、エアフィルター１０から吸い込まれるエアの量が増減させられ、スロットルバルブ６０の部分で生成される混合気の量が増減させられると共に、噴射ノズル３１から図示しないインテークマニホールドの４つの分岐管に噴射される燃料の量が増減させられて、エンジン３０の出力が増減させられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の燃料供給装置でエンジンの出力を急激に増大させるためには、アクセルペダル５０を大きく踏み込んでスロットルバルブ６０の開度を大きくすればよい。
【０００９】
しかしながら、この踏み込み初期においては、エンジン３０のガスが逆流する現象が生じる。そして、この場合には、エアの吸込量が少なくなるにも拘わらず燃料噴射ノズル３１から噴射される燃料の量が増加するために、濃い混合気がエンジン３０の燃焼室に吸い込まれて、混合気が完全燃焼されない状態になる。この結果、アクセルペダル５０の大きな踏み初期においては、大気環境や人体に有害な一酸化炭素、炭化水素等の排気ガスがエンジン３０から大気中に排出されて、環境の主な汚染の原因になる。これにより、エンジン出力効率が落ち自動車の性能が低下する問題点がある。
【００１０】
この様な問題を解決するものとしては、排気ガスで回転させられるタービンによりエアコンプレッサを駆動して、正規の量以上のエアをエンジンに供給する様にしたターボチャージャーや、エンジンの出力軸に連動するエアコンプレッサーで正規の量以上のエアをエンジンに供給するスーパーチャージャー等が考えられている。
【００１１】
しかし、これらのターボチャージャーやスーパーチャージャー等のエア過給手段は後からエンジンに組み込む構造となっていないため、従来からある自動車にエア過給手段を簡易に組み込むことは困難であった。
【００１２】
また、ターボチャージャーやスーパーチャージャー等のエア過給手段はエンジンの排気や動力を利用して作動するようなっているため、エンジンに負荷が常時作用している。この結果、アイドリング時にエンジンが停止するのを回避するために、アイドリング時のエンジンの回転をある程度高く設定する必要がある。しかし、交差点での停車や渋滞時における停車等が頻繁に行われる場合には、アイドリング時のエンジンの回転がある程度高く設定された分だけ、余分な燃料を消費するため、燃費上好ましいものではない。
【００１３】
更に、この様なエア過給手段はエンジンの排気や動力を利用して作動するようなっているため、エンジンに供給されるエアの量をエンジン回転数に応じて必ずしも適正に制御できないものであった。
【００１４】
本発明の第１の目的は、上記の従来技術の問題点を解決するためになされたもので、自動車の加速及び低速時のエンジンへの吸込空気量に合った量の燃料を噴射することにより、完全燃焼可能な混合気を生成して、燃料の節減とエンジンの効率を高め、大気環境と人体に有害な排気ガスを浄化するための自動車エンジンへの燃料供給装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、従来の自動車にも簡易に組み付けることができる自動車エンジンへの燃料供給装置を提供することにある。
【００１６】
更に、本発明の第３の目的は、エンジンに供給されるエアの量をエンジン回転数に応じて適正に制御できる自動車エンジンへの燃料供給装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の第１，第２の目的を達成するため、請求項１の発明は、エアである大気を吸い込んでエンジンの吸気側に案内させる吸気通路と、前記吸気通路に吸い込まれるエアの量を検出するエア流量検出手段と、駆動モータにより駆動される軸流ターボファンにより前記吸気通路に吸引されたエアを圧縮して前記エンジンに供給するターボ装置と、前記吸気通路途中に配設されたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを介して前記エンジンに供給されるエアに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エア流量検出手段からの出力信号に基づいて前記燃料噴射装置から噴射される燃料の量を前記吸気通路に吸い込まれるエアの流量の増減に応じ増減制御する燃料噴射制御手段を備え、開度が所定値以上のときの前記スロットルバルブの操作を検出して検出信号を出力するバルブ操作検出手段が設けられ、前記バルブ操作検出手段からの検出信号を受けて前記駆動モータを駆動制御するモータ制御手段が設けられている自動車のエンジンへの燃料供給装置であって、前記ターボ装置は放射方向に延びて前記軸流ターボファンで送風する空気に螺旋方向の渦流を形成させる整流板を有する自動車のエンジンへの燃料供給装置としたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、前記軸流ターボファンは放射方向に延び且つ板面が前記軸流ターボファンの軸線に対して傾斜する複数のターボ羽根を有し、前記整流板は前記ターボ羽根と同方向に傾斜することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明は、前記整流板は、空気を螺旋方向且つ前記ターボ羽根に向けて流す第１の整流板と、前記ターボ羽根で圧縮吐出される空気を螺旋方向に流して渦流とする第２の整流板であることを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明は、前記軸流ターボファンのターボ羽根及び前記整流板は、渦流を生成しながら空気の圧力を増加させ且つエンジンからのエアの逆流を防止するために、翼の角度が１５°から３０°に設定されていることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図２〜図１３に基づいて説明する。
（１）第１実施例
＜機械的構成＞
図２において、１０はエアフィルター（エアクリーナ）、２０はエアフローセンサー（流量検出手段）、３０はエンジン、３１ａ〜３１ｄは燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）、４０，４１はエアホース、５０はアクセルペダル、６０はスロットルバルブ、７０は燃料噴射制御回路（燃料噴射制御手段）としてのマイコンコントローラ、８０はアクセルペダル５０によりＯＮ・ＯＦＦさせられるマイクロスイッチ（バルブ操作検出手段）、９０はマイコン（マイクロコンピュータ）を有するモータ制御回路（モータ制御手段）、１００はモータ駆動式のターボ装置（エア過給手段）である。
【００２８】
エアフィルター１０は、図３に示したように、フィルタ保持容器１１と、フィルタ保持容器１１内に配設されたフィルタ部材１２を有する。このフィルタ容器１１は、エア吸込口１１ａを有すると共に、エア出口１１ｂを有する。このエア出口１１ｂには、エアホース４０がエアフローセンサー２０のケーシング２１を介して接続されている。
【００２９】
このエアホース４０とエアホース４１との間にはターボ装置１００が配設されている。このターボ装置１００は、図３，図５（ａ），図６に示したように、細長く延び且つ扁平に形成されたケーシング１０１と、ケーシング１０１の解放端を閉成する蓋体１０２を有する。このケーシング１０１及び蓋体１０２の長手方向の一端部には、互いに反対方向に突出し且つ同心に設けられた筒部１０１ａ及び１０２ｂがそれぞれ形成されている。
【００３０】
この筒部１０１ａ及び１０２ａ内には、放射方向に延びる複数の整流板（固定翼）１０３及び複数の整流板（固定翼）１０４がそれぞれ一体に設けられている。しかも、整流板１０３及び１０４は、板面が筒部の１０１ａ及び１０２ａの軸線に沿う方向に延びていると共に、筒部１０１ａ及び１０２ａの軸線Ｏに対してα及びγだけそれぞれ傾斜させられている。また、複数の整流板１０３の中心部にはボス部１０５が一体に設けられ、複数の整流板１０４の中心部にはボス部１０６が一体に設けられている。
【００３１】
この筒部１０１ａ，１０２ａ間にはエア圧縮用の軸流ターボファン（ターボ手段）１０７が配設されている。この軸流ターボファン１０７は、ボス部１０５，１０６に保持された支持軸（図示せず）に回転自在に保持されたボス部１０７ａと、このボス部１０７ａから放射方向に延びる複数のターボ羽根（回転翼）１０８と、ボス部１０７ａと同心に設けられ且つターボ羽根１０８と一体に設けられた筒状のタイミングギヤ１０９を有する。このターボ羽根１０８は、板面がタイミングギヤ１０９の軸線（ボス部１０７ａの軸線と一致）に沿う方向に延びていると共に、この軸線Ｏに対してβだけ傾斜させられている。尚、整流板１０３，１０４及びターボ羽根１０８は図５（ｂ）から明らかなように同方向に傾斜している。また、この様な整流板１０３，１０４及びターボ羽根１０８の傾斜角度α，γ及びβは、図５（ｂ）に示した様に１５°〜３０°に設定される。
【００３２】
また、ケーシング１０の他端部外面には駆動モータ１１０が固定され、ケーシング１０１及び蓋体１０２の長手方向の他端部間にはタイミングギヤ１１１が配設されている。このタイミングギヤ１１１は駆動モータ１１０の出力軸１１０ａに固定されている。しかも、タイミングギヤ１０９及び１１１にはタイミングベルト１１２が掛け渡されている。従って、駆動モータ１１０を作動させることにより、駆動モータ１１０の出力軸１１０ａの回転が、タイミングギヤ１１１，タイミングベルト１１２を介して軸流ターボファン１０７に伝達されて、軸流ターボファン１０７が回転駆動される。この際、軸流ターボファン１０７は、筒部１０２ａ側のエアを圧縮して筒部１０１ａ側に吐出する様になっている。
【００３３】
しかも、この際、筒部１０１ａ側のエアは整流板１０４の作用により螺旋方向に流れてターボ羽根１０８で圧縮吐出され、この吐出されたエアは整流板１０３の作用により螺旋方向（整流板１０４による螺旋方向の流れと同じ方向）に流れて渦流となり、エアの逆流を防止する。
【００３４】
この様なターボ装置１００の筒部１０２ａはエアホース４０に接続され、筒部１０１ａはエアホース４１及びスロットルバルブ６０のケーシング６１を介してインテークマニホールド６２に接続されている。このインテークマニホールド６２は図４に示したように４つの分岐管６２ａ〜６２ｄを有する。
【００３５】
エンジン３０は、図４（ｂ）に示したように、エンジン本体３２、シリンダヘッド３３、ヘッドカバー３４を有する。そして、シリンダ本体３１には図４（ａ），（ｂ）に示したように４つのシリンダ３２ａ〜３２ｄが設けられ、シリンダ３２とａ〜３２ｄ内にはピストンＰａ〜Ｐｄ配設され、ピストンＰａ〜Ｐｄとの間には燃焼室３３ａ〜３３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３３には、各燃焼室３３ａ〜３３ｄにそれぞれ分岐して連通する吸気ポート３５ａ〜３５ｄが形成されていると共に、各燃焼室３３ａ〜３３ｄにそれぞれ分岐して連通する排気ポート３６ａ〜３６ｄが形成されている。３７ａ〜３７ｄは吸気弁、３８ａ〜３８ｄは排気弁である。
【００３６】
そして、上述のインテークマニホールド６２の分岐管６２ａ〜６２ｄはエンジン３０の吸気ポート３５ａ〜３５ｄにそれぞれ接続されている。３９は排気ポート３６ａ〜３６ｄに接続された排気マニホールドである。また、上述の燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）３１ａ〜３１ｄは、各吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料を噴射可能にシリンダヘッド３３に取り付けられている。尚、燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）３１ａ〜３１ｄは、インテークマニホールド６２の分岐管６２ａ〜６２ｄに取り付けることもできる。また、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に燃料を噴射するようにする。
＜制御回路＞
