JP2003536013A - 反射波及び可変制限噴射口を備えた圧縮空気補助燃料噴射装置 - Google Patents

反射波及び可変制限噴射口を備えた圧縮空気補助燃料噴射装置

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Abstract

(57)【要約】 内燃エンジン（１００）は、燃焼室（１０２）と、燃焼室（１０２）へ燃料を供給するための燃料供給システム（１０６）とを有する。燃料供給システム（１０６）は燃焼室（１０２）に近接する燃料導入口（１１６）と、燃料導入口に近接するの燃焼室（１０２）に連結された燃焼圧縮波反射導管（１１２）と、前記反射導管（１１２）を通過する通路（１２０）を少なくとも部分的に開閉するために反射導管（１１２）に近接して位置付けられた可動部材（１１４）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 １．発明の分野 本願発明は内燃エンジンの燃料噴射装置に関し、より詳細には、２ストローク
エンジンの制御システムに関する。
【０００２】 ２．従来技術 米国特許第４，２５８，６７０号は２ストロークエンジンにおける掃気パイプ
を開示しており、掃気パイプはチェック弁と掃気パイプへの燃料供給口とを有す
る。米国特許第５，０２７，７６５号は、ピストンヘッドの上方の供給口と燃料
噴射器における流出口とを有するチェック弁を備えたパイプを開示している。米
国特許第４，９９５，３４９号は電磁コイルによって移動される弁を有する空気
のための掃気通路を開示している。
【０００３】 発明の概要 本願発明の１つの実施例によれば、燃焼室と、該燃焼室に燃料を送出するため
の燃料供給装置とを含む内燃エンジンが提供される。前記燃料供給装置は、前記
燃焼室に近接する燃料供給口と、前記燃料供給口に近接する前記燃焼室に連結さ
れた燃焼圧縮波反射導管と、前記反射管へ連通する通路を少なくとも部分的に開
閉するために前記反射導管に近接して位置付けられた可動部材とを含む。
【０００４】 本願発明の他の実施例によれば、内燃エンジンの燃料供給支援装置であって、
導管を含む燃焼圧縮波反射装置と、反射燃焼圧縮波をエンジンの予め定められた
部位への送出するタイミングあるいは形状を変化するために少なくとも部分的に
反射装置を制御するための前記反射装置に連結された制御システムと、を含む内
燃エンジン燃料供給装置が提供される。前記制御システムは、前記導管の一部分
に連通する圧縮波通路の寸法を変えるために前記導管に対して移動可能な可動部
材を含む。
【０００５】 本願発明の１つの方法によれば、前記エンジンの燃焼室内の燃焼から燃焼圧縮
波を生成する行程と、前記燃焼室に連結された反射パイプ導管内に前記波の少な
くとも一部を導く（通す）行程と、前記導管内の前記波部分を反射して前記燃焼
室の方へ戻す行程と、前記導管への導入から逆向きに前記導管から燃焼室への排
出までの前記反射波部分の送出のタイミングあるいは形状を変化する行程と、を
含み、前記変化行程は、前記導管と連通する通路を増減するために、前記反射パ
イプ導管の通路内の可動部材を移動する行程を含む、内燃エンジン内に圧力パル
スを送出する方法が提供される。
【０００６】 本願発明の上記態様及び他の特徴を添付の図面を参照しながら以下の記述によ
り説明する。
【０００７】 好適実施例の詳細な説明 図１Ａを参照すると、内燃エンジン１０の概略図が示されている。本願発明は
図面に開示の実施例に関して記述されるが、本願発明は多くの代替的な形態で実
施され得ることが理解されるべきである。加えて、適宜の寸法、形状、あるいは
、要素又は材料の種類が用いられ得る。
【０００８】 エンジン１０は、シリンダ１２と、ピストン１４と、クランクシャフト１６と
、クランクケース１８と、燃料計量装置２０を有する燃料噴射装置２２とを有す
る２ストロークエンジンである。本願発明は内燃エンジンにおける低圧噴射の制
御に関する。本願発明の特別の適用分野は２ストローク内燃エンジンである。記
述された具体的な用途は小型の高速２ストロークエンジンであり、例えば、リー
フブロアー、ストリングトリマー、及び、ヘッジトリマーのような手持ち式動力
機器、モペット、バイク、及び、スクーターのような車輌、及び小型ボート用船
外エンジンへ適用される。小型２ストロークエンジンは、上記の用途に役立つ多
くの望ましい特性、すなわち、構造の簡単さ、低い製造コスト、高い動力対重量
比、高速動作性能、及び、世界中の多くの場所で簡易な設備でのメンテナンスの
容易性を有する。
【０００９】 簡単な２ストロークエンジンの際立った欠点は、掃気工程中に、シリンダから
新鮮な未燃焼の充填燃料（燃料チャージ）の一部が損失することである。これは
、燃費が悪く、未燃炭化水素の排出が多いことにつながり、簡単な２ストローク
エンジンでありながら、益々厳しくなる政府の汚染規制に適合することができな
いようにする。この欠点は新鮮な空気によるシリンダの掃気を燃料によるシリン
ダの充填と分離することにより解消される。この分離は、液体燃料をシリンダ中
に噴射することにより、あるいは、より好ましくは、シリンダ内に燃料を噴霧す
るために、新鮮な空気による掃気とは別の圧縮された空気源を用いて充填燃料を
噴射することにより達成される。本願発明の好適実施例によれば、エンジンの排
気量は約１６ｃｃ乃至１００ｃｃであるが、それよりも大きくて小さくてもよい
