JP2015218717A - 層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びその気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】層状掃気式エンジンの給気比を高め、吸気抵抗を低減して燃焼状態を向上しながらエミッション特性を改善する。【解決手段】スロットルバルブ204とチョークバルブ242との間に仕切り壁は無く、両バルブ204,242の間の隙間244は開放されている。全開状態のスロットルバルブ２０４の下側領域の混合気通路246には、チョークバルブ２４２の上側領域及び下側領域の双方の吸入エアが流れ込む。メインノズル202は、スロットルバルブ204に向けて傾斜して配置されている。【選択図】図1

Description

本発明は層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びこれに組み込まれる気化器に関する。本発明は、典型的には、刈り払い機、チェーンソー、パワーブロワーなどのポータブル作業機に搭載される単気筒エンジン及びこれに組み込まれる気化器に関する。

特許文献１は、ポータブル作業機に搭載される単気筒２サイクル内燃エンジンを開示している。この種の２サイクルエンジンには気化器が組み込まれる。

一般的な気化器の基本的な構造及び動作を図１８〜図２０を参照して説明する。気化器は、次のように定義される。「ベルヌーイの法則を利用して液体燃料を気化器内部の吸入エア通路に霧状に散布し、この霧状の燃料と吸入エアとが混合した混合気を生成する。」そして、ベルヌーイの法則を利用するために気化器はベンチュリ部を備えている。

ベンチュリ部は、周知のように、気化器内の吸入エア通路の途中を細く絞った構造を意味している。吸入エアがベンチュリ部を通過するとき流速が増加する。流速が増加した吸入エアは静圧が低下するため、液体燃料が吸入エア通路に吸い出される。この理論に従い、従来の気化器にあっては、吸入エア通路に燃料を供給するポート又はノズルがベンチュリ部の頂部近傍に位置決めされていた。

図１８〜図２０を参照して、図中、矢印は、エンジンの吸入エアの流れを示す。気化器１００は吸入エア通路１０２を有し、この吸入エア通路１０２をエアクリーナ（図示せず）で濾過したエアが通過する。吸入エア通路１０２はベンチュリ部１０４を有している。吸入エア通路１０２には、ベンチュリ部１０４の下流側にスロットルバルブ１０６が配設され、ベンチュリ部１０４の上流側にはチョークバルブ１０８が配設されている。スロットルバルブ１０６及びチョークバルブ１０８はバタフライ弁で構成され、バタフライ弁は円板の形状を有している。

気化器１００は、パーシャル運転（部分負荷域）乃至高速運転（高負荷域）で燃料を吸入エア通路１０２に供給するメイン系統と、アイドル運転などの低速運転で燃料を吸入エア通路１０２に供給するアイドリング系統とを有している。メイン系統はスロットル系統とも呼ばれている。アイドリング系統はスロー系統とも呼ばれている。

図示の気化器１００は、メイン系統のメインポート１１０と、スロー系統のスローポート１１２と有する。メインポート１１０はベンチュリ部１０４の頂部に位置決めされている。スローポート１１２は、全閉位置にあるスロットルバルブ１０６の周縁近傍に位置決めされている。スローポート１１２は、第１乃至第３のアイドルポート１１２(1)〜１１２(3)で構成されている。

第１のアイドルポート１１２(1)は「プライマリアイドルポート」と呼ばれている。第１のアイドルポート１１２(1)は、エアの流れ方向下流側に位置している。第３のアイドルポート１１２(3)は、エアの流れ方向上流側に位置している。第２のアイドルポート１１２(2)は、第１のアイドルポート１１２(1)と第３のアイドルポート１１２(3)との間に位置決めされている。

図１８はアイドル運転での気化器の状態を示す。アイドル運転ではスロットルバルブ１０６が全閉位置にある。この状態では、燃料は第１のアイドルポート１１２(1)から供給される。

図１９はパーシャル運転での気化器の状態を示す。パーシャル運転ではスロットルバルブ１０６が半開きの状態にある。この状態では、燃料は第１乃至第３のアイドルポート１１２(1)〜１１２(3)に加えてメインポート１１０からも供給される。

図２０は高速運転での気化器の状態を示す。高速運転ではスロットルバルブ１０６が全開状態にある。高速運転は「フルスロットル（全開）」運転と呼ばれている。高速運転では、上述したパーシャル運転のときと同様に、第１乃至第３のアイドルポート１１２(1)〜１１２(3)及びメインポート１１０から燃料が供給される。この高速運転では多量の燃料が吸入エア通路１０２に供給される。したがって、高速運転では、吸入エア通路１０２に供給される燃料は、ベンチュリ部１０４の頂部に位置するメインポート１１０から供給される燃料が主体となる。

特許文献２は、層状掃気式２サイクルエンジンに組み込まれた気化器を開示している。層状掃気方式の２サイクル内燃エンジンは特許文献３及び４に詳しく説明されている。

層状掃気式２サイクルエンジンは、掃気行程の初期に発生する未燃焼ガスの吹き抜け現象を低減することを目的として、掃気行程の初期に先導エアを燃焼室に導入し、次いで混合気を燃焼室に導入して掃気を行う。層状掃気方式のエンジンに組み込まれた気化器は、スロットルバルブが全開状態のときに、エアクリーナで濾過したエアをエンジン本体に供給するフレッシュエア通路と、混合気を生成して、当該混合気をエンジン本体（クランク室）に供給する混合気通路とが作られる。フレッシュエア通路は、クランク室と燃焼室とに連通する掃気通路に接続される。

層状掃気式エンジンにおいては、スロットル全開（高速運転）の状態では、未燃焼ガスの吹き抜けに相当する量のフレッシュエアを上記掃気通路の上部に充填するのが望ましく、また、気化器で生成された混合気の全てをエンジン本体のクランク室に充填するのが望ましい。

特許文献２に開示の気化器は、スロットルバルブの上流側に配置された気化器内仕切り壁を有している。この気化器内仕切り壁はスロットルバルブの上流側の吸入エア通路を第１通路と第２通路とに区画している。すなわち、この仕切り壁で区画された第１、第２の通路は各々が独立して気化器の上流端からスロットルバルブの近傍まで延びている。