上述のエアフローセンサー２０には周知の構造が採用されている。また、バルブ操作検出手段としてのマイクロスイッチ８０は、アクセルペダル５０を所定量以上踏み込んで、スロットルバルブ６０の開度が所定値以上になったときに、アクセルペダル５０によりＯＮさせられる様になっている。例えば、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時の状態のとき、又は、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時より僅かに開いている状態のときのアクセルペダル５０の位置では、マイクロスイッチ８０はＯＦＦ状態となる様に設定されている。
【００３７】
このマイクロスイッチ８０をＯＮさせる構造としては、例えば、アクセルペダル５０と一体のアクセルレバー（図示せず）の基部に筒部を設け、この筒部を支持軸を介して自動車の車体に回動自在に保持させ、この筒部にカム部を設けて、このカム部でマイクロスイッチ８０をＯＮさせるようにしてもよい。このカム部は、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれている間は、マイクロスイッチ８０をＯＮし続けるるようにしても良い。また、マイクロスイッチ８０をＯＮさせる構造としては、アクセルペダル５０にワイヤ等で連動するカム部材を設け、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれている間は、カム部材がマイクロスイッチ８０をＯＮし続けるようにしても良い。
【００３８】
エアフローセンサー２０からの出力信号及びマイクロスイッチ８０のＯＮ信号（検出信号）は、図２，図７に示したようにモータ制御回路９０に入力される。このモータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０からの出力信号をマイコンコントローラ７０に入力する。また、このモータ制御回路９０は、マイクロスイッチ８０がＯＮしたときに駆動モータ１１０を作動させて、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて駆動モータ１１０の回転を増減制御する様になっている。さらに、マイコンコントローラ７０は、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート吸気ポート３５ａ〜３５ｄに噴射される燃料の量を増減制御する様になっている。
【００３９】
尚、上述のエアフィルター１０のエア吸込口１１ａからエンジン３０の吸気ポート３６ａ〜３６ｄまでの通路は、外気をエンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込むための吸気通路１２０を構成している。
＜作用＞
次に、この様な構成の自動車エンジンへの燃料供給装置の作用を主に図８に示したフローチャートに基づいて説明する。
＜燃料噴射３１ａ〜３１ｄとターボ装置１００の個別の作用＞
自動車の図示しないイグニッションキーシリンダは、ＯＦＦ位置、付属部品の電源をＯＮするアクセサリ位置（ＡＣＣ位置）、点火回路をＯＮさせるイグニッション位置（ＩＧ位置）、スターターを作動させてエンジン３０を作動させるスタート位置等を有する。この構成は周知の構成であるので、図示及び詳細な説明は省略してある。
（ｉ）．マイコンコントローラ７０による燃料噴射制御
ステップＳ１
このイグニッションキーシリンダを操作して、ＡＣＣ位置に移動させると、燃料噴射制御回路であるマイコンコントローラ７０が初期化され、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２
本ステップでは、イグニッションキーシリンダを操作して、スタート位置に移動させ、スターターを作動させ、エンジン３０を稼働操作することにより、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに発生する負圧が吸気通路１２０に作用して、この吸気負圧により大気中のエアが吸気通路１２０を介してエンジン３０の吸気ポート３５ａ〜３５ｄに吸い込まれる。この際、マイコンコントローラ７０は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料を噴射させて、吸気ポート３５ａ〜３５ｄの部分で混合気を生成させる。尚、エアフィルター１０に吸い込まれた大気中のエアはフィルタ部材１２を透過してエアフローセンサー２０側に流れる。この際、エアに含まれる塵埃がフィルタ部材１２により捕集され、フィルタ部材１２を透過したエアは清浄される。
【００４０】
また、生成された混合気は、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込まれて、図示しない点火プラグにより点火されて燃焼させられる。尚、燃焼後の排気ガスは、排気ポート３６ａ〜３６ｄ，排気マニホールド３９及び図示しない排気管を介して大気に排気される。この様にしてエンジン３０が稼働させられる。この際、エアフローセンサー２０は、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの流量を計測して、エアの流量に応じた信号を測定信号として出力し、この測定信号を出力信号としてモータ制御回路９０に入力する。また、この出力信号は、モータ制御回路９０を介して燃料噴射制御回路であるマイコンコントローラ７０に入力される。
【００４１】
そして、エンジン３０が稼働した後、イグニッションキーシリンダから操作力を解除すると、イグニッションキーシリンダがスタート位置からＩＧ位置に戻って、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３
本ステップにおいて、マイコンコントローラ７０は、イグニッションキーシリンダがＩＧ位置に戻されると、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３６ａ〜３６ｄに噴射される燃料の量を、エアフローセンサー２０から出力される出力信号に基づいて増減制御し、ステップＳ４に移行する。この際、吸気通路１２０に吸い込まれてエアフローセンサー２０で計測されるエアの量が増減させられると、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３６ａ〜３６ｄに噴射される燃料の量が増減させられる。尚、この吸気通路１２０に吸い込まれるえあの量（吸込エア量）は、アクセルペダル５０を踏み込み操作して、スロットルバルブ６０を操作することにより、増減される。
ステップＳ４
本ステップでは、イグニッションキーシリンダの位置がイグニッション（ＩＧ）位置か否かが判断され、ＩＧ位置であればＹＥＳでステップＳ３に戻っループし、ＩＧ位置でなければＮＯで終了する。
（ｉｉ）．モータ制御回路９０によるターボ装置１００の制御
ステップＳ１０
イグニッションキーシリンダを操作して、ＡＣＣ位置に移動させると、本ステップではモータ制御回路９０がが初期化され、ステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１
本ステップでは、イグニッションキーシリンダを操作して、スタート位置に移動させ、スターターを作動させ、エンジン３０を稼働操作することにより、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに発生する負圧が吸気通路１２０に作用して、この吸気負圧により大気中のエアが吸気通路１２０を介してエンジン３０の吸気ポート３５ａ〜３５ｄに吸い込まれる。この際、マイコンコントローラ７０は、上述したように、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料を噴射させて、吸気ポート３５ａ〜３５ｄの部分で混合気を生成させる。尚、エアフィルター１０に吸い込まれた大気中のエアはフィルタ部材１２を透過してエアフローセンサー２０側に流れる。この際、エアに含まれる塵埃がフィルタ部材１２により捕集され、フィルタ部材１２を透過したエアは清浄される。
【００４２】
また、生成された混合気は、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込まれて、図示しない点火プラグにより点火されて燃焼させられる。尚、燃焼後の排気ガスは、排気ポート３６ａ〜３６ｄ，排気マニホールド３９及び図示しない排気管を介して大気に排気される。この様にしてエンジン３０が稼働させられる。
この際、エアフローセンサー２０は、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの流量を計測して、エアの流量に応じた信号を測定信号として出力し、この測定信号を出力信号としてモータ制御回路９０に入力させる。
【００４３】
そして、エンジン３０が稼働した後、イグニッションキーシリンダから操作力を解除すると、イグニッションキーシリンダがスタート位置からＩＧ位置に戻って、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２
本ステップでは、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれたか否か、即ちアクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれてマイクロスイッチ８０がＯＮしたか否かが判断される。この判断において、マイクロスイッチ８０がＯＮしていなければＮＯでループし、ＯＮしていればＹＥ２でステップＳ１３に移行する。尚スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時の状態のとき、又は、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時より僅かに開いている状態のときのアクセルペダル５０の位置では、マイクロスイッチ８０はＯＦＦ状態となる様に設定されている。
ステップＳ１３
本ステップでは、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時の開度又はアイドリングより僅かに開いた角度以上になって、マイクロスイッチ８０がＯＮしているので、このＯＮ信号を受けているモータ制御回路９０によりターボ装置１００の駆動モータ１１０が作動制御させられ、出力軸１１０ａが回転させられる。この駆動モータ１１０の出力軸１１０ａの回転はタイミングギヤ１１１，タイミングベルト１１２を介して軸流ターボファン１０７に伝達されて、軸流ターボファン１０７が回転駆動される。これにより軸流ターボファン１０７は、筒部１０２ａ側のエアを圧縮して筒部１０１ａ側に吐出する様になっている。
【００４４】
この際、筒部１０２ａ側のエアは整流板１０４の作用により螺旋方向に流れてターボ羽根１０８で圧縮され吐出され、この吐出されたエアは整流板１０３の作用により螺旋方向（整流板１０４による螺旋方向の流れと同じ方向）に流れて図５（ａ）の矢印Ａに示したように渦流となり、エアの逆流を防止する。
【００４５】
一方、モータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて駆動モータ１１０を作動制御して、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの増減に応じて駆動モータ１１０の回転を増減制御し、ステップＳ１４に移行する。これにより、軸流ターボファン１０７の回転が増減されて、軸流ターボファン１０７により圧縮して筒部１０２ａ側に吐出されるエアの量が増減させられる。
【００４６】
この様なターボ装置１００によるエアの増減量は、ターボ装置１００が設けられていない状態で、吸気負圧のみによりエンジン３０に吸い込まれるエアの流量よりも十分に多い状態に設定されている。そして、このターボ装置１００によって増減されるエアは、インテークマニホールド６２を介して吸気ポート３５ａ〜３５ｄに供給されて、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料と混合され、燃料を完全燃焼するに必要な混合比の混合気を生成する。この際、ターボ装置１００によって供給されるエアは渦流となっているので、このエアの渦流に噴射される燃料は十分に攪拌されてエアと均一に混合される。これにより、混合気はより完全に燃焼できることになる。
