JPS587826B2 - 内燃機関用気化器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオツトサイクル機関に使用する気化器に関する
もので、この気化器は気化室を有し、気化室内に絞り弁
によって調節された吸入空気が流入し、ノズルから供給
された燃料によって混合気が形成される。

現在の最大関心事は、オットサイクル機関の排気ガスに
含まれる有害成分を低減させることにある。

この問題の解決のために近年非常な努力がなされてきて
おり、有害成分の比較的少ない、あるいは殆どないとい
っていいほどの排気ガスを得ることのできる数々の処理
方法や装置が提案されている。

一方、従来の気化器を使っても、その気化器が正確に調
整され、又適切に設置されていれば、ほとんど有害成分
のないといっていいほどの排気ガスを得ることが可能で
ある。

排気ガス中の多量の有害成分は明らかに不正確な混合比
に起因するもので、有害成分の量は機関によるものでは
なく、気化器あるいは点火装置にその原因がある。

従って、燃料が正確に混合されれば、一般の機関におい
ても何らの改良を加えることなく、有害成分の量の問題
を解決することができる。

オットサイクル機関では１ｋｇの燃料を燃やすのに、絞
り弁を全開、半開、全閑にした状態で夫々ほぼ１１ｋｇ
〜１８ｋｇの空気を必要とする。

混合気は気化室内で形成され、この気化室内で燃料は吸
入空気内に可能な限り一様に分配される。

一般的に云って燃料の供給量は吸気管内に発生する負圧
によって定まり、従来の気化器では吸気空気量と負圧と
の関係は極めて複雑な関数となっている。

通常、これらの吸入空気量と負圧との関係は２次関数と
みなされ、吸入空気量が増大するに従って燃料量も増大
するようになっている。

しかしながらこのような気化器では燃料と空気との比を
正確に予め定められた比に合わせることができない。

このような問題を解決するために気化器吸入空気通路内
に吸入空気通路内を流れる吸入空気によって駆動される
羽根車を配置し、この羽根車によってギヤポンプを駆動
してこのギヤポンプにより気化器フロート室内から吸い
出した燃料を羽根車の回転軸に形成したノズルから噴出
されるようにした気化器が特公昭３６−１７７５２号公
報に記載されている。

この気化器では吸入空気量に比例させて燃料を供給でき
るために燃料と空気との比を予め定められた比に合わせ
ることができる。

しかしながらこの気化器では羽根車によって駆動される
ギヤポンプを設けなければならないために構造が複雑に
なってしまうという問題がある。

またオットサイクル機関においては混合気の性質が問題
となる。

この混合気の性質を調べるには２つの基準がある。

すなわち燃料粒子の大きさと気化器内壁面上における燃
料の付着であり、気化器内壁面は乾いた状態にあるのが
理想的である。

気化がうまくいかず直径が２０μｍ以上のときには燃料
が気化器内壁に付着してうまく燃焼しない。

このような不完全燃焼は排気ガス中に有害成分ＨＣを生
成する原因となる。

従って理想的に混合された混合気とは吸入空気中で燃料
が均一に霧化されていなくてはならないし、又吸入空気
量の変化に対しても燃料粒径は一定していなければなら
ない。

上述のような理想的な混合気をつくるには従来の気化器
では困難である。

本発明の目的は遠心力を利用した簡単な方法でもって吸
入空気量に対して供給燃料量を比例させることができ、
更に燃料粒径が一定した理想的な混合気を形成すること
のできる気化器を提供することにある。

この目的を達成するために本発明では吸入空気により回
転せしめられる羽根車に拡散装置を取付け、この拡散装
置が空洞とスリットとを具備し、ノズル孔を空洞内に開
口させて燃料を遠心力によりノズル孔から空洞内に噴出
させ、次いでこの噴出燃料をスリットから噴出させるよ
うにしている。

このように空洞内にノズル孔を開口せしめることによっ
て吸入空気量に対して燃料量を正確に比例させることが
でき、更にスリットを設けることによって機関の運転状
態に拘わらずに燃料粒径を均一化することができる。

