JPS61502622A - 内燃機関の２種燃料運転のための燃料供給制御装置と制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の２種燃料運転のための 燃料供給制御装置と制御弁 発明の背景 発明の分野 本発明は内燃機関のための２種燃料（液体、気体）供給装置のための制御弁を包 含する制御装置に関する。

従来技術の説明 本発明は内燃機関（特にディーゼルエンジン）の吸気流に適当な比率で気体の補 助燃料を供給し、エンジンに適切な全熱入力を与えて一次液体燃料（ディーゼル 燃料）を少なく使用しながらエンジンに要求される全出力を発生させる制御装置 と制御弁に係る。したがって、゛この制御装置は、気体燃料を適当な量で供給し てエンジン運転状態の変化にもかかわらず空気対補助気体燃料の所望比率を得る ようにそれ自体の動作を調整する。

本発明で使用される基本的な制御弁は米国特許第４．４４０，１３７号に記載さ れている。基本的に、この弁はあらゆる運転条件の下で吸気流に直接応答して補 助燃料を吸気流に割り当てる。この形式の弁のいくつかの例が米国特許第２，３ １１，３１５号、同第３．９４８．２２４号および同第２．１５０，７６４号に 開示されており、ここでは、空気流直接応答要素か移動している吸気流によって 変位させられ、この動きを利用して補助気体燃料弁を位置決めして吸気流への気 体燃料の流入７式を調節している。

しかしながら、出願人の知っている従来技術で、基本的な補助燃料供給装置を調 節して異なったディーゼルエンジンの種々のトルク曲線に合わせることのできる 制御装置を有する制御弁に係るものはなく、また、弁の空気流反応部材の急激な 動きを緩衝することに係る技術も知られていない。最後に、気体燃料供給源が空 になったときに自動的に全液体燃料供給に復帰させる簡単な解答をケえる従来技 術も知られていない。

先几立１」 本発明は内燃機関（特にディーゼルエンジン）のための−次液体燃料供給装置と 組合わせて使用する補助燃料混合制御装置に関する。この制御装置および制御弁 は液体燃料、たとえば、ディーゼル燃料の使用と組合わせて低価格の補助気体燃 料、たとえば、プロパンあるいは天然ガスの使用を可能とする。

ここで、「プロパン」についてさらに言及するならば、この用語は天然ガスその 他の一般に同等の気体燃料を含むことは了解されたい。

成る種の環境下では、補助気体燃料の使用は、少なくとも部分的に、気体燃料の 添加でディーゼルエンジンに供給されたディーゼル燃料の燃焼をより完全にする というπ実によりディーゼルエンジンの効率を高めることは知られている。たと えば、プロパンその他の天然カスと混合することによってディーゼル燃料の燃焼 がより完全になることにより、排気系統を通った未燃焼ディーゼル燃料のψを減 らすことによって汚染がかなり防１トされる。もちろん、これはもっばらディー ゼル燃料で運転され、大気中にかなりの汚染物質を排出しているトラック群につ いて適当なエンジン性能を選択する際の重要な生態学的な考慮の対象となる。

本発明による制御弁はたとえばプロパンまたは天然ガスの形をした補助燃料を蒸 発させた後にエンジンの吸気に供給するように設計して４す、また、吸気のエン ジンに向う流れに応答して吸気流に導入する気体の量を計量もする。

したがって、本発明の概念は一次液体燃料供給源も備えたディーゼルエンジンに 補助気体燃料を供給するための制御弁に関する。この制御弁は空気ダクトを有す る弁ハウジングを包含し、この空気ダクトはハウジングを貫いて延びており、入 口端と出口端とを有し、ハウジングはエンジンの吸入空気に接続するように配置 してあって空気ダクトの出口はエンジン吸入空気と連絡している。弁の空気ダク ト内には可動空気流反応部材が配置してあり、これは入口から出口端までダクト を通って流れる空気の力によって第１方向に片寄せられる。可動空気流応答部材 は空気流によって片寄せられる方向と逆の方向にばね手段によって弾力的に片′ Ｓせられている。このばね手段は運動緩衝手段と一緒に作用して空気流応答部材 の急激な動き、特に閉鎖運動に制動をかける。

運動緩衝手段は入れ子犬の空気ダンパであると好ましく、空気流応答部材の急激 な動きにダンパ内の空気の制御された圧縮、膨張による抵抗を与え、吸気流速度 の急激な変化に応答した制御弁の急激な動きを防ぐ。

本発明の制御弁では、空気流応答部材と制御弁の弁要素の間に改良した空動き連 結も利用し、空気流応答部材の運動から独立して弁要素が開閉運動できるように している。制御弁の成る要素が弁要素を閉鎖位置に保持し、空気流速度が高くて エンジンの速度制御器（スロットル）がアイドル位置またはその付近にあるよう になっている。したがって、弁要素は空気流応答部材の所定移動量まではその動 きから独立して動き、また、空気流応答部材の動きと干渉することなく作用する 。したがって、空気流応答部材は制御弁の弁要素のを動かすことなくエンジン吸 気導管に流れる空気に応答して片寄り位置を取ることができる。

本発明の制御弁は弁要素と空気流応答部材への連結部の間に改良駆動き連結を与 え、一方ではコネクタ要素と円筒形弁要素の間の摺動連結を利用し、他方では弁 要素と空気流応答部材への連結部の間のばねを利用する。前者は弁に閉鎖運動を 伝え、後者は弁に開放運動を伝える。

本発明の別の特徴はエンジンへの補助気体燃料の流れを調節する流体制御配置に あり、基本的な気体燃料供給装置を「微調整」制御し、基本的な装置を種々のエ ンジン、すなわち、異なった燃料流量、トルク特性を持つエンジンに適用できる ようにする。制御装置は種々のエンジン作動パラメータから導かれた「正味制御 信号Ｊの発生に基づく制御弁への補助気体燃料の基本供給量を制御することによ って作用する。

本発明のさらに別の特徴は補助燃料の源と制御弁の間に設置した多室蒸発器兼圧 力調整器を利用することにある。この蒸発器兼圧力調整器は正味制御信号に応答 して、異なった燃料供給制御装置を有する種々のエンジンのための制御弁に通常 供給される蒸発補助燃料の量を変化させるように設計しである。