スロットルバルブが全開状態になると、スロットルバルブが前記気化器内仕切り壁と隣接した状態となり、これにより高速運転（スロットル全開）では、スロットルバルブによって上記第１通路、上記第２通路が気化器の下流端まで延長される。

スロットル全開つまり高速運転のとき、上記第１通路を通じてエアクリーナで濾過されたフレッシュエアをエンジン本体に供給する。

特許文献２に開示の気化器は、ベンチュリ部の頂部に位置するメインポートが上記気化器内仕切り壁に臨んで位置している。上記第２通路は混合気通路を構成し、混合気はエンジン本体（クランク室）に供給される。

図２１は特許文献１に開示の気化器の概略図である。図２１を参照して、特許文献１の気化器２００はメインノズル２０２を有する。参照符号２０４はスロットルバルブを示し、２０６はベンチュリ部を示す。なお、参照符号２０８はエアクリーナである。

メインノズル２０２はベンチュリ部２０６の頂部の近傍に配置され、また、全開状態のスロットルバルブ２０４の板面に向けて傾斜した状態で位置決めされている。すなわち、メインノズル２０２は下流側に向けて傾斜して配置されている。他方、スロットルバルブ２０４の上流端部には隆起部２１２が形成され、メインノズルと接近するよう混合気通路内部に突出している。この隆起部２１２は、混合気通路を狭めることによって矢印で図示した吸入エアの流速を高めることを目的としている。

図２１に示す参照符号２２０はインテーク部材を示す。気化器２００はインテーク部材２２０によってエンジン本体２１４と連結される。インテーク部材２２０は、仕切り壁２２２によって形成されたフレッシュエア通路２２４と混合気通路２２６とを有する。混合気通路２２６はエンジン本体２１４のクランク室２１６に連通している。

スロットル全開つまり高速運転のとき、メインノズル２０２から吐出された燃料はスロットルバルブ２０４によって受け止められ、その全量がエンジン本体２１４のクランク室２１６に供給される。図中、参照符号２１８はピストンであり、２２８は燃焼室である。

US 7,201,120 B2 US 7,100,551 B2 ＪＰ特開２００２−２２７６５３号公報 WO 98/57053号公報

特許文献１及び２に開示の気化器は、スロットルバルブが全開状態のときは、このスロットルバルブによって混合気がフレッシュエア通路に侵入するのを防止できる。

特許文献１に開示の気化器２００（図２１）は、スロットルバルブ２０４の下面の隆起部２１２とベンチュリ部２０６との間に形成された隙間に流れ込む吸入エアによって混合気が生成される。

特許文献２に開示の気化器は、気化器内仕切り壁によって区画される第２通路を通る吸入エアによって混合気が生成される。

前述したように、従来の気化器はベンチュリ部の頂部又は頂部の近傍にメインノズル又はメインポートが位置決めされている。

図２１を参照して、特許文献１の気化器は、流速を高めて混合気とフレッシュエアとの分離度を高めることを目的として、スロットルバルブ２０４の隆起部２１２によって、スロットルバルブ２０４とベンチュリ部２０６との間の間隔を実質的に狭めることを提案している。しかしながら、このことは、混合気を生成するために利用可能な吸入エアの量を絞り込むことと等価である。つまりクランク室に導入する混合気の量を制限する構造であるため給気比を高めることが困難になる。また、隆起部２１２は吸気抵抗を高める要素となる。

特許文献２の気化器によれば、上流端から下流端に亘って気化器内部を混合気通路とフレッシュエア通路とに完全に区画するため、混合気を生成するのに利用可能なエアの量は、常に夫々の通路有効断面積によって規定され、したがって気化器がエアクリーナから取り込む吸入エアの約半分である。

本発明の目的は、層状掃気式エンジンの給気比を高め、吸気抵抗を低減して燃焼状態を向上しながらエミッション特性を改善することのできる気化器及びこれを備えた層状掃気式エンジンを提供することにある。

本発明の更なる目的は、気化器内で生成された混合気と、掃気通路の上部に供給するフレッシュエアとの分離度を高いレベルで維持するのが容易な気化器及びこれを備えた層状掃気式エンジンを提供することにある。

本発明の更なる目的は、小型化が可能な気化器及びこれを備えた層状掃気式エンジンを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の一つの観点によれば、
層状掃気用２サイクルエンジンのエンジン本体とエアクリーナとの間に介装される気化器であって、
前記エアクリーナで濾過したエアを受け入れる吸入エア通路と、
該吸入エア通路に配設され且つ板状のバタフライ弁で構成されたスロットルバルブと、
全開状態の前記スロットルバルブの板面に向けて燃料を吐出するメインノズル又はメインポートとを含み、
前記スロットルバルブの上流側が、仕切り壁のない開放された空間で構成されていることを特徴とする層状掃気式エンジン用の気化器を提供することにより達成される。

本発明に従う気化器はチョークバルブを有していてもよいし、チョークバルブの代わりに電気的に濃い燃料を一時的に吸入エア通路に供給するようにしてもよい。また、気化器に流入するエアの量を絞り込むシャッターを気化器の上流側端面に設け、このシャッターによってチョークバルブの機能を発揮させてもよい。

バタフライ弁で構成したチョークバルブをスロットルバルブの上流側に配置した気化器であれば、共に全開状態のスロットルバルブとチョークバルブとの間を開放空間で構成すればよい。

上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
層状掃気用２サイクルエンジンのエンジン本体とエアクリーナとの間に介装される気化器であって、
前記エアクリーナで濾過したエアを受け入れる吸入エア通路と、
該吸入エア通路に配設され且つ板状のバタフライ弁で構成されたスロットルバルブと、
全開状態の前記スロットルバルブの板面に向けて燃料を吐出するメインノズル又はメインポートとを含み、
前記スロットルバルブの上流側が、仕切り壁のない開放された空間で構成されていることを特徴とする層状掃気式エンジン用の気化器を備え、
該気化器と、ピストンバルブ方式のエンジン本体とが吸気通路によって連結され、
該吸気通路が、仕切り壁よってフレッシュエア通路と混合気通路とに区分され、
該混合気通路が、前記エンジン本体のクランク室に連通可能であることを特徴とする層状掃気式２サイクル内燃エンジンを提供することにより達成される。