。これらの大きさのエンジンはストリングトリマー、チェーンソー、リーフブロ
アー、及び、その他の手持ち動力工具のようなものに用いられる。エンジンは芝
刈機、スノーブロアー、あるいは、モーターボートの船外エンジンのような工具
にも用いられ得る。シリンダ１２は、その頂部に接続された点火プラグ（図示せ
ず）と、クランクケース１８に接続された底部と、給気口（空気取入口）２４と
、燃焼室２６と、排気口２８と、燃焼室への噴射口あるいは入口３０と、を有す
る。燃料計量装置２０は、キャブレターあるいは電子式燃料噴射装置等の適宜の
形態のシステムであってよい。しかし、本システムの利点は、燃料計量装置に対
して高精度のタイミングあるいは噴霧品質が不必要であることである。燃料を滴
下させる比較的簡易な計量装置を使用することもできる。図１Ａに示される実施
例においては、噴射口３０は開口型ポートであり。すなわち、燃焼室２６への流
れのチェック弁がない。しかしながら、米国特許出願第０９／０６５，３７４号
に開示されるように、噴射口に流れチェック弁を有する他の実施例が設けられて
もよく、この米国特許出願はその内容全体を本願明細書に引用するものとする。
しかしながら、適宜のチェック弁を用い得る。噴射口３０はシリンダ１２の側壁
に位置し、燃料及び空気をシリンダヘッドの頂部に向けて上方向に導入する用に
成形される。しかしながら、他の実施例では、入口はシリンダヘッドの頂部に位
置付けられてもよく、あるいは、燃料をピストン１４の頂部へ向けるように形成
されてもよい。
【００１０】 燃料噴射装置２２は圧縮空気に補助されたシステムである。燃料噴射装置２２
はアキュムレータ３４を含む。アキュムレータ３４は、この実施例では、クラン
クケース１８内の圧力に接続可能な入口３８と、噴射口３０における出口と、を
有する。アキュムレータ３４は圧縮空気の収集装置及び一時保管領域として機能
する。この実施例において、圧縮空気源はクランクケース１８から掃気される空
気である。ピストン１４はピストンの下降ストロークでクランクケース１８内の
空気を圧縮する。好適な実施例においては、２つの開口３０、３８は双方ともシ
リンダ１２内に設けられ、一方は空気取入口２４よりも上にあり、他方は空気取
入口よりも下にある。好適な実施例において、双方の開口３０，３８はピストン
開閉（ポート）される。換言すれば、ピストンヘッド４０は、シリンダ１２を上
下に往復するときに、開口部３０，３８を通しての通路（アクセス）を開閉する
ように寸法決めされ及び形成されている。アキュムレータ３４は、本実施例にお
いては、２つの開口３０，３８の間の簡易な通路である。しかしながら、他の実
施例では、下記の説明からさらに理解されるように、より複雑な形状が用いられ
得る。通路３４はシリンダ１２の外表面で部分的に機械加工され、次にキャップ
がシリンダに取り付けられ、２つの開口３０、３８のみで通路３４を形成し取り
囲む。しかしながら、アキュムレータはシリンダ１２に取り付けられる別個の部
材に設けることができる。好適な実施例において、燃料計量装置２０からの出口
は噴射口３０に近接する通路３４に位置する。
【００１１】 下記にさらに説明されるように、燃料噴射装置２２は最小の可動部分を有する
。すなわち、単に可動部は何であれ燃料計量装置２０内にある。さもなければ、
燃料噴射装置２２はピストンヘッド４０を使用してそのポート３０，３８を開閉
する。ポート３０，３８を開閉するタイミングはシリンダ１２の長さ方向に沿っ
たポートの位置に依存する。図１Ａ乃至１Ｅ及び図２を参照して、噴射装置の動
作を以下に説明する。図２は（クランクシャフト１６の３６０°の回転により生
じる）１回の全ピストンサイクル中に開口３０，３８を開閉する一連の事象を、
ピストン１４の上死点（ＴＤＣ）位置で開始するクランクシャフト１６の角度位
置に基づくピストンヘッドの位置に対応する３６０°のチャートとして示すよう
意図されている。領域Ａはピストンヘッド４０が噴射口３０を閉鎖するときを示
す。領域Ｂはピストンヘッド４０が開口３８を閉鎖するときを示す。ＴＤＣでは
、入口３０はピストンヘッド４０の側部によって閉鎖される。ＴＤＣでは、開口
３８は開いている。空気取入口２４は上死点後（ＡＴＤＣ）約６０°の位置１Ｃ
におけるピストンヘッド４０によって閉じられる。図１Ａは、図２の位置１Ａに
よって示されるＡＴＤＣ約９０°にあるピストンヘッド４０が、矢印Ｃによって
示されるように、ピストンヘッドの上死点位置から離れて、シリンダ１２内で下
方へ動くピストンヘッド４０を示す。ピストンヘッド４０は噴射口３０、排気口
２８、及び、空気取入口２４を塞ぐが、開口３８は開いている。ピストンヘッド
４０がクランクケース１８方向へ動くと、クランクケース１８内からの空気は、
矢印Ｄによって示されるように、開口３８を通ってアキュムレータ３４内へ押し
込まれる。
【００１２】 また、図３を参照すると、一回のピストンサイクル中の圧力のグラフがゼロゲ
ージ、すなわち、１大気圧に対して示される。ＴＤＣでは、クランクケース１８
内の圧力Ｅとアキュムレータ３４内の入口３０における圧力Ｆとは実質的に同一
である。ピストンヘッドが位置１Ａを通って動くときに、それらは実質的に同一
のままである。ピストンヘッド４０がシリンダ１２内を下方へ動き続けると、排
気口２８はＥＯで開く。燃焼により気体が膨張することによって生じた燃焼室２
