(57)【要約】図１において、本発明は、可変容積燃焼室（１３）と、給気を燃焼室（１３）に吐き出すための吸気システム（１８、２０、２１）と、燃焼ガスを燃焼室（１３）から大気に中継するための排気システム（１７）と、燃焼室（１３）で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システム（１９、２１、２２、２３、２４、２５、２６）とを備えた内燃エンジン（１０）を提供する。燃料噴射システム（１９、２１、２２、２３、２４、２５、２６）は、容積式ポンプとして機能しかつ噴射器（１９）の１回の作動毎に固定された量の燃料を小出しする燃料噴射器（１９）と、燃料噴射器（１９）の作動を制御する制御装置（２３）とを含む。エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器（１９）の作動回数を増加させることによって、制御装置（２３）は１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させる。エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器（１９）の作動回数を減少させることによって、制御装置（２３）は１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させる。【選択図】図１
2009503359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを前記燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
前記燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、
前記燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させる、内燃エンジン。
【請求項２】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを前記燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
前記燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器と、
前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器によって小出しされる第２設定量とは異なる第１設定量の燃料を小出しすることと、
前記複数の燃料噴射器の各々の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンにおいて、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で前記燃料噴射器が前記制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、かつ
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させる、内燃エンジン。
【請求項３】
前記燃料噴射器が燃料をそこから小出しするために電力を使用し、前記制御装置がパルス制御信号を生成して前記／各燃料噴射器を制御する電子制御装置であり、各パルスが前記／各燃料噴射器に燃料を小出しさせ、前記電子制御装置が１エンジンサイクル当たりのパルス数を変化させて、吐き出される燃料の量を変化させる、請求項１に記載の内燃エンジン。
【請求項４】
前記／各燃料噴射器が、長さが増大すると燃料を燃料噴射器から押し出す圧電素子のスタックを含む、請求項３に記載の内燃エンジン。
【請求項５】
前記／各燃料噴射器が、燃料を燃料噴射器から押し出すために電気コイルを含む、請求項３に記載の内燃エンジン。
【請求項６】
前記／各燃料噴射器が筐体を含み、その中に燃料室が形成され、前記燃料室から燃料が前記／各燃料噴射器の外に押し出され、前記／各燃料噴射器が、燃料を燃料室内に流入させるための燃料入口と、燃料がそこを介して前記／各燃料噴射器から押し出される燃料出口とを有し、前記／各燃料噴射器が、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を流入させながら前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流を防止する第１の一方向弁をも有し、前記／各燃料噴射器がさらに、前記燃料室から前記燃料出口へ燃料を流出させながら前記燃料出口から前記燃料室内への燃料の逆流を防止する第２の一方向弁を有する、請求項４または５に記載の内燃エンジン。
【請求項７】
エンジン負荷を監視し、かつ前記電子制御装置にエンジン負荷を示す信号を提供するためにセンサが設けられ、前記電子制御装置が前記エンジン負荷を考慮しながら各エンジンサイクルで生成すべきパルス数を算出する、請求項３ないし６のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項８】
センサがエンジンのクランクシャフトまたはカムシャフトに関係付けられ、前記クランクシャフトまたはカムシャフトの回転に関連するタイミング信号を生成し、前記電子制御装置によって生成されるパルスをトリガするために、前記タイミング信号が前記電子制御装置によって使用される、請求項７に記載の内燃エンジン。
【請求項９】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを前記燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、
前記燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が前記制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
前記燃料噴射器が、
中に燃料室が形成される筐体と、
電気コイルと、
前記燃料室から燃料を押し出す電気コイルの作用により前記筐体の内腔で軸方向に摺動するピストンであって、ピストンが各作動で設定距離を移動することを確実にする２つのエンドストップ間で摺動するピストンと、を含んで成る、内燃エンジン。
【請求項１０】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
前記燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器であって、前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器によって小出しされる第２設定量とは異なる第１設定量の燃料を小出しするように構成された複数の燃料噴射器と、
前記燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が前記制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
各燃料噴射器が、
中に燃料室が形成される筐体と、
電気コイルと、
燃料室から燃料を押し出す電気コイルの作用により筐体の内腔で軸方向に摺動するピストンであって、ピストンが各作動で設定距離を移動することを確実にする２つのエンドストップ間で摺動するピストンと、を含んで成る、内燃エンジン。
【請求項１１】
前記／各燃料噴射器が前記ピストンに作用する付勢ばねを含む、請求項９または１０に記載の内燃エンジン。
【請求項１２】
前記電気コイルが前記ピストンを包囲する、請求項１１に記載の内燃エンジン。
【請求項１３】
端板が前記ピストンに接続され、かつ前記電気コイルの端面全体にわたって前記ピストンから外向きに延びる、請求項１２に記載の内燃エンジン。
【請求項１４】
前記／各燃料噴射器が、燃料入口と、燃料出口と、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を引き込ませながら前記燃料室から前記燃料入口への燃料の排出を防止する一方向入口弁と、前記燃料室から前記燃料出口に燃料を排出させながら前記燃料出口から前記燃料室内への燃料の引込みを防止する一方向出口弁とを含む、請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項１５】
前記一方向入口弁がばね付勢された弁である、請求項１４に記載の内燃エンジン。
【請求項１６】
前記一方向出口弁がばね付勢された弁である、請求項１４または１５に記載の内燃エンジン。
【請求項１７】
前記一方向入口弁が前記筐体の燃料入口通路に設けられる、請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項１８】
燃料がそれを介して前記燃料室内に吐き出される燃料入口通路が前記ピストンに設けられ、前記一方向入口弁が前記ピストンの前記燃料入口通路に設けられ、前記一方向入口弁が座と密着する可動弁部材を含み、前記ピストンの運動から生じる前記弁部材のモーメントが前記一方向入口弁の開閉両方を助長するように前記一方向入口弁が構成された、請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項１９】
前記弁部材がボールである、請求項１８に記載の内燃エンジン。
【請求項２０】
前記弁部材が円板である、請求項１８に記載の内燃エンジン。
【請求項２１】
ピストンばねが前記ピストンを付勢して前記エンドストップの１つと係合させ、ソレノイドが、前記ピストンばねによって加えられる付勢力に抗して、前記ピストンを摺動させてもう１つのエンドストップと係合させるように作用する、請求項９ないし２０のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項２２】
前記ピストンばねが、燃料を前記燃料室から排出させるように前記ピストンを付勢する、請求項２１に記載の内燃エンジン。
【請求項２３】
前記ピストンばねが、燃料を前記燃料室内に引き込むように前記ピストンを付勢する、請求項２１に記載の内燃エンジン。
【請求項２４】
前記エンドストップの１つを提供するシムを含む、請求項９ないし２３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項２５】
前記ピストンに取り付けられたシムを含む、請求項９ないし２４のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項２６】
選択された設定移動距離を達成するサイズに形成されたシムを選択することを含む、請求項２４または２５に記載の内燃エンジンの製造方法。
【請求項２７】