【００４７】
上述の様に、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
ステップＳ１４
本ステップでは、イグニッションキーシリンダの位置がイグニッション（ＩＧ）位置か否かが判断され、ＩＧ位置であればＹＥＳでステップＳ１２に戻っループし、ＩＧ位置でなければＮＯで終了する。
（２）．エア供給量制御及び燃料噴射制御の総合的説明
上述したエア供給量制御及び燃料噴射制御動作を図９に基づいて総合的に説明する。
【００４８】
イグニッションキーシリンダを操作して、ＡＣＣ位置に移動させると、マイコンコントローラ７０及びモータ制御回路９０がＳ１１０で初期化される。そして、このＳ１１０で、イグニッションキーシリンダをスタート位置に移動させると、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料が噴射される一方、エンジン３０がスターターにより稼働されて、Ｓ１１１及びＳ１１５に移行する。
【００４９】
Ｓ１１６では、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに発生する負圧が吸気通路１２０に作用して、この吸気負圧により大気中のエアが吸気通路１２０を介してエンジン３０の燃焼室３６ａ〜３７ａに吸い込まれる。この際、エアに含まれる塵埃がＳ１１５でエアフィルター１０により捕集されて、清浄されたエアがエアフローセンサー２０を流れ、Ｓ１１６でエアフローセンサー１１６が作動する。このエアフローセンサー１１６は吸い込まれるエアの量を検出して出力する。そして、このエアフローセンサー１１６の出力信号は、モータ制御回路９０に入力されると共に、モータ制御回路９０を介してマイコンコントローラ７０に入力される。
【００５０】
Ｓ１１１において、アクセルペダル５０が踏み込まれていない場合にはループし、アクセルペダル５０が踏み込まれると、Ｓ１１２及びＳ１１３に移行する。そして、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれると、マイクロスイッチ８０がＳ１１２でＯＮしてＳ１１４に移行する。
【００５１】
また、Ｓ１１３ではアクセルペダル５０の踏み込み量に応じてスロットルバルブ６０の開度が増減させられ、Ｓ１１９に移行する。
【００５２】
Ｓ１１４では、マイコンコントローラ７０がマイクロスイッチ８０からのＯＮ信号が入力されたかどうかを判断する。そして、マイクロスイッチ８０がＯＮしておらずＮＯの場合はステップＳ１１２に移行し、マイクロスイッチ８０がＯＮしてＹＥＳの場合にはＳ１１７に移行する。
【００５３】
Ｓ１１７では、モータ制御回路９０がターボ装置１００の駆動モータ１１０を作動させて、Ｓ１１９に移行する。この際、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの吸込量がエアフローセンサー２０で検出（計測）され、このエアフローセンサー２０からエア吸込量に応じた信号が出力される。この出力信号はモータ制御回路９０に入力される。このモータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０から入力される信号に基づいて、エアの吸込量の増減に応じて駆動モータ１１０の回転を増減制御する。
【００５４】
この駆動モータ１１０の出力軸１１０ａの回転はタイミングギヤ１１１，タイミングベルト１１２を介して軸流ターボファン１０７に伝達されて、軸流ターボファン１０７が回転駆動される。これにより軸流ターボファン１０７は、筒部１０２ａ側のエアを圧縮して筒部１０１ａ側に吐出する様になっている。
【００５５】
この際、筒部１０２ａ側のエアは整流板１０４の作用により螺旋方向に流れてターボ羽根１０８で圧縮吐出され、この吐出されたエアは整流板１０３の作用により螺旋方向（整流板１０４による螺旋方向の流れと同じ方向）に流れて図５（ａ）の矢印Ａで示したように渦流となり、エアの逆流を防止する。これにより、軸流ターボファン１０７の下流のエアホース４１内には渦流による圧力が生じ、この圧力はエアの吸込量の増減に応じて増減させられる。
【００５６】
Ｓ１１８では、モータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０から入力される信号をマイコンコントローラ７０に入力する。このマイコンコントローラ７０は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料が噴射される。この燃料噴射量は、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの吸込量の増減に応じて（比例して）増減させられ、Ｓ１１９に移行する。
【００５７】
Ｓ１１９では、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに噴射される燃料と、吸気通路１２０を介して吸気ポート３５ａ〜３５ｄに吸い込まれるエアとが混合されて、燃料とエアの混合気が生成される。この混合気は、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込まれた後、図示しない点火プラグで点火されて燃焼する。この燃焼後の排気ガスは、排気ポート３６ａ〜３６ｄ、排気マニホールド３９等を介して大気中に排気される。
（３）第２実施例
以上説明した実施例では、エアフローセンサー２０の検出信号を基に、エンジン３０の吸気負圧で吸気通路１２０に吸い込まれるエア吸込量の増減に応じて、駆動モータ１１０の回転数をモータ制御回路９０で増減駆動制御するようにしたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、エンジン作動時のアイドリング時からアクセルペダル５０を踏み込んで、マイクロスイッチ８０がＯＮしている間は、モータ制御回路９０がマイクロスイッチ８０からの信号を受けて駆動モータ１１０を一定回転数で回転制御する様にしてもよい。即ち、エンジン３０のアイドリング時以外は、アクセルペダル５０の踏み込み量に拘わらず、即ちスロットルバルブ６０の開度の増大に拘わらず、駆動モータ１１０を一定回転数（例えば９０００ｒｐｍ）にするようにしてもよい。
【００５８】
この場合、スロットルバルブ６０が全開させられたときにエンジン３０に吸い込まれるエアの流量を最大吸込流量とすると、駆動モータ１１０の作動により軸流ターボファン１０７が作動したときに、このターボファン１０７でエンジン側に供給されるエアの量が常に最大吸込流量以上になるように設定しておくことにより、常にスロットルバルブ６０にエアを十分に供給して、スロットルバルブ６０からエンジン３０に供給されるエアの量を燃料の燃焼に必要な十分な量だけ確保できるようにすることができる。
【００５９】
また、この際、燃料供給装置３１ａ〜３１ｄによる燃料噴射量は、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減、又はスロットルバルブ６０の開度の増減に応じて増減制御させるようにすると良い。このスロットルバルブ６０の開度の増減量の検出は、図１３に示したようにスロットルバルブ６０と同軸にポテンショメータ１３１を開度センサ（バルブ操作検出手段）として設け、このポテンショメータ１３１で行っても良い。また、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減の検出は、アクセルペダル５０に連動する可変抵抗を開度センサ（バルブ操作検出手段）として設けて、この可変抵抗で行ってもよい。
【００６０】
本実施例でも、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
＜第１評価例＞
図１０は、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ、駆動モータ１１０の回転数が９０００ｒｐｍで６０００ｋｍ走行した場合において、一酸化炭素，炭化水素，二酸化炭素，温度等その他の量の測定結果の平均値を示すグラフである。また、表１は、図１０の測定結果の１５００ｒｐｍにおけるデータを示したものである。
【００６１】
尚、走行距離については、駆動モータ１１０の回転数を９０００ｒｐｍとすると共に、エンジン回転数を１５００ｒｐｍにして走行した場合において、燃料１リットルで走行できる距離を示したものである。尚、本評価例では、エンジンの排気量は省略して示している、しかし、本評価例は、同じエンジンが用いられた従来の自動車において、本発明の装置を適用する前のデータと、本発明の装置を適用した場合についてのデータを示したものである。
【００６２】
【表１】
上記の表１と図１０を参照すれば本発明は大気環境や人体に有害な一酸化炭素と炭化水素の比率が従来のものより顕著に減少していることが分かる。
【００６３】
また、燃料の量及びエンジン回転数が同じ条件の下で走行距離を比較した場合に、本願発明が従来のものより走行距離が延びている点で優れているので、エンジン燃焼効率は従来のものより優秀である事が分かる。
＜第２評価例＞
更に、通常の燃料供給装置を用いた従来の１５００ｃｃのエンジンで回転数を１６００ｒｐｍにした場合の走行距離は１リットル当たり１２ｋｍであった。これに対して、本発明の燃料供給装置を用いた１５００ｃｃのエンジンで回転数を１６００ｒｐｍ、駆動モータ１１０の回転数を９０００ｒｐｍにした場合には、走行距離が１リットル当たり１８ｋｍとなった。この例からも分かるように、１５００ｃｃのエンジンで回転数を１６００ｒｐｍにした場合、１リットル当たりの走行距離は本発明のものが従来のものよりも６ｋｍ長く、燃費が従来のものよりも優れていることが分かる。
（４）第３実施例
尚、以上説明した実施例では、スロットルバルブ６０の開度を検出するセンサとしてマイクロスイッチ８０を用いた例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示したようにインテークマニホールド６２の吸気負圧を検出する負圧センサ１３０を開度センサ（バルブ操作検出手段）として設けて、スロットルバルブ６０の開度が所定以上になったときのインテークマニホールド６２内の吸気負圧を負圧センサ１３０で検出し、このときの負圧センサ１３０からの検出信号をモータ制御回路９０に入力して、上述した実施例と同様に駆動モータ１１０を作動させるようにしてもよい。
【００６４】
図１２は、負圧センサ１３０の原理を示したものである。図１２において、負圧センサ１３０は、本体ケース１４０，１４１と、本体ケース１４０，１４１間に間周縁部を保持させたダイアフラム１４２を有する。このダイアフラム１４２は本体ケース１４０，１４１間に形成される空間を負圧室１４３と大気室１４４に区画している。
【００６５】
また、負圧センサ１３０は、本体ケース１４０の端壁中央に設けられた軸受筒部１４５と、軸受筒部１４５の軸線と同心に本体ケース１４０内に設けられた検出コイル１４６と、一端部１４７ａがダイアフラム１４２の中央に保持され且つ他端部１４７ｂが軸受筒部１４５内に軸線方向に移動可能に保持されたロッド１４７と、ロッド１４７に一体に設けられ且つ検出コイル１４５内に配設された鉄心１４８を有する。この負圧室１４３は、端壁に設けた連通孔１４１ａを介してインテークマニホールド６２に連通させられる。
【００６６】
また、本体ケース１４１の端壁中央には軸受筒部１５０が設けられ、軸受筒部１５０内には調整ネジ１５１が進退調整可能に螺着されている。この調整ネジ１５１の端部には負圧室１４３内に位置するバネ受け１５２が保持され、このバネ受け１５２とダイアフラム１４２との間には圧縮コイルスプリング１５３が介装されている。このダイアフラム１４２を図１２中左方に付勢する付勢力は、調整ネジ１５１を左右に移動調整することで行うことができる。１５４は、軸受筒部１５０の端部に着脱可能に取り付けられたシールキャップである。
