JP2550265B2 - 燃料とガスの混合装置 - Google Patents

燃料とガスの混合装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明に関するものとして、「ソ
レノイド組立体のオーバーモールド方法及びソレノイド
封入体(特願平4−198575号)」がある。本発明
は、2サイクル内燃機関の燃焼室中に電磁弁を介して直
接燃料と空気の混合気を断続的に吹き込む装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の燃料供給に関しては、従来か
ら種々の研究がなされており、特に最近では、可燃性燃
料とガス(特に空気)を計量して供給する研究が多くな
されている。これらの多くは2サイクルの火花点火機関
を対象とした燃料混合気の供給に関するものである。米
国特許第4,693,224号(1987年9月15
日)及び第4,825,828号(1989年5月2
日)では、燃料噴射の問題点と、シリンダへ直接燃料を
噴射する方式の利点、すなはち、運転効率が高く、生産
コストが下がり、かつ燃料の噴霧を最適に保つことがで
きる点についてそれぞれ図示しつつ説明している。
【0003】本発明は、特に、内燃機関を対象としたも
のであり、この場合、燃料の規定量を、たとえば空気等
のガス中に混合し、このガスに含有された燃料を間欠的
にノズルを開閉することにより、エンジン燃焼室内に直
接吹き込むものである。その一形態としてこの操作に
は、一種のポペット弁を使用し、このポペット弁を弁に
近接して設けた電機子及び電磁コイルによって軸方向に
制御、作動して開閉させている。多シリンダ内燃機関の
各シリンダには、燃料と空気を噴射するノズル装置が取
り付けられている。
【0004】前記特許で記載するように、ポペット弁は
その排出端部で円錐型構造を持たせ、これにより噴射さ
れた燃料のスプレー形状を決めるようにしている。燃料
フローはポペット弁の外側に沿って軸方向に流れ、排出
端の円錐面により噴霧となってシリンダ内へ直接吹き込
まれる。本発明では、標準的な燃料インジェクタを空気
混合装置と併用し、燃料と空気との混合気を調時噴射式
のポペット弁を介して直接、機関シリンダ内に噴射する
ようにしている。
【0005】本発明の特徴の一つは、電磁ソレノイド装
置内の電機子にポペット弁を装着し同心性と直角度とを
持たすこと、さらに適正な連結方式により弁の急速往復
運動にも耐えることにある。
【0006】この発明の別の特徴は、円滑な運転を妨げ
る好ましくない燃料かすの蓄積を防ぐため、排出端部で
のポペット弁の形状と断面形態を考慮していることであ
る。さらに別の特徴としては、一体成形の混合用インサ
ート部材の採用が挙げられ、燃料インジェクタからの供
給燃料及び調時ポペット弁を介する機関シリンダへの両
成分混合物の噴射に先立ち、導入空気との合体個所にこ
のインサートを取り付ける点にある。
【0007】本発明のその他の目的、特徴は、以下の明
細書本文及び請求の範囲で明らかとなるはずであるが、
これにより発明の趣旨が詳細に提供されるとともに、当
業者であれば、この発明実施に最適と思われる方式で操
作できるであろう。
【0008】
【発明の概要】内燃機関のシリンダに対し加圧下でガス
と燃料の混合気を噴射するための燃料及びガスの混合装
置を取り付ける。この場合、シリンダに混合気を送り込
むために、ソレノイドで作動される調時弁構成のソレノ
イド組立体が用いられる。燃料インジェクタを混合用イ
ンサートの一端部に装着し、このインサートの他端を燃
料及びガス混合装置のガス流路に連結する。インサート
の一端側にはソレノイド作動弁に通ずる出口流路を設
け、作動弁には燃料の供給と燃焼に適した排出端を設け
ている。混合器インサートには、空気フィルタ及び空気
を空気と燃料との共通流路へ案内する流路を形成する。
インサートの位置は、機関の燃料レール内に形成された
取り付け肩部と燃料インジェクタとの間にあって、調時
