(57)【要約】本発明は、燃焼用の燃料／空気混合気を形成するために燃料が給気に噴射される燃料噴射期間を制御するための装置を提供する。該装置は、給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサ（２０４）と、圧力の変化を検出し、検出された圧力変化の１つまたはそれ以上が発生した時間に基づいて、燃料噴射期間を制御するように動作可能な制御ユニット（２０６）とを備える。圧力センサ（２０４）、制御ユニット（２０６）、および燃料噴射器（１１６）は一体的な燃料噴射制御装置として形成される。燃料噴射期間が開始する時間は、圧力センサ（２０４）が圧力変化を検出した時間のみに基づいて制御される。スロットルモータ、酸素センサ、またはスロットル位置センサのような他の構成要素も、単一の一体化された燃料噴射ユニットの一部とすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された圧力に応答するとともに、前記圧力センサによって検出された圧力の変化を検出し、前記検出された圧力変化の１つまたはそれ以上が発生した時間に基づいて燃料の噴射のタイミングを制御するように動作可能な制御装置と、
制御ユニットによって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、および前記燃料噴射器が一体的な燃料噴射制御ユニットとして形成され、
前記圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、前記燃料噴射のタイミングが制御される、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項２】
前記制御装置が、２つの検出された圧力変化の発生間の時間に基づいて、前記燃料噴射のタイミングを制御する、請求項１に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項３】
前記制御装置が、圧力センサによって検出された圧力を表わす圧力信号を高域フィルタリングするように動作可能な高域通過フィルタを含み、前記制御装置が、前記高域フィルタリングされた圧力信号に基づいて検出圧力の変化を検出する、請求項１または２に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項４】
前記制御装置がエンジンの負荷を決定するように動作可能であり、それによって決定されたエンジンの負荷に基づいて、前記制御装置が各エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項５】
前記圧力センサによって検出された圧力から、前記制御装置がエンジンの負荷を決定する、請求項４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項６】
前記制御装置が、前記圧力センサによって検出された圧力を表わす圧力信号の平均値を使用して、エンジンの負荷を決定する、請求項５に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項７】
前記圧力信号を低域フィルタリングするように動作可能な低域フィルタユニットを含み、前記制御装置が低域フィルタリングされた圧力信号を使用して、前記圧力信号の平均値を提供する、請求項６に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項８】
前記制御装置が給気の量を示す負荷信号を受信し、前記受信した負荷信号に基づいてエンジンの負荷を決定する、請求項４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項９】
前記負荷信号がエンジンのスロットル弁の位置を示す、請求項８に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１０】
前記制御装置が、エンジンの負荷に対してエンジンサイクル毎に吐き出される燃料の量を示す情報を有するテーブルを格納し、前記制御装置が前記テーブルを使用して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項４ないし９のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１１】
給気と混合するために循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサをさらに備え、前記制御装置が、前記酸素センサによって検出された酸素含有量を考慮して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１２】
エンジンのスロットル弁に接続可能であり、制御装置によって制御されるモータをさらに備え、それによって前記制御装置がスロットル弁の位置を制御することができる、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１３】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
スロットル弁の位置を検知するための位置センサと、
前記圧力センサによって検出された圧力および前記位置センサによって検出されたスロットル位置を使用して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量および燃料の吐出しのタイミングを決定する電子制御装置と、
前記電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、前記燃料噴射器、および前記位置センサが一体的な燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項１４】
前記圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、前記制御装置が前記燃料噴射のタイミングを制御する、請求項１３に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１５】
給気と混合するために再循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサをさらに備え、前記制御装置が、前記酸素センサによって検出された酸素含有量を考慮して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１３または１４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１６】
前記スロットル弁に接続可能であり、かつ前記制御装置によって制御されるモータをさらに備え、それによって前記制御装置が前記スロットル弁の位置を制御することができる、請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１７】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
給気と混合するために再循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサと、
エンジンサイクルで燃料噴射によって吐き出される燃料の量および燃料の吐出しのタイミングを決定する際に、前記圧力センサによって検出された圧力および前記酸素センサによって決定された酸素含有量を使用する電子制御装置と、
前記電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、前記燃料噴射器、および前記酸素センサが一体的な燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項１８】
内燃エンジンの排気システムから排ガスを受け取るように接続可能なガス入口と、エンジンの吸気通路に排ガスを吐き出すためのガス出口とを有する排ガス再循環通路が設けられ、前記酸素センサが前記排ガス再循環通路の排ガス中の酸素含有量を検出するように構成された、請求項１７に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１９】
前記排ガス再循環通路中の排ガスの流量を制御するための排ガス流量制御オリフィスを備えた、請求項１８に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２０】
前記圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、前記制御装置が燃料噴射のタイミングを制御する、請求項１７ないし１９のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２１】
前記制御装置が、前記酸素センサによって示された酸素含有量を考慮して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１７ないし２０のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２２】
前記スロットル弁に接続可能であり、かつ前記制御装置によって制御されるモータをさらに備え、それによって前記制御装置が前記スロットル弁の位置を制御することができる、請求項１７ないし２１のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２３】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された圧力を使用して、エンジンサイクルにおける燃料の噴射のタイミングを制御する電子制御装置と、
