JP2008500480A - 燃料調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】好適な燃料調整装置を提供する。
【解決手段】燃料調整装置１０は、チャンバー１４を規定し、チャンバー１４の上流に入口１６を装備し、チャンバー１４の下流に出口を装備するハウジング１２を有する。半球状のシート２０は、入口１６に繋がる第１端部２２とチャンバー１４に繋がる第２端部２４ とを有してハウジング１２内に形成される。バルブ体２６は、シート２０に収容されるが、曲がった表面２８と曲がった表面２８を横切って広がる平らな表面３０を有している。バルブ体２６は、バルブ体２６が入口１６をシールする閉鎖位置から、バルブ体２６が入り口１６から空間をおいてあり、空気が第１端部２２を通って、シート２０と曲がった表面２８の間を、さらに、第２端部２４とバルブ体２６の隣接位置との間のギャップ３８を通ってチャンバー１４内に空気が流れることができる開放位置までを、動くことができるようになっている。バネ３２はバルブ体２６を約１気圧の圧力で閉鎖位置に押し付けている。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料調整装置に関する。特に、ただし限定する意味ではなく、内燃機関の燃料調整装置に関する。

本発明の発明者は、国際出願番号Ｎｏ．ＷＯ２００３／０５６１６５に記載された燃料供給システムの発明者である。このシステムは、チャンバーを規定し、チャンバーの上流に開口している入口と、チャンバーの下流に開口している出口を装備しているハウジングを有する。燃料噴射機は、チャンバー中に燃料を霧状に噴射し、ヒーターが入口経由でチャンバーに流れ込む空気を、１１０℃〜２６０℃に加熱する。チャンバー内の圧力は、全体の温度と負の関係である。燃料噴射機によってチャンバー内に噴射された燃料は熱的に破砕され、出口から、関連して設けられている内燃機関の中にある燃焼チャンバーに向かって、破砕された燃料と加熱された空気との混合物が流れる。

本発明によって、以下に説明する燃料調整装置を提供する。

本発明に係る燃料調整装置は、
チャンバーを規定し、チャンバーの上流に入口、チャンバーの下流に出口を装備するハウジングと、
液体を入口に接続する第１端部と、液体をチャンバーに接続する第２端部を有し、第２端部は半球状のシートの直径に接触している面上にある半球状のシートと、
曲がった表面と、曲がった表面から伸びている平らな表面からなるバルブ体であって、バルブ体が入口をシールする閉鎖位置と、バルブ体が入口から空間を空けられており、入口における空気が、チャンバー内の第１および第２端部を通って流れるように、ギャップを形成する開放位置とを動くバルブ体と、
バルブ体を閉鎖位置にむかって押し付けるバイアス（ｂｉａｓ）装置とを有する。

好ましくは、前記曲がった表面は、前記シートの半径と概ね同一の半径を有する半球形状で、それによって、前記バルブ体が前記閉鎖位置に有るとき、前記平らな面がシートの直径を含む面にある。

好ましくは、本発明に係る燃料調整装置は、燃料をチャンバーに供給する燃料供給装置をさらに有している。

好ましくは、前記燃料供給装置が、ギャップを横切る方向に向かってチャンバー内に燃料を噴射する。

好ましくは、前記燃料供給装置が、第２開口部付近の内部表面上に開放する１または複数の開口または噴射口を有する。

好ましくは、前記チャンバーが、第２端部から出口に向かって上方または外側に広がる第１部分を持つ内部表面を有する。

好ましくは、内部表面の第１部分は、出口から入口方向に見た場合に凹型曲面形状に形成されている。

好ましくは、空気は新鮮な空気である。

好ましくは、本願発明に係る装置は、バルブ体に関連して取り付けられており、バルブ体が閉鎖位置から開放位置に動く際にバルブ体を案内するシャフトを有している。

好ましくは、前記シャフトが、前記平らな表面に対して垂直で、前記バルブ体の半径に沿ってバルブ体の中に形成された通路を通って伸びている。

好ましくは、前記バイアス装置がシャフト上に設置されている。

好ましくは、前記バイアス装置が前記バルブ体に約１バールの圧力を与える。

好ましくは、本願発明に係る燃料調整装置は、前記平らな表面に平行に横たわり、第２端部から出口の間におけるチャンバーの縦軸の中央部分に位置するプレートをさらに有しており、前記プレートは、プレートとチャンバーの内部表面におけるプレートに隣接する位置との間に管状の空間を形成するように、形状を決められている。

