JP2584199B2 - 低汚染物質放出エンジン - Google Patents

低汚染物質放出エンジン

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JP2584199B2 JP6255091A JP25509194A JP2584199B2 JP 2584199 B2 JP2584199 B2 JP 2584199B2 JP 6255091 A JP6255091 A JP 6255091A JP 25509194 A JP25509194 A JP 25509194A JP 2584199 B2 JP2584199 B2 JP 2584199B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は内燃機関に関するもの
であり、より詳しくは、エンジンに調量した燃料と空気
を送るための、またエンジンの排気ガス中の汚染物質を
調整するための気化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近において、芝刈機や圧縮機や携帯用
発電機の様な携帯できる動力工具のための小さい排気量
の内燃機関は、国のまたは連邦政府の指令による自動車
のエンジンに関するエンジンの排気ガス基準を満足する
ことは現在は未だ要求されていない。多くのこれらの小
さいエンジンは、手に持つ動力工具に使われている。一
般に、それらは60馬力以下であり、多くてもシリンダ
は4個である。一般的なものは一つまたは二つのシリン
ダである。自動車のエンジンとは相違し、動力工具のエ
ンジンはしばしば長時間スロットル全開でまたはアイド
リングで運転される。
【0003】それ故、これらの小型のエンジンのための
厳しい汚染物質放出基準の来るべき局面には難しい設計
上の問題がある。 自動車のエンジンと相違し、動力工
具のエンジンは高馬力でコストの小さい装置に使われ、
自動車に使われる形態の汚染物質放出の制御装置の適用
は無理である。
【0004】自動車のエンジンの汚染物質放出を制御す
るために、最初の時期には気化器が利用された。しか
し、気化器は極度に複雑になり、ガソリンの燃料噴射装
置がそれに代わって発展してきた。自動車の燃料噴射装
置は、一般的にはエンジンと汚染物質放出の制御に電気
的センサでエンジンのパラメータと汚染物質放出を監視
し、そしてコンピュータ制御装置を利用している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近代的な自動車エンジ
ンの排気ガス制御装置を小型エンジンに適用するのは、
複雑性と付加コストを考慮すると、実用上無理である。
加えて、自動車の気化器装置単独では、動力工具のエン
ジンに対する予想される汚染物質放出規制を満足しない
であろう。また、特別の小型エンジンが要求されるいろ
いろな用途の各々に対して特別に設計され調整されるこ
とは無理であろう。小型エンジンに対する来るべき排気
ガス規制の局面とともに、予想される排気ガス基準を満
足し、しかも排気用構成部品が少なく、これらの装置に
使用されるエンジンの全体コストをほんの僅かだけの増
加で済ませる、小型エンジンの排気ガス制御と燃料供給
装置の設計の必要性が生じてきている。小型エンジンは
一般的には、芝刈機、チェーンソー、草刈機や発電機の
ような中位の価格の機器に使われるので、排気ガス制御
装置のコストは現在のエンジンの価格を大きく増加させ
ることはできない。さもないと、顧客に対してその装置
の価格は受容できない程上がり、おそらく市場で競争力
がなくなり、顧客に他の代替品を見つけることを強いる
ことになる。
【0006】
【課題を解決するための手段】予期される法規による排
気ガス基準を満足するために、小型エンジンの燃料およ
び排気装置は、排気ガス循環弁を具備し、気化器とそし
てあるいはまたは空気供給用のパルス弁を有する。NO
xの排出は排気ガスを循環することによって減少する。
HCとCOの排出は供給空気と排気ガスを混合すること
により減少する。更にCOの排出を減らすため、燃料
は、スロットル全開、中間、アイドリング状態で、フロ
ート室気化器により綿密に調量され制御される。
【0007】その気化器は、アイドリング系統の燃料と
空気のエマルジョンと、主系統の燃料と空気のエマルジ
ョンを供給するための燃料溜に燃料を送る量を制御する
メタリングロッドを具備している。好ましくは、気化器
は自動調整絞り弁と、メタリングロッドと脱着可能で連
結する可動のダイヤフラムにより燃料を供給する加速ポ
ンプとを具備する。排気ガスは小型エンジンが十分な負
荷と速度で運転されているときだけ、好ましくはエンジ
ンが暖かくなった後戻される。好ましくは、排気ガス循
環弁は連結された負圧信号により制御され、排気ガス循
環弁がエンジンが暖い時だけ作動するように、熱感知の
止め弁が設けられる。また好ましくは、その空気パルス
により作動する弁は、エンジンのアイドリング時にまた
はアイドリング終了後の間もない時期には、特別に較正
し閉鎖される。
【0008】エンジン回転数が高くスロットルが開いて
いるとき、排気ガス系統の排気ガスに空気が送られ、そ
の空気の酸素が残留しているHCとCOを酸化しCO2
とH 2 Oに変える。好ましくは、その空気パルスで作動
する弁の空気取入れ口は、その空気パルスにより作動す
る弁とエンジンの排気ガス系統から発生する騒音を減少
させるために、また騒音を隔離するために、エンジンの
空気清浄器内の空気の流れの中に設ける。
【0009】この発明の目的、特徴、便宜性は、小型エ
ンジンの排気ガスおよび気化器装置を提供するものであ
り、その装置は特別仕様の小型エンジンの用途に容易に
たやすく設計応用でき、望ましくまた政府規制の排気ガ
スの汚染物質放出基準を満足する様に作られ、そのいく
つかの構成要素が小型で基本的に自己収容型であり、効
率がよく、比較的低価格の小型エンジン装置への適用が
実際的であり、コンピュータ制御と電気的センサを使用
することなしに、即時のコンピュータによる監視と検知
装置を必要としない、寿命が長く、丈夫で信頼性があ
り、簡素な設計の比較的経済的な製作費と部品構成であ
ることである。
【0010】この発明のこれらのまた他の目的、特徴、
便宜性は次の詳細な発明、添付図面から明かである。
【0011】
【実施例】図面を参照しより詳細について述べる。図1