図１は、本発明の原理を説明するための図である。図１に図示の例は、本発明に従う気化器の一つの典型例であり、図示の気化器はチョークバルブを備えている。図１に図示の要素のうち、図２１（特許文献１に開示の気化器の概略図）に図示の要素と同じ要素には、図２１と同じ参照符号を使用する。

図１に示す参照符号２４０は本発明に従う気化器の典型例を示し、参照符号２４２はチョークバルブを示す。この図１は、スロットルバルブ２０４、チョークバルブ２４２が共に全開の状態を図示している。ピストン２１８が上昇する過程で、気化器内で生成された混合気が、インテーク部材２２０の混合気通路２２６を通じてクランク室２１６に充填される。そして燃焼が終わり掃気行程が始まると、掃気通路の上部に充填されているフレッシュエアが先ず燃焼室２２８に導入され、次いでクランク室２１６内の混合気が燃焼室２２８に導入される。

インテーク部材２２０は、気化器２４０から出るフレッシュエアと混合気とをエンジン本体２１４に供給する吸気通路を構成する部材である。インテーク部材２２０は、その長手方向に単一の部材で構成してもよいし、複数の部材で構成してもよい。

ピストンが下死点から上死点に上昇する過程で、シリンダ周面に設けられた混合気ポートがクランク室に向けて開口し、混合気ポート上方に位置する空気ポートが、ピストン周面に設けられたピストン溝と連通する。ここに、ピストン溝とは、空気ポートと掃気通路の上部とを連通させるためにピストンの周面に設けられた、従来から知られている溝をいう。次いで、ピストン溝と掃気ポートとが連通した時点で、掃気通路の上部に対するフレッシュエアの充填が開始される。

なお、上述した層状掃気式エンジンはピストン溝を備えたエンジンであるが、本発明は、特許文献３（ＪＰ特開２００２−２２７６５３号公報）に記載のリード弁式の層状掃気式エンジンにも好適に適用できる。リード弁式の層状掃気式エンジンは、掃気通路へのフレッシュエアの充填がリード弁によって制御される。

本発明の気化器が最もその効果を発揮するエンジンは、混合気ポートの開口タイミングが、ピストン溝を介して空気ポートと掃気ポートとが連通するタイミングよりも早く設定されているエンジンである。このエンジンでは、気化器内の流動が、スロットルバルブ下方側（混合気通路側）から発生する。

本発明に従う気化器２４０は、スロットルバルブ２０４とチョークバルブ２４２との間に仕切り壁が無い。つまりスロットルバルブ２０４とチョークバルブ２４２との間の隙間２４４は開放されている。

全開状態のスロットルバルブ２０４で形成される気化器２４０内の混合気通路２４６には、チョークバルブ２４２の上側領域及び下側領域の双方の吸入エアが流れ込む。すなわち、エアクリーナ２０８から気化器２４０に流入するエアの全量が混合気通路２４６に流れ込むタイミングが発生する。

全開状態のスロットルバルブ２０４によって形成される気化器内混合気通路２４６には、メインノズル２０２から吐出される燃料が供給される。メインノズル２０２に代えてメインポートであってもよい。

前述した図２１に図示の気化器２００は、スロットルバルブ２０４の上流端部に隆起部２１２を有し、また、スロットルバルブ２０４の直ぐ上流側にベンチュリ部２０６を有している。このことから、スロットルバルブ２０４（隆起部２１２）とベンチュリ部２０６との間の隙間２５０は流速を早める目的から相対的に小さく設定されている。しかし、隆起部２１２とベンチュリとの間隔を狭くしたことで、吸気抵抗が増大し、また、隆起部２１２付近での流動乱れが発生し、混合気生成用の吸入エア量を制限する要因となっている。一方、全開状態のスロットルバルブ２０４の上側のフレッシュエア通路には抵抗要素が無いために、相対的に多量のフレッシュエアがエンジン本体２１４に導入される。

未燃焼ガスの「吹き抜け」現象を改善するために、層状掃気のためのフレッシュエアの導入は欠かせない。ただし、2サイクルエンジンの吹き抜けは20％〜25％であり、排気ポートが閉じた後、燃焼室２２８には正常な燃焼状態を維持するための、適正濃度の充分な混合気が充填されなければならない。エンジンの燃焼を維持できないほどのフレッシュエアを導入することは、排出ガスの低減を実現する反面、出力低減や加速性の悪化などを発生させてしまう。

図２１に図示の気化器２００は、フレッシュエアと混合気との分離を達成し、層状掃気式エンジン本体２１４にフレッシュエアと混合気を分離した状態で導入するのに成功しているが、混合気とフレッシュエアの供給バランスや、エンジンへの供給タイミングや、エンジン本体２１４の適正な燃焼状態については勘案していない。

図１に図示の本発明に従う気化器２４０において、気化器内混合気通路２４６の入口を参照符号２５２で図示してある。気化器内混合気通路２４６の入口２５２は、図２１に図示の隙間２５０よりも相対的に大きい。つまり、本発明に従う気化器２４０によれば、気化器内混合気通路２４６に、チョークバルブ２４２の上側及び下側を通過する吸入エアつまりエアクリーナから気化器２４０に入り込んだ吸入エアの全体が気化器内混合気通路の入口２５２に流入可能な状態にある。

したがって、本発明の気化器を採用することにより、クランク室２１６に相対的に沢山の混合気を吸い込むことができるため層状掃気式エンジンの給気比(delivery ratio)を向上させることができる。これにより、層状掃気式エンジンの出力を高めることができる。

