JP2012172541A - 気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、このような背景に鑑みてなされたものであり、付着物が気化部分に付着しない気化器を提供することである。
【解決手段】気化器２５は、気化器２５の噴射されたバイオ系の燃料が空気中に気化する気化部分に撥液性を発揮させることが可能な気化器である。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンに供給するためのバイオ系の燃料と空気との混合気を生成する気化器に関する。

特許文献１には、燃料噴射ノズルに撥油性材料からなるコーティング層を形成する技術が開示されている。
また、特許文献２には、燃料噴射弁の表面層をセラミック材によって形成し、同セラミック材の表面に酸化触媒を付着させた技術が開示されている。

環境問題に関する意識の高まりや排ガス規制の強化等により、刈払機や背負式ブロワのような、作業者自身が携帯又は背負って作業を行う作業機、並びに、管理機等の自走式工具の駆動エンジンは、２ストロークエンジンから４ストロークエンジンに置き換えられつつある。

そして、近年では、エンジンに用いられる燃料を、従来の化石燃料に代わって、再生産可能なバイオ系の燃料を用いる場合がある。

特開平９−１１２３９２号公報 特開昭５９−４１６６２号公報

その場合に、エンジン運転に伴い、エンジンにバイオ系の燃料と空気との混合気を提供する気化器内のバイオ系の燃料が気化する気化部分に付着物が付着し、加速性不良及び始動不良等の不都合が発生するおそれがある。

本発明の目的は、このような背景に鑑みてなされたものであり、付着物が気化部分に付着しない気化器を提供することである。

このような課題を解決するため、本発明の気化器は、気化器の噴射されたバイオ系の燃料が空気中に気化する気化部分に撥液性を発揮させる。

好適には、前記気化部分を構成する部材が撥液性を有する材料によって作成されている。

好適には、前記部材は、バイオ系の燃料を噴射するノズルである。

好適には、前記部材は、ノズルから噴射するバイオ系の燃料の噴射量を調節するニードルである。

好適には、前記気化部分を構成する部材の表面に撥液性を有する材料をコーティングしている。

好適には、前記部材は、バイオ系の燃料を噴射するノズルである。

好適には、前記部材は、ノズルから噴射するバイオ系の燃料の噴射量を調節するニードルである。

好適には、撥液性を発揮する物質が添加されたバイオ系の燃料を用いる。

好適には、前記気化部分に付着する物質を溶解する物質が添加されたバイオ系の燃料を用いる。

好適には、前記気化部分に付着する物質を溶解するバイオ系の燃料を用いる。

本発明における気化器によって、付着物が気化部分に付着しない気化器を提供することができる。

本発明における第１の実施形態の概要説明図である。 ダイアフラムポンプが用いられている気化器の構造の説明図である。 ノズルの説明図である。 図３のＡ−Ａ´における断面図である。 第２の実施形態の説明図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明のエンジンの好ましい実施形態を図１に基づいて説明する。
図１は、本発明における第１の実施形態の概要説明図である。
なお、図１において、ピストンが上死点ＴＤＣ（Top Dead Center）付近に位置した状態にある場合の４ストロークエンジン１を示している。

４ストロークエンジン１は、図１に示すように、シリンダブロック３と、シリンダブロック３の下部に取り付けられたクランク収納部５と、クランク収納部５の下側方向位置に配設されたオイルタンク１５と、シリンダヘッド２６とを備える。
シリンダブロック３とクランク収納部５及びピストン９によってクランク室７が形成されている。つまり、シリンダブロック３の側面とピストン９で形成されるクランク収納部５側の略円柱状空間と、クランク収納部５との空間がクランク室７である。このクランク室７は、ピストン９が摺動移動するに従いその内部空間の容積が変化する。
また、シリンダヘッド２６、シリンダブロック３及びピストン９によって燃焼室が形成されている。つまり、シリンダヘッド２６が上面、シリンダブロック３の側面が側面とピストン９が底面となる、クランク収納部５側とは反対側の略円柱状空間が燃焼室である。
オイルタンク１５は、クランク収納部５と別個に設けられ、オイルを貯留する。

このオイルタンク１５とクランク収納部５との間には、クランク収納部５（クランク室７）からのオイルの流れのみを許容する逆止弁１７が設けられている。

クランク収納部５内に、クランク１３が回転自在に支持されている。
このクランク１３は、回転中心となるクランク軸１３ａ、カウンタウェイト等から構成されている。
また、シリンダブロック３の内部には、ピストン９が図１中において上下方向に摺動自在に間隙を有して嵌入されている。
そして、このピストン９とクランク１３は、コネクティングロッド１１によって接続されている。
コネクティングロッド１１とピストン９及びコネクティングロッド１１とクランク１３は、回転自在に接続されている。

