JP2891172B2 - 模型用エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、模型用エンジンに
設けられる電子制御方式の燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、模型用エンジンとして知られてい
る２サイクル又は４サイクルのグローエンジンにおいて
は、エンジンの燃焼室に供給される燃料の量を制御する
手段として、図４に示すような構造のキャブレター１０
０が使用されていた。

【０００３】このキャブレター１００のハウジング１０
１の内部には、略円筒形の弁体１０２が自身の軸線を中
心に回転可能となるように設けられている。ハウジング
１０１には上下に管路１０１ａ，１０１ｂが貫通してお
り、上の管路１０１ａから空気が供給される。弁体１０
２には流路１０２ａが貫通しており、弁体１０２の回転
角度に応じた開度でハウジング１０１の管路１０１ａ，
１０１ｂに連通する。ハウジング１０１の一端部から外
に突出した弁体１０２の一部には、操作アーム１０３が
連結されている。操作アーム１０３には、図示しないサ
ーボ機構の操作部が連結されており、サーボ機構が弁体
１０２をハウジング１０１内で回動させる。弁体１０２
には、ニードル１０４がねじで設けられており、ニード
ル１０４を回転させれば弁体１０２内への突出量を調整
できる。

【０００４】ハウジング１０１の他端部には燃料調節用
のニードルバルブ１０５が内蔵されている。ニードルバ
ルブ１０５は、管部１０６と、該管部１０６の内部に設
けられたニードル１０７とを有している。ニードル１０
７は管部１０６に対してねじで取り付けられており、ニ
ードル１０７の基部に設けられたつまみ１０８を回動す
ることによって管部１０６内でニードル１０７を進退さ
せ、管部１０６の先端の開度を調整することができる。
また、弁体１０２に設けられた前記ニードル１０４の先
端は、ニードルバルブ１０５の管部１０６の先端の開口
部に臨んでいる。

【０００５】ニードルバルブ１０５に供給された燃料
は、管部１０６の先端とニードル１０７との隙間から弁
体１０２の内部に噴出し、弁体１０２内に供給される空
気と混合されてエンジンに供給される。ニードルバルブ
１０７のつまみを回転させることによって燃料の流量を
調整できるので、エンジンが最高回転数を得られるよう
な燃料の流量（乃至空燃費）を運転前に予め設定するこ
とができる。サーボ機構が弁体１０２を回動させれば、
弁体１０２内に流入する空気の量が調整され、エンジン
に供給される燃料の量が加減される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したキャブレター
１００によれば、アイドリング等の低速回転から急に回
転数を上げようとすると、大量の空気が弁体内に吸入さ
れるのに対し、燃料の供給が追い付かず、空燃比のバラ
ンスがくずれてしまう。そうしてエンジンの回転がスム
ースに上昇せず、上昇するのにもたついたり、最悪の場
合、エンジンの回転が停止してしまうことがあった。ま
た、全体として応答性が良好とはいえず、低速回転から
高速回転あるいは高速回転から低速回転に移行するのに
時間がかかるという問題があった。さらに、模型用エン
ジンがラジコンの模型飛行機に搭載されて使用される場
合等には前記キャブレターに供給される燃料が模型飛行
機の飛行による遠心力等の影響を受けて前記キャブレタ
ーに適正に供給されず、エンジンの運転に不調を来すこ
とがあった。

