(57)【要約】【課題】  プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路をもつ吸気系に用いられる火花点火内燃機関用燃料噴射装置の従来のスライドバルブ型スロットルボデーでは、低スロットル開度における燃料のスロットルバルブへの付着による流動遅れの回避と、高スロットル開度における両吸気通路への燃料の適正な分配は両立しなかった。【解決手段】  インジェクタをスロットルバルブの底面と向きあうメインボデーの部位に装着し、スロットルバルブの底面をデフレクタとして利用する手段を採用する。低スロットル開度では燃料はスロットルバルブ底面に衝突して方向を変え周囲を高速で流れる吸入空気により遅れなく速やかに下流へ運ばれる。高スロットル開度では、燃料は定められた方向に噴射され、プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路に適正な割合で分配される。【選択図】図２
2010270745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインボデーを貫通する吸気通路と、該吸気通路に出入してこれを開閉するスライドバルブ型のスロットルバルブとを備えた火花点火内燃機関用スロットルボデーであって、該吸気通路の吸入空気の流れの該スロットルバルブより下流に位置する部位に、これを横断して吸入空気の流れの方向に略沿って該吸気通路を分割して配置された略板状のパーティションを備え、かつ、該スロットルバルブの底部と向きあう該メインボデーの部位に燃料噴射用インジェクターを備え、かつ、少なくとも内燃機関のアイドリング時の該スロットルバルブの開度において、該インジェクターから噴射された燃料の全てまたは一部が該スロットルバルブの底面に衝突する位置および角度にて該インジェクタを配置したことを特徴とするスロットルボデー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を有する２ステージ吸気系を備えた火花点火内燃機関に用られる燃料噴射装置用の、スロットルバルブへの付着による燃料の流動遅れの回避と両吸気通路への燃料の適正な分配を両立させたスライドバルブ型のスロットルボデーに関する。
【背景技術】
【０００２】  本明細書において、吸入空気の流れに関連した多くの説明がなされる。このため、表現の簡潔性のため、別段の断りがない限り、図面の説明を除き「吸入空気の流れの上流」を単に「上流」と表記し、「吸入空気の流れの下流」を単に「下流」と表記する。「上流側」、「下流側」、「上流域」、「下流域」などの用語についても同様である。【０００３】  スライドバルブ型スロットルバルブは、全開時の通気抵抗が小さい利点をもち火花点火内燃機関に汎く採用されている。また、パーティションにより吸気通路をプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路に分割して２ステージ吸気系を形成し、スロットルバルブの開度が小さい領域ではもっぱらプライマリ吸気通路から混合気を供給することにより強いスワールやターンブルを得る技術は、これまでに多数提案されてきた。また、スライドバルブ型スロットルバルブは吸気通路に出入してこれを開閉するので、１個のスロットルバルブによりプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を順次開閉できる利点を有し、これを用いたもの技術もこれまでに多数提案されてきた。【０００４】  プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を有する２ステージ吸気系を備えた火花点火内燃機関には、気筒あたり１個の吸気バルブを有するタイプと複数の吸気バルブを有するタイプがある。吸気バルブが１個であるタイプには、例えば気化器を用いた特許公開公報平成１１年１６６４２０号に記載のもの、吸気バルブが２個であるタイプには、例えば燃料噴射装置を用いた特許公開公報昭和５７年１０２５１６号に記載のものがある。【０００５】  燃焼の安定性および熱効率の視点から、内燃機関の全ての運転領域において、プライマリ吸気通路を通過する混合気の空燃比とセカンダリ吸気通路を通過する混合気の空燃比が略等しいことが必要である。従って、プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路には、各々を通過する吸入空気量に見合う燃料を供給することが必要である。【０００６】  プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を有する２ステージ吸気系にスライドバルブ型気化器を使用する場合でも、スロットルバルブの全開度領域にわたりプライマリ吸気通路を通過する混合気とセカンダリ吸気通路を通過する混合気の空燃比が等しいとは限らない。吸気通路の吸入空気の流線に垂直な断面における燃料の分布は、気化器であっても不均一だからである。