(57)【要約】【課題】  シリンダに供給する混合気の質と量とを高応答で制御することにより良好な燃焼状態を保ち、大気汚染物質を含む有害な排気の低減、および燃料消費の低減を促進する。【解決手段】  多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、吸入する空気の量を調整する空気流制御バルブを有し、空気流制御バルブの絞り部開口に連通する吸気通路孔内に、燃料噴霧機構部の燃料噴霧口が絞り部開口より下流側に配設され、内燃機関の始動運転時に、絞り部で作られる高速気流が、燃料噴霧機構部の外周から燃料噴霧口に至り、噴射される燃料噴霧を微細化すると共に搬送するようにする。【選択図】  図２６
2004293544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、吸入する空気の量を調整する空気流制御バルブを有し、該空気流制御バルブの絞り部開口に連通する吸気通路孔内に、燃料噴霧機構部の燃料噴霧口が前記絞り部開口より下流側に配設され、内燃機関の始動運転時に、前記絞り部で作られる高速気流が、燃料噴霧機構部の外周から前記燃料噴霧口に至り、噴射される燃料噴霧を微細化すると共に搬送するようにしたことを特徴とする内燃機関の混合気供給装置。
【請求項２】
多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、吸入する空気の量を調整する空気流制御バルブを有し、該空気流制御バルブは回転運動により絞り部開口の断面形状が変化せしめられるものであって、前記開口部に連通する吸気通路孔内に、燃料噴霧機構部の燃料噴霧口が前記絞り部開口より下流側に配設されてなり、内燃機関の始動運転時の吸気行程期間内に、前記絞り部の開口面積が小から大へと切り替わるように制御して、前記絞り部で作られる高速気流が、燃料噴霧機構部の外周から前記燃料噴霧口に至り、噴射される燃料噴霧を微細化すると共に増量した気流によって搬送するようにしたことを特徴とする内燃機関の混合気供給装置。
【請求項３】
多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、吸入する空気の量を調整する空気流制御バルブを有し、該空気流制御バルブは、回転運動により絞り部開口の断面形状が変化して空気の量を調整するものであって、前記開口部は凸型形状であり、面積の小さい側の開口部は燃料噴霧機構部の燃料噴霧口を内蔵する吸気通路孔部に位置し、面積の大きい側の開口部は吸気通路孔部外に位置するように配置され、内燃機関の始動運転時の吸気行程期間内において、開口面積が小から大へと切り替わるように制御して、前記絞り部で作られる高速気流が、燃料噴霧機構部の外周から前記燃料噴霧口に至り、噴射される燃料噴霧を微細化すると共に、増量した気流によって搬送するようにしたことを特徴とする内燃機関の混合気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用の内燃機関（エンジン）における混合気供給装置に関するもので、特に、エンジンの燃焼状態を改善して有害排気発生量を低減する機構を備えた混合気供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保護のため、自動車用エンジンにおいては、排気ガス中に含まれる未燃燃料、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等に代表される大気汚染物質である有害排気の放出を低減すること、および、燃料消費量を低減することが求められている。これらの要求にこたえるためには、エンジンの幅広い運転条件、回転数において良質な混合気を形成して燃焼室となるシリンダ内部に供給し、常に良好な燃焼状態を実現することが効果的である。
【０００３】
燃焼状態の改善には、燃料を微粒化し、空気や再循環排気と適正に混合することにより燃えやすい混合気を形成するとともに、この混合気に流動を与えてシリンダ内で燃焼が伝播しやすい状態を作り出すことが求められる。また、そのような混合気の状態を運転者のアクセル操作による出力要求に応じて、適した状態に敏速に変化させ、エンジン出力制御に反映させることにより、エンジンの定常運転状態においても過渡運転状態においても燃焼状態を安定させ、有害排気の排出と燃料消費の低減に貢献できる。これらのような機能を有する混合気供給装置は、一般的な自動車に搭載可能なように小型で安価とすることが求められており、数多くの自動車に搭載することにより、地球環境保護効果を増大することが可能となる。
【０００４】
小型化、および組立て工数の削減によるエンジン製造経費低減を主目的とし、燃料供給装置や吸入空気量を制御するスロットル装置などの複数の装置や機能を組み合わせて一体化したモジュールやユニットと呼ばれる構造体が用いられている。そのようなモジュール構造においては、従来、吸入通路及び絞り弁を含んで、エンジンのシリンダに吸入する空気流量を調節する多連スロットルボディと、燃料噴射装置と、燃料ポンプと、燃料フィルタと、燃料圧力調整器とを備えた自動二輪用の燃料噴射装置などがあげられる。（例えば、特許文献１参照）。また、ほかにも、スロットル装置に対して燃料供給用のインジェクタと、燃料ポンプと、燃料フィルタと、燃料圧力調整器と、電子制御装置とをアッセンブリとしてユニット化したものがある（例えば、特許文献２参照）。このような構造においては、エンジンの吸気系の構成に必要な装置が一体化されており、個別に装置を取り付けていくよりエンジンへの組み付け性、生産性を向上し、エンジンの製造経費を削減することが可能であるほか、スロットルやインジェクタの特性からユニット毎に燃料噴霧量のばらつきを修正して、エンジンに組付ける際の性能ばらつきを低減できる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２２１０１号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００１−２６３１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、そのようなモジュールやユニットにおいては、スロットル装置によりシリンダに吸入する空気量や、燃料噴射装置により燃料噴射量の制御は実施しても、空気流動の制御性が不足し、空気流や再循環排気流を利用した燃料の微粒化性向上等の燃料噴射改善や、混合気における旋回流等の発生および制御が困難であるため、ユニット化しない構成と比較して燃焼状態の改善効果を増大させることに困難があった。特に、一般的なエンジンの低回転運転中には、エンジンが一定時間あたり吸入する吸気量が小さく、シリンダに流れ込む空気の流速および流動が小さいため、有害排気の低減には、流動の活発化や燃料の微粒化、および燃料粒径の空間分布制御等の燃焼を促進する積極的対策が必要である。このため、従来はスロットル装置のほかに空気流動促進を目的としたスワールコントロールバルブやタンブルコントロールバルブなどと呼ばれる空気流動制御バルブを別途設置する等の対策が必要であった。また、窒素酸化物の低減に有効とされる再循環排気の供給も、その導入口および制御装置を離れた別な場所に設置する必要があり、設置場所もエンジンにより異なることから、各種エンジンの構成に合わせて制御タイミングや、動的特性の修正を加える必要があった。
【０００８】