【０００７】本発明は、宙返り等のアクロバットを行う
ラジコンの模型飛行機に搭載される模型用エンジンのよ
うに、使用条件が過酷な模型用エンジンにおいて、燃料
を安定して供給することができるため空燃費のバランス
がくずれにくく、エンジンに安定した高い性能を発揮さ
せることができる燃料噴射装置を提供することを目的と
している。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】請求項１に記載された模型用エンジンの燃
料噴射装置は、筐体と、前記筐体内に燃料を導く燃料供
給路と、前記筐体に設けられた燃料噴射口と、前記筐体
の内部に設けられたソレノイドコイルと、前記ソレノイ
ドコイルの内部に設けられた磁芯と、前記筐体の内部に
設けられ前記ソレノイドコイルへの通電により前記ソレ
ノイドコイルの軸線方向に移動して前記磁芯に磁着し前
記燃料噴射口を開放する弁体と、前記燃料噴射口が閉止
される方向に前記弁体を付勢する付勢手段と、前記筐体
内に導かれた燃料が前記燃料供給路に逆流することを防
止する逆止弁と、模型用エンジンのクランク室で発生す
る空気圧を前記筐体内に供給する空気圧供給路と、前記
空気圧供給路を介して供給された空気圧を前記筐体内の
燃料に加える可撓性部材と、を有している。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１の形態を図１
及び図２を参照して説明する。本例は、電子制御の燃料
噴射装置を備えた模型用エンジンに関する。本例の模型
用エンジン１（以下エンジン１と略称する）はラジコン
の模型飛行機に搭載される。図２に示すこのエンジン１
は４サイクルであり、潤滑油やニトロメタン等の添加促
進剤を含有するメチルアルコール系の燃料を使用する。
燃焼室の容積は１〜３０ｃｃ程度であり、運転時にクラ
ンク室２内に発生する圧力は概ね正圧のピーク値が２０
ｋＰａ〜１００ｋＰａ、負圧のピーク値が−２０ｋＰａ
〜−１００ｋＰａの範囲である。ここで正圧と負圧は、
クランク室内の平均圧力を基準とする。

【００１３】前記エンジン１は、ラジコンの模型飛行機
に搭載された受信機３の制御部４によって制御される。
操縦者が送信機５を操作すれば、受信機３は送信機５か
らの電波を受け、エンジン１を始めとする模型飛行機の
各部を制御する。

【００１４】図２に示すエンジン１は、スタータ６によ
って始動される。スタータ６は整流器７を介して与えら
れるバッテリー８の電力と、エアボンベ９からの補助エ
アで駆動される。スタータ６とエアボンベ９の切り替え
バルブ１０は、ラジコン受信機３の制御部４が制御す
る。

【００１５】クランク室２には、回転するクランク１１
の位置を検出する回転位置センサ１２が設けられてお
り、燃料噴射のタイミングを図るため、エンジン１の駆
動サイクルを検出している。回転位置センサ１２の出力
信号はラジコン受信機３の制御部４に送られ、エンジン
１の制御に利用される。

【００１６】エンジン１のインテークマニホールド１３
には、吸入空気量を加減するスロットルバルブ１４があ
る。スロットルバルブ１４の開度は駆動手段１５によっ
て制御される。駆動手段１５はラジコン受信機３の制御
部４によって制御される。インテークマニホールド１３
の空気取り入れ口には吸入空気量・温度センサ１６が設
けられており、これらセンサからの信号はラジコン受信
機３の制御部４に入力されてエンジン１の制御に利用さ
れる。

【００１７】インテークマニホールド１３の吸気バルブ
１７の近くには、燃料噴射装置３０が設けられている。
燃料噴射装置３０と燃料タンク２０はフィルタ２２を介
して連結されている。燃料タンク２０から送りだされた
燃料は、フィルタ２２を介して燃料噴射装置３０に供給
される。

【００１８】クランク室２と燃料噴射装置３０は直接接
続されており、エンジンの駆動に伴ってクランク室２に
発生する空気圧は、燃料噴射装置３０内の燃料に加わ
る。即ち本例では燃料噴射装置３０内の燃料を加圧する
加圧手段として、クランク室２内の空気圧が利用され、
しかも空気圧は、概ね正圧が２０ｋＰａ〜１００ｋＰ
ａ、負圧が−０．５ｋＰａ〜−３０ｋＰａをピークとし
て脈動している。本例の燃料噴射装置３０は、脈動する
空気圧を利用して燃料噴射装置３０にポンプ作用を持た
している。

