JP2000514900A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は原動機の構築に関し、内燃機関の燃料供給装置を具備する装置に関する。本装置は燃料混合気中のガス燃料の割合を増大するのに用いられ、液体燃料供給装置とガス燃料供給装置とを具備する。ガス燃料供給装置は補充装置（１３）を備えたガスタンク（１４）と、多段式フィルタ（１５）と、ヒータ（１６）と、単段式減圧器（１８）と、制御回路（２０）を備えた弁（１９）と、内燃機関（１０）の吸気マニホルド（９）に接続された制御分配ユニット（２１）とを具備する。本燃料供給装置はいかなる内燃機関にも使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の燃料供給装置 技術分野 本発明は動力装置工学、特に内燃機関、さらに特定すると内燃機関の燃料供給 装置に関する。 背景技術 キャブレタ式内燃機関で用いられる燃料供給装置が従来公知であり、この燃料 供給装置は燃料タンクと供給管を介して連通せしめられるガスシリンダとを具備 し、該供給管は追加の燃料噴射装置とスプールを有するソレノイド弁とを備えた 節約装置を備えた多段式ガス減圧器と、追加的に燃料噴射装置と遮断要素を有す るソレノイド弁とを備えたメイン計量システムを有するキャブレタ式混合器と、 を有する（旧ソビエト連邦特許番号１３７０２７９号参照）。 従来の知識での燃料供給装置には主に製造と調整との両方が複雑な減圧器を使 用するという不具合があり、このことはその寿命を限られたものとしてしまう。 従来、工学的な一つの解決策が知られており、ここではメイン燃料噴射装置お よびメイン空気噴射装置を有する液体燃料供給回路と、ガスシリンダを有するガ ス燃料供給回路とを具備する内燃機関の燃料供給装置が開示されている（旧ソビ エト連邦特許第１６０７６９２号参照）。 この旧ソビエト連邦特許第１６０７６９２号の内燃機関の燃料供給装置には多 量のガス燃料を加えるとなるとガス供給管内の圧力を増大する必要があり、この ことはヒータがない場合にはガス供給管 の凍結を引き起こし、そして解凍中には内燃機関の燃料供給装置を作動できない ので可燃混合気には５〜７％以下のガス燃料しか加えられないという不具合があ る。 このことに加えて旧ソビエト連邦特許第１６０７６９２号の内燃機関の燃料供 給装置には空気噴射装置の流断面が８〜１２％ほど増大するとメイン燃料噴射装 置の流断面が同程度増大してしまうので液体燃料を節約することに意味がないと いう不具合がある。このためガス燃料を多量のリーンの空燃混合気に加えるとき には少量のガス燃料しか用いられない。ガス圧を０．００２〜０．００３ＭＰａ より高くまで高くすると可燃混合気が過剰なリッチとなってしまう。 無意味に液体燃料をガス燃料で置き換えても排気ガスの有毒性を実質的に低減 することはできない。 発明の開示 本発明の目的は可燃混合気中のガス燃料の割合を実質的に増大し、これに伴い 全運転状態での内燃機関の問題のない運転を確実なものとできる内燃機関の燃料 供給装置を提供することにある。 本発明によれば上記目的は以下の内燃機関の燃料供給装置、即ちメイン燃料噴 射装置とメイン空気噴射装置とを有する液体燃料供給回路と、ガスシリンダを有 するガス燃料供給回路とを具備し、前記ガスシリンダが液相のガス燃料を取り出 す手段を備え、前記ガス燃料供給回路がフィルタと、ヒータと、調節可能なガス 減圧器と、制御回路を有する遮断弁と、内燃機関の吸気マニホルドに連通せしめ られた制御可能な分配ユニットとを具備し、これら全てが相次いで前記ガスシリ ンダ下流に配設されている内燃機関の燃料供給装置により達成される。 前記制御可能な分配ユニットがアイドリング通路に連通せしめられる一つの出 口を有し、且つ噴射装置を備えたＴ形ジョイントを介して内燃機関の吸気マニホ ルドに接続せしめられる出口を有する過渡デューティー中負荷弁と、前記Ｔ形ジ ョイントの他のエルボーを介して内燃機関の吸気マニホルドに接続せしめられる 出口を有する最大負荷弁とを有するのが好ましい。 