スロットル弁に接続可能であり、かつ前記制御装置によって制御されるモータであって、それによって前記制御装置がスロットル弁の位置を制御することができるようにしたモータと、
前記電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、前記燃料噴射器、および前記モータが一体的な燃料噴射器ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項２４】
前記制御装置が、エンジンサイクルに吐き出される燃料の量を決定する際に、前記圧力センサによって検出された圧力を使用する、請求項２３に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２５】
前記制御装置が、スロットル弁の位置を決定する際に、前記圧力センサによって検出された圧力を使用する、請求項２３または２４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２６】
前記圧力センサによって検出された圧力変化のタイミングのみに基づいて、燃料噴射のタイミングが前記制御装置によって決定される、請求項２３ないし２５のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２７】
吸気通路を通してエンジンの燃焼室に移動する給気内に燃料を吐き出す、請求項１ないし２６のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニットを有する内燃エンジン。
【請求項２８】
発電機に関連付けられるタービンを吸気通路に含み、吸気通路内の給気の流れが前記タービンを回転させ、前記タービンの回転を前記発電機が使用して電力を発生し、発生した電力が燃料噴射ユニットによって使用される、請求項２７に記載の内燃エンジン。
【請求項２９】
供給通路内の燃料と吸気通路を通過する給気およびそれと混合された燃料との間で熱伝達を生じることができるように、吸気通路に関連付けられた燃料供給通路を介して燃料が燃料噴射ユニットに供給され、それによって給気中の燃料の蒸発が吸気通路内の燃料を冷却するために使用される、請求項２７または２８に記載の内燃エンジン。
【請求項３０】
前記吸気通路および前記燃料供給通路が共通の分割壁を共有する、請求項２９に記載の内燃エンジン。
【請求項３１】
前記燃料供給通路が前記吸気通路を取り囲む環状部分を含む、請求項２９または３０に記載の内燃エンジン。
【請求項３２】
前記燃料噴射ユニットが、冷温の燃料を燃料供給通路の第１部分から受け取る入口と、温暖な燃料を燃料供給通路の第２部分に戻す出口とを持つ燃料流れ回路を有する、請求項２９または３１に記載の内燃エンジン。
【請求項３３】
燃料供給通路と前記給気との間の熱伝達を助けるために、前記吸気通路にフィンが設けられた、請求項２９ないし３２のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項３４】
前記燃料噴射ユニットが燃料を混合室内に噴射し、そこで燃料がバイパス通路から混合室内に流入するガスに取り込まれ、前記取り込まれた燃料およびガスがノズルを介して、吸気通路に設けられたベンチュリのスロート内に流入する、請求項２７ないし３３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項３５】
前記バイパス通路が大気に接続される、請求項３４に記載の内燃エンジン。
【請求項３６】
前記バイパス通路が再循環された排ガスを受け取る、請求項３４に記載の内燃エンジン。
【請求項３７】
前記ノズルがソニックノズルである、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】
前記燃料噴射ユニットが、ユーザ操作可能な取付け手段によって、前記吸気通路の外面に着脱自在に取り付けられる、請求項２７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】
前記取付け手段がクリップを含む、請求項３８に記載の内燃エンジン。
【請求項４０】
ユーザが既存の燃料噴射ユニットを取り外し、次いで前記ユーザ操作可能な取付け手段を用いて新しい燃料噴射ユニットを取り付けることによって、エンジンの前記燃料噴射システムを修理または補修することを含む、請求項３８または３９に記載の内燃エンジンの使用方法。
【請求項４１】
請求項２７ないし３９のいずれか一項に記載の内燃エンジンを備えたエンジン駆動式装置。
【請求項４２】
前記装置が庭用装置である、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記装置が、
芝刈り機、
ヘッジトリマ、
チェーンソー、
ロータリ耕運機、
芝生エアレータ、
スカリファイヤ、および
シュレッダ、から成るリストから選択される、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記装置がエンジン駆動車両である、請求項４１に記載の装置。
【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ユニットに関する。
【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良く制御し、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】
燃料噴射システムは、適切な量の燃料を適切な時に吐き出すことが重要である。燃料の不適切な吐出しは、エンジンの出力の低下および燃料の浪費につながることがある。したがって、吸込み給気中に燃料を適切に噴射するために、燃料噴射システムは、一例を添付の図面の図１に概略的に示すエンジン制御ユニットを利用する。
【０００４】
図１は、ピストン１０４がその中で往復するシリンダ１０２を備え、ピストン１０４およびシリンダ１０２がそれらの間に燃焼室１０６を画定して成る、従来の内燃エンジン１００を示す。ピストン１０４はコネクティングロッド１０８によってクランクシャフト１１０に接続される。クランクシャフト１１０はカムシャフト（図示せず）を駆動し、それは次に入口弁１１２および排出弁１１４を駆動する。入口弁１１２および排出弁１１４はシリンダ１０２内のピストン１０４の運動とタイミングを合わせて駆動され、戻しばね（図示せず）が弁１１２、１１４をそれらの弁座に戻すように付勢する。
【０００５】
エンジン１００の燃料噴射システムは、入口弁１１２の上流の入口通路１２０内に燃料１１８を吐き出すように構成された燃料噴射器１１６を含む。スロットル弁１２２は入口通路１２０に配置され、入口通路１２０および燃焼室１０６への給気の流入を制御する。
【０００６】
エンジン制御ユニット１２４は、燃料１１８が入口通路１２０に存在する給気に噴射される時間を制御し、かつ噴射される燃料１１８の量をも制御する。エンジン制御ユニット１２４は、スロットル弁１２２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、スロットル弁１２２から制御ライン１２６を介して受信する。加えて、エンジン制御ユニット１２４はクランクシャフトセンサ１２８（代わりにカムシャフトセンサに置換することができる）から制御ライン１３０を介してタイミング信号を受信する。クランクシャフトセンサ１２８は、クランクシャフト１１０の歯１３２および歯１３２の間隙１３４に応答する。エンジン制御ユニット１２４は、クランクシャフトセンサ１２８から受信したタイミング信号から、エンジン１００の速度およびシリンダ１０２内のピストン１０４の位置を決定することができ、これは入口弁１１２の開閉のタイミングを決定するために使用される。クランクシャフトセンサ１２８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１２２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、エンジン制御ユニット１２４は制御信号を生成し、それはライン１３６を介して噴射器１１６に中継され、噴射器１１６の作動を制御する。
【０００７】
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（上述した通り）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、多種多様なエンジン駆動式の庭用装置（芝刈り機、ヘッジトリマ、チェーンソー、ロータリ耕運機、芝生エアレータ、スカリファイヤ、およびシュレッダなど）、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ており、したがって精巧な燃料噴射システムのコストを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安価なキャブレタ技術を使用してきた。しかし、このタイプの小型エンジンはまもなく、自動車のエンジンと同種の排ガス排出規制に直面することになり、したがって排出目標を満たすように改良しなければならない。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】
【０００８】
本発明の第１態様では、
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
