气体燃料供给装置 【技术领域】
本发明涉及一种气体燃料供给装置，其是用于将气体燃料供到使压缩天然气等气体燃料燃烧的内燃机中。
背景技术
最近几年正在采用一种作为汽油或轻油的替代燃料之一的天然气等气体燃料。已知的将气体燃料用于车辆的内燃机的情况有如日本专利申请公开报告2000-337208号所述的气体燃料供给装置，其是将天然气压缩之后充填到高压容器中，将该高压容器(燃料箱)搭载在车辆上，用调节器将来自该高压容器的气体燃料减压之后，由喷射器喷射到内燃机的进气管里。
参照着图6对现有的气体燃料供给装置进行说明。
如图所示、在与燃料箱(图中没有表示)相连接的高压燃料供给通路60上连接着用于对气体燃料进行减压·调压地调节器61。在调节器61的出口侧连接着低压燃料供给通路62，低压燃料供给通路62与设置在发动机的进气管63上的喷射器64相连接。
调节器61是包括一次调节器(高压调节器)65a和二次调节器(低压调节器)65b的2阶段式调节器。但是，在使用压力比较低的气体燃料的情况下等，也可以用1阶段式调节器。
进气管63上设置着对吸入空气量进行调节的节流阀66，其是根据车辆的加速踏板(アクセル)开度而对进气管63进行开关的，喷射器64被设置在节流阀66的下游侧，即被设置在发动机的燃烧室一侧的进气管63上。
将气体燃料压缩到譬如20Mpa(≈200kgf/cm2)左右才被充填到燃料箱中。来自该燃料箱而被供给到高压燃料供给通路60的燃料，由高压调节器65a减压到390kPa(≈3.9kgf/cm2)左右为止。接着，由低压调节器65b减压·调节到30kPa(≈0.3kgf/cm2)左右之后，通过低压燃料供给通路62而供给到喷射器64。
高压和低压调节器65a、65b设有：能对气体燃料的流通口67a、67b进行开关的、沿上下方向自由地进行往复移动的阀体68a、68b；连接着该阀体68a、68b的膜片69a、69b。各个调节器65a、65b的内部被划分成减压室70a、70b和膜片室71a、71b，前者是形成在膜片69a、69b的正面侧，并导入通过流通口67a、67b的气体燃料，后者形成在膜片的背面侧。在膜片室71a、71b内设置着被安装在膜片69a、69b的大致中央部上的调整弹簧72a、72b。调整弹簧72a、72b将膜片69a、69b弹向阀体68a、68b使流入口67a、67b开放的方向(图中的下侧)。
膜片室71a、71b是向大气开放的，膜片室71a、71b内的压力则是大气压(约0.1MPa≈1kgf/cm2)。来自燃料箱的气体燃料从流入口67a、67b流入到减压室70a、70b内。当气体燃料流入时，减压室70a、70b的压力上升，当该压力达到预定的设定压力时，减压室70a、70b的压力比膜片室71a、71b的压力(大气压)和调整弹簧72a、72b的作用力的合力还大，将膜片69a、69b和阀体68a、68b推向上方、将流入口67a、67b关闭。当减压室70a、70b内的气体燃料流出而使减压室70a、70b的压力降低时，膜片室71a、71b的压力和调整弹簧72a、72b的作用力的合力变成比减压室70a、70b的压力还大，将阀体68a、68b推下、将流入口67a、67b打开。结果是能将来自减压室70a、70b内和从减压室70a、70b的气体燃料的压力经常保持成大致一定。
即、通过使流入口67a、67b开放的力(将膜片69a、69b和阀体68a、68b下压的力)和使流入口67a、67b关闭的力(将膜片69a、69b和阀体68a、68b推上的力)的平衡来决定从调节器65a、65b流出的燃料的压力。上述使流入口67a、67b开放的力是由膜片室71a、71b内的压力(大气压)和调整弹簧72a、72b的作用力合成的。上述使流入口67a、67b关闭的力是由减压室70a、70b内的气体燃料的压力产生的。
