JP2680818B2 - 二連燃料制御弁を備えた空燃混合装置 - Google Patents
二連燃料制御弁を備えた空燃混合装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、内燃機関用の気体の供給燃料としての気化
LPGまたは天然ガスの如き気体燃料と空気を混合するた
め用いられる形式の空気と気体燃料の混合装置に関し、
特に機関の吸気マニフォールド圧力から生じる圧力信号
に応答して、供給燃料の空気と燃料の比率を制御するた
めの空気弁および気体燃料弁が操作される形式の空燃混
合装置に関する。 〔従来の技術および解決しようとする問題点〕 空気を気体燃料と混合するための混合装置は公知であ
る。一般に、このような装置は、内燃機関を気体燃料で
運転することが要求される時は従来の液体燃料気化器の
代りに、蝶形弁と共に機関の吸気マニフォールドに対し
て取付けられる。作用においては、混合装置は典型的
に、機関の負荷要件を表わす機関の吸気マニフォールド
の圧力に応答して、空気と気体燃料とをある特定の機関
の負荷に対して適正な割合で混合室内で混合し、この混
合気を吸気マニフォールド内に放出する。混合装置内の
空気弁および気体燃料弁は、空燃装入物の量および混合
率を制御する。 米国特許第3,545,948号に示される1つのこのような
装置においては、空気弁および気体燃料弁は、吸気マニ
フォールドから得られる圧力信号により操作されるダイ
ヤフラムによって、一体に作動させられる。ダイヤフラ
ムは、吸気マニフォールドの負圧に応じて前記両弁を開
路し、これら弁の大きさおよび開口度、従って空燃混合
比は如何なる吸気マニフォールド圧力においても、特定
の燃料および装置が取付けられる機関に対して予め定め
られる。 このような公知の空燃混合装置における一つの問題
は、装置は一旦取付けると異なる気体燃料の使用ができ
ないことである。これは、燃料弁は、開いた時には、使
用される特定の燃料に対して空燃混合気を濃縮化あるい
は稀薄化するように独立的に調整することができないた
めである。この問題は、このような装置が分解プロセス
において残留した気化燃料が補給される産業用機関に組
付けられる精油産業において最も頻繁に生じる。このよ
うな気体燃料は、例えば、気体燃料がジェット燃料また
は暖房油のため石油を分解することから生じるかどうか
に従って、そのBTU(英熱単位)量が変化する。BTU量に
おける相違の故に、燃料が変更される時の機関の負荷に
対して空燃混合比を調整することが必要となるが、この
ことは頻繁にあるいは連続的にさえ生じ得る。装置の燃
料入口の上流側で燃料流量を調整する機械的な調整ねじ
を設けることにより、このような調整を行なう試みがな
されてきたが、この試みは時間がかかり、また機械的な
調整ねじは時間の経過と共に疲労する。 別の問題は、このような装置があらゆる範囲の機関性
能に対して最適な空燃混合気を常に提供するものではな
いことである。これは、空気弁および燃料弁が専ら吸気
マニフォールド圧力から生じる流体圧力信号によって制
御される故である。この圧力信号は機関の負荷の指標で
ありかつほとんどの機関条件下での機関性能に対して有
効な空燃混合比を提供するが、機関性能のあらゆる範囲
および条件に対して最適の空燃混合比を提供するために
圧力信号にのみ依存することはできない。この目的を達
成するためには、速度、酸素、負圧および(または)他
の機関性能のセンサからの入力に応答して機関性能を監
視してこれらのセンサに応答して制御信号を生じる形式
のフィードバック制御装置からの第2の制御信号によ
り、空燃混合比を随時調整することが望ましい。このよ
うな制御信号に応答してある予め定めた濃縮された混合
気を稀薄化するよう燃料弁周囲の調整可能な空気流過量
を提供するか、あるいはこの制御信号に応答して混合室
に対する気体燃料の圧力を調整することによって空燃混
合比を調整する試みがなされてきた。しかし、これらの
解決法は信頼性に問題があり、固有の時間的遅れを有
し、これが機関性能に悪影響を及ぼしている。 公知の空燃混合装置における別の問題は、これらの装
置が薄い空燃混合気で機関を効率よく運転し、機関の負
荷要求における急激な増加に即して燃料混合気を迅速に
かつ有効に濃縮化することができないことである。この
ことは、通常の負荷条件においては更に良好な経済制御
ならびに廃棄物制御をもたらすように一定速度で薄い空
燃混合気により運転しながら、負荷の増加の結果として
機関の運転速度の低下もしくは失速状態を防止するため
急激な負荷要求の増加と同時に燃料混合気の濃化を迅速
に行なうことができることが望ましい発電機用途におい
て特に重要である。 〔問題点を解決するための手段〕 従って、本発明の目的は、ある特定の機関の使途にお
いてある広い範囲の気体燃料を取扱うため迅速かつ遠隔
的に調整が可能な空燃混合装置の提供にある。 本発明の別の目的は、機関の吸気マニフォールドの圧
力から得られる第1の制御信号に応答して一体に作動す
る空気弁および気体燃料弁、ならびに第1の制御信号に
よる操作の間燃料弁の調整のための第2の制御信号によ
りこれまた遠くから独立的に操作される燃料弁を備えた
空燃混合装置の提供にある。 本発明の他の目的は、内燃機関の吸気マニフォールド
圧力から得られる流体圧力信号に応答してダイヤフラム
で作動する空気弁および燃料弁、ならびに機関の出力条
件に応答して空燃混合気を調整するためフィードバック
制御装置からのフィードバック制御信号によりこれまた
遠くから独立的に調整される燃料弁を備えた空燃混合装
置の提供にある。 他の目的は、通常の負荷条件の間は更に良好な燃料効
率および廃棄物制御をもたらすように薄い空燃混合気を
提供しながら、急激な負荷要求により生じる機関速度の
大きな低下を防止するため、急激な負荷要求の増加と同
時に燃料混合気を迅速に濃化することができることによ
り、発電機用途における内燃機関を運転するのに特に好
適な空燃混合装置の提供にある。 本発明の更に他の目的は、経済的でありかつ製造が容
易な空燃混合装置の提供にある。 これらの目的に従って、本発明は、内燃機関に対する
燃料混合気即ち装入物として気体燃料を空気と混合する
ため用いられる形式の空燃混合装置を構成する。本装置
は、空気入口部と、燃料入口部と、空気入口部の下流側
の空燃混合気の排出口部とを備えたハウジングを有す
る。このハウジングは、蝶形弁の位置に応答して混合気
が吸気マニフォールド内に排出されるように、内蔵され
た蝶形弁即ちスロットル弁を備えたアダプタを介して、
機関の吸気マニフォールドに対して取付けられるように
なっている。流体モータを含む作動装置により作動され
る空気弁および気体燃料弁は、それぞれ、本装置からの
空気と燃料の流出物の量および混合比を制御する。空気
弁と燃料弁とは、可撓性に富むダイヤフラムに対して結
合され、機関の吸気マニフォールドの圧力から得られる
流体圧力信号に応答して運動させられるダイヤフラムに
より一体に作動させられる。ある吸気マニフォールド圧
力に対して空気弁と燃料弁が開かれる角度は、本装置を
用いて特定の機関の用途に対する適当な空燃混合気を生
じる特定の燃料および機関の使途に対し予め定められ
る。 本装置の2つの実施態様について示し記述する。第1
の実施態様においては、燃料弁もまた、遠隔のフィード
バック制御装置等からの第2の制御信号に応答してダイ
ヤフラムに取付けたステッピング・モータにより独立的
に操作され、燃料弁もまた前記ダイヤフラムにより操作
される間、この燃料弁のための独立的な作動装置を提供
する。ステッピング・モータの使用により、燃料弁は異
なる気体燃料に対し、またある機関の運転条件に対して
更に適する空燃比を生じるように空燃混合比を変更する
ため遠くから独立的に調整することができる。 本発明の第2の実施態様は、発電機等を薄い空燃混合
気で一定の速度で運転するため、主として内燃機関と共
に使用されるものである。好都合にも、本装置は、機関
速度における大きな低下を防止するため負荷要求におけ
る急激な増加と同時に空燃混合気を迅速にに濃化するこ
とができる。本実施態様においては、第2の流体モータ
は、第1の実施態様のステッピング・モータを置換し、
負荷要求における急激な増加に応答して流体圧力制御信
号が流体モータに対して与えられる時、燃料弁にある固
定した量だけ空燃混合気を濃化させる。このため、さも
なければ生じる筈の機関速度の大きな低下を防止する。
発電機の速度が負荷の増加に対して安定化した後、燃料
弁は空燃混合気を薄い状態へ戻すように低位置へ置かれ
る。 両方の実施態様においては、ハウジングは、空間その
他の斟酌から望ましい場合に、ハウジングの頂部あるい
は側方から吸気を受取るように構成することができる。 従って、本発明は、以下本文に述べる構造において例
示される構造上の特徴、構成要素の組合せおよび部品の
配置を構成するものであり、本発明の範囲は頭書の特許
請求の範囲において示される。 本発明の目的の性質を更によく理解するため、図面に
関して述べる以下の詳細な説明を照合されたい。 同じ参照番号は図面のいくつかにおける類似の部品を
示している。 〔実施例〕 先ず図面によれば、第1図乃至第5図には本発明を構
成する空燃混合装置10の第1の実施例が示されている。 最初に第1図乃至第4図においては、以下の小節にお
いて更に詳細に説明するように、第1の実施例において
は、空燃混合装置10は、ハウジングの上端部における空
気流入口部13からハウジングの底部における空燃混合気
流出口部14までハウジングを貫通して延在する空気ダク
ト12を備えた対称形のハウジング11で形成されている。
ハウジング内の中心部には、内蔵された空気弁要素16お
よび燃料弁ヘッド18を有する軸方向に運動可能な複合弁
キャリア即ち部材15が配置され、それぞれ空気および燃
料の流量を制御し、かつこれにより流出口14を流過する
空燃混合気を制御するための各空気弁および燃料弁の要
素を構成している。空気弁要素および燃料弁ヘッドは、
機関の吸気マニフォールドから得られる流体圧力信号に
応答して、複合弁部材を動かすダイヤフラム20の運動に
よって一体に作動させられる。燃料ヘッドもまた、排気
マニフォールド内の酸素成分の測定のための酸素量セン
サ、機関速度を測定するための速度センサ、および吸気
マニフォールドの真空度を測定するための真空度センサ
の如き機関性能を測定するための複数のソースからの入
力を受取るフィードバック制御装置からの制御信号に応
答して燃料流量を変更するためダイヤフラムに支持され
たステッピング・モータ22によって独立的に操作され
る。本装置は、第1図において複合弁部材15、空気弁お
よび気体燃料弁が開路位置、また第2図においてはこれ
らが閉路位置にある状態で示されている。 本装置について更に詳細に述べると、本装置は、典型
的には、アダプタ26を介して吸気マニフォールド24の如
き機関の空気取入れ管路手段に対して取付けられる。一
部しか示されない従来の蝶形のスロットル弁28がアダプ
タに対して枢着され、ハウジングの底部における混合気
流出口14を流れる流量を調整するよう作用する。蝶形弁
を備えた本混合装置は、気化器を構成している。矢印30
は、混合装置から機関の吸気マニフォールドに向う流出
流の軸心を示している。空気ダクトの中間部31における
圧力は、機関が運転中常にそうではないが、機関の吸気
マニフォールド内の圧力の導関数である。 ハウジングは、基部32と、中間ハウジング部34と、上
部ハウジング部36とを含む。スペーサ板38が基部32と中
間部34との間に配置され、ダイヤフラム支持板40が上部
36と中間部34との間に配置されている。基部をアダプタ
に対してねじ44により結合するため、ボス42が前記基部
の下端部に設けられている。 図示しない燃料供給源に対して結合するためのねじを
設けた燃料供給ポート46は、基部の側壁面に形成され、
このポートから混合装置の中間部分まで延在する燃料流
入管路48と流通状態にあり、前記管路は混合装置の中央
部分で上方を向いた流入口50で終っている(燃料供給ポ
ートおよび燃料流入管路の構造は、管路の側面部を示す
第5図の別のハウジング構造を参照することにより、更
に容易に見ることができる。)。燃料弁座52は燃料流入
口内に取外し自在に定置され、Oリング54が弁座開口の
壁面の上隅部に沿って環状の肩部に置かれて、気体燃料
が漏れないように壁面を封止している。燃料弁座は燃料
弁ヘッドと共に燃料流入口からの燃料流量を制御するた
