JP3142576B2 - 内燃機関の動的気体シール - Google Patents

内燃機関の動的気体シール

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JP3142576B2 JP08521074A JP52107496A JP3142576B2 JP 3142576 B2 JP3142576 B2 JP 3142576B2 JP 08521074 A JP08521074 A JP 08521074A JP 52107496 A JP52107496 A JP 52107496A JP 3142576 B2 JP3142576 B2 JP 3142576B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、芝刈機、噴射式除雪機、発電機等にて使用
される内燃機関に関する。より詳細には、本発明は、か
かる内燃機関の排出物を減少させる動的気体シールに関
する。
芝刈機、噴射式除雪機、発電機等にて使用される典型
的な従来技術のエンジンにおいて、クランクケース内の
不必要な圧力の蓄積を防止すべく、クランクケースと外
部環境との間に息抜き管チャンバが設けられている。ま
た、その息抜き管は、油を含んだクランクケースの空気
から多くの油を除去するフィルタを有している。また、
その息抜き管は、内燃機関の吸気弁装置と流体流れ連通
している。その吸気弁装置は、弁ヘッドと、弁ステム
と、該弁ステムを受け入れる弁ガイドと、戻しばねと、
弁を開けるカムとを備えている。キャブレタ、又は別の
混合装置からの空燃混合体は、その吸気弁装置に受け入
れられ、燃焼室内に吸引される。
部分負荷の間、その吸気弁が開いたとき、吸気弁と息
抜き管チャンバとの間の圧力差は極めて大きい。例え
ば、吸気行程にて、部分負荷の間における弁ヘッド自体
の圧力は、典型的に、−10ポンド／平方インチ（psi）
程度であり、これと同時に、息抜き管チャンバ内の圧力
は、−１乃至０ポンド／平方インチ（psi）程度であ
る。その結果、油を含む空気及び未燃焼気体の一部は、
息抜き管チャンバから吸気弁ガイドへと流れ、その後、
吸気弁を通って燃焼室に入る。油を含む空気は、その
後、シリンダ中で燃焼して、炭素及びその他の成分に分
解される。炭素は、排気弁の表面、及びシリンダの壁に
堆積する傾向がある。吸気行程、及び燃焼行程間にて、
排気弁は、最早、完全には閉まらないから、排気弁の下
にそのような炭素が堆積するならば、排気物は増える傾
向となる。
従来技術の装置にても、燃焼気体を含む空気は空燃混
合装置の上流にて供給される。その結果、実際には、燃
焼気体が酸素不足であるにも拘わらず、その装置は燃焼
気体が空気を含むと誤って認識するから、その混合装置
は、空燃混合体の混合比の濃度を過度に濃くするとにな
る。濃度が濃い混合体は、燃焼行程中、完全燃焼されな
いから、有害な排気物が増加する。
この問題を解決する一つの試みは、息抜き管チャンバ
と吸気弁装置との間にラビリンス型シールを使用するこ
とであった。しかしながら、そのようなシールは複雑
で、製造コストが比較的高くつくものとなる。
発明の概要 当該内燃機関は、低廉に製造できる一方で、排気物を
減少させる動的気体シールを備えている。
好適な実施の形態において、該内燃機関は、油を保持
するクランクケースと、息抜き管フィルタを有し、クラ
ンクケースと流体流れ連通した入口を有し且つ息抜き管
の出口を有する息抜き管チャンバと、該息抜き管の出口
と流体流れ連通した逆止弁と、エンジンの燃焼室への空
燃混合体の流れを制御する吸気弁装置と、吸気口、及び
吸気弁装置と流体流れ連通した出口を有する空燃混合装
置と、第二のフィルタによりろ過された空気を略大気圧
にてエンジンに供給する吸気手段と、共に動的気体シー
ルを構成する複数の通路とを備えている。
好適な実施の形態において、該通路は、吸気手段から
のろ過された空気を吸気弁装置と流体流れ連通させるべ
く吸気弁装置と吸気手段とを相互に接続する第一の通路
