JP4212302B2 - 燃料計量ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本開示は、広くは、内燃機関用の燃料計量ユニットに関し、特に、出力流を調整するための電気制御付き可変変位ベーンポンプを含む燃料計量ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変ベーンポンプは、例えば、サンドベルグ（Sundberg）の米国特許番号第5,833,438号に記載されているように、当該技術分野では周知である。エンジンマニホールドへの加圧燃料を正確に計測するために、可変変位ベーンポンプを使用する内燃機関の燃料計量ユニットは、関連のバルブと、電子エンジン制御装置と一体にとなった電子機械式フィードバック装置とを含んでいる。上記ベーンポンプは、計量ユニットの作動時に回転するロータと、このロータに対して同軸に配置されると共に旋回可能に取り付けられたカムリングとを含んでいる。スライド型ベーン要素はロータから半径方向に延在し、ベーン要素の外側先端部はカムリングの半径方向内表面部と接触する。カムリングとロータとの間に形成されたキャビティ（空洞）は、ベーンポンプの出口に接続された高圧ゾーンと、ベーンポンプの入口に接続された低圧ゾーンとを含む。ロータが回転すると、ベーン要素は燃料を低圧ゾーンから高圧ゾーンに汲み出す。カムリングの旋回はロータとカムリングの相対位置を変化させ、その結果、ベーン要素によって汲み出される燃料の量が変化する。したがって、ロータに対してカムリングの位置を制御することは、ベーンポンプの出力を制御することになる。
【０００３】
カムリングの位置を制御する方法の１つは、トルクモータ作動のサーボバルブを用いて行なわれる。このサーボバルブは、ベーンポンプに存在する幾らかの加圧燃料を取り出し、取り出された燃料を分割し方向付けて、取り出された流れの第１部分はカムリングを第１の方向に旋回させるために使用され、第２部分はカムリングを第２の方向に旋回させるために使用される。したがって、取り出された燃料の第１部分と第２部分との量の変化はカムリングを旋回させる。
【０００４】
サーボバルブによって作れられる取り出された燃料の第１部分と第２部分との量は、トルクモータによって制御される。トルクモータは、燃料計量ユニットのタービンエンジンの電子制御装置から受信された電気信号に応答する。ペック（Peck）らの米国特許第5,716,201号は、例えば、ベーンポンプと、トルクモータで作動するサーボバルブと、ベーンポンプの変位を変化させるための電子機械フィードバック機構とを含む燃料計量ユニットを開示している。
【０００５】
トルクモータで作動するサーボバルブにフィードバックを与える手段を含んで、電子エンジン制御装置によって要求されたときに、ベーンポンプの実際の出力がベーンポンプの好ましい出力と適合する燃料計量ユニットを提供することが望ましい。更に、カムリングが無制御に揺動するのを防止するために、ベーンポンプの出力変化を減衰させるための手段を提供することが望ましい。
【０００６】
従来技術で述べたように、可変変位ベーンポンプは、また、ロータとカムリングとの間の空隙を密封するためのエンドプレートを含む。好ましくは、エンドプレートは、燃料の漏洩を防ぐために、カムリングの端部にしっかりと締め付けられる。しかし、このようなしっかりとした締め付けは、カムリングとエンドプレートの間の摩擦のために、カムリングの旋回運動を困難にしている。燃料の漏洩を抑制しつつ、カムリングとエンドプレート間の摩擦を減少あるいは除去する方法の１つは、カムリングの半径方向外側に軸方向スペーサを設けることであった。この軸方向スペーサは、カムリングの厚みよりも僅かに大きな厚みを有し、エンドプレートは、カムリングとエンドプレートの間に小さな空隙を残しながら軸方向スペーサに対してしっかりと締め付けられて、カムリングとエンドプレートと間の摩擦を減少あるいは除去する。例えば、サンドベルグ（Sundberg）らによる米国特許第5,738,500号は、軸方向スペーサを含む可変変位ベーンポンプを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような軸方向スペーサの欠点は、カムリングとエンドプレートとの間に設けられた小さな空隙が、カムリングとロータとの間に形成された低圧ゾーンと高圧ゾーンの間において、燃料を漏洩させ、これによってポンプの効率が低下することである。したがって、ベーンポンプの低圧ゾーンと高圧ゾーンの間の燃料の漏洩を減少させながら、摩擦なくカムリングを旋回させる可変変位ベーンポンプを提供することは有益である。
【０００８】
更に、エンジンマニホールドへの燃料の流れを監視することが望ましい。従来の燃料流検知器は、電気インターフェイスを必要としていた。このような電気インターフェイスはコストをおおいに増大させ、燃料計量システムを複雑にする。更に、従来技術の燃料流センサーの望ましくない特性は、側壁の摩擦から生じる認識可能なヒステリシスの影響である。このように、電気インターフェイスなしに制御を行なう燃料流センサーが要求されている。更には、認識できるようなヒステリシスの影響が存在しない燃料流センサーと正確な電子機械センサーが要求されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本開示は、力を印加するためにトルクモーターを有するサーボバルブと、燃料ポンプと流体で連通する第１ノズルと、燃料ポンプと流体で連通する第２ノズルとを含む内燃機関用燃料計量ユニットを提供する。アームが第１ノズルと第２ノズルの間に延在し、アームが横方向に動く際に、第１ノズルと第２ノズルとを通る流体の流れを変化させる。上記アームは、近位端においてトルクモータに固定されている。これによって、トルクモータの作動時にアームが動く。流量計は、燃料ポンプの出力側と流体で連通していると共に、アームの遠位端に作動可能に接続されていて、燃料ポンプの出力に応じて、アームの遠位端にバイアス力（付勢力）を印加する。別の実施形態では、燃料計量ユニットは、また、流量計に作動可能に連動するセンサーを含んでいて、燃料ポンプから出力される燃料の流量を示す。