めの燃料弁を構成し、本装置が取付けられるべき特定の
機関用途に対して形状および大きさが適合させられる。 環状のプラットフォーム58が燃料流入口周囲で基部の
側壁面内部まで延在し、燃料と空気が基部32を流過する
ように円弧状の通路60が前記プラットフォームと基部の
側壁面との間に設けられている。 スペーサ板38は、燃料が燃料が流入口から流れるよう
に燃料流入口および弁座52と重なる中心部開口62を有
し、スペーサ板および支持プラットフォームに燃料およ
び空気が通過するようにハウジングの基部の支持プラッ
トフォームの流出路60に重合するようにその周囲に沿っ
て適当に配置された円弧状の流出路64を有する。この中
心部開口62は、燃料流入口から流出路64への気体燃料の
流れを容易にするテーパ状の側壁面66を有し、またこの
側壁面の内端部は燃料弁座52の対応する段部を収受し、
またこれにより前記弁座開口内に保持するため切欠き68
により段部が設けられている。スペーサ板は、それぞれ
ハウジングの基部32の頂部と中間部34の底部とに沿って
フランジ72、74を経て延在するねじ70により、前記基部
と中間部との間で緊締されている。前記スペーサ板の下
面に沿って、また中間部の下面に沿ってそれぞれ環状溝
内に置かれたOリング76、78が接合部を封止する。 ハウジング内に配置されかつスペーサ板38の頂部に対
して緊締されているのは、直立壁面80と、複合弁部材15
の下端部を摺動自在に収受してこれを軸方向に整合状態
に保持する中心開口を有する一体の内部の円錐状壁面部
82とを有する対称的な取外し自在な心部材79である。直
立壁面80は、円錐状壁面82の基部の両端部に置かれた結
合用ブリッジにより円錐状部に対して結合され、また空
気と燃料を流過させるため、前記ブリッジ間および前記
円錐状壁面部の周囲と直立壁面80との間に円弧状の流出
路88が設けられている。この空気流出路88は、スペーサ
板の空燃混合気流出路64、および流出口14に対して空気
と燃料を流出する基部の流出路60に重合している。直立
壁面80と円錐状壁面82は共に不浸透性構造である。重要
なことは、円錐状壁面部の基部90が、燃料流入口からス
ペーサ板の流出路64へ燃料が流通するように円錐状部と
スペーサ板との間に間隙を生じるように僅かに高くなっ
ていることである。図示しない複数の脚部パッドが、前
記円錐状部の周囲でその基部からスペーサ板の頂部まで
伸びており、この円錐状部の中心部が負圧に応答して撓
むことを阻止する。前記心部は、前記中間ハウジング部
が基部22に対して固定される時、このハウジング部の内
壁面との直立壁面80の接触によりスペーサ板の頂部に対
して緊締されている。あるいはまた、前記心部材は、前
記直立壁面80の基部における心部材の底部のフランジお
よびスペーサ板を経て基部まで延在する図示しないねじ
によって、基部に対して固定されてもよい。直立壁面80
との接触点において、Oリング93が中間ハウジング部の
内壁面に沿う環状溝内に置かれて前記接触点を封止す
る。 ダイヤフラム支持板40は、上部ハウジング部36と中間
ハウジング部34との間にこれら各部材のフランジ96、98
を貫通して延長するねじ94により緊締されている。それ
ぞれ前記支持板および中間ハウジング部の頂壁面の環状
溝内に設置されたOリング100、102は、これら隣接する
部材を封止する。第3図において最もよく示されるよう
に、複数の円弧状空気路91は、空気を支持板に流過させ
るため、ハウジングの壁面に隣接する支持板を貫通して
延長している。この通路は、半径方向の結合柱体即ちア
ーム92により分割されている。ダイヤフラム支持板40の
中心部は、ダイヤフラムおよび複合弁部材15を収受する
ための大きな開口を設けた皿形を呈している。 上部ハウジング部36は、混合装置に対する空気を受取
るため頂部において開口しており、この開口が空気流入
口13を形成する。図示しない空気フィルタが流入する空
気を濾過するためハウジングの頂部に取付けられること
が望ましく、またねじを取付ける穴を有するフランジ10
4が、空気フィルタの取付けのため、あるいは図示しな
い空気フィルタ・アダプタの取付けのため、上部の頂縁
部に沿って設けられている。 複合弁部材15は、ダイヤフラム20を空気弁要素16の頂
部とステッピング・モータ22のための支持ブロック106
との間に置いて、前記支持ブロックを貫通して延長し空
気弁要素16にねじ込まれたねじ108によりダイヤフラム
に対して緊締されることにより、ダイヤフラムに対して
作用的に取付けられている。ダイヤフラム裏打ち板110
が、ダイヤフラムとステッピング・モータ支持ブロック
との間でダイヤフラムをこの領域において補強するため
配置されている。ステッピング・モータは、1対のねじ
114によって支持ブロック102に対して固定されるステッ
ピング・モータ・ハウジング112内い収容されている。 ドーム状カバー116は、ステッピング・モータ・ハウ
ジング上に配置され、支持板に対してねじ込まれた取付
けねじ118により空気通路91の内部でダイヤフラム支持
板40に対して固定されている。このダイヤフラム20は、
ダイヤフラムの周囲に沿って前記カバーと支持板との間
に緊締され、ダイヤフラムの下方でこのダイヤフラムと
接触状態に置かれた封止ガスケットがダイヤフラム上方
および前記カバーの下方の空間119を実質的に空気が漏
れないように封止している。ダイヤフラム上方およびカ
バー116下方のこの空間119は、ダイヤフラムを作動させ
るためめの作用室である。カバー116は、下方に延長す
るスリーブ120を有し、ステッピング・モータ・ハウジ
ング112の頂部から上方に延長している係合する位置決
め柱体122に重ねて配置され、複合弁部材15の上端部を
垂直運動の間軸方向に整合状態に維持する。ステッピン
グ・モータ・ハウジング112とカバー116との間に位置す
るばね124は、複合弁部材15をその閉路位置へ向けて下
方へ偏倚させる。 ステッピング・モータ22は、電気配線126を介して図
示しないフィードバック制御装置から電気的な制御信号
を受取る。ステッピング・モータの中心軸心を通って延
長するウォームねじ128は、この信号に応答して軸方向
に運動させられて作用的に結合された燃料制御ヘッド18
を昇降させ、これにより燃料弁を作動させる。前記ウォ
ームねじは、このウォームねじが結合ロッド132に対し
て回転することが阻止されるように、結合ロッドの上端
部に対して固定されている。この結合ロッドは、空気弁
要素の中空の心部と、ねじ136により空気弁要素の底部
に取付けられた端部キャップ134の中心部の開口とを貫
通して延長している。円形の可撓性に富むシール138
が、結合ロッドと接触して封止するように空気弁要素16
と端部キャップ134の境界面における拡大された凹部に
設けられている。燃料弁ヘッド18は、ねじ140により結
合ロッドの底端部に対して取外し自在に固定されてい
る。回転防止ねじ142が結合ロッドの長手方向のスロッ
ト144を貫通して延長し、ロッドおよび結合されたウォ
ームねじとが、ステッピング・モータが運転される時ウ
ォームねじを軸方向に運動させる回転運動を阻止する。
長手方向のスロット144は、燃料弁ヘッド18の予め定め
た全移動量だけステッピング・モータによる結合ロッド
の軸方向の運動を許容するに充分な長さとなっている。 Oリング146は端部キャップの底部に沿う環状溝内に
置かれ、複合弁部材15が完全に密接した位置即ち閉鎖位
置へ下方に偏倚される時、Oリングを燃料弁座52と封止
接触状態にすることにより、燃料が漏れないように流入
口50を更に封止する。 空気弁要素16は、複数の力板150により弁要素の中央
胴部に対して結合された外側の連続する座環148を含
む。この連続する座環は、心部材79の直立壁面80に配置
された上部の静止空気弁座158および心部材の円錐状部8
2の外壁面との各定置係合状態を生じるための上部およ
び下部の可動弁座154、156を有する。 可動空気弁座154、156は、第2図に示される如き閉鎖
位置にある時作用的な封止状態を生じるように、また第
1図に示される如き開放位置にある時は空気の流れを許
容するため離間されるように、上部と下部の静止空気弁
座158、160の各々に関して接近離反する方向に運動する
ように構成されている。従って、弁座154、156は弁座15
8、160と同じ距離だけ相互に軸方向に隔てられている。
明らかなように、静止および可動空気弁座は、ハウジン
グ内の空気ダクトを流れる空気の流量を制御するための
空気弁の要素を構成している。 静止弁座158、160の一方もしくは望ましくは両方がそ
れに隣接してこれから拡がる壁面を有する。例えば、心
部材79の直立壁面80は、下方に延びるに従って弁座158
から下方向に拡がる表面162を有する。また、円錐状部8
2の外壁面は、弁座160から軸方向に離れるに従って中心
部に向って収束している。空気が空気弁を流過する時エ
ネルギ損失が最小限度の最適な空気流を生じる上で好都
合であるが、両方の組の表面は必要ない。しかし、これ
らの面の少なくとも1つは設けられるべきであり、この
一方の面は空気弁要素16の座環148の周囲の凹状の壁面1
64と共働し得るためには面162であることが望ましい。
凹状壁面164の利点は、空気弁の開口位置を示す第1図
において最もよく判り、この位置においては、第1の空
気通路166が壁面164と静止弁座158の間に形成され、第
2の空気通路168が静止弁座160と弁要素16の座環1148の
内壁面との間に形成されることが判るであろう。この後
者の壁面もまた、最も有効な空気流を生じるような形態
にすることができる。 更に、座の直径間の差が大きくなく、従って弁の作動
のため克服されねばならない圧力差が大きなストッパ形
の空気弁が用いられる他の混合装置におけるよりも小さ
いことが判るであろう。この理由から、非常に大きな空
気流が僅かに約76.2乃至101.6mm(3乃至4インチ)程
度の直径を有するダイヤフラムにより達成し得る。更に
また、弁要素の軸方向運動量がその長さの僅かに略々半
分に過ぎない時略々完全な開口が得られることが判るで
あろう。従来の空気弁において同じ空気流量を得るため
には、この長さの少なくとも2倍の移動量が必要となろ
う。この理由から、弁の開口のために全エネルギ量が比
較的小さくかつ時間が比較的短くて済む。従って、従来
の構造に比較して、小さな圧力変化に対する弁の応答性
が更に大きく、かつその応答時間が大幅に短縮される。
空気弁の上記の構造は公知であり、米国特許第3,545,94
8号において更に詳細に記載されている。 ダイヤフラム20上方の作用室119に対する流体の圧力
信号の通信のための圧力通信路は、心部材79の直立壁面
80の通路170、中間ハウジング部34の側壁面の通路172
と、ダイヤフラム支持板40内部の通路174と、作用室ま
で延びるカバー116の基部の通路176とにより形成されて
おり、これら全ての通路は相互に流通状態にある。ダイ
ヤフラム支持板の通路174との接合部における通路172の
壁面の凹部にはOリング178が設けられ、前記接合部に
おける通路を封止している。前記作用室は、空気弁の上
部開口の真下の空気ダクトの中間部分31の通路170の開
口からの圧力伝達路を介して、流体の圧力信号を受取
る。この地点における圧力は、開口170を流過する空気
の流速の空気供給圧力(周囲圧力または与圧状態)の関
数であり、また図示した実施例においては、スロットル
弁の設定および機関の速度および負荷の関数でもある。
これらは共に下流側の圧力、および吸気マニフォールド
24(およびこれにより混合装置)内の流速と関連してい
る。しかし、便宜上、通路170の開口および作用室119内
における圧力は単に吸気マニフォールドの圧力の派生要
因と呼ばれる。 混合装置の作用については、これまでの記述を勘案す
れば容易に理解されよう。機関が運転状態にない時、周
囲の気圧が作用室内に存在し、第2図に示されるように
ばね124が複合弁部材15をしてこの部材がその閉鎖位置
に達するまで下方向に移動させる。この位置において
は、可動空気弁座154、156が静止空気弁座158、160に着
座させられ、これにより構成される空気弁が閉路され
る。また、燃料弁ヘッド18は燃料弁座52内に挿入され、
端部キャップ134は燃料弁座の上面に対して完全に定置
されて燃料流入口を更に封止する。 機関が始動され燃料圧力が燃料流入口に存在する時、
