JPH10503258A - 内燃機関の動的気体シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関の動的気体シールは、開放した吸気弁（２２）を通って燃焼室（２４）に入る、内燃機関の息抜き管（３６）からの炭化水素を含んだ空気の量を最小にすることにより、排気物を少なくする。この動的気体シールは、息抜き管からの油を含んだ空気に代えて、大気圧のろ過された空気が燃焼室（２４）に入るのを許容する幾つかの通路（３４、１６ａ、１６ｂ）を有している。該動的気体シールは、空気フィルタと吸気弁装置との間の１つの通路と、息抜き管の出口とキャブレタの吸気口との間の幾つかの通路とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の動的気体シール 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ことになる。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。 気体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、息抜き管の出口と燃焼室とを相互 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、息抜き管からの気体を含む空気に代え 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、ろ過の必要量を少なくする。息抜き管の出口からの空 気（気体を含み、油が少ない空気）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、気体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気体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１ ０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１ ４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２ ８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３ ０、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。このようにして、息抜き管３６は、通路４４、１６、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１２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 からの気体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含む空気が空 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）用の排気弁ガイド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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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の空燃混合体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、 前記吸気手段から前記吸気弁装置まで流体流れ連通させるべく前記吸気手段と 前記吸気弁装置とを相互に接続する第一の通路と、 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する空燃混合装置と 、 前記息抜き管の出口からの気体が前記燃焼室内に流動し得るように前記入口管 の出口と前記燃焼室とを相互に接続する第二の通路とを備える、内燃機関。 ２．請求項１に記載の内燃機関にして、前記吸気弁装置が弁ガイドを備え、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１に記載の内燃機関にして、前記吸気弁装置が弁ガイドを備え、前 記第二の通路が前記息抜き管の出口と前記弁ガイドとを相互に接続する、内燃機 関。 ５．請求項１に記載の内燃機関にして、前記息抜き管の出口と前記第二の通路 との間に配置された逆止弁を更に備える、内燃機関。 ６．内燃機関の動的気体シールにして、 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の空燃混合体の流れを制御する吸気弁装置と、 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する空燃混合装置と 、 略大気圧の空気を提供する吸気手段と、 前記吸気手段から前記吸気弁装置まで流体流れ連通させるべく前記吸気手段と 前記吸気弁装置とを相互に接続する第一の通路と、 前記息抜き管の出口と前記第一の通路とを流体流れ連通させるべく前記息抜き 管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と、 前記息抜き管の出口が前記燃焼室と流体流れ連通するように前記息抜き管の 出口と前記燃焼室とを相互に接続する第三の通路とを備える、内燃機関の動的気 体シール。 ７．請求項６に記載の動的気体シールにして、前記吸気弁装置が弁ガイドを備 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、動 的気体シール。 ８．請求項６に記載の動的気体シールにして、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、動的気体シール。 ９．請求項６に記載の動的気体シールにして、前記吸気弁装置が弁ガイドを備 え、前記第三の通路が前記息抜き管の出口と前記弁ガイドとを相互に接続する、 動的気体シール。 １０．請求項６に記載の動的気体シールにして、前記息抜き管の出口と前記第三 の通路との間に配置された逆止弁を更に備える、動的気体シール。