JP2014152606A - エンジンおよびエンジン作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止後における気化器内の燃料残留量をなるべく少なくする。
【解決手段】燃料タンク１６から供給される燃料と空気とを混合する気化器１３を備えたエンジン４であって、燃料タンク１６と気化器１３とを接続する燃料供給通路２０および燃料戻し通路２１と、燃料供給通路２０を介して燃料タンク１６内の燃料を気化器１３へ供給する手動ポンプ２２と、燃料戻し通路２１を介して気化器１３内の燃料を燃料タンク１６へ戻すとともに、燃料戻し通路２１を介して気化器１３内に空気を供給する電動ポンプ２３と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン、特に刈払機、チェンソー、カッター等のエンジン作業機に用いるのに適したエンジンに関する。

上記のようなエンジン作業機に搭載されるエンジンには、燃料を霧状にして空気と混合させる気化器を備えているものが多い。かかる気化器には極めて細い燃料通路（例えば、直径０．５ｍｍ前後）が多数設けられていたり、ゴム部品が使われていたりする。よって、気化器内に燃料が残留した状態で長期間放置すると、劣化した燃料がゴム部品を変質させる虞がある。また、燃料に含まれるガム質が固化して燃料通路を詰まらせる虞もある。このため、エンジン作業機の使用後には、気化器内の燃料を抜き取る必要があった。具体的には、燃料タンク内の燃料を抜き取った後にエンジンを再始動させ、気化器内の燃料がなくなるまでエンジンを運転させ続ける必要があった。しかし、上記のような燃料の抜き取り作業は非常に面倒であり、燃料の抜き取り作業を怠る作業者も少なくなかった。

そこで、特許文献１には、燃料供給通路を利用して気化器内に空気を導入し、該気化器内に残留している燃料を燃料タンクに回収するシステムが記載されている。

特開２００６−００２６９７号公報

特許文献１に記載されているシステムでは、気化器の燃料室に残留している燃料は回収されるが、燃料室と燃料ノズルとを接続する燃料通路や燃料ノズルなどに残留している燃料は回収されなかった。このため、上記燃料通路や燃料ノズルなどに残留した燃料の劣化や変質によって、上記燃料通路や燃料ノズルが詰まる虞があった。

本発明の目的は、エンジン停止後における気化器内の燃料残留量をなるべく少なくすることである。

本発明のエンジンは、燃料タンクから供給される燃料と空気とを混合する気化器を備えたエンジンであって、前記燃料タンクと前記気化器とを接続し、前記燃料タンク内の燃料を前記気化器へ供給する燃料供給通路と、前記燃料タンクと前記気化器とを接続し、前記気化器内の燃料を前記燃料タンクへ戻す燃料戻し通路と、前記燃料戻し通路を介して前記気化器内に流体を供給する輸送部と、を有する。

本発明の一態様では、前記気化器は、燃料と空気とが混合される吸気通路と、該吸気通路に開口する燃料ノズルと、燃料が貯留される燃料室と、前記燃料ノズルと前記燃料室とを連通させる通路とを備え、前記燃料室へ前記流体が供給される。

本発明の他の態様では、前記燃料室から前記燃料ノズルへの流体の流れは許容するが、前記燃料ノズルから前記燃料室への流体の流れは許容しない逆止弁が前記通路に設けられる。

本発明の他の態様では、前記輸送部は、前記燃料戻し通路上に配置される。

本発明の他の態様では、前記輸送部は、前記気化器内の燃料を前記燃料タンクへ戻した後に、前記気化器内に流体を供給する。

本発明の他の態様では、前記輸送部が電動ポンプである。

本発明のエンジン作業機は、上記いずれかの態様のエンジンを駆動源とする。

本発明によれば、エンジン停止後における気化器内の燃料残留量をなるべく少なくすることができる。

本発明が適用された刈払機の一例を示す斜視図である。 エンジンの構造を示す断面図である。 気化器の構造を示す断面図である。 切替弁の構造を示す断面図である。 切替弁の構造を示す断面図であって、図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 電動ポンプおよびソレノイドに関する制御ブロック図である。 エンジン始動前における気化器への燃料供給径路を示す断面図である。 エンジン停止後における気化器からの燃料回収径路を示す断面図である。 エンジン停止後における燃料タンクから気化器への空気供給径路を示す断面図である。 気化器に供給された空気の流れを示す断面図である。 エンジンスイッチ，電動ポンプおよびソレノイドの動作タイミングを示す図である。

