(57)【要約】  キャブレターは、そのメータリングロッドの方へ空気を送るよう作用する一対の凹部を含む吸入開口部を有する。キャブレターは、吸入開口部に隣接して燃料貯蔵部と流体連通する弓状のマニホールドを含む吸入開口部を有する。キャブレターは、スロットルスライドに対するメータリングロッドの位置を調整するよう作用する位置決め機構を含むスライドアセンブリを有する。スロットルスライドは、その下側の弓状のレリーフ部を二分する流れガイド部を含む。第１直径の上部と、該第１直径からオフセットした第２直径の下部とを含むキャブレターのスロート部を構成する方法であり、該方法は、エンジンのポンピングの効率と動作パラメータに基づいて、第１直径、第２直径、及びオフセットの最適なサイズを得ることを含む。
2013531172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンへの空気流を最適化するようキャブレターのスロート部を構成する方法であって、前記スロート部が第１直径の上部と、前記第１直径からオフセットした第２直径の下部とを含み、前記方法が、
前記キャブレターのベンチュリの流量係数（Ｃｖ）を決定することと、
前記エンジンの質量空気流量要件を決定することと、
前記質量空気流量要件と前記ベンチュリの流量係数に基づいて、前記第１直径、前記第２直径、及び前記オフセットの最適なサイズを得ることと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ベンチュリの流量係数を実験的に決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エンジンの前記質量空気流量要件を実験的に決定する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エンジンの前記質量空気流量要件を決定することが、圧力差（ΔＰ）と空気密度（ρ）を測定することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１直径、前記第２直径、及び前記オフセットの前記最適なサイズを得ることが、以下の式によってスロットルスライド位置（ｙ）の関数として幅（ｗ）を決定することを含む（ここで、前記質量空気流量要件を記号「ｍ」の上に「・」を付して示す）、請求項４に記載の方法。
【数１】
2013531172.tif 000011
【請求項６】
広く開いた状態のスロットルスライド位置（ｙｗｏｔ）における幅（ｗｗｏｔ）に適合するよう前記第１直径（φ１）の前記最適なサイズを選択する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
アイドリング状態のスロットルスライド位置（ｙｉ）における幅（ｗｉ）に適合するよう前記第２直径（φ２）の前記最適なサイズを選択する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記最適なオフセット（Ｘ）が、前記広く開いた状態のスロットルスライド位置（ｙｗｏｔ）と前記アイドリング状態のスロットルスライド位置（ｙｉ）との差である、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
内燃機関のキャブレターであって、
空気吸入開口部、空気噴出開口部、及びこれらの間に延在するスロート部を有する本体部と、
前記スロート部と流体連通した燃料貯蔵部と、
前記スロート部を横切って移動するよう前記本体部に移動可能に配置したスライドアセンブリであって、スロットルスライドと、前記スロート部を横切って前記燃料貯蔵部内へと延在するメータリングロッドとを含む、前記スライドアセンブリと、
を含み、前記空気吸入開口部が、前記メータリングロッドの方へ空気流を送るよう作用する一対の凹部を含む、キャブレター。
【請求項１０】
前記凹部が前記空気吸入開口部の周縁部付近を起点として、前記スロート部に近くなるにつれて内側に延出する、請求項９に記載のキャブレター。
【請求項１１】
前記スロート部が上部と下部を含み、前記凹部が前記上部に隣接する、請求項９に記載のキャブレター。
【請求項１２】
内燃機関のキャブレターであって、
空気吸入開口部、空気噴出開口部、及びこれらの間に延在するスロート部を有する本体部と、
前記スロート部と流体連通した燃料貯蔵部と、
前記スロート部を横切って移動するよう前記本体部に移動可能に配置したスライドアセンブリであって、スロットルスライドと、前記スロート部を横切って前記燃料貯蔵部内へと延在するメータリングロッドとを含む、前記スライドアセンブリと、
を含み、前記空気吸入開口部が、その周縁部の一部に隣接すると共に前記周縁部の一部に沿って延在するマニホールドを含み、前記マニホールドが前記燃料貯蔵部と流体連通する、キャブレター。
【請求項１３】
前記マニホールドが前記スロート部の断面積に比例した容積を有する、請求項１２に記載のキャブレター。
【請求項１４】
前記スロート部が上部と下部を含み、前記マニホールドが前記上部に隣接する、請求項１２に記載のキャブレター。
【請求項１５】
前記空気吸入開口部が、前記マニホールドの一方の端近くに位置した、前記メータリングロッドの方に空気流を送るよう作用する一対の凹部を含む、請求項１２に記載のキャブレター。
【請求項１６】
前記凹部が前記空気吸入開口部の周縁部付近を起点として、前記スロート部に近くなるにつれて内側に延出する、請求項１５に記載のキャブレター。
【請求項１７】
内燃機関のキャブレターであって、
空気吸入開口部、空気噴出開口部、及びこれらの間に延在するスロート部を有する本体部と、