【００６７】
従って、負圧室１４３内にインテークマニホールド６２の吸気負圧が作用すると、この吸気負圧によりダイアフラム１４２はコイルスプリング１５３のバネ力に抗して負圧室１４３側に変位させられ、ロッド１４７及び鉄心１４８が負圧室１４３側に移動変位させられ、負圧室１４３内の吸気負圧とコイルスプリング１５３のバネ力が均衡した位置で移動が停止する。また、この鉄心１４８の移動に伴って検出コイル１４６から出力される検出信号は変化するので、この検出信号の変化がインテークマニホールド６２内の吸気負圧に対応して変化することになる。
【００６８】
また、ダイアフラム１４２を図１２中左方に付勢する付勢力は、調整ネジ１５１を左右に移動調整することで行うことができるので、検出コイル１４８による吸気負圧の検出信号と吸気負圧との対応関係の調整を行うことができ、この調整により駆動モータ１１０を作動開始させるタイミングを調整することができる。
【００６９】
この様に、インテークマニホールド６２の吸気負圧の増減を直接検出して、この検出信号により駆動モータ１１０の回転の増減を直接制御し、ターボファン１０７によるエアの供給量を増減制御するようにしているので、ターボファン１０７によるエアのエンジン３０への供給量を正確に制御できる。この場合、軸流ターボファン１０７によるエンジン３０へのエアの供給量を、エンジン３０の作動に伴う吸気負圧によりエンジン３０に吸い込まれるエアの吸込量よりも多くすることができる。この場合のエアの供給制御は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄにより噴射される燃料が完全燃焼するに必要な量に容易に設定することができる。
【００７０】
本実施例でも、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
（５）第４実施例
更に、上述したように、スロットルバルブ６０と同軸にポテンショメータ１３１を開度センサとして設けて、スロットルバルブ６０の開度が所定以上になったのをポテンショメータ１３１で検出し、このときのポテンショメータ１３１からの検出信号をモータ制御回路９０に入力して、第１実施例と同様に駆動モータ１１０を作動させるようにしてもよい。また、アクセルペダル５０の踏み込み量を可変抵抗を用いた検出器で検出して、この検出信号をモータ制御回路９０に入力して、上述した実施例と同様に駆動モータ１１０を作動させるようにしてもよい。これらの場合には、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減、即ちスロットルバルブ６０の開度の増減に応じて駆動モータ１１０の回転が増減させられるように、駆動モータ１１０がモータ制御回路９０により作動制御させられることになる。
【００７１】
この様に、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減又はスロットルバルブ６０の回動の増減を直接検出して、この検出信号により駆動モータ１１０の回転の増減を直接制御し、ターボファン１０７によるエアの供給量を増減制御するようにしているので、ターボファン１０７によるエアのエンジン３０への供給量を正確に制御できる。この場合、軸流ターボファン１０７によるエンジン３０へのエアの供給量を、エンジン３０の作動に伴う吸気負圧によりエンジン３０に吸い込まれるエアの吸込量よりも多くすることができる。また、エアの供給制御は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄにより噴射される燃料が完全燃焼するに必要な量に容易に設定することができる。
【００７２】
本実施例でも、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
【００７３】
尚、従来のターボファンでは、エンジンの排気流により回転させられる排気側ファンを排気通路に設け、この排気側ファンに連動して回転する吸気側ファンを吸気通路に設けて、この吸気側ファンでエアをエンジンの回転の増減に応じてエンジンに供給する様にしたものが一般的である。しかし、この構成では、吸気側ファンによるエアのエンジンへの供給量は排気流の増減量に影響されることになるので、エンジンへのエアの供給量をアクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブの開度の増減に応じて最適且つ迅速に追従制御することは困難である。即ち、吸気側ファンは、アクセルペダル５０の踏み込み操作に遅れて回転が変化することになる。
【００７４】
しかし、第３実施例によればインテークマニホールド６２の吸気負圧の増減を直接検出して、又、第４実施例によればアクセルペダル５０の踏み込み量の増減又はスロットルバルブ６０の回動の増減を直接検出して、これらの検出信号により駆動モータ１１０の回転の増減を直接制御し、ターボファン１０７によるエアの供給量を増減制御するようにしているので、エンジンへのエアの供給量をアクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブの開度の増減に応じて最適且つ迅速に制御することができる。即ち、アクセルペダルの踏み込み操作に対し高い追従性でエアの供給制御を行うことができるので、燃料が完全燃焼に必要な量のエアを常に迅速に供給できる。
【００７５】
また、第４実施例によれば、駆動モータ１１０の回転数は、エンジン３０の回転出力や排気ガスの流量等に直接影響されず、アクセルペダル５０の踏み込みに直接連動して増減制御されるので、アクセルペダル５０の踏み込み操作に対する追従性がよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明した請求項１〜３の発明は、自動車の加速及び低速時のエンジンへの吸込空気量に合った量の燃料を噴射することにより、完全燃焼可能な混合気を生成して、燃料の節減とエンジンの効率を高め、大気環境と人体に有害な排気ガスを浄化できる。
【００７７】
しかも、アイドリング時にはターボ手段が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジンの回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置からエンジンに供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。この結果、エンジンに吸入空気量を増加させる事で高出力、低燃費、低公害を実現する効果があり、エンジン騒音を減少することで自動車を運転する運転者が快適な雰囲気で運転できる効果を有する。
【００７８】
更に、この構成によれば、モータ駆動式のターボ手段を従来の自動車に単に組み付けるのみで本発明を構成できるので、本発明の装置を従来の自動車に簡易に組み付けることができる。その上、モータ駆動式のターボ装置をエア通路途中に介装することで、エンジンからの逆流する空気の流れを防止し、これによってエンジンの燃焼効率を増大させ、燃費の向上を図ることができる。
【００８７】
また、請求項４の発明は、前記軸流ターボファンのターボ羽根及び前記整流板は、渦流を生成しながら空気の圧力を増加させ且つエンジンからのエアの逆流を防止するために、翼の角度が１５°から３０°に設定されている構成としたので、エンジンに供給されるエアに燃料を噴射が噴射されたときに、燃料とエアとの攪拌混合を効果的に行う渦流を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自動車に使用されている空気供給と混合燃焼過程の概略図である。
【図２】本発明にかかる自動車エンジンへの燃料供給装置を説明するための概略説明図である。
【図３】図２に示した燃料供給装置のエア吸気通路を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図２のエンジンの概略説明図、（ｂ）は（ａ）の一部を破断して示したエンジンの縦部分断面図である
【図５】（ａ）は図２，図３に示したターボ装置の斜視図、（ｂ）は図６に示した固定板及びターボ羽根の角度を示す展開説明図である。
【図６】図２，図３に示したターボ装置の分解斜視図である。
【図７】図２に示した燃料供給装置の制御回路部分を取り出して示したブロック図である。
【図８】（Ａ）はマイコンコントローラによる燃料噴射制御のフローチャート、
（Ｂ）はモータ制御回路によるターボ装置制御のフローチャートである。
【図９】本発明の空気供給と混合燃焼過程を説明するための説明図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｅ）は従来と本発明によって実験した測定データを比較分析して説明したグラフである。
【図１１】（ａ）はこの発明に係る燃料供給装置の他の例を示す要部説明図、（ｂ）は（ａ）の構成を有する燃料供給装置の制御回路図である。
【図１２】負圧センサの一例を示す断面図である。
【図１３】（ａ）はこの発明に係る燃料供給装置の更に他の例を示す要部説明図、（ｂ）は（ａ）の構成を有する燃料供給装置の制御回路図である。
【符号の説明】
２０・・・エアフローセンサー
３０・・・エンジン
３１ａ〜３１ｄ・・・燃料噴射装置
５０・・・アクセルペダル
６０・・・スロットルバルブ
８０・・・マイクロスイッチ（バルブ操作検出手段）
９０・・・モータ制御回路（モータ制御手段）
１０７・・・軸流ターボファン（ターボ手段）
１０８・・・ターボ羽根（回転翼）
１００・・・ターボ装置
１１０・・・駆動モータ
１２０・・・吸気通路
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料節減と有害排気ガス浄化の向上を図ることができる自動車のエンジンへの燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンには、ガソリンを使用するガソリンエンジンや軽油を使用するディーゼルエンジン等がある。この様な自動車のエンジンに燃料を供給する燃料供給装置としては図１に示したようなものがある。
【０００３】
図１において、３０は４気筒のエンジンで、エンジン３０の図示しない４つのシリンダの燃焼室にはインテークマニホールド（図示せず）の４つの分岐管がそれぞれ接続されている。
【０００４】
このインテークマニホールド（吸気側）には、エアフィルター１０がエアフローセンサー２０，エアホース４０及びスロットルバルブ６０を介して接続されている。このスロットルバルブ６０はアクセルペダル５０により開閉操作される様になっている。
【０００５】
また、インテークマニホールドの分岐管又はエンジン３０の各シリンダの燃焼室には、噴射ノズル３１から燃料が噴射可能に設けられている。しかも、エアフローセンサー２０の出力信号がマイコン７０に入力される様になっている。このマイコン７０は、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて、吸い込まれるエアの流量が増減に対応して噴射ノズル３１から噴射される燃料の量を増減制御するようになっている。
【０００６】
従って、この様な燃料供給装置においては、エンジン３０を作動させると、図示しないインテークマニホールド内に図示しない燃焼室から吸気負圧が作用させられ、この吸気負圧により大気中のエアがエアフィルター１０を介してエアホース４０側に吸い込まれる。この際、エアに含まれる塵埃等の汚染物質がエアフィルター１０で捕集されて、エアフィルター１０を透過するエアが清浄される。この清浄されたエアは、エアフローセンサー２０，エアホース４０，スロットルバルブ６０及びインテークマニホールド（図示せず）を介して、エンジン３０の各シリンダの燃焼室に吸い込まれる。一方、噴射ノズル３１から図示しないインテークマニホールドの４つの分岐管又は燃焼室に燃料が噴射されて、この燃料はエンジン３０に供給されるエアと混合される。そして、このエアと燃料との混合気は燃焼室内で燃焼させられた後に大気中に排気される。
【０００７】
