説明

気化器

【課題】DLC膜を用い、ジェットニードルとニードルジェットとの摺動による摩耗を効率的に抑制するとともに、DLC膜が剥がれ難いジェットニードルを備えた気化器を提供する。
【解決手段】気化器には、吸気通路に略T字状に交差するように連通するシリンダが設けられ、このシリンダ内をピストンバルブがシリンダの軸方向に沿って移動可能になっている。吸気通路から延出するニードルジェットと、ピストンバルブから延出してニードルジェット内に挿入され、ニードルジェットの軸方向に移動して燃料の噴射量を調整するジェットニードルとを備える。アルミ合金製のジェットニードルの外面に陽極酸化皮膜が設けられ、陽極酸化皮膜上にDLC膜が設けられている

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ピストンバルブと略一体に移動するジェットニードルと、ジェットニードルが挿入されるニードルジェットとを備える気化器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、主に二輪車または三輪や四輪のレジャービークル等で用いられ、ピストンバルブ機構を備えるとともに、パイロットジェット(スロージェット)、ニードルジェットおよびメインジェットとを備える気化器が知られている。これらパイロットジェット、ニードルジェットおよびメインジェットの計量部は筒状に形成されている。パイロットジェットと、ニードルジェットは、一方の端部を気化器の吸気通路側に連通されるとともに、他方側はフロート室からの燃料が供給されている。また、メインジェットは、エアブリード管を介してニードルジェットの他方の端部側に接続されている。
【0003】
これらパイロットジェット、ニードルジェットおよびメインジェットにより計量された燃料は、ベンチュリ効果により吸気通路側に噴霧される。パイロットジェットは、例えば、アイドリング時等のスロットルの開度が小さい場合の燃料の流量を調整する。また、ジェットニードル(径がテーパ状に変化する針状部材)は、ニードルジェットの計量部である筒内に挿入されるとともに、ニードルジェットの軸方向に自身の軸方向を沿わせて移動させ、燃料の噴霧量を調整可能に備え、スロットルの中間開度における燃料の流量を調整する。また、メインジェットは、スロットルの開度が全開に近い状態から全開の際の燃料の流量を決める。
【0004】
また、ジェットニードルは、ニードルジェットの軸方向に移動可能なピストンバルブの下端に取り付けられ、ニードルジェットの軸方向に沿って移動するピストンバルブとともに移動する。また、ピストンバルブは、その基端部にダイヤフラムが固定されている。ダイヤフラムは、吸気通路のベンチュリ部の圧力に対応して負圧になる圧力室に設けられ、ベンチュリ部の圧力に対応して進退し、吸気通路のベンチュリ部の開口量を調整するとともに、ジェットニードルのニードルジェット内への挿入量が調整される。
【0005】
吸気通路内でエンジンにより吸引されるエアの流量は、スロットルバルブとしてのバタフライバルブにより調整される。このバタフライバルブの開閉等によるベンチュリ部の内圧の変化でダイヤフラムに接続されたピストンバルブの吸気通路内への突出量が変化し、これにより燃料の噴出量が変化する。すなわち、操縦者のスロットル操作により、バタフライバルブの角度が変わりベンチュリ部の内圧が変化することにより、ピストンバルブが移動し、ベンチュリ部の開口量を代えるとともに、ニードルジェットの開口量を変えるようになっている。
【0006】
上述のように、筒状のニードルジェット内を針状のジェットニードルが移動するが、ジェットニードルは、ニードルジェットの中心軸からずれるように、初期設定時にエンジン側へ片寄せされて取り付けられている。このためニードルジェット内面とジェットニードル外面とが接触し、ニードルジェットに対してジェットニードルが摺動し、ニードルジェット内面およびジェットニードル外面に摩耗が生じる。
【0007】
