KR940009685B1 - Air metering device - Google Patents
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Abstract
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Description
제 1 도는 본 발명을 실시하는 연료공급계통의 개략적 선도.1 is a schematic diagram of a fuel supply system embodying the present invention.
제 2 도는 연료계량장치의 부분적으로 분해된 단면도.2 is a partially exploded cross-sectional view of the fuel metering device.
제 3 도의 제 2 도에 도시된 연료계량장치의 이송구와 밸브부분의 단면도.Sectional drawing of the conveyance port and the valve part of the fuel metering apparatus shown in FIG. 3 of FIG.
제 4 도는 제 3 도와 유사한 또다른 이송구와 밸브부분의 단면도.4 is a cross-sectional view of another transfer port and valve portion similar to that of FIG.
본 발명은 연료가 기관의 연소실내로 직접 분사되는 경우의 기관에 대한 연료의 공급량을 계량하는 것(metering)에 관한 것이다.The present invention relates to metering the supply of fuel to an engine when fuel is injected directly into the combustion chamber of the engine.
적절한 압력을 갖는 공기 등과 같은 기체를 충전함으로써 가변용량실로부터 연료(the metered quantity of fuel)를 배출하는 연료계량방법이 이미 제안되어 있다. 기체를 충전하는 것은 적어도 연료의 분무를 개선할 수 있다는 측면에서 연료의 효율적인 연소에 크게 기여하는 것으로 여겨진다.A fuel metering method has already been proposed for discharging the metered quantity of fuel from a variable capacity chamber by filling a gas such as air with an appropriate pressure. Filling the gas is believed to contribute significantly to the efficient combustion of the fuel, at least in terms of improving the atomization of the fuel.
본출원인의 국제특허출원 제PCT/AU 85/00176호 및 거기에서 파생된 미국특허출원 제849,501호에는 선택적으로 개방할 수 있는 이송구(delivery port)를 갖는 폐쇄된 고정용량실로 가압하의 연료가 연속적으로 공급되는, 기관에 대한 연료의 공급량을 계량하는 개선된 방법이 공지되어 있다. 기체가 주기적으로 고정용량실로 들어가서 연료압보다 크지 않은 압력을 고정용량실내에 유지하고, 고정용량실로 기체가 들어가는 동안에는 이송구가 개방되며, 그에 따라 이송구의 개방시에 고정용량실내의 연료와 그 기간중에 고정용량실로 들어가는 연료가 이송구로부터 기관으로 이송되게 한다. 이러한 연료의 계량 및 이송방법은 효율적이지만, 방출구(discharge port)와 고정용량실로의 기체의 공급을 제어하는 밸브들의 거의 동시적인 작동이 필요하기 때문에 대량의 상업적 제조 등과 같은 제조시에 다소 어려움이 있다.Applicant's International Patent Application No. PCT / AU 85/00176 and its derived US Patent Application No. 849,501 describe the continuous application of fuel under pressure into a closed fixed capacity chamber with a selectively openable delivery port. An improved method of metering the amount of fuel supplied to an engine, which is fed to the engine, is known. The gas enters the fixed capacity chamber periodically to maintain a pressure not greater than the fuel pressure in the fixed capacity chamber, while the delivery port is opened while the gas enters the fixed capacity chamber, and thus the fuel in the fixed capacity chamber and its duration at the opening of the delivery port. Fuel entering the fixed capacity chamber from the delivery port to the engine. While this method of metering and transporting fuel is efficient, it is rather difficult in manufacturing, such as in large commercial production, since the nearly simultaneous operation of the valves controlling the supply of gas to the discharge port and the fixed capacity chamber is required. have.
본 발명의 목적은 제작 및 정비가 편리하고 작동이 효율적이며 정확하고 연료의 분무의 질을 높이는 데에 도움을 주는, 기관에 대해 계량된 양의 연료를 이송하는 개선된 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for delivering a metered amount of fuel to an engine that is convenient to manufacture and maintain, is efficient and efficient to operate, and helps to improve the quality of the spray of fuel. will be.
이러한 목적을 달성하기 위해 연료이송구와 선택적으로 개방할 수 있는 밸브요소를 가져서 개방시에는 이송구를 통한 기관으로의 통로를 제공하고 이송구의 폐쇄시에는 두개의 위치에서의 밀봉결합을 이루며 그러한 두개의 위치의 사이에 공동을 형성하고 있는, 기관에 대한 연료의 공급량을 계량하는 방법을 제공하며, 그러한 방법은 연료와 기체를 각각의 압력으로 이송구에 대해 독립적으로 공급하며, 이때, 연료와 기체 중의 하나는 상기 공동에 공급되고 다른 하나는 두개의 밀봉결합 위치보다 상류에 공급되는 연료 및 기체의 공급단계와, 밸브 요소를 순환주기적(cyclically)으로 개방하여 상기 이송구를 상기 기관으로 통하게 함으로써 기체속에 포함된(entrained) 연료를 기관으로 이송하게 하는 밸브요소개방단계 및, 공동에서의 연료와 기체간의 차압(pressure differential)을 조절하여 공동하여 기체속으로 유입하는 연료의 유동률을 제어하는 차압조절단계를 포함한다.To achieve this purpose, it has a fuel element and a valve element that can be selectively opened to provide a passage to the engine through the inlet when opened and to form a seal in two positions when the inlet is closed. There is provided a method of metering the supply of fuel to an engine, which forms a cavity between locations, the method supplying fuel and gas independently to the feed port at each pressure, wherein the fuel and gas A supply of fuel and gas, one supplied to the cavity and the other upstream from the two sealing engagement positions, and the valve element being cyclically opened to direct the conveying port to the engine. Valve element opening step for delivering entrained fuel to the engine and between fuel and gas in the cavity Pressure (differential pressure) by adjusting the cavity and comprises a differential pressure control step of controlling the flow rate of the fuel flowing into the gas.