【００１０】
また、燃料ポンプの出力を制御するアームを含み、燃料ポンプの出力を示す装置が開示されている。モータがアームの第１端に連結されて、アームの位置を定める。ハウジングは、内部チャンバと、燃料ポンプの出力を受ける第１入口と、この第１入口に流体で連通する出口と、上記出口を通過する出力から取り出された部分を受ける第２入口とを形成する。バルブ部材は、出力取り出され部分がバブル部材に力を及ぼすように、内部チャンバの中に滑動可能に収容されている。アームの位置を定める際にモータを補助するために、内部チャンバ内では、バルブ部材はアームの第２端に結合されて、力をアームに伝える。
【００１１】
別の実施形態では、燃料計量ユニットは可変変位ポンプを含み、上記可変変位ポンプはロータを有し、上記ロータは、複数の半径方向に延在するベーンスロットと、ロータに対して同軸に配置されたカムリングとを含んでいる。上記カムリングはロータに対して最大停止位置と最小停止位置の間で旋回移動できる。ベーンは、半径方向に延在するベーンスロット内にスライド可能に配置されていて、移動時にカムリングとの接触を維持する。サーブバルブは、接極子を含むトルクモータを有する。上記接極子は、対向端を有して、電気エンジン制御装置からの電流を受けるトルクモータに応じて、対向横方向に移動できる。第１ノズルと第２ノズルとは、可変変位ポンプの出力側に作動可能に接続されていて、その結果、第１ノズルを通る減少した流体の流れは、最大停止位置に向かってベーンポンプのカムリングを旋回させる一方、第２ノズルを通る減少した流体の流れは、最小停止位置に向かってベーンポンプのカムリングを旋回させる。細長のアームは第１ノズルと第２ノズルの間に延在して、細長いアームの動きによって、第１ノズルと第2ノズルを通る流体の流れを変化させる。細長いアームは、第１端においてトルクモータの接極子に固定され、電気エンジン制御装置からの電流を受けるトルクモータに応じて動く。流量計は、ベーンポンプの高圧出口に接続されると共に、細長いアームの第２端に作動可能に接続されていて、ベーンポンプの出力に応じて、細長いアームに力を加える。この力の印加は、細長いアームつまりカムリングの位置を定め維持するのに役立つ。
【００１２】
本開示は、また、ロータを含むベーンポンプと、ロータに対して同軸且つ旋回移動可能に配置されたカムリングと、カムリングに対して同軸に配置された軸方向スペーサとを提供する。ベーンポンプは、ポンプの効率を向上させるために、円周シールを含んで、ベーンポンプの低圧ゾーンと高圧ゾーンの間の燃料洩れを減少させる。
【００１３】
本開示による燃料計量ユニットと可変変位ベーンポンプの更なる特徴は、下記の詳細な説明および添付の図面から、当業者にはより容易に明らかなものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本開示は、燃料計量ユニットに付随する従来技術の多くの問題を克服する。ここに開示された長所と他の特徴は、好ましい実施形態の下記の詳細な説明から、当業者にはより容易且つはっきりと理解される。好ましい実施形態の詳細な説明は、代表的な実施形態を示す図面に関連付けられながら行なわれ、図面においては、同一参照番号は同一構造の要素を識別する。
【００１５】
図１（Ａ）と図１（Ｂ）と図２に言及して、本開示は燃料計量ユニット１０を提供し、この燃料計量ユニット１０は、例えば、ガスタービンエンジンのような内燃機関のマニホールドに加圧燃料を供給するために使用される。燃料計量ユニット１０は、可変変位ベーンポンプ１２と、トルクモータで作動するサーボバルブ１４とを含んでおり、上記サーボバルブ１４は、電子エンジン制御装置（図示せず）からの信号を受信した時にベーンポンプの出力を変化させる。同様な燃料計量ユニットは、例えば、米国特許第5,545,014号および米国特許第5,716,201号に図示され記載されている。ここに言及することによって、上記特許の開示内容の全体が本文に組込まれる。
【００１６】
しかし、ここに開示された燃料計量ユニット１０は流量計１６を更に含み、上記流量計１６は、ベーンポンプの下流側に接続されると共に、サーボバルブ１４のトルクモータ１００と協働してベーンポンプ１２の出力を制御するために、サーボバルブ１４に作動可能に接続されている。ベーンポンプ１２の実際の出力は、流量計１６によって決定され、結局のところ、ベーンポンプ１２の選択出力に等しくなる。上記選択出力は、電子エンジン制御装置（図示せず）によってトルクモータ１００に与えられる。したがって、本発明の燃料計量ユニット１０は、エンジン制御装置によって要求されたときに、燃料供給の正確、迅速且つ十分減衰した変化を提供する。更に、燃料計量ユニット１０は、エンジンアクチュエータへの寄生流れ（parasitic flow）の定常な状態と過渡的な乱れに適合し、それは、エンジン制御装置によって要求されたときに、この流れをベーンポンプ１２の排出から供給する一方、エンジンマニホールドに燃料の供給を維持することによって行なわれる。これによって、アクチュエータへの寄生流れが変化するために内燃機関の燃料が過多になったり、あるいは燃料が切れたりする可能性が排除される。
【００１７】
また、可変変位ベーンポンプ１２は、ポンプの旋回カムリング４０の摩擦を減少させるための軸方向スペーサー５４と、高圧ゾーン６０と低圧ゾーン６２の間の漏洩を減少させるための円周シール１４０とを含んでいて、これによってポンプ効率を向上させている。
【００１８】
燃料計量ユニット１０は、ベーンポンプ１２とサーボバルブ１４と流量計１６とに加えて、ベーンポンプ１２に供給される燃料を加圧するためのブーストポンプ１８と、ハウジングとを含む。上記ハウジングは４つのセクション（区画）２０，２２，２４，２６を有する。これらセクションは、互いに嵌合してブーストポンプ１８とベーンポンプ１２とを封入する。なお、燃料計量ユニット１０の構成部品は、全て、単一のハウジング内に入れられるか、或いは別々のハウジングに入れて適当な導管や所望の導管で接続されてもよい。