スロットルを開いた状態で機関を始動すると、圧力伝達
路を介して作用室に負圧即ち真空状態を生じることにな
り、空気供給圧力がダイヤフラムの底面部に存在する。
この状態は、第1図に示されるように、燃料弁ヘッド18
を燃料弁座52の上方へ、また可動弁座154、156を静止空
気弁座158、160上方へ揚上させることにより、ダイヤフ
ラムおよび結合された複合弁部材15をばね124に抗して
上方向へ移動させ、かつ燃料弁および空気弁を開口させ
る。この時、空気は空気流入口13からハウジングの空気
ダクト、カバー116周囲の空間、ダイヤフラム支持板の
空気通路91、座環148の両側の空気通路166、168、心部
材とスペーサ板と基部の各通路88、64、66に流れ、最後
に空燃混合気流出口部14を流過する。同時に、燃料は燃
料流入口から、円錐状壁面部82の底部90とスペーサ板38
との間の空間を経て空気ダクト内に流れ、ここで燃料は
空気と混合して空燃混合気として空気と共にスペーサ板
および基部32の通路64、60を通り、ここから空燃混合気
流出口部14を経てアダプタ26内へ、またここから機関の
吸気マニフォールは空気と混合して空燃混合気として空
気と共にスペーサ板および基部32の通路64、60を通り、
ここから空燃混合気流出口部14を経てアダプタ26内へ、
またここから機関の吸気マニフォールド内へ流れる。当
業者には、説明したように機関の吸気マニフォールド内
の圧力から得られた空間119内の圧力に応じて、空気弁
および燃料弁は如何なる中間の位置(全て総合的に「開
口」位置と呼ばれる)でも取り得、これによりある速度
および機関負荷に対する適当な空燃混合気が得られるこ
とが充分に理解されよう。 複合弁部材15は、ばね124によってその閉鎖位置へ戻
され、空気弁および燃料弁はこれにより、吸気マニフォ
ールドからの負圧即ち真空度信号が作用室内に存在しな
い時常に閉鎖される。これは、機関が運転状態にない時
は常に燃料流入口がこれにより自動的に閉鎖されるとい
う望ましい安全要因となる。 あるいはまた、燃料弁が開かれる角度は、独立的に、
またフィードバック装置その他の装置からの制御信号に
応答して作用するステッピング・モータ22によりダイヤ
フラム20の運動で生じる調整量と共に調整することがで
きる。ダイヤフラムおよび関連する構成要素は、流体モ
ータまたは第1のアクチュエータまたは作動装置と考え
ることができ、またステッピング・モータは燃料弁に対
する第2のアクチュエータまたは作動装置と考えること
ができる。他の作動装置を流体モータあるいはステッピ
ング・モータの代りに設けることができることを理解す
べきである。燃料の流量を減少させる制御装置からステ
ッピング・モータに対する制御信号は、モータをして連
結されたウォームねじ128、結合ロッド132および燃料弁
ヘッド18を下方向へ運動させる方向に作動させて、燃料
弁の開度および燃料の流量を減少させる。運動は、制御
信号がモータへ送られて燃料弁を開き、またこれにより
燃料流量を増加させる時の反対方向となる。本装置から
供給される空燃混合気は燃料弁の開度に依存することが
明らかであろう。 空燃混合装置の別のハウジングが第5図に示されてい
る。この構成においては、本装置のハウジングは、空間
その他の斟酌から側方からの空気の流入が望ましい時、
ハウジング頂部からではなく、ハウジングの側方に空気
流入口を設けるように変更されている。この別のハウジ
ングは、第1の実施態様と同じ基部32と、スペーサ板38
と、複合弁部材15と、作用室と、カバー116とを有して
いる。 基部32に対して結合されているのは、フランジ190か
ら上方向に延長しかつ周囲のリング192をその上端部で
支持する複数の柱体188を有する点を除いて、第1の実
施例の取外し自在な心部材と略々同じ下方部分を有する
心部材186である。これら柱体は距離を隔てて置かれ、
その間に略々環状の空気流入口194を残している。従っ
て、空気は、比較点小さな抵抗しか生じない4本の柱体
以外からの邪魔を生じないフランジ190の内側に通るよ
うに入り込むことができる。上記の構造は、先に触れた
米国特許第3,545,948号に示されるものと類似してい
る。 カバー116は、空間196によりリング192に対して固定
され、第1の実施例と同じダイヤフラム20が前記カバー
とリングとの間でその外周部において緊締され、ダイヤ
フラムとカバーとの間に作用室を形成している。真空室
へ流体圧力を進入させるための圧力伝達路200は、フラ
ンジ190、柱体188の1本およびリング部分192を経て上
方に、また前記カバーの基部を経て側方に延長する通路
により形成され、前記作用室と、前記柱体間の空気流入
口からハウジングを通って延長する空気ダクトの中間部
分202との間に流体の流通を生じる。他の構造的な特徴
は第1の実施例において示されたものと同じである。 別のハウジング構造を有する本装置の作用的な特質
は、空気弁を流れるように下方向に流過する前にハウジ
ング側方に空気が流入する点を除いて、第1の実施例の
構成について先に述べたものと同じである。 本発明の第2の実施例は、第6図および第7図に示さ
れている。本装置のこの実施態様は、通常負荷において
は薄い空燃混合気により一定の速度で機関を運転し、急
激な負荷の増加と同時に燃料混合気を迅速に濃化するこ
とが望ましい発電機等を駆動するため用いられる内燃機
関に取付けるため特に有効である。本装置は、通常の運
転条件下で燃料ヘッドが薄い空燃混合気のための下方向
に引込められた位置においた状態で第6図に、また急激
な負荷要求の増加と同時に濃化した空燃混合気のための
燃料弁の開度を増大させる燃料ヘッドが上方向に伸長し
た位置で第7図に示されている。 本実施例においては、第2の即ち補助流体モータ210
が前の実施例において開示されたステッピング・モータ
22に代り、負荷要求の急激な増加に応答して流体モータ
に対してある流体圧力制御信号が与えられる時、第7図
に示されるようにある固定された量だけ燃料弁を上昇さ
せて空燃混合気を濃化する。この第2の流体モータはま
た、燃料弁のための第2の作動装置とも呼ぶことができ
る。この第2の実施例は、第1の実施例の第5図におい
て述べた如きハウジングの側面から吸気を受取るように
構成されたハウジングにより示されているが、第2の実
施例は第1の実施例の第1図乃至第4図に示された如き
ハウジング頂部から吸気するように構成されたハウジン
グによるものと同様に作動することを理解すべきであ
る。流体モータ210およびその関連部品によりステッピ
ング・モータを置換する点を除いて、本装置の全ての構
成要素は第1の実施例について述べたものと同じもので
あり、またこのような類似した構成要素は以下の記述に
おいて同じ参照番号が付されている。ダイヤフラム20お
よびその関連する作動要素からなる第1の実施例におい
て触れた流体モータもまた、以下本文においては、記述
の便宜上第1の流体モータあるいは第1の燃料弁作動装
置と呼ばれる。 第2の流体モータ210は、第1の流体モータのダイヤ
フラム20と一緒に運転するようにこのダイヤフラム上に
支持され、上部カバー212および下部カバー214により形
成された密閉室を含む。第2の流体モータは、これもま
た第2のダイヤフラムと呼ばれ、空間218により緊締状
態の関係でカバー間で封止されかつ前記室を上部室220
と流体の圧力制御信号を受取るための下部の圧力室222
に分割するダイヤフラム216を含んでいる。以下に述べ
るように負荷要求の急激な増加に応答して流体の圧力制
御信号が下部の圧力室222内に存在する時、ダイヤフラ
ム216は第7図に示されるように外側に拡張し、この状
態が燃料弁ヘッド18を独立的にかつダイヤフラム20によ
り燃料ヘッドの運動に対して上昇させて燃料弁の開度を
増大させる。流体圧力制御信号が前記圧力室から取除か
れると、ばね223はダイヤフラムを第6図に示されるそ
の最初の引込められる位置へ戻す。上部カバー212はボ
ス224内に中心部開口を有し、案内ピン226がこのボスに
固定され、流体モータ210をその下方の可動要素と一緒
に保持することを助ける、これら要素が軸方向に運動さ
れる時本装置の軸の中心線に沿った摺動作用関係に作用
室のカバー116のスリーブ120内に延長している。上部カ
バー212には、第2の流体モータの上部室220と前の実施
例で触れた第1の流体モータの内部に第2の流体モータ
210が配置される作用室119との間に流体の流れを伝える
ための穴227が穿孔されている。流体モータ210と作用室
カバー116との間に配置されたばね228が複合弁部材15お
よび結合された燃料ヘッドを閉鎖位置に向って下方向に
偏倚して、機関が運転していない時第1の実施例のばね
124の作用について述べたと同様な方法で、燃料のため
の確実な遮断状態を生じる。 流体モータ210の下部カバー214は、流体圧力制御信号
が下部の圧力室から除去される時、ダイヤフラム216の
下側から流体圧力を排出してダイヤフラムがその引込め
られる下方位置へゆっくり戻ることを許容するための通
気穴としてカバーの側壁面の開口に設けられた絞りの大
きな多孔質フィルタを含む焼結弁要素230を有する。焼
結要素230の密度は、流体が下部圧力室から流出し得る
程度を調整し、かつこれによりダイヤフラムおよび結合
された燃料弁ヘッド18がその下方の引込み位置へ戻るた
めに要する時間を調整するように選定されている。 第2の流体モータ210は、下部カバーおよびダイヤフ
ラム支持板40を貫通して複合弁部材15の頂部へ延長する
ねじ232により複合弁部材15およびダイヤフラム20の頂
部に取付けられている。 小径の下部を有するブッシング234が下部カバー214、
ダイヤフラム補強板110および下側のダイヤフラム20の
中心開口内に配置されている。ブッシング内に摺動自在
に収受されるのは、第1の実施例の結合ロッド132と類
似した、一端部で燃料弁ヘッド18に対しまた他端部でダ
イヤフラム216に対してねじ237により結合された結合ロ
ッド236である。ダイヤフラム216の両側における2つの
支持板238はダイヤフラムを支持し、ここでダイヤフラ
ムが結合ロッドに対して結合されている。ダイヤフラム
216は、ダイヤフラム20による燃料弁ヘッドの運動とは
独立して燃料弁ヘッドがダイヤフラム216により運動さ
れることを許すように燃料弁ヘッド18に対して結合され
ている。ばね223は、ブッシングの上面に対し下方向に
ダイヤフラムを押圧し、これがダイヤフラム216および
結合された燃料弁ヘッド18の引込まれる下方向位置を制
限して画成する。ブッシング234は、複合弁部材15の内
部で腔部即ち中心部242から下方の圧力室222内へ流体力
の制御信号を伝達するようにブッシングと結合ロッド23
6との間に通路を提供するよう溝が形成されている。複
合弁部材15の腔部242は、周囲の気圧あるいは与圧式の
機関用途における与圧空気と連通するように構成されて
おり、そのいずれの場合も弁部材15の側壁面のニップル
246に結合された可撓性に富むホース244を介して前に触
れた流体圧力の制御信号を含んでいる。ソレノイド制御
弁248が、ホースを介して前記腔部内への周囲空気また
は与圧空気の流過を制御する。 本装置は、速度制御ガバナーに応答して常に一定速度
で運転しかつ確立された機関の運転負荷に対して空気弁
および燃料弁が開かれる程度が予め定められ、更に効率
のよい燃料制御および排出物の排出をもたらすようにこ
の速度の間は薄い空燃混合気を提供する発電機等を駆動
するための機関と共に使用されることが望ましい。本装
置は、通常の運転条件下では、ステッピング・モータに
起因する如き運転特性を除いて第1の実施例について記
述したように運転する。即ち、機関の吸気マニフォール
ド圧力から得られる作用室119内の圧力信号は、第1の
流体モータのダイヤフラム20に対して作用し、これが更
に空気弁と燃料弁を作用させてスロットル位置および機
関の運転条件に従ってこれら弁をある予め定めた角度ま
で開いて、適正な空燃混合気を提供する。ある負荷が機
関に課されると、発電機の速度は低下してガバナーによ
り検出され、これが燃料の流量を増加するためスロット
ル28を更に開いて、機関速度をその確立された割合まで
戻す。スロットルの開度はダイヤフラム20に作用する機
関の吸気マニフォールド圧力から得られる流体の圧力信
号の減少を生じ、これが更にダイヤフラムおよび空気弁
および燃料弁を揚上させ、これにより空気および燃料の
