JPS6044502B2 - 気流変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の取入マニホルドヘの気流を測定
する変換器に関し、さらに詳細には、逆火圧力波から生
じる力を指向させるための反作用面をもつた回転羽根を
備えた変換器に関する。

ピストン駆動ガソリンエンジンのように内燃機関の取
入マニホルドヘの気流の量を測定するために送風または
羽根式の気流変換器を使うこと、および燃料制御系内で
測定を行つて所望の空気燃料の割合で燃料を供給するこ
とはよく知られている。かかる燃料制御系における変換
器は、米国特許第３８１７２２５号明細書に示されてい
る。米国特許に開示された変換器は、取入マニホルドへ
流れる空気流中に設けられている。この変換器は、空気
によつて回転するハブ取付の羽根をもつた回転子を備え
、この回転子の回転量は、気流の量の示度として測定さ
れる。早期応答のために、回転子の慣性を少くすること
が望まれ、前述の米国特許には回転子用に低密度のプラ
スチックを用いることが開示されている。羽根の厚さを
減することによつて慣性を少くする試みは、作動中に羽
根がハブからはずれてこわれる限界まて最終的に行われ
た。

羽根は、ピストンエンジン作動に固有の逆火によつてこ
われることが分かつた。破損は、回転子の方向を逆にし
ようとして働く逆火圧力波によつて生じるものとされて
いた。すなわち、逆火が生じてから、一方向へ回転子を
回転させる羽根に働く正常気流でもつて、生じた逆火圧
力波は、羽根に反対方向に作用して逆に羽根をたわませ
て回転子の回転方向を逆にするように働く。回転子の破
損は、殊に先行する逆火からの材料の実質的な疲労後に
おける回転子の慣性、連動する空気と相まつて急激な逆
方向たわみ中に生じるとされている。従つて厚み減少は
、羽根が使用に供された後たちどころにこわれ始めとき
は限界にきたとされている。破損の原因は、これまでそ
うだとみなされたものではなかつたことが分かつた。

破損は、回転子を反対方向に回転させる逆火圧力波の作
用によつて生じたのではなく、羽根の後縁すなわち正常
気流の下流に対する逆火圧力波の作用から生じていた。
後縁に広がつた力は、ハブから半径方向に羽根をひきち
ぎるモーメントを生じさせたのである。本発明によれは
、羽根の後縁は短かくされてハブから垂直上流方向に向
けて傾斜している。

その角度は、逆火圧力波が羽根をひきちぎることなくハ
ブに押しつけるような大きさにされている。本発明の主
な目的は、従つて、逆火を生ずる傾向のあるエンジンへ
の気流を測定する気流変換器を提供することにある。本
発明の他の目的は、逆火圧力波の影響に抗するように形
づけられた変換器用の羽根を提供するにある。本発明の
その他の目的および利点は、図面と共に以下の記載によ
り明らかにされる。

前述したように、本発明は、エンジン作動用燃料に対す
る空気の特に望ましい割合を示す制御された量の燃料が
供給される空気一燃料制御系をもつた内燃機関に殊に有
用である。

このような制御系にあつては、エンジンの取入マニホル
ドへの気流は、制御されて測定され、気流の量は、通常
は他のパラメータと相まつて、所望の空気と燃料の割合
に燃料を供するのに用いる制御信号を発生させるのに用
いられる。従つて、本発明は、前述の米国特許第３８１
７２２５号明細書に記載の如き燃料制御系に用いること
もできる。第１図には、内燃機関の取入マニホルドに空
気と燃料の適当な混合物を供給する、前述の米国特許に
示した如き空気一燃料制御系が概略的に示されている。

この制御系は、とりわけ、本発明の気流変換器を用いる
よう改変できる。詳細に述べると、第１図の制御系は、
図示の如く好ましくは円錐形の気化器３０を備える。

気化器３０の主な作用は、エンジンの取入マニホルドへ
の気流量を制御することにあるので、円錐形の気化器３
０は、時として円錐絞りと云われることもある。気化器
の開口は、例えば在来の自動車のアクセルペダルに連結
できる絞りロッド３２によつて制御される。絞りロッド
３２は、クランク３牡シャフト３５、ギア３６，３７を
介して連結され気化器の開口、つまり取入マニホルドへ
の気流量を制御する。第２図示の如く、気化器は、内燃
機関の取入マニホルド４０上に取付けたハウジング３８
内に納められている。ハウジング３８の“内部は、気化
器３０を介して取入マニホルド４０に向けて開いている
。気化器制御のリンクは、シャフト３５のところでハウ
ジング３８を通過している。フィルタ４２と、第３図か
ら第７図までに詳細が示される気流変換器４４を介して
取入マニホルドに入つていく全ての空気は、ハウジング
３８を通つていく。