【００１９】
ブーストポンプ１８は、第１ハウジング部２０と第２ハウジング部２２の間にしっかり収容されている。ポンプの入口３２は、ブーストポンプ１８に燃料を供給するためのものであるが、第１ハウジング部２０によって形成されている。収集器領域３４は、ブーストポンプ１８から充填された燃料を受け取るためのものであって、第１ハウジング２０と第２ハウジング２２とによって形成されている。
【００２０】
ベーンポンプ１２は、第２ハウジング２２と第３ハウジング２４との間にしっかり収容されていて、ロータ３６を含んでいる。上記ロータ３６は複数のベーン要素３８を有し、ベーン要素３８はロータ３６のベーンスロット内で半径方向に支持されている。ベーン要素３８の外側先端部はカムリング４０の半径方向内側表面に接触し、カムリング４０はロータ３６を軸方向に取り囲んでいる。カムリング４０はピン４２を軸に旋回し、ピン４２は第２ハウジング２２と第３ハウジング２４との間で支持されている。図１（Ａ）において最良の状態で見られるように、ピストン４４は、カムリング４０の位置を調整し、したがってベーンポンプの出力を調整する。
【００２１】
特に図１（Ａ）を参照すると、ポンプハウジングは、ピストン４４を収容するピストンシリンダを形成している。ピストンシリンダは、ピストン４４によって、第１ピストン作動チャンバ４６と第２ピストン作動チャンバ４８とに分割される。ピストン４４は、図示されているように、カムリング４０が旋回するように、リンケージ５０を介してカムリング４０に接続されている。カムリング４０は、「ＭＡＸ ＳＴＯＰ」位置に向かって第１方向に付勢されている。「ＭＡＸ ＳＴＯＰ」位置において、ポンプの変位は最大である。カムリング４０は、上記付勢されている力に抗して反対方向に旋回され得て、「ＭＩＮ ＳＴＯＰ」位置に向かう。「ＭＩＮ ＳＴＯＰ」位置では、ポンプの変位は最小である。図示された特定の実施形態では、カムリング４０は、ピストン４４の後方の第１ポンプ作動チャンバ４６内に配置された圧縮スプリング５２によって、最大停止位置に向かって付勢されている。
【００２２】
ここに開示されたこの燃料計量ユニット１０は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２の特定のベーンポンプ１２を有することに限定されるものではなく、図示された特定の装置以外のポンプが使用できる。例えば、ここに記載された燃料計量ユニット１０は、限定することなく、米国特許第5,716,201号に開示されたベーンポンプと一緒に使用することができる。米国特許第5,716,201号では、ベーンポンプのカムは２つの対向するピストンによって旋回される。更に、ピストンリングを用いることなく、サーボバルブによってカムリングの半径方向の対向側面に流体圧力を直接印加することによって、カムリングが旋回されるカムリングを、ベーンポンプが備えてもよい。
【００２３】
引き続き図１（Ａ）と図１（Ｂ）と図２を参照すると、ベーンポンプ１２は、また、軸方向スペーサ５４とエンドプレート５６とを含んでいて、ロータ３６とカム４０の間に存在する円周方向の空洞を密封するのを幇助する。軸方向スペーサ５４は、カムリング４０の厚みよりも少し大きな厚みを有している。したがって、エンドプレート５６は、軸方向スペーサ５４にしっりと締め付けることができる。一方、カムリング４０とエンドプレート５６の間には小さな空隙（ギャップ）が残されていて、カムリング４０が旋回運動する際のカムリング４０とエンドプレート５６の間の摩擦を減少させたり除去させている。エンドプレート５６の密封領域５８は、カム４０とロータ３６の間の円周方向空洞を、主要高圧ゾーン６０と主要低圧ゾーン６２とに分割する。エンドプレート５６は、また、低圧ゾーン６２に位置調整された入口６４と、高圧ゾーン６０に位置調整された出口６６とを含んでいる。ベーン要素３８は、ロータ３６が回転する時に、燃料を低圧ゾーン６２から高圧ゾーン６０に移動させる。
【００２４】
第２ハウジング部２２はベーン入口６８を形成し、ベーン入口６８はエンドプレート５６の入口６４を介してベーンポンプ１２の低圧ゾーン６２に連通している。ベーン入口６８は、ディフューザ（図示せず）によってブーストポンプ３４のコレクタ３４に接続されている。ベーン出口７０は、第３ハウジング部２４によって形成されるが、エンドプレート５６の出口６６を介して、ベーンポンプ１２の高圧ゾーン６０に連通している。
【００２５】
燃料計量ユニット１０を駆動する力は、燃料計量ユニット１０と一体化されたエンジン（図示せず）によって、第１駆動シャフト７２を介して供給される。シャフト７２のリム７４は、シャフトシール７６と第４ハウジング部２６によって係合されて、駆動シャフト７２をハウジング内に保持している。図示されていないが、ハウジング部２０，２２，２４，２６は、例えば、ファスナーと一緒に固定されてもよい。燃料計量ユニット１０のその他の構成部品として、ロータ３６が含まれ、ロータ３６は第１駆動シャフト７２と同軸に収容されている。第２駆動シャフト８０は、ロータ３６内から延びて、ブーストポンプ１８を駆動する。ベアリング８２はハウジング部内に座して、ロータ３６と第２駆動シャフト８０とを支持する。
【００２６】
更に図１（Ａ）と１（Ｂ）を参照すると、サーボバルブ１４は、入口開口部８７，８８を有するハウジング８６を含み、入口開口部８７，８８は第１第２ノズル９１，９２と流体で連通している。サーボバルブ１４の入口開口部８８は、この図示された特定の実施形態では入口として機能し、導管４３を経由してベーンポンプ１２の高圧出口７０に接続されている。サーボバルブ１４の入口開口部８７は、これも入口として機能し、同じく、導管４３を経由してベーンポンプ１２の高圧出口７０に接続されている。第１と第２のオリフィス９１，９３は、高圧出口７０から開口部８７，８８への流れをそれぞれ限定する。ノズル９０，９２からの排出は、ポンプ１２の圧力ゾーン６２に関係する。サーボバルブ１４の第１ノズル９０は、導管４５を経由して、ピストン４４の第１作動チャンバ４６に接続されている。サーボバルブの第２ノズル９２は、導管４７を経由して、ピストン４４の第２作動チャンバ４８に接続されている。
