JP5715761B2 - 内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の種類の内燃エンジンに関するものである。

特許文献１からは、吸気管路を空気管路と混合気管路とに分割した２サイクルエンジンが知られている。吸気管路には、気化器の管路壁に穿孔部として形成させた主燃料穴および副燃料穴とが開口している。この種の内燃エンジンの場合、良好な運転挙動を達成させるため、アイドリング時と低部分負荷時とに空気管路を介しても燃料が供給されるのが望ましい。

しかしながら、特許文献１に開示されている個々の燃料穴の配置構成の場合、空気管路と混合気管路との間の連通穴が開いても、作動時に燃料が空気管路内へほとんど侵入しないことが明らかになった。これにより望ましくない運転挙動が生じる。

独国特許出願公開第１０１６０５３９Ａ１号明細書

本発明の課題は、この種の内燃エンジンにおいて、良好な運転挙動を有するように構成することである。

この課題は、請求項１の構成を備えた内燃エンジンにより解決される。

吸気管路が分割されている内燃エンジンの場合、特にアイドリング時および低部分負荷時に、スロットル要素の領域に渦流が形成され、その結果個々の燃料穴から流出する燃料が吸気管路の壁に押し付けられることが明らかになった。燃料はそこで壁膜として堆積し、したがって内燃エンジンのクランクケースへ搬送されることがある。これにより燃料は連通穴を通じて空気管路内へ溢流しない。本発明によれば、他の燃料穴が管路壁から間隔をもって配置されていることにより、燃料穴は吸気管路内の流動の中へ突出している。流出する燃料は空気流動によって破壊され、したがって連通穴を通じて空気管路内へも溢流する。燃料穴が管路壁に対し間隔をもっていることにより、燃料穴からの燃料が壁膜として管路壁に押しつれられることが回避される。仕切り壁に対して間隔があるので、仕切り壁の壁膜は回避される。これにより、内燃エンジンの良好な運転挙動を簡単に達成させることができる。

仕切り壁の連通穴は少なくとも全負荷時には実質的に閉じている。この場合、空気管路と混合気管路との機能的分離が達成される必要がある。その際、わずかな残穴（たとえば連通穴のエッジのスリット）はそのまま残していてよい。

有利には、燃料穴は吸気管路内へ突出している燃料管に、特に該燃料管の自由端に形成されている。これにより簡潔な構成が得られる。有利には、燃料管は吸気管路内へ突出している長さを有し、該長さは吸気管路の直径の少なくともほぼ１０％である。有利には、燃料管の長さは吸気管路の直径のほぼ２５％ないしほぼ６０％であることが判明した。吸気管路の直径の５０％以上の燃料管の長さは、吸気管路を中央で分割した場合、燃料管の傾斜位置によって達成できる。燃料管の上記の長さにより、燃料穴は良好な流動状態が支配している吸気管路の領域に開口する。これによって、燃料は吸い込まれた空気によって破壊されて燃料穴により空気管路と混合気管路内へ流入する。壁膜の形成を回避でき、或いは、少なくとも著しく減少させることができる。

合目的には、燃料穴は仕切り壁面に対し間隔をもって開口している。有利には、仕切り壁面に対する燃料穴の間隔は吸気管路の直径のほぼ３０％以下、特にほぼ１５％以下である。これにより燃料穴は空気管路のすぐ近くにあるので、連通穴が開いた状態で燃料が空気管路内へも溢流することができるよう保証される。

吸気管路の管路壁に対する燃料穴の間隔は、有利には、吸気管路の直径の少なくともほぼ５％、特にほぼ１０％以上である。この間隔は吸気管路の管路壁に対する燃料穴の最小間隔であり、たとえば燃料管の縦方向に対し横方向に測定した長さである。この間隔により、燃料が燃料管の縦方向に関し吸気管路の管路壁に対し側方から当接して壁膜を形成しないよう保証されている。