６内の圧力Ｇは低下し始める。
【００１３】 ピストンヘッド４０が図１Ｂに示される位置１Ｂの方へ動くと、ピストンヘッ
ド４０は開口３０を覆わなくなるため、開口３０は開き始め、ピストンヘッド４
０が開口３８を塞ぎ始めるため、開口３８は閉じ始める。ピストンヘッドは、Ｔ
ＤＣ後（ＡＴＤＣ）、クランクシャフトの約１００°の回転で入口３０を覆わな
くなる。この実施例において、掃気通路４２が開く位置ＴＯで、ピストンヘッド
が掃気通路４２（図１Ｃを参照）へのアクセスを開くのとほぼ同時に、ピストン
ヘッド４０は開口３８を完全に閉じる。
【００１４】 図４Ａ乃至４Ｄも参照して、１Ｂと１Ｃとの間の期間中におけるアキュムレー
タ３４内の気体の圧力及び移動をさらに説明する。図４Ａ乃至４Ｄはアキュムレ
ータ３４を閉端パイプとして概略的に例示する。これは、開口３０が開いている
一方、開口３８が実質的に全体的にピストンヘッド４０によって効果的に閉じら
れているからである。図４Ａは位置１Ｂに概ね対応する。この位置において、ア
キュムレータ３４はある容量４４の圧縮された空気と、ある容量４６の圧縮され
た空気及び燃料と、燃焼ガスのわずかなバッファ（緩衝剤）４８の最初の部分と
を有する。加えて、圧縮波５０が開口３０からアキュムレータ３４に入り、矢印
Ｈによって示されるように今は閉じられた開口３８閉へ向けて音速でアキュムレ
ータを下方へ移動する。図３にみられるように、入口３０における圧力Ｆは、燃
焼ガスの入口３０への進入及び圧縮波５０の進入により、１Ｂで上方へ突き出る
。
【００１５】 図４Ｂは少し後の時間に対応する。燃焼ガスのバッファ４８は入口３０内にさ
らに押し入る。バッファ４８は入口３０を加熱するのを助け、アキュムレータ内
の燃料が排気口２８へ直接短絡するのを防ぐ働きをする。圧縮波５０はさらにア
キュムレータ３４の下方へ動く。図４Ｃは掃気通路４２が位置ＴＯで開いた少し
後の時間に対応する。図３に見られるように、入口３０における圧力は今や排気
口２８を出る気体のため、燃料室の圧力Ｇよりも高い。従って、バッファ４８は
シリンダ１２内に押し込まれ（空気及び燃料４６が入る前の遅延として作用する
）、空気及び燃料４６がシリンダ１２内に進入し始める。圧縮波５０は閉じられ
た開口３８閉から反射され、より詳細には、開口３８を覆うピストンヘッド４０
の側部から反射される。従って、圧縮波５０は反射された圧縮波５０’になる。
反射圧縮波５０’は今や矢印Ｈ’によって示されるように、アキュムレータ３４
を上へ移動して、入口３０に向けて戻る。図４Ｄはピストンヘッドが下死点（Ｂ
ＤＣ）にあるときの位置１Ｃにおおよそ対応する。これは図１Ｃに示されるＢＤ
Ｃ位置にほぼ対応する。反射圧縮波５０’は入口３０に到達し、シリンダ１２内
へ出る。これによって、図３に見られるように、入口３０における圧力Ｆの第２
の突出が発生する。この圧力の第２の突出が加速した速度で燃料及び空気をシリ
ンダ１２内へ推進するのを助ける。圧縮波は本質的に音波である。従って、波は
音速で移動する。反射圧縮波が噴射口３０へ戻る送出のタイミングは、アキュム
レータ管の長さを変更することによって変えることができる。アキュムレータ管
が短ければ短いほど反射された波はより早く送出され、アキュムレータ管が長け
れば長いほど反射された波はより遅く送出される。従って、アキュムレータ管３
４の長さを選択して、適宜の時間で反射圧縮波を噴射口３０へ送り戻すことがで
きる。図３に示されるように、入口３０を出てシリンダに入る空気及び燃料の圧
力のおおまかな３つの群Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３があり、従って、これら３つの圧力期
間中の流れに対応する３つの速度がある。従って、入口３０からの第１の量は第
１の速度でシリンダ１２に入り、続く第２の量はより速い第２の速度でシリンダ
１２に入り、次の第３の量はより遅い第３の速度でシリンダ１２に入る。しかし
ながら、他の実施例においては、アキュムレータは、開口３０が閉じようとする
期間１Ｄのより近くで反射圧縮波をに送出するように構成されることができる。
従って、２つの異なる速度期間のみを設ける必要がある。あるいは、アキュムレ
ータは、例えばアキュムレータに複数の通路又は複数の反射面を設けることによ
って、２つ以上の反射圧縮波を入口３０へ送り戻すように構成することができる
。事実上、開口３８を閉じて、閉じた開口を反射領域として使用することによっ
て、アキュムレータ３４は圧縮波５０用の調整された反射パイプとして作用する
。
【００１６】 また、図５Ａ乃至図５Ｃを参照すると、図４Ａ乃至図４Ｄの点１、２、３にお
ける基準スケールの圧力チャートが時間に対して示されている。点１における圧
力は圧縮波が入口３０に入るときの図４Ａに対応する時間４Ａで増加する。点１
における圧力はそれぞれ図４Ｂ、図４Ｃに対応する時間４Ｂ、４Ｃで次第に減少
する。点１における圧力は、次いで、反射圧縮波が点１に到達する図４Ｄに対応
する時間４Ｄで急激に上昇し、その後、時間４Ｄを過ぎると減少する。図５Ｂは
、点２における圧力が、圧縮波５０が点２を通過する時間４Ｂの直前に上昇し、
降下し、次いで、反射圧縮波５０’が通過する時間４Ｃの直前に再度上昇し、次
いで、再度圧力が下降するのを示している。図５Ｃは、点３が圧縮波の衝撃及び
閉じた開口３８閉からの反射から単に１つの圧力上昇を有するのみであることを