圧力センサによって検出された圧力に応答するとともに、圧力センサによって検出された圧力の変化を検出し、検出された圧力変化の１つまたはそれ以上が発生した時間に基づいて燃料の噴射のタイミングを制御するように動作可能な制御装置と、
制御ユニットによって制御される燃料噴射器と、を備え、
圧力センサ、制御装置、および燃料噴射器が一体的な燃料噴射制御装置として形成され、
圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、燃料噴射のタイミングが制御される、燃料噴射ユニットが提供される。
【０００９】
本発明の第２態様では、
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
スロットル弁の位置を検知するための位置センサと、
圧力センサによって検出された圧力および位置センサによって検出されたスロットル位置を使用して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量および燃料の吐出しのタイミングを決定する電子制御装置と、
電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
圧力センサ、制御装置、燃料噴射器、および位置センサが一体的な燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニットが提供される。
【００１０】
本発明の第３態様では、
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
給気と混合するために再循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサと、
エンジンサイクルで流体噴射によって吐き出される燃料の量および燃料の吐出しのタイミングを決定する際に、圧力センサによって検出された圧力および酸素センサによって検出された酸素含有量を使用する電子制御装置と、
電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
圧力センサ、制御装置、燃料噴射器、および酸素センサが一体的な燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニットが提供される。
【００１１】
本発明の第４態様では、
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
圧力センサによって検出された圧力を使用して、エンジンサイクルにおける燃料の噴射のタイミングを制御する電子制御装置と、
スロットル弁に接続可能であり、制御装置によって制御されるモータであって、それによって制御装置がスロットル弁の位置を制御装することができるようにしたモータと、
電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
圧力センサ、制御装置、燃料噴射器、およびモータが一体的な燃料噴射器ユニットとして一緒に組み立てられる、内燃エンジン用の燃料噴射ユニットが提供される。
【００１２】
本発明の実施形態を利用する内燃エンジンは、図１に関連して上述したタイプの複雑で重くかつ高価な燃料噴射タイミングシステムを排除することができる。代わりに、それらは、吸込み給気の圧力を検出する圧力センサを有し、次いで圧力の変化が制御装置によって検出かつ解釈され、制御装置がこの情報を使用して燃料噴射器のタイミングを制御装置する、より安価かつより単純なシステムを利用することができる。
【００１３】
本発明のさらなる態様では、本発明の第１態様に係る燃料噴射ユニットを備えた内燃エンジンが提供される。
【００１４】
本発明の追加の態様では、本発明の第２態様に係る内燃エンジンを備えたエンジン駆動式装置が提供される。
【００１５】
エンジン駆動式装置は自動車とすることができる。代替的に、エンジン駆動式装置は、芝刈り機、ヘッジトリマ、チェーンソー、ロータリ耕運機、芝生エアレータ、スカリファイヤ、およびシュレッダのような庭用装置とすることができる。
【００１６】
本発明のさらなる態様および特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、以下に添付の図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図２は、燃料噴射ユニット６０２を有する内燃エンジン６００を概略的に示す。内燃エンジン６００は図１に示した内燃エンジン１００と同様である。エンジン１００の構成要素と同じであるエンジン６００の構成要素には、同一参照番号を付与し、簡潔にするために、それらの説明は繰り返さない。
【００１９】
エンジン６００は、クランクシャフト２０２が歯１３２を持たず、したがって間隙１３４を持たないことを除いては、図１に示したクランクシャフト１１０と同様のクランクシャフト２０２を有する。
【００２０】
エンジン６００はまた、入口通路１２０内の空気の圧力を検出するための圧力センサ２０４をも有する。圧力センサ２０４は、制御ライン２０８を介して電子制御装置２０６に圧力信号を供給する。
【００２１】
電子制御装置２０６は、圧力センサ２０４から受信した圧力信号から、（ｉ）エンジン負荷、（ｉｉ）エンジン速度、および（ｉｉｉ）入口弁１１２の開放および／または閉鎖のタイミングを決定する。これについては、後でさらに詳述する。加えて、前と同様に、電子制御装置２０６は制御信号を生成し、それはライン１３６を介して噴射器１１６に中継され、噴射器１１６の動作を制御する。
【００２２】
図１に示したエンジン１００で、エンジン制御ユニット１２４はクランクシャフトセンサ１２８からの信号を使用して、エンジン速度および入口弁１１２の開閉のタイミングを決定する。したがって、圧力センサ２０４から受信した圧力信号から、電子制御装置２０６がエンジン速度および入口弁１１２の開閉のタイミングの両方を決定するので、エンジン２００はエンジン１００のクランクシャフトセンサ１２８を（制御ライン１３０をも）必要としないことを理解されたい。エンジン２００のクランクシャフト２０２がエンジン１００のクランクシャフト１１０より単純に形成されるのは、このためである。すなわちクランクシャフト２００には歯１３２および間隙１３４を設ける必要が無いが、これらは、クランクシャフトセンサ１２８がそのタスクを実行することを可能とするために、クランクシャフト１１０には設けられる。
【００２３】
さらに、図１に示したエンジン１００では、エンジン制御ユニット１２８はスロットル弁１２２に取り付けられたセンサからの負荷信号を使用して、エンジン負荷を決定する。したがって、電子制御装置２０６は、圧力センサ２０４から受信する圧力信号から、エンジン負荷を決定するので、エンジン６００はスロットル弁１２２に取り付けられたセンサを（制御ライン１２６も）必要としないことを理解されたい。
【００２４】
図３Ａは、ピストン１０４がシリンダ１０２内の上死点（ＴＤＣ）位置（ピストン１０４がクランクシャフト２０２から最も遠くなる位置）とシリンダ１０２内の下死点（ＢＤＣ）位置（ピストン１０４がクランクシャフト２０２に最も近づく位置）との間で循環するときに、圧力センサ２０４によって検出される入口通路１２０の空気の圧力３００がどのように変化するかを示すグラフである。基準圧力として、大気圧３０２がグラフに水平線で表わされる。エンジンサイクル全体の平均検出圧力３０３はグラフに水平破線で表わされ、大気圧３０２と平均検出圧力３０３との間の差はｄpである。
【００２５】
見て分かるように、圧力センサ２０４によって検出された圧力にはシャープなピーク３０４がある。シャープなピーク３０４の各々は、エンジンサイクル中の入口弁１１２の閉鎖に対応する。入口弁１１２を閉鎖すると、入口通路１２０内で「圧力パルス」が発生する。この圧力パルスはピーク３０４のシャープな増加に対応する。しかし、この圧力パルス効果はすぐに消え、入口通路１２０内の空気の圧力は略大気圧３０２に戻る。これはピーク３０４のシャープな減少に対応する。
【００２６】
加えて、圧力センサ２０４によって検出された圧力には別のピーク３０６が存在する。このピーク３０６は、入口弁１１２の開放の結果生じる。クランクシャフト２０２およびカムシャフトの配置は、ピストン１０４がシリンダ１０２内でまだ上昇しているときに、入口弁１１２を開放させる。ピーク３０６は、シリンダ１０２内の排ガスが、排気行程中の高い圧力によって入口通路１２０内に追い込まれる結果生じる。
【００２７】
次いでピストン１０４がシリンダ１０２内で下降し、空気および燃料の混合気をシリンダ１０２内に引き込むと、入口通路１２０内の空気の移動が、入口通路１２０内の空気の圧力の低下を引き起こす。
【００２８】
図３Ａは、エンジン２００が全負荷時のグラフである。図３Ｂのグラフはエンジン２００が部分負荷の場合であり、図３Ｃのグラフはエンジン２００がアイドリング中の場合であることを除いては、図３Ｂおよび３Ｃは図３Ａのグラフと同様である。見て分かるように、エンジンサイクル中に圧力センサ２０４によって検出される圧力変化は、エンジン負荷によって異なる。特に、エンジン２００が全負荷状態であるときに、スロットル弁１２２は全開する。すなわち、入口通路１２０の空気の圧力は、入口弁１１２の閉鎖後、急速に大気圧３０２に戻ることができる。しかし、エンジン２００がアイドリング（または部分負荷）状態であるときには、スロットル弁１２２は、空気が入口通路１２０に流入したり流出することのできる速度を低減し、その結果、入口通路１２０内の空気の圧力はゆっくりと大気圧３０２に戻る。この結果、より低いエンジン負荷では、より大きい差ｄｐが得られる。しかし、入口弁１１２の開閉に応答して発生するピーク３０４および３０６は依然として、図３Ａ〜Ｃのグラフの各々で明瞭に認識可能である。