は小型エンジン22のためのこの発明の実施例である燃
料調量および排気ガス制御装置20の概略を示す図であ
る。エンジン22は一つまたは二つのシリンダまたは可
変体積のワーキング室を持ち、それらは入口弁を経由し
て給気マニホールド24と連結し、出口弁を経由して排
気マニホールド26と連結している。好ましくは消音器
28と連結している。その装置20は、フロート室型気
化器30と、その気化器と協調し作用する排気ガス循環
弁32と、好ましくはその排気ガス装置と協調し作用す
る空気取入れ用空気パルス34を具備するのが望まし
い。
【0012】運転状態においては、気化器30は、点火
と燃焼のため各エンジン室に給気マニホールド24を経
由して、燃料と空気の混合ガスを供給する。そして生じ
た排気ガスは排気マニホールド26を経由して大気に放
出される。エンジンが十分な負荷で運転している時、N
Oxの排出を減ずるために、給気マニホールド24の下
流側を経由して、気化器30から排気ガス循環弁32に
よって、排気ガスの一部は循環される。大気の空気は、
HCとCOの排出を減じるために、空気パルス作動弁3
4により熱い排気ガスの流れの中に放出される。それら
の排出はさらに、エンジン回転数と運転状態の広い範囲
に渡って、エンジンの要求燃料量を調量している気化器
30によって、減少する。
【0013】(1) フロート室型気化器;フロート室型気
化器30は、エンジン22に微粒化した燃料と空気の調
整した流れを、HCの放出が少ししかまたは全く増加し
ないように、またCOの排出を制御する量だけ送気す
る。図3から5に見られる様に、気化器30は、スロッ
トル弁40と絞り弁42を内在する燃料と空気の混合用
通路38を具備する本体36を有する。運転状態におい
ては、エマルジョン化した燃料はアイドリング系統44
と主系統46を経由して、共通の燃料溜48からその通
路に放出される。フロート室型燃料機構50からその燃
料溜りから供給される燃料の量は、調量機構52によっ
て、スロットル弁40の開度量の関数として制御され
る。好ましくは、スロットル弁40が開いた当初に、追
加燃料が加速ポンプ機構54によってエンジンを加速す
るために供給される。
【0014】十分な一定レベルの燃料56が気化器30
のフロート型燃料機構50に保持され、調量機構52と
加速ポンプ54に着実な燃料の流れを供給する。フロー
ト室58のハウジングは気化器30の本体36に付設さ
れており、調量機構52と加速ポンプ54を、その室の
中の燃料レベル56以下に、把持している。
【0015】一定の燃料圧力とレベルを維持するため
に、フロート60が、室58内に設けられ、フロート室
58への燃料の流入を制御するニードル弁(図示してい
ない)を開閉する。燃料室58は管62、閉鎖された空
洞64、通路66を経由して大気に通気されている。
【0016】(2) 加速ポンプ機構;スロットル弁40を
急激に開けると加速ポンプ54は、ベンチュリ70の上
流の混合用通路38に配置された噴射口68に調量した
または吹き出した液体燃料を供給する。図2から4に見
られるように、ポンプ54は、フロート室58内のハウ
ジング74に収容され、上部室76と下部室78を区別
するダイヤフラム72を有している。アクチュエータロ
ッド80は、ハウジング74に滑動できる様に受容さ
れ、ダイヤフラム72に連結されている。そのダイヤフ
ラムは、ハウジング74に収容された圧縮スプリング8
2により引き込まれた位置に押し付けられ偏している。
液体燃料は容器58から一方向逆止め入口弁84と通路
86を経由して上部室76に供給され、そして一方向逆
止め出口弁88とそれに連結する通路90、92、9
4、96、98、100を経由して噴射給口68に送出
される。好ましくは、出口逆止め弁88の下流側に小さ
い圧力抜きのための孔102を設ける。ダイヤフラム7
2の動きを促進するために、下部室78は、スロットル
弁40の上流側にある混合用通路38に開口する通路1
04を経由して、大気に圧力抜きされている。
【0017】使用状態に於て、ポンプ機構54は、腕部
材110の一方の端に連結した交差軸108にスロット
ル弁40が固着し、リンク機構106を介して、スロッ
トルが開くことにより駆動される。 腕部材110の他
の端は、ワイヤーリンク112により、嵌合軸116で
回転するクランク腕114の一方の端に回転できるよう
に連結されている。そのクランク腕の隣接する他の端
は、ブラケット部材118の一方の端に回転できるよう
に連結している。ブラケット118は、アクチュエータ
ロッド80が遊嵌する開口122を有する直角の面材1
20を持っている。ブラケット118は、ロストモーシ
ョン軸継手124を介してロッド80と連結している。
そのロストモーション軸継手124は、ロッド80の減
じた径の軸128を収容するスプリング126を有す
る。そのスプリング126は取付け板130によりその
軸に保持されている。
【0018】その作用において、スロットル弁40が全
閉位置から開いた当初には、リンク機構106はアクチ
ュエータロッド80とダイヤフラム72を一般的には垂
直上方に動かし、上部室76から噴射口68を通って燃
料を混合用通路38に放出する。ダイヤフラムが完全に
持ち上げられた後、ロストモーション機構124は、更
にスロットル弁40が開くことを許容する。スロットル
弁40が閉じる時、圧縮スプリング82はダイヤフラム
72を下限位置に返し、それによりそのポンプの上部室
76に更に液体燃料を引き込み、スロットル弁40が再
び閉位置から開いた時のダイヤフラム72の次の行程に
より液体燃料が放出される。必要な割合で適正量の燃料
を送るため、加速ポンプ54の稼働を、噴射給口68、
ポンプの行程、緩衝スプリング126、圧力抜き開口1
02の各々をまたはそれらを組み合わせて調整すること
により、変化することができる。
【0019】(3) 燃料調量機構;アイドリング系統44
および主系統46のために、燃料溜48に供給される液
体燃料の量と割合は調量機構52によって変えられ制御
される。調量機構52は可変面積調量弁132を有し、
可変面積調量弁132はその環状オリフィス138に受
容される軸方向に動く調量ロッド136を具備し、その
オリフィスを通って液体燃料がフロート室58から燃料
溜48に流れる。図3では、オリフィス138はフロー
ト室58にある筒140に受け入れられる。筒140は
傾斜した入口部分142を有し、喉状開口144に嵌入