前記ガスシリンダが気相用および液相用の二つのロック弁を具備する補充装置 を備え、これらロック弁が前記ガスシリンダの円筒面の上方母線および下方母線 の付近に配置され、これにより両相、即ち液相および気相のガス燃料を使用でき 、ガス燃料を用いたときに前記ガスシリンダを冷却器として使用可能であること が望ましい。 液相で作動するときにはガス燃料の供給はそれが完全に使い果たされるまで実 際には一定圧で実行され、工程中に燃料量が変わることはない。 減圧器を単段式で薄膜タイプとすることができる。 減圧器が薄膜タイプである場合には薄膜を厚さが２〜５ｍｍのオイル・ガソリ ン耐性ゴムで作製し、これにより薄膜の作動上の信頼性を向上することが望まし い。 減圧器の明らかな特徴は構成のシンプルさ、低コスト、長い寿命である。 ヒータ内の液相のガス燃料の加熱面積は（７．０±１．０）×１０^-3ｍ²であ ることが望ましい。 確実に液体燃料から不純物を良好に排除するには多段式フィルタを用いること が望ましい。 本発明によれば内燃機関の燃料供給装置は混合気の均一性を向上し、内燃機関 の非ノッキング値を改善し、低オクタン価の液体燃料を用いつつも高オクタン価 の可燃混合気を生成し、液体燃料の消費 を５０％まで低減し、最大許容限界値より１０倍ほど低い値まで排気ガス中の有 毒成分の内容量を低減し、内燃機関の寿命を延ばし、補完的な装置を用いること なく過給効果を得ることを確実なものとする。 液相の燃料ガス（液化石油ガス）を用いることで燃料ガスを１００％利用でき 、このことは上述した労働を要する作業、即ち、１）ガスシリンダの定期的な取 外し、２）ガス凝縮物の排出、３）ガス凝縮物の利用、４）ガスシリンダの設置 、５）ガスシリンダの設置および取外し用のステーションの構築といった作業を 排除する。 図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して特定の実施例を示した例により本発明を詳細に説明 する。 図１は本発明の内燃機関の燃料供給装置の図である。 図２は図１の燃料供給装置で用いられる多段式フィルタの断面図である。 図３は図１の燃料供給装置で用いられるヒータの断面図である。 図４は図１の燃料供給装置で用いられる圧力作動式電気ユニットの断面図であ る。 発明を実施するための最良の形態 図１に示した内燃機関の燃料供給装置はガソリン供給管２によりガソリン供給 ポンプ（図示せず）を介してキャブレタ４のフロート室３に接続されたガソリン タンク１を具備する液体燃料供給回路を有し、フロート室３は燃料噴射装置５（ 図では主室の一つの噴射装置のみを示す）を介してキャブレタ４の主室および副 室（図では主室のみを示す）の対応するノズル６および７に接続される。 またフロート室３はアイドリング運転時に液体燃料を供給するための通路８に 接続される。アイドリング運転時に供給される液体燃料が通る通路８は次いでソ レノイド弁（図示せず）の計量オリフィス１１を介して内燃機関１０の吸気マニ ホルド９に接続される。 燃料ガス供給回路は据付け型のガスシリンダ１２を具備し、このガスシリンダ １２は補充装置１３とメインガス供給管１４とに接続される。この下流において メインガス供給管１４にはフィルタ１５およびヒータ１６が接続され、ヒータ１ ６には内燃機関１０の冷却システムからヒータ１６を介して冷却液を確実に循環 させるために出入り導管１７が接続される。 さらに下流においてヒータ１６の出口には圧力ゲージ１８’を備えた調節可能 なガス減圧器１８が接続され、このガス減圧器１８は厚さが２〜５ｍｍのオイル ・ガソリン耐性ゴムで作製された薄膜を有する単段式減圧器であり、次いで制御 回路２０を有する遮断弁１９に接続される。 遮断弁１９はメインガス供給管１４を介して制御可能な分配ユニット２１に接 続され、この分配ユニット２１はアイドリング運転時に可燃混合気を供給するた めの通路２２に連通する一つの出口と、内燃機関１０の吸気マニホルド９に連通 する別の出口とを有する。 制御回路２０はジェネレータリレー２３と、制御リレー２４と、シグナルラン プ２５とを具備する。 