【００２７】
細長いアーム９４は、ノズル９０，９２の流出量を変化させるために、２つのノズルの間に延在する。ノズル９０，９２の完全或いは部分的なブロック（遮断）は、それぞれ、導管４５，４７を通る高圧流を分流させる。細長いアーム９４で塞いだノズル９０は、第１ノズル９０を通る流体の流れを減少させる。その結果、高圧出口７０からの作動チャンバ４６に向う高圧流は増大する。この位置では、細長いアーム９４の第１ノズル９０の方への移動によって、第２ノズル９２を通る流れがブロックされなくなるので、流れは作動チャンバ４８では減少する。増大した高圧流は作動チャンバ４６内に入って圧力を増大させ、その圧力は、圧縮スプリング５２と協働して作動チャンバ４８内の減少した圧力に打ち勝ち、ピストン４４は矢印「ａ」で示される方向に移動する。その結果、カムリング４０は「ＭＡＸ ＳＴＯＰ（最大停止）」位置に向かって旋回する。
【００２８】
代わって、細長いアーム９４のブロックによって第２ノズル９２を通る流体流を減少させることは、作動チャンバ４８に向かう高圧流を増大させ、且つ、作動チャンバ４６に向かう高圧流を減少させる。ピストン４４は、作動チャンバ４６内の減少した圧力と圧縮スプリング５２とに打ち勝って、矢印「ｂ」で示された方向に移動する。その結果、カムリング４０は「ＭＩＮ ＳＴＯＰ（最小停止）」位置に向かって旋回する。
【００２９】
細長いアーム９４はサーボバルブ１４のノズル９０，９２の間に延在し、通常、第１と第２のノズル９０，９２の双方は、等しく高圧出口７０からの高圧流に流体で連通している。しかしながら、細長いアーム９４は横方向に移動できて、ノズル９０，９２からの高圧流を変化させる。その結果、細長いアーム９４の位置の制御は、カムリング４０の位置を制御することになる。細長いアーム９４の動きは、トルクモータ１００によって行なわれる。
【００３０】
サーボバルブ１４のトルクモータ１００は、内部に孔を有し互いに間隔の開いたコイル１０２と、細長い接極子１０４とを含み、上記接極子１０４の端部はコイル１０２内の孔を貫いて突出している。トルクモータのその他の基本構成部品とトルクモータの作用は、当業者には周知である。通常、電子エンジン制御装置によって電流がコイル１０２に印加されると、接極子１０４の対向する端部は分極化され、接極子１０４上に回転トルクが発生して、接極子１０４の対向端部は、互いに反対の横の方向に移動する。電子エンジン制御装置からの電流が増大すると、接極子１０４上の回転トルクは増大する。
【００３１】
細長いアーム９４の第１端９８は、上記アーム９４が接極子１０４に垂直に延在するように接極子１０４に接続されている。電流がトルクモータ１００のコイル１０２に印加されると、接極子１０４の回転トルクによって細長いアーム９４は接極子１０４の周りに旋回し、細長いアーム９４はノズル９０，９２の内の一方に向かうと共に、他方のノズル９０，９２から離れる。上述したように、細長いアーム９４を動かすことによって、カムリング４０の位置が決定する。その結果、エンジン制御装置は、カムリング４０の位置を調整することができ、したがって、トルクモータ１００に適当な電流を印加することによってベーンポンプ１２の出力を調整することができる。
【００３２】
図１（Ａ）と１（Ｂ）を参照すると、流量計１６は、（希望に応じて、ポンプハウジングと一体に形成されてもよいし、されなくてもよい）ハウジング１０６と、上記ハウジング１０６内に収容されるバルブ部材１０８とを含む。バルブ部材１０８は、上記ハウジング１０６を第１チャンバ１１０と第２チャンバ１１２とに分割する。ハウジング１０６は、第1チャンバ１１０の入口１１４と出口１１６とを含む。図示の如く、流量計１６の入口１１４はベーンポンプ１２の高圧出口７０に接続され、一方、流量計１６の出口１１６は、燃料計量ユニット１０を組込んだ内燃機関のマニホールド（図示せず）に接続されている。適切であり希望される場合には、燃料計量ユニット１０は、図示されていないが、圧力安全バルブ、圧力調整バルブ、流量計１６の前後に配置される燃料フィルタといった他の構成部品を含んでもよい。
【００３３】
ベーンポンプから流量計１６の第１チャンバ１１０を通る燃料の流れは、入口１１４から遠ざかるようにバルブ部材１０８を移動させ、燃料は流量計１６を通って入口１１４から出口１１６に流れる。ベーンポンプ１２からの増大した燃料の流れにより、バルブ部材１０８は流量計１６の入口１１４を更に開く。プランジャ１１８は、バルブ部材１０８と一緒に動くように、ハウジング１０６内に移動可能に取り付けられている。圧縮スプリング１２０は、プランジャ１１８とサーボバルブ１４のアーム９４の第２端９６との間に、作動可能に配置されている。圧縮スプリング１２０は、細長いアーム９４をプランジャ１１８に結合させると共に、アーム９４に対して横方向に可変の付勢力を印加する。
【００３４】
作動中、流量計１６のバルブ部材１０８はベーンポンプ１２からの燃料の流れに応じて開き、圧縮スプリング１２０が圧縮して、増大した付勢力を細長いアーム９４の第２端９６に横方向に印加する。圧縮スプリング１２０は、サーボバルブ１４のノズル９０，９２間でアーム９４を再センタリングするように、サイズ化されている。したがって、流量計１６の圧縮スプリング１２０の力が電気エンジン制御装置によって誘導されるトルクモータ１００の力に等しくなるポイントに、ベーンポンプ１２のカムリング４０は位置する。カムリング４０はこのポイントで停止し、アーム９４は、本来、エンジン制御装置からの電気信号が異なったレベルに変化するまで中央に置かれる。その結果、流量計１６は、サーボバルブ１４のアーム９４へのフィードバックによるトルクモータ１００との協働で、ベーンポンプ１２の出力を制御するのに役立つ。したがって、ベーンポンプ１２の実際の出力は、流量計によって決定されるが、電子エンジン制御装置によってトルクモータ１００から求められるベーンポンプ１２の好ましい出力に最終的には等しくなる。その結果、本開示に従って作られた燃料計測ユニット１０は、電子エンジン制御装置からの出力にしたがって、実際の燃料の流れをエンジンマニホールドに迅速且つ正確に供給する。