し、逆の傾斜部分146を介して燃料溜48に連絡して
いる。図2では、調量ロッド136は、オリフィス13
8に受け入れられる切頭円錐の弁部分148を有し、径
を減じたその先端150は、オリフィス138を貫通し
て突出し、燃料溜48の底面に支えられ、その弁がオリ
フィス138を通って軸方向に動き得る量を制限してい
る。
【0020】調量ロッド136はスロットル弁40の開
閉によって軸方向にブラケット118により動かされ
る。調量ロッド136は、ブラケットの棚材120に設
けられた案内板152の穴に遊嵌し、親板ブラケット1
56にピン154によって回転出来る様に連結してい
る。そのブラケット156は、ブラケットの棚材120
に着けられた一対の間隔をあけた垂直の案内片158に
遊嵌している。親板ブラケット156は軸128の外側
に遊嵌する穴162を有するずれた脚材160を持って
いる。その脚材160の下降する端164は案内板15
2に支えられる。親板ブラケット156の位置は、ブラ
ケットにネジを切り、機械ネジ166により調節され
る。機械ネジ166は案内板152に支えられる。オリ
フィス138を通って流れる燃料の量は、調整用ネジ1
66により、調整または整えられる。この調整は、気化
器30の機能を、気化器が達成できるスロットルの部分
的な流れの幅、流れの割合を狭くできることにより、改
善する。
【0021】好ましくは、調量ロッド136が環状オリ
フィス138内で振動するのを最小限にするため、棚板
である親板ブラケット156の回転用ピン154に嵌合
する弾性部材168により、調量ロッド136がオリフ
ィスの片側に偏って押し付けられ嵌合する。これは、オ
リフィス138を通る燃料の流れの脈動を防止し、調量
ロッド136とオリフィス138が振動により損傷する
傾向についてそれを小さくする。
【0022】(4) アイドリング用燃料エマルジョン化系
統;アイドリング時そして低負荷状態におけるエンジン
の排気ガスを減少させるために、アイドリング系統44
は混合用通路38にエマルジョン化した燃料と空気の混
合気を送る。その系統は本体36の内孔に受け入れられ
るエマルジョン化筒170を有する。エマルジョン化筒
170は、より詳しくは、ブリードオリフィス176を
介して空気室64と連結する通路174によって、空気
が供給される環状室172を有する。筒170は通路1
80を経由して燃料溜48から液体燃料を受ける細くな
った入口178を有する。複数の周上そして軸方向に間
隔をあけて設けた入口を空気が筒170内の燃料をエマ
ルジョン化するため通過する。
【0023】エマルジョン化した燃料は、通路188・
較正用制限路189・保持用室190・通路192を経
由して、アイドリングを進行するスロット184と、混
合用通路38に開口する調整用入口186との両方に供
給される。好ましくは、その進行用スロット184は、
軸方向に延設され、スロットル弁40が閉じ、そのスロ
ットと重なった時、弁体よりの上流側部分194と下流
側部分196がある様に位置させる。調整用入口186
から放出されるエマルジョン化した燃料の量は、ニード
ル弁198により変えられ調整される。ニードル弁19
8はそのハウジング本体に螺合し、傾斜した切頭円錐の
先端200を有し、その先端は調整用入口186に進行
し、有効断面積を減少させる。
【0024】エンジンがクランクで回され始動すると
き、エマルジョン化筒170にある殆どの入口182は
液体燃料の中に潜っている。燃料面は破線202で示し
た位置にあり、最初はアイドリング進行用スロット18
4と調整用入口186に比較的濃いエマルジョン化燃料
を供給する。エンジンが始動し、無負荷で高いアイドリ
ングの回転速度に上がったとき、室172の液体燃料面
は下降し(破線204で示される様に)、筒170のよ
り多くの入口より空気が送られ、幾分薄いよりエマルジ
ョン化した燃料と空気の混合体をアイドリング用スロッ
ト184と調整用入口186に供給する。スロットルが
閉じられエンジンがアイドリング状態の時、エンジンに
よってスロットル弁40の下流側生じた部分的な負圧
は、進行用スロット184の下流側部分196と調整用
入口186を介して、エマルジョン化した燃料を筒17
0から引き込む。空気はまたスロット184の上流側部
分194を通って流れ、下流側部分196を通って放出
される燃料を更にエマルジョン化する。スロットルが開
く当初では、その上端は進行用スロット184と交差し
て擦りながら動き、上流部分194と下流部分196の
有効寸法の割合を変化させ、それによりスロットル弁4
0が開く当初は、エンジンに送るエマルジョン化した燃
料の量が増加する。逆に、スロットル弁40が全閉位置
に近づく当初では、上流部分と下流部分の割合の変化
は、アイドリングの無負苛状態におけるエンジンに供給
される燃料の量を減少させる。スロットルが開いた当初
では、スロットルはリンク機構106を介して、燃料溜
48に燃料を供給する燃料調量系統と、従ってアイドリ
ング用燃料エマルジョン化系統の両方とを駆動し、さら
に、エンジン22を加速するために混合用通路38に追
加燃料を直接送る加速ポンプ54を駆動する。通常はニ
ードル弁198と調整用入口186は、無負荷の低アイ
ドリング状態でエンジン22を円滑に運転できるように
調整される。一般的な一つまたは二つのシリンダの小型
エンジンは低アイドリング状態では約800から1, 8
00回転で運転され、高アイドリング状態では約3, 0
00から3, 600回転で運転される。
【0025】(5) 主燃料エマルジョン化系統;エンジン
の負荷運転状態において、エンジンの汚染物質放出を減
らし、燃料効率を改善するために、主燃料系統46はエ
マルジョン化した燃料と空気の混合気を混合用通路38
に供給する。その系統はハウジング本体の側面穴に嵌合
するエマルジョン化筒206を有している。エマルジョ
ン化筒206は、詳しくは、複数の周上そして軸方向に
間隔をおいて設けた入口210を通って空気が引き込ま
れ、燃料溜48から通路212を経由して筒206の下
端に供給された液体燃料をエマルジョン化する。エマル
ジョン化した燃料は、ハウジング本体にある連絡通路2
16を経由して、ベンチュリー部70に隣接する混合用
通路内に設けられたノズル214に供給される。空気は
室208に、空洞64から空気ブリードオリフィス21
8と連絡通路222を通って送られる。