を備えている。また、この動的気体シールは、息抜き管
の出口と第一の通路とを流体流れ連通させるべく該息抜
き管の出口と第一の通路とを相互に接続する第二の通路
も備えている。この息抜き管のフィルタ、及び該息抜き
管の出口と第二の通路との間に接続された逆止弁が、少
量の燃焼気体が第二の通路内に流れるのを可能にしつ
つ、油を含んだ空気がクランクケースから第二の通路へ
流れるのを防止する。
油を含むクランクケースの空気の一部がクランクケー
スから息抜き管を通じて弁ガイドへ、その後、燃焼室へ
入るように、息抜き管の出口の燃焼室とを相互に接続す
る、吸気弁ガイドを有する第三の通路が設けられてい
る。
運転時、吸気手段の第二のフィルタからのろ過された
空気は、第一の通路を通って流れ、吸気弁装置の弁ガイ
ドによって受け入れられ、これにより、空燃混合体の一
部として略清浄な空気を吸気弁装置へ供給する。ろ過さ
れた吸気と吸気弁ヘッドとの間の圧力差の方が、クラン
クケースと吸気弁ヘッドとの間の圧力差よりも遥かに大
きいため、空燃混合装置は、息抜き管からの油を含む空
気に代えて、吸気手段からのろ過された空気を受け入れ
る。
油を含んだ空気が吸気弁装置へ入るのを防止するた
め、息抜き管のフィルタにより油がろ過される。逆止弁
は、息抜き管とクランクケースとの間を流れる空気量を
減少させ、これにより、ろ過の必要を少なくする。息抜
き管の出口からの空気（少量の油を含む空気）の一部
は、空燃混合装置の下方にて、吸気弁ガイドによって受
け入れられる。燃焼気体が混合装置の空気／燃料比を変
化させるのを防止するため、少量の油を含む空気が混合
装置の下方にて受け入れられる。このようにして、吸気
弁を通じて燃焼室に受け入れられる少量の油を含んだ空
気の量は減少し、空燃混合装置は、適正に較正されたま
まであり、これにより、内燃機関からの有害な排気物が
減少する。
本発明の一つの特徴及び利点は、内燃機関からの排出
物を減少させることである。
本発明のもう一つの特徴及び利点は、息抜き管チャン
バと吸気弁装置との間のメカニカルシールを不要にする
ことにより、内燃機関のコストを削減することである。
本発明の上記及びその他の特徴並びに利点は、好適な
実施の形態に関する以下の詳細な説明、及び図面から当
業者に明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の動的気体シールを備える内燃機関の
概略図である。
図２は、本発明を具体化する内燃機関の側面図であ
る。
図３は、図２に示した内燃機関の正面図である。
図４は、図３の線４−４に沿った、本発明による内燃
機関の底断面図である。
図５は、図２の線５−５に沿った、該内燃機関の正面
断面図である。
好適な実施の形態の詳細な説明 図１は、本発明を具体化する内燃機関の概略図であ
る。図１において、矢印10で示した外気が、好ましくは
空気フィルタ12を備える吸気手段を通じて供給される。
次に、矢印14で示した、ろ過した形成される空気は、流
路、又は通路18と相互に接続された、通路、又は通路16
の通路部分16a内に流れる。通路18は、空燃混合装置20
（好ましくはキャブレタである）への吸気口である。こ
のように、空気フィルタ12が、空燃混合装置20に対して
ろ過された空気14を供給する。
ろ過された空気は、また、通路16の通路部分16a、16b
を介して吸気弁装置21へ供給することもできる。該弁装
置21は、内燃機関の燃焼室24に隣接した吸気弁22から成
っている。また、該吸気弁装置21は、吸気弁ガイド28内
に受け入れられた弁ステム26も備えている。弁ステム26
は、戻しばね30、及びカム（図示せず）によって内燃機
関のカムシャフト（図示せず）上を往復運動をする。
矢印32に示した空燃混合体は、混合装置20の出口と吸
気弁装置21とを相互に接続する通路34を介して供給され
る。弁ヘッド22がその弁座から持ち上がったとき、空燃
混合体32は、通路34を通じて混合装置20から燃焼室24へ
導入される。
また、この内燃機関は、入口38と、逆止弁39と相互に