好ましくは、本願発明に係る燃料調整装置は、チャンバーを横切って広がり、前記プレートと前記出口の間に配置された第１メッシュ仕切りをさらに有している。

好ましくは、チャンバーを横切って広がり、前記第１メッシュと前記出口の間に配置された第２メッシュ仕切りを有している。

本発明の実施形態を、ほんの一例として記載された、以下に示す図面を使用しながら説明する。
図１は、本発明に係る燃料調整装置の第１実施形態の概略図、
図２は、図１のＡＡ線に沿う、前記燃料調整装置の平面図、
図３は、前記燃料調整装置の部分拡大図である。
実施形態の詳細な説明

図１に示すように、燃料調整装置１０は、チャンバー１４を規定し、チャンバー１４の上流に入口１６を、チャンバーの下流に出口１８を装備しているハウジング１２を有する。半球状のシート２０は、ハウジング１２の内部に形成されている。半球状シート２０の第１端部２２は、入口１６に通じており、第２端部２４はチャンバー１４に通じている。バルブ体２６はシート２０内に収容され、曲がった表面２８と曲がった面２８を横切って広がる平らな表面３０を有している。バルブ体２６はバルブ体２６が入口１６をシールする閉鎖位置から、バルブ体２６が入り口１６から空間をおいて配置され、空気が第１端部２２を通って、シート２０と曲がった表面２８の間を、さらに、第２端部２４とバルブ体２６の隣接位置との間のギャップ３８を通ってチャンバー１４内に空気が流れることができる開放位置までを動くことができるようになっている。ばね３２で形成されたバイアス手段は、バルブ体２６を、閉鎖位置に向かって押し付けている。燃料は、燃料供給装置によってチャンバー１４に注入される。この実施形態では、燃料供給装置は、燃料噴射機３４を有する。

燃料調整装置１０は、理想的には、出口１８に接続された取り入れ多岐管３６経由で内燃機関（図示しない）に連結するように、適用される。内燃機関の多岐管３６に連結しているために、相対的負圧がチャンバー１４に引き起こされる。この圧力は、バルブ体２６をシート２０から、ばね３２のバイアスに逆らって動かすように、バルブ体２６上に作用する。

新鮮な空気は、入口１６に連結された導管４２経由で供給される。新鮮な空気は、燃料調整装置１０が取り付けられた内燃機関に関連して設けられた排気多岐管（図示しない）から引っ張られる。これは、エンジンが通常の操作温度に達した後は、空気を３０℃から２６０℃の間に加熱する。

チャンバー１４に噴射された燃料は、加熱された空気の分子と衝突して熱的に破砕され、熱的に破砕された燃料と加熱空気の混合気体を形成する。

この明細書中では、燃料に関する“熱的に破砕”という言葉は、気化、蒸発、高分子量炭化水素の低分子量炭化水素への分解、もしくはこれらの複合という意味で使用される。

チャンバー１４は内部表面を有し、その第１部分４８は第２端部２４から出口１８に向かって、概ね上方および外方に広がっている。表面は線形に傾けられていても良いが、第１部分４８としては、より好ましくは、出口１８から入口１６に向かう方向から見た場合に、図示のような凹型曲面形状とするのが良いとされている。特に、第１部分４８は、一つの直径は半球シート２０の直径より大きく、もう一つの直径は、開口部２４の直径と同一である２つの平行な面によって横切られる球形部分を有する。第１部分４８に連続的に構成されているのは、一定の直径からなる内部表面４６の第２部分５０である。内部表面４６の第３部分５２は、第２部分５０から連続的に出口１８に向けて下流方向に広がっており、徐々に減少する内部直径を有している。この実施形態では、第３部分５２は第１部分４８の鏡面対称として構成されている。しかし、他の実施形態では、第３部分５２は、一定の内部直径を有している第２部分５０の延長として形成されている。さらに他の実施形態として、第３部分５２は、下流方向にかけて線形に減少する内部直径を有するように形成することもできる。

シャフト５４は、バルブ体２６が閉鎖位置と開放位置を動くときにバルブ体を導くように、バルブ体２６に関連して設けられている。さらに、シャフト５４は、平面３６に対して垂直にバルブ体２６の半径に沿って形成されたバルブ体２６内の通路５６の内部に伸びている。シャフト５４のそれぞれの端部は、導管４２と供給多岐管３６とにそれぞれ設置されている。ばね３２はシャフト５４によって保持されている。ばね３２は、表面３０と、表面３０に対して平行に設置されたプレート６０の中心に固定された突起５８との間に作用する。

理想的には、シャフト５４とばね３２はステンレススチールで作られるのに対して、突起５８は真鍮で作られる。

プレート６０はシャフト５４に対して平行に伸びるピン６２によって支持されることによって、第２開口部２４から間隔を置いて設置される。プレート６０は、プレート６０と隣接するチャンバー１４の内部表面４６との間に、環状の空間を備えるように寸法を決められる。プレート６０は、第２開口部２４の直径と同一程度から、チャンバー１４の最大内部直径の８５％程度の範囲の直径である。この実施形態では、プレート６０は、表面部分４８から表面部分５０への遷移部とほぼ同一の高さにある。

