JP2005513323A - 燃料調量装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料調量装置であって、燃料チャンバ（５）と、燃料チャンバ（５）に通じる、開放および閉鎖可能な燃料入口（６）と、燃料チャンバから内燃機関の吸気通路（１６）に通じる、少なくとも１つの燃料出口（１４）とが設けられており、燃料チャンバ（５）の内壁の一部が第１の、燃料チャンバ（５）内の圧力と周囲空気圧との間の圧力差に依存して可動なエレメント（１２）から成っており、該第１のエレメント（１２）が、燃料入口（６）を開放および閉鎖するための閉鎖エレメント（７，８）に連結されている形式のものに関する。この燃料調量装置により、吸気通路（１６）に、内燃機関の所定の運転位置に合わせて供給しなければならない燃料量が、周囲空気圧に依存して自動的に調整される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の燃料調量装置に関する。

この種の燃料調量装置は一般に内燃機関のためのダイヤフラム式気化器として使用される。ダイヤフラム式気化器の場合、吸気行程中に吸気通路またはクランク室内に発生する負圧により、可動なダイヤフラムが変位させられ、これにより、燃料ロックが開放され、新鮮な燃料が燃料チャンバ内に流入することができる。燃料チャンバから燃料が、自体公知の調整装置とノズルとを介して吸気管内に流入し、そこで、燃料はやはり流入した空気と混合し、最終的に燃料・空気混合物として燃焼室内に導かれる。その際、気化器の、その他の特有の変量と並んで、ダイヤフラムの変位はその都度搬送される燃料量を決定する。エンジン回転数と搬送される燃料量とはほぼ比例関係にある。それというのは、エンジン回転数が高い場合には、単位時間当たり多くの燃料が吸い込まれる一方、エンジン回転数が低く、相応にストローク数が減じられている場合には、僅かな燃料が流動するに過ぎないからである。

ドイツ連邦共和国特許第１９９１３０７３号明細書から公知の燃料調量装置の場合、例えばダイヤフラムにより形成される可動なエレメントの位置および／または可動性はアクティブなアクチュエータにより影響を及ぼされることが可能であって、その制御部は内燃機関の点火装置に連結されている。このようにして、点火インパルスの欠落時には、内燃機関の吸気管への燃料の無駄な供給が減じられることができるし、さらには完全に阻止されることもできる。

燃料・空気混合物が気化器を介して供給される内燃機関の運転時、燃料・空気混合物の、化学量論的に正確な組成は完全燃焼、最適なエンジン出力およびエンジンの適当な排出ガス特性のための重要な前提条件を成す。

空気の体積百分率当たりの酸素の濃度は一般に、内燃機関が使用されるその都度の高度位置に依存しており、酸素濃度は高度が高くなればなる程減少する。それに応じて、内燃機関の出力は、より高い高度で使用されると、減じられた酸素濃度と、これに起因する燃料・空気混合物の、化学量論的に正確な組成からのズレとにより低下させられる。このことは、変更された使用高度に適合させるための、気化器の新たな調整を、内燃機関に供給したい最適な燃料・空気比を再形成するために必要とする。

本発明の課題は、内燃機関を自動的に種々異なる使用高度に合わせて運転することが可能な燃料調量装置を提供することである。

本発明により、上記課題は請求項１の特徴部に記載された特徴を備えた燃料調量装置により解決される。有利な構成は従属請求項に記載されている。

本発明による燃料調量装置は、燃料チャンバと、燃料チャンバに通じる、開放および閉鎖可能な燃料入口と、燃料チャンバから内燃機関の吸気通路に通じる、少なくとも１つの燃料出口とを有しており、燃料チャンバの内壁の一部が第１の、燃料チャンバ内の圧力と周囲空気圧との間の圧力差に依存して可動なエレメントから成っており、該第１のエレメントが、燃料入口を開放および閉鎖するための閉鎖エレメントに連結されており、その際、吸気通路に、内燃機関の所定の運転位置に合わせて供給しなければならない燃料量が、周囲空気圧に依存して調整可能である。

本発明による燃料調量装置の本質的な利点は、空気の組成の変化がその都度、該当する高度に依存して自動的に、適当に供給される燃料量により補償される点にあって、その結果、内燃機関には常に、化学量論的に正確な燃焼の点で必要なだけの燃料が供給される。