制御可能な分配ユニット２１はメインガス供給管を分配ユニット２１の第一の 出口に接続するアイドリングガス供給管２６と、メインガス供給管１４を分配ユ ニット２１の第二の出口に噴射装置２８を介して接続する中負荷ガス供給管２７ と、メインガス供給管１４を第二の出口にＴ形ジョイント３１のエルボー３０を 介して接続する最大負荷ガス供給管２９とを具備する。 また制御可能な分配ユニット２１は中負荷ガス供給管２７に設けられた過渡デ ューティ中負荷弁３２と、最大負荷ガス供給管２９に設けられた最大負荷弁３３ と、これら弁３２および３３それぞれの入力を制御するために接続され且つスロ ットル弁３６に連結された回転数制御ペダル（図示せず）に電気的に接続された マイクロスイッチ３４および３５と、アイドリングガス供給管２６に設けられた 圧力作動式電気ユニット３７とを有する。 本発明の燃料供給装置は空燃混合気と共に作動する燃料供給装置を備えた従来 の内燃機関に比べてキャブレタのメイン燃料噴射装置の断面積が２．５倍〜３． ５倍ほど小さく、メイン空気噴射装置の断面積が４．０倍〜６．０倍ほど小さい 。 図２はフィルタ１５の断面図であり、このフィルタ１５はフィルタケーシング ３８と、カバー３９と、シールリング４０と、間隔開けスリーブ４１と、フィル タ要素４２とからなる。 燃料ガス供給回路内に設けられた多段式フィルタがガスの粗クリーニングと微 細クリーニングとの両方を実行可能であるのでガスから不純物が除去され、この ことは減圧器の通常の作動を補償し、同時に燃料ガスを１００％利用することを 確実なものとする。種々の不純物が乾燥した粉末の形で（エバポレータ上流で） フィルタ内に堆積することにより燃料ガスの温度が高いときに形成される可能性 のある粘性のあるゴムのような断片でシステムが詰まってしまうことが防止され る。 堆積した粉末状の不純物が圧力の下で外へ吹き出されたときに（ガスシリンダ が外されている状態で）チャージ装置内のロック要素を開けるとフィルタが清掃 され、その能力が自動的に回復せしめられる。従ってフィルタは背圧により清掃 される。 図３はヒータ１６の断面図であり、このヒータ１６はヒータハウ ジング４３と、カバー４４および４５と、内燃機関の冷却システムから冷却液を 確実に循環させるための出入りパイプ接続部４６および４７とを具備する。メイ ンガス供給管１４はヒータのハウジング４３を通って延びる。ヒータは（７．０ ±１．０）×１０^-3ｍ²の燃料加熱面積を有する。 液相の燃料ガスを加熱するためのヒータの加熱面積は可燃混合気の組成を確実 に最適なものとするパラメータを有する気相の燃料ガスを得られるように選択さ れる。 上記ヒータはこのタイプの公知のヒータに比べて簡単な構成であり、このヒー タを製造する技術は非常に簡単である。 図４は圧力作動式電気ユニットの断面図であり、この圧力作動式電気ユニット は金属製のボディ４８と、非電気的なボディ４９と、固定接触子５０および５１ と、計量オリフィス５３’を有する出口合管５３と、金属製のカバー５４と、可 動接触子５５と、バネ５６と、燃料ガス用の空洞５７とを具備する。 図４の圧力作動式電気ユニットはキャブレタのソレノイド弁を開弁または閉弁 し、アイドリング運転時においてアイドリング運転中に可燃混合気を供給するた めの通路２２にオリフィス１１を介して液体燃料を確実に供給するようになって いる。電圧は固定接触子５１に供給される。空洞５７内に０．１〜０．２ＭＰａ の圧力の燃料ガスがあるときには可動接触子５５が解放され、接触子５０と接触 子５１との間の回路が開き、キャブレタのソレノイド弁には電圧が供給されず、 ソレノイド弁はアイドリング系への液体燃料の供給を遮断する。液体燃料がない 状態では燃料ガスが計量オリフィス５３’を有する接合管５３を通ってアイドリ ング通路２２に流入し、内燃機関の安定したアイドリング運転が確実なものとさ れる。空洞５７内に燃料ガスがないときにはバネ５６が可動接触子５５を金属製 のカバー５４に押しつけ、接触子５０と接触子５１との間の電気回路が閉じられ る。