第１メッシュ仕切り６６はプレート６０と出口１８の間に、チャンバーを横切って広がっている。仕切り６６は第２開口部２４と平行で、例えばステンレススチールのワイヤーで作られており、また例えば、ワイヤー面積が仕切り面積に対して、１対５から１対９の間に、好ましくは１対７程度に形成される。

第２メッシュ仕切り６８は、第１仕切り６６と同様の構造で、かつ第１仕切り６６に平行に、第１メッシュ仕切り６６と出口１８の間においてチャンバー１４を横切って広がっている。

燃料噴射装置は、燃料を燃料噴射機３４から伝達するようにハウジング１２の中に形成されている燃料ギャラリー７０と、燃料をチャンバー１４の内部に横から噴射する多くの開口または噴射口７２（図２に表示）とを有する。さらに詳しくは、噴射口７２は、ギャップ３８を横切って横方向に、シート２０から第１表面部４８への遷移部に隣接した場所からバルブ体２６へ燃料を噴射する。

図１および図３に示すように、バルブ体２６は、半球形状で、対応するシート２０に適合する形状であるから、表面２８がシート２０に接触し、平らな表面３０が開口部２４を含む面に位置する状態において、バルブ体２６がシート２０に完全に設置され得る。

バルブ体２６がチャンバー１４内の真空効果によってシート２０から持ち上げられたとき、空隙７４が表面２８とシート２０の間に形成される。空隙７４は、三日月形状の断面を有する三次元曲面のセル形状である。この空隙は、第２開口部２４とバルブ体２６の隣接部分との間に形成されたギャップ３８に通じる。シート２０とバルブ体２６との合致する半球形状により、ギャップ３８はバルブ体２６が持ち上げられるのに比較してゆっくりと広がるということを正しく理解すべきである。すなわち、ギャップ３８の大きさは第１端部２２の近辺におけるバルブ体２６とシート２０との距離よりゆっくりと増加する。燃料調整装置１０が連結されたエンジンがアイドリングスピードのとき、ギャップ３８は例えば３mmから７mm程度であり、特定のアイドリングスピードとエンジンサイズに依存した変動量となる。フルスロットル時には、ギャップは例えば１４mmから１８mmとなる。ギャップ３８は、バルブ体２６とシート２０の形状に依存して、環状の形状である。

環状ギャップ３８から出る空気は、１５°程度外方向に噴き出る。これは表面部分４８の傾きと概ね等しい。このことは、燃料蒸気を運んでいる空気が、表面４８からチャンバー１４の縦軸方向にバウンドもしくは逸れる可能性を最小化する。

ばね３２は、バルブ２６上に約１バール（すなわち約１気圧）の圧力を与えている。それゆえに、燃料調整装置１０が取り付けられた機関によって加えられた真空動作によってバルブ体２６がバルブシート２０から持ち上げられたとき、入口１６から出口１８の間に１気圧の圧力降下が存在している。この圧力減少は、燃料の気化および熱的粉砕を助ける。

燃料は、噴射機３４を経由して、出口１８において、燃料と空気の比が化学量的に概ね一定になるように、例えば、燃料と空気の比が１４．７８対１となるように、チャンバー１４のなかに噴射される。

燃料調整装置１０の一つの実施形態においては、入口１６および出口１８は内部の直径が５２mmであり、端部２４の長さ（直径）は１００mmで、半球表面部分３８は約１５０mmの直径を有している。第１端部２２から第２端部２４までの距離ｄ１は約４３mmで、第２端部２４から表面４８と表面５０までの遷移点までの距離ｄ２はおよそ４７mmである。ハウジング１２の全長はおよそ２４０mmであり、外回りの直径は約１４０mmである。バルブ体２６はブラックナイロンで作られており、約１２０グラムの重量を有している。ただし、上記の寸法は、異なるサイズ（容量）の機関に対応して変化するだろう。

典型的には、スロットルバルブ７６が供給多岐管３６に備え付けられており、アクセルペダルの押し込みおよび／または他の制御信号や入力に対応して反応するソレノイドもしくは他のアクチュエーターによって、動かすことができる。

燃料装置の操作について、記述する。

調整装置１０が取り付けられたエンジンが始動する前に、ばね３２は、バルブ体２６を、内部１４をシールするように、開口１６にむかって押し付けている。エンジンが始動すると、内部多岐管３６を通してチャンバー１４に伝達される真空が発生する。真空は、ばね３２による偏りに対向してバルブ体２６を持ち上げることにより、空気が開口１６とギャップ３８からチャンバー１４内に通過することを可能にする。燃料は、バルブ体２６に対向してチャンバー１４内に横向きに噴射される。ギャップ３８をとおして通過する空気は、燃料と衝突し、燃料を出口１８に向かって下流方向に運ぶ。わずかな時間の後に、ギャップ３８を通過し流れる空気の温度は、３０℃から２６０℃に加熱上昇する。チャンバー１４に噴射された燃料分子と熱せられた空気の衝突は、燃料の熱的破砕を引き起こす。熱的破砕は、燃料粒子や分子がプレート６０やメッシュ６６、またはメッシュ６８に対して衝突することによってさらに強められる。表面４８の傾きおよび／または曲率は、空気がチャンバーの中央縦軸に向かって逸たり、チャンバー１４のその領域に燃料が蓄積することを最小化することを補助する。