この事実は、気化器を用いてもプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路への燃料の分配が必ずしも理想的ではないことを意味しており、さらに、様々な噴射パターンをもつインジェクタを、気化器のメインノズルの位置に配置しさえすれば自動的に理想的な両吸気通路への燃料分配が実現するわけではないことをも意味している。【０００７】  プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を有する２ステージ吸気系に吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射装置を装着する場合、従来は、プライマリ吸気通路にインジェクタを配置してスロットルバルブの開度に関わらず常時プライマリ吸気通路にのみに燃料を供給する方式、プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を隔てるパーティションをまたぐ部位にインジェクタを配置してスロットルバルブの開度に関わらず常時プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路双方に燃料を供給する方式、または、スロットルバルブより上流にインジェクタを配置する方式を採用していた。【０００８】  スロットルバルブの開度によらず常にプライマリ吸気通路にのみに燃料を供給する方式には、スロットルバルブの開度が大きい時にプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路の間の混合気の空燃比が不均一となる問題がある。吸入空気が流れるセカンダリ吸気通路には燃料は供給されないからである。【０００９】  スロットルバルブの開度によらず常時プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路に燃料を供給する方式には、スロットルバルブの開度が小さい時にライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路の間の混合気の空燃比が不均一となる問題がある。吸入空気が流れないセカンダリ吸気通路にも所定の燃料が供給されるからである。【００１０】  スロットルバルブより上流にインジェクタを配置する方式では、プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路への燃料供給量のバランスは通常良好である。しかしながら、スロットルバルブの開度が小さい時には、構造上の必然により、噴射された燃料はスロットルバルブの吸気通路に露出している部位に衝突して付着する。吸入空気も同様にこの部位に衝突し、その流速は低下する。従って、スロットルバルブに付着した燃料は、高速の吸入空気の流れにより速かに下流に輸送されず、膜を形成してスロットルバルブの表面を低い速度で流れ下る。この燃料膜の形成は、燃料の供給の時間遅れを増大させ、燃焼サイクルごとの空燃比の変動を増幅し、低負荷運転時の燃焼安定性に悪影響をおよぼすことは当業者において周知である。【００１１】
【特許文献１】特許公開公報平成１１年１６６４２０号
【特許文献２】特許公開公報昭和５７年１０２５１６号
【発明の表示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  本発明が解決しようとする課題は、プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を有する２ステージ吸気系を備えた火花点火内燃機関に使用される燃料噴射装置の従来のスライドバルブ型スロットルボデーがもつ前述の諸問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明では、インジェクタをスロットルバルブの直上流に配置し、かつ、スライドバルブ型スロットルバルブの底部を噴射された燃料のデフレクタとして利用する手段により課題を解決する。
【００１４】  以下では、便宜のため、略円筒形のピストンバルブ型スロットルバルブを用いたスロットルボデーを例として説明を行う。しかしながら、本発明におけるスロットルバルブは、他の形状、例えば略板状のフラット形状などであってもよいことは勿論である。
【００１５】  図１は、本発明になるスロットルボデーの例を吸入空気の流れの下流側から見た正面図である。図２は、図１中の矢視Ｐ−Ｐによる側方断面図である。図３は、図１のスロットルボデーを図２における右方からみた背面図である。図４は、図１のスロットルボデーの図１中の矢視Ｑ−Ｑによる上方断面図である。図５は、図１のスロットルボデーに装着されたスロットルバルブ３単体を図１における下方からみた下面図である。
【００１６】  まず、本スロットルボデーの構成につき図１、図２、図３、図４および図５により説明する。スロットルボデーアッセンブリ１００のメインボデー１を貫通して吸気通路２が設けられている。吸気通路２の図２における左端が内燃機関に接続される。吸気通路２と直交してガイドボア４が設けられており、その内部に略円筒形のスライドバルブたるスロットルバルブ３が僅かな隙間をもって摺動自在に収容されている。スロットルバルブ３とキャップ１７の間にコイルスプリングたるスロットルリターンスプリング１８が圧縮されて格納されている。スロットルバルブ３には、スロットルコントロールケーブル１９が接続されている。