有利な構成では、燃料調量装置に、吸気通路への燃料供給を調節するための通流量調整装置と、通流量調整装置に連結可能な調節装置と、周囲空気圧の変化を検出するための圧力検出装置とが設けられている。さらに、本実施形態の燃料調量装置は、通流量調整装置を操作するために、圧力検出装置に依存して調節装置を運転することができる制御装置を有している。

本発明による燃料調量装置の有利な構成では、圧力検出装置がノズルニードルを、燃料チャンバと吸気通路との間に設けられた通路内に通流量調整装置として有していることができ、通路内でのノズルニードルの位置は、制御装置により運転されることができる調節装置によって調節される。例えば圧力センサおよびこれに類するもののような圧力検出装置により検出されることができるその都度の周囲空気圧に依存して、ノズルニードルは例えば制御装置のデジタルな信号により、調量装置内の混合物組成が、化学量論的に正確な割合を取るように調節されることができる。

別の有利な構成では、通流量調整装置が閉鎖エレメントを有していることができ、調節装置が第１の可動なエレメントを有していることができる。この構成では、第１の可動なエレメントが、周囲空気圧に依存したプレロード力により負荷されることができ、第１の可動なエレメントがプレロード力の変化により運動させられることができ、これにより、閉鎖エレメントが操作されることができる。

前記の構成では、プレロード力が磁気的な相互作用に基づいていることができる。この場合、第１の可動なエレメントに対向する位置に、第２のエレメントが配置されていることができ、該第２のエレメントは周囲空気圧の変化に依存して第１の可動なエレメントの方向に可動である。さらに、第１の可動なエレメントにも、第２の可動なエレメントにも、第１もしくは第２の磁気的な部分が取り付けられており、第２の可動なエレメントは第１の可動な部分に、第１の磁気的な部分と第２の磁気的な部分との間の磁気的な相互作用が強化されるような形で接近し、その結果として、第１の可動な部分は、閉鎖エレメントを操作するために運動することができる。

上記の構成の本質的な利点は、周囲空気圧の減少時に、まず第２の可動なエレメントの可動性により、第２の可動なエレメントに取り付けられた第２の磁気的な部分が第１の可動なエレメントもしくはそれに取り付けられた第１の磁気的な部分の方向に運動させられ、これにより、両方の磁気的な部分間の間隔が減じられる点にある。結果的に、磁石間の相互作用が強化され、このことは、第１の磁気的な部分が第２の磁気的な部分によってより強く吸引されることにつながる。これにより、第１の可動なエレメントの位置が変化し、これにより、第１の可動なエレメントに連結された閉鎖エレメントは燃料入口を、燃料チャンバを通流する燃料の量が、使用高度の変化に対する化学量論的な割合の適合のために減じられるように狭窄する。

特に有利な構成では、圧力検出装置がチャンバを有していることができ、さらに、制御装置が第２の可動なエレメントを有していることができる。その際、第２の可動なエレメントはチャンバを気密に閉鎖することができ、第１の可動なエレメントと第２の可動なエレメントとの間には中間室が設けられており、該中間室が周囲に向かって開いている。周囲空気圧の減少時、相応に第２の可動なエレメントが第１の可動なエレメントの方向に運動するようになり、これにより、両方の磁気的な部分間の、前記の磁気的な相互作用と、これにより得られる、流入する燃料量の修正とが得られる。

燃料調量装置の別の構成では、調節装置が、アクティブなアクチュエータを有しており、該アクチュエータによりプレロード力が生ぜしめられる。この場合、第１の可動なエレメントに、第１の磁気的な部分が取り付けられていることができる一方、アクチュエータは電磁石から成っていることができ、電磁石は第１の磁気的な部分に対向して位置しており、電磁石を通流する電流は周囲空気圧に比例している。さらに、アクチュエータは特性マップ制御部に電気的に接続されていることができ、特性マップ制御部は電磁石を通流する電流を、周囲空気圧に依存して調節する。

この構成では、特性マップ制御部が例えばアナログまたはデジタルな電磁信号を出力することができ、この信号により、測定された周囲空気圧に基づいて、電磁石の適当な通電と、ひいては燃料・空気混合物の、空気圧および負荷事例に見合う化学量論的な組成とが調節されることができる。

本発明による燃料調量装置の、前記の全ての可能な構成が有する利点は、吸気通路に内燃機関の運転のために供給しなければならない燃料量が周囲空気圧の減少時に自動的により小さな値に調節されることができ、それにより、燃料・空気混合物のために、その都度支配的な酸素濃度を考慮した、化学量論的に正確な組成が保証される点にある。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。

