(57)【要約】  内燃機関（１）には、吸気マニホールド（７）を通して燃焼用空気が供給される。絞り弁（１１）は燃焼室内に吸気される空気量を制御する。絞り弁（１１）の下流側に位置する吸気マニホールド（７）内の気流に液体燃料を噴射するために、燃料噴射器（９）が設けられる。気化器（１０）が絞り弁（１１）の上流側に位置する。軽負荷状態では、エンジンによる燃料要求量の全部ではないもののかなりの量が気化器（１０）から供給される。結果として、絞り弁（１１）で制御される混合気は、一部の空気と一部の気化燃料を含むことになる。そのため、燃焼用空気のみを制御する場合に比べて、絞り弁はどの特定の出力域でも大きく開放される。したがって、低出力ではポンプ損失が低減される。高出力（典型的には、絞り弁（１１）が全開状態に達した後）では、燃料が噴射器（９）から供給されて気化器（１０）の出力が低減されるので、噴射器（９）から供給された液体燃料を効率的に燃焼させるためより多くの空気をシリンダ内に吸気できる。本発明は、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの両者に適用することが可能である。
2008518156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
少なくとも１つの燃焼室と、
前記燃焼室に燃焼用空気を供給する吸気マニホールドと、
前記吸気マニホールドに気体燃料を供給する第１手段と、前記燃焼室または前記吸気マニホールドに液体燃料を供給する第２手段とを含む、前記燃焼室に燃料を供給する手段と、
前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とを制御する制御手段とを含み、
軽負荷状態では、少なくとも前記燃焼室に供給される燃料の一部は前記第１手段によって供給され、重負荷状態では、前記第１手段の出力が低減され、前記燃焼室に供給される空気の量が増加するように、前記制御手段が前記第１および第２燃料供給手段を制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記吸気マニホールドへの燃焼用空気の吸気を制御する手段をさらに含み、前記内燃機関の運転の第１段階では、前記燃焼用空気制御手段を徐々に開放して、前記第１手段による燃料供給量を徐々に増加させることで出力を増加させ、前記内燃機関の運転の第２段階では、前記燃焼用空気の吸気を制御する手段を一定の状態に維持して、前記第２手段から徐々により多くの燃料を供給することで出力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記略一定の状態は、絞り弁全開状態であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１手段は気化器であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記第２手段は燃料噴射器であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記内燃機関はオットーエンジンであり、絞り弁が気化器の下流で吸気マニホールド内に位置することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第２手段は、前記吸気マニホールドおよび／または前記絞り弁の下流に位置するシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射器であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
軽負荷状態では、前記燃焼室に供給される略すべての燃料は、前記第１手段によって供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記内燃機関がディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
最大出力時には、前記内燃機関が要求する燃料のすべては、前記第２手段によって供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用燃料システムに関するものであり、好適な実施形態においては、燃費の改善および／または比出力の改善に寄与する燃料システムを提供する。本発明は火花点火機関（オットーエンジン）と圧縮点火機関（ディーゼルエンジン）の両者に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンは、圧縮後に点火され燃焼することで動力を発生する、空気と燃料の混合気をシリンダ内へ取り入れることで作動する。
【０００３】