前記スロート部と流体連通した燃料貯蔵部と、
前記スロート部を横切って移動するよう前記本体部に移動可能に配置したスライドアセンブリと、
を含み、前記スライドアセンブリが、
メータリングロッド用の穴と位置決め手段用の穴を含むスロットルスライドと、
前記メータリングロッド用の穴を通って前記スロート部を横切り、前記燃料貯蔵部内へと延在するメータリングロッドと、
前記スロットルスライドに対する前記メータリングロッドの位置を調整するよう作用する位置決め機構と、
を含み、前記位置決め機構が、
前記位置決め手段用の穴に回転可能に配置したバレルを含み、前記バレルがその回転によって前記メータリングロッドの位置を調整するように、前記メータリングロッドと螺合する、キャブレター。
【請求項１８】
前記バレルが、複数の回転位置のうちの１つに前記バレルを選択的に割り出しする戻り止めを含む、請求項１７に記載のキャブレター。
【請求項１９】
前記戻り止めが、前記位置決め手段用の穴の底部に位置する複数のくぼみのうちの１つと係合するよう作用する、請求項１８に記載のキャブレター。
【請求項２０】
前記位置決め手段用の穴の底部に配置した戻り止めワッシャに、前記複数のくぼみを形成した、請求項１９に記載のキャブレター。
【請求項２１】
内燃機関のキャブレターであって、
空気吸入開口部、空気噴出開口部、及びこれらの間に延在するスロート部を有する本体部と、
前記スロート部と流体連通した燃料貯蔵部と、
前記スロート部を横切って移動するよう前記本体部に移動可能に配置したスライドアセンブリと、
を含み、前記スライドアセンブリが、
前記スロート部を横切って前記燃料貯蔵部内へと延在するメータリングロッドと、
出口ゲートと入口ゲートを有するスロットルスライドであって、前記メータリングロッドと位置合わせした前記入口ゲートに配置した流れガイド部を含む、前記スロットルスライドと、
を含む、キャブレター。
【請求項２２】
前記流れガイド部が、前記入口ゲートの下側において弓状のレリーフ部を二分することで、一対の漏斗形の溝が形成される、請求項２１に記載のキャブレター。
【請求項２３】
前記弓状のレリーフ部が円錐台の形状である、請求項２１に記載のキャブレター。
【請求項２４】
前記流れガイド部がピラミッド先端の形状である、請求項２３に記載のスロットルスライド。
【請求項２５】
前記スロットルスライドの下端を通る空気流を加速する、前記入口ゲートに配置した段付き部を含む、請求項２３に記載のスロットルスライド。
【請求項２６】
キャブレターのスロットルスライドであって、
出口ゲートと、
メータリングロッド用の穴を含む中間部と、
流れゲートを含む入口ゲートであって、前記流れゲートが前記メータリングロッド用の穴と位置合わせした前記入口ゲートに配置される、前記入口ゲートと、
を含む、スロットルスライド。
【請求項２７】
前記流れガイド部が、前記入口ゲートの下側において円錐台の形状のレリーフ部を二分することで、一対の漏斗形の溝が形成される、請求項２６に記載のスロットルスライド。
【請求項２８】
前記流れガイド部がピラミッド先端の形状である、請求項２７に記載のスロットルスライド。
【請求項２９】
前記スロットルスライドの下端を通る空気流を加速する、前記入口ゲートに配置した段付き部を含む、請求項２６に記載のスロットルスライド。
【請求項３０】
キャブレターのメータリングロッドであって、
ロッドの軸に沿って延在すると共に、対向する第１端部及び第２端部を有する長尺状の円筒状ロッドと、
前記第１端部から延在すると共に、前記円筒状ロッドの長さの少なくとも一部に沿って断面積が変化する、前記円筒状ロッドに形成した後流生成部と、
を含む、メータリングロッド。
【請求項３１】
前記後流生成部が、前記ロッドの軸に対して角度を形成すると共に楕円状のエッジを境とする平坦部を含む、請求項３０に記載のメータリングロッド。
【請求項３２】
前記楕円状のエッジと交わる複数の溝をさらに含む、請求項３１に記載のメータリングロッド。
【請求項３３】
前記後流生成部に配置した複数の溝をさらに含む、請求項３０のメータリングロッド。
【請求項３４】
前記溝が前記ロッドの軸の少なくとも一部に平行に延在する、請求項３３に記載のメータリングロッド。
【請求項３５】
前記複数の溝がそれぞれ弓状の部分を含む、請求項３４に記載のメータリングロッド。
【請求項３６】
前記後流生成部が凹状の断面を含む、請求項３０に記載のメータリングロッド。
【請求項３７】
前記後流生成部が二面角の断面を含む、請求項３６に記載のメータリングロッド。
【請求項３８】
キャブレターのメータリングロッドであって、
ロッドの軸に沿って延在すると共に、対向する第１端部及び第２端部を有する長尺状の円筒状ロッドと、
前記円筒状ロッドに形成した、前記ロッドの軸に対して角度を形成する平坦部を含む後流生成部と、
前記平坦部に形成した複数の溝と、
を含む、メータリングロッド。
【請求項３９】
前記溝が前記ロッドの軸の少なくとも一部に平行に延在する、請求項３８に記載のメータリングロッド。
【請求項４０】