この燃料拡散装置を形成するに当ってはこの装置が羽根
車と同時に回転し、スリットから噴射される燃料がすで
に十分気化されていることが大切である。

しかも、この装置を商業ベースにのせるにあたっては、
今までとあまり変わらない費用で生産できることも重要
である。

更にこの燃料拡散装置は上述したように各ノズルが開口
する空洞を有し、この空洞には気化室に通ずる環状のす
きまが設けられる。

この空洞と燃料室とは２個のノズルによって連通してい
る。

又、この空洞は環状を呈している。

上述の環状すきまを燃料室の回転軸き共軸の円筒面上に
設置することが可能であり、この環状すきまが燃料拡散
用のノズルを形成することになる。

この場合、拡散される燃料粒子の大きさはすきまの幅に
よって左右される。

簡単な改良を施こすことにより商業ベースにのせるため
の燃料拡散装置を生産する場合には本発明による燃料拡
散装置が必要となる。

すでに述べたように、低温時に気化器内の壁面が乾いて
いるということは、排気ガス中の有害成分、特にＨＣが
非常に少いという１つの目安になる。

従って、羽根車の燃料室から気化されることなく漏出し
た燃料は有害成分を発生する原因となる。

羽根車は円筒状の中空軸からなり、この円筒軸の片方は
隔壁で閉鎖されている。

この隔壁は燃料供給管が導入される燃料室の境の役目を
なしている。

更に、ノズルの役目をなす放射状の孔が、燃料室の側面
上に形成される。

燃料拡散装置としてノズル付近にある羽根車の円筒状中
空軸上には環状閉蓋が取付けられその閉蓋の中にはすき
まが形成される。

この閉蓋によって珈状空洞と環状すきまが形成されてい
る。

このような燃料拡散装置をもつ羽根車では燃料室軸心か
らのノズルの距離を短かくすることができる。

燃料供給管の出口からの燃料のもれは燃料供給管に軸受
を介して羽根車を枢着することで防止することができる
。

この場合燃料供給管の端部を中空軸内に設けられた燃料
室の隔壁にできるだけ遊間を狭めて貫通させなくてはな
らない。

羽根車が回転すると燃料は燃料供給管を介して燃料室に
送り込まれる。

このとき燃料は燃料供給管から遠心力によって勢いよく
噴出するが、燃料供給管と隔壁間のすきまには燃料の圧
力はかからない。

又別の特徴によれば隔壁の表面が燃料をはじきやすい材
質、たとえば四弗化エチレンなどで形成される。

このような隔壁を用いて燃料室の燃料を効果的に分配す
る為には隔壁の燃料室側の表面に放射状のみぞをつけれ
ばよい。

燃料を正しく調合する為には、機関運転時に、羽根車は
、絞り弁のいかなる動作にも迅速に応答して回転数を変
えるようにしなくてはならない。

更に別の特徴によれば本発明の気化器では気化室を形成
するハウジング円筒状上部と絞り弁を有する管からなる
従来のハウジングの利用が考えられる。

このハウジング上部は気化室の前方、すなわち気化室の
羽根車の前方に位置しており、この前方位置ではこのハ
ウジング上部の直径は大きいが、気化室の内部では絞り
弁を有する管の直径と等しくなっている。

従って吸入空気は気化室内に流入すると増速されるので
羽根車はアイドリング運転時であっても高速度で回転す
ることができる。

放射状穿孔の形でノズルが燃料室に形成されている場合
にはノズルと気化室内壁面間には十分距離があり、この
気化室の壁は、低温の場合にも壁が乾いているように、
燃料を付着させないような面に形成されている。

回転翼によって噴霧燃料が気化室内壁面上に散布されな
いようにするには、羽根車の翼はノズル上方において中
空軸に取付けなければならない。

この場合、燃料室は軸方向に相当な長さをもつことにな
る。

以下、添付図面にもとづき本発明を更に詳述する。

第１図から明らかなように、拡散装置の基本的な部分は
、管状気化器ハウジング１に内股あるいは密着設置され
る。

ハウジング１の円筒状上部２内には気化室３が形成され
、この円筒状上部２は軸７を中心として回動する絞り弁
８を有する少径の管５に円錐形の弁接続体４を介して接
続される。

管５は機関の吸気マニホルド（図示せず）上にハウジン
グ１を固定するためのフランジ６を担持し、一方ハウジ
ング上部２には空気フィルタがとりつけられる。

気化室３内には全図を通じて参照番号９で示される羽根
車が設けられる。

この羽根車９は下端部が閉鎖された中空円筒状の中空軸
１０を有し、この中空軸１０はハウジング１の中心軸線
と同軸の回転軸回りに回転可能に気化室３内に取付けら
れる。