上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、エンジンの燃焼状態を改善して有害排気の放出量を低減可能な混合気供給装置を提供することにある。また、燃料の微粒化が不十分であったり、たとえ微粒化したとしても吸気管内壁面への燃料付着が多かったり、あるいはまた、吸気管内壁面への燃料付着による不足分の燃料増量によって、エンジンの冷機始動時に排出される有害排気の放出量を低減可能な混合気供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、混合気供給装置を構成する空気流制御バルブの絞り部開口部に連通する吸入通路内に、燃料噴霧機構部の燃料噴霧口が絞り部開口部より下流側に配置され、エンジンの始動運転時には、空気流制御バルブの絞り部で作られる高速の気流が、燃料噴霧機構部の外周から燃料噴霧口に至り、噴射される燃料噴霧をより微粒化すると共に、高速の気流によって燃料噴霧を搬送する。
【００１０】
空気流制御バルブは回転運動により絞り部開口部の断面形状が変化可能なものとし、エンジンの始動運転時における内燃機関の吸気行程期間内に、空気流制御バルブにおける絞り部の開口面積が小から大へと切り替わるように制御して、絞り部で高速化した気流を燃料噴霧機構部の外周から燃料噴霧口に誘導し、噴射される燃料噴霧をより微粒化すると共に、絞り部の開口面積を拡大して増量した気流によって燃料噴霧を搬送する。
【００１１】
さらには、上記空気流制御バルブの開口部が凸型形状をなしており、回転運動の際に、この面積の小さい側の開口部は吸入通路における燃料噴霧機構部の燃料噴霧口が位置する近傍にあり、面積の大きい側の開口部は吸入通路における燃料噴霧機構部の燃料噴霧口から遠い位置にあるように配置され、エンジンの始動運転時に、エンジンの吸気行程期間内において、開口面積が小から大へと切り替わるように制御して、上記と同じように、噴射される燃料噴霧をより微粒化すると共に、増量した気流によって搬送する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明の混合気供給装置を用いることにより、始動時や低回転から高回転までのエンジンの広い運転条件にわたり、空気、燃料、再循環排気が適度な量、質、および流動状態で混合された混合気を高応答に制御して供給可能であり、シリンダ内に良好な燃焼状態を促進し、有害排気と燃料消費とを低減することが可能となる。また、内燃機関の始動性、応答性にとって望ましい混合気を供給する混合気供給装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、１気筒当たり２つの吸入口を有する直列４気筒型の自動車用エンジンを適用対象とした本発明に係る混合気供給装置１０１の外観概略図である。この混合気供給装置は主に、多連スロットル機構部１０３と、燃料噴霧機構部１０５と、排気再循環機構部１０７と、統合制御部１０９とから構成されている。多連スロットル機構部１０３は、各吸入通路毎に空気流量と空気流動とを一体で制御可能な空気流制御バルブを内蔵し、下部には前記バルブ駆動用の電動機１１１が配置されている。紙面手前側の側面には、空気吸入口となる開口部が８箇所設けられ、端から隣り合った２つずつでエンジンのシリンダ１気筒分の空気を吸入する。組みとなる２つの吸入口のうち一方は、低流量側吸入口１１３であり、もう一方は高流量側吸入口１１５である。図示されていないが、紙面奥側の側面にはそれぞれの吸入口に対応した混合気吐出口となる開口部が設けられており、吸入口と混合気吐出口とは多連スロットル機構部１０３内部で吸入通路、すなわち通路部により結ばれている。燃料噴霧機構部１０５の一端は、多連スロットル機構部１０３の上部にある燃料供給部１１７と接続されており、本体は多連スロットル機構部１０３に固定されている。自動車の燃料タンクから燃料ポンプを通じて延伸した燃料配管を燃料供給口１１９に接続して燃料供給部１１７に燃料を導入し、燃料噴霧機構部１０５により吸入通路内に噴霧する。排気再循環機構部１０７は内部に再循環排気制御バルブを内蔵し、再循環排気導入口１２１より導入された再循環排気の量を制御し、各吸入通路に分配する。
【００１４】
図２は図１に示した混合気供給装置１０１をＸ方向から見た平面図である。この図において、紙面手前側が空気吸入側、紙面奥側がシリンダへの吐出側となる。多連スロットル機構部１０３には、空気流制御バルブ１２３（図３）が構成されて、内包され、その両端は軸受１２５により回転可能に支持されている。空気流制御バルブ１２３の両端には、シール部材１２７が設けられ、多連スロットル機構部１０３内を流れる空気、燃料、および再循環排気等が統合制御部１０９や排気再循環機構部１０７に洩れ出すのを防止する。多連スロットル機構１０３の下部に設置された電動機１１１の回転力は、統合制御部１０９のケーシング内に内包された駆動機構１２９を通じて空気流制御バルブ１２３に伝達され、空気流制御バルブ１２３を回転運動させる。空気流制御バルブ１２３の一端はスロットル開度センサ１３１に接続されており、空気流制御バルブ１２３の回転運動における回転角度情報がこれにより電気信号として出力され、統合制御部１０９内の統合制御回路１３３に伝達される。また、空気流動制御バルブ１２３には、デフォルトバネ機構１３５が取り付けられ、電動機１１１への電力遮断時には、空気流動制御バルブ１２３の回転角（後述する回転体の回転角でもある）、すなわち開度は、デフォルトバネ機構１３５のバネ力の作用によりあらかじめ設定した値に戻される。排気再循環機構部１０７内部には、再循環排気制御バルブ１３７が設けられ、再循環排気導入部１２１から導入した再循環排気の混合気への混入量を制御する。再循環排気は、多連スロットル機構部１０３の下部に設けられた再循環排気分配管１３９を通じて、再循環排気分配管１３９よりも小径の再循環排気混入口１４１より各吸入通路内に分配混入される。
【００１５】
図３は図２のＡ−Ａ断面図である。この図において、下方が空気吸入側、上方がエンジンのシリンダ側となる。多連スロットル機構部１０３において、この図の下方側面には８つの吸入口が設けられ、隣り合って配置された低流量側吸入口１１３と高流量側吸入口１１５との２つにてエンジンのシリンダ１気筒分の空気を吸入する。これらの吸入口はぞれぞれ、低流量側吸入通路１４３、高流量側吸入通路１４５と通じており、それぞれ図の上方側面にある低流量側混合気吐出口１４７、高流量側混合気吐出口１４９に結ばれている。低流量側混合気吐出口１４７と高流量側混合気吐出口１４９は、それぞれエンジンのシリンダにおける混合気吸入口へ向かう通路に接続される。空気流制御バルブ１２３は回転体であり、周囲の収納体との間で絞り部（遮蔽と絞り）を形成し、低流量側吸入通路１４３、高流量側吸入通路１４５の途中を横切るように設置されており、各吸入通路に対応した開口部の形状（開口形状）があらかじめ加工されている。各吸入通路に形成される絞りの形状は、吸入通路の壁面と空気流制御バルブに加工されている開口形状との関係により決定され、空気流制御バルブを電動機１１１の駆動で回転運動させることにより、あらかじめ決めておいた回転角度（位相）と空気流制御バルブの絞り部形状との関係に従って絞り部の形状が決定する。これにより、各吸入通路を通過してシリンダに供給される空気量と空気流動とを制御する。燃料噴射機構部１０５は低流量側吸入通路１４３と高流量側吸入通路１４５との間の位置に設置され、燃料噴霧口は空気流制御バルブ１２３よりもシリンダに近い下流側に存在する。そして、噴霧口より両方の吸入通路に対して燃料を噴霧供給する。また、再循環排気混入口１４１も各吸入通路において空気流制御バルブ１２３よりもシリンダに近い下流側に開口する。この再循環排気混入口は、吸入通路を挟んで燃料噴霧口と反対側の位置か、少なくとも吸入通路の周方向において、燃料噴霧口と異なる位置に設け、再循環排気の壁面近傍の流れや熱により、吸入通路内に噴霧した燃料が吸入通路壁面に付着するのを抑制する。これらのような構造により、低流量側混合気吐出口１４７、および高流量側混合気吐出口１４９からは空気、燃料、再循環排気が混合された混合気が吐出され、エンジンの燃焼室となるシリンダ内へと供給される。