一部ではシムを使用してピストン移動距離を設定し、他ではシムを使用せず、異なるエンジンには異なるサイズのシムを選択して異なるピストン移動距離をもたらすことにより、エンジンの前記噴射器の前記ピストンに異なる移動距離を設定することによって、異なる設定量の燃料を小出しする燃料噴射器が設けられた、請求項９ないし２５のいずれか一項に記載の複数の内燃エンジンの製造方法。
【請求項２８】
前記／燃料噴射器がカム面によって機械的に駆動され、前記／各燃料噴射器が付勢ばねによって付勢されてカム面と係合するピストンを含み、前記ピストンが燃料を前記燃料噴射器から押し出すように前記カム面によって変位可能であり、前記カム面が複数のカムロブを含み、その各々が各エンジンサイクル中に前記ピストンと相互作用することができ、各エンジンサイクル中にこれらのカムロブのうちの何個が前記ピストンに燃料を前記／各燃料噴射器から押し出させるかを前記制御装置が制御する、請求項１または２に記載の内燃エンジン。
【請求項２９】
前記／各燃料噴射器が、燃料室と、燃料がそこを通してピストンによって前記燃料室から外に押し出される燃料出口とを有する本体を含み、前記／各燃料噴射器が、燃料がそこを通して前記燃料室内に導入される燃料入口をも有し、前記／各燃料噴射器がさらに、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を流入させながら前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流を防止するように動作可能な一方向入口弁と、前記燃料室から前記燃料出口へ燃料を流出させながら前記燃料出口から前記燃料室内への前記燃料の流出を防止するように動作可能な一方向出口弁とを有する、請求項２８に記載の内燃エンジン。
【請求項３０】
前記一方向入口弁を前記制御装置によって作動不能にすることができ、作動不能時に前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流が可能になり、前記第１の一方向弁が作動不能であるときに、前記ピストンの運動が、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を引き込み、次いで前記燃料室から前記燃料入口に燃料を逆流排出させるためにだけ働く、請求項２８に記載の内燃エンジン。
【請求項３１】
前記／燃料噴射器がカム面によって機械的に駆動され、前記燃料噴射器が燃料を前記燃料噴射器から押し出すようにカム面によって変位可能な可撓性ダイアフラムを含み、前記カム面が複数のカムロブを含み、その各々がエンジンサイクル中に前記ダイアフラムを撓ませることができ、各エンジンサイクル中にこれらのカムロブのうちの何個が前記ピストンに燃料を前記／各燃料噴射器から押し出させるかを前記制御装置が制御する、請求項１に記載の内燃エンジン。
【請求項３２】
前記／各燃料噴射器が、燃料室と、燃料がそこを通して前記ダイアフラムの撓みによって前記燃料室から外に押し出される燃料出口とを有する本体を含み、前記／各燃料噴射器が、燃料がそこを通して前記燃料室内に導入される燃料入口をも有し、前記／各燃料噴射器がさらに、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を流入させながら前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流を防止するように動作可能な一方向入口弁と、前記燃料室から前記燃料出口へ燃料が流出させながら前記燃料出口から前記燃料室内への燃料の流出を防止するように動作可能な一方向出口弁とを有する、請求項３１に記載の内燃エンジン。
【請求項３３】
前記カム面の１つまたはそれ以上のカムロブを作動不能にすることのできるカム制御手段を含み、各エンジンサイクル中に何個のカムロブが前記ダイアフラムを撓ませて燃料を前記燃料噴射器から押し出させるかを、前記制御装置が前記カム制御手段を用いて制御する、請求項３１または３２に記載の内燃エンジン。
【請求項３４】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを前記燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
前記燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、
燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
前記燃料噴射器がカム面によって機械的に駆動され、前記燃料噴射器が付勢ばねによって作動しかつカム面によって変位可能であるピストンを含み、前記ピストンの一方向の運動により前記燃料噴射器の燃料室内に燃料を引き込み、かつ前記ピストンの反対方向の運動により燃料を前記燃料室から押し出し、前記カム面が複数のカムロブを含み、その各々が各エンジンサイクル中に前記ピストンを駆動することができ、各エンジンサイクル中にどれだけの個数のカムロブが前記ピストンに燃料を前記燃料噴射器から押し出させるかを前記制御装置が制御し、
前記燃料噴射器が、前記ピストンによって燃料が前記燃料室からそこを通して押し出される燃料出口と、燃料がそこを通して前記燃料室内に導入される燃料入口とを含み、前記燃料噴射器がさらに、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を流入させながら前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流を防止するように動作可能な第１の一方向入口弁と、前記燃料室から前記燃料出口へ燃料を流出させながら前記燃料出口から前記燃料室への燃料の逆流を防止するように動作可能な第２の一方向出口弁とを有し、
前記一方向入口弁を前記制御装置によって作動不能にすることができ、作動不能時に前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流が可能になり、前記第１の一方向弁の作動不能時に前記ピストンの運動が、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を引き込み、次いで燃料を前記燃料室から前記燃料入口に逆流排出させるためにだけ働く、内燃エンジン。
【請求項３５】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
給気を前記燃焼室に吐き出すための排気システムと、
燃焼ガスを前記燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、
を備え、前記燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器であって、前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器とは異なる量の燃料を小出しするように構成された複数の燃料噴射器と、
前記複数の燃料噴射器の各々の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が前記制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
各燃料噴射器がカム面によって機械的に駆動され、前記燃料噴射器が付勢ばねによって作動しかつカム面によって変位可能であるピストンを含み、前記ピストンの一方向の運動により前記燃料噴射器の燃料室内に燃料が引き込まれ、かつ前記ピストンの反対方向の運動により燃料が前記燃料室から押し出され、前記カム面が複数のカムロブを含み、その各々が各エンジンサイクル中にピストンを駆動することができ、各エンジンサイクル中にどれだけの個数のカムロブが前記ピストンに燃料を前記燃料噴射器から押し出させるかを前記制御装置が制御し、
各燃料噴射器が、前記ピストンによって燃料が前記燃料室からそこを通して押し出される燃料出口と、燃料がそこを通して前記燃料室内に導入される燃料入口とを含み、各燃料噴射器がさらに、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を流入させながら前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流を防止するように動作可能な第１の一方向入口弁と、前記燃料室から前記燃料出口へ燃料を流出させながら前記燃料出口から前記燃料室への燃料の逆流を防止するように動作可能な第２の一方向出口弁とを有し、
各燃料噴射器の前記一方向入口弁を前記制御装置によって作動不能にすることができ、作動不能時に前記燃料室から前記燃料入口への燃料の逆流が可能になり、前記第１の一方向弁の作動不能時に前記ピストンの運動が、前記燃料入口から前記燃料室内に燃料を引き込み、次いで燃料を前記燃料室から前記燃料入口に逆流排出させるためにだけ働く、内燃エンジン。
【請求項３６】
前記制御装置によって電気的に制御される制御ソレノイドが前記一方向入口弁に設けられ、前記制御ソレノイドが、前記第１の一方向弁と係合して前記第１の一方向弁を開放させることのできるオーバライドピントルに作用する、請求項３４または３５に記載の内燃エンジン。
【請求項３７】
全ての前記カムロブが同一高さである、請求項３４ないし３６のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項３８】
前記カムロブが一定半径の部分を有するホイールに設けられる、請求項３４ないし３７のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項３９】
前記／各燃料噴射器の前記ピストンが、前記カム面と係合してそれに従動するローラ従動子であるカム従動子を有する、請求項３４ないし３８のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項４０】
空気がそれを通してエンジンの燃焼室に吐き出される入口通路と、前記入口通路に設けられたベンチュリと、前記入口通路のスロットル弁と、前記入口通路の前記スロットル弁の下流に空気を吐き出すバイパス通路とを有し、前記／各燃料噴射器が燃料を混合室に吐き出し、そこで燃料が前記バイパス通路からの空気によって取り込まれ、混合された燃料および空気が次いでノズルを介して前記ベンチュリのスロートに吐き出される、請求項１ないし３９のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項４１】
前記空気バイパス通路が大気に接続される、請求項４０に記載の内燃エンジン。
【請求項４２】