示している。
【００１７】 反射圧縮波５０’が噴射口３０を出るとき、反射圧縮波５０’はシリンダ１２
内の燃料及び空気を大幅に乱し、事実上、衝撃波として作用する。これが燃料を
噴霧化し、燃料を空気中により良好に分配するのを助ける。さらに、反射圧縮波
５０’は表面粘着力又は表面張力によって入口３０の先端又は縁に付着する可能
性のある燃料の液滴を除去するのを補助する。圧縮波は表面の燃料に衝撃を与え
てシリンダ１２内へ送る。圧縮された空気４４は、図１Ｄに示されるように、入
口が再度ピストンヘッドによって閉じられるまで入口３０を押し続ける。入口３
０が閉じた後の、１Ｄの直後に、アキュムレータ３４内の残りの空気は依然とし
て加圧されている。入口３０は排気口２８がＥＣで閉じる直前に完全に閉じる。
開口３８は開口３０が閉じるのと実質的に同時に開く。しかしながら、他の実施
例においては、開口３８の開放は、開口３０が閉じる前、あるいは、開口３０が
閉じた後に起こるように構成されてもよい。開口３８の開放は、図１Ｄの矢印Ｉ
によって示されるように、アキュムレータ３４内の圧縮された空気から残りの圧
力をクランクケース１８内に戻すように解放するための吹き出しポートとして機
能する。入口３０が閉じているときにアキュムレータ３４から圧力を解放するこ
とは、過剰な量の燃料がピストンヘッド４０とシリンダ壁内部との間に押し出さ
れ、そうしなければ、炭化水素の放出を起こすのを防止する。
【００１８】 図１Ｄの矢印Ｊによって示されるように、ピストンヘッド４０がＴＤＣへ向け
て上昇すると、クランクケース圧力Ｅは、図３に見られるように、１気圧より低
下する。従って、開口３０が開いているときに、アキュムレータ３４内の圧力が
解放されるだけでなく、アキュムレータ３４内に真空圧力が形成される。この真
空圧力を使用して、燃料計量装置２０から燃料を引き出し、よって、燃料をアキ
ュムレータ３４内に送出するのを補助する。図３に見られるように、アキュムレ
ータ３４内の圧力Ｆは今やクランクケース１８内の圧力Ｅに再度ほぼ合致する。
また、図１Ｅを参照すると、ピストンヘッド４０はそのＴＤＣ位置に示される。
空気取入口２４は点ＩＯで開いている。この実施例においては、シリンダ１２の
内壁は入口３０と空気取入口２４との間に溝６０を有する。これが少量の燃料（
潤滑剤を含む）が、矢印Ｋによって示されるように、溝６０を通り、ピストン及
びクランクシャフトの軸受を潤滑するための通路を提供する。しかしながら、溝
を設けることは必須ではない。他の実施例において、空気取入口２４と入口３０
との間に穴が設けられ、これはシリンダの内壁から間隔を置いて配置され、ピス
トンヘッドの後ろに潤滑剤を送出する。エンジン１０は追加又は代替の潤滑シス
テムを有してもよい。
【００１９】 小型２ストロークエンジンの分野で知られるように、使用時の３分の１程度で
点火不良（すなわち、燃焼室内で燃焼が発生しない）が発生する可能性がある。
点火不良がエンジン１０内で発生すると、圧縮波はアキュムレータ３４内へ入ら
ない。図６を参照すると、点火不良があるときの図３に類似した圧力Ｅ及びＦの
グラフが示される。Ｌは入口３０が開いているときの噴射期間を示す。圧力Ｆは
入口３０が開くまで上昇し、次いで、アキュムレータ３４内の圧縮された空気が
入口３０を出てシリンダ内に入るにつれ徐々に減少する。入口３０が閉じられて
開口３８が開かれた後、圧力Ｆはクランクケース１８とほぼ同一の圧力Ｅまで戻
る。好適な実施例においては、噴射ポート３０が開口したあと、アキュムレータ
３４の圧力は、下部ポート３８が開口する前に、（噴射ポート３０による圧力解
放によって）下降する。従って、この好適な実施例では、ポート３８は、吹出し
ポートとしてではなく、単にアキュームレータ３４のための（クランクケースか
らの圧縮された空気でアキュームレータを充填するための）給気ポートとして機
能するだけである。本願発明の１つの特徴は、入口開口３０が、アキュムレータ
３４が完全にシリンダ１２内に排気するのを防止する大きさであるということで
ある。換言すると、アキュムレータ３４は入口３０が開いているときには圧縮さ
れた空気が入口３０に連続して圧力をかけるように、入口３０が開いている間中
はずっと加圧されているということである。これは燃焼があろうと点火不良があ
ろうと発生する。ピストンヘッド４０がポート／通路２４、２８、３０、３８、
４２の全てを開閉するため、エンジン１０はシリンダの長さ方向に沿って相対的
に且つ／又はシリンダのシリンダの長さ方向に沿って互いに相対的にポート／通
路２４、２８、３０、３８、４２の位置を変えることによって、異なる性能特性
を提供するように設計することが可能である。これは、アキュムレータをどれだ
けの時間クランクケースからの圧縮された空気で充填するか、どれだけの時間ア
キュムレータが吹き出すか、どれだけの時間アキュムレータがシリンダ内に噴射
するか等のタイミングを変えることができる。これは、また、掃気通路、排気口
、又は、空気取入口が、ピストンサイクル内でより早く、あるいは、より遅く開
かれるのであれば、圧力変化を変えることもできる。
【００２０】 本発明の上述の実施例の特徴は、掃気通路４２の頂部の０．１インチ上に位置
する７５°傾斜の噴射口と、吸気（掃気）通路の底部の０．０５インチ下に位置
する組み合わせられた充填（チャージ）及び吹き出し開口部と、開放された空気
