JPS5844864B2 - ネンリヨウフンシヤソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば火花点火式内燃機関用の燃料噴射装置
であって、空気測定装置を備え、該空気測定装置は、吸
気管内の空気流の作用を受けて旋回せしめられる空気測
定フラップを有しており、該空気測定フラップが空気流
の作用で戻し力に抗して旋回せしめられる角度が空気流
量の尺度になるようになっている形式のものに関する。

このような空気測定装置は吸気管内を流れる空気流量を
できるだけ正確に測定して、空気量に適した量の燃料を
配量し得るようにするものである。

空気測定を簡単な手段により行い、かつ著しい後修正を
行わなくても燃料噴射装置で空気量と燃料量との適正比
を生せしめ得るようにするために、空気測定装置は、例
えば互いに逆向きに作用し合う２つの非直線型の機能を
互いに相殺させることによって得られる直線型の動作特
性を有していなげればならない。

前述のような形式のある公知の空気測定装置（米国特許
第３６１３６５０号明細書参照）においては、流動抵抗
方式が採用されていて、空気流を直角に受けるじゃま板
（これは空気測定フラップに相当するものである）が一
定不変の戻し力に抗して移動せしめられ、これによりじ
ゃま板の移動距離と空気流量との間に直線型の（１次比
例型の）関係が生せしめられるようになっている。

全回転数範囲にわたって一定不変の流動抵抗損失は、空
気流量がわずかな場合には何ら不都合な影響を生ぜしめ
ないけれども、しかし全負荷状態になると機関シリンダ
内での不都合な充てん損失を生せしめる。

流動抵抗方式による別の公知の空気測定装置（ドイツ連
邦共和国特許出願公開第２０５３１３２号明細書参照）
においては、空気測定フラップはその一端部を支承され
ていて、空気流量に応じて支承軸を中心にして旋回せし
められる。

この場合空気測定フラップの旋回運動に応じて空気流の
作用を受けるフラップ面の大きさひいては圧力差が変化
するので、空気測定フラップを旋回させる力（モーメン
ト）は空気測定フラップの旋回角度が大きくなるにつれ
て減少する。

これにより、全負荷状態における充てん損失がわずかに
なるという利点はあるが、全負荷状態における測定精度
が比較的に不正確になり、また空気測定フラップに対す
る戻し力が一定不変でないので、空気量と燃料量との配
分が直線的に行われなくなるという欠点が生ずる。

更に別の公知の空気測定装置（米国特許第１９７４２８
６号明細書参照）においては、空気測定フラップはその
中央から外れたところで、つまり片寄って、支承されて
おり、この場合短い方のフラップ部分は吸気管内で支承
軸の上流側（前方）に突出し、長い方のフラップ部分は
支承軸の下流側（後方）に突出している。

このような空気測定装置においては、空気測定フラップ
が閉じられている最初の状態では空気測定フラップの前
後の圧力差である流動抵抗が開方向に作用し、次いで空
気測定フラップの旋回角度が大きくなると浮力が付加的
に作用するようになる。

この場合合成作用面は長い方のフラップ部分の面と短い
方のフラップ部分の面との差に相当する面にすぎない。

この合成作用面に作用する面積×空気係数（背圧）の力
、それも空気流動方向に対して直角な浮力としてか、あ
るいは空気流動方向の抵抗力としての力は、空気測定フ
ラップの旋回支承軸を中心とする空気測定フラップの旋
回モーメント（調節モーメント）を生せしめる。

しかしながらこの公知の空気測定装置においては、空気
測定フラップの両方の端部が直ちにかつ同時に吸気管壁
との間に流路横断面を開放し、しかも直ちに大きな浮力
が生せしめられ、流動抵抗に基づく旋回モーメントから
流動抵抗と浮力とに基づく合成旋回モーメントへの移行
が飛躍的に、つまり突然に行われるので、空気流量と空
気測定フラップの旋回角度との間の直線型の関係を生せ
しめることができず、このため燃料配量装置自体か又は
空気測定フラップに作用する戻し力を適当に修正しない
と適正な燃料配量を行うことができない。

また、アイドリンク状態及び低回転数部分負荷範囲にお
いて空気量に対して燃料量を特に正確に適合させて、排
気中の有害成分の発生を抑制することが極めて困難であ
る。

そこで本発明の目的は、前述の形式の燃料噴射装置に改
良を加えて、空気測定装置が全負荷状態で極めてわずか
な充てん損失しか生せしめず、空気測定フラップに作用
する旋回モーメントが機関の全回転数負荷範囲にわたっ
てほぼ直線型に維持されるように補償が行われて、空気
測定フラップが開放する吸気管横断面を通る空気流動速
度並びに一定不変の空気密度の条件下での空気圧力がほ
ぼ一定不変に維持されるようにすることである。