接続された出口42とを有する息抜き管チャンバ36も備え
ている。逆止弁39は、通路44と相互に接続されている。
息抜き管の出口42と通路44との間には、逆止弁39が配置
されている。息抜き管36内のフィルタは、クランクケー
ス40から通路44内に燃焼気体が流れるのを許容しつつ、
クランクケース40から通路44内へ油滴が漏れるのを防止
する。通路44は息抜き管の出口42と通路16とを流体流れ
連通させる。このようして、息抜き管36は、通路44、1
6、18を介して混合装置20と流体流れ連通している。ま
た、空気フィルタ12は、通路16を介して吸気弁装置21と
流体流れ連通している。通路部分16aは、空気フィルタ1
2と通路44とを流体流れ連通させる。通路部分16bは、通
路44と吸気弁ガイド28とを流体流れ連通させる。
図１に図示した動的気体シールは、内燃機関内の異な
った位置におけるそれぞれの圧力を考慮することによ
り、最も良く理解される。吸気行程中、吸気弁22におけ
る圧力は、約−10ポンド／平方インチ（psi）である。
これと同時に、空気10の圧力は、大気圧、即ち、約14.7
ポンド／平方インチ（psi）である。息抜き管の出口通
路44内の息抜き管空気の圧力は、約−１乃至０ポンド／
平方インチ（psi）である。このようにして、吸気弁22
が開いたとき、比較的高圧の外気がフィルタ12、通路部
分16a、16bを通じて、弁ガイド28内へ吸引され、その
後、非着座状態の弁22を経て燃焼室24内に流れる。弁22
における高い負圧と息抜き管36内の圧力との圧力差は、
外気と吸気弁22における圧力との圧力差よりも遥かに小
さいため、ろ過された空気は、息抜き管36からの油を含
んだ空気よりも多い量にて、通路16a、16bを通って燃焼
室内に流れる。このようにして、通路16内を移動する気
体、即ち、「動的な」気体が効果的に密封する、即ち、
油を含んだ気体の大部分が吸気弁装置21を通じて燃焼室
へ入ることを防止するから、クランクケース40、及び息
抜き管36からの油を含んだ気体が吸気弁装置21へ入るこ
とが実質的に防止される。
これと同時に、ろ過された空気14は、空燃混合装置20
内に吸引され、その後、燃料と混合されて、結果として
生じた空燃混合体32が図１に示すように、燃焼室24へ入
る。
内燃機関のその他の行程の間、例えば、排気行程中、
吸気弁22が閉じられ、この場合、少量の気体がクランク
ケース40から息抜き管36、息抜き管の出口42、逆止弁39
を通じて、通路44、通路部分16b、及び弁ガイド28内に
流れることができる。その後に、これらの炭化水素を含
む気体は、装置20の下流にて装置20からの空燃混合体と
混合されて、その後に、その混合体は、吸気行程中、開
いた吸気弁22を通じて燃焼室24へ入る。
本発明は、クランクケースからの燃焼気体が、空燃混
合装置を介して燃焼室へ入る、従来技術の装置における
問題点を解決するものである。かかる従来技術の装置に
おいて、吸気行程中、クランクケースの圧力と吸気弁に
おける圧力との圧力差が大きいため、クランクケース及
び吸気装置からの炭化水素を組む空気が空燃混合装置を
通じて吸入される。クランクケースから出る炭化水素を
含んだ空気の量が逆止弁により少なくされること、これ
らの気体における油の殆どが息抜き管のフィルタにより
除去されること、及び燃焼気体の一部分しか吸気弁作動
装置内に、従って燃焼室内に流れないことのため、本発
明は、空燃混合装置に入る、燃焼気体及び油を含む息抜
き管の空気の量を減少させるものである。
本発明において、燃焼の副産物である、酸素不足状態
の少量の燃焼気体が吸気弁装置を通じて燃焼室へ入るこ
とができる。しかしながら、これらの燃焼気体はキャブ
レタの下流にて追加されるため、キャブレタの空燃比の
バランスを覆すことはない。これらの燃焼気体は酸素を
殆ど含まないため、従来技術にて典型であるように、こ
れらの燃焼気体をキャブレタの上流にて追加するなら
ば、キャブレタの空燃比が変化することとなる。
