JPH10325383A - 混合気開閉弁用電磁コイルの決定方法 - Google Patents
混合気開閉弁用電磁コイルの決定方法Info
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- JPH10325383A JPH10325383A JP9134163A JP13416397A JPH10325383A JP H10325383 A JPH10325383 A JP H10325383A JP 9134163 A JP9134163 A JP 9134163A JP 13416397 A JP13416397 A JP 13416397A JP H10325383 A JPH10325383 A JP H10325383A
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Abstract
イルの消費電力を低減すること。 【解決手段】 電磁コイル73の磁力によりコア83を
移動させ、このコアを介して弁軸81を移動させて弁を
開き、内燃機関の燃焼室に燃料Gと圧縮空気Aとの混合
気Mを供給するようにした混合気開閉弁において、電磁
コイルの磁力による軸力をFm、混合気開閉弁に混合気
を供給しない状態で弁開閉させるときに必要な力をF
v、圧縮空気が混合気開閉弁を開けようとする力をfa
としたときに、Fm≧Fv−faの関係で電磁コイルの
磁力を決めるようにした混合気開閉弁用電磁コイルの決
定方法。
Description
に燃料と圧縮空気との混合気を供給するようにした混合
気開閉弁における、電磁コイルの決定方法に関する。
気との混合気を断続的に噴射させる弁であり、2サイク
ルエンジン等に取付けるものである。この種の混合気開
閉弁として、例えば、特開平5−256230号公報
「燃料とガスの混合装置」がある。上記装置は、その公
報の図1〜図3によれば、コイル巻線80(番号は公報
に記載されたものを引用した。以下同じ。)の磁力によ
り電機子110を移動させ、この電機子110を介して
ポペット弁140を移動させて球形弁150を開き、エ
ンジン本体20の燃焼シリンダ32に燃料と圧縮空気と
の混合気を供給するようにした電磁ソレノイド組立体4
0である。
ポペット弁140の上端とは、一体であり、コイル巻線
80の非励磁状態においては、電機子110がコイルス
プリング120の弾発力で持上げられるので、球形弁1
50は閉じる。コイル巻線80を励磁させると、その磁
力で電機子110がコイルスプリング120の弾発力に
抗して押し下げられるので、球形弁150は開く。
電磁ソレノイド組立体40は、単品で(混合気を供給し
ない状態で)、コイル巻線80の磁力だけで球形弁15
0が開くように設計する。すなわち、電磁ソレノイド組
立体40の混合気入口が大気圧の状態で、所定の弁リフ
ト量が得られるように設計する。そして、単品検査した
ものをエンジン本体20に取付けることになる。一般に
単品検査では、エンジン本体20に混合気を供給しない
状態で、コイル巻線80を励磁させて弁の開閉作動が適
正であるかを検査する。
応するために、噴射量を増す傾向にあり、その要求を満
たすためにポペット弁140の径を大きくし、リフト量
(開閉ストローク)を増加するようにしている。具体的
には、前記電磁ソレノイド組立体40の出力を倍増させ
なければならず、コイル巻線80が大きくなる。すなわ
ち、単品検査を前提とした従来の手法では、電磁ソレノ
イド組立体40がますます大きくなり、消費電力が増加
するという不具合は避けられない。
型化するとともに、電磁コイルの消費電力を低減するこ
とにある。
の燃焼室に燃料と圧縮空気との混合気を供給するように
した混合気開閉弁に要求される特性を詳しく研究して、
混合気開閉弁を開けるのに、圧縮空気の圧力を補助動力
として利用することを創案した。
を移動させ、このコアを介して弁軸を移動させて弁を開
き、内燃機関の燃焼室に燃料と圧縮空気との混合気を供
給するようにした混合気開閉弁において、電磁コイルの
磁力による軸力をFm、混合気開閉弁に混合気を供給し
ない状態で弁開閉させるときに必要な力をFv、圧縮空
気が混合気開閉弁を開けようとする力をfaとしたとき
に、Fm≧Fv−faの関係で電磁コイルの磁力を決め
ることを特徴とした混合気開閉弁用電磁コイルの決定方
法である。