【００１７】  スロットルバルブ３にはスリット３１が設けられている。メインボデー１にはスリット３１に隙間をもってエンゲージされる回り止め用のピン１１が圧入されている。メインボデー１には、スロットルバルブ３のアイドリング開度を調整するスロットルストップスクリュー１２が装着されている。
【００１８】  スロットルバルブ３の底部には凸部たるバンク３２が設けられている。バンク３２に囲繞されて凹部たるデフレクタ面３３が形成されている。バンク３２の下流側にゲート３４が設けられており、上流側にはカッタウエー３５が設けられている。ゲート３４およびカッタウエー３５の上端面はデフレクタ面３３とほぼ同一の平面内にある。スロットルバルブ３の外周部の上流側には、図示の状態では吸気通路２に開口する位置にエアインレットホール３７が設けられており、同下流側にはスロットルバルブ３の開度が小さい時のみセカンダリ吸気通路２２に開口する位置にエアアウトレットホール３８が設けられている。
スロットルバルブ３の底部には、スロットルストップスクリュー１２の先端と接触するストップスクリューシート３９が設けられている。
【００１９】  本例のスロットルバルブ３の形状は、燃料計量用ジェットニードルを装着する孔が無いこと、および、デフレクタ面３３を形成する凹部が浅いことを除き、ピストンバルブ型気化器に用いられるスロットルバルブの形状と類似している。
【００２０】  スロットルバルブ３より下流の吸気通路２内に、吸気通路２を斜めに横断して吸入空気の流れに沿って略板状のパーテイション５が設けられている。すなわち、吸気通路２は、スロットルバルブ３より下流域においてパーテイション５によりプライマリ吸気通路２１とセカンダリ吸気通路２２に分割されている。パーテイション５とスロットルバルブ３は接触するも、僅かな隙間を介して接触せざるも可である。
【００２１】  メインボデー１のスロットルバルブ３の底面に対向する部位、すなわちガイドボア４の底面の部位、にインジェクタ６がパンヘッドスクリュー１４とリテーナプレート１５により固定されている。インジェクタ６の装着位置は、スロットルバルブ３の開度が少なくともアイドリング開度である時には、噴射された燃料の全部または一部がスロットルバルブ３のデフレクタ面３３に衝突するように選定されている。
【００２２】  図２中に示された、パーテイション５の端部からインジェクタ６の噴射孔７までの距離ｄ、および、インジェクタ６の取り付け角度θは、例えば以下の手順により選定される。スロットルバルブの開度と吸入空気量の条件下で、距離ｄと角度θの種々の組合せにつき各吸気通路の空燃比を気化器試験装置上などで測定し、各条件下における実測空燃比の目標値からの偏差の絶対値および偏差の分布パターンが良好でかつ距離ｄが小さい組合せを選択する。当然、インジェクタ６の噴射パターン、噴射圧、パーティションの配置等により距離ｄと角度θの最適な組合せは変化する。通常、角度θの最適値は０度（垂直）から６５度の間にある。
【００２３】  メインボデー１の図２における左端は内燃機関の吸気ポートに接続される。プライマリ吸気通路２１およびセカンダリ吸気通路２２は、例えば、パーティションにより２分割された１個の吸気バルブの吸気ポートに接続される。勿論、２個の吸気バルブの２個の独立した吸気ポートにそれぞれ接続されるも可である。後者の場合、プライマリ吸気通路２１に接続される吸気バルブの直径を他の吸気バルブのそれより小さくすれば、低スロットルバルブ開度領域においてより強いスワールやターンブルが得られる。
【００２４】  以下で、前記の構成をもつ本発明になるスロットルボデー例の作用につき説明する。
【００２５】  スロットルバルブ３の開度が小さい時には、インジェクタ６から噴射された燃料の大部分はデフレクタ面３３に衝突する。デフレクタ面３３のガイドボア４の底面からの高さは低く設定されているので、この部位での吸入空気の流速は高い。また、燃料が衝突して付着する部位からスロットルバルブ３の開口部までの距離は従来に比べて格段に短くなっている。さらに、燃料は噴射直後に高速を維持したままデフレクタ面３３に衝突するので、多くの部分が霧状となって跳ね返り高速で流れる吸入空気中に拡散する。これら３個の理由により、噴射された燃料は速やかにプライマリ吸気通路２１内に吸引される。よって、前記の上流噴射式の従来技術がもつ燃料膜の形成による燃料の流動遅れは発生しない。
【００２６】  スロットルバルブ３の開度が大きい時は、デフレクタ面３３はインジェクタ６の噴射孔７から遠ざかる。よって、噴射された燃料の多くの部分はこれに衝突することなくスロットルバルブ３の開口部を経てプライマリ吸気通路２１とセカンダリ吸気通路２２に進入する。前述のとおり燃料の分配比が所望の値となるよう距離ｄと角度θが選定されているので、両吸気通路を通過する混合気の空燃比に大きな差は発生しない。
【発明の効果】
【００２７】  本発明になるスロットルボデーでは、低スロットル開度において燃料の流動遅れがなく燃焼が安定する効果が得られ、スロットルバルブの全開度領域にわたりプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路へ燃料が適正に配分され、混合気の空燃比の不均等に起因する熱効率の低下を防止できる効果が得られる。