この目的を達成するためには本発明の構成では、空気測
定フラップがその中央から外れたところで支承されてい
て、出発位置においては流路横断面を遮断し、空気量が
わずかな場合には空気測定フラップの一方の端部だげが
吸気管壁との間に流路横断面を開放し、空気量が増大す
るにつれて初めて空気測定フラップの他方の端部も吸気
管壁との間に流路横断面を開放するようにした。

このように流動抵抗に基づく旋回モーメントから浮力に
基づ（旋回モーメントに次第に移行するようにすること
によってのみ、後で詳細に説明するように、直線型の旋
回モーメントが得られるか、あるいは簡単な戻し力によ
り旋回モーメントの急激な変化が補償されるのである。

本発明の第１実施例では、旋回支承軸に関して短い方の
フラップ部分、換言すれば基端部−これは飛行具の前端
部に相当するーは、吸気管内で吸気測定フラップの旋回
支承軸の上流側に旋回するようになっており、空気流量
がわずかな場合にはこの短い方のフラップ部分は空気の
流動を阻止し、空気流量が増大するにつれて次第に空気
流路を開いて、全負荷最大回転数になると所属の空気流
路を全開する。

本発明の別の実施例では空気測定フラップは２つの互い
に調節変位可能な部分より成っており、主フラップは吸
気管に支承されているのに対し、副フラップは主フラッ
プに支承されていると共にリンクロンドによって自動的
に調節変位せしめられるようになっており、これにより
主フラップを調節旋回させる空気力モーメントが自動的
に制御される。

この実施例では空気測定フラップのモーメント係数を簡
単に変化させることができ、特に混合気の空気過剰率又
は混合比の直線型の修正も行うことができる。

燃料を噴射ノズルに供給するためには、空気測定フラッ
プの旋回支承軸に燃料供給用の縦孔を形成上でおいて、
これを空気測定フラップに形成されている少なくとも１
つの通路により、空気測定フラップの自由端部に設けら
れた少なくとも１つの噴射ノズルに接続しておくとよい
。

このようにすると、燃料が空気流の最大速度の範囲内に
噴射されて申し分なく霧化されるとともに、空気測定機
構自体によって直接に、燃料を簡単にかつ長い導管を必
要とすることなしに、配量することができる。

以下においては図面に示した実施例を参照しながら本発
明の構成並びに利点を具体的に説明する。

第１図において、吸気管１内で空気測定フラップ２が中
央から外れた片寄った箇所を軸３に旋回可能に支承され
ている。

空気測定フラップ２の上流側（前方）で吸気管１内に２
部分より戒る絞り弁が配置されており、その一方の絞り
弁部分４は空気流動方向とは逆向きに旋回せしめられる
のに対し、他方の絞り弁部分５は空気流動方向に旋回せ
しめられるようになっている。

これら両方の絞り弁部分４，５はその旋回に要する力を
互いにバランスさせるために同時に逆向きに旋回せしめ
られるように互いに連結されていて、絞り弁部分４を空
気流に逆らって旋回させるのに要する力は絞り弁部分５
を空気流の方向に旋回させるのを補助する空気流の力に
よって補償される。

つまりこの絞り弁の調節力のバランスはちょう形スロッ
トルバルブの場合と全く同じ原理に基づくものである。

絞り弁をこのように２部分構成にすると、空気の流動状
態に関して著しい利点が得られる。

すなわち第１図においては空気測定フラップ２の旋回し
た位置２′及び２′、絞り弁部分４の旋回した位置４′
及び４′並びに絞り弁部分５の旋回した位置５′及び５
“がそれぞれ破線で示されているが、位置２′。

４’、５’は部分負荷状態での中間回転数のときに空気
測定フラップ２及び絞り弁部分４，５がそれぞれ占める
位置である。

空気測定フラップ２の短い方の部分である空気測定フラ
ップ基端部６はこの場合位置６′を占めて吸気管壁１か
ら離されているが、アイドリンク状態及び低回転数のと
きには空気測定フラップ基端部６は吸気管壁７とほとん
ど接触している。