移動させる)のに、圧縮空気の圧力を補助動力として利
用するので、電磁コイルの磁力は小さくてすむ。磁力が
小さいので、電磁コイルを小型にすることができ、この
ため、混合気開閉弁の全体を小型化かつ軽量化できる。
また、電磁コイルの消費電力を低減することができるの
で、小容量のバッテリですむとともに、電磁コイルを駆
動制御する駆動回路や配線(電力供給系統)も小容量の
ものですみ、安価にできる。さらに、従来と同一磁力の
電磁コイルであれば、補助動力を付加した分だけ駆動力
が増すので、混合気開閉弁の開口面積を増して吐出量を
増大させることができる。
基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見
るものとする。図1は本発明に係る副燃焼室付き内燃機
関のフローシートである。内燃機関1は、副燃焼室付き
燃料噴射式内燃機関であり、例えば図示せぬスクータ型
自動二輪車に搭載される2サイクル内燃機関であって、
主にクランクケース2とシリンダブロック3とシリンダ
ヘッド4と、クランクシャフト5と、コネクティングロ
ッド6と、ピストン7とからなる。そして、内燃機関1
は、主燃焼室8に副燃焼室9を連通して設け、この副燃
焼室9に混合気開閉弁70を取付け、この混合気開閉弁
70の上方の蓄圧室21に主燃料噴射弁(主インジェク
タ)31を取付け、さらに、副燃焼用空気系統10、圧
縮空気系統20、燃料系統30及び潤滑油系統40を接
続したものである。
2内部のクランク室11に給気通路12を介してエアク
リーナ13を接続し、給気通路12に上流側から下流側
へスロットル弁14、副燃料噴射弁(副インジェクタ)
15、リード弁16の順に取付けたものである。ピスト
ン7が上昇移動することによりクランク室11を負圧に
すると、空気をエアクリーナ13から給気通路12へ吸
入し、リード弁16を介してクランク室11に供給する
ことができる。なお、副燃料噴射弁15は内燃機関1の
始動時や、潤滑を必要としたときに、燃料を噴射する。
22を介してサージングタンク23を接続し、このサー
ジングタンク23に吐出空気管24、空気ポンプ25、
吸入空気管26を介してエアクリーナ13を接続したも
のである。クランクシャフト5が回転することにより、
空気ポンプ25が駆動してエアクリーナ13内の空気を
圧縮し、この圧縮空気をサージングタンク23に供給
し、さらに、このサージングタンク23から蓄圧室21
へ供給することができる。図中、27はサージングタン
ク23及び吐出空気管24の圧縮空気を所定圧力に保持
する空気調圧弁である。28は空気戻り管、29は遮断
弁である。
記副燃料噴射弁15に吐出燃料管32、燃料ポンプ3
3、吸入燃料管34を介して燃料タンク35を接続した
ものである。クランクシャフト5が回転することによ
り、燃料ポンプ33が駆動して燃料タンク35の燃料を
主・副燃料噴射弁31,15に供給することができる。
図中、36は吐出燃料管32の燃料を所定圧力に保持す
る燃料調圧弁、37は燃料戻り管である。
滑油管42、潤滑油ポンプ43、潤滑油制御弁44、潤
滑油供給管45を介して内燃機関1の摺動部分を接続し
たものである。クランクシャフト5が回転することによ
り、潤滑油ポンプ43が駆動して、潤滑油制御弁44で
設定した流量の潤滑油を潤滑油タンク41から内燃機関
1の摺動部分へ供給することができる。図中、46は潤
滑油戻り管である。
グ、52は副燃焼室9のための副点火プラグ、53,5
4は点火コイル、55はバッテリ、56は制御回路ユニ
ット、Neはクランクシャフト用回転数センサ、Acは
クランク角度センサ、Thはスロットル開度センサ、T
aは大気温度センサ、Pbはスロットル弁二次側吸気圧
力センサ、Twは内燃機関用冷却水温度センサである。
室回りの要部断面図である。なお、説明の便宜上、内燃
機関1の向きを図上下方向として表した(符号の向きを
図上下方向とした。)。内燃機関1は、シリンダブロッ
ク3のシリンダ3aの上部に、図示せぬ排気ポートとは
反対側にオフセットした主燃焼室8を設け、この主燃焼
室8に副燃焼室9を連通して設けるようにするべく、副
燃焼室9をシリンダヘッド4に設け、さらに、副燃焼室
9の端部に燃料と圧縮空気との混合気を噴射する混合気
開閉弁70及び副点火プラグ52を取付け、混合気開閉
弁70の上方の蓄圧室21に主燃料噴射弁31を取付け
たものである。主燃焼室8のための主点火プラグ51
