JP2012159036A

JP2012159036A - ２サイクルエンジンおよびそれを備えたエンジン作業機

Info

Publication number: JP2012159036A
Application number: JP2011019155A
Authority: JP
Inventors: Kenji Niwa; 顕司丹羽; Shigetoshi Ishida; 茂敏石田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP5673155B2

Abstract

【課題】簡単な構造でエンジンの運転状態を制御することを可能とし、過回転の防止や排出ガス特性を向上させることのできる２サイクルエンジンおよびそれを備えたエンジン作業機を提供する。
【解決手段】２サイクルエンジン１のシリンダボア１４の内周壁には、シリンダボア１４内を往復動するピストン１３によりそれぞれ開閉する排気開口１８および掃気開口２３が設けられる。そして、２サイクルエンジン１は、掃気開口２３とクランク室２１とを接続するクランクケース側掃気通路２５およびシリンダブロック側掃気通路２４と、クランクケース側掃気通路２５に設けられ、クランクケース側掃気通路２５の開閉を行うリード弁２７と、運転状態を検出するイグニッションコイルと、イグニッションコイルの検出結果に基づいてクランクケース側掃気通路２５を閉じるようリード弁２７を制御する制御装置を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、２サイクルエンジン、特に刈払機やチェンソー等の携帯型のエンジン作業機に好適な２サイクルエンジンおよびそれを備えたエンジン作業機に関する。

エンジンの運転状態を制御する技術としては、例えば特許文献１に示すように、エンジンの回転数が所定回転数以上に上昇した場合に、インシュレータ外部に設けた駆動体によりインシュレータに組み付けた遮断体を変位させて混合気通路を遮断することでクランク室に流入する混合気量を調整し、エンジンの過回転の防止を行うガバナー装置を備えたものがある。

特開平７−２５３０３３号公報

ところで、特許文献１のガバナー装置は、インシュレータの外側に駆動体および遮断体を変位させる伝達機構を設けているので、部品点数が多くなり、構造が複雑化するうえ、装置が大型化してしまうという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造でエンジンの運転状態を制御することを可能とし、過回転の防止や排出ガス特性を向上させることのできる２サイクルエンジンおよびそれを備えたエンジン作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる２サイクルエンジンは、
シリンダボアの内周壁に設けられ、前記シリンダボア内を往復動するピストンによりそれぞれ開閉する排気開口および掃気開口と、
前記掃気開口とクランク室とを接続する掃気通路と、
前記掃気通路に設けられ、前記掃気通路の開閉を行う制御弁と、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態の検出結果に基づいて前記掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする。

また、前記運転状態検出手段は、前記２サイクルエンジンの回転数を検出し、
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により所定以上のエンジン回転数が検出された場合に、前記掃気通路を閉じてもよい。

さらに、前記制御手段は、前記掃気開口が開口する間、所定期間掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御してもよい。

また、前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記掃気開口の開閉状態を判定する掃気開口状態判定手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記掃気開口状態判定手段の判定結果に基づいて前記掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御してもよい。

さらに、前記制御手段は、前記掃気開口状態判定手段の判定結果に基づいて、前記掃気開口が開口する間、掃気開口が開いてから所定期間前記掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御してもよい。

また、前記制御手段は、前記所定期間をエンジン回転数に基づいて変化させてもよい。

さらに、前記制御弁は、非通電時に前記掃気通路を前記クランク室から前記掃気開口に向かう気流のみ流すとともに、通電時に前記掃気通路を閉じる、リード弁であってもよい。

また、前記リード弁は磁性を有し、
通電時に前記リード弁を吸着して前記掃気通路を閉じる電磁石をさらに備え、
前記制御手段は前記電磁石の通電を制御してもよい。

さらに、前記リード弁は、開度を制限するストッパを備えてもよい。

本発明の第２の観点にかかるエンジン作業機は、
上述の２サイクルエンジンを備えることを特徴とする。

本発明によれば、掃気通路に掃気通路の開閉を行う制御弁を設け、制御弁は制御手段により運転状態の検出結果に基づいて掃気通路を閉じるので、簡単な構造でエンジンの運転状態を制御することを可能とし、過回転の防止や排出ガス特性を向上させることができる。

本発明に係るエンジンを搭載した刈払機の側面図。本発明の第１実施形態に係るエンジンを搭載した刈払機の一部を断面で示した前方視側面図。図２のエンジン部分の断面図。本発明に係る２サイクルエンジンの制御ブロック図。クランク角に対する吸気開口、掃気開口、電磁石の状態を示す図。