【００１６】
図４は、図２のＢ−Ｂ断面図である。この図において、左側が吸入側、右側がエンジンのシリンダ側となる。空気は吸入口１１３より吸入通路１４３内に吸入され、その吸入通路途中に設置された空気流制御バルブ１２３により、流量及び流動を制御され、混合気吐出口１４７よりエンジンのシリンダへ向けて吐出される。空気流制御バルブ１２３は紙面右回りにも左回りにも回転可能であり、開口部１５５と、多連スロットル機構部のケーシング１５７に形成される吸入通路との間で絞り部を形成し、そこを通過する空気流量と流動とを制御する。流動としては、吸入通路毎の空気流速、流量に差を付けて吐出後の不均衡によりシリンダ内における旋回流動を活性化させる制御、吸入通路内における流速や流量の空間分布を変化させて回転、旋回流動等を発生させる制御、低流量時には空気流を燃料噴霧口の方向に偏向して空気流による噴霧燃料の微粒化を促進する制御等を行う。また、空気流制御バルブ１２３を右回りに回転させて絞り部を開口させると、絞り部は燃料噴霧機構１０５側から開口し、噴霧口に空気流をより集中させやすくなり、燃料粒に高速空気流を衝突させて微粒化しやすい。反対に、左回りに回転させて絞り部を開口させると、絞り部は燃料噴霧機構１０５と反対側の部分から開口し、壁面に高速空気流を誘導して、噴霧した燃料が壁面に付着するのを抑制する効果を得やすくなる。燃料噴霧機構部１０５は、一端を燃料供給部１１７と接続して燃料の供給を受け、多連スロットル機構部１０３に加工された吸入通路に連通しているマウント部１５９に固定される。その燃料噴射口１６１は空気流制御バルブ１２３よりもシリンダに近い下流側に開口し、低流量側吸入通路および高流量側吸入通路に向けて燃料を噴霧する。吸入通路の下部には、再循環排気分配管１３９が配置されており、再循環排気混入口１４１より再循環排気が吸入通路内に導入される。再循環排気混入口１４１は吸入通路において燃料噴射口１６１に対する位置、あるいは周方向において異なる位置に設けられ、噴霧した燃料が壁面に衝突すると予想される部分に再循環排気を供給し、熱と流れにより、噴霧した燃料が壁面に付着するのを防止する目的にも用いる。これらのようにして吸入通路内に導入された空気、燃料、再循環排気による混合気が形成され、流動を加えた状態で混合気吐出口１４７よりエンジンのシリンダへ向けて吐出される。
【００１７】
図５は従来型の一般的なエンジンにおける吸気系の装置構成を示している。エアクリーナを通過して大気中より吸気管２０１に吸込まれた空気は、吸気管途中に設置されたスロットル装置２０３に形成された絞り部により流量を制御され、サージタンク２０５へと送られる。サージタンク２０５より、エンジン本体２０７の各シリンダ２０９に向けて独立吸気管２１１が分岐し、各シリンダ吸気口２１３に連結する。エンジンのクランク軸の回転位相に関係して開閉動作する吸気バルブを有するシリンダ吸入口２１３は各シリンダに対して１個から３個設けられるが、独立吸気管２１１はシリンダに対して１本か、もしくは、そのシリンダ吸気口の数に応じて分岐する。独立吸気管途中には空気流動を制御するための空気流動制御バルブが設置されるほか、その下流側に燃料噴霧器２１５が設置され、独立吸気管内に燃料を噴霧供給する。排気管２１７とサージタンク２０５あるいは吸気管は、排気再循環経路２１９により結合されており、排気管から取出された排気ガスの一部は経路途中の再循環排気制御装置２２１により量を制御されて吸気側へと戻される。各装置は別体であり、独自の配管と配線とが必要である。よって、エンジンを組み立てる過程においては、それぞれの装置において配管および配線を接続していく必要がある。
【００１８】
図６にこのような吸気系における混合気形成の流れ図を示した。シリンダ２０９に供給する混合気の形成においては、吸気管２０１途中のスロットル装置２０３、独立吸気管２１１途中の燃料噴霧器２１５、排気再循環経路２１９の途中の再循環排気制御装置２２１という異なる３つの装置を制御してそれぞれ空気、燃料、再循環排気混入量を制御する。エンジン出力要求や燃焼状態の変化に応じて混合気状態を制御する応答時間は、スロットル装置２０３、燃料噴霧器２１５、再循環排気制御装置２２１それぞれの自身の作動応答時間に加え、空気、燃料、再循環排気のそれぞれが各制御装置からシリンダに到達する時間を考慮した結果として決まってくる。
【００１９】
一方、図７は本実施例における混合気供給装置を用いたエンジンにおける吸気系の装置構成を示している。この図のように、混合気供給装置は独立吸気管２１１の途中に設置される。排気管２１７から延びる排気再循環経路２１９と燃料ポンプから延びる燃料配管は、直接、混合気供給装置に接続される。空気、燃料、再循環排気の制御は、シリンダに近接した位置で行われ、シリンダまでの輸送遅れが低減されるため、運転者のアクセル操作に対して速い応答が可能となる。この装置における多連スロットル機構部、燃料噴霧機構部、および排気再循環機構部は、混合気供給装置内部の配線で統合制御部と接続されて、制御信号と電力供給とを得るため、混合気供給装置の外部へと延びる配線数の低減と整理が可能である。これにより、エンジンの組立て工数が低減され、すなわち、製造経費を低減することが可能である。図８にこのような吸気系における混合気形成の流れ図を示した。混合気における空気、燃料、再循環排気の混入量は、全て混合気供給装置１０１内部で制御されるため、各混入量の応答ばらつきも小さくすることが可能となる。従来のようなスロットル装置２０３や再循環排気制御装置２２１等を別途設置する必要は無い。ただし、混合気供給装置１０１の故障時の対応策としてそれらを設置しても問題はない。図５のような従来の吸気系構成においては、スロットル装置２０３よりシリンダ側の下流部分が大気圧より減圧されるため、下流側の吸気管２０１やサージタンク２０５には圧力保持の機能が求められたが、図７の混合気供給装置を用いた場合は、混合気供給装置１０１より上流側、すなわちエアクリーナ側の大部分が大気圧となるため、その部分には特別に圧力を保持するための対策をこうじる必要が無い。このため、吸気管やサージタンクをより安価に製造することが可能となり、エンジンの製造経費を低減することができる。
【００２０】
図９に空気流制御バルブ１２３の外観図を示す。このバルブは、回転体３００、回転体３００に形成される空気流制御部３０１、軸受取付部３０３、開度センサ接続部３０５により構成される。空気流制御部３０１においては、回転体３００の円筒状の部材に対して各吸入通路に対応した８つの開口部、すなわち吸入通路部３０７、３０９（以下、開口部として説明する）が形成されている。低流量側開口部３０７と高流量側開口部３０９との２つの開口部によりシリンダ１気筒分の吸入空気を制御する。空気流制御部３０１の周方向の回転に対し、両開口部は異なる開口特性を示すように自由に加工して良いが、この例においては、低流量側開口部３０７は、高流量側開口部３０９の２倍の角度範囲にて開口状態としている。軸受取付部３０３は、前述した軸受部１２５に対応し、多連スロットル機構部１０３内部でＦ方向にもＲ方向にも回転可能に組み込まれる。すなわち、可逆双方向回転可能とされる。開度センサ接続部３０５は、スロットル開度センサ１３１と接続し、空気流制御バルブ１２３の回転角度情報をセンサに伝達する。
