JP2014199044A - ガスエンジン及びガスエンジン作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】家庭用カセットボンベを使用したガスエンジンにおいて、ソレノイドバルブを用いた燃料供給器を用いて作業機を安価で軽量に製造する。【解決手段】ガスエンジンにおいてレギュレータやエバポレータを用いずに、エアフィルタから燃焼室に至る吸入通路内にガスボンベから送られる液化ガスを液体のまま供給する燃料供給器４０を採用した。燃料供給器４０は、第１の空間４３ａと吸入通路に隣接して設けられる第２の空間４３ｂを画定するプランジャケース４１と、軸方向一端側に移動した際に第１と第２の空間４３ａ、４３ｂを連通させて第２の空間４３ａと吸入通路を遮断させ、軸方向他端側に移動した際に第１と第２の空間４３ａ、４３ｂを遮断させて第２の空間４３ｂと吸入通路を連通させるプランジャ４４により構成される。プランジャ４４はコイル５０への通電によって駆動され、その移動によってり所定量の燃料が吸気通路内に供給される。【選択図】図３

Description

本発明は、ガスエンジン、特に液化燃料を充填したカセット式ガスボンベを使用する刈払機等に用いられるガスエンジン及びこれを用いたガスエンジン作業機に関する。

例えば、特許文献１に示すように、液化石油ガスを充填したカセット式ガスボンベを使用するガスエンジンが知られている。図１０は、カセット式ガスボンベに充填された液化石油ガス（ＬＰＧ）等を燃料とする２サイクル式のガスエンジンを搭載した刈払機１００１の全体を示す斜視図である。刈払機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の後端にガスエンジンが取り付けられる。ガスエンジンの出力は、操作桿１００２内に挿通させた図示しないドライブシャフトを介して回転刃１００３に供給される。操作者は操作桿１００２に取り付けられたハンドル１００４を把持して刈払機１００１を操作する。カセット式のガスボンベ１００５はガスボンベケースに収容される。ガスボンベ１００５は、一般的には液化ブタンが使用されているものが多く、ガソリン等の燃料と比べて入手が容易であり持ち運びや保管も容易にできる。ガスエンジンは、カセットボンベ内の液化ガスを吸い上げ、熱交換機構で液化ガスに熱を加えて気化させ、調圧器で気化ガスの圧力を調整してからシリンダ燃料室に燃料として供給する。熱交換機構としては、燃料通路の一部をシリンダの近傍に配置してベーパライザ部とし、シリンダの熱を用いて液体燃料を燃料通路内で気化させて気体のガスを周知のレギュレータ（調圧器）に送出する。

特開平７−３４９８０号公報

ガスエンジン作業機は液化ガスを気化する熱交換機構や気化ガスの圧力を調整する調圧器を備えているが、これらの機能は高価であり製造コストが上昇する上に、機構が複雑であるために作業機の質量が増える点が問題であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、熱交換機構や調圧器を使用しない、安価で軽量なガスエンジン及びガスエンジン作業機を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、低温時においても始動性が良く、操作性の良いガスエンジン及びガスエンジン作業機を提供することを目的とする。

本発明のさらに他の目的は、カセット式ガスボンベを初めてセットした時においても安定して作動するガスエンジン及びガスエンジン作業機を提供することを目的とする。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、クランクケースと、クランクケースに取り付けられピストンが往復移動するシリンダと、シリンダ内の燃焼室に吸入される空気を濾過するエアフィルタと、エアフィルタから燃焼室に至る吸入通路と、液化ガスを充填した着脱式のガスボンベが取付けられるものであってガスボンベから液化ガスを取り出すためのソケットと、ソケットから送られる液化ガスを所定単位ずつ液体のまま吸入通路に供給する燃料供給器と、燃料供給器による燃料の供給を制御する制御装置を備え、ガスボンベから液体のまま燃料を取り出し計量する機能とエンジンの燃料通路に燃料を液体の状態で供給する機能を備えた燃料供給器を採用した。燃料供給器は電磁バルブを有し、制御装置は電磁バルブを、ピストンの一回転毎に一回以上の開閉操作をする。

