JPS6124539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は空気燃料混合気の供給方法およびその
装置に関し特に火花点火装置を具備した内燃機関
の空気燃料混合気の供給方法およびその装置に関
する。

従来の技術及び問題点 火花点火機関の燃料供給装置としては気化器及
び可変ベンチユリ型気化器並びに燃料噴射装置が
知られている。内燃機関の燃料供給に際しては、
燃料がエンジン運転状態に応じて適切な空燃比を
提供し且つ適切に霧化され且つ吸入空気中に一様
に分布されなければならない。しかしながら、現
実には燃料が液体のまま吸気管の内壁に付着した
りするためにより多くの燃料を供給する必要があ
り、従来の燃料供給装置では燃費や排気浄化性能
に問題があつた。

従来の気化器は運転状態に応じて適切な空燃比
を提供するとともにそこを通る吸入空気流により
燃料が霧化されるようになつているが、流速が比
較的に低いために霧化や一様分布の性能が低かつ
た。又、燃料噴射装置の場合にも十分な霧化や一
様化が達成されるとは言えない。

本発明は高速気流を用いて燃料を導入し且つ霧
化することを特徴とするものであり、従来の気化
器や燃料噴射装置と思想を異にするものである。
しかしながら、高速気流を用いるという点に関し
ては、従来からソニツク気化器
（SAEPaper780078、或いは、科学技術分献速報
M78191510参照）やソニツクアイドルランノズル
（AutomotiveEngineering1975／７）が知られて
いる。

しかしながら、これらの公知の方法はいずれも
本発明が基礎をおいている原理を使用するもので
はない。これらの公知方法の欠点は燃料霧化のた
めのそれ自体高度に複雑化した装置、特に空気燃
料混合気の比率と速度を制御するシステムとして
複雑化しているか、または燃料の十分良好な霧化
が行われず現在のエンジンが燃焼の清浄化と効率
に関して遭遇せねばならない高度の要求に対する
混合気制御の精度が低いことにある。

特公昭35−4904号公報及び特開昭49−25325号
公報には、エンジンにより駆動されるポンプによ
り高圧空気を生成し、この高圧空気のエネルギー
により燃料を微粒化する装置が記載されている。
しかしながら、ポンプ吐出流量は単にエンジン回
転数に比例するだけであつてエンジンに要求され
る吸入空気量とは対応しないので、高圧空気によ
り導入される燃料量はエンジンの要求量とはかけ
離れたものとなり、運転状態に応じた適切な空燃
比を得ることができなかつた。

本発明の目的はエンジン負荷に応じた空燃比の
混合気を正確に提供することができ、且つ良好な
燃焼を行うために必要な適正な霧化と混合気の一
様化とを簡単な比較的安価な装置により可能とす
ることである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明による空
気燃料混合気供給方法は、高速気流を霧化媒体と
して使用し燃料を霧化して空気燃料混合気を供給
する方法において、周囲大気圧よりも高い圧力下
にある気体により燃料を連続的に導入し、該気体
はエンジンにより吸入される吸入量の数乃至数給
パーセントの量とし、導入燃料量は該気体の圧力
の関数であり、前記気体の圧力をエンジン速度及
びエンジン負荷に応じて制御して、空燃比がエン
ジン全負荷領域において最大の平均有効圧力を生
じるようにし且つエンジン部分負荷領域において
燃料消費を最小とするために、全負荷領域よりも
薄くなるようにし、上記の如くして準備された混
合気をエンジンの吸気マニホールド内のスロツト
ル前方に導入しそこで該混合気をエンジンにより
吸入される空気と混合し気筒を充満し、エンジン
の制動効果を使用する惰走状態ではスロツトルの
下流に発生する負圧を用いて前記燃料導入のため
に大気圧より高い圧力下にある気体の供給を中断
し、燃料の導入を中断する、ことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による空気
燃料混合気供給装置は、エンジンの吸気マニホー
ルド内でスロツトルの上流に霧化器を設け、該霧
化器にはスロツトルに向かつて開口する内部通路
を設けるとともに、該内部通路には浮子室に通じ
る燃料通路の燃料ノズルが開口し且つ大気圧より
も高い圧力で気体を供給する気体供給源に通じる
気体通路が開口し、さらに、前記気体通路の気体
の圧力をエンジン回転数及びエンジン負荷に応じ
て調整する圧力調整装置を設け、前記霧化器に供
給された前記大気圧よりも高い気体の圧力により
霧化器内に燃料を導入するとともに該霧化器内に
おいて導入された燃料と該気体とを混合し、この
混合気がさらに吸気マニホールド内においてエン
ジンにより吸入された空気と混合されるようにし
たことを特徴とする。さらに、惰走状態において
は前記圧力調整装置により前記気体の供給を中断
して燃料導入を中止する。