【００２１】
図１０により、図９で示した空気流制御バルブ１２３の動作特性を説明する。図中のＢ−Ｂ断面図は図２におけるＢ−Ｂ断面の特に吸入通路近傍部分を示し、低流量側吸入通路１４３における空気流制御バルブ１２３の動作状態を説明する。図中のＣ−Ｃ断面図は同様に、図２におけるＣ−Ｃ断面の特に吸入通路近傍部分を示し、高流量側吸入通路１４５における空気流制御バルブ１２３の動作状態を説明する。図１０（１）の状態を初期の全閉状態とし、図９に示した空気流制御バルブをＦ方向に回転させると、高流量側は全閉状態のままで低流量側から徐々に絞り部が開口し、図１０（３）の状態で低流量側は全開状態となる。この状態からさらに、回転体３００をＦ方向に回転させると、低流量側は全開状態を保ったまま、高流量側の絞り部が開口を開始し、やがて、図１０（５）のように両方の吸入通路３１０、３１１の絞り部が全開となる。さらに回転体３００をＦ方向に回転させると、低流量側も高流量側もほぼ同様に絞り部の大きさを減少させ、図１０（７）のように再び全閉状態となる。一方、回転体３００をＲ方向に回転させた場合は、図１０（７）の全閉状態から、図１０（６）のように吸入通路の絞り部の大きさが低流量側も高流量側も同様に絞り部の大きさを増加させ、図１０（５）の状態で全開になる。さらに回転体３００をＲ方向に回転させると、図１０（４）のように低流量側は全開を保ったままで高流量側の絞り部の大きさが減少し、図１０（３）の状態で、高流量側のみ全閉状態となる。そこからさらに回転体３００をＲ方向に回転させると、高流量側は全閉状態を保ったままで、低流量側の絞り部の大きさのみが減少し、最終的には図１０（１）の全閉状態となる。このように、図９で示した空気流制御バルブは、回転体３００の回転とともに絞り部の開度を増減させる上で、図１０（１）から図１０（５）までの領域で低流量側と高流量側の空気通過量に差を設けて増減させるように使用したり、あるいは図１０（５）から図１０（７）までの領域で低流量側も高流量側も空気通過量を等しく増減させたりすることが可能である。また、回転方向によって、絞り部が吸入通路内の燃料噴霧機構部側から開口するか、その反対側から開口するかが変わる。低流量時などに燃料の微粒化を促進したい場合には、Ｆ方向、図１０における右回りに回転体３００を回転させて、燃料噴霧機構部に近い側から絞り部を開口し、燃料噴霧機構部やその燃料噴霧口に高速な空気流を集中させ、空気流を燃料粒と衝突させて燃料の微粒化をはかる。一方、吸入通路の壁面への付着防止がむしろ求められる際には、回転体３００をＲ方向、すなわち、図１０の左回り方向に回転させて、燃料噴霧機構部から遠い側から絞り部を開口して、噴霧した燃料が吸入通路の壁面に衝突する地点近傍に空気流を集中的に導くことにより、燃料の壁面への付着を抑制したり、付着した燃料を除去したりする。
【００２２】
前述したように、再循環排気は、多連スロットル機構部１０３の下部に設けられた再循環排気分配管１３９を通じて、再循環排気分配管１３９よりも小径の再循環排気混入口１４１より各吸入通路内に分配混入される。図に示すように絞り部は燃料の噴霧口に近接配置されるばかりではなく、再循環排気混入口１４１にも近接配置してあり、燃料、吸気および再循環排気の混合が空気流制御バルブ１２３の出口付近で効率良く行われることとなる。
【００２３】
合計で同じ空気量を流す場合においても、低流量側と高流量側の吸入通路における空気通過量に差を設ける制御を用いた場合、低流量側の吸入通路により多くの空気流を集中させて流速を増加させることにより慣性を増加し、その慣性効果を利用してより効率良く多くの混合気をシリンダに供給することが可能となる。このシリンダへ吸入する効率の増加により、同じエンジン回転でもより大きなトルク出力を得ることが可能であり、自動車全体の燃料消費量を低減することができる。また、図１１のように、１つのシリンダに接続する２つの流路を流れる混合気流に差を付けることにより、シリンダ内における旋回流動や、図示していないが、縦方向などのその他の回転流動を活発化させることができる。この流動の制御により、燃焼時の火炎伝播速度を増加させてエンジンの大きな出力を得ることが可能であるほか、混合状態を改善したり、燃焼状態を改善して有害排気の発生を低減することができる。一方、同じ空気流動制御バルブを用いても、図１０（５）から図１０（７）の領域を利用して低流量側と高流量側の両吸入通路の絞り部の大きさを均等に増減させることも可能であるから、図１２のように両方の吸入通路に均等に空気を流して、燃焼室内によりスムーズに混合気を供給することもできる。同じ空気流量が必要であっても、エンジンの運転状態と、運転者のアクセル操作状態から判断して、より空気流動が必要な場合には図１１のような状態を発生させ、より均等な流れが必要な場合には、図１２のような状態を発生させることもできる。
【００２４】
以上のように、多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、シリンダ毎にそれぞれ接続される吸入通路部が分岐され、再び合流するように取り付けられるものであって、回転体３００と、回転体３００の内部に形成された通路部３１０と、回転体３００の外周部の一部に開口部３０７が形成される第１の構成部、並びに回転体３００と、回転体３００の内部に形成された通路部３１１と、回転体３００の外周部の一部に開口部３０９が形成される第２の構成部が構成されて、回転体３００を可逆両方向に回転させる回転装置を設け、回転運動により２つの構成部のそれぞれの絞り形状が変わる絞り部が形成される空気流制御バルブ１２３が構成され、空気流制御バルブ１２３を内包する多連スロットル構成部１０３が構成され、空気流制御バルブ１２３の絞り部に燃料噴霧口が近接配置されて燃料噴霧機構部１０５が設けられる内燃機関の混合気供給装置が構成される。
【００２５】
更に、多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、シリンダ毎にそれぞれ接続される吸入通路部が分岐され、再び合流するようにされた吸気管に取り付けられるものであって、回転体３００と、回転体３００の内部に形成された通路部３１０と、回転体３００の外周部の一部に開口部が形成される第１の構成部、並びに回転体３００の内部に形成された通路部３１１と、回転体３００の外周部の一部に開口部３０９が形成される第２の構成部が構成されて、回転体３００の回転運動により２つの構成部のそれぞれの絞り形状変化が互いに異なるように変わる絞り部が形成される空気流制御バルブ１２３が構成され、空気流制御バルブ１２３を内包する多連スロットル構成部１０３が構成され、空気流制御バルブ１２３の絞り部に燃料噴霧口が近接配置されて燃料噴霧機構部１０５が設けられる内燃機関の混合気供給装置が構成される。
【００２６】