前記複数の溝がそれぞれ弓状の部分を含む、請求項３８に記載のメータリングロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年７月２日出願の米国仮特許出願第６１／３６１，１１７号に基づく優先権を主張して２０１０年１０月２７日に出願された米国特許出願第１２／９１３，６２９号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願の全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャブレターは内燃機関への燃料を効率的に計測する確実で強固な機構である。キャブレターは、内燃機関への吸入空気流量に基づいて内燃機関の要求に応じた適切な量の燃料を計測するものである。一般にキャブレターは、制限領域を通る空気流の速度が上昇すると、その圧力を低下させるという原理に基づいて動作する。キャブレターは、周囲の気圧と、通常はベンチュリによってその内部に形成される低圧領域との間に生成される圧力差を利用する構成である。エンジンがベンチュリを通して空気を引き込むと、空気の流速が上がることで低圧領域が生じ、吸入空気流に比例した量の燃料が計測される。キャブレターは受動素子として信頼性と強固さを併せ持ちながら、流入する空気と燃料を完全に混合することで、燃焼の効率を高めるものである。
【０００３】
キャブレターは単純で費用効果の高い燃料供給システムであるが、近年の燃料排出に対する要求により、最新の製品ではキャブレターの使用が制限されている。多くの用途では電子的に燃料噴射を行って燃料供給の正確な制御を維持し、排出削減策の下で触媒式コンバータを使用してきた。電子的燃料噴射の導入により、近年のエンジンでは、複雑性、コスト、重量が増すと共に、電子負荷も増大している。燃料噴射システムはセンサネットワークに依存している。センサの１つにでも欠陥があれば、燃料システムの排出性能が大幅に低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
キャブレターの利点を引き続き享受するには、近年のエンジンに対する排出要求を満たすキャブレターの能力を保証するべく、従来のキャブレターの構造を改良する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は、空気吸入開口部と、空気噴出開口部と、これらの間に延在するスロート部とを有する本体部を含む内燃機関のキャブレターを提供する。燃料貯蔵部は、前記スロート部と流体連通し、スライドアセンブリは、前記スロート部を横断するよう前記本体部内に移動可能に配置される。前記スライドアセンブリはスロットルスライドと、前記スロート部を横断して前記燃料貯蔵部内へと延在するメータリングロッドとを含む。前記空気吸入開口部は、前記メータリングロッドの方へ空気流を送るよう作用する一対の凹部を含む。前記凹部は前記空気吸入開口部の周縁部付近を起点として、前記スロート部に近くなるにつれて内側に延出する。前記スロート部は上部及び下部を含み、前記凹部は前記上部に隣接する。
【０００６】
本願では、マニホールドを含む空気吸入開口部を有するキャブレターも検討する。なお、前記マニホールドは前記空気吸入開口部の周縁部の一部分に隣接すると共に、これに沿って延在する弓状のスクープの形態であり得る。前記マニホールドは燃料貯蔵部と流体連通する。前記マニホールドは前記スロート部の断面積に比例した容積を有する。前記スロート部は上部及び下部を含み、前記マニホールドは前記上部に隣接する。当該キャブレターはまた、前記マニホールドの一方の端近くに位置した、前記メータリングロッドの方へ空気流を送るように作用する一対の凹部を含む空気吸入開口部を含み得る。前記凹部は、前記吸入開口部の周縁部付近を起点として、前記スロート部に近くなるにつれて内側に延出する。
【０００７】
別の実施形態では、前記スロート部を横切って移動するよう前記本体部内に移動可能に配置したスライドアセンブリを含む内燃機関のキャブレターを検討する。前記スライドアセンブリは、メータリングロッド用の穴と位置決め手段用の穴を有するスロットルスライドを含む。メータリングロッドは、前記メータリングロッド用の穴を通って、前記スロート部を横切って前記燃料貯蔵部内へと延在する。前記スライドアセンブリは前記スロットルスライドに対する前記メータリングロッドの位置を調整するよう作用する位置決め機構を含む。前記位置決め機構は前記位置決め手段用の穴内に回転可能に配置したバレルを含む。前記バレルは、その回転によって前記メータリングロッドの位置を調整するように前記メータリングロッドと螺合する。
【０００８】
前記バレルは、複数の回転位置のうちの１つに前記バレルを選択的に割り出す戻り止めを含む。前記戻り止めは、前記位置決め手段用の穴の底部に位置する複数のくぼみのうちの１つと係合するよう作用する。前記くぼみは、例えば前記位置決め手段用の穴の底部に形成され得る、又は前記位置決め手段用の穴の底部に配置した戻り止めワッシャに形成され得る。
【０００９】
更に別の実施形態では、出口ゲートと入口ゲートとを有するスロットルスライドを含む内燃機関のキャリブレータを検討する。前記入口ゲートは、前記メータリングロッドと位置合わせした前記入口ゲートに配置した流れガイド部を含む。前記流れガイド部は前記入口ゲートの下側において弓状のレリーフ部を二分し、これにより一対の漏斗型の溝が形成される。前記弓状のレリーフ部は円錐台の形状であり得、前記流れガイド部は、ピラミッド先端の形状であり得る。さらに、前記スロットルスライドは、その下端を通る空気流を加速させる前記入口ゲートに配置した段付き部を含み得る。
【００１０】
エンジンへの空気流を最適化するようキャブレターのスロート部を構成する方法についても検討する。前記キャブレターは第１直径の上部と、該第１直径からオフセットした第２直径の下部とを含む。前記方法は、エンジンの質量空気流量要件（以下、文中では記号「ｍ」で示すが、数式中ではニュートン記法により記号「ｍ」の上に「・」を付して示す）に基づいて前記第１直径、前記第２直径、及び前記オフセットの最適なサイズを得ることを含む。概して、前記方法は前記キャブレターのベンチュリの流量係数（Ｃｖ）を決定することと、前記エンジンの前記質量空気流量要件（ｍ）を決定することとを含む。前記第１直径、前記第２直径、及び前記オフセットの最適なサイズは、前記質量空気流量要件と前記ベンチュリの流量係数とに基づいて得られる。前記ベンチュリの流量係数と前記質量空気流量要件の両方は、実験的に決定し得る。さらに、前記エンジンの前記質量空気流量要件を決定することは、圧力差（ΔＰ）と空気密度（ρ）を測定することを含み得る。