以下、本発明の第１実施形態を添付の図１乃至図５に沿って説明する。図１に示すように、携帯型の刈払機（エンジン作業機）１００１は、操作桿１００２の先端に回転刃１００３が取り付けられ、操作桿１００２の後端には小型の２サイクルエンジン（以下エンジン）１が取り付けられる。エンジン１の出力は、エンジン１の出力軸（図示せず）の回転数が所定回転数以上で動力の伝達を行う遠心クラッチ（図示せず）から、操作桿１００２内に挿通させたドライブシャフト（図示せず）を経て、回転刃１００３に伝達され、回転刃１００３は回転する。操作者は操作桿１００２に取付けられたループハンドルハンドル１００４と操作桿１００２を囲むように取付けられストップスイッチ２およびスロットルトリガ３が設けられたグリップ部１００５を把持して刈払機１００１を操作する。

図２に示すように、エンジンカバー４に収容されたエンジン１には、燃料タンク５から供給される燃料と空気を混合してエンジン１のシリンダブロック６内に形成されたシリンダボア（図示せず）に混合気を供給する気化器７と、エンジン１から排出される燃焼ガスを外部に排出するマフラ８と、クランク軸９に固定されたマグネトロータ１０と、シリンダブロック６に固定されたイグニッションコイル１１と、イグニッションコイル１１に接続された点火プラグ１２が取付けられる。

図３に示すように、エンジン１のシリンダブロック６の内部には上下動するピストン１３を収容するシリンダボア１４が形成される。シリンダボア１４の内周壁には、気化器７に延びる吸気通路１５に接続する吸気開口１６と、マフラ（図示せず）に延びる排気通路１７に接続する排気開口１８が開口する。シリンダボア１４に収容されるピストン１６は、コンロッド１９を介して、クランクケース２０内のクランク室２１に回転可能に支持されるクランクウェイト２２が取付けられたクランク軸９に接続する。また、シリンダボア１４の内周壁には、一対の掃気開口２３（一方のみ図示）がシリンダボア１４を挟んで対向するように開口する。吸気開口１６、排気開口１８、および掃気開口２３はそれぞれ、上下動するピストン１３により開閉される。それぞれの掃気開口２３は、シリンダボア１４に沿ってクランク室２１に向かって延び、シリンダブロック６に形成されたシリンダブロック側掃気通路（掃気通路）２４に接続する。そして、シリンダブロック側掃気通路２４は、クランクケース２０に形成されたクランクケース側掃気通路（掃気通路）２５の一方の端部に接続する。クランクケース側掃気通路２５の他方の端部は、クランク室２１に開口するクランク室側掃気開口２６に接続する。クランクケース２０のシリンダブロック側掃気通路２４とクランクケース側掃気通路２５との接続部分には、磁性体材料を使用しシリンダブロック６側に弾性変形可能に一端が支持さられるリード弁（制御弁）２７と、リード弁２７の開度を規制するストッパ２８とが、リード弁２７の自由端を吸着する電磁石２９に、ねじ３０により取付けられる。電磁石２９にリード弁２７の自由端が吸着された状態では、リード弁２７はクランクケース側掃気通路２５を閉鎖する。

図４に示すように、リード弁２７の吸着を行う電磁石２９は制御装置（制御手段）３１と接続され、制御装置３１は電磁石２９への通電を制御する。また、制御装置３１にはイグニッションコイル（運転状態検出手段）１１が接続され、イグニッションコイル１１は、マグネトロータ１０の回転時にマグネトロータ１０が所定位置になるとパルス信号を出力することによりエンジン回転数に対応した信号が入力される。さらに、ストップスイッチ２が接続されてストップスイッチ（運転状態検出手段）２の操作状態を示す信号が入力される。

制御装置３１は、イグニッションコイル１１から入力される信号によりエンジン１の回転数が、通常運転時の回転数を過度に越える、例えば１２，０００ｒｐｍ以上の第１の所定値以上の回転数が検出されると、電磁石２９に通電してリード弁２７を電磁石２９に吸着させる。その後、エンジン１の回転数が第１の所定値より低い、例えば８，０００ｒｐｍ以下の第２の所定値以下の回転数が検出されると、電磁石２９への通電を解除する。

