JP2017528654A - 調整可能な燃料空気比を有するキャブレターエンジン - Google Patents

Abstract

簡易エンジンが、（１）シリンダ、及びシリンダ内のスパークプラグと、（２）シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、（３）キャブレターに大気を流体的に接続する一次吸気路と、（４）キャブレターを通過することなくシリンダに空気を流体的に接続するキャブレターバイパス吸気路と、（５）キャブレターバイパス吸気路を通る空気の流れを制御する、キャブレターバイパス吸気路沿いのバルブとを含む。【選択図】図１

Description

電気を生成するための発電機は周知であり、長年にわたって市販されている。通常、これらの装置は内燃エンジンを含む。これらの装置は、標準的な二股又は三股プラグレシーバを通じて１２０又は２４０ボルト、５０〜６０Ｈｚの交流（ＡＣ）電気を供給するように適合され、鉛酸蓄電池を充電するためのさらなる１２ボルトＤＣ電源ポートも一般的である。市販の装置は、ガソリンのみ、或いはＪＰ−８、ディーゼル燃料、ジェット燃料又はケロシンなどの重質燃料のみのいずれかを使用する。

ガソリンは、低引火点（−２０℃未満）及び高自己発火温度（２００℃超）を有する。動作中、ガソリンは、点火を誘発して維持するために、適切な空燃比及び火花を必要とする。動作中のエンジンのシリンダ内に吸い込まれる燃料／空気混合物の流量を調整するには、スロットル及び／又は燃料噴射器を使用する。ガソリンの低引火点及び揮発性は、氷点下温度での火花点火エンジンの始動を可能にし、通常は−２０℃〜５５℃の幅広い温度範囲にわたる動作を可能にする。ガソリン専用エンジンが満足のいく効率性を得るには、エンジンの手動プルスタート及びアルミニウム製の単純な軽量ポータブルエンジン装置の構成を可能にするほど十分に低い８：１〜１２：１の圧縮比が望ましい。

ポータブルガソリン発電機は、軽量、低コスト及び耐久性を保つために単純な設計を有する。このような装置は、空気と燃料を混合するキャブレターを有するエンジンを含み、燃料噴射器を含まない。キャブレタージェットは、キャブレターから排出された空気燃料混合物中に存在する燃料の最大量を制御し、空気燃料混合物中の空気の量を減少させるためにチョークを用いてエンジンを始動する。ジェットのサイズは、２５℃の周囲温度及び海抜高度などの典型的な条件下でエンジンの最大出力での優れた性能をもたらすように選択される。エンジンの環境がこれらの典型的な条件から逸脱すると、エンジンの性能は変化する。環境の逸脱が過度な場合には、異なるジェットを用いて空燃比を高めない限りエンジンを正しく動作させることはできない。例えば、５０００フィートを上回る高度では、ほとんどの小型ポータブルガソリン発電機が、装置内に異なるジェットを取り付けない限り動作しない。最新の自動車で見られるようなさらに高度なエンジンは、高高度及び通常の周囲温度より高い温度でも効率的に動作するように、酸素センサ及び燃料噴射器を用いて空気燃料混合物中の空気を増加させる。従って、変化する高度などの様々な条件下で使用できる小型ポータブル発電機を使用するには、発電機を開いて既存のジェットを取り外すのに適した利用可能なツール、サイズが異なるジェットの選択、各高度に合わせて正しいジェットを選択するのに適したチャート、及び発電機が動作している高度を求めるためのマップ又は高度計を有する必要もある。さらに、小型ポータブルガソリン発電機におけるジェットの交換は、エンジンを開いてガソリンに曝された部品を取り扱う多少複雑な操作であり、通常の消費者にとって、特に発電機を使用する場所では望ましくない場合もある。

国際公開第２０１３／１０３５４２号

第１の態様では、本発明は、（１）シリンダ、及びシリンダ内のスパークプラグと、（２）シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、（３）キャブレターに大気を流体的に接続する一次吸気路と、（４）キャブレターを通過することなくシリンダに空気を流体的に接続するキャブレターバイパス吸気路と、（５）キャブレターバイパス吸気路を通る空気の流れを制御する、キャブレターバイパス吸気路沿いのバルブとを含む簡易エンジンである。

第２の態様では、本発明は、上記簡易エンジンを含む発電機である。

第３の態様では、本発明は、上記簡易エンジンを含むフレキシブル燃料発電機である。

第４の態様では、本発明は、簡易エンジンの運転方法であって、空気及び燃料をキャブレターに供給して空気燃料混合物を生成するステップと、空気燃料混合物をシリンダに供給するステップと、シリンダにさらなる空気を供給するステップと、シリンダ内の燃料に点火してエンジンを駆動するステップとを含む方法である。さらなる空気は、キャブレターを通過しない。

第５の態様では、本発明は、発電方法であって、上記方法によって簡易エンジンを運転するステップを含む方法である。簡易エンジンは、発電機の一部である。

第６の態様では、本発明は、（ｉ）シリンダ、及びシリンダ内のスパークプラグと、（ｉｉ）シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、（ｉｉｉ）キャブレターに大気を流体的に接続する一次吸気路と、（ｉｖ）キャブレターバイパスとを含む簡易エンジンである。キャブレターバイパスは、（ａ）空気に流体的に接続する入口管と、（ｂ）入口管に流体的に接続されたバルブと、（ｃ）シリンダに流体的に接続された出口管とを含む。キャブレターバイパスは、キャブレターを迂回してシリンダに空気を供給する。

第７の態様では、本発明は、簡易エンジンから修正エンジンを製造する方法である。簡易エンジンは、シリンダと、シリンダ内のスパークプラグと、シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、キャブレターに空気を流体的に接続する一次吸気路とを有する。この方法は、簡易エンジンにキャブレターバイパスを追加するステップを含む。キャブレターバイパスは、（ａ）空気に流体的に接続する入口管と、（ｂ）入口管に流体的に接続されたバルブと、（ｃ）シリンダに流体的に接続された出口管とを含む。キャブレターバイパスは、キャブレターを迂回してシリンダに空気を供給する。