流量を増加させる。しかし、空気弁および燃料弁が薄い
空燃混合気を生じるように予め構成されているため、機
関に急激な負荷が加えられると、混合気は負荷の最初の
変化に打勝つのに充分な程濃くならない。従って、発電
機の用途においては好ましくない機関速度の大きな低下
および機関の生じ得る失速を防止するため最初の負荷の
増加の間、空燃混合気を迅速に濃化することが必要とな
る。これは、例えば発電機のガバナーである監視装置に
より機関の負荷における変化の標識として機関速度の変
化を検出し、機関負荷における大きな増加が生じる時、
電気的信号を電磁弁248に送ってソレノイド弁を開かせ
ることにより達成される。ソレノイド弁が開かれると、
周囲の気圧が複合弁部材の腔部242へ進入し、ここから
ブッシング234と結合ロッド236との間の通路を経て第2
の流体モータ210の下部圧力室222内へ流入する。この周
囲の気圧は流体圧力制御信号として作用するが、この圧
力は前記作用室119内従ってダイヤフラム上方の上部室2
20内の圧力より高く、ダイヤフラム216および結合され
た燃料弁ヘッド18をその上方へ伸長した位置まで上昇さ
せる。このため燃料弁を更に開いて空燃混合気の濃度を
増加させる。燃料弁ヘッドの移動量を適正に選定するこ
とにより、機関は爆燃状態が生じる程濃化しないように
維持することができる。 図示しない与圧される機関の用途においては、ソレノ
イド弁248は、流体圧力制御信号として過給気圧を受取
るための混合装置に対する空気流入口に対して管路によ
って結合されている。これは、室119内、従ってダイヤ
フラム216に対して作用する上部室220内の圧力が、過給
される用途においては更に高くなるためである。容易に
理解されように、ダイヤフラム216を揚上するためばね2
23により生じる作用力と共にダイヤフラム216に対して
作用してこのダイヤフラムを上昇させる流体圧力制御信
号はダイヤフラムの頂部に作用する流体圧力よりも更に
高いことが必要となる。 負荷の上昇に対する調整の後機関がその通常の運転速
度に戻ってある選択された期間この状態を維持すること
により安定状態になると、ソレノイド弁248へ信号が送
られて弁を遮蔽して流体圧力制御信号を終了する。ソレ
ノイド弁が遮断された後、流体が焼結弁要素230から外
側へ流出するに従い、流体圧力制御信号は下部圧力室22
2から徐々に排除される。この状態が生じると、ダイヤ
フラムの戻しばね223がダイヤフラム216を燃料弁ヘッド
18と一緒にその引込み位置へ戻す。焼結弁要素の密度
は、燃料弁ヘッドが完全に引込められるのに特定の用途
に従って約1乃至3秒を要するように選定されている。
この時間的遅延量は、もし燃料弁ヘッドがその引込み位
置へ急速に戻される場合に生じるような本装置が薄い空
燃混合気に戻る際の機関速度の変動を防止するために必
要である。これは、燃料弁ヘッドが降下され空燃混合気
が薄くなるに従い、発電機の速度が低下してこの速度の
低下を検出するガバナーがスロットル28を更に開いて燃
料の流量を増加する故である。もしこれがあまり早く行
なわれると、必要以上の燃料が供給されることになり、
逆の過程によって機関の速度をガバナーにより低下させ
ねばならないことになる。従ってこの運転サイクルは、
適正な速度が得られるまで連続的に反復される。このよ
うなハンチングは、機関の速度の変化が戻りの運転中ほ
とんど判らないように燃料弁ヘッドをその引込み維持へ
の戻りを減衰即ち緩和することによって排除される。 本発明について記述したが、本発明の装置は多数の有
利な特徴を有するものであることが明らかであろう。第
1に、機関の吸気マニフォールド圧力に応答して、第1
の流体モータのダイヤフラム20による空気弁および燃料
弁の動作が空気弁および燃料弁の開度を調整してほとん
どの機関運転条件下で有効な空燃混合気を生じる。 第2に、第1の実施例においては、ステッピング・モ
ータの使用により、遠い電気的制御信号により異なる気
体燃料を補償するように燃料弁の開度、従って空燃混合
気の調整が更に容易にできるが、その上更にダイヤフラ
ムに作用する吸気マニフォールド圧力により機関の負荷
条件における変化に対して燃料弁の調整を可能にする。
また、速度、酸素その他の機関の性能を測定するセンサ
からの入力を受取るフィードバック装置と共にステッピ
ング・モータを用いる際、機関の性能を監視して実際の
機関性能に応答して空燃混合気を変化させて最も適合す
る機関の空燃混合気を供給する手段がもたらされる。そ
の結果、更に優れた機関性能、燃料の経済性および環境
汚染制御が得られる。フィードバック制御信号に応答し
て燃料の相違に対するステッピング・モータによる空燃
混合気の調整は、燃料弁が既にダイヤフラム20により適
当な要求位置に予め置かれているため迅速に達成するこ
とができる。 第2の実施例の装置は、更に優れた燃料経済性および
排出物制御のための通常の負荷条件において薄い空燃混
合気で運転することが要求されるも、機関負荷における
急激な増加と同時に混合気を迅速に濃化して機関速度の
低下または機関の失速を防止することができる機関で駆
動する発電機等の運転において特に有利となる。重要な
ことは、これが簡単であるが更に効率的に達成されるこ
とである。 両方の実施態様においては、燃料弁ヘッドおよび弁座
が容易に取外すことができ、また異なる大きさあるいは
形態のもので代替可能である故に、装置の大幅な改修な
しに介在する条件に対して最も適するオリフィスを形成
することが可能となる。更に別の利点は、本装置の性格
および構造が、両実施態様において、非常に信頼性が高
く、作動が簡単であり、現場における修理および改修の
ため分解が容易であり、経済的に製造することができる
という点にある。 本発明は、例示であって限定する意図のない図面に示
され本文に記された実施態様により限定されるものでは
なく、頭書の特許請求の範囲によってのみ限定されるも
のである。
LPGまたは天然ガスの如き気体燃料と空気を混合するた
め用いられる形式の空気と気体燃料の混合装置に関し、
特に機関の吸気マニフォールド圧力から生じる圧力信号
に応答して、供給燃料の空気と燃料の比率を制御するた
めの空気弁および気体燃料弁が操作される形式の空燃混
合装置に関する。 〔従来の技術および解決しようとする問題点〕 空気を気体燃料と混合するための混合装置は公知であ
る。一般に、このような装置は、内燃機関を気体燃料で
運転することが要求される時は従来の液体燃料気化器の
代りに、蝶形弁と共に機関の吸気マニフォールドに対し
て取付けられる。作用においては、混合装置は典型的
に、機関の負荷要件を表わす機関の吸気マニフォールド
の圧力に応答して、空気と気体燃料とをある特定の機関
の負荷に対して適正な割合で混合室内で混合し、この混
合気を吸気マニフォールド内に放出する。混合装置内の
空気弁および気体燃料弁は、空燃装入物の量および混合
率を制御する。 米国特許第3,545,948号に示される1つのこのような
装置においては、空気弁および気体燃料弁は、吸気マニ
フォールドから得られる圧力信号により操作されるダイ
ヤフラムによって、一体に作動させられる。ダイヤフラ
ムは、吸気マニフォールドの負圧に応じて前記両弁を開
路し、これら弁の大きさおよび開口度、従って空燃混合
比は如何なる吸気マニフォールド圧力においても、特定
の燃料および装置が取付けられる機関に対して予め定め
られる。 このような公知の空燃混合装置における一つの問題
は、装置は一旦取付けると異なる気体燃料の使用ができ
ないことである。これは、燃料弁は、開いた時には、使
用される特定の燃料に対して空燃混合気を濃縮化あるい
は稀薄化するように独立的に調整することができないた
めである。この問題は、このような装置が分解プロセス
において残留した気化燃料が補給される産業用機関に組
付けられる精油産業において最も頻繁に生じる。このよ
うな気体燃料は、例えば、気体燃料がジェット燃料また
は暖房油のため石油を分解することから生じるかどうか
に従って、そのBTU(英熱単位)量が変化する。BTU量に
おける相違の故に、燃料が変更される時の機関の負荷に
対して空燃混合比を調整することが必要となるが、この
ことは頻繁にあるいは連続的にさえ生じ得る。装置の燃
料入口の上流側で燃料流量を調整する機械的な調整ねじ
を設けることにより、このような調整を行なう試みがな
されてきたが、この試みは時間がかかり、また機械的な
調整ねじは時間の経過と共に疲労する。 別の問題は、このような装置があらゆる範囲の機関性
能に対して最適な空燃混合気を常に提供するものではな
いことである。これは、空気弁および燃料弁が専ら吸気
マニフォールド圧力から生じる流体圧力信号によって制
御される故である。この圧力信号は機関の負荷の指標で
ありかつほとんどの機関条件下での機関性能に対して有
効な空燃混合比を提供するが、機関性能のあらゆる範囲
および条件に対して最適の空燃混合比を提供するために
圧力信号にのみ依存することはできない。この目的を達
成するためには、速度、酸素、負圧および(または)他
の機関性能のセンサからの入力に応答して機関性能を監
視してこれらのセンサに応答して制御信号を生じる形式
のフィードバック制御装置からの第2の制御信号によ
り、空燃混合比を随時調整することが望ましい。このよ
うな制御信号に応答してある予め定めた濃縮された混合
気を稀薄化するよう燃料弁周囲の調整可能な空気流過量
を提供するか、あるいはこの制御信号に応答して混合室
に対する気体燃料の圧力を調整することによって空燃混
合比を調整する試みがなされてきた。しかし、これらの
解決法は信頼性に問題があり、固有の時間的遅れを有
し、これが機関性能に悪影響を及ぼしている。 公知の空燃混合装置における別の問題は、これらの装
置が薄い空燃混合気で機関を効率よく運転し、機関の負
荷要求における急激な増加に即して燃料混合気を迅速に
かつ有効に濃縮化することができないことである。この
ことは、通常の負荷条件においては更に良好な経済制御
ならびに廃棄物制御をもたらすように一定速度で薄い空
燃混合気により運転しながら、負荷の増加の結果として
機関の運転速度の低下もしくは失速状態を防止するため
急激な負荷要求の増加と同時に燃料混合気の濃化を迅速
に行なうことができることが望ましい発電機用途におい
て特に重要である。 〔問題点を解決するための手段〕 従って、本発明の目的は、ある特定の機関の使途にお
いてある広い範囲の気体燃料を取扱うため迅速かつ遠隔
的に調整が可能な空燃混合装置の提供にある。 本発明の別の目的は、機関の吸気マニフォールドの圧
力から得られる第1の制御信号に応答して一体に作動す
る空気弁および気体燃料弁、ならびに第1の制御信号に
よる操作の間燃料弁の調整のための第2の制御信号によ
りこれまた遠くから独立的に操作される燃料弁を備えた
空燃混合装置の提供にある。 本発明の他の目的は、内燃機関の吸気マニフォールド
圧力から得られる流体圧力信号に応答してダイヤフラム
で作動する空気弁および燃料弁、ならびに機関の出力条
件に応答して空燃混合気を調整するためフィードバック
制御装置からのフィードバック制御信号によりこれまた
遠くから独立的に調整される燃料弁を備えた空燃混合装
置の提供にある。 他の目的は、通常の負荷条件の間は更に良好な燃料効
率および廃棄物制御をもたらすように薄い空燃混合気を
提供しながら、急激な負荷要求により生じる機関速度の
大きな低下を防止するため、急激な負荷要求の増加と同
時に燃料混合気を迅速に濃化することができることによ
り、発電機用途における内燃機関を運転するのに特に好
適な空燃混合装置の提供にある。 本発明の更に他の目的は、経済的でありかつ製造が容
易な空燃混合装置の提供にある。 これらの目的に従って、本発明は、内燃機関に対する
燃料混合気即ち装入物として気体燃料を空気と混合する
ため用いられる形式の空燃混合装置を構成する。本装置
は、空気入口部と、燃料入口部と、空気入口部の下流側
の空燃混合気の排出口部とを備えたハウジングを有す
る。このハウジングは、蝶形弁の位置に応答して混合気
が吸気マニフォールド内に排出されるように、内蔵され
た蝶形弁即ちスロットル弁を備えたアダプタを介して、
機関の吸気マニフォールドに対して取付けられるように
なっている。流体モータを含む作動装置により作動され
る空気弁および気体燃料弁は、それぞれ、本装置からの
空気と燃料の流出物の量および混合比を制御する。空気
弁と燃料弁とは、可撓性に富むダイヤフラムに対して結
合され、機関の吸気マニフォールドの圧力から得られる