【００２９】
図４は、電子制御装置２０６を概略的に示す。入口通路１２０内の空気の圧力を表わす圧力センサ２０４からの圧力信号は、制御ライン２０８を介してエンジン制御ユニット２０６によって受信される。次いで圧力信号は、低域通過フィルタ４００および高域通過フィルタ４０２に送られる。低域通過フィルタ４００および高域通過フィルタ４０２の出力は別々にプロセッサ４０４に送られる。プロセッサ４０４は、メモリ４０８に格納されたルックアップテーブル４０６にアクセスすることができる。プロセッサ４０４は低域通過フィルタ４０２の出力、高域通過フィルタ４０４の出力、およびルックアップテーブル４０６を使用して、制御ライン１３６を介して噴射器１１６に送られる制御信号を生成する。
【００３０】
下述の通り、プロセッサユニット４０４は低域フィルタリングした圧力信号を使用して、エンジン２００の負荷を決定する。プロセッサユニット４０４はまた高域フィルタリングした圧力信号を使用して、エンジン２００の速度および入口弁１１２の開閉のタイミングをも決定する。
【００３１】
図５は、図４に示されたエンジン制御ユニット２０６の動作のフローチャートである。
【００３２】
ステップＳ５００で、エンジン制御ユニット２０６は、入口通路１２０内の空気の圧力を表わす圧力信号を圧力センサ２０４から受信する。
【００３３】
ステップＳ５０２で、低域通過フィルタユニット４００は入力圧力信号を低域フィルタリングし、低域フィルタリングされた圧力信号をプロセッサユニット４０４に出力する。
【００３４】
ステップＳ５０４で、高域通過フィルタユニット４０２は入力圧力信号を高域フィルタリングして、高域フィルタリングされた圧力信号をプロセッサユニット４０４に出力する。
【００３５】
ステップＳ５０６で、電子プロセッサ４０４は、高域通過フィルタ４０２によって出力された高域フィルタリングされた圧力信号を使用して、圧力センサ２０４から受信した圧力信号におけるピーク３０４のタイミングを決定する。これは、高域フィルタリングされた圧力信号の大きさが閾値を超えるときにピーク３０４の発生を検出するなど、いずれかの従来のやり方で実施することができる。したがって、ピーク３０４を容易に識別することができるように、使用される特定の高域通過フィルタが選択されることを理解されたい。
【００３６】
入口弁１１２の閉鎖を表わす連続ピーク３０４間の時間は、エンジン２００の速度に直接関係する。すなわち、入口弁１１２はクランクシャフト２０２が２回転するたびに（つまり１エンジンサイクル毎に）１回開閉する。したがってプロセッサユニット４０４は、入口弁１１２の閉鎖を表わす連続ピーク３０４間の時間（または入口弁１１２の開放を表わす連続ピーク３０６間の時間）から、エンジン速度を算出する。ピーク３０４はピーク３０６より高く、かつよりシャープであり、したがってエンジン速度およびタイミング基準のための最も明瞭な信号をもたらすので、ピーク３０４を使用することが好ましい。しかし、代替的に、または追加的に、ピーク３０６を使用することができる。
【００３７】
次に、ステップＳ５０８で、検出された圧力からエンジンの負荷が決定される。プロセッサユニット４０４は、エンジンサイクル全体（入口弁１１２の連続的閉鎖の間のような）の平均検出圧力３０３を決定する。電子制御装置４０４は、検出される圧力におけるピーク３０４および３０６の影響が最小化されるように、低域通過フィルタユニット４０２からの低域フィルタリングされた圧力信号を使用して平均検出圧力３０３を決定する。平均検出圧力３０３と大気圧３０２との間の差ｄpは、エンジン負荷の標識として使用される。この圧力差ｄpの値が小さければ小さいほど、エンジン負荷は高くなる。
【００３８】
ステップＳ５１０で、電子制御装置４０４はルックアップテーブル４０６を参照して、入口通路１２０の空気と混合するためにどれだけの燃料１１８を小出しすべきかを決定する。ルックアップテーブル４０６については後でさらに詳述する。
【００３９】
ステップＳ５１２で、電子制御装置４０４は、燃料噴射がいつ現在のエンジンサイクルを開始すべきか、すなわち現在のエンジンサイクルにおける燃料の吐出しの開始を決定する。特に、燃料噴射の開始は、入口弁１１２の開放に対して予め定められた時間に行なわれる。電子制御装置４０４は、前回のエンジンサイクル中に入口弁１１２が開いた時間に基づいて、現在のエンジンサイクルで入口弁がいつ開くかを推定する。例えば、電子制御装置４０４は、前回のエンジンサイクルにおける入口弁１１２の閉鎖と入口弁１１２の開放との間の時間を算出し、この期間が現在のエンジンサイクルで同じになると想定する。電子制御装置４０４が現在のエンジンサイクルの入口弁１１２の閉鎖を検出する場合には、入口弁１１２が次にいつ開放されることが予想されるかは、簡単に求めることができる。代替的に、一定エンジン速度で作動するように設計されたエンジンの場合、電子制御装置４０４は、前回のエンジンサイクル中に入口弁１１２が開いた時間を単に知る必要があるだけでありそこから、入口弁１１２が現在のエンジンサイクル中に開放されることが予想される時間を算出することができる。
【００４０】
最終的に、ステップＳ５１４で、電子制御装置４０４は、噴射器１１６のための適切な制御信号を発生し、ライン１３６に制御信号を出力する。
【００４１】
ルックアップテーブル４０６は、所与の範囲のエンジン負荷および所与の範囲のエンジン速度に対し、入口通路１２０で空気に噴射すべき燃料１１８の量の対応する指示を格納する。エンジン速度の範囲は、検出圧力の連続ピーク３０４（または３０６）間の時間の範囲によって表わすことができることに注目されたい。
【００４２】
本明細書に詳述する実施形態では、燃料の量の指示は、固定量の燃料１１８の離散噴射回数の指示である。しかし、パルス幅変調噴射器を使用する場合には、燃料の量は、噴射器の作動の時間の長さによって決定される。いずれの場合にも、燃料１１８および空気が混合される時間の長さは、（１回の燃料噴射のパルス幅によるか、あるいは固定燃料量の離散噴射の回数によるかのいずれかで）ルックアップテーブル４０６で定義される。これは次いで、現在のエンジンサイクル中に入口通路１２０で空気と混合すべき燃料１１８の量を画定する。
【００４３】
電子制御装置２０６が、噴射器１１６のタイミング制御を実施するために電子プロセッサ４０４によって実行されるコンピュータプログラムを格納することができることは理解されるであろう。コンピュータプログラムは、ルックアップテーブル４０６と共にメモリ４０８に格納することができる。
【００４４】
電子制御装置２０６は、圧力差ｄpを算出することができるように、大気圧３０２の基準値を格納することができる。代替的に、電子制御装置２０６は、大気圧３０２の現在値を検出する別の圧力センサ（図示せず）から入力を受け取ることができる。この圧力センサは圧力センサ２０４とすることができ、大気圧３０２はエンジン２００の始動前に検出される。
【００４５】
電子制御装置２０６が平均圧力３０３を決定するために低域通過フィルタユニット４００を利用する必要が無いことは、理解されるであろう。例えば、プロセッサ４０４は、エンジンサイクル全体にわたって圧力センサ２０４から直接受信した圧力信号を単に平均することができる。
【００４６】
さらに、燃料噴射ユニット２０６は、圧力センサ２０４によって検出された圧力のピーク３０４および３０６を決定するために、高域通過フィルタ４０２を利用する必要がない。例えば、プロセッサ４０４は、圧力センサ２０４から直接受信した圧力信号の極大値を単に探すことができる。加えて、プロセッサ４０４は標準信号処理技術を実施して、圧力センサ２０４から直接受信する圧力信号の周期性を決定することができる。
【００４７】
図２のエンジン６００では、燃料噴射器１１６、圧力センサ２０４、およびエンジン制御ユニット２０６は、一体的な燃料噴射ユニット６０２として形成される。
【００４８】
燃料噴射ユニット６０２は、エンジン負荷を推定しないように（かつ、したがって低域通過フィルタユニット４００を持たないように）構成することができる。この場合、電子制御装置２０６は、エンジン負荷を示す入力信号を代替的発信源から受信する。そのような代替的実施形態を図６に概略的に示す。それは、スロットル弁１２２に結合された電位差計７０４を含むことを除いては、エンジン６００の一体的な燃料噴射制御装置６０２と同一である、一体的な燃料噴射ユニット７０２を有する内燃エンジン７００を示す。電位差計７０４は、スロットル弁の回転位置を示しかつしたがってエンジン負荷を示す制御信号を、制御ライン７０６を介して電子制御装置２０６に提供する。電子制御装置２０６はまた、圧力センサ２０４から検出された圧力信号を受信し、これを使用して（上述の通り）エンジン７００の速度、および入口弁１１２の開閉のタイミングを決定する。電子制御装置２０６は次いで、上述したのと同様の仕方で噴射器１１６を制御する。
【００４９】
２つ以上のシリンダ１０２を有する内燃エンジンでは、各々のシリンダ１０２の入口通路１２０に圧力センサ２０４を設けることができ、単一の噴射ユニット２０６が各々の圧力センサ２０４から圧力信号を受信し、かつシリンダ毎のタイミング計算を使用して、適宜、対応する噴射器１１６に制御信号を出力することは理解されるであろう。
【００５０】