また、アクセルペダル５０の踏み込み操作によりスロットルバルブ６０の開度を増減させると、エアフィルター１０から吸い込まれるエアの量が増減させられ、スロットルバルブ６０の部分で生成される混合気の量が増減させられると共に、噴射ノズル３１から図示しないインテークマニホールドの４つの分岐管に噴射される燃料の量が増減させられて、エンジン３０の出力が増減させられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の燃料供給装置でエンジンの出力を急激に増大させるためには、アクセルペダル５０を大きく踏み込んでスロットルバルブ６０の開度を大きくすればよい。
【０００９】
しかしながら、この踏み込み初期においては、エンジン３０のガスが逆流する現象が生じる。そして、この場合には、エアの吸込量が少なくなるにも拘わらず燃料噴射ノズル３１から噴射される燃料の量が増加するために、濃い混合気がエンジン３０の燃焼室に吸い込まれて、混合気が完全燃焼されない状態になる。この結果、アクセルペダル５０の大きな踏み初期においては、大気環境や人体に有害な一酸化炭素、炭化水素等の排気ガスがエンジン３０から大気中に排出されて、環境の主な汚染の原因になる。これにより、エンジン出力効率が落ち自動車の性能が低下する問題点がある。
【００１０】
この様な問題を解決するものとしては、排気ガスで回転させられるタービンによりエアコンプレッサを駆動して、正規の量以上のエアをエンジンに供給する様にしたターボチャージャーや、エンジンの出力軸に連動するエアコンプレッサーで正規の量以上のエアをエンジンに供給するスーパーチャージャー等が考えられている。
【００１１】
しかし、これらのターボチャージャーやスーパーチャージャー等のエア過給手段は後からエンジンに組み込む構造となっていないため、従来からある自動車にエア過給手段を簡易に組み込むことは困難であった。
【００１２】
また、ターボチャージャーやスーパーチャージャー等のエア過給手段はエンジンの排気や動力を利用して作動するようなっているため、エンジンに負荷が常時作用している。この結果、アイドリング時にエンジンが停止するのを回避するために、アイドリング時のエンジンの回転をある程度高く設定する必要がある。しかし、交差点での停車や渋滞時における停車等が頻繁に行われる場合には、アイドリング時のエンジンの回転がある程度高く設定された分だけ、余分な燃料を消費するため、燃費上好ましいものではない。
【００１３】
更に、この様なエア過給手段はエンジンの排気や動力を利用して作動するようなっているため、エンジンに供給されるエアの量をエンジン回転数に応じて必ずしも適正に制御できないものであった。
【００１４】
本発明の第１の目的は、上記の従来技術の問題点を解決するためになされたもので、自動車の加速及び低速時のエンジンへの吸込空気量に合った量の燃料を噴射することにより、完全燃焼可能な混合気を生成して、燃料の節減とエンジンの効率を高め、大気環境と人体に有害な排気ガスを浄化するための自動車エンジンへの燃料供給装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、従来の自動車にも簡易に組み付けることができる自動車エンジンへの燃料供給装置を提供することにある。
【００１６】
更に、本発明の第３の目的は、エンジンに供給されるエアの量をエンジン回転数に応じて適正に制御できる自動車エンジンへの燃料供給装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の第１，第２の目的を達成するため、請求項１の発明は、エアである大気を吸い込んでエンジンの吸気側に案内させる吸気通路と、前記吸気通路に吸い込まれるエアの量を検出するエア流量検出手段と、駆動モータにより駆動される軸流ターボファンにより前記吸気通路に吸引されたエアを圧縮して前記エンジンに供給するターボ装置と、前記吸気通路途中に配設されたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを介して前記エンジンに供給されるエアに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エア流量検出手段からの出力信号に基づいて前記燃料噴射装置から噴射される燃料の量を前記吸気通路に吸い込まれるエアの流量の増減に応じ増減制御する燃料噴射制御手段を備え、開度が所定値以上のときの前記スロットルバルブの操作を検出して検出信号を出力するバルブ操作検出手段が設けられ、前記バルブ操作検出手段からの検出信号を受けて前記駆動モータを駆動制御するモータ制御手段が設けられている自動車のエンジンへの燃料供給装置であって、前記ターボ装置は放射方向に延びて前記軸流ターボファンで送風する空気に螺旋方向の渦流を形成させる整流板を有する自動車のエンジンへの燃料供給装置としたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、前記軸流ターボファンは放射方向に延び且つ板面が前記軸流ターボファンの軸線に対して傾斜する複数のターボ羽根を有し、前記整流板は前記ターボ羽根と同方向に傾斜することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明は、前記整流板は、空気を螺旋方向且つ前記ターボ羽根に向けて流す第１の整流板と、前記ターボ羽根で圧縮吐出される空気を螺旋方向に流して渦流とする第２の整流板であることを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明は、前記軸流ターボファンのターボ羽根及び前記整流板は、渦流を生成しながら空気の圧力を増加させ且つエンジンからのエアの逆流を防止するために、翼の角度が１５°から３０°に設定されていることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図２〜図１３に基づいて説明する。
（１）第１実施例
＜機械的構成＞
図２において、１０はエアフィルター（エアクリーナ）、２０はエアフローセンサー（流量検出手段）、３０はエンジン、３１ａ〜３１ｄは燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）、４０，４１はエアホース、５０はアクセルペダル、６０はスロットルバルブ、７０は燃料噴射制御回路（燃料噴射制御手段）としてのマイコンコントローラ、８０はアクセルペダル５０によりＯＮ・ＯＦＦさせられるマイクロスイッチ（バルブ操作検出手段）、９０はマイコン（マイクロコンピュータ）を有するモータ制御回路（モータ制御手段）、１００はモータ駆動式のターボ装置（エア過給手段）である。
【００２８】
エアフィルター１０は、図３に示したように、フィルタ保持容器１１と、フィルタ保持容器１１内に配設されたフィルタ部材１２を有する。このフィルタ容器１１は、エア吸込口１１ａを有すると共に、エア出口１１ｂを有する。このエア出口１１ｂには、エアホース４０がエアフローセンサー２０のケーシング２１を介して接続されている。
【００２９】
このエアホース４０とエアホース４１との間にはターボ装置１００が配設されている。このターボ装置１００は、図３，図５（ａ），図６に示したように、細長く延び且つ扁平に形成されたケーシング１０１と、ケーシング１０１の解放端を閉成する蓋体１０２を有する。このケーシング１０１及び蓋体１０２の長手方向の一端部には、互いに反対方向に突出し且つ同心に設けられた筒部１０１ａ及び１０２ｂがそれぞれ形成されている。
【００３０】
この筒部１０１ａ及び１０２ａ内には、放射方向に延びる複数の整流板（固定翼）１０３及び複数の整流板（固定翼）１０４がそれぞれ一体に設けられている。しかも、整流板１０３及び１０４は、板面が筒部の１０１ａ及び１０２ａの軸線に沿う方向に延びていると共に、筒部１０１ａ及び１０２ａの軸線Ｏに対してα及びγだけそれぞれ傾斜させられている。また、複数の整流板１０３の中心部にはボス部１０５が一体に設けられ、複数の整流板１０４の中心部にはボス部１０６が一体に設けられている。
【００３１】
この筒部１０１ａ，１０２ａ間にはエア圧縮用の軸流ターボファン（ターボ手段）１０７が配設されている。この軸流ターボファン１０７は、ボス部１０５，１０６に保持された支持軸（図示せず）に回転自在に保持されたボス部１０７ａと、このボス部１０７ａから放射方向に延びる複数のターボ羽根（回転翼）１０８と、ボス部１０７ａと同心に設けられ且つターボ羽根１０８と一体に設けられた筒状のタイミングギヤ１０９を有する。このターボ羽根１０８は、板面がタイミングギヤ１０９の軸線（ボス部１０７ａの軸線と一致）に沿う方向に延びていると共に、この軸線Ｏに対してβだけ傾斜させられている。尚、整流板１０３，１０４及びターボ羽根１０８は図５（ｂ）から明らかなように同方向に傾斜している。また、この様な整流板１０３，１０４及びターボ羽根１０８の傾斜角度α，γ及びβは、図５（ｂ）に示した様に１５°〜３０°に設定される。
【００３２】
また、ケーシング１０の他端部外面には駆動モータ１１０が固定され、ケーシング１０１及び蓋体１０２の長手方向の他端部間にはタイミングギヤ１１１が配設されている。このタイミングギヤ１１１は駆動モータ１１０の出力軸１１０ａに固定されている。しかも、タイミングギヤ１０９及び１１１にはタイミングベルト１１２が掛け渡されている。従って、駆動モータ１１０を作動させることにより、駆動モータ１１０の出力軸１１０ａの回転が、タイミングギヤ１１１，タイミングベルト１１２を介して軸流ターボファン１０７に伝達されて、軸流ターボファン１０７が回転駆動される。この際、軸流ターボファン１０７は、筒部１０２ａ側のエアを圧縮して筒部１０１ａ側に吐出する様になっている。
【００３３】
しかも、この際、筒部１０１ａ側のエアは整流板１０４の作用により螺旋方向に流れてターボ羽根１０８で圧縮吐出され、この吐出されたエアは整流板１０３の作用により螺旋方向（整流板１０４による螺旋方向の流れと同じ方向）に流れて渦流となり、エアの逆流を防止する。
【００３４】
この様なターボ装置１００の筒部１０２ａはエアホース４０に接続され、筒部１０１ａはエアホース４１及びスロットルバルブ６０のケーシング６１を介してインテークマニホールド６２に接続されている。このインテークマニホールド６２は図４に示したように４つの分岐管６２ａ〜６２ｄを有する。
【００３５】
エンジン３０は、図４（ｂ）に示したように、エンジン本体３２、シリンダヘッド３３、ヘッドカバー３４を有する。そして、シリンダ本体３１には図４（ａ），（ｂ）に示したように４つのシリンダ３２ａ〜３２ｄが設けられ、シリンダ３２とａ〜３２ｄ内にはピストンＰａ〜Ｐｄ配設され、ピストンＰａ〜Ｐｄとの間には燃焼室３３ａ〜３３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３３には、各燃焼室３３ａ〜３３ｄにそれぞれ分岐して連通する吸気ポート３５ａ〜３５ｄが形成されていると共に、各燃焼室３３ａ〜３３ｄにそれぞれ分岐して連通する排気ポート３６ａ〜３６ｄが形成されている。３７ａ〜３７ｄは吸気弁、３８ａ〜３８ｄは排気弁である。
【００３６】
そして、上述のインテークマニホールド６２の分岐管６２ａ〜６２ｄはエンジン３０の吸気ポート３５ａ〜３５ｄにそれぞれ接続されている。３９は排気ポート３６ａ〜３６ｄに接続された排気マニホールドである。また、上述の燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）３１ａ〜３１ｄは、各吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料を噴射可能にシリンダヘッド３３に取り付けられている。尚、燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）３１ａ〜３１ｄは、インテークマニホールド６２の分岐管６２ａ〜６２ｄに取り付けることもできる。また、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に燃料を噴射するようにする。
＜制御回路＞
