JPS61167125A - 燃料供給装置 - Google Patents

燃料供給装置

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JPS61167125A
JPS61167125A JP60269532A JP26953285A JPS61167125A JP S61167125 A JPS61167125 A JP S61167125A JP 60269532 A JP60269532 A JP 60269532A JP 26953285 A JP26953285 A JP 26953285A JP S61167125 A JPS61167125 A JP S61167125A
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reed valve
hole
primary
engine
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エイヴインド・ボイゼン
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    • F02F3/24—Pistons  having means for guiding gases in cylinders, e.g. for guiding scavenging charge in two-stroke engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L3/205—Reed valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C2201/04—Heavy metals
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関特に内燃機関の燃焼室への燃料流体の
供給を制御する装置に関するもので、特に２サイクルエ
ンジン（ｔｗｏ−ｓｔｒｏｋｅ　ｔｙｐｅ　）をその対
象に含む。
２サイクルエンジンでは、そのピストンの動きを利用し
て燃料流体のエンジンシリンダへの取り入れ、燃焼ガス
のエンジンシリンダからの排気が実行される。原理的に
いえばこれはピストンを使ってシリンダ壁にあけられた
３つの穴−吸入孔、排気孔、及び移送孔（掃気孔）−を
開閉することにより実行される。ピストンの上向行程で
上昇するピストンによって燃料流体がクランクケースの
中に吸入され、ピストンの下向行程の間そこで圧縮され
、その後移送孔（掃気孔）から燃焼室に送られる。ピス
トンは移送孔と排気孔の両者を開きこれによって燃料ガ
スの吸入と燃焼ガスの排気が実行される。
２サイクルエンジンの設計について当初問題にされたの
は新しく吸入された燃料ガスと排気燃焼ガスが混合する
ということで、このため出力馬力が減少し燃料の経済性
も悪くなる。この問題を解決するために頂部にデフレク
タを備えたピストン（ｄｌｌｉｆｌｅＱｔｏｒ−ｔｏｐ
　ｐｉｓｔｏｎ）が考えられた。これはピストン頂部の
そらせ面によって新しく吸入した燃料ガスをシリンダヘ
ッドの方に送り、同時に開孔している排気孔からそのま
ま流出するのを防止しようというものである。この方法
は後になってシリンダ掃気の方法にとってかわられた。
後者は移送孔から放出される燃料充填物の速度、方向を
制御しさらに吸排気管内の共振、圧力脈動を利用して気
体流の的確な制御を実行するものである。
この方法は、共振点あるいは圧力脈動がエンジン速度の
関数であり、かつ非常に狭い範囲の速度に対してだけし
か最適な条件が１ｑられないという点で好ましくない。
こうした工夫をほどこされたエンジンは広い範囲のエン
ジン速度に対して出力を取り出すという目的に対しては
融通のきかないものとなる。
上記の問題に対して多少の努力がなされ、燃料流体をエ
ンジンの吸入口からタイミングよく放射するために一段