代替的に、２つ以上のシリンダ１０２を有する内燃エンジンでは、単一の圧力センサ２０４を設けて、２つ以上のシリンダ１０２から圧力変化を検出することができる。電子制御装置２０６は次いで、複数の入口弁１１２の開閉を検出する。全てのシリンダ１０２に単一の噴射器１１６が使用される場合、電子制御装置２０６は、１回の完全なエンジンサイクル中に、噴射器１１６が１燃料噴射周期を超える時間作動することを除いては、上述したのと同様の仕方で噴射器１１６を制御する。各シリンダ１０２がそれ自体の噴射器１１６を有する場合、電子制御装置２０６は、対応する噴射器１１６を適切な時間に制御することができるように、複数の入口弁１１２のうちのどれが開閉しているかを知る必要がある。入口弁１１２を開放および／または閉鎖するためのタイミング順序が、圧力センサ２０４によって生成されかつ電子制御装置２０６によって受信される圧力信号から検出可能である独特のタイミング特性を有するように構成される場合、電子制御装置２０６はこれを決定することができる。
【００５１】
内燃エンジンは一定速度でだけ作動するが、負荷は変化する場合がしばしば存在する。これの例として、庭用機器（芝刈り機、ロータリ耕運機、ヘッジトリマ、チェーンソー、芝生エアレータ、スカリファイヤ、シュレッダ等のような）に使用される内燃エンジンがある。そういうものとして、ルックアップテーブル４０６は、所与の範囲のエンジン負荷（エンジン速度ではなく）に対し、通路１２０内の空気に噴射すべき燃料１１８の量の指示を格納するように、簡素化することができる。上述の通り、この指示は、特定のエンジン負荷を前提として、固定量の燃料１１８の離散噴射回数、または燃料噴射器１１６を作動させるべき時間の長さ（パルス幅）とすることができる。いずれの場合も、燃料１１８および空気が混合される混合区間の長さは、固定燃料量の離散噴射回数または１回の燃料噴射のパルス幅のいずれかによって定義される。
【００５２】
多くの内燃エンジンでは、入口通路１２０に存在するガスは空気である。しかし、空気以外のガスを、燃料１１６と混合するために内燃エンジンで使用することができることは理解されるであろう。燃料１１６と混合されたときに、燃焼室１０６内で燃焼するのに適する任意のガスを使用することができる。
【００５３】
図７は、噴射器１１６の実施形態を示す。それは筐体１００１内で摺動自在のピストン１０００を含む。ピストン１０００は、ソレノイド１００２によって、または付勢弁ばね１００３によって作動する。ピストンは、燃料を燃料室内１００４に引き込み、かつそこから小出しするように運動可能である。一方向入口弁１００５は燃料を燃料入口１００６から燃料室１００４内に流入させる一方、燃料室１００４から燃料入口１００６への燃料の流出を防止する。一方向ばね付勢出口弁１００７は、燃料室１００４から燃料出口１００８に燃料を小出しさせるが、燃料が燃料出口１００８から燃料室１００４内に逆流することを防止する。ピストン１０００は、ピストン１０００から半径方向に外向きに延び、かつソレノイド１００２の端面全体に延在する端板１００９を有する。
【００５４】
燃料噴射器１１６の動作中に、ソレノイド１００２が作動すると、端板１００９が引き寄せられてソレノイド１００２の端面と当接し、ピストン１０００はばね１００３の付勢力に対抗して移動し、燃料を燃料室１００４から出口弁１００７を介して燃料出口１００８に排出させる。次いで、ソレノイド１００２が消磁すると、付勢ばね１００３は、入口弁１００５を介して燃料室１００４内に燃料を引き込むようにピストン１０００を移動させる。ピストン１０００は定義されたピストン行程Ｘpを有する。このピストン行程は、２つのエンドストップ間のピストンの移動距離を設定することによって定義される。明確なピストン移動距離を設定することによって、燃料噴射器１１６の各小出し動作で小出しされる燃料の量は、設定値に設定することができる。したがって、ソレノイド１００２が作動するといつでも、燃料噴射器１１６が設定された燃料の量を小出しする。これは、エンジンサイクル中にソレノイド１００２が作動する回数を制御することによって、各エンジンサイクルで燃料噴射器１１６によって小出しされる燃料の量を制御することができることを意味する。パルス幅変調噴射器とは異なり、燃料噴射器によって小出しされる燃料の量は、吸気通路１２０内の圧力変化に影響されない。
【００５５】
図８は、燃料噴射ユニット１１００のさらなる実施形態を示す。それは、ユニット１１００が追加的に排ガス再循環を行ない、かつ追加的に酸素センサ１１０１を含むことを除き、前述の燃料噴射器７０２と同一である。排ガス再循環は、排気ランナ１１０３に接続され、排ガスを排気ランナ１１０３から燃料噴射ユニット１１００を介して入口通路１２０に導く通路１１０２によってもたらされる。この目的のために、排ガス再循環通路１１０４および１１０５が燃料噴射ユニット１１００に設けられ、通路１１０４は燃焼ガスの入口に接続され、通路１１０５は燃焼ガスの出口に接続され、出口は排ガスを入口通路１２０に移動させる。排ガスは通路１１０５から、排ガス再循環の総流量を制御する大きさに作られた排ガス流量制御オリフィス１１０６を介して、入口通路１２０に移動する。
【００５６】
排ガス再循環の使用は、燃焼プロセスにおけるＮＯｘ排出の発生を著しく低減することが良く知られている。図示する実施形態では、燃料噴射ユニット１１００を通して再循環される排ガスの方向は、酸素センサを燃料噴射ユニット１１００内に配置することを可能にする。通常、酸素センサは排気システムで出口弁の下流に配置される。酸素センサ１１０１は、電子制御装置２０６が燃焼プロセスの効率を示すフィードバック信号を持つことを可能にし、制御装置２０６が空気／燃料比を最適化し、かつしたがってエンジンに接続された触媒コンバータの効率を最適化し、かつ燃料消費を最適化することを可能にする。
【００５７】
図８の構成は、酸素センサを単一の燃料噴射ユニット内に直接嵌合することを可能にし、したがって全てエンジンのコストを著しく増大させる別個のワイヤおよびコネクタの必要性を排除するので、有利である。
【００５８】
図９は、燃料噴射ユニット１２００が追加的にステッピングモータ１２０１を含む、図８の実施形態の変形例を示す（他の全ての点では燃料噴射ユニット１１００の場合と同じであり、同一の構成要素および機能については記載しない）。ステッピングモータ１２０１は、スロットル１２２のブレードの位置を制御する。多くの場合（例えば芝刈り機では）、小型内燃エンジンは、スロットルブレードを機械的に開閉する機械的調速器によって制御されるスロットルを有する。燃料噴射ユニット１２００は、燃料噴射のタイミングを図りかつ燃料供給の量を制御するために、それがエンジンの速度およびタイミングを決定することを可能にするセンサを有する。また、該情報を使用して、スロットルブレードの位置を駆動するように電子制御装置をプログラムすることも可能である。こうして電子制御装置はステッピングモータ１２０１（または適切ないずれかの同等の駆動モータ）を制御する。
【００５９】
燃料噴射ユニット１２００の変形例が図１０に、燃料噴射器ユニット１３００として示される。燃料噴射ユニット１３００は、それに電力が供給される方法を除いては、ユニット１２００と同一である。前述の燃料噴射ユニットは、内蔵バッテリによって、またはより可能性の高い、バッテリと、内燃エンジン全体に使用される発電機もしくはオルタネータとの組合せによって、電力を供給される。
【００６０】
図１０には、発電巻線１３０３によって囲まれたタービンロータ１３０２を含む発電機１３０１が示されている。発電ユニット１３０１は燃料噴射ユニット１３００と一体化するか、あるいはユニット１３００から取外し可能かつ接続可能な別個のユニットとして設けることができる。タービンロータ１３０２は、吸気通路１２０内の空気の流れによって回転するように駆動される。タービンロータ１３０２の回転は、発電巻線１３０３を介して電流を発生させ、次いでこの電力はユニット１３００に中継されてユニットを付勢させる。このやり方で、燃料噴射の実現をさらに単純化することができ、燃料噴射ユニットは、エンジンの他の部分からの電力の供給を必要としないので、従来のキャブレタのなおさら直接的な代替物となる。
【００６１】
図１１、１２、１２ａは全て、前述の燃料噴射ユニットのいずれかに設けることのできる冷却構成を示す。図に示す燃料噴射ユニット１４００は、電子制御装置、圧力センサ等を別個に示していないが、表現を簡素化する理由だけのためである。燃料噴射ユニット１４００は、前述した燃料噴射ユニットの一部を形成する構成要素のいずれでも含むことができることを理解されたい。
【００６２】
図１１は、本発明に係る燃料噴射ユニットが、燃料噴射ユニットをエンジンの既存の冷却回路に取り付けることを必要とせずに、どのようにして冷却することができるかを示す。図１１の構成は、燃料噴射器ユニット１４００に流入する流体を冷却する方法として、吸気通路１２０に噴射される燃料からの「気化冷却」の使用を提案している。
【００６３】
全ての電子燃料噴射器および燃料噴射システム付きポンプは、噴射される燃料に余分の熱を加える。燃料に加えられる熱が大きすぎると、燃料は蒸発し、これは燃料内に気泡を形成させ、それはポンプおよび噴射器に問題を引き起こし、不適切／不正確な燃料供給およびおそらくエンジンの損傷を招く。従来の解決策は、ポンプ容量を増大し、余分の燃料を燃料システム中にフラッシングして、熱を燃料タンクに引き戻すことを含む。代替的に、ポンプ圧力を増大して燃料の蒸発温度を上げさせ、燃料を高温で液体の状態に保持させる。どちらの解決策も、流量の観点または圧力の観点から、余分なポンプ容量を必要とし、したがってエンジンのコストおよび複雑度を増大し、あるいは燃料に加えられる熱をさらに増大する。
【００６４】