実施例 本発明による空気燃料混合気供給装置は霧化器
を含み、この霧化器は第１図の例においては霧化
器１として、第３図及び第６図に例においては霧
化器２として、又第４図及び第７図の例において
は霧化器３としてそれぞれ示されている。霧化器
１，２又は３はエンジンの吸気マニホールド４内
のスロツトル５（第１図）、又は６（第３図、第
４図）の上流に設けられる。霧化器１，２，３は
図示の如く一端が盲となつており且つ他端がスロ
ツトル５，６に向かつて開口された内部通路を有
し、この開放端部はラツパ状に拡開するデイフユ
ーザ１０として形成される。霧化器１，２，３の
前記内部通路には、浮子室８に通じる燃料通路７
の燃料ノズルが開口する。霧化器１，２，３の前
記内部通路にはさらに、周囲の大気圧よりも高い
圧力の空気若しくはその他の排気等の気体を供給
する気体供給源に通じる気体通路９が開口する。

気体通路９を通じて供給される気体の圧力は従
来方法により得ることができ、原理的にはエンジ
ン速度と負荷に応じて制御され、付加的には他の
因子により制御される。気体通路９を通じて供給
される気体の圧力は、一面において送り出される
燃料の量を決定し、同時に霧化器１，２，３内で
燃料と混合されて燃料を霧化する媒体として作用
する。気体通路９から供給される気体の圧力は大
気圧よりも高く、霧化器１，２，３の内部通路を
通るときの速度は十分に大きくなつており、従つ
て燃料の霧化が促進され、燃料が壁内に付着する
可能性が小さい。霧化器１，２，３に供給される
空気又は排気等の気体の量はエンジンにより吸入
される吸入量の数パーセント乃至数拾パーセント
であり、吸入量の残りの量は吸気マニホールド４
内を霧化器１，２，３の上流から流入してくるも
のである。従つて、霧化器１，２，３内にあつて
は混合気はまだ過濃な状態にある。この過濃な混
合気は霧化器下端部のデイフユーザ１０に沿つて
膨脹しつつ霧化器１，２，３の外へ押出され、そ
こで吸気マニホールド４内を上流から流入してく
る空気とさらに混合される。即ち、霧化器１，
２，３内において予混合されつつ霧化を促進さ
れ、デイフユーザ１０に沿つて膨脹しつつ吸入空
気とさらに混合される。これによつて、混合気の
良好な霧化と一様化が得られる。この混合気がエ
ンジン気筒に吸入される。

霧化器１，２，３は単体又は機械的に連結され
た複数要素からなるカートリツジとして形成され
ており、前述したデイフユーザ１０の他に、前記
燃料通路７及び気体通路９の開口部を形成すべく
それぞれ複数のノズルを有しており、これらのノ
ズルの形状、寸法、個数、向き等はそれぞれに変
化したものとすることができ。即ち、開口部或い
はノズルが多段に設けられる。例えば、第１図に
おいては頂部及び下部に気体供給口が見え、それ
らの中間に燃料ノズルが見える。又、第６図及び
第７図においては異つた向きの気体ノズルが見え
る。第３図及び第４図においては円周方向の通路
から霧化器軸線に直角に開口した開口部が見え
る。第４図においてはさらにそのうちの一段とし
て通路１１が見え、この通路１１からは排気を導
入することができる。このように気体や燃料のノ
ズルを種々の形状や配置で多段に設けることは、
導入される気体が大気圧より高い（即ち、吸気マ
ニホールド４内スロツトル５，６の上流の圧力よ
り高い）からこそ任意にできることであり、ノズ
ルを多段に設けることにより高速気流が種々の方
向から多段にわたり燃料又は混合気に衝突し、燃
料をさらに良好に微粒化してその結果一様化がさ
らに良好になる。尚、開口部は必ずしもノズルで
なくても環状のスロツトとすることもできる。