定義
重質燃料は、ディーゼル燃料、ディーゼル１、ディーゼル２、ケロシン、ＪＰ−８、ＪＰ−５、Ｆ−７６、ＤＦ２航空燃料及びバイオディーゼルを含む。重質燃料又はガソリンは、場合によっては油などの相当量の潤滑剤と混合されて、潤滑剤を含まない２サイクルエンジンで使用される燃料潤滑剤混合物を形成する。重質燃料又はガソリンは、このような燃料潤滑剤混合物として存在しないことが好ましい。

ディーゼル燃料は、ディーゼル１、ディーゼル２、ＪＰ−８、ＪＰ−５、Ｆ−７６、ＤＦ２航空燃料及びバイオディーゼルを含む。ディーゼル燃料は、ケロシンを含まない。

低引火点ガス燃料は、水素、シンガス、プロパン及びブタンを含む。

低沸点低引火点燃料は、ジエチルエーテル及びガソリンを含む。これらの燃料は、１５〜５０℃の沸点、及び０℃未満の引火点を有する。

燃料は、高引火点及び低自己発火温度を有する重質燃料と、低引火点ガス燃料と、低沸点低引火点燃料と、メタノール、エタノール及びイソプロパノールなどの他の高引火点高自己発火燃料とを含む。燃料は、例えば燃焼を改善して排出物を減少させるために添加剤を含むことができる。

「ポータブルガソリン発電機」は、内燃エンジンを有し、プルスタート及びキャブレターを含み、火花を用いてエンジン内の燃料に点火し、好ましくはエンジン始動のためのバッテリを含まない発電機である。このエンジンで使用される圧縮比は、８．０：１よりも大きく、８．１：１〜１２．０：１であることがさらに好ましい。エンジンは、空冷式であり、１又は複数のアルミニウムシリンダを有し、固定スパークプラグ点火タイミングを使用することが好ましい。エンジンは、４サイクル、５０ｃｃエンジンであることが好ましい。ポータブルガソリン発電機の例としては、ＹＡＭＡＨＡ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＥＦ１０００ｉＳ、ＥＦ２０００ｉＳ及びＥＦ２０００ｉＳＨ、並びにＨＯＮＤＡ ＥＵ１０００ｉ、ＥＵ２０００ｉ及びＥＢ２０００ｉが挙げられる。

エンジンの動作の文脈における「等温の」又は「等温的に」という用語は、（単複の）シリンダの温度が、エンジンＲＰＭ又は周囲外部温度に関わらず所望の温度範囲内で実質的に均一に維持されることを意味する。

「ステップダウンガスレギュレータ」は、０．５〜１ｐｓｉの圧力のガスを送出するガスレギュレータであり、吸引下でのみガスを供給する。このようなレギュレータの例は、「ＧＡＲＲＥＴＳＯＮ」という商標名で販売されている。

「エンジン」という用語は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内部を移動するピストンと、スパークプラグと、シリンダへの燃料空気入口と、シリンダからの排気出口と、ピストンと共に動くドライブシャフトとを含む内燃エンジンを意味する。「簡易エンジン」という用語は、キャブレターと、固定ジェットとを含み、燃料噴射器を含まないエンジンを意味する。

「運転燃料」という用語は、エンジンを連続稼働させるために使用する燃料を意味し、「始動燃料」という用語は、エンジンを始動するために使用する燃料を意味する。

「吸気路」という用語は、一次吸気路及びキャブレターバイパス吸気路の両方を含む。吸気路は、発電機外部の大気をエンジンに流体的に接続して、燃料を燃やすための空気を供給する。「一次吸気路」は、キャブレターを通過してからシリンダに入り込む吸気路である。「キャブレターバイパス吸気路」は、キャブレターを通過することなくシリンダに空気を供給する吸気路である。一次吸気路及びキャブレターバイパス吸気路は、各経路の一部を共有することができ、例えば両吸気路は、エアフィルタを通過した後で別個の経路に分離する共通の吸気口を共有することができる。

キャブレターバイパス吸気路を含む簡易エンジンを有するフレキシブル燃料発電機を示す図である。 キャブレターバイパス吸気路を含む簡易エンジンを有するフレキシブル燃料発電機を示す図である。 フレキシブル燃料発電機の始動モジュールを示す図である。 フレキシブル燃料発電機の始動燃料エンクロージャを示す図である。 フレキシブル燃料発電機の始動燃料タンクを含む始動モジュールの内部を示す図である。 フレキシブル燃料発電機の始動燃料タンクを含まない始動モジュールの内部を示す図である。 フレキシブル燃料発電機の熱コントローラの詳細を示す、フレキシブル燃料発電機の後部の構成を示す図である。 フレキシブル燃料発電機の熱コントローラの詳細を示す、フレキシブル燃料発電機の後部の別の構成を示す図である。 キャブレターバイパス吸気路を含む簡易エンジンを有するフレキシブル燃料発電機の分解図である。 図９に示すフレキシブル燃料発電機の分解図の一部を示す図である。 キャブレターバイパスを示す図である。 キャブレターバイパス吸気路を含まない（「最適化されていない」）、又は効率を最大にするためにバルブを開いたキャブレターバイパス吸気路を含む（「最適化された」）、ＪＰ−８燃料で動作する２ｋＷのフレキシブル燃料発電機の通常モード又は節約モードにおける燃料消費グラフである。 キャブレターバイパス吸気路を含まない（正方形）、又は効率を最大にするためにバルブを開いたキャブレターバイパス吸気路を含む（三角形）、固定ジェットを用いてＪＰ−８燃料で動作する１ｋＷのフレキシブル燃料発電機のＣＯ排出グラフである。点線は、米国環境保護庁による５０ｃｃエンジンの限度を示す。 キャブレターバイパス吸気路を含まない（正方形）、又は効率を最大にするためにバルブを開いたキャブレターバイパス吸気路（三角形）を含む、固定ジェットを用いてＪＰ−８燃料で動作する１ｋＷのフレキシブル燃料発電機の燃焼効率グラフである。