弁に対し適正な位置が決められる。ソレノイド組立体に
設けたアダプタキャップはシリンダに通ずる流路と混合
用インサートとを連結する役目を果たし、この流路の調
節にはソレノイド作動弁が使用される。
【0009】
【実施例】図1は、エンジン本体20の一部とエンジン
のシリンダヘッドプレート22と共に、適当な燃料と空
気の取入口を持つ燃料レール24の斜視図を示す。点火
プラグが多シリンダエンジンのシリンダヘッド内に伸長
している。また、支持ボルト28により燃料レールとシ
リンダヘッドが連結されている。
【0010】図3の分解図で混合装置の主要部分を示す
が、燃料噴射装置の詳細説明に先立ち、この部分につい
て説明する。エンジンシリンダヘッド22には、燃焼シ
リンダ32の上部に階段状の縦孔30を設ける。縦孔3
0の大径部の寸法は、座金用皿ばね36を備えたカップ
ソレノイド座金保持器34が嵌まる大きさとする。電磁
ソレノイド組立体40には電源からの導線受入用のコネ
クタ44を備えたネック部42が含まれる。なお、ソレ
ノイド組立体にはカップハウジング46とカバー48を
取り付け、底部突起50を下部縦孔52に挿入する。ソ
レノイド組立体のアダプタキャップ54はカバー48の
頂部に差し込み、燃料レール24の底部嵌込部分と係合
する。
【0011】燃料及び空気の混合用インサート60は、
燃料レール24中の嵌込凹部62内に嵌装され、燃料イ
ンジェクタ64は、円筒型のノーズ66を有し、このノ
ーズ66を燃料レールの嵌込凹部62に挿入して、混合
用インサート60と協働させる。
【0012】図2には、エンジンシリンダに対する燃料
と空気の供給の詳細と共に、電磁ソレノイド装置の細部
が示されている。嵌込凹部68に装着した従来方式の燃
料インジェクタ64は、嵌込凹部62内にノーズ66を
有している。この燃料インジェクタは、燃料インジェク
タ64と燃料レール24内の空気取入口70との間に挿
入した混合用インサート60に接続されている。混合用
インサート60は、空気取入口70から送り込まれる空
気供給流路74の内端に位置する環状肩部72と突合せ
状態にある。
【0013】燃料レール24の下部と、エンジンシリン
ダヘッド22の上部との間には、電磁ソレノイド組立体
が介在し、該組立体はシリンダヘッド22内の縦孔30
内のカップソレノイド座金保持器34底部の皿ばね36
上に載置されている。ソレノイド組立体は、カップハウ
ジング46とカバー48とを有し、これらの内にコイル
巻線80とコネクタ44内に突出する接続用の雄端子8
2を備えている。カバー48には立上りネック部84が
形成され、このネック部を燃料レール底部の凹設部から
突出させ、このネック部分をOリングシール88を支持
するスペーサリング86で取り巻くよう配設する。
【0014】コイル巻線80は、Oリング90,92を
用い、カップハウジング46とカバー48中に封入、密
封される。立上りネック部84上部に設けたフランジ9
4を有するソレノイドのアダプタキャップ54を立上り
ネック部84中にプレス嵌めする。このアダプタキャッ
プ54には上部ネック延長部96が形成され、混合用イ
ンサート60と相互に嵌め合わせる。さらに底部ネック
部98を設けてこの部分を電機子110内に進入させ、
この電機子に接合するポペット弁140とキャップとを
協働させる。アダプタキャップ54には両ネック部分を
連結する直通中央流路を設ける。なおフランジ94に
は、底部ネック部98の周囲スペースから弁カートリッ
ジ100の頂部に通じる流路102を設けている。
【0015】次に説明する部材として、図2及び図4で
示す弁カートリッジ100とポペット弁が挙げられる。
電機子110は、二体構成の弁カートリッジ100上に
設けられ、アダプタキャップ54と弁カートリッジ10
0との間を往復運動できる。図4の弁カートリッジは上
部材112を有し、この下端には嵌込凹部が形成され、
ここに下部材114の上端に形成された細径部を嵌め込
んで単一カートリッジを形成する。上下部材内の円筒室
116は、118の個所で多少拡大され、コイルスプリ