気流変換器４４は、適当な制御器４８に入つていく導線
４６の系統的に関連する電気信号を発生させることによ
り、ハウジング３８に出入する気流量を測定する。制御
器４８は、温度と圧力の感知器の如きものから他の信号
を受入れてもよいし、また前述の米国特許に記載された
制御器の如きものを作動させて、多種の信号を利用して
加減ポンプへの導線５０に適当な燃料制御を発生させて
もよい。加減ポンプ５２は、燃料タンク５６からの供給
ポンプ５４によつて導管５３を介して燃料を供給するが
、超過分の燃料は、戻り導管５８を介して燃料タンク５
６に戻される。加減ポンプ５２は、導管６０とつりあい
弁６２とを介して気化器３０に燃料を供給する。ポンプ
速度を示す帰還信号は、導線６４を通つて制御器４８に
印加される。制御器４８は、帰還信号を用いて加減ポン
プ５２が所望の速度て働くのを確実にしている。基準圧
力は、導管６６を介してつりあい弁６２に印加される。
第１図にまた、概略的に示されているものは、制御器４
８内て発展し、かつ導線７０を通つてバイパス絞り６８
に印加された信号によつて要求される場合、取入マニホ
ルド４０へ制御された追加量の空気が入ついくようにす
る補助空気制御として働くバイパス絞りである。

第１図において単一の線として示された導線４６，５０
，６４，７０のおのおのは、１対の導線からなつており
、それぞれの信号回路を完成するための帰還路を提供し
ている。

第２図に詳細に示すように、ハウジング３８は、取入マ
ニホルド４０に設けられ、かつ気化器３０か取付けられ
るベース７２を備え、気化器３０の出口は、取入マニホ
ルド４０の入口に通じている。

気化器３０は、１対の弁部材７４，７６からなつている
。弁部材７４，７６は、図示の如く、円錐殻をなすのが
よく、従つて以下これらを外側円錐７４および内側円錐
７６と呼ふことにする。内外側円錐ともに中空で、内側
円錐の内面は、燃料と空気が混合される混合室７８をな
している。内側円錐７６は、ベース７２に固着され、他
方、外側円錐７４は、内側円錐７６上に回転自在に取付
けられるが内側円錐は、外側円錐に収納される。

すなわち内側円錐の外面と、外側円錐の内面とは、軸線
７９を中心とする回転面として形成され、この軸線７９
は、図示の気化器の場合には円錐の中心上の垂直軸線と
なる。外側円錐７４は、絞りロッド３２の作動によつて
内側円錐７６に対し、その軸線まわりを回転する。相対
回転を促進させるため、外側円錐を軸受面に設けて、整
合面を互いに多少離して結合の可能性を少なくするよう
にしてもよい。

内側円錐は、マニホルド真空に完全にさらされるので固
定され、他方外側円錐は、その両側にかかる相対圧力に
よつて内側円錐に対し比較的ゆるやかに押しつけられる
。外側円錐が固定されているとすれば、内側円錐は、マ
ニホルド真空によつて外側円錐からもぎとられるので、
スプリングの如き別の手段を用いて円錐間から空気が洩
れるのを制限すべく互いに結合させる必要がある。外側
円錐７４は、互いにほぼ等しく、かつ円錐の軸線まわり
に等しく間隔をおいている第１開孔８０を備えている。

内側円錐７６は、外側円錐の第１開孔に等しい複数の第
２開孔をもつていて、円錐が互いに回転すると、それぞ
れの開孔の重なり量が変化することになる。内側円錐７
６は、ベース７２のみぞ８８と、内側円錐７６の内部間
に空気通路を提供する孔８６があいている裾部８４まで
のびている。