シリンダブロック３の上壁には、シリンダヘッド２６が配置されている。
そして、このシリンダヘッド２６は、気化器２５に連通する吸気ポート２７、及び、排気マフラ（図示せず）に連通する排気ポート３３が設けられている。
吸気ポート２７には吸気ポート２７とシリンダブロック３内の燃焼室とを連通及び非連通とする吸気バルブ２９が設けられている。
排気ポート３３には排気ポート３３とシリンダブロック３内の燃焼室とを連通及び非連通とする排気バルブ３１が設けられている。

気化器２５のさらに吸気側には、エアクリーナ２１が設けられている。
そのエアクリーナ２１内に、フィルタ２３が配置されている。このフィルタ２３を空気が通過することによって、空気中のごみ等が除去される。

なお、気化器２５は、エアクリーナ２１を通過した空気にバイオ系の燃料を混合する装置である。具体的には、空気とバイオ系の燃料の混合及び混合された混合気の総量を調節可能である。

図２は、ダイアフラムポンプ１０９が用いられている気化器２５の構造の説明図である。

図２に示すように、気化器２５は気化器本体１０２を備えている。
気化器本体１０２には、クランク室７に連通する連絡路１０８が形成されている。
この連絡路１０８をダイアフラムポンプ１０９の一方の側（図中上面）であるダイアフラム室１０５に臨ませている。
このダイアフラムポンプ１０９の他方の側（図中下面）には、ポンプ室１０６が形成されている。
ポンプ室１０６には、インレットバルブ１１０を介してフューエルインレット１１２が連通し、アウトレットバルブ１１４およびニードルバルブ１１６を介してメタリングダイアフラム１２０のメタリングチャンバ１１８が連通している。
なお、フューエルインレット１１２は、フューエルタンク（図示せず）に接続されている。
また、連絡路１０８のクランク室７側のクランク室側開口部１０３は、クランク室７のシリンダブロック３に形成されている。
なお、ダイアフラムポンプ１０９において、ダイアフラム室１０５とポンプ室１０６とを隔てているダイアフラム１０４である。

クランク室７内では、容積変化にともなって正圧および負圧の交互作用が生じる。
そして、ダイアフラム室１０５に作用する負圧によってダイアフラムポンプ１０９は駆動される。
より具体的には、ダイアフラムポンプ１０９に負圧が作用して、ダイアフラム１０４がダイアフラム室１０５側に撓むことによって、同じくポンプ室１０６側に負圧が作用する。このポンプ室１０６の負圧によって、アウトレットバルブ１１４が閉じられたままインレットバルブ１１０が開弁し、フューエルインレット１１２からポンプ室１０６にバイオ系の燃料が吸入される。
この状態でダイアフラムポンプ１０９に作用していた負圧が無くなると、ダイアフラム１０４の弾性作用によってダイアフラム１０４が元の状態に戻ろうとする。
そうすると、同じくポンプ室１０６側に正圧が作用することになる。
そして、ダイアフラム１０４の運動によってポンプ室１０６側に正圧が作用すると、インレットバルブ１１０が閉じられたままアウトレットバルブ１１４が開弁し、ポンプ室１０６からバイオ系の燃料が吐出される。
この吐出されたバイオ系の燃料は、ニードルバルブ１１６を介してメタリングダイアフラム１２０のメタリングチャンバ１１８に供給される。

メタリングチャンバ１１８は、メタリングダイアフラム１２０によって背圧室１２２と区画されている。
背圧室１２２にはエンジンの負圧が作用しており、メタリングダイアフラム１２０は、エンジンの負圧とメタリングチャンバ１１８との圧力差によって駆動されることとなる
なお、この背圧室１２２とエンジンの負圧とを連通する通路は図示していない。
このメタリングダイアフラム１２０は、コントロールレバー１２４を介して上記のニードルバルブ１１６に接続されており、このメタリングダイアフラム１２０の作動によってニードルバルブ１１６が開閉するようにしている。
具体的には、メタリングチャンバ１１８がバイオ系の燃料で一杯になると、メタリングチャンバ１１８が昇圧し、メタリングダイアフラム１２０が背圧室１２２側に撓む。
このとき、コントロールレバースプリング１２６の弾性力により、コントロールレバー１２４は、その一端（図中左側）が押し下げられるとともに、他端（図中右側）が押し上げられるように回動する。
こうしたコントロールレバー１２４の回動動作によって、ニードルバルブ１１６が押し上げられ、ポンプ室１０６とメタリングチャンバ１１８の連通が遮断されることとなる。