本発明の他の特徴によれば、電磁バルブは、ソケットに接続される第１の空間と吸入通路に隣接して設けられる第２の空間を有するプランジャケースと、プランジャケース内において軸方向に移動するプランジャを有し、プランジャは、軸方向一端側に移動した際に第１と第２の空間を連通させ且つ第２の空間と吸入通路を遮断させ、軸方向他端側に移動した際に第１と第２の空間を遮断させ且つ第２の空間と吸入通路を連通させる。プランジャには、軸方向他端側から貫通する軸方向孔と、軸方向孔と垂直方向に延びるように接続される径方向孔が形成され、これらの孔（通路）を通って第２の空間から吸入通路に液化ガスが吸引される。プランジャは永久磁石を含んで構成され、ソケットの外周側からプランジャの移動空間に磁界を形成するためのコイルを設けた。

本発明のさらに他の特徴によれば、制御装置はコイルへの通電を制御し、スロットル開度及び／又はエンジン回転数に応じてコイルへの通電を制御する。吸入通路は、エアフィルタを取り付ける容器とシリンダの間に設けられるインシュレータによりその一部が形成され、プランジャの他端がインシュレータ内の通路に露出するように燃料供給器がインシュレータに取り付けられる。

請求項１の発明によれば、ソケットに装着されたガスボンベから送られる液化ガスを所定単位ずつ液体のままエンジンの吸入通路に供給するので、気化器の使用やベーパライザを省略することができガスエンジン作業機を安価かつ軽量に提供できる。また、カセット式のガスボンベはガソリン等の燃料と比べて入手が容易であり、持ち運びや保管も容易にできるので、大変使いやすいガスエンジンを実現できる。また、カセットガスの種類を適切に選択することで寒冷時においてもエンジン動作が容易なガスエンジンを実現できる。
請求項２の発明によれば、制御装置は電磁バルブを、ピストンの一回転毎に一回以上の開閉操作をするので、電磁バルブの開閉回数によりエンジンに供給する燃料の量を調整することができる。また、電磁バルブの開動作１回あたりで供給される燃料の量が制限されるので燃料の無駄使いを省き効率の良い運転を行うことができる。
請求項３の発明によれば、プランジャは、軸方向一端側又は他端側に移動した際に、第２の空間と第１の空間、又は第２の空間と吸入通路のいずれか一方だけを択一的に連通させるので、第１の空間が直接吸入通路と連通されることを防止でき、安全性の高いガスエンジンを実現できる。
請求項４の発明によれば、プランジャに形成された軸方向孔と径方向孔により、第２の空間から吸入通路に液化ガスが吸引されるので、プランジャを動かすだけで容易に燃料供給通路を開閉することができ、シンプルかつ信頼性の高い燃料供給器を有するガスエンジンを実現できる。
請求項５の発明によれば、プランジャは永久磁石とコイルを含む単純な構成であるので、製造コストが安い上に信頼性が高い燃料供給器を有するガスエンジンを実現できる。
請求項６の発明によれば、制御装置はコイルへの通電を制御し、スロットル開度及び／又はエンジン回転数に応じてコイルへの通電を制御するので、エンジンの回転数を電子的に制御できて精度の良い回転数制御を行うことができ、エンジンの要求に見合ったガスを精度良くシリンダ内に供給することができる。
請求項７の発明によれば、プランジャの他端がインシュレータ内の通路に露出するように燃料供給器がインシュレータに取り付けられるので、従来のシリンダやクランクケースをなんら改造すること無く本願発明のガスエンジンを容易に実現することができる。
請求項８の発明によれば、請求項１から７のいずれか一項に記載のガスエンジンによって駆動される作業機器としたので、入手が容易なガスボンベを用いて、持ち運びや保管が容易な、安価且つ軽量なガスエンジン作業機を実現できる。

本発明の実施例に係るガスエンジン１の内部構造を示す縦断面図である。 本発明の実施例に係るガスエンジン１の外観形状を示す側面図である。 図１の燃料供給器４０の内部構造を示す縦断面図である（プランジャ非動作状態）。 図３の燃料供給器４０のプランジャケース４１とプランジャ４４の単体形状を示す縦断面図である。 図１の燃料供給器４０の動作状態を示す縦断面図である（プランジャ移動中）。 図１の燃料供給器４０の動作状態を示す縦断面図である（燃料供給中）。 本発明の実施例における燃料供給のタイミング図である。 本実施例のエンジンの制御回路図である。 本発明の第２の実施例による燃料供給のタイミング図である。 ガスエンジンを搭載したガスエンジン作業機（刈払機）の外観形状を示す斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図１に示す方向であるとして説明する。