ング120を収容する。スプリングの一端は、前記下部
材114の上部で肩部122上に着座させる。コイルス
プリング120の他端は、ポペット弁140の頂部で肩
部124に着座させる。ポペット弁140は二つの支持
部142,144を有し、この支持部は弁カートリッジ
100の円筒室116内を摺動する。流路146はポペ
ット弁140を貫通し、球形弁150側の端部に形成さ
れたポート148でポペット弁の外側に開放される。ポ
ペット弁140の上記球形弁体側端部は、弁座の役割を
果たす半球形凹部152となっている。
【0016】図2において、ポペット弁の上端は、圧力
嵌めにより電機子の嵌込部分160に固定される。圧力
嵌めによる組立がなされると、両部材を固定するため溶
接162する。ここで重要なことは電機子の下面及び上
部材112の上面は、トルク作用又は心狂いを来さぬよ
う弁カートリッジ100の軸に正しく直角方向とするこ
とである。
【0017】図4では電機子110とポペット弁140
間の変形例が示されている。この実施例では、ポペット
弁の上部にある肩部172上にはねじ込端部170を設
けている。このタイプであれば、肩部分を正確に機械加
工して、弁軸に正しく直交する平らな環状面を形成する
ことができる。電機子の底面に対し肩部がねじ込まれた
ときに、肩部と部品とが正しい整合位置を占めるようね
じ山を刻設する。
【0018】さらに説明すべき部材は、ガスつまり空気
供給流路74と相互連結する混合用インサート60、イ
ンジェクタのノーズ66及びソレノイドのアダプタキャ
ップ54である。図6〜図12では、この相互連結混合
用インサートの各種態様図が示されており、該インサー
トは炭化水素類に耐性を示す材料で形成され、取付時点
では十分な装着効果を示すある程度の柔軟性を有する。
【0019】図7は混合用インサート60の上面図、図
6は燃料インジェクタ側から見た側面図、図8は空気供
給側、すなわち、図7の矢符号8から見た図、図9は図
10の矢符号9から見た下面図、図10は図6,7の1
0−10線に沿った断面図、図11は図6の11−11
線に沿った一部断面図、図12は図7の12−12線に
沿った断面図である。
【0020】図2及び図6から12を参照すると、混合
用インサート60の空気取入側端部には環状肩部200
があり、この肩部は燃料レール内の空気供給流路74の
環状肩部72に対向して着座する。インサート本体内に
は空気取入室202があり、この取入室にはガス又は空
気濾過用の環状フィルタースクリーン又は網204が設
けられ、フィルターを通過したガス又は空気は、フィル
ターのネック部208の外側に形成された環状室206
に送り込まれる。混合用インサート60は柔軟な脚部2
10を有し、この脚部と円筒状の嵌込凹部62とは接触
し、インサートの壁面と嵌込凹部62の壁面とを離隔さ
せ、さらに燃料インジェクタ64の組立時点では嵌込凹
部62中でインサートを摩擦力により保持させる。混合
用インサート60は平滑なインデックス面214を有
し、円筒嵌込部分216の平滑面212とで位置決めが
される。混合用インサート60のインデックス操作によ
り、インサートネック232とソレノイドのアダプタキ
ャップ54の上部ネック延長部96とを嵌め合わせるよ
うに操作できる。
【0021】混合用インサート60の燃料インジェクタ
側の端部には、ネック部208の外側に、溝状の半径方
向流路224を有する柔軟で皿型のフランジ220が見
える。半径方向の流路により、フランジ面はその上に離
隔した三角形状のパッド222を有する形態となる。柔
軟なフランジ220に形成されたこれらのパッド222
は、燃料インジェクタのノーズ66の端部に接触し、内
側に向けて圧縮される。この結果、リングつまり環状肩
部200には圧力がかかり、図2の環状肩部72に対
し、リング又はカラーを押しつける力が加わる。ここで
図6と図10とを参照すると、燃料及び空気流路230
は半径方向流路224を基端とし、下方に湾曲して排出
インサートネック232に達していることが分かる。
