(57)【要約】  本発明は、液体燃料により作動されるように組み込まれ、燃料ポンプ(16';16)と、エラストマー(36;68)を設けられ、燃料ポンプ(16';16)により生成される脈動を緩衝するために使用される緩衝要素(34;66)とを備える、自動車両加熱システム(10)に関する。本発明によると、手段(58,78a,78b,78c,80,82)がエラストマー(68)を加熱するために設けられる。自動車両加熱システムは、電磁的に作動される燃料弁(52)を備え、緩衝要素(66)は、電磁的に作動される燃料弁(52)の区域内に設けられ、特に電磁的に作動される燃料弁(52)内へ組み込まれると好ましい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプ(16',16)と、燃料ポンプ(16',16)により生成される脈動を緩衝するためのエラストマー(36,68)を囲む緩衝要素(34,66)とを有する、液体燃料で作動されるように設計された自動車用ヒータ(10)において、前記エラストマー(68)を加熱するための手段(58,78a,78b,78c,80,82)が設けられていることを特徴とする、自動車用ヒータ(10)。
【請求項２】
電磁的に作動される燃料弁(52)を有し、前記緩衝要素(66)が、前記電磁的に作動される燃料弁(52)の領域内に設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用ヒータ。
【請求項３】
前記緩衝要素(66)が、前記電磁的に作動される燃料弁(52)内に組み込まれていることを特徴とする、請求項1または2に記載の自動車用ヒータ。
【請求項４】
前記エラストマー(68)を加熱するための前記手段(58,78a,78b,78c,80,82)が、前記電磁的に作動される燃料弁(52)内に組み込まれていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の自動車用ヒータ。
【請求項５】
前記エラストマー(68)を加熱するための前記手段(58a,78a,78b,78c,80,82)が、電気ヒータ(78a,78b,78c)を含んでいることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の自動車用ヒータ。
【請求項６】
前記エラストマー(68)を加熱するための前記手段(58,78a,78b,78c,80,82)が、前記電磁的に作動される燃料弁(52)の巻線(58)を含んでいる、請求項1から5のいずれか一項に記載の自動車用ヒータ。
【請求項７】
高熱伝導性を有する材料部材(80)が、前記電磁的に作動される燃料弁(52)の前記巻線(58)と、前記エラストマー(68)との間の領域内に設けられていることを特徴とする、請求項6に記載の自動車用ヒータ。
【請求項８】
低熱伝導性を有する材料部材(82)が、前記エラストマー(68)と該エラストマーの周囲部材との間の領域内に設けられていることを特徴とする、請求項6または7に記載の自動車用ヒータ。
【請求項９】
前記電磁的に作動される燃料弁(52)が、燃料を予熱するように設計されることを特徴とする、請求項2から8のいずれか一項に記載の自動車用ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料で作動されるように設計され、燃料ポンプと、該燃料ポンプにより生成される脈動を緩衝するためのエラストマーを備える緩衝要素とを有する、自動車用ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
作動中に燃料システム内で脈動を生成する往復動ピストン式燃料ポンプが、例えば、出版物であるFahrzeug-und Verkehrstechnik, Technische Mitteilungen, vol. 97 (2004),no. 1, pages. 9-11によって知られており、図1の概略断面図に示される。
【０００３】
図1に示される往復動ピストン式燃料ポンプ16'が、矢印により表される方向へ、すなわち燃料入口18から燃料出口20へ液体燃料を送り込むために提供される。適切な電圧が電気端子42に加えられ次第、電気が巻線22を流れ、往復動ピストン24による電磁的な運動を開始させる。初めに、ポンプ室30内の液体燃料が、出口ラインの流動抵抗に逆らい逆止弁28を通り噴出される。その後、巻線22を流れる電力が止められる。復元スプリング26が、往復動ピストン24を左方へその休止位置に押しやる。液体燃料は、供給吸込弁32を通り吸い込まれ、ポンプ室30を充填する。非常に粘度の低い燃料も、この送出原理により、容量測定的に正確さをもってくみ上げられることが可能になる。送出率は、起因となる電圧パルスの周波数により非常に正確に制御されることが可能である。
