(57)【要約】ピストン式内燃機関の吸気用スロットルバルブ（１）は、第１の全開配置と第２の近閉鎖配置との間で可変的に開閉されるよう適合された開口（９）を含む。開口（９）は、開口周縁付近に配置され開口の中央領域に向かって移動可能な複数の共平面プレート（１０）によって可変的に開閉される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の全開配置と第２の近閉鎖配置との間で可変的に開閉されるよう適合された開口を含む、ピストン式内燃機関の吸気用スロットルバルブにおいて、前記開口は、開口周縁付近に配置され開口の中央領域に向かって移動可能な複数の共平面プレートによって可変的に開閉されることを特徴とするスロットルバルブ。
【請求項２】
前記第１の全開配置及び第２の近閉鎖配置において、開口の中央領域が軸線方向の流体流れに対して遮られることがなく、前記開口が実質的に円形である、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【請求項３】
前記プレートのそれぞれは旋回可能に取り付けられている、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【請求項４】
前記スロットルの全長が、前記開口の直径と比較して、実質的に小さい、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【請求項５】
前記プレートのそれぞれが、先端で接触する凹端部と凸端部を有するくちばし状である、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【請求項６】
前記凹端部及び凸端部は曲率半径が実質的に等しい、請求項５に記載のスロットルバルブ。
【請求項７】
前記凹端部及び凸端部は曲率半径が前記開口の曲率半径と実質的に等しい、請求項５に記載のスロットルバルブ。
【請求項８】
前記複数の実質的に共平面のプレートの動きがアクチュエーターリングにより駆動され、前記プレートを同時に動かす、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【請求項９】
前記スロットルバルブを、空気又は空気／燃料混合体のいずれかに用いる、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【請求項１０】
前記スロットルバルブを、ピストン式ロータリーバルブ内燃機関に用いる、請求項１に記載のスロットルバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストン式内燃機関の空気／燃料吸入のためのスロットルバルブに関する。ピストン式ロータリーバルブ内燃機関を参照してこの発明を説明するが、この発明は、スロットルバルブを必要とする任意のピストン式内燃機関への使用に好適であることを理解すべきである。
【背景技術】
【０００２】
ピストン式内燃機関の大多数は、空気／燃料吸入の制御にバタフライ式スロットルバルブを用いる。バタフライ式スロットルバルブは、比較的単純で安価な設計であるが、これには多数の欠点がある。まず、バタフライ式スロットルバルブが全開である、すなわちフルスロットルである場合に、バタフライプレートが依然として流体流れを制限する。全開のバタフライプレートの抗力がエンジンに入る流体流れを阻害する場合には、フルスロット時のこの制限はエンジン性能を阻害する。
【０００３】
バタフライ式スロットルバルブの他の欠点はその長さである。バタフライ式スロットルバルブはシリンダ吸入に非常に近い場所への設置には向いていない。なぜなら、バタフライプレートが吸入ポートバルブに干渉すると同時に、シリンダの吸入ポートに入った際の流体流れを誤った方向に導くからである。このことは、スロットルバルブの位置をできるだけ吸入ポートの近くにすることが、より高いエンジン速度でエンジン性能を最大にする上で重要である場合に、高性能エンジンにおける最大の欠点となる。これは、シリンダ吸入口と空気吸入口との間の全長が、高速で運転されるエンジンの性能に重要であるからである。シリンダと空気吸入口との間の距離が減少すると、エンジンはより高速でより効率的に動くことができる。
【０００４】
スライド式（又はギロチン式）スロットルバルブも高性能モーターサイクル用エンジンでは一般的であり、スロットルを全開にした際に、シリンダの吸気口まで流れを遮ることがない。スライド式スロットバルブの相対長さはバタフライ式スロットルバルブのそれに比べて小さいので、それらは、シリンダ吸気口と空気取入口との間の距離を最小にすることが望まれるような構成に用いることができる。しかし、この種のスロットルバルブの主な欠点は、バルブ開口を包囲する空間である。スライド式スロットルバルブは、バルブ開口を包囲するかなりの領域を占め、スロットルプレートが完全に引き出されるようにしている。また、スライド式スロットルバルブは、付着又は固着しやすく、余分に保守を行う必要がある。
【０００５】
