JP2008534902A - 自動車用加熱システムおよび液体燃料を予熱するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車用加熱システムおよび液体燃料を予熱するための方法を提供する。
【解決手段】 液体燃料で操作されるようにした自動車用加熱システム（１０）であって、燃料ポンプ（１６）と、該燃料ポンプの下流側に配置された電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）とを具備してなる。本発明によれば、この電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）が燃料を予熱するよう構成されている。本発明の自動車用加熱システムのための液体燃料を予熱する方法は、電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）からの廃熱を使用して燃料を予熱するようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体燃料で操作されるようにした自動車用加熱システムに関するものであって、このシステムは、燃料ポンプと、この燃料ポンプの下流側に配置され電磁的に作動される燃料弁とを具備してなる。

本発明は更に、自動車用加熱システムのための燃料を予熱する方法に関する。

燃料供給部内の電気的加熱モジュールを自動車用加熱システムに一体化させることが知られている。この加熱モジュールは燃料を加熱するものである。更に、電磁的に作動される燃料弁、特に逆止弁又は遮断弁を、燃料ポンプと、バーナーと、熱交換器ユニットとの間に設けることも知られている。

従来技術で使用されている加熱モジュールは高い電力消費（例えば、４０ワット）を要し、したがって、実用的には、車両加熱の全燃焼段階ではこの加熱モジュールを使用することはせず、始動段階でのみ使用される。しかし、予熱は燃焼のために有利である。なぜならば、燃料のエンタルピーを有利に増加させ、燃料の粘度を減少させるからである。

したがって、本発明の課題は自動車用加熱システムおよび燃料加熱方法を改善することである。このシステムおよび方法は、先に概略的に記載したように、車両加熱の全燃焼段階で燃料を加熱するものである。

この課題は、独立請求項の構成要素により解決される。

本発明の有利な具体例および改善は従属請求項に記載されている。

本発明の自動車用加熱システムは、上述の従来技術に対する前進を表すものであり、本発明のシステムにおいては、電磁的に作動される燃料弁は燃料を予熱するよう図られている。これは、電磁的に作動される燃料弁のコイルの自己加熱により発生する熱（従前では利用されていない熱）を使用して燃料を予熱するようにした燃料弁の構造を提供することにより達成される。

これに関連して、電磁的に作動される燃料弁が同軸弁（いわゆる、インライン弁）であれば特に有利になると思われる。この弁は、そこを流れる燃料がワインディング（winding）領域に接近していて特に効果的な熱伝導が達成されることにより特徴づけられる。

電磁的に作動される燃料弁が開放状態にあって燃料が予熱されるよう制御される第１の操作状態と、この燃料弁が閉塞状態にあっても燃料が予熱されるよう制御される第２の操作状態とを採るよう自動車用加熱システムが構成されることが好ましい。第２の操作状態（閉塞状態）において、上記制御は、電磁的に作動される燃料弁についての状態電圧（state voltage）の変化より小さい電圧を適用することにより達成される。

この２つの操作状態を設けることは、有利なことである。なぜならば、燃料弁が閉塞している段階（例えば、燃焼室が空気でパージされているとき、又は予備的に加熱されているとき）でも燃料の予熱が可能であるからである。このように予熱された燃料は即時燃焼のための準備がなされたものとなる。

自動車用加熱システムの更なる改善において、燃料弁が第２の操作状態にあるとき、パルス電圧がこの燃料弁に印加されるようになっている。磁界の変動はより大きい熱生成を可能にするものである。

自動車用加熱システムの他の更なる改善において、電磁的に作動される燃料弁に電磁ピストン弁が備えられている。これは例えば、この電磁ピストン弁を永久磁石として作成することにより設けることができる。この燃料弁に磁界が発生すると、この磁界は第１の操作状態での磁極とは反対の磁極を有する。これは燃料弁の意図しない開放を確実に回避する手段並びに弁を閉塞させる封止力を増加させる手段を提供するものとなり、更に、この磁界を予熱のために使用することもできる。