従来のキャブレタでは、そのような装置は寒冷湿潤な天候時に、キャブレタで霧化される燃料が燃料の蒸発の潜熱のため、吸気を冷却させるので、「氷結」を経験することが知られている。これはキャブレタにとって深刻な問題であり、多くのキャブレタ製造者は該問題を解決するために、温水回路を、または電気加熱さえもキャブレタに導入した。
【００６５】
図１１の構成は、噴射器およびキャブレタについて以前から知られていた２つの異なる問題を踏まえて、燃料から望ましくない熱を除去するために、燃料噴射ユニットに吐き出される燃料を冷却する方法として燃料の蒸発を利用することによって、それらを結合してその利点に変える。蒸発による冷却は、燃料が燃料噴射器に到達する前に起きるので、燃料噴射器は常に低温燃料で作動し、最小限のエネルギを用いて効率を最大化する。加えて、該構成は望ましくない熱を吸気通路１２０内部の霧化燃料に伝達し、それは、これが吸気通路１２０内の燃料の蒸発およびしたがって燃料と空気の混合を助けるので、好都合である。
【００６６】
図１２は、図１１の線Ａ−Ａに沿って切り、矢印の方向に見た断面図である。図示する冷却回路に供給される燃料は、燃料入口１４０１に到着する。次いで燃料は、吸気通路１２０を取り囲む環状通路を通して吸気通路１２０の周囲を流れる。燃料は、環状通路１４０２から通路１４０３を介して噴射器１４０４に引き込まれる。燃料は噴射器１４０４から吸気通路１２０内に噴射される（図１２の表現は冷却回路を概略的に示し、図１１に示すように環状通路１４０２の上流になる燃料噴射器の実際の位置は示さない）。吸気通路１２０の壁に対し、かつしたがって環状通路１４０２内の燃料に対して非常に強い冷却効果を有する蒸発および霧化によって、燃料は噴射器１４０４によって吐き出される。逆に、環状通路１４０２の周囲を通過する燃料の熱は、吸気通路１２０内の燃料を暖めるように働き、燃料の蒸発および空気との混合を助ける。
【００６７】
燃料を環状通路１４０２に戻す、戻り通路１４０５がある。環状通路１４０２ならびに通路１４０３および１４０５は、燃料が冷却をもたらすために流れることのできる回路を形成する。燃料の自然流量は、環状通路１４０２内の燃料と通路１４０５内の燃料（噴射器１４０４から、および燃料噴射ユニットの他の構成要素からも、熱を除去した）との間の温度差によってセットアップされる。回路は、いかなるポンプも必要とすることなく機能するサーモサイフォン（thermo‐syphoning）システムを提供する。
【００６８】
図１２ａは、熱伝達を改善するために、吸気通路１２０の関連領域の表面積を増大するように、入口通路１２０の内部にフィンを追加することによって、冷却回路内の燃料に対する冷却効果（および逆に吸気通路１２０内の燃料に対する加熱効果）を改善することができることを示す。
【００６９】
図１２および１２ａの冷却構成は、冷温燃料の適正な供給を確実にすることによって噴射効率を改善し、蒸発および空気／燃料混合を改善し、追加のパワー入力を必要とすることなく、燃焼プロセスを改善する（それによって排気を低減する）。
【００７０】
図１３は、本発明のさらなる実施形態を示す。該実施形態には、単一の統合ユニット内の燃料噴射器２００１、霧化ユニット２００２（これは霧化ノズルおよび／または静電霧化器を含むことができる）、圧力センサ２０３０、および回路基板２００５上に設けられた電子制御装置２００４を含む燃料噴射ユニット２０００が示される。電源ケーブル２００６は、回路基板２００５を電源装置に接続することを可能にする。燃料入口および出口２００７および２００８が設けられ、スロットルブレード位置センサ２００９も設けられる。ユニットはケーシング２０１０内に収容される。
【００７１】
図１３で、燃料噴射ユニット２０００は、内燃エンジンの空気入口通路１２０から切り離された状態で示される。空気入口通路１２０にはスロットルブレード１２２が設けられ、環状燃料通路２０２０も吸気通路１２０に組み込まれる（図１２および１２ａに関連して前述したやり方で）。
【００７２】
図１３ａは、燃料噴射ユニット２０００が内燃エンジンの空気入口通路１２０に取り付けられるときに、ばね保持クリップ２０３０および２０３１を使用して、燃料噴射ユニット２０００を所定の位置に保持することを示す。燃料入口２００７および燃料出口２００８が環状燃料通路２０２０と接続されており、燃料噴射器２００２が今や燃料を吸気通路１２０内に吐き出すことができ、かつ圧力センサ２００３が空気通路１２０内の圧力を検知するために動作可能であることを見ることができる。また、スロットル１２０の中心シャフトは今、センサ２００９内に延入している。
【００７３】
図１３および１３ａは、本発明の燃料噴射ユニットを「カートリッジ」として製造することができることを示す。必要なセンサ、燃料噴射器、および関連電子機器の全てを持つ統合燃料噴射ユニットは、小型エンジンのスロットル本体に迅速にクリップ止めすることのできる単一ユニットとして供給される。
【００７４】
キャブレタを具備した多くの既存の小型エンジンは、工学的技量が限られている一般の人々によって使用される。エンジンはしばしば汚れた、ほこりっぽい、あるいは湿った環境で働き、長期間使用されず、また手動で起動させる必要がある。これらの事実は、燃料システムが非常に頑健であり、かつ充分に密閉されていなければならないことを意味する。燃料システムに問題が発生した場合（それはよく起きることである）、オペレータはそこでキャブレタを交換または修理するのに非常に苦労する。同じことは、複雑な配線、ハーネス、エンジンの周囲に取り付けられた多くの異なるセンサ、および複雑な電子機器を持つ通常の燃料噴射システムにも当てはまる。
【００７５】
単一の統合燃料噴射ユニットをカートリッジとして構成することにより、本発明は、燃料噴射ユニットの必要な機能を全部、環境から充分に密閉することができかつ工学的技量がほとんどまたは全く無いオペレータが簡単かつ容易に交換することのできる単一のユニットに結合することにより、上述の問題を克服する。この解決策は上述した課題を克服し、かつ、それは、燃料システムが適正な動作状態を維持し、エンジンが常に最小限の排気を生じるように動作することを確実にすることができる。以前の燃料システムでは、キャブレタおよび燃料噴射システムは両方とも、年数および使用と共に劣化し、かつエンジンが作動できなくなるまでエンジンからの排気が徐々に悪化し、その後、所有者は専門サービスおよび交換のために代金を払わなければならない。代わりに、当該燃料噴射システムはユーザによる補修が可能なシステムとして登場し、エンジンのユーザは、図１３および１３ａに示す燃料噴射ユニットを交換するために交換カートリッジを簡単に購入することができる。したがって、ユーザがしなければならないことは、既存のユニットを取り外して、それを新しいユニットと交換し、所定の位置に単純にクリップ止めするだけである。
【００７６】
上記の全ての実施形態で、図示したエンジンのスロットル本体は、単純な標準スロットル本体であった。しかし、本発明の燃料噴射ユニットは、図１４に示すようにもう少し複雑なスロットル本体を有利に使用することができることに、出願人は気付いている。図１４に示す燃料噴射ユニット３０００は、以前の図で説明し図解したタイプの燃料噴射器ユニットである。この理由から、動作について今は説明しない。スロットル本体はベンチュリ３００１と、ベンチュリ３００１のスロットル上に開くノズル３００２を含むように再構成された。燃料噴射ユニット３０００の燃料噴射器３００３は、燃料を混合室３００４内に吐き出す。空気バイパス通路３００５はスロットル１２２を迂回して、混合室３００４を大気に接続する。
【００７７】
スロットルが大きく開いた状態で、吸気通路１２０内の空気の流れは結果的に、ベンチュリ３００１のスロートを圧迫し、この圧迫は次いで大気から空気バイパス通路３００５を通して混合室３００４内に空気を引き込み、そこで空気流が燃料を取り込み、次いで空気および取り込まれた燃料がノズル３００２を介して吸気通路１２０に吐き出される。部分負荷状態では、圧迫がエンジンの動作中にスロットルブレード１２２の下流で発生し、この圧迫は、空気に取り込まれた燃料が吐き出される状態で、ノズル３００２を通して空気を引き込むようにも機能する。
【００７８】
ノズル３００２はソニックノズルまたは起沸ノズルであることが好ましく、これは燃料の霧化を助長し、エンジンの効率を高める。吸気通路１２０内の改善された燃料霧化は燃料／空気混合を改善し、したがってエンジンの燃焼プロセスを改善し、それは結果的に排気を低減し、かつ燃料消費を低減するだけでなく、小型エンジンの始動をも容易にする。
【００７９】
キャブレタは吸気通路内の空気の運動を利用して、吐き出される燃料の量を制御し、かつある程度の霧化をもたらす。従来の種類の燃料噴射システムは燃料ポンプの圧力を利用して燃料を吐き出し、最新技術の噴射器は霧化をもたらすために燃料の圧力を高めた。本発明では、燃料噴射器は燃料を吐き出しかつ燃料の量を制御するために使用される一方、バイパス通路およびノズルを通過する空気の運動は霧化効果を発生するために使用される。これにより、各プロセスが充分に最適化され、最小限のエネルギで最大限の利益が達成される。
【００８０】
当該構成では、エンジンの吸気弁１１２が閉じているときに、燃料が混合室に蓄積され、次いで、吸気弁が開いているときに、燃料は空気流に取り込まれる。これは、充分に霧化された燃料の噴霧が、吸気弁の開放と同時に起きるので、吸気通路１２０に吐き出された燃料がエンジンシリンダ内に直接取り込まれ、吸気通路１２０の壁に堆積しないことを意味する。このタイミング効果もまた、エンジンサイクルの残部で混合室内への燃料を計量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。充分に霧化された燃料が、最小限のエネルギを使用して、最良のエンジンタイミングで吐き出される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、従来の内燃エンジンを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略的図である。