本発明に従う気化器２４０を図示した図１では、図２１に図示したベンチュリ部２０６が図示されていない。本願発明者らは、層状掃気式エンジンに適用する気化器はベンチュリ部は必ずしも必須ではないとの検証結果を得ている。したがって、本発明の気化器２４０からベンチュリ部２０６を省いてもよい。このようにすれば、吸気抵抗が一層減り、混合気通路内の流動乱れ等も発生しづらくなり、混合気の導入がよりスムーズになる。

本発明に従う気化器２４０は、勿論、従来と同様のベンチュリ部２０６を有していてもよい。図２１に図示の気化器２００は、スロットルバルブ２０４の上流端部に隆起部２１２を有している。これに対して、本発明に従う気化器２４０は上記隆起部２１２を有していない。したがって、気化器内混合気通路２４６の入口２５２を従来に比べて広く確保することができる。

本発明に従う気化器２４０は、メインノズル２０２又はメインポートを、図２に図示のように、ベンチュリ部２０６の頂部又はその近傍に配置してもよい。また、図３に図示のように、ベンチュリ部２０６の頂部又はその近傍から離れた部位に配置してもよい。また、ベンチュリ部２０６は従来に比べて低く形成するのがよい。また、メインノズル２０２を傾斜した状態で配置するのがよい。

メインノズル２０２は、その吐出口が、回転するスロットルバルブ２０４の外端縁と干渉しない位置であり且つ該外端縁の軌跡に隣接して位置するのが好ましい。

本発明の他の目的、作用効果は、後に説明する本発明の複数の具体例の詳しい説明から明らかになろう。

本発明の気化器の原理を説明するための図である。 本発明の気化器に含まれる変形例を説明するための図である。 本発明の気化器に含まれる他の変形例を説明するための図である。 メインポートを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが全開状態である。 メインポートを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが半開きの状態である。 メインポートを備えた気化器に接続された吸気管の仕切り壁の変形例を説明するための図であって、スロットルバルブが全開状態である。 メインポートを備えた気化器に接続された吸気管の仕切り壁の変形例を説明するための図であって、スロットルバルブが半開き状態である。 メインノズルを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが全開状態である。 メインノズルを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが半開き状態である。 傾斜して配置したメインノズルを備えた気化器において、メインノズルの傾斜を説明するための図である。 実施例のベンチュリ部無しの気化器の斜視図である。 実施例の内部構造を説明するための断面図である。 (I)は、スロットルバルブとチョークバルブとが互いに干渉しない位置まで接近した状態で配置することが可能であることを説明するための図であり、(II)はスロットルバルブとチョークバルブとを若干離した状態で配置した例を示す。 実施例の気化器は、平面視したときに、スロットルバルブ軸と、気化器の下流側端面とを互いに隣接させたときの利点を説明するための図である。 従来の気化器は、平面視したときに、スロットルバルブ軸と、気化器の下流側端面とが離れており、これに伴って全開状態のスロットルバルブの下流側に隙間が発生することを説明するための図である。 実施例の気化器に含まれるメインノズルの直上流に整流要素を配置した例を説明するための図である。 スロットルバルブとチョークバルブとを備えた気化器において、メインノズル又はメインポートから吐出される燃料を差し向ける、好ましい位置を説明するための図である。 従来の典型的な気化器の断面図であって、アイドル運転状態の気化器を示す。 従来の典型的な気化器の断面図であって、パーシャル運転状態の気化器を示す。 従来の典型的な気化器の断面図であって、高速運転状態の気化器を示す。 特許文献１に開示の気化器の概略図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明に従う気化器を説明する。

図４、図５は本発明に従う気化器の一つの具体例を説明するための図である。図４、図５に示す参照符号２は、スロットルバルブ式の気化器を示す。この気化器２は従来から既知の層状掃気式２サイクル内燃エンジンに組み込まれる。層状掃気式の２サイクルエンジンの構成は様々である。層状掃気式エンジンの機構や作用は特許文献３（ＪＰ特開２００２−２２７６５３号公報）、特許文献４（WO 98/57053号公報）に詳しく説明されていることから、特許文献３及び４を本願明細書に組み込む。

層状掃気式の２サイクルエンジンの概要を説明すると次の通りである。層状掃気式２サイクルエンジンは、一般的な２サイクルエンジンと同様に、クランク室と燃焼室とに連通する掃気通路を有する。そして、クランク室に混合気が充填される。クランク室の混合気は掃気通路を通じて燃焼室に導入される。層状掃気式２サイクルエンジンは、掃気行程において、クランク室の混合気を燃焼室に導入する直前つまり掃気行程の初期に燃料成分を含まない先導エアが燃焼室に導入される点に特徴がある。

図４、図５を参照して、気化器２は吸入エア通路４を有している。吸入エア通路４にはスロットルバルブ６が配設されている。スロットルバルブ６は軸６aを中心に揺動可能であり、このスロットルバルブ６の開度によって吸入空気量が変化し、エンジン出力が制御される。図中、矢印は吸入エアの流れ方向を示している。気化器２には、エアクリーナで濾過したエアが供給される。気化器２の下流端はインテーク部材１２を介してエンジン本体に連結される。

インテーク部材１２は、気化器２とエンジン本体とを連結するための部材であり、吸気通路を構成するための部材である。このインテーク部材１２は、長手方向に連続した単一の部材で構成してもよいし、複数の部材で構成してもよい。

吸入エア通路４は従来と同様にベンチュリ部を有していてもよいし、後に説明する実施例のようにベンチュリ部無しであってもよい。従来高さのベンチュリ部を有する場合は、メインノズルを流動方向下流側へ傾斜させることによって、全体的な突出高さを抑えるのがよい。

吸入エア通路４に臨んで、スロットルバルブ６の直上流側にメインポート１４が配設されている。メインポート１４は、吸入エアの流れ方向下流側に向けて斜めに開口しているのがよい。また、図示のように、吸入エア通路４の壁面に小さな山１５を形成し、この局部的な小山１５の頂部付近にメインポート１４を開口させるのが好ましい。