かつてはキャブレタによって混合気が供給されていた。現在では燃料システムが一般に電子制御され、燃料システムはマニホールドおよび／またはシリンダに燃料を供給する1つまたはそれ以上の燃料噴射器を備えている。
【０００４】
可燃性の混合気は、点火時にシリンダ内で点火装置の付近にあることが不可欠である。そのため、混合気は点火可能リミット（ignitable limits）内で制御する必要がある。結果として、エンジンによって取り込まれる空気の量は、燃料の量に適合しなければならない。これは吸気を制限する絞り弁によって行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ほとんど全ての車では、エンジンを全開にすることは稀であり、特に都市の交通では、通常エンジンは最大出力のうちわずかな出力で作動しているに過ぎない。したがって、一般にエンジンは、絞り弁が部分的に閉じられた状態で作動している。結果として、空気がこの障害を通過して取り込まれる際、エンジンは著しいポンプ損失を被ることになる。この損失ゆえに都市の交通では、オットーエンジンがディーゼルエンジンよりも燃費が悪くなる。仮にこの損失を解消することができれば、オットーエンジンの燃費は、同じ出力のディーゼルエンジンの燃費と同程度まで上昇することになると考えられる。
【０００６】
過去にはガソリンを液体ではなく気体として供給することで、この損失を減少させる試みがなされていた。体積が増加した気体の流れによって、絞り弁をより大きく開けることが可能となるので、ポンプ損失を減少させ燃費を改善することができる。しかし、燃料を気体として供給することは、同時にシリンダに取り込むことができる最大量を制限することになるので、最大出力が制限されることになる。気化器(vapouriser)を所定のあらゆる大きさのエンジンに適用させることで達成される燃費は、同じ最大出力を有する小型の従来型燃料供給エンジンを適用した場合の燃費とほぼ同じになることが判明した。結果として、経済的な装置としての気化器の使用は断念された。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、内燃機関は、少なくとも１つの燃焼室と、前記燃焼室に燃焼用空気を供給する吸気マニホールドと、前記吸気マニホールドに気体燃料を供給する第１手段と、前記燃焼室または前記吸気マニホールドに液体燃料を供給する第２手段とを含み、前記燃焼室に燃料を供給する手段と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とを制御する制御手段とを含み、軽負荷状態では、少なくとも前記燃焼室に供給される燃料の一部は前記第１手段によって供給され、重負荷状態では、前記第１手段の出力が低減され、前記燃焼室に供給される空気の量が増加するように、前記制御手段が前記第１および第２燃料供給手段を制御することを特徴とする。
【０００８】
新たな発明の要素は、気化器と従来の燃料供給システムとを組み合わせて、オットーエンジンの最大出力を維持する一方、ディーゼルエンジン並みの燃費を有するオットーエンジンを提供することである。
【０００９】
低出力時には、殆どまたはすべての燃料が気体として供給されるので、従来のエンジンよりもさらに大きく絞り弁を開けることができる。出力の需要が増加すると、全開になるまで徐々に絞り弁が開かれる。さらに出力が必要になると、絞り弁を全開にしたままで気体燃料の供給を制限することで、より多くの空気がマニホールド内に入る。そして液体燃料がマニホールドに供給される。最大出力時に絞り弁を通して空気のみが取り入れられ、燃料はすべて液体として供給されるまで、この気体から液体燃料への切り替えは少しずつ行われる。結果として、各サイクルの間、絞り弁が常に従来型燃料供給エンジンよりも大きく開かれる一方で、最大許容出力は従来型燃料供給エンジンと同様のままにできる。
【００１０】
本発明の装置は既存の車両にも適合可能であり、新規な設計に組み込むこともできる。
【００１１】
気化器を燃費改善の目的のみに用いるのではなく、出力を増加する目的に設定することもできる。液体燃料が供給される際、不十分な気化と混合により、すべての液体燃料が燃焼するわけではない。単に空気を移動させるだけでは燃料と反応させることができないような場合には、絞り弁を全開にした状態で液体燃料に加えて気体燃料を供給することで、最大出力を高めることができる。従来のディーゼルエンジンでは、絞り弁を用いずに吸気マニホールド内に空気が吸入され、適切な量の燃料が圧縮された後、シリンダ内の高温空気に噴射される。燃料量と噴射パターンは、燃料が高温空気と混合する際に自己着火するように調整される。結果として、このようなエンジンは絞り弁でのポンプ損失を被ることはない。しかし、自己着火に適するように空気の加熱を要する圧縮により、かなりの摩擦損失が発生する。
【００１２】