流体圧力信号に応答して運動させられるダイヤフラムに
より一体に作動させられる。ある吸気マニフォールド圧
力に対して空気弁と燃料弁が開かれる角度は、本装置を
用いて特定の機関の用途に対する適当な空燃混合気を生
じる特定の燃料および機関の使途に対し予め定められ
る。 本装置の2つの実施態様について示し記述する。第1
の実施態様においては、燃料弁もまた、遠隔のフィード
バック制御装置等からの第2の制御信号に応答してダイ
ヤフラムに取付けたステッピング・モータにより独立的
に操作され、燃料弁もまた前記ダイヤフラムにより操作
される間、この燃料弁のための独立的な作動装置を提供
する。ステッピング・モータの使用により、燃料弁は異
なる気体燃料に対し、またある機関の運転条件に対して
更に適する空燃比を生じるように空燃混合比を変更する
ため遠くから独立的に調整することができる。 本発明の第2の実施態様は、発電機等を薄い空燃混合
気で一定の速度で運転するため、主として内燃機関と共
に使用されるものである。好都合にも、本装置は、機関
速度における大きな低下を防止するため負荷要求におけ
る急激な増加と同時に空燃混合気を迅速にに濃化するこ
とができる。本実施態様においては、第2の流体モータ
は、第1の実施態様のステッピング・モータを置換し、
負荷要求における急激な増加に応答して流体圧力制御信
号が流体モータに対して与えられる時、燃料弁にある固
定した量だけ空燃混合気を濃化させる。このため、さも
なければ生じる筈の機関速度の大きな低下を防止する。
発電機の速度が負荷の増加に対して安定化した後、燃料
弁は空燃混合気を薄い状態へ戻すように低位置へ置かれ
る。 両方の実施態様においては、ハウジングは、空間その
他の斟酌から望ましい場合に、ハウジングの頂部あるい
は側方から吸気を受取るように構成することができる。 従って、本発明は、以下本文に述べる構造において例
示される構造上の特徴、構成要素の組合せおよび部品の
配置を構成するものであり、本発明の範囲は頭書の特許
請求の範囲において示される。 本発明の目的の性質を更によく理解するため、図面に
関して述べる以下の詳細な説明を照合されたい。 同じ参照番号は図面のいくつかにおける類似の部品を
示している。 〔実施例〕 先ず図面によれば、第1図乃至第5図には本発明を構
成する空燃混合装置10の第1の実施例が示されている。 最初に第1図乃至第4図においては、以下の小節にお
いて更に詳細に説明するように、第1の実施例において
は、空燃混合装置10は、ハウジングの上端部における空
気流入口部13からハウジングの底部における空燃混合気
流出口部14までハウジングを貫通して延在する空気ダク
ト12を備えた対称形のハウジング11で形成されている。
ハウジング内の中心部には、内蔵された空気弁要素16お
よび燃料弁ヘッド18を有する軸方向に運動可能な複合弁
キャリア即ち部材15が配置され、それぞれ空気および燃
料の流量を制御し、かつこれにより流出口14を流過する
空燃混合気を制御するための各空気弁および燃料弁の要
素を構成している。空気弁要素および燃料弁ヘッドは、
機関の吸気マニフォールドから得られる流体圧力信号に
応答して、複合弁部材を動かすダイヤフラム20の運動に
よって一体に作動させられる。燃料ヘッドもまた、排気
マニフォールド内の酸素成分の測定のための酸素量セン
サ、機関速度を測定するための速度センサ、および吸気
マニフォールドの真空度を測定するための真空度センサ
の如き機関性能を測定するための複数のソースからの入
力を受取るフィードバック制御装置からの制御信号に応
答して燃料流量を変更するためダイヤフラムに支持され
たステッピング・モータ22によって独立的に操作され
る。本装置は、第1図において複合弁部材15、空気弁お
よび気体燃料弁が開路位置、また第2図においてはこれ
らが閉路位置にある状態で示されている。 本装置について更に詳細に述べると、本装置は、典型
的には、アダプタ26を介して吸気マニフォールド24の如
き機関の空気取入れ管路手段に対して取付けられる。一
部しか示されない従来の蝶形のスロットル弁28がアダプ
タに対して枢着され、ハウジングの底部における混合気
流出口14を流れる流量を調整するよう作用する。蝶形弁
を備えた本混合装置は、気化器を構成している。矢印30
は、混合装置から機関の吸気マニフォールドに向う流出
流の軸心を示している。空気ダクトの中間部31における
圧力は、機関が運転中常にそうではないが、機関の吸気
マニフォールド内の圧力の導関数である。 ハウジングは、基部32と、中間ハウジング部34と、上
部ハウジング部36とを含む。スペーサ板38が基部32と中
間部34との間に配置され、ダイヤフラム支持板40が上部
36と中間部34との間に配置されている。基部をアダプタ
に対してねじ44により結合するため、ボス42が前記基部
の下端部に設けられている。 図示しない燃料供給源に対して結合するためのねじを
設けた燃料供給ポート46は、基部の側壁面に形成され、
このポートから混合装置の中間部分まで延在する燃料流
入管路48と流通状態にあり、前記管路は混合装置の中央
部分で上方を向いた流入口50で終っている(燃料供給ポ
ートおよび燃料流入管路の構造は、管路の側面部を示す
第5図の別のハウジング構造を参照することにより、更
に容易に見ることができる。)。燃料弁座52は燃料流入
口内に取外し自在に定置され、Oリング54が弁座開口の
壁面の上隅部に沿って環状の肩部に置かれて、気体燃料
が漏れないように壁面を封止している。燃料弁座は燃料
弁ヘッドと共に燃料流入口からの燃料流量を制御するた
めの燃料弁を構成し、本装置が取付けられるべき特定の
機関用途に対して形状および大きさが適合させられる。 環状のプラットフォーム58が燃料流入口周囲で基部の
側壁面内部まで延在し、燃料と空気が基部32を流過する
ように円弧状の通路60が前記プラットフォームと基部の
側壁面との間に設けられている。 スペーサ板38は、燃料が燃料が流入口から流れるよう
に燃料流入口および弁座52と重なる中心部開口62を有
し、スペーサ板および支持プラットフォームに燃料およ
び空気が通過するようにハウジングの基部の支持プラッ
トフォームの流出路60に重合するようにその周囲に沿っ
て適当に配置された円弧状の流出路64を有する。この中
心部開口62は、燃料流入口から流出路64への気体燃料の
流れを容易にするテーパ状の側壁面66を有し、またこの
側壁面の内端部は燃料弁座52の対応する段部を収受し、
またこれにより前記弁座開口内に保持するため切欠き68
により段部が設けられている。スペーサ板は、それぞれ
ハウジングの基部32の頂部と中間部34の底部とに沿って
フランジ72、74を経て延在するねじ70により、前記基部
と中間部との間で緊締されている。前記スペーサ板の下
面に沿って、また中間部の下面に沿ってそれぞれ環状溝
内に置かれたOリング76、78が接合部を封止する。 ハウジング内に配置されかつスペーサ板38の頂部に対
して緊締されているのは、直立壁面80と、複合弁部材15
の下端部を摺動自在に収受してこれを軸方向に整合状態
に保持する中心開口を有する一体の内部の円錐状壁面部
82とを有する対称的な取外し自在な心部材79である。直
立壁面80は、円錐状壁面82の基部の両端部に置かれた結
合用ブリッジにより円錐状部に対して結合され、また空
気と燃料を流過させるため、前記ブリッジ間および前記
円錐状壁面部の周囲と直立壁面80との間に円弧状の流出
路88が設けられている。この空気流出路88は、スペーサ
板の空燃混合気流出路64、および流出口14に対して空気
と燃料を流出する基部の流出路60に重合している。直立
壁面80と円錐状壁面82は共に不浸透性構造である。重要
なことは、円錐状壁面部の基部90が、燃料流入口からス
ペーサ板の流出路64へ燃料が流通するように円錐状部と
スペーサ板との間に間隙を生じるように僅かに高くなっ
ていることである。図示しない複数の脚部パッドが、前
記円錐状部の周囲でその基部からスペーサ板の頂部まで
伸びており、この円錐状部の中心部が負圧に応答して撓
むことを阻止する。前記心部は、前記中間ハウジング部
が基部22に対して固定される時、このハウジング部の内
壁面との直立壁面80の接触によりスペーサ板の頂部に対
して緊締されている。あるいはまた、前記心部材は、前
記直立壁面80の基部における心部材の底部のフランジお
よびスペーサ板を経て基部まで延在する図示しないねじ
によって、基部に対して固定されてもよい。直立壁面80
との接触点において、Oリング93が中間ハウジング部の
内壁面に沿う環状溝内に置かれて前記接触点を封止す
る。 ダイヤフラム支持板40は、上部ハウジング部36と中間
ハウジング部34との間にこれら各部材のフランジ96、98
を貫通して延長するねじ94により緊締されている。それ
ぞれ前記支持板および中間ハウジング部の頂壁面の環状
溝内に設置されたOリング100、102は、これら隣接する
部材を封止する。第3図において最もよく示されるよう
に、複数の円弧状空気路91は、空気を支持板に流過させ
るため、ハウジングの壁面に隣接する支持板を貫通して
延長している。この通路は、半径方向の結合柱体即ちア
ーム92により分割されている。ダイヤフラム支持板40の
中心部は、ダイヤフラムおよび複合弁部材15を収受する
ための大きな開口を設けた皿形を呈している。 上部ハウジング部36は、混合装置に対する空気を受取
るため頂部において開口しており、この開口が空気流入
口13を形成する。図示しない空気フィルタが流入する空
気を濾過するためハウジングの頂部に取付けられること
が望ましく、またねじを取付ける穴を有するフランジ10
4が、空気フィルタの取付けのため、あるいは図示しな
い空気フィルタ・アダプタの取付けのため、上部の頂縁
部に沿って設けられている。 複合弁部材15は、ダイヤフラム20を空気弁要素16の頂
部とステッピング・モータ22のための支持ブロック106
との間に置いて、前記支持ブロックを貫通して延長し空
気弁要素16にねじ込まれたねじ108によりダイヤフラム
に対して緊締されることにより、ダイヤフラムに対して
作用的に取付けられている。ダイヤフラム裏打ち板110
が、ダイヤフラムとステッピング・モータ支持ブロック
との間でダイヤフラムをこの領域において補強するため
配置されている。ステッピング・モータは、1対のねじ
114によって支持ブロック102に対して固定されるステッ
ピング・モータ・ハウジング112内い収容されている。 ドーム状カバー116は、ステッピング・モータ・ハウ
ジング上に配置され、支持板に対してねじ込まれた取付
けねじ118により空気通路91の内部でダイヤフラム支持
板40に対して固定されている。このダイヤフラム20は、
ダイヤフラムの周囲に沿って前記カバーと支持板との間
に緊締され、ダイヤフラムの下方でこのダイヤフラムと
接触状態に置かれた封止ガスケットがダイヤフラム上方
および前記カバーの下方の空間119を実質的に空気が漏
れないように封止している。ダイヤフラム上方およびカ
バー116下方のこの空間119は、ダイヤフラムを作動させ
るためめの作用室である。カバー116は、下方に延長す
るスリーブ120を有し、ステッピング・モータ・ハウジ
ング112の頂部から上方に延長している係合する位置決
め柱体122に重ねて配置され、複合弁部材15の上端部を
垂直運動の間軸方向に整合状態に維持する。ステッピン
グ・モータ・ハウジング112とカバー116との間に位置す
るばね124は、複合弁部材15をその閉路位置へ向けて下
方へ偏倚させる。 ステッピング・モータ22は、電気配線126を介して図
示しないフィードバック制御装置から電気的な制御信号
を受取る。ステッピング・モータの中心軸心を通って延
長するウォームねじ128は、この信号に応答して軸方向
に運動させられて作用的に結合された燃料制御ヘッド18
を昇降させ、これにより燃料弁を作動させる。前記ウォ
ームねじは、このウォームねじが結合ロッド132に対し
て回転することが阻止されるように、結合ロッドの上端
部に対して固定されている。この結合ロッドは、空気弁
要素の中空の心部と、ねじ136により空気弁要素の底部
に取付けられた端部キャップ134の中心部の開口とを貫
通して延長している。円形の可撓性に富むシール138
が、結合ロッドと接触して封止するように空気弁要素16
と端部キャップ134の境界面における拡大された凹部に
設けられている。燃料弁ヘッド18は、ねじ140により結