最近では、ガソリン、及びＪＰ−８などの重質燃料の両方で動作できる小型ポータブル発電機（以下、「フレキシブル燃料発電機」と呼ぶ）が開発されており、国際公開第２０１３／１０３５４２号を参照されたい。この発電機は簡易エンジンを含み、小型ポータブルガソリン発電機に類似するが、１２０〜１８０℃の温度範囲で動作するように設計されている。この装置は、エンジンを始動するために吸気口を介して少量の低沸点低引火点燃料をキャブレターに送出する始動モジュールも含む。この発電機は、ガソリンの入手が容易でない遠隔現場で使用するためのものである。しかしながら、この発電機は、ジェットを有するキャブレターを使用するので、簡易エンジンを有する他の発電機と同様に、ジェットを交換しなければ高高度において正しく動作することができない。

本発明は、シリンダに大気を流体的に接続してキャブレターを迂回するキャブレターバイパス吸気路を含めると、シリンダに入り込む空燃比が高まるという発見に基づくものである。この高まった空燃比を用いて、高高度及び／又は高周囲温度において減少する大気中の酸素濃度を補償することができる。キャブレターバイパス吸気路沿いのバルブをユーザが手動で操作し、又は酸素センサへの結合を通じて自動化することにより、この高まった空燃比をシリンダに提供して、キャブレタージェットを切り替えるために必要な設備及び労力を必要とすることなく、遭遇するあらゆる高度及び／又は温度を補償することができる。このキャブレターバイパス吸気路は、簡易エンジンにキャブレターバイパスを追加することによってあらゆる簡易エンジンに含めることができる。簡易エンジンを有する装置の例としては、小型ポータブル発電機などの発電機、芝刈り機、リーフブロワー、燃料噴射器を含まないオートバイ、原動機付き自転車、ＡＴＶ及びダートバイクが挙げられる。

驚いたことに、既にキャブレターが空気燃料混合物を調製し終えた後の時点でキャブレターバイパス吸気路が空気を供給した場合でも、エンジンはスムーズに動作する。さらに驚いたことに、このことは、エンジンがフレキシブル燃料発電機の一部であり、燃料がガソリンほど高揮発性でないディーゼル燃料などの重質燃料である場合にも当てはまる。

発電機がキャブレターバイパスを含まずに動作する際の条件下（周囲温度及び高度）であっても、キャブレターバイパス吸気路沿いのバルブの調整を用いて、簡易エンジンを有する発電機の効率を劇的に改善できる点が驚くべき予想外の利点である。装置で使用する燃料にもよるが、燃料効率が約３０％改善され、発電機からの排出も約３０％削減される。キャブレターバイパス吸気路を追加すると、簡易エンジンを含むあらゆる装置においてこのレベルの改善が期待される。さらに、この改善は、エンジン内の炭素堆積物の減少にまで及び、オイル交換及びスパークプラグの置換などのメンテナンスが減少する。すす粒子が減少することにより、スパークアレスタの交換頻度も減少する。

図１１に、簡易エンジン内にキャブレターバイパス吸気路をもたらすキャブレターバイパス１００を示す。このキャブレターバイパスは、入口管１１２と、ハンドル（開放位置では１１０）を有するバルブ１０８と、出口管１１４とを含む。図示のように、出口管は、ガスケットスペーサ１０２を通じて空気を供給する。出口管は、図示のように第１の管１０６及び第２の管１０４を含む複数の部品を含むことができる。同様に、入口管が第１の管及び第２の管を含むこともできる。スペーサは、ガソリン発電機内に取り付けられると、キャブレターとシリンダとの間に位置する。入口管及び出口管、並びにその部品は、金属又はプラスチックで構成することができるが、これらのエンジン部品において遭遇する温度に耐える材料で構成されることが好ましい。例えば、第１の管は真鍮とすることができ、第２の管はゴムとすることができ、入口管はゴムとすることができる。ガスケットスペーサは、フェノール樹脂などのプラスチック材料とすることもできるが、真鍮などの金属であることが好ましい。フレキシブル燃料発電機の場合には、ガスケットスペーサを、３／８インチの厚みを有する真鍮とすることができ、バルブを、１／４インチのボールバルブとすることができ、ガスケットスペーサに入り込む管を、シリンダに向かって３０°の角度で切断された５／１６インチＯ．Ｄ．を有する真鍮とすることが好ましい。

キャブレターバイパスを含めると、キャブレターバイパスによって定められるキャブレターバイパス吸気路が形成される。このようなキャブレターバイパスを用いて、小型ポータブル発電機などの発電機（ガソリン又はフレキシブル燃料）、芝刈り機、リーフブロワー、燃料噴射器を含まないオートバイ、原動機付き自転車、ＡＴＶ及びダートバイクの簡易エンジンを含むあらゆる簡易エンジンにキャブレターバイパス吸気路を追加することができる。

ユーザは、使用時にチョークを閉じてエンジンを始動した後にチョークを開き、その後にキャブレターバイパスのバルブを調整して閉鎖位置で始動することができる。エンジンを聞きながら、エンジンが始動してスパッタする（例えば、シリンダ内のピストンの動きが不規則になる）までバルブをゆっくりと開く。このことは、燃料が希薄過ぎる（すなわち、空燃比が大き過ぎる）ことを示す。その後、エンジンが滑らかに動作してスパッタリングが止み、空燃比が最大効率に選択されていることが示されるまでバルブをゆっくりと閉じる。或いは、燃料噴射器との使用と同様に、酸素センサに結合することによってバルブの動きを自動化し、この酸素センサを用いて、最大効率のための所望の空燃比がいつ選択されたかを判断することもできる。