【0026】一般的には、エンジンが始動した時、絞り
弁42が開いても、ベンチュリ70は十分な負圧を生じ
ない。何故ならば、スロットル弁40は閉じていて、燃
料が主燃料系統46で混合用通路38に供給されたとし
ても、少しでしかないからである。エンジンの始動時に
通常はエマルジョン化筒の殆どの入口210は破線20
2のレベルにある液体燃料の中に潜っている。従って、
スロットル弁40が開いた当初は、ベンチュリ70によ
って生じる負圧により、比較的濃いエマルジョン化燃料
が、ノズル214を通って混合用通路38に噴射され
る。エンジン22がスロットルが開いた状態で運転して
いる時は、空気が全ての入口210を通って供給され、
燃料溜48から引き出された筒206にある燃料をエマ
ルジョン化し、液体燃料は室208から引きだされ、ノ
ズル214を通って、混合用通路38にそのエマルジョ
ン化した燃料が供給される。スロットル弁40が十分に
開いている時は、あるとしても比較的少しの燃料しか、
アイドリング系統44によっては、混合用通路38に供
給されない。
【0027】スロットル弁40が開いた当初はまた、エ
ンジン22をより高い運転速度に加速するために、加速
ポンプ54が駆動され、ノズル68を通って追加燃料が
供給される。スロットル弁40が開くことによりまた、
調量ロッド136が環状オリフィス138から離れて、
燃料調量機構52が駆動され、主燃料系統46によりエ
マルジョン化と混合用通路38に放出のために、燃料溜
48に更に燃料を供給する。燃料が燃料溜48に供給さ
れる時、フロート60はニードル弁(図示せず)を開閉
する。そのニードル弁は燃料供給系統と連結し、破線5
6で示される十分な一定の燃料レベルを保ち、従って室
58を比較的一定の燃料圧力に保つ。
【0028】(6) 排気ガス循環弁;図1に見られるよ
うに、エンジンが負荷状態で運転しているとき、NOx
の放出を制御するために、排気ガス循環弁32が開き、
適当な量の排気ガスを排気マニホールド26から給気マ
ニホールド24に導く。好ましくは、排気ガス循環弁3
2は、冷状態始動、エンジンのアイドリング状態では閉
鎖され、エンジンの低速度、低負荷そして冷運転状態で
のエンジンの性能の下落を防ぐ。
【0029】図6に見られる様に、弁32は弁機構23
6を通って、出口通路234と連結する入口通路232
がある本体230を有する。その弁は、プレスばめした
リング240の中に、本体230の内孔242に封じら
れる弁座238を有している。その弁の開口端はそこに
プレスばめしたキャップ244によって、閉じられ封じ
られている。補完する切頭円錐の弁246がアクチュエ
イターロッド248の自由端に形成され、本体230を
通って内筒250に往復滑動できるように、嵌合してい
る。弁32は、可撓性のダイヤフラムを有するダイヤフ
ラム機構252によって、開閉位置に動かされる。その
ダイヤフラムは、本体230の中にある袋状部258と
覆い用のカバー260の間に受容され封じられる周縁材
256を有し、ダイヤフラム254の両側に上部室26
2と下部室264を形成する。ダイヤフラム254の中
央部は、裏当板266とスプリング保持板268の間に
受け入れられ、それらの板はアクチュエイターロッドの
減径したネジを切った軸270に配設され、ナット27
2で固着されている。
【0030】弁32はカバー260と保持板268の間
に収められた圧縮スプリング274によってその閉鎖位
置に押し付けられて変位し、そして、入口276を通っ
て上部室262に負圧与えることによって、その開位置
の方向に押し付けられる。好ましくは、その弁を開ける
に必要な力を減じるために、加圧された排気ガスが通路
278を通って室264に入れられダイヤフラム254
の下面に作用する。必要に応じて、拡張した内筒250
を通路278と共にまたはその代わりに使用し、ダイヤ
フラム254の下面と排気ガスを連絡する事ができる。
【0031】排気ガス循環弁32は図1の装置に設置さ
れ、その入口232はエンジンの排気マニホールド26
と、導管280を介して連絡し、その出口234は気化
器のスロットル弁40の下流のエンジンの給気マニホー
ルド24と連絡している。
【0032】排気ガス循環弁32の開閉は気化器30の
ベンチュリ70で生じる部分的な負圧により制御され
る。排気ガス循環弁32は、通常55゜Fから75゜F
までの予め定めた温度以上でしか開かない温度感応制御
弁282により、エンジン周囲温度が冷たいと開かない
ようになっている。ベンチュリ部の入口284は排気ガ
ス循環弁のダイヤフラム機構に、温度感応弁282を介
して、適切な導管や管286、288、290により連
結している。
【0033】小排気量の一または二シリンダのエンジン
22においては、入口284の負圧信号では排気ガス循
環弁を適切に制御するには普通十分な大きさではない。
それ故、マニホールドの負圧がさらに、スロットル弁4
0の弁板の上流側の混合用通路に設けた孔または入口2
92を連結することにより、利用される。その入口29
2は逆止め弁294、適切な導管296、298を介し
て、ベンチュリ部の入口284と組にして、使われる。
逆止め弁294は正のマニホールド圧パルスにより閉
じ、負のマニホールド圧パルスでしか開かないので、負
のマニホールド圧パルスだけが排気ガス循環弁32を開
けるためにそのダイヤフラム機構252に送られる。逆
止め弁294を通路298の虚偽の負圧から守るため
に、その通路はベンチュリ部の入口284の負圧用管路
286に、非常に小さいベンチュリ狭搾部300を介し
て通気している。スロットルが広く開いた状態に於ける
ような気化器の空気流率が高い時に、このベンチュリ部
の入口284はまた、排気ガス循環弁32に送られる負
圧の大きさを増加させる。排気ガスの圧力はまたエンジ
ン速度と負荷につれて増加するので、エンジン速度と負
荷の増加にともなって、排気ガス循環弁が開くことが助
長される。
【0034】その負圧信号が排気ガス循環弁を開き始め
る時のエンジンの運転速度と、その弁の開度の程度は、
負圧信号が得られる気化器の混合用通路38にある開口
の位置を変えることで、限界内で変化調整することがで
きる。図8は、その負圧信号を、一般的な一または二シ
リンダのエンジン速度の増加に伴う関数として、混合用
室に於ける4箇所の入口、即ち、ベンチュリ部の入口2
84、スロットルの上流の入口302と304、スロッ
トルの下流側またはマニホールドの入口306、につい