図１〜図３には、その都度概略的に、本発明による燃料調量装置の第１〜第３の実施形態の構造が示されている。以下にまず、図示の実施形態に共通している特徴を説明する。

燃料調量装置はハウジング１ならびに上側のカバー２および下側のカバー３を有している。

この種の、ダイヤフラム式気化器とも呼ばれる燃料調量装置の基本原理は公知であるので、詳細な説明は省略する。

燃料は図示されていないタンクから入口通路４を介して燃料チャンバ５に導かれる。入口通路４の終端には、燃料チャンバ５への燃料入口６が設けられており、燃料入口６は、閉鎖エレメントとして役立つ入口ニードル７により開放および閉鎖されることができる。

入口ニードル７はレバー８により支持されており、入口ニードル７はレバー８と共に、燃料入口６を開放および閉鎖するための閉鎖エレメントを形成し、その際、レバー８は軸９を中心として旋回可能であって、ばね１０により、入口ニードル７が燃料入口６を閉鎖するように負荷される。

レバー８の他端には、ピン１１を介して、第１の可動なエレメントとして役立つ上側のダイヤフラム１２が連結されており、上側のダイヤフラム１２は燃料チャンバ５を、周囲と連通している背圧チャンバ１３に対して隔離している。それにより、ダイヤフラム１２は燃料チャンバ５の壁の一部を成している。

燃料チャンバ５から、燃料は主燃料出口１４を介して内燃機関の作業運転のために、またはアイドル燃料出口１５を介して吸気管１６内に到達することができ、吸気管内で、燃料は矢印方向で流動する空気と混合され、最終的に燃料・空気混合物として内燃機関の、図示されていない燃焼室に供給される。この供給は燃焼室内におけるピストンのポンプ運動により生ぜしめられ、ピストンは吸気行程中に混合物を吸入する。さらに、吸気管１６内には、チョーク弁１６ａと絞り弁１６ｂとが配置されており、それらの機能形式は一般に公知である。

ピストンによる吸込み作用は燃料チャンバ５内の減圧を生ぜしめ、これにより、ダイヤフラム１２は、その背面に作用する、背圧チャンバ１３内の周囲圧力により助成されて、燃料チャンバ５の内部に向かって変位する。これにより、レバー８がばね１０の作用に抗して旋回させられるので、入口ニードル７は燃料入口６から離間し、新鮮な燃料が入口通路４から追加流入できるもしくは燃料チャンバ５内の負圧により吸引される。

圧力補償が行われるとすぐに、ダイヤフラム１２はばね１０による助成に基づいて再度その出発位置へと運動し、これにより燃料入口６は改めて閉鎖される。

燃料調量装置の、図１に示した第１の実施形態の場合、ハウジング１の通路１８内で燃料チャンバ５と吸気管１６との間に配置されているノズルニードル１７は制御装置（図示せず）により調節され、これにより可変の、吸気管１６に供給される燃料量によって、燃料混合気が、内燃機関のその都度の使用高度に支配している酸素濃度に対応した化学量論的に正確な組成に調節されるようになっている。換言すれば、周囲空気圧の変化を検出するための手段、例えば圧力センサにより、周囲空気圧の測定値が求められて、制御装置へと、後続の処理のために出力される。適当な処理の後、制御装置は例えばデジタルな制御信号を発生し、制御信号を、ノズルニードル１７を調節するためのアクチュエータ（図示せず）に出力することができる。

図２に示した第２の実施形態は第１の実施形態に対して、ノズルニードル１７が制御装置には接続されておらず、それにより単にマニュアル式に調節可能である点で改変されている。さらに、上側のダイヤフラム１２の、燃料チャンバ５の外側に位置している下面には、第１の磁石１９が取り付けられている。下側のカバー３の領域には、第２の可動なエレメントとして役立つ下側のダイヤフラム２０が設けられており、下側のダイヤフラム２０はチャンバ２１を気密に閉鎖しており、かつ上側のダイヤフラム１２に対して平行に延びている。第１の磁石１９に対して対向する位置には、下側のダイヤフラムの上面に、第２の磁石２２が取り付けられている。