【０００４】
しかし、所望されない脈動が、往復動ピストン24の前後運動により燃料システム内に生じる。これらの脈動を少なくとも部分的に抑制するために、ふいご様のエラストマー(bellows-like elastomer)36を有する緩衝要素34が設けられてよいことが既に知られている。液体燃料が穿孔40を通過し、エラストマー36に接触するようになると、エラストマー36は、成形プラスチック部44により形成された緩衝ハウジング内に設けられる隣接室38内へ伸長する。このための必要条件は、エラストマー36が「固定」されることを確実にする、燃料システム内の特定の背圧である。
【０００５】
図1に示される往復動ピストン式燃料ポンプ16の1つの問題は、緩衝要素34が、エラストマー36が硬化する、すなわちガラス転移を受ける(例えば、エラストマー36の典型的なエラストマー点(elastomer point)（ガラス転移点）は、-23℃である)ため、極端な周囲冷気の中では(例えば-23℃を下回る温度では)ほとんどまたは全く機能を有しないことである。他の問題は、ディーゼル燃焼器用に-20℃を下回る温度での使用が許可されている唯一の燃料であるいわゆるアークティクディーゼル(Arctic diesel)が、常温の冬季用ディーゼル(winter diesel)よりもより低い粘度のために、-20℃を下回る温度においてははるかに低い背圧を生じることである。したがって、緩衝システム34の機能性は、エラストマー36のエラストマー点に達する前でも低減する。例えば-20℃を上回る「中程度の」冷温では、これは、ある条件下においては、燃料システム内の脈動により引き起こされる車両用ヒータによるCO排出量の増加に至る。例えば-30℃を下回る極端に低い温度では、燃料供給動作の安定化が、燃料システム内の脈動によって妨げられるという問題さえ起こり得る。燃焼器は、これらのようなケースにおいても、グロープラグが消えた時、すなわち炎の元となるエネルギーの支援がない状態で始動するであろうが、燃焼器は、時間の経過につれ不安定になり、ついには消えるまでに至るだろう。このような所望されない炎の消滅は、例えばグロープラグを消した後の0〜5分以内に起こり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題が回避され、脈動から解放された燃料のくみ上げが、例えば-20℃よりも低い温度においてさえも可能になるように、一般的な自動車用ヒータを改善することである。この目的は、独立クレームの特徴を介して達成されるものであり、本発明の有利な実施形態および改良形態は、従属クレームよってもたらされるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の自動車用ヒータが、手段がエラストマーを加熱するために設けられるという事実により、一般的な先端技術にしたがって設計される。全負荷点(full-load point)に達するまでΔx℃だけエラストマーを加熱することは、緩衝要素の効果的な作動範囲の直接的な拡大/縮小に対応しており、ひいては、特に自動車用ヒータの燃焼器の特性マップにおける、同じΔx℃だけ負の温度範囲内へ対応する。例えば、-30℃におけるアークティクディーゼルでの自動車用ヒータの作動が、本発明によるところのアプローチにより可能である。燃料システム内のより低弱な脈動強度は、加熱されたエラストマー(したがってより軟らかい)によりもたらされ、したがって自動車用ヒータの燃焼器が、例えば-20℃を上回る中程度の低温で作動されることが可能になり、それにより自動車用ヒータの燃焼器はより安定し、より一定でより静かな燃焼騒音を有するようになる(脈動が「起伏の激しい」燃焼騒音を生成する)。例えば、自動車用ヒータに関連して、温度が例えば-25℃の特定の限界温度を下回る場合の炎の吹き消え(flame blow-off)の傾向が、より小さな脈動のために、より低い温度へ移る。例えば0℃〜-20℃の「より高い」温度では、CO排出の低減は、より小さい脈動により、アークティクディーゼルおよび冬季用ディーゼルを使用する自動車用ヒータで実現することが可能である。