有利には、燃料穴はほぼ連通穴の高さで吸気管路内に配置されている。これにより、連通穴が十分に開口しているときに、燃料が連通穴を介して空気管路内へ達することができるよう保証することができる。他方、燃料穴は連通穴の上流側に設けられていてもよい。燃料穴は特にアイドリング燃料穴である。アイドリング燃料穴は主燃料穴の下流側に配置され、スロットル要素が吸気管路内に配置されている場合には、合目的にはスロットル要素が閉じている状態で該スロットル要素の下流側に配置される。これにより、スロットル要素が閉じているときに燃料がアイドリング燃料穴を介して吸気管路内へ達することができる。

吸気管路内には、有利には、空気管路と混合気管路との自由横断面積を制御するスロットル要素が回動可能に支持されている。これにより、両管路に対し１つのスロットル要素で十分であり、内燃エンジンの簡潔な構成が得られる。仕切り壁の連通穴は、有利には、全負荷時にスロットル要素によって閉鎖されている。合目的には、スロットル要素の領域に少なくとも１つの部分負荷燃料穴が配置されている。部分負荷燃料穴は、有利には、主燃料穴の下流側にしてアイドリング燃料穴の上流側に設けられている。スロットル要素がわずかに開いている場合、部分負荷燃料穴は合目的にはスロットル要素の高さで吸気管路内へ開口している。

本発明によれば、スロットル要素の上流側に位置するようにチョーク要素が吸気管路内に配置されている。チョーク要素とスロットル要素との間には特に仕切り壁部分が配置されている。したがって、空気管路を混合気管路から切離している仕切り壁は、スロットル要素とチョーク要素との間にも延在している。両管路の良好な密封と両管路の完全な切離しとを達成するため、本発明によれば、仕切り壁部分はチョーク要素および／またはスロットル要素を完全開弁時に当接させるための少なくとも１つの当接部を有している。

スロットル要素の下流側でも空気管路と混合気管路との良好な切離しを達成するため、本発明によれば、スロットル要素は気化器内に配置され、該気化器の下流側に中間フランジが配置され、スロットル要素は完全開弁時に該中間フランジに設けた前記仕切り壁に当接する。中間フランジは十分に形状安定な材料から成っていてよく、或いは、吸気フランジは弾性材料から成っていてもよい。

合目的には、スロットル要素はスロットル軸により回動可能に支持されるスロットルバルブであり、チョーク要素はチョーク軸により回動可能に支持されるチョークバルブである。連通穴はスロットル軸と仕切り壁との間に位置するように中間フランジに形成されている。したがって、気化器はスロットル軸の下流側には仕切り壁を有しておらず、スロットルバルブの下流側での両管路の仕切りは、中間フランジに設けた仕切り壁を介して行われる。

内燃エンジンは層状掃気方式で作動する２サイクルエンジンである。

次に、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

内燃エンジンをアイドリング位置で示した概略断面図である。 図１の気化器と中間フランジとを部分負荷位置で示した図である。 図１の気化器と中間フランジとを全負荷位置で示した図である。 気化器の下流側端面の概略側面図である。

図１には、内燃エンジンの実施形態として２サイクルエンジン１が図示されている。この２サイクルエンジン１は単気筒エンジンとして構成され、層状掃気方式で作動する。２サイクルエンジン１はシリンダ２を有し、シリンダ２内にはピストン５が往復動可能に支持されている。ピストン５はシリンダ２内に形成されている燃焼室３を画成し、連接棒６を介して、クランクケース４内に回転可能に支持されているクランク軸７を駆動する。クランクケース４には、ピストン５によって開閉制御される混合気吸込口８が通じている。燃焼室３からは、排ガス用の排出口１０が出ている。さらに、シリンダ壁に空気吸込口９が形成され、空気吸込口９はピストン５の上死点の領域でピストンポケット４０を介して掃気通路１１，１２の掃気窓１３，１４と連通している。掃気通路１１，１２はピストン５の下死点の領域でクランクケース４を燃焼室３と連通させている。