更に、多気筒型の内燃機関に用いる混合気供給装置において、シリンダ毎にそれぞれ接続される吸入通路部が分岐され、再び合流するようにされた吸気管に取り付けられるものであって、回転体３００と、回転体３００の内部に形成された通路部３１０と、回転体３００の外周部の一部に開口部３０７が形成される第１の構成部、並びに回転体３００の内部に形成された通路部３１１と、回転体３００の外周部の一部に開口部３０９が形成される第２の構成部が構成されて、回転体３００が回転運動するときに、２つの構成部のそれぞれの絞り形状変化が互いに異なるように変わる絞り部が形成される空気流制御バルブ１２３が構成され、空気流制御バルブ１２３を内包する多連スロットル構成部１０３が構成され、空気流制御バルブ１２３の絞り部に燃料噴霧口が近接配置されて燃料噴霧機構部１０５が設けられ、かつ空気流制御バルブ１２３の絞り部に再循環排気混入口１４１が近接配置されて排気再循環機構部１０７が設けられて、制御された吸気、噴霧燃料および再循環排気が前記絞り部の下流側近傍で混合されるようにした内燃機関の混合気供給装置が構成される。
【００２７】
また、各空気流制御バルブ１２３には、回転方向に２つの絞り部が構成される内燃機関に用いる混合気供給装置が構成される。
【００２８】
また、空気流制御バルブ１２３は、一方の絞り部がそこを通過する吸入空気の吐出方向が燃料噴霧口１０５近傍に向けられるように回転体３００の回転角度が設定されて、燃料噴霧口１０５近傍に速い空気流が供給され、速い空気流を燃料噴霧口１０５から出た燃料噴射流に衝突させるようにした内燃機関に用いる混合気供給装置を提供する。
【００２９】
また、第１の構成部の開口部３０７と第２の構成部の開口部３０９とは大きさが異なって形成され、開口部の開口方向が異なるように配置されて内燃機関に用いられる混合気供給装置が構成される。
【００３０】
図９に示した空気流制御バルブをＦ方向に回転させ、図１０（１）の全閉状態から図１０（５）の全開状態まで変化させた時の開度に対する開口面積の変化特性を図１３に示す。開度に対するシリンダ１気筒あたりの吸入通路内の開口断面積は、最初の５０％までにおいては低流量側開口部３０７の、それ以上においては高流量側開口部３０９の開口により決まる。多連スロットル機構部にこのバルブを用いた混合気供給装置を、１気筒当たり２つの吸入口を有する直列４気筒型の自動車用エンジンに図７の構成にて適用した際の、エンジン回転数に対するシリンダ吸気の効率を図１４に示す。グラフ上の鎖線は、空気流制御バルブを図１０（５）のように全開とした状態の関係を示し、この条件で最大値となる値を、このグラフにおけるＹ軸の１００％とする。シリンダ吸気の効率はこのエンジンが毎分４５００回転する運転条件において最大となり、それ以上またはそれ以下の回転数において低下する傾向を示した。一方、このグラフにおける実線は、空気流制御バルブの開度を５０％とし、図１０（３）のように低流量側吸入通路のみ全開の状態とした場合の関係を示す。エンジン回転が毎分２５００回転以下の低回転運転条件においては、鎖線で示した両吸入通路を全開にした状態を上回る吸気の効率を示した。このことから、一方の吸入通路に流れを集中させることにより慣性効果を増大させ、運転条件によってはシリンダ吸気の効率を全開の場合よりも向上することが可能であることが示された。一般的にシリンダ吸気の効率が大きいほど、そのエンジン回転数において大きな回転力（トルク）を発生可能である。よって、このような空気流制御バルブの制御により、エンジンの低回転運転条件におけるトルク出力を増加させ、さらに変速機とのバランスを取ることにより、自動車の燃料消費を低減することができる。特に、エンジン回転数毎分１５００回転で運転した場合において、空気流制御バルブの開口断面積を変化させた時のシリンダ吸気の効率を図１５に示す。グラフ上の鎖線は、図９の空気流制御バルブを図１０（７）の全閉状態からＲ方向に回転させて図１０（５）の全開状態まで変化させた時の関係を示す。開口断面積、すなわち絞り部の開口の大きさが大きくなるとともに、シリンダ吸気の効率が増加し、全開状態で最大となった。一方、実線は図９の空気流制御バルブを図１０（１）の全閉状態からＦ方向に回転させて図１０（５）の全開状態まで変化させたときの関係を示す。シリンダ吸気の効率は、開口断面積が５０％付近まで、すなわち、低流量側の吸入通路のみが開状態に成る領域においては、両側の絞り部を均等に開口していった時の鎖線で示した関係を上回る値で増加し、最大値は約５％上回る値となった。開口断面積が５０％を越え、両側の絞り部が開状態となる領域においては、鎖線の関係とほぼ等しくなった。このように、図９のような空気流制御バルブを用いた混合気供給装置においては、絞り部の大きさだけでなく、両吸入通路の開口状態によりエンジンのトルク出力が異なる傾向を示すため、運転者のアクセル開操作とともに絞り部の開口を増加させても、それに比してトルク出力が増加するとは限らない。よって、統合制御部は、運転者のアクセル操作とエンジンの運転状態、空気流制御バルブの開口状態を考慮して、運転者が要求するエンジン出力を提供するように空気流制御バルブを制御し、効率良くエンジンの出力を制御する。例えば、全開にするよりもむしろ半分までしか開口しない方がトルク出力を増大できる場合には、運転者がアクセルを全開に操作しても、半分までしか絞り部を開口しない指令を発する。
【００３１】
空気流制御バルブ１２３に加工する低流量側開口部３０７と高流量側開口部３０９は、図９に示した形状のほかにも、制御目的や、適用するエンジンの特性に合わせて決定し、空気流制御部３０１に自由に加工する。例えば、図１６に示した空気流制御バルブはＦ方向に回転させて絞り部を開口させていった場合、低流量側開口部３０７が燃料噴霧口寄りの角部から徐々に開口する特性を持つ。図１７は、このバルブを用いた多連スロットル機構部における１気筒分の吸入通路を吐出口側から見た部分断面図である。図１７（１）の全開状態から、図１６に示した空気流制御バルブをＦ方向に回転させると、図１７（２）のように低流量側吸入通路１４５の燃料噴霧部１０５側上部寄りから絞り部の開口を開始して図１７（３）のように低流量側の絞り部の開口を増加させる。低流量側の絞り部が全て開口すると、図１７（４）のように高流量側の絞り部が開口し、やがて全開状態となる。その先は、図９に示したバルブと同様になる。図１７の（２）と（３）の状態においては、低流量側吸入通路１４５内において、図の左上側の部分に偏って絞り部が開口するため、そこを通過した空気流は、図１８に示すように吸入通路内の空気の旋回運動を発生させたり、図示していないが絞りの開口形状によっては他の回転運動を発生させるなど、吸入通路内の流動状態を活発化させる。この旋回流の発生や流動状態の活発化は、混合気における空気、燃料、再循環排気の混合状態を改善するとともに、シリンダ内部での空気流動を活発化して燃焼時の火炎伝播速度を向上させ、燃焼状態を改善するのに貢献し、結果として有害排気の発生を抑制することが可能となる。
【００３２】
図９で示した空気流制御バルブは、バルブの吸入側と吐出側との２箇所に絞り部を形成する形式であるが、図１９に示すような１箇所のみ絞りを形成する方式でも良い。２箇所の絞り部の開口のばらつきを考慮する必要が無く、安定的に吸気量の制御を行うことができる。
【００３３】