図１に示される刈払機１は、パイプ状の操作桿２と、操作桿２の一端（先端）に設けられた回転刃３と、操作桿２の他端（後端）に設けられた駆動源としてのエンジン４と、操作桿２の略中央に設けられたハンドル５と、回転刃３の近傍に設けられた保護カバー６とを有する。

ハンドル５は、操作桿２から該操作桿２の軸線に対して互いに反対方向へ向けて延びる２つのハンドル片５Ｒ，５Ｌから構成されている。各ハンドル片５Ｒ，５Ｌの一方の端部にはグリップ７Ｒ，７Ｌがそれぞれ設けられており、一方のハンドル片５Ｒに設けられているグリップ７Ｒの近傍には、エンジン４の回転数を手動でコントロールするためのスロットルレバー８が設けられている。

刈払機１を使用する作業者は、自分の右側に刈払機１を構え、右手でグリップ７Ｒを掴み、左手でグリップ７Ｌを掴んで操作桿２を左右に振りながら刈り払い作業を行う。このとき、作業者から見て左側へ操作桿２が振られたときに回転刃３による刈り払いが行われる。もっとも、回転刃３の回転方向や刃の向きによっては、作業者から見て右側へ操作桿２が振られたときに回転刃３による刈り払いが行なわれる場合もある。

エンジン４の駆動力は、操作桿２に内挿されている不図示のドライブシャフトおよび操作桿２の先端に設けられている不図示のギヤを介して回転刃３に伝達される。

主に図２に示されるように、エンジン４は、シリンダ１０、クランクケース１１、シリンダ１０の吸気ポート１０ａにインシュレータ１２を介して接続された気化器（本実施形態ではダイヤフラム式気化器）１３、シリンダ１０の排気ポート１０ｂに接続されたマフラ１４を備えている。また、気化器１３を挟んでシリンダ１０と反対側にはエアクリーナ１５が配置されており、このエアクリーナ１５によって浄化された空気が気化器１３に供給される。気化器１３に供給された空気は、気化器１３内で燃料と混合されて混合気となり、吸気ポート１０ａからシリンダ１０内に流入する。また、クランクケース１１の下方には燃料タンク１６が配置され、クランクケース１１の背後には不図示の始動装置が配置されている。さらに、シリンダ１０はシリンダカバー１７に覆われており、マフラ１４はマフラカバー１８に覆われている。

気化器１３と燃料タンク１６は燃料供給通路２０および燃料戻し通路２１を介してそれぞれ接続されており、燃料戻し通路２１の途中には、第１輸送部としての手動ポンプ２２と第２輸送部としての電動ポンプ２３とが設けられている。具体的には、燃料戻し通路２１は、一端が気化器１３に接続された第１共通通路２１ａと、一端が燃料タンク１６に接続された第２共通通路２１ｂと、第１共通通路２１ａから分岐して第２共通通路２１ｂにおいて合流する第１分岐通路２１ｃおよび第２分岐通路２１ｄと、から構成され、第１分岐通路２１ｃに手動ポンプ２２が設けられ、第２分岐通路２１ｄに電動ポンプ２３が設けられている。すなわち、手動ポンプ２２および電動ポンプ２３は並列に設けられている。なお、燃料供給通路２０および燃料戻し通路２１（第１共通通路２１ａ，第２共通通路２１ｂ，第１分岐通路２１ｃ，第２分岐通路２１ｄ）は、チューブやパイプなどによって形成されている。

図３に示されるように、気化器１３の上部には膜弁ポンプ、すなわちダイヤフラムポンプ３０が設けられている。このダイヤフラムポンプ３０は、ダイヤフラム３０ａによって仕切られたポンプ室３０ｂとパルス室３０ｃとを備えており、ポンプ室３０ｂが燃料供給通路２０を介して燃料タンク１６（図２）に接続されている。