ニードルジェットおよびジェットニードルに摩耗が生じると、ニードルジェットからの燃料の噴出量が多くなり、混合気の空燃比を所定の状態に維持できない可能性がある。すなわち、キャブレタにおける燃料の流量がジェットニードルとニードルジェットの摩耗により経時劣化し、これにより排ガスが経時劣化する。特に、ジェットニードルとニードルジェットとは、パーシャル域(中間開度)での流量調整を行うので、パーシャル域での流量劣化が大きい。このようなキャブレタにおける流量の劣化が、排ガスの劣化の要因に占める割合が高く、排ガス規制への対応や、そのための触媒等による排ガスの後処理装置のコスト等を考慮すると、キャブレタにおける流量の経時劣化を防止する必要がある。
【0008】
そこで、ニードルジェット(主燃料ノズル)およびジェットニードルの摩耗の防止のために、ニードルジェット内面およびジェットニードル外面に下地としてシリコン膜またはクロム膜を形成し、その上にダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)膜を形成することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。DLC膜とは、ダイヤモンドのような性質を持ったカーボン膜という意味で、高い硬度を有するものとなっており、ニードルジェットおよびジェットニードルの互いの摺動部分の摩耗防止が期待される。
また、DLC膜は、上述のように硬いだけではなく、潤滑性がよく、低摩擦であるため、相手部材への攻撃性が低く、さらに、耐食性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特許第4176444号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところで、ニードルジェット及びジェットニードルのように摺動する部材にDLC膜を形成する場合、基材に直接被膜するとDLC膜が剥がれやすく、DLC膜の持つ潤滑性、低摩擦、低攻撃性、耐食性等の特性を得にくい。特許文献1においては、例えば、黄銅(真鍮)等からなるニードルジェットの内面およびアルミニウム系材料からなるジェットニードルの外面の少なくとも一方にシリコン膜またはクロム膜を下地にしてDLC膜を形成してDLC膜の密着性を確保している。
【0011】
しかし、ニードルジェット及びジェットニードルは、繰返し摺動することで内部応力が増大し、基材と下地及び下地とDLC膜との膜の境界で応力集中が生じる虞があり、それによりDLC膜が剥がれる虞がある。すなわち、基材となる金属と異なる異種の金属膜を介してDLC膜を形成すると、膜の境界で応力集中が生じやすくなる。これらのことから、長期使用した際にDLC膜の密着性を維持し続けることが難しく、長期的な摺動耐久に対して十分な摩耗の抑制を期待できない。
【0012】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、DLC膜を用い、ジェットニードルとニードルジェットとの摺動による摩耗を効率的に抑制するとともに、DLC膜が剥がれ難いジェットニードルを備えた気化器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】
【0013】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の気化器は、吸気通路が設けられている気化器本体と、
前記気化器本体に設けられているとともに、前記吸気通路に交差するように連通するシリンダと、
前記シリンダ内を摺動するピストンバルブと、
前記吸気通路から延出するニードルジェットと、
前記ピストンバルブから延出して前記ニードルジェット内に挿入され、当該ニードルジェットの軸方向に移動して燃料の噴射量を調整するジェットニードルとを備える気化器であって、
アルミ合金製の前記ジェットニードルの外面に陽極酸化皮膜が設けられ、かつ、前記陽極酸化皮膜上にプラズマイオン注入によりダイヤモンド・ライク・カーボン膜が設けられていることを特徴とする。
【0014】
請求項1に記載の発明においては、アルミ合金製のジェットニードルの外面に陽極酸化皮膜(アルマイト皮膜)が設けられ、この陽極酸化皮膜上にDLC膜が形成されているので、すなわち、基材とDLC膜との間に異種金属膜やシリコン膜が介在しておらず、基材としてのアルミ合金を酸化させた膜が介在しているだけなので、DLC膜の剥がれを抑制し、かつ、剥がれ難いDLC膜によりジェットニードルの摩耗を抑制することができる。また、DLC膜の潤滑性により、DLC膜を有するジェットニードルが摺動するニードルジェットの摩耗も抑制できる。なお、陽極酸化皮膜は、例えば、低温の電解浴又は各種の有機酸を添加した特殊な電解浴を用いて処理されたアルミニウム合金の硬質陽極酸化皮膜(硬質アルマイト被膜)であることが好ましい。