因此，通过调节器61而供给喷射器64的燃料压力(喷射器原有压力)就经常是大致一定的。因此、伴随车辆的运转状态的变化(节流阀66的开关等)的燃料喷射量的增减控制就由喷射器64进行。
但是，喷射器原有压力经常是一定的，这时，由于燃料的最低喷射量和最高喷射量是由喷射器64的性能决定，因而就有燃料喷射量的增减控制的幅度较窄、不能与输出范围较广大的发动机相对应的问题。即、在使用燃料喷射量较少的空转范围的控制性优良的喷射器情况下，有产生燃料的最高喷射量不足的情况；在使用燃料喷射量较多的高输出范围的控制性优良的喷射器情况下，会产生空转时燃料喷射量过大、不能控制空转回转等情况。
特别是由于燃料的最大喷射量的上限是由喷射器原有压力决定，因而在只用由喷射器的控制时、燃料的最大喷射量是有限的。
【发明内容】
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而作出的，其目的在于扩大气体燃料供给装置中的由喷射器产生的燃料喷射量的控制幅度。
为了达到上述目的而作出的本发明的气体燃料供给装置是用于将气体燃料供给内燃机的，其具有：设置在内燃机的进气管上的喷射器；将上述气体燃料向上述喷射器供给的燃料供给通路；用上述进气管的负压、对通过该燃料供给通路而供给到上述喷射器的上述气体燃料的压力、朝着与进气管的负压增减相反的方向进行增减控制的机构。
对上述气体燃料的压力进行增减控制的机构也可以具有：设置在上述燃料供给通路上的膜片式调节器、和使该调节器的膜片室与上述进气管相连接的负压作用通路。
在上述进气管上也可以设置着对吸入空气量进行调整的节流阀，上述负压作用通路也可以是在上述节流阀的下游侧、将上述膜片室与上述进气管相连接的。
上述调节器也可以是具有高压调节器和低压调节器的二阶段式调节器，上述负压作用通路也可以是将高压调节器和低压调节器的膜片室分别与上述进气管相连接的。
本发明的另一个气体燃料供给装置，其具有：将气体燃料减压、并向设置在内燃机的进气管上的喷射器供给的调节器；在上述喷射器的上游侧、设置在上述进气管上的节流阀，上述调节器具有：对气体燃料的流通口进行开关的阀体；连接该阀体的膜片；形成在膜片的正面侧、导入通过流通口的气体燃料的减压室；形成在膜片的背面侧的膜片室；将上述膜片弹向上述阀体使上述流通口打开的方向的调整弹簧，上述膜片室的压力是使上述阀体朝打开方向动作而作用的，上述减压室的压力是使上述阀体朝关闭方向动作而作用的，在该气体燃料供给装置中，在上述节流阀的下游侧，使上述调节器的上述膜片室与上述进气管相连接。
本范围技术人员阅读并理解了后述发明的详细说明后便能了解本发明的其他的目的、结构和作用效果。
【附图说明】
图1是本发明的一个实施例涉及的气体燃料供给装置的整个系统的概略说明图。
图2是本发明的一个实施例涉及的气体燃料供给装置的主要部分的说明图，是表示发动机空转时的状态的。
图3是本发明的一个实施例涉及的气体燃料供给装置的主要部分的说明图，是表示发动机全负荷时的状态的。
图4是本发明的另一个实施例涉及的气体燃料供给装置的主要部分的说明图，是表示发动机空转时的状态的。
图5是本发明的另一个实施例涉及的气体燃料供给装置的主要部分的说明图，是表示发动机全负荷时的状态的。
图6是现有的气体燃料供给装置的说明图。
【具体实施方式】
下面，参照着附图、对本发明的一个最佳实施例进行详细的说明。
首先，用图1来概略说明本实施例的气体燃料供给装置的整个系统。
本实施例的气体燃料内燃机(下面简称为发动机)是当各个汽缸1的进气阀2被打开时，从进气管3将吸入气体(混合气)吸入到燃烧室4，该吸入气体被活塞5压缩之后、由火花塞6使其着火燃烧，在排气阀7被打开时、将废气排出到排气管8。上述这些工序中的各个工序是被连续反复地进行的。