図４は高回転運転のときの気化器２の状態を示している。高回転運転つまりスロットルバルブ６が全開状態のときには、従来と同様に、スロットルバルブ６及びその下流のインテーク部材１２の仕切り壁１２aで混合気通路１６が形成される。そして、メインポート１４から吐出される燃料は、スロットルバルブ６によって案内されて混合気通路１６を通じてエンジン本体のクランク室に充填される。

図５はパーシャル運転のときの気化器２の状態を示す。パーシャル運転ではスロットルバルブ６は半開きの状態である。半開きのスロットルバルブ６の下流端とインテーク部材１２の仕切り壁１２aとの間には隙間１８を通じて、従来と同様に、メインポート１４から吐出された燃料の一部がフレッシュエア通路２０に流れ込む。メインポート１４から吐出された燃料の大部分は混合気通路１６を通じてエンジン本体に供給される。

図６、図７の参照符号Ｄ2は、スロットルバルブ６の軸６aと吸入エア通路４の下流端との間の距離を示す。従来に比べて、この距離Ｄ2が小さいことが分かるであろう。すなわち、スロットルバルブ軸６aは吸入エア通路の下流端に隣接して位置決めされている。この距離Ｄ2は、スロットルバルブ軸６aの直径が5.0mmであるとすると約2.5mm〜約6.0mm、好ましくは約2.6mm〜約5.0mm、最も好ましくは約2.8mm〜約4.0mmである。

このスロットルバルブ軸６aの配置によって、半開きのスロットルバルブ６とインテーク部材１２の仕切り壁１２aとの間の隙間１８を小さくすることができる。換言すれば、パーシャル運転のときの、混合気とフレッシュエアとの分離度を、この比較的小さな隙間１８の大きさによって制御することができる。パーシャル運転のときの分離度を所望の値にすることができるように、スロットルバルブ軸６aと吸入エア通路４の下流端との間の距離Ｄ2を決めればよい。

上記距離Ｄ2を小さな値に設定する技術的思想は、本発明の実施例に限定されることなく、広く一般的に層状掃気式２サイクル内燃エンジンに適用可能であることは言うまでもない。

勿論、メインポート１４の配置位置は、アイドル域、パーシャル域、高回転域で従来と同様の働きをすることができる位置に設定すればよい。具体的にはメインポート１４の配置位置は次の条件を満たす位置に設定される。(1)パーシャル運転乃至高回転運転でメインポート１４から燃料が吐出する。(2)アイドル運転ではメインポート１４から燃料が吐出しない。この(1)、(2)の条件は従来と同じである。

なお、インテーク部材１２の仕切り壁１２aに関し、その上流端部に段部１２bが形成され、この段部１２bにスロットルバルブ６が着座することによりスロットルバルブ６が全開状態になる。

この仕切り壁１２aの変形例として、図６、図７に示すように、段部１２b無しに仕切り壁１２aがインテーク部材１２の上流端まで延びていてもよい。

図８、図９は本発明に従う気化器の一つの具体例を説明するための図である。図８、図９に示す気化器２２は、基本的には前述した図４、図５に示す気化器２に対応している。図８、図９に示す気化器２２の説明において、図４、図５を参照して説明した要素と同じ要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。

図４、図５に図示の気化器２は、吸入エア通路４を規定する壁面に開口したメインポート１４を備えているが、このメインポート１４に代えて、図８、図９に示す気化器２２は、吸入エア通路４の壁面から突出して位置するメインノズル２４を備えている。メインノズル２４は、好ましくは、吸入エアの流れ方向下流側に向けて傾斜した状態で位置決めされる。この傾斜角度を図１０に“α”で図示してある。

メインノズル２４は、揺動するスロットルバルブ６と干渉しないことを条件に、その長さ及び傾斜角度が設定されている。メインノズル２４の傾斜角度αは、気化器２２を生産するときに、吸入エア通路４を規定する壁面の孔にメインノズル２４を圧入する作業を支障なく実施できる角度を念頭において、圧入可能な角度よりも小さく且つメインノズル２４から燃料が安定的に吐出する角度に設定される。この傾斜角度αは具体的には０°〜５０°、好ましくは１０°〜４０°、最も好ましくは１０°〜３５°である。

前述した特許文献１に開示の気化器では、メインノズルの傾斜角度αは３０°よりも大きい。

図８は高回転運転のときの気化器２２の状態を示している。図９はパーシャル運転のときの気化器２２の状態を示す。図８、図９に図示の気化器２２の作用は、図４、図５を参照して前述した気化器２と実質的に同じであることから、その説明を省略する。

図１１以降の図面は実施例のスロットルバルブ式の気化器３０を示す。実施例の気化器３０は層状掃気式の２サイクル内燃エンジンに適用される。当該２サイクルエンジンは単気筒であり且つ排気量は２０cc乃至１２０ccである。この実施例の気化器３０の説明において、図４などを参照して説明した要素と同じ要素には同じ参照符号を使うことにより、その説明を省略する。実施例のエンジンを搭載したポータブル作業機の具体例は、チェーンソー、トリマー、パワーブロワー、エンジン式のポンプ、小型発電機、農薬噴霧機などである。

図１１（気化器３０の斜視図）を見ると当業者であれば、気化器３０がコンパクトであることが直ぐに分かるであろう。図１２は、気化器３０の断面図である。図１２を参照して、気化器３０はスロットルバルブ６に加えてチョークバルブ３２を有している。先に参照した図１８などの従来例と対比すると直ぐに分かるように、実施例の気化器３０の吸入エア通路４にはベンチュリ部（図１８の符号１０４）が無い。

図１２の矢印は吸入エアの流れ方向を示している。スロットルバルブ６とチョークバルブ３２が互いに隣接して配置されている。スロットルバルブ軸６aとチョークバルブ軸３２aとの間の軸間距離Ｄ1（図１２）は、スロットルバルブ６の半径とチョークバルブ３２の半径とを合算した値と実質的に等しい。スロットルバルブ６とチョークバルブ３２とが共に全開状態のときには、スロットルバルブ６とチョークバルブ３２は同一平面で実質的に連続した面を形成する。