気体通路９に通じる気体供給源は、好ましくは
エンジンのクランクシヤフト（図示せず）と連結
した容積ポンプ１４からなり、好ましくはこのポ
ンプ１４の軸に取付けた遠心ガバナ１５を有し、
ガバナ１５はエンジン回転数に応じてレリーズ弁
１５または減圧弁（図示せず）を制御する。又、
圧力調整装置として、気体通路９にエンジン回転
数に応じて作動する後述の圧力制御弁を設けるこ
とができ、そのような制御弁はエンジン回転数や
エンジン負荷（アクセルペタル位置、エンジン吸
入質量）の他に吸気温湿度やエンジン温度等のそ
の他の因子に応じて電子システムにより制御され
るようにすることもできる。又、通路１１を介し
て供給される排気の供給源はエンジンの排気マニ
ホールドであり、通路１１の途中に圧力制御弁を
配置できることは明らかであろう。

前述したように、浮子室８の燃料は燃料通路７
を介して霧化器１，２，３内に導入され、その導
入量は気体通路９を介して供給される気体の圧力
の関数となつており、好ましくはその導入量が気
体の圧力に比例する。これを達成するために、第
１図の例においては浮子室８の燃料の上部空間が
吸気マニホールド４のスロツトル５上流に通じる
ベント孔を有し、燃料通路７が霧化器１のベンチ
ユリに開口している。この場合、燃料導入のため
に気体通路９を介して供給される気体の静圧が利
用される。又、第３図及び第４図に示される例に
おいては浮子室８の燃料の上部空間と気体通路９
とが連通路１３により連通され、浮子室８の燃料
が気体通路９の圧力に応じて燃料通路７を介して
霧化器２，３に押出される。

第３図、第４図および第５図に示す実施例で
は、制御系は気体通路９に設けられスロツトルの
下流の圧力値により空気圧アクチユエータ２１
（第５図）により制御される分配速度弁２０を含
む。この分配速度弁２０は更にスロツトル５，６
に並設されたアクセルペタルにより機械的に制御
される。前記制御装置は惰走時に分配速度弁２０
を全閉し、アイドル回転時にはポートのみを所定
量だけ開き、エンジンの部分負荷時には分配速度
弁２０をエンジン速度と負荷に依存するスロツト
ル５，６の下流圧力の関数として開き、エンジン
の全負荷時にはスロツトル６を全開しかつアクセ
ルペタルに連動して分配速度弁２０を全開させ、
従つて過濃な出力空燃比を提供することができ
る。

第１図に示す実施例では、本発明装置の制御系
は気体通路９に速度スロツトル１８を備え、この
速度スロツトル１８をバイパスするアイドル回転
通路１９を設け、アイドル回転通路１９にポペツ
ト形のバイパス弁を配置して構成される。速度ス
ロツトル１８は第３図から第５図の速度分配弁２
０と同様に吸気マニホールド４内のスロツトル５
の下流の吸気負圧により作動するアクチユエータ
（第５図のアクチユエータ２１参照）及びスロツ
トル５と連動するアクセルペダルと機械的に連鎖
する。又、バイパス弁は上方のスプリングにより
開弁方向に付勢されつつ補償制御貯留器１７のダ
イヤフラムに連結され、ダイヤフラムはさらに貯
留器１７内の下方スプリングにより付勢されてい
る。貯留器１７は吸気マニホールド４スロツトル
５下流に連結される。尚、スロツトル下流のマニ
ホールド負圧は制動時の惰走状態で大きくなるこ
とは公知である。従つて、ダイヤフラムは惰走状
態で下方に引かれることができる。バイパス弁は
上方のスプリングに付勢されて開かれている。

エンジンが始動された後でアイドル状態にある
ときには、スロツトル５，１８が閉じられ且つバ
イパス弁が開かれており、バイパスのアイドル通
路のみを通つて気体が流れる。このときに速度ス
ロツトル１８の上流の圧力は小さいが貯留器１７
内の負圧と協働してバイパス弁の開度を調節し、
ポンプ１４の脈動の影響を補償して安定したアイ
ドル回転を得る。エンジン部分負荷時にはスロツ
トル５，１８が開かれ、スロツトル５の開放に応
じてポンプ１４から供給される空気の圧力が高く
なり、かくしてバイパス弁が閉じる。このときに
は、速度スロツトル１８の開度はエンジン負荷に
応じて制御されることになり、エンジン全負荷時
にはスロツトル５が全開されるとともに速度スロ
ツトル１８がアクセルペダルに連動して最大限に
開かれ、従つて過濃な出力空燃比を提供すること
ができる。エンジンの制動効果を使用する惰走条
件下ではスロツトル５，１８が閉じられるととも
に大きな吸気負圧によりバイパス弁が閉じられ、
従つて燃料が供給されない。