また、空気流制御バルブにおける吸入側と吐出側との間のシール構造においては、空気流制御バルブ１２３とそれを収めるケーシング１５７との隙間により調節する。あるいは、空気流制御バルブ１２３に他の部分より凸となるシール部１６５を設けてそこの部分とケーシング１５７とを接触させるか両者の間の隙間を低減することにより、シール部１５７にシール機能を集約させる構造も良い。このような構造により、空気流制御バルブ自体の加工精度をそれほど向上させずとも、高いシール効果を維持することができる。シール部は空気流制御バルブ自体に凸部を加工して形成するか、あるいは、空気流制御バルブに他のシール部材を組み込んで形成する。また、図示していないが、このシール部１６５は同様の考え方でケーシング側に形成しても良い。こうすることで、空気流制御バルブの回転範囲を拡大しても安定したシール効果が得られる。また、これらのシール部を変形しやすくすることにより異物混入時においてもバルブ全体が固着することを防止することが可能となる。
【００３４】
混合気供給装置内では、図４に示したように燃料噴霧機構部１０５と近接して設置される空気流制御バルブ１２３によって空気流を燃料噴霧機構部本体あるいは燃料噴霧口に導き、空気流と燃料粒とを衝突させることにより燃料粒の微粒化を行う。特に、図１７（２）や図１８に示したように、空気流制御バルブにより空気流を燃料噴霧口へ偏向させて供給し、噴霧口より出た直後の燃料に高速空気流を集中的に衝突させることにより、燃料粒の微粒化効果を高めることができる。あるいは、図２０に示したように、多連スロットル機構部のケーシング１５７にエアアシスト型マウント１６３を形成し、ここにアシストエア供給通路１６７を通じて空気流を導く。エアアシスト型マウント１６３の形状は、そこに取り付ける燃料噴霧機構部１０５の燃料噴霧口１６１とマウントの底部との間隔を２ｍｍ以下に狭め、噴射口から出た直後の燃料に噴霧方向とほぼ直角に空気流を衝突可能な形状となっており、その衝突により燃料をさらに微粒化させる。この手法を用いると、燃料噴霧機構部１０５そのものが特別な微粒化構造を有していなくとも、効果的に微粒な燃料噴霧が得られ、燃料噴霧機構部を安価に構成できる。よって、長期の使用にともなって燃料噴霧機構部の交換が必要になった場合にも、交換費用を低減できる。あるいは、図２１に示したように、多連スロットルのケーシング１５７に加工したマウント１５９内に、外部からの空気供給を受けて自身が放出する燃料粒の微粒化が可能な機構を内包するエアアシスト型燃料噴霧器１６９を取り付け、このエアアシスト型燃料噴霧器１６９にアシストエア供給通路１６７を通じて空気流を供給する方法によっても、微粒化効果を得ることが可能である。この手法においては、ケーシング加工や混合気供給装置の組立てにおける精度の影響が少なく、安定して燃料の微粒化を行うことが可能となる。図３０や図３１に示した構造におけるアシストエア供給通路１６７が吸入通路に連通して空気流を取り込む位置は、空気流制御バルブと同様の位置か、それよりも上流側に設けられ、空気流制御バルブより下流側との圧力差を利用して空気流を取り込む。図２０や図２１においては、バルブの低開度時にバルブの形状に導かれて空気流が集中し、圧力が周囲よりも高くなる位置にアシストエア供給通路１６７の吸入口を設けた。このような構造により、特に低開度時により高速な空気流を供給して微粒化効果を増大できる。また、図１０（１）から図１０（３）のように、低流量側の吸入通路のみの絞り部を開口して混合気形成することが多い場合には、図２２に示したように、アシストエア供給通路１６７の吸入口を高速側流入通路内に設置する。低流量側は絞り部の開口により圧力が低下するが、絞り部が開口しない高速側の絞り部から安定した高い圧力で空気流を供給することにより、バルブ低開度状態においてより安定した燃料微粒化効果が得られる。
【００３５】
図１に示した実施例においては、１気筒当たり２つの吸入口を有する直列４気筒型の自動車用エンジンに対応した混合気供給装置１０１の多連スロットル機構部１０３において、シリンダ４気筒分を一体で制御する空気流制御バルブ１２３を、１台の電動機１１１で駆動する。この方式においては、空気流制御に用いる電動機が１台で済むため、安価に製造しやすい特徴を持つ。
【００３６】
この他にも、図２３で示したように、シリンダ２気筒分に対応した空気流制御バルブと電動機と駆動機構とを２組内蔵する形式でも良い。この場合、図１で示した構造に比較して、１台当たりの空気流制御バルブを小型化できるため、駆動する電動機の必要駆動力が小さくて済むこと、バルブ駆動の応答性を増加可能なこと、バルブの軸方向における熱変形等による変形の影響が小さく、空気流の制御精度が高くなる等の特徴を得られる。
【００３７】
さらに、スロットル開度センサもそれぞれに備えることにより、バルブの加工精度や異物等の付着により生じる気筒毎の吸気のばらつきを補正することが容易となる。気筒毎の吸気のばらつきは、空気流制御バルブの上流部と下流部とにおける圧力を圧力センサで計測し、あるいは差圧を差圧センサにて計測し、バルブによる絞り部の開口の大きさとの関係で空気流量を統合制御部で算出して求めるか、あるいは、燃焼後の排気の酸素濃度センサや空気と燃料との比率を計測する空燃センサからの出力を統合制御部に取り込んで各気筒の吸気ばらつきを推定する。
【００３８】
図２４に示したように、シリンダ１気筒分に対応した空気流制御バルブと電動機と、駆動機構とスロットル開度センサとを４組内蔵する形式でも良い。この方式においては、シリンダ毎に混合気吸入量を決定可能であり、ばらつきを低減した木目の細かい混合気流量制御が可能である。
【００３９】
さらに、１気筒分の燃料噴霧機構部、スロットル機構部ケーシング、空気流制御バルブ、スロットル開度センサ、および電動機を１つのユニット上に構成し、このユニットを４つ連結させることにより、最終的な１台の混合気供給装置を構成しても良い。この構成においては、異なるシリンダ間の距離に合わせながら、混合気供給装置を組み立てることが可能であり、多くの種類のエンジンに容易に対応できる。
【００４０】
以上のように、本発明の実施例によれば次の混合気供給装置が構成される。
【００４１】
自動車用の多気筒型内燃機関に用いる混合気供給装置において、各シリンダに接続する吸入通路それぞれの途中に１個以上の絞り部を形成可能な空気流制御バルブを電動機により回転運動させて絞り部の形状を変化させる多連スロットル機構部に、各シリンダ毎に対応した数の電動機駆動の燃料噴霧機構部と、前記内燃機関で混合気を燃焼した排気の一部を回収して前記混合気に再び混合させる電動機駆動の排気再循環機構部と、前記３種類の機構部に対して一括して制御信号を送受信する統合制御部とが組み込まれた形式からなる混合気供給装置が構成される。
【００４２】
前記混合気供給装置において、多連スロットル機構部に内包する空気流制御バルブは、単体で複数の吸入通路に絞り部を形成可能であり、同じ回転角度においても各吸入通路毎に異なる絞り部の形状を形成することにより吸入通路内に吐出する混合気量や流速を制御することが可能であり、また、絞り部通過後の空気流の方向を元の吸入方向と変化させて吸入通路内の混合気の流れにおける旋回運動等の流動運動を制御可能である混合気供給装置が構成される。
【００４３】
前記混合気供給装置において、燃料噴霧機構部はシリンダ毎に対応して配置され、その噴霧口が吸入通路において空気流制御バルブよりもシリンダに近い下流側に位置し、各吸入通路内に向けて燃料を噴霧する混合気供給装置が構成される。
【００４４】
前記混合気供給装置は、多連スロットル機構部に内包する空気流制御バルブによって、燃料噴霧機構部の内部、あるいは燃料噴霧口近傍に吸入通路の平均的な空気流速よりも速い空気流を供給することが可能であり、その速い空気流を燃料噴霧機構部の内部噴霧口から出た直後の燃料に衝突させることが可能な混合気供給装置が構成される。
【００４５】