合ロッドの底端部に対して取外し自在に固定されてい
る。回転防止ねじ142が結合ロッドの長手方向のスロッ
ト144を貫通して延長し、ロッドおよび結合されたウォ
ームねじとが、ステッピング・モータが運転される時ウ
ォームねじを軸方向に運動させる回転運動を阻止する。
長手方向のスロット144は、燃料弁ヘッド18の予め定め
た全移動量だけステッピング・モータによる結合ロッド
の軸方向の運動を許容するに充分な長さとなっている。 Oリング146は端部キャップの底部に沿う環状溝内に
置かれ、複合弁部材15が完全に密接した位置即ち閉鎖位
置へ下方に偏倚される時、Oリングを燃料弁座52と封止
接触状態にすることにより、燃料が漏れないように流入
口50を更に封止する。 空気弁要素16は、複数の力板150により弁要素の中央
胴部に対して結合された外側の連続する座環148を含
む。この連続する座環は、心部材79の直立壁面80に配置
された上部の静止空気弁座158および心部材の円錐状部8
2の外壁面との各定置係合状態を生じるための上部およ
び下部の可動弁座154、156を有する。 可動空気弁座154、156は、第2図に示される如き閉鎖
位置にある時作用的な封止状態を生じるように、また第
1図に示される如き開放位置にある時は空気の流れを許
容するため離間されるように、上部と下部の静止空気弁
座158、160の各々に関して接近離反する方向に運動する
ように構成されている。従って、弁座154、156は弁座15
8、160と同じ距離だけ相互に軸方向に隔てられている。
明らかなように、静止および可動空気弁座は、ハウジン
グ内の空気ダクトを流れる空気の流量を制御するための
空気弁の要素を構成している。 静止弁座158、160の一方もしくは望ましくは両方がそ
れに隣接してこれから拡がる壁面を有する。例えば、心
部材79の直立壁面80は、下方に延びるに従って弁座158
から下方向に拡がる表面162を有する。また、円錐状部8
2の外壁面は、弁座160から軸方向に離れるに従って中心
部に向って収束している。空気が空気弁を流過する時エ
ネルギ損失が最小限度の最適な空気流を生じる上で好都
合であるが、両方の組の表面は必要ない。しかし、これ
らの面の少なくとも1つは設けられるべきであり、この
一方の面は空気弁要素16の座環148の周囲の凹状の壁面1
64と共働し得るためには面162であることが望ましい。
凹状壁面164の利点は、空気弁の開口位置を示す第1図
において最もよく判り、この位置においては、第1の空
気通路166が壁面164と静止弁座158の間に形成され、第
2の空気通路168が静止弁座160と弁要素16の座環1148の
内壁面との間に形成されることが判るであろう。この後
者の壁面もまた、最も有効な空気流を生じるような形態
にすることができる。 更に、座の直径間の差が大きくなく、従って弁の作動
のため克服されねばならない圧力差が大きなストッパ形
の空気弁が用いられる他の混合装置におけるよりも小さ
いことが判るであろう。この理由から、非常に大きな空
気流が僅かに約76.2乃至101.6mm(3乃至4インチ)程
度の直径を有するダイヤフラムにより達成し得る。更に
また、弁要素の軸方向運動量がその長さの僅かに略々半
分に過ぎない時略々完全な開口が得られることが判るで
あろう。従来の空気弁において同じ空気流量を得るため
には、この長さの少なくとも2倍の移動量が必要となろ
う。この理由から、弁の開口のために全エネルギ量が比
較的小さくかつ時間が比較的短くて済む。従って、従来
の構造に比較して、小さな圧力変化に対する弁の応答性
が更に大きく、かつその応答時間が大幅に短縮される。
空気弁の上記の構造は公知であり、米国特許第3,545,94
8号において更に詳細に記載されている。 ダイヤフラム20上方の作用室119に対する流体の圧力
信号の通信のための圧力通信路は、心部材79の直立壁面
80の通路170、中間ハウジング部34の側壁面の通路172
と、ダイヤフラム支持板40内部の通路174と、作用室ま
で延びるカバー116の基部の通路176とにより形成されて
おり、これら全ての通路は相互に流通状態にある。ダイ
ヤフラム支持板の通路174との接合部における通路172の
壁面の凹部にはOリング178が設けられ、前記接合部に
おける通路を封止している。前記作用室は、空気弁の上
部開口の真下の空気ダクトの中間部分31の通路170の開
口からの圧力伝達路を介して、流体の圧力信号を受取
る。この地点における圧力は、開口170を流過する空気
の流速の空気供給圧力(周囲圧力または与圧状態)の関
数であり、また図示した実施例においては、スロットル
弁の設定および機関の速度および負荷の関数でもある。
これらは共に下流側の圧力、および吸気マニフォールド
24(およびこれにより混合装置)内の流速と関連してい
る。しかし、便宜上、通路170の開口および作用室119内
における圧力は単に吸気マニフォールドの圧力の派生要
因と呼ばれる。 混合装置の作用については、これまでの記述を勘案す
れば容易に理解されよう。機関が運転状態にない時、周
囲の気圧が作用室内に存在し、第2図に示されるように
ばね124が複合弁部材15をしてこの部材がその閉鎖位置
に達するまで下方向に移動させる。この位置において
は、可動空気弁座154、156が静止空気弁座158、160に着
座させられ、これにより構成される空気弁が閉路され
る。また、燃料弁ヘッド18は燃料弁座52内に挿入され、
端部キャップ134は燃料弁座の上面に対して完全に定置
されて燃料流入口を更に封止する。 機関が始動され燃料圧力が燃料流入口に存在する時、
スロットルを開いた状態で機関を始動すると、圧力伝達
路を介して作用室に負圧即ち真空状態を生じることにな
り、空気供給圧力がダイヤフラムの底面部に存在する。
この状態は、第1図に示されるように、燃料弁ヘッド18
を燃料弁座52の上方へ、また可動弁座154、156を静止空
気弁座158、160上方へ揚上させることにより、ダイヤフ
ラムおよび結合された複合弁部材15をばね124に抗して
上方向へ移動させ、かつ燃料弁および空気弁を開口させ
る。この時、空気は空気流入口13からハウジングの空気
ダクト、カバー116周囲の空間、ダイヤフラム支持板の
空気通路91、座環148の両側の空気通路166、168、心部
材とスペーサ板と基部の各通路88、64、66に流れ、最後
に空燃混合気流出口部14を流過する。同時に、燃料は燃
料流入口から、円錐状壁面部82の底部90とスペーサ板38
との間の空間を経て空気ダクト内に流れ、ここで燃料は
空気と混合して空燃混合気として空気と共にスペーサ板
および基部32の通路64、60を通り、ここから空燃混合気
流出口部14を経てアダプタ26内へ、またここから機関の
吸気マニフォールは空気と混合して空燃混合気として空
気と共にスペーサ板および基部32の通路64、60を通り、
ここから空燃混合気流出口部14を経てアダプタ26内へ、
またここから機関の吸気マニフォールド内へ流れる。当
業者には、説明したように機関の吸気マニフォールド内
の圧力から得られた空間119内の圧力に応じて、空気弁
および燃料弁は如何なる中間の位置(全て総合的に「開
口」位置と呼ばれる)でも取り得、これによりある速度
および機関負荷に対する適当な空燃混合気が得られるこ
とが充分に理解されよう。 複合弁部材15は、ばね124によってその閉鎖位置へ戻
され、空気弁および燃料弁はこれにより、吸気マニフォ
ールドからの負圧即ち真空度信号が作用室内に存在しな
い時常に閉鎖される。これは、機関が運転状態にない時
は常に燃料流入口がこれにより自動的に閉鎖されるとい
う望ましい安全要因となる。 あるいはまた、燃料弁が開かれる角度は、独立的に、
またフィードバック装置その他の装置からの制御信号に
応答して作用するステッピング・モータ22によりダイヤ
フラム20の運動で生じる調整量と共に調整することがで
きる。ダイヤフラムおよび関連する構成要素は、流体モ
ータまたは第1のアクチュエータまたは作動装置と考え
ることができ、またステッピング・モータは燃料弁に対
する第2のアクチュエータまたは作動装置と考えること
ができる。他の作動装置を流体モータあるいはステッピ
ング・モータの代りに設けることができることを理解す
べきである。燃料の流量を減少させる制御装置からステ
ッピング・モータに対する制御信号は、モータをして連
結されたウォームねじ128、結合ロッド132および燃料弁
ヘッド18を下方向へ運動させる方向に作動させて、燃料
弁の開度および燃料の流量を減少させる。運動は、制御
信号がモータへ送られて燃料弁を開き、またこれにより
燃料流量を増加させる時の反対方向となる。本装置から
供給される空燃混合気は燃料弁の開度に依存することが
明らかであろう。 空燃混合装置の別のハウジングが第5図に示されてい
る。この構成においては、本装置のハウジングは、空間
その他の斟酌から側方からの空気の流入が望ましい時、
ハウジング頂部からではなく、ハウジングの側方に空気
流入口を設けるように変更されている。この別のハウジ
ングは、第1の実施態様と同じ基部32と、スペーサ板38
と、複合弁部材15と、作用室と、カバー116とを有して
いる。 基部32に対して結合されているのは、フランジ190か
ら上方向に延長しかつ周囲のリング192をその上端部で
支持する複数の柱体188を有する点を除いて、第1の実
施例の取外し自在な心部材と略々同じ下方部分を有する
心部材186である。これら柱体は距離を隔てて置かれ、
その間に略々環状の空気流入口194を残している。従っ
て、空気は、比較点小さな抵抗しか生じない4本の柱体
以外からの邪魔を生じないフランジ190の内側に通るよ
うに入り込むことができる。上記の構造は、先に触れた
米国特許第3,545,948号に示されるものと類似してい
る。 カバー116は、空間196によりリング192に対して固定
され、第1の実施例と同じダイヤフラム20が前記カバー
とリングとの間でその外周部において緊締され、ダイヤ
フラムとカバーとの間に作用室を形成している。真空室
へ流体圧力を進入させるための圧力伝達路200は、フラ
ンジ190、柱体188の1本およびリング部分192を経て上
方に、また前記カバーの基部を経て側方に延長する通路
により形成され、前記作用室と、前記柱体間の空気流入
口からハウジングを通って延長する空気ダクトの中間部
分202との間に流体の流通を生じる。他の構造的な特徴
は第1の実施例において示されたものと同じである。 別のハウジング構造を有する本装置の作用的な特質
は、空気弁を流れるように下方向に流過する前にハウジ
ング側方に空気が流入する点を除いて、第1の実施例の
構成について先に述べたものと同じである。 本発明の第2の実施例は、第6図および第7図に示さ
れている。本装置のこの実施態様は、通常負荷において
は薄い空燃混合気により一定の速度で機関を運転し、急
激な負荷の増加と同時に燃料混合気を迅速に濃化するこ
とが望ましい発電機等を駆動するため用いられる内燃機
関に取付けるため特に有効である。本装置は、通常の運
転条件下で燃料ヘッドが薄い空燃混合気のための下方向
に引込められた位置においた状態で第6図に、また急激
な負荷要求の増加と同時に濃化した空燃混合気のための
燃料弁の開度を増大させる燃料ヘッドが上方向に伸長し
た位置で第7図に示されている。 本実施例においては、第2の即ち補助流体モータ210
が前の実施例において開示されたステッピング・モータ
22に代り、負荷要求の急激な増加に応答して流体モータ
に対してある流体圧力制御信号が与えられる時、第7図
に示されるようにある固定された量だけ燃料弁を上昇さ
せて空燃混合気を濃化する。この第2の流体モータはま
た、燃料弁のための第2の作動装置とも呼ぶことができ
る。この第2の実施例は、第1の実施例の第5図におい
て述べた如きハウジングの側面から吸気を受取るように
構成されたハウジングにより示されているが、第2の実
施例は第1の実施例の第1図乃至第4図に示された如き
ハウジング頂部から吸気するように構成されたハウジン
グによるものと同様に作動することを理解すべきであ
る。流体モータ210およびその関連部品によりステッピ
ング・モータを置換する点を除いて、本装置の全ての構
成要素は第1の実施例について述べたものと同じもので
あり、またこのような類似した構成要素は以下の記述に
おいて同じ参照番号が付されている。ダイヤフラム20お
よびその関連する作動要素からなる第1の実施例におい
て触れた流体モータもまた、以下本文においては、記述