型のリード弁が利用されてきた。
しかしこの設計では一段型のリード弁−簿い一片の鋼製
の板バネ（フラップ）から作られるのが普通−の１つ或
いは複数個の組を利用するのであるが、一段型リード弁
の方式はそのリード構造に対して２つの互いに反する条
件を要求し、それらの条件に妥協した形のエンジンはそ
の出力及び応答性が低速度の部分で減少する。簡単にそ
の構造を考察すれば問題点は明らかになるものと思われ
る。
低速度に於て弁の下流側の真空度は低く、この条件の下
で弁が吸入燃料流のタイミングをうまく取るように働く
ためにはそのリードとして比較的たわみやすいもの、す
なわち小さなバネ定数をもつものを利用しなければなら
ない。ところが一方このリードは中速度、高速度の範囲
においては最適な性能を発揮しない。すなわちエンジン
速度が増すにつれて弁の下流側の真空度は高まり、弁の
両側の圧力差によってリードは開放された状態になる。
こうして吸入燃料の強さとそのタイミングの積極的な制
御ができなくなり、さらに吸入燃料の一部が気化器（キ
ャブレター）に吹返されるおそれも生じる。さらにリー
ドの寿命もその定常的な羽ばたきによって著しく減少す
る。逆に曲がりにくいすなわちバネ定数の大きなバネを
用いた場合には、低速での効率が非常に悪くなる。これ
は弁の下流側の真空度が低いため充分な吸入燃料が流れ
込むのに必要な時間だけリードが開かないためである。
現在この形式の装置では低速での効率と高速での効率を
考えてその折衷案を採用しているため中程度の速度でそ
の出力は最大となるが低速、高速の範囲における出力は
最適なものより低くなる。
本発明の目的の１つは内燃機関の効率、出力融通性、応
答性、燃料の経済性を高めるための装置を提案すること
にある。
さらに本発明のもう１つの目的は、内燃機関特に２ザイ
クル型のエンジンの燃料流体を制御するための改良され
たリード弁を提案することにある。
加えて、長寿命の弁装置を提案することを本発明の目的
の１つにする。
さらに出力及びエンジン速度の限界の拡大した２サイク
ルエンジンを提案することを本発明の目的の１つにする
。
さらに内燃機関において燃焼室への燃料流体の充填体積
増加を伴う過給効果を得るための手段を提案することを
本発明の目的の１つにする。
上記の目的は多段型の弁装置を用いて燃料ガスの内燃機
関の吸入孔への送り出しのタイミングを調節することに
より実行される。この弁装置はリードの形状をした１次
弁を備え、弁にはそこを貫いて燃料ガスが流れるように
穴があけられている。
１次弁に比して小さな圧力差で開くようになった２次弁
が１次弁のリードの通気穴を貫いて流れる燃料ガスを制
御するために使用される。吸入孔の傍に作られた副移送
孔とピストンの縁に作られた窓とが協調して、ある量だ
け多く燃料ガスをエンジンの燃料室に給送する。
第１図は２サイクルエンジンＮの概略図でシリンダ１２
及びピストン１４が見られる。
シリンダ１２には燃料ガスをクランクケース（図示され
ていない）からピストン１４の燃焼側に放出するための
主移送孔（掃気孔）１６がつくられている。従来の通り
、燃料ガスは下降するピストンによって圧縮されさらに
クランクケースから適当な導管（図示されていない）を
通して主移送孔１６に送られる。
シリンダ１２には吸入孔１８も開口し、シリンダ１２の
円筒胴の一部である、或いはそこに取りつけられた弁収
納部（燃料吸入室＞２０とつながっている。
弁装置２２は収納部２０に納められ容易に取り外しでき
るふた板２４でそこに固定される。ふた板には気化器（
図示されていない）を取り付けるための突出（燃料供給
源〉２６が用意されている。
第２図には弁形式の１つの実施例が詳細に示されている
。この弁組立体２７の弁装置本体２９は一点に向かう２
つの傾斜面（弁座）３０及び３２を持ち、その頂点で横
軸材３５に連結している。
２つの面３０及び３２には少なくとも１つの開孔３４及
び３６があけられている。この開孔３４及び３６として