入口管は、発電機の外部から直接空気を引き込むことも、或いは一次吸気路と共有される吸気路から空気を引き込むこともできる。入口管は、例えば、やはり一次吸気路のための空気を濾過するエアフィルタの背後から、濾過された空気を引き込むことが好ましい。入口管が発電機の外部から直接空気を引き込む場合には、キャブレターバイパスを通じてシリンダ内に引き込まれる空気が過剰になるのを防ぐために何らかのフィルタ、狭窄部又はバッフルが必要になり得る。

本出願のエンジンを含む発電機は、ＹＡＭＡＨＡ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＥＦ１０００ｉＳ、ＥＦ２０００ｉＳ及びＥＦ２０００ｉＳＨ、並びにＨＯＮＤＡ ＥＵ１０００ｉ、ＥＵ２０００ｉ及びＥＢ２０００ｉなどのポータブルガソリン発電機、又はフレキシブル燃料発電機を修正することによって製造することができる。この場合、キャブレターバイパスを用いて、キャブレターバイパスを取り付けることにより、エアフィルタの背後からシリンダとキャブレターとを分離するガスケットスペーサ内にバルブを通じて空気を引き込むキャブレターバイパス吸気路を形成する。

発電機は、任意に始動モジュールを含むことができる。始動モジュールは、始動燃料タンクホルダと、始動燃料タンクを吸気路（一次吸気路又はキャブレターバイパス吸気路のいずれか、或いはこれらの２つの吸気路の共通部分）に流体的に接続する始動燃料ラインとを含む。始動モジュールは、一般に始動流体として使用できる加圧ジエチルエーテルのスプレー缶などの、好ましくは加圧された低沸点低引火点燃料を含む始動燃料タンクと、スプレーキャップ又は小型機械液体ポンプなどの、低沸点低引火点燃料を分注する始動燃料ディスペンサと、始動燃料ディスペンサにアクセスするための始動燃料ボタンアクセスを有する始動燃料エンクロージャと、低沸点低引火点燃料が意図せず分注されるのを防ぐ始動燃料ボタンカバーと、始動燃料タンク上に始動燃料エンクロージャを取り付けるためのエンクロージャボルト穴とを含むことが好ましい。エンクロージャは、存在する場合、ボルトによってメンテナンスパネルに取り付けることができる。始動燃料タンクホルダは、発電機ハウジングのメンテナンスパネルの上などに取り付けられることが好ましい。始動燃料タンクホルダは、（図６に示すような）クリップ、接着ストリップ又はストラップとすることができる。

発電機は、吸気路（一次吸気路及び／又はキャブレターバイパス吸気路のいずれか、又はこれらの２つの吸気路の共通部分）沿いにエアフィルタを含むことが好ましい。始動燃料モジュールが存在する場合には、低沸点低引火点燃料からの損傷又は化学反応に抗する簡易プラスチック管とすることができる、好ましくはエアフィルタの空気出口側（後側）又はエアフィルタとシリンダとの間の他の何らかの地点に低沸点低引火点燃料をミストとして送出する始動燃料ラインも存在する。

低沸点低引火点燃料は、始動流体などのジエチルエーテルであることが好ましい。低沸点低引火点燃料は、始動燃料タンク内に存在することが好ましく、加圧流体として存在することがさらに好ましい。特に始動燃料の形のジエチルエーテル（例えば、シリンダ潤滑剤を含むＶＡＬＶＯＬＩＮＥ（登録商標） Ｅｘｔｒａ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ）は、便利なサイズの加圧缶内に好都合に供給され、缶の上部を単純に数秒間押すことによって所望の量の始動燃料ミストが分注されるので特に好ましい。ガソリンを使用することもできるが、組成及び引火点が変動するのであまり好ましくない。

エンジンを始動して重質燃料の燃焼を維持するには、１．０、１．５、２．０及び２．５グラムを含む０．１〜１０．０グラムの量の、より好ましくは０．３〜３．０グラムの量の低沸点低引火点燃料で十分である。低沸点低引火点燃料は吸気路に沿って供給されるので、蒸気としてエンジン内に入り込む。エンジンは、一次燃料タンクからのいずれかの液体燃料と、吸気路からの燃料蒸気との組み合わせに基づいて始動し、動作する。低沸点低引火点燃料が蒸発すると、発電機は、一次燃料タンクからの液体燃料のみに急速に自動的に移行できるようになる。

一次燃料タンクからの液体燃料としては、あらゆる重質燃料、ガソリン又はアルコール及び混合物を使用することができる。変形例では、燃料がディーゼル燃料である。重質燃料は、ＪＰ−８であることが好ましい。一次燃料タンク内の液体燃料の粘度及び液体燃料の予想温度を補償するように、発電機内のジェットのサイズを調整することが望ましい場合もある。重質燃料の火炎速度の方が速いので、スパークプラグの点火タイミングをガソリンエンジンと比べて遅らせることが望ましい場合もある。一次燃料タンクは、エンジンに流体的に接続されてキャブレターに液体燃料を送出する。

任意の熱コントローラによって発電機内の冷却材の流れを調整する。冷却材は、空気であることが好ましい。例えば、換気扇が発電機を通じてシリンダの外部にわたって空気を引き込んでシリンダを冷却した後に、冷却空気出口から排出することができる。この構成では、熱コントローラを、冷却空気通路に沿ったいずれかの地点において空気流の量を遮断できる金属又はプラスチックの可動シート（熱ドア）とすることができる。熱コントローラを動かして、冷却空気出口のサイズを増減させることができる。別の構成では、バッフルを用いて冷却空気出口又は入口の、或いは冷却空気通路沿いのサイズを増減させることができる。別の構成では、熱コントローラを、温度センサ又はサーモスタットに結合された、冷却材の流れを増減させて温度を所望の温度範囲内に維持するファン又はポンプとすることができる。