気化器１３の下部には燃料室３１が設けられており、この燃料室３１と燃料タンク１６（図２）とが燃料戻し通路２１を介して接続されている。具体的には、気化器１３の燃料室３１に、第１共通通路２１ａ（図２）の一端が接続されている。

なお、燃料室３１の下には大気室３２が設けられており、燃料室３１と大気室３２とはダイヤフラム３３によって仕切られている。換言すれば、燃料室３１と大気室３２とはダイヤフラム３３を介して隣接している。大気室３２の底面には大気連通孔３２ａが設けられており、大気室３２は常に大気圧と同一または略同一に維持される。

気化器１３のダイヤフラムポンプ３０は、エンジン４（図２）から生じる脈動圧によって駆動され、燃料供給通路２０を介して燃料タンク１６（図２）内の燃料を吸い出す。具体的には、ダイヤフラムポンプ３０のパルス室３０ｃがパルス通路を介してエンジン４のクランクケース１１（図２）に接続されている。

気化器１３の燃料室３１内にはメタリングレバー３４が回動可能に設けられている。メタリングレバー３４の一端は、燃料室３１と大気室３２とを隔てているダイヤフラム３３に接続され、他端は調整弁としてのニードルバルブ３５に接続されている。すなわち、ダイヤフラム３３とニードルバルブ３５とはメタリングレバー３４を介して接続されており、ニードルバルブ３５はダイヤフラム３３に連動する。具体的には、燃料室３１内の燃料が消費されて減少すると、ダイヤフラム３３が大気圧によって上昇する。すると、ダイヤフラム３３に接続されているメタリングレバー３４の一端は上昇し、ニードルバルブ３５に接続されているメタリングレバー３４の他端は降下する。これによりニードルバルブ３５が引き下げられ、ダイヤフラムポンプ３０のポンプ室３０ｂと燃料室３１とが連通し、ポンプ室３０ｂから燃料室３１へ燃料が供給される。燃料室３１に燃料が供給されると、ダイヤフラム３３が大気圧に抗して降下する。すると、ダイヤフラム３３に接続されているメタリングレバー３４の一端は降下し、ニードルバルブ３５に接続されているメタリングレバー３４の他端は上昇する。これによりニードルバルブ３５が押し上げられ、ポンプ室３０ｂと燃料室３１との連通が遮断され、ポンプ室３０ｂから燃料室３１への燃料供給が停止される。

気化器１３の中央（ダイヤフラムポンプ３０と燃料室３１との間）には、吸気通路３６が設けられている。また、吸気通路３６と燃料室３１との間には、第１燃料ノズル３７ａおよび第２燃料ノズル３７ｂが設けられている。これら第１燃料ノズル３７ａおよび第２燃料ノズル３７ｂは、吸気通路３６内の混合気の流れ方向に沿ってこの順で設けられている。さらに、第１燃料ノズル３７ａは第１通路３８ａを介して燃料室３１に連通し、第２燃料ノズル３７ｂは第２通路３８ｂを介して燃料室３１に連通している。また、第１通路３８ａと第２通路３８ｂの合流部には、逆止弁３９が設けられている。この逆止弁３９は、燃料室３１から燃料ノズル３７ａ，３７ｂへ向かう流体（燃料および空気）の流れは許容するが、逆向きの流れは許容しない。さらに、第１通路３８ａには第１調整ネジ４０ａが設けられ、第２通路３８ｂには第２調整ネジ４０ｂが設けられている。これら調整ネジ４０ａ，４０ｂにより、通路３８ａ，３８ｂの流路面積がそれぞれ調整される。吸気通路３６内であって、第１燃料ノズル３７ａの近傍には第１スロットル弁としてのチョークバルブ４１ａが設けられ、第２燃料ノズル３７ｂの近傍には第２スロットル弁としてのスロットルバルブ４１ｂが設けられている。