は、１つのつながったすきまの形でもよいが、以下に述
べるように面３０及び３２に少なくとも２つの孔をあけ
るのが望ましい。
以下に述べる弁装置は面３０の上のものと面３２の上の
ものとが同一であるので面３０の上に取りつけられたリ
ードに関してだけ説明するが、同様の説明が面３２に対
しても成り立つものと理解されたい。開孔３４の上には
一次リード３８がとりつけられている。この主リード３
８はその周縁部分が開孔３４の側端をおおうような形状
と大きさをもち、リード３８が自身の弾性で表面３０に
はりついて、開孔３４を通過する燃料流を容易に遮断で
きるようになっている。
１次リード３８にはそれを貫いて通気孔（第２の弁開口
）４０があけられている。２次リード４２は通気孔４０
をおおうのに充分な大きさと形状をもち、例えば小ねじ
４４を使って通気孔４０の上に取りつけられている。図
示されているように２次リード４２の長さは一次リード
３８のそれよりも短かい。この小ねじは２次リードと１
次リードを同時に弁装置本体２９に固定している。
この１次リード３８及び２次リード４２はそれぞれ屈曲
可能な弾力性物質で作られる。ここで２次リードが１次
リードに比して曲がりやすいということが重要で、以下
に述べる様に吸入孔の圧力が低い場合には１次リードで
なく２次リードが開くのである。もちろん任意の薄い弾
力性物質を１次リード、２次リードの材料として利用で
きるが、実験の結果得られた望ましい材料としてはｐｏ
ｒｍｔｃａ　　Ｇ　−１０の商品名で売られているグラ
スファイバの織布にエポキシ樹脂の薄層をかぶせたちの
である。この材料からなる弁８Ｍ−１次リードの厚みは
だいたい０．５６ｍｍ（０，０２２イ　　　　”ンチ）
から０．６６ｍｍ（０，０２６インチ）の間、２次リー
ドの厚みはだいたい０．３６ｍｍ（０，０１４インチ〉
から０．４１ｍｍ（０，０１６インチ）の間−は満足の
いくものであることが判明した。
複数個の開孔３４及び３６、したがって複数個の１次リ
ード及び２次リードを用意することによっておのおのの
リードの質量は最小におさえられる。このことは１次及
び２次のリードの慣性効果を減少させしたがってリード
の応答性は増しエンジンはスロットル（絞り弁）の変化
調節にすぐ感応するようになる。さらに通気孔４０によ
っても１次リード３８の質量は減少するので、このリー
ドの慣性効果はざらに少なくなる。１次及び２次のリー
ドの質量の減少は過度の屈曲を防ぎリードの寿命をひき
伸ばすとともに、従来の一段型り一ド構造で使用されて
いたリード止めの必要性を消滅させた。
第１図、第２図に見られるように弁装置本体は面３０と
面３２の収束点としての頂点横軸材３５を備えている。
この部材３５は空気学力的な面３７をもち、結局部材３
５の断面は翼型或いは涙粒の形をしている。部材３５が
このような形に作られているため、吸入ガスの通過の際
の抵抗が最小になる。前に述べた一段型のリード構造で
は、頂点材３５の対応する表面３７は平らで、ガスがこ
こを通過する際の非空気力学的な障壁となっている。こ
の平らな表面は一段型リード構造に於ては必ず必要でこ
れによってリードの下流側に充分の圧力が発生しリード
はその取り付けられた弁装置本体の表面からもちあがる
のである。一方この表面形状は放出燃料の乱流をひきお
こし、燃料の吸入口への一様かつ適時の放出に悪影響を
及ぼす。
これまで述べてきた弁装置の動作について第１図及び第
２図を用いて説明する。エンジンが低速の場合には、ピ
ストン１４がシリンダ内を上昇し吸入孔１８を開孔させ
る毎に２次リード４２が開く。これは２次リードの上流
側の燃料ガス例えば燃料−空気混合物の圧力によって発
生する力が比較的屈曲しやすい２次リードの抵抗力に打
ち勝つだけの大きさをもっているからである。こうして
ピストンの各行程で多量の燃料−空気混合物が吸入口に
流れ込み低速におけるエンジンリンダ１２に十分の燃料
−空気混合物を供給する。エンジンの速度が増加して中