本発明の自動車用加熱システムの更に有利な改善として、電磁的に作動される燃料弁に少なくとも１つの電磁コイルアセンブリが設けられており、高熱伝導性材料がこのコイルアセンブリと、燃料により占められるようになる領域との間に配置されている。この高熱伝導性材料は、特に、アルミニウムなどの金属からなるものでもよい。この高熱伝導性材料は、プラスチック外皮などの他の物質中に埋設又は覆われていてもよい。本質的基準は、この高熱伝導性材料が、上記コイルから、燃料により占められるようになる少なくとも１つの領域へのヒートブリッジを提供するものである。

本発明の自動車用加熱システムの好ましい実施例として、電磁的に作動される燃料弁に少なくとも１つの電磁コイルアセンブリが設けられており、低熱伝導性材料がこのコイルアセンブリと、電磁的に作動される燃料弁の環境との間に配置されている。低熱伝導性材料は一般に、熱絶縁に適した任意の材料、例えばプラスチック及び／又は金属の発泡体からなるものでよい。更に、熱絶縁に使用される低熱伝導性材料は被覆された構造を有するものでもよい。

本発明の方法は、従来技術を越えた前進を表すものであり、本発明の方法において、電磁的に作動される燃料弁からの廃熱が燃料を予熱するのに使用される。この場合、本発明の自動車用加熱システムとの関連で説明したものと同様の利点を得ることができ、それについては簡潔のため、ここでは繰り返して言及しない。

本発明の方法の好ましい具体例において、電磁的に作動される燃料弁が開放状態にあるとき、燃料を加熱するように、若しくはこの燃料弁が閉塞状態にあるとき、燃料を加熱するように、この燃料弁が制御されル。この場合の利点も、本発明の自動車用加熱システムとの関連で説明したものと同様であり、ここで繰り返すことを要しないと解される。

以下、本発明の好ましい具体例（実施例）を、図面を参照して詳述する。

図１は本発明の自動車用加熱システムの一実施例を示す概略的ブロック図である。このシステム１０は例えば、一般的な補助加熱のため操作されるもの、又は静止状態下（車が駐車しているとき）で加熱を提供するために操作されるものであってもよい。

図示の加熱システム１０は、燃料タンク１２からバーナー/熱交換器ユニット１４へ液体燃料を移送するためのピストン燃料ポンプ１６を有している。空気あるいは水が加熱されるかによって、このバーナー/熱交換器ユニット１４は空気ラインおよび水ライン（図示しない）と、当業者に公知の方式で連通するものとなる。このバーナー/熱交換器ユニット１４は更に燃料弁８４を有し、これにより燃料の供給を絞ったり又は遮断することができる。この燃料弁８４は、このバーナー/熱交換器ユニット１４に必ずしも一体化させる必要がなく、ピストン燃料ポンプ１４と、バーナー/熱交換器ユニット１４との間に配置させてもよい。図１に示す加熱システムは燃料を予熱させるための別の加熱モジュールを有するものではなく、本発明によれば、燃料は燃料弁８４からの廃熱により予熱されることになる。その他、付加的加熱モジュールを設けることもできるが、それは従来技術のものよりも小さな出力（例えば、２０ワット）のモジュールとなる。

図２は燃料弁８４の一実施例の模式的断面図を示すものであり、これは図１の加熱システム１０の一構成部材であってもよい。この燃料弁８４は電磁作動式同軸弁であり、燃料入口８６と、燃料出口８８とを有する。適当な電圧（直流、交流又はパルス変調されたもの）が端子９８に印加されると直ちに電磁コイル９０に電圧が印加され、それによりピストン弁９２が動作可能に設定され（図２の右側）、燃料弁８４が開放され、燃料が燃料入口８６から燃料出口８８に流れることになる。電磁コイル９０が無電流状態になったとき、復元バネ９４がピストン弁９２を後退方向（図２中、左側）に付勢させ、それによりピストン弁９２と、弁座９６との相互作用により、燃料弁８４が閉じることになる。