Ｌａｍｂｄａによる特許文献１には、内燃機関用スロットルバルブが記載されている。このスロットルバルブは、「アイリス絞り」型であり、キャブレターへの空気流量を制御するのに用いられる。アイリス絞りバルブは、特許文献１の図３に示すように、内方及び外方に旋回する同心配置された重複プレートを用いて、中心に配置された開口の直径を変化させ、これによって絞り作用を作り出している。キャブレターへの空気の流れに対してのみ絞りが行われ、燃料は、同時に操作される他の絞り手段を有する他の経路を介してキャブレターに入る。この種のバルブは空気のみを絞ることにはよく適しているが、空気／燃料混合体に対しては、重複プレートが付着又は固着しやすいので、適していない。
【０００６】
同様に、Ｇｒｅｅｎｅによる特許文献２には、従来のアイリス絞りバルブを用いた改良キャブレターが記載されている。その作用及び構成は明確に記載又は図示されていないが、図５〜９には特許文献１と同様の従来型のアイリス絞りが明確に示されている。
【０００７】
Ｈｅｎｒｉｃｈによる特許文献３及びＤ’ａｒｃｙによる特許文献４にも、それらの発明に特定のアイリス絞りバルブを用いることが記載されている。これらのバルブの構成もまた記載されていないが、これらの発明の要件から、開口直径を変化させる従来のアイリス絞りバルブを用いることが分かる。
【０００８】
前記の従来技術に記載された形式の従来の「アイリス絞り」バルブは、流体流れの乱れを最小限にするよう作られているが、これらは空気／燃料混合体の絞り用途には適していない。これは、ピストン式内燃機関の効率的な運転に重要な空気／燃料混合体の混合を促進しないからである。
【０００９】
他の種類のスロットルバルブが、Ｐｉｃｃｉｎｉｎｉによる特許文献５に示されている。これには、エンジンの空気／燃料吸入主ダクト内に取り付けられた管状弾性材料を含むスロットルバルブが記載されている。管状弾性材料は、軸線に対して直交する方向に弾性材料を絞る少なくとも一対の可動ブレードによって横方向に作動され、これによって狭窄及び絞り作用を形成する。前記のスライド式スロットルバルブと同様、この種のスロットルは、遮られることのない「全開」スロットル状態を形成するが、バタフライ式バルブ及びスライド式バルブの双方と同様に、不都合なほどに空間を犠牲にする。さらに、弾性材料の耐久性には、特に内燃機関の負圧を考慮した場合に、疑問がある。
【００１０】
【特許文献１】英国特許第２２９２４１６号明細書
【特許文献２】英国特許第９３７６２６号明細書
【特許文献３】オーストラリア国特許第１２３２１／３３号明細書
【特許文献４】オーストラリア国特許第１０４３０／２２号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６６２，０８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、従来技術の問題点の少なくとも幾つかを改善する、ピストン式内燃機関用スロットルバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１態様によれば、この発明は、第１の全開配置と第２の近閉鎖配置との間で可変的に開閉されるよう適合された開口を含む、ピストン式内燃機関の吸気用スロットルバルブにおいて、前記開口は、開口周縁付近に配置され開口の中央領域に向かって移動可能な複数の共平面プレートによって可変的に開閉される。
【００１３】
好ましくは、前記第１の全開配置及び第２の近閉鎖配置が、軸線方向の流体流れを遮ることのない開口の中央領域を有する。好ましくは、前記開口は実質的に円形である。好ましくは、前記プレートのそれぞれは旋回可能に取り付けられている。
【００１４】
好ましくは、前記スロットルの全長が、前記開口の直径と比較して、実質的に小さい。
【００１５】
好ましくは、前記プレートのそれぞれが、先端で接触する凹端部と凸端部を有するくちばし状である。
【００１６】
好ましくは、前記凹端部及び凸端部は曲率半径が実質的に等しい。
【００１７】
好ましくは、前記複数の実質的に共平面のプレートの動きがアクチュエーターリングにより駆動され、前記プレートを同時に動かす。
【００１８】
好ましくは、前記スロットルバルブを、空気又は空気／燃料混合体のいずれかに用いる。
【００１９】
好ましくは、前記スロットルバルブを、ピストン式ロータリーバルブ内燃機関に用いる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、シリンダヘッド２、シリンダボア３、ロータリーバルブ４及びピストン５を具えるピストン式ロータリーバルブ内燃機関に配置された従来技術のバタフライスロットルバルブ８を示している。ロータリーバルブ４は、シリンダ吸気口１３と連通した吸気ポート６を有する。スロットルバルブ８に関する問題点は、これをシリンダ吸気口１３に近づけすぎると、バタフライプレート７によって流体流れが誤った方向に向けられるため、シリンダボア３内の空気／燃料混合体の効率的な燃焼が妨げられる。
【００２１】