また、気化器本体１０２には、シリンダブロック３に形成された吸気ポート２７と、エアクリーナ２１とを接続する通路１２８が形成されている。
この通路１２８は、上流側（エアクリーナ２１側）を大径部１２８ａとし、下流側（吸気ポート２７側）を大径部１２８ａよりも小径のベンチュリ部１２８ｂとしており、このベンチュリ部１２８ｂに、その開度を変位させるスロットルバルブ１３０が設けられている。
このスロットルバルブ１３０は、その回転軸を通路１２８に直交させており、回転レバー１３０ａを操作することによって図中上下方向にスライドしながら回転し、その回転量によってベンチュリ部１２８ｂの開度が変位するようにしている。

また、このスロットルバルブ１３０には、その回転軸と同軸状に、通路１２８を流通する空気に混合されるバイオ系の燃料の量を微調整するための第１アジャスタスクリュ１３１が設けられている。
この第１アジャスタスクリュ１３１には、その回転軸と同軸状に、第２アジャスタスクリュ１３２が設けられている。第２アジャスタスクリュ１３２は、図中の上下方向に延びるように設けられ、上方から下方に向かって、後述するノズル１３４の内径寸法と略同一の外径寸法から二段階に外形寸法が小さくなる。
この第２アジャスタスクリュ１３２のうち、ベンチュリ部１２８ｂ内に位置する部分を特にニードル１３２ｂという。
そして、このニードル１３２ｂには、後述するメインジェット１３６を切り換えるための切り換え部１３２ａが設けられている。この第１アジャスタスクリュ１３１は、スロットルバルブ１３０に対して一方（ねじ締めつけ方向）に回転すると図中下方に移動し、これとは逆に、スロットルバルブ１３０に対して他方（ねじ戻し方向）に回転すると図中上方に移動する。
第２アジャスタスクリュ１３２は、第１アジャスタスクリュ１３１と同様に、第１アジャスタスクリュ１３１に対して一方（ねじ締めつけ方向）に回転すると図中下方に移動し、これとは逆に、第１アジャスタスクリュ１３１に対して他方（ねじ戻し方向）に回転すると図中上方に移動する。

また、気化器本体１０２には、第２アジャスタスクリュ１３２のニードル１３２ｂに対向するようにノズル１３４が設けられており、このノズル１３４のノズル先端１３４ａに、第２アジャスタスクリュ１３２の先端が挿入されている。
さらに、ノズル１３４には、通路１２８に開口する孔１３４ｂが形成されており、この孔１３４ｂに連通する基端１３４ｃを、メタリングチャンバ１１８に臨ませている。
なお、孔１３４ｂとメタリングチャンバ１１８との間には、混合比調整手段且つバイオ系の燃料調整機構としてのメインジェット１３６およびメインチェックバルブ１３８が設けられている。

図３は、ノズル１３４の説明図である。なお、図４は、図３のＡ−Ａ´における断面図である。

メインジェット１３６は、図３及び図４に示すように、所定の開口面積でノズル１３４の孔１３４ｂとメタリングチャンバ１１８とを連通する第１メインジェット部１３６ａと、第１メインジェット部１３６ａよりも大きい開口面積でノズル１３４の孔１３４ｂとメタリングチャンバ１１８とを連通する第２メインジェット部１３６ｂとを有する。
メインジェット１３６は、第２アジャスタスクリュ１３２の切り換え部１３２ａによって第１メインジェット部１３６ａ及び第２メインジェット部１３６ｂの一方が閉鎖され、他方がノズル１３４の孔１３４ｂとメタリングチャンバ１１８とを連通する。メインジェット１３６は、第２アジャスタスクリュ１３２を第１アジャスタスクリュ１３１に対して回転させることにより、第１メインジェット部１３６ａ及び第２メインジェット部１３６ｂの閉鎖と開放が切り換えられる。
つまり、メインジェット１３６は、使用するバイオ系の燃料に応じて第１アジャスタスクリュ１３１に対して第２アジャスタスクリュ１３２を回転させることにより、第１メインジェット部１３６ａ及び第２メインジェット部１３６ｂの一方にバイオ系の燃料を流通させる。