したがって空気測定フラップ基端部６が位置６′を占め
るようになると、吸気管１内の空気流の一部分は空気測
定フラップ２の背面８に沿っても流れるようになる。

空気の流動方向に旋回せしめられる絞り弁部分５は絞り
弁の開放横断面が小さいときには空気流の１部分が空気
測定フラップ２の背面８に沿って流れることを阻止する
が、しかし絞り弁の開放横断面が大きくなるにつれて空
気測定フラップ２の背面８への空気通路を次第に大きく
開放するようになる。

逆に絞り弁部分４はわずかに旋回せしめられただけで空
気を空気測定フラップ主部分９に沿って流動させ、した
がって空気流量がわずかなときでも空気測定フラップ２
は相応して正確に調節旋回せしめられる。

空気測定フラップに作用する戻し力はばね１０によって
生せしめられるが、ばね力以外の液力その他の力で戻し
力を作用させるようにすることも可能である。

空気測定フラップ２が閉じられている状態で少量の空気
が流れ始めると、空気測定フラップ２はまず流動抵抗に
基づく旋回モーメントを受けて旋回し始め、空気流量が
大きくなったときに初めて浮力に基づく旋回モーメント
が空気測定フラップ２に作用するようになる。

流動抵抗状態においては空気測定フラップ２はその前後
（上流側及び下流側）の圧力差に基づいて旋回せしめら
れるのに対し、浮力作用状態においては空気測定フラッ
プ２に空気流動による浮力が作用するのである。

吸気管１内の背圧（下流側圧力）が同じであると仮定す
れば、空気測定フラップ２を旋回させる主力は流動抵抗
力から浮力へと次第に移行する。

すなわち流動抵抗力は空気測定フラップ２の旋回角度が
増大するにつれて減少するのに対し、浮力は逆に増大す
るからである。

所期の直線型の動作特性を得るためには、空気測定フラ
ップ２の°旋回角度と空気測定フラップ２が開放する横
断面との比が一定不変であるようにし、換言すれば開放
横断面内での空気流動速度が一定不変であるようにしな
げればならない。

流動抵抗力から浮力への移行に関しては第８図のグラフ
を参照しながら後で詳細に説明を加える。

燃料の供給は軸３の内部及び空気測定フラップ主部分９
内の通路１１を通して行われ、単数又は複数の噴射ノズ
ル１２によって燃料が吸気管１内の空気流内に噴射せし
められる。

第２図に示した実施例では絞り弁部分１４は空気測定フ
ラップ２の上流側に配置されているのに対し、他方の絞
り弁部分１５は下流側に配置されており、これらの絞り
弁部分１４，１５は破線で示した位置１４’、１５’で
は吸気管横断面をほぼ完全に閉じるようになっている。

絞り弁部分１４゜１５が実線で示した開放旋回位置にあ
る場合には、特に絞り弁部分１５によって空気測定フラ
ップ２の背面８に沿って極めて有利な、つまり空気測定
フラップ２の全長にわたってほぼ均一な横断面の空気流
路が形成される。

第１図及び第３図〜第７図の実施例についても同じであ
るが、この実施例においても吸気管１が空気測定フラッ
プ２の範囲で方形の横断面を有しているようにすると、
空気測定フラップ２の旋回角度と開放横断面積との比を
定めやすい。

第３図に示した実施例では空気測定フラップ（主フラッ
プ）２０はその一端部を吸気管１内で軸２１に旋回可能
に支承されていて、最初は流動抵抗だけに基づく旋回モ
ーメントを作用せしめられる。

この実施例では空気測定フラップ２０に付加的に副フラ
ップ２２がウェブ２３を介して結合されており、この副
フラップ２２はその両側の面に沿って空気が流れるよう
に構成されているので、浮力の作用を受けることになる
。

空気測定フラップ２０が破線で示した閉鎖位置にある場
合には、副フラップ２２は空気流動方向に対して直角に
なっているので、軸２１を中心とする浮力に基ツく旋回
モーメントを生せしめない。

空気測定フラップ２０が幾分か開かれてから初めて、浮
力に基づく旋回モーメントが副フラップ２２自体にも作
用し始め、結局空気測定フラップ２が全開状態にまで旋
回せしめられるに至る。

この開放旋回中に主旋回モーメントは流動抵抗に基づく
ものから次第に浮力に基づくものに移行していくのであ
る。

第１図及び第２図に示した実施例と異なってこの実施例
では噴射ノズル１２は燃料を主フラップとしての空気測
定フラップ２０の上流側若しくは下方のスペース内に噴
射するようになっている。