【００１１】
前記方法は、以下の式によってスロットルスライド位置（ｙ）の関数として幅（ｗ）を決定することを含む。
【００１２】
【数１】
2013531172.tif 000003
【００１３】
前記第１直径（φ１）の最適なサイズは、広く開いた状態のスロットルスライド位置（ｙｗｏｔ）における幅（ｗｗｏｔ）に適合するよう選択する。前記第２直径（φ２）の最適なサイズは、アイドリング状態のスロットルスライド位置（ｙｉ）における幅（ｗｉ）に適合するよう選択する。最適のオフセット（Ｘ）は、前記広く開いた状態のスロットルスライド位置（ｙｗｏｔ）と前記アイドリング状態のスロットルスライド位置（ｙｉ）との差である。
【００１４】
また、本願ではキャブレターで使用するメータリングロッドについても検討する。前記メータリングロッドはロッドの軸に沿って延出すると共に、対向する第１端部と第２端部を有する長尺状の円筒状ロッドを含む。前記第１端部から延出すると共に、前記円筒状ロッドの長さの少なくとも一部に沿って断面積が変化する後流生成部を、前記円筒状ロッド上に形成する。
【００１５】
一実施形態では、前記後流生成部は、前記ロッドの軸に対して角度を形成すると共に楕円状のエッジを境とする平坦領域を含む。前記メータリングロッドは前記楕円状のエッジと交わる複数の溝をさらに含み得る。
【００１６】
前記後流生成部は、前記ロッドの軸の少なくとも一部に平行に延在する溝を含むと共に、弓状の部分を含み得る。前記後流生成部は凹状の断面を含み得る。前記断面の例としては二面角の断面があるが、これに限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】例示的な一実施形態による吸入開口部の流路形状を示すキャブレターの正面図である。
【図２】図１に示すキャブレターの吸入開口部の斜視図である。
【図３】スロットルスライドが部分的に開いた状態にある吸入開口部の流路特徴を示すキャブレターの正面図である。
【図４】スロットルスライドがさらに開いた位置にある図３と同様の吸入開口部の流路特徴を示すキャブレターの正面図である。
【図５】例示的な一実施形態によるスロットルスライドの斜視図ある。
【図６】図５に示すスロットルスライドの側面図である。
【図７】図５及び図６に示すスロットルスライドの正面図である。
【図８】図５から図７に示すスロットルスライドの底面図である。
【図９】空気流がキャブレターに入る際の圧力変化を示すスロットルスライドの正面図である。
【図１０】キャブレターのスロート部を横切る圧力変化を示すスロットルスライドの側面図である。
【図１１Ａ】上部及び下部を示すキャブレターのスロート部の概略図である。
【図１１Ｂ】上部及び下部がオフセットした状態にある変形を示す、図１１Ａに類似したスロート部の概略図である。
【図１２Ａ】図１１Ａに対応する一例のスロート部の輪郭を示す概略図である。
【図１２Ｂ】図１１Ｂに対応する代替的な例のスロート部の輪郭を示す概略図である。
【図１３】例示的な一実施形態によるメータリングロッド位置決め機構の部分斜視図である。
【図１４】例示的な一実施形態によるメータリングロッドの正面図である。
【図１５】図１４に示すメータリングロッドの側面図である。
【図１６】図１４の線１６−１６で切り取ったメータリングロッドの断面図である。
【図１７】図１４から図１６に示すメータリングロッドの平坦部のクローズアップ写真である。
【図１８】図１４から図１７に示すメータリングロッドの平坦部に形成した溝の概略図である。
【図１９】代替的な溝構成を概略的に示す別の例示的実施形態によるメータリングロッドの正面図である。
【図２０】代替的実施形態によるメータリングロッドの断面図である。
【図２１】更に別の代替的実施形態によるメータリングロッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
基本的なキャブレターの構造は当業者には一般に良く知られている。例えば、本発明の改良を適用し得る適切なキャブレターは、２００３年１月１４日に付与されたエドモンストン（Ｅｄｍｏｎｓｔｏｎ）の米国特許第６，５０５，８２１号に記載されている。なお、当該米国特許の全ての記載内容を本願に援用する。
【００１９】
図１及び図２は、キャブレターのメータリングロッド１０（図３及び図４参照）近くに流れを集中させ、混合を促進することを目的とした流路形状を示す。スロート部１２への入口１４（ベルとして知られている）は、メータリングロッド１０の方に流れＦを送る特徴を含むと共に、乱流強さを高めて混合を促進する一連の二次渦構造を誘発する。凹部２６は、ベンチュリの上外側部付近を起点として下方向に延在するが、スライドアセンブリ１６によって構成される流量制限部に近づくにつれて内側を向く。凹部の後弯に沿って運動量が運ばれ、メータリングロッド１０近くで衝突する。穴の中心に流れが集中すると、液体境界層の集積が最少化され、メータリングロッドの平坦部（図示せず）における真空状態が高まって燃料が引き込まれ、流れにおいて破砕力が高まることにより燃料がより一層小さな液滴となる。二次流れは、一次流線に垂直な２つの弱い二重反転渦を形成する。直交流の運動量は流線を横切る形で燃料の混合を促進し、より一層均一な混合物を生成する。