【０００８】
本発明の自動車用ヒータの好ましい他の実施形態によると、これは電磁的に作動される燃料弁を有し、緩衝要素は電磁的に作動される燃料弁の領域内に配置される。このような電磁的に作動される燃料弁は、特に燃料供給を遮断するために、燃料ポンプと燃焼器/熱交換器ユニットとの間にしばしば設けられる。緩衝要素は、原則的に任意の位置に設けられてよいが、燃料弁への電力供給電圧がエラストマーの加熱のために並列的に使用されてよいので、電磁的に作動される燃料弁の付近へ配置するのが好ましい。
【０００９】
これに関連して、もし緩衝弁が、電磁的に作動される燃料弁内に組み込まれると、特に有利であると考えられる。緩衝要素を燃料弁内に組み込むことにより、必要とされる構成要素の数が減り、したがって特に廉価なものとなる。
【００１０】
本発明の自動車用ヒータの他の好ましい実施形態によると、エラストマーを加熱する手段が、電磁的に作動される燃料弁内に組み込まれる。このケースでは、エラストマーを加熱するための電気的な誘起が、燃料弁の誘起と、特に簡単な方法で組み合わされることが可能である。
【００１１】
本発明の自動車用ヒータの特定の実施形態では、エラストマーを加熱するための手段は、電気ヒータを含む。電気ヒータは、直接的または間接的に設けられてよい。例えば、フロントガラスやスキー用具および他の用具を加熱することで知られているような電熱線が、エラストマー材料内に組み込まれてよい。電熱線は、必要とされる最小限の弾性のための限界温度が燃料送出の開始時には超えられるように、実際的な燃料送出の開始以前に電力を供給されると好ましい。しかしまた、電気ヒータは、燃料弁内の液体燃料を加熱するために設けられる加熱要素(例えば、PTC加熱要素)を含んでよい。1つまたは複数のこのような加熱要素は、例えば電磁石の巻線に並列に接続されてよい。個別の誘起もまた、当然可能である。例えば、PTC加熱要素は、非常に大きな抵抗温度係数を有する。したがって、コールドスタートにおいて、燃料弁内の少量の燃料が、例えば50℃の最大温度まで急速に加熱される。このような温度レベルにおいて、発熱導体の抵抗は非常に大きいため、言及し得るような加熱電力はもはや送出されていない。次いで、加熱された燃料は、エラストマーを加熱し、その結果エラストマーの弾性を増大させる。さらに、または代替的に、対応する加熱要素が、エラストマーを加熱するためにエラストマーの付近に設けられることも可能である。
【００１２】
さらに、本発明によれば、エラストマーを加熱するための手段が、電磁的に作動される燃料弁の巻線を含むことが可能である。
【００１３】
既知の燃料弁の巻線および/または磁気コイルにより消費される電力は、主に熱に変換され、多くのケースでは、特に低温でエラストマーを加熱するのに十分である。
【００１４】
これに関連して、高熱伝導性を有する材料部材が、電磁的に作動される燃料弁の巻線とエラストマーとの間の領域に設けられると、やはり好ましい。特に例えばアルミニウムなどの金属が、高熱伝導性を有する材料部材の材料として使用されてよい。ここで、緩衝要素に接触する金属リブ部材または金属ハウジング部材が、1つまたは複数の熱橋を形成することが可能である。
【００１５】
好ましい本発明の他の実施形態によれば、低熱伝導性を有する材料部材が、エラストマーと周囲環境、すなわち該エラストマーの周囲部材との間の領域に設けられる。原則的に、当業者によく知られている任意の断熱材(例えば発泡プラスチックおよび/またはエキスパンドメタル)が、低熱伝導性を有する材料部材として使用されてよい。このような周囲部材に対する断熱性により、燃料弁からの排熱を、有利にはエラストマーを加熱するために使用することが可能である。
【００１６】
本発明の自動車用ヒータの少なくともいくつかの実施形態においては、燃料を予熱するように設計された、電磁的に作動される燃料弁を提供することが可能である。燃料の加熱により、燃料のエンタルピーの上昇と、粘度の低下とをもたらし、これは燃焼動作に対し良い効果をもたらす。さらに、予熱された燃料は、エラストマーを加熱するために使用されてよい。