空気がそれを通してエンジンの燃焼室に吐き出される入口通路と、前記入口通路に設けられたベンチュリと、前記入口通路のスロットル弁と、排ガスまたは空気と排ガスの混合気を前記入口通路の前記スロットル弁の下流に吐き出すバイパス通路とを有し、前記／各燃料噴射器が燃料を混合室に吐き出し、そこで燃料が前記バイパス通路からのガスによって取り込まれ、混合された燃料およびガスが次いでノズルを介して前記ベンチュリのスロートに吐き出される、請求項１ないし３９のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項４３】
前記ノズルがソニックノズルである、請求項４０ないし４２のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項４４】
前記ノズルが非円形オリフィスを有する霧化ノズルである、請求項４０ないし４３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項４５】
前記ノズルがオリフィスの配列を有する霧化ノズルである、請求項４０ないし４３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項４６】
前記／各燃料噴射器を使用して各エンジンサイクルで複数の燃料パルスを前記燃焼室に吐き出すこと、および
エンジン速度および／または負荷の変化に応答してエンジンサイクル毎に燃料パルス数を変化させ、それによって各サイクルで前記燃焼室に吐き出される燃料の総量を制御すること、を含む、請求項１ないし２５および２８ないし４５のいずれか一項に記載の内燃エンジンを作動させる方法。
【請求項４７】
１エンジンサイクル当たりの燃料パルス数が、エンジンの始動直後の期間には第１の高レベルに維持され、次いで、その後のエンジンサイクルでは、エンジンが次に始動するまで低レベルに低減される、請求項４６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃エンジン用の燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の大半の内燃エンジンは現在、燃料噴射システムを使用して燃料をエンジンの燃焼室に供給する。燃料噴射システムは、燃料の吐出しをより大きく制御し、かつエンジンがエンジンの全体的効率を改善するだけでなく、排気規制目標を満たすことも可能にするので、キャブレタの早期技術に取って代わるようになった。
【０００３】
現在使用されている噴射器はパルス幅変調される。これは、各噴射器がエンジンの各サイクル中に選択期間だけ動作し、噴射器が開いている時間の長さがそのサイクル中に燃焼室に吐き出される燃料の量を決定付けることを意味する。一般的に、そのようなパルス幅変調燃料噴射システムは、固定圧力または正確に分かっている略一定の圧力の燃料供給、および電子制御装置の制御下で予め定められた期間だけ動作させることのできる開閉弁を使用する。既知の圧力と可変であるが制御される開放時間とのそのような組合せの結果、既知量の燃料がエンジンの燃焼室内に噴射される。
【０００４】
上記の手法は、全てのガソリン噴射システム（ポートおよび直接噴射システムの両方とも）および新しい最先端の高圧「コモンレールディーゼル噴射システムに対しても取られる。最新のコモンレール直接噴射ディーゼル燃料噴射システムは、シリンダ内での燃料の分散を向上しかつ燃焼結果を改善するために、時々マルチプル噴射パルスを使用するが、これらのパルスの各々が可変時間であり（単一パルスの早期燃料噴射システムよりはずっと短い時間であるが）、制御装置は、吐き出される燃料の量を正確に制御するために、各パルス中の噴射器の開放時間を設定する。したがって全ての先行技術のシステムは、ポンプ、圧力調整器、および（開閉弁として効果的に機能する）噴射器、ならびに各噴射器の開放時間を制御する精巧な電子制御モジュールを必要とする。燃料噴射システムで使用される噴射器は、（動作が遅くかつ再現性の欠如を免れなかった早期の燃料噴射器よりは）それらの応答が非常に正確かつ迅速である。最新の噴射器は、１ミリ秒未満で開閉することができる。
【０００５】
現在入手可能な精巧で高度に発達した燃料噴射システムは自動車の内燃エンジンに使用するのに理想的であるが、そのような精巧度が適さずかつ高価すぎる、内燃エンジンの多くの他の用途が存在する。例えば芝刈り機、チェーンソー、小型発電機、モペット（moped）、スクータ等に使用される小型単筒低出力エンジンは非常に厳しいコスト目標で製造され、かつ出力が低いので、精巧な燃料噴射システムのコストも、利用可能な精巧な燃料噴射システムによって要求される加圧燃料を提供する燃料ポンプを作動させるために必要な電力も、賄うだけの余裕が無い。今日まで、そのような小型エンジンは従来のキャブレタ技術を使用してきた。しかし、今や、そのような小型エンジンは自動車のエンジンと同種の排ガスの排出規制に直面し、排出目標を満たすような仕方で改善しなければならない状況にある。したがって、そのような小型エンジン用の燃料噴射の安価かつ単純なシステムが必要である。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、第１態様では、可変容積燃焼室と、給気を燃焼室に吐き出すための吸気システムと、燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムとを備え、燃料噴射システムが、容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、燃料噴射器の作動を制御する制御装置とを含んで成る、内燃エンジンであって、エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、かつエンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させる、内燃エンジンが提供される。
【０００７】
本発明は、第２態様では、
可変容積燃焼室と、
給気を燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器と、
複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器によって小出しされる第２設定量とは異なる第１設定量の燃料を小出しすることと、
複数の燃料噴射器の各々の作動を制御する制御装置と、
を含んで成る、内燃エンジンにおいて、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させる、内燃機関が提供される。
【０００８】
第３態様では、本発明は、
可変容積燃焼室と、
給気を燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、
を備え、燃料噴射システムが、
容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、
燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、
を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
燃料噴射器が、
中に燃料室が形成される筐体と、
電気コイルと、
燃料室から燃料を押し出す電気コイルの作用により筐体の内腔で軸方向に摺動するピストンであって、ピストンが各作動で設定距離を移動することを確実にする２つのエンドストップ間で摺動するピストンと、を含んで成る、内燃エンジンが提供される。
【０００９】
第４態様では、本発明は、
可変容積燃焼室と、
給気を燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器であって、複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器によって小出しされる第２設定量とは異なる第１設定量の燃料を小出しするように構成された複数の燃料噴射器と、
燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
各燃料噴射器が、
中に燃料室が形成される筐体と、
電気コイルと、
燃料室から燃料を押し出す電気コイルの作用により筐体の内腔で軸方向に摺動するピストンであって、ピストンが各作動で設定距離を移動することを確実にする２つのエンドストップ間で摺動するピストンと、を含んで成る、内燃エンジンが提供される。
【００１０】
第５態様では、本発明は、
可変容積燃焼室と、
給気を燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、燃料噴射システムが、
容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、
燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含む内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
燃料噴射器がカム面によって機械的に駆動され、燃料噴射器が付勢ばねによって作動しかつカム面によって変位可能であるピストンを含み、ピストンの一方向の運動により燃料噴射器の燃料室内に燃料を引き込み、かつピストンの反対方向の運動により燃料を燃料室から押し出し、カム面が複数のカムロブを含み、その各々が各エンジンサイクル中にピストンを駆動することができ、各エンジンサイクル中にどれだけの個数のカムロブがピストンに燃料を燃料噴射器から押し出させるかを制御装置が制御し、
燃料噴射器が、ピストンによって燃料が燃料室からそこを通して押し出される燃料出口と、燃料がそこを通して燃料室内に導入される燃料入口とを含み、燃料噴射器がさらに、燃料入口から燃料室内へ燃料を流入させながら燃料室から燃料入口への燃料の逆流を防止するように動作可能な一方向入口弁と、燃料室から燃料出口へ燃料を流出させながら燃料出口から燃料室への燃料の逆流を防止するように動作可能な一方向出口弁とを有し、
一方向入口弁を制御装置によって作動不能にすることができ、作動不能時に燃料室から燃料入口への燃料の逆流が可能になり、第１の一方向弁の作動不能時にピストンの運動が燃料入口から燃料室内に燃料を引き込み、次いで燃料を燃料室から燃料入口に逆流排出させるためにだけ働く、
内燃エンジンが提供される。
【００１１】
第６態様では、本発明は、
可変容積燃焼室と、
給気を燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
給気を燃焼室に吐き出すための排気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器であって、複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器とは異なる量の燃料を小出しするように構成された複数の燃料噴射器と、