このような構成の４ストロークエンジン１において、バイオエタノールを燃料として用いた場合に、気化器２５の気化部分に何らかの物質（付着物）が付着するという現象が発見された。
この現象は、バイオエタノールを１００％使用した燃料（Ｅ１００）を使用した場合、かつ、純粋なエタノールのみとするための精製が十分に行われない場合に確認された。
もっとも、以上の様な条件はおそらく付着物が生成され付着する唯一の条件ではなく、他の条件であっても付着物が生成される可能性がある。具体的にはバイオエタノールが１００％でなく、それよりも低いパーセンテージであっても付着物が付着する可能性がある。また、純粋なエタノールのみであっても付着する可能性はある。
なお、この付着物について、おそらく、エステル成分、カルボキシレート成分との混合物ではないかと推測されるが、今のところ特定されていない。
なお、本実施形態は、このエステル成分、カルボキシレート成分の混合物に限定した付着物を除去可能な気化器２５のみを提供するものではなく、何らかの付着物が付着しない気化器２５を提供することを目的としている。

なお、気化部分とは、液体のバイオ系の燃料が気化している空間部分を構成する部材をいう。具体的には、第１の実施形態においては、ノズル１３４、ニードル１３２ｂをいう。
さらに、気化が行われる空間がベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部にまで到達する場合には、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部も気化部分に該当する（図２参照のこと）。

本実施形態は、この付着物を除去することが可能な気化器２５を提供するため以下の様な構成としている。
ノズル１３４又はニードル１３２ｂの少なくとも一方を、撥液性を有する材料によって構成する。
このことによって、ノズル１３４又はニードル１３２ｂに付着物が付着することを防ぐことが可能となった。
ここで、撥液性を有する材料とは、例えば、フッ素樹脂を含んだ材料等が挙げられる。フッ素樹脂を含んだ材料とは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロアルキルシラン等である。
また、撥液性を有する材料は、樹脂（好適にはフッ素樹脂）に撥液性を示すイオン（撥液種）を注入することによって得ることも可能である。
さらにまた、飽和フルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基、長鎖アルキル基などを有する材料であれば撥液性を有することが可能である。
また、表面をフラクタル形状等の表面処理によって撥液性を発揮させることも可能である。なお、この表面処理は、材料自体に撥液性を有する材料にさらに行うとより好適である。

＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態の説明図である。

基本的に、図３と同一の構成を有するが、ノズル１３４及びニードル１３２ｂの表面に撥水コーティングをした点が異なる。
具体的には、ノズル１３４の表面にノズルコーティング１３４ｄを設けている。また、ニードル１３２ｂの表面にニードルコーティング１３２ｄを設けている。
なお、ノズルコーティング１３４ｄ及びニードルコーティング１３２ｄを形成する材質は撥液性を有する材料で構成する。
ここで、撥液性を有する材料とは、例えば、フッ素樹脂を含んだ材料等が挙げられる。フッ素樹脂を含んだ材料とは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロアルキルシラン等である。
また、撥液性を有する材料は、樹脂（好適にはフッ素樹脂）に撥液性を示すイオン（撥液種）を注入することによって得ることも可能である。
さらにまた、飽和フルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基、長鎖アルキル基などを有する材料であれば撥液性を有することが可能である。
また、表面をフラクタル形状等にする表面処理によって撥液性を発揮させることも可能である。なお、この表面処理は、材料自体に撥液性を有する材料にさらに行うとより好適である。

＜第３の実施形態＞
さらに、付着物に対して撥液性を有する物質をバイオエタノール燃料に添加することによって、気化部分への付着物の付着を防ぐことも可能である。
また、付着物に対して撥液性を有する物質をバイオエタノール燃料に添加することによって、一度付着した付着物を吹き飛ばすという効果もある。

＜第４の実施形態＞
気化部分において付着する付着物（物質）は、今のところ特定されていないが、エステル成分、カルボキシレート成分との混合物ではないかと推測される。
そこで、このような物質を溶解可能な添加物をバイオエタノール燃料に添加することが考えられる。
この添加剤としては、例えば、ガソリン燃料であっても良い。なぜなら、ガソリン燃料を加えたバイオエタノール燃料の場合には、気化器２５の気化部分に付着物が付着しなかったという実験結果があるからである。
また、このような物質を溶解可能な添加物は、ガソリン以外の物質であっても良い。例えば、シンナー等の物質であってよい。