本発明のさらに別の特徴は補助燃料源が空あるいはは゛ぼ空に近い状態になった ときにエンジンへの全−次液体燃料の流れを復帰させ、補助気体燃料流を遮断す る自動制御装置にある。

の　単な讐 第１図は本発明による２種燃料流制御装置の概略図である。

第２図は第１図の装置で使用される改良制御弁の側断面図である。

第３図は第１図の装置で使用される７ｐｉ発器兼圧力調整器の側断面図であり、 ＊発明の２種燃料切換配置への接続状態を概略的に示す図である。

第４図は代表的な現代のディーゼルエンジンのトルク曲線を示すグラフである。

第５図は第１図の装置で使用されて正味制御信号を発生する状態比較器ブロック の部分断面側面図である。

第６図は第２図の制御弁で使用される気体燃料弁要素の部分断面断片側面図であ る。

ａましいウ　の・　なｌ 第１図の参照符号１０は本発明に従って構成した２種燃料制御装置の好ましい実 施例を概略的に示している。内燃機関１２（この実施例ではターボチャージャー 付きディーゼルエンジン）は吸気導管またはダク）１４と排気ダク１−１６とを 包含する。排気駆動式ターボチャージャー１８が吸気ダク）１４に接続しである 。このターボチャージャーは排気駆動側１８ａと゛吸気圧縮側１８ｂとを有し、 周知の原理に従って吸気ダクト内の吸入空気を加圧する。供給タンク２０は液体 燃料（この実施例ではディーゼル燃料）を収容しており、エンジンの燃料噴射装 置に液体ディーゼル燃料を供給する源となる。

燃料噴射装置は供給タンク２０と燃料噴射器２２の間に挿設したポンプ２６を有 する燃料管路２４にょって概略的に表わしである。もちろん、エンジンがこのよ うな噴射器２２を複数個持っており、それぞれ供給ポンプ２６から加圧液体燃料 を受けることになることはｒ解されたい。

エアクリーナ２８が周知要領でディーゼルエンジン１２上に装着してあり、エン ジン１２内の燃焼のために清浄な空気を供給すると共に吸気ダク）３０による制 御弁３２への吸気の給送も行なうようになっている。制御弁３２はエンジンの要 求する空気に比例して吸気への補助気体燃料の供給量を計量するように設計しで ある。これについては、第２．６図を参照して以下に詳しく説明する。

補助気体燃料供給源は３４で示してあり、これは制御弁３２の上流で蒸発器兼圧 力調整器３８に導管３６を通じて接続しである。補助燃料は、蒸発後、適切な圧 力で導管４０を通して補助燃料制御弁３２に給送される。制御弁３２はディーゼ ルエンジンの要求する吸入空気のすべてを受け入れ、作動時に、空気・補助燃料 蒸気の混合気を吸気導管４５を経てターボチャージャー１８に送る。この実施例 では、ターボチャージャーはエンジンの排気ダクト１６から導管４７を経てくる 排気によって駆動される。ターボチャージャー１８の空気圧縮側１８ｂは吸気マ ニホルド１４へ補助燃料・空気混合気を供給する。混合気すなわち吸気の圧縮程 度はターボチャージャーの速度（エンジン排気の流１，１−にほぼ比例する）に よって決まる。ターボチャージャー１８の空気圧縮側１８ｂは入口端１８ｃと吸 気導管４５のターボチャージャーからエンジン１２に通じる部分４５ａと連通し た加圧出口端１８ｄとを包含する。

蒸発器兼圧力；Ｊ４整器３８は管路４ｏを経て制御弁３２から一次（普通の）吸 入制御信号ｐｐを受け、そして、本発明によれば、二次「正味制御信号ＪＰｖが 第５図に一層詳しく示すように状態比較器ブロック４４から管路４２を経て送ら れてくる。この実施例では。

状態比較器ブロック４４は中央圧力比較器室４６を有し、これはポート５４と３ つの流れ釣合オリフィス（象れ絞り）４８．５０．５２とに連絡している。

ポート５４は開放導管４２と接続しており、この開放導管は蒸発器兼圧力調整器 ３８の正味制御信号室１４６（第３図参照）に通じており、圧力Ｐｖの形をした 正味制御信号を室１４６に送る。オリフィス４８は開放導管５６によってターボ チャージャー１８の下流位置で排気ダクト４７に接続されるか、あるいは、開放 導管５７によってターボチャージャー１８の圧力出力側１８ｄと接続されていて そこから圧力Ｐｅの形の排気流量信号を受ける。オリフィス５ｏは開放導管５８ と接続しており、吸気ダクト３０の制御弁３２上泣でエアクリーナ３０下流の位 置から圧力Ｐａの形の周囲あるいは基準吸気ダクト信号を受ける。オリフィス５ ２は混合弁３２の下流でターボチャージャー１８の上流の位置で吸気ダクト３０ と開放導管６０によって接続してあって圧力信号Ｐｉを発生する。この圧力信号 は、圧力信号Ｐａと一緒になって吸気速度（すなわち温暖）信号を発生する。こ うして、ブロック４４の比較器室はそれぞれ釣合オリフィス５０．４８．５２を 通して３つの入力信号Ｐａ、ｒｅ、Ｐｉを受ける。これらのオリフィスは種々の エンジン、蒸発器兼圧力調整器に合わせて寸法が変わる。適切な釣合オリフィス ５０．４８．５２を選定することによって、室４６内の正味圧力は種々のエンジ ン運転条件に従って変化して合成すなわち「正味」絶対圧力信号Ｐｖを発生する 。この信号Ｐｖは蒸発器兼圧力調整器３８（第３図）の流れ制御弁１３６の位置 を変えるのに使用される。この蒸発器兼圧力調整器３８は通常は吸入空気が弁体 ７２（吸入ダクト内の吸気流絞りとして作用する）を通って加速され、減圧状態 （弁体７２まわりの減少流れ面積と弁体のすぐ下にある膨張のする面積に注目さ れたい）で開口１２１を通過するときに制御弁３２（第２図）に発生する吸入圧 力ＰＰによってセットされている６もちろん、吸入圧力信号Ｐｐは弁要素１０２ が開いているときにのみ伝えられ、弁位置および吸気速度に比例して変化し、蒸 発器兼圧力調整器３８からの補助気体燃料の量の変化を要求する。