速の範囲になると２次リード４２の下流側の圧力差は十
分大きくなって２次リードは浮きあがり羽ばたきを始め
る。さらにこの速度範囲で１次リード３８が働き始めピ
ストンの行程に従って開閉し、燃料−空気混合物を開孔
３４から吸入口１８にタイミングよく放出する。
高速においては吸入孔１８の高い真空度によって２次リ
ード４２は限界点まで開いた状態に保たれ、一方向がり
一にくい１次リード３８が上に述べた様な方式で燃料の
適時供給を続ける。こうして上記の装置はエンジンのす
べての速度範囲にわたってバルブによるタイミング調節
を実行する。高い回転速度における通気孔４０を通して
の燃料−空気混合物の吹きもどしは、これらの通気孔の
面積が小さいためと、導入高速燃料ガスの（大きい）運
動量によって防止される。
上述の装置のもう１つの特徴は、高い回転速度に際して
２次リード４２が開放されたままになっているため吸入
孔１８への燃料−空気混合物の流れがより定常的になる
ということである。１段型リード構造の装置ではその１
つのリードの開閉で燃料−空気混合物の流れの停止、動
き始めが支配されるため、吸入孔１８に流れ込む燃料−
空気混合物の流れ速度が減少されかつその均一性も低下
する。
ここに記述した弁装置の利点の１つには、低速のエンジ
ン回転に際して働く２次リードの存在によってシリンダ
及びピストンのより効果的なボーティング（ｐｏｒｔ＋
ｎｇ　：吸気孔、掃気孔、排気孔の形状、寸法、配置）
が許されるということもある。
一段型のリード構造ではリードを開くために吸入口の高
い真空度を必要としこの必要な真空度を得るためにピス
トンは吸気系統とクランクケースの間を締め切らなけれ
ばならない。このことが排気量の大きいエンジン例えば
１００ｃｃを超す排気量のエンジンではしばしば問題と
なる。一方ここに述べた弁装置に於てはその２次リード
を働かすためにそんなに高い真空を必要としないためエ
ンジンの吸気系統は直接にクランクケースに常時開口さ
せておくことができ、したがって大排気量のエンジンが
低速運転される場合にも燃料−空気混合物の良好な流れ
をもたらす。
第１図にもどってこの効果的なボーティングでは、副移
送孔４６を通しての過給効果によってピストン１４の燃
焼側に放出される燃料は増加する。
この過給効果は圧縮混合気がクランクケースから主移送
管１６に流出した後のクランクケース内の低圧に起因す
る。クランクケース内の低圧はピストンにあけられた窓
穴４８を通して吸入孔１８に伝えられる。さらにこのた
めに２次リード４２が開き、弁装置に隣接して下流側に
位置する副移送孔４６から燃料が少しの間付加的に放出
される。
この付加的な燃料はピストンの燃焼側に放出され、排気
ガスの掃気及びシリンダの燃料充填を助ける。
こうしてエンジンの総体としての圧縮比は上昇し、出力
も増加する。
上に述べた２枚リード構造によってもたらされる他の改
良点はエンジンの応答性の向上ということである。これ
は気化器（図示されていない）の絞り板が閉じると弁装
置２７の上流側の真空度がクランクケースの真空度に比
べて高くなりしたがって両方のリードは閉じたままの状
態になるからである。一方気化器（図示されていない）
の絞り板が開放されるやいなや弁装置２７の上流側の真
空度はＯに落ちるがクランクケースの中の真空度はその
ままに保たれる。この際の大きな圧力差によって１次及
び２次のリードは開孔し、その結果多量の燃料−空気混
合物が吸入口１８に送り込まれる。
上に述べた構造の利点の１つはそれによってリードの寿
命が著しくひきのばされたということである。一段型の
リード構造ではリードの疲労破損が２０時間の内に起こ
り始める。この状況を解消する努力の１つとして弾力鋼
製のリードの使用が考えられる。このリード要素の耐久
時間は長いが、この要素が破損した場合そのリード片が
シリンダ内に吸い込まれエンジンの破壊をひきおこすこ
とになる。−力士に述べた様な本発明の２つのリード組