図２に示す燃料弁８４は燃料を予熱するよう設計されている。この電磁コイル９０により発生した熱は燃料を加熱するために使用される。この目的のため、高熱伝導性の材料１０２が電磁コイル９０と、燃料が接触することになる領域との間に設けられる。このような材料１０２の有力候補としてアルミニウムのような金属を挙げることができる。燃料の加熱を最適化させるため、低熱伝導性の材料１００（断熱材）が燃料弁８４の外側に設けられる。この低熱伝導性材料１００は、当業者にとって公知の基本的に任意の断熱材、例えば金属及び／又はプラスチックの発泡体からなるものでよい。この低熱伝導性材料１００は層構造（図示しない）を有するものでもよい。燃料弁８４が開放状態にあるとき、電磁コイル９０に対する励磁により燃料を予熱するのに十分な熱が発生することは明らかである。この燃料弁８４は、燃料弁８４を開放させるのに不十分な程度の電磁コイル９０への若干低い励磁を用いて燃料の予熱を達成されるよう設計することができる。

図３は燃料弁２００の第２の実施例を示す概略図である。これは本発明の自動車用加熱システムにおいて使用することができる。この燃料弁２００は図１の構成に対する別例であり、バーナー/熱交換器ユニットに一体化されておらず、燃料ポンプの出口に配置されている。この燃料弁２００は大略的に円筒状のバルブコア２０２を有しており、その一端はほぼコップ状となっている。このコップ状物の壁部は燃料弁２００の中心軸と同軸的に延びており、この壁部の一部にはネジが設けられている。このバルブコア２０２は高熱伝導性材料からなるものでもよい。ほぼ円筒状の接続用ニップル部材２０４であって、一部に雄ネジを有するものが燃料ポンプのハウジングから延出している。燃料弁２００は、バルブコア２０２の雌ネジを、バルブコアのネジ部と同軸の上記接続用ニップルの雄ネジと螺合させることにより接続用ニップル部材２０４上に装着されている。この接続用ニップル部材２０４の内部領域内に、ほぼ中空円筒状ガイドブッシュ２０６が上記ニップルと同軸的に設けられている。このブッシュは、その弁側端部が接続用ニップル部材２０４の弁側端部で終わっており、かつ、このニップルの端部と面一に整合している。燃料路２０８が燃料ポンプからガイドブッシュ２０６の内部空間に向けて延出している。この燃料路２０８は、ガイドブッシュ２０６の内部において、より大きい直径を有する（すなわち、上記ブッシュの内径に相当する）。このガイドブッシュの内部と、この燃料路の上記ポンプとの接合点との間では、この燃料路２０８の直径が次第に狭くなり、例えばテーパーを含むものとなる。このテーパー領域は弁座２１０を形成し、これがボール弁２１２と係合自在となっている。このボール弁は、上記弁座２１０と、ガイドブッシュ２０６の内方フランジ２１４との間のガイドブッシュ２０６内にて移動自在に案内されるようになっている。この内方フランジ２１４はガイドブッシュ２０６の内径を或る長手方向距離に亘って縮小させることにより形成されている。圧縮バネ２１６が内方フランジ２１４とボール弁２０２と間に同軸的に配置されており、ボール弁２１２を弁座２１０方向に予め付勢させている。円板弁又は“弁体”２１８が、ボール弁２１２を支えている端部とは反対側のガイドブッシュ２０６の端部に導入されている。この弁体２１８は永久磁石の形態のものであり、内方フランジ２１４と、バルブコア２０２の上記コップ状部のベース（基部）との間にて、ガイドブッシュ２０６により移動自在に案内されている。この弁体２１８には、封止部材２２０が弁体２１８側表面およびポンプ側表面の夫々の中央領域を覆うようにして同軸的に組み込まれている。ニップル形弁座２２２がバルブコア２０２の上記コップ状部のベースに形成されている。この弁座２２２は、このコップ基部の面で終わっている。この封止部材２２０は、弁体２１８を弁座２２２に対し押圧したとき、確実な封止を提供するものとなる（これについては、以下に詳述する）。圧縮バネ２２４が弁体２１８と、内方フランジ２１４との間に配置されており、これは弁体２１８を弁座２２２方向に予め付勢させるよう作用している。