第３．４．５図を参照して、導管４０を経ての制御弁への補助気体燃料の供給は 通常吸入圧力Ｐｐの一次制御のドにノル発器兼圧力調整器３８（以Ｆ、’Ｅｌに 蒸発器と呼ぶ）によって調整される。先に説明したように、ノに発器３８は補助 燃料高圧源３４と弁３２の間に設置しである。補助燃料は供給源３４から第１段 階減圧を経た後に導管３６を通って第１圧力調整加熱室１２８に導かれる。室１ ２８はエンジン冷却液の循環流路内にある室１３０と熱交換関係にある。エンジ ン冷却液は、たとえば、導管１３２を通って入り、導管１３４を通って出る。そ れによって、室１３０．１２８を隔離している隔壁１２９を通しての熱伝達によ って室１２８内の補助燃料に熱を与える。冷却液の熱は室１２８内の燃料を蒸発 させ、エンジンの吸入空気に供給できるように状態調整する。室１３８内には弁 １３６が設けてあり、これは第２段圧力調整器として作用して、弁安素１０２が 開いているときに弁３２を通る吸気流に応答して導管４０を通って制御弁３２に 流れる蒸発加熱補助燃料の流れを調整する。

第２図を簡単に参照して、制御弁３２の下方室が参照符号１２２で示しである。

弁体７２の外側区域および制御弁３２の下方室１２２を囲む幾何学形状は吸気ダ クト３０内の絞り・膨張ノズルとして作用し、吸気９４が入口端１４２から出口 端１４３に弁／＼ウジングを通って流れるときに室１２２内に吸入圧力信号Ｐｓ を発生させる。この圧力信号Ｐｓは弁体７２および応答部材９０まわりの吸入空 気流から生じた空気波「速度」　（すなわち、波音）信号を表わすものである。

吸気圧力Ｐｓは吸気流から開口１２１を経て室１２２に伝えられる。弁實素１０ ２が制御ロッド８８（後に説明する）のｒ降運動によって弁座１１４を閉ざすよ うに動いたとき、補助燃料は室７６から室１２２に引かれ、開口１２１から流出 し、導管４５によってターボチャージャー１８の圧縮側１８ｂに給送される（吸 気加圧器がこの装置で使用されているものと仮定する）、吸入圧力Ｐｓは弁の開 口１４０へも送られ、入口補助燃料管路４０内に吸入圧力信号Ｐｐを発生させ、 これは管路４０によって蒸発器３８に送られる。

この信号ＰＰは蒸発器の室１３８内に吸入作用を生じさせ、蒸発器弁１３６を通 る補助気体燃料の適当な量を要求する。したがって、制御弁３２を通る吸気ｉ９ ４の補助気体燃料の濃厚度は制御弁３２の空気ダクト１４２を通って移動してい る空気９４の量に比例し、所望の空気体補助燃料比を保つ。

本発明による制御弁のこの作動モードでは、補助すなわち「微調整」制御信号は 蒸発器３８への送られ、蒸発器弁１３６の動きまたは位置をさらに制御する。

特に、蒸発器３８にはボー）１４４が設けてあり、圧力Ｐｖの形の正味制御信号 を導管４２を通して蒸発器３８の室１４６に送るようになっている。蒸発器３８ の室１３８，１４６はダイアフラム１４８によって分離されており、このダイア フラムは蒸発器前後の絶対圧力差に応答して動く。ダイアフラム１４８の動きは レバーアームリンク機構１５２によって弁１３６に伝えられる。このリンク機構 は通常ばね１５０によってブＣ１３６を閉ざすように片寄せられている。室１３ ８内の真空はダイアフラムを第３図で見て下方に動かし、レバー１５２の右側を 押下げ、ばね１５０の作用に抗して弁１３６を開く。室１３８内の真空度（低い 絶対圧力）は先に説明したように制御弁３２を通る空気に応答して管路４０内の 吸入圧力Ｐｐによって決まる。

状態比較器４４の室４６内に発生した正味制御信号Ｐｖは開放導管４２を通して 室１４６に送られ、吸入圧力信号Ｐｐによって生じた正規の気体燃料流制御効果 を変え、基本的な弁および蒸発器を異なった液体燃ようにする。第３図を見て明 らかなように、Ｐｖが「正」圧力信号（室１２８内の圧力よりも高い絶対圧力） であれば、室１３８内のＰｐの影響は強められることになり、ダイアフラム１４ ８が吸入圧力信号Ｐｐのみが中糠の制御信号として作用する場合よりも大きな程 度で下方へ移動させられることになる。したがって、正圧力Ｐｖは弁１３６を一 層大きく開き、弁３２へ補充燃料を余分に送ることによって吸入空気をさらに濃 厚化する。一方、正味圧力制御信号Ｐｖが「負」（室１２８内の圧力よりも低い 絶対圧力）であれば。

制御弁１３６に逆の影響が与えられる。ＰｖがＰｐにほぼ等しければ、ダイアフ ラム１４８にはなんの影響もない。

第４図を参照して、ここには、現代の市販されているディーゼルエンジンの代表 的なトルク対回転数曲線が示しである。この例においては、トルク曲線は中間の 回転数（Ｎ、ＲＰＭ）でピークトルクを示し、最高運転速度（Ｎ２ＲＰＭ）でそ れより低い値を示している。逆に、エンジン回転数が最高運転速度から中間回転 数まで負荷の下に低下すると、エンジンのトルク出力は最高トルクが速度Ｎ、に 達するまで増大する。このような曲線は適当なエンジン調速機制御装置によって 得られ、これはエンジン速度が負荷の下にトルク曲線の遠い側で低下するにつれ てエンジンに余分な燃料を自動的に供給し、その結果、運転者が負荷の下により 高い回転数運転範囲にシフトを行なう必要なしに有効エンジン出力が維持される 。第４図に示す曲線Ｔと異なった形状を有する他のエンジントルク曲線も考えら れる。いずれにしても、その特定のエンジンのための液体燃料供給量はプログラ ムに組まれていたが、あらゆる運転条件下で正確に線形とはならない、これは、 液体燃料の供給量に比例してエンジン吸気ダクトに補助気体燃料を供給したい場 合には構造を複雑にする。アラゆるエンジン形態に合わせるように単一の補助気 体燃料混合ブｆを精密に設計するのは不可能である。したがって１本発明では、 ＩＦ味制御信号Ｐｖを発生するようになっている状！８比較器４４を用いており 、これが種々のエンジン運転状態を「監視」シ、混合弁３２と、；ｑ　９．器３ ８の間の管路４０内の吸入信号Ｐｐに付加的な制御信号を東ね、弔−の混合器兼 蒸発器ヲ種々のエンジンについて使用できるようにしている。