上述のエアフローセンサー２０には周知の構造が採用されている。また、バルブ操作検出手段としてのマイクロスイッチ８０は、アクセルペダル５０を所定量以上踏み込んで、スロットルバルブ６０の開度が所定値以上になったときに、アクセルペダル５０によりＯＮさせられる様になっている。例えば、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時の状態のとき、又は、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時より僅かに開いている状態のときのアクセルペダル５０の位置では、マイクロスイッチ８０はＯＦＦ状態となる様に設定されている。
【００３７】
このマイクロスイッチ８０をＯＮさせる構造としては、例えば、アクセルペダル５０と一体のアクセルレバー（図示せず）の基部に筒部を設け、この筒部を支持軸を介して自動車の車体に回動自在に保持させ、この筒部にカム部を設けて、このカム部でマイクロスイッチ８０をＯＮさせるようにしてもよい。このカム部は、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれている間は、マイクロスイッチ８０をＯＮし続けるるようにしても良い。また、マイクロスイッチ８０をＯＮさせる構造としては、アクセルペダル５０にワイヤ等で連動するカム部材を設け、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれている間は、カム部材がマイクロスイッチ８０をＯＮし続けるようにしても良い。
【００３８】
エアフローセンサー２０からの出力信号及びマイクロスイッチ８０のＯＮ信号（検出信号）は、図２，図７に示したようにモータ制御回路９０に入力される。このモータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０からの出力信号をマイコンコントローラ７０に入力する。また、このモータ制御回路９０は、マイクロスイッチ８０がＯＮしたときに駆動モータ１１０を作動させて、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて駆動モータ１１０の回転を増減制御する様になっている。さらに、マイコンコントローラ７０は、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート吸気ポート３５ａ〜３５ｄに噴射される燃料の量を増減制御する様になっている。
【００３９】
尚、上述のエアフィルター１０のエア吸込口１１ａからエンジン３０の吸気ポート３６ａ〜３６ｄまでの通路は、外気をエンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込むための吸気通路１２０を構成している。
＜作用＞
次に、この様な構成の自動車エンジンへの燃料供給装置の作用を主に図８に示したフローチャートに基づいて説明する。
＜燃料噴射３１ａ〜３１ｄとターボ装置１００の個別の作用＞
自動車の図示しないイグニッションキーシリンダは、ＯＦＦ位置、付属部品の電源をＯＮするアクセサリ位置（ＡＣＣ位置）、点火回路をＯＮさせるイグニッション位置（ＩＧ位置）、スターターを作動させてエンジン３０を作動させるスタート位置等を有する。この構成は周知の構成であるので、図示及び詳細な説明は省略してある。
（ｉ）．マイコンコントローラ７０による燃料噴射制御
ステップＳ１
このイグニッションキーシリンダを操作して、ＡＣＣ位置に移動させると、燃料噴射制御回路であるマイコンコントローラ７０が初期化され、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２
本ステップでは、イグニッションキーシリンダを操作して、スタート位置に移動させ、スターターを作動させ、エンジン３０を稼働操作することにより、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに発生する負圧が吸気通路１２０に作用して、この吸気負圧により大気中のエアが吸気通路１２０を介してエンジン３０の吸気ポート３５ａ〜３５ｄに吸い込まれる。この際、マイコンコントローラ７０は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料を噴射させて、吸気ポート３５ａ〜３５ｄの部分で混合気を生成させる。尚、エアフィルター１０に吸い込まれた大気中のエアはフィルタ部材１２を透過してエアフローセンサー２０側に流れる。この際、エアに含まれる塵埃がフィルタ部材１２により捕集され、フィルタ部材１２を透過したエアは清浄される。
【００４０】
また、生成された混合気は、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込まれて、図示しない点火プラグにより点火されて燃焼させられる。尚、燃焼後の排気ガスは、排気ポート３６ａ〜３６ｄ，排気マニホールド３９及び図示しない排気管を介して大気に排気される。この様にしてエンジン３０が稼働させられる。この際、エアフローセンサー２０は、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの流量を計測して、エアの流量に応じた信号を測定信号として出力し、この測定信号を出力信号としてモータ制御回路９０に入力する。また、この出力信号は、モータ制御回路９０を介して燃料噴射制御回路であるマイコンコントローラ７０に入力される。
【００４１】
そして、エンジン３０が稼働した後、イグニッションキーシリンダから操作力を解除すると、イグニッションキーシリンダがスタート位置からＩＧ位置に戻って、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３
本ステップにおいて、マイコンコントローラ７０は、イグニッションキーシリンダがＩＧ位置に戻されると、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３６ａ〜３６ｄに噴射される燃料の量を、エアフローセンサー２０から出力される出力信号に基づいて増減制御し、ステップＳ４に移行する。この際、吸気通路１２０に吸い込まれてエアフローセンサー２０で計測されるエアの量が増減させられると、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３６ａ〜３６ｄに噴射される燃料の量が増減させられる。尚、この吸気通路１２０に吸い込まれるえあの量（吸込エア量）は、アクセルペダル５０を踏み込み操作して、スロットルバルブ６０を操作することにより、増減される。
ステップＳ４
本ステップでは、イグニッションキーシリンダの位置がイグニッション（ＩＧ）位置か否かが判断され、ＩＧ位置であればＹＥＳでステップＳ３に戻っループし、ＩＧ位置でなければＮＯで終了する。
（ｉｉ）．モータ制御回路９０によるターボ装置１００の制御
ステップＳ１０
イグニッションキーシリンダを操作して、ＡＣＣ位置に移動させると、本ステップではモータ制御回路９０がが初期化され、ステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１
本ステップでは、イグニッションキーシリンダを操作して、スタート位置に移動させ、スターターを作動させ、エンジン３０を稼働操作することにより、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに発生する負圧が吸気通路１２０に作用して、この吸気負圧により大気中のエアが吸気通路１２０を介してエンジン３０の吸気ポート３５ａ〜３５ｄに吸い込まれる。この際、マイコンコントローラ７０は、上述したように、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料を噴射させて、吸気ポート３５ａ〜３５ｄの部分で混合気を生成させる。尚、エアフィルター１０に吸い込まれた大気中のエアはフィルタ部材１２を透過してエアフローセンサー２０側に流れる。この際、エアに含まれる塵埃がフィルタ部材１２により捕集され、フィルタ部材１２を透過したエアは清浄される。
【００４２】
また、生成された混合気は、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込まれて、図示しない点火プラグにより点火されて燃焼させられる。尚、燃焼後の排気ガスは、排気ポート３６ａ〜３６ｄ，排気マニホールド３９及び図示しない排気管を介して大気に排気される。この様にしてエンジン３０が稼働させられる。
この際、エアフローセンサー２０は、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの流量を計測して、エアの流量に応じた信号を測定信号として出力し、この測定信号を出力信号としてモータ制御回路９０に入力させる。
【００４３】
そして、エンジン３０が稼働した後、イグニッションキーシリンダから操作力を解除すると、イグニッションキーシリンダがスタート位置からＩＧ位置に戻って、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２
本ステップでは、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれたか否か、即ちアクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれてマイクロスイッチ８０がＯＮしたか否かが判断される。この判断において、マイクロスイッチ８０がＯＮしていなければＮＯでループし、ＯＮしていればＹＥ２でステップＳ１３に移行する。尚スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時の状態のとき、又は、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時より僅かに開いている状態のときのアクセルペダル５０の位置では、マイクロスイッチ８０はＯＦＦ状態となる様に設定されている。
ステップＳ１３
本ステップでは、スロットルバルブ６０の開度がアイドリング時の開度又はアイドリングより僅かに開いた角度以上になって、マイクロスイッチ８０がＯＮしているので、このＯＮ信号を受けているモータ制御回路９０によりターボ装置１００の駆動モータ１１０が作動制御させられ、出力軸１１０ａが回転させられる。この駆動モータ１１０の出力軸１１０ａの回転はタイミングギヤ１１１，タイミングベルト１１２を介して軸流ターボファン１０７に伝達されて、軸流ターボファン１０７が回転駆動される。これにより軸流ターボファン１０７は、筒部１０２ａ側のエアを圧縮して筒部１０１ａ側に吐出する様になっている。
【００４４】
この際、筒部１０２ａ側のエアは整流板１０４の作用により螺旋方向に流れてターボ羽根１０８で圧縮され吐出され、この吐出されたエアは整流板１０３の作用により螺旋方向（整流板１０４による螺旋方向の流れと同じ方向）に流れて図５（ａ）の矢印Ａに示したように渦流となり、エアの逆流を防止する。
【００４５】
一方、モータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０からの出力信号に基づいて駆動モータ１１０を作動制御して、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの増減に応じて駆動モータ１１０の回転を増減制御し、ステップＳ１４に移行する。これにより、軸流ターボファン１０７の回転が増減されて、軸流ターボファン１０７により圧縮して筒部１０２ａ側に吐出されるエアの量が増減させられる。
【００４６】
この様なターボ装置１００によるエアの増減量は、ターボ装置１００が設けられていない状態で、吸気負圧のみによりエンジン３０に吸い込まれるエアの流量よりも十分に多い状態に設定されている。そして、このターボ装置１００によって増減されるエアは、インテークマニホールド６２を介して吸気ポート３５ａ〜３５ｄに供給されて、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料と混合され、燃料を完全燃焼するに必要な混合比の混合気を生成する。この際、ターボ装置１００によって供給されるエアは渦流となっているので、このエアの渦流に噴射される燃料は十分に攪拌されてエアと均一に混合される。これにより、混合気はより完全に燃焼できることになる。