以上説明したように、本発明によれば燃料が霧
化器１，２，３内において気体通路９から供給さ
れた気体と混合され、燃料又は混合気は霧化器
１，２，３に設けた多段ノズルから噴射された気
体に衝突されてさらにその霧化性能を高めつつ霧
化器１，２，３の下流端のデイフユーザ１０に沿
つて膨脹し、吸気マニホールド４内を吸気マニホ
ールドの軸線方向に一様分布する（軸流）ように
拡がつていく。さらにその下流において一様分布
を維持するためには、スロツトル５，６は従来の
一方側に開くバタフライ弁でないのが好ましく、
スロツトル６は第３図及び第４図に示されるよう
にエンジン吸気マニホールド４の断面形状に合せ
た形状の対称的な開口要素からなるのが好まし
い。

スロツトル５，６が閉じていて、燃料分配速度
が小さく且つ燃料霧化性能が乏しい場合には、ス
ロツトル５，６に設けたアイドル回転霧化器１２
を用いるのが有利である。アイドル回転時には、
スロツトル５，６の上下に公知のように圧力差が
生じ、この圧力差を用いて通路を絞れば高速気流
が生じる。前記した霧化器１，２，３で準備され
た混合気はスロツトル５，６を通るときにこのア
イドル回転霧化器１２に別個に設けた絞り通路か
らの高速気流に衝突され、これを通つた後膨脹す
る。これによりアイドル回転時に霧化を促進し、
その下流において混合気を一様に分布させる。霧
化器１２は第２図に示す如くラバールノズル、ラ
バールノズル下流に同軸状に設けたポートおよび
他のノズルからなり、該後者のノズルはスロツト
ル５，６の下流で一様化し霧化した混合気を多段
的に適切に膨脹させる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば高圧空気
のエネルギーにより燃料の霧化及び一様化が改善
されるとともに、その高圧空気の圧力を制御する
ことによつてエンジンの要求に適合した空燃比を
得ることができるので、その結果として良好な燃
焼を行うことができるので燃費が向上するととも
に排気ガス中の有害成分を低減することができ
る。さらに、本発明による装置は最近の複雑化し
た気化器や燃料噴射装置よりも低コストで製造す
ることが可能である。さらに本発明によれば燃料
カツトを高圧空気の供給を中断することによつて
行うことができるので、燃料カツトのために従来
のように特別の電磁弁を設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を線図的に表わしたもの、
第２図は本発明装置のアイドル回転霧化器を示
す、第３図は他の実施例の長手方向断面図、第４
図はさらに他の実施例の長手方向断面図、第５図
は上方からみた装置の図で速度弁は断面で示す、
第６図は実施例の霧化器の断面図、第７図は気体
を２つの供給源から供給される霧化器の断面図で
ある。 １，２，３……霧化器、４……吸気マニホール
ド、５，６……スロツトル、７……燃料通路、８
……浮子室、９……気体通路、１０……デイフユ
ーザ、１１……通路、１２……アイドル回転霧化
器、１３……連通路、１４……ポンプ、１５……
遠心ガバナ、１６……レリーズ弁、１７……補償
制御貯留具、１８……分配速度スロツトル、１９
……アイドル回転通路、２０……分配速度弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速気流を霧化媒体として使用し燃料を霧化
   して空気燃料混合気を供給する方法において、 周囲大気圧よりも高い圧力下にある気体により
   燃料を連続的に導入し、該気体はエンジンにより
   吸入される吸入量の数乃至数給パーセントの量と
   し、導入燃料量は該気体の圧力の関数であり、 前記気体の圧力をエンジン速度及びエンジン負
   荷に応じて制御して、空燃比がエンジン全負荷領
   域において最大の平均有効圧力を生じるようにし
   且つエンジン部分負荷領域において燃料消費を最
   小とするために全負荷領域よりも薄くなるように
   し、 上記の如くして準備された混合気をエンジンの
   吸気マニホールド内のスロツトル前方に導入しそ
   こで該混合気をエンジンにより吸入される空気と
   混合し気筒を充満し、 エンジンの制動効果を使用する惰走状態ではス
   ロツトルの下流に発生する負圧を用いて前記燃料
   導入のために大気圧より高い圧力下にある気体の
   供給を中断し、燃料の導入を中断する、ことを特
   徴とする空気燃料混合気供給方法。 ２ 燃料の要求量が少なく霧化の質が乏しいアイ
   ドル回転中は、スロツトルの上下に生じる圧力差
   を用いて混合気をスロツトルに別個に設けた絞り
   通路を通る複数の流れに分離し、これらの流れが
   合流するときに相互に衝突し、さらにスロツトル
   下流で膨脹を生ぜしめることによつてさらに混合
   気を一様化するようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の空気燃料混合気供給方
   法。 ３ 前記燃料導入のために大気圧より高い圧力下
   にある気体の圧力を、エンジン回転数及びエンジ