【００２０】
図３及び図４は、スロットルスライドの位置が異なる、ベル又は入口部に入る空気の渦流れＦを示す。図３は、スロットルスライドの開度の小さい状態での渦流れを示しており、これはエンジンのアイドリング速度の場合に見受けられるものである。一方図４は、スロットルスライドの開度がより大きい、例えば中間スロットル状態にある場合にベルに入る空気の渦流れを示している。
【００２１】
図１から図４に示すキャブレターはまた、フロートボウル内の燃料に一定の大気圧がかかるよう維持することを目的としたマニホールドを含む。この場合、マニホールド２０は弓状のスクープの形態である。フロートボウルにおける圧力を一定にすると、燃料の流れが均一となり、入ってくる空気と燃料が効率的に混合される。マニホールド２０は、吸入開口部の周縁部の一部に隣接し、これに沿って延在する空気吸入口の上部に位置している。マニホールドはフロートボウル内の燃料にかかる圧力を一定に保つために、吸入開口部２２への入口において、空気を比較的停滞した乱れない状態とするように作用する。
【００２２】
マニホールド２０の形状を変えて、キャブレターの性能の一部の特徴を変更することもできる。乱流はマニホールドに入ると、静止する。燃料貯蔵部に補償圧力を印加するのは、動的圧力から静的圧力への変換である。マニホールドの容積と深さの両方は、流れにおける振動を減衰させる要素である。燃料貯蔵部につながる流路２２の長さと直径は、粘着性が燃料の駆動圧力に影響を与えるのに適した比率を有する。減衰は、マニホールドによって生じる過渡圧力にのみ作用する。
【００２３】
図５から図８は、スライドアセンブリの正面ゲートに適用される流れ変更形状を示しており、この形状により、キャブレターの噴霧化及びメータリング特徴が向上する。スライドアセンブリ１６は、スロート部に入る空気を集中化して圧縮するスロート部の上流に段付き部３２を含む。吸入口から入った空気がスライドアセンブリの下に入り込む前に、段付き部３２が空気を圧縮することにより、スライドアセンブリと燃料出口を通る空気流の速度が増す。これはキャブレターの低設定において、入ってくる燃料と空気を完全に混合し、燃料と空気の混合物の効率的な燃焼に特に有効である。
【００２４】
スライドの前方ゲート３６の下面３４は、メータリングロッド位置４０の片側に直接配置された２つの漏斗型の溝３８を含む。溝同士の間の材料は、ピラミッド先端の形状又は逆Ｖ字形状の小帯又は流れガイド部４２を形成し、流路に繋がっている。流れガイド部は入口ゲートの下側において弓状のレリーフ部を二分することで、一対の漏斗形の溝が形成される。弓状のレリーフ部は円錐台の形状であることが好ましい。流れガイド部４２により、メータリングロッドが低いスロットル位置にある場合には流路内で涙滴形状を有するように見える。漏斗型の溝３８により、ベンチュリのメータリング部近くで空気は流速が最高となるよう加速されて、さらに噴霧化が進めることができる。流れの分離と機構の直交する表面ベクトルは、燃料供給に望ましくない振動をもたらす可能性のあるスライドの上昇を減少する。この構造はＮＯｘの排出量がより少なくスライドの浮遊に対する耐性があるという形で機能の改善を示している。図９及び図１０は小帯の流れ特徴を示す計算流体力学（ＣＦＤ）によるベクトルプロットである。
【００２５】
図１１Ａから図１２Ｂを参照すると、スロート部１２は上部１３より幅の狭い下部１５を含む。下部１５はメータリングロッド１０において信号を増幅するために、スロットルが一部開いた状態でスロットルスライド１６の下端を通る空気流を加速するよう作用する。スロットルスライド１６がさらに開いた状態になると、より大きい上部１３が露呈することとなり、より高いエンジン速度及び／又は負荷で更なる空気流がエンジンに提供されることになる。
【００２６】
一実施形態では、スロート部１２の形状は、第１直径の上部１３と、第１直径とは距離Ｘ分オフセットした第２直径の下部１５を含む。円の大きさはスロットルの穴の大きさを決定する。
【００２７】
図１１Ａは、３．４０ｃｍに等しい第１直径（φ１）と、第１直径との間にオフセットＸを有し、２．３５ｃｍに等しい第２直径（φ２）とを有するスロート部１２の形状の一例を示している。図１１Ｂは、別の例のスロート部１２’の形状を示している。この例では、第１直径及び第２直径は図１１Ａと同じであるが、オフセット距離Ｘが増されている。オフセット距離Ｘを大きくすると、スロットルのアイドリング状態と広く開いた状態との間の移行がより漸進的となるが、これは例えば４サイクルエンジンに適している。図１１Ａは、２サイクルエンジンにより適した形状を示しており、これはスロットルのアイドリング状態と広く開いた状態との間の移行がより急激となる。図１２Ａ及び図１２Ｂから理解されるように、上部１３と下部１５にそれぞれ対応する２つの直径は共に半径Ｒで平滑化されて、平滑な空気吸入面を提供する。
【００２８】
上述のようなキャブレターのスロート部を構成する方法についても検討する。スロート部１２の形状（φ１、φ２、Ｘ）は、エンジンのパラメータに依存してエンジンへの空気流を改善するよう最適化することが可能である。キャブレター構造のいくつかのパラメータを先に述べたように最適化して、最高の噴霧化効率と、内燃機関の性能を向上させる流れを達成することができる。
【００２９】
一般に、本発明の方法はキャブレターベンチュリの形状を定義するために、特定のエンジンに対する質量空気流量要件（ｍ）を使用する。質量空気流量要件（ｍ）は特定のエンジンの空気供給要件の直接測定と分離によって得られる。空気量要件をキャブレターベンチュリ流量係数（Ｃｖ）と組み合わせ、スロットルスライド位置の関数として、必要なスロート部又はベンチュリの面積（Ａｖ）を定義する。