任意に、熱ドアなどの熱コントローラを用いて、シリンダの温度を１２０〜１８０℃に、好ましくは１３０〜１７５℃に、より好ましくは１５０〜１７０℃に、例えば１５５〜１６５℃に維持する。温度が低過ぎる場合又は高過ぎる場合には、熱コントローラを用いて冷却材の流れを増減させることができる。発電機の温度は、熱電対温度センサ（例えば、ＴＲＡＩＬ ＴＥＣＨ社から市販されているスパークプラグ温度センサ）を用いてスパークプラグにおいて都合良く測定できるシリンダの温度であることが好ましい。

任意に、発電機は、完全シリンダ冷却を行うことができる。完全シリンダ冷却を行う発電機では、エンジンの等温動作を維持することができる。シリンダは、発電機の重量を低く保つとともに高熱伝導性に起因してエンジンの等温動作を維持するアルミニウムを含む（すなわち、エンジンブロックがアルミニウムを含む）ことが好ましい。完全シリンダ冷却は、燃料入口及び／又は排気出口におけるシリンダの冷却を含むことが好ましい。完全シリンダ冷却は、３／８インチの真鍮ガスケットスペーサなどの熱伝導性ガスケットスペーサを用いて大型発電機（及び大型簡易エンジン）において達成することができる。このようなガスケットスペーサは、ＹＡＭＡＨＡ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＥＦ２０００ｉＳＨ、ＨＯＮＤＡ ＥＵ２０００ｉ及びＥＢ２０００ｉ、並びに同様の５ｋＷ装置において完全シリンダ冷却を行うために特に有用である。

エンジンが１２０〜１８０℃の等温範囲で動作中であって完全シリンダ冷却を行っているかどうかの判定は、以下のように行うことができる。例えば、ワッシャに取り付けられた熱電対により、エンジンブロックにねじ込まれたスパークプラグにおいてエンジンの温度を測定する。次に、エンジンをＪＰ−８燃料で動作させる。少なくとも５分間にわたってエンジンがノッキングせず、この期間中にエンジンの温度が１２０〜１８０℃に維持されている場合、この期間中、エンジンは１２０〜１８０℃の等温で動作している。さらに、このような動作が５分間にわたると、エンジンが完全シリンダ冷却を行っていることが確認される。エンジンが複数のシリンダを有する場合、各スパークプラグにおける温度が５分間にわたって１２０〜１８０℃に維持されてノッキングが発生しなければ、この期間中、エンジンは１２０〜１８０℃の等温で動作しており、さらにこのような動作が５分間にわたると、エンジンが完全シリンダ冷却を行っていることが確認される。完全シリンダ冷却の例であるＹＡＭＡＨＡ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＥＦ１０００ｉＳは、燃料入口及び／又は排気出口において空気によるシリンダの冷却を可能にする。

シリンダの圧縮比は、８．０：１よりも大きく、例えば８．２：１、８．３：１、８．４：１、８．５：１、８．６：１、８．７：１、８．８：１、８．９：１、９．０：１及び９．５：１を含む、８．１：１〜１２：１又は１０：１であることが好ましい。エンジンは、空冷式であり、アルミニウムブロックを有し、固定タイミングを使用することが好ましい。エンジンは、４サイクル、５０ｃｃエンジンであることが好ましい。

フレキシブル燃料発電機は、国際公開第２０１３／１０３５４２号に記載されるような、空冷式であり、アルミニウムブロックを有し、固定タイミングを使用し、８．２：１の圧縮比を有する４サイクル、５０ｃｃエンジンであるＹＡＭＡＨＡ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＥＦ１０００ｉＳなどのポータブルガソリン発電機を修正することによって製造することができる。図には、キャブレターバイパス吸気路を含むこのようなフレキシブル燃料発電機を示す。図示のように、ジエチルエーテルなどの低沸点低引火点燃料をエアフィルタの背後に送出する始動モジュールを追加する。発電機の後部には、熱コントローラを追加する。スパークプラグの温度を表示する温度ディスプレイも追加する。スパーク点火コイルを元の位置から時計回りに動かすことにより、固定されたスパークプラグ点火タイミングを遅らせる。キャブレターバイパス吸気路をもたらすようにキャブレターバイパスを追加する。始動燃料ディスペンサを含む始動燃料タンクも存在し、一次燃料タンク内にＪＰ−８燃料などの重質燃料が存在すると、最初にディスペンサを１〜３秒にわたって押圧することによって発電機を始動することができる。次に、熱ドアがほとんどの冷却空気出口を遮断した状態でプルスタートを用いて発電機を始動する。温度ディスプレイの温度が１２０〜１８０℃に達すると、熱ドアを調整してこの温度を維持することができる。この発電機の設計は、発電機が完全シリンダ冷却を行うので、等温動作の修正が不要である。シリンダ潤滑剤を含むＶＡＬＶＯＬＩＮＥ（登録商標）Ｅｘｔｒａ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｆｌｕｉｄの単一缶は、発電機を約１００回始動するのに十分なジエチルエーテルを含む。ＡＭＳＯＩＬ（登録商標）ＳＡＥ １０Ｗ−４０合成モータオイルなどの抗熱破壊性の高品質オイルを潤滑剤として使用し、又はエンジンの高温動作に起因して潤滑剤の交換頻度を高めることが望ましい場合もある。また、エンジンフラッシュ処理を行って重質燃料から炭素堆積物を除去することが望ましい場合もある。

このような、ステップダウンレギュレータを用いて直接キャブレター内に低引火点ガス燃料を受け取るようにも修正されたポータブルガソリン発電機の場合には、低引火点ガス燃料のみを用いて発電機を始動することができる。１２０〜１８０℃の温度に達すると、始動燃料として低引火点ガス燃料を、運転燃料として重質燃料を使用している一次燃料タンクから、ディーゼル燃料などの重質燃料に燃料供給を切り替えることができる。しかしながら、燃焼を持続するには、低沸点低引火点燃料に比べてはるかに大量の低引火点ガス燃料が必要であり、従って一次燃料タンクへの切り替えはユーザによって行われなければならない。