要するに燃料は常に空気流動速度が最大の範囲の吸気管
スペース内に噴射されるので、燃料が極めて微細に霧化
した良好な混合気が得られるのである。

すなわち空気測定フラップ２０の本体自由端部の縁部２
４−これは空気流速度が最大の箇所である−のところで
強い渦流が生せしめられ、混合気が申し分なく混合され
る。

高回転数及び全負荷状態において、つまり空気流量が多
い場合には、空気測定フラップ２０は副フラップ２２に
よって大きく旋回せしめられて、吸気管壁７にほとんど
押し付けられるので、流動抵抗は最低になる。

この状態では燃料はほぼ吸気管軸線方向に噴射され、噴
射量が最大であるにもかかわらず直接に吸気管壁に達す
る燃料は極めてわずかである。

この実施例では浮力はかなり早期に作用し始める。

すなわち空気が空気測定フラップに沿って流れ始めた直
後に作用し始める。

空気測定フラップ２０によって空気の流動方向が変化せ
しめられるので、副フラップ２２に作用する浮力はたん
に吸気管軸線に対して直角な方向だけでなしに、空気の
強制された流動方向つまり最初はほぼ吸気管軸線方向に
も作用する。

しかし最初から大きな浮力が作用することはない。

第４図に示した実施例は第３図に示したものと原理的に
同じであるが、この場合には副フラップ２５は空気測定
フラップ（主フラップ）２０に固定されていないで旋回
可能に結合されている。

すなわち空気測定フラップ２０のウェブ２３にヒンジ点
２７のところで枢着されている副フラップ２５はリンク
ロッドを介して制御され、空気測定フラップ２０が旋回
せしめられてもほぼ平行移動するようになっている。

副フラップ２５の位置を変えることによって空気測定フ
ラップ２０の旋回モーメント係数を変化させることがで
きる。

すなわち空気測定フラップ２０の旋回運動中に副フラッ
プ２５の位置が変化せしめられると、空気流量と燃料量
との比を変化させることができる。

このためにはリンクロッド２６のヒンジ点２８の位置を
例えば排気ガス中の有害成分を測定する素子によって変
化させればよく、これにより混合比を排気ガスが無害に
なるように変化させたり、あるいは気圧計によって前記
ヒンジ点２８の位置を変化させれば、例えば高地走行時
に混合比を適正値に修正することができるのである。

大型の機関の場合には、第５図に示すようにそれぞれ噴
射ノズルを備えている２つの空気測定フラップ２を互い
に並列に設けてお（ことができる。

この場合固定中央部分２９が吸気管１内に不動に設けら
れている。

このような複式空気測定フラップは例えば異なる濃度の
混合気をシリンダ内に層状に充てんするいわゆる層状燃
料方式の機関に対しても使用することができる。

第６図及び第７図には、燃料が軸３を通して導かれ、箇
所３０において配量されてから噴射ノズル１２によって
噴射される形式が示されている。

燃料は軸３の縦孔３１内を送られてくるが、この場合縦
孔３１に対して直角なスリット３２が軸３内に形成され
ており、該スリット３２は空気測定フラップ２０通路１
１と協働する。

第６図から分かるように、空気測定フラップ２が旋回せ
しめられるにつれて、通路１１が次第に開かれ、空気測
定フラップ２が約９００旋回せしめられると通路１１は
全開してスリット３２と重なり合う。

要するに燃料が一定不変の圧力で送られてくるものと仮
定すると、配量される燃料量は空気測定フラップ２のそ
のつどの旋回角度によって決まる。

もちろんスリット３２と通路１１とによって燃料の配量
を行う代わりに別の任意の形式の配量機構を使用しても
よい。

例えばスリット３２を孔として形成してもよいし、ある
いは円すい形その他の形状のものにしてもよい。

燃料はポケット３４内に噴射され、このポケット３４は
空気流動方向で幅が変化せしめられていて、噴射燃料円
すい形状３５の直径に合わせて幅を増大せしめられてい
る。

空気測定フラップ２によって空気は低回転数範囲ではポ
ケット３４内に導かれ、これにより申し分のない混合気
形成が行われる。

ところで第８図のグラフを参照しながら本発明による空
気測定フラップの作用効果を詳細に説明すると、第８図
のグラフの縦軸は空気測定フラップに作用する旋回モー
メン）Ｍを示し、横軸は旋回角度αを表わす。