이송구가 기판과 통하고 있을 때에 기체는 이송구속에서 연료압보다 낮은 압력을 형성함으로써 기체가 이송구를 통과함에 따라 연료가 기체속으로 유입할 것이다. 그러므로, 기체속으로 유입하는 연료량의 제어는 이송구속에서의 기체압과 연료공급압간의 차압을 변화시킴으로써 행해질 수 있다. 선택사양적으로는 그러한 연료량의 제어는 상기 차압을 일정하게 유지하고 이송구의 개방주기의 기간을 변화시킴으로써도 행해질 수 있다.When the transfer port is in communication with the substrate, the gas will create a pressure lower than the fuel pressure at the transfer speed so that fuel will flow into the gas as the gas passes through the transfer port. Therefore, the control of the amount of fuel flowing into the gas can be done by changing the pressure difference between the gas pressure and the fuel supply pressure in the conveyance confinement. Optionally such control of fuel amount can also be done by keeping the differential pressure constant and changing the duration of the opening period of the feed port.
급격히 변화하는 연료수요는 이송구의 개방주기를 변화시킴으로써 수용될 수 있지만, 보다 점진적으로 변화하는 연료수요는 연료와 기체간의 차압을 변화시킴으로써 수용된다. 차압의 변화는 연료공급압이나 기채공급압 또는 양자 모두를 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 연료가 액체일 때는 기체압을 거의 일정하게 유지하고 연료압을 조절하는 것이 편리하다.Rapidly changing fuel demand can be accommodated by changing the opening period of the feed port, but more gradually changing fuel demand is accommodated by changing the differential pressure between fuel and gas. The change in the differential pressure can be made by changing the fuel supply pressure, the gas supply pressure, or both. When the fuel is a liquid, it is convenient to keep the gas pressure almost constant and to adjust the fuel pressure.
기판의 연료수요에 따라 작동하는 조절기에 의해 연료공급압이 순쉽게 제어될 수 있다. 그러한 조절기는 다수의 기관부하상태인자들의 감지에 의해 전자적으로 결정되는 전류의 제어하에 전기적으로 작동될 수 있다.The fuel supply pressure can be smoothly controlled by a regulator that operates in accordance with the fuel demand of the substrate. Such a regulator can be electrically operated under the control of a current electronically determined by the detection of a number of engine load state factors.
많은 기관 및 기관주변장치에서는 기관작동상태들이 변화함에 따라 연소실내의 연료분포의 형태를 변화시키는 것이 양호하다. 이는 특히 연료절감의 요구와 배기가스제어를 이루기 위해 더욱 그렇다.In many engines and engine peripherals, it is desirable to change the shape of the fuel distribution in the combustion chamber as the engine operating conditions change. This is especially true for fuel saving requirements and emissions control.
연료가 기관으로 이송되기 위해 이송구내에서 기체속으로 유입됨에 따라 기체속으로 연료가 유입하는 위치나 시기(timing)를 제어함으로써 기관의 연소구역내에서의 연료의 분포를 제어할 수 있다.As the fuel is introduced into the gas in the conveying port for delivery to the engine, the distribution of the fuel in the combustion zone of the engine can be controlled by controlling the position or timing at which the fuel enters the gas.
연료는 이송구속에서 유동하는 기체속으로 둘 이상의 위치에서 유입될 수 있다. 그러한 위치는 이송구로부터 나올때의 연료의 분무의 형태에 영향을 주게 선택될 수 있다. 선택 사양적으로나 또는 부가적으로 각각의 위치로의 연료이송의 시기나 각각의 위치에서의 연료유동을 또는 양자 모두가 분무형태에 영향을 주도록 제어될 수 있다. 또한, 하나 이상의 위치에서의 연료유동률이 임의의 기관작동상태에 따라 변화될 수 있다.Fuel may be introduced at two or more locations into the gas flowing in the delivery confinement. Such a location may be chosen to affect the type of spraying of fuel as it exits the feed port. Optionally or additionally, the timing of fuel transfer to each location or fuel flow at each location, or both, may be controlled to affect the spraying pattern. In addition, the fuel flow rate at one or more positions may be varied according to any engine operating state.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 기관의 연소실로 선택적으로 통할 수 있는 이송구로 연료 및 기체를 각각의 압력하에서 독립적으로 공급하는 연료 및 기체의 공급단계와, 상기 이송구를 기관의 연소실과 순환주기적으로 통하게 하여 이송구로부터 연소실로 유입하는 연료 및 기채의 유입시에 연료가 기체속에 포함된채로 유입하게 하는 이송구의 개방단계 및, 이송구가 연소실과 통하고 있을 때에 연소실에서의 연료분포형태를 조절하기 위해 기체속으로의 연료의 유입위치 및 유입율을 제어하고 연료공급압과 기체공급압간의 차압이나 이송구와 연소실간에 서로 통하는 주기 또는 양자 모두를 기관 부하에 따라 조절하여 사이클 당 기관으로 이송되는 연료의 양을 제어하는 제어단계를 포함하는, 기관에 대해 연료를 이송시키는 방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a fuel and gas supply step for supplying fuel and gas independently under respective pressures to a transfer port selectively connected to the combustion chamber of the engine, and the transfer port is circulated periodically with the combustion chamber of the engine. Control the opening of the conveying port to allow the fuel to flow into the combustion chamber from the conveying port into the combustion chamber, and the fuel distribution form in the combustion chamber when the conveying port is in communication with the combustion chamber. To control the location and rate of inflow of fuel into the gas, and to control the differential pressure between the fuel supply pressure and the gas supply pressure, or the period of communication between the feed port and the combustion chamber, or both, according to the engine load, A method of delivering fuel to an engine is provided, comprising a control step of controlling the amount.