図には、本出願のキャブレターバイパス吸気路を有する簡易エンジンを含むフレキシブル燃料発電機の例を示している。

図１及び図２には、キャブレターバイパスを有するフレキシブル燃料発電機１０を示す。この発電機は、発電機エンジン（図示せず）を取り囲む発電機ハウジング１４を含む。発電機エンジンからの排ガスは、排気出口（図示せず）を通った後に、排気出口に取り付けられた排気ホース１２を通って排出される。発電機ハウジングは、メンテナンスパネル１６及び給油口２２を含む。メンテナンスドアには、始動モジュール１８が取り付けられる。発電機ハウジング上の温度ディスプレイ２０は、発電機エンジンの内部温度を表示する。補助ディスプレイ２４は、発電機のこれまでの動作時間長などの他の情報を表示する。発電機ハウジングには、エンジンを手動始動するためのプルスタート２６が通る。発電機ハウジング上には、電気プラグレシーバと、始動及び停止ボタンと、発電機の動作を制御するための他の制御部をと含むコントロールパネル２８が存在する。ハウジングの外部に位置するバルブ（１０８、図示せず）のハンドル（開放位置では１１０、閉鎖位置では１１６）も示す。エアフィルタ１１８を含む開口部は、入口管（１１２、図示せず）に直接空気を供給する。

図３に、始動モジュール１８を示す。始動モジュールは、メンテナンスパネル１６に取り付けられる。始動モジュールは、始動燃料ボタンカバー３２及び始動燃料ボタンアクセス３４を有する始動燃料エンクロージャ３０を含む。始動燃料エンクロージャをメンテナンスパネルに取り付けるために使用するエンクロージャボルト３６、３６も示す。図４には、始動燃料エンクロージャ３０を示す。始動燃料エンクロージャ３０は、始動燃料ボタンカバー３２及び始動燃料ボタンアクセス３４を含む。エンクロージャボルトのためのエンクロージャボルト穴３８、３８も示す。

図５及び図６には、始動燃料エンクロージャを取り外した、始動燃料タンクを含む始動モジュールと、始動燃料タンクを含まない始動モジュールとをそれぞれ示す。メンテナンスパネル１６も示す。パネルには、始動燃料タンク４８を保持する始動燃料タンクホルダ４０が取り付けられる。始動燃料タンクには、始動燃料を分注する始動燃料ディスペンサ４２を取り付けることができる。始動燃料ディスペンサに取り付けられてメンテナンスパネルを貫通する始動燃料ライン４４は、発電機の吸気路に始動燃料を運ぶ。始動燃料エンクロージャを発電機ハウジングのメンテナンスパネルに取り付けるためのエンクロージャボルトを受け取る、メンテナンスパネルに取り付けられたエンクロージャボルトタブ４６、４６も示す。

図７及び図８には、熱ドアの詳細を示す、フレキシブル燃料発電機の後部の２つの構成を示す。これらの図には、発電機ハウジング１４と、排ガスホース１２が取り付けられた排気口５８とを示す。熱ドア５０は、冷却空気出口５４を覆って、留め金５６、５６によって発電機ハウジングの後部に摺動自在に取り付けられる。図７では、熱ドアが冷却空気出口をほぼ完全に塞いでおり、図８では、熱ドアが冷却空気出口のほんの一部しか塞いでいない。

図９は、キャブレターバイパスを有するフレキシブル燃料発電機１０の分解図である。ここでは、発電機ハウジング１４を分割して、本来であれば隠れている要素を示す。図１に示すフレキシブル燃料発電機と異なり、キャブレターバイパス吸気路は、エアフィルタ６２の背後から空気を引き込む。エアフィルタハウジングは、前面パネル６０及び後面パネル６４を含み、これらの２つのパネル間にエアフィルタ６２が存在し、これらの要素は、吸気路（キャブレターバイパス吸気路及び一次吸気路の両方）の一部である。発電機に空気が入り込むと、後面パネルの下部を通じて前面パネルの下部に引き込まれ、その後に前面パネルに沿って上方に引き込まれてエアフィルタを通過し、最後に後面パネルの上部後側から一次吸気路に、又はキャブレターバイパスの入口管１１２内に排出される。この図に示すように、キャブレターバイパスは、構成部品とエンジンの他の部品との関係を明確にするために構成部品に分離されている。キャブレターバイパス吸気路は、入口管１１２を含み、バルブ１０８（この図にはバルブのハンドル（開放位置では１１０及び閉鎖位置では１１６）のみを示す）内に進んだ後に第１の管１０６及び第２の管１０４内に進み、最後にガスケットスペーサ１０２内に進む。図には、エアフィルタの背後（すなわち、エアフィルタの後面パネルに面する側）に始動燃料を送出する出口端を有する始動燃料ライン４４も示す。図９には示していないが、始動燃料ディスペンサには始動燃料ラインの入口端が取り付けられて、始動燃料タンクと吸気路との間の流体接続部を形成する。例えば始動燃料ディスペンサの上部を押圧することによって始動燃料ディスペンサが作動すると、始動燃料がエアフィルタの背後に分注される。シリンダ６８には、燃料入口６３及び排気出口６５におけるシリンダの一部を含めて冷却材（この装置では空気）が流れる。図９には、スパークプラグ６６、（スパークプラグの温度を測定し、温度ディスプレイに接続される）温度センサ６７、キャブレター６９、及び一次燃料タンク７４も示す。

図１０には、図９に示すフレキシブル燃料発電機の分解図の一部の詳細を示す。この図には、シリンダ６８、換気扇７２、及びスパーク点火コイル７０を示す。スパーク点火コイルは、（ドライブシャフトに接続された）換気扇上の磁石によってドライブシャフトの動きと連動するので、スパーク点火コイルの位置はスパークプラグのタイミングを制御し、換気扇が回転すると、磁石がスパーク点火コイルを作動させる。スパーク点火コイルは、スパークプラグに電気的に接続されているので、スパーク点火コイルが作動すると、シリンダ内のスパークプラグによって火花が生じる。さらに、換気扇によって発電機を通じてシリンダの外部全体に空気が引き込まれ、シリンダを冷却した後に冷却空気出口から排出される。図９にさらに明確に示すように、シリンダの外部は、シリンダの上部及び下部の両方が冷却され、従って完全シリンダ冷却が行われるように、外部の全長に沿って冷却フィンを含む。