【００２８】  排気量約１２５立方センチメートル、圧縮比約９．５の４ストローク二輪車用内燃機関を用い、充填効率約３１パーセント、機関回転速度毎分約３９６０回転の運転条件で、理論空燃比比が１５．２である燃料を用い、燃料消費が最低となる点火時期を逐次選定して実施した試験例では、本発明になるスロットルボデーを採用した場合、測定サイクルの約９９．７パーセント以上につきサイクルごとの燃焼圧のピーク値の変動を全測定サイクルの平均値に対しプラスマイナス１５パーセント以下に抑え得る最大空燃比は約１８．６であった。通常の吸気系をもつ同等の内燃機関の最大空燃比は約１６．５であった。希薄限界が空燃比で２程度拡大する効果が得られた。このスロットルボデーを、プライマリ吸気通路用とセカンダリ吸気通路用の２個の燃料回収用トラップを増設した気化器試験装置上で、ケロシン類似の代替燃料で、スロットルバルブ全開、最大出力時相当の空気流量で試験した結果では、プライマリ吸気通路の空燃比は約１３．７、セカンダリ吸気通路の空燃比は約１３．２であった。この空燃比差０．５は実用上全く問題のないレベルである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】  以下で、本発明の実施の形態につき説明する。【００３０】  図６は、本発明になるスロットルボデーが接続される内燃機関の吸気ポートの例を、吸入空気の流れの下流側から透視した正面透視見取図である。図６では、吸気ポートの形状を表す線は隠れ部位であっても全て実線で示し、他の部位は全て一点鎖線で示す。図７は、図６中の矢視Ｕ−Ｕによる側方断面図である。図８は、図７の矢視Ｖによる吸気通路出口部の正面図である。図９は、図７の矢視Ｗによる吸気通路入口部の正面図である。【００３１】  吸気ポート１０２は、吸気ポートパーテイション１０５によりプライマリ吸気ポート１２１とセカンダリ吸気ポート１２２に分割されている。吸気ポートパーテイション１０５は、スロットルボデーアッセンブリ１００との接続部における傾斜がスロットルボデーアッセンブリ１００のパーティションの傾斜と合致するようにツイストしている。シリンダーヘッド内で吸気ポートパーテイション１０５をツイストさせるのが困難な場合は、シリンダーヘッドとスロットルボデーの間に接続管を挿入し、この内部に設けるパーティションをツイストさせるも可である。また、パーティションをツイストさせることなく、スロットルボデーアッセンブリ１００全体を傾斜させて吸気ポートと接続するも可である。【００３２】  吸気ポートパーテイション１０５は、吸入空気の流れの方向では極力バルブステムガイドと重なるように配置されている。これにより、吸気ポートパーテイション１０５吸気バルブの直近まで切れ目なく連続しているが、吸入抵抗の増大は最小限に抑えられている。【００３３】  プライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路の断面積の比と吸気ポート内プライマリ吸気通路と吸気ポート内セカンダリ吸気通路の断面積の比はほぼ等しく選定されている。【００３４】  前述の構成を採用すれば、パーティションおよび吸気ポート内パーティションの存在による吸気抵抗の増大を最小限に抑えることができ、かつ、燃焼室内に強いスワールを生成させることが可能である。【００３５】  図１から図５までに示したスロットルボデー例などにおいて、インジェクタの先端部を収容する凹部やガイドボアの底面部分とスロットルバルブの下流を連結する通路を設けて、重力により滞留する燃料を吸引させることもできる。また、該通路に可変バルブを装着して、これによりアイドリング時の吸入空気量を調節することもできる。【００３６】  図５に示したデフレクタ面３３は略平坦であるが、デフレクタ面に燃料を導く溝、燃料の反射の向きを調節する斜面、微粒化を促進するための突起などを設けるも可である。また、バンク３２を設けず、例えばスロットルバルブ３の底面を図２において左下がりの傾斜した平面とするも可である。また、水平面と傾斜面の組合せとするも可である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  本発明は、複数の吸気通路を有し、これによりスワール効果やターンブル効果を期待する火花点火内燃機関用燃料噴射装置のスロットルボデーとしての利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】  本発明になるスロットルボデー例の正面図
【図２】  図１のスロットルボデーの側方断面図
【図３】  図１のスロットルボデーの背面図
【図４】  図１のスロットルボデーの上方断面図
【図５】  図１のスロットルボデーに装着されたスロットルバルブの下面図
【図６】  本発明になるスロットルボデーが接続される吸気ポート例の正面透視見取図
【図７】  図７の吸気ポートの側方断面図
【図８】  図７の吸気ポートの出口部正面図
【図９】  図７の吸気ポートの入口部正面図
【符号の説明】
【００３９】    １  メインボデー
２  吸気通路
３  スロットルバルブ
５  パーティション