円筒診の中空軸１０の下部には羽根車９の翼１１が固定
される。

中空軸１０の閉鎖下端部は軸受１３上のボールベアリン
グ１２によって支承され、この軸受１３および軸受１５
はハウジング上部２の内壁に固定された放射状横木１４
，１６によって支持される。

これらの放射状横木１４，１６は気化室３に流れこむ吸
入空気の抵抗をなくすために流線型状をなしている。

上部の軸受１５に取付けられた閉蓋１７は中空軸１０の
蓋にもなっており、ハウジング上部２を突抜けて閉蓋１
７を貫通する燃料供給管１８は円筒状中空軸１０の内部
とフロート室２１とを接続している。

このフロート室２１は燃料供給ポンプ２３の出口２４に
導入管２２を介して接続される。

燃料はフロート室２１から供給管１８を通って円筒状中
空軸１０に供給される。

この中空軸１０で囲まれた室が燃料室１９である。

翼１１の上方には燃料室１９から斜め上方に突出した一
対のノズル２０が設けられる。

これらのノズル２０は左右対称に設けられる。

ノズル２０は円筒状中空軸１０にとりつけられた小さな
管と言ってよい。

ノズル２０のノズル孔２０ａはたとえば０．１〜０．２
ｍｍの直径を有する。

更に、第１図に示されるようにノズル２０のノズル孔２
０ａの周りには拡散装置４０が取付けられる。

拡散装置４０内には空洞４１が形成され、ノズル孔２０
ａはこの空洞４１内に突出する。

更に、拡散装置４０はノズル孔２０ａの上方において気
化室３内に開口するスリット４２を具備しており、この
スリット４２を介して空洞４１と気化室３とが連通ずる
。

一方、フロート室２１の側部には流出口２７が設けられ
、この流出口２７はバルブ２８を有する燃料流出管２９
を介して燃料供給ポンプ２３の入口２５に接続される。

又、燃料供給ポンプ２３の入口２５には燃料供給管２６
が接続される。

フロート室２１は燃料室１９内の燃料の液面よりも下方
に流出口２７が位置するように設置するのが好ましい。

また、ノズル２０のノズル孔２０ａは燃料室１９内の燃
料の液面よりも上方に位置するように配置される。

後述するようにフロート室２１と供給管１８と燃料室１
９とに燃料がたまった後に弁２８が開弁ずると燃料の液
面は羽根車９が静止しているときノズル２０のノズル孔
２０ａよりもわずかに下方に位置し、従ってノズル２０
のノズル孔から気化室８に燃刺があふれだすことかない
。

以上気化器の構造について述べて来たが、次に動作につ
いて述べる。

機関の始動時には弁２８は図示しない作動機構によって
自動的に１時的に閉じられる。

供給ポンプ２３から送り出された燃料はフロート室２１
並びに供給管１８を通って羽根車９の燃料室１９内に送
り込まれる。

絞り弁８が少しばかり開弁せしめられると吸入空気が気
化室３内に流入して羽根車９を回動せしめる。

このとき流れる空気の量は少ないので、羽根車９はゆっ
くりと回転し、このときの燃料室１９内の圧力は供給ボ
ンプ２４の吐出圧によって決まってくる。

これは機関始動時に所望の濃混合気を形成させる目的に
かなうものである。

機関が始動すると、弁２８は開き、その結果フロート室
２１内の燃料は燃料流出管２９を通って流出し、フロー
ト室２１内の液面の高さと羽根車９の燃料室１９内の液
面の高さとが流出口２７によって定まる液面高さに達す
るまで燃料の流出はとまらない。

羽根車９が回転すると燃料室１９内の圧力は大気圧より
も高くなり、この圧力は羽根車９の回転時に生じる遠心
力によって主として決定される。

その関係を概述すれば次の通りである。

ａ）羽根車９の１秒間当りの回転数ｎは空気の流入速度
に比例し、同時に１秒間当りの空気の流量ＱＬに比例す
る。

ｂ）燃料室１９内の圧力は角速度ｕ＝２πｎの２乗に比
例した遠心力によって変化する。

Ｃ）ノズル２０からの１秒間当りの流出燃刺量Ｑｋは燃
料室１９内の圧力の平方根に比例して変化する。

以上のことから次のことが明らかになる。

１秒間当りのノズル２０からの流出燃料量艶は、１秒間
当りの空気流量ＱＬに比例する。

即ち、本発明では空洞４１を設けることによって気化室
３内を流れる吸入空気にノズル孔２０ａが直接さらされ
ておらず、従って吸入空気流によるエゼクタ効果によっ
てノズル孔２０ａから燃料が強制的に吸い出されること
がない。