図２はスロットルバルブ１を示しており、これは単気筒のピストン式ロータリーバルブ内燃機関上に配置され、シリンダボア３、ロータリーバルブ４及びピストン５を具える。ロータリーバルブ４は、シリンダ吸気口１３と連通した吸気ポート６を有する。スロットルバルブ１は、ロータリーバルブ４の角度位置に従って、燃料／空気混合体をシリンダボア（燃焼チャンバ）３に送る。
【００２２】
スロットルバルブ１は、フランジ状取付手段（図示せず）を用いて吸気ポート６に取り付けられる。スロットルバルブ１の長さＬは、バルブ開口直径Ｄよりも実質的に小さい。長さＬが直径Ｄよりも小さいので、シリンダ吸気口１３と空気取入口（図示せず）の間の距離が最小となる。
【００２３】
図３〜６は、スロットルバルブ１を、「全開」、「２／３開」、「１／３開」及び「近閉鎖」の４つの異なる開口配置で示す。スロットルバルブ１は、環状開口９の外周付近に配置された６つの共平面「くちばし状」プレート１０を有する。各プレート１０は、先端部１９、凹端部２０、及び凸端部２１を有する。凹端部２０及び凸端部２１のそれぞれの曲率半径は、環状開口９の周の曲率半径と実質的に等しい。
【００２４】
各プレート１０は、それぞれの固定ピン１４の周りに旋回可能に取り付けられている。固定ピン１４は円周方向に等間隔で離間しており、環状取付プレート１５に取り付けられている。
【００２５】
各プレート１０は、弓状スロット１６及び短直線状スロット１７を有し、それぞれの固定ピン１４の周りに強制的に旋回運動させられる。弓状スロット１７は回転の大きさを制限する。
【００２６】
アクチュエーターリング１１は、それに固定され、円周方向に互いに等間隔で離間している６個のアクチュエーターピン１８を有する。各アクチュエーターピン１８は、プレート１０のそれぞれの直線状スロット１７と係合している。アクチュエーターリング１１の回転運動は、矢印Ａで示すように、６個のプレート１０の全てを、それぞれの固定ピン１４の周りに同時に動かすので、各プレート１０の先端部１９が環状開口部９に向かって内方も動き、次第にバルブ１を閉じる。
【００２７】
「くちばし状」プレート１０の動きによって、「全開配置（図３参照）」から「近閉鎖配置（図６参照）」まで、スロットルバルブ１の状態が変わる。「近閉鎖配置」において、開口９の小さく実質的に６角形状で遮るもののない中央領域１２を与えて十分な空気／燃料混合体を送り、エンジンをアイドル状態に維持する。図４は２／３開配置のバルブ１を示しており、図５は１／３開配置のバルブ１を示している。あるいは、「近閉鎖配置」は、中央領域１２が最小となり、僅かに開けられたスロットルバルブ１によってアイドル状態を維持し、これによって各プレート１０の間での空気／燃料混合体流れを可能にするような状況を示している。
【００２８】
矢印Ａとは反対方向へのアクチュエーターリング１１の回転運動は、漸次バルブ１を開ける。図３に示すようなバルブ１の全開配置において、６個のプレート１０の全てが開口９から引き出され、それぞれの凹端部２０は開口９の外周縁に整列する。この全開配置において、空気／燃料流れを遮るものはない。
【００２９】
前記の実施態様のスロットルバルブ１の利点は、燃料／空気混合を促進しつつ、従来技術のバタフライバルブでは達成することのできなかった、障害が少なく方向性のない吸入路を得ることができる点である。また、このバルブは、従来技術のスライド式バルブ及び特許文献５に記載されたバルブでは達成することのできなかった省スペース構成という利手も有する。これによって、この発明の前記実施態様が、競技用エンジン等の高速エンジンに有利となる。
【００３０】
この実施態様の他の利点は、６個のプレート１０の全てが共平面であり、重なり合わないことにある。したがって、これらは、従来の「アイリス絞り」型バルブで発生していた付着や固着を起こし難い。
【００３１】
付勢された機械ケーブル、油圧又は電動アクチュエーター等の任意の適当な作動機構によって、アクチュエーターリング１１を反転回転させて、スロットルバルブ１を可変的に開閉することができることを理解すべきである。
【００３２】
また、図示しない他の実施態様において、プレート１０が、環状開口９の曲率半径と実質的に等しくない曲率半径を有する凹凸端部を有してもよいことを理解すべきである。かかる実施態様において、プレート１０を開口９の外周を超えて引き出し、バルブ１が遮られることのない「全開配置」となるようにしなければならない。
【００３３】
前記の実施態様において、燃料送出手段は示されていない。燃料送出手段は、スロットルバルブ１の前又は後に燃料を送出することができることを理解すべきである。直接噴射内燃機関の場合には、スロットルバルブ１を空気にのみ用いることができる。
【００３４】
燃料送出手段が燃料及び空気をスロットルバルブ１の前に送出する実施態様においては、各プレート１０の先端部１９、凹端部２０及び凸端部２１は、図４及び５に示すようにスロットルバルブ１を部分的に開いた場合に、燃料と空気の混合を補助することができる。
【００３５】
また、この発明の上述した実施態様は、高速のピストン式ロータリーバルブ競技用エンジンに用いるのに特に適しているが、この発明のスロットルバルブを他のピストン式内燃機関に用いることもできることも理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ロータリーバルブエンジンの吸気ポート付近に配置された従来技術のバタフライスロットルバルブの断面図である。