在进气管3上设置着节流阀10和喷射器11，前者是与车辆的加速踏板开度联动地、对进气管3进行开关而调节吸入空气量；后者是设置在该节流阀10的下游侧(靠近燃烧室4侧)、将气体燃料喷射到进气管3内。节流阀10由来自车辆的电子控制装置(ECU)15的信号进行开关控制。在进气管3的节流阀10的上游侧设置着用于检测进气量的空气流量计12。在排气管8上设置着用于检测废气中的氧气量的O2传感器13。空气流量计12和O2传感器13的检测值呗发送到ECU15。
图中16是充填着气体燃料(譬如CNG)的燃料箱。燃料填充通路20和高压燃料供给通路21经由设置着手动阀门17的管路18而与燃料箱16连接着。
燃料填充通路20上设置着填充口22和止回阀23，前者是用于将气体燃料填充到燃料箱16内的；后者是用于防止气体燃料从燃料箱16向填充口22倒流的。
在高压燃料供给通路21上连接着燃料截止阀25和调节器(压力调整器)26，前者是由ECU15进行开关控制的；后者是对来自燃料箱16的气体燃料进行减压·调压的。在调节器26的下游侧连接着低压燃料供给通路27，低压燃料供给通路27经由燃料通道28而与发动机的各个汽缸1的喷射器11相连接。
在发动机停止时，将燃料截止阀25关闭，防止气体燃料从燃料箱16泄漏。
在发动机运转中，将燃料截止阀25打开，使填充到燃料箱16中的气体燃料通过高压燃料供给通路21而供给调节器26，被减压·调压处理。此后、使气体燃料通过低压燃料供给通路27，经由燃料通道28而被分配·供给到各个汽缸1的喷射器11，被喷射到进气管3内。
喷射器11与喷射器驱动装置30相连接，由喷射器驱动装置30控制燃料喷射量和燃料喷射时期。喷射器驱动装置30与ECU15相连接，根据来自ECU15的信号而控制喷射器11。
在低压燃料供给通路27上设置着温度传感器31和压力传感器32，前者对供给喷射器11的气体燃料的温度进行检测；后者对低压燃料供给通路27内的压力进行检测。温度传感器31和压力传感器32的检测值被发送到ECU15。
本发明的要点在于，为了扩大由喷射器11产生的气体燃料喷射量的增减控制幅度而设置一个机构，该机构使用进气管3的负压，将从低压燃料供给通路27供给到喷射器11的气体燃料的压力、朝着与进气管3的负压增减相反的方向而进行增减控制。
下面，用图2和图3、对构成本实施例的主要部分的调节器26和喷射器11进行说明。
图2表示发动机空转时的状态，图3表示发动机全负荷时的状态。
如图所示，在与燃料箱(图中没有表示)相连接的高压燃料供给通路21上连接着调节器26，调节器26的出口侧经由低压燃料供给通路27而与喷射器11相连接。
本实施例中的调节器26是包括一次调节器(高压调节器)35a和二次调节器(低压调节器)35b的2阶段式的调节器。但是，在使用压力比较低的气体燃料的情况下等，也可以使用1阶段式的调节器。
如上所述，喷射器11被设置在进气管3上，是处于对吸入空气量进行调整的节流阀10的下游侧。
气体燃料被压缩到譬如20Mpa(≈200kgf/cm2)左右而被填充到燃料箱里。从该燃料箱供给到高压燃料供给通路21的气体燃料，由高压调节器35a减压到一次压力，接着，再由低压调节器35b减压·调压到二次压力之后，通过低压燃料供给通路27而供给喷射器11，并向进气管3内喷射。
高压和低压调节器35a、35b具有阀体38a、38b和膜片39a、39b，前者被设置成在要将气体燃料的流通口37a、37b开关的上下方向上可自由往复移动；后者使上述阀体38a、38b被连接在大致中央部上的。调节器35a、35b的内部被划分成减压室40a、40b和膜片室41a、41b，前者是形成在膜片39a、39b的正面侧的(图中的下侧)；后者是形成在膜片39a、39b的背面侧的。通过流通口37a、37b的气体燃料被导入到减压室40a、40b内。
膜片室41a、41b内设置着调整弹簧42a、42b，它们是分别被安装在膜片39a、39b的大致中央部上的。调整弹簧42a、42b将膜片39a、39b弹向阀体38a、38b将流入口37a、37b打开的方向(图中的下方)。