【0015】
また、DLC膜は、陽極酸化被膜上にプラズマイオン注入法により形成されている。陽極酸化被膜は、多孔質の膜であり、プラズマイオン注入法によりDLC膜を形成すると、プラズマイオン注入により陽極酸化被膜とDLC膜との間に陽極酸化被膜とDLC膜の混在膜が形成される。そのため、陽極酸化被膜とDLC膜とを剥がれづらいものとすることができる。
【0016】
さらに、このアルミ合金の陽極酸化被膜に上述の混在膜を介してDLC膜が形成されているため、DLC膜とその下地との間に境界層がなく、ニードルジェット及びジェットニードルの繰返し摺動により生じる内部応力が集中せず、長期的に使用してもDLC膜の破損を抑制することができる。
【0017】
また、陽極酸化被膜は耐電圧が高いため、高電圧でプラズマイオンを注入しても陽極酸化被膜が損傷せず、好適にプラズマイオン注入法を用いることができる。特に、アルミ合金は一般的に融点が低く、プラズマイオン注入法以外のPVDやCVD等の方法で陽極酸化被膜上にDLC膜を形成することが難しい場合があったが、プラズマイオン注入法ならば、問題なくアルミ合金の陽極酸化被膜上にDLC膜を形成できる。
【0018】
これらのことから気化器におけるニードルジェットおよびジェットニードルの長期使用時の摩耗により、気化器の燃料の流量が増加する経時劣化を抑制することができる。さらに、これにより排気の劣化を抑制できる。排気の劣化を抑制できることから排気対策用に設けられる触媒等の後処理装置のコストダウンを図ることができる。
【0019】
また、ジェットニードルとニードルジェットとは、ニードルジェットのオリフィス部分、特に、吸気通路側の開口部分で接触し、この部分に対してジェットニードルが接触するとともに、接触した状態で、ジェットニードルが軸方に沿って進退することになる。
したがって、ニードルジェット側は、狭い範囲がジェットニードルと接触するのに対して、移動するジェットニードルは、広い範囲でニードルジェットと接触する。
【0020】
したがって、ニードルジェット側の方が接触範囲が狭く、狭い範囲に摩擦力が集中してしまい、ジェットニードルより摩耗し易い。しかし、細い筒状のニードルジェット内面は、DLC加工も含めて各種加工が難しい。それに対してジェットニードルの外面にDLC膜を設けた場合は、加工が容易でDLC膜を均一に形成し易く、かつ広い範囲に摩擦力が分散し、DLC膜を長期に維持することができる。
【0021】
また、ジェットニードル側に摩擦係数が小さい超潤滑性のDLC膜を設けることで、ニードルジェットに対する摩擦力を低減し、ニードルジェットの摩耗を抑制することができる。これにより、ジェットニードルにDLC膜を設け、ニードルジェットにはDLC膜を設けない構成とすることが可能になり、DLC膜形成のためのコストを抑制することができる。
【0022】
なお、ニードルジェット側でもDLC膜形成以外の方法で、表面を硬化処理することが好ましく、例えば、真鍮製のニードルジェットの少なくとも内面に無電解ニッケルメッキを施すとともに熱処理によりメッキを硬化させるものとしてもよい。
【0023】
請求項2に記載の気化器は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記ジェットニードルがアルミ合金としてのジュラルミン製であることを特徴とする。
【0024】