は普通の使用状態で１年余の寄合をもっている。
第２次リードを第１次リードより短かくすると第２次リ
ードの力学的慣性が小さくなり、このためにリードの寿
命即ち破損までの時間が延びる。
第２次リードを短かくすることによるこのような望まし
い特徴は、リードが金属性の場合にも合成樹脂製の場合
にも存在する。しかしながら金属性のリードでは長さを
短かくしてもしばしば満足すべき程には寿命が長くなら
ない。リードを合成樹脂で作りかつ第２次リードを第１
次リードよりも短かくした時に寿命は著しく長くなる。
このことは実際に使用した多くの経験によって確かめら
れた。
第３図は以上で述べてきた修正をほどこした２５０ｃｃ
エンジン−普通の形式でピストン制御の吸入孔及び排気
系統に排気膨張室を備えた２４ノ−イクルエンジンーに
ついて行なった実験結果のグラフでエンジンの回転速度
に対する出力を示している。
数字ＬＬ　１１１の付いている実線は、上記エンジンの
以上で述べたリード弁装置を使わず、かつキャブレタ（
気化器）の噴霧状態を標準負荷に対するのと同じ状態に
したときの動力計による試験結果である。グラフかられ
かる通り、６６００　ｐｐｍの回転速度付近で最大出力
２２馬力を記録しその後この最大出力速度より早い回転
速度に対して出ノＪは急速に減少している。
実線２は実験１と同じエンジンを同じ条件の下でただキ
ャブレタの噴霧状態を最大の動力Ｓ１指示を得られるよ
うに調節しながら運転した場合の試験結果である。６６
００　ｒｐｍ付近の回転速度で最大出力２８馬力が得ら
れた。この実験でも第１の実験の場合と同様に最大出力
をこえてからの急激な出力低下が見られる。安定な範囲
で得られる最大回転速度は約８５００　ｒｐｍである。
実験の結果わかることは、試験２のエンジンはオートバ
イ用としては不適であるということである。これは絞り
弁（スロットバルブ）が全開の状態になるために混合気
は望ましくない程度にまで濃くなり、不燃燃料がシリン
ダに充填されることになる。
３の試験では、１．２の試験と同じ形式のエンジンに上
述した形式のリード弁と上述した形式の副吸入孔を取り
つけたものをその対象とした。試験３のグラフかられか
る通り、５０００　ｐｐｍ以下の回転速度における出力
は著しく増加し、場所によっては５０％程度の増加にな
っている。７３００　ｒｐｍの回転速度で最大出力約２
９馬力が得られ、さらに最大出力の回転速度を越してか
らち、第１、第２の試験の場合に比してその出力は非常
にゆっくりとしか減少しない。加えて約１１．０００ｒ
ｐｍの最大回転速度が達成された。
４の試験では、３の試験と同じ改良をほどこしたエンジ
ンにさらに３８ｍｍベンヂュリ管のキャブレタ、移送孔
及び排気孔、改良型膨張室を備えたものが実験された。
このエンジンの最大出力は９２００　ｒｐｍ付近におけ
る１４馬力にまで上昇した。このエンジンの最大回転速
度も１２，５００ｒｐｍを越えることが判明した。
【図面の簡単な説明】
第１図はここに述べられた形式の弁装置を使った２サイ
クル内燃機関の断面図である。第２図は改良型弁装置の
側面図である。第３図は従来のエンジンとここに述べら
れた発明を使ったエンジンの、回転速度に対する出力の
グラフである。 １２・・・シリンダ、１４・・・ピストン、２６・・・
燃料供給源、２７・・・弁組立体、３８・・・第１次リ
ード、４２・・・第２次リード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、可変絞り弁を有し、かつ絞り状況及びエンジン速度
    の変化に伴なう圧力変動を受けるガス状混合物のための
    燃料−空気混合物吸入孔（１８）を有する可変速度内燃
    機関へ燃焼可能なガス状の燃料−空気混合物を供給する
    ための供給装置において、該吸入孔に連通した吸入通路
    を形成しかつ該ガス状混合物を該吸入孔に供給するよう
    になっている弁ハウジング（２０）と、該吸入通路の軸