２サイクルエンジン１は吸気管路２１を有し、吸気管路２１は仕切り壁１８によって空気管路１５と混合気管路１６とに分割されている。空気管路１５を介して、ほとんど空気を含んでいない燃料空気混合気が空気吸込口９に供給され、混合気管路１６を介して燃料空気混合気が混合気吸込口８へ供給される。１つまたは複数の作動状態で、特にアイドリング時と低部分負荷時とで、空気管路１５を介して燃料を供給するようにしてもよい。

燃焼空気は、気化器２０が配置されているエアフィルタ１９を介して吸い込まれる。気化器２０内には吸気管路２１の一部分が形成されている。気化器２０の下流側には中間フランジ１７が配置されている。中間フランジ１７は気化器２０をシリンダ２のフランジと結合させている。シリンダのフランジには、空気吸込口９と混合気吸込口８とが形成されている。中間フランジ１７は形状安定であり、或いは、弾性材料から成っていてよく、したがって気化器２０とシリンダ２の前記接続フランジとの間で振動を切離す用を成す。

気化器２０はチョークバルブ２２を有し、チョークバルブ２２はチョーク軸２９（図２）により吸気管路２１内に回動可能に支持されている。チョークバルブ２２の下流側にはスロットルバルブ２３が配置され、スロットルバルブ２３はスロットル軸３０（図２）により回動可能に支持されている。チョークバルブ２２とスロットルバルブ２３との間には、混合気管路１６を空気管路１５から分離させている仕切り壁部分２８が設けられている。

エアフィルタ１９からシリンダ２への流動方向においてチョークバルブ２２の下流側には、吸気管路２１内にベンチュリー部４５が形成されている。ベンチュリー部４５の領域では、主燃料穴２４が混合気管路１６に開口している。主燃料穴２４の下流側では、複数個の部分負荷燃料穴２５が混合気管路１６に開口している。これらの部分負荷燃料穴２５は吸気管路２１の管路壁に設けた穿孔部として形成されている。図１に図示したアイドリング位置では、すなわちスロットルバルブ２３が十分に閉じている状態では、部分負荷燃料穴２５はスロットルバルブ２３の上流側で吸気管路２１に開口している。スロットルバルブ２３の下流側では、アイドリング燃料穴２６が混合気管路１６に開口している。アイドリング燃料穴２６は、吸気管路２１内へ突出している燃料管２７に形成されている。アイドリング燃料穴２６は、仕切り壁１８に設けた連通穴３１の領域で吸気管路２１に開口している。連通穴３１はスロットル軸３０（図２）と仕切り壁１８の一部分との間に位置するように中間フランジ１７に形成されている。矢印３５によって示唆したように、燃料はアイドリング燃料穴２６を介して混合気管路１６内へ搬送される。連通穴３１を通じて燃料は矢印３６に沿って空気管路１５にも達する。これにより、アイドリング時には、空気管路１５と混合気管路１６との双方を介して燃料が供給される。これは２サイクルエンジン１の良好な運転挙動を生じさせる。

図１の概略図では、混合気管路１６は気化器２０内と中間フランジ１７内とで上に図示されているが、シリンダ２のフランジでは下に配置されている。中間フランジ１７とシリンダ２との間の個々の管路または中間フランジ１７内の個々の管路を交差するように案内してよい。しかし、混合気管路１６が気化器内で下に位置し、すなわちクランクケース４側に延在するようにしてもよい。すなわち気化器２０が図１の図示位置に対し回転したような構成でもよい。

アイドリング燃料穴２６は仕切り壁１８に隣接して吸気管路２１に開口している。図２が示すように、アイドリング燃料穴２６は仕切り壁１８に対し間隔ｃを有しており、その結果アイドリング燃料穴２６から出た燃料が壁膜として直接仕切り壁１８に蓄積することがない。この領域では、吸い込まれた燃焼空気が混合気管路１６内へも空気管路１５内へも流動する。この燃焼空気と一緒に燃料は両管路１５，１６内へ流入する。