請求項2に記載の発明においては、ジェットニードルがジュラルミン(超ジュラルミン、超超ジュラルミンであってもよい)なので、アルミ合金の中では高い強度を有するものとなる。また、高い強度を有するものであっても、加工性がよく、軽量で、アルミ合金の中では強度の高いジュラルミンを用い、かつ、その表面に、硬いDLC膜を形成することにより、加工が容易で軽量なニードルジェットを耐摩耗性の高いものとして、耐用年数の増加を図ることができる。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、ジェットニードルの外面に陽極酸化被膜を形成し、陽極酸化被膜にDLC膜を形成することにより、DLC膜が剥がれるのを抑制し、DLC膜の硬さと潤滑性の高さ、相手部材への攻撃性の低さとにより、ニードルジェットに対して摺動するジェットニードルの摩耗と、ニードルジェットの摩耗とを長期に渡って抑制することができる。これにより、気化器における燃料の流量の経時的な劣化を抑制することができることによって、排ガスの経時的劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の実施形態の気化器を示す断面図である。
【図2】前記気化器のジェットニードルを示す側面図である。
【図3】実施例としての試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1に示すように、この気化器1は、吸気通路2を有する気化器本体3を備える。気化器本体3の吸気通路2の中央部が燃料が噴出されるベンチュリ部4になっている。吸気通路2の上側には、吸気通路にT字状に交差するシリンダ5が設けられ、シリンダ5には、シリンダ5の軸方向に沿って上下動するピストンバルブ6が設けられている。また、ピストンバルブ6の基端部には、ダイヤフラム7が取り付けられている。
【0028】
ダイヤフラム7は、気化器本体3の上側を覆うカバー8とともに圧力室9を形成している。圧力室9は、ベンチュリ部4と連通し、エンジンの吸気により吸気通路2の空気が吸引されてベンチュリ部4が負圧になった際に、ダイヤフラム7が凹むように変形してピストンバルブ6を上方に移動させる。
【0029】
また、カバー8から有底円筒状のピストンバルブ6の底部の間には、リターンスプリングとしてのコイルスプリング11が配置され、ピストンバルブ6を下方に付勢し、ダイヤフラム7により上昇したピストンバルブを押し下げられるようになっている。また、気化器本体3のダイヤフラム7の下側には、ストッパ部12が形成され、ピストンバルブ6の上端部の鍔状のダイヤフラム7との接続部6aに当接することにより、ピストンバルブ6の下方への移動を規制している。
【0030】
ピストンバルブ6の底部(下端部)には、底部を貫通してジェットニードル13が取り付けられている。また、ジェットニードル13の軸方向は、ピストンバルブ6の上下動方向に沿っている。ジェットニードル13の基端部には、鍔部14が設けられ、鍔部14がピストンバルブ6の底部上面に当接することにより、ジェットニードル13が位置決めされる。
【0031】
また、ジェットニードル13は、前記鍔部14の部分がコイルスプリングであるジェットニードル傾斜スプリング10により、ジェットニードル13の突出方向(下方、ピストンバルブの前進方向)に付勢されている。鍔部14が接触するピストンバルブ6の底部上面の座面21は、傾斜しており、ジェットニードル13はジェットニードル傾斜スプリング10により付勢されることにより、エンジン側へわずかに傾いた状態で取り付けられる。したがって、ジェットニードル13はニードルジェット15と接触した状態で取り付けられている。
【0032】
ジェットニードル13は、先端に向かうにつれて細くなるテーパ状の外周面を有する針状の部材であり、さらに先端部が円錐状に形成されている。後述のニードルジェット15に挿入されるとともに、ニードルジェット15の軸方向に軸方向を沿わせた状態で、ピストンバルブ6の移動に伴ってニードルジェット15の軸方向に移動した際に、ニードルジェット15の上端部分の開口であるオリフィス部16における開口量を変化させ、燃料の流量を変化させるようになっている。
【0033】
ニードルジェット15の基端部(下端部)には、メインジェット17が取り付けられている。メインジェット17は、後述するスロットルバルブ18が全開に近い状態から全開状態の場合に、燃料の流量を決める部材である。
【0034】
また、メインジェット17は、フロート室19内の燃料に浸漬されている。
ニードルジェット15の周囲には、ニードルジェット15と一体にエアブリード管22が設けられ、エアブリード管22には、エアブリード管22にエアを供給するエア通路23が接続されている。エアブリード管を介してニードルジェット15を通過する燃料に空気が混ぜれるようになっている。
【0035】