이송구에서의 연료압이 연료의 이송구로의 유입점에서의 기체압보다 높으면 연료가 이송구에서의 기체속으로 유입하기만 할것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 차압은 초기에는 연료와 기체의 각각의 압력을 기본차압을 형성하도록 조절하는 것으로부터 유래하며 연료공급량을 필요에 따라 변화시키도록 기관의 연료수요의 변화에 따라 연료압이나 기체압을 변화시킨다. 이송구와 거기에 관련된 밸브의 배치는 연료가 기체흐름(gasstream)속으로 유입되는 기체흐름내에서의 실제적인 압력상태에 영향을 줄 것이며, 이러한 것은 연료 및 기체의 압력을 제어하는 압력조절기들의 교정(calibration)의 원인이 된다.It will be appreciated that if the fuel pressure at the inlet is higher than the gas pressure at the inlet point of the fuel, the fuel will only enter the gas at the inlet. This differential pressure initially stems from adjusting the respective pressures of the fuel and gas to form a basic differential pressure and changes the fuel pressure or gas pressure in response to changes in the engine's fuel demand to change the fuel supply as needed. The placement of the feed port and associated valves will affect the actual pressure conditions in the gas stream as fuel enters the gas stream, which may lead to calibration of pressure regulators that control the pressure of the fuel and gas. cause calibration).
연료를 계량하기 위해 기체압 및 연료압을 각각 조절함에 있어서는 연료가 기체흐름속으로 들어가는 유입위치에서의 실제적인 차압이 연료를 계량함에 있어서의 제어인자인 것으로 여겨질 것이다. 그러나, 다수의 인자들, 특히, 공간제한은 이송구에 형성된 공동속에 있는 기체속으로의 연료의 유입위치에 매우 가깝게 정액식 압력조절기(referencing pressure regulator)가 배치되는 것을 방해한다. 압력조절기들이 기체속으로의 연료의 유입위치로부터 이격되어 있음으로서 공동으로 연료 및 기체를 이송하는 통로의 유동면적들이 공동에서 예민하게 반영되는 압력조절기들에서의 압력의 변화를 확실하게 하기에 적합할 것을 요구한다. 그러므로, 비교적 작은 일정한 크기와 오리피스가 공동에 매우 가까운 연료통로 및 기체통로에 제공되고 오리피스의 상류의 통로들이 그것들을 따라 일어나는 압력강화를 최소화하기에 충분한 면적으로 이루어지는 것이 양호하다. 이송구의 공동에 가까운 그러한 오리피스들은 연료의 계량시에 요구되는 정확도를 얻기 위해 조절기들에서의 기체압의 변화와 연료압의 변화의 민감성을 얻게 한다.In regulating gas pressure and fuel pressure separately to meter fuel, the actual differential pressure at the inlet position at which fuel enters the gas stream will be considered to be a control factor in metering the fuel. However, many factors, in particular space limitations, prevent the placement of a referencing pressure regulator very close to the location of the fuel inlet into the gas in the cavity formed in the conveying port. Since the regulators are spaced from the location of the fuel inlet into the gas, it may be suitable to ensure a change in pressure in the regulators in which the flow areas of the passages that jointly transport fuel and gas are sensitively reflected in the cavity. Requires. Therefore, it is desirable that a relatively small constant size and orifice be provided in the fuel and gas passages very close to the cavity, and that the passages upstream of the orifice be made of sufficient area to minimize the pressure buildup along them. Such orifices close to the cavity of the delivery port allow a sensitivity of the change in gas pressure and the change in fuel pressure in the regulators to achieve the required accuracy in metering the fuel.
편리하게는 연소실에서의 소정의 연료분포를 얻기 위해 이송구의 임의의 구역들에서 공동속으로 연료를 이송하도록 다수의 연료오리피그들이 제공된다. 양호하게는 연료는 환형의 기체오리피스의 축의 둘레에 원형으로 배치된 다수의 연료오리피스들로부터 나온다. 연료가 나오는 연료오리피스들의 개수 및 위치는 예정된 기관작동상태에 따라 변화할 수 있고 이송구로부터 나오는 연료분무형태에 영향을 주어 기관의 연소실내의 연료분포를 제어한다.Conveniently, a number of fuel ducks are provided to transfer fuel into the cavity in any zones of the delivery port to obtain the desired fuel distribution in the combustion chamber. Preferably the fuel comes from a plurality of fuel orifices arranged circularly around the axis of the annular gas orifice. The number and location of fuel orifices from which the fuel comes out may vary depending on the intended engine operating conditions and influence the type of fuel spray from the transfer port to control the fuel distribution in the combustion chamber of the engine.
효율적인 연소 및 유출제어를 하기 위해서는 저부하의 기관작동상태하에서의 점화점에서 용이하게 점화할수 있는 연료와 공기의 혼합상태를 보장하는 것이 바람직하다. 작동중인 연료오리피스의 개수의 변화는 점화점에 인접한 연소실속으로의 이송물 당 연료의 비율을 보다 크게 함으로써 점화점에서의 요구된 연공비(fuel-air-ratio)를 얻을 수 있게 제어될 수 있다. 편리하게는 저부하의 기관작동상태에서 모든 연료가 점화점에 인접한 연소실로 이송된다.For efficient combustion and outflow control, it is desirable to ensure a fuel and air mixture that can easily ignite at the ignition point under low load engine operating conditions. The change in the number of fuel orifices in operation can be controlled to achieve the required fuel-air ratio at the ignition point by increasing the ratio of fuel per feed to the combustion stall adjacent to the ignition point. . Conveniently all fuel is transferred to the combustion chamber adjacent to the ignition point in low load engine operation.