次いでキャブレタのソレノイド弁に電圧が供給され、ソレノイド弁が開弁せ しめられ、開いた計量オリフィス１１を介して確実に液体燃料がアイドリング通 路２２に供給され、従って内燃機関はガソリンにより確実に通常のアイドリング 運転せしめられる。 内燃機関の本燃料供給装置は以下のように作動する。 内燃機関の始動および暖機 ガスシリンダ１２のロック弁が開いている状態において液相の燃料ガスが１． ２〜１．６ＭＰａの圧力でメインガス供給管１４を通過し、多段式フィルタ１５ と内燃機関内の冷却液の温度に実質的に達するまで燃料ガスを加熱するヒータ１ ６とを介して調節可能なガス減圧器１８に供給され、ガス減圧器１８により始動 時圧力が０．０２〜０．１ＭＰａに設定される。 イグニッションスイッチが始動され、ペダル制御スロットル弁３６が僅かに開 弁せしめられ、スターターが始動され、そして内燃機関１０が始動せしめられる 。内燃機関１０が始動せしめられたとき、図示していないジェネレータが電圧を 発生し、この電圧がジェネレータリレー２３の接触子と制御リレー２４とに供給 される。このとき遮断弁１９が開弁せしめられる。遮断弁が開いた状態では燃料 ガスが通路２６を通過し、圧力作動式電気ユニット３７の計量オリフィス５３’ を介して通路２２に流入し、そこから吸気マニホルド９に流入すると同時に、中 負荷ガス供給管２７を通過し、噴射装置２８を介して内燃機関１０の吸気マニホ ルド９に流入する。 スロットル弁３６が開いた状態でマイクロスイッチ３４が作動されて過渡デュ ーティ中負荷弁３２を開弁し、燃料が中負荷ガス供給管２７を通過し、Ｔ形ジョ イント３１の噴射装置２８を介してスロ ットル弁裏側の吸気マニホルド９内の空間に流入する。 燃料供給装置は零以下の温度でさえも開いた空気スロットル５８で内燃機関を 暖機できる。 内燃機関１０がその作動温度に到達するまで暖機せしめられた状態で図３に示 したように加熱された冷却液が冷却システムから導管１７を通過し、パイプ接続 部４６および４７を介してヒータ１６に流入し、液相の燃料ガスを新たな粘性の ある状態に変換する。減圧器１８は作動圧を０．０８〜０．２ＭＰａに設定する 。 負荷の下での作動 スロットル弁３６が開弁した状態で内燃機関１０の回転数が増大し、スロット ル弁裏側の吸気マニホルド９内の空間の真空が増大し、リッチの空燃混合気がノ ズル６からスロットル弁裏側の空間に流入し、メイン空気噴射装置の断面積が４ ．０〜６．０倍ほど小さく、両室でのメイン空気噴射装置の断面積が２．５〜３ ．５倍ほど小さいのでここでの空燃混合気量は従来のキャブレタ式内燃機関の量 に比べて数倍少ない。 同時にヒータ１６において予め定められた粘性のある状態に達するまで加熱せ しめられた液相の燃料ガスが、０．０８〜０．２ＭＰａの圧力で補完的なアイド リングガス供給管２６および中負荷ガス供給管２７を介してスロットル弁裏側の 吸気マニホルド内の空間に供給され、ここで燃料ガスは空燃混合気と混ざり、従 って最適なデュアル可燃混合気が形成されるので、全ての過渡モードでの落ち込 みのない内燃機関の運転が確実なものとなる。 スロットル弁が（３０°以上で）開弁し続けられるとマイクロスイッチ３５が 作動し、最大負荷弁３３を開弁するので、燃料ガスが０．０８〜０．２ＭＰａの 圧力でＴ形ジョイント３１を介してスロットル弁裏側の空間に流入し、従って可 燃混合気がさらにリッチと される。 スロットル弁が４８°以上に開弁した状態では、キャブレタ４の副室（図示せ ず）が作動し、これにより最大負荷での内燃機関の作動が確実なものとなる。 燃料ガスがない場合には内燃機関は空気スロットル５８が部分的に閉弁された 状態で液体燃料で運転せしめられる。 内燃機関のアイドリング運転 内燃機関がアイドリング運転しているときにはスロットル弁３６は完全に閉弁 している。ガスは補完的なアイドリングガス供給管２６を通過し、圧力作動式電 気ユニット３７を通って流れる。さらに燃料ガスはアイドリング運転中に可燃混 合気を供給し且つ空気と混合するための通路２２を通過し、スロットル弁裏側の 吸気マニホルド９内の空間に流入するので、内燃機関の安定したアイドリング運 転が確実となる。これが行われると排気ガスの有毒性がかなり低下する。 