フロート室19は、燃料に対して浮かぶフロートが収容されているとともに、フロートに連動するフロート弁20が設けられている。フロート弁20は、フロート室19内へ燃料を流入させる燃料流入口を開閉するようになっており、フロート室19の燃料が減少するとフロートが下がってフロート弁20が開放され、燃料がフロート室19に流入する。これによりフロートが上昇してフロート弁20を再び閉じる。
【0036】
また、エアクリーナーからエンジンに向かう吸気系において、気化器1の吸気通路2のピストンバルブ下流側にスロットルバルブ18としてのバタフライバルが設けられ、バタフライバルブにより、吸気通路の通気量が制御されるようになっている。
【0037】
このような気化器1におけるジェットニードル13は、ジュラルミン製であり、その表面に以下の処理が行われている。
すなわち、ジュラルミン製のジェットニードル13の表面には、周知の硬質陽極酸化被膜形成条件に基づいて、硬質陽極酸化用の電解液中における陽極酸化により硬質陽極酸化被膜(硬質アルマイト被膜)が形成されている。表面(外面)に硬質陽極酸化被膜が形成されたジュラルミン製のジェットニードル13に対して、周知のプラズマイオン注入法によりDLC膜が形成されている。
【0038】
DLC膜の厚さは、たとえば、1〜2μmを目標として形成され、許容される誤差範囲内の厚さになっている。なお、DLC膜の厚さはこれに限られるものではなく、耐摩耗性能と、コスト、厚さに関する技術的限界等を考慮して決定される。
ジェットニードル13が摺動する真鍮製のニードルジェット15には、その表面(基本的に内面であるが外面側が含まれてもよい)に、無電解ニッケルメッキを施した後に熱処理を行っている。
【0039】
なお、この実施形態では、ジェットニードル13側にDLC膜を形成しているが、ニードルジェット15の長孔の内面(内周面)側にDLC膜を形成してもよい。
【0040】
また、ニードルジェット15側では、吸気通路2側の開口の近傍のオリフィス部16の上部(吸気通路2の開口側)にジェットニードル13が接触する状態となり、他の部分は、ジェットニードル13に接触する頻度が低い。したがって、ジェットニードル13が接触するオリフィス部16の上部が主に摩擦の影響を受け、オリフィス部16上部が極めて摩耗しやすい状態となる。
【0041】
それに対して、ジェットニードル13は、前記ニードルジェット15のオリフィス部16にジェットニードル13の移動範囲全体に対応する当該ジェットニードル13の軸方向に沿った長さ部分がニードルジェット15のオリフィス部16の上部に接触することになり、接触部位が長いので作用する力が分散されることになり、ニードルジェット15より摩耗し難い。さらに、ジェットニードル13は、その鍔部14がピストンバルブ6の底部にジェットニードル傾斜スプリング10に押し付けられた状態で取り付けられているので、軸周りに回転可能であり、ジェットニードル13が回転した場合に、さらにニードルジェット15との接触箇所が分散して摩耗が抑制される。
【0042】
また、アルミ合金であるジェラルミンからなるジェットニードルに対しては、硬質陽極酸化被膜の形成が可能であり、ジェットニードルに対して硬質陽極酸化被膜を形成した後に、その上からプラズマイオン注入を行うことができる。この際に、硬質陽極酸化被膜の耐電圧性能が高く、問題なくプラズマイオン注入を行うことができる。
【0043】
また、硬質陽極酸化被膜が、多孔質なために、DLC膜をプラズマイオン注入により行った場合に、プラズマイオンが硬質陽極酸化被膜に容易に入り込むことができ、ジェットニードル13の表層において硬質陽極酸化被膜と、DLC膜との間に、陽極酸化被膜とDLC膜との混在した部分が生じることになる。
【0044】
すなわち、硬質陽極酸化被膜からDLC膜になる部分において、DLC膜の割合が徐々に高くなる状態となり、硬質陽極酸化被膜からDLC膜の部分では、膜の境界層がないため、繰返し摺動により生じる内部応力が境界層に集中してDLC膜が損傷するのを防止することができる。
【0045】