【００１９】次に、前記燃料噴射装置３０の構造につい
て説明する。図１に示すように、燃料噴射装置３０は略
円筒形の筐体３１を有している。筐体３１の内部には、
ソレノイドコイル３２が収納されている。ソレノイドコ
イル３２に給電する電源端子３３は筐体３１を貫通して
筐体３１外に導出されている。前記ソレノイドコイル３
２内には略半部まで磁芯３４が挿入されている。磁芯３
４の中心には、燃料の流路３５が形成されている。磁芯
３４の側周面には、燃料供給路４８が形成され、前記流
路３５に連通している。燃料供給路４８は筐体３１を貫
通して外部に連通している。燃料供給路４８は、前記燃
料タンク２０から導かれた燃料供給管路１８に接続され
る。

【００２０】前記燃料供給路４８内には、筐体３１内に
供給された燃料の逆流を防止する逆流防止手段としての
逆止弁２４が設けられている。図１中に示すように、こ
の逆止弁２４は、所定の弾性を有する略円形の板状部材
であり、その略中央部には、円形の孔２４ａと、この孔
２４ａの縁部に対して一部で繋がった状態で該孔２４ａ
を開閉する略円形の弁部２４ｂとが形成されている。逆
止弁２４が接する逆止弁２４の外側の燃料供給路４８
は、逆止弁２４の弁部２４ｂの直径よりも内径が狭く、
逆止弁２４の外側の燃料供給路４８には、逆止弁２４の
弁部２４ｂの直径よりも内径が広い空間が形成されてい
る。従って、逆止弁２４の弁部２４ｂは外側に向けて開
くことができず、筐体３１内の燃料が筐体３１外に逆流
することはない。逆に、段差部に設けられた逆止弁２４
の弁部２４ｂは筐体３１の内側に向けて開くことができ
るので、外部から供給された燃料は筐体３１内に抵抗な
く導入される。

【００２１】筐体３１の基端部には、筐体３１内の燃料
に空気圧を加えるための空気圧供給路２５が形成されて
いる。空気圧供給路２５の外端部は、前述したようにエ
ンジンのクランク室２（本例の他の態様としては空気圧
供給手段としてのエアボンベ９等）に接続されている。
空気圧供給路２５の内部には、エンジンのクランク室２
から供給された空気圧を前記筐体３１内の燃料に加える
可撓性部材としてのダイヤフラム２６が設けられてい
る。本例のダイヤフラム２６は、例えばシリコンゴムの
膜からなる。ダイヤフラム２６は、燃料が存在する筐体
３１内の空間と空気圧供給路２５とを気密に区画する。
ダイヤフラム２６の空気圧供給路２５側には、ばね２７
を介して押圧部材２８が設けられている。押圧部材２８
は、ばね２７によって所定の力でダイヤフラム２６に接
触している。押圧部材２８の先端は丸くなっており、安
定した広い接触面積でダイヤフラム２６に接触して圧力
を及ぼすことができる。クランク室２からの空気圧が、
押圧部材２８をダイヤフラム２６に押し付ける。ダイヤ
フラム２６は筐体３１の内部に向けて撓み、筐体３１内
の燃料に圧力を加える。

【００２２】筐体３１の先端部には、弁箱３６が設けら
れている。弁箱３６の先端には燃料噴射口３７が形成さ
れている。筐体３１内において、前記ソレノイドコイル
３２の内部には前記磁芯３４に隣接して略円筒形の弁体
３８が移動可能に挿入されている。弁体３８には、前記
流路３５に連通する他の流路３９が形成されている。弁
体３８の先端にはフランジ４０が形成されている。フラ
ンジ４０の前面の周囲には弁箱３６の内面に接触する環
状の接触突起４１が形成されている。フランジ４０の前
面中央にはニードル４２が固定されており、このニード
ル４２は前記弁体３８の燃料噴射口３７に摺動可能に挿
入されている。

