JP2001099009A - 回転数制限型作業機器 - Google Patents

回転数制限型作業機器

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JP2001099009A
JP2001099009A JP2000263063A JP2000263063A JP2001099009A JP 2001099009 A JP2001099009 A JP 2001099009A JP 2000263063 A JP2000263063 A JP 2000263063A JP 2000263063 A JP2000263063 A JP 2000263063A JP 2001099009 A JP2001099009 A JP 2001099009A
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air
pressure
control
air flow
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JP2000263063A
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Joerg Schlossarczyk
シュロサルツィーク イェルク
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Andreas Stihl AG and Co KG
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Andreas Stihl AG and Co KG
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    • Y10S261/00Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/68Diaphragm-controlled inlet valve

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な手段で、内燃機関の燃料消費と熱負荷
および機械的負荷が低減されるように、内燃機関を備え
た作業機器を改良する。 【解決手段】 本発明は、燃料と空気の混合気がダイ
ヤフラム式気化器2を経て内燃機関に供給され、内燃機
関1によって駆動される手持ち式作業機器に関する。空
気流3を発生する、内燃機関によって駆動される冷却フ
ァン4を介して、エンジンが冷却される。ダイヤフラム
式気化器2は制御ダイヤフラム6を有する燃料を充填し
た制御室45を備え、制御ダイヤフラムは制御室45と
反対側で、補正室7を画成している。回転数を制限する
ために、補正室7と、冷却ファンによって発生する空気
流3との間に、制御圧力管路8が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関と、空気
流を発生する、内燃機関によって駆動される冷却ファン
とを備え、燃料と空気の混合気がダイヤフラム式気化器
を経て内燃機関に供給され、ダイヤフラム式気化器が制
御ダイヤフラムを有する燃料を充填した制御室を備え、
制御ダイヤフラムが制御室と反対側で、補正室を画成し
ている、手持ち式作業機器に関する。
【0002】
【従来の技術】チェーンソー、刈払機等のようなこの種
の作業機器は、それを駆動する内燃機関のための空気と
燃料の混合気を生じるためのダイヤフラム式気化器を備
えている。このダイヤフラム式気化器は空気と燃料の混
合気の所望な混合比を生じるために、混合調節装置を備
えている。この混合調節装置は主ノズルとアイドリング
ノズルを備えている。ノズルを通る燃料流量、ひいては
混合比は、吸気通路のベンチュリ区間の圧力に依存し、
設定可能な限界内で、調節ねじを介して適合させること
できる。ノズルには燃料を充填した制御室から燃料を供
給される。この制御室には制御ダイヤフラムによって制
御される流入弁を経て燃料が供給される。予め調節した
混合比を、変化する基準圧力に依存して一定に保つため
に、制御ダイヤフラムの乾燥側に、補正室が設けられて
いる。この補正室は基準圧力で付勢されている。その
際、基準圧力は例えば、天候や使用場所に依存する周囲
圧力または空気フィルタの汚染度に依存する、吸気フィ
ルタの清浄側の吸気圧力である。
【0003】この作業機器は内燃機関の高出力状態およ
び混合気を希薄に調節した少ない有害物質エミッション
の状態で運転される。しかし、希薄に調節すると、回転
数が高い場合、熱負荷を増大させることになる。
【0004】混合気が希薄に調節された内燃機関、特に
2サイクルエンジンは更に、フルスロットル位置で外部
の負荷がないと、回転数が相当高くなる。運転中、外部
の負荷が例えば急に無くなり、操作人によるアクセルレ
バーの戻しが遅れると、内燃機関は過剰回転し、故障し
得る。