図２乃至図５には、本発明による動的気体シールを備
える実際の内燃機関が図示されている。図２乃至図５に
おいて、図１の概略図に示した構成要素に対応する機能
を有する構成要素は、同一の部品番号で表示してある。
より具体的には、図２の側面図には、フィルタ12、混
合装置20、通路部分16a、16b、息抜き管36、通路34、燃
焼室24間の空間的関係が示されている。
図３の正面図には、息抜き管36、通路16a、16b、18、
フィルタ12及びキャブレタ20が示されている。
図４の平面断面図には、通路部分16a、16b、息抜き管
38、息抜き管の出口通路44、ダイヤフラム型逆止弁39、
吸気弁ガイド28、排気弁作動装置（図示せず）用の排除
弁ガイド46、及び往復運動をするピストン（図示せず）
を受け入れるピストンシリンダ48が示されている。
図５の断面図には、吸気弁ガイド28と排気弁ガイド46
との関係、及び吸気弁ガイド28と燃焼室24の間の空間的
な関係がより明確に示されている。
図２乃至図５に示した動的気体シールの作用は、図１
に関して図示し且つ説明したシールの作用と同一であ
り、再度、説明する必要はない。
本発明の好適な実施の形態について図示し且つ説明し
た。しかしながら、その他の実施の形態が当業者に明ら
かであろうし、それらは本発明の所期の範囲に属するも
のである。このため、本発明は、請求の範囲の記載によ
ってのみ限定されるべきものである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01M 13/00 - 13/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関にして、 油を保持するクランクケースと、 該クランクケースからの気体を受け入れる、前記クラン
    クケースと流体流れ連通した入口と、出口とを有する息
    抜き管チャンバと、 前記内燃機関の燃焼室内へ入る空気と燃料の流れを制御
    する吸気弁装置と、 略大気圧の空気を提供する吸気手段と、 前記吸気手段からの空気を受け入れる吸気口と、前記吸
    気弁装置と流体流れ連通した出口とを有していて、前記
    吸気弁装置に空燃混合気体を提供する空燃混合装置と、 前記吸気手段と前記吸気弁装置の間を接続し、前記吸気
    手段から前記吸気弁装置にまで流体流れ連通させ、かつ
    前記空燃混合装置をバイパスしている第一の通路と、 前記息抜き管チャンバの出口と前記第一の通路とを相互
    に接続する第二の通路であって、前記息抜き管チャンバ
    の出口からの気体が前記第二の通路へ流入し、前記第一
    の通路を経て、前記吸気弁装置に流入し、そして前記燃
    焼室内に流動し得るようにする前記第二の通路とを備え
    る、内燃機関。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関にして、前記吸
    気弁装置が吸気弁ガイドを備え、前記第一の通路が前記
    吸気手段と前記吸気弁ガイドとを相互に接続する、内燃
    機関。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の内燃機関にして、前記吸
    気手段が、略大気圧のろ過された空気を提供し得るよう
    に空気フィルタを備える、内燃機関。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の内燃機関にして、前記吸
    気弁装置が吸気弁ガイドを備え、前記クランクケースか
    らの気体が前記燃焼室に流入する前に前記吸気弁ガイド
    を通過するようにした、内燃機関。
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US08/369,706 1995-01-06
US369,706 1995-01-06
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