【００４７】
上述の様に、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
ステップＳ１４
本ステップでは、イグニッションキーシリンダの位置がイグニッション（ＩＧ）位置か否かが判断され、ＩＧ位置であればＹＥＳでステップＳ１２に戻っループし、ＩＧ位置でなければＮＯで終了する。
（２）．エア供給量制御及び燃料噴射制御の総合的説明
上述したエア供給量制御及び燃料噴射制御動作を図９に基づいて総合的に説明する。
【００４８】
イグニッションキーシリンダを操作して、ＡＣＣ位置に移動させると、マイコンコントローラ７０及びモータ制御回路９０がＳ１１０で初期化される。そして、このＳ１１０で、イグニッションキーシリンダをスタート位置に移動させると、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料が噴射される一方、エンジン３０がスターターにより稼働されて、Ｓ１１１及びＳ１１５に移行する。
【００４９】
Ｓ１１６では、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに発生する負圧が吸気通路１２０に作用して、この吸気負圧により大気中のエアが吸気通路１２０を介してエンジン３０の燃焼室３６ａ〜３７ａに吸い込まれる。この際、エアに含まれる塵埃がＳ１１５でエアフィルター１０により捕集されて、清浄されたエアがエアフローセンサー２０を流れ、Ｓ１１６でエアフローセンサー１１６が作動する。このエアフローセンサー１１６は吸い込まれるエアの量を検出して出力する。そして、このエアフローセンサー１１６の出力信号は、モータ制御回路９０に入力されると共に、モータ制御回路９０を介してマイコンコントローラ７０に入力される。
【００５０】
Ｓ１１１において、アクセルペダル５０が踏み込まれていない場合にはループし、アクセルペダル５０が踏み込まれると、Ｓ１１２及びＳ１１３に移行する。そして、アクセルペダル５０が所定量以上踏み込まれると、マイクロスイッチ８０がＳ１１２でＯＮしてＳ１１４に移行する。
【００５１】
また、Ｓ１１３ではアクセルペダル５０の踏み込み量に応じてスロットルバルブ６０の開度が増減させられ、Ｓ１１９に移行する。
【００５２】
Ｓ１１４では、マイコンコントローラ７０がマイクロスイッチ８０からのＯＮ信号が入力されたかどうかを判断する。そして、マイクロスイッチ８０がＯＮしておらずＮＯの場合はステップＳ１１２に移行し、マイクロスイッチ８０がＯＮしてＹＥＳの場合にはＳ１１７に移行する。
【００５３】
Ｓ１１７では、モータ制御回路９０がターボ装置１００の駆動モータ１１０を作動させて、Ｓ１１９に移行する。この際、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの吸込量がエアフローセンサー２０で検出（計測）され、このエアフローセンサー２０からエア吸込量に応じた信号が出力される。この出力信号はモータ制御回路９０に入力される。このモータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０から入力される信号に基づいて、エアの吸込量の増減に応じて駆動モータ１１０の回転を増減制御する。
【００５４】
この駆動モータ１１０の出力軸１１０ａの回転はタイミングギヤ１１１，タイミングベルト１１２を介して軸流ターボファン１０７に伝達されて、軸流ターボファン１０７が回転駆動される。これにより軸流ターボファン１０７は、筒部１０２ａ側のエアを圧縮して筒部１０１ａ側に吐出する様になっている。
【００５５】
この際、筒部１０２ａ側のエアは整流板１０４の作用により螺旋方向に流れてターボ羽根１０８で圧縮吐出され、この吐出されたエアは整流板１０３の作用により螺旋方向（整流板１０４による螺旋方向の流れと同じ方向）に流れて図５（ａ）の矢印Ａで示したように渦流となり、エアの逆流を防止する。これにより、軸流ターボファン１０７の下流のエアホース４１内には渦流による圧力が生じ、この圧力はエアの吸込量の増減に応じて増減させられる。
【００５６】
Ｓ１１８では、モータ制御回路９０は、エアフローセンサー２０から入力される信号をマイコンコントローラ７０に入力する。このマイコンコントローラ７０は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに燃料が噴射される。この燃料噴射量は、吸気通路１２０に吸い込まれるエアの吸込量の増減に応じて（比例して）増減させられ、Ｓ１１９に移行する。
【００５７】
Ｓ１１９では、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄから吸気ポート３５ａ〜３５ｄに噴射される燃料と、吸気通路１２０を介して吸気ポート３５ａ〜３５ｄに吸い込まれるエアとが混合されて、燃料とエアの混合気が生成される。この混合気は、エンジン３０の燃焼室３３ａ〜３３ｄに吸い込まれた後、図示しない点火プラグで点火されて燃焼する。この燃焼後の排気ガスは、排気ポート３６ａ〜３６ｄ、排気マニホールド３９等を介して大気中に排気される。
（３）第２実施例
以上説明した実施例では、エアフローセンサー２０の検出信号を基に、エンジン３０の吸気負圧で吸気通路１２０に吸い込まれるエア吸込量の増減に応じて、駆動モータ１１０の回転数をモータ制御回路９０で増減駆動制御するようにしたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、エンジン作動時のアイドリング時からアクセルペダル５０を踏み込んで、マイクロスイッチ８０がＯＮしている間は、モータ制御回路９０がマイクロスイッチ８０からの信号を受けて駆動モータ１１０を一定回転数で回転制御する様にしてもよい。即ち、エンジン３０のアイドリング時以外は、アクセルペダル５０の踏み込み量に拘わらず、即ちスロットルバルブ６０の開度の増大に拘わらず、駆動モータ１１０を一定回転数（例えば９０００ｒｐｍ）にするようにしてもよい。
【００５８】
この場合、スロットルバルブ６０が全開させられたときにエンジン３０に吸い込まれるエアの流量を最大吸込流量とすると、駆動モータ１１０の作動により軸流ターボファン１０７が作動したときに、このターボファン１０７でエンジン側に供給されるエアの量が常に最大吸込流量以上になるように設定しておくことにより、常にスロットルバルブ６０にエアを十分に供給して、スロットルバルブ６０からエンジン３０に供給されるエアの量を燃料の燃焼に必要な十分な量だけ確保できるようにすることができる。
【００５９】
また、この際、燃料供給装置３１ａ〜３１ｄによる燃料噴射量は、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減、又はスロットルバルブ６０の開度の増減に応じて増減制御させるようにすると良い。このスロットルバルブ６０の開度の増減量の検出は、図１３に示したようにスロットルバルブ６０と同軸にポテンショメータ１３１を開度センサ（バルブ操作検出手段）として設け、このポテンショメータ１３１で行っても良い。また、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減の検出は、アクセルペダル５０に連動する可変抵抗を開度センサ（バルブ操作検出手段）として設けて、この可変抵抗で行ってもよい。
【００６０】
本実施例でも、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
＜第１評価例＞
図１０は、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ、駆動モータ１１０の回転数が９０００ｒｐｍで６０００ｋｍ走行した場合において、一酸化炭素，炭化水素，二酸化炭素，温度等その他の量の測定結果の平均値を示すグラフである。また、表１は、図１０の測定結果の１５００ｒｐｍにおけるデータを示したものである。
【００６１】
尚、走行距離については、駆動モータ１１０の回転数を９０００ｒｐｍとすると共に、エンジン回転数を１５００ｒｐｍにして走行した場合において、燃料１リットルで走行できる距離を示したものである。尚、本評価例では、エンジンの排気量は省略して示している、しかし、本評価例は、同じエンジンが用いられた従来の自動車において、本発明の装置を適用する前のデータと、本発明の装置を適用した場合についてのデータを示したものである。
【００６２】
【表１】
【００６３】
また、燃料の量及びエンジン回転数が同じ条件の下で走行距離を比較した場合に、本願発明が従来のものより走行距離が延びている点で優れているので、エンジン燃焼効率は従来のものより優秀である事が分かる。
＜第２評価例＞
更に、通常の燃料供給装置を用いた従来の１５００ｃｃのエンジンで回転数を１６００ｒｐｍにした場合の走行距離は１リットル当たり１２ｋｍであった。これに対して、本発明の燃料供給装置を用いた１５００ｃｃのエンジンで回転数を１６００ｒｐｍ、駆動モータ１１０の回転数を９０００ｒｐｍにした場合には、走行距離が１リットル当たり１８ｋｍとなった。この例からも分かるように、１５００ｃｃのエンジンで回転数を１６００ｒｐｍにした場合、１リットル当たりの走行距離は本発明のものが従来のものよりも６ｋｍ長く、燃費が従来のものよりも優れていることが分かる。
（４）第３実施例
尚、以上説明した実施例では、スロットルバルブ６０の開度を検出するセンサとしてマイクロスイッチ８０を用いた例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示したようにインテークマニホールド６２の吸気負圧を検出する負圧センサ１３０を開度センサ（バルブ操作検出手段）として設けて、スロットルバルブ６０の開度が所定以上になったときのインテークマニホールド６２内の吸気負圧を負圧センサ１３０で検出し、このときの負圧センサ１３０からの検出信号をモータ制御回路９０に入力して、上述した実施例と同様に駆動モータ１１０を作動させるようにしてもよい。
【００６４】
図１２は、負圧センサ１３０の原理を示したものである。図１２において、負圧センサ１３０は、本体ケース１４０，１４１と、本体ケース１４０，１４１間に間周縁部を保持させたダイアフラム１４２を有する。このダイアフラム１４２は本体ケース１４０，１４１間に形成される空間を負圧室１４３と大気室１４４に区画している。
【００６５】
また、負圧センサ１３０は、本体ケース１４０の端壁中央に設けられた軸受筒部１４５と、軸受筒部１４５の軸線と同心に本体ケース１４０内に設けられた検出コイル１４６と、一端部１４７ａがダイアフラム１４２の中央に保持され且つ他端部１４７ｂが軸受筒部１４５内に軸線方向に移動可能に保持されたロッド１４７と、ロッド１４７に一体に設けられ且つ検出コイル１４５内に配設された鉄心１４８を有する。この負圧室１４３は、端壁に設けた連通孔１４１ａを介してインテークマニホールド６２に連通させられる。
【００６６】
また、本体ケース１４１の端壁中央には軸受筒部１５０が設けられ、軸受筒部１５０内には調整ネジ１５１が進退調整可能に螺着されている。この調整ネジ１５１の端部には負圧室１４３内に位置するバネ受け１５２が保持され、このバネ受け１５２とダイアフラム１４２との間には圧縮コイルスプリング１５３が介装されている。このダイアフラム１４２を図１２中左方に付勢する付勢力は、調整ネジ１５１を左右に移動調整することで行うことができる。１５４は、軸受筒部１５０の端部に着脱可能に取り付けられたシールキャップである。
【００６７】
従って、負圧室１４３内にインテークマニホールド６２の吸気負圧が作用すると、この吸気負圧によりダイアフラム１４２はコイルスプリング１５３のバネ力に抗して負圧室１４３側に変位させられ、ロッド１４７及び鉄心１４８が負圧室１４３側に移動変位させられ、負圧室１４３内の吸気負圧とコイルスプリング１５３のバネ力が均衡した位置で移動が停止する。また、この鉄心１４８の移動に伴って検出コイル１４６から出力される検出信号は変化するので、この検出信号の変化がインテークマニホールド６２内の吸気負圧に対応して変化することになる。