複数の燃料噴射器の各々の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、燃料噴射器が制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
燃料噴射器がカム面によって機械的に駆動され、燃料噴射器が付勢ばねによって作動しかつカム面によって変位可能であるピストンを含み、ピストンの一方向の運動により燃料噴射器の燃料室内に燃料が引き込まれ、かつピストンの反対方向の運動により燃料が燃料室から押し出され、カム面が複数のカムロブを含み、その各々が各エンジンサイクル中にピストンを駆動することができ、各エンジンサイクル中にどれだけの個数のカムロブがピストンに燃料を燃料噴射器から押し出させるかを制御装置が制御し、
各燃料噴射器が、ピストンによって燃料が燃料室からそこを通して押し出される燃料出口と、燃料がそこを通して燃料室内に導入される燃料入口とを含み、各燃料噴射器がさらに、燃料入口から燃料室内へ燃料を流入させながら燃料室から燃料入口への燃料の逆流を防止するように動作可能な第１の一方向入口弁と、燃料室から燃料出口へ燃料を流出させながら燃料出口から燃料室への燃料の逆流を防止するように動作可能な第２の一方向出口弁とを有し、
各燃料噴射器の一方向入口弁を制御装置によって作動不能にすることができ、作動不能時に燃料室から燃料入口への燃料の逆流が可能になり、第１の一方向弁の作動不能時にピストンの運動が、燃料入口から燃料室内に燃料を引き込み、次いで燃料を燃料室から燃料入口に逆流排出させるためにだけ働く、内燃エンジンが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態について、以下に添付の図面を参照しながら説明する。
【００１３】
最初に図１を参照すると、ピストン１２がその中で往復動するシリンダ１１を備え、シリンダ１１およびピストン１２がそれらの間に燃焼室１３を画定して成る、内燃エンジン１０を図に見ることができる。ピストン１２はコネクティングロッド１４によってクランクシャフト１５に接続され、それは次にカムシャフト１６に接続される。プッシュロッド型機構のような機構（図示せず）が、カムシャフト１６とエンジンの排出弁および入口弁である２つのポペット弁１７および１８との間に使用される。カムシャフト１６は入口弁１８および排出弁１７をシリンダ１１内のピストン１２の運動とタイミングを合わせて開放させる駆動し、戻しばねがポペット弁１７および１８をそれらの弁座に戻すように付勢する。エンジン１０は単純なエンジン、例えば芝刈り機または他の庭用機器の単筒エンジンである。
【００１４】
エンジン１０は、入口弁１８の上流の入口通路２０内に燃料を吐き出すように構成された燃料噴射器１９を含む燃料噴射システムを有する。給気の燃焼室１３内への流れを絞るために、スロットル弁２１が入口通路２０内に配置される。スロットル弁２１にセンサが接続され、スロットル弁２１の回転位置およびしたがってエンジン負荷を示す信号を、ライン２２を介して電子制御ユニット２３にフィードバックする。ＥＣＵ２３はまた、カムシャフトセンサ２５（代わりにクランクシャフトセンサに置換することができる）によって生成されるタイミング信号を、ライン２４を介して受信する。センサ２５によって生成されるタイミング信号およびスロットル弁２１に取り付けられたセンサによって生成される負荷信号を考慮して、ＥＣＵ２３は制御信号を生成し、それはライン２６を介して噴射器１９に中継され、噴射器１９の作動を制御する。
【００１５】
噴射器１９の第１実施例を図２に示す。噴射器１９は、燃料が噴射器の本体内に入る前に燃料から不純物を除去するためにフィルタ３１が配置された、燃料入口３０を有する。噴射器の本体３２は、圧電素子のスタック３４が配設されたキャビティ３３を有する。入口３０によって導入された燃料は、通路３５に沿ってスタック３４を通過する。可撓性ダイアフラム３６がスタック３４の自由端に当接し、ダイアフラム３６は、スタック３４を貫通する通路３５と整列する一方向弁３７を組み込んでいる。キャビティ３３の部分３８は可撓性ダイアフラム３６によって画定され、この部分３８は、一方向リード弁４０によって開閉される燃料出口通路３９に通じる。リード弁４０の下流には、燃料の通過を可能にするアパーチャがそこを貫通している高電圧静電帯電電極４１がある。電極４１の下流には、複数の燃料出口オリフィスがそこに画定された燃料出口円板４２がある。電極４１および円板４２が一緒に噴射器を通過する燃料に電荷を印加するために、この円板４２はまた電極としても機能するように帯電され、これは燃料の霧化を助長する。
【００１６】
単純な重力供給式燃料吐出しシステム（図示せず）は燃料タンク（図示せず）から燃料入口３０に燃料を中継し、燃料は次いでフィルタ３１によって濾過される。燃料は次いで、圧電素子のスタック３４の膨張によって図２の燃料噴射器に引き込まれ、かつそこから排出される。スタック３４の圧電素子に電圧が印加されるとそれらは膨張し、この膨張はスタック３４の長さを増大させ、可撓性ダイアフラム３６を押圧させる。これが発生すると一方向弁３７が閉じ、部分３８の燃料は、スタック３４の作用で撓曲するダイアフラム３６によって、部分３８から押し出される。燃料を部分３８から排出させることができるように、一方向弁４０が開き、排出された燃料は次いで帯電電極４１のオリフィスを通過し、次に燃料出口円板４２のオリフィスを通過して空気入口通路２０（図１に示す）内に入る。電極４１および円板４２を通過する燃料は静電荷を受け取り、この静電荷は、燃料出口円板４２のオリフィスから排出される燃料の霧化を助ける。
【００１７】
ひとたび電圧が圧電素子のスタック３４から取り除かれると、スタック３４はその原長に戻り、弾性的性質の可撓性ダイアフラム３６はその原位置に戻り、それによって噴射器のキャビティの部分３８の容積が増大する。これは次に一方向弁４０を閉じさせて、部分３８を燃料出口から封鎖させる一方で、一方向弁３７が開き、燃料は通路３５に流入してキャビティ３８に充満することができる。キャビティ３８は次いで、空気入口通路２０への燃料の次の噴射に備えた新鮮な燃料を充填することができる。
【００１８】
図２で、制御ライン２６は圧電素子のスタック３４に電気接続され、かつ高電圧静電帯電電極４１にも電気接続されていることが分かる。
【００１９】
図２の燃料噴射器は、噴射器の１回の作動毎に同一量の燃料を小出しする容積式ポンプとして動作する。噴射器によって小出しされる燃料の量は各作動で一定である。これは、そこを通過する燃料の流れを制御する開閉弁として機能する噴射器とは著しく異なり、該噴射器に供給される燃料は、加圧源から供給される。そのような噴射器は、噴射器の開放時間を変動させることによって吐き出される燃料の量を制御する。本発明の噴射器では開放時間のそのような変動は無く、代わりにそれは容積式ポンプとして機能し、１回の作動毎に設定量の燃料を排出する。
【００２０】
図１の噴射器１９として動作するのに適した第２型の燃料噴射器を図３に示す。噴射器１９は１回の作動毎に設定量の燃料を吐き出し、噴射器自体はある量の燃料をそこから確実に排出させるポンプとして動作し、噴射器の毎回の作動の前後で容積は一定に維持される。噴射器１９は、噴射器に流入出する流体の正しい流路を確実にする２つの一方向逆止弁を持ち、定容積ユニットとして働くシリンダ内で摺動するソレノイド駆動ピストンを持つ単純な容積式ポンプである。噴射器はポンプユニットおよび流量計測ユニットの両方として働く。各パルスによって吐き出される流量は、噴射器の前後の差圧にもかかわらず固定幾何学量であり、噴射器は、吸込みマニホルドの吸込み通路２０の圧力の変動に対して感応しなくなる。
【００２１】
図２の噴射器は、単純な重力供給構成（図示せず）により燃料を受け取るために、燃料タンク（図示せず）に接続される燃料入口通路５０を有する。ばね付勢された一方向弁５１は、入口通路５０から噴射器の燃料室５２内への燃料の流れを制御する。ばね付勢された一方向弁５３は、キャビティ５２から燃料出口管５４への燃料の流出を制御し、該燃料出口管を通して燃料は（直接または遠隔噴射ノズルへの導管を経由して）空気吸入通路２０に吐き出すことができる。
【００２２】
ピストン５５は噴射器本体内に摺動自在に配設される。それは付勢ばね５６によって作動し、ソレノイド５７によって包囲される。端板５８がピストン５５に接続され、ソレノイド５７の端面全体にわたってピストンから半径方向外向きに延びる。ソレノイド５７はライン２６によってＥＣＵ２３に接続される。
【００２３】
ピストン５５が付勢ばね５６によってその最下点（すなわち燃料室５２がその最大容積を有する点）まで偏倚された状態から始まり、燃料室５２には噴射に備えた燃料が注入される。次いでソレノイド５７の励磁により、板５８が引き寄せられてソレノイド５７と接触またはほぼ接触する。ピストン５５は付勢ばね５６の力に対抗して上向きに移動し、燃料室５２の容積を低減させる。これにより燃料室５２から燃料が確実に排出され、一方向弁５３が開き、ピストン５５が燃料を燃料室５２から燃料出口５４の外に押し出すことが可能になる。
【００２４】
ひとたびソレノイド５７が消磁すると、付勢ばね５６がピストン５５を下方に押し下げ、板５８をソレノイド５７から離隔させる。ピストン５５の下降運動は燃料室５２の容積を増大させ、これは一方向弁５３を閉じ、かつ一方向弁５１を開く効果を持つ。移動するピストン５５は燃料入口５０から燃料室５２内に燃料を引き込み、燃料の次の小出しに備えて燃料室５２に完全に充満させる。
【００２５】
噴射器は、ピストン５５が各作動毎に設定された距離を移動するように構成される。ピストン５５は２つのエンドストップ間を移動する。したがって、噴射器の１回の作動毎に、ピストン５５は設定量の燃料を排出させ、設定量の燃料は燃料出口５４から小出しされる。噴射器によって小出しされる燃料の量は、各作動毎に一定である。
【００２６】
噴射器によって小出しされる燃料の典型的な固定量は、一般的に０．１μｌから１μｌの間であるが、通常は０．５μｌ未満である。噴射器は通常、３００Ｈｚないし１ＫＨｚ超の周波数で動作することができ、好ましくは１ＫＨｚから２ＫＨｚの間である。そのような量および動作周波数は、小型エンジン市場の多くのエンジン排気量に適している。
【００２７】
図３の噴射器の作動原理は、作動パルス毎に幾何学的固定量の燃料を吐き出すことである。異なる排気量および出力のエンジンは燃料消費率が異なるので、個々のエンジンに最もよく適合させるには、パルスボリューム（pulse volume）を最適化する必要がある。
【００２８】