て(図7)図示している。これらの入口の一つをまたは
それらを組み合わせて使用することにより、適切な負圧
に応答する信号を、排気ガス循環弁32に対して、排気
ガスの循環の時期と程度が適合するように、エンジンの
性能と出力に重大な悪影響がないように排気ガスの循環
を受け入るエンジンの運転状態に於て、得ることができ
る。一般的な小さい排気量の一または二シリンダエンジ
ンに対しては、排気ガスの循環は、エンジンの始動時、
無負荷アイドリング時、エンジン冷運転状態ではすべき
でなく、排気ガスの循環はエンジン暖高速運転そして全
負荷状態で増加させるべきである。
【0035】(7) 空気パルス弁;汚染物質放出を減らす
ために、空気パルス弁34は空気をエンジンの排気マニ
ホールド26に導き、それにより酸素を供給し、その酸
素は排気ガスのHCとCOを酸化しCO2 とH2 Oに変
える。好ましくは、空気は、空気と熱い排気ガス(1,
250゜Fより高い)と接触する共存時間を長くし、反
応時間を出来るだけ長くするために、排気マニホールド
26の上流側に導かれる。エンジンのバックファイヤを
少なくするために、好ましくは弁34は、急速に減速す
るとき、アイドリング時、低速運転状態において閉じら
れる。
【0036】図9に見られるように、弁34は空気給気
通路312を有する本体310を保持している。その通
路312は、ダイヤフラム機構318によって駆動され
る制御弁316と逆止め弁320を通って、空気出口通
路314と連絡する。逆止め弁320は負圧または大気
圧以下の排気ガスパルスにより、空気をその機構を通し
て排気マニホールド26に引き込むのを許容し、正また
は大気圧以上の場合は逆止め弁320が閉じ、パルス弁
34を通って排気ガスが逆流するのを防ぐ。逆止め弁3
20は親板322を有し、その親板は貫通孔324を有
し、周囲に連続した弁座326で取り巻かれている。ま
たその逆止め弁は、裏当板330を伴う対向する弁板3
28を有し、その弁座と弁板は両方とも案内軸332に
滑動するように嵌合し、圧縮コイルスプリング334に
よって、弁座326の方向に押し付けられている。スプ
リングを保持するワッシャーでもある邪魔板336は軸
332の片方の端に嵌着し、その軸の他の端は親板32
2に固定されている。親板322は本体310の対向す
る内孔338に嵌入されていて、覆いかぶさるキャップ
340によって、保持されている。そのキャップは延設
する出口通路314に連なるネジ付きニップル342を
有している。
【0037】制御弁316の機構は、本体に弁座344
と、それに対応し係合する弁体346とを有する。その
弁体は、ダイヤフラム機構318により、本体の内筒3
50内で軸方向往復動のために軸ずけされたアクチュエ
ータロッド348により駆動される。弁板346はアク
チュエータロッド348の減径軸部分352に遊嵌し、
その軸の外側に収容されスナップワッシャー358で保
持される圧縮スプリング356によって、肩部354
と、押し付けられて係合する。アクチュエータ機構は、
アクチュエータロッド348のもう一方の端に、一緒に
動く様に、366の所で軸ずけされた裏当盤362とス
プリング保持材364の間に、それらに挟まれて設けら
れる可撓ダイヤフラム360を有する。ダイヤフラム3
60の外側の端368は本体の溝370とカバー372
の間に収容され封じられる。それにより、入口376と
連絡する負圧用室374ができる。その弁は、保持材3
64とカバー372の間に、室374内に収容される圧
縮スプリング378により、開位置に押し付けられてい
る。ダイヤフラム360のもう一方の側はブリード孔3
80を介して大気と連絡している。ある運転状態で、弁
316が圧力によりロック状態になるのを防ぐため、ブ
リード孔382がまた空気入口通路312と逆止め弁3
20の間に設けられる。このブリード孔382はまた、
弁316が閉じている時、エンジンにバックファイアを
起こす程でない空気量が排気ガスに入るように較正され
る。
【0038】空気パルス弁34がその系統に装備される
と、空気の出口314は排気マニホールド26に、好ま
しくはその上流側の端に隣接して連結される。好ましく
は騒音を減らすために、空気給気通路312は、導管3
88を介して、気化器の空気清浄器386内に配置され
た給気ノズル384に連通する。好ましくは、給気ノズ
ル384は、清浄器386内の空気流路に配置される傾
斜した端390を有し、それは空気パルス弁34に、よ
り多い空気を押し込む効果をもたらす。ダイヤフラムア
クチュエータ機構318のための入口376は、導管3
94を介して、スロットル弁40の下流側の給気マニホ
ールドの口392と連絡している。好ましくは、その機
構はその脈動を減じるため逆止め弁396を有する。
【0039】エンジンの減速、アイドリング、アイドリ
ング終了当初に於て、スロットル弁40は殆どまたは完
全に閉じているので、比較的大きいエンジンマニホール
ドの負圧が生じ、それはアクチュエータダイヤフラム3
60に作用し、空気パルス弁34を閉じ、空気が弁34
を通って入るのを妨げる。もし空気がこれらの運転状態
に於て入れられると、それはエンジン22にバックファ
イヤーを引きおこす。スロットル弁40が開き、エンジ
ン22が負苛状態で運転している時、孔392における
マニホールドの負圧はかなり減少し、スプリング378
がダイヤフラム360を動かし、制御弁316を開き、
空気が逆止め弁320に送られる。排気ガスの正そして
負の圧力パルスは、その逆止め弁を通って空気をひきこ
むために、逆止め弁320を動かし、負のパルスのとき
は排気マニホールド26に空気をおくり、正のパルスの
時は、逆止め弁320が閉じ排気ガスの逆流を防ぐ。排
気ガスが1,250゜F以上の温度の時、空気中の酸素
は、CO、HCと反応し、CO2 、H2 Oを生じ、C
O,HCの汚染物質放出を減じる。
【0040】(8) 加速、調量機構の変化例;図10は、
気化器30’を図示し、その中には負圧で作動する調量
弁機構52と加速ポンプ54がある。好ましくは、この
変化例の気化器30’は、気化器に取り出し口のある負
圧信号がより円滑でより安定しているより大きい排気量
の多シリンダエンジンに使われる。エンジンシリンダの
圧力パルス、弁の開閉、圧力の逃がし等により急速に変
わる入口信号を生じる小さい排気量の一または二シリン
ダのエンジンでは、完全に機械的に駆動される方式の気