ディーゼルエンジンの最大出力は、燃料内の水素が急激に燃焼して、燃料内の反応し難い炭素が残されることによって形成されるスモークによって制限される。スモークの発生原因の一つは、燃料と空気が次の噴射工程で十分に混合されないという、ディーゼルの設計に固有の燃料と空気の不十分な混合の結果である。
【００１３】
高出力が要求されると、さらに予備気化された燃料の供給に気化器が使用される。噴射燃料によって一度点火がなされると、予備混合された燃料は効率的に燃焼する。その結果、同一エンジンによる最大許容出力が増加されるか、或いはより摩擦の少ない小型エンジンを用いて要求された負荷を満たすことで燃費を改善することができる。
【００１４】
本発明は、添付の図面を用いて参照され、単に実施例の例示にとどまる好適な実施形態の後述記載からより深く理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
初めに図１を参照すると、内燃機関１の一部が略式的に示されている。図示された部分は、往復動するピストン３が内部に取り付けられるシリンダ２を含む。従来と同様に、ピストン３はコンロッド（図示せず）によってクランクシャフトに接続される。シリンダ２はシリンダヘッド４によって覆われ、シリンダヘッド４内には、吸気弁５と１つまたはそれ以上の排気弁（図示せず）が取り付けられる。また、例えば点火プラグ等の点火装置６もシリンダヘッド内に取り付けられる。吸気マニホールド７は、吸気弁５にガソリン／空気の混合気を供給する。混合気用の空気８は好適な被濾過源から供給され、ガソリンは、詳細を後述する燃料噴射器９および/または気化器１０から供給される。絞り弁１１は、気化器１０の下流側且つ噴射装置９の上流側における吸気マニホールドの内部に配置される。
【００１６】
使用時には、軽負荷から中負荷状態で、混合気用の燃料は気化器１０から気化ガソリンとして供給される。そのため絞り弁１1で制御される混合物は、空気と気化ガソリンとの混合気である。ガソリン／空気混合気の燃料の一部が絞り弁１１の下流側に位置する燃料噴射器によって供給される場合、空気と気化ガソリンとの混合気を十分に供給してエンジンから特定の出力を得るためには、絞り弁１１が通常よりも大きく開けられることになる。
【００１７】
エンジン１からの出力要求が増加すると、絞り弁１１は全開になるまで徐々に開かれる。その後、さらに出力増加の要求があると、絞り弁１１の下流側の燃料噴射器９を通して液体燃料がマニホールド７内に噴射される。必要であれば、追加した燃料を効率的に燃焼するのに十分な空気を供給するため、気化器１０の出力を下げて、絞り弁１１を通過して流れる混合気の空気量を増すこともできる。最大出力時には、気化器の出力がゼロまたはゼロ近くまで減少され、ガソリン/空気混合気の燃料要求はすべて噴射器９によって満たされることが予想できる。
【００１８】
気化器１０と噴射器９の動作の正確な位相調整は、エンジンの出力要求の性質、エンジンの特別な作動条件、吸気マニホールドの設計によって決定される。特定の用途では、絞り弁１１が全開位置に達する前に噴射器９を通して液体燃料の噴射を開始することが望ましい。これらの環境では、絞り弁が全開となる前に、気化器の出力を抑えることが可能となる。重要な事項としては、エンジンを低出力で作動させる間は、エンジンに供給されるガソリン／空気の混合気用に要する燃料は、全部ではないもののかなりの割合が気化器から供給されることであり、これによりエンジン出力に対して絞り弁１１を比較的大きく開けることが可能となり、通常は空気の吸気のみを制御する絞り弁に関係するポンプ損失を減少させることができる。
【００１９】
図２を参照すると、ディーゼルエンジン２１の一部が示されている。エンジン２１は、従来の方法で往復動するようにピストン２３が取り付けられるシリンダ２２を含む。好適なフィルタを通して吸気マニホールド２７にエンジン用の空気２８が供給される。ディーゼルエンジンでは公知のように、マニホールド２７は絞り弁を含まない。噴射器２９が設けられており、液体燃料（典型的には水滴の噴霧）をエンジンの燃焼室に噴射する。吸気弁２５が、燃焼室内への燃焼用空気の吸気を制御する。
【００２０】
本発明によると、エンジン２１には、吸気マニホールド２７に気化燃料を供給する気化器３０が設けられている。気化器３０によって供給される燃料の量は、ピストンの運動によって圧縮される際に、吸気マニホールド２７を介して吸気される燃料／空気の混合気の自然爆発を引き起こすには不十分である。爆発を開始するのは、ピストン２３の上死点または上死点に近い位置で、噴射器２９から燃焼室内へ液体燃料が噴射されてからである。しかし、一度爆発が開始されると、すべての燃料が噴射器２９から供給される場合よりも、素早く且つ清浄に燃焼室内にある燃料が全燃焼される。そのため気化器３０を設けることにより、低エンジン出力域から中エンジン出力域で、より効率的に燃料を燃焼させることができる。図１に示す実施例と同様に、高エンジン出力域では、気化器３０の出力が低減され、吸気マニホールド２７から燃焼室に供給される混合気の大部分は空気となる。上限域では気化器３０から吸気マニホールド２７への気化燃料の供給が抑制され、吸気弁２５を通して純空気が燃焼室に吸気され、エンジンの燃料要求量のすべては噴射器２９を通した液体燃料の噴射によって達成される。