    線に対して傾斜した角度の平面内に延びており、流れの
    下流側へ頂点（３５）まで収斂しており、かつ各々が内
    部に第１の弁孔（３４）を有する該通路内の傾斜壁（３
    ０；３２）と、各傾斜壁の下流側に位置付けられた各傾
    斜壁の該第１の弁孔のためのリード弁組立体（２７）と
    を具備し、該組立体が第１次リード弁（３８）と、重な
    った第２次リード弁（４２）とを備えており、該リード
    弁がその上流端の方で該傾斜壁に接続された隣接端と自
    由になっていて該傾斜壁から離れるように曲げられる他
    端とを有し、該第１次リード弁が該第１の弁孔（３４）
    を覆って伸びており、該第１の弁孔（３４）より寸法の
    小さい第２の弁孔（４０）を有し、該第２の弁孔は下に
    ある該第１の弁孔の長さの大部分にわたって連続的に該
    第１の弁孔に整合しており、かつ第１次リード弁の自由
    端から離間しており、該第２次リード弁が該第２の弁孔
    を越えて延びているが該第１次リード弁よりも短かく、
    該第２次リード弁が該第１次リード弁よりも薄くかつ任
    意の速度にてエンジンの作動に伴なう圧力状態で開口す
    るに充分な可撓性を有しており、該第１次リード弁が低
    速度にてのエンジンの作動に伴なう圧力状態では閉じて
    おくに充分な硬性を有しているが、該低速度以上の速度
    にてのエンジンの作動に伴なう圧力状態で開口するに充
    分な可撓性を有していることを特徴とする供給装置。 ２、可変絞り弁を有し、かつ絞り状況及びエンジン速度
    の変化に伴なう圧力変動を受けるガス状混合物のための
    燃料−空気混合物吸入孔（１８）を有する可変速度内燃
    機関へ燃焼可能なガス状の燃料−空気混合物を供給する
    ための供給装置において、該吸入孔に連通した吸入通路
    を形成しかつ該ガス状混合物を該吸入孔に供給するよう
    になっている弁ハウジング（２０）と、該吸入通路の軸
    線に対して傾斜した角度の平面内に延びており、内部に
    第１の弁孔（３４）を有する該通路内の傾斜壁（３０；
    ３２）と、各傾斜壁の下流側に位置付けられた該第１の
    弁孔のためのリード弁組立体（２７）とを具備し、該組
    立体が第１次リード弁（３８）と、重なった第２次リー
    ド弁（４２）とを備えており、該第１次及び第２次リー
    ド弁は弾性に富んだ樹脂材料から形成されておりかつそ
    の上流端の方に該傾斜壁に接続された隣接端と自由にな
    っていて該傾斜壁から離れるように曲げられる他端とを
    有し、該第１次リード弁が該第１の弁孔（３４）を覆っ
    て伸びており、該第１の弁孔（３４）より寸法の小さい
    第２の弁孔（４０）を有し、該第２の弁孔は下にある該
    第１の弁孔の長さの大部分にわたって連続的に該第１の
    弁孔に整合しており、かつ第１次リード弁の自由端から
    離間しており、該第２次リード弁が該第２の弁孔を越え
    て延びているが該第１次リード弁よりも短かくかつ該第
    １次リード弁より弾力性に富んでおり、該第２次リード
    弁が該第１次リード弁よりも薄くかつ任意の速度にてエ
    ンジンの作動に伴なう圧力状態で開口するに充分な可撓
    性を有しており、該第１次リード弁が低速度にてのエン
    ジンの作動に伴なう圧力状態では閉じておくに充分な硬
    性を有しているが、該低速度以上の速度にてのエンジン
    の作動に伴なう圧力状態では開口するに充分な可撓性を
    有していることを特徴とする供給装置。
JP60269532A 1972-08-22 1985-12-02 燃料供給装置 Pending JPS61167125A (ja)

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