実施例１：キャブレターバイパス吸気路を含むフレキシブル燃料発電機に修正された、簡易エンジンを有する発電機。

図示のように、ＹＡＭＡＨＡ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＥＦ１０００ｉＳを、キャブレターバイパスと、始動モジュールと、熱コントローラ（熱ドア）とを含むように修正した。さらに、大型のキャブレタージェットを使用して、スパークプラグの点火タイミングを遅らせた。

実施例２：ＪＰ−８燃料で動く２ｋＷフレキシブル燃料発電機の燃料効率。

図１２は、キャブレターバイパス吸気路を含まない（「最適化されていない」）、又は効率を最大にするためにバルブを開いたキャブレターバイパス吸気路を含む（「最適化された」）、ＪＰ−８燃料で動作する２ｋＷのフレキシブル燃料発電機の通常モード又は節約モードにおける燃料消費グラフである。

実施例３：１ｋＷフレキシブル燃料発電機の燃焼効率及びＣＯ排出。

図１３は、キャブレターバイパス吸気路を含まない（正方形）、又は効率を最大にするためにバルブを開いたキャブレターバイパス吸気路を含む（三角形）、固定ジェットを用いてＪＰ−８燃料で動作する１ｋＷのフレキシブル燃料発電機のＣＯ排出グラフである。点線は、米国環境保護庁による５０ｃｃエンジンの限度を示す。

図１４は、キャブレターバイパス吸気路を含まない（正方形）、又は効率を最大にするためにバルブを開いたキャブレターバイパス吸気路（三角形）を含む、固定ジェットを用いてＪＰ−８燃料で動作する１ｋＷのフレキシブル燃料発電機の燃焼効率グラフである。

１０ フレキシブル燃料発電機
１２ 排気ホース
１４ 発電機ハウジング
１６ メンテナンスパネル
１８ 始動モジュール
２０ 温度ディスプレイ
２２ 給油口
１１０ ハンドル開放位置
１１６ ハンドル閉鎖位置
１１８ エアフィルタ

Claims (44)