上記のような構造を備えた気化器１３においては、燃料室３１から吸気通路３６に供給される燃料の量は、燃料ノズル３７ａ，３７ｂの近傍の圧力と燃料室３１の圧力との差によって専ら決定される。第１燃料ノズル３７ａは、主にバルブ４１ａ，４１ｂが全開位置にあるときに燃料供給手段として機能する。具体的には、燃料室３１の圧力Ｐと、第１燃料ノズル３７ａが設けられている吸気通路３６の絞り部近傍における圧力Ｐ１との差によって、燃料室３１に貯留されている燃料が第１燃料ノズル３７ａを介して吸気通路３６に吸い出される。一方、第２燃料ノズル３７ｂは、主にバルブ４１ａ，４１ｂがアイドリング位置にあるときに燃料供給手段として機能する。具体的には、燃料室３１の圧力Ｐと、スロットルバルブ４１ｂと吸気通路３６との間の隙間における圧力Ｐ２との差によって、燃料室３１に貯留されている燃料が第２燃料ノズル３７ｂを介して吸気通路３６に吸い出される。

再び図２を参照すると、手動ポンプ２２は、流入ポートおよび流出ポートを備えたポートブロック２２ａと、ポートブロック２２ａに固定され、該ポートブロック２２ａとの間にポンプ室２２ｂを形成するポンプ部材２２ｃとを有する。ポートブロック２２ａの流入ポートは、第１分岐通路２１ｃの上流側および第１共通通路２１ａを介して気化器１３の燃料室３１に接続されている。一方、ポートブロック２２ａの流出ポートは、第１分岐通路２１ｃの下流側および第２共通通路２１ｂを介して燃料タンク１６に接続されている。ポンプ部材２２ｃはゴムなどの弾性体によって形成されており、押圧されると弾性変形してポンプ室２２ｂを収縮させ、押圧が解除されると元の形状に復元してポンプ室２２ｂを拡張させる。ポンプ室２２ｂには逆止弁が設けられており、ポンプ室２２ｂが拡張するときには、気化器１３の燃料室３１内の空気または燃料が第１共通通路２１ａおよび第１分岐通路２１ｃの上流側を介してポンプ室２２ｂに吸い込まれる。一方、ポンプ室２２ｂが収縮するときには、ポンプ室２２ｂ内の空気または燃料が第１分岐通路２１ｃの下流側および第２共通通路２１ｂを介して燃料タンク１６に送られる。

燃料供給通路２０の一端は、燃料タンク１６内に設けられている中継通路２４を介して燃料フィルタ２５に接続されている。さらに、燃料供給通路２０と中継通路２４との間には切替弁５０が介在している。図４に示されるように、切替弁５０は、燃料供給通路２０と中継通路２４とを連通させる通路５１と、通路５１から分岐し、通路５１を燃料タンク１６の内部空間に連通させる通路５２とが形成された弁ケース５３を有する。通路５２の端部は、燃料タンク１６の最上部において燃料タンク１６の内部空間に連通しており、通路５２の開口端は、燃料タンク１６に規定量以下の燃料が入れられている状態では、常に油面２６よりも上方に位置する。以下の説明では、便宜上、燃料タンク１６内の油面２６よりも上方の空間を“空気部５４”と呼ぶ。

弁ケース５３の内部には、図５に示される矢印ａ−ｂ方向に往復移動して通路５２を開閉する棒状の弁体５５と、弁体５５を矢印ａ方向に付勢するスプリング５６と、弁体５５をスプリング５６の付勢に抗して矢印ｂ方向に移動させるソレノイド５７とが収容されている。ソレノイド５７に通電されていない状態では、弁体５５はスプリング５６の付勢によって通路５２に進入し、通路５２を閉じる。一方、ソレノイド５７に通電されている状態では、弁体５５はスプリング５６の付勢に抗して通路５２から退避し、通路５２を開く。図４に示されるように、通路５２が開かれると、通路５２，５１を介して燃料タンク１６の空気部５４と燃料供給通路２０とが連通される。すなわち、通路５２，５１は、燃料供給通路２０に空気を供給する空気導入通路として機能する。

図５に示されるソレノイド５７および図２に示される電動ポンプ２３は、図６に示される制御回路６０によって制御される。制御回路６０にはスイッチ６１および電池６２が接続されており、スイッチ６１がＯＮされると、電池６２から制御回路６０へ電力が供給される。電力供給を受けた制御回路６０は、所定のタイミングで電動ポンプ２３およびソレノイド５７を作動および停止させる。スイッチ６１は不図示のエンジンスイッチと連動しており、エンジンスイッチがＯＦＦされると（エンジンが停止されると）同時に自動的にＯＮされる。すなわち、ソレノイド５７および電動ポンプ２３はエンジンが停止されている状態であっても作動可能である。