図１においてガスエンジン１は、エンジン本体部と、エンジン本体部に取り付けられる吸気装置、排気装置、エンジンを保持するケース等の周辺装置により主に構成される。エンジン本体部は、上部に点火プラグ７が取付けられたシリンダ３と、シリンダ３を上部に固定するためのクランクケース２と、シリンダ３内で往復移動するピストン５により主に構成される。クランクケース２はカウンターウェイト９を収容する空間（クランク室１７）であって、クランク軸６の前後方向に２分割できるように構成される。クランクケース２の下部からシリンダ３との接合面にかけては掃気通路１２が形成される。シリンダ３はピストン５を往復移動させる空間を確定するものであって、その円筒状の空間の周囲には径方向外側に延在する複数の冷却用のフィン（放熱フィン）が設けられる。本実施例では、シリンダ３の構成要素のうち、シリンダ本体円筒部、ヘッド部分、放熱フィンが、例えばアルミニウム合金の一体鋳造で形成され、シリンダ３の上部には点火プラグ７が取り付けられる。

シリンダ３は図示しない冷却ファンによって起こされる冷却風によって冷却されるものであって、いわゆる強制空冷方式が採用されると好ましい。冷却ファンは、フライホイール（図示せず）と一体的に形成されるものであって、フライホイールに複数のフィンを設けることによって形成される。フライホイールは、クランクケース２から外部に延びるクランク軸（出力軸）６に取り付けられるもので、間欠的に発生する混合気の燃焼による回転むらを小さくするために設けられる回転慣性質量である。フライホイールの前端側には、図示しない遠心クラッチ機構が設けられ、遠心クラッチ機構を介してガスエンジン１の回転力が回転刃１００３（図１０参照）に伝達される。遠心クラッチは、図示しないクランクシャフトの回転数が一定以上になると遠心力によってクラッチが接続される構造であり、遠心式の揺動子と、揺動子を収納するとともに駆動軸側に連結したカップ状のクラッチドラムを用いて構成される。ここでフライホイールは磁石を内蔵しマグネトーとして構成されていても良い。

シリンダ３の内部でピストン５が往復移動して混合気の燃焼後の高温のガスが排気ポート１３を介して排出されるため、マフラー１５を設けて排気音を低減させると共に、作業者が熱せられたマフラー１５に直接触れないようにマフラーカバー２２が設けられる。シリンダ３の吸気ポート１１には、インシュレータ３０を介して混合器３５が接続される。混合器３５は、空気と２サイクルオイルを混合するためのものである。混合器３５の他端側にはエアフィルタ３４を収容するためのエアクリーナボックス３２が接続される。エアクリーナボックス３２はベース部材３２ａとカバー部材３２ｂを含んで構成されるものであって、所定の内部容量を有し、吸入音を低減させると共に吸入される空気に含まれる塵埃をろ過する。エアクリーナボックス３２の下方にはオイルタンク２５が設けられる。本実施例によるガスエンジン１は２サイクルエンジンであり、エンジン本体部の内部の潤滑のためのオイルは、燃料たる液化ガスと別々に給油されるもので、いわゆる分離給油方式が採用される。

ガスエンジン１の側部には燃料となる液化ガス６４を収容するためのカセット式のガスボンベ６０が取り付けられる。ガスボンベ６０としては例えばＪＩＳ規格Ｓ２１４８に規定のカセットこんろ用燃料容器、いわゆる“家庭用のガスボンベ”を使用することが好ましいが、これだけに限定されずにその他の小型ボンベを用いることができる。ガスボンベ６０は内部において液化ガス６４が下側に位置して気化ガス６５が上側に滞留するように倒立させて配置し、燃料管２８を介して吸入通路内に燃料を供給する燃料供給器４０に液化ガス６４が供給される。燃料供給器４０は、電気的な信号によってその開閉が制御可能な電磁弁である。本実施例では、燃料たるガスを液体のままガスボンベ６０から取り出して、燃料管２８の内部で気化させることなく液体のまま燃料供給器４０に送出することが重要であり、燃料管をシリンダ３の近傍に隣接して引き回すように配置させるベーパライザとしての役割を持たせない。また、液体のまま供給された液化ガスは、燃料供給器４０を介して吸入通路に供給されるものであり、通常のガスエンジン作業機で用いられるようなレギュレータ手段を用いなくて良い。