また、互いに相対的に摺動するニードルジェット15とジェットニードル13において、たとえば、表面硬化処理として、ニードルジェット15では、無電解ニッケルメッキに熱処理をして硬化させたメッキ層を設け、ジェットニードル13には表面に硬質陽極酸化被膜を設けた構成において、ジェットニードル13にだけ、さらにDLC膜を設けることにより、ジェットニードル13とニードルジェット15の両方の摩耗を抑制できる。これにより、ジェットニードル13とニードルジェット15の両方にDLC膜を形成する場合に比較して、コストを低減できる。すなわち、コストの増加を抑制しつつ、摩耗量の抑制を図ることができる。
【実施例】
【0046】
以上のようにジェラルミン製のジェットニードル13の表面に硬質陽極酸化被膜を形成した後にプラズマイオン注入法によりDLC膜を成膜し、真鍮製のニードルジェット15の表面に無電解ニッケルメッキを施すともに、熱処理でニッケルメッキ層を硬化させたニードルジェット15を実機走行耐久試験を行った。
【0047】
ジェットニードル13は、上述のニードルスプリング10で鍔部14をピストンバルブ6の底部に押しつけられる構造となっている。この際に鍔部14が当接する座面21が傾いていることにより、上述のようにニードルジェット15の内面にジェットニードル13の外面が褶動する状態となっている。
【0048】
また、実機走行耐久試験に際し、比較例として、従来品である真鍮のニードルジェットに無電解ニッケルメッキと熱処理を施し、ジュラルミンのジェットニードルに硬質陽極酸化被膜を成膜した場合についても同様の耐久試験を行った。
【0049】
これらの試験において、摩耗が激しい部分の摩耗量(最も摩耗した部分の深さ)を測定した。その結果を図3のグラフに示す。
【0050】
本発明のジェットニードル13については、摩耗量は0.1μmであり、ニードルジェット15の摩耗量は、1.2μmであった。
【0051】
ニードルジェット15、ジェットニードル13のいずれにもDLC膜を設けない従来品(従来例)では、ジェットニードルの摩耗量は1.5μm、ニードルジェットの摩耗量は8.0μmであった。本発明(実施例)と比較すると、摩耗量がかなり大きい結果となった。
【0052】
これらのことから上述のように、ジェットニードル13側に硬質陽極酸化被膜を介してプラズマイオン注入法でDLC膜を設け、ニードルジェット15側には、無電解ニッケルメッキを熱処理により硬化したメッキ層を設けることにより、ニードルジェット15とジェットニードル13の摩耗を十分に抑制できることがわかった。
【0053】
なお、前記気化器では、バタフライバルブをスロットルバルブとし、ピストンバルブは、ベンチュリ部の負圧に基づいて作動するものとなっていたが、バタフライバルブを設けずに、ピストンバルブをスロットルバルブとしてスロットルワイヤ等を介して直接操作可能とする気化器にも本発明を応用することができる。
すなわち、ピストンバルブにより作動するジェットニードルと、ジェットニードルが挿入されるニードルジェットを備える気化器ならば、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0054】
1 気化器
2 吸気通路
3 気化器本体
5 シリンダ
6 ピストンバルブ
13 ジェットニードル
15 ニードルジェット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸気通路が設けられている気化器本体と、
前記気化器本体に設けられているとともに、前記吸気通路に交差するように連通するシリンダと、
前記シリンダ内を摺動するピストンバルブと、
前記吸気通路から延出するニードルジェットと、
前記ピストンバルブから延出して前記ニードルジェット内に挿入され、当該ニードルジェットの軸方向に移動して燃料の噴射量を調整するジェットニードルとを備える気化器であって、
アルミ合金製の前記ジェットニードルの外面に陽極酸化皮膜が設けられ、かつ、前記陽極酸化皮膜上にプラズマイオン注入によりダイヤモンド・ライク・カーボン膜が設けられていることを特徴とする気化器。
【請求項2】
前記ジェットニードルがアルミ合金としてのジュラルミン製であることを特徴とする請求項1に記載の気化器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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