したがって、第１．５図を参照して、ここに示す好ましい実施例によれば、エン ジン排気Ｂｔ、ｆに対応する圧力Ｐｅを吸気ダクト信号Ｐａ、Ｐｉに対応する圧 力と釣合わせることによって正味圧力信号Ｐｖが発生する。第５図に示す比較器 ４４は中央圧力比較器室４６を有し　この室は絞って較正した釣合オリフィス４ ８．５０．５２とボート５４に接続しである。オリフィス５０は導管５８に接続 されており、弁３２とエアクリーナ２８の間の基準吸気ダクト圧力Ｐａに対応す る信号をテえる。したがって　Ｐａはほとんど任意のエアクリーナ絞り干渉に敏 感な基準圧力信号である。圧力比較器ブロック４４のオリフィス５２は導管６０ に接続してあり、制御弁３２のすぐ下の位置で吸気ダクトから圧力信号Ｐｉを受 ける。Ｐｉは弁３２およびグクト４５を通る空気流量に応答し、したがって、エ ンジン速度にほぼ比例する。これは空気が絞られていないからである。比較器ブ ロック４４のボート５４は導管４２によってへ発器３８の上方室１４６に接続し である。したがって、圧力比較器ブロック４４の比較器室４６内の正味圧力は法 気圧力、吸引源から前記のオリフィスを通る比例流を比較することによって得ら れた正味圧力Ｐｖを含むことがわかろう。室４６内の正味圧力Ｐｖは導管４２を 経て蒸発器の室１４６に送られ、制御弁３２に役立つ補助燃料の量／圧力を制御 する。正味圧力Ｐｖはダイアフラム１４８およびそれに連結したリンク機構１５ ２に作用して弁１３６の動きを制御する。

もちろん、比較器室４６に送られる有効信号Ｐａ、Ｐｅ、Ｐｉはエンジン毎に異 なる。この変化およびその実際の利用は互換性のあるあるいは可変のオリフィス ４８．５２．５４を使用することによって考慮されている。これらのオリフィス の開口度はＰｉ、Ｐａ。

Ｐｅ間の比率が適当に定められて正味制御信号Ｐｖを発生するように変えること ができる。正味制御信号ＰＶの発生は、たとえば、圧力Ｐｅによって送られるよ うな排気流量の変化を検知することによって行なわれる。この圧力ｒｅは吸気圧 力信号Ｐａ、Ｐｉ、特に吸気圧力信号Ｐｉ以上にディーゼル燃料の流れを変える ことによって供給される熱の変化から生じる。吸気圧力信号Ｐｉは、減速時に燃 料がエンジンに加えられている場合には、たとえば、エンジン速度の減少につれ て増大（絶対方向に）することになる、制御弁３２のすぐドで取入れた圧力信号 Ｐｉは弁１０２が開いているときには吸入圧力Ｐｐに通常比例する。吸入圧力Ｐ Ｐは補助燃料を蒸発器３８から引出す。したがって、状態比較器ブロック４４の 釣合オリフィス４８．５２．５４により、状態比較器４４が管路４２内の正味制 御信号Ｐｖ出力をプログラムしあるいは決定し、吸入圧力信号Ｐｐと組合わせて 蒸発器３８の室１４６内のダイアフラム１４８の位置を制御することができる。

第５図には一定釣合オリフイスが示しであるが、可変ニードル弁あるいは同様の 調節装置を利用して正味制御信号Ｐｖの調節に備え、種々のエンジンのために装 置を順応させるかあるいは微調整してもよい。

第２．６図を参照して、本発明の改良制御弁３２が一層詳しく示しである。この 制御弁３２はリンク装置６２によって入力速度制御器６４（加速）に連結してあ り、このリンク装置は速度制御器６４誉位置決めすることによって制御される。

速度制御器６４は第１図に概略的に示すリンク機構６６を介してディーゼルエン ジンの調速機制御器６８にも連結されている。調速機は周知要領で燃料噴射ポン プ２６に連結あるいは組合わせてあり、エンジンの出力（エンジン速度要求）を 制御する。弁３２は弁ハウジング７０を包含し、これは内部室７６を有する中央 弁体７２を支持している。この内部室７６は補助燃料入口導管４０と連通してい る。横断面で見て、室７６は垂直方向の壁部７８と水平方向の棚部８０とによっ て構成されている。棚部８０は開口８２を備えており、この開口の目的について は以下に詳しく説明する。弁体７２の頂部は弁体カバー８４によって閉ざされて いる。弁体カバー８４は中央孔８６を備えており、その中に剛性制御ロッド８８ を摺動自在に受けている。弁体カバー８４はシールを行なう任意公知要領によっ て□弁体７２の垂直壁部７８に取付けてもよい。

剛性制御ロッド８８はその最上端を空気流応答部材９０に連結してあり、弁カバ ー要素８４から離れる方向にあるいは矢印９４で示す空気流方向と逆の方向にば ね９２によって片寄せられている。Ｖ！４性制鍵制御ロッド８８びばね９２に関 して中央にしまりばめ入れ子組の管状要素９６．９８が設置してあり、これら管 状要素は運動緩衝機構を構成している。管９６には小さなオリフィス１００が設 けてあり、入れ子骨内の空気室に出入りする空気の流れを絞−るようになってい る。