【0005】従って、実際には、2サイクルエンジンは
全負荷で濃い混合気で運転される。それによって、熱負
荷が低減され、最高回転数が低下する。濃い混合気に調
節すると、それに伴って出力が低下し、燃料消費が増大
するという欠点がある。
【0006】2サイクルエンジンの最高回転数を制限す
るために、遠心力制御される機械的なコントローラまた
は電子的なコントローラが知られている。このコントロ
ーラは、予め設定した回転数を上回ると、点火を抑制す
ることによって回転数を低下させる。このようなコント
ローラの場合、予め設定した回転数を上回った後で初め
て働くという欠点がある。制御の開始後、回転数は、コ
ントローラがもはや作動しない値に再び低下する。回転
数は、制御が再び開始されるまで、再度上昇する。この
ようにして回転数を制限する内燃機関は、上側の限界回
転数と下側の限界回転数の間で往復する傾向がある。そ
れによって、正確に定めた回転数制限を行うことは困難
である。更に、点火を中断するときに、燃焼しなかった
燃料が放出される。排気装置に触媒が設けられている
と、燃料が後燃焼し、触媒を熱的に負荷する熱量を多量
発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、簡単な手段で、内燃機関の燃料消費と熱負荷およ
び機械的負荷が低減されるように、内燃機関を備えた冒
頭に述べた作業機器を改良することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題は、補正室が制
御圧力管路を介して空気流の範囲に空気圧を伝達するよ
うに接続されていることによって解決される。
【0009】本発明は、当該の作業機器の冷却ファンに
よって発生する空気流が回転数に左右される圧力を有
し、回転数の上昇につれて空気と燃料の混合気が濃くな
るように、空気流の圧力がダイヤフラム式気化器のダイ
ヤフラム制御装置に供給されるという思想に基づいてい
る。当該の種類の作業機器の場合、冷却ファンとダイヤ
フラム制御装置を備えたダイヤフラム式気化器が設けら
れているので、この思想は少ない構造的コストで制御圧
力管路によって実施される。この制御圧力管路は、冷却
ファンによって発生した空気流の適切な範囲を、ダイヤ
フラム式気化器の補正室に、圧力を伝えるように接続す
る。
【0010】それによって、低い回転数範囲および中間
の回転数範囲のための混合比を希薄状態に基本調節する
ことができる。作業回転数範囲内の高い回転数および最
高回転数の場合には、本発明に従い、一方では内燃機関
の熱負荷が妥当であり、他方では外部の負荷が加わらな
いときにも限界回転数を上回ることがないように、混合
気が濃くなる。冷却ファン内で発生した空気流の圧力が
回転数と共に連続的に上昇するので、空気と燃料の混合
気も連続的に濃くなる。従って、設定された限界回転数
を上回らずに、あるいは上側と下側の回転数の間で不利
な往復をしないで、内燃機関の回転数が設定された限界
回転数にゆっくりと近づく。この形の限界回転数の場
合、運転中点火が続けられるので、空気と燃料の混合気
は燃焼し続けられ、従って有害物質の放出と触媒の熱負
荷が、点火を中断する回転数制限と比べて少なくなる。
それによって、および、低い回転数と中間の回転数のた
めの希薄混合気によって、アイドリング、部分負荷およ
び全負荷からなる作動サイクル全体にわたって平均して
燃料消費が少なくなり、有害物質エミッションが少なく
なる。
【0011】空気流から粗い汚染粒子を分離する空気浄
化装置が空気流内に設けられていると有利である。制御
圧力管路を詰まらせずに高い信頼性を得るために、制御
圧力管路の空気流側の端部に設けられた圧力取出し口は
好ましくは、ファンロータの後側または空気浄化装置の
清浄側に配置されている。
【0012】内燃機関の回転数に依存して混合比を正確
に再現可能に調節するためには、静止時の空気流の圧力
と回転数に依存する圧力との間の圧力差が大きいことが
望ましい。空気流の圧力がその流速に大きく左右される
ので、制御圧力管路の圧力取出し口は好ましくは空気流
の流速の高い場所に配置されている。
【0013】好ましい実施形では、冷却ファンが円板状
ファンディスクを備えたラジアルファンであり、このフ
ァンディスクが一方の側に冷却空気ブレードを備えてい
る。ファンディスクは垂直なファン軸線回りに回転す
る。ファンロータの回転運動によって、冷却空気ブレー
ドの範囲内に、接線方向速度成分の高い空気流が発生す
る。更に、空気流と一緒に運ばれる汚染粒子はそこで遠
心力を受ける。この遠心力は汚染粒子を空気流から半径
方向外側に押しのける。すなわち、このように形成され
たファンロータは空気浄化装置の機能を有する。ファン
ロータの外側エッジの範囲において、ファンディスクの
両側の間に、圧力平衡が生じる。冷却空気ブレードと反
対のファンディスクの側は清浄空気側であり、この側に
は、汚染粒子を充分に除去した、回転数に依存する圧力
を有する空気流が存在する。更に、ファンロータの外周