図３の噴射器を大量に、したがって可能な限りの最低価格で製造するために、広範囲の異なるサイズのエンジンに適合する１つのサイズの噴射器を持つことが有利である。これを達成するために、噴射器のピストンの行程は、各噴射器の特定の用途に望ましいパルスボリュームをもたらすように、製造中にシムを取り付けることによって容易に調整することができる。
【００２９】
図３は、シムが無く、結果的に各パルスでピストン５５の最大可能な行程が得られる噴射器を示す。シム５９が取り付けられた同じ噴射器を図４に示す。シム５９の使用によって、ピストン５５の行程は低減し、噴射器をより小さい排気量のエンジンに最適化することができる。噴射器の吐出し量は依然として幾何学的に固定され、その動作中に作動毎に再現可能である。
【００３０】
重要な特徴は、噴射器の排除量が常に定幾何学量であり、エンジンでの使用時に、燃料吐出しの精度が確保されることである。しかし、シムの使用は、製造の最後の段階で、広範囲のエンジンに適合するように容易に構成することのできる、略同一の噴射器ユニットの費用効率の良い大量生産を可能にする。
【００３１】
図５は、本発明に係る噴射器の第４実施形態を示す。図３および４の実施形態の場合と同様に、噴射器は、付勢ばね５０１およびソレノイド５０２の作用により移動可能なピストン５００を含む。ピストン５００は燃料室５０３内に摺動可能である。一方向入口弁５０４は、燃料を燃料入口５０５から燃料室５０３内に引き込むことを可能にするが、燃料が燃料室５０３から燃料入口５０５に排出されることを防止する。一方向出口弁５０６は、燃料が燃料室５０３から燃料出口５０７に排出されることを可能にするが、燃料が燃料出口５０７から燃料室５０３内に引き込まれることを防止する。
【００３２】
図３および４の実施形態とは異なり、図５の噴射器は、ばね５０１を使用して、ピストン５００が燃料を燃料室５０３から燃料出口５０７に排出させるように強制し、かつソレノイド５０２を使用して、燃料を燃料室５０３に引き込むようにピストンを移動させる（これは図３および４の実施形態の逆である）。ピストン５００は、ソレノイド５０２の端面全体にわたってピストン５００から半径方向外向きに延びる端板５０８を有する。排出される燃料の量、ばね定数等は、上述したものと同一または同様である。
【００３３】
図６は、ピストン５００の変位を制限し、それによって噴射器の作動毎に小出しされる燃料の量を設定するために、シム５０９が燃料室５０３に設けられた図５の実施形態の変形例を示す。シム５０９は、燃料室５０３を一方向出口弁５０６および燃料出口５０１と連通させるように貫通するアパーチャを有する。上述の通り、シムの使用は、適切なサイズのシムを選択することによって出力される燃料の量が異なる、略同一の噴射器ユニットを作る製造工程を可能にする。
【００３４】
図４および６で、図示されたシム５９、５０９は噴射器の筐体に固定されているが、図示されたシム５９、５０９の代わりに、またはそれに追加して、シムはピストン５５、５００のいずれかに取り付けることができる。
【００３５】
図７は、ピストン７０１がソレノイド７０２およびバックアイアン７０３の中心に位置する噴射器７００を示す。バックアイアン７０３は、ソレノイド巻線の周囲に磁束の流れを向けるように設計される。ピストン７０１は、ソレノイド７０２が励磁したときに、バックアイアン７０３と係合するように引き込まれる。ピストンばね７０４は、ソレノイドが消磁したときに、ピストン７０１をバックアイアン７０３から押し離す。ピストン７０１を貫通する燃料通路に、燃料入口逆止弁７０５が配置される。燃料通路は、ピストンを介する燃料室７０６への燃料の流れを可能にする。燃料は、出口逆止弁７０８を介して燃料室７０６から燃料出口７０７に小出しされる。図７の噴射器では、図８ａ）ないしｄ）に示すようにピストン７０１の運動が入口逆止弁７０５の動作を補助することが有利である。図８ａは、その底部停止位置にあるピストン７０１を示す。逆止弁７０５のボールの質量は、それ自体のばねが入口逆止弁７０５を閉じさせ、したがって燃料室７０６を密閉するのを助長する。
【００３６】
図８ｂ）に示すように、ソレノイドコイル７０２が電流により励磁されると、ピストン７０１は、バックアイアン７０３内を流れる磁束によって引き上げられる。この動きの中で、入口逆止ボールの慣性はボールをその座と確実に接触させ、それは入口弁７０５の堅固な密閉を確実にし、したがって燃料室７０６から排出される全ての流体が、出口逆止弁７０８を通して流出することを確実にする。図８ｃ）に示すように、ピストン７０１がその上部位置に達し、燃料のパルスボリュームが排出されると、ピストン７０１はそのエンドストップによって急速に停止する。しかし、入口逆止弁７０５のボールはそれ自体のモーメントのため上昇し続け、入口逆止弁７０５を開放させる。このとき、ソレノイド７０２は消磁し、ピストンばね７０４がピストン７０１を下方に押し下げる。
【００３７】
図８ｄ）に示す通り、ピストン７０１はそのばねによって駆動されて下方に移動する。入口逆止弁７０５のボールは、その質量慣性のみならず、燃料の流動の力のためにも遅れてしまい、この状態で、ピストン７０１が下降し続けるときに、流体を容易に燃料室７０６内に流入させ、それを満たすことができる。
【００３８】
ピストン７０１がその底部停止に到達すると、それは再び急速に停止し、図８ａ）に示すように、入口逆止弁７０５のボールは再びそのモーメントのため、その座と接触させられる。
【００３９】
このようにして、入口逆止弁７０５の開閉はピストン７０１の運動によって助長される。これにより、そうしない場合に可能であるより高い頻度で、噴射器を駆動させることが可能になる。
【００４０】
図９は、図７および８ａ）ないし８ｄ）の噴射器の詳細断面図を示す。入口逆止弁７０５は、ボール７１０およびばね７１１を含むことが分かる。
【００４１】
入口逆止弁５１のばね７１１のばね定数は、吸入行程中に、逆止ボールをその座から上昇させるために、一般的に０．４Ｎ／ｍｍないし１．７５Ｎ／ｍｍの範囲で選択され、ピストンの変位は一般的に５０ないし１５０、例えば１００μｍである。入口逆止弁５１は図１１では、ボール７１０および７１１を含むように図示される。
【００４２】
ピストンの燃料通路における入口逆止弁の配設により、図１０ａ）ないし１０ｄ）および図１２に示すように、逆止弁ばね無しで済ますことが可能である。入口逆止弁７０００はケージ７００２内で移動可能なボール７００１を含む（図１２参照）。ケージ７００２は燃料の流れを可能にするが、ボール７００１を所定の位置にトラップし続ける。弁７０００の機能は弁７０５について記載されたのと全く同じであるが、弁７０００の開閉の唯一の手段として、ボール７００１の質量慣性に依存する。これは、ボールの運動およびピストンの運動が流体の流れの方向と同様に矢印によって示されている、図１０ａ）ないし１０ｄ）に見ることができる。図１０ａ）で、ボール７００１の移動は弁を閉じさせる。図１０ｂ）では、ピストンが下降するときに、ボール７００１の質量慣性がボールを座から離して上昇させる（弁前後の流体圧力差も一助となる）。図１０ｄ）では、ピストンの下降中にボール７００１がその座から遠くに移動し過ぎるのを、ケージ７００２が止めることがわかる。ばね無しで弁を使用することにより、コストおよび組立て時間が低減される。ボールの代わりに円板を使用することができ、かつ／これを、円板がケージ７０１１内で移動可能である図１３に示す（この弁は、弁７０００について上述した仕方で機能する）。円板の使用により、ピストン中の弁より上の流体通路にトラップされる流体の量を低減し、かつガスのトラップに対する構成の感受性を低下することができる。
【００４３】
本発明の噴射器の制御は、今、図１４、１５、および１６ａ）ないし１６ｄ）に示す通り、先行技術の噴射器の制御とは全く異なる。
【００４４】
図１４に、先行技術の噴射器を制御するために使用される制御信号のグラフを見ることができる。使用される動作モードはパルス幅変調制御と呼ばれる。実線には選択された幅のパルスを見ることができ、これは従来の燃料噴射器の開放期間に対応する。破線は、他のより大きいパルス幅、すなわち従来の先行技術の噴射器のより大きい開放期間を示す。設定された供給圧力により、パルス幅の制御は、燃料噴射器によって吐き出される燃料の量の正確な制御をもたらす。
【００４５】
図１５に進むと、図１５は、本発明の燃料噴射器１９を制御するためにＥＣＵ２３によって生成される制御信号をで示す。パルス幅変調の代わりに、パルスカウント噴射と呼ばれる制御の一種が使用される。６種類のパルスが実線で示されていることが分かる。これらは、エンジン動作の単一サイクル、すなわち燃焼室１３における１回の燃焼事象用の装入燃料の吐出しのためのパルスである。各パルスは噴射器１９の１回の作動を表わす。上で説明した通り、噴射器１９は１回の作動毎に設定量の燃料を吐き出すので、燃焼のために吐き出される燃料の総量は、特定のエンジン作動サイクルに対する噴射器の作動回数を制御することによって制御される。実線で示した事例では、噴射器１９は６回作動して、各作動で噴射器によって吐き出される設定量の６倍に等しい燃料の総量を吐き出す。この燃料は、燃焼室１３内に吐き出される空気と混合するために、空気入口通路２０に吐き出される。入口弁１８が閉じている間に、噴射器１９の最初の作動が行なわれるが、噴射器１９の最後の作動時までに、弁は開いているか、あるいは少なくとも開き始めているかもしれない。
【００４６】
図１５で、破線のパルスは、噴射器をより多くの回数作動させることによって、作動サイクル中により多量の燃料を吐き出すことができることを示す。図１５は、各作動で噴射器によって吐き出される設定量の１０倍の燃料の吐出し総量をもたらす、１０パルスの可能な全パルスカウントを示す。
【００４７】
さらなる詳細を図１６ａ）ないし１６ｅ）に示す。図１６ａ）は、ライン２４でＥＣＵ２３が受け取るカムシャフトまたはクランクシャフト信号を示す。信号に示されたパルスは、クランクシャフトまたはカムシャフトの回転位置を示唆する。ＥＣＵ２３は、それが生成する制御信号のそれ自体のパルスを、図１６ａ）に示すタイミング信号のパルスと同期するようにタイミングを図ることが分かる。実際、図１６ｂ）ないし１６ｅ）に示すように、ＥＣＵ２３がそれ自体の制御パルスを生成するようにトリガするのは、図１６ａ）のタイミング信号のパルスである。代替的に、クランクシャフトまたはカムシャフトセンサからのたった１つのタイミングパルスでエンジンサイクルを始動させ、タイミング信号のパルスはＥＣＵ２３の内部で生成することができる。
【００４８】
図１６ｂ）は全負荷運転を示す。したがって、各エンジンサイクル（１エンジンサイクルは図の点鎖線間に起きる）で、ＥＣＵは図１６ｂ）に示す、噴射器１９を１３回作動させる１３個のパルスを含む制御信号を生成する。これは、燃焼室１３で燃焼させるために吐き出すことのできる最大量の燃料を表わす。