   ン負荷の他にエンジン温度並びに吸入空気の温度
   及び湿度により補助的に制御することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の空気燃料混合気供
   給方法。 ４ 燃料が前記大気圧よりも高い圧力の気体によ
   り導入されて混合されるに際して、前記気体が異
   つた位置にある複数のノズルから多段に導入され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   空気燃料混合気供給方法。 ５ エンジンの吸気マニホールド内でスロツトル
   の上流に霧化器を設け、該霧化器にはスロツトル
   に向かつて開口する内部通路を設けるとともに、
   該内部通路には浮子室に通じる燃料通路の燃料ノ
   ズルが開口し且つ大気圧よりも高い圧力で気体を
   供給する気体供給源に通じる気体通路が開口し、
   さらに、前記気体通路の気体の圧力をエンジン回
   転数及びエンジン負荷に応じて調整する圧力調整
   装置を設け、前記霧化器に供給された前記大気圧
   よりも高い気体の圧力により霧化器内に燃料を導
   入するとともに該霧化器内において導入された燃
   料と該気体とを混合し、この混合気がさらに吸気
   マニホールド内においてエンジンにより吸入され
   た空気と混合されるようにし、さらに惰走状態に
   おいては前記圧力調整装置により前記気体の供給
   を中断して燃料の導入を中止するようにしたこと
   を特徴とする空気燃料混合気供給装置。 ６ 前記霧化器の前記内部通路への前記気体通路
   の開口部が多段に設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の空気燃料供給装
   置。 ７ 前記開口部の少くとも一段には空気が供給さ
   れ、前記開口部の他の少くとも一段には排気が供
   給されることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の空気燃料混合気供給装置。 ８ 前記燃料ノズル及び前記気体通路の開口部が
   複数個あり、その形状及び向きが相互に異つてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   空気燃料混合気供給装置。 ９ 前記浮子室がエンジンの吸気マニホールド内
   のスロツトル上流に連通するベント孔を具えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の空気
   燃料混合気供給装置。 １０ 前記浮子室が連通路を通じて前記大気圧よ
   り高い圧力の気体を供給する気体通路に連通し、
   該気体通路の圧力により浮子室の燃料を前記燃料
   通路から押出すようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の空気燃料混合気供給装
   置。 １１ 前記スロツトルがエンジンのアイドル回転
   用霧化器を具えた対称な開口要素からなり、該ア
   イドル回転用霧化器が混合気流と同軸状に配置し
   たラバールノズル、該ラバールノズルの下方に同
   軸状に設けたポートおよび混合気膨脹用の適宣段
   とした他のノズルからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の空気燃料混合気供給装
   置。 １２ 前記気体供給源が容積ポンプからなり、前
   記圧力調整装置が減圧弁により構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の空気
   燃料混合気供給装置。 １３ 前記気体供給源が遠心ガバナーを有する容
   積ポンからなり、前記圧力調整装置が該遠心ガバ
   ナーにより制御されるレリーズ弁により構成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   空気燃料混合気供給装置。 １４ 前記圧力調整装置が前記気体通路に配置さ
   れた速度スロツトルと、該速度スロツトルをバイ
   パスして前記気体通路に連結されたバイパス通路
   と、該バイパス通路に配置されたバイパス弁とか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の空気燃料混合気供給装置。 １５ 前記圧力調整装置が分配速度弁からなり、
   該分配速度弁が前記気体通路内に設けられた空気
   圧アクチユエータに機械的に連鎖し、該アクチユ
   エータがスロツトルの下流の圧力により制御さ
   れ、該分配速度弁が更にスロツトルを並設された
   アクセルペタルに連鎖することを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の空気燃料混合気供給装
   置。 １６ 前記圧力調整装置が減圧弁を直接に制御す
   る電子システムである特許請求の範囲第５項記載
   の空気燃料混合気供給装置。