【００２１】
本発明を単気筒に関連して説明したが、本発明は多気筒エンジンに適用することも可能であり、特に出力の要求が広範囲にわたるエンジンの場合には本発明が好適であることが理解される。これは典型的には自動車用の内燃機関を対象とするものである。しかしながら、本発明はこのような用途に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態を具体化したガソリン供給式オットーエンジンを示す略図である。
【図２】本発明の一実施形態を具体化した圧縮点火式ディーゼルエンジンの一部を示す略図である。
【図１】
2008518156.tif 000003
【図２】
2008518156.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月2日(2007.7.2)
【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】
内燃機関であって、
少なくとも１つの燃焼室と、
前記燃焼室に燃焼用空気を供給する吸気マニホールドと、
前記吸気マニホールドへの燃焼用空気の放出を制御する手段と、
前記燃焼室に燃料を供給する手段とを含み、
前記燃料を供給する手段は、前記吸気マニホールドに気体燃料を供給する第１手段と、前記燃焼室または前記吸気マニホールドに液体燃料を供給する第２手段とを含み、
さらに前記第１手段と前記第２手段とを制御する制御手段を含み、軽負荷状態では、前記燃焼室に供給される殆どまたはすべての燃料が前記第１手段によって供給されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の運転の第１段階では、前記燃焼用空気の放出制御手段を徐々に開放して、前記第１手段による燃料給量を徐々に増加させることで出力を増加させ、前記内燃機関の運転の第２段階では、前記燃焼用空気の放出を制御する手段を一定の状態に維持して、前記第２手段から徐々により多くの燃料を供給することで出力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記略一定の状態は、絞り弁全開状態であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１手段は気化器であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記第２手段は燃料噴射器であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記内燃機関はオットーエンジンであり、絞り弁が前記第１手段の下流で吸気マニホールド内に位置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第２手段は、前記吸気マニホールドおよび／または前記絞り弁の下流に位置するシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射器であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
軽負荷状態では、前記燃焼室に供給される略すべての燃料は、前記第１手段によって供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記内燃機関がディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
最大出力時には、前記内燃機関が要求する燃料のすべては、前記第２手段によって供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明によると、内燃機関は、少なくとも１つの燃焼室と、前記燃焼室に燃焼用空気を供給する吸気マニホールドと、前記吸気マニホールドへの燃焼用空気の放出を制御する手段と、前記燃焼室に燃料を供給する手段とを含み、前記燃料を供給する手段は、前記吸気マニホールドに気体燃料を供給する第１手段と、前記燃焼室または前記吸気マニホールドに液体燃料を供給する第２手段とを含み、さらに前記第１手段と前記第２手段とを制御する制御手段を含み、軽負荷状態では、前記燃焼室に供給される殆どまたはすべての燃料が前記第１手段によって供給されることを特徴とする。
【国際調査報告】
2008518156.tif 000005
2008518156.tif 000006
2008518156.tif 000007