化器30が好ましい。
【0041】図10に見られる様に、加速ポンプ54’
のダイヤフラム72は、下側の室78に受容される圧縮
スプリング400により、持ち上げられた位置に押し付
けられ偏している。その下側の室は、逆止め弁403を
通って、通路402により、閉じられた時のスロットル
弁40のすぐ下流側の混合用通路38にある入口404
に連通する。エンジンマニホールドの負圧のパルス振幅
を減じ、加速用ダイヤフラム72に、より安定した負圧
信号を供給するために、狭搾したブリード孔406が、
閉じたスロットル弁40のすぐ上流側に、通路408を
通って、逆止め弁403の上流側の通路402と連通す
る。エンジンが止まるとこのブリード孔はまた室78内
の負圧を解放する。
【0042】使用状態において、エンジン22が止って
スロットル弁40が閉じている時、加速ポンプ54と調
量ロッド機構52は図10に示される位置にあり、調量
弁機構52は開いて、燃料は加速ポンプの上側室76か
ら放出済みである。スロットルが閉じていて、エンジン
のクランキング、始動、アイドリング状態で運転してい
る時、比較的大きい負圧が入口404で生じ、ダイヤフ
ラム72をスプリング400による変位に対抗して低い
位置に動かし、それにより加速ポンプ54が稼働を始め
るように上側室76に液体燃料を引き込む。スロットル
が開く当初に(エンジンを加速する為に)、その下端が
入口孔404を過ぎる時、ダイラフラム72に作用する
負圧が著しく減少し、スプリング400は図10に示さ
れる位置にダイラフラムを押し上げて、それによりエン
ジン22を加速するために、噴射口68を通って混合用
通路38に、上側室76から燃料を放出する。
【0043】スロットル弁40がアイドリング終了した
当初の位置を越えて開く時、燃料調量ロッド機構52は
スロットル弁40の動きに対応して機械的リンク機構1
06によって駆動される。エンジンが運転している状態
でスロットルが閉じる時は何時も、入口孔404に於け
る負圧は再びダイヤフラム72をスプリング400によ
る変位に抗して下方に動かし、追加燃料を上側室76に
引き込み、それにより、加速ポンプ54が稼働し始め
る。絞り弁42が閉じた状態で、エンジン22が始動す
ると、スロットルの位置に無関係に入口孔404におけ
るマニホールドの負圧はダイヤフラム72に作用し、上
側室76に燃料を引き込み、加速ポンプ54を始動させ
る。
【0044】この機械的と負圧利用を組み合わせた駆動
方法により、調量弁52と加速ポンプ54の運転とサイ
クルは、始動時、アイドリング運転状態、エンジンの加
速状態に適合するようにより良く制御、調整されまたは
設計される。
【0045】(9) 変化例の装置;図11は、気化器3
0’と、変更した空気パルス弁420と排気ガス循環弁
32を駆動する負圧信号とを有する、より大きな排気量
の多シリンダエンジンのための装置の変化例418を図
示する。より大きい排気量の多シリンダエンジンはより
強力なより安定した気化器混合用通路の負圧信号を生じ
させ、排気ガス循環弁32を駆動する簡明な負圧入口孔
配置を可能にする。図11に見られる様に、排気ガス循
環弁32を駆動する適切な負圧信号は、閉じたスロット
ル弁40の上流側にある入口孔422から直接得ること
ができ、その入口孔は、導管424によって、温度感応
弁282と直接連絡している。
【0046】これにより、図1の装置20の逆止め弁2
94、狭搾部を設けたオリフィス300、ベンチュリ部
の入口284とそれらに伴う配管工事を省略出来る。
【0047】図12に示すように、変化例の空気パルス
弁420は、複数の円周上に間隔を開けて設けた空気供
給通路426がある本体424を有し、それらの通路は
大気と逆止め弁320を制御弁機構428を介して直接
連絡する。その制御弁機構は、圧縮スプリング378に
よって押し付けられて弁座432と密閉係合する弁体4
30を有し、その弁体はダイヤフラムアクチュエータ機
構318の負圧により駆動されるダイラフラム360に
より開位置に動かされる。
【0048】ダイラフラムアクチュエータ機構の通路3
76は、逆止め弁436を通って、適切な導管438に
より、給気マニホールド434に連通する。エンジンを
切った時ダイヤフラム機構318の負圧を解放するブリ
ードを設けるため、導管438が、狭搾通路439によ
って、気化器の混合用通路にある入口孔406と連通さ
れる。
【0049】エンジン22の始動時、アイドリング時、
アイドリング直後の状態では、バックファイアを避ける
ため、空気パルス弁420を通って空気を排気マニホー
ルド26に入れないようにする。もし入れられるとこれ
らの状態ではバックファイアを引き起こす。これらの状
態では制御弁428はスプリング378の変位により閉
じられていて、負のマニホールド圧力で生じるダイヤフ
ラムに作用する負圧はスプリングの変位に打ち勝つ程で
はない。エンジンが負荷状態で運転している時は、負の
給気マニホールドの圧力パルスはスプリング378の変
位に打ち勝つに十分なダイヤフラム360に作用する負
圧を生じ、制御弁428を開き、排気ガスマニホールド
26に空気を入れ、COとHCの汚染物質放出を減少さ
せる。
【0050】作用に於て、逆止め弁436はダイヤフラ
ムアクチュエータ機構318に正の給気マニホールドの
圧力パルスを送るのを妨ぐために閉じ、負のマニホール
ド圧力だけを送るために開く。負圧ダイヤフラムアクチ
ュエータ機構318が狭搾通路439と気化器の混合用
通路にある入口孔406を通って大気に息抜きされる。
【0051】(10) 変化例の空気パルス弁を備えた装
置;図13は、減速モードの間に、空気がCOとHCの
放出を減らすために、空気が排気マニホールドに送られ
たときバックファイヤーを起こさない様なエンジンに適
した、変化例の空気パルス弁442を有する装置440
を図示する。空気パルス弁442は制御弁と負圧駆動ア
クチュエータを有せず、それ故より少ない部品の簡明な
装置を提供し、製作と組立においてより安価であり、保
守管理が容易である。
【0052】図14に示す様に、空気パルス弁442は
金属板製の本体444を有し、その上部ハウジング34
0と逆止め弁320の親板322は、外周上に連続した
縁446に受容され固定されている。本体444は、空
気を逆止め弁320に送る入口448を有する。
【0053】図13に示す様に、空気パルス弁442が