阀体38a、38b是伞形阀的形状，作成宽度朝下方逐渐扩大的锥状。
应该注意的一点是膜片室41a、41b经过负压作用通路43a、43b而与位于节流阀10的下游侧的进气管3相连接。因此，进气管3的负压就作用于膜片室41a、41b上，膜片室41a、41b的压力由进气管3的负压的变动(增减)而改变。
气体燃料通过流入口37a、37b而流入到减压室40a、40b内。当气体燃料流入时，减压室40a、40b的压力上升，当该压力大于膜片室41a、41b的压力和调整弹簧42a、42b的弹力的合力时，将膜片39a、39b和阀体38a、38b推向上方，将流入口37a、37b关闭。而当减压室40a、40b内的气体燃料流出而使减压室40a、40b的压力降低、该压力小于膜片室41a、41b的压力和调整弹簧42a、42b的弹力的合力时，将膜片39a、39b和阀体38a、38b推下，将流入口37a、37b打开。
即，膜片室41a、41b的压力(正压力)和调整弹簧42a、42b的作用力能使阀体38a、38b朝打开方向动作而作用，减压室40a、40b的压力能使阀体38a、38b朝关闭方向动作而作用。而且、根据膜片室41a、41b的压力和调整弹簧42a、42b的弹力的合力形成的、使阀体38a、38b朝打开方向动作的力(将膜片39a、39b和阀体38a、38b推下的力)、以及由减压室40a、40b内的气体燃料的压力形成的、使阀体38a、38b朝关闭方向动作的力(将膜片39a、39b和阀体38a、38b推上的力)的平衡来决定从各个调节器35a、35b流出的燃料压力。
因此，当膜片室41a、41b的压力随着进气管3的负压变动而产生变化时，使从调节器26供给到喷射器11的气体燃料的压力(喷射器的原有压力)产生变化。
下面，对本实施例的作用进行说明。图中涂黑的箭头表示气体燃料的流动方向，空白的箭头表示空气的流动方向。
首先，当发动机处于空转状态时，如图2所示、节流阀10几乎全部被关闭。因此就使处在节流阀10的下游侧的进气管3的负压增大。当该负压经由负压作用通路43a、43b而作用在调节器35a、35b的膜片室41a、41b上时，膜片室41a、41b的压力降低。其结果是使阀体38a、38b向打开方向动作的力减小，从调节器35a、35b输出的气体燃料的压力也就变小。因此经过调节器26而向喷射器11供给的气体燃料的压力(喷射器的原有压力)就降低。向喷射器11供给的气体燃料的流量当然也就减小。
而且，喷射器11就对该较低压力(较少的流量)的气体燃料进行燃料喷射量的增减控制。如果喷射器11的性能相同，由于喷射器原有压力越低、最低喷射量就能越小，因而与现有的如图6所示的气体燃料供给装置相比较，能由喷射器控制的最低燃料喷射量变小。这样，能防止在发动机空转时、燃料喷射量变成过大。而由于喷射器原有压力较低，因而在发动机空转范围中还能进行精度较好的燃料喷射量控制。
另一方面、当发动机处于全负荷状态时，如图3所示、节流阀10几乎全部被打开。因此就使处在节流阀10下游侧的进气管3的负压减小。这样，经由负压作用通路43a、43b而作用在调节器35a、35b的膜片室41a、41b上的负压就变小，与图2的发动机空转时相比较，膜片室41a、41b的压力增大。其结果是使阀体38a、38b向打开方向动作的力增大，与空转时相比较，经过调节器26而向喷射器11供给的气体燃料的压力就增大。向喷射器11供给的气体燃料的流量当然也就增大。
喷射器11对该较高压力(较大的流量)的气体燃料进行燃料喷射量的增减控制。如果与上述同样地、喷射器11的性能相同，则由于喷射器原有压力越高、最大喷射量就能越大，因而与现有的气体燃料供给装置相比较，能由喷射器控制的最大燃料喷射量增大。这样，能防止在发动机全负荷时燃料喷射量的不足。