孔８６とみぞ８８とは、バイパス絞り６８を流れる空気
用の通路を提供する。ここに記載した燃料供給系は、燃
料を調整された割合で溜め、または燃料タンク５６から
気化器３０の重なり合つた第１、第２開孔８０，８２に
供給する。

燃料は、供給ポンプ５４によつて燃料タンク５６から押
出され、フィルタの通過も可能な加減ポンプ５２への入
口に導管５３を介して入つていく。ポンプ５２の要求を
超える供給ポンプ５４による加減ポンプ５２へ押出され
た燃料は、戻り導管５８に入り、そこで超過燃料は、圧
力調易整弁９４を介して帰還する。圧力調整弁９４は、
加減ポンプ５２の内側で燃料圧力を調整し、燃料内での
泡の形成を排除するのに充分高い圧力に保つておく。３
０プサイ（２．１気圧）を超える圧力、例えば４０プサ
イ（２．８気圧）あたりが満足なもの・であることが分
かつた。

泡は、液体を変位し、従つて加減ポンプを非直線にする
ので好ましくない。入口圧力は、導管６６を介してつり
あい弁６２の一方側に印加される。歯車ポンプでもよい
加減ポンプ５２は、燃料を調節された割合で、以下）に
述べ企ように、導管６０を介して、つりあい弁６２の他
方側に、さらにレール９６、開孔８０，８２の重なりを
介して気化器３０の内部の混合室７８に供給する。加減
ポンプが作動する割合は、加減ポンプ５２それ自体を駆
動する加減ポンプモータの速度によつて決定される。

モータの速度は、制御器４８から導線５０を通つてモー
タに供給される動力によつて制御される。モータおよび
かくして加減ポンプ５２が作動する速度は、ポンプ速度
を示す導線６４の信号を発生させる回転速度計によつて
測定される。加減ポンプ５２、特につりあい弁６２と共
に用いられるときの加減ポンプは、ポンプ速度に比例し
た割合で液体を押出すべく働き、従つてモータとポンプ
の速度を示す信号は、燃料の流量の示度である。

この信号は、帰還信号として制御器４８に供給される。
この制御器４８は、前述の米国特許に開示された制御器
として働き、気流に依存する信号を帰還信号と比較し、
駆動信号を導線５０上のポンプモータに発生させて加減
モータ５２を駆動し、制御器４８がプログラムされる適
当な空気と燃料の割合で燃料をレール９６に供給する。
本発明に基づく気流変換器４４の望ましい形は、第３図
から第７図までに詳細に示されている。第３図は第２図
に示された気流変換器４４の拡大断面図で、断面は反対
方向に取られ、変換器の回転子は立面て示される。気流
変換器４４は、ボルトの如き都合のよい手段でハウジン
グ３８に固着され、ハウジングの入口開口２００をふさ
いでいる。変換器４４は、延長している円筒状の通路２
０４をなす流管２０２を備え、この通路を介してハウジ
ング３８に流れる空気を通過させる。気化器４４で測定
したものが、この空気の流量である。変換器４４は、回
転子２０６と固定子２０８とを備えている。

固定子２０８は、フィン２０９により通路２０４の中央
て流管２０２に固着されている。固定子２０８は、通路
２０４を殆んど超えて、通路を通る気流が過度に妨げら
れないように．通路に沿つて軸線方向に変位する。固定
子２０８は、また同じ目的のために、多少流線形にされ
た前端（到来空気に面する端部）をもつている。固定子
２０８は、通路２０４内で回転する回転子２０６を支持
するよう作用する。回転子２０６は、軸２１４に支持さ
れたハブ２１２と、このハブ２１２に対称的に設けられ
た自己支持の羽根２１６とを備えている。

軸２１４は、固定子２０８の軸受２１８に回転自在に設
けられる。軸２１４は、軸のみぞにきちんと入りこむ止
め輪の如き都合のよい手段で軸受２１８内に保持される
。回転子２０６は、羽根２１６が通路２０４をほぼ横切
つてのびかつ、ハブ２１２、軸２１４と共に自由に回転
できるように取付けられる。羽根２１６は、通路２０４
を通る気流を妨げ、かつ空気によつて動けるようにねじ
られる。羽根２１６の移動で、ハブ２１２と軸２１４は
、通路２０４を介する気流量で決定された速度で回ｊ転
する。測定の正確を期するために、気流は、羽根２１６
の直ぐ上流で通路２０４に固着されたはちの巣形配列の
気流整直子２１９によつて真直にされる。軸２１２の回
転速度は、気流量の示度であるので、かかる回転速度を
示す信号は、適当な信号手段で発展させられる。

