JP2009293633A - 作業機 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの動力を電磁クラッチを介して作業部に伝達する作業機の、軽量化や小型化を図る。
【解決手段】作業機10は、エンジン12の動力を電磁クラッチ15を介して作業部13に伝達するものであり、リコイルスタータ54と発電機55と制御部58を備える。発電機は、リコイルスタータによってクランク軸12aが回され始めたときから発電する。電磁クラッチは、発電機からのみ電力を供給される。制御部は、発電機からのみ電力を供給されてエンジンを制御するものであり、発電機から電力を供給されることによって起動したときに、作業機各部の故障診断を実行し、故障と診断した場合にはエンジンを停止させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、農作業機、土木用作業機、ポンプ、運搬車、船外機など、エンジンによって作業部を駆動する各種の作業機の改良技術に関する。
作業機の中には、エンジンの動力を作業部に伝達する各種の伝動部に、クラッチを介在させたものがある。例えば、ベルト式伝動部の場合には、一般にベルトテンション式クラッチが採用される。作業者がクラッチレバーを握ると、ベルトテンション式クラッチのテンションローラがベルトに押し付けられることで、クラッチオンとなる。その後、作業者がクラッチレバーから手を放すと、テンションローラがベルトから離れることでクラッチオフとなる。しかし、クラッチレバーを握る操作力が変わると、テンションローラをベルトに押し付ける押し付け力が変わってしまう。このため、クラッチを確実に作動させるには改良の余地がある。
これに対して、近年、伝動部に電磁クラッチを介在させる技術が開発されている(例えば、特許文献1−2参照。)。
特開平7−308101号公報 特開2003−138538公報
特許文献1で知られている作業機は、2つの電磁クラッチを有したロータリ耕耘機である。クラッチレバーを操作することによって、2つの電磁クラッチが交互にオン、オフ作動し、この結果、耕耘爪が正転と逆転とに切り替わる。
特許文献2で知られている作業機は、クラッチ操作ボタンを操作することによって、電磁クラッチをオン、オフ作動し、この結果、エンジンからオーガへの動力伝達をオン、オフする除雪機である。
しかしながら、特許文献1及び2で知られている作業機は、電磁クラッチに電力を供給するためのバッテリを搭載する必要がある。バッテリは重量物であり、しかも比較的大型である。作業機の軽量化や小型化を図るには改良の余地がある。
本発明は、エンジンの動力を電磁クラッチを介して作業部に伝達する作業機において、作業機の軽量化や小型化を図ることができる技術を、提供することを課題とする。
請求項1に係る発明では、エンジンの動力を電磁クラッチを介して作業部に伝達するようにした作業機において、前記エンジンのクランク軸の回転に伴って永久磁石とチャージコイルの作用により発電する発電機を備え、前記電磁クラッチは、前記発電機からのみ電力を供給される構成であることを特徴とする。
請求項2に係る発明では、請求項1において、前記クランク軸を人力によって回すためのリコイルスタータと、前記発電機からのみ電力を供給されて前記エンジンを制御する制御部とを、更に備え、前記発電機は、前記リコイルスタータによって前記クランク軸が回され始めたときから発電する構成であり、前記制御部は、前記発電機から電力を供給されることによって起動したときに、前記エンジン及び前記電磁クラッチを含む作業機各部の故障診断を実行し、故障と診断した場合には前記エンジンを停止させるように制御する構成であることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、電磁クラッチは、発電機からのみ電力を供給される構成である。エンジンを始動させると、クランク軸の回転に伴い発電機が発電する。その後、作業者によるクラッチ操作に応じて、発電機から電磁クラッチに電力が供給されることにより、電磁クラッチはクラッチ作動をする。このように、エンジンを始動させて発電機が発電を開始した後に、発電機から電磁クラッチに電力を供給することができる。このため、電磁クラッチに電力を供給するためのバッテリを作業機に搭載する必要はない。重量物で且つ大型のバッテリを搭載しないので、作業機の軽量化や小型化を容易に図ることができる。