の便宜上第1の流体モータあるいは第1の燃料弁作動装
置と呼ばれる。 第2の流体モータ210は、第1の流体モータのダイヤ
フラム20と一緒に運転するようにこのダイヤフラム上に
支持され、上部カバー212および下部カバー214により形
成された密閉室を含む。第2の流体モータは、これもま
た第2のダイヤフラムと呼ばれ、空間218により緊締状
態の関係でカバー間で封止されかつ前記室を上部室220
と流体の圧力制御信号を受取るための下部の圧力室222
に分割するダイヤフラム216を含んでいる。以下に述べ
るように負荷要求の急激な増加に応答して流体の圧力制
御信号が下部の圧力室222内に存在する時、ダイヤフラ
ム216は第7図に示されるように外側に拡張し、この状
態が燃料弁ヘッド18を独立的にかつダイヤフラム20によ
り燃料ヘッドの運動に対して上昇させて燃料弁の開度を
増大させる。流体圧力制御信号が前記圧力室から取除か
れると、ばね223はダイヤフラムを第6図に示されるそ
の最初の引込められる位置へ戻す。上部カバー212はボ
ス224内に中心部開口を有し、案内ピン226がこのボスに
固定され、流体モータ210をその下方の可動要素と一緒
に保持することを助ける、これら要素が軸方向に運動さ
れる時本装置の軸の中心線に沿った摺動作用関係に作用
室のカバー116のスリーブ120内に延長している。上部カ
バー212には、第2の流体モータの上部室220と前の実施
例で触れた第1の流体モータの内部に第2の流体モータ
210が配置される作用室119との間に流体の流れを伝える
ための穴227が穿孔されている。流体モータ210と作用室
カバー116との間に配置されたばね228が複合弁部材15お
よび結合された燃料ヘッドを閉鎖位置に向って下方向に
偏倚して、機関が運転していない時第1の実施例のばね
124の作用について述べたと同様な方法で、燃料のため
の確実な遮断状態を生じる。 流体モータ210の下部カバー214は、流体圧力制御信号
が下部の圧力室から除去される時、ダイヤフラム216の
下側から流体圧力を排出してダイヤフラムがその引込め
られる下方位置へゆっくり戻ることを許容するための通
気穴としてカバーの側壁面の開口に設けられた絞りの大
きな多孔質フィルタを含む焼結弁要素230を有する。焼
結要素230の密度は、流体が下部圧力室から流出し得る
程度を調整し、かつこれによりダイヤフラムおよび結合
された燃料弁ヘッド18がその下方の引込み位置へ戻るた
めに要する時間を調整するように選定されている。 第2の流体モータ210は、下部カバーおよびダイヤフ
ラム支持板40を貫通して複合弁部材15の頂部へ延長する
ねじ232により複合弁部材15およびダイヤフラム20の頂
部に取付けられている。 小径の下部を有するブッシング234が下部カバー214、
ダイヤフラム補強板110および下側のダイヤフラム20の
中心開口内に配置されている。ブッシング内に摺動自在
に収受されるのは、第1の実施例の結合ロッド132と類
似した、一端部で燃料弁ヘッド18に対しまた他端部でダ
イヤフラム216に対してねじ237により結合された結合ロ
ッド236である。ダイヤフラム216の両側における2つの
支持板238はダイヤフラムを支持し、ここでダイヤフラ
ムが結合ロッドに対して結合されている。ダイヤフラム
216は、ダイヤフラム20による燃料弁ヘッドの運動とは
独立して燃料弁ヘッドがダイヤフラム216により運動さ
れることを許すように燃料弁ヘッド18に対して結合され
ている。ばね223は、ブッシングの上面に対し下方向に
ダイヤフラムを押圧し、これがダイヤフラム216および
結合された燃料弁ヘッド18の引込まれる下方向位置を制
限して画成する。ブッシング234は、複合弁部材15の内
部で腔部即ち中心部242から下方の圧力室222内へ流体力
の制御信号を伝達するようにブッシングと結合ロッド23
6との間に通路を提供するよう溝が形成されている。複
合弁部材15の腔部242は、周囲の気圧あるいは与圧式の
機関用途における与圧空気と連通するように構成されて
おり、そのいずれの場合も弁部材15の側壁面のニップル
246に結合された可撓性に富むホース244を介して前に触
れた流体圧力の制御信号を含んでいる。ソレノイド制御
弁248が、ホースを介して前記腔部内への周囲空気また
は与圧空気の流過を制御する。 本装置は、速度制御ガバナーに応答して常に一定速度
で運転しかつ確立された機関の運転負荷に対して空気弁
および燃料弁が開かれる程度が予め定められ、更に効率
のよい燃料制御および排出物の排出をもたらすようにこ
の速度の間は薄い空燃混合気を提供する発電機等を駆動
するための機関と共に使用されることが望ましい。本装
置は、通常の運転条件下では、ステッピング・モータに
起因する如き運転特性を除いて第1の実施例について記
述したように運転する。即ち、機関の吸気マニフォール
ド圧力から得られる作用室119内の圧力信号は、第1の
流体モータのダイヤフラム20に対して作用し、これが更
に空気弁と燃料弁を作用させてスロットル位置および機
関の運転条件に従ってこれら弁をある予め定めた角度ま
で開いて、適正な空燃混合気を提供する。ある負荷が機
関に課されると、発電機の速度は低下してガバナーによ
り検出され、これが燃料の流量を増加するためスロット
ル28を更に開いて、機関速度をその確立された割合まで
戻す。スロットルの開度はダイヤフラム20に作用する機
関の吸気マニフォールド圧力から得られる流体の圧力信
号の減少を生じ、これが更にダイヤフラムおよび空気弁
および燃料弁を揚上させ、これにより空気および燃料の
流量を増加させる。しかし、空気弁および燃料弁が薄い
空燃混合気を生じるように予め構成されているため、機
関に急激な負荷が加えられると、混合気は負荷の最初の
変化に打勝つのに充分な程濃くならない。従って、発電
機の用途においては好ましくない機関速度の大きな低下
および機関の生じ得る失速を防止するため最初の負荷の
増加の間、空燃混合気を迅速に濃化することが必要とな
る。これは、例えば発電機のガバナーである監視装置に
より機関の負荷における変化の標識として機関速度の変
化を検出し、機関負荷における大きな増加が生じる時、
電気的信号を電磁弁248に送ってソレノイド弁を開かせ
ることにより達成される。ソレノイド弁が開かれると、
周囲の気圧が複合弁部材の腔部242へ進入し、ここから
ブッシング234と結合ロッド236との間の通路を経て第2
の流体モータ210の下部圧力室222内へ流入する。この周
囲の気圧は流体圧力制御信号として作用するが、この圧
力は前記作用室119内従ってダイヤフラム上方の上部室2
20内の圧力より高く、ダイヤフラム216および結合され
た燃料弁ヘッド18をその上方へ伸長した位置まで上昇さ
せる。このため燃料弁を更に開いて空燃混合気の濃度を
増加させる。燃料弁ヘッドの移動量を適正に選定するこ
とにより、機関は爆燃状態が生じる程濃化しないように
維持することができる。 図示しない与圧される機関の用途においては、ソレノ
イド弁248は、流体圧力制御信号として過給気圧を受取
るための混合装置に対する空気流入口に対して管路によ
って結合されている。これは、室119内、従ってダイヤ
フラム216に対して作用する上部室220内の圧力が、過給
される用途においては更に高くなるためである。容易に
理解されように、ダイヤフラム216を揚上するためばね2
23により生じる作用力と共にダイヤフラム216に対して
作用してこのダイヤフラムを上昇させる流体圧力制御信
号はダイヤフラムの頂部に作用する流体圧力よりも更に
高いことが必要となる。 負荷の上昇に対する調整の後機関がその通常の運転速
度に戻ってある選択された期間この状態を維持すること
により安定状態になると、ソレノイド弁248へ信号が送
られて弁を遮蔽して流体圧力制御信号を終了する。ソレ
ノイド弁が遮断された後、流体が焼結弁要素230から外
側へ流出するに従い、流体圧力制御信号は下部圧力室22
2から徐々に排除される。この状態が生じると、ダイヤ
フラムの戻しばね223がダイヤフラム216を燃料弁ヘッド
18と一緒にその引込み位置へ戻す。焼結弁要素の密度
は、燃料弁ヘッドが完全に引込められるのに特定の用途
に従って約1乃至3秒を要するように選定されている。
この時間的遅延量は、もし燃料弁ヘッドがその引込み位
置へ急速に戻される場合に生じるような本装置が薄い空
燃混合気に戻る際の機関速度の変動を防止するために必
要である。これは、燃料弁ヘッドが降下され空燃混合気
が薄くなるに従い、発電機の速度が低下してこの速度の
低下を検出するガバナーがスロットル28を更に開いて燃
料の流量を増加する故である。もしこれがあまり早く行
なわれると、必要以上の燃料が供給されることになり、
逆の過程によって機関の速度をガバナーにより低下させ
ねばならないことになる。従ってこの運転サイクルは、
適正な速度が得られるまで連続的に反復される。このよ
うなハンチングは、機関の速度の変化が戻りの運転中ほ
とんど判らないように燃料弁ヘッドをその引込み維持へ
の戻りを減衰即ち緩和することによって排除される。 本発明について記述したが、本発明の装置は多数の有
利な特徴を有するものであることが明らかであろう。第
1に、機関の吸気マニフォールド圧力に応答して、第1
の流体モータのダイヤフラム20による空気弁および燃料
弁の動作が空気弁および燃料弁の開度を調整してほとん
どの機関運転条件下で有効な空燃混合気を生じる。 第2に、第1の実施例においては、ステッピング・モ
ータの使用により、遠い電気的制御信号により異なる気
体燃料を補償するように燃料弁の開度、従って空燃混合
気の調整が更に容易にできるが、その上更にダイヤフラ
ムに作用する吸気マニフォールド圧力により機関の負荷
条件における変化に対して燃料弁の調整を可能にする。
また、速度、酸素その他の機関の性能を測定するセンサ
からの入力を受取るフィードバック装置と共にステッピ
ング・モータを用いる際、機関の性能を監視して実際の
機関性能に応答して空燃混合気を変化させて最も適合す
る機関の空燃混合気を供給する手段がもたらされる。そ
の結果、更に優れた機関性能、燃料の経済性および環境
汚染制御が得られる。フィードバック制御信号に応答し
て燃料の相違に対するステッピング・モータによる空燃
混合気の調整は、燃料弁が既にダイヤフラム20により適
当な要求位置に予め置かれているため迅速に達成するこ
とができる。 第2の実施例の装置は、更に優れた燃料経済性および
排出物制御のための通常の負荷条件において薄い空燃混
合気で運転することが要求されるも、機関負荷における
急激な増加と同時に混合気を迅速に濃化して機関速度の
低下または機関の失速を防止することができる機関で駆
動する発電機等の運転において特に有利となる。重要な
ことは、これが簡単であるが更に効率的に達成されるこ
とである。 両方の実施態様においては、燃料弁ヘッドおよび弁座
が容易に取外すことができ、また異なる大きさあるいは
形態のもので代替可能である故に、装置の大幅な改修な
しに介在する条件に対して最も適するオリフィスを形成
することが可能となる。更に別の利点は、本装置の性格
および構造が、両実施態様において、非常に信頼性が高
く、作動が簡単であり、現場における修理および改修の
ため分解が容易であり、経済的に製造することができる
という点にある。 本発明は、例示であって限定する意図のない図面に示
され本文に記された実施態様により限定されるものでは
なく、頭書の特許請求の範囲によってのみ限定されるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は開路位置の空気弁および気体燃料弁を示す本発
明の第1の実施例の軸方向破断側面図、第2図は閉路位
置の空気弁および気体燃料弁を示す第1図の実施例の軸
方向破断側面図、第3図は第1図の線3−3に関する断
面図、第4図は第1図の線4−4に関する断面図、第5
図はハウジングの側方から空気を受取るよう構成された
本装置のハウジングを示す部分的に軸方向に破断した側
面図、第6図は薄い空燃混合気用の位置に置かれた本発
明の装置の燃料弁を示す特に発電用途における内燃機関
での使用に適する本発明の第2の実施例の軸方向破断側
面図、および第7図は濃化空燃混合気用の位置に置かれ
た燃料弁を示す第6図の実施例の軸方向破断側面図であ
る。 10……空燃混合装置、11……ハウジング、12……空気ダ
クト、13……空気流入口部、14……空燃混合気流出口