複数の長手方向流路（図示しない）がガイドブッシュ２０６の内側に設けられていて、燃料がボール弁２１２および弁体の周りを流れるようになっている。流入路２２６が弁座２２２から、その中心軸に沿ってノズル２２８に向かって延びている。このノズル２２８は、コップ状構造のものとは反対側のバルブコア２０２の端部に配置されている。この領域において、略円筒状の同軸の盲凹みが形成されており、そこに雌ネジが形成されている。ノズル２２８上の雄ネジが、この凹みの雌ネジと螺合するようになっている（実際に螺合している）。このノズル２２８は、高熱伝導性材料からなるものでよい。このノズル２２８とガイドブッシュ２０６との間には、バルブコア２０２が配置されていて、その外周に電磁コイル２３０が燃料弁２００の中心軸と同軸的に設けられている。

操作の開始時において、燃料が接続ニップル２０４の燃料路２０８を介して汲み上げられ、ボール弁２１２（圧縮バネ２１６により予め付勢されている）を弁座２１０から後退させるようになっている。これによりガイドブッシュ２０６内にフローアランド流路が形成される。電磁コイル２３０が電圧非印加状態にあるとき、圧縮バネ２２４の事前からの付勢力により弁体２１８が弁座２２２に対し押圧される。これにより、封止部材２２０により燃料がノズル２２８へ更に流れるのを防止することができ、したがって燃料弁２００が閉塞状態となる。

燃料弁２００が閉塞状態にあるときに、燃料弁２００中の燃料を予熱したい場合は、電磁コイル２３０に電圧、特にパルス電圧が印加される。磁界における変動が熱エネルギーを発生させ、それにより、ノズル２２８の上流の流入路２２６の流路領域並びにこのノズル自体も加熱される。この電磁コイル２３０は、磁界が一方向のみ（すなわち、図示の実施例では、ノズル２２８が磁石の北極であるとして）に発展するように制御される。永久磁石である弁体２１８の磁界は、電磁コイル２３０により発生する磁界とは反対となる。したがって、電磁コイル２３０の磁界が弁体２１８を吸引し、圧縮バネ２２４による同じ方向への付勢に加えて、弁体２１８を弁座２２２に向けて付勢させる。この作用は、封止部材２２０と弁座２２２との間の封止を向上させることになる。

燃料弁２００を開放させるためには、電磁コイル２３０の極性を、例えば継続的励磁により反転させる（燃料弁の閉塞状態で予熱するためのものとは反対）。この極性の反転により電磁コイル２３０により磁界が発生することになり、この磁界は反転した磁界を有することになる（燃料弁の閉塞状態で予熱するためのものとは反対）。図示の実施例において、磁石の南極はノズル２２８に存在することになる。したがって、弁体２１８は電磁コイル２３０の磁界により撥ね返され、弁座２２２から離れるべく移動し、流入路２２６を開放させることになる。予熱された燃料はノズル２２８を通って流れ、点火され、加熱装置（又はバーナー/熱交換器）を始動させる。流入する新たな燃料も、上記弁が開放状態にあるとき電磁コイル２３０により発生した熱により加熱される。

図２の燃料弁８４又は図３の燃料弁２２０を使用する場合、慣例的に使用されてきた加熱モジュールを用いなくて済む。このようなモジュールはしばしば、例えば４０ワットの電力消費を伴い、したがって[sic]、車の加熱の燃焼段階全体において使用されず、始動段階でのみ使用される。ここに記載の燃料弁（８４；２００）はバーナー操作全体に亘って燃料の予熱を可能にするものであり、したがって、それについての高い電力消費は正当化されるものである。この予熱は燃料のエンタルピーを増大させ、その粘度を低下させ、これら双方は燃焼に対しプラス作用を奏するものである。燃料弁の多機能的使用は更に、コスト削減、物理的サイズの減少、車両加熱システムの組立時間の短縮などの利点を有するものとなる。全てでなくとも、多くの場合、この多機能的使用は、補助加熱部材を、その設置手段、装着システムおよび制御システムと共に、省略することを可能にする。更に、燃料供給のための流路を短くすることができ、それにより燃料の無駄量を減少させることができる。