【００２３】前記ソレノイドコイル３２の固定部材４３
と前記弁箱３６との間には、前記弁体３８を燃料噴射口
３７の方向に付勢する付勢手段としての板ばね４４が設
けられている。板ばね４４は、円環状の外側の固定部４
５と、円環状の内側の移動部４６と、両部を弾性的に連
結する連結アーム４７とを有している。固定部４５はソ
レノイドコイル３２の固定部材４３と前記弁箱３６との
間に固定され、移動部４６は前記弁体３８のフランジ４
０に係止している。

【００２４】ソレノイドコイル３２に通電していない時
には、弁体３８は板ばね４４の付勢力によって燃料噴射
口３７の方に付勢され、フランジ４０の接触突起４１が
弁箱３６の内面に接触し、燃料噴射口３７を閉止する。
ソレノイドコイル３２に通電すると、板ばね４４の付勢
力に抗してソレノイドコイル３２は弁体３８を磁芯３４
に引き寄せて磁着させる。弁体３８のフランジ４０と弁
箱３６の間には隙間が生じる。ダイヤフラム２６を介し
て空気圧が加えられている筐体３１内の燃料は、燃料噴
射口３７から筐体３１の外に噴射される。

【００２５】燃料噴射装置３０から噴射された燃料は、
スロットルバルブ１４の開度に応じて吸入された空気と
混合され、所定のタイミングで開く吸気バルブ１７から
シリンダ内に入る。所定のタイミングでグロープラグ１
９が混合気に着火し、燃焼が始まる。燃焼ガスは所定の
タイミングで開く排気バルブ２３からシリンダ外に排出
される。

【００２６】本例の燃料噴射装置３０においては、燃料
を加圧するための空気圧は、概ね正圧のピーク値が２０
ｋＰａ〜１００ｋＰａ、負圧のピーク値が−０．５ｋＰ
ａ〜−３０ｋＰａの脈動したものを使用している。よっ
て実車のエンジンの燃料噴射装置における燃料圧力であ
る２５０ｋＰａ〜３００ｋＰａと比較して１／３〜１／
１３とかなり低い。このため、前記板ばね４４が弁体３
８に与える圧力も小さくて済み、燃料に加えられる空気
圧と同程度の圧力変動に耐えうる弾性力（正圧のピーク
値が２０ｋＰａ〜１００ｋＰａ、負圧のピーク値が−
０．５ｋＰａ〜−３０ｋＰａであるので、１００ｋＰａ
以下の圧力変動に耐えうる弾性力）を有する板ばね４４
を使用すれば、十分に燃料を停止することができる。ま
た、排気量が少なく、燃料に加わる圧力も小さいので、
弁体３８を動かすソレノイドコイル３２、前記板ばね４
４も小型にすることができる。

【００２７】本例の燃料噴射装置の作動について説明す
る。燃料噴射時、ソレノイドコイル３２に電圧が印加さ
れ、磁芯３４に磁力が発生する。弁体３８は、板ばね４
４の付勢力に抗して磁芯３４に引き寄せられる。この
時、エンジン１のクランク室２内の空気圧はピストンの
下降に伴って上昇する。この空気圧が燃料噴射装置３０
のダイヤフラム２６を介して燃料噴射装置３０内の燃料
に加わると同時に、燃料噴射装置３０の燃料供給路４８
は逆止弁２４によって閉止される。ダイヤフラム２６を
介して空気圧で加圧された燃料噴射装置３０内の燃料
は、燃料噴射口３７から筐体３１の外に噴射される。燃
料の噴射タイミングは、クランク１１の位置を検出する
回転位置センサ１２によって決める。