範囲内の空気流の速度、ひいては圧力レベルが、ファン
軸線の範囲よりも大きいので、圧力取出し口は好ましく
は、ファンディスクの清浄空気側においてファン軸線か
ら半径方向にできるだけ離して空気流内に配置されてい
る。
【0014】本発明の他の実施形では、ファンディスク
の清浄空気側に、付加的なブレードが設けられている。
このブレードによって、燃焼空気として使用される供給
された来た空気が更に遠心力浄化される。清浄度のほか
に、空気流の周速が更に高められる。できるだけはっき
りした圧力レベルを捉えるために、圧力取出し口は好ま
しくはファンディスクの清浄空気側にかつ半径方向にお
いてファン軸線と他のブレードの内側半径との間に配置
されている。
【0015】ダイヤフラム式気化器は補正室内の正圧が
混合気を濃くすることになるように形成されている。従
って制御圧力管路の冷却空気側の端部は好ましくは、動
圧管として形成され、この動圧管の端面側に圧力取出し
口が設けられている。動圧管自体は、圧力取出し口が空
気流の方に向くように配置されている。この配置構造に
より、制御ダイヤフラムは制御圧力管路を経て空気流の
総圧で付勢される。その結果、回転数の上昇につれて、
空気と燃料の混合気が濃くなる。総圧は静圧と動圧から
なり、流速に依存して漸増的に変化する。下側と中央の
回転数範囲内の圧力上昇が小さいので、内燃機関は広い
回転数範囲にわたって希薄混合気で運転可能である。燃
料消費と有害物質エミッションは少ない。高い回転数お
よび空気流の高速時に総圧が急激に上昇することによ
り、高い回転数で初めて、ひいては限界回転数に達した
ときに初めて、混合気が著しく濃くなる。その際、総圧
の漸増的な変化に基づいて、混合気がはっきりと濃くな
り、回転数制限が効果的に行われる。
【0016】動圧管は好ましくは、ピトー管として形成
され、冷却空気流の方に向いた圧力取出し口と、ピトー
管の外周側に配置された1個以上の静圧開口を備えてい
る。この静圧開口によって、総圧の静圧の部分が相殺さ
れるので、制御圧力管路、ひいては制御ダイヤフラム
に、冷却空気流の動圧だけが供給される。動圧は流速の
2乗に比例して、ひいては回転数のほぼ2乗に比例して
変化する。それによって、動圧は一方では制御量とし
て、上記の総圧と同じ利点を有し、他方では静圧に依存
しないで混合比を調節することができる。
【0017】内燃機関とダイヤフラム式気化器を保護す
るために、吸気フィルタが設けられている。この吸気フ
ィルタの清浄空気側は接続通路を介してダイヤフラム式
気化器の補正室に接続されている。この接続通路は、空
気フィルタの清浄空気側の吸気圧で制御ダイヤフラムを
付勢する働きをする。それによって、空気フィルタの汚
染度も補正される。補正室が冷却ファンによって発生し
た空気流にも圧力を伝達するように接続されているの
で、不所望なフィードバックを回避するために、調整絞
りが接続管路内に設けられている。それによって、不所
望な多量の空気流量が防止される。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、図に基づいて本発明の実施
の形態を説明する。手持ち式作業機器は、バルブタイミ
ング装置を備えた2サイクルエンジンまたは4サイクル
エンジンによって駆動可能である。図1において、作業
機器を駆動する内燃機関1は2サイクルエンジンとして
形成されている。内燃機関1はダイヤフラム式気化器2
と冷却ファン4を備えている。冷却ファン4はラジアル
ファン13として形成され、ファンロータ14と、ファ
ンロータ14の端面に配置された冷却空気ブレード18
を備えている。ファンロータ14はファンケーシング2
3内で作動する。このファンケーシングの一部は図にお
いてハッチングで示したファン渦巻き部29として形成
されている。冷却ファン4は空気流3を供給する。この
空気流の大きな部分流は冷却空気流としてファン渦巻き
部29を経てシリンダ47に供給される。内燃機関1は
ダイヤフラム式気化器2とそれに接続された吸気フィル
タ24から燃焼空気を吸い込む。矢印28によって示し
た燃焼空気流は、図示した実施の形態では、冷却ファン
4によって発生した空気流3の一部である。ダイヤフラ
ム式気化器2は燃料を充填した制御室45を備えてい
る。この制御室は制御ダイヤフラム6を備えている。ダ
イヤフラムコントローラ(ダイヤフラムガバナ)の制御
ダイヤフラム6の乾燥側には、補正室7が設けられてい
る。この補正室には制御圧力管路8が接続されている。
ダイヤフラム式気化器2と反対の制御圧力管路8の端部
10は、圧力取出し口11を有する。この圧力取出し口
は空気流3の範囲内に設けられている。図示した実施の
形態では、空気流側の端部10はファンロータ14の範
囲内に設けられているが、ファン渦巻き部29の範囲ま
たは矢印28によって示した燃焼空気流の範囲に設ける
ことができる。
【0019】図2にはダイヤフラム式気化器2と吸気通
路41を備えた気化器装置が示してある。吸気通路41