【0022】空気供給流路74から入った空気は、空気
取入室202に流入し、フィルター204を経て混合用
インサート60の外側に送られ環状室206に達し、イ
ンサート部分で弧状切欠部218及び偏平面234を通
り、さらに半径方向流路224を介して空気流路230
の入口端に達する。
【0023】インサートネック232は、アダプタキャ
ップ54上の上部ネック伸長部分に滑り嵌めされる。同
時にネック部208周辺の環状室206からの空気の一
部は、アダプタキャップ54中の流路102を通過し、
さらに、ソレノイドキャップの底部ネック部98周囲を
通り、ポペット弁の流路146に流れ込む。比較的少量
の空気により、これらの領域や電機子110の周辺に流
れ込む燃料を一掃できる。弁カートリッジ100の壁に
穿設された連通路240により、前記空気を取り入れ、
コイルスプリング域及び弁カートリッジ内壁とポペット
弁140の外径間領域から燃料を一掃することも可能で
ある。
【0024】この結果、燃料インジェクタからの燃料は
空気流路230に流入すること、さらに燃料レール24
と空気取入口70からの空気を伴って、ポペット弁14
0中の軸方向流路に達することが理解されるはずであ
る。既知の制御回路によって燃料インジェクタ64を作
動させ、適当な運転間隔で燃料を噴射することも可能で
ある。軟質フランジ220に取付けたパッドの弾性によ
り、インサートの空気取入端を環状肩部72に対して確
実に圧接できる結果、インサートの軸方向寸法を特に正
確に規定する必要もなくなる。
【0025】図2に示すように、底部ネック部98上部
のアダプタキャップ54の下端部には、電機子がコイル
スプリング120の作用により上昇するとき、燃料が流
路102内へ流れ込むのを防ぐための阻止壁として環状
稜線部250が設けられている。なお、流路102への
流入空気により漏洩した燃料は掃気放出されるはずであ
る。
【0026】図4の拡大図ではポペット弁140の球形
弁150が示されており、この場合、ソレノイド巻線の
作動により急速に電機子を下降させ、燃料と空気を内燃
機関のシリンダ内に吹き込むことができる。燃焼作用に
より弁周辺には運転効率を妨げるカーボン又はその他の
残滓物の蓄積が見られることがある。図5は、弁端部の
変形例を示しているが、この例では弁のシリンダ側には
弧状凹部260が形成されている。一例として、弁端部
のリム寸法は0.25mm、弧状凹部の上縁から下部リムまで
を1.34mmとし、円弧の半径は3.00mmとする。この構成で
あれば、コアンダ(Coanda)効果により燃料、空気混合物
の噴射コーンの形状を改善することができる。また、弁
ヘッド上へのカーボン析出も低められ、良好なスプレー
コーン分布状態が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジンヘッドと燃料レールの概略を示す斜視
図である。
【図2】混合用インサート、電磁コイルと電機子、ポペ
ット弁心棒等組立体を含むエンジンシリンダヘッドと燃
料レールの断面図である。
【図3】燃料噴射装置と電磁作動器の一部破断した分解
斜視図である。
【図4】ポペット弁の部分拡大断面図である。
【図5】ポペット弁排出口の部分断面図である。
【図6】燃料及び空気混合用インサートの端面図であ
る。
【図7】混合用インサートの上面図である。
【図8】図7の矢印8で示した混合用インサートの端面
図である。
【図9】図10の矢印9で示した混合用インサートの底
面図である。
【図10】図7の10−10線に沿った混合用インサー
トの断面図である。
【図11】図6の11−11線に沿った断面図である。
【図12】図7の12−12線に沿った断面図である。
【符号の説明】