部、15……複合弁部材、16……空気弁要素、18……燃料
弁ヘッド、20……ダイヤフラム、22……ステッピング・
モータ、24……吸気マニフォールド、26……アダプタ、
32……基部、34……中間ハウジング部、36……上部ハウ
ジング部、38……スペーサ板、40……ダイヤフラム支持
板、42……ボス、44……ねじ、46……燃料供給ポート、
48……燃料流入管路、50……流入口、52……燃料弁座、
54……Oリング、58……プラットフォーム、60……円弧
状通路、62……中心部開口、64……円弧状流出路、66…
…テーパ状側壁面、68……切欠き、70……ねじ、72、74
……フランジ、76、78……Oリング、79……心部材、80
……直立壁面、82……円錐状壁面部、88……円弧状流出
路、90……円錐状壁面部基部、91……円弧状空気路、92
……アーム、93……Oリング、94……ねじ、96、98……
フランジ、100、102……Oリング、104……フランジ、1
06……支持ブロック、108……ねじ、110……ダイヤフラ
ム補強板、112……ステッピング・モータ・ハウジン
グ、114……ねじ、116……カバー、118……取付けね
じ、119……作用室、120……スリーブ、122……位置決
め柱体、124……ばね、126……電気配線、128……ウォ
ームねじ、132……結合ロッド、134……端部キャップ、
136……ねじ、138……シール、140……ねじ、142……回
転防止ねじ、144……スロット、146……Oリング、148
……座環、150……力板、154、156……可動弁座、158…
…静止空気弁座、160……静止空気弁座、166……空気通
路、168……空気通路、170……通路、186……心部材、1
88……柱体、190……フランジ、192……リング、194…
…空気流入口、196……空間、200……圧力伝達路、202
……空気ダクトの中間部分。
明の第1の実施例の軸方向破断側面図、第2図は閉路位
置の空気弁および気体燃料弁を示す第1図の実施例の軸
方向破断側面図、第3図は第1図の線3−3に関する断
面図、第4図は第1図の線4−4に関する断面図、第5
図はハウジングの側方から空気を受取るよう構成された
本装置のハウジングを示す部分的に軸方向に破断した側
面図、第6図は薄い空燃混合気用の位置に置かれた本発
明の装置の燃料弁を示す特に発電用途における内燃機関
での使用に適する本発明の第2の実施例の軸方向破断側
面図、および第7図は濃化空燃混合気用の位置に置かれ
た燃料弁を示す第6図の実施例の軸方向破断側面図であ
る。 10……空燃混合装置、11……ハウジング、12……空気ダ
クト、13……空気流入口部、14……空燃混合気流出口
部、15……複合弁部材、16……空気弁要素、18……燃料
弁ヘッド、20……ダイヤフラム、22……ステッピング・
モータ、24……吸気マニフォールド、26……アダプタ、
32……基部、34……中間ハウジング部、36……上部ハウ
ジング部、38……スペーサ板、40……ダイヤフラム支持
板、42……ボス、44……ねじ、46……燃料供給ポート、
48……燃料流入管路、50……流入口、52……燃料弁座、
54……Oリング、58……プラットフォーム、60……円弧
状通路、62……中心部開口、64……円弧状流出路、66…
…テーパ状側壁面、68……切欠き、70……ねじ、72、74
……フランジ、76、78……Oリング、79……心部材、80
……直立壁面、82……円錐状壁面部、88……円弧状流出
路、90……円錐状壁面部基部、91……円弧状空気路、92
……アーム、93……Oリング、94……ねじ、96、98……
フランジ、100、102……Oリング、104……フランジ、1
06……支持ブロック、108……ねじ、110……ダイヤフラ
ム補強板、112……ステッピング・モータ・ハウジン
グ、114……ねじ、116……カバー、118……取付けね
じ、119……作用室、120……スリーブ、122……位置決
め柱体、124……ばね、126……電気配線、128……ウォ
ームねじ、132……結合ロッド、134……端部キャップ、
136……ねじ、138……シール、140……ねじ、142……回
転防止ねじ、144……スロット、146……Oリング、148
……座環、150……力板、154、156……可動弁座、158…
…静止空気弁座、160……静止空気弁座、166……空気通
路、168……空気通路、170……通路、186……心部材、1
88……柱体、190……フランジ、192……リング、194…
…空気流入口、196……空間、200……圧力伝達路、202
……空気ダクトの中間部分。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.内燃機関の吸気管路装置内へ空燃混合気として供給
するため気体燃料を空気と混合する空燃混合装置であっ
て、 空気流入口(13)を有しハウジング(11)を貫通して伸
長し吸気管路装置と連通される空燃混合気流出口(14)
を有する空気ダクト(12)、 空気ダクト(12)を通る空気流量を制御する空気弁(1
6)、 空気弁(16)の開度を調整するための空気弁作動装置、 空気ダクトを通る空気流と混合するように気体燃料を供
給するため空気ダクト(12)と連通する一次燃料流入口
(50)、 一次燃料流入口(50)へ流れる燃料の流量を制御する制
御弁(18)であって、開口位置及び閉鎖位置を有し、一
次燃料流入口(50)を介して供給される燃料の流量が燃
料弁が開かれる開度に依存する燃料弁(18)、 第1の燃料弁制御信号により自動的に操作され、燃料弁
(18)を開口位置へ予め定めた程度運動させる第1の燃
料弁作動装置、及び 内燃機関の負荷要求の急増に応答する第2の燃料弁制御
信号により自動的に操作され、第1の燃料弁作動装置に
対して独立的に燃料弁(18)の開度を調整する第2の燃
料弁作動装置(22)、を具備し、 空気弁作動装置と第1の燃料弁作動装置は、共通の作動
装置(20)であり、 空気弁(16)及び燃料弁(18)は、空気弁(16)及び燃
料弁(18)を支持し空気ダクト内の空気流の流動方向に
ほぼ平行に運動可能な弁キャリア(15)を介し、前記共
通の作動装置(20)に結合され一体的に作動され、 燃料弁(18)は、第1の燃料弁制御信号に応答して前記
共通の作動装置によりある予め定めた程度に開かれ、そ
の後、燃料弁(18)の開度は、最適の燃料供給量を提供
するため第2の燃料弁制御信号に応答し第2の燃料弁作
動装置(22)により調整されることを特徴とする空燃混
合装置。 2.第2の燃料弁作動装置(22)は、第1の燃料弁作動
装置(20)上に支持されることを特徴とする請求項1記
載の空燃混合装置。 3.請求項1又は2記載の空燃混合装置において、第1
の燃料弁作動装置は、第1の流体モータ(20)であるこ
とを特徴とする空燃混合装置。 4.請求項3記載の空燃混合装置において、第1の流体
モータは、燃料弁(18)の運動を生じるように構造部材
により燃料弁に対し結合されるダイヤフラム(20)を含
み、ダイヤフラム(20)は、片側において空気ダクト
(12)内の気圧を受け、他の側において吸気管路装置内
の流体圧力から得られる流体圧力信号を受けるように構
成され、該流体圧力信号が第1の燃料弁制御信号である
ことを特徴とする空燃混合装置。 5.請求項4記載の空燃混合装置において、第2の燃料
弁作動装置は、燃料弁の開度を調整するための電気機械
的アクチュエータ(22)を含み、該アクチュエータは、
ダイヤフラム(20)により支持されて一緒に運動可能で
あるが、燃料弁が電気機械的アクチュエータによりダイ
ヤフラムの運動に対して独立的に運動可能であるよう
に、構造部材により燃料弁(18)に対して結合されるこ
とを特徴とする空燃混合装置。 6.電気機械的アクチュエータは、ステッピング・モー
タ(22)であることを特徴とする請求項5記載の空燃混
合装置。 7.請求項1記載の空燃混合装置において、前記共通の
作動装置は、燃料弁を運動させるように燃料弁に結合さ
れたダイヤフラム(20)を有し、ダイヤフラム(20)
は、片側において空気供給圧力を受け、且つ他の側にお
いて吸気管路装置内の流体圧力から得られる流体圧力信
号を受けるように構成され、該流体圧力信号が前記第1
の燃料弁制御信号であることを特徴とする空燃混合装
置。 8.請求項7記載の空燃混合装置において、第2の燃料
弁作動装置は、燃料弁の開度を調整するための電気機械
的アクチュエータ(22)を含み、該アクチュエータは、
ダイヤフラム(20)に取付けられて一緒に運動可能であ
ると共に、燃料弁がダイヤフラムの運動に対して電気機
械的アクチュエータにより独立的に運動可能であるよう
に、構造部材により燃料弁に対して結合されることを特
徴とする空燃混合装置。 9.請求項4記載の空燃混合装置において、第2の燃料
弁作動装置は、燃料弁の開度を調整するための第2の流
体モータ(210)を含み、第2の流体モータ(210)が第
1の流体モータのダイヤフラム(20)に支持されて一緒
に運動可能であり、燃料弁(18)が第1の流体モータの
運動から独立的に第2の流体モータの運動により開口さ
れ得るように、第2の流体モータが構造部材により燃料
弁に結合されることを特徴とする空燃混合装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US917381 | 1986-10-09 | ||
US06/917,381 US4703742A (en) | 1985-09-20 | 1986-10-09 | Air-gas mixing device with dual-control fuel valve |
Publications (2)
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JPS63154860A JPS63154860A (ja) | 1988-06-28 |
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Family
ID=25438711
Family Applications (1)
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Country Status (3)
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US (1) | US4703742A (ja) |
EP (1) | EP0264180A3 (ja) |
JP (1) | JP2680818B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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US10113512B2 (en) | 2012-09-12 | 2018-10-30 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Gas mixer for internal combustion engines |
JP6282694B2 (ja) * | 2016-07-14 | 2018-02-21 | 株式会社ソリック | バックラッシュ防止ラック・ピニオンギア |
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-
1986
- 1986-10-09 US US06/917,381 patent/US4703742A/en not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-08-24 EP EP87307477A patent/EP0264180A3/en not_active Withdrawn
- 1987-08-31 JP JP62217745A patent/JP2680818B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0264180A2 (en) | 1988-04-20 |
US4703742A (en) | 1987-11-03 |
EP0264180A3 (en) | 1988-11-02 |
JPS63154860A (ja) | 1988-06-28 |
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