の空気フィルタ側の端部43は、吸気フィルタ24の清
浄空気側25に接続されている。内燃機関1(図1)は
この吸気フィルタから矢印28方向に燃焼空気を吸い込
む。燃料51は燃料カップリング34から気化器2内に
流れる。燃料51はダイヤフラム式ポンプ52を経て供
給される。このダイヤフラム式ポンプはポンプダイヤフ
ラム30と入口弁31と出口弁32を備えている。ダイ
ヤフラム式ポンプ52にはクランクケース圧力管路33
を経て、クランクケース内で変化する圧力が加えられ
る。制御室45内への燃料の流入は流入弁35を介して
制御ダイヤフラム6によって制御される。この制御ダイ
ヤフラム45は制御室45と補正室7を分離する。補正
室7には制御圧力管路8を経て、空気流3(図1)の圧
力が加えられる。制御ダイヤフラム6は弁レバー37を
介して流入弁35の弁体36に連結されている。この流
入弁を通って燃料が制御室45に流れる。流入弁35は
弁レバー37に作用する弁ばね38を介して閉鎖位置に
ばねで付勢されている。制御ダイヤフラム6の両側の圧
力差に応じて、弁体36は弁ばね38の付勢力に抗して
動かされ、それによって燃料の流入が制御される。燃料
51は制御室45から主ノズル39を経て吸気通路41
に流れる。主ノズル39は固定ノズルとして形成され、
図示した実施の形態では主調節ねじ40によって調節可
能である。吸気通路41内で燃料51が燃焼空気流28
と混合して空気と燃料の混合気50を形成する。気化器
2を通る空気と燃料の混合気50の流量は、フルスロッ
トル位置を示したスロットル弁42を介して制御され
る。アイドリング状態で空気と燃料の混合気50を供給
するためにアイドリングノズル46が設けられている。
【0020】制御圧力管路8は管として、接続通路とし
てまたは補正室7と空気流3の範囲を分離する壁内の穴
として形成可能であり、図示した実施の形態では可撓性
ホース44である。
【0021】図3は図2の気化器装置を変更した気化器
装置を示している。この気化器装置の場合、補正室7は
接続通路48を介して吸気フィルタ24の清浄空気側2
5に空気圧を伝達するように接続されている。接続通路
48内には調整絞り26が設けられている。それによっ
て、制御ダイヤフラム6は更に、吸気フィルタ24の清
浄空気側25で取り出される基準圧力によって部分的に
付勢される。更に、例えば周囲圧力の形態の他の基準圧
力が補正室7内で作用するように、調整絞り26を配置
することができる。
【0022】図4は図1の冷却ファンをIV−IV線に
沿った断面を示している。ファンロータ14は内燃機関
1のクランク軸49に固定され、このクランク軸を介し
て内燃機関1によって駆動される。ファンロータ14は
ファン軸線16回りに回転し、円板状のファンディスク
17を備えている。このファンディスクは円板平面15
を形成している。この円板平面はファン軸線16に対し
て垂直である。空気流3(図1)を供給するために、内
燃機関1と反対のファンディスク17の側に、冷却空気
ブレード18が配置されている。ファンロータ14はフ
ァン渦巻き部29によって取り囲まれ、それによって空
気浄化装置9が形成されている。ファンロータ14の端
面側には、吸気格子を備えたファンキャップ52が配置
されている。冷却空気ブレード18と反対のファンディ
スク17の側には、清浄空気側12が形成され、この清
浄空気側には、ファン軸線16から半径方向間隔aをお
いて圧力取出し口11が制御圧力管路8の空気流側の端
部10に配置されている。冷却空気ブレード18と反対
のファンディスク17の側には、他のブレード19が内
側半径r の外側においてディスク17のエッジに設
けられている。圧力取出し口11は半径方向においてフ
ァン軸線16と内側半径r の間に、特に内側半径r
の近くに配置されている。
【0023】制御圧力管路8の空気流側の端部10はホ
ース片または管片であってもよく、図5の実施の形態で
は動圧管20として形成されている。この動圧管の端面
側の端部21には、圧力取出し口11が設けられてい
る。動圧管20は、圧力取出し口11が空気流3の方に
向くように配置されている。動圧管20に接続された制
御圧力管路8の部分は可撓性ホース44として形成され
ている。動圧管20は別個の金属部品であってもよく、
好ましくはファンケーシング23と一体に、特に合成樹
脂で形成されている。
【0024】図6は、ピトー管として形成された図5の
動圧管20の変形を示している。この動圧管の外周側に
静圧開口22が設けられている。この静圧開口は圧力取
出し口11に空気圧を伝達するように接続されている。
図示した変形のその他の特徴および参照符号は、図5の
実施の形態に一致している。
【図面の簡単な説明】
【図1】手持ち式作業機器のための内燃機関の実施の形
態の概略図である。
【図2】図1の内燃機関のダイヤフラム式気化器の断面
図である。
【図3】図2のダイヤフラム式気化器の他の実施の形態
を示す断面図である。