図２はスロットルバルブ２３を部分的に開弁した位置で示したものであり、すなわち部分負荷位置で示したものである。この位置では、スロットルバルブ２３のエッジは部分負荷燃料穴２５の領域にある。これにより、部分負荷燃料穴２５を介しても燃料が矢印３７の方向で混合気管路１６内へ達することができる。アイドリング燃料穴２６を介して燃料は矢印３５と３６に沿って混合気管路１６と空気管１５に供給される。連通穴３１は開いたままである。

図２が示すように、チョークバルブ２２は完全開弁位置において仕切り壁部分２８に設けた当接部４１に当接する。仕切り壁部分２８はスロットルバルブ２３の領域に該スロットルバルブ２３用の当接部４２を有している。仕切り壁１８には、連通穴３１に隣接して、中間フランジ１７にスロットルバルブ２３用の当接部４３が設けられている。

図３が示すように、チョークバルブ３２は完全開弁位置において当接部４１に当接し、スロットルバルブ２３は当接部４２と４３に当接している。この全負荷位置においては、混合気管路１６と空気管路１５とは互いに完全に切離されている。当接部４１，４２，４３には補助的に密封要素を設けてもよい。図３が示すように、全負荷位置においては、スロットルバルブ２３が開いているために、主燃料穴２４には負圧が生じる。これにより主燃料流が矢印３９に沿って主燃料穴２４を介して混合気管路１６内に吸い込まれる。部分負荷燃料穴２５とアイドリング燃料穴２６とを介して補助燃料が矢印３７と３５に沿って混合気管路１６内へ達する。連通穴３１はスロットルバルブ２３によって閉じられている。これにより著しい量の燃料が空気管路１５内へ達することはない。空気管路１５内への燃料の溢流は仕切り壁１８の非密封性によってのみ可能である。

図３が示すように、チョークバルブ２２とスロットルバルブ２３とは完全開弁位置において、すなわち全負荷時において、仕切り壁面３３内にあり、すなわち仕切り壁１８を備えた面内にある。仕切り壁面３３は、吸気管路縦軸線３８とスロットル軸３０およびチョーク軸２９の回動軸線とを含んでいる。

図４は気化器の側面図で、アイドリング燃料穴２６の位置を示している。アイドリング燃料穴２６は、気化器２０がダイヤフラム気化器として構成されている場合、燃料管２７を介して制御室３４と連通している。アイドリング燃料穴２６は別様に構成した燃料室と連通していてもよい。燃料管２７に供給される燃料の量を弁によって制御してもよい。燃料管２７は吸気管路２１内へ突出している長さｌを有し、長さｌは吸気管路２１の直径ｄの少なくともほぼ１０％である。有利には、長さｌは吸気管路２１の直径ｄのほぼ２５％ないしほぼ６０％である。本実施形態では、長さｌは吸気管路２１の直径ｄのほぼ４０％とほぼ５０％の間である。図４が示すように、燃料管２７は吸気管路２１の中央に配置されておらず、側方に配置されている。アイドリング燃料穴２６は管路壁３２に対し間隔ａを有し、間隔ａは吸気管路２１の直径ｄの少なくともほぼ５％、特にほぼ１０％以上である。なお間隔ａは、アイドリング燃料穴２６の中心に対し測った長さである。アイドリング燃料穴２６は、仕切り壁１８の幾何学的中心を成している仕切り壁面３３に対し間隔ｂを有し、間隔ｂは有利には吸気管路２１の直径ｄのほぼ３０％以下、特にほぼ１５％以下である。

アイドリング燃料穴２６は、燃料管に設ける代わりに、別の態様で管路壁３２に対し間隔をもって配置してもよい。しかしながら、燃料管２７を使用することにより簡潔な構成が得られる。図１ないし図４が示すように、スロットルバルブ２３とチョークバルブ２２とは混合気管路１６と空気管路１５の双方を制御する。

１ 内燃エンジン
１５ 空気管路
１６ 混合気管路
１８ 仕切り壁
２１ 吸気管路
２４ 主燃料穴
３１ 連通穴
３２ 吸気管路の管路壁

Claims (17)