スロットルバルブ６の直ぐ上流にメインノズル２４が位置決めされている。互いに隣接した配置されたスロットルバルブ６とチョークバルブ３２との中間にメインノズル２４が配置されている。

スロットルバルブ６の直上流に位置するメインノズル２４は傾斜して位置決めされている。この実施例では、メインノズル２４の傾斜角度αは２５°である。このメインノズル２４は、その先端が、全開状態のスロットルバルブ６の板面から離れる方向に傾斜し、そして、スロットルバルブ６の板面に差し向けられている。この構成により、スロットルバルブ６とチョークバルブ３２との間の仕切り壁は不要となる。すなわち、スロットルバルブ６の上流側に仕切り壁を設けなくても、メインノズル２４から吐出された燃料がスロットルバルブ６の上流側からフレッシュエア通路に入り込んでしまうのを阻止することができる。

スロットルバルブ６の軸６aに隣接して気化器３０の下流側端面３０aが位置している。同様にチョークバルブ３２の軸３２aに隣接して気化器３０の上流側端面３０bが位置している。

上記の構成を備えた実施例の気化器３０は、従来の気化器１００（図１８）に比べて、吸入エアの流れ方向の長さ寸法Ｌ1が小さい。

寸法Ｌ1を小さくできる理由を列挙すると次の通りである。
(1)従来例で説明したベンチュリ部１０４（図１８）が存在しない。
(2)スロットルバルブ軸６aとチョークバルブ軸３２aとの間の距離Ｄ1が小さい。

(3)スロットルバルブ軸６aが気化器３０の下流側端面３０aに隣接して位置している。つまり図６などで説明した距離Ｄ2が小さい。具体的には、距離Ｄ2は3.2mmである。ちなみに気化器３０のボア径は17.5mmである。
(4)チョークバルブ軸３２aが気化器３０の上流側端面３０bに隣接して位置している。

実施例の気化器３０は、上述したようにベンチュリ部１０４（図１８）が存在していない。このことにより、互いに干渉しない位置までスロットルバルブ６とチョークバルブ３２とを近接した状態で配置することができる。

図１３は、スロットルバルブ６とチョークバルブ３２との配置を説明するための図である。図１３の(I)は、スロットルバルブ６とチョークバルブ３２とが互いに干渉しない位置まで接近して配置することが可能であることを説明するための図である。スロットルバルブ６とチョークバルブ３２との間に配置されるメインノズル２４は、スロットルバルブ６及びチョークバルブ３２と干渉しない位置及び突出量に設定されるのは言うまでもない。

図１３の(II)は、スロットルバルブ６とチョークバルブ３２とを若干離して配置した例を示す。

前述したように、従来の気化器１００（図１８）はベンチュリ部１０４を必須の要素としていた。従来の気化器１００は、ベンチュリ部１０４の頂部にメインポート１１０又はメインノズルを配置する構成が採用され、この構成は必須であると考えられていた。

本願発明者らは、従来必須と考えられてきたベンチュリ部が、層状掃気式エンジンに適用される気化器においては必須ではないとの検証を得た。この検証結果に基づいて実施例の気化器３０はベンチュリ部を備えていない。このことから、メインポート１４又はメインノズル２４の配置位置に関する自由度は従来に比べて高い。換言すれば、スロットルバルブ６とメインポート１４又はメインノズル２４との間の距離を小さく設定することができる。

また、スロットルバルブ６の直上流にメインノズル２４を位置決めできるため、メインノズル２４から吐出した燃料を、全開状態のスロットルバルブ６の板面に差し向けるためにメインノズル２４の傾斜角度αを大きく設定する必要はない。メインノズル２４の傾斜角度αは、既に生産実績のある角度に設定することができる。この実施例では２５°である。

図１４を参照して、気化器３０は、その下流側端面３０aとスロットルバルブ軸６aとの間の距離Ｄ2が従来に比べて小さい。これにより気化器３０の長さ寸法Ｌ1を小さくできる。つまり、気化器３０を従来に比べてコンパクトにできる。図１５は従来例を示す。

図１５（従来例）を見るとよく分かるように、気化器１００の下流側端面１００aがスロットルバルブ軸１０６aから離れていることによって、全開状態のスロットルバルブ１０６の下流側に隙間Ｇができる。図１５の参照符号１２は、前述した吸気管である。インテーク部材１２は、気化器１００とエンジン本体との間に配設される。参照符号１２aは仕切り壁である。この仕切り壁１２aによって混合気通路１６とフレッシュエア通路２０とが区画される（図４）。

図１５（従来例）を参照して、全開状態のスロットルバルブ１０６を平面視したときに、スロットルバルブ１０６の両側の隙間Ｇは、高速運転時における混合気とフレッシュエアとの分離度を低下させる一因になる。

図１４を参照して、実施例の気化器３０は、その下流側端面３０aとスロットルバルブ軸６aとの間の距離Ｄ2が小さい。これによりスロットルバルブ６の両側の隙間Ｇを限りなく小さくできる。距離Ｄ2が小さいほど隙間Ｇが小さくなるのは言うまでもないが、距離Ｄ2の減少に従って隙間Ｇの面積は二次曲線的に減少する。

スロットルバルブ軸６aと、これに隣接する気化器端面３０aとの距離Ｄ2が、スロットルバルブ６の半径の1/2以下であるとき、隙間Ｇは、隙間Ｇを通過するガスの流れをほぼゼロとみなすことができる。実施例では、スロットルバルブ軸６aを気化器端面３０aから3.2mmの位置に配置した。この3.2mmの数値は、スロットルバルブ６の半径の1/2よりも小さい。これにより、高速運転つまりスロットルバルブ６が全開状態のときの隙間Ｇを通じたガスの流れを無視できる。これにより混合気とフレッシュエアとの分離度を高めることができる。

すなわち、実施例の気化器３０によれば、下流側端面３０aとスロットルバルブ軸６aとの間の距離Ｄ2を小さくすることで、隙間Ｇを埋めるためにインテーク部材１２の仕切り壁１２aを延長させる必要性を無くすることができ、シンプルでコンパクトな層状掃気エンジン用気化器を提供できる。