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を、例示として図面にもとづき詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図2は、本発明の自動車用ヒータの一実施形態を示す概略ブロック図である。ここに図示される自動車用ヒータ10は、例えば追加ヒータまたは補助ヒータであってよい。ここに図示される自動車用ヒータ10は、その助けにより液体燃料が燃料タンク12から燃焼器/熱交換器ユニット14へ送り込まれることが可能になる往復動ピストン式燃料ポンプ16を有する。空気加熱式または水加熱式のいずれが使用されるかにより、燃焼器/熱交換器ユニットは、当業者に非常によく知られている他の空気ラインおよび/または水ライン(図示せず)に連結される。また、燃焼器/熱交換器ユニット14は、それによって燃料供給が部分的にまたは完全に遮断され得る燃料弁52を有する。この燃料弁52は、燃焼器/熱交換器ユニット14内に組み込まれる必要は必ずしもなく、その代わりに往復動ピストン式燃料ポンプ16と、燃焼器/熱交換器ユニット14との間に設けられてもよい。
【００１９】
緩衝要素66と、エラストマーを加熱するために緩衝要素66に割り当てられた手段とが、電磁的に作動される燃料弁52内に組み込まれると好ましい。しかし、緩衝要素66および/またはエラストマーを加熱するために緩衝要素66に割り当てられた手段が、点線により示されるように、電磁的に作動される燃料弁52から分離されて設計されるようにすることも可能である。緩衝要素は、燃料ライン中の任意の位置に設けられてよく、以下に説明される実施形態のように設計されてよい。
【００２０】
図3は、図2の自動車用ヒータ10の一部であってよい燃料弁52の第1の実施形態の概略断面図を示す。燃料弁52は、燃料入口54および燃料出口56を有する、電磁的に作動される同軸弁であってよい。適切な電圧が電気端子74に加えられ次第、電気が巻線58を流れ、図4に示すごとく弁ピストン60の右方への運動を誘起し、それにより燃料弁52が開き、燃料が燃料入口54から燃料出口56へ流れることが可能になる。巻線58の無電流状態において、復元スプリング62が、弁ピストン60を図3に示すごとく左方へ押しやり、それによって弁ピストン60は弁座64と協働して燃料弁52を閉じる。
【００２１】
図3で示すように、燃料システム内の脈動を抑制するために設けられた緩衝要素66は、燃料弁52内へ組み込まれる。緩衝要素66は、ふいご様のエラストマー68を有する。液体燃料が穿孔72を通過し、エラストマー68に接触するようになると、エラストマー68は、成形プラスチック部76により形成された緩衝ハウジング内に設けられた隣接室70内へ伸張する。このための必要条件は、エラストマー68が「固定」されることを確実にする、燃料システム内の特定の背圧である。
【００２２】
例えば材料FKN ("F"はおそらく"Faser"(ファイバー(fiber))を表し、"K"は"Kunststoff"(プラスチック(plastic))を表す)から形成されるエラストマー68において、例えば-23℃未満の非常に低い温度でもガラス転移が起こるのを回避するため、電気ヒータ78が緩衝要素66に割り当てられる。ここに提示される例では、電気ヒータ78は、エラストマー68の付近に配置される複数のPTC加熱要素78aと、エラストマー68内に組み込まれる少なくとも1つの電熱線78bと、燃料を加熱するために設けられた2つのPTC加熱要素78cとを含む。ここに図示される全ての加熱要素78a、78bおよび78cがある必要はなく、代わりに、場合によっては、エラストマー68bを適切な程度に加熱するためには、加熱要素78a、78bまたは78cから一種のみを設けることで十分であり得ることは明らかである。PTC加熱要素78aの効果を最適化するため、高熱伝導性を有する材料部材(例えば金属からなる部材)が、加熱される領域(すなわちエラストマー36)と、各PTC加熱要素との間に設けられると有利である。エラストマー68の最も直接的な加熱は、電熱線78bによって成し遂げられる。PTC加熱要素78aは、エラストマー68に接触することになる材料部材と、液体燃料に接触することになる材料部材とを加熱する。PTC加熱要素78aは、主に燃料を加熱する役割を果たす。燃料の予熱は、エラストマー68の間接的な加熱に使用され、よりよい燃焼へと至る。ここで説明される加熱要素78aおよび78bのいくつかまたは全ては、巻線58に並列に接続されてよく、またはこれらは個別に誘起されてよい。個別の誘起はより複雑だが、それにより弁調節部の独立した予熱が可能となる。
【００２３】