【００３５】
上記の結果、電子エンジン制御装置に対する応答が減衰されて小さな過渡的外乱が性能に影響を及ぼすのを防ぐ。更に滑らかな動作を与えるために、流量計量１６のハウジング１０６は、流量計量１６の第２チャンバ１１２と流体で連通するポート１２２を含んでいる。通路１２４は、ポート１２２を流量計１６のポート１２２に接続して、流量計１６のバルブ部材１０８の背後と下流側とを関連させる。好ましくは、通路１２４はオリフィス（図示せず）を含み、オリフィスはバルブ部材によって変位し得る流体の量を限定する。したがって、バルブ部材１０８の動きは、たとえベーンポンプ１２の出力が過渡的な不規則状態であっても、減衰されて滑らかに移行する。
【００３６】
図１（Ａ）と図１（Ｂ）と図２とを更に参照すると、ベーンポンプ１２には、カムリング４０の旋回中にカムリング４０とエンドプレート５６との間の摩擦を減少させたり除去させる軸方向スペーサ５４に加えて、円周シール１４０が設けられている。上記円周シール１４０は、軸方向スペーサ５４の半径方向内表面とカムリング４０の半径方向外表面との間に半径方向に延在すると共に、エンドプレート５６のシーリン領域５８と位置合わせされている。円周シール１４０は、軸方向スペーサ５４とカムリング４０と間に形成されたキャビティ（空洞）を、第２高圧ゾーン１４２と第２低圧ゾーン１４４とに分割し、それらの間の円周方向に燃料が流れるのを防止する。
【００３７】
ベーンポンプ１２を操作している際に、カムリング４０が旋回しているときのカムリング４０とエンドプレート５６との間の摩擦は、軸方向スペーサ５４を組込むことによって、減少または除去させることができる。しかし、この軸方向スペーサ５４によって、多少の燃料が、第１高圧ゾーン６０からカムリング４０とエンドプレート５６の間の第２高圧ゾーン１４２へ浸透することになる。円周シール１４０は、第２高圧ゾーン１４２における燃料が円周方向に流れて第２低圧ゾーン１４４に至ることを防止する。そのとき、第２低圧ゾーン１４４では、高圧燃料が第１低圧ゾーン６２に浸透し得る。
【００３８】
好ましくは、円周シール１４０は、軸方向スペーサ５４の半径方向内表面のスロット１４６内に座する。スロット１４６は入口６４と出口７０との間に配置される。更に、好ましくは、シール１４０は、スロット１４６内に配置されたスプリング１４８によって、カムリング４０に向けて半径方向に付勢される。その結果、シール１４０の先端は、カムリング４０が旋回運動しているにも拘わらず、カムリング４０の半径方向外表面と常に接触する。こうして、軸方向スペーサ５４による第１高圧ゾーン６０と第１低圧ゾーン６２との間の燃料の漏洩は、円周方向シール１４０によって減少される。
【００３９】
図３を参照すると、本開示の燃料計量ユニット１０に用いる流量計の別の実施形態が、遍く参照番号２００で示されている。図１（Ａ）の流量計１６の構成要素と類似の図３の流量計量２００の構成要素は、「２」で先行する類似参照番号を有している。
【００４０】
図３に示されているように、流量計２００は、アーム９４の第２端部９６が流量計２００のハウジング２０６内に延在するように、サーボバルブ１４に対して配置されている。流量計２００は、更に、バルブ部材２０８に固定されたプラグ２２６を含み、バルブ部材２０８とプラグ２２６とは、ハウジング２０６内に作動可能に配置されている。ハウジング２０６は、プランジャ２１８の上の第１チャンバ２２８と、プランジャの下の第２チャンバ２１２と、プラグ２２６とプランジャ２１８との間の第３チャンバ２２８とを形成する。第１圧縮スプリング２２０は、プランジャ２１８と、サーボバルブ１４のアーム９４の第２端部９６との間に作動可能に配置されて、アーム９４に対して横方向にスプリング力を与える。第２圧縮スプリング２３０は、第２チャンバ２１２内に作動可能に配置されて、バルブ部材２０８に最小の利得（ゲイン）を与える。
【００４１】
ハウジング２０６は、頭部入口２１４と、第１チャンバ２１０に連通する出口２１６とを含む。頭部入口２１４はベーンポンプ（図示せず）の高圧出口に接続される一方、流量計２００の出口２１６は内燃機関のマニホールド（図示せず）に接続される。流量計２００のハウジング２０６は、また、第３チャンバ２２８と流体で連通する中央入口２３２を含む。中央入口２３２はブーストポンプ１８に接続されて、第３チャンバ内の基準圧力を与える。流量計２００のハウジング２０６は、また、第２チャンバ２１２と流体で連通させる底部入口２２２を含む。
通路２２４は底部入口２２２を流量計２００の出口２１６に接続して、フィードバック圧力を与え、流量計２００のバルブ部材２０８の動きを減衰させる。好ましくは、オリフィス２２３が通路２２４内の流れを限定して、バルブ部材２０８の動きを減衰させる。
【００４２】
図４〜図８は、本開示の燃料計量ユニット１０に使用する燃料流センサーの付加的実施形態を示す。本開示を検討すると、これらの各流量計は、当業者によって認識されるように、多くの適用例において有益に使用され得ることが想像される。更に、図５〜８は、電子機械フィードバック機構を組み入れ、制御パラメータとしてエンジン速度、温度、加速度、減速度などに基づいて、正確な閉ループ制御装置を形成する実施形態である。
【００４３】
図４を参照すると、本開示の燃料計量ユニットに使用する流量計４００が記載されている。図１（Ａ）の流量計１６の構成要素と類似した燃料流量計４００の構成要素は、「４」で先行する類似参照番号を有している。燃料の流れる方向は、矢印４７１によって示されている。
【００４４】
図４に示されるように、流量計４００は、アーム９４の第２端部９６が流量計４００のハウジング４０６内に延在するように、サーボバルブ１４に対して配置される。流量計４００はハウジング４０６を更に含み、上記ハウジング４０６は、バルブ部材４０８の上の第１チャンバ４１０と、バルブ部材４０８の下の第２チャンバ４１２とを形成している。第１圧縮スプリング４２０は、バルブ部材４０８とサーボバルブ１４のアーム９４の第２端部９６との間に、作動可能に配置されている。好ましくは、第２圧縮スプリング４３０は、第２チャンバ内に作動可能に配置されて、バルブ部材４０８に最小の利得を与える。