＜第５の実施形態＞
さらに、４ストロークエンジン１に用いられるバイオ系の燃料自体を、付着物を溶解する物質にするということも可能である。

＜実施形態の構成及び効果＞
本発明の気化器２５は、気化器２５の噴射されたバイオ系の燃料が空気中に気化する気化部分に撥液性を発揮させることが可能な気化器である。
このような構成を有することから、気化器２５に付着物が付着することを防ぐことが可能となる。
さらに、気化器２５に付着物が付着することを防ぐことが可能となることから、加速性不良及び始動不良等の不都合の発生を抑止することが可能となる。

気化部分を構成する部材が撥液性を有する材料によって作成されている。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４及びニードル１３２ｂ、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部等への付着物の付着を防止することが可能となる。

部材は、バイオ系の燃料を噴射するノズル１３４である。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４への付着物の付着を防止することが可能となる。

部材は、ノズル１３４から噴射するバイオ系の燃料の噴射量を調節するニードル１３２ｂである。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ニードル１３２ｂ等への付着物の付着を防止することが可能となる。

気化部分を構成する部材の表面に撥液性を有する材料をコーティングしている。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４及びニードル１３２ｂ、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部等への付着物の付着を防止することが可能となる。

部材は、バイオ系の燃料を噴射するノズル１３４である。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４への付着物の付着を防止することが可能となる。

部材は、ノズル１３４から噴射するバイオ系の燃料の噴射量を調節するニードル１３２ｂである。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ニードル１３２ｂ等への付着物の付着を防止することが可能となる。

撥液性を発揮する物質が添加されたバイオ系の燃料を用いる。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４及びニードル１３２ｂ、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部等への付着物の付着を防止することが可能となる。

気化部分に付着する物質を溶解する物質が添加されたバイオ系の燃料を用いる
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４及びニードル１３２ｂ、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部等に付着している付着物を除去することができる。

気化部分に付着する物質を溶解するバイオ系の燃料を用いる。
このような構成を有することから、気化部分を構成する部材である、ノズル１３４及びニードル１３２ｂ、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部等に付着している付着物を除去することができる。

＜定義等＞
本発明において、「撥液性を有する材料」には、通常撥液性を有しない材料、又は、撥液性を有するがその能力が低い材料の表面を一定の形状となるように加工して撥水性を高めた材料も含む。
本発明における気化部分とは、液体のバイオ系の燃料が気化している空間部分を構成する部材をいう。ノズル１３４、ニードル１３２ｂは、気化部分の一例である。さらに、気化が行われる空間がベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部にまで到達する場合には、ベンチュリ部１２８ｂを構成する管路の壁部も、本発明の気化部分に該当しうる。
また、本発明におけるエンジンは、４ストロークエンジンに限定するものではなく、２ストロークエンジン等であっても良い。
また、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、様々な変化した構造、構成を有していて良い。
さらにまた、気化器２５は、ノズル式のものである必要性はなく、例えばバタフライ式、フロート式、循環式等のものであっても良い。

１…４ストロークエンジン、２５…気化器、１３２ｂ…ニードル、１３４…ノズル

Claims (10)

1. 気化器の噴射されたバイオ系の燃料が空気中に気化する気化部分に撥液性を発揮させることが可能な気化器。
2. 前記気化部分を構成する部材が撥液性を有する材料によって作成されている
   請求項１に記載の気化器。
3. 前記部材は、バイオ系の燃料を噴射するノズルである
   請求項２に記載の気化器。
4. 前記部材は、ノズルから噴射するバイオ系の燃料の噴射量を調節するニードルである
   請求項２に記載の気化器。
5. 前記気化部分を構成する部材の表面に撥液性を有する材料をコーティングした
   請求項１に記載の気化器。
6. 前記部材は、バイオ系の燃料を噴射するノズルである
   請求項５に記載の気化器。
7. 前記部材は、ノズルから噴射するバイオ系の燃料の噴射量を調節するニードルである
   請求項５に記載の気化器。
8. 撥液性を発揮する物質が添加されたバイオ系の燃料を用いる
   請求項１に記載の気化器。
9. 前記気化部分に付着する物質を溶解する物質が添加されたバイオ系の燃料を用いる
   請求項１に記載の気化器。
10. 前記気化部分に付着する物質を溶解するバイオ系の燃料を用いる
    請求項１に記載の気化器。
    

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