【図３Ａ】図３Ａは、エンジンが全負荷のときに、エンジン入口通路の空気の圧力がどのように変化するかを示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、エンジンが部分負荷のときに、エンジン入口通路の空気の圧力がどのように変化するかを示すグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、エンジンがアイドリングのときに、エンジン入口通路の空気の圧力がどのように変化するかを示すグラフである。
【図４】図４は本発明のエンジン制御ユニットで使用するのに適した電子制御装置の概略図である。
【図５】図５は、図２に示すエンジン制御ユニットの動作の略フローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図７】図７は、本発明の燃料噴射ユニット用の燃料噴射器を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１２】図１２は、図１１の燃料噴射ユニットの冷却回路を示す図である。
【図１２ａ】図１２ａは、図１２の冷却回路の変形を示す図である。
【図１３】図１３は、作動状態の図１３の燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の第８実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンを示す図である。
【図１】
2009503360.tif 000003
【図２】
2009503360.tif 000004
【図３Ａ−３Ｃ】
2009503360.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009503360.tif 000009
【図８】
2009503360.tif 000010
【図９】
2009503360.tif 000011
【図１０】
2009503360.tif 000012
【図１１】
2009503360.tif 000013
【図１２】
2009503360.tif 000014
【図１２ａ】
2009503360.tif 000015
【図１３】
2009503360.tif 000016
【図１３ａ】
2009503360.tif 000017
【図１４】
2009503360.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月23日(2007.4.23)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された圧力に応答するとともに、前記圧力センサによって検出された圧力の変化を検出し、前記検出された圧力変化の１つまたはそれ以上が発生した時間に基づいて燃料の噴射のタイミングを制御するように動作可能な制御装置と、
制御ユニットによって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、および前記燃料噴射器が単一の一体化された燃料噴射ユニットとして形成され、
前記圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、前記燃料噴射のタイミングが制御される、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項２】
前記制御装置が、２つの検出された圧力変化の発生間の時間に基づいて、前記燃料噴射のタイミングを制御する、請求項１に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項３】
前記制御装置が、圧力センサによって検出された圧力を表わす圧力信号を高域フィルタリングするように動作可能な高域通過フィルタを含み、前記制御装置が、前記高域フィルタリングされた圧力信号に基づいて検出圧力の変化を検出する、請求項１または２に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項４】
前記制御装置がエンジンの負荷を決定するように動作可能であり、それによって決定されたエンジンの負荷に基づいて、前記制御装置が各エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項５】
前記圧力センサによって検出された圧力から、前記制御装置がエンジンの負荷を決定する、請求項４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項６】
前記制御装置が、前記圧力センサによって検出された圧力を表わす圧力信号の平均値を使用して、エンジンの負荷を決定する、請求項５に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項７】
前記圧力信号を低域フィルタリングするように動作可能な低域フィルタユニットを含み、前記制御装置が低域フィルタリングされた圧力信号を使用して、前記圧力信号の平均値を提供する、請求項６に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項８】
前記制御装置が給気の量を示す負荷信号を受信し、前記受信した負荷信号に基づいてエンジンの負荷を決定する、請求項４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項９】
前記負荷信号がエンジンのスロットル弁の位置を示す、請求項８に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１０】
前記制御装置が、エンジンの負荷に対してエンジンサイクル毎に吐き出される燃料の量を示す情報を有するテーブルを格納し、前記制御装置が前記テーブルを使用して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項４ないし９のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１１】
給気と混合するために循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサをさらに備え、前記制御装置が、前記酸素センサによって検出された酸素含有量を考慮して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１２】
エンジンのスロットル弁に接続可能であり、制御装置によって制御されるモータをさらに備え、それによって前記制御装置がスロットル弁の位置を制御することができる、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１３】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
スロットル弁の位置を検知するための位置センサと、
前記圧力センサによって検出された圧力および前記位置センサによって検出されたスロットル位置を使用して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量および燃料の吐出しのタイミングを決定する電子制御装置と、
前記電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、前記燃料噴射器、および前記位置センサが単一の一体化された燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項１４】
前記圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、前記制御装置が前記燃料噴射のタイミングを制御する、請求項１３に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１５】
給気と混合するために再循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサをさらに備え、前記制御装置が、前記酸素センサによって検出された酸素含有量を考慮して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１３または１４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１６】
前記スロットル弁に接続可能であり、かつ前記制御装置によって制御されるモータをさらに備え、それによって前記制御装置が前記スロットル弁の位置を制御することができる、請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１７】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
給気と混合するために再循環される排ガス中の酸素含有量を検知するための酸素センサと、
エンジンサイクルで燃料噴射によって吐き出される燃料の量および燃料の吐出しのタイミングを決定する際に、前記圧力センサによって検出された圧力および前記酸素センサによって決定された酸素含有量を使用する電子制御装置と、