1. （１）シリンダ、及び該シリンダ内のスパークプラグと、
   （２）前記シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、
   （３）前記キャブレターに大気を流体的に接続する一次吸気路と、
   （４）前記キャブレターを通過することなく前記シリンダに空気を流体的に接続するキャブレターバイパス吸気路と、
   （５）前記キャブレターバイパス吸気路を通る前記空気の流れを制御する、前記キャブレターバイパス吸気路沿いのバルブと、
   を備えることを特徴とする簡易エンジン。
2. 前記エンジンは、エアフィルタをさらに備え、前記キャブレターバイパス吸気路は、前記エアフィルタを通じて空気を引き込む、
   請求項１に記載の簡易エンジン。
3. 前記エンジンは、エアフィルタをさらに備え、前記一次吸気路及び前記キャブレターバイパス吸気路は、いずれも前記エアフィルタを通じて空気を引き込む、
   請求項１又は２に記載の簡易エンジン。
4. 前記エンジンは、前記キャブレターと前記シリンダとの間にガスケットスペーサをさらに備え、前記キャブレターバイパス吸気路は、前記ガスケットスペーサ内に空気を供給する、
   請求項１から３のいずれかに記載の簡易エンジン。
5. （ｉ）シリンダ、及び該シリンダ内のスパークプラグと、
   （ｉｉ）前記シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、
   （ｉｉｉ）前記キャブレターに大気を流体的に接続する一次吸気路と、
   （ｉｖ）キャブレターバイパスと、
   を備え、前記キャブレターバイパスは、
   （ａ）前記空気に流体的に接続する入口管と、
   （ｂ）前記入口管に流体的に接続されたバルブと、
   （ｃ）前記シリンダに流体的に接続された出口管と、
   を含み、
   前記キャブレターバイパスは、前記キャブレターを迂回して前記シリンダに空気を供給する、
   ことを特徴とする簡易エンジン。
6. 前記エンジンは、エアフィルタをさらに備え、前記キャブレターバイパスは、前記エアフィルタを通じて空気を引き込む、
   請求項１から５のいずれかに記載の簡易エンジン。
7. 前記エンジンは、エアフィルタをさらに備え、前記一次吸気路及び前記キャブレターバイパスは、いずれも前記エアフィルタを通じて空気を引き込む、
   請求項１から６のいずれかに記載の簡易エンジン。
8. 前記キャブレターバイパスは、前記出口管に取り付けられたガスケットスペーサをさらに含み、該ガスケットスペーサは、前記キャブレターと前記シリンダとの間に存在する、
   請求項１から７のいずれかに記載の簡易エンジン。
9. 前記ガスケットスペーサは、金属を含む、
   請求項１から８のいずれかに記載の簡易エンジン。
10. 前記ガスケットスペーサは、真鍮を含む、
    請求項１から９のいずれかに記載の簡易エンジン。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の簡易エンジンを含む、
    ことを特徴とする発電機。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の簡易エンジンを含む、
    ことを特徴とするフレキシブル燃料発電機。
13. （６）前記キャブレターに流体的に接続された一次燃料タンクと、
    （７）冷却材が前記シリンダを冷却する流路を提供する冷却材経路と、
    （８）前記冷却材経路沿いの熱コントローラと、
    （９）始動燃料タンクホルダ及び始動燃料ラインを含む始動モジュールと、
    をさらに備え、前記始動燃料ラインは、前記一次吸気路又は前記キャブレターバイパス吸気路に流体的に接続される、
    請求項１から１２のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
14. 前記発電機は、１ｋＷ発電機、２ｋＷ発電機又は５ｋＷ発電機である、
    請求項１から１３のいずれかに記載の発電機。
15. 前記発電機は、空冷式である、
    請求項１から１４のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
16. 前記簡易エンジンは、芝刈り機、リーフブロワー、燃料噴射器を含まないオートバイ、原動機付き自転車、ＡＴＶ、又はダートバイクの一部である、
    請求項１から１５のいずれかに記載の簡易エンジン。
17. 前記シリンダは、アルミニウムを含む、
    請求項１から１６のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
18. 前記シリンダを取り囲む発電機ハウジングをさらに備え、前記始動モジュールは、前記発電機ハウジングに取り付けられる、
    請求項１から１７のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
19. 前記始動燃料ラインに流体的に接続された始動燃料タンクをさらに備える、
    請求項１から１８のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
20. 前記始動燃料タンクを前記始動燃料ラインに流体的に接続する始動燃料ディスペンサをさらに備える、
    請求項１から１９のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
21. 前記始動モジュールは、始動燃料エンクロージャをさらに含む、
    請求項１から２０のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
22. 前記始動燃料エンクロージャは、始動燃料ボタンアクセス及び始動燃料ボタンカバーを含む、
    請求項１から２１のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
23. 前記始動燃料タンクは、低沸点低引火点燃料を含む、
    請求項１から２２のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
24. 前記低沸点低引火点燃料は、ジエチルエーテルである、
    請求項１から２３のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
25. 前記始動燃料タンク内の前記低沸点低引火点燃料は加圧される、
    請求項１から２４のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
26. 前記冷却材経路は、前記発電機に空気が進入する入口と、前記発電機から空気が排出される出口とを有し、
    前記熱コントローラは、熱ドアであり、
    前記熱ドアは、前記冷却材経路の前記出口に存在する、
    請求項１から２５のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
27. 前記一次燃料タンクは、燃料を含み、該燃料は、重質燃料を含む、
    請求項１から２６のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
28. 前記一次燃料タンクは、燃料を含み、該燃料は、ディーゼル燃料を含む、
    請求項１から２７のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
29. 前記シリンダを取り囲む発電機ハウジングをさらに備え、前記始動モジュールは、前記発電機ハウジングに取り付けられ、
    前記発電機は、空冷式であり、
    前記シリンダは、アルミニウムを含み、
    前記発電機は、バッテリを含まず、
    前記始動モジュールは、始動燃料エンクロージャをさらに含み、
    前記始動燃料ラインは、前記エアフィルタと前記シリンダとの間の吸気路に接続され、
    前記冷却材経路は、前記発電機に空気が進入する入口と、前記発電機から空気が排出される出口とを有し、
    前記熱コントローラは、熱ドアであり、
    前記熱ドアは、前記冷却材経路の前記出口に存在する、
    請求項１から２８のいずれかに記載のフレキシブル燃料発電機。
30. 簡易エンジンの運転方法であって、
    空気及び燃料をキャブレターに供給して空気燃料混合物を生成するステップと、
    前記空気燃料混合物をシリンダに供給するステップと、
    前記シリンダにさらなる空気を供給して、前記空気が前記キャブレターを通過しないようにするステップと、
    前記シリンダ内の前記燃料に点火して前記エンジンを駆動するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
31. 発電方法であって、請求項１から３０のいずれかに記載の方法によって簡易エンジンを運転するステップを含み、前記簡易エンジンは、発電機の一部である、
    ことを特徴とする方法。
32. 前記発電機は、フレキシブル燃料発電機である、
    請求項１から３１のいずれかに記載の方法。
33. 前記フレキシブル燃料発電機は、キャブレターバイパスを含む、
    請求項１から３２のいずれかに記載の方法。
34. 前記燃料は、重質燃料である、
    請求項１から３３のいずれかに記載の方法。
35. 前記重質燃料は、ディーゼル燃料である、
    請求項１から３４のいずれかに記載の方法。
36. 簡易エンジンから修正エンジンを製造する方法であって、前記簡易エンジンは、シリンダと、該シリンダ内のスパークプラグと、前記シリンダに流体的に接続されたキャブレターと、該キャブレターに空気を流体的に接続する一次吸気路とを有し、前記方法は、
    前記簡易エンジンにキャブレターバイパスを追加するステップ、
    を含み、前記キャブレターバイパスは、
    （ａ）前記空気に流体的に接続する入口管と、
    （ｂ）前記入口管に流体的に接続されたバルブと、
    （ｃ）前記シリンダに流体的に接続された出口管と、
    を含み、
    前記キャブレターバイパスは、前記キャブレターを迂回して前記シリンダに空気を供給する、
    ことを特徴とする方法。
37. 前記簡易エンジンは、エアフィルタをさらに含み、前記キャブレターバイパスは、前記エアフィルタを通じて空気を引き込む、
    請求項１から３６のいずれかに記載の方法。
38. 前記簡易エンジンは、エアフィルタをさらに含み、
    前記一次吸気路及び前記キャブレターバイパスは、いずれも前記エアフィルタを通じて空気を引き込む、
    請求項１から３７のいずれかに記載の方法。
39. 前記キャブレターバイパスは、前記出口管に取り付けられたガスケットスペーサをさらに含み、該ガスケットスペーサは、前記キャブレターと前記シリンダとの間に存在する、
    請求項１から３８のいずれかに記載の方法。
40. 前記ガスケットスペーサは、金属を含む、
    請求項１から３９のいずれかに記載の方法。
41. 前記ガスケットスペーサは、真鍮を含む、
    請求項１から４０のいずれかに記載の方法。
42. 前記簡易エンジンは、発電機の一部である、
    請求項１から４１のいずれかに記載の方法。
43. 前記簡易エンジンは、フレキシブル燃料発電機の一部である、
    請求項１から４２のいずれかに記載の方法。
44. 前記発電機は、１ｋＷ発電機、２ｋＷ発電機又は５ｋＷ発電機である、
    請求項１から４３のいずれかに記載の方法。

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