ガスがない場合には接触子５０および５１（図４参照）が閉じ、電圧がソレノ イド弁に供給され、ソレノイド弁が開弁し、液体燃料がオリフィス１１を通るの でガソリンにより確実に内燃機関がアイドリング運転せしめられる。 開示した内燃機関の燃料供給装置は以下のような主な利点を有する。即ち液体 燃料の消費量を５０％ほど低減でき、（空燃混合気を燃焼する内燃機関の排気ガ スの有毒性に比べて）８倍〜１０倍も排気ガスの有毒性を低減でき、低オクタン 価の液体燃料を用いても高オクタン価の可燃混合気を生成できることである。 これに加えてこの装置を用いることで内燃機関寿命が延び、オイル交換時期が 延びる。 本発明の燃料供給装置をモデルＶＡＺ２１０６の自動車で試験し た。給油なしでの走行距離（３９リットルのＡ７６ガソリンと４０リットルのプ ロパンブタンガス）は都市部での利用で８００〜８５０ｋｍで、高速道路上で９ ５０〜１０００ｋｍである。休止後の始動で２５０ｋｇの負荷（運転手および二 人の乗員）で時速１００ｋｍまでの加速にかかる時間は１４〜１５秒である。 本発明に従って高オクタン価の可燃混合気（ガス＋Ａ７６）を用いるとトラッ クの内燃機関での圧縮率を（７〜９に）増大することができる。このことは生態 状態を鋭く改善するのに寄与し、これにより都市や他の居住地を空気汚染から良 好に保護することが確実とされる。 産業上の利用可能性 本発明の内燃機関の燃料供給装置はいかなる内燃機関での供給にも使用可能で あり、好ましくはキャブレタ式内燃機関での供給に使用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，Ａ Ｕ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ， ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．メイン燃料噴射装置およびメイン空気噴射装置を有する液体燃料供給回路 と、ガスシリンダ（１２）を有する燃料ガス供給回路とを具備する内燃機関の燃 料供給装置において、前記ガスシリンダ（１２）が液相の燃料ガスを取り出す手 段を備え、前記燃料ガス供給回路はフィルタ（１５）と、ヒータ（１６）と、調 節可能なガス減圧器（１８）と、制御回路を有する遮断弁（１９）と、内燃機関 （１０）の吸気マニホルド（９）に連通する制御可能な分配ユニット（２１）と を具備し、これら全てが前記ガスシリンダ下流に相次いで配設されることを特徴 とする内燃機関の燃料供給装置。 ２．前記制御可能な分配ユニット（２１）がアイドリング運転中に可燃混合気 を供給するための通路（２２）に連通する一つの出口を有し、且つ噴射装置（２ ８）を備えたＴ形ジョイント（３１）を介して内燃機関（１０）の吸気マニホル ド（９）に接続される出口を有する過渡デューティー中負荷弁（３２）と、前記 Ｔ形ジョイント（３１）の他のエルボーを介して内燃機関（１０）の吸気マニホ ルド（９）に接続される出口を有する最大負荷弁（３３）とを有することを特徴 とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。 ３．前記ガスシリンダ（１２）が気相および液相用の二つのロック弁を具備す る補充装置（１３）を備え、これらロック弁が該ガスシリンダの円筒面の上方母 線および下方母線の付近に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載 の燃料供給装置。 ４．前記減圧器（１８）が薄膜タイプの単段式減圧器からなることを特徴とす る請求項１、２または３のいずれか一つに記載の燃料供給装置。 ５．前記減圧器（１８）が薄膜タイプであり、その薄膜が厚さ２ 〜５ｍｍのオイル・ガソリン耐性ゴムからなることを特徴とする請求項４に記載 の燃料供給装置。 ６．前記ヒータ（１６）の液相のガス燃料の加熱面積が（７．０±１．０）× １０^-3ｍ²であることを特徴とする上記請求項のいずれか一つに記載の燃料供給 装置。 ７．前記フィルタ（１５）が多段式フィルタであることを特徴とする前記請求 項のいずれか一つに記載の燃料供給装置。