このオリフィスは管状要素９６．９８のどちらに設けてもよいし、空気流応答部 材９０の片寄せばね９２を入れ子組の管状要素９６．９８の内側、外側いずれに 設けてもよい、さらに、これら入れ子要素間に任意所望の密封配置を設けてもよ い、また、内側の管状要素９８は密閉シリンダであって、管間の空気容積を制限 してもよい。剛性制御ロッド８８は空気流応答部材９０に一緒に動けるように固 定しである０図示のダンパはＯｆましい実施例であり、任Ｇ、適当なダンパ構造 を利用できる。たとえば、緩衝器に類似した密閉管内にあるピストン“売人にエ アブリートオリフィスを設けてもよい。

第６図で最も良くわかるように、剛性制御ロッド８８の反対端は空動き連結によ って制御弁の弁要素１０２に連結してあり、弁要素１０２は外側弁ハウシング１ ０４にあるテーパ付きの弁座１１０において往復動する。外側弁ハウジング１０ ４は弁体７２の水平棚部８０から上方に延びている。剛性制御ロッド８８に連結 した弁要素１０２は内側室１０６を有する中空の円筒形要素であり、これの土壁 を貫いて制御ロッドが摺動自在に取付けである。ばね１０８が剛性制御ロッドを 内側室１０６の上方壁部に向って片寄せている。弁要素１０２の上方外側縁１１ ２はＯリングシール１１４に向って着座し、このシールは弁要素１０２の外径よ りも小さい内側クリアランスを有する。オリフィス１１０はド方開口８２に近付 くにつれて外方にテーパが付く。

制御ロフト８８と摺動弁要素１０２の間には空動き連結が行なわれている。これ は、一方では、制御０７ド８８と弁要素１０２が摺動できるようにするためであ り、他方では、制御ロッド８８と弁ｆｆＪ１０２の間にあるばね１０８のためで ある。弁ｆｉＪ１０２はばね９２によって通常は閉鎖位置に保持されている。ば ねは空気流応答部材とロッド８８を９４で示す流入空気流方向に片寄せている。

しかしながら、ロッド８８の動きばばね１０８を介して弁１０２を下方に開く。

このばね１０８は室１０６の底壁に着座している。

プランジャ１１８がエンジンの速度制ｍ器６４に連結してあり、スロットルアク チュエータがアイドル位置に近付くにつれて中空摺動弁要素１０２を通常は閉鎖 位置に向って移動させる。スロットルアクチュエータがアイドル位置あるいはオ フ位置にあるとき弁要素１０２は完全に閉じる。この特徴は弁要素１０２を始動 時、アイドル状態および巡航状態で閉鎖位置に保ち、しかも空気流応答部材の動 きに干渉することもない。

プランジャ１１８はレバーアーム１２４によって制御される。このレバーアーム １２４は、速度制御器６４がアイドル位４にあるとき、ばね１２６によって閉鎖 位置に向って片寄せられる。レバー１２４はリンク装置６２によって速度制御器 ６４に連結している。したがって、中空摺動弁要素１０２は、速度制御器６４が アイドル位置に近くなるにつれて徐々に閉じ、アイドルで完全に閉じて空気流応 答部材９０の位置とは無関係に弁体７２の部分１２２への補助燃料の導入を阻１ １〕する・ したがって、弁要素１０２はダンパ装置９６．９８、制御ロッド８８およびばね 手段１０８を介して空気流応答部材９０に作動連結する。制御弁要素１０２のダ ンパ装置９６．９８への連結で、入れ子組の管状要素９６．９８間の空気の制御 された圧縮、膨張によって弁要素１０２の動作が滑らかになる。したがって、空 気流応答部材９０の急激な動作は空気の制御された圧縮、膨張によって、すなわ ち、エンジン速度の急激な変化の際に抵抗を受ける。こうして、空気流応答部材 の動きは弁３２を通って流れる空気流の作動力閉鎖が一層速くなる。

第３図を参照して、本発明の付加的な特徴を説明する。これは全体的に参照符号 １５６で示す付加的な制御装置である。この制御装置は、補助燃料供給源が空に なったときに自動的にエンジンへの全ディーゼル燃Ｎ流を復帰させる。空気作動 式ソレノイド１５８は、たとえば、エンジン駆動式ニアコンプレッサ（図示せず ）からの圧縮空気を利用する。このニアコンプレッサは導管１６０によって空気 ソレノイｌ”　１５８に接続しである。補助気体燃料の適当な圧力が蒸発器３８ の室１２８内に適当な圧力を発生させたとき、弁１３６前後の室１２８．１３８ 内に生じた圧力差により、圧力差信号が空気ソレノイド１５８に管路１６２．１ ６４を経て送られる。空気ソレノイドは管路１６０から管路１６１への圧力を制 御し、適当な圧力差が存在するときには、装置１６３を作動させて気体燃料を供 給しながらエンジンへのディーゼル燃料の全波れを減少させる。たとえば、装置 １６３は液体燃料供給管路２４上のバイパス弁あるいは同等のものであるか、ま たは、適当な圧力差が管路１６２．１６４で得られるまで全ディーゼル燃料すな わち一次燃料の流れを許す他の適当な装置である。適当な圧力差はバイパスまた はレデューサ１６３を開き、若干の燃料をバイパス管路１６３に流し、燃料タン クに戻させる。圧力差がなくなるとバイパスが閉じる。管路１６１も所望に応じ てソレノイド１５８または管路１６０内の空気圧力によって作動させられる直接 機械式リンク、または任意値の適当なアクチュエータであってもよい、弁１６６ は、通常は、エンジン始動時に真空によって開いていて室１２８に気体燃料を供 給させている。弁１６６のための作動真空は管路１６７を経て供給され得る。こ の管路はその反対端をエンジン吸気マニホルドの低圧区域と連通させている。バ イパス式の燃料レデューサのみを示したが、液体燃Ｎ流を減らす他の配置（調速 機制御器やポンプ制御器を含む）を使用することもできる。