装置440に装備される。その出口450は排気マニホ
ールド26に連通し、その入口448は適切な導管45
2を介して空気清浄器386内に設置された空気の給気
ノズル384に連通している。
【0054】エンジンの全運転状態に於て、空気パルス
弁442は、逆止め弁320の駆動に応じて、空気を排
気マニホールド26に供給し、負の排気マニホールド圧
力パルスにより逆止め弁320を開き、マニホールド2
6に空気を引き込み、正の排気ガス圧力パルスにより逆
止め弁320を閉じ空気パルス弁442を通って排気ガ
スが逆流するのを防ぐ。
【0055】(11) 空気パルス弁と排気ガス循環制御の
変化例の装置;図15は、図14の空気パルス弁442
と、排気ガス循環弁のための図11の装置の負圧による
制御の入口配置とを使用する、比較的大きい排気量の多
シリンダエンジン用の変更した装置460を図示する。
空気パルス弁442は、空気清浄器386と排気ガスマ
ニホールド26の間に連通して設けられ、図13の装置
440と同様の作用を示す。
【0056】排気ガス循環弁32は、閉じたスロットル
弁40の上流側に隣接する混合用通路にある入口422
に生じた負圧により駆動され、図11の装置の気化器と
同様な作用を示す。
【0057】これは、比較的大きな排気量の多シリンダ
エンジンのための、製作と組立が比較的安価であり、保
守管理が容易である、より少ない部品である簡明な装置
を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による小型エンジンに適用される燃料
調量供給と排気ガス放出装置の準図式図である。
【図2】図1の装置の気化器の準図式図である。
【図3】この発明による小型エンジンに適用された気化
器の断面図である。
【図4】図3の4−4線における概略側面断面図であ
る。
【図5】図3の5−5線における概略側面断面図であ
る。
【図6】図1で使用されている排気ガス循環弁の側断面
図である。
【図7】気化器の通路の色々な代わり得る信号入口が描
かれている側断面概要図である。
【図8】エンジン速度の関数として、図7の負圧信号の
色々の取入口の特徴を示すグラフである。
【図9】図1で使用されている調整機構のある空気パル
ス弁の側断面図である。
【図10】変形例の気化器の概略を示す側面図である。
【図11】この発明の実施例である、燃料調量と排気ガ
ス放出装置の第一の変形例の概略を示す側断面図であ
る。
【図12】図11の変形例の装置について、負圧信号入
口に使用される調整された空気パルス弁に関する他の例
の側断面図である。
【図13】この発明の実施例である、燃料調量と排気ガ
ス放出装置の第二の変形例の概略を示す側断面図であ
る。
【図14】図13の装置において、調整機構のない空気
パルス弁の概略を示す側断面図である。
【図15】この発明の実施例である、燃料調量と排気ガ
ス放出装置の第三の変形例の概略を示す側断面図であ
る。
【符号の説明】
20 燃料調量および排気ガス制御装置 22 エンジン 24 給気マニホールド 26 排気マニホールド 30、30’ 気化器 32 排気ガス循環弁 34 空気パルス弁 38 混合用通路 40 スロットル弁 42 絞り弁 44 アイドリング系統 46 主系統 48 燃料溜 50 フロート室型燃料機構 52 調量弁 54、54’ 加速ポンプ 58 フロート室 60 フロート 64 空気室 68 噴射口 70 ベンチュリ 72 ダイヤフラム 80 アクチュエータロッド 84 逆止め入口弁 88 逆止め出口弁 106 リンク機構 112 ワイヤーリンク 124 ロストモーション軸継手 132 可変面積調量弁 136 調量ロッド 138 オリフィス 170 エマルジョン化筒 176 ブリードオリフィス 184 スロット 198 ニードル弁 206 エマルジョン化筒 214 ノズル 218 ブリードオリフィス 248 アクチュエイターロッド 254 ダイヤフラム 282 温度感応制御弁 294 逆止め弁 300 オリフィス 316 制御弁 318 ダイヤフラム機構 320 逆止め弁 348 アクチュエータロッド 360 ダイヤフラム 384 給気ノズル 386 空気清浄器 396 逆止め弁 403 逆止め弁 420 空気パルス弁 428 制御弁 436 逆止め弁 440 装置 442 空気パルス弁

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一個以上4個以下のシリンダと、給気マ
    ニホールドと、排気マニホールドとを有する小型内燃機
    関用であって、 気化器を具備し、前記気化器が、前記気化器の本体と、
    前記給気マニホールドに燃料と空気の混合気を送る構造
    の、前記本体を通る燃料と空気の混合用通路と、前記本
    体によって支えられ、前記混合用通路内に収容され、そ
    の中で開閉位置に動くスロットル弁と、空気入口を有し
    エマルジョン化した燃料と空気を前記スロットル弁の上
    流側の前記混合用通路に放出する主系統と、空気入口を
    有しエマルジョン化した燃料と空気を前記スロットル弁
    に隣接する前記混合用通路に放出するアイドリング系統
    と、液体燃料を供給するために前記アイドリング系統と
    前記主系統の両方に連通する燃料溜と、前記スロットル
    弁と機械的に連動するように連結され、前記スロットル
    弁の開度に応じて前記燃料溜と前記主系統と前記アイド
    リング系統の両方への液体燃料の流れの程度を変え、液
    体燃料が前記燃料溜に、前記スロットル弁が実質的に全
    開している時は、前記スロットル弁が実質的に閉じてい
    る時よりも、より高い程度に流れるように構成された調
    量弁とを有し、 排気ガス循環弁を具備し、前記排気ガス循環弁が、ハウ
    ジングと、前記ハウジング内にあり、前記気化器から下
    流側の前記給気マニホールドと前記排気マニホールドを
    連通させる、排気ガスを前記給気マニホールドに供給す
    る流路と、前記ハウジングの前記流路に配置され、前記
    ハウジング内の前記流路を通る排気ガスの流れを制御す
    るために開閉位置に可動である制御弁と、前記制御弁の
    開閉のために前記制御弁と機械的に連動するように連結
    された負圧駆動のアクチュエータとを有し、 前記アクチュエータは、前記スロットル弁の上流側の前