【００２８】本例の燃料噴射装置３０を有する模型用エ
ンジン１が搭載されるラジコンの模型飛行機は、実機で
はめったにない宙返り等のアクロバット飛行をしばしば
行う。このような過酷な飛行条件下では、燃料噴射装置
に対する燃料の供給は不安定になりがちである。即ち、
燃料タンク内の燃料や、燃料タンクと燃料噴射装置を接
続する燃料供給管路内の燃料は、模型飛行機の激しい操
縦に応じて重力・遠心力を受け、その大きさ・向きは刻
々と変化する。このため、燃料噴射装置に供給される燃
料の圧力を一定に保ことはできず、模型飛行機に搭載さ
れるエンジンにおいては、燃料は遠心力や重力の影響を
受けて供給が不安定になる場合が考えられる。

【００２９】しかしながら、本例の燃料噴射装置３０に
よれば、一旦燃料噴射装置３０内に満たした燃料を逆止
弁２４によって閉じ込めるので、前述の外的要因のため
燃料噴射装置３０に供給される燃料の圧力が変化しても
燃料噴射装置３０から燃料が逆流することはない。しか
もクランク室２内で発生する空気圧の変化をダイヤフラ
ム２６を介して該燃料に作用させることができる。すな
わち、クランク室２内で発生する空気圧が、燃料に加わ
る圧力より高ければ、ダイヤフラム２６は、弁体３８側
に移動し、燃料噴射装置３０内の燃料は、加圧されるこ
とになる。逆にクランク室２内で発生する空気が燃料に
加わる圧力より低い場合は、ダイヤフラム２６は空気圧
供給路２５側に移動し、逆止弁２４が開いて燃料噴射装
置３０内の燃料の圧力は、燃料供給路４８内の燃料の圧
力とほぼ同じになる。また、燃料噴射装置３０は、吸入
行程中に作動させる（動作時間を考慮して吸入行程直前
に作動させる場合がある。）が、エンジン１は４サイク
ルエンジンであり、吸入行程中には、シリンダ内の圧力
が下がる一方、クランク室２内の圧力は上昇に転じる。
よって、シリンダ内の圧力よりクランク室２内の圧力が
大きくなる時に燃料が噴射されるので、クランク室２内
に相当する圧力を燃料に加えることにより、シリンダ内
に効率よく燃料を噴射することができる。重量・加減速
によって生じる力や遠心力は、力が作用する物の比重が
大きい程大きい。模型飛行機の一般的な燃料の比重は、
８００〜９００ｋｇ／ｍ³ であり、空気の比重は１〜
１．３ｋｇ／ｍ³ であり、両者には大きな差がある。即
ち、燃料に比べれば空気は加速度による力の影響をほと
んどうけない。本例の燃料噴射装置３０は、これを利用
したものであり、燃料を大きな圧力で加圧するのではな
く、燃料噴射装置３０内に導入して逆止弁２４で閉じ込
め、加速度による力の影響をほとんどうけない空気を用
いて前記燃料に圧力を加える点を特徴とするものであ
る。従って、本例の燃料噴射装置３０を有する模型用エ
ンジン１によれば、過酷な運転条件下でも燃料の供給が
安定し、燃料不足、燃料過多によるエンストを起こす心
配が少ない。

【００３０】本発明の実施の第２の形態を図３を参照し
て説明する。本例の燃料噴射装置５０が適用されるエン
ジン１や、該エンジン１が搭載される模型等は、第１の
例と同様である。図３に示す燃料噴射装置５０におい
て、前記第１の例の燃料噴射装置３０の各部に機能上相
当する構成部分には、図２と同一の符号を付して説明を
省略する。この燃料噴射装置５０は、逆止弁の構成が第
１の例と異なる。この逆止弁２９は、プラスチック等の
球を弁体２９ａとしている。機能的には第１の例の逆止
弁２４と同じである。