補助燃料制ｇ＃装置の動作を次に説明する。エンジン１２の始動時、速度制御器 要素６４はフイドル位置にあり、プランジャ１１８が弁要素１０２を閉鎖位置に 押圧している。始動後、アイドリング中に、プランジャ１１８は弁を閉鎖位置に 保つが、空気流応答部材９０はエンジュ／回転数およびエンジン運転特性に依存 して軽く開くことができる。速度制御基がエンジン速度を高めるように動かされ るにつれて、空気流応答部材９０は第２図で見て下方に動くことによってさらに 反応し、制御ロッド８８による弁要素１０２のばね１０８の圧縮が効果を発揮し て弁１０２を開放位置に向って片寄せる。プランジャ１１８が弁１０２から離れ るように反応すると、ばね１０８によって伝えられる力が弁１０２を開き、弁体 ７２の室７６に導管４０を経て補助燃料を流入させる。導管４０を通る補助燃料 の流には１１体７２−１一方、空気流応答部材９０まわりを流れる空気によって 発生した吸入圧力Ｐｐに応答してノ入発器３８によって調整されることになる。

プランジャ１１８がアイドル以−ヒの通常のエンジン作動中に弁１０２から完全 に離れる方向に移動すると、空気流応答部材９０の位置および吸入圧力Ｐｐが種 々のエンジン動作条件でエンジン吸気流に供給される補助燃料の歌を決定するこ とになる。

運動緩衝器９６．９８は空気速度の急激な変化に応じた空気流応答部材９０の急 激な加速をｇ衰し　升夛Ｒ１０２の動作を滑らかにすると共に、エンジン速度が 急激に減じたときに空気流応答部材があまり速く閉じないようにする。これによ り、吸気マニホルド圧力をより高く（絶対圧力）留め、法発器弁１３６を一層速 く閉じさせ、それによって、不必要な気体燃料を節約する。タンパ９６．９８は 空気流応答部材を覆う空気流の動きによって生じる望ましくない振動および他の 影響に対して弁要素１０２の動きを安定化させるようにも作動する。

弁要素１０２の閉鎖運動はその内側室１０６のヒ壁に着座しているプランジャ８ ８によって生じる。弁要素１０２は、空気波応答部材９０がばね９２によって空 気流に抗して上方に片寄せられるときに閉鎖位置に動　く　。

状態比較器ブロック４４は、常時、制御信号Ｐｖを発生し、蒸発器３８内のダイ アフラム１４８の位置を変え、成る特定の運転パラメータに応じて補助燃料の流 量を増減するように作動する。

圧力比較器ブロック４４にある釣合オリフィスは可変であり１合成正味制御信号 Ｐｖを得て気体燃料流を調節し、異なったエンジンの種々の運転状態中に一層デ イーゼル燃料供給流を合わせるように成る特定のエンジンについて選定される。

たとえば、典型的なトルク特性を有するエンジンについては、オリフィスは、Ｎ 、−Ｎ２からのエンジン動作特性において、基準吸気ダクト圧力信号Ｐａと比較 して吸気ダクト圧力信号Ｐｉ以［二の圧力信すｒｅによって午えられる排気流量 の増加が対応するエンジン速度上昇なしに増大した液体燃料流の標識として検知 され１合成圧力値号ＰｖがＩＦ圧力信号として利用されてダイアフラム１４８を さらに押ドげ、通常−吹吸入圧力信号Ｐｐ動作の結果としてのみ要求される付加 的な量だけ莫発器弁１３６を開くように選定し得る。したがって、このような条 件下でエンジンの全出力が確保され得る。一方、異なった運転状態では、オリフ ィス４８．５１．５４は釣合わされて比較器ブロック４４の比較器室４６内に合 成信号を発生させ、これは正味圧力制御信号Ｐｖを発生することになる。この正 味圧力制御信号Ｐｖはダイアフラム１４８になんらの影響も与えないという意味 でほぼ中立であり、吸入圧力信号Ｐｐのみでの作動によって生じたダイアフラム の動きに重ねられる。また別の運転状態では、吸入圧力信号Ｐｐのみでの作動の 結果として通常生じる以上の範囲にわたって補助燃料をさらに薄くするのが望ま しいかも知れない、この場合、オリフィスは蒸発器弁１３６を閉じようとする方 向へのダイアフラム１４８の動きを生じさせる負圧力となるＩＥ味圧力信号Ｐｖ を発生するように配置され得る。したがって′、圧力比較器ブロック４４は自動 的かつ能動的にエンジン運転状態を監視し、それに応答て弁３２の通常の補助燃 料流を変えるように作用する。

補助燃料源が空になって蒸発器３８内で適切な圧力を保てなくなると、自動カッ トオフ装２ｔ１５６が作動して、補助燃料の低い圧力に応答する自動作動弁装置 を利用することによってエンジンへの一次燃料の全流れを復帰させる。

後に記載する請求の範囲に定義した発明の精神および範囲を逸脱することなく当 業者の知識内で種々の変更が本発明になされ得る。たとえば、好ましい実施例で は直接圧力を使用して排気流量、基準および吸気流量条件を得ているが、圧力信 号Ｐｖへの上方内容に対応する正味制御信号を発生するように入力信号を処理し 、釣合わせる状態比較器４４への情報を含む適当な信号を送る同じ情報源区域で 適当なトランスジューサを使用することができる。もちろん、この正味制御信号 は任意所望の要領で使用されて主制御圧力信号Ｐｐと一緒に圧力調整弁の最終位 置を変えることができる。