は、シリンダヘッド4に取り付けたものである。
aの中心位置に上下貫通した孔4aを形成したものであ
り、この孔4bに下部ケース61を嵌合し、さらに、こ
の下部ケース61の上に上部ケース62を重ね、これら
下部・上部ケース61,62をシリンダヘッド4に固定
した構成である。下部ケース61は上方を開放した空間
部61aと、壁の一部を切欠いて主燃焼室8に連通する
連通部61bとを形成したケースである。上部ケース6
2は上下貫通した空間部62aを形成するとともに、副
点火プラグ52を取付けたケースである。これら空間部
61a,62aは上下に連通して副燃焼室9を構成す
る。
造は、上部ケース62の上端に上方を開放した箱型スタ
ンド63を取付け、この箱型スタンド63に上方を開放
した弁収納ボックス64を挿入し、しかも、箱型スタン
ド63の上面に弁収納ボックス64のフランジ64aを
重ね、さらに、弁収納ボックス64の開口を塞ぐように
してフランジ64aにカバー65を重ね、これら箱型ス
タンド63、フランジ64a及びカバー65をボルト6
6で共締めし、弁収納ボックス64に混合気開閉弁70
を収納した構成である。
室9(上部ケース62の空間部62aの上端)へ臨むよ
うに、下端部分を箱型スタンド63の底部及び弁収納ボ
ックス64の底部から貫通して延ばしたものである。こ
のような混合気開閉弁70は、これの下部フランジ79
を、箱型スタンド63の内底面と弁収納ボックス64の
裏面との間で挟み込み、また、混合気開閉弁70の上端
部を、カバー65の裏面に形成した段付き孔部65aに
嵌合することにより、固定することになる。カバー65
は、段付き孔部65aの上端に上下貫通した貫通孔65
bを連通して設け、この貫通孔65bで蓄圧室21を構
成し、この蓄圧室21の側部に管取付け孔65cを連通
して設けたものであり、蓄圧室21の上端に主燃料噴射
弁31を取付け、管取付け孔65cに空気管22を取付
けた構成である。図中、67はOリングである。
である。混合気開閉弁70は、電磁コイル73の磁力に
よりコア83を移動させ、このコア83を介して弁軸8
1を軸方向に移動させて弁を開くようにした、いわゆる
ソレノイド式ポペット弁である。詳しくは、混合気開閉
弁70は、二重円筒構造のハウジング71と、このハウ
ジング71の内筒71aと外筒71bとの間に嵌合した
コイルボビン72と、このコイルボビン72に巻いた電
磁コイル73と、これらコイルボビン72及び電磁コイ
ル73を覆うようにハウジング71の上部に被せた中空
円盤状のリッド74と、このリッド74の上部膨出部分
の上端に嵌合した上鍔付き円筒状のキャップ75と、ハ
ウジング71とリッド74とを上下から挟んで互いにね
じ込んだ環状のアダプタボルト76並びに段付きナット
77と、内筒71aに嵌合しつつ内筒71a下端部に当
てた段付き筒状の弁座78と、この弁座78を内筒71
aの下端面に圧着するように内筒71aにねじ込んだ下
部フランジ79と、内筒71a並びに弁座78に軸方向
へ移動可能に嵌合した弁体81a付き弁軸(弁棒)81
と、この弁軸81の上端部に嵌合し且つナット82で取
付けたコア83と、これら弁軸81並びにコア83を弁
体81aの開く方向に弾発したばね84とからなる。
孔75a…(…は複数を示す。以下同じ。)を周方向に
開けたものである。弁座78は下端部に概ねテーパ状の
弁座面78aを形成したものである。弁軸81は弁体8
1aを一体に形成し、この弁体81aは上面81bを概
ねテーパ面としたものであり、このテーパ面の外周近傍
部分をバルブフェースとし、バルブフェースが弁座面7
8aに対して接離することにより弁の開閉をするもので
ある。このような混合気開閉弁70は、弁座78の口径
Dを6〜10mm、弁体81aのリフト量(開閉ストロ
ーク)L0を0.3〜0.6mmと設定して、開口面積
を大きくすることができる。
たコイルボビン72の孔内及びリッド74の孔内を案内
されて軸方向に移動するものである。ばね84は、圧縮
ばね等からなるリターンスプリングである。図中、85
は電磁コイル用端子、86は端子用グロメット、87,
88はワッシャ、89は弁座78の上端に載せたばね受
け座、91〜94はOリングである。
コア83は弁軸81(図3参照)に取付けるボス部83
aと、リム部83bとコア部83cとからなり、電磁軟
鉄等の磁性体で構成した一体成形品である。