【００４９】
図１６ｃ）は、部分負荷運転のために各エンジンサイクルで生成される制御信号を示す。この場合、各サイクルの制御信号は、各エンジンサイクルで噴射器１９を７回作動させる７個のパルスを含む。したがって、各エンジンサイクルで吐き出される燃料の量は、全負荷運転で吐き出される燃料の総量の７／１３である。
【００５０】
図１６ｄ）は、アイドル運転中、すなわち各エンジンサイクルで最小量の燃料が吐き出されるときに、ＥＣＵによって生成される制御信号を示す。図１６ｄ）は、各エンジンサイクルで噴射器１９がわずか４回しか作動しないことを示す。
【００５１】
最後に図１６ｅ）は、エンジンの始動を可能にするために燃料および空気の過濃混合気が燃焼室１３に吐き出された、エンジン始動の例外的状態を示す。各エンジンサイクルに１７のパルスカウントが示され、これは、エンジンの始動時に、各エンジンサイクル中に噴射器１９が１７回作動することを意味する。吐き出される総燃料は、噴射器が各作動により吐き出す設定量の１７倍である。
【００５２】
上述したエンジンは別個の燃料ポンプおよび圧力調整器の必要性を無くし、ＥＣＵの機能を劇的に簡素化することは理解されるであろう。燃料噴射システムは、その正確な作動のためにエンジンへの所望の燃料パルス数を計数する、単純な制御システムを含む。これは先行技術のシステムで可能な制御の程度をもたらすものではない（すなわち吐き出される燃料の総量をある範囲内で連続的に変動させることはできず、設定された間隔または設定された量単位でしか変動させることができない）が、芝刈り機で使用されるような単純なエンジンには、これで充分である。換言すると、パルスカウント噴射により可能な制御は、エンジンに吐き出される燃料の量をより粗に制御するが、単純なエンジンが関係する場合には、これで充分である。
【００５３】
上述の通り、噴射器から吐き出される燃料は、単純で簡素なオリフィスまたはノズル（図２参照）に送ることができ、あるいは圧力スプレーノズル（図１７、１８、１９、２０ａ）ないし２０ｄ）、および２１ａ〜２１ｄ）に関連して下述する）または静電帯電ユニット（図２に示す）のような霧化装置に通すことができる。噴射器（またはパルスユニット）は霧化ユニットに緊密に結合させるか、あるいはエンジンのどこか別の場所に多少の距離を置いて配設することができる（すなわち図３の実施形態は、小出しノズルに通じる燃料出口を、図示する噴射器から多少の距離を置いて持つことができる）。
【００５４】
燃料噴射器によって吐き出される燃料の量は、エンジンのサイズおよびエンジン動作条件の範囲にある程度依存する。一般的に、噴射器は１パルス当たり０．０５ｍｍ3から０．８ｍｍ3を吐き出す。１パルス当たり０．０１ｍｍ3から０．５ｍｍ3の範囲を想定した場合には、各エンジンサイクルで吐き出される総量は一般的に０．５から１０．０ｍｍ3の間となる。これが当てはまる場合には、正確なエンジン動作のために必要なパルス数は、エンジンアイドリングでは１エンジンサイクル当たり５から１０パルスまで変動し、全負荷運転では１サイクル当たり２０から５０パルスまで変動する。
【００５５】
噴射器はそれ自体に供給される燃料の量を制御するので、制御された燃料供給圧力の必要が無く、これは、燃料の残量が低下するにつれて燃料の異なるヘッドのため変動する圧力によって問題を生じることなく、重力供給システムを介して燃料を噴射器に直接送り込むことができることを意味する。代替的に、キャブレタでしばしば使用されるように、単純な低圧燃料ポンプを使用することができる。唯一の要件は、次のパルスに備えてそれ自体を充満することができるように、充分な燃料が噴射器に吐き出されることである。
【００５６】
各サイクル（２行程エンジンでは２行程毎、または４行程エンジンでは４行程毎）でエンジンに吐き出される燃料の総量は、噴射器の各作動で吐き出される燃料の量および噴射器がそのサイクルで作動する回数の乗算として決定される。エンジン管理システムは単純に、センサ２１によって測定される通り、エンジンに要求される負荷需要に応じて、その制御信号で異なる個数のパルスを送り出すように構成することができる。したがって、センサ２１（例えばスロットル位置電位差計）によって測定されるスロットル位置をそのスロットル位置に必要なパルスカウント数が示されたルックアップテーブルと比較する、ごく少数のＩ．Ｃ．チップから非常に簡単な電子制御ユニットを構築することができ、次いでＥＣＵはライン２４のタイミング信号によってトリガされてパルスを生成し、正しいパルス数に達するまでパルス数を計数する。次いでパルス噴射器は次のエンジンサイクルまで停止する。
【００５７】
図１７に進むと、内燃エンジンのスロットル本体２０２が示されている。スロットル本体２０２は図１の入口通路２０の入口通路部２００を含む。入口通路部２００は、一端２０４が入口弁１８を介してエンジン燃焼室１３と連通し、他端２０６が一般的にエアフィルタ（図示せず）を介して大気と連通する。入口通路部２００内にはスロットル弁２１が配設され、スロットル弁２１の下流、スロットル弁２１と入口弁１８との間に、図３ないし１３で前に示した型の燃料噴射器１９がある。
【００５８】
図１７の構成では、燃料室５２から小出しされた燃料は、図１３の実施形態では、混合室２１８および霧化ノズル２１４を含む燃料出口２１４に小出しされる。燃焼室で点火されたときに急速に燃焼する燃料および給気の混合気の生成を補助するために、燃料を給気と効果的に混合しなければならない。従来のキャブレタおよび燃料噴射器は、ノズルから給気への燃料の微細噴霧を形成するように、噴射器ノズルの端部に多数の穴を持つことによって、これを達成する。本発明の霧化ノズル２１４はソニックノズル（当業界では臨界流量ベンチュリ、または臨界流量ノズルとしても知られる）。霧化ノズルはまた、エアブラストノズルとすることもできる。
【００５９】
ソニックノズルは、その前後の圧力差が予め定められた閾値を超えることを前提として、定体積流量を達成するので、しばしば「流体流量標準」として使用される。ソニックノズルの略図を図１８に示す。該ノズルは、スロートを提供するように内部寸法が狭くなったベンチュリ３５０を含む。ベンチュリスロートの上流３５２の流体は、ベンチュリスロートの下流３５４の流体より高圧である。ノズル内に流入する流体は、狭隘なスロート領域で加速される。スロート内の流体の速度は音速に近づく。ひとたびこの状態が実現されると、言うまでも無くノズル前後の圧力差が閾値を超え続けることを前提として、たとえ下流の圧力が著しく変化しても、ソニックノズル中の流量は一定に維持される。したがって、本事例では、給気への定燃料流量が達成される。下流の圧力が上流の圧力の約８５〜９０％未満に維持されることを前提として、ソニックノズルは、下流の圧力の突然の変化に関係なく、定流量を達成することに留意されたい。
【００６０】
本発明では、ソニックノズル２１４中の燃料の通路は、燃料を給気中に分散するのを助ける。実際、スロート３０２を通過する燃料の速度は音速に近づくので、ノズル２１４は、液体燃料を霧状の微粒子に分解する非常に効率的な霧化器として働く。一般的に、給気中の燃料の噴霧が微細であればあるほど、優れた燃焼プロセスが達成される。燃料の霧化におけるソニックノズルの正確な動作についてはよく理解されていないが、ソニックノズルの高速領域の衝撃波中を液体燃料が通過することで、液体表面に非常に高い剪断応力が発生し、かつ液体中にキャビテーション気泡が発生し、これらのプロセスの両方が燃料の非常に微細な霧化および給気中への分散を導くものと考えられる。
【００６１】
混合室２１８は出口逆止弁５３とノズル２２６との間に配設される。図１７および図１９の拡大図に見ることができるように、スロットル本体２０２は空気バイパス通路２４０をも含む。これは、混合室２１８および空気が大気圧である領域の両方と連通する通路から構成される。
【００６２】
噴射器１９によって小出しされた燃料は混合室２１８を通過し、続いてソニックノズル２２６を通過する。入口通路２００の低い圧力もまた、空気バイパス２４０を介して空気を引き込む。こうして空気は空気バイパス管２４０中を流れ、噴射器１９によって混合室２１８内に小出しされた燃料を取り込む。空気バイパス２４０内の空気は入口通路２００内の空気より高圧であり、したがって燃料がノズル２１４から小出しされるときに、それは、通路２４０からソニックノズル２１４を介して入口通路２００内への空気流に取り込まれる。これにより、小出しされた燃料が霧化される。
【００６３】
図２０ａ）ないし２０ｄ）は、エンジンの２つの異なる負荷状態のエンジンサイクルを通して、ポート燃料噴射器用の「エアアシスト型」ソニック霧化器の動作を示す。
【００６４】
噴射器１９は燃料を吐出し、燃料の量を制御する。吸入ポートでの空気の運動は霧化効果を生じる。これにより、各プロセスが完全に最適化され、最小限のエネルギで最大限の効果を達成することが可能になる。
【００６５】
図２０ａ）および２０ｃ）で、燃料は、エンジン吸入弁１８が閉じているエンジンサイクルの期間中に、混合室２１８内に導入される。これらの状態で（エンジン負荷に関わらず）、空気はほとんど移動せず、したがってエンジンサイクルの期間全体で吐き出される燃料は、この室内に蓄積する。エンジン吸入弁１８が開くと、空気が吸入ポートを介して燃焼室１３内に引き込まれる。図２０ａ）および２０ｂ）に示す部分負荷状態では、スロットル２１は部分的に閉じられ、空気流がスロットル２５の前後に圧力差を発生させる。図２０ｃ）および２０ｄ）に示す全負荷（大開口スロットル）状態では、この時の空気速度はベンチュリのスロート３０２で圧力降下を生じさせる。
【００６６】
混合室に蓄積された燃料量により、バイパス通路２４０を流れる空気は燃料の泡起を引き起こし始め、空気および同伴燃料の流れがソニックノズル２１４まで速度を増大するにつれて（断面積の低下のため）、高い剪断力が生じ、燃料が吸入ポート内に吹き込まれるときに燃料の優れた霧化を導く。
【００６７】
このプロセスは充分に霧化した燃料噴霧を生成するだけでなく、そのタイミングが吸入弁１８の開放と同時であるので、燃料が燃焼室１３内に直接取り込まれ、吸入ポートの壁に堆積しないという利点も有する。また、このタイミング効果はエンジンサイクルの残部で混合室２１８内への燃料を計測することを可能にし、したがって、内在的な霧化の不足のため霧化が不充分な燃料による問題を生じることなく、より低圧の噴射器を使用することを可能にする。
【００６８】
このようにして、非常によく霧化された燃料が、最良のエンジンタイミングで、最小限のエネルギ使用で吐き出される。
【００６９】