請求項2に係る発明では、作業者がリコイルスタータによってクランク軸を回し始めたときから、発電機が発電を開始して、制御部に電力を供給する。このため、制御部は、作業者がエンジンの始動操作を開始した、ほぼ直後に起動して、作業機各部の故障診断を実行し、故障(電気系統の断線や短絡など)と診断した場合には、速やかにエンジンを停止させることによって、作業機の運転を阻止する。このように、エンジンの始動中という初期段階において、故障診断と、この故障診断に基づくエンジン停止とを、極めて迅速に行うことができる。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。以下、本発明に係る作業機の一例として歩行型耕耘機を挙げて説明する。図1は本発明に係る作業機(歩行型耕耘機)の側面図である。図2は図1に示す作業機の模式的系統図である。
図1及び図2に示すように、作業機10は機体11と、機体11の上部に搭載したエンジン12と、機体11の下部に搭載した作業部13と、エンジン12の動力を作業部13に伝達する伝動部14と、伝動部14に有している電磁クラッチ15と、機体11の後部から後上方へ延びた左右の操作ハンドル16とを備えている。
作業部13は、水平に配置された回転可能な耕耘軸13aと、耕耘軸13aに取り付けられた複数の耕耘爪13bとからなる。耕耘爪13bは耕耘作業をするための作業部である。このような構成の作業機10は、耕耘爪13bの回転により耕耘し、さらに耕耘爪13bにより走行する形式の、小型の歩行型自走式耕耘機である。さらに、図1に示すように、作業機10は抵抗棒21、ベルトカバー22、チェーンカバー23及びフェンダ24を備えている。
図1及び図2に示すように、伝動部14は、例えば、ベルト式伝動部31とチェーン式伝動部41を組み合わせた構成からなる。ベルト式伝動部31は、エンジン12のクランク軸12aに取り付けられた駆動プーリ32、伝動軸33に取り付けられた従動プーリ34、及び、駆動プーリ32と従動プーリ34とに掛けられたベルト35からなる。チェーン式伝動部41は、伝動軸33に取り付けられた駆動スプロケット42、耕耘軸13aに取り付けられた従動スプロケット43、及び、駆動スプロケット42と従動スプロケット43とに掛けられたチェーン44とからなる。
電磁クラッチ15は、エンジン12から作業部13へ伝達する動力の遮断・結合を行うものであり、発電機55からのみ電力を供給される構成である。この電磁クラッチ15は、例えば、伝動軸33と従動プーリ34との間に介在するように、伝動軸33に設けられている。
さらに作業機10は、クラッチレバー51、クラッチスイッチ52、緊急停止スイッチ53、リコイルスタータ54、発電機55、メインスイッチ56、点火装置57及び制御部58を備えている。
クラッチレバー51及びクラッチスイッチ52は、左右の操作ハンドル16のいずれか一方において、グリップ16aの近傍に取り付けられている。クラッチスイッチ52は、作業者がグリップ16aと共にクラッチレバー51を握ったときに、クラッチレバー51が操作されたことを検出して検出信号(例えばオン信号)を発する、クラッチ操作検出センサである。
緊急停止スイッチ53は、作業者がエンジン12を緊急に停止させる場合に操作する手動操作スイッチであり、例えば、作業者が押し操作したときに、操作信号(例えばオン信号)を発する、押しボタンスイッチからなる。なお、この緊急停止スイッチ53は、手動操作スイッチの構成に限定されるものではなく、例えば、作業機10に何らかのアクシデントが発生したときに、自動的にエンジン12を緊急に停止させるように、スイッチ信号を発するものであってもよい。
リコイルスタータ54は、作業者がエンジン12を手動で始動させる始動装置であり、例えばエンジン12のクランク軸12a又はクランク軸12aに直結されたフライホイール12bに設けられている。
発電機55は、エンジン12の出力の一部によって発電して、電力を電磁クラッチ15、点火装置57、制御部58等の電装品に供給するものである。この発電機55は、例えばクランク軸12aに直結したフライホイール12bに設けられた永久磁石55aと、この永久磁石55aに隣接して配置されたチャージコイル55bとからなる、一般的な磁石式発電機である。このような構成の発電機55は、エンジン12のクランク軸12aの回転に伴って永久磁石55aとチャージコイル55bの作用により発電する。