に低摩擦抵抗の被膜97を形成したものである。具体的
には、被膜97はコア部83cの表面にコーティングし
た四フッ化エチレン樹脂(商標名;テフロン)等のフッ
素樹脂系の樹脂からなる。また、被膜97を施したコア
部83cと、コイルボビン72の孔72a並びにリッド
74の孔74aとの間の隙間S1は150μm程度であ
り、このため、コア83は孔72a,74a内を円滑に
軸方向移動することが可能である。
コア83のリム部83bに上下貫通した複数のガス孔8
3d…を開けたことを示す。
弁軸81は、弁体81aの上部近傍までガス孔81cを
開けた概ね管状の軸であり、ガス孔81cの下端から弁
体81aの上面81bに概ね沿った向きの、複数の吹出
し孔81d…を開けたものである。また、弁軸81は、
細長い筒状の弁座78の孔78bで案内される上下2段
のガイド81e…と、コア83の軸方向位置を決める段
部81fとを形成したものである。弁座78の孔78b
とガイド81e…との間の隙間S2は15μm程度であ
る。このように、上記隙間S1並びに隙間S2を設定した
ので、弁軸81はガタついたり、こじれることなく、円
滑に軸方向移動することが可能である。
ド81e…を周4箇所に設けたことを示す。
孔81cを弁軸81の中心に開け、この弁軸81の中心
からオフセットした位置に4つの吹出し孔81d…を開
けたことを示す。吹出し孔81d…を、弁体81aの上
面81bに概ね沿った向きで、しかも、弁軸81の中心
からオフセットした位置に開けたので、吹出し孔81d
…から副燃焼室9(図2参照)内へ概ね螺旋流の混合気
が吹出す。このため、混合気の燃焼作用により弁座面7
8aや弁体81aの上面81b等の弁周辺に付着したり
付着しかかったデポジット(カーボン等の燃焼たい積
物、残滓物)を、混合気で吹き飛ばすことができる。ま
た、螺旋流等で弁体81a自体が回転することにより、
付着したデポジットを除去することができる。この結
果、副燃焼室9の燃焼状態にかかわらず、弁周辺へのデ
ポジットの付着を容易に防止できる。しかも、吹出し孔
81d…から吹出す混合気が螺旋流なので、燃料と圧縮
空気との混合品質が高まり、燃焼効率が高くなる。
き説明する。図9は本発明に係る混合気開閉弁の作用図
である。弁が閉じた状態で、先ず主燃料噴射弁31から
蓄圧室21へ燃料Gを噴射し、次に空気管22から蓄圧
室21へ圧縮空気Aを供給する。そして、圧縮空気Aを
供給しつつ、端子85に通電することにより電磁コイル
73を励磁させ、その磁力によりコア83を下降させ
る。この結果、コア83と共に弁軸81が下降するの
で、弁体81aが弁座面78aから離れて弁開作動をな
す。弁開になれば、蓄圧室21内の燃料Gと圧縮空気A
との混合気Mは、弁軸81のガス孔81cから吹出し孔
…81dを経て、また、キャップ75のガス孔75a
…、コア83のガス孔83d…、弁軸81の廻りの隙間
の経路で、弁開口部98を通り副燃焼室9(図2参照)
へ噴射する。
ついて、図9に基づき説明する。電磁コイル73の磁力
については、次の(1)式の関係で決めることが好まし
い。 Fm≧Fv−fa ………(1) Fm;電磁コイル73の磁力による軸力(コア83を弁
開方向に移動させる力) Fv;混合気開閉弁70に混合気Mを供給しない(圧縮
空気Aを供給しない)状態で弁開閉させるときに必要な
力 fa;圧縮空気Aが混合気開閉弁70を開けようとする
力
つ電磁コイル73を励磁させることにより、小さい磁力
でコア83が弁開方向に移動し、この結果、弁体81a
が開作動することが判る。この点を考慮すれば、電磁コ
イル73の磁力については、次の(2)式と(3)式の
関係がすべて成立するように、決定すればよいことにな
る。 Fm+fa≧Fv>Fm ………(2) Fv>fa ………(3)
ア83を弁開方向に移動させる)のに、圧縮空気Aの圧
力を補助動力として利用するために、電磁コイル73の
磁力を前記(2)式と(3)式の関係に基づいて決定す
ればよい。圧縮空気Aの圧力を補助動力として利用する
ので、電磁コイル73の磁力は小さくてすむ。磁力が小
さいので、電磁コイル73は小型になり、電磁コイル7
3の消費電力も低減する。
所定の圧力であり、つぎの(a)〜(f)等の諸条件を
考慮した最適な値に決定すればよく、例えば、1〜3k
g/cm2G程度に設定する。 (a)弁体81aのリフト量 (b)弁の口径、(c)圧縮空気Aが混合気開閉弁70