シート２０とバルブ体２６の相対的な形態によって、ギャップサイズ３８の変化は、真空の増加に対して、それと関連してコントロールされた状態となる。このことは、空気の速度に対して大きなコントロールをもたらし、バルブ体２６の“バウンド”を最小化する。

熱的に破砕された燃料は入口１８を通り抜け、内燃機関のシリンダ（不図示）への供給多岐管３６の内部へと通過する。燃料は、熱的に破砕され、概ね化学量比が１４．７８対１になっており、エンジンの効果的な燃焼のために調整されている。

コントローラーもしくはエンジン調整装置（不図示）は、スロットル位置や機関内真空とおなじように、噴射機３４によって噴射される燃料の体積をコントロールする。

この分野における通常の技術をもつ者によって明らかである上記に記載された実施形態のすべての変更およびバリエーションは、上記の記述及び添付の特許請求の範囲により決定された特質を有するこの発明の範囲に含まれるものであると考える。

図１は、本発明に係る燃料調整装置の第１実施形態の概略図である。 図２は、図１のＡＡ線に沿う、前記燃料調整装置の平面図である。 図３は、前記燃料調整装置の部分拡大図である。

Claims (15)

1. チャンバーを規定し、チャンバーの上流に入口、チャンバーの下流に出口を装備するハウジングと、
   液体を入口に接続する第１端部と、液体をチャンバーに接続する第２端部を有し、第２端部は半球状のシートの直径に接触している面上にある半球状のシートと、
   曲がった表面と、曲がった表面から伸びている平らな表面からなるバルブ体であって、バルブ体が入口をシールする閉鎖位置と、バルブ体が入口から空間を空けられており、入口における空気が、チャンバー内の第１および第２端部を通って流れるように、ギャップを形成する開放位置とを動くバルブ体と、
   バルブ体を閉鎖位置にむかって押し付けるバイアス装置とを有する燃料調整装置。
2. 前記曲がった表面は、前記シートの半径と概ね同一の半径を有する半球形状で、それによって、前記バルブ体が前記閉鎖位置にあるとき、前記平らな面がシートの直径を含む面にある請求項１に記載の燃料調整装置。
3. 前記チャンバーが、第２端部から出口に向かって上方または外側に広がる第１部分を持つ内部表面を有する請求項１または請求項２に記載の燃料調整装置。
4. 内部表面の第１部分は、出口から入口方向に見た場合に凹型曲面形状に形成されている請求項３に記載の燃料調整装置。
5. 空気は新鮮な空気である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料調整装置。
6. バルブ体に関連して取り付けられており、バルブ体が閉鎖位置から開放位置に動く際にバルブ体を案内するシャフトを有している請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料調整装置。
7. 前記シャフトが、前記平らな表面に対して垂直で、前記バルブ体の半径に沿ってバルブ体の中に形成された通路を通って伸びている請求項６に記載の燃料調整装置。
8. 前記バイアス装置がシャフト上に設置されている請求項７に記載の燃料調整装置。
9. 前記バイアス装置が前記バルブ体に約１バールの圧力を与える請求項７または請求項８に記載の燃料調整装置。
10. 前記平らな表面に平行に横たわり、第２端部から出口の間におけるチャンバーの縦軸の中央部分に位置するプレートをさらに有しており、前記プレートは、前記プレートと前記チャンバーの内部表面における前記プレートに隣接する位置との間に管状の空間を形成するように、形状を決められている請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料調整装置。
11. チャンバーを横切って広がり、前記プレートと前記出口の間に配置された第１メッシュ仕切りを有している請求項１０に記載の燃料調整装置。
12. チャンバーを横切って広がり、前記第１メッシュと前記出口の間に配置された第２メッシュ仕切りを有している請求項１１に記載の燃料調整装置。
13. 前記チャンバーに燃料を供給する燃料供給装置をさらに有する請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載された燃料調整装置。
14. 前記燃料供給装置が、前記ギャップを横切る方向に向かってチャンバー内に燃料を噴射する請求項１３に記載の燃料調整装置。
15. 前記燃料供給システムが、第２開口部付近の内部表面上に開放する１または複数の開口または噴射口を有する請求項１４に記載の燃料調整装置。

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