つまり、チャージコイル55bは、クランク軸12aの回転数に応じてパルス波形の電圧を発生する。このため、チャージコイル55bが発生する電圧波形に基づいて、エンジン12の回転数(回転速度)を間接的に検出することができる。従って、発電機55は、エンジン12の回転数を検出して検出信号を発する回転センサを兼ねていると、言うことができる。
エンジン12のための点火装置57は、点火回路61と点火コイル62と点火プラグ63とからなる。この点火装置57は、発電機55で発電した電力をバッテリに蓄えることなく、そのまま点火コイル62の一次電力として使用する磁石発電式点火装置(フライホイールマグネトー式点火装置)である。
つまり、この点火装置57の点火方式としては、点火プラグ63の点火タイミングに合わせて、発電機55から点火回路61へ電力を供給し、その電力を点火コイル62の一次電力として用いるようにした方式を採用している。このような点火方式を採用したので、作業機10にバッテリを備える必要がなく、作業機10を小型・軽量にすることができる。
点火回路61は、発電機55が発生する電力によって点火プラグ63を点火させるものである。より具体的には、点火回路61は点火コイル62の一次コイル62aに発電機55の電力を断続的に発することで、点火コイル62の二次コイル62bに高電圧の断続電流を発生させるものである。二次コイル62bで発生した高電圧の断続電流は点火プラグ63に供給することになる。
メインスイッチ56は、エンジン12の始動を許容するとともに、エンジン12を停止させるための、手動の主電源スイッチであって、スイッチ信号を制御部58に発するものである。メインスイッチ56は、例えば機体11(図1参照)に取り付けられる。このメインスイッチ56は常開接点を備えており、エンジン12を始動時に常開接点をオフにし、エンジン12を停止時に常開接点をオンにするものである。
制御部58は、機体11(図1参照)に取り付けられており、発電機55からのみ電力を供給されてエンジン12、電磁クラッチ15及び点火装置57を制御するものである。例えば、制御部58は、各種の検出信号に応じて、点火回路61から点火プラグ63への電力供給を制御する。さらに、制御部58は、クラッチスイッチ52及び緊急停止スイッチ53の信号に応じてエンジン12、電磁クラッチ15及び点火装置57を制御する。
より詳しく述べると、制御部58は、少なくとも8個の端子58a〜58hを有している。
第1端子58aは、チャージコイル55bの一端に接続されている。チャージコイル55bの他端はアースされている。
第2端子58bは、メインスイッチ56の常開接点を介してアースされている。さらに、第2端子58bは、点火装置57に接続されている。
第3端子58cと第4端子58dの間には、電磁クラッチ15が接続されている。第3端子58cから電磁クラッチ15を介して第4端子58dまでの経路のことを、電磁クラッチ15の電気経路71と言う。
第5端子58eと第6端子58fの間には、クラッチスイッチ52が接続されている。第5端子58eからクラッチスイッチ52を介して第6端子58fまでの経路のことを、クラッチスイッチ52の電気経路72と言う。
第7端子58gと第8端子58hの間には、緊急停止スイッチ53が接続されている。第7端子58gから緊急停止スイッチ53を介して第8端子58hまでの経路のことを、緊急停止スイッチ53の電気経路73と言う。
次に、上記図2に示す制御部58をマイクロコンピュータとした場合の制御フローについて、図2を参照しつつ図3及び図4に基づき説明する。図3は本発明に係る作業機において、エンジンの始動操作時点から制御部の制御処理が完了するまでの一連の手順を示すフローチャートである。なお、図3及び図4に示す制御フローは、所定時間毎、例えば20msec(ミリ秒)毎に繰り返して実行される。
先ず、作業者がメインスイッチ56を始動操作する、つまりオフにする(ステップST01)。
次に、メインスイッチ56のオフ(off)状態において、作業者がリコイルスタータ54のノブ54aを引張ることで、リコイルスタータ54を始動操作する(ステップST02)。この結果、リコイルスタータ54によってクランク軸12aが回され始める。