【００４５】
ハウジング４０６は、頭部入口４１４と、第１チャンバ４１０に連通する出口４１６とを含んでいる。頭部入口４１４がベーンポンプ（図示せず）の高圧出口に接続される一方、流量計４００の出口４１６は内燃機関のマニホールド（図示せず）に接続されることが想定されている。また、流量計４００のハウジング４０６は、流量計４００の第２チャンバ４１２と流体で連通する底部入口４２２を含んでいる。通路（図示せず）は底部入口４２２を流量計４００の出口４１６に接続して、流量計４００のバルブ部材４０８にフィードバック圧力を与えると共に減衰された動きを与える。好ましくは、底部入口４２２はオリフィス４２３を含んで減衰を与える。
【００４６】
図５を参照すると、燃料計量ユニットに使用する流量計が図示されている。流量計５００の構成要素は、図１（Ａ）の流量計１６の構成要素と類似しており、「５」で先行する類似参照番号を有している。燃料の流れる方向は矢印５７１で示される。
【００４７】
流量計５００は、装置５４０がアーム９４の位置を測定するように作られている。アーム９４の位置はバルブ部材５０８の位置の関数になっている。バルブ部材５０８の位置は、頭部入口５１４を通過する燃料の量すなわち燃料の流れに対応している。したがって、アーム９４の位置は燃料の流れを示している。
【００４８】
好ましい実施形態においては、装置５４０は、線形可変差動変圧器５４２（以後「ＬＶＤＴ」）とアームスプリング５４４とマウント５４６とシール５４８とを含む。好ましくは、ＬＶＤＴ５４２は、アーム９４の位置測定を行なうためにアーム９４に接続されている。ＬＶＤＴ５４２の位置測定は、電子エンジン制御装置のためのフィードバックとして使用され得る電気信号である。アーム９４はシール５４８の周りを旋回する。一実施形態において、ピン（図示せず）は、アーム９４を支持し旋回点となるために、シール５４８を貫いて延在する。アームスプリング５４４は、アーム９４とマウント５４６との間に延在して、ＬＶＤＴ５４２とスプリング５２０とに対向する力を与える。好ましくは、装置５４０は雰囲気空気内に配置され、このような装置を収容するために、シール５４８は摩擦の無い燃料対空気のシールである。
【００４９】
図６を参照すると、燃料計量ユニットに使用するための流量計６００が示されている。燃料流量計６００の構成要素は、図１（Ａ）の流量計１６の構成要素と類似しており、「６」で先行する類似参照番号を有している。燃料の流れる方向は矢印６７１によって示されている。
【００５０】
流量計６００は、装置６４０がバルブ部材６０８の位置を測定するように作られている。バルブ部材６０８の位置は、頭部入口６１４を通過する燃料の量すなわち燃料の流れの関数である。したがって、バブル部材６０８の位置は、燃料の流れの測定に変換される。アーム９４はバルブ部材６０８の中に延在してスプリング６２０用のマウント（台）を提供し、スプリング６２０はバルブ部材６０８の背後に付勢する力を与える。好ましい実施形態では、装置６４０は、ハウジング６０６とバルブ部材６０８に結合されたＬＶＤＴであり、位置測定を行なう。上記の位置測定は当業者には既知であるのでここでは記載しない。スプリング６３０は、バルブ部材６０８の底部とハウジング６０６の間に取り付けられて、付加的な付勢力を与える。好ましくは、底部入口６２２はオリフィス６２３を含んで減衰させる。
【００５１】
図７を参照すると、燃料計量ユニットに使用する別の流量計７００である。図１（Ａ）の流量計１６の構成要素と類似した流量計７００の構成要素は、「７」で先行する類似参照番号を有している。燃料の流れる方向は、矢印７７１によって示される。
【００５２】
流量計７００は、装置７４０がアームに印加される力を測定するように作られている。アーム９４に印加される力はアームの位置を決める。上述したように、アーム９４の位置は燃料の流れを示す。したがって、アーム９４に印加される力は燃料の流れも表示する。
【００５３】
好ましい実施形態においては、装置７４０は歪ゲージ７４２を含み、歪ゲージ７４２はコネクタ７４４とマウント７４６とシール７４８とを有する。歪ゲージ７４８は、アーム９４に印加される力を測定するために、アーム９４に結合されている。歪ゲージが発生する電気信号は、コネクタ７４４を通って、電子エンジン制御装置に対するフィードバックとなる。マウント７４６はコネクタ７４４を正しい位置に固定する。好ましくは、装置７４０は雰囲気空気内に配置され、このような装置を収容するために、シール７４８は、摩擦の無い燃料対空気のシールである。好ましくは、底部入口７２２は、減衰させるためにオリフィス７２３を含む。
【００５４】
図８を参照すると、燃料計測ユニットに使用する流量計８００が示されている。流量計８００の構成要素は、図１（Ａ）の流量計１６の構成要素と類似しており、「８」が類似参照番号を有している。燃料が流れる方向は、矢印８７１で示されている。
【００５５】
流量計８００は、図７の流量計７００と類似しており、したがって、その違いのみが詳細に検討される。好ましい実施形態では、流量計８００の装置８４０は、ガラスヘッダ８４４とマウント８４６とを有する歪ゲージ８４２を含んでいる。歪ゲージによって生じる電気信号は、ガラスヘッダ８４４を通って、電子エンジン制御装置に対するフィードバックとなる。マウント８４６は、ガラスヘッダ８４４を正しい位置に固定する。好ましくは、底部入口８２２は減衰を与えるためにオリフィス８２３を含んでいる。
【００５６】