본 발명에 따르면, 또한, 동일한 이송구로 각각 연료공급수단 및 기체공급수단과, 사용시에 이송구가 기관과 통하도록 상기 이송구를 선택적으로 개방시킬 수 있는 밸브요소를 구비하고, 상기 이송구 및 밸브요소는 폐쇄시에 이송구를 통한 유동방향으로 서로 이격된 두개의 밀봉결합위치간에 공동을 형성하며, 연료공급수단과 기체공급수단 중의 적어도 하나의 상기 공통과 통하고, 기체 공급수단은 상기 두개의 밀봉결합위치의 상류에서 이송구와 통하며, 기체속에 포함된 연료를 상기 이송구를 통해 기판에 대해 이송시키도록 상기 이송구를 개방시키기 위해 밸브요소를 순환주기적으로 작동시키는 수단과, 공통에서의 연료공급압과 기체공급압간의 차압을 조적하여 기체속으로의 연료의 유입물을 제어하는 수단을 구비한 기관에 대한 연료의 공급량을 계량하는 장치를 제공한다.According to the invention, there is also provided a fuel supply means and a gas supply means, respectively, to the same transport port, and a valve element capable of selectively opening the transport port so that the transport port communicates with the engine when in use. The element forms a cavity between two sealing engagement positions spaced apart from each other in the flow direction through the feed opening upon closure, in communication with the common of at least one of the fuel supply means and the gas supply means, wherein the gas supply means Means for circulating periodically actuating a valve element to open the transfer port to transfer fuel contained in the gas to the substrate through the transfer port upstream of the seal engagement position, and fuel in common Supply of fuel to an engine having means for controlling the flow of fuel into the gas by aligning the differential pressure between the supply pressure and the gas supply pressure Provide a device for metering quantities.
공동속으로 연료를 각각 급송하는 다수의 연료이송구가 제공될 수 있다. 연료이송구의 위치는 이송구로부터 나오는 연공혼합물(fuel-air mixture)의 분무형태로 소정의 연료분포를 제공하도록 선택된다. 하나 이상의 연료이송구로부터의 연료 유입의 시기와 유동률을 선택적으로 제어하여 분무형태가 기관작동상태에 따라 변화하게 하는 수단이 제공될 수 있다.Multiple fuel feed ports may be provided, each feeding fuel into the cavity. The location of the fuel feeder is chosen to provide the desired fuel distribution in the form of a spray of fuel-air mixture from the feeder. Means may be provided for selectively controlling the timing and flow rate of fuel inlet from one or more fuel outlets such that the spray form changes with engine operating conditions.
편리하게는 이송구의 개방시에 이송구로 공급되는 연료의 유동률이 공동으로 공급되는 기체압과 연료압간의 차압을 조절함으로써 기관부하에 따라 작동할 수 있는 수단에 의해 제어된다.Conveniently, the flow rate of the fuel supplied to the transport port at the opening of the transport port is controlled by means capable of operating according to the engine load by regulating the differential pressure between the gas pressure and the fuel pressure which are commonly supplied.
공동과 통하는 다수의 연료오리피스가 제공될 수 있다. 연료오리피스는 연공혼합물이 이송됨에 따라 연소실속의 소정의 연료분포를 얻도록 공동의 전장을 따라 분포될 수 있다. 연료 오리피스들은 연료분포를 제어 하기 위해 그 중 적어도 일부를 통한 유동을 선택적으로 중단시키기 위한 수단을 갖고 거의 균일하게 분포될 수 있다.Multiple fuel orifices may be provided in communication with the cavity. The fuel orifices can be distributed along the entire length of the cavity to obtain a predetermined fuel distribution of the combustion stall as the soft mix is transferred. The fuel orifices may be distributed almost uniformly with means for selectively stopping flow through at least some of them to control fuel distribution.
이송구와 밸브요소간의 두개의 서로 이격된 위치에서의 밀봉결합부를 제공하고 적어도 하나의 밀봉결합부를 따로따로의 위치에서의 연료공급부와 기체공급부가 이송구와 각각 통하게 함으로써 단일의 밸브요소에 의해 기체속으로의 연료의 유입 및 기관으로의 최종적인 연공혼합물의 이송을 제어할 수 있다. 그럼으로써 연료계량장치의 구성이 단순해지고 연료공급물의 제어가 정확히 이루어진다.A single valve element is introduced into the gas by providing a seal coupling in two spaced apart positions between the feed port and the valve element and allowing the fuel supply and the gas supply in separate positions to communicate with the feed port, respectively. To control the flow of fuel and the final feed mixture into the engine. This simplifies the construction of the fuel metering device and ensures accurate control of the fuel feed.
공동은 다수의 오리피스가 이송구의 밀봉면의 주변홈의 바닥으로 들어가게 하고 그러한 홈의 양쪽에서 환형의 밀봉면을 형성함으로써 환형의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 구성은 밸브요소가 폐쇄위치에 있을 때에 밸브요소의 밀봉면이 오리피스의 모서리에 닿지 않게 한다. 이는 밸브요소와 이송구간의 밀봉성능 및 유효성능을 개선한다.The cavity can be provided in the form of an annulus by allowing a plurality of orifices to enter the bottom of the perimeter groove of the sealing face of the conveying port and forming an annular sealing face on both sides of the groove. This configuration ensures that the sealing surface of the valve element does not touch the edge of the orifice when the valve element is in the closed position. This improves the sealing performance and the effectiveness of the valve element and the transfer section.
첨부도면을 보면서 연료계량장치의 실질적인 배치 및 그 작동에 관하여 설명한 다음의 설명에 의해 본 발명이 보다 용이하게 이해될 수 있을 것이다.The present invention will be more readily understood by the following description which describes the practical arrangement of the fuel metering device and its operation with reference to the accompanying drawings.