【００６８】
また、ダイアフラム１４２を図１２中左方に付勢する付勢力は、調整ネジ１５１を左右に移動調整することで行うことができるので、検出コイル１４８による吸気負圧の検出信号と吸気負圧との対応関係の調整を行うことができ、この調整により駆動モータ１１０を作動開始させるタイミングを調整することができる。
【００６９】
この様に、インテークマニホールド６２の吸気負圧の増減を直接検出して、この検出信号により駆動モータ１１０の回転の増減を直接制御し、ターボファン１０７によるエアの供給量を増減制御するようにしているので、ターボファン１０７によるエアのエンジン３０への供給量を正確に制御できる。この場合、軸流ターボファン１０７によるエンジン３０へのエアの供給量を、エンジン３０の作動に伴う吸気負圧によりエンジン３０に吸い込まれるエアの吸込量よりも多くすることができる。この場合のエアの供給制御は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄにより噴射される燃料が完全燃焼するに必要な量に容易に設定することができる。
【００７０】
本実施例でも、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
（５）第４実施例
更に、上述したように、スロットルバルブ６０と同軸にポテンショメータ１３１を開度センサとして設けて、スロットルバルブ６０の開度が所定以上になったのをポテンショメータ１３１で検出し、このときのポテンショメータ１３１からの検出信号をモータ制御回路９０に入力して、第１実施例と同様に駆動モータ１１０を作動させるようにしてもよい。また、アクセルペダル５０の踏み込み量を可変抵抗を用いた検出器で検出して、この検出信号をモータ制御回路９０に入力して、上述した実施例と同様に駆動モータ１１０を作動させるようにしてもよい。これらの場合には、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減、即ちスロットルバルブ６０の開度の増減に応じて駆動モータ１１０の回転が増減させられるように、駆動モータ１１０がモータ制御回路９０により作動制御させられることになる。
【００７１】
この様に、アクセルペダル５０の踏み込み量の増減又はスロットルバルブ６０の回動の増減を直接検出して、この検出信号により駆動モータ１１０の回転の増減を直接制御し、ターボファン１０７によるエアの供給量を増減制御するようにしているので、ターボファン１０７によるエアのエンジン３０への供給量を正確に制御できる。この場合、軸流ターボファン１０７によるエンジン３０へのエアの供給量を、エンジン３０の作動に伴う吸気負圧によりエンジン３０に吸い込まれるエアの吸込量よりも多くすることができる。また、エアの供給制御は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄにより噴射される燃料が完全燃焼するに必要な量に容易に設定することができる。
【００７２】
本実施例でも、アイドリング時にはターボ装置１００が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジン３０の回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置３１ａ〜３１ｄからエンジン３０に供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。
【００７３】
尚、従来のターボファンでは、エンジンの排気流により回転させられる排気側ファンを排気通路に設け、この排気側ファンに連動して回転する吸気側ファンを吸気通路に設けて、この吸気側ファンでエアをエンジンの回転の増減に応じてエンジンに供給する様にしたものが一般的である。しかし、この構成では、吸気側ファンによるエアのエンジンへの供給量は排気流の増減量に影響されることになるので、エンジンへのエアの供給量をアクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブの開度の増減に応じて最適且つ迅速に追従制御することは困難である。即ち、吸気側ファンは、アクセルペダル５０の踏み込み操作に遅れて回転が変化することになる。
【００７４】
しかし、第３実施例によればインテークマニホールド６２の吸気負圧の増減を直接検出して、又、第４実施例によればアクセルペダル５０の踏み込み量の増減又はスロットルバルブ６０の回動の増減を直接検出して、これらの検出信号により駆動モータ１１０の回転の増減を直接制御し、ターボファン１０７によるエアの供給量を増減制御するようにしているので、エンジンへのエアの供給量をアクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブの開度の増減に応じて最適且つ迅速に制御することができる。即ち、アクセルペダルの踏み込み操作に対し高い追従性でエアの供給制御を行うことができるので、燃料が完全燃焼に必要な量のエアを常に迅速に供給できる。
【００７５】
また、第４実施例によれば、駆動モータ１１０の回転数は、エンジン３０の回転出力や排気ガスの流量等に直接影響されず、アクセルペダル５０の踏み込みに直接連動して増減制御されるので、アクセルペダル５０の踏み込み操作に対する追従性がよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明した請求項１〜３の発明は、自動車の加速及び低速時のエンジンへの吸込空気量に合った量の燃料を噴射することにより、完全燃焼可能な混合気を生成して、燃料の節減とエンジンの効率を高め、大気環境と人体に有害な排気ガスを浄化できる。
【００７７】
しかも、アイドリング時にはターボ手段が作動しないので、エネルギーの無駄な消費が無い。また、アイドリング時のエンジンの回転も高く設定する必要がないので、アイドリング時に無駄な燃料を消費しない。更に、アイドリング時以外は、燃料噴射装置からエンジンに供給される燃料が完全燃焼できる量のエアを十分に確保できるので、混合気の燃焼時に有害ガスが発生するのを未然に防止できることになる。この結果、エンジンに吸入空気量を増加させる事で高出力、低燃費、低公害を実現する効果があり、エンジン騒音を減少することで自動車を運転する運転者が快適な雰囲気で運転できる効果を有する。
【００７８】
更に、この構成によれば、モータ駆動式のターボ手段を従来の自動車に単に組み付けるのみで本発明を構成できるので、本発明の装置を従来の自動車に簡易に組み付けることができる。その上、モータ駆動式のターボ装置をエア通路途中に介装することで、エンジンからの逆流する空気の流れを防止し、これによってエンジンの燃焼効率を増大させ、燃費の向上を図ることができる。
【００８７】
また、請求項４の発明は、前記軸流ターボファンのターボ羽根及び前記整流板は、渦流を生成しながら空気の圧力を増加させ且つエンジンからのエアの逆流を防止するために、翼の角度が１５°から３０°に設定されている構成としたので、エンジンに供給されるエアに燃料を噴射が噴射されたときに、燃料とエアとの攪拌混合を効果的に行う渦流を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自動車に使用されている空気供給と混合燃焼過程の概略図である。
【図２】本発明にかかる自動車エンジンへの燃料供給装置を説明するための概略説明図である。
【図３】図２に示した燃料供給装置のエア吸気通路を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図２のエンジンの概略説明図、（ｂ）は（ａ）の一部を破断して示したエンジンの縦部分断面図である
【図５】（ａ）は図２，図３に示したターボ装置の斜視図、（ｂ）は図６に示した固定板及びターボ羽根の角度を示す展開説明図である。
【図６】図２，図３に示したターボ装置の分解斜視図である。
【図７】図２に示した燃料供給装置の制御回路部分を取り出して示したブロック図である。
【図８】（Ａ）はマイコンコントローラによる燃料噴射制御のフローチャート、
（Ｂ）はモータ制御回路によるターボ装置制御のフローチャートである。
【図９】本発明の空気供給と混合燃焼過程を説明するための説明図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｅ）は従来と本発明によって実験した測定データを比較分析して説明したグラフである。
【図１１】（ａ）はこの発明に係る燃料供給装置の他の例を示す要部説明図、（ｂ）は（ａ）の構成を有する燃料供給装置の制御回路図である。
【図１２】負圧センサの一例を示す断面図である。
【図１３】（ａ）はこの発明に係る燃料供給装置の更に他の例を示す要部説明図、（ｂ）は（ａ）の構成を有する燃料供給装置の制御回路図である。
【符号の説明】
２０・・・エアフローセンサー
３０・・・エンジン
３１ａ〜３１ｄ・・・燃料噴射装置
５０・・・アクセルペダル
６０・・・スロットルバルブ
８０・・・マイクロスイッチ（バルブ操作検出手段）
９０・・・モータ制御回路（モータ制御手段）
１０７・・・軸流ターボファン（ターボ手段）
１０８・・・ターボ羽根（回転翼）
１００・・・ターボ装置
１１０・・・駆動モータ
１２０・・・吸気通路
Claims (4)
- エアである大気を吸い込んでエンジンの吸気側に案内させる吸気通路と、
前記吸気通路に吸い込まれるエアの量を検出するエア流量検出手段と、
駆動モータにより駆動される軸流ターボファンにより前記吸気通路に吸引されたエアを圧縮して前記エンジンに供給するターボ装置と、
前記吸気通路途中に配設されたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを介して前記エンジンに供給されるエアに燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記エア流量検出手段からの出力信号に基づいて前記燃料噴射装置から噴射される燃料の量を前記吸気通路に吸い込まれるエアの流量の増減に応じ増減制御する燃料噴射制御手段を備え、
開度が所定値以上のときの前記スロットルバルブの操作を検出して検出信号を出力するバルブ操作検出手段が設けられ、
前記バルブ操作検出手段からの検出信号を受けて前記駆動モータを駆動制御するモータ制御手段が設けられている自動車のエンジンへの燃料供給装置であって、
前記ターボ装置は放射方向に延びて前記軸流ターボファンで送風する空気に螺旋方向の渦流を形成させる整流板を有することを特徴とする自動車のエンジンへの燃料供給装置。 - 前記軸流ターボファンは放射方向に延び且つ板面が前記軸流ターボファンの軸線に対して傾斜する複数のターボ羽根を有し、前記整流板は前記ターボ羽根と同方向に傾斜することを特徴とする請求項１に記載の自動車のエンジンへの燃料供給装置。
- 前記整流板は、空気を螺旋方向且つ前記ターボ羽根に向けて流す第１の整流板と、前記ターボ羽根で圧縮吐出される空気を螺旋方向に流して渦流とする第２の整流板であることを特徴とする請求項２に記載の自動車のエンジンへの燃料供給装置。
- 前記軸流ターボファンのターボ羽根及び前記整流板は、渦流を生成しながら空気の圧力を増加させ且つエンジンからのエアの逆流を防止するために、翼の角度が１５°から３０°に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の自動車のエンジンへの燃料供給装置。
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| JP18241098A JP4070306B2 (ja) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | 自動車エンジンへの燃料供給装置 |
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