【００３０】
質量空気流量要件（ｍ）の測定に関しては、２サイクル及び４サイクル両方のピストンエンジンは、非定常過程の一環として空気を消費する。空気測定技術は、この非定常流の総質量空気流量の測定には最適なものではない。正確な測定をサポートするために一部の２サイクルエンジンに関しては、これらの摂動と逆流を弱めることが有利である。したがって、容器の量がエンジン排気量よりかなり大きくなるように、非定常ポンプ動作の影響を抑制するのに十分な容量の容器に、エンジンの吸入口を取り付ける。例えば回転式の送風機によって大気条件または所望の条件に相当する圧力で容器に空気を供給する。平滑で連続的な流れを提供する送風機の吸入口にて質量空気流量（ｍ）を測定する。
【００３１】
質量空気流量（ｍ）をエンジン速度と負荷の関数として測定すると、キャブレターのベンチュリの断面を計算する。ベルヌーイの式と一次連続方程式の非圧縮的な形式を使用して、理想上の質量空気流量に対する式を示すことができる。
【００３２】
【数２】
2013531172.tif 000004
ｍ＝質量空気流量
Ａｖ＝キャブレターのベンチュリの面積、Ａｖはスロットルスライド位置の関数
ρ＝空気密度
ΔＰ＝ベンチュリと大気の静圧差
【００３３】
形状、乱流、及び粘着効果の全てが、理想上の式によって以下に示す質量空気流量の減少に寄与する。標準的なベンチュリのチューブの形状に対して、実験的に流量係数を決定し、質量空気流量の式に入れる。対象のキャブレター固有の流量係数（Ｃｖ）も同様に実験によって決定する。この係数自体は面積比又はスライド位置、密度、及び圧力差の関数である。修正した式を以下に示す。
【００３４】
【数３】
2013531172.tif 000005
Ｃｖはρ、ΔＰ、スライド位置の関数である。
【００３５】
上述のように、質量空気流量（ｍ）、圧力差（ΔＰ）、及びベンチュリ流量係数（Ｃｖ）すべてを実験によって決定し、密度（ρ）は直接環境から測定する。より詳細には以下に述べるが、質量空気流量の式を解いて、スロットル位置（ｙ）の関数として面積（Ａｖ）の式を示すことができる。
【００３６】
【数４】
2013531172.tif 000006
【００３７】
任意のベンチュリの形状に対して、露呈する形の面積を以下の積分によって示すことができる。
【００３８】
【数５】
2013531172.tif 000007
【００３９】
【数６】
2013531172.tif 000008
【００４０】
質量空気流量の式を面積の積分と組み合わせて幅（ｗ）を求めることで、以下の式が得られる。
【００４１】
【数７】
2013531172.tif 000009
【００４２】
スロットル位置（ｙ）の関数としての幅（ｗ）に関するこの式は、ベンチュリの形状を示す。下の積分を参照して理解されるように、理想的なスロート部１２の形状は、距離（ｘ）だけ離間した２つの直径（φ１、φ２）を有するように近似される。
【００４３】
【数８】
2013531172.tif 000010
【００４４】
スロート部の断面をエンジンの特性に適合させることによって、流れが改善され、より一層噴霧化が進み、燃料供給が一貫することで、燃焼が向上する。さらに、上で定義した方法によって調整したキャブレターは、より均一で一貫した燃料混合物を供給すると共に、より進歩した線形的なスロットル応答をユーザに提供する。
【００４５】
ここで図１３を参照し、１つの例示的なメータリングロッド位置決め機構５０について説明する。当該技術分野で周知のように、メータリングロッド１０のスロットルスライド１６に対する位置を調整すると、エンジンに供給される空気と燃料の混合物を増量または減量するように働く。位置決め機構５０は、スライドアセンブリ１６とは別個にメータリングロッド１０を動作させる。シリンダ又はバレル５２はメータリングロッド１０を受け入れる、中心を通るねじ山５６を有する。バレル５２を回転割出し式にすると、ねじ接触によりメータリングロッド１０の軸方向の位置が変更される。バレル５２はバレル５２と螺合するスプリングプランジャ５８を含む。スプリングプランジャ又は戻り止め５８は、複数のくぼみ又は凹み６２のうちの１つと係合するように作用する。よって、バレル５８を回転位置のうちの１つに選択的に割り出しすることができ、戻り止め５８は再調整されるまでバレルの位置を維持する。バレル５２は、位置決め手段用の穴４４（図５参照）に受け入れられる。くぼみ６２は穴４４の底部に形成可能である、又は、穴４４の底部に配置した別個の戻り止めワッシャ６０に形成可能である。戻り止めワッシャ６０はまた、スライドアセンブリに対する角度的な位置を維持するためにタブ６４を含み得る。バレル５２は、スナップリング６６と波形ワッシャ６８により穴４４内に保持される。この場合、バレル５２は、ねじ回しのような適切な道具でバレルを回転式に調整できるスロット５４を含む。メータリングロッド位置決め機構５０は、メータリングロッド１０の位置決めを電子的に制御するために、小型のサーボモータまたはステップモータ等のモータと置き換える、またはそのようなモータを具備することができる。
【００４６】
メータリングロッド１０は、下（スプリング６５）からのバネ張力と上からのリテーニングリング６３によって所定の位置に固定された、Ｄ型ワッシャ６３と係合する平坦部１７を有する。Ｄ形状ワッシャ６３はスロットルスライド１６とスロート部１２に対するメータリングロッド１０の角度的な方向を維持するべく、スライドアセンブリ１６内の輪郭（図示せず）と係合する。