図２に示した部分断面図から明らかであるように、この実施形態では、背圧チャンバ１３が上側のダイヤフラム１２と下側のダイヤフラム２０とにより画定されている。その際、背圧チャンバ１３は補償開口２３を介して周囲に向かって開放されている。それゆえ、内燃機関をより大きな高度で使用する場合、すなわち周囲空気圧が減少し、ひいては背圧チャンバ１３内の圧力が減少すると、気密に閉鎖されたチャンバ２１内の完結した容積に基づいて、下側のダイヤフラム２０はそこに取り付けられた第２の磁石２２と共に、上側のダイヤフラム１２に取り付けられた第１の磁石１９の方向へと運動する。これにより、両磁石１９，２２間の磁気的な相互作用が強化される。このことは結果的に、上側のダイヤフラム１２が単数または複数のピストンによる吸込み作用に基づいて燃料チャンバ５内に向かって変位する、内燃機関の所定の運転位置で、上側のダイヤフラム１２の湾曲が、磁気的な相互作用により生ぜしめられる下方へ方向付けられたプレロード力もしくは予荷重力の結果として減じられることになり、これにより、燃料入口６はレバー８を介して、かつ入口ニードル７により狭窄され、それにより、供給される燃料量は減じられる。

前記の形式で、周囲空気圧が減じられている場合に自動的に、燃料・空気混合物が両磁石１９，２２間の上記の磁気的な相互作用の結果として、比較的低い酸素量に合わせて減じられた燃料量を有する適当に修正された化学量論的な組成に設定されることが達成される。

図３に示した第３の実施形態は第２の実施形態に対して、気密に閉鎖されたチャンバ２１を備えた下側のダイヤフラム２０の代わりに、下側のカバー３の領域にアクティブなアクチュエータ２４が設けられている点で改変されている。その際、アクティブなアクチュエータ２４は下側のカバー３に、上側のダイヤフラム１２に取り付けられた第１の磁石１９に対向して位置するように装入されている。アクティブなアクチュエータ２４は有利には電磁石である。

第３の実施形態の機能原理は、電磁石２４を用いて、第２の実施形態と似たような形で、上側のダイヤフラム１２に作用するプレロード力を生ぜしめることができる点に基づいており、そのために、電磁石２４に電流が通されるので、電磁石２４と第１の磁石１９との間の磁気的な相互作用が生ぜしめられる。その際、電磁石２４は特性マップ制御部（図示せず）に電気的に接続されており、特性マップ制御部は、電磁石２４に通される電流を、その都度の周囲空気圧に依存して調節し、これにより、燃料・空気混合物が内燃機関の適当な使用高度に適合されることができるようになっている。周囲空気圧は適当に例えば圧力センサ（図示せず）により検出され、圧力センサから出力信号が特性マップ制御部に、後続の処理のために入力される。電磁石２４に、適当な電流が加えられると、第１の磁石１９は磁気的な相互作用により電磁石２４の方向に吸引され、その際、燃料入口６に対する影響および結果として供給される燃料量に対する影響は、第２の実施形態の場合と同じである。

別の改変された実施形態では、第１の磁石１９の代わりに、金属から成るエレメントが設けられていてもよく、第１の磁石１９と同じように上側のダイヤフラム１２に取り付けられている。この場合、金属から成るこのエレメントは第１の磁石１９と同じ機能を引き継ぎ、前記の磁気的な相互作用を保証する。

上記の第３の実施形態は、電磁石２４が燃料チャンバ５内に配置されている点で改変されていることができる。この事例では、電磁石２４は特性マップ制御部により、吸気管に供給される燃料量を所望の通り修正することに関して、ダイヤフラム１２の湾曲に対して適当に反作用するプレロード力が生ぜしめられるように起動制御されることになる。

上記電磁石２４の代わりに、別のアクチュエータが使用されてもよく、このアクチュエータは実施形態に応じて直接ダイヤフラム１２に結合されていてもよい。その際、特に圧電式のアクチュエータが適している。さらに、磁歪式、ハイドロリック式、またはニューマチック式のアクチュエータが、その都度の適用事例に応じて、有意義である可能性もある。

本発明による燃料調量装置の第１の実施形態の部分断面図であるが、機能原理を説明するために部分的に機能構成域が断面平面に折り込まれている。

本発明による燃料調量装置の第２の実施形態の部分断面図である。

本発明による燃料調量装置の第３の実施形態の部分断面図である。

Claims (13)