なお、図２に示される燃料フィルタ２５には不図示のウエイトが取り付けられており、燃料タンク１６の姿勢に関わらず、燃料フィルタ２５が常に油面２６よりも下に位置するように重量が調整されている。もっとも、燃料フィルタ２５を燃料よりも比重の重い材料によって形成することによって重量を調整してもよい。また、図２に示される中継通路２４はチューブやパイプなどによって形成されている。

次に、上記構成を備えたエンジン４の動作について主に図７，図８を参照して説明する。まず、エンジン４の始動前における動作について説明する。

図７に示される手動ポンプ２２が作業者によって操作されると、燃料タンク１６内の燃料が燃料供給通路２０を介して気化器１３に供給される。具体的には、手動ポンプ２２のポンプ部材２２ｃが押圧されてポンプ室２２ｂが収縮すると、ポンプ室２２ｂ内の空気が第１分岐通路２１ｃの下流側および第２共通通路２１ｂを介して燃料タンク１６内に排出される。その後、ポンプ部材２２ｃに対する押圧が解除されポンプ室２２ｂが拡張すると、気化器１３の燃料室３１内の空気が第１共通通路２１ａおよび第１分岐通路２１ｃの上流側を介してポンプ室２２ｂに吸い込まれる。その後もポンプ室２２ｂの収縮および拡張が繰り返されると、やがて燃料タンク１６内の燃料が燃料供給通路２０を介してダイヤフラムポンプ３０のポンプ室３０ｂ（図３）に導入され、さらには燃料室３１にも導入される。

その後、不図示の始動装置の始動ハンドルが作業者によって引っ張られると、燃料室３１から吸気通路３６に引き出された燃料と空気とが混合されて混合気が生成されるとともに、生成された混合気がシリンダ１０に供給される。同時に、適切なタイミングにおいてシリンダ１０内で火花が発生し、混合気が燃焼する。以上のようにしてエンジン４が始動される。

次に、エンジン４の停止後における動作について説明する。作業者によってエンジンスイッチがＯＦＦされると同時に、図６に示されるスイッチ６１がＯＮされ、電池６２から制御回路６０に電力が供給される。電力の供給を受けた制御回路６０は、電動ポンプ２３およびソレノイド５７を同時に作動させる。具体的には、ソレノイド５７に通電して図４に示される弁体５５を移動させるとともに、図６に示される電動ポンプ２３を正転させる。弁体５５が移動すると、図８に示される切替弁５０によって空気導入通路と燃料供給通路２０とが連通される。具体的には、図４に示される弁体５５が通路５２から退避し、通路５２，５１を介して燃料タンク１６の空気部５４と燃料供給通路２０とが連通される。すると、図８に示されるように、正転する電動ポンプ２３によって燃料タンク１６内の流体（空気）が燃料供給通路２０を介してポンプ室３０ｂ（図３）および燃料室３１に導入されるとともに、ポンプ室３０ｂおよび燃料室３１に残留していた燃料が燃料戻し通路２１を介して燃料タンク１６に回収される。具体的には、ポンプ室３０ｂおよび燃料室３１に残留していた燃料は、第１共通通路２１ａ、第２分岐通路２１ｄの上流側、電動ポンプ２３、第２分岐通路２１ｄの下流側、第２共通通路２１ｂを介して燃料タンク１６に戻される。所定時間が経過すると、図６に示される制御回路６０は、電動ポンプ２３を停止させるとともに、ソレノイド５７への通電を遮断する。