前述の詳細な説明および好ましい実施形態は、本開示による燃料計量ユニットと可変変位ベーンポンプの実例に過ぎないことは理解されるべきである。本開示の精神と範囲から逸脱することなく、現在開示された燃料計量ユニットと可変変位ベーンポンプに対する様々な代替え案や修正案が、当業者によって考案され得る。したがって、本開示は、書き添えられたクレームに列挙された燃料計量ユニットと可変変位ベーンポンプの精神と範囲内にある代替え案や修正案の全てを包含すると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（Ａ）は、ベーンポンプが断面図で示されている本開示の好ましい実施形態によって作られた燃料計量ユニットの概略図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のノズル部の分解図である。
【図２】 図２は、本開示による燃料計量ユニットの図１の２−２線断面図である。
【図３】 図３は、本開示による燃料計量ユニットと共に使用する流量計の好ましい実施形態の断面図である。
【図４】 図４は、細長いアームがバルブ部材の頭部と底部との中間に結合された状態での本開示による燃料計量ユニットと共に使用する流量計の概略図である。
【図５】 図５は、細長いアームの位置をＬＶＤＴが検知している状態での本開示による燃料計量ユニットと共に使用する別の流量計の概略図である。
【図６】 図６は、バルブ部材の位置をＬＶＤＴが検知している状態での本開示による燃料計量ユニットと共に使用する更に別の流量計の概略図である。
【図７】 図７は、細長いアーム上への力を歪ゲージが検知している状態での本開示による燃料計量ユニットと共に使用する更にまた別の流量計の概略断面図である。
【図８】 図８は、細長いアーム上への力を歪ゲージが検知している状態での本開示による燃料計量ユニットと共に使用する更に異なる流量計の概略断面図である。
【符号の説明】
１０…燃料計量ユニット
１２…燃料ポンプ、
１４…サーボバルブ
１６…流量計
９０…第１ノズル
９２…第２ノズル
９４…細長いアーム
５４２…ＬＶＤＴ
１０８…バルブ部材
１１２…内部チャンバ
１１４…第１入口
１１６…出口
１２２…第２入口
１２０, ２２０…スプリング
２３０…第２スプリング
１００…トルクモータ

Claims (20)

1. 燃料ポンプを制御するための燃料計量ユニットにおいて、
   ａ）力を印加するためのトルクモータと、上記燃料ポンプと流体で連通している第１ノズルと、上記燃料ポンプと流体で連通している第２ノズルとを有するサーボバルブと、
   ｂ）トルクモータの作動によって上記燃料計量ユニットの出力が制御されるように、上記第１ノズルと上記第２ノズルとを通る流体の流れを変化させるべく上記第１ノズルと上記第２ノズルとの間に配置されると共に、上記トルクモータに作動可能に接続された細長いアームと、
   ｃ）上記燃料ポンプの出力と流体で連通していると共に、上記細長いアームに作動可能に接続された流量計であって、燃料ポンプの出力に応じて、上記細長いアームにバイアス力を可変に印加して、燃料の流れを正確に予定させる上記流量計とを備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
2. 請求項１に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記燃料ポンプからの燃料流量出力値を示すために上記流量計に作動可能に付随させたＬＶＤＴを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
3. 請求項１に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記燃料ポンプからの燃料流量出力値を示すために上記細長いアームに作動可能に付随させたＬＶＤＴを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
4. 請求項１に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記流量計を通る流量を示すために上記細長いアームに作動可能に付随させた歪ゲージを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
5. 請求項１に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記流量計は、第１入口と内部チャンバと液体で連通する出口とを形成し、上記内部チャンバ内にスライド可能に係合するバルブ部材を更に備えて、上記流量計を通る燃料の流れを変化させることを特徴とする燃料計量ユニット。
6. 請求項５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記流量計は、上記内部チャンバと流体で連通し、上記出口を通って通過する流れの一部を受けるための第２入口を形成していることを特徴とする燃料計量ユニット。
7. 請求項５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記バルブ部材は、上記細長いアームに作動可能に接続されていることを特徴とする燃料計量ユニット。
8. 請求項５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記燃料ポンプからの燃料出力の流れに対してバルブをバイアスするために、スプリングを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
9. 請求項５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
   上記燃料ポンプの燃料流量を示すために、上記バルブ部材に取り付けられたＬＶＤＴを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
10. ａ）可変変位ポンプを備え、
    上記可変変位ポンプは、
    ｉ）複数の半径方向に延在するベーンスロットを有するロータと、
    ii）上記ロータに対して同軸に配置されていると共に、上記ロータに対して最大停止位置と最小停止位置との間で旋回移動できるカムリングと、