前記混合気供給装置において、前記排気再循環機構部で制御した排気を各吸入通路に分配するための再循環排気分配通路が多連スロットル機構部に組み込まれ、その通路から各吸入通路へと連通する再循環排気混入口は、空気流制御バルブよりも吸入通路においてシリンダ側の下流側に、かつ、吸入通路の周方向において燃料噴霧機構部の燃料噴霧口が存在する位置以外の場所に開口している混合気供給装置が構成される。
【００４６】
図２５から図３０は、混合気供給装置において、エンジン始動時の混合気形成に係わる実施形態例を示している。図２５および図２６を用いて、空気流制御バルブ１２３の回転動作状態、燃料噴霧機構部１０５の噴射タイミングの設定方法について説明する。
【００４７】
図２５に、ピストン行程、燃料噴射期間Ｔ、吸気流速のパターンＶを示す。エンジンの吸気行程期間の初期に燃料噴射（パルス幅Ｔｉ）を遅れ時間ΔＴ１をもって設定している。この噴射タイミングに対応して、吸気流速は噴射パルス幅Ｔｉ期間中に最大流速Ｖｍａｘ（Ａ領域）に到達し、噴射パルス終了の後遅れ時間ΔＴ２をもって所望の流速Ｖ（Ｂ領域）に切り換わるように制御される。
【００４８】
一方、図２６は、この流速パターンに対応する空気流制御バルブ１２３の作動状態を示している。図２６（１）は流速Ａの領域であり、空気流１１３ａは、空気流制御バルブ１２３の開口に連通するアシストエア供給通路１６７から、燃料噴霧機構部１０５のノズル噴孔回りを経て、供給通路の開口１６７ａより流出する。この開口１６７ａ部では空気流と燃料噴霧が衝突して微粒化が促進される。また、この開口１６７ａの下流では気流１４１ａは微粒化された噴霧を包み込むように流れ、通路壁面への燃料付着を抑制している。図２６（２）は流速Ｂの領域であり、空気流制御バルブ１２３の開口部はさらに拡大され、開口１２３ａより流入する空気流１１３ｂは、アシストエア供給通路１６７の開口１６７ａの下流側に流れ込み、気流１４１ｂは噴射された燃料噴霧を後押しして包み込むようにして搬送する。
【００４９】
空気流制御バルブ１２３としてロータリバルブを用いているが、バタフライバルブを用いる場合に限定される２ヶ所の吸入通路と比較して、局所的に高速空気流を得ることや開口部形状の自由度が高いことなど、利点が多い。また、燃料噴霧機構部１０５の燃料噴霧口は、空気流制御バルブ１２３よりも下流側に設けられているので、噴霧された燃料が空気流制御バルブ１２３の摺動面などに付着することを回避できる。これによって、固形の付着物（デポジット）による空気流制御バルブ１２３の動作不良を防止することができる。
【００５０】
なお、図２５に示した吸気流速のパターンは段階的に制御されているが、吸気２回に対して燃料噴射が１回のケースでは、始めの吸気時に開度小（一定）として微粒化を行い、次の吸気時に開度大（一定）で燃料噴射は無しとして噴霧を搬送する様にしても良い。
【００５１】
図２７には流入通路の開口形状と燃料噴霧機構部１０５の位置関係を示している。図２７（１）は開口面積を絞って燃料噴霧機構部１０５回りの流速を高めるようにした開口状態３２８を、図２７（２）はそこから開口面積をステップ的に拡大して気流の量を増大する凸形状の開口状態３３１を示している。図２５に示されるような流速パターンは空気制御バルブ１２３の開口をこのように加工し、制御して得られる。
【００５２】
図２８から図３０は、混合気供給装置におけるエンジン始動時の混合気形成について、エンジン試験により効果を確認したものである。
【００５３】
図２８は、多気筒内燃機関の気筒５０１の１つを示しており、本発明の混合気供給装置１０１を吸気弁５０６に近接して設けたものである。５０２は燃焼室、５０３はピストン、５０４はシリンダ、５０５はシリンダヘッド、５０６は吸気ポートを開閉する吸気弁、５０７は排気弁、５０８は点火プラグである。
【００５４】
試験は、自動車のエンジンの始動においてキーをＯＮとした直後のクランキングと呼ばれる毎分２００回転の運転状態から、ファーストアイドルと呼ばれる毎分１４００回転の運転に移行するまでの間に排出する炭化水素（ＨＣ）を監視したものである。特に始動から２０秒程度の時間に注目した。なお、この時のエンジン水温は２５℃である。また、燃料噴霧機構部１０５の噴射パルス幅Ｔｉは約７ミリ秒である。
【００５５】
混合気供給装置１０１より流入する空気流１１３ａは、内燃機関の吸気行程に燃料噴霧機構部１０５より噴射される噴霧を、シリンダヘッド５０５壁面に付着しないようにして燃焼室５０２に搬送する。これは燃料噴霧機構部１０５の噴射方向がシリンダヘッドの壁面５０５ａ方向に設定されていることや気流５０９ａ、５０９ｂがシリンダ５０４の内壁面に沿って流れることによるためである。
【００５６】
内燃機関の始動時に、燃料が壁面への付着などにより吸入通路内に滞留してしまうことを抑止できれば、噴射された燃料は素早く燃焼室内に流入し、燃焼室内の空気と燃料との比率（空燃比）が可燃となるまでの時間を短くできる。したがって、機関を始動させるために要する時間を短くすることができる（すなわち、始動性が良くなる）とともに、機関が完爆して始動するまでの期間に排出されてしまう燃料を減少させることができる。さらに、燃料の滞留がなくなれば、機関の出力が変化する過渡的な応答を早くすることにも効果がある。機関の負荷に応じて空気の吸入量が変化する場合、燃焼室内の空燃比を所定の値に保つために、燃料の噴射量も変化させる必要がある。このときに吸気管内に燃料が滞留していると、滞留した燃料が燃焼室に流入して所定の空燃比より濃い混合気が燃焼室内に流入したり、噴射された燃料が機関の吸気行程中に全てが燃焼室内に流入せずに滞留するために、所定の空燃比より薄い混合気が燃焼室内に流入してしまうことがある。このように、所定の空燃比より濃いまたは薄い燃料が燃焼室に流入することにより、機関が所定の性能を発揮できない場合がある。燃料の滞留がなくなれば、機関の出力が変化した場合においても、燃焼室内の空燃比が所定の値になるまでの応答時間が素早くなり、このような問題を避けられる。
【００５７】
図２９は、代表気筒の燃焼に対するＨＣ排出量を示したものである。従来の燃料噴射装置（燃料粒径９５μｍ）を図５に示すような従来の吸気系で用いた場合、始動から２回目の燃焼時に最も多くのＨＣが排出された。これは、上記の説明のように、エンジン始動時の初回の燃料噴射において、粒径が大きく、吸入通路や燃焼室の壁面に付着しやすいことから、１回目の燃焼に使用されずに壁流として残存した燃料が、２回目の燃焼に加わることが主な原因である。図ではエンジン始動より２回目の燃焼後のＨＣ排出量を基準として１回目、３回目、４回目の燃焼後を比較整理している。３回目、４回目の燃焼では、次第に空気流速が高くなるために燃焼が少しずつ進行する（壁流が抑制される）のでＨＣ排出量はやや少なくなっている。
【００５８】
一方、混合気供給装置１０１では噴霧粒径が３０μ以下と十分小さいため、気化の促進によって燃焼がすばやく進行すると共に、２回目以降においても空気流速の増加が加わって燃焼が促進し、ＨＣ排出量の増加が起こらない。
【００５９】
図３０は始動からファーストアイドルの間の約２０秒間におけるＨＣ排出パターンを従来（図５に示す構成において粒径が９５μｍの燃料噴射装置を用いたエンジン）と比較したものである。ＨＣ排出量は、従来に比してほぼ半減している。
【００６０】
燃料の微粒化が促進されることで、燃料の気化が促進され、燃焼室内に流入する燃料の気化率が向上したことが起因している。燃焼室内に流入する液体の燃料が減少することによって、排気中の未燃燃料成分を減少させることができるとともに、始動性も向上した結果である。