取入口と、単一ダイヤフラム燃料ポンプを備えた１ｐｓｉ燃料圧力と、を有する
２５ｃｃエンジンで検査された。２４３０ｒｐｍの平均速度の場合、エンジンは
下記を生成した。
【００２１】
【表１】 但し、ＨＣは炭化水素放出量であり、ＨＣ ＦＩＤ は水素炎イオン化検出器に
よって測定されたＣ１Ｈ１．８５等価物における総炭化水素放出量である。７４
８７ｒｐｍの平均速度の場合、エンジンは下記を生成した。
【００２２】
【表２】 これは、３１．５９ｇ／ｂｈｐ*ｈｒ（グラム／ブレーキ馬力＊時）の総ＨＣ
放出量、７７．２５ｇ／ｂｈｐ*ｈｒ（グラム／ブレーキ馬力＊時）の総ＣＯ放
出量、及び、１．４１ｇ／ｂｈｐ*ｈｒ（グラム／ブレーキ馬力＊時）の総ＮＯ
ｘ放出量を生じた。高平均速度（全開スロットル）の場合、平均ＨＣ放出量は２
８．３８ｇ／ｂｈｐ*ｈｒであり、平均ＦＣは０．７３１ｌｂ／ｈｒ（ポンド／
時）であり、平均ＢＳＦＣは０．７６９ｌｂ／ｂｈｐ＊ｈｒ（ポンド／ブレーキ
馬力＊時）であった。ここでＦＣは燃料消費であり、ＢＳＦＣはブレーキ比燃料
消費である。
【００２３】 同一のエンジンの別の検査がリッチ燃料設定で行われた。３５１３ｒｐｍの低
平均速度の場合、エンジンは下記を生成した。
【００２４】
【表３】 ７４９６ｒｐｍの高平均速度の場合、エンジンは下記を提供した。
【００２５】
【表４】 これは４４．１８ｇ／ｂｈｐ*ｈｒの総ＨＣ放出量を生じた。さらに、総ＣＯ
放出量は１９８．１ｇ／ｂｈｐ*ｈｒであり、総ＮＯｘ放出量は１．０９８ｇ／
ｂｈｐ*ｈｒであった。リーン設定では、２８．６９ｇ／ｂｈｐ*ｈｒの総ＨＣ放
出量があった。
【００２６】 さらなる検査数値は下記の通りであった。
【００２７】
【表５】
【００２８】 図７を参照すると、エンジンの他の実施例において２つのアキュムレータが開
閉するときの図２に類似したグラフが示されている。このエンジンの実施例にお
いて、圧縮された空気及び燃料噴射用の開口部は、図１Ａに示されたものよりも
、シリンダの頂部からさらに離間している。従って、圧縮された空気及び燃料噴
射用の開口部は、ピストンヘッドのＢＤＣ位置により近い領域Ａ’及びＡ”で開
閉する。掃気通路は噴射口がＡ’で開く前にＴＯで開き、掃気通路は噴射口がＡ
”で閉じた後にＴＣで閉じる。これは、図６に示されるように、噴射期間Ｌ’を
提供する。本願発明では、両方の閉鎖Ａ及びＢは単にシリンダの長さ方向に沿っ
たそれぞれの開口部の位置に基づいて選択される。しかしながら、他の実施例に
おいては、代替的又は追加の手段を使用して２つのアキュムレータ口を開き及び
／又は閉じてもよい。
【００２９】 図８を参照すると、エンジン用潤滑システムの他の実施例が示される。この実
施例において、ピストンヘッド６２は側壁から内部へ通じる穴（通孔）６４を有
する。穴６４は燃料（潤滑剤を含む）が開口３０から穴６４を通ってピストンヘ
ッド６２の内部へ入ることができるよう、入口開口３０に整列配置することがで
きる。ピストンヘッド６２は軸受６８によってピストンヘッド６６に接続されて
いる。ピストンヘッド６２の内部へ通る潤滑剤はクランクシャフトとピストンロ
ッド６６との間の軸受を直接潤滑することもできる。この形式の潤滑システムは
炭化水素の放出を増加させるが、この増加は極めて小さく、従って、エンジンは
依然として政府の来るべき新炭化水素放出基準を通過することができる。
【００３０】 図９を参照すると、アキュムレータ管７０の他の実施例を備えたエンジンが示
されている。上記のように、アキュムレータは圧縮された空気のアキュムレータ
及び調整された反射パイプの両方として機能する。この実施例において、アキュ
ムレータ管７０は拡張チャンバ部７２を有し、これは反射された圧縮波の長さを
当初の圧縮波の長さに対して伸張するように適合される。従って、反射圧縮波は
第２の圧力突出のより長い時間に亘って広がり、これは図３に示されるＦ２より
も時間が長い。アキュムレータ管は、元々の圧縮波を適宜の調整パイプにより拡
張（拡大）させるように構成されることができる。
【００３１】 図１０を参照すると、アキュムレータ管８０の他の実施例を備えたエンジンが
示されている。この実施例において、アキュムレータ８０はエンジンの速度に基
づいて連続して変化させることができる連続可変長の調整パイプを提供する。ア
キュムレータ８０は、回転可能な内側パイプ部材８２と、摺動シール８４と、噴
射口３０と内側パイプ部材８２との間の第１パイプ部分８６と、開口３８と内側
パイプ部材８２との間の第２パイプ部分８８と、を有する。内側パイプ部材８２
は矢印Ｍによって示されるように回転可能であり、２つの開口３０、３８の間の
有効パイプ長を変える。エンジンの速度に基づいて内側パイプ部材８２を回転す
るために、適宜の手段、例えば、スロットル又は電子制御装置への機械的接続を
設けることができる。他の実施例において、摺動トロンボーン型の可変長のアキ
ュムレータ管を設けることができる。
【００３２】 上述のシステムは数多くの新しい特徴を提供する。小型の噴射口３０によって
、噴射サイクル直前に燃焼が発生するかどうかに拘わらず持続的な噴射が可能で
ある。アキュムレータは反射の目的で噴射サイクルの間中は閉鎖端システムであ
る。掃気通路は燃料が燃焼室に導入される前に開けることができる。アキュムレ
ータ内の圧力はピストンサイクル毎に解放あるいは吹き出され、それによって、