【００４７】
図１４及び図１５を参照すると、例示的な一実施形態によるメータリングロッド１１０は、平坦部１１７の形態の後流生成部を含み、該後流生成部は従来のテーパ形状のニードルバルブ構成と比べて、メータリングロッド１１０がより効率的に燃料を噴霧化することを促進する。本実施形態では、後流生成部はメータリングロッドに角度を形成して研磨することによって形成される平坦部である。例えば図１５に示すように、平面部分はメータリングロッドの軸Ａに対して角度を形成している。空気がベンチュリを通って加速する際に、その空気流内のメータリングロッドの部分がメータリングロッド１１０の円筒部１１４に衝突する。さらに図１６を参照すると、流れはメータリングロッドの表面付近のこの局所的な領域でさらに加速し、１つのメータリングロッドの半径に略等しいメータリングロッドに沿った下流においてピーク速度ＶＰに到達する。流れはこの地点を越えると、メータリングロッド１１０の背面における平坦部１１７付近の表面から離れるまでわずかに減速し、平坦部１１７において後流領域Ｗが生成される。フロートボウル内の大気圧と後流領域における低圧との圧力差により、メータリングロッド１１０の平坦部１１７まで液体燃料が引き上げられ、メータリングロッドの円筒部の外乱によって生じる、より高速の空気流の中で液体燃料が破砕される。テーパ形状のニードルバルブ構成より改善されたのは、ロッドの長さに沿った破砕力と分配のさらなる増大である。
【００４８】
特徴を組み合わせることで、最高の破砕力により液体の燃料を空気流の領域へと直接的に方向づけて供給するシステムが形成される。燃料は、円筒状の面が平面によって中断される場所に形成される角部に向けられる。液滴は平坦部から後流領域へと単純に上昇させた場合よりも、かなり微細な粒子に破砕される。より細かく噴霧化することにより、一層効率的に燃焼し、有害物質の生成が減少する。
【００４９】
ロッドの表面仕上げは、メータリングロッドとノズルの界面において燃料を正確に計測するよう十分精密に行いながら、ロッドの表面張力効果を低下させ、ロッドの平坦面に燃料を送る程度に粗く仕上げるべきである。ロッド１１０の円筒状部１１４はノズルに対する摩耗を減少するよう、採算性に合う範囲で精密研磨してもよい。適切な表面仕上げは約２５から５０マイクロセンチメートルであるが、少なくとも１つの実施形態では、約４０から４１マイクロセンチメートルである。燃料がロッドの方向に向かうように促すには、大きな表面の不連続箇所を十分に減少するべきである。くぼみ、細孔、又は製造プロセスによるダメージはすべて、燃料の滑らかな面への付着に不利に働くとともに、ロッドでの移動を阻害する。
【００５０】
図１７から分かるように、メータリングロッド１１０の平坦面１１７は一連の非常に小さく交わらない構、例えば代表的な溝１１８を含む。これらの溝はまた、流路または幅狭流路とも称する。溝の主な方向性はロッドの細長軸Ａと平行である。表面張力による濡れと空力的圧力により燃料は溝内に入り込み、燃料はメータリングロッドに沿って進む。溝の横方向の大きさは極めて小さく、数百分子長程度である。これらの溝は、多様な研磨方法によって形成することが可能であり、研磨方法の例をいくつか挙げると研削、ホーニング、電解研磨、ラッピング等があるが、これらに限定しない。燃料が溝内に入り込むと、液体は多くの小さい流路１１８に分かれていく。それぞれの流路がエッジ１２０に沿ってメータリングロッドの円筒状面と交わるため（図１８参照）、個々の流路の上部は、燃料を噴射して自由流とするノズルのように作用する。これらの幅狭流路の上部からの破砕された燃料は、通常の面から破砕されたものに比べて、大きさがより小さくなる。メータリングロッドにおいてより小さくなったこれらの液滴は、キャブレターのベンチュリとエンジンの吸入管の中で、速度勾配と乱流によって、さらに微小な液滴に破砕される。
【００５１】
直線状の溝１１８は、ロッドの最大長付近で終わるそれらの溝に良好な噴霧化を提供する。しかし、多くの溝が外側エッジ近くの高い勾配から離れた後流領域における楕円の先端付近（即ちエッジ１２０）で終端する。図１９に示す別の実施形態では、高い速度勾配の外側領域付近で可能な限り多くの溝を終端させることにより、更なる利点が生まれる。このように、溝２１８は、エッジ２２０の方向に弧を向ける前にメータリングロッドの長軸Ａに沿う逆Ｖ字型又はカーブした形状を有する。
【００５２】
メータリングロッド後方の後流領域内での低圧は、液体燃料をキャブレターのベンチュリ内へと移動させるのに使用される駆動力の主成分である。メータリングロッドの、平坦部１１７のような後流生成部は、後流と燃料駆動圧の生成を促進するように変更することができる。メータリングロッドの後流生成部は後流を促進するために多様な形状とすることができる。例えば後流生成部は、それぞれ図２０と図２１に示すように、二面角部３１７又は凹状部４１７の形態としてもよいが、これらに限定しない。
【００５３】
一時的に図１５に戻ると、後流生成部をロッドの軸Ａに対して角度を付して形成することによって、メータリングロッドの長さに沿った後流生成部の断面領域Ｇ１を変更することができる。後流生成部はメータリングロッドの長さに沿ったその断面領域に関するサイズを変更し得る。図２０に示す二面角部３１７に関して、後流生成部の断面の形状又はサイズは変更可能である。例えば、二面角部３１７の角度をメータリングロッドの長さに沿って変更することにより、メータリングロッド３１０の長さに沿った後流生成部の断面領域Ｇ２を変更し得る。以上は一例にすぎず、後流生成部の断面積は別の方法でもメータリングロッドの長さに沿って変更することができる。