이제, 제 1 도를 보면, 연료계량장치(10)가 스템(11)을 포함하며, 그러한 스템은 중앙의 공기통로(13)와 두개의 연료통로(8, 9)를 갖는다. 연료통로(8, 9)와 통하는 연료공급관(12)은 연료통(15)으로부터 연료를 끌어내는 연료펌프(14)로부터의 연료를 수용한다. 연료펌프(14)의 이송측의 연료공급관(12)내의 연료압은 연료압조절기(16)와 다음에 보다 상세히 설명할 압력조절기(34)에 의해 제어된다.Referring now to FIG. 1, the
공기통로(13)는 그 하단부에서 이송구(20)와 거기에 작동상 관련되고 작동로드(24; actuator rod)에 강성적으로 연결된 밸브요소(22)를 갖는다.The
연료통로(8, 9)는 다음에 상세히 설명하듯이 이송구(20)의 시트면까지 이어지고 밸브요소(22)가 이송구(20)를 패쇄한 상태로 있을 때는 연료통로(8, 9)의 단부도 밸브요소에 의해 폐쇄되게 배치한다.The fuel passages 8, 9 extend to the seating surface of the transfer opening 20 as described in detail below, and when the valve element 22 is in the closed state of the transfer opening 20, The end is also arranged to be closed by the valve element.
전자기적 밸브작동기(25; solenoid type valve actuator)는 전자기적 코일(26; electro-magnet coil)과 전기자(27; armature)를 가지며, 전기자는 작동로드(24)에 연결된다. 전기자(27)는 도면상의 위쪽으로 스프링(28)에 의해 하중이 가해져서 평시에는 밸브요소(22)가 이송구(20)를 폐쇄시킨 상태로 유지되게 한다. 전류에 의해코일(26)에 에너지를 가하면 전기자(27)가 도면상의 아래쪽으로 이동하게 하여 밸브요소(22)를 이동시키고 이송구(20)를 개방시킨다.The solenoid
공기압축기(30)는 공기공급관(31)을 통해 공기통로(13)에 연결된다. 공기공급관(31)을 통하는 공기압축기(30)의 이송측의 공기는 압력조절기(34)와 통하고 있다.The air compressor 30 is connected to the
공기압축기(30)은 대기조건에 대한 기본공급압을 제어하기 위한 자체의 공기압조절기를 가질 수도 있지만, 이는 본 발명의 연료계량계통의 기능에 대한 필수적인 것은 아니므로 더 이상 설명하지 않겠다. 또한, 공기압축기는 선택사양적인 압축기체원(compressed gas source)으로 대체될 수 있고, 이는 그러한 선택사양적인 압축기체원이 또다른 목적상 편리한 경우에 실용적일 수도 있다.The air compressor 30 may have its own air pressure regulator for controlling the basic supply pressure for atmospheric conditions, but this will not be described anymore because it is not essential for the function of the fuel metering system of the present invention. In addition, the air compressor may be replaced with an optional compressed gas source, which may be practical when such an optional compressor source is convenient for another purpose.
정액식 압력조절기(34; referencing pressure regulator)는 관(35,37)들간의 차압을 거의 일정하게 유지하는 작용을 한다. 이러한 것은 관(37)속의 연료압이 공기공급압의 변화를 보충하도록 오르내리게 한다. 이러한 것은 다음과 같이 설명될 수 있다. 연료펌프(14)에 의해 공급되는 연료는 두개의 관(38, 37)의 모두의 속으로 통과한다. 그 중의 하나의 관(38)의 경우에서 연료가 포트(40)를 통하고 통로부재(41)를 지나면서의 압력강하의 발생의 여부는 연료압조절기(16)의 제어에 따른다. 이러한 작동은 아직 설명하지 않았지만 적절한 방법으로 좀 더 설명하겠다.A referencing pressure regulator (34) acts to maintain a substantially constant differential pressure between the tubes (35, 37). This causes the fuel pressure in the pipe 37 to rise and fall to compensate for the change in the air supply pressure. This can be explained as follows. The fuel supplied by the
다른 관 (37)을 통한 연료는 챔버(48)로 들어가며, 거기에서 격막(49)상의 연료압은 그러한 격막(49)의 반대쪽에서 작용하는 챔버(50)내의 공기압에 의해 발생된 힘에 맞서는 스프링(47)에 의해 가해진 힘을 보충한다. 격막의 연료측의 힘의 합이 공기측의 힘보다 커질 때 입구(51)가 개방되어 연료가 챔버(48)로 부터 복귀관(36)을 통해 연료통(15)으로 흐르게 할 것이다. 공기측의 챔버(50)의 압력에 비해 연료측의 챔버(48)의 압력이 높아지려는 모든 경향은 입구(51)에서의 유동로를 증대시키도록 격막(49)을 이동시켜 연료측의 챔버(48)내의 연료압의 증가를 방지한다.Fuel through the other conduit 37 enters the
스프링(47)이 없다면 격막의 양쪽에서의 압력은 거의 동일해질 것으로 여겨질 것이다.Without spring 47 the pressure on both sides of the diaphragm would be considered to be nearly equal.