また、エンジン１の回転数が、例えば８，０００ｒｐｍ以下の第２の所定値以下の回転数の場合、制御装置３１は、イグニッションコイル１１から入力される信号により、ピストン１３の位置（マグネトロータ１０の位置）とエンジン１の回転数を演算し、掃気開口２３の開閉タイミング（開閉状態）を判定する。なお、この場合、制御装置３１は掃気開口２３の開閉状態を判定する掃気開口状態判定手段を構成する。そして、制御装置３１は、図５に示すように、掃気開口２３が開いてから所定期間、つまり掃気開口２３が開いている期間の前半、電磁石２９に通電してリード弁２７を電磁石２９に吸着させる。なお、電磁石２９に通電する所定期間の長さは、図５に矢印Ａで示すように、エンジン１の回転数に応じて、例えば、エンジン回転数が低い場合は通電時間が長くなる右側に、エンジン回転数が高い場合は通電時間が短くなる左側に移動するようにしてもよい。また、制御装置３１には、スロットルトリガ３（図１参照）の動作を検出するスロットルスイッチ（図示せず）が接続され、制御装置３１はスロットルスイッチが操作されていない場合にエンジン１がアイドリング状態であると判定するようにしてもよい。そして、エンジン１がアイドリング状態であると判定された場合に、制御装置３１は、掃気開口２３が開いてから所定期間、電磁石２９に通電してリード弁２７を吸着する。また、制御装置３１は、掃気開口２３が開口する回数の２回に１回の割合で、掃気開口２３が開口する期間中電磁石２９に通電を行い、リード弁２７を吸着させた状態に保持してもよい。なお、この場合、アイドリング中にエンジン１の回転数が、例えば２，０００ｒｐｍ以下の第３の所定値以下の回転数に低下した場合、制御装置３１は掃気開口２３が開口する回数の２回に１回の割合での電磁石２９への通電を解除する。

このように構成されたエンジン１によれば、エンジン１の回転数が過度に上昇して過回転の状態にある場合、制御装置３１は電磁石２９に通電し、リード弁２７が電磁石２９に吸着することでクランクケース側掃気通路２５が閉鎖される。このため、掃気開口２３が開いている状態であっても、クランク室２１内の混合気がクランケース側掃気通路２５からシリンダブロック側掃気通路２４へ流れず、混合気が掃気開口２３からシリンダボア１４に流入することを抑制することができる。そして、混合気がシリンダボア１４内に流入しないため、エンジン１の出力が低下し、速やかにエンジン１の回転数を低下させて過回転を効果的に抑制することができる。また、クランケース側掃気通路２５の閉鎖は、電磁石２９、リード弁２７、および、ストッパ２８から成る簡単な構成で行うことができるうえ、これらの構成はクランクケース２０とシリンダブロック６との接合部分のクランケース側掃気通路２５に設けられる。このため、組立てが容易となり、簡単な構造であることもあいまって製造コストを抑えることもできる。また、リード弁２７は、非通電磁であってもクランクケース側掃気通路２５からシリンダブロック側掃気通路２４に向かう気流のみ流す構成であるため、燃焼ガスのクランクケース２０側への逆流を効果的に抑制することができると共に、タイミングによっては非通電磁にも閉鎖状態に位置するため、電磁石によって閉鎖状態を維持するため吸着力を発生させれば良いため、必要な電力を最小源に抑えることができる。

また、エンジン１が通常運転している間は、制御装置３１は掃気開口２３が開いている期間の前半の所定期間、電磁石２９に通電してリード弁２７を電磁石２９に吸着させる。このため、リード弁２７が電磁石２９に吸着することでクランクケース側掃気通路２５が閉鎖され、掃気開口２３が開いている状態であっても、クランク室２１内の混合気がクランケース側掃気通路２５からシリンダブロック側掃気通路２４へ流れず、混合気が掃気開口２３からシリンダボア１４に流入することを抑制する一方、シリンダボア１４内の燃焼ガスを排気開口１８から流出させることができる。そして、所定期間経過後に制御装置３１は電磁石２９への通電を解除するので、クランク室２１内の混合気は、クランクケース側掃気通路２５からリード弁２７を通過してシリンダブロック側掃気通路２４に流れ、掃気開口２３からシリンダボア１４に流入する。したがって、図５の掃気口の状態を示す部分に点線で示すように、排気開口１８が開くタイミングに対して、クランクケース側掃気通路２５を閉鎖することで実質的に掃気開口２３が開くタイミングを遅らせることができる。そして、ピストン１３が下死点に向かう場合の排気開口１８と掃気開口２３の両方の開口の開き始めにおいて生じやすい、掃気開口２３から流入する混合気が排気開口１８から最短距離で流出してしまうショートパスを効果的に抑制し、混合気が燃焼せずに流出することによる排気ガス特性の悪化を効果的に抑制することができる。さらに、電磁石２９への通電期間は、エンジン１の回転数に応じて設定することができるので、エンジン１の回転数に応じた最適なタイミングで混合気をシリンダボア１４に供給することが可能となる。したがって、エンジン１の回転数に応じてショートパスを効果的に抑制し、排気ガス特性の悪化をより効果的に抑制することができる。