曲線Ｗは流動抵抗（圧力差）に基づく旋回モーメントＭ
と旋回角度αとの関係を示し、曲線Ａは浮力に基づく旋
回モーメントＭと旋回角度αとの関係を表わす。

旋回モーメントＭは空気測定フラップの空気力合成作用
点と旋回支承軸との間の距離であるてこ腕の長さに合成
空気力を乗じることによって得られる。

流動抵抗に基づく旋回モーメン）Ｍは曲線Ｗが示すよう
に旋回角度αの増大につれて減少する。

それは旋回角度αが増大すると流動抵抗係数ひいては空
気力測定フラップの前後の圧力差が減少するからである
。

これに対し浮力に基づく旋回モーメン）Ｍは旋回角度α
の増大につれてゼロから次第に増大する（曲線Ａ）。

なぜなら浮力の作用面（フラップ全体の面）は常に一定
不変であるけれども、てこ腕の長さく浮力の合成作用点
と旋回支承軸との間隔）が旋回角度αの増大につれて増
大するからである。

空気測定フラップに作用する合成旋回モーメントＭは互
いに逆向きに経過する前記両回線Ｗ及びＡを合成した曲
線Ｒによって表わされ、はぼ一定不変に維持される。

曲線Ｒの経過は、空気測定フラップ・副フラップ・リン
クロッド機構並びに吸気管の、空気流動横断面の開放に
関する構成によって決定され、これにより混合気の混合
比が決定されるのである。

例えば排気ガスの組成が変化したことに基づいて第４図
におけるリンクロッド２６のヒンジ点２８が移動せしめ
られ、曲線ＡがＡ′に変化せしめられると、これに応じ
て合成の曲線ＲもＲ′に変化せしめられることになる。

いずれにせよ本発明の構成によれば、全負荷状態におい
て吸気損失が最低限になる。

なぜなら全負荷回転範囲においては空気測定フラップの
旋回は流動抵抗によらずに浮力に基づくモーメントによ
って行われ、空気の流動損失が極めてわずかであるから
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の概略的断面図、第２図は第２実施
例の概略的断面図、第３図は第３実施例の概略的断面図
、第４図は第４実施例の概略的断面図、第５図は第５実
施例の概略的断面図、第６図は燃料供給機構を示した概
略的断面図、第７図は第６図の断面に直角な概略的断面
図、第８図は旋回モーメントと旋回角度との関係を示し
たグラフである。 １・・・・・・吸気管、２・・・・・・空気測定フラッ
プ、２′及び２′・・・・・・位置、３・・・・・・軸
、４・・・・・・絞り弁部分、４′及びｌ・・・・・・
位置、５・・・・・・絞り弁部分、５′及び５′・・・
・・・位置、６・・・・・・空気測定フラップ基端部、
６′・・・・°。 位置、７・・−・・吸気管壁、８・・・・・・背面、９
・・・・・・空気測定フラップ主部分、１０・・・・・
・ばね、１１・・・・・・通路、１２・・・・・・噴射
ノズル、１４・・・・・・絞り弁部分、１４′・・・・
・・位置、１５・・・・・・絞り弁部分、１５′・・・
・・・位置、２０・・・・・・空気測定フラップ、２１
・・・・・・軸、２２・・・・・・副フラップ、２３・
・・・・・ウエフ、２４・・・・・・縁部、２５・・・
・・・副フラップ、２６・・・・・・リンクロッド、２
７及び２８・・・・・化ンジ点、２９・・・・・・回走
中央部分、３０・・・・・・箇所、３１・・・・・・縦
孔、３２・・・・・・スリット、３４・・・・・・ポケ
ット、３５・・・・・・噴射燃料円すい形状、Ａ及びＡ
′・・・・・・曲線、Ｍ・・・・・・旋回モーメント、
Ｒ及びＲ’、Ｗ・・・・・・曲線、α・・・・・・旋回
角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関用の燃料噴射装置であって、空気測定装置
   を備え、該空気測定装置は、吸気管内の空気流の作用を
   受けて旋回せしめられる空気測定フラップを有しており
   、該空気測定フラップが空気流の作用で戻し力に抗して
   旋回せしめられる角度が空気流量の尺度になるようにな
   っている形式のものにおいて、空気測定フラップがその
   中央から外れたところで支承されていて、出発位置にお
   いては流路横断面を遮断し、空気量がわずかな場合には
   空気測定フラップの一方の端部だげが吸気管壁との間に
   流路横断面を開放し、空気量が増大するにつれて初めて
   空気測定フラップの他方の端部も吸気管壁との間に流路
   横断面を開放するようにしたことを特徴とする燃料噴射
   装置。