1. 燃料調量装置であって、
   燃料チャンバ（５）と、
   燃料チャンバ（５）に通じる、開放および閉鎖可能な燃料入口（６）と、
   燃料チャンバから内燃機関の吸気通路（１６）に通じる、少なくとも１つの燃料出口（１４）とが設けられており、
   燃料チャンバ（５）の内壁の一部が第１の、燃料チャンバ（５）内の圧力と周囲空気圧との間の圧力差に依存して可動なエレメント（１２）から成っており、該第１のエレメント（１２）が、燃料入口（６）を開放および閉鎖するための閉鎖エレメント（７，８）に連結されている
   形式のものにおいて、
   吸気通路（１６）に、内燃機関の所定の運転位置に合わせて供給しなければならない燃料量が、周囲空気圧に依存して調整可能である
   ことを特徴とする燃料調量装置。
2. 吸気通路への燃料供給を調節するための通流量調整装置と、
   通流量調整装置に連結可能な調節装置と、
   周囲空気圧の変化を検出するための圧力検出装置と、
   圧力検出装置に依存して、通流量調整装置を操作するための調節装置を運転できる制御装置とが設けられている、
   請求項１記載の燃料調量装置。
3. 通流量調整装置がノズルニードル（１７）を通路（１８）内に、燃料チャンバ（６）と吸気通路（１６）との間に有しており、通路（１８）内でのノズルニードル（１７）の位置が、制御装置により運転可能な調節装置により変更可能である、請求項２記載の燃料調量装置。
4. 通流量調整装置が閉鎖エレメント（７，８）を有しており、調節装置が第１の可動なエレメント（１２）を有しており、
   第１の可動なエレメント（１２）が、周囲空気圧に依存したプレロード力により負荷可能であり、
   第１の可動なエレメント（１２）がプレロード力の変化により運動可能であり、これにより、閉鎖エレメント（７，８）が操作可能である、
   請求項２記載の燃料調量装置。
5. プレロード力が磁気的な相互作用に基づく、請求項４記載の燃料調量装置。
6. 第１の可動なエレメント（１２）に対向する位置に、第２の、周囲空気圧の変化に依存して第１の可動なエレメントの方向に可動なエレメント（２０）が配置されており、
   第１の可動なエレメント（１２）には、第１の磁気的な部分（１９）が取り付けられており、第２の可動なエレメント（２０）には、第２の磁気的な部分（２２）が取り付けられており、
   第２の可動なエレメント（２０）が周囲空気圧の減少時に第１の可動なエレメント（１２）に接近し、それにより、第１の磁気的な部分（１９）と第２の磁気的な部分（２２）との間で、磁気的な相互作用が強化されるようになっており、その結果として、第１の可動なエレメント（１２）が周囲空気圧に依存して、閉鎖エレメント（７，８）を操作するために運動可能である、
   請求項５記載の燃料調量装置。
7. 圧力検出装置がチャンバ（２１）を、制御装置が第２の可動なエレメント（２０）を有しており、
   第２の可動なエレメント（２０）がチャンバ（２１）を気密に閉鎖しており、
   第１の可動なエレメント（１２）と第２の可動なエレメント（２０）との間に中間室（１３）が設けられており、該中間室（１３）が周囲に向かって開いている、
   請求項６記載の燃料調量装置。
8. 調節装置が、アクティブなアクチュエータ（２４）を有しており、該アクチュエータ（２４）によりプレロード力が生ぜしめられることができる、請求項４記載の燃料調量装置。
9. 第１の可動なエレメント（１２）に、第１の磁気的な部分（１９）が取り付けられており、
   アクチュエータ（２４）が、第１の磁気的な部分（１９）に対向して位置する電磁石を有しており、該電磁石を通流する電流が周囲空気圧に対して比例している、
   請求項８記載の燃料調量装置。
10. 制御装置が特性マップ制御部を有しており、該特性マップ制御部に、アクチュエータ（２４）が電気的に接続されており、
    圧力検出装置が圧力センサを有しており、該圧力センサの出力信号が特性マップ制御部で処理可能であり、特性マップ制御部が、電磁石を通流する電流を、周囲空気圧に依存して調節する、
    請求項９記載の燃料調量装置。
11. アクチュエータが、ハイドロリック式、ニューマチック式、圧電式または磁歪式のエレメントを有している、請求項８記載の燃料調量装置。
12. アクチュエータが、第１の可動なエレメント（１２）に機械的に結合可能である、請求項１１記載の燃料調量装置。
13. 供給したい燃料量が、周囲空気圧の減少時に、より小さな値に調節可能である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料調量装置。

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