【００５４】
以上、例示的な実施形態を特定的にある程度参照することにより、キャブレターと方法について説明した。ただし本発明は、従来技術を考慮して解釈される以下の特許請求の範囲によって定義されており、それに定める本発明の概念を逸脱することなく、例示的な実施形態を変形又は変更することも可能であるものと理解されたい。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１１０  メータリングロッド
１２  スロート部
１６  スライドアセンブリ
１７  平坦部
２０  マニホールド
２６  凹部
５０  メータリングロッド位置決め機構
１１７  平坦部
【図１】
2013531172.tif 000012
【図２】
2013531172.tif 000013
【図３】
2013531172.tif 000014
【図４】
2013531172.tif 000015
【図５】
2013531172.tif 000016
【図６】
2013531172.tif 000017
【図７】
2013531172.tif 000018
【図８】
2013531172.tif 000019
【図９】
2013531172.tif 000020
【図１０】
2013531172.tif 000021
【図１１】
2013531172.tif 000022
【図１２】
2013531172.tif 000023
【図１３】
2013531172.tif 000024
【図１４】
2013531172.tif 000025
【図１５】
2013531172.tif 000026
【図１６】
2013531172.tif 000027
【図１７】
2013531172.tif 000028
【図１８】
2013531172.tif 000029
【図１９】
2013531172.tif 000030
【図２０】
2013531172.tif 000031
【図２１】
2013531172.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月1日(2013.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンへの空気流を最適化するようキャブレターのスロート部を構成する方法であって、前記スロート部が第１直径の上部と、前記第１直径からオフセットした第２直径の下部とを含み、前記方法が、
前記キャブレターのベンチュリの流量係数（Ｃｖ）を決定することと、
前記エンジンの質量空気流量要件を決定することと、
前記質量空気流量要件と前記ベンチュリの流量係数に基づいて、前記第１直径、前記第２直径、及び前記オフセットの最適なサイズを得ることと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ベンチュリの流量係数を実験的に決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エンジンの前記質量空気流量要件を実験的に決定する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エンジンの前記質量空気流量要件を決定することが、圧力差（ΔＰ）と空気密度（ρ）を測定することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１直径、前記第２直径、及び前記オフセットの前記最適なサイズを得ることが、以下の式によってスロットルスライド位置（ｙ）の関数として幅（ｗ）を決定することを含む（ここで、前記質量空気流量要件を記号「ｍ」の上に「・」を付して示す）、請求項４に記載の方法。
【数１】
2013531172.tif 000033
【請求項６】
広く開いた状態のスロットルスライド位置（ｙｗｏｔ）における幅（ｗｗｏｔ）に適合するよう前記第１直径（φ１）の前記最適なサイズを選択する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
アイドリング状態のスロットルスライド位置（ｙｉ）における幅（ｗｉ）に適合するよう前記第２直径（φ２）の前記最適なサイズを選択する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記最適なオフセット（Ｘ）が、前記広く開いた状態のスロットルスライド位置（ｙｗｏｔ）と前記アイドリング状態のスロットルスライド位置（ｙｉ）との差である、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
内燃機関のキャブレターであって、
空気吸入開口部、空気噴出開口部、及びこれらの間に延在するスロート部を有する本体部と、
前記スロート部と流体連通した燃料貯蔵部と、
前記スロート部を横切って移動するよう前記本体部に移動可能に配置したスライドアセンブリであって、スロットルスライドと、前記スロート部を横切って前記燃料貯蔵部内へと延在するメータリングロッドとを含む、前記スライドアセンブリと、
を含み、前記空気吸入開口部が、前記メータリングロッドの方へ空気流を送るよう作用する一対の凹部を含む、キャブレター。
【請求項１０】
前記凹部が前記空気吸入開口部の周縁部付近を起点として、前記スロート部に近くなるにつれて内側に延出する、請求項９に記載のキャブレター。
【請求項１１】
前記スロート部が上部と下部を含み、前記凹部が前記上部に隣接する、請求項９に記載のキャブレター。
【国際調査報告】
2013531172.tif 000034
2013531172.tif 000035