噴射口からピストンヘッドとシリンダ壁の間への燃料の漏れを減少する。噴射口
３０に近いアキュムレータ内に燃料を真空吸引することによって、例えば、簡易
なダイヤフラム燃料ポンプの使用等によって、使用される燃料ポンプの型を簡略
化することができる。アキュムレータ管システムの長さ及び形状は、噴射口３０
を通る燃料及び圧縮された空気の供給を高めるために反射圧縮波を送出する圧縮
波を利用することができる。反射圧縮波は入口３０で燃料を噴霧化し、入口３０
を通る噴射をより速く押し込み、また、燃焼室にすっかり準備されている実質的
に静的な空気に対して燃料を噴霧化することができる。従って、本願発明に固有
の一部の燃料チャージの加速された遅い送出しが提供される。この遅い送出しは
、排気口２８へ直接短絡する未燃焼の燃料の量および可能性を減少する。従って
、炭化水素の放出が減少する。反射圧縮波はＢＤＣ後の掃気の最後に噴射口へ送
出することができる。アキュムレータ管は、閉鎖端調整パイプ機能、さらに、圧
縮空気アキュムレータ機能、及び、アキュムレータ吹き出し圧力解放機能を提供
するための２つの可変開口端及び可変閉鎖端を有する。開口部３０、３８の開閉
する性質の故に、アキュムレータによってシリンダとクランクケースとの間に直
接開口通路は提供されない。エンジンの速度変動を補うために反射圧縮波を分散
する（広める）よう、アキュムレータ管の調整パイプ機能は、例えば拡張チャン
バで調整されることができる。燃料捕捉は約８０％乃至９５％に高められる。従
って、燃料トラップ損失はほんの５％程度の低さであり得る。既存のシステムで
は燃料閉じ込めは約６０％乃至７０％でしかなかった。本システムは燃料損失が
低いため良好な燃料効率を有し、反射圧縮波による燃料混合が良好であるため点
火不良の発生が減少する。アキュムレータ管の調整パイプ機能は過度の高速では
調整不能となり、従って、反射圧縮波の燃料押し込み機能の適切なタイミングで
の送出を失う可能性があるため、本願発明はチェーンソー等のエンジンの速度超
過を防止する自動調整作用としても利用することができる。
【００３３】 図１１を参照すると、本願発明の他の実施例が記述されている。この実施例で
は、エンジン１００は、燃焼室１０２を形成するシリンダ、排気口１０４、燃料
供給システム１０６、及び、ピストン及び点火プラグのような他の構成部材（図
示せず）を含む。燃料供給システム１０６は、燃料ポンプ１０８、燃料計量装置
１１０、アキュムレータ１１２、及び、可動部材１１４を概ね含む。アキュムレ
ータ１１２は、図１Ａ〜１０、あるいは、その内容全体が本願明細書に引用され
る米国特許出願番号第０９／５１８，５７８号に記述されているような適宜の形
式のアキュムレータであってよい。アキュムレータ１１２はシリンダへ通じる噴
射口１１６を有する。アキュムレータ１１２は、図１Ａ〜１０に開示されている
ものに類似の燃焼圧縮波反射管を形成する。しかしながら、この実施例では、可
動部材１１４は、可動部材１１４が動かされると管１１２の一部分１２０を通る
通路を少なくとも部分的に開閉するよう位置付けられている。この実施例では、
可動部材１１４は切欠部１１８を有する非均一断面を備えるシャフトを概ね含む
。シャフトは、軸方向に回転可能である。切欠部１１８が部分１２０を通る流れ
通路と一致するときに、部分１２０を通る流れ通路が実質的に可動部材１１４に
よって遮断されることのないよう、切欠部１１８は管１１２の部分１２０とほぼ
同一寸法であることが好ましい。しかしながら、可動部材１１４が図１１に示さ
れる初期の非遮断位置から軸上で回転されるとき、シャフト１１４の部分１２２
は部分１２０で管流れ通路へ移動し、よって、（図１１において点線によって図
示されているように）シャフト１１４での流れ通路を少なくとも部分的に制限す
るか、あるいは、狭める。
【００３４】 アキュムレータ反射パイプが機能する方法が図１Ａ乃至１０を参照して記述さ
れた。アキュムレータ反射パイプ１１２は、シャフト１１４が初期の非遮断位置
にあるときと実質的に同様に機能する。しかしながら、シャフト１１４を部分的
に遮断位置へ移動することによって、反射された燃焼圧縮波の形状及び噴射口１
１６への送出タイミングは、シャフト１１４がその初期位置にあるときに対して
変化され得る。シャフト１１４による部分的な遮断は、噴射口１１６へ送出され
た反射波の圧力ピークの高さを低くし、噴射口１１６への反射波の送出時間を長
くすることができる。好適な実施例あるいは方法では、エンジンが全開スロット
ル（ＷＯＴ）で作動しているとき、シャフト１１４はその初期の非遮断位置にあ
るり、また、エンジンがアイドル状態、及び、おそらく、低負荷あるいは低速の
非アイドル位置で作動しているとき、シャフト１１４は部分的な遮断位置にある
。これは、燃焼室１０２における燃料捕捉を改良すること、及び、燃焼室を横切
る噴射口１１６から排気口１０４への不燃焼燃料の直接的な移動を低減すること
によって、アイドル及び低速エンジン作動時におけるエンジンからの不燃焼炭化
水素の排出などの排出物を低減するのに役立つ。捕捉をさらに向上するために、
排気口１０４は可動排気弁１２４を含んでもよい。しかしながら、他の実施例で
は、排気弁は不要である。図１１に示された実施例では、燃料計量装置１１０か
ら通路１１２への燃料供給路１２８がシャフト１１４の背後に提供されている。