６  インジェクタ
【図１】
2010270745.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010270745.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月12日(2010.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】  スライドバルブ型スロットルバルブは、全開時の通気抵抗が小さい利点をもち火花点火内燃機関に汎く採用されている。また、パーティションにより吸気通路をプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路に分割して２ステージ吸気系を形成し、スロットルバルブの開度が小さい領域ではもっぱらプライマリ吸気通路から混合気を供給することにより強いスワールやターンブルを得る技術は、これまでに多数提案されてきた。また、スライドバルブ型スロットルバルブは吸気通路に出入してこれを開閉するので、１個のスロットルバルブによりプライマリ吸気通路とセカンダリ吸気通路を順次開閉できる利点を有し、これを用いた技術もこれまでに多数提案されてきた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】  図２中に示された、パーテイション５の端部からインジェクタ６の噴射孔７までの距離ｄ、および、インジェクタ６の取り付け角度θは、例えば以下の手順により選定される。スロットルバルブの開度と吸入空気量のいくつかの条件下で、距離ｄと角度θの種々の組合せにつき各吸気通路の空燃比を気化器試験装置上などで測定し、各条件下における実測空燃比の目標値からの偏差の絶対値および偏差の分布パターンが良好でかつ距離ｄが小さい組合せを選択する。当然、インジェクタ６の噴射パターン、噴射圧、パーティションの配置等により距離ｄと角度θの最適な組合せは変化する。通常、角度θの最適値は０度（垂直）から６５度の間にある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】    排気量約１２５立方センチメートル、圧縮比約９．５の４ストローク二輪車用内燃機関を用い、充填効率約３１パーセント、機関回転速度毎分約３９６０回転の運転条件で、理論空燃比が１５．２である燃料を用い、燃料消費が最低となる点火時期を逐次選定して実施した試験例では、本発明になるスロットルボデーを採用した場合、測定サイクルの約９９．７パーセント以上につきサイクルごとの燃焼圧のピーク値の変動を全測定サイクルの平均値に対しプラスマイナス１５パーセント以下に抑え得る最大空燃比は約１８．６であった。通常の吸気系をもつ同等の内燃機関の最大空燃比は約１６．５であった。希薄限界が空燃比で２程度拡大する効果が得られた。このスロットルボデーを、プライマリ吸気通路用とセカンダリ吸気通路用の２個の燃料回収用トラップを増設した気化器試験装置上で、ケロシン類似の代替燃料で、スロットルバルブ全開、最大出力時相当の空気流量で試験した結果では、プライマリ吸気通路の空燃比は約１３．７、セカンダリ吸気通路の空燃比は約１３．２であった。この空燃比差０．５は実用上全く問題のないレベルである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】  吸気ポートパーテイション１０５は、吸入空気の流れの方向では極力バルブステムガイドと重なるように配置されている。これにより、吸気ポートパーテイション１０５は吸気バルブの直近まで切れ目なく連続しているが、吸入抵抗の増大は最小限に抑えられている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【図１】  本発明になるスロットルボデー例の正面図
【図２】  図１のスロットルボデーの側方断面図
【図３】  図１のスロットルボデーの背面図
【図４】  図１のスロットルボデーの上方断面図
【図５】  図１のスロットルボデーに装着されたスロットルバルブの下面図
【図６】  本発明になるスロットルボデーが接続される吸気ポート例の正面透視見取図
【図７】  図６の吸気ポートの側方断面図
【図８】  図７の吸気ポートの出口部正面図
【図９】  図７の吸気ポートの入口部正面図
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
メインボデーを貫通する吸気通路と、該吸気通路に出入してこれを開閉するスライドバルブ型のスロットルバルブとを備えた火花点火内燃機関用スロットルボデーであって、該吸気通路の吸入空気の流れの該スロットルバルブより下流に位置する部位に、これを横断して吸入空気の流れの方向に略沿って該吸気通路を分割して配置された略板状のパーティションを備え、かつ、該スロットルバルブの底部と向きあう該メインボデーの部位に燃料噴射用インジェクタを備え、かつ、少なくとも内燃機関のアイドリング時の該スロットルバルブの開度において、該インジェクタから噴射された燃料の全てまたは一部が該スロットルバルブの底面に衝突する位置および角度にて該インジェクタを配置したことを特徴とするスロットルボデー。