このように、クランク軸12aが回り始めることにより、クランク軸12aで駆動された発電機55は発電を開始する(ステップST03)。つまり、発電機55は、クランク軸12aの回転に伴って永久磁石55aとチャージコイル55bの作用により発電して、制御部58に電力を供給するとともに、電磁クラッチ15に電力の供給が可能となる。
従って、制御部58は、発電機55から電力を供給されることによって起動する(ステップST04)。つまり、発電機55の出力電圧が一定以上の安定した電圧になることで、発電機55から供給される電力によって制御部58が自動的に起動する。起動した制御部58は、初期設定をした上で制御を開始する。
先ず、各部の信号を読み込む(ステップST05)。具体的には、8個の端子58a〜58hの各信号を読み込む。次に、ステップST06〜ST09において、作業機各部の故障診断を実行する。
先ず、電磁クラッチ15の電気経路71が正常であるか否かを判断、つまり診断する(ステップST06)。具体的には、制御部58は、第3端子58cから第4端子58dへ所定の電流(診断電流)を流し、第3・第4端子58c、58d間の電流値が略同一であれば正常と診断し、それ以外なら断線または短絡していると診断する。
ステップST06において正常であると判断した場合には、クラッチスイッチ52の電気経路72が正常であるか否かを判断する(ステップST07)。具体的には、制御部58は、第5端子58eから所定電圧の電流を流し、第6端子58fから所定電圧と略同等の電圧が検出されない場合には正常と診断し、電圧が検出された場合には短絡していると診断する。短絡している場合には、クラッチスイッチ52自体が短絡しているか、または、クラッチレバー51が握られている(オン操作されている)ことになるので、正常な状態ではない。
ステップST07において正常であると判断した場合には、緊急停止スイッチ53の電気経路73が正常であるか否かを判断する(ステップST08)。具体的には、制御部58は、第7端子58gから所定電圧の電流を流し、第8端子58hから所定電圧と略同等の電圧が検出されない場合には正常と診断し、電圧が検出された場合には短絡していると診断する。短絡している場合には、緊急停止スイッチ53自体が短絡している、または操作されていることになるので、正常な状態ではない。
ステップST08において正常であると判断した場合には、点火経路が正常であるか否かを判断、つまり診断する(ステップST09)。具体的には、次の2つの条件が全て満たされているときに、点火経路が正常であると診断し、満たされないときには正常な状態ではないと診断する。
第1の条件は、チャージコイル55bから第1端子58aにパルス波形の電圧が供給されているという条件、つまり、第1端子58aでパルス波形の電圧が検出されているという条件である。今、メインスイッチ56が始動操作されてオフ状態(ステップST01)にあり、且つ、リコイルスタータ54が始動操作されることによりクランク軸12aが回されている状態(ステップST02)にある。このため、第1の条件を満たしている場合は、チャージコイル55bから第1端子58aまでの電気系統が正常である。
第2の条件は、第1端子58aで検出されたパルス波形の電圧に同期して、第2端子58bから点火回路61に、パルス波形の電圧(点火開始指令)を発しているという条件である。メインスイッチ56のオフ(off)状態において、第2の条件を満たしている場合、つまり、第2端子58bにパルス波形の電圧(点火開始指令)が検出されている場合は、点火装置57の電気系統及び制御部58が正常である。
ステップST09において正常であると判断した場合には、エンジン12の始動制御処理を実行、つまり、点火回路61に点火開始指令を発する(ステップST10)。具体的には、点火プラグ63へ電力を供給させるように、点火回路61を制御する。点火コイル62から点火プラグ63へ高圧電気が印加されるので、エンジン12は始動する。この時点から、制御部58はエンジン12の回転が最適な状態となるように制御処理を自動的に実行する。
次に、電磁クラッチ15の制御を実行した後に(ステップST11)、この制御フローによる制御を終了する。このクラッチ制御処理を実行するための具体的な制御フローについては、後述の図4に示す。