明細書本文、図面および請求項に記載した本発明の構成要素は個々においても、あるいは任意の組合せにおいても、本発明の実現のためには必須のものである。

本発明の自動車用加熱システムの概略的ブロックフロー図。 本発明の自動車用加熱システムで使用することができる燃料弁の第１の具体例を示す模式図。 本発明の自動車用加熱システムで使用することができる燃料弁の第２の具体例を示す模式図。

符号の説明

１０ 自動車加熱システム
１２ 燃料タンク
１４ バーナー/熱交換器ユニット
１６ 燃料ピストンポンプ
８４ 燃料弁
８６ 燃料入口
８８ 燃料出口
９０ コイル
９２ ピストン弁
９５ 復元バネ
９８ 電気的接続
１００ 低熱伝導性材料
１０２ 高熱伝導性材料
２００ 燃料弁
２０２ バルブコア
２０４ 接続ニップル
２０６ ガイドブッシュ
２０８ 燃料路
２１０ 弁座
２１２ ボール弁
２１４ 内方フランジ
２１６ 圧縮バネ
２１８ 弁体
２２０ 封止部材
２２２ 弁座
２２４ 圧縮バネ
２２６ 流入路
２２８ ノズル
２３０ 電磁コイル

Claims (11)

1. 液体燃料で操作される自動車用加熱システム（１０）であって、燃料ポンプ（１６）と、該燃料ポンプの下流側に配置された電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）とを具備してなり、この電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）が燃料を予熱するよう構成されているシステム。
2. 電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）が同軸弁である請求項１記載の自動車用加熱システム（１０）。
3. 電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）が開放状態において燃料が予熱されるよう制御される第１の操作状態と、該燃料弁が閉塞状態において燃料が予熱されるよう制御される第２の状態とを採るようになっている請求項１又は２記載の自動車用加熱システム（１０）。
4. 前記燃料弁（８４；２００）が第２の操作状態にあるとき、パルス電圧がそれに印加されるようになっている請求項３記載の自動車用加熱システム（１０）。
5. 電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）が電磁ピストン弁（９２；２１８）を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の自動車用加熱システム（１０）。
6. 電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）が少なくとも１つの電磁コイルアセンブリ（９０；２３０）を有し、高熱伝導性の材料（１０２；２０２）が該コイルアセンブリ（９０；２３０）と、燃料で占められるようになる領域との間に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の自動車用加熱システム（１０）。
7. 電磁的に作動される燃料弁（８４）が少なくとも１つの電磁コイルアセンブリ（９０）を有し、低熱伝導性の材料（１００）が該コイルアセンブリ（９０）と電磁的に作動される燃料弁（８４）の領域との間に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の自動車用加熱システム（１０）。
8. 自動車用加熱システムのための液体燃料を予熱する方法であって、電磁的に作動される燃料弁（８４；２００）からの廃熱を使用して燃料を予熱することを特徴とする方法。
9. 燃料弁（８４；２００）が開放状態のときに燃料を加熱するよう、又は、燃料弁（８４；２００）が閉塞状態のときに燃料を加熱するように、燃料弁（８４；２００）が制御されるようになっていることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 燃料弁（８４；２００）が閉塞状態のときにパルス電圧が該燃料弁に印加されるようになっている請求項９記載の方法。
11. 燃料弁（８４；２００）が閉塞状態のときに電圧が印加され、磁界を発生させ、該磁界の極性が、燃料弁が開放状態のときに発生するものと反対のものである請求項９又は１０記載の方法。

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