Ｆ己ヨ３ Ｆ己７Ｂ 国際調査報告

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．一次液体燃料供給源を備えた内燃機関に補助燃料を供給するための制御弁で あって、長手方向の空気ダクトを備え、入口端と出口端を有する弁ハウジングと 、前記出口端に向って前記空気ダクトを通って流れる空気に応答して第１の方向 に片寄せられる可動空気流応答部材と、この空気流応答部材を前記第１方向と反 対の方向へ弾力的に片寄せている手段と、前記弁ハウジングに設けた補助燃料入 口と、前記弁ハウジングに設けてあって前記空気流応答部材と前記空気ダクトの 出口端の間の位置で前記補助燃料入口と前記空気ダクトとを連通させる補助燃料 通路と、この補助燃料通路を通る気体燃料の流れを制御する弁要素とを包含し、 この弁要素が前記空気流応答部材の片寄せ位置と非片寄せ位置の間での運動に応 答して開閉位置間を動くことができ、また、前記弁要素が前記空気流応答部材と 無関係に前記開閉位置間で動くことができ、さらに、前記空気流応答部材の動き を緩衝する手段を包含することを特徴とする制御弁。
2. ２．請求の範囲第１項記載の制御弁において、前記空気流応答部材の動きを緩衝 する前記手段が流体ダンパであることを特徴とする制御弁。
3. ３．請求の範囲第２項記載の制御弁において、前記流体ダンパが入れ反対の要素 を包含し、これら要素間に可変容積流体室が構成されており、前記要素の一方に 室に出入りする空気流を絞るオリフィスが設けてあり、前記要素の一方が空気流 応答部材に連結してあり、他方の要素がハウジングに対して固定してあることを 特徴とする制御弁。
4. ４．請求の範囲第３項記載の制御弁において、前記空気流応答部材を弾力的に片 寄せている前記手段が前記管状要素間の前記室内に配置した圧縮ばねであること を特徴とする制御弁。
5. ５．請求の範囲第１項記載の制御弁において、前記弁要素が円筒形プラグとテー パ付きオリフィスとを包含し、この円筒形プラグが空気流応答部材の動きに応答 して前記オリフィス内を軸線方向に直線状に移動することを特徴とする制御弁。
6. ６．一次液体燃料供給源を備えた内燃機関に補助燃料を供給するための制御弁で あって、長手方向の空気ダクトを備え、入口端と出口端を有する弁ハウジングと 、前記出口端に向って前記空気ダクトを通って流れる空気に応答して第１の方向 に片寄せられる可動空気流応答部材と、この空気流応答部材を前記第１方向と反 対の方向へ弾力的に片寄せている手段と、前記弁ハウジングに設けた補助燃料入 口と、前記弁ハウジングに設けてあって前記空気流応答部材と前記空気ダクトの 出口端の間の位置で前記補助燃料入口と前記空気ダクトとを連通させる補助燃料 通路と、この補助燃料通路を通る気体燃料の流れを制御する弁要素とを包含し、 この弁要素が前記空気流応答部材の片寄せ位置と非片寄せ位置の間での運動に応 答して開閉位置間を動くことができ、また、前記弁要素が前記空気流応答部材と 無関係に空動き連結によって前記開閉位置間で動くことができ、この空動き連結 部が前記空気流応答部材が片寄せられたときに前記弁要素を開放位置に向って移 動させるが、前記空気流応答部材が前記非片寄せ位置に動いたときには弁要素を 確実に閉鎖位置に向って駆動するようになっており、前記弁要素が前記空動き連 結部によって空気流応答部材に連結した円筒形プラグ要素を包含し、前記オリフ ィス内で軸線方向に直線状に動いて井開度を変え、前記空動き連結部が前記空気 流応答部材に連結した第１端と前記円筒形プラグ要素に連結した第２端とを有す る制御ロッドを包含し、この制御ロッドが前記空気流応答部材の前記片寄せに応 答して前記円筒形プラグ要素から独立して一方向に移動することができるが、反 対の方向に移動したときは前記円筒形プラグ要素と係合し、それを支えるように なっており、前記円筒形プラグ要素が対向した軸線方向の端を有する内部容積部 を包含し、前記制御ロッドの前記第２端が前記プラグ要素の基端壁を貫いて延び 、前記内部容積部内の前記軸線方向壁の一方と係合することができ、また前記円 筒形プラグ要素が弁閉鎖方向において前記軸線方向壁と係合する拡大端部を包含 しており、また、前記拡大端部と前記プラグ要素の前記内部容積部の末端軸線方 向壁との間に設けてあって制御ロッドが開放方向に移動したときに弁開放方向に 前記プラグ要素を弾力的に押圧するばね手段を包含することを特徴とする制御弁 。
7. ７．請求の範囲第６項記載の制御弁において、前記円筒形プラグ要素が弁が閉鎖 位置にあるときに前記テーパ付きオリフィス内に配置した環状シール手段に対し て着座していることを特徴とする制御弁。
8. ８．請求の範囲第７項記載の制御弁においてろ、前記シール手段がＯリングを包 含することを特徴とする制御弁。
9. ９．請求の範囲第６項記載の制御弁において、内燃機関の可動スロットルと、こ のスロットルが閉鎖位置あるいはその付近にあるときに、空気流応答部材と緩衝 することなくあるいはそれに影響を与えることなく、スロットル位置に応答して 前記プラグ要素を閉鎖位置に向って押圧する手段とを包含することを特徴とする 制御弁。
10. １０．吸気ダクトおよび排気ダクトを有し、一次液体燃料を使用する内燃機関の ための２種燃料供給装置様の補助気体燃料制御装置であって、前記吸気ダクト内 のエンジンの吸気流への高圧源から補助気体燃料の流れを制御する調整弁を包含 する圧力調整器を包含し、調整弁の位置が通常エンジン吸気流状態によって制御 されており、この吸気流状態が調整弁のための制御器に作用する吸気ダクト吸入 圧力信号を使用することによって圧力調整器に通常送られるようになっており、 また、状態比較器手段と、エンジンの排気流量を検知し、この排気流量に対応す る排気流信号を状態比較器に送る手段と、エンジン吸気ダクト内の基準圧力区域 内の基準圧力を検知し、これに対応する基準信号を状態比較器手段に送る手段と 、前記基準信号源の下流の吸気ダクト区域で吸気流量を検知し、それに相当する 吸気流信号を前記状態比較器に送る手段とを包含し、前記状態比較器が前記排気 流信号、基準信号、吸気流速度信号を釣合わせて正味制御信号を発生する手段と 、この正味制御信号を前記補助燃料圧力調整器に送る手段とを包含し、前記圧力 調整器が前記吸入圧力信号と前記正味制御信号の両方に応答して前記調整弁の位 置を変える手段を包含することを特徴とする補助気体燃料制御装置。