図示の好適な実施例にあつては、かかる信号手段は、回
転子２０６と共に回転する軸２１４に取付けた部材２２
０と、固定子２０８に固着されたピックアップコイル２
２２と″からなつている。ピックアップコイル２２２は
、部材２２０がコイル２２２に対して回転するときに固
有信号に発展する検出回路の一部となる。かかる信号は
、回転子の回転率に系統的に関連し、従つてエンジンへ
の気流量にも関連する。部材２２０は、ピックアップコ
イル２２２の磁界内で回転するセグメント金属部材であ
つて、回転子が回転すると検出回路の負荷を周期的に変
化させるものである。検出回路によつて発展する信号の
性質、および該回路内の相対信号レベルおよび騒音信号
レベル如何によつて、信号は、制御器４８への伝達のた
め導線に直接印加されるか、または信号が固定子２０８
に設けた電気回路によつて最初に作用し、かかる伝達に
よりよく適した対応信号を出す。制御器４８において、
伝達された信号は、流人気流量の示度として用いられ、
所望の空気と燃料の割合で燃料を供給するため適当な燃
料ポンプモータ制御信号になつていく。前述したように
、回転子２０６の慣性は、比較的低くされて気流量の変
化に速やかにかつ正確に対応するようになつている。

これは、羽根２１６を低密度のプラスチックで作ること
によつて達成される。特に好適とされるプラスチック材
料は、発泡ポリウレタン材料で、望ましくは繊維および
または炭素繊維で補強されたものがよい。慣性を減じる
のには、羽根はその外方末端に向けてテーパされる。こ
れは、回転軸線から最も遠い部分の質量を減じ、さらに
著しく回転子の慣性モーメントを減じる。同時に、この
テーパは、軸線から離れた部分のモーメントアームが軸
線に近い部分のものよりずつと少ないので回転子の構造
上の一体性を損うことはない。より離れた部分の外方の
点で羽根にかかる力は、従つて破壊的な曲げモーメント
とはならない。羽根２１６は、ハブ２１２と一緒になる
根元２２４のところで最も厚くされている。羽根２１６
は、軸２１４のまわりで一体成形することにより、ハブ
２１２と一体に作られる。

これによつて、羽根２２４におけるハブ２１２に対する
羽根２１６の接合が確実になりばかりでなく、ハブ２１
２を羽根２１６と同じ低密度プラスチックで作ることが
でき回転子の慣性をさらに減じることができる。軸２１
４へのハブ２１２の接合を適切て確実なものとするため
、軸２１４は、そのハブ端て粗くしておいて、複数の止
め部材２２６を軸２１４に締めつけるとよい。これらの
止め部材は止め輪のようなもので、止め輪内でひとりで
に発生する弾性力で軸２１４に摩擦的に係止される。す
なわち、止め輪は、軸２１４に取付けられる際に拡がり
、それ自身の弾性回復力が働いて軸２１４を締付ける。
プラスチックハブとプラスチック羽根が、軸２１４に対
して成形されると、ハブ材料は、ハブ２１２を後で軸２
１４に保持する止め部材２２６のまわりに流れこんでい
く。前述したように、公知技術による気流変換器は、羽
根がハブと一緒になる後縁でしばしば破損していた。

破損の態様は、後縁の逆火圧力波の圧力によつて生じた
モーメントで、ハブから半径方向への羽根の持上りによ
るものであることが分かつた。本発明によれば、第６図
に特に示されるように、羽根２１６の後縁２２８は、ハ
ブ２１２から、気流変換器４４の上流端つまり、正常気
流に対して上流へ向けての大きい角度で傾斜している。
後縁２２８は、逆火圧力波によつて生じた力に反作用す
る反作用面を提供する。圧力が、第６図の矢印２２９て
示すように面に垂直に伝達されると、後縁の傾斜は、逆
火圧力波によつて与えられる力が働いて後縁２２８がハ
ブ２１２に向けて、殊に公知の気流変換器において破損
が生じていた根元２２４に押しつけられるのを確実にす
る。後縁の特定形状は、特定のエンジンに生じる逆火圧
力波に実験的に適合するように工夫されたものである。
軸線に垂直な面からより離れて傾斜している後縁は、逆
火に対しより安全で、しかも正常気流に対応するより少
ない羽根面積としている。この傾斜は、羽根を逆火に対
し安全にするように適切になされ、同時に正常気流に対
応する適当な面積を得られるようにしている。逆火に対
する他の保護は、羽根２１６における衝撃を減する如く
、逆火圧力波に通路を用意することである。