従って上述の第Ｃ項で述べたようにノズル２０からの１
秒間当りの流出燃料量Ｑｋは燃料室１９内の圧力の平方
根に比例するために１秒間当りのノズル２０からの流出
燃料量Ｑｋが１秒間当りの空気流量ＱＬに比例すること
になる。

このように空気量と燃料量とが比例関係を有するので、
燃料の正確な調合が可能となり、この場合、流入空気の
流量精度は全範囲に亘ってほぼ等しくなる。

上記の実施例においては気化室３を迂回するバイパス管
３０が設けられる。

バイパス管３０内には調節ネジ３１が設けられ、吸入空
気の一部がバイパス管３０に分流されて羽根車９の速度
が調節される。

吸入空気量ＱＬに対する回転数ｎの比、即ち吸入空気量
ＱＬに対する燃料流量Ｑｋの比を外部のパラメータによ
って制御することは望ましいことであるし事情によって
は必要である。

これはいろいろな方法で実現できる。

最も容易な方法は第１図のように翼１１と同じ高さにコ
イル３３を巻設した鉄心３２からなる電磁石を設けるこ
とである。

電磁石３２，３３を励磁することによって羽根車１１の
回転数を制御することができる。

以上、簡単な実施例を参照して気化器の基本的な構造と
動作について述べてきた。

しかしながら大量生産のための必要条件、たとえば燃料
供給精度などについて考えれば、色々変えなくてはなら
ない面もでてくる。

例えば、ノズルは２つ以上あってもよいし、ノズルを翼
の中に直接取付けてもよく又ノズルを彎曲した形にして
もよい。

第２図の中空軸１０上には第１図とは上下逆に翼１１と
ノズル２０とが設けられている。

すなわち、ノズル２０が燃料室１９の下部から突出して
いて、翼１１はノズル２０の上方に位置している。

各ノズル２０のノズル孔２０ａは中空軸１０の剛壁に形
成された空洞４１内に突出している。

この空洞４１にはノズル２０のノズル孔２０ａの上方に
気化室３に開口するスリット４２が設けられ、このスリ
ット４２によって空洞４１と気化室３が連通ずる。

羽根車９が回転すると、ノズル２０のノズル孔２０ａか
ら燃料が供給されて空洞４１内に送りだされ、次いでス
リット４２を通って気化室３に送り出される。

スリット４２は水平であってもよく、水平面に対し傾い
てもよい。

各ノズル２０に対して夫々空洞４１とスリット４２が設
けられているが、２つのノズル２０が共有できる空洞と
スリットを設けることもできる。

第３図に、羽根車とノズルと拡散装置を有する気化器の
別の実施例を示す。

気化器のハウジング１は他の実施例と同じように上部が
円筒状である。

このハウジング上部２は円錐状の弁接続体４を介して小
径の管５に接続される。

ハウジング上部２は気化室３を包囲すると共に羽根車９
を内包する。

管５内には軸７の回りを回動する絞り弁８が設けられる
。

ハウジング上部２には、羽根車９の周囲に四弗化エチレ
ンのような燃料をはじくような材質で形成された環状壁
４７が設けられる。

この環状壁４７によって羽根車９の設置されているハウ
ジング上部２の直径が管５の内径と等しくなり、これに
より吸入空気が速くなり、アイドリング運転時でも羽根
車９は早く回転する。

ハウジング１の内部には絞り弁８の上方に３本の放射状
横木１４が固定される。

これら横木１４の一つは燃料供給管１８を形成している
。

横木１４上には気化室３の中心軸線に沿って延びる管３
４が設けられる。

この管３４は燃料供給管１８と連結しており羽根車９の
回転軸の役目もなしている。

管３４上に一対の軸受３５が取付けられる。

管３４の上端部は外径が縮少された小径部となっている
。

羽根車９は軸受３５によって支持された中空軸１０を具
備する。

この中空軸１０はその上部が半球面体３８によって覆わ
れる。

半球面体３８の下には羽根車９の燃料室１９が設けられ
る。

この燃料室１９は中空軸１０に固定された環状円盤３６
でもって下方を塞さがれている。

環状円盤３６の内径は管３４の小径上端部の外径よりほ
んの少し太きいだけである。

従って環状円盤３６は管３４の小径端部を包囲すること
ができる。

燃料は燃料供給管１８と管３４を通って燃料室１９に導
入される。

環状円盤３６の表面は燃料をはじく性質をもっていて、
燃料室１９側の表面には放射状の溝が形成されている。

このように、環状円盤３６と管３４との間にはわずかな
すきましかないので、燃料が軸受３５を通って気化室３
に送りこまれることがなく、また環状円盤３６の表面に
は放射状溝が形成されているので燃料室１９内の燃料は
環状円盤３６にひきずられて回転する。