    記気化器の前記混合用通路に開口する少なくとも一個の
    入口と管で連通し、前記スロットル弁が実質的に開きエ
    ンジンが負荷状態で運転している時、前記少なくとも一
    個の入口の負圧の状態に直接反応し、排気ガス循環のた
    め前記制御弁を開く構造である、燃料および排気ガス系
    を備えた装置。
  2. 【請求項2】 前記気化器の前記調量弁がオリフィスと
    調量ロッドとを有し、前記ロッドの先端が、前記オリフ
    ィスに関連する前記ロッドの動きに応じて、前記オリフ
    ィスと共に前記調量弁を通る液体燃料の流れの程度を変
    化させそして制御する請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記気化器がまた、前記スロットル弁の
    開閉に応じて前記燃料溜への液体燃料の流れの程度を変
    えるため、前記調量弁と前記スロットル弁を連結し連動
    させる押し付けられて偏したローストモーション継手を
    具備する請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記気化器がまた加速ポンプと押し付け
    られて偏したロストモーション継手とを具備し、前記加
    速ポンプはダイラフラムを有し、前記ロストモーション
    継手は前記ダイヤフラムと前記スロットル弁とを連結し
    連動させ、それにより前記スロットル弁が実質的に閉じ
    た位置から開くのに応じて前記混合用通路に燃料を供給
    する請求項2に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記気化器の前記混合用通路にある前記
    入口と負圧に反応する前記アクチュエータとの間に連結
    し、エンジンが暖かいとき開きエンジンが冷たいとき閉
    じ従ってエンジンが冷たい時前記排気ガス循環弁が開く
    のを禁止する構成の熱感応の開閉弁を具備する請求項1
    に記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記気化器の前記混合用通路が、その中
    に前記スロットル弁の上流側にある狭搾した喉部を有す
    るベンチュリと、前記混合用通路の前記ベンチュリの前
    記喉部にあり、前記排気ガス循環弁の作動において前記
    スロットル弁の上流の前記入口と協同して作用する、負
    圧駆動の前記アクチュエータと管で連通する入口とを具
    備する請求項1に記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記気化器の前記混合用通路が、その中
    に前記スロットル弁の上流側にある狭搾した喉部を有す
    るベンチュリと、前記混合用通路の前記ベンチュリの前
    記喉部にあり、前記排気ガス循環弁の作動において前記
    スロットル弁の上流の前記入口と協同して作用する、前
    記負圧駆動のアクチュエータと管で連通する入口とを具
    備する請求項4に記載の装置。
  8. 【請求項8】 小型で一または二シリンダのエンジンに
    おいて、前記スロットル弁の上流側の前記入口と連通
    し、前記ベンチュリの前記喉部にある前記入口の下流側
    に管で連通し、前記一組の入口と協同で、負圧に反応す
    る前記アクチュエータに作用する負圧信号を増加させる
    逆止め弁を具備する請求項7に記載の装置。
  9. 【請求項9】 前記ベンチュリの前記喉部にある前記入
    口と連通し、前記排気ガス循環弁の作動において前記ス
    ロットル弁の上流側の前記入口から受ける入口信号の負
    圧の抜ける現象を減らすため前記喉部の前記入口と協同
    して作用する流れの狭搾部を具備する請求項8に記載の
    装置。
  10. 【請求項10】 空気パルス弁装置を具備し、 前記空気パルス弁装置が本体と、一端が前記排気ガスマ
    ニホールドと連通し他端が前記排気ガスマニホールドに
    空気を供給するために空気源と連通する、この前記本体
    にある空気通路と、前記空気通路に配置され前記排気マ
    ニホールドへの一方向の流れを許容し空気の流れを制御
    する、開閉位置に可動である空気パルス弁とを有し、 前記空気パルス弁は前記排気マニホールドの負の圧力パ
    ルスに応じて開位置に動き、前記空気パルス弁が開き、
    空気がそこに引き込れ、前記排気ガスマニホールドの正
    の圧力パルスに応じて閉位置に動き、前記空気パルス弁
    が閉じ、排気の流れをそこを通って出るのを防止する請
    求項1に記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記気化器の混合用通路がその内部
    に、前記スロットル弁の上流側に、狭搾部を有するベン
    チュリと、前記ベンチュリの下流側にあり、前記気化器
    の前記混合用通路にある、負圧を供給する入口孔とを有
    し、 前記入口孔は前記空気パルス弁と管で連通し、前記スロ
    ットル弁が十分に開きそしてエンジンが負荷運転の時、
    前記排気マニホールドへの空気の導入のための前記空気
    パルス弁を開く様に作用する請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記空気パルス弁が更にスプリングで
    封じられるダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムが前
    記入口から供給される負圧により開位置に動かされる請
    求項11に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記空気源が更に、一端が前記空気パ
    ルス弁と連通し他端が前記気化器にフィルターを通した
    空気を供給するための空気フィルター筒内にある空気供
    給管を具備し、空気を前記筒から前記空気パルス弁に引
    き込む系統において、排気ガス系統の騒音と前記空気パ
    ルス弁の騒音が前記空気供給管を通って伝達しないよう
    にした請求項11に記載の装置。
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