以上、本発明を具体的に説明した。本発明は特許請求の範囲で定義した発明に含まれる様々な具体的な態様や変形を包含する。図１６は、メインノズル２４の直上流に、エアの流れを整えるための要素３６を配置させた例を説明するための図である。吸入エア通路４を流れるエアは、その一部の流れが整流要素３６によって整えられた状態でメインノズル２４を通過する。これにより、メインノズル２４から吐出される燃料の吐出量を安定化できる。

整流要素３６は、吸入エア通路４を規定する壁面の一部を隆起させることにより形成してもよい。吸入エア通路４を規定する壁面の一部を肉盛りすることで整流要素３６を形成してもよい。メインノズル２４と一体化する部材で整流要素３６を形成してもよい。

勿論、図４、図５を参照して説明したメインポート１４についても、その直上流に整流要素３６を設けてもよい。図４、図５の例で具体的に説明すれば、メインポート１４が開口する局部的な小山１５の一部を、整流効果を発揮する形状にするのがよい。

図１〜図３を参照して、スロットルバルブ２０４とチョークバルブ２４２とを備えた気化器２４０を例にメインノズル２０２の好ましい配置を説明する。図１７は、図１に図示の気化器２４０と同じである。

この図１７を参照して、スロットルバルブ２０４とチョークバルブ２４２との間の隙間２４４を通じて混合気通路２４６に入り込むフレッシュエアAr(1)と、混合気通路２４６に入り込む吸い込みエアAr(2)とは、混合気通路２４６のポイントＰで合流する。この合流ポイントＰ又はその下流に向けて、メインノズル２０２から吐出される燃料を差し向けるのが好ましい。具体的には、スロットルバルブ２０４とチョークバルブ２４２の間に形成される隙間２４４の前後方向中間位置よりも前方側（下流側）である。すなわち、隙間２４４の前後方向中間よりも下流側にメインノズル２０２の吐出口が差し向けられる。勿論、メインノズル２０２から吐出される燃料の全てをスロットルバルブ２０４の下面で規定される混合気通路２４６で受け入れられるように、メインノズル２０２の配置位置及び傾斜角度を設定するのがよい。

このことは、メインノズル２０２に代えてメインポートを採用した気化器でも同じである。

２ 本発明に従う気化器の一つの具体例
４ 吸入エア通路
６ スロットルバルブ
６a スロットルバルブの軸
１２ 吸気管
１２a 吸気管の仕切り壁
１４ メインポート
１６ 混合気通路
１８ 半開き状態のスロットルバルブと仕切り壁との間の隙間
２０ フレッシュエア通路
２２ 本発明に従う気化器の他の具体例
２４ メインノズル
α メインノズルの傾斜角度
３０ 実施例の気化器
３２ チョークバルブ
３２a チョークバルブの軸
Ｌ1 気化器の上流端から下流端までの長さ寸法
Ｄ1 メインポートとスロットルバルブ軸との間の距離
３６ 整流要素

前述した図２１に図示の気化器２００は、スロットルバルブ２０４の上流端部に隆起部２１２を有し、また、スロットルバルブ２０４の直ぐ上流側にベンチュリ部２０６を有している。このことから、スロットルバルブ２０４（隆起部２１２）とベンチュリ部２０６との間の隙間２５０は流速を早める目的から相対的に小さく設定されている。しかし、隆起部２１２とベンチュリ部２０６との間隔を狭くしたことで、吸気抵抗が増大し、また、隆起部２１２付近での流動乱れが発生し、混合気生成用の吸入エア量を制限する要因となっている。一方、全開状態のスロットルバルブ２０４の上側のフレッシュエア通路には抵抗要素が無いために、相対的に多量のフレッシュエアがエンジン本体２１４に導入される。

本発明の気化器の原理を説明するための図である。 本発明の気化器に含まれる変形例を説明するための図である。 本発明の気化器に含まれる他の変形例を説明するための図である。 メインポートを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが全開状態である。 メインポートを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが半開きの状態である。 メインポートを備えた気化器に接続されたインテーク部材の仕切り壁の変形例を説明するための図であって、スロットルバルブが全開状態である。 メインポートを備えた気化器に接続されたインテーク部材の仕切り壁の変形例を説明するための図であって、スロットルバルブが半開き状態である。 メインノズルを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが全開状態である。 メインノズルを備えた気化器を例に本発明の原理を説明するための図であって、スロットルバルブが半開き状態である。 傾斜して配置したメインノズルを備えた気化器において、メインノズルの傾斜を説明するための図である。 実施例のベンチュリ部無しの気化器の斜視図である。 実施例の内部構造を説明するための断面図である。 (I)は、スロットルバルブとチョークバルブとが互いに干渉しない位置まで接近した状態で配置することが可能であることを説明するための図であり、(II)はスロットルバルブとチョークバルブとを若干離した状態で配置した例を示す。 実施例の気化器は、平面視したときに、スロットルバルブ軸と、気化器の下流側端面とを互いに隣接させたときの利点を説明するための図である。 従来の気化器は、平面視したときに、スロットルバルブ軸と、気化器の下流側端面とが離れており、これに伴って全開状態のスロットルバルブの下流側に隙間が発生することを説明するための図である。 実施例の気化器に含まれるメインノズルの直上流に整流要素を配置した例を説明するための図である。 スロットルバルブとチョークバルブとを備えた気化器において、メインノズル又はメインポートから吐出される燃料を差し向ける、好ましい位置を説明するための図である。 従来の典型的な気化器の断面図であって、アイドル運転状態の気化器を示す。 従来の典型的な気化器の断面図であって、パーシャル運転状態の気化器を示す。 従来の典型的な気化器の断面図であって、高速運転状態の気化器を示す。 特許文献１に開示の気化器の概略図である。

スロットルバルブ６の直ぐ上流にメインノズル２４が位置決めされている。互いに隣接して配置されたスロットルバルブ６とチョークバルブ３２との中間にメインノズル２４が配置されている。