【００３１】以上説明した各例の燃料噴射装置３０，５
０は、ラジコン操縦の模型飛行機に搭載する模型用エン
ジンに設けられることとしたが、この模型とは、ホビー
用のラジコン操縦の模型飛行機に限らず、広く産業用一
般に利用されるエンジンを搭載した移動体を意味し、模
型自動車・模型船舶等も含む。また模型用エンジンの種
類も、４サイクルエンジンだけでなく、２サイクルエン
ジン等他の種類のエンジンにも適用することができる。
２サイクルエンジンに本願の燃料噴射装置を適用した場
合、２サイクルエンジンでは、吸入と圧縮行程が同時に
行われ、圧縮行程中（燃料噴射装置の動作遅れを考慮し
て排気・掃気行程中に作動させる場合もある）に、クラ
ンク室内に燃料を噴射することになる。クランク室内に
燃料を噴射すれば、クランク室内の圧力が下がりはじめ
るときに燃料を噴射することになるので、クランク室か
ら燃料を加圧する圧力を導入しても、逆止弁によって、
燃料はクランク室が高い圧力で加圧された状態を保持し
ているから、燃料に加わっている圧力の方がクランク室
の圧力より高いままで燃料が供給される。よって、効率
よく燃料を噴射することができる。４サイクルエンジン
の場合、クランク室に発生する正圧と負圧の絶対値は略
等しいが、２サイクルエンジンの場合はこれと異なる。
２サイクルエンジンでは、圧縮行程においてクランク室
内に空気が流入するので、同行程においてクランク室内
に発生する負圧のピーク値の絶対値は、膨張行程におい
てクランク室内に発生する正圧の絶対値よりも小さくな
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明のエンジンの燃料噴射装置によれ
ば、燃料を逆流防止手段で内部に閉じ込め、エンジンの
クランク室で発生する圧力に相当する空気圧で該燃料を
加圧してエンジンの燃焼室に噴射するので、使用条件の
過酷な模型用のエンジンにおいても燃料を安定的に供給
することができ、空燃費のバランスを保ち、エンジンに
安定した高い性能を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例である燃料噴射
装置の断面図である。

【図２】本発明の実施の形態の第１の例である燃料噴射
装置を用いたエンジンの概略構成図である。

【図３】本発明の実施の形態の第２の例である燃料噴射
装置の断面図である。

【図４】従来のスロットルバルブの断面図である。

【符号の説明】

１ 模型用エンジン（エンジン） ２ 加圧手段にて使用される空気圧が発生するクランク
室 ９ 加圧手段にて使用される空気圧を供給するエアボン
ベ ２４ 逆流防止手段としての逆止弁 ２５ 空気圧供給路 ２６ 加圧手段である可撓性部材としてのダイヤフラム ２９ 逆流防止手段としての逆止弁 ３０，５０ 燃料噴射装置 ３１ 筐体 ３２ ソレノイドコイル ３４ 磁芯 ３７ 燃料噴射口 ３８ 弁体 ４４ 付勢手段としての板ばね ４８ 燃料供給路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 75/34 F02M 51/08 F02M 67/04 F02M 69/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体と、前記筐体内に燃料を導く燃料供
   給路と、前記筐体に設けられた燃料噴射口と、前記筐体
   の内部に設けられたソレノイドコイルと、前記ソレノイ
   ドコイルの内部に設けられた磁芯と、前記筐体の内部に
   設けられ前記ソレノイドコイルへの通電により前記ソレ
   ノイドコイルの軸線方向に移動して前記磁芯に磁着し前
   記燃料噴射口を開放する弁体と、前記燃料噴射口が閉止
   される方向に前記弁体を付勢する付勢手段と、前記筐体
   内に導かれた燃料が前記燃料供給路に逆流することを防
   止する逆止弁と、模型用エンジンのクランク室で発生す
   る空気圧を前記筐体内に供給する空気圧供給路と、前記
   空気圧供給路を介して供給された空気圧を前記筐体内の
   燃料に加える可撓性部材と、を有する模型用エンジンの
   燃料噴射装置。