1. 仕切り壁（１８）により空気管路（１５）と混合気管路（１６）とに分割されている吸気管路（２１）と、少なくとも内燃エンジンの全負荷時に実質的に閉じるように前記仕切り壁（１８）に設けた連通穴（３１）と、前記混合気管路（１６）に開口している主燃料穴（２４）と、前記混合気管路（１６）に開口している少なくとも１つの他の燃料穴とを備え、前記仕切り壁（１８）が、該仕切り壁（１８）の幾何学的中心を成している仕切り壁面（３３）を有している、内燃エンジンにおいて、 前記他の燃料穴が前記吸気管路（２１）の管路壁（３２）に対して間隔（ａ）をもって且つ前記仕切り壁（１８）に対して間隔（ｃ）をもって前記混合気管路（１６）に開口し、前記仕切り壁面（３３）に対する前記他の燃料穴の間隔（ｂ）が前記吸気管路（２１）の直径（ｄ）の１５％以下であり、その結果前記連通穴（３１）が開いた状態で燃料が前記空気管路（１５）内へも溢流することを特徴とする内燃エンジン。
2. 前記燃料穴が前記吸気管路（２１）内へ突出している燃料管（２７）に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジン。
3. 前記燃料管（２７）が前記吸気管路（２１）内へ突出している長さ（ｌ）を有し、該長さ（ｌ）は前記吸気管路（２１）の直径（ｄ）の少なくとも１０％であることを特徴とする、請求項２に記載の内燃エンジン。
4. 前記吸気管路（２１）の前記管路壁（３２）に対する前記燃料穴の前記間隔（ａ）が前記吸気管路（２１）の直径（ｄ）の少なくとも５％であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
5. 前記燃料穴がほぼ前記連通穴（３１）の高さで前記吸気管路（２１）内に配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
6. 前記燃料穴がアイドリング燃料穴（２６）であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
7. 前記吸気管路（２１）内に、前記空気管路（１５）と前記混合気管路（１６）との自由横断面積を制御するスロットル要素が回動可能に支持されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
8. 前記仕切り壁（１８）の前記連通穴（３１）が全負荷時に前記スロットル要素によって閉鎖されていることを特徴とする、請求項７に記載の内燃エンジン。
9. 前記スロットル要素の領域に少なくとも１つの部分負荷燃料穴（２５）が配置されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の内燃エンジン。
10. 前記部分負荷穴（２５）が前記吸気管路（２１）の前記管路壁（３２）に設けた穴として形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の内燃エンジン。
11. 前記スロットル要素の上流側に位置するようにチョーク要素が前記吸気管路（２１）内に配置されていることを特徴とする、請求項７から１０までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
12. 前記チョーク要素（１３）と前記スロットル要素との間に仕切り壁部分（２８）が配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の内燃エンジン。
13. 前記仕切り壁部分（２８）が前記チョーク要素および／または前記スロットル要素を完全開弁時に当接させるための少なくとも１つの当接部（４１，４２）を有していることを特徴とする、請求項１２に記載の内燃エンジン。
14. 前記スロットル要素が気化器（２０）内に配置されていること、該気化器（２０）の下流側に中間フランジ（１７）が配置され、前記スロットル要素は完全開弁時に該中間フランジ（１７）に設けた前記仕切り壁（１８）に当接することを特徴とする、請求項７から１３までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
15. 前記スロットル要素がスロットル軸（３０）により回動可能に支持されるスロットルバルブ（２３）であり、前記チョーク要素がチョーク軸（２９）により回動可能に支持されるチョークバルブ（２２）であることを特徴とする、請求項７から１４までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
16. 前記連通穴（３１）が前記スロットル軸（３０）と前記仕切り壁（１８）との間に位置するように前記中間フランジ（１７）に形成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の内燃エンジン。
17. 前記内燃エンジンが層状掃気方式で作動する２サイクルエンジン（１）であることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
    

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