しかしながら、他の実施例では、燃料供給路は１２８’で示されるように可動部
材１１４と噴射口１１６との間に設けられてもよい。
【００３５】 また、図１１Ａを参照すると、アキュムレータの可動部材１１４は、可動部材
１１４を移動するよう設定されている駆動部材あるいは移動部材１３０に接続さ
れていることが好ましい。駆動部材１３０は手動制御、機械的な連結、電気機械
装置、及び／又は、コンピュータあるいはマイクロプロセッサーのような電気装
置等の適宜の形式の駆動装置であってよい。手動制御の場合、駆動装置１３０は
単に使用者によって活性化される、シャフト１１４に連結されたレバーあるいは
ノブであってよい。機械連結の場合、駆動装置１３０はスロットルレバー、スロ
ットルシャフト、チョーク弁レバー又はシャフト、あるいは、エンジン又は車両
の調速機又はセンサーに連結されてよい。システムは予め定められた情報を駆動
装置１３０へ提供するための１つあるいはそれ以上のセンサーのような入力１３
２を有することができる。駆動装置がコンピュータを含む場合、コンピュータは
可動部材１１４を入力１３２によって提供される情報に基づいて予め定められた
位置へ移動するためのプログラムを有することができる。従って、駆動装置１３
０は可動部材１１４を予め定められたパラメータに基づいて自動的に移動するこ
とができる。少なくとも部分的に２つの部材１１４、１２４の相互の動作を調整
するよう、駆動装置１３０は排気弁１２４へも接続され得る。しかしながら、他
の実施例では、適宜の形式の駆動装置が提供され得る。
【００３６】 図１１は、結合されたアキュムレータ及び反射パイプの一部に通じる通路の寸
法を変化させるための可動部材の１つの形式を図示する。しかしながら、適宜の
形式の通路可変部材あるいは反射波低減部材が管１１２のために提供され得る。
図１２乃至１６は多様な異なる形式の代替的な可動部材のいくつかの例を示す。
図１２において、可動部材１３４は回転中心１３６及び回転中心１３６から非均
一距離に延在する部分１３８を備える軸上で回転可能なシャフトを含む。フレー
ム１４０は反射管１１２に近接するポケット１４２を含む。シャフト１３４が回
転すると、部分１３８はポケット１４２及び反射管１１２へ出入りすることがで
きる。部分１３８がポケット１４２内にあるとき、管１１２は実質的にシャフト
１３４によって非遮断である。部分１３８が管１１２に入り込むように移動する
とき、シャフト１３４付近で管１１２を通る通路は幅狭とされる。
【００３７】 図１３では、可動部材１４４は、長さ方向に摺動して管１１２に出入り可能な
摺動部材あるいはゲートを含む。図１４乃至１６では、可動部材１４８は、旋回
可能なゲートあるいはフラップを含む。フレーム１５０は、フラップ１４８を引
き込まれた非遮断位置に収容するポケット１５２を有する。フラップ１４８はポ
ケット１５２内の引き込み位置から反射管１１２へ延出する延出位置へ旋回可能
である。図１４に示される実施例では、フラップ１４８は、比較的鈍い端部１５
４がポート１１６に面し、細長い側面１５６が、反対の方向に面するように方向
付けられる。図１５に示される実施例では、側部１５６がポート１１６に面し、
且つ、端部１５４が反対側に面することができるよう、フラップ１５２は図１４
とは反対の方向に回転する。図１６では、端部１５４がポート１１６に入り込む
よう、フラップ１４８はポート１１６に近接して位置付けられる。これらの実施
例は発明を単に例示するものである。反射波をポート１１６から送出する形状や
タイミング、及び／又は、管１１２を通じる初期の燃焼反射波、及び／又は、ポ
ート１１６への容量４６（図４Ａ乃至４Ｄを参照）を変更する適宜の実施例が提
供され得る。本願発明は米国特許出願第０９／５０４，０５６号に開示される可
変有効長反射パイプとも用いることができ、その内容全体を本願明細書に引用す
るものとする。
【００３８】 前述の記述は本願発明を単に例示するだけのものと理解されるべきである。本
発明から逸脱しない範囲における様々な変更及び改変が当業者によて考案される
ことが可能である。従って、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内の全てのそ
のような変更、改変、及び、変形を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａ−１Ｅは、ピストンヘッドが多様な異なる動作位置にある、本願発明の
特徴を組み入れたエンジンの部分概略図である。
【図２】 図２は、クランクケースの回転及びその結果としてのピストンヘッド位置に基
づくアキュムレータの２つの孔の開閉位置を示す図である。
【図３】 図３は、シリンダ内におけるピストンヘッド位置に相関するクランクケース、
燃焼室、及び、アキュムレータ内の圧力を示すグラフである。
【図４】 図４Ａ−４Ｄは、図２の１Ｂと１Ｃの間のピストン位置に対応する、圧縮波及
び反射圧縮波の動きを示す図１Ａに類似の概略図である。
【図５】 図５Ａ−５Ｃは、アキュムレータ管の長手方向の３地点における圧力線図であ
る。
【図６】 図６は、点火不良時における図３と同様の図である。
【図７】 図７は、エンジンの他の実施例を示す図２と同様の図である。
【図８】 図８は、ピストンヘッドの断面図を伴う、他の実施例を示す図１Ｄに類似の部
分概略図である。
【図９】 図９は、アキュムレータの他の実施例を備えたエンジンの部分概略図である。