を開けようと作用する部分の受圧面積、(d)副燃焼室
9側からの背圧、(e)弁軸81やコア83の摩擦抵
抗、(f)ばね84の荷重設定。
した結果を、図10及び図11に基づき説明する。図1
0(a),(b)は本発明に係る混合気開閉弁の弁体の
リフト波形を示すグラフ(その1)であり、(a),
(b)ともに横軸を時間t(sec)とし、縦軸を弁体
のリフト量としたものである。(a)は圧縮空気の圧力
Pを1kg/cm2Gとした場合の弁体のリフト波形を
示し、(b)は圧縮空気の圧力Pを3kg/cm2Gと
した場合の弁体のリフト波形を示す。
して電磁コイル73を励磁した際に、弁体の最大リフト
量はL1(mm)であり、必要なリフト量を達成できな
かった。(b)においては、弁作動信号を「開」にして
電磁コイル73を励磁した際に、弁体の最大リフト量は
L2(mm)であり、必要なリフト量を十分に達成でき
た。なお、圧縮空気の圧力Pを0kg/cm2Gとした
場合には、混合気開閉弁70は全く開作動しないことが
確認された。
気開閉弁の弁体のリフト波形を示すグラフ(その2)で
あり、(a),(b)ともに横軸を時間t(sec)と
し、縦軸を弁体のリフト量としたものである。(a)は
圧縮空気の圧力Pを2.5kg/cm2Gとした場合の
弁体のリフト波形を示し、(b)は圧縮空気の圧力Pを
5kg/cm2Gとした場合の弁体のリフト波形を示
す。これによれば、(a),(b)ともに弁体の最大リ
フト量はL2(mm)であるが、(a)に比べて(b)
の方が弁体の開時間が大きい。このように、圧縮空気の
圧力P、電磁コイル73の磁力、ばね84の荷重設定等
を適宜設定することにより、弁体の開時間を任意に設定
することができる。ところで、弁作動信号を「閉」にし
てから弁体のリフト量が下がるまでの時間は、圧力Pの
大きい(b)の方が、(a)よりもかかる。圧力が大き
いと、ばね84の復帰時間がかかるからである。従っ
て、ばね84の荷重設定は、圧力Pを勘案して決定する
ことになる。
す圧縮空気系統20は、空気ポンプ25の一次側に主燃
料噴射弁31を接続し、この主燃料噴射弁31から供給
した燃料と圧縮空気との混合気を蓄圧室21へ供給する
構成であってもよい。その場合には、蓄圧室21に主燃
料噴射弁31を取付ける必要はない。
する。請求項1記載の発明は、電磁コイルの磁力による
軸力をFm、混合気開閉弁に混合気を供給しない状態で
弁開閉させるときに必要な力をFv、圧縮空気が混合気
開閉弁を開けようとする力をfaとしたときに、Fm≧
Fv−faの関係で電磁コイルの磁力を決めるようにし
たので、混合気開閉弁を開ける(コアを弁開方向に移動
させる)のに、圧縮空気の圧力を補助動力として利用す
ることができ、電磁コイルの磁力は小さくてすむ。磁力
が小さいので、電磁コイルを小型にすることができ、こ
のため、混合気開閉弁の全体を小型化かつ軽量化でき
る。また、電磁コイルの消費電力を低減することができ
るので、小容量のバッテリですむとともに、電磁コイル
を駆動制御する駆動回路や配線(電力供給系統)も小容
量のものですみ、安価にできる。さらに、従来と同一磁
力の電磁コイルであれば、補助動力を付加した分だけ駆
動力が増すので、混合気開閉弁の開口面積を増して吐出
量を増大させることができる。
ート
部断面図
形を示すグラフ(その1)
形を示すグラフ(その2)
(副燃焼室)、15…主燃料噴射弁、31…副燃料噴射
弁、51…点火プラグ(主点火プラグ)、52…点火プ
ラグ(副点火プラグ)、70…混合気開閉弁、73…電
磁コイル、78…弁座、78a…弁座面、81…弁軸、
81a…弁体、83…コア、84…ばね(圧縮ばね)、
A…圧縮空気、G…ガソリン等の燃料、M…混合気。
Claims (1)
- 【請求項1】 電磁コイルの磁力によりコアを移動さ
せ、このコアを介して弁軸を移動させて弁を開き、内燃
機関の燃焼室に燃料と圧縮空気との混合気を供給するよ
うにした混合気開閉弁において、前記電磁コイルの磁力
による軸力をFm、前記混合気開閉弁に前記混合気を供
給しない状態で弁開閉させるときに必要な力をFv、前
記圧縮空気が混合気開閉弁を開けようとする力をfaと
したときに、Fm≧Fv−faの関係で電磁コイルの磁
力を決めることを特徴とした混合気開閉弁用電磁コイル
の決定方法。
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