前記電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、前記燃料噴射器、および前記酸素センサが単一の一体化された燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項１８】
内燃エンジンの排気システムから排ガスを受け取るように接続可能なガス入口と、エンジンの吸気通路に排ガスを吐き出すためのガス出口とを有する排ガス再循環通路が設けられ、前記酸素センサが前記排ガス再循環通路の排ガス中の酸素含有量を検出するように構成された、請求項１７に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項１９】
前記排ガス再循環通路中の排ガスの流量を制御するための排ガス流量制御オリフィスを備えた、請求項１８に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２０】
前記圧力センサが圧力変化を検出した時間のみに基づいて、前記制御装置が燃料噴射のタイミングを制御する、請求項１７ないし１９のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２１】
前記制御装置が、前記酸素センサによって示された酸素含有量を考慮して、エンジンサイクルで吐き出される燃料の量を制御する、請求項１７ないし２０のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２２】
前記スロットル弁に接続可能であり、かつ前記制御装置によって制御されるモータをさらに備え、それによって前記制御装置が前記スロットル弁の位置を制御することができる、請求項１７ないし２１のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２３】
給気の圧力を検出するように動作可能な圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された圧力を使用して、エンジンサイクルにおける燃料の噴射のタイミングを制御する電子制御装置と、
スロットル弁に接続可能であり、かつ前記制御装置によって制御されるモータであって、それによって前記制御装置がスロットル弁の位置を制御することができるようにしたモータと、
前記電子制御装置によって制御される燃料噴射器と、を備え、
前記圧力センサ、前記制御装置、前記燃料噴射器、および前記モータが単一の一体化された燃料噴射ユニットとして一緒に組み立てられた、内燃エンジン用の燃料噴射ユニット。
【請求項２４】
前記制御装置が、エンジンサイクルに吐き出される燃料の量を決定する際に、前記圧力センサによって検出された圧力を使用する、請求項２３に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２５】
前記制御装置が、スロットル弁の位置を決定する際に、前記圧力センサによって検出された圧力を使用する、請求項２３または２４に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２６】
前記圧力センサによって検出された圧力変化のタイミングのみに基づいて、燃料噴射のタイミングが前記制御装置によって決定される、請求項２３ないし２５のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニット。
【請求項２７】
吸気通路を通してエンジンの燃焼室に移動する給気内に燃料を吐き出す、請求項１ないし２６のいずれか一項に記載の燃料噴射ユニットを有する内燃エンジン。
【請求項２８】
発電機に関連付けられるタービンを吸気通路に含み、吸気通路内の給気の流れが前記タービンを回転させ、前記タービンの回転を前記発電機が使用して電力を発生し、発生した電力が燃料噴射ユニットによって使用される、請求項２７に記載の内燃エンジン。
【請求項２９】
供給通路内の燃料と吸気通路を通過する給気およびそれと混合された燃料との間で熱伝達を生じることができるように、吸気通路に関連付けられた燃料供給通路を介して燃料が燃料噴射ユニットに供給され、それによって給気中の燃料の蒸発が吸気通路内の燃料を冷却するために使用される、請求項２７または２８に記載の内燃エンジン。
【請求項３０】
前記吸気通路および前記燃料供給通路が共通の分割壁を共有する、請求項２９に記載の内燃エンジン。
【請求項３１】
前記燃料供給通路が前記吸気通路を取り囲む環状部分を含む、請求項２９または３０に記載の内燃エンジン。
【請求項３２】
前記燃料噴射ユニットが、冷温の燃料を燃料供給通路の第１部分から受け取る入口と、温暖な燃料を燃料供給通路の第２部分に戻す出口とを持つ燃料流れ回路を有する、請求項２９または３１に記載の内燃エンジン。
【請求項３３】
燃料供給通路と前記給気との間の熱伝達を助けるために、前記吸気通路にフィンが設けられた、請求項２９ないし３２のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項３４】
前記燃料噴射ユニットが燃料を混合室内に噴射し、そこで燃料がバイパス通路から混合室内に流入するガスに取り込まれ、前記取り込まれた燃料およびガスがノズルを介して、吸気通路に設けられたベンチュリのスロート内に流入する、請求項２７ないし３３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
【請求項３５】
前記バイパス通路が大気に接続される、請求項３４に記載の内燃エンジン。
【請求項３６】
前記バイパス通路が再循環された排ガスを受け取る、請求項３４に記載の内燃エンジン。
【請求項３７】
前記ノズルがソニックノズルである、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】
前記燃料噴射ユニットが、ユーザ操作可能な取付け手段によって、前記吸気通路の外面に着脱自在に取り付けられる、請求項２７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】
前記取付け手段がクリップを含む、請求項３８に記載の内燃エンジン。
【請求項４０】
ユーザが既存の燃料噴射ユニットを取り外し、次いで前記ユーザ操作可能な取付け手段を用いて新しい燃料噴射ユニットを取り付けることによって、エンジンの前記燃料噴射システムを修理または補修することを含む、請求項３８または３９に記載の内燃エンジンの使用方法。
【請求項４１】
請求項２７ないし３９のいずれか一項に記載の内燃エンジンを備えたエンジン駆動式装置。
【請求項４２】
前記装置が庭用装置である、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記装置が、
芝刈り機、
ヘッジトリマ、
チェーンソー、
ロータリ耕運機、
芝生エアレータ、
スカリファイヤ、および
シュレッダ、から成るリストから選択される、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記装置がエンジン駆動車両である、請求項４１に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月7日(2008.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
【図１】図１は、従来の内燃エンジンを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略的図である。
【図３Ａ】図３Ａは、エンジンが全負荷のときに、エンジン入口通路の空気の圧力がどのように変化するかを示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、エンジンが部分負荷のときに、エンジン入口通路の空気の圧力がどのように変化するかを示すグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、エンジンがアイドリングのときに、エンジン入口通路の空気の圧力がどのように変化するかを示すグラフである。
【図４】図４は本発明のエンジン制御ユニットで使用するのに適した電子制御装置の概略図である。
【図５】図５は、図２に示すエンジン制御ユニットの動作の略フローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図７】図７は、本発明の燃料噴射ユニット用の燃料噴射器を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１２】図１２は、図１１の燃料噴射ユニットの冷却回路を示す図である。
【図１２ａ】図１２ａは、図１２の冷却回路の変形を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第７実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１３ａ】図１３ａは、作動状態の図１３の燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンの概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の第８実施形態に係る燃料噴射ユニットを有する内燃エンジンを示す図である。
【国際調査報告】
2009503360.tif 000019
2009503360.tif 000020
2009503360.tif 000021