環状円盤３６は四弗化エチレンから形成されている。

燃料室１９の円筒状周壁には放射状に延びる穿孔が形成
され、これらの穿孔はノズル２０の役目を果す。

拡散装置４０は中空軸１０の上に固定された環状輪４３
から形成される。

環状輪４３の上部には中空軸１０をとりまく部分４３ａ
が形成され、この環状輪部分４３ａと中空軸１０の間に
は環状空洞４６が形成される。

この空洞４６は気化室３に向かうスリット４５を有し、
ノズル２０がこの空洞４６に開口している。

環状輪４３の頂面４４は中空軸１０に対して垂直をなし
ており、この頂面４４は燃料拡散に対して影響を与える
。

即ち、頂面４４の巾を変え、ノズル２０に対する頂面４
４の高さ位置を変え、頂面４４の表面状態を変えること
によって最適な状態が得られる。

燃料粒径は環状スリット４５の巾によって定まり、この
巾は例えば約０．１ｍｍに設定されている。

気化器をより細かに調整するために燃料室１９の半球状
面体３８上に空気孔３９を形成するとよい。

第３図に示す気化器の実施例では羽根車９の翼１１はノ
ズル２０の下方において中空軸１０上に取付けられてい
る。

それによって第１図に示す実施例と同様に気化された燃
料は回転する翼１１を通過する。

しかしながら第２図に示す実施例のように翼１１をノズ
ル２０の上方にとりつけることも可能である。

燃料の液面が常時燃料室１９の床よりもわずかばかり下
方に位置するように調整するために燃料供給管１８はフ
ロート室２１に連結される。

吸入空気によって羽根車９が回転しはじめると、燃料は
燃料供給管１８並び管３４を介して燃料室１９に送り込
まれる。

次いで燃料はノズル２０を通って環状空洞４６へ送り込
まれ、次いでスリット４５を通り頂面４４を越えて薄膜
状に広がる微粒子となって気化室３内に送り込まれる。

スリット４５の寸法はスリット４５の一部がつまったと
しても気化器の性能に影響を与えることがなく、燃料供
給量には無関係に最適な粒径が得られるように定められ
る。

これまで述べてきた気化器の最犬の利点は、従来の気化
器の一部を調節することではなくて気化器そのものの構
造を改良することによって常時安定した機関の運転を確
保できることにある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による気化器の断面図、第２図は羽根車
の別の実施例を示す断面図、第３図は羽根車の更に別の
実施例の断面図である。 １・・・・・・ハウジング、２・・・・・・円筒状上部
、３・・・・・・気化室、５・・・・・・管、８・・・
・・・絞り弁、９・・・・・・羽根車、１０・・・・・
・中空軸、１１・・・・・・翼、１２・・・・・・ボー
ルベアリング、１３．１５・・・・・・軸受、１７・・
・・・・閉蓋、１８・・・・・・燃料供給管、１９・・
・・・・燃料室、２０・・・・・・ノズル、２０ａ・・
・・・・ノズル孔、２１・・・・・・フロート室、２３
・・・・・・燃料供給ポンプ、４０・・・・・・拡散装
置、４１・・・・・・空洞、４２，４５・・・・・・ス
リット、４６・・・・・・環状空洞。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気化器ハウジングの吸入空気通路内に該吸入空気通
   路内を流れる吸入空気によって駆動される羽根車を配置
   し、該羽根車内に燃料室を形成すると共に該燃料室を燃
   料供給導管を介してフロート室に連結し、更に該燃料室
   が該燃料室内の燃料内に連通ずる少くとも一個のノズル
   孔を具備し、羽根車の回転に基づく遠心力により燃料室
   内の燃料に加わる圧力によって上記ノズル孔から燃料を
   噴出するようにした内燃機関用気化器において、上記ノ
   ズル孔が上記羽根車の外周に沿って該羽根車の軸線回り
   に形成された空洞内に開口し、該空洞が該羽根車の軸線
   回りに延びかつ上記吸入空気通路内に開口するスリット
   を具備する内燃機関用気化器。