스프링하중을 가함으로써 거의 일정한 차압이 유지되게 할 수 있다. 이러한 경우에 연료압은 공기압보다 낮게 조절되며, 그것을 연료계량장치(10)를 위한 공기공급압에 대한 연료공급압의 기본적인 관계를 결정한다. 이러한 압력관계는 압력조절기(16)를 거치면서 압력강하가 전혀 없다면 연료공급관(12)과 공기공급관(37)간에 그대로 반영될 것이다.By applying a spring load an almost constant differential pressure can be maintained. In this case the fuel pressure is adjusted to be lower than the air pressure, which determines the basic relationship of the fuel supply pressure to the air supply pressure for the
제어식 연료압조절기(16; controlled fuel pressure regulator)의 기능은 포트(40)와 관(37)의 사이에 차압이 존재하개 하여 연료계량장치(30)에서의 공기압과 연료압의 관계를 조절하게 하는 것이다. 이러한 차압은 관(37, 35)들간에 일정한 차압관계가 존재한다면 공기공급압에 대한 포트(40)의 상류의 연료압의 증가로서 반영된다. 제어식 연료압조절기(16)를 거치면서 충분히 높은 차압이 생기면 연료공급관(12)속의 연료압이 공기공급관(31)과 공기통로(13)속의 공기압보다 높아지게 될 것으로 여겨진다.The function of the controlled
제어식 연료압조절기(16)는 다양한 방법으로 작동하게 구성될 수도 있다. 편리하게는 장치가 전자적으로 제어된다. 도시된 예에서는 연료펌프(14)로부터의 연료가 체크밸브(9)와 유동을 편리하게 제한하기 위한 제한부(39 ; restriction)를 통과하지만, 이는 연로압조절기(16)의 작동에 대해 필수적인 것은 아니다. 연로는 통로부재(41)에 의해서 포트(40)를 통과하며, 그것은 포트(40)통과하는 유동로의 면적을 변화시키도록 제어된다. 그러한 변화에 따라 포트(40)과 관(37)의 사이에서의 차압의 대응적인 변화가 생긴다.Controlled
이러한 변화의 크기가 연료펌프(14)의 유동압특성에 어느 정도 영향을 줄 수 있을지라도, 편리하게는 펌프의 특성은 도시된 특정한 형태에서처럼 연료압조절기(16)의 제어특성에 그다지 영향을 갖지 않게 될 수도 있다.Although the magnitude of this change may affect the flow pressure characteristics of the
이는 포트(40)를 통한 유동로의 면적의 변화가 통로부재(41)에서의 힘의 평형에 의해 이루어질 것이라는 사실에 기인한다. 이러한 평형은 통로부재에 직교하는 포트의 방출면적 위에 작용하는 포트(40)에서의 유압과 피못(45)의 둘레로 통로부재(41)에 직교하게 코일(42)에 의해 발생되는 전자기력간의 평형이다. 이러한 피봇은 전자기력이 포트(40)와 관련된 밸브요소에 직접 작용할 수도 있을 것이므로 그러한 작동에 필수적인 것이 아니다.This is due to the fact that the change in the area of the flow path through the
편리하게는, 지속경로(43)를 통해 코일(42)에서의 전류와 상호작용하는 영구자석(44)에 의해 전자기력이 발생된다. 그럼으로써, 코일에서의 전류에 대해 비례하는 힘이 발생되고, 그것은 이어서 포트(40)와 관(37)의 사이에서의 비례적인 압력강하를 일으킨다. 그럼으로써, 코일(2)에 대한 전류의 입력은 전류에 비례하여 대응하는 압력강하를 일으키고 연료펌프(14)의 특성과는 거의 독립적이다.Conveniently, electromagnetic forces are generated by the permanent magnet 44 which interacts with the current in the coil 42 via the sustained path 43. As a result, a force is generated which is proportional to the current in the coil, which in turn causes a proportional pressure drop between the
공기공급관(31)과 통하는 공기통로(13)와 연료공급관(12)의 사이의 차압을 제어하기 위한 선택사양적인 방법들도 있을 것이다.There may also be optional methods for controlling the differential pressure between the
정액식 압력조절기(34) 및 제어식연료압조절기(16)의 기능을 수행하기 위해 적절한 장치들의 상세한 구성에 관한 부가적인 정보를 본출원인의 국제특허출원 제 PCT/AU 85/00176호 및 그것에 대응하는 미국특허출원 제849,501호에 기재되어 있으며 이러한 출원들의 명세서에 기재된 내용은 본원에 참고로 이용된다.Additional information regarding the detailed configuration of suitable devices for performing the functions of the
연료통로(8, 9)내의 연료압과 공기통로(13)내에서 얻을 수 있는 공기공급압간의 앞서 설명한 관계하에서의 연료의 계량은 다음과 같이 수행된다. 전자기적 밸브작동기(25)의 코일(26)에 에너지를 가할 때에 전기자(27)는 아래쪽으로 이동하여 밸브요소(22)가 이송구(20)를 개방하게 한다. 이러한 단계에서, 공기는 공기통로(13)로부터 이송구(20)를 통해 흐르고, 동시에, 연료는 연료통로(8, 9)로부터 이송구(20)속으로 흐르며 이송구(20)를 통하하는 공기속에 즉각적으로 포함된다. 그러므로 전자기적 밸브작동기 (25)에 에너지가 가해져 있는 한에는 이송구(20)로부터 연료 및 공기가 계속 흐른다.The metering of fuel under the above-described relationship between the fuel pressure in the fuel passages 8 and 9 and the air supply pressure obtainable in the
코일(26)에 에너지를 가하지 않으면 밸브요소(22)는 스프링하중에 의해 즉각적으로 폐쇄위치로 복귀되어 이송구(20)의 시트에 맞닿고 이송구(20)로부터의 공기 및 연료의 공급을 중단시킨다.If no energy is applied to the coil 26, the valve element 22 immediately returns to the closed position by the spring load, contacts the seat of the feed port 20, and stops supply of air and fuel from the feed port 20. Let's do it.