总而言之、要将调节器26的膜片室41a、41b的压力控制成这样，即、在进气管3的负压增大的低输出范围、使喷射器原有压力变小；在进气管3的负压变小的高输出范围、使喷射器原有压力增大。而且在该控制中利用进气管3的负压。
因此，由喷射器11产生的燃料喷射量的增减控制是由喷射器原有压力控制+由喷射器本体产生的燃料喷射量控制而进行的。即、根据本实施例的气体燃料供给装置，发动机空转时的最小燃料喷射量成为与最小喷射器原有压力相对的喷射器最小喷射量的值；发动机全负荷时的最大燃料喷射量成为与最大喷射器原有压力相对的喷射器最大喷射量的值。因此，与现有的气体燃料供给装置相比较、能使燃料喷射量的控制幅度增大，还能与输出范围较广的发动机等相对应。
而且，由于在发动机的全部输出范围内都是将气体燃料以适合于燃料喷射量的压力供给到喷射器11，因而在全部输出范围内都能进行高精度的燃料喷射控制。
而且，本实施例的气体燃料供给装置，只要将负压作用通路43a、43b安装到图6所示的现有的气体燃料供给装置上就能制造，因而能容易地利用现有的装置进行制造。
虽然本实施例是将调节器26的高压调节器35a和低压调节器35b等双方的膜片室41a、41b分别与进气管3相连接的，但也可以将两个调节器35a、35b的膜片室41a、41b汇总在一条负压作用通路而与进气管3相连接。还可以只将低压调节器35b的膜片室41b与进气管3相连接。
下面，参照着图4和图5，对另一个实施例进行说明。其中，与图2和图3所示的实施例相同的构件都标上相同的符号、并省略对它们的说明。
在本实施例中，调节器45(可以是2阶段式、也可以是1阶段式)是与图6所示的现有的气体燃料供给装置的调节器61同样的。即、本实施例的调节器45的膜片室是向大气开放着的，从调节器45输出到低压燃料供给通路27的气体燃料的压力通常是一定的。
在本实施例中，在调节器45和喷射器11之间设置着流量控制阀46。
流量控制阀46设有：能对气体燃料的流通口47进行开关地、沿上下方向自由往复移动的伞形阀状的阀体48；经由杆49而与阀体48连接的负压接受部50；收容该负压接受部50的负压作用室51；将阀体48弹向关闭方向(图中的上方)的调整弹簧52。负压作用室51的上端部经由负压作用通路53而在节流阀10的下游侧与进气管3连接着。因此进气管3的负压就作用在负压作用室51上。
负压作用室51中的负压接受部50的上方侧的空间，即、连接着负压作用通路53一侧的空间的压力(正压力)和从调节器45流向流通口47的气体燃料的压力是将阀体48朝打开方向动作而作用的。也就是说、将阀体48推向下方而进行作用。
另一方面、调整弹簧52的作用力是将阀体48朝关闭方向动作而进行作用的。也就是说，向上方推压而进行作用。
在发动机空转时，如图4所示地、由位于节流阀10下游侧的进气管3产生的较大的负压作用在流量控制阀46的负压作用室51上，使位于负压作用室51的负压接受部50上游侧的空间压力降低。其结果是使阀体48朝打开方向动作的力减小，而且将阀体48向上方拉起，从流量控制阀46供给到喷射器11的气体燃料的压力就降低。
另一方面、在发动机全负荷时，如图5所示地、使作用在负压作用室50上的负压减小，使位于负压接受部50上游侧的空间的压力比发动机空转时的增大。其结果是使阀体48朝打开方向动作的力增大，从流量控制阀46供给到喷射器11的气体燃料的压力比空转时的高。
这样，即使在本实施例中，也是在进气管3的负压变高的低输出范围、使喷射器原有压力变低；在进气管3的负压变小的高输出范围、使喷射器原有压力变高。因此能使由喷射器11产生的燃料喷射量的增减控制幅度扩大。
总之，本发明是能具有所谓的将由喷射器产生的燃料喷射量的控制幅度扩大的优良效果的。
本申请将日本专利申请2002-232514号(2002年8月9日申请)作为提出优先权的基础，已将上述日本专利申请的内容记载在本申请的说明中。