さらに所定時間が経過すると、制御回路６０は電動ポンプ２３を逆転させる。すると、図９に示されるように、燃料戻し通路２１（第２共通通路２１ｂ，第２分岐通路２１ｄ，第１共通通路２１ａ）を介して、燃料タンク１６内の流体（空気）が気化器１３の燃料室３１に導入される。図１０を参照する。気化器１３の燃料室３１では、燃料の減少または圧力の低下によってダイヤフラム３３が上昇しない限りニードルバルブ３５が開くことはないので、燃料室３１に導入された空気は逆止弁３９を通過する。逆止弁３９を通過した空気の一部は、第１通路３８ａおよび第１燃料ノズル３７ａを経由して吸気通路３６に流出する。また、逆止弁３９を通過した空気の他の一部は、第２通路３８ｂおよび第２燃料ノズル３７ｂを経由して吸気通路３６に流出する。このとき、第１通路３８ａおよび第１燃料ノズル３７ａ並びに第２通路３８ｂおよび第２燃料ノズル３７ｂに残留していた燃料が空気と一緒に吸気通路３６に排出される。図６に示される制御回路６０は、電動ポンプ２３を所定時間逆転させた後、電動ポンプ２３を停止させる。これまでに説明したエンジンスイッチ、電動ポンプ２３およびソレノイド５７の動作タイミングを図１１に示す。

以上のように、本実施形態にかかるエンジンでは、燃料が回収された気化器内に燃料戻し通路を介して流体（例えば空気）が供給され、気化器内の通路や燃料ノズルに残留している燃料が吸気通路へ排出される。よって、気化器内の通路や燃料ノズルなどに残留した燃料の劣化や変質によって、これら通路や燃料ノズルが詰まる虞がない。

さらに、本実施形態にかかるエンジンでは、エンジン始動前における燃料タンクから気化器への燃料供給は手動式の第１輸送部によって行なわれ、エンジン停止後における気化器から燃料タンクへの燃料回収は電動式の第２輸送部によって行われる。よって、エンジン始動前の待機時間を短縮するために第２輸送部の容量を増大させる必要はない。したがって、小型で安価な電動ポンプによって第２輸送部を構成することができる。さらに、第２輸送部が作動するのは燃料回収の際だけなので、容量の小さな電池によって第２輸送部の電源を構成することもできる。

また、本実施形態のように、第１輸送部および第２輸送部を燃料戻し通路上に並列に設けると、気化器と燃料タンクとの間の通路構成がシンプルになり、通路を形成するパイプやチューブの接続作業が容易になる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明は刈払機以外のエンジン作業機に適用することが可能であり、例えば、チェンソーやカッターなどに適用することができる。

４ エンジン
５ ハンドル
１０ シリンダ
１１ クランクケース
１３ 気化器
１４ マフラ
１６ 燃料タンク
２０ 燃料供給通路
２１ 燃料戻し通路
２１ａ 第１共通通路
２１ｂ 第２共通通路
２１ｃ 第１分岐通路
２１ｄ 第２分岐通路
２２ 手動ポンプ
２３ 電動ポンプ
３０ ダイヤフラムポンプ
３１ 燃料室
３６ 吸気通路
３７ａ 第１燃料ノズル
３７ｂ 第２燃料ノズル
３８ａ 第１通路
３８ｂ 第２通路
３９ 逆止弁
５０ 切替弁

Claims (7)

1. 燃料タンクから供給される燃料と空気とを混合する気化器を備えたエンジンであって、
   前記燃料タンクと前記気化器とを接続し、前記燃料タンク内の燃料を前記気化器へ供給する燃料供給通路と、
   前記燃料タンクと前記気化器とを接続し、前記気化器内の燃料を前記燃料タンクへ戻す燃料戻し通路と、
   前記燃料戻し通路を介して前記気化器内に流体を供給する輸送部と、を有する、エンジン。
2. 前記気化器は、燃料と空気とが混合される吸気通路と、該吸気通路に開口する燃料ノズルと、燃料が貯留される燃料室と、前記燃料ノズルと前記燃料室とを連通させる通路と、を備え、
   前記燃料室へ前記流体が供給される、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記通路に設けられ、前記燃料室から前記燃料ノズルへの流体の流れは許容するが、前記燃料ノズルから前記燃料室への流体の流れは許容しない逆止弁を有する、請求項２に記載のエンジン。
4. 前記輸送部は、前記燃料戻し通路上に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジン。
5. 前記輸送部は、前記気化器内の燃料を前記燃料タンクへ戻した後に、前記気化器内に流体を供給する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジン。
6. 前記輸送部が電動ポンプである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジン。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンを駆動源とする、エンジン作業機。

Images