전자기적 밸브작동기(25)의 작동은 적절한 기구에 의해 제어되고, 그것은 기관의 회전주기에 대해 시기조절된 관계로 밸브작동기구(25)에 에너지를 가하며, 이러한 시기는 기관작동 상태에 따라 변한다. 밸브작동기에 에너지가 가해지는 주기는 당시의 기관의 수요를 충족시키기에 충분하게 이송구(20)로부터 연료가 이송되게 한다.The operation of the
공급되는 연료량의 조절은 밸브작동기에 에너지가 가해지는 시간을 변화시키거나, 또는 그렇게 에너지가 가해지는 주기의 시간길이는 일정하지만, 기관의 각각의 사이클마다의 밸브작동기에 에너지가 가해지는 주기의 수를 변화시킴으로써 이루어질 것이다. 밸브작동기의 주기나 그 횟수를 제어하는 것에 더하여, 이미 설명했듯이, 공기압에 대한 연료압을 제어함으로써 기관으로 이송되는 연료량을 변화시킬 수 있다. 또한, 이러한 제어들은 서로 조합되어 기관으로 이송되는 연료량을 조절하도록 작동될 수도 있다.Control of the amount of fuel supplied varies the time the energy is applied to the valve actuator, or the number of cycles of energy on the valve actuator for each cycle of the engine, although the time length of the cycle of energizing is constant. Will be done by changing In addition to controlling the period or number of times of the valve actuator, as described above, by controlling the fuel pressure against air pressure, the amount of fuel delivered to the engine can be changed. These controls may also be operated in combination with each other to regulate the amount of fuel delivered to the engine.
기관작동상태를 감지하는 공지의 여러 프로그램에 따라 연료압조절기(16)의 작동과 밸브작동기(25)의 에너지화를 조절하기에 적합한 제어방법(controlling process)이 설정되고 기관으로 이송되는 연료량의 조절을 위해 전자기적 밸브작동기등을 작동시키기에 적합한 전기신호들을 발생시키도록 처리할 수 있다.According to various known programs for detecting the engine operation state, a control process suitable for controlling the operation of the
이제, 제 2 도를 보면, 거기에는 본체(60)와 전자적 유니트(65 ; solenoid unit)를 포함하는 계량장치(10)가 보다 상세히 도시되어 있다. 본체(50)는 연료공급관(12)이 연결된 연료유입구(61)와 공기공급관(31)이 연결된 공기유입구(62)를 갖는다.Referring now to FIG. 2, therein is shown in more detail a
본체(60)는 스텝(63)을 갖고 그러한 스템을 통해 축방향으로 연장된 중앙의 챔버(66)를 갖는다. 그러한 축방향의 챔버(66)는 다음에 설명하듯이 그 상단부에서 공기유입구(62)와 통하고, 그 하단부에서 밸브요소(72)와 협력하는 이송구(71)를 갖는다. 밸브요소(72)는 전자석유니트(65)로부터 축방향의 챔버(66)을 통해 연장된 작동로드(76)에 강성적으로 부착된다.The main body 60 has a
연료유입구(61)는 축방향의 챔버(66)의 양쪽에서 스템(63)에 제공된 두개의 연료통로(68)와 통한다. 연료통로(68)는 이송구(71)의 밀봉면(67)에 제공된 포트(69)까지 이어진다. 제 3 도에 보듯이 연료통로(68)들은 각각의 포트(69)에서의 제한용 오리피스(80 ; restricting orifice)를 갖는다. 연료통로(68) 및 연료압조절기호부터 이어지는 또다른 연료통로들에 비해 오리피스(80)의 구멍은 압력조절기와 오리피스들이 오리피스들로부터 나오는 연료압을 결정하게 좁혀져 있다. 각각의 오리피스(80)의 하류쪽의 단부는 이송구(1)의 밀봉면(67)에 형성된 환형의 공동(81)속으로 개방된다. 밀봉면(67)은 두개의 환형의 밀봉면(67a, 67b)으로 분할되어 있다.The
양호한 실시예에서는 제 3 도에 보이듯이 중앙의 챔버(66)로부터의 기체유동에 주어진 유동로는 그 개방위치를 갖는 밸브부재(72)에 대한 밀봉면(87a, 87b)들의 사이에 생긴 각각의 환형의 제한부에 의해 최소의 유동면적부에 형성된다. 이송구(71)의 하류에서의 압력에 대한 환형의 챔버(66)에 제공된 공기공급압의 비율뿐만 아니라, 챔버들의 비율도 환형 공동(81)에서의 공기압을 결정한다. 공기압은 밸브요소(72)의 개방시에 앞서 설명했듯이 연료압보다 낮은 압력이 공동(81)내에 생기게 조절되며, 밸브요소(72)의 개방시의 이송구(71)를 통한 연료유동률은 공동(81)에서의 이허낳 입력들의 차이에 의해 결정된다.In the preferred embodiment, the flow path given to the gas flow from the
이송구(71)에 입접한 연료통로 및 공기통로에 제한부들을 정확하게 형성하면, 차압 및 그에 따라 연료이송률의 제어의 정확도를 개선할 수 있다. 또한, 밸브요소(72)의 제한적인 운동범위에 의해 생기는 밀봉면(67a, 67b)과 밸브부재(72)간에 제한부들을 제공하는 것은 기체유동이 통과하면서 공동(81)속에 형성되는 압력이 밸브부재(72)에 연결된 전자기적 밸브작동기구에 의해 제공된 운동, 즉, 스트로크(stroke)의 크기에서의 바람직스럽지 못한 변화로 인해 일어날 수 있는 밸브의 개방의 정도의 변화에 의해 그다지 크게 영향을 받지 않는다는 장점을 갖는다.By accurately forming the restricting portions in the fuel passage and the air passage in contact with the