図１５（従来例）を見るとよく分かるように、気化器１００の下流側端面１００aがスロットルバルブ軸１０６aから離れていることによって、全開状態のスロットルバルブ１０６の下流側に隙間Ｇができる。図１５の参照符号１２は、前述したインテーク部材である。インテーク部材１２は、気化器１００とエンジン本体との間に配設される。参照符号１２aは仕切り壁である。この仕切り壁１２aによって混合気通路１６とフレッシュエア通路２０とが区画される（図４）。

スロットルバルブ軸６aと、これに隣接する下流側端面３０aとの距離Ｄ2が、スロットルバルブ６の半径の1/2以下であるとき、隙間Ｇは、隙間Ｇを通過するガスの流れをほぼゼロとみなすことができる。実施例では、スロットルバルブ軸６aを下流側端面３０aから3.2mmの位置に配置した。この3.2mmの数値は、スロットルバルブ６の半径の1/2よりも小さい。これにより、高速運転つまりスロットルバルブ６が全開状態のときの隙間Ｇを通じたガスの流れを無視できる。これにより混合気とフレッシュエアとの分離度を高めることができる。

２ 本発明に従う気化器の一つの具体例
４ 吸入エア通路
６ スロットルバルブ
６a スロットルバルブの軸
１２ インテーク部材
１２a インテーク部材の仕切り壁
１４ メインポート
１６ 混合気通路
１８ 半開き状態のスロットルバルブと仕切り壁との間の隙間
２０ フレッシュエア通路
２２ 本発明に従う気化器の他の具体例
２４ メインノズル
α メインノズルの傾斜角度
３０ 実施例の気化器
３２ チョークバルブ
３２a チョークバルブの軸
Ｌ1 気化器の上流端から下流端までの長さ寸法
Ｄ1 スロットルバルブ軸とチョークバルブ軸との間の軸間距離
３６ 整流要素

Claims (15)

1. 層状掃気用２サイクルエンジンのエンジン本体とエアクリーナとの間に介装される気化器であって、
   前記エアクリーナで濾過したエアを受け入れる吸入エア通路と、
   該吸入エア通路に配設され且つ板状のバタフライ弁で構成されたスロットルバルブと、
   全開状態の前記スロットルバルブの板面に向けて燃料を吐出するメインノズル又はメインポートとを含み、
   前記スロットルバルブの上流側が、仕切り壁のない開放された空間で構成されていることを特徴とする層状掃気式エンジン用の気化器。
2. 前記メインノズルが、下流側に向けて傾斜して配置されている、請求項１に記載の層状掃気式エンジン用の気化器。
3. 前記メインノズル又はメインポートから、燃料が、斜めに且つ前記吸入エア通路の下流側に向けて吐出される、請求項１に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
4. 前記メインノズルの吐出口が、前記スロットルバルブの外端縁の回転軌跡と干渉しない且つ該回転軌跡に隣接して位置している、請求項３に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
5. 前記スロットルバルブの上流側にベンチュリ部を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
6. 前記ベンチュリ部の頂部又はその近傍から離れた位置に前記メインノズル又はメインポートが位置決めされている、請求項５に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
7. 平面視したときに、前記スロットルバルブの軸と前記気化器の下流側端面との距離が、該スロットルバルブの半径の1/2以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
8. 前記メインポートが、前記吸入エア通路を規定する壁面から突出する局部的な小山の頂部に開口している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
9. 前記メインノズル又は前記メインポートに隣接し且つその直ぐ上流に配置され且つ前記メインノズル又は前記メインポートを通過する吸入エアの流れを整える整流要素を更に有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
10. 前記スロットルバルブの上流側に配置され且つバタフライ弁で構成されたチョークバルブを更に有し、該チョークバルブと前記スロットルバルブとの間が、仕切り壁のない開放した空間である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
11. 前記チョークバルブと前記スロットルバルブとの間の開放した空間を通じて、前記チョークバルブの上方領域を流れる吸入エアが前記スロットルバルブの下方領域に流入し、
    前記開放空間を通じて前記スロットルバルブの下方領域に流入する第１吸入エアが、チョークバルブの下方領域を流れる第２吸入エアと合流する位置又はその下流側に向けて前記メインノズル又は前記メインポートから吐出される燃料が差し向けられる、請求項１０に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
12. 前記チョークバルブと前記スロットルバルブとが互いに干渉しない位置まで接近して配置され、前記チョークバルブの軸と前記スロットルバルブの軸との間の距離が、前記チョークバルブの半径と前記スロットルバルブの半径とを合算した値にほぼ等しい、請求項１０に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用の気化器。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の気化器と、
    ピストンバルブ方式のエンジン本体と、
    前記気化器と前記エンジン本体とを連結する吸気通路とを有し、
    前記吸気通路がフレッシュエア通路と混合気通路とを有し、
    前記吸気通路の前記混合気通路が前記エンジン本体のクランク室に連通可能である層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
14. 前記クランク室内の混合気を燃焼室に供給して掃気を行うための掃気通路と、
    前記フレッシュエア通路からフレッシュエアを受け入れる空気ポートと、
    該空気ポートから該掃気通路の上部にフレッシュエアを充填するためにピストンの周面に設けられたピストン溝とを更に有し、
    前記ピストンの上昇過程で、前記ピストン溝と前記掃気通路とが連通して前記掃気通路の上部にフレッシュエアが充填される、その開始タイミングに先だって、前記混合気通路から前記クランク室への混合気の充填が開始される、請求項１３に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
15. 前記クランク室内の混合気を燃焼室に供給して掃気を行うための掃気通路と、
    該掃気通路へのフレッシュエアの充填を制御するリード弁とを有し、
    前記ピストンの上昇過程で、前記ピストン溝と前記掃気通路とが連通して前記掃気通路の上部にフレッシュエアが充填される、その開始タイミングに先だって、前記混合気通路から前記クランク室への混合気の充填が開始される、請求項１３に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン。

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