これを達成するための１つの手段は、逆火圧力波をそら
せ拡散させるように形づくられた端面２３０を提供する
固定子２０８の下流端における拡大端によるものである
。本発明の好適な実施例のみについて記載したが、本発
明の趣旨を逸脱しない限り様々な変更もしくは修正を加
うるも差支えない。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の気流変換器を用いた内燃機関用の制
御された空気一燃料系を図式的に示す図、第２図は第１
図に概略が示された気流系の垂直断面図、第３図は、第
４図の３−３線に沿つた第２図の気流変換器の拡大断面
図て、回転子は立面、電磁素子は概略で示される、第４
図は、第３図の４−４線に沿つた第３図の気流変換器の
断面）図で、回転子は第３図示の位置から回転している
、第５図は、第３図の変換器の回転子の軸を設けたハブ
と羽根の斜視図、第６図は、第５図の軸を設けたハブと
羽根を一部断面で示す側面図、第７図は、第５図示の軸
を設けたハブと羽根の端面５図である。 ３０・・・・・・気化器、３２・・・・・・絞りロッド
、３８・・・・・・ハウジング、４０・・・・・・取入
マニホルド、４２・・・・フィルタ、４４・・・・・・
気流変換器、４８・・・・・制御器、５２・・・・・・
加減ポンプ、７４，７６・・・・・・弁部θ材、２０６
・・・・・・回転子、２０８・・・・・固定子、２１６
・・・・・・羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 時折逆火を起す傾向がある内燃機関の取入マニホル
   ドへの気流の量を測定する気流変換器であつて、通路を
   形成する流管と、流管を取付けて取入マニホルドに流れ
   る空気を通路に通す手段と、ハブを備えこれと共に回転
   する軸とハブから外方にのびる複数の羽根とをもつた回
   転子と、軸を取付けて通路内で回転子を回転させる手段
   と、回転子の回転量に系統的に関連して電気信号を発生
   させる信号手段とを備えてなり、さらに、前記羽根は、
   ハブの周りで等しく間隔づけられ、通路を流れる空気を
   遮断して空気運動を生じさせるよう形づけられ、また低
   い密度のプラスチックで作られ、ハブと一緒になる厚み
   のある根を有し、さらに各羽根は軸と直角な面で実質的
   な角度をなして上流方向にハブから傾斜する後縁を備え
   かつハブから羽根をはがすように仕向けられた逆火圧力
   波によつて生じる力の反動でハブ方向に後縁を強制する
   逆火圧力波に反作用面を提供するようになつている気流
   変換器。 ２ 前記羽根は、前記ハブと一体に形成されている特許
   請求の範囲第１項記載の気流変換器。 ３ 前記低密度プラスチックは、繊維補強の発泡プラス
   チックである特許請求の範囲第２項記載の気流変換器。 ４ 前記低密度プラスチックは、ガラスおよびまたは炭
   素繊維で補強されている発泡ポリウレタンである特許請
   求の範囲第３項記載の気流変換器。５ 前記羽根は、ハ
   ブ上の直径方向に対向する位置でそれぞれ位置決めされ
   た２つのものである特許請求の範囲第２項記載の気流変
   換器。 ６ 前記逆火圧力波の少なくとも一部を、羽根への直接
   当接からそらせて拡散させる手段を備えている特許請求
   の範囲第１項記載の気流変換器。 ７ 前記軸を取付ける手段が、軸のマニホルド端にある
   拡大部からなつていて逆火圧力波の少なくとも一部を、
   羽根への直接当接からそらせて拡散させている特許請求
   の範囲第１項記載の気流変換器。