    iii）上記カムリングの移動中に上記カムリングと接触を維持するために、上記半径方向に延在するベーンスロット内にスライド可能に配置された複数のベーンとを含み、
    ｂ）サーボバルブを備え、
    上記サーボバルブは、
    ｉ）電子エンジン制御装置からの電流を受けるトルクモータに応じて、対向横方向に移動する対向端に接極子を有するトルクモータと、
    ii）第１ノズルを通る減少された流体流によって、上記ポンプの上記カムリングが上記最大停止位置に向かって旋回される一方、第２ノズルを通る減少された流体流によって、上記カムリングが上記最小停止位置に向かって旋回されるように、上記可変変位ポンプの出力に作動可能に接続された第１と第２のノズルと、
    iii）上記第１ノズルと上記第２ノズルの間に延在すると共に、上記第１ノズルと上記第２ノズルの間の流体流を変化させるように取り付けられ、上記電子エンジン制御装置からの電流を受けるトルクモータに応じて移動するように、上記トルクモータの接極子に第１端で固定された細長いアームとを備え、
    ｃ）流量計を備え、
    上記流量計は、上記ポンプの高圧出口に接続されていると共に、上記細長いアームの第２端に作動可能に接続され、上記ポンプの出力に応じて上記細長いアームに対して力を印加して、上記細長いアームの位置を維持するのを幇助することを特徴とする燃料計量ユニット。
11. 請求項１０に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記カムリング上の摩擦を除去するために、上記カムリングに対して同軸に配置された軸方向スペーサを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
12. 請求項１０に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記第１ノズルと上記第２ノズルは、これらのノズルを通る流れを減少させるために、オリフィスを有していることを特徴とする燃料計量ユニット。
13. 請求項１０に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    燃料計量ユニットの出力を表示するために、上記細長いアームに結合されたＬＶＤＴを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
14. 請求項１０に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    燃料計量ユニットの出力を表示するために、上記細長いアームに結合された歪ゲージを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
15. 請求項１０に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記流量計は、その中にスライド可能に取り付けられたバルブを備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
16. 請求項１５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記バルブは、スプリングによって上記細長いアームに結合されていることを特徴とする燃料計量ユニット。
17. 請求項１５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記燃料計量ユニットの出力を表示するために、上記バルブに結合されたＬＶＤＴを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
18. 請求項１５に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記バルブの動きの過渡的な乱れの影響を減衰させるために、流れの一部を取り出す導管を更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
19. 請求項１０に記載の燃料計量ユニットにおいて、
    上記細長いアームに最小のバイアス力を印加するために、スプリングを更に備えていることを特徴とする燃料計量ユニット。
20. 可変変位ベーンポンプを備え、
    上記可変変位ベーンポンプは、
    複数の半径方向に延在するベーンスロットを含むロータと、
    上記ロータに対して同軸に配置されていると共に、上記ロータに対して旋回移動できるカムリングと、
    上記ロータのベーンスロット内にスライド可能に収容された複数のベーン要素とを備え、上記ベーン要素の外側先端部は上記ロータの回転時に上記カムリングの半径方向内側表面と接触し、
    サーボバルブを備え、
    上記サーボバルブは、
    電流を受けるトルクモータに応じて、対向横方向に移動する対向端を有する接触子を含むトルクモータと、
    第１ノズルを通る増大された流体流が、上記可変変位ベーンポンプのカムリングが第１の方向に旋回させる一方、第２ノズルを通る増大された流体流が、上記カムリングが第２の方向に旋回させるように、上記可変変位ベーンポンプに作動可能に接続された上記第１と第２のノズルと、
    上記第１ノズルと上記第２ノズルの間に延在する細長いフラッパーとを備え、上記細長いフラッパーの第２端の横方向の動きに際して上記第１ノズルと上記第２ノズルを通る流体が交互に増大させ、上記フラッパーは、トルクモータの接触子に略垂直に延在するように上記接触子に第１端で接続されており、これによって、トルクモータが電流を受け取った際に上記フラッパーの第２端が横方向に移動し、
    流量計を備え、上記流量計は、上記ベーンポンプの高圧出口に接続されていると共に、上記細長いフラッパーの第２端に作動可能に接続されて、上記ベーンポンプの出力に応じて上記フラッパーの第２端に対して横方向の力を可変に印加することを特徴とする燃料計量ユニット。

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