上記ステップST06〜ST09において、作業機各部の故障診断を実行し、電磁クラッチ15の電気経路71、クラッチスイッチ52の電気経路72、緊急停止スイッチ53の電気経路73、点火経路の少なくとも1つが正常ではないと判断した場合、つまり故障と診断した場合には、電磁クラッチ15をオフ状態(遮断状態)に維持するとともに(ステップST12)、点火回路61をオフすることによってエンジン12を停止状態にした後に(ステップST13)、この制御フローによる制御を終了する。
図4は図3に示されたクラッチ制御処理(ステップST11)を実行するためのサブルーチンを示す制御フローチャートである。
図4に示すサブルーチンにおいては、先ず、緊急停止スイッチ53の信号を読み込む(ステップST101)。次に、緊急停止スイッチ53がオフ(off)であるか否かを判断する(ステップST102)。ステップST102において、オン(on)であると判断した場合には、エンジン12を緊急に停止させる必要が生じたものである。このため、制御部58は電磁クラッチ15をオフ(遮断)するとともに(ステップST103)、点火回路61をオフ(停止)にすることによってエンジン12を停止させる(ステップST104)。その後に、図3に示すステップST11に戻って、この制御フローによる制御を終了する。
一方、上記ステップST102において、緊急停止スイッチ53がオフ(off)であると判断した場合には、クラッチスイッチ52の信号を読み込む(ステップST105)。次に、クラッチスイッチ52がオン(on)、つまり、クラッチレバー51が握られているか否かを判断する(ステップST106)。ステップST106において、オン(on)であると判断した場合には、電磁クラッチ15をオン作動、つまり結合させる(ステップST107)。この結果、エンジン12の動力は伝動部14を介して作業部13に伝達される。このため、複数の耕耘爪13bによって畑を耕耘することができる。
次に、電磁クラッチ15の電気経路71の信号を読み込む(ステップST108)。つまり、第4端子58dの電流値を読み込む。次に、電磁クラッチ15の電気経路71が正常であるか否かを判断、つまり診断する(ステップST109)。制御部58は、上記ステップST107において、第3端子58cから電磁クラッチ15へ、オン(on)信号、つまり所定の電流(オン電流)を流している。このため、第4端子58dから電流が検出された場合には正常であると診断する。
ステップST109において、電磁クラッチ15の電気経路71が正常ではないと診断した場合には、点火回路61をオフ(停止)にすることによってエンジン12を停止させる(ステップST110)。その後に、図3に示すステップST11に戻って、この制御フローによる制御を終了する。
一方、上記ステップST109において、正常であると診断した場合には、メインスイッチ56の信号を読み込む(ステップST111)。次に、メインスイッチ56がオン(on)であるか否かを判断する(ステップST112)。作業者がメインスイッチ56を停止操作した場合には、メインスイッチ56はオフ(off)状態からオン(on)に切り替わる。
ステップST112において、メインスイッチ56がオン(on)であると判断した場合には、点火回路61をオフ(停止)にすることによってエンジン12を停止させる(ステップST113)。その後に、図3に示すステップST11に戻って、この制御フローによる制御を終了する。ステップST112において、メインスイッチ56がオフ(off)状態を維持していると判断した場合には、ステップST101に戻って制御を繰り返す。
このように、一連のステップST101、ST102、ST105〜ST109、ST111及びST112が繰り返されている場合には、制御部58は、エンジン12及び電磁クラッチ15の制御を、そのまま維持し続ける。
上記ステップST106においてクラッチスイッチ52がオフ(off)、つまり、作業者がクラッチレバー51から手を放していると判断した場合には、電磁クラッチ15をオフ作動、つまり遮断させる(ステップST114)。この結果、エンジン12から作業部13への動力伝達が遮断される。このため、複数の耕耘爪13bは停止する。
次に、電磁クラッチ15の電気経路71の信号を読み込む(ステップST115)。つまり、第4端子58dの電流値を読み込む。次に、電磁クラッチ15の電気経路71が正常であるか否かを判断、つまり診断する(ステップST116)。制御部58は、上記ステップST114において、第3端子58cから電磁クラッチ15へ電流を流していない。このため、第4端子58dから電流が検出されない場合には正常であると診断する。ステップST116において、正常であると診断した場合には、ステップST111に進んで、通常の制御を続ける。