図4に示される燃料弁52は、加熱要素が1つもそこに設けられておらず、代わりにエラストマー68が燃料弁52からの排熱により加熱されるという点で、図3によるところの実施形態とは異なる。この加熱を可能にし、および/またはそれを最適化するために、緩衝要素66の領域が、低熱伝導性の材料部材82、すなわち、エキスパンドメタルおよび/または発泡プラスチックなどの当業者によく知られている任意の断熱材により囲まれる。ここには示されないが、低熱伝導性を有する材料部材82は、重層構造を任意に有してよい。燃料弁52が開くと、エラストマー68を加熱するために、十分な排熱が巻線58に流れる電流によって生成されることは明らかである。しかし、燃料弁52は、燃料弁52dを開くことには至らない巻線58へのより低い電流が、エラストマー68を加熱するには十分となるように設計されてもよい。
【００２４】
図5に示される燃料弁52の実施形態は、加熱要素が1つもそこに設けられておらず、代わりにエラストマー68の加熱が、巻線58内で生成され、少なくとも1つの熱橋を越えてエラストマー68へ運ばれる熱により遂行される点において、図3によるところの実施形態とは異なる。この目的のため、高熱伝導性を有する材料部材80が、巻線58とエラストマー68との間に設けられる。高熱伝導性を有する材料部材80は、特に金属であってよく、このケースでは、その成形は、適切な熱橋を生じさせるために、例えばリブの形態であってよい。これはここには図示されないが、燃料を加熱するために、液体燃料に接触することになる領域へも熱橋を備えさせることも有利であろう。ここに提示されるケースでは、高熱伝導性を有する材料部材80は、金属リブの形態で成形プラスチック部76内に組み込まれるが、エラストマー68だけを少なくとも主に加熱する。
【００２５】
図3から図5にもとづいて説明された燃料弁52の実施形態は、互いに組み合わされてもよく、またこれらの可能な組み合わせの全てが本明細書で開示されることが、当業者には明らかであろう。
【００２６】
本発明により、例えば-20℃よりも低い極低温においても燃焼器の作動を確実にすることが可能となる。必要であれば、有望なエラストマーが選択されてもよいが、なぜなら、そのエラストマーのガラス転移は、信頼性を持って、加熱により回避されることが可能であるからである。
【００２７】
本説明内および図面内で開示された本発明の特徴ならびに特許請求の範囲は、個別的にまたは任意の組み合わせにおいて、本発明の実施形態の本質をなすものであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の往復動ピストン式燃料ポンプの概略断面図である。
【図２】本発明の自動車用ヒータの実施形態の概略ブロック図である。
【図３】図2の自動車用ヒータの一部であってよい燃料弁の第1の実施形態の概略断面図である。
【図４】図2の自動車用ヒータの一部であってよい燃料弁の第2の実施形態の概略断面図である。
【図５】図2の自動車用ヒータの一部であってよい燃料弁の第3の実施形態の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
10  自動車用ヒータ
12  燃料タンク
14  燃焼器/熱交換器ユニット
16  往復動ピストン式燃料ポンプ
18  燃料入口
20  燃料出口
22  巻線
24  往復動ピストン
26  復元スプリング
28  逆止弁
30  ポンプ室
32  供給吸込弁
34  緩衝要素
36  エラストマー
38  室
40  穿孔
42  電気接続部
44  成形プラスチック部
52  燃料弁
54  燃料入口
56  燃料出口
58  巻線
60  弁ピストン
62  復元スプリング
64  弁座
66  緩衝要素
68  エラストマー
70  室
72  穿孔
74  電気端子
76  成形プラスチック部
78  加熱要素
80  高熱伝導性を有する材料部材/金属リブ
82  低熱伝導性を有する材料部材/断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2008534359.tif 000009
2008534359.tif 000010
2008534359.tif 000011
2008534359.tif 000012
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