【図２】ロータリーバルブエンジンの吸気ポート付近に配置されたこの発明のスロットルバルブの断面図である。
【図３】図２に示したスロットルバルブを全開配置で示した正面図である。
【図４】図２に示したスロットルバルブを２／３開配置で示した正面図である。
【図５】図２に示したスロットルバルブを１／３開配置で示した正面図である。
【図６】図２に示したスロットルバルブを近閉鎖配置で示した正面図である。
【図１】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年12月9日(2004.12.9)
【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】
シリンダヘッドのボア内で回転可能なロータリーバルブと、前記ロータリーバルブの吸気ポートに隣接するスロットルバルブとを具えるピストン式ロータリーバルブ内燃機関において、前記スロットルバルブは、第１の全開配置と第２の近閉鎖配置との間で可変的に開閉されるよう適合された開口を含み、前記開口は、開口周縁付近に配置され開口の中央領域に向かって移動可能な複数の共平面プレートによって可変的に開閉され、前記第１の全開配置及び第２の近閉鎖配置において、開口の中央領域が軸線方向の流体流れに対して遮られることがないことを特徴とするピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項２】
前記プレートのそれぞれは旋回可能に取り付けられている、請求項１に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項３】
前記スロットルの全長が、前記開口の直径と比較して小さい、請求項１に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項４】
前記プレートのそれぞれが、先端で接触する凹端部と凸端部を有するくちばし状である、請求項１に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項５】
前記凹端部及び凸端部は曲率半径が実質的に等しい、請求項４に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項６】
前記凹端部及び凸端部は曲率半径が前記開口の曲率半径と実質的に等しい、請求項４に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項７】
前記複数の実質的に共平面のプレートの動きがアクチュエーターリングにより駆動され、前記プレートを同時に動かす、請求項１に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項８】
前記開口は実質的に円形である、請求項１に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【請求項９】
空気がスロットルバルブを通過する前に空気に燃料を送出するよう適合された燃料送出手段をさらに具える、請求項１に記載のピストン式ロータリーバルブ内燃機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明は、従来技術の問題点の少なくとも幾つかを改善する、ピストン式ロータリーバルブ内燃機関用スロットルバルブを提供することを目的とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明は、シリンダヘッドのボア内で回転可能なロータリーバルブと、前記ロータリーバルブの吸気ポートに隣接するスロットルバルブとを具えるピストン式ロータリーバルブ内燃機関において、前記スロットルバルブは、第１の全開配置と第２の近閉鎖配置との間で可変的に開閉されるよう適合された開口を含み、前記開口は、開口周縁付近に配置され開口の中央領域に向かって移動可能な複数の共平面プレートによって可変的に開閉され、前記第１の全開配置及び第２の近閉鎖配置において、開口の中央領域が軸線方向の流体流れに対して遮られることがないことを特徴とするピストン式ロータリーバルブ内燃機関である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
好ましくは、前記プレートのそれぞれは旋回可能に取り付けられている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
好ましくは、前記開口は実質的に円形である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
好ましくは、前記エンジンは、空気がスロットルバルブを通過する前に空気に燃料を送出するよう適合された燃料送出手段をさらに具える。


【国際調査報告】
2006525459.tif 000009
2006525459.tif 000010
2006525459.tif 000011