20 エンジン本体 22 シリンダヘッドプレート 24 燃料レール 26 点火プラグ 32 燃焼シリンダ 40 電磁ソレノイド組立体 44 コネクタ 54 アダプタキャップ 60 混合用インサート 62,68 嵌込凹部 64 燃料インジェクタ 100 弁カートリッジ 102,146 流路 110 電機子 140 ポペット弁 142,144 支持部 160 嵌込部分 202 空気取入室 210 柔軟脚部 220 フランジ 230 空気流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02M 69/04 F02M 69/04 G (72)発明者 ダニエル イー・オルソブルックス アメリカ合衆国 ミシガン 48706、ベ イ シティ、ミッドランド ロード 1547 イー (72)発明者 オズワルド バーシュ アメリカ合衆国 ミシガン 48726、カ ス シティ、ホスピタル ドライヴ 4830 (72)発明者 ジョン カリコ オーストラリア国 ウェスターン オー ストラリア6027、ジョーンダラップ、ロ イヤル メルボルン アヴェニュ 64 (72)発明者 サム アール・レイトン オーストラリア国 ウェスターン オー ストラリア6009、ネッドランズ、ロビン ソン ストリート 19 (72)発明者 クリス エヌ・セイヤー オーストラリア国 ウェスターン オー ストラリア6155、ファーンデール、バー サリア クレス 41 (56)参考文献 特開 平2−271070(JP,A) 実開 昭64−34464(JP,U)

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料インジェクタと、燃料レールと、調
    時されたポペット弁とを有し、内燃機関のシリンダに燃
    料とガスの混合気を供給するための燃料とガスの混合装
    置であって、(a) 燃料インジェクタと、(b) ガス流路
    と、燃料インジェクタを受け入れる第1室と、燃料及び
    ガス供給用インサートを収納し前記第1室とガス流路と
    の間に隣接して設けられた第2室とを備えた燃料レール
    とを有し、(c) 前記燃料及びガス供給用インサートが、
    前記燃料インジェクタの噴射側の端部と係合する第1端
    部と、該第1端部の反対側にあって前記ガス流路と連結
    する第2端部と、該第2端部に形成されてインサートの
    外側と連通する凹部と、前記第2端部から前記第1端部
    に空気を流通するために前記インサートに形成された流
    路と、燃料とガスの混合気を調時ポペット弁に送り込む
    ための該第1第2端部間に取りつけた前記インサートの
    排出流路とからなることを特徴とする燃料とガスの混合
    装置。
  2. 【請求項2】 前記燃料及びガス供給インサートが、炭
    化水素系燃料に耐性があると共に、軸方向の弾性を有す
    るプラスチック材料製の一体成形インサートであること
    を特徴とする請求項1記載の燃料とガスの混合装置。
  3. 【請求項3】 前記燃料及びガス供給用インサートの第
    1端部に嵌め込み部分を設けて、前記燃料インジェクタ
    の排出端を気密式に受け入れることを特徴とする請求項
    1記載の燃料とガスの混合装置。
  4. 【請求項4】 前記インサートの第2端部に一つの室を
    設け、該室が前記ガス流路と連通すると共に、インサー
    ト周辺の流路を介して前記第1端部とも連通し、これよ
    り前記第1端部で燃料とガスを混合して前記排出流路へ
    移送することを特徴とする請求項1記載の燃料とガスの
    混合装置。
  5. 【請求項5】 前記インサートの第2端部において、前
    記室中にガス用フィルタを設けることを特徴とする請求
    項1記載の燃料とガスの混合装置。3
  6. 【請求項6】 半径方向肩部を前記第2室のガス受け入
    れ側の端部に形成し、前記インサートの第2端部の位置
    決めをすることを特徴とする請求項1記載の燃料とガス
    の混合装置。
  7. 【請求項7】 前記インサートの第1端部に取り付けた
    パッド付き柔軟性フランジを前記燃料インジェクタに接
    触するよう設定し、該インサートを前記肩部に向け移動