入口ポートにおける改善された燃料の霧化は、燃料空気混合を改善し、したがってエンジン内の燃焼プロセスを改善し、その結果排気が減少し、かつ燃料消費量が減少するだけでなく、小型エンジンの始動も容易になる。
【００７０】
空気バイパス２４０は空気を供給することに限定されず、代替的に、霧化または燃焼を助長するために代替ガスを提供するガス供給源に接続することができる。使用できる別のガスの１つのそのような例として、エンジンからの排ガスがある（すなわち排ガス再循環）。
【００７１】
ソニックノズル２１４は、図１６ａ）ないし１６ｄ）に示すように、様々な形状のオリフィスを含むことができる。標準ソニックノズルのオリフィスは、流れ方向に対して垂直な断面を取ったときに、図１６ａに示すように円形である。ノズルオリフィスの代替的形状として、図１６ｂに示すように直線状に延びるオリフィス、図１６ｃ）に示すように十字形、または代替的に図１６ｄに示すように小円形オリフィスの集団がある。
【００７２】
図２２は、本発明に係るエンジンのさらなる実施形態であって、前述した電動式噴射器ではなく、電気的に制御される機械動力式噴射器を有するエンジンを示す。
【００７３】
図２２で、中をピストン８２が往復動するシリンダ８１を含み、シリンダ８１およびピストン８２がそれらの間に燃焼室８３を画定して成る内燃エンジン８０を見ることができる。ピストン８２はコネクティングロッド８４によってクランクシャフト８５に接続され、それは次に、カム作用によってエンジンの出口弁および入口弁である２つのポペット弁８７および８８を作動させるカムを有するカムシャフト（図示せず）に接続される。これらの弁は、ピストン８２およびシリンダ８１タイミングを合わせて開閉される。ポペット弁８７および８８を付勢してそれらの弁座に着かせるように、戻しばね（図示せず）が設けられる。エンジン８０は単純なエンジン、例えば芝刈り機または他の庭用機器の単筒エンジンである。エンジン８０は、燃料を入口弁８８の上流の入口通路８９内に吐き出すように構成された燃料噴射器９０を含む燃料噴射システムを有する。燃焼室８３内への給気の流れを絞るために、入口通路８９にスロットル弁９１が配置される。スロットル弁９１にセンサが接続され、スロットル弁９１の位置を示す信号を生成し、それはエンジン制御ユニット９２に電気信号として供給される。
【００７４】
図２２の燃料噴射システムは、クランクシャフト８５に取り付けられ、それと共に回転するホイール９４の周面に設けられたカム面９３を含む。燃料噴射器９６はカム面９３によって駆動され、図２３により詳細に示す。
【００７５】
図２３で、燃料噴射器９６が、重力供給システム（図示せず）によって燃料タンク（図示せず）からそこに送り込まれる燃料を受け取る燃料入口９７を含むことを見ることができる。ばね付勢された第１の一方向弁９９によって制御される燃料の流れにより、燃料は燃料入口９７から燃料室９８内に送ることができる。ばね付勢された第２の一方向弁１００は、燃料室９８から燃料出口１０１への燃料の流れを制御する。燃料出口１０１は、燃料管路１０２（図２２参照）によって、吐出しノズルおよび霧化器９０に接続される。
【００７６】
ピストン１０２は噴射器９６の筐体１０３内に摺動自在に取り付けられ、燃料室９８内で摺動自在である。ピストン１０２は、ピストン１０２の１端に回転自在に取り付けられたローラ従動子であるカム従動子１０３を有する。ローラ従動子１０３はカム面９３（図２２参照）と係合し、それに従動する。ピストン１０２およびしたがってローラ従動子１０３は、噴射器の本体１０３とピストン１０２から半径方向外向きに延びるように設けられたショルダ１０５との間で作用する付勢ばね１０４によって、カム面９３と係合するように付勢される。
【００７７】
また噴射器９６には制御ソレノイド１０６も設けられ、それは、エンジン制御ユニット９２からの制御信号がそれに沿って通過するライン１０７に提供される信号によって、電気的に制御される。ソレノイド１０６は、ソレノイド１０６を貫通して延びるロッド１１３と、制御ソレノイド１０６の端部全体にわたってロッド１１３から半径方向外向きに延びる円板１０９とを含む、オーバライドピントル１０８に作用することができる。
【００７８】
噴射器の作動中（燃料室９８がその最大容積を有する位置をピストン１０２が占める状態から始めて、かつ燃料室９８が新鮮な燃料装入により完全に充填されたことを前提として）、ピストン１０２はカム面９３の作用により室９８内に押し込まれる。したがってピストン１０２は燃料を室９８から排出させ、それは燃料出口１０１から流出し、一方向弁１００が開いて燃料室９８からの燃料の小出しが可能になる一方、一方向弁９９は燃料入口９７を燃料室９８から密閉する。燃料室９８から押し出された燃料は燃料管１０２に沿って吐出しノズル９０に送られ、空気吸入通路８９に噴霧として吐き出される。その後、ピストン１０２は（カム面９３の輪郭に従い、かつ付勢ばね１０４の作用により）、燃料室９８の容積を増大するように移動する。これは、一方向弁１００を閉じる一方、一方向弁９９を開く効果を持つ。燃料は次いで、最大量の燃料に達するまで燃料入口９７から燃料室９８内に引き込まれ、その後、プロセスが再び開始される。
【００７９】
図２４で、噴射器９６がカム面９３と相互作用することを見ることができ、かつカム面９３が１１１のようなベース円領域によって分離される１１０のようなパルスローブを含むことを明瞭に見ることができ、パルスローブは一般的に、ベース円より０．１ないし０．５ｍｍ大きい半径の山を有する。図１０で、ホイール９４は全部で２０のパルスローブを持ち、また定半径の部分１１２をも持つことが分かる。ローラ従動子１０３が部分１１２と係合すると、パルス噴射器１１６は作動停止する。
【００８０】
制御ソレノイド１０７がエンジンサイクル全体で作動停止したままである場合には、カム面のパルスローブ（例えば１１０）の各々が結果的に、ある量の燃料をパルス噴射器９６から小出しさせる。噴射器９６は、ホイール９４の１回の完全な回転に対し、２０回の別々の燃料パルスを小出しする。各パルスローブ１０１のベース円に対する高さは、他の全てのパルスローブと同一であるので、ピストン１０２が各作動で設定量移動して、噴射器９６によって小出しされる燃料の量が噴射器９６の全ての作動で、噴射器９６からの燃料の全ての小出しで同一となることを理解されたい。ホイール９４の各回転に対して噴射器９６が２０回作動することは、各作動サイクル中に可能な最大量の燃料がエンジンに吐き出されることを表わし、そのような状態は例えばエンジン始動時に使用される。
【００８１】
制御ソレノイド１０７は、噴射器９６の制御を可能にする。ソレノイド１０６が励磁されると、ピントル１０８が一方向弁９９と係合し、それを開き、かつ開いたままにする。一方向弁９９が開くと、ピストン１０２の運動により、燃料が燃料入口９７から室９８に引き込まれ、次いで室９８から燃料が燃料入口９７に押し戻されるだけである。燃料は室９８から一方向弁１００を介して排出されない。したがってＥＣＵは噴射器９６の作動を制御することができ、かつ噴射器９６によって燃料パルスが何回吐き出されるか、およびしたがって各エンジンサイクルで（２行程エンジンでは２行程毎に、または４行程エンジンでは４行程毎に）吐き出される燃料の総量を制御することができる。
【００８２】
図２５で、図７に示す噴射器９６の代わりに、該図のエンジンに使用することのできる噴射器１５０を見ることができる。噴射器１５０は、燃料タンク（図示せず）から重力供給システム（図示せず）によってそこに送り込まれる燃料を受け取る燃料入口１５１を含む。ばね付勢された第１の一方向弁１５３によって制御される燃料の流れにより、燃料は燃料入口１５１から燃料室１５２内に送ることができる。ばね付勢された第２の一方向弁１５７は、燃料室１５２から燃料出口１５４への燃料の流れを制御する。燃料出口１５４は、図７の燃料管路１２０によって、吐出しノズルおよび霧化器９０に接続される。
【００８３】
弾性変位ダイアフラム１５５は燃料室１５２を密閉する。ダイアフラム１５５にはカム従動子接触パッド１５６が設けられる。接触パッド１５６はカム面（図示せず）と係合して、それに従動する。接触パッド１５６はダイアフラム１５５の弾性によって付勢されてカム面と係合する。カム面は、可変数のインパルスを接触パッド１５６に送り出すために、ＥＣＵ９２の制御下で性質を変化させることができる。これは、例えばカムホイール９４に沿って第２制御ホイール９５をカムホイール９４と共に回転自在であり、かつＥＣＵの制御下でカムホイール９４に対しても回転自在であるように取り付けることによって、達成される。カムホイール９４および制御ホイール９５のそのような構成を図２６に示す。制御ホイール９５は、カムホイール９４の各ローブ１１０の頂部までの半径方向距離に等しい一定半径の外周を持つ第１セクタ９５ａ、およびカムホイール１１１の各ベース円領域１１１の底部までの半径方向距離に等しい一定半径の外周を持つ第２セクタ９５ｂを有する。１極端において、制御ホイール９５の第２セクタ９５ｂはカムホイール９４の全てのローブおよびベース円部と整合し、それらは全てダイアフラム１５５を変位させるのに作用する。次いで制御ホイール９５およびカムホイール９４が相互に対して回転するにつれて、制御ホイールの第１セクタ９５ａがカムロブ１１０の一部およびベース円部１１１と整合し、制御ホイール９５のより大きい半径方向の高さがカムホイール９４のベース円部１１１に「オーバライド」するので、それらを「作動不能にする」。
【００８４】
噴射器１５０の作動中（燃料室１５２がその最大容積を有する位置をダイアフラム１５５が占める位置から始めて、かつ燃料室１５２が新鮮な燃料装入により完全に充填されたことを前提として）、ダイアフラムはカム１１０の作用により撓んで燃料室１５２の容積を低減させ、それによって燃料を室１５２から排出させ、燃料出口１５４から流出させ、一方向弁１５７が開いて燃料室１５２からの燃料の小出しが可能になる一方、一方向弁１５３は燃料入口１５１を燃料室１５２から密閉する。燃料室１５２から押し出された燃料は燃料管１２０に沿って吐出しノズル９０に送られ、空気入口通路に噴霧として吐き出される。その後、ダイアフラム１５５は（カム面の輪郭に従い、かつそれ自体の弾性のため）、燃料室１５２の容積を増大するように撓む。これは、一方向弁１５７を閉じる一方、一方向弁１５３を開く効果を持つ。燃料は次いで、最大量の燃料に達するまで燃料管路１５１から燃料室１５２内に引き込まれ、その後、プロセスが再び開始される。
【００８５】
エンジンの各作動サイクルで、ダイアフラム１５５はそのサイクルで作動可能な各カムロブによって燃料を燃料室１５２から排出させるように撓み、作動可能なカムロブの個数はＥＣＵによって、例えば上述した制御ホイールをカムホイールに対して相対的に回転させることによって選択される。
【００８６】