【図4】図1の冷却ファンのIV−IV線に沿った概略
断面図である。
【図5】動圧管の実施の形態の断面図である。
【図6】図5の動圧管の他の実施の形態の断面図であ
る。
【符号の説明】
1 内燃機関 2 ダイヤフラム式気化
器 3 空気流 4 冷却ファン 6 制御ダイヤフラム 7 補正室 8 制御圧力管路 9 空気浄化装置 10 制御圧力管路の端部 11 圧力取出し口 12 清浄空気側 13 ラジアルファン 14 ファンロータ 16 ファン軸線 17 ファンディスク 18 冷却空気ブレード 19 ブレード 20 動圧管 22 静圧開口 23 ファンケーシング 24 吸気フィルタ 25 清浄空気側 26 調整絞り 44 ホース 45 制御室 a 間隔 r 半径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02B 63/00 F02B 63/00 C D F02M 7/04 F02M 7/04 D K 7/08 7/08 H Q 7/12 7/12 J 35/024 521 35/024 521Z 35/04 35/04 B 35/06 35/06 F04D 29/28 F04D 29/28 J

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関(1)と、空気流(3)を発生
    する、内燃機関(1)によって駆動される冷却ファン
    (4)とを備え、燃料と空気の混合気がダイヤフラム式
    気化器(2)を経て内燃機関に供給され、ダイヤフラム
    式気化器(2)が制御ダイヤフラム(6)を有する燃料
    を充填した制御室(45)を備え、制御ダイヤフラムが
    制御室(45)と反対側で、補正室(7)を画成してい
    る、手持ち式作業機器において、補正室(7)が制御圧
    力管路(8)を介して空気流(3)の範囲に空気圧を伝
    達するように接続されていることを特徴とする作業機
    器。
  2. 【請求項2】 空気流(3)内に空気浄化装置(9)が
    設けられ、制御圧力管路(8)の空気流側の端部(1
    0)が、空気浄化装置(9)の清浄空気側(12)に設
    けられた圧力取出し口(11)を備えていることを特徴
    とする請求項1記載の作業機器。
  3. 【請求項3】 冷却ファン(4)がファンロータ(1
    4)を備えたラジアルファン(13)として形成され、
    垂直なファン軸線(16)の回りに回転するファンロー
    タのファンディスク(17)が一方の側に冷却空気ブレ
    ード(18)を支持し、制御圧力管路(8)が冷却空気
    ブレード(18)と反対のファンディスク(17)の側
    で開口していることを特徴とする請求項1または2記載
    の作業機器。
  4. 【請求項4】 制御圧力管路(8)の圧力取出し口(1
    1)がファン軸線(16)に対して半径方向間隔(a)
    をおいて空気流(3)内に設けられていることを特徴と
    する請求項3記載の作業機器。
  5. 【請求項5】 冷却空気ブレード(18)と反対のファ
    ンディスク(17)の後ろの側に、他のブレード(1
    9)が設けられ、圧力取出し口(11)がファン軸線
    (16)と他のブレード(19)の内側半径(r
    の間に設けられていることを特徴とする請求項3または
    4記載の作業機器。
  6. 【請求項6】 圧力取出し口(11)が内側半径(r
    )の近くに設けられていることを特徴とする請求項5
    記載の作業機器。
  7. 【請求項7】 制御圧力管路(8)の空気流側の端部
    (10)が動圧管(20)として形成され、圧力取出し
    口(11)が空気流(3)の方に向けて設けられ、特に
    動圧管(20)の外周側に静圧開口(22)が設けられ
    ていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに
    記載の作業機器。
  8. 【請求項8】 冷却ファン(4)がファンケーシング
    (23)内に配置され、動圧管(20)がファンケーシ
    ング(23)と一体に形成されていることを特徴とする
    請求項1〜7のいずれか一つに記載の作業機器。
  9. 【請求項9】 制御圧力管路(8)の一部が可撓性ホー
    ス(44)によって形成されていることを特徴とする請
    求項1〜8のいずれか一つに記載の作業機器。
  10. 【請求項10】 燃焼空気用吸気フィルタ(24)の清
    浄空気側(25)が、調整絞り(26)を介して補正室
    (7)に圧力を伝達するように接続されていることを特
    徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の作業機
    器。
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