    可能とすることを特徴とする請求項6記載の燃料とガス
    の混合装置。
  8. 【請求項8】 前記パッドをインサートの周縁に離隔し
    て配置し、該パッド間に半径方向送気路を形成し、前記
    インサートの前記排出流路と連通したことを特徴とする
    請求項7記載の燃料とガスの混合装置。
  9. 【請求項9】 前記インサートの外側に、柔軟な脚部を
    軸方向に伸長して円周方向に離隔して設け、該脚部が前
    記第2室中でのインサートの位置決めをすることを特徴
    とする請求項1記載の燃料とガスの混合装置。
  10. 【請求項10】 前記インサート上の偏平部を前記第2
    室の偏平部と整合させ前記インサートの方向をコントロ
    ールし、これより前記排出流路を前記ポペット弁に送り
    出せるごとく位置決めすることを特徴とする請求項1記
    載の燃料とガスの混合装置。
  11. 【請求項11】 前記混合装置が、電機子と弁とを収納
    し中央流路を備えた弁ハウジングを取り巻くソレノイド
    コイルハウジングと、該コイルハウジングと前記インサ
    ートとの間に設けたられたアダプタとを有し、該アダプ
    タがその第1端部がインサートの前記排出流路に連通
    し、第2端部が前記ソレノイドコイルハウジングの中央
    流路と接続していることを特徴とする請求項1記載の燃
    料とガスの混合装置。
  12. 【請求項12】 前記ソレノイドコイルハウジングの中
    央部に、立上りカラーを備えたカバーを取り付け、前記
    アダプタにはこの立上りカラー上に据えた環状フランジ
    を形成し、かつ、該フランジの軸方向流路をガスが通過
    し集積した燃料を前記中央流路に運ぶことを特徴とする
    請求項11記載の燃料とガスの混合装置。
  13. 【請求項13】 前記立上りカラー内のアダプタ周縁に
    環状凹部を形成し、環状稜線状の燃料堰により、前記環
    状凹部内に燃料が進入するのを阻止することを特徴とす
    る請求項12記載の燃料とガスの混合装置。
  14. 【請求項14】 ポペット弁をコイルハウジング内の前
    記中央流路内で軸方向に移動可能とし、電機子を該ポペ
    ット弁の上部に固定し、該電機子にはポペット弁を差し
    込みできる中央嵌め込み部分を設けることを特徴とする
    請求項11記載の燃料とガスの混合装置。
  15. 【請求項15】 前記電機子を前記ポペット弁の上部に
    プレス嵌めした後、その場を溶接することを特徴とする
    請求項14記載の燃料とガスの混合装置。
  16. 【請求項16】 前記ポペット弁には、上部に形成した
    環状フランジの上端にねじ部を設け、前記電機子は該フ
    ランジのねじ部に対するねじを刻設したことを特徴とす
    る請求項14記載の燃料とガスの混合装置。
  17. 【請求項17】 機関シリンダに対し燃料ガスを吹き込
    むための軸方向流路を備えた伸長型ソレノイド作動ポペ
    ット弁と、該ポペット弁を取り巻くソレノイドコイル
    と、該コイルに近接して設けられ該ポペット弁に固定さ
    れて該ポペット弁の軸方向流路と連通する中央流路を備
    えた電機子と、前記軸方向流路の基部に形成された弁座
    と、該弁座と協働するポペット弁の弁端部と、該弁端部
    上の該軸方向流路から該弁座に至るまで伸長して燃料及
    びガス混合物を弁作動中にシリンダ内へ供給する可能に
    する半径方向流路とからなることを特徴とする請求項1
    記載の燃料とガスの混合装置。
  18. 【請求項18】 前記半径方向流路下部の前記弁端部を
    半球形状とし、この弁端部に環状稜線まで伸長する球形
    凹部を形成したことを特徴とする請求項17記載の燃料
    とガスの混合装置。
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