【図１０】 図１０は、アキュムレータの別の他の実施例を備えたエンジンの部分概略図で
ある。
【図１１】 図１１は、本願発明の特徴を組み入れた他の実施例のエンジンの部分を示す図
である。 図１１Ａは、図１１に示された可動部材を移動するために用いられる制御シス
テムのブロック図である。
【図１２】 図１２は、可動部材の他の実施例を示す図１１に類似の図である。
【図１３】 図１３は、可動部材の別の他の実施例を示す図１２に類似の図である。
【図１４】 図１４は、可動部材のその他の可能な実施例を示す図である。
【図１５】 図１５は、可動部材のその他の可能な実施例を示す図である。
【図１６】 図１６は、可動部材のその他の可能な実施例を示す図である。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室と、該燃焼室に燃料を送出するための燃料供給装置と
    を有する内燃エンジンであって、改良点が、 前記燃焼室に近接する燃料供給口と、前記燃料供給口に近接する前記燃焼室に
    連結された燃焼圧縮波反射導管と、前記反射導管を通過する通路を少なくとも部
    分的に開閉するために前記反射導管に近接して位置付けられた可動部材と、を含
    む内燃エンジン。
  2. 【請求項２】 前記可動部材は少なくとも部分的に前記反射導管を横切って
    延出する回転可能なシャフトを含む請求項１に記載のエンジン。
  3. 【請求項３】 前記シャフトは前記反射導管の所において前記回転軸に対し
    て非均一な断面を含む請求項２に記載のエンジン。
  4. 【請求項４】 前記可動部材は前記反射導管に対して出入するよう摺動可能
    である請求項１に記載のエンジン。
  5. 【請求項５】 前記可動部材は前記反射導管内において延出位置と引込位置
    との間で移動可能なフラップを含む請求項１に記載のエンジン。
  6. 【請求項６】 前記反射導管は前記引込位置で前記フラップを収容する凹部
    を含む請求項５に記載のエンジン。
  7. 【請求項７】 予め定められたパラメーターに基づいて前記可動部材を自動
    的に移動するための移動部材をさらに含む請求項１に記載のエンジン。
  8. 【請求項８】 使用者が前記可動部材を手動で移動することができるように
    前記可動部材に連結された手動の移動部材をさらに含む請求項１に記載のエンジ
    ン。
  9. 【請求項９】 内燃エンジンの燃料供給支援装置であって、 導管を含む燃焼波反射装置と、 反射燃焼圧縮波の予め定められたエンジンの部位への送出のタイミングあるい
    は形状を変化するために少なくとも部分的に反射装置を制御するための前記反射
    装置に連結された制御システムと、を含み、前記制御システムは、前記導管の一
    部分を通過する圧縮波通路の寸法を変えるために前記導管に対して移動可能な可
    動部材を含む燃料供給支援装置。
  10. 【請求項１０】 前記可動部材は少なくとも部分的に導管を横切って延出す
    る回転可能なシャフトを含む請求項９に記載の燃料供給支援装置。
  11. 【請求項１１】 前記シャフトは前記導管の所において前記回転軸に対して
    非均一な断面を含む請求項１０に記載の燃料供給支援装置。
  12. 【請求項１２】 前記可動部材は前記導管に対して出入するよう摺動可能で
    ある請求項９に記載の燃料供給支援装置。
  13. 【請求項１３】 前記可動部材は前記導管内において延出位置と引込位置と
    の間で移動可能なフラップを含む請求項９に記載の燃料供給支援装置。
  14. 【請求項１４】 前記導管は前記引込位置で前記フラップを収容する凹部を
    含む請求項１３に記載の燃料供給支援装置。
  15. 【請求項１５】 制御システムは予め定められたパラメーターに基づいて前
    記可動部材を自動的に移動するための移動部材を含む請求項９に記載の燃料供給
    支援装置。
  16. 【請求項１６】 制御システムは使用者が前記可動部材を手動で移動するこ
    とができるように前記可動部材に連結された手動の移動部材を含む請求項９に記
    載の燃料供給支援装置。
  17. 【請求項１７】 内燃エンジン内において圧力パルスを送出する方法であっ
    て、 前記エンジンの燃焼室内の燃焼から燃焼圧縮波を生成する行程と、 前記燃焼室に連結された反射パイプ管内に前記波の少なくとも一部を導く行程
    と、 前記導管内の前記波部分を反射して前記燃焼室方向に戻す行程と、 前記導管への導入から前記導管から燃焼室への排出までの前記反射波部分の送
    出のタイミングあるいは形状を変化する行程と、を含み、前記変化行程は、前記
    導管を通る通路を拡大、縮小するために、前記反射パイプ導管の通路内の可動部
    材を移動する行程を含む方法。
  18. 【請求項１８】 前記変化行程は、前記導管の有効反射長を変化する行程を
    含む請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記可動部材を移動する行程は、前記可動部材のシャフト
    部分を軸上で回転する行程を含む請求項１７に記載の方法。
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