図１のエンジンと同様に、図２２のエンジンは、燃料供給源を加圧する高圧ポンプ、または供給燃料の圧力を制御する圧力調整器を必要としない。エンジンは、燃料噴射器の作動を制御する精巧なＥＣＵも必要としない。代わりに、ＥＣＵは、（エンジン負荷センサ９１によって検知される）所与のエンジン負荷に適した数のパルスを一緒に選択し、かつ次いで噴射器を作動停止させる前にエンジンサイクルで吐き出されるパルス数を計数する、単純なＩ．Ｃ．チップから構築することができる。
【００８７】
図２２のエンジンでは、スロットルと噴射器９６との間に何らかの連結機構を用いて、噴射器９６を機械的に制御するように構成することさえ可能である。
【００８８】
上述したエンジンの全ての実施形態で、エンジンの各作動シリンダに単一の噴射器だけが使用されている。しかし出願人は、各作動シリンダに複数の噴射器を設けることができると予想している。これは２つの利点を持つことができる。第一に、各エンジンサイクルで所与の量の燃料を吐き出すために、個々の各噴射器の作動回数が低減され、各噴射器を使用中にそのような高速度で作動させる必要が無くなるので、これは実際的な利益をもたらすことができる。第二に、特定の作動シリンダ用の噴射器が相互に異なる量の燃料を吐き出すように構築された場合には、エンジン管理システムは、各作業サイクルで吐き出される燃料の量を「より微細に」制御する仕方で両方の作動を制御することができる。例えばエンジンに１パルス当たり０．１ｍｍ3を噴射する単一の噴射器が設けられている場合には、１エンジンサイクル当たりに噴射される総燃料は０．１ｍｍ3の倍数、すなわち０．１ｍｍ3、０．２ｍｍ3、０．３ｍｍ3、最高０．５ｍｍ3までにならざるを得ない。しかし、エンジンに２つの噴射器が設けられ、一方が０．１ｍｍ3のパルスを噴射し、他方が０．０５ｍｍ3のパルスを噴射する場合、エンジンは各エンジンサイクルで、０．０５ｍｍ3、０．１ｍｍ3、０．１５ｍｍ3、０．２ｍｍ3等とすることのできる総量の燃料を吐き出すことができる。これは、作動シリンダが０．０５ｍｍ3のパルスを可能とする噴射器しか持たない場合に必要となるより、少ない回数の噴射器の作動で達成される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明に係る燃料噴射システムを持つ内燃エンジンの略図である。
【図２】図２は、図１のエンジンに使用するのに適した本発明に係る第１型の燃料噴射器の略図である。
【図３】図３は、図１のエンジンに使用するのに適した第２型の燃料噴射器の略図である。
【図４】図４は、図３の燃料噴射器の変形例を示す。
【図５】図５は、図１のエンジンに使用するのに適した第３型の燃料噴射器の略図である。
【図６】図６は、図５の燃料噴射器の変形例を示す図である。
【図７】図７は、図１のエンジンに使用するのに適した第４型の燃料噴射器の略図である。
【図８ａ−８ｄ】図８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄは、図７の燃料噴射器の動作を示す図である。
【図９】図９は、図７の燃料噴射器の詳細図である。
【図１０ａ−１０ｄ】図１０ａ〜図１０ｄは、図７ないし９の燃料噴射の変形バージョンの動作を示す図である。
【図１１】図１１は、図７ないし９の燃料噴射器の一方向逆止弁を示す図である。
【図１２】図１２は、図１０ａ）ないし１０ｄ）の燃料噴射器の一方向逆止弁を示す図である。
【図１３】図１３は、図７ないし１０ｄのいずれかの燃料噴射器で図示した逆止弁の代わりに使用することのできる一方向逆止弁を示す図である。
【図１４】図１４は、各エンジンサイクルで燃焼室に吐き出される燃料の量を制御するために、先行技術の燃料噴射器システムで使用される信号の型を示す図である。
【図１５】図１５は、各作動サイクルで燃焼室に吐き出される燃料の量を制御するために、図１の燃料噴射器（例えば図２ないし１０ｄのいずれかの型の燃料噴射器）を作動させるべく本発明によって使用される制御信号を示す図である。
【図１６ａ】図１６ａは、図１のエンジンのエンジンカムシャフトまたはクランクシャフトから取り出された回転信号を示す図である。
【図１６ｂ】図１６ｂあ、ｈ図１のエンジンの全負荷運転のために生成される制御信号を示す図である。
【図１６ｃ】図１６ｃは、図１のエンジンの部分負荷運転のために生成される制御信号を示す図である。
【図１６ｄ】図１６ｄは、図１のエンジンのエンジンアイドリングのために生成される制御信号を示す図である。
【図１６ｅ】図１６ｅは、図１のエンジンの始動中に生成される制御装置信号を示す図である。
【図１７】図１７は、図３の燃料噴射器のわずかに変形したバージョンを装備した図１の内燃エンジンの入口通路の略図である。
【図１８】図１８は、図１７の燃料噴射器のノズルの断面図である。
【図１９】図１９は、図１７の燃料噴射器の一部分の断面図である。
【図２０ａ−２０ｄ】図２０ａ〜２０ｄは、図１７ないし１９の燃料噴射器の作動の略図である。
【図２１ａ−２１ｄ】図２１ａ〜２１ｄは、図１７ないし２０の燃料噴射器の代替的ノズルオリフィスの形状を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明に係る燃料噴射システムを持つ内燃エンジンの第２実施形態の略図である。
【図２３】図２３は、図２２のエンジンに使用するのに適した燃料噴射器の略図である。
【図２４】図２４は、図２３の燃料噴射器およびそれを駆動するために使用されるカム面とのその配列の略図である。
【図２５】図２５は、図１８に示した燃料噴射器の代わりに図１８のエンジンに使用するのに適した燃料噴射器の第２実施形態の略図である。
【図２６】図２６は、図２４のカム配列の変形例の図である。
【図１】
2009503359.tif 000003
【図２】
2009503359.tif 000004
【図３】
2009503359.tif 000005
【図４】
2009503359.tif 000006
【図５】
2009503359.tif 000007
【図６】
2009503359.tif 000008
【図７】
2009503359.tif 000009
【図８ａ−８ｄ】
2009503359.tif 000010
【図９】
2009503359.tif 000011
【図１０ａ−１０ｄ】
2009503359.tif 000012
【図１１】
2009503359.tif 000013
【図１２】
2009503359.tif 000014
【図１３】
2009503359.tif 000015
【図１４】
2009503359.tif 000016
【図１５】
2009503359.tif 000017
【図１６ａ−１６ｅ】
2009503359.tif 000018
【図１７】
2009503359.tif 000019
【図１８】
2009503359.tif 000020
【図１９】
2009503359.tif 000021
【図２０ａ−２０ｄ】
2009503359.tif 000022
【図２１ａ−２１ｄ】
2009503359.tif 000023
【図２２】
2009503359.tif 000024
【図２３】
2009503359.tif 000025
【図２４】
2009503359.tif 000026
【図２５】
2009503359.tif 000027
【図２６】
2009503359.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月31日(2008.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記／各燃料噴射器が電気コイルを含む、請求項３に記載の内燃エンジン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを前記燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする燃料噴射器と、
前記燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が前記制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
前記燃料噴射器が、
中に燃料室が形成される筐体と、
電気コイルと、
電気コイルの作用により前記筐体の内腔で軸方向に摺動するピストンであって、ピストンが各作動で設定距離を移動することを確実にする２つのエンドストップ間で摺動するピストンと、を含んで成る、内燃エンジン。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
可変容積燃焼室と、
給気を前記燃焼室に吐き出すための吸気システムと、
燃焼ガスを燃焼室から大気に中継するための排気システムと、
前記燃焼室で一緒に燃焼させるように燃料を給気中に吐き出すための燃料噴射システムと、を備え、前記燃料噴射システムが、
各々が容積式ポンプとして機能しかつ噴射器の１回の作動毎に固定量の燃料を小出しする複数の燃料噴射器であって、前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第１燃料噴射器が前記複数の燃料噴射器のうちの少なくとも第２燃料噴射器によって小出しされる第２設定量とは異なる第１設定量の燃料を小出しするように構成された複数の燃料噴射器と、
前記燃料噴射器の作動を制御する制御装置と、を含んで成る、内燃エンジンであって、
エンジンサイクルの少なくとも大部分の各々で、前記燃料噴射器が前記制御装置によって複数回作動され、
エンジン速度および／または負荷の増加に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を増加させることによって、前記制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を増加させ、
エンジン速度および／または負荷の低下に応答して、１エンジンサイクル当たりの前記燃料噴射器の作動回数を減少させることによって、制御装置が１エンジンサイクル当たりに吐き出される燃料の量を減少させ、
各燃料噴射器が、
中に燃料室が形成される筐体と、
電気コイルと、
電気コイルの作用により筐体の内腔で軸方向に摺動するピストンであって、ピストンが各作動で設定距離を移動することを確実にする２つのエンドストップ間で摺動するピストンと、を含んで成る、内燃エンジン。
【国際調査報告】
2009503359.tif 000029
2009503359.tif 000030
2009503359.tif 000031
2009503359.tif 000032
2009503359.tif 000033
2009503359.tif 000034