【００６１】
なお、別の効果として、微粒化のための空気を燃料噴霧機構部に別途供給する設備が必要はないので、コストの増加を招くことなく燃料の微粒化を促進することができる。また、混合気供給装置は各気筒に設けられているため、各気筒毎に流入する混合気の量を調整することが可能となり、また燃料の量も各気筒毎に調整することができる。このため、気筒毎の空燃比のばらつきや、混合気の流入量のばらつきを抑えられ、内燃機関を安定して運転することができ、燃焼異常等により生じる振動などを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】１気筒あたり２つの吸入口を有する直列４気筒型の自動車用エンジンを適用対象とした本発明に係る混合気供給装置外観概略図である。
【図２】図１で示した本発明による混合気供給装置をＸ方向から見た平面図である。
【図３】図１および図２で示した本発明による混合気供給装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１および図２で示した本発明による混合気供給装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】従来の一般的なエンジンの吸気系の構成を説明するための模式図である。
【図６】図５で示した従来型の一般的なエンジンの吸気系構成において、混合気をシリンダへ供給する流れを示した流れ図である。
【図７】図５に示したエンジンに本発明の混合気供給装置を適用したときの吸気系構成を示した模式図である。
【図８】図７で示した本発明の混合気供給装置を適用したエンジンの吸気系構成において、混合気をシリンダへ供給する流れを示した模式図である。
【図９】図１から図４に示した混合気供給装置に用いた空気流制御バルブの外観を示した模式図である。
【図１０】本発明の混合気供給装置の多連スロットル機構部において、図９で示した空気流制御バルブの回転とともに変化する２つの吸入通路の絞り部形成状態を示す部分断面図である。
【図１１】図９に示した空気流制御バルブにより、低流量側の吸入通路内絞り部を開口した状態での空気の流れを示す概略断面図である。
【図１２】図９に示した空気流制御バルブにより、低流量側と高流量側との両方の吸入通路内の絞り部を開口した状態での空気の流れを示す概略断面図である。
【図１３】図９に示した空気流制御バルブの開度と、吸入通路に形成する絞り部の相対開口断面積との関係を示したグラフである。
【図１４】図９に示した空気流制御バルブの開度を全開、および半開に固定した場合の、エンジン回転数とシリンダ吸気の効率とを示したグラフである。
【図１５】図９で示した空気流制御バルブを有する混合気供給装置を図７の吸気系配置で組み込んだエンジンにおいて、エンジンを毎分１５００回転で運転した状態で、バルブの相対開口面積を変化させたときのシリンダ吸気の効率を示したグラフである。
【図１６】図９とは異なる開口形状を有する空気流制御バルブの外観を示した概略図である。
【図１７】図１６に示した空気流制御バルブを組み込んだ多連スロットル機構部において、バルブの開度を変化させて、その吸入通路近傍を、シリンダへの吐出側から見た部分断面図である。
【図１８】図１６に示した空気流制御バルブを組み込んだ多連スロットル機構部において、バルブの開度を変化させて、その吸入通路近傍を、シリンダへの吐出側から見た部分断面図である。
【図１９】吸入通路毎に絞り部を１箇所形成する方式の空気流制御バルブを用いた混合気供給装置における、図４に相当する断面図である。
【図２０】吸入通路とエアアシスト型マウントとがアシストエア供給通路により接続された混合気供給装置における、図４に相当する断面図である。
【図２１】吸入通路とマウントとがアシストエア供給通路により接続され、エアアシスト型燃料噴霧機構部にアシストエア供給通路を通じて空気流を供給する混合気供給装置における、図４に相当する断面図である。
【図２２】燃料噴霧機構部に空気流を供給するアシストエア供給通路が高速側吸入通路に開口した混合気供給装置における部分概略図である。
【図２３】電動機と駆動部と空気流制御バルブとを２台ずつ内包し、それぞれ１台あたり４つの吸入通路の空気流を制御する形式の混合気供給装置の外観を示した概略図である。
【図２４】電動機と駆動部と空気流制御バルブとを４台ずつ内包し、それぞれ１台あたり４つの吸入通路の空気流を制御する形式の混合気供給装置の外観を示した概略図である。
【図２５】本発明による空気流制御バルブの速度パターンを示す図である。
【図２６】空気流制御バルブの動作状態を示す、混合気供給装置の部分断面図である。
【図２７】空気流制御バルブの開口部の形状を示す図である。
【図２８】本発明に係る混合気供給装置を多気筒内燃機関に搭載した部分断面図である。
【図２９】多気筒内燃機関の代表気筒における燃焼に伴うＨＣ排出量を従来の噴射弁と比較した図である。
【図３０】始動からファーストアイドル間のＨＣ排出パターンを従来の噴射弁と比較した図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０１…混合気供給装置、１０３…多連スロットル機構部、１０５…燃料噴霧機構部、１０７…排気再循環機構部、１０９…統合制御部、１１１…電動機、１１３…低流量側吸入口、１１５…高流量側吸入口、１１７…燃料供給部、１１９…燃料供給口、１２１…再循環排気導入口、１２３…空気流制御バルブ、１２５…軸受、１２７…シール部材、１２９…駆動機構、１３１…スロットル開度センサ、１３３…統合制御回路、１３５…デフォルトバネ機構、１３７…再循環排気制御バルブ、１３９…再循環排気分配管、１４１…再循環排気混入口、１４３…低流量側吸入通路、１４５…高流量側吸入通路、１４７…低流量側混合気吐出口、１４９…高流量側混合気吐出口、１５１…低流量側絞り部、１５３…高流量側絞り部、１５５…開口部、１５７…ケーシング、１５９…マウント部、１６１…燃料噴射口、１６３…エアアシスト型マウント、１６５…シール機構部、１６７…アシストエア供給通路、１６９…エアアシスト型燃料噴霧機構部、１７１…取り付けフランジ、１７３…取付穴、２０１…吸気管、２０３…スロットル装置、２０５…サージタンク、２０７…エンジン本体、２０９…シリンダ、２１１…独立吸気管、２１３…シリンダ吸入口、２１５…燃料噴霧器、２１７…排気管、２１９…肺記載循環経路、２２１…再循環排気制御装置、２２３…空気流動制御バルブ、３００…回転体、３０１…空気流制御部、３０３…軸受取付部、３０５…開度センサ接続部、３０７…低流量側開口部、３０９…高流量側開口部、３１０、３１１…吸入通路、３１３…気筒間シール部材、３１５…可動シール部材、３１７…バルブ挿入孔、３１９…ガイド溝、３２１…押さえつけ空気通路、３２３…電磁石、３２５…曲率低減部、３２８…吸入通路の開口状態、３３１…吸入通路の凸形状の開口、５０１…多気筒内燃機関の１つ、５０２…燃焼室、５０３…ピストン、５０４…シリンダ、５０４ａ…対向壁、５０５…シリンダヘッド、５０６…吸気弁、５０７…排気弁、５０８…点火プラグ、５０９ａ…シリンダ内壁からピストンに沿う流れ、５０９ｂ…プラグ下からシリンダ壁を経てピストンに沿う流れ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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