앞서 설명한 구성에 따라 작동로드(76)의 하향운동이 이송구(71)에 대해 밸브요소(72)를 변위시키고, 그에따라, 밸브를 개방하여 밸브요소(72)의 밀봉면(70)이 두개의 밀봉면(67a, 67b)의 모두로부터 변위될 것임을 알 수 있을 것이다. 그럼으로써, 포트(71)가 개방되어 공기가 밀봉면(67a)을 지나고 공동(81)속에 압력을 형성하면서 또다른 밀봉면(67a)을 지나면, 그러한 압력은 밸브(72)에 대한 이격관계로 밀봉면(67a,67b)에 의해 형성된 수축브의 면적의 비율에 의존한다. 연료는 공동으로 들어가서 공기속에 포함되고, 그에 따라, 연공혼합물로서 기판으로 이송된다. 공동(81)속의 공기와 오리피스(80)를 통해 공동으로 들어가는 연료간의 차압이 공기흐름속으로 유압하는 연료의 유동률과 그에 따른 기관에 대한 연료공급율을 결정한다. 따라서, 이러한 차압의 변화는 연료수요를 제어하는 하나의 인자이다. 오리피스(80) 및 밀봉면(67a, 67b)과 밸브요소(72)에 의해 제공되는 제한부는 일정한 치수를 갖고, 앞서 설명했듯이, 축방향의 챔버(66)속의 공기와 연료통로(68)속의 연료간의 차압의 조절과 함께 기관의 연료수요를 충족시키기 위한 기관에 대한 연료량을 계량하는 효율적인 방법을 제공한다.According to the above-described configuration, the downward movement of the actuating
앞서 설명했듯이, 양호한 실시예는 밸브요소(72)에 대한 이격관계로 밀봉면(67a, 67b)에 의해 형성된 두개의 제한부를 갖는다. 이는 압력이 제한부의 각각의 면적의 크기보다도 제한부의 각각의 면적간의 비율에 보다 크게 관련된다는 사실로 인해 밸브요소의 개방정도의 변화가 공동(81)의 압력에 그다지 영향을 주지않는 장점을 갖는다. 각각의 수축부의 면적은 밸브요소(72)의 개방정도에 직접비례하여 변화함으로써 면적들의 비율은 거의 일정하게 유지되어 공동(81)에서 비교적 일정한 압력이 생기게 한다.As described above, the preferred embodiment has two limitations formed by sealing
그럼에도 불구하고 연료를 분무시키기 위해 한층 더 직접적인 유동궤적을 이루도록 하류방향으로 포트(71)의 너머로의 지향유동적인 노즐을 제공하는 것이 분사계통의 일부의 용도에서 유용함이 밝혀졌다. 제 4 도에 보이듯이 이러한 변화예의 경우에는 직접적인 노즐(105)의 일정한 제한부에 대한 보충적인 이송구(71)의 상류에서의 일정한 제한적 오리피스(102)를 제공하기에 편리하다. 이러한 일정한 제하부들의 비율은 주로 제 3 도의 환형의 챔버(66)에서의 주어진 공기공급압을 위한 공동(81)내의 압력을 결정한다. 이러한 경우에 공동(91)의 양쪽에서 앞서 설명했듯이 밀봉면(67a, 67b)에 의해 형성된 제한부들은 앞서의 경우보다도 훨씬 작은 정도로 압력에 영향을 준다.Nevertheless, it has been found useful in some applications of the injection system to provide a directional flow nozzle beyond the
두개 이상의 연료포트(69)가 제공된 경우에서 설명했듯이 연료분무형태와 그에 따른 기관의 연소실내의 연료분포는 각각의 포트를 통한 연료유동률을 조절함으로써 변화할 수 있다. 제 2 도에 보이듯이 이는 연료통로(68)를 통한 유동을 제한하기 위해 그 속으로 선택적으로 돌출되며 유압이나 전기모터(51)에 의해 작동되는 수축부재(50)를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 전기모터는 요구된 정도의 유동제한 또는 완전한 유동중지를 위해 기관부하상태에 따라 프로세서에 의해 제어될 수도 있다. 제 1 도와 제 2 도 및 제 3 도에는 두개의 연료포트만이 도시되어 있을지라도 적어도 3개 이상을 제공하는 것이 양호하며 필요하다면 더 많이 제공될 수도 있다. 인용부호 68등과 같이 분리된 통로들이 각각의 포트마다에 제공되거나 하나의 연료통로로 부터 여러개의 포트들이 공급될 수 있다.As described in the case where two or
전자석유니트(65)는 본체(60)의 일부를 이루는 원통벽(90)내에 내장되며, 그것은 원통벽(90)의 구부러진 가장자리(93)에 의해 붙잡혀 있는 캡(91)과, O형 링(92)에 의해 상단부에서 밀봉되어 있다. 그러므로, 전자석유니트는 외피내에 있으며, 그것을 통하고 구멍(89)을 거친 공기유입구(62)로부터의 공기가 전자석유니트를 냉각시키기 위한 공기로 제공될 것이다.The
전기자(95)는 작동로드(76)의 상단부에 강성적으로 부착되어 있다. 작동로드(76)에 대해서는 중앙에 디스크 스프링(96)이 부착되어 있고, 그러한 디스크의 가장자리는 환형홈(97)에 끼워져 있다. 평상시에는 디스프 스프링(96)이 작동로드(76)에 대한 상향으로 힘을 가하도록 응력이 주어져서 밸브를 폐쇄위치에 유지한다. 전기코일(99)이 코어(98)의 둘레에 배치되어 에너지가 가해졌을때에 전기자를 아래로 당기는 자기장을 만들게 감겨있다. 전기자의 하향운동은 작동로드(76)를 병진운동시켜 연료포트(69)와 이송구(71)를 개방시킨다. 코일(99)의 에너지가 소멸되면 스프링(96)이 작동로드(76)를 들어올려 연료포트(69)와 이송구(71)를 폐쇄시킨다. 전기자(95)의 하향운동의 정도는 환형 솔더 (100)와 전기자의 맞닿음에 의해 제한된다.The armature 95 is rigidly attached to the upper end of the actuating
전자석유니트의 코어는 중앙의 축방향의 챔버(66)와 통하는 중앙구멍(101)을 갖는다. 공기유입구(62)로 들어가는 공기는 중앙구멍(101)으로 들어가서 전자석유니트를 통과하고 챔버(66)로 가서 이송구의 개방시에 이송구를 통과한다. 전자석유니트를 통한 공기유동은 그것의 온도를 허용한계내로 유지하도록 냉각시킨다.The core of the electromagnet unit has a central hole 101 which communicates with a central
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