ステップST116において、正常ではないと診断した場合には、点火回路61をオフ(停止)にすることによってエンジン12を停止させる(ステップST117)。その後に、図3に示すステップST11に戻って、この制御フローによる制御を終了する。
以上の説明をまとめると次の通りである。
電磁クラッチ15は、発電機55からのみ電力を供給される構成である。エンジン12を始動させると、クランク軸12aの回転に伴い発電機55が発電する。その後、作業者によるクラッチ操作に応じて、発電機55から電磁クラッチ15に電力が供給されることにより、電磁クラッチ15はクラッチ作動をする。このように、エンジン12を始動させて発電機55が発電を開始した後に、発電機55から電磁クラッチ15に電力を供給することができる。このため、電磁クラッチ15に電力を供給するためのバッテリを作業機10に搭載する必要はない。重量物で且つ大型のバッテリを搭載しないので、作業機10の軽量化や小型化を容易に図ることができる。
さらには、作業者がリコイルスタータ54によってクランク軸12aを回し始めたときから、発電機55が発電を開始して、制御部58に電力を供給する。このため、制御部58は、作業者がエンジン12の始動操作を開始した、ほぼ直後に起動して、作業機各部の故障診断を実行し、故障(電気系統の断線や短絡など)と診断した場合には、速やかにエンジン12を停止させることによって、作業機10の運転を阻止する。このように、エンジン12の始動中という初期段階において、故障診断と、この故障診断に基づくエンジン12の停止とを、極めて迅速に行うことができる。
なお、本発明では、作業機10は、歩行型耕耘機に限定されるものではなく、農作業機、土木用作業機、ポンプ、運搬車、船外機など、エンジンによって作業部を駆動する各種の作業機であればよい。
また、電磁クラッチ15は、エンジン12と作業部13との間の伝動経路を遮断、結合する構成であればよい。
また、メインスイッチ56は、エンジン12の始動を許容するとともに、エンジン12を停止させるための、手動の主電源スイッチであればよい。例えば、メインスイッチ56は、エンジン12を始動時に常開接点をオン(on)にし、エンジン12を停止時に常開接点をオフ(off)にする構成でもよい。
本発明の作業機10は、小型の歩行型耕耘機に用いるのに好適である。
本発明に係る作業機(歩行型耕耘機)の側面図である。 図1に示す作業機の模式的系統図である。 本発明に係る作業機において、エンジンの始動操作時点から制御部の制御処理が完了するまでの一連の手順を示すフローチャートである。 図3に示されたクラッチ制御処理(ステップST11)を実行するためのサブルーチンを示す制御フローチャートである。
符号の説明
10…作業機(歩行型自走式耕耘機)、12…エンジン、12a…クランク軸、13…作業部、14…伝動部、15…電磁クラッチ、16…操作ハンドル、51…クラッチレバー、52…クラッチスイッチ、53…緊急停止スイッチ、54…リコイルスタータ、55…発電機、55a…永久磁石、55b…チャージコイル、56…メインスイッチ、57…点火装置、58…制御部。

Claims (2)

  1. エンジンの動力を電磁クラッチを介して作業部に伝達するようにした作業機において、前記エンジンのクランク軸の回転に伴って永久磁石とチャージコイルの作用により発電する発電機を備え、前記電磁クラッチは、前記発電機からのみ電力を供給される構成であることを特徴とした作業機。
  2. 前記クランク軸を人力によって回すためのリコイルスタータと、前記発電機からのみ電力を供給されて前記エンジンを制御する制御部とを、更に備え、
    前記発電機は、前記リコイルスタータによって前記クランク軸が回され始めたときから発電する構成であり、
    前記制御部は、前記発電機から電力を供給されることによって起動したときに、前記エンジン及び前記電磁クラッチを含む作業機各部の故障診断を実行し、故障と診断した場合には前記エンジンを停止させるように制御する構成であることを特徴とした請求項1記載の作業機。
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