11. １１．請求の範囲第１０項記載の補助気体燃料制御装置において、前記吸気ダク トの入口に空気フィルタを包含し、前記吸気ダクトがこの空気フィルタの下流に ある吸気流絞り装置を包含し、前記基準圧力信号および吸気流信号の源が、それ ぞれ、前記吸気流絞り装置の上流、下流に設置してあり、前記基準圧力信号源が 前記空気フィルタの下流に設置してあることを特徴とする補助気体燃料制御装置 。
12. １２．請求の範囲第１１項記載の補助気体燃料制御装置において、前記吸気流絞 り装置が前記吸気ダクト内に補助燃料を流入させる補助燃料弁を包含し、前記吸 気ダクト吸入圧力信号の源が前記補助燃料弁付近に配置してあることを特徴とす る補助気体燃料制御装置。
13. １３．請求の範囲第１２項記載の補助気体燃料制御装置において、前記正味制御 信号が絶対圧力信号を包含し、前記圧力調整器が絶対圧力差に応答して動く差圧 反応手段を包含し、前記吸入圧力信号および前記正味制御信号が前記差圧応答手 段に送られて前記圧力信号の値の差の関数として調整弁を制御することを特徴と する補助気体燃料制御装置。
14. １４．請求の範囲第１０項記載の補助気体燃料制御装置において、前記状態比較 器が圧力比較器室を包含し、前記排気流信号、基準信号および吸気流信号が開放 導管を経て前記比較器室と直接連絡する圧力信号を包含し、これら圧力信号の源 と前記圧力比較器室の間に流れ回路を与えており、前記圧力信号を釣合わせる前 記手段が各開放導管と前記圧力比較器室の間にある流れ絞り装置を包含し、前記 正味圧力に対応する前記正味圧力制御信号が前記圧力比較器室内に発生すること を特徴とする補助気体燃料制御装置。
15. １５．請求の範囲第１４項記載の補助気体燃料制御装置において、前記流れ絞り 装置が前記開放導管と前記圧力比較器室の間の入口に配置した較正済の縮径流路 を有するオリフィスを包含することを特徴とする補助気体燃料制御装置。
16. １６．請求の範囲第１０項記載の補助気体燃料制御装置において、前記排気流信 号、基準信号および吸気流信号を釣合わせる前記手段が、前記吸気流量に対する 排気流量の比率が所定の絶対値を超えたときに、前記調整弁を開こうとする正味 制御信号を発生するようになっていることを特徴とする補助気体燃料制御装置。
17. １７．吸気ダクト、排気ダクトおよび一次液体燃料供給装置を有する内燃機関の ための２種燃料供給装置用の補助気体燃料制御装置であって、高圧源から前記吸 気ダクト内のエンジンの吸気流への補助気体燃料の流れを制御する調整弁を包含 する圧力調整器を包含する補助気体燃料制御装置において、前記圧力調整器がエ ンジン吸気流状態によって制御され、このエンジン吸気流状態が吸入圧力信号を 発生させ、この信号が通常は圧力調整弁に送られてそれの制御器に作用し、前記 調整弁の上流側、下流側で圧力を検知し、前記調整弁の上流側、下流側における 差圧を示す供給圧力差信号を発生させる手段を包含し、前記吸入圧力信号が前記 調整弁の前記上流側に送られ、さらに、前記調整弁の下流側に高圧気体燃料供給 量に関係した信号を送る手段と、気体燃料が使用されているときに液体燃料の流 量を選択的に減ずるように液体燃料供給装置内に設けた一次燃料流レデューサと 、前記供給圧力差信号に応答して前記一次燃料流レデューサを制御し、前記供給 圧力差信号が所定の圧力差の存在を示すときにはエンジンヘの液体燃料流の流量 を減らすようになっている手段とを包含することを特徴とする補助気体燃料制御 装置。
18. １８．請求の範囲第１７項記載の補助気体燃料制御装置において、前記一次燃料 レデューサがエンジンに通じる液体燃料供給管路に接続した液体燃料バイパス制 御器を包含することを特徴とする補助気体燃料制御装置。
19. １９．請求の範囲第１８項記載の補助気体燃料制御装置において、前記制御手段 が空気圧力源に接続した空気圧力作動式ソレノイドを包含することを特徴とする 補助気体燃料制御装置。
20. ２０．一次液体燃料供給源と、エンジン速度要求に応答して液体燃料供給量を制 御する手段と、吸排気ダクトと、エンジンヘの補助気体燃料の供給量を制御する 圧力調整弁と、吸気ダクト内にあって調整した気体燃料をエンジンへの液体燃料 供給率に比例して吸気に混ぜ合わせる気体燃料混合弁とを包含する内燃機関への 補助気体燃料の供給量を制御する方法であって、吸気ダクト内の吸気流量を検知 することによって発生した吸入圧力信号によって圧力調整弁の位置を一次的に制 御し、前記吸気流の速度に比例した吸入圧力信号を得る段階と、エンジン作動時 に排気流量、基準吸気ダクト圧力および吸気ダクト内の吸気流量の間の選定した 比率に対応する正味制御信号によって調整弁の位置を二次的に制御する段階とか らなることを特徴とする方法。
21. ２１．請求の範囲第２０項記載の方法において、吸気ダクト内の吸気のための流 れ絞り装置として気体燃料混合弁を使用し、この混合弁のそれぞれ上流、下流で 吸気ダクト内の前記基準吸気ダクト圧力と吸気流量とを検知する段階を包含する ことを特徴とする方法。
22. ２２．請求の範囲第２１項記載の方法において、吸気ダクトがそれを横切る圧力 低下を発生させる空気フィルタ要素を包含し、この空気フィルタの下流で吸気ダ クト内の前記基準吸気ダクト空気圧力を検知することを特徴とする方法。
23. ２３．請求の範囲第２１項記載の方法において、吸気ダクト内にエンジン排気タ ーボチャージャーを配置し、前記吸気ダクトが絞られず、混合弁がターボチャー ジャーの上流に設置してあり、ターボチャージャーの上流、混合弁の下流で吸気 流量を検知することを特徴とする方法。
24. ２４．請求の範囲第２１項記載の方法において、圧力調整弁がその位置の制御に 使用する差圧応答移動要素を包含し、前記吸入圧力信号と正味制御圧力信号の差 に比例して前記差圧応答移動要素に差圧を加えることを特徴とする方法。