さらに、エンジン１がアイドリング中も、上述のように制御装置３１は、掃気開口２３が開いてから所定期間、電磁石２９に通電してリード弁２７を吸着する。このため、シリンダボア１４の燃焼ガスが排気開口１８から排出された後に混合気をシリンダボア１４に供給することが可能となり、掃気が完全に行われることで間欠燃焼が生じることを抑制することが可能となり、安定したアイドリング運転が可能となる。また、アイドリング中は、掃気開口２３が開口する回数の２回に１回の割合で、制御装置３１は掃気開口２３が開口する期間中電磁石２９に通電を行う。このため、アイドリング中の混合気の燃焼回数を減らすことが可能となり、排気ガスの排出量を低減して排気ガス特性を向上させることができるうえ、燃費を低減し、騒音を下げることができる。また、この状態でエンジン１の回転数が低下した場合には、制御装置３１は電磁石２９への通電を停止するので、エンジン１が停止することを抑制することもできる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、エンジン１は刈払機１００１に搭載されているが、このエンジン３は刈払機１００１への搭載に限られるものでは無く、チェンソーやコンクリートカッター等の他のエンジン作業機に搭載されてもよい。また、上述のエンジン１は、クランクケース２０にクランクケース側掃気通路２５が形成される構成であったが、例えば、シリンダブロック６にのみ掃気通路を形成し、この掃気通路に電磁石により開閉可能なリード弁を設ける構成としてもよい。さらに、リード弁２７は、磁性体材料から構成されるものとしたが、別体の磁性体が接着されているものであってもよく、この場合、リード弁側にコイル等の電磁石が貼り付けられ、掃気通路に磁性体材料を設ける構成としてもよい。

１エンジン
６シリンダブロック
９クランク軸
１０マグネトロータ
１１イグニッションコイル（運転状態検出手段）
１３ピストン
１４シリンダボア
１５吸気通路
１６吸気開口
１７排気通路
１８排気開口
２０クランクケース
２１クランク室
２３掃気開口
２４シリンダブロック側掃気通路(掃気通路)
２５クランクケース側掃気通路(掃気通路)
２６クランク室側掃気開口
２７リード弁（制御弁）
２８ストッパ
２９電磁石
３１制御装置（制御手段）

Claims

シリンダボアの内周壁に設けられ、前記シリンダボア内を往復動するピストンによりそれぞれ開閉する排気開口および掃気開口と、
前記掃気開口とクランク室とを接続する掃気通路と、
前記掃気通路に設けられ、前記掃気通路の開閉を行う制御弁と、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態の検出結果に基づいて前記掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする２サイクルエンジン。
前記運転状態検出手段は、前記２サイクルエンジンの回転数を検出し、
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により所定以上のエンジン回転数が検出された場合に、前記掃気通路を閉じる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジン。
前記制御手段は、前記掃気開口が開口する間、所定期間掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の２サイクルエンジン。
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記掃気開口の開閉状態を判定する掃気開口状態判定手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記掃気開口状態判定手段の判定結果に基づいて前記掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の２サイクルエンジン。
前記制御手段は、前記掃気開口状態判定手段の判定結果に基づいて、前記掃気開口が開口する間、掃気開口が開いてから所定期間前記掃気通路を閉じるよう前記制御弁を制御する、
ことを特徴とする請求項４に記載の２サイクルエンジン。
前記制御手段は、前記所定期間をエンジン回転数に基づいて変化させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の２サイクルエンジン。
前記制御弁は、非通電時に前記掃気通路を前記クランク室から前記掃気開口に向かう気流のみ流すとともに、通電時に前記掃気通路を閉じる、リード弁である、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の２サイクルエンジン。
前記リード弁は磁性を有し、
通電時に前記リード弁を吸着して前記掃気通路を閉じる電磁石をさらに備え、
前記制御手段は前記電磁石の通電を制御する、
ことを特徴とする請求項７に記載の２サイクルエンジン。
前記リード弁は、開度を制限するストッパを備える、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の２サイクルエンジン。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の２サイクルエンジンを備える、
ことを特徴とするエンジン作業機。