図２は本発明の実施例に係るガスエンジン１の外観形状を示す側面図である。ガスエンジン１の本体部分はメインケース２０の内部に搭載され、シリンダ３付近は上部カバー２１によってほぼ全体が覆われて、作業者が高温になる部分に触れることを予防する。ガスエンジン１の左側側方にはエアクリーナボックス３２が設けられ、その下側には２サイクルオイル等の潤滑油を貯蔵するオイルタンク２５が設けられる。オイルタンク２５の一部には潤滑油を入れるための開口部が形成され、開口部にはオイルキャップ２６が取り付けられる。エアクリーナボックス３２には、図示しない混合器３５にて空気量の調整を行うために吸気通路の弁の開閉に用いられるワイヤー２３が設けられる。ワイヤー２３が引かれると同時に後述するスロットル検出器１３０（図８参照）から開度信号が発せられる。

エアクリーナボックス３２に、ボンベホルダ３８を配設する。ボンベホルダ３８に保持されるガスボンベ６０は口金６１が下を向くようにソケット３７固定され、液化ガス６４（図１参照）を液体のまま取り出せる状態にセットする。ガスボンベ６０の口金６１は燃料管２８（図１参照）に接続され、燃料管２８の他方の端部は燃料供給器４０（図１参照）に接続される。

図３は、燃料供給器４０の内部構造を示す縦断面図である。燃料供給器４０は、例えばソレノイドといわれる電気的エネルギーを直線運動の機械的エネルギーに転換する変換器であり、コイル５０に電流を流して磁場を発生させて、それによってプランジャ形の可動鉄心（プランジャ４４）を移動させる装置である。このように電気的エネルギーを直線運動という機械的エネルギーに転換する変換器たるソレノイドを用いるようにしたので、電子制御によって燃料供給量を制御することができる。本実施例の燃料供給器４０は、固定鉄心をコイルで励磁させ、その中をプランジャ形の可動鉄心が動作する機能を有するもので、電圧をかけるとプランジャが引き込まれる、いわゆるプルソレノイドの形式である。本実施例ではソレノイド内の所定の空間内に燃料（液化ガス）を貯めて、プランジャによる開閉動作によりその空間と吸入通路と連通をさせることにより所定の空間内の燃料を吸入通路に吸い出させるように構成した。図３の状態ではコイル５０に通電がされておらずにプランジャ４４が初期位置（非動作状態での位置）にある。燃料供給器４０はプランジャ４４とプランジャを収容するためのプランジャケース４１とコイル５０により主に構成される。プランジャケース４１は一端（上端）の壁が貫通孔部分を除いて閉鎖された略円筒形の部材であって、他端（下端）側の開口部がインシュレータ３０に形成された円柱形の貫通穴３０ａの周囲に沿うように取り付けられる。この際プランジャ４４の先端部分が貫通穴３０ａから吸入通路側に突出するように配置され、下端側の円環状の平面部分のほぼ中央付近には、Ｏリング等のシール部材４８を介在させて内部からの液漏れを防いでいる。プランジャケース４１の上端には燃料入口４２となる貫通孔が形成され、燃料入口４２は燃料管２８（図１参照）の端部に接続され、ソケット３７から管路が形成される。プランジャケース４１の内部は、Ｏリング等からなる２つのシール部材４６、４７とプランジャ４４とにより２つの空間、即ち第１プランジャ室４３ａと第２プランジャ室４３ｂが画定される。プランジャケース４１の上側内壁とプランジャ４４の上端との間には圧縮ばね４９が設けられ、プランジャ４４に磁力による力が作用していないときにプランジャ４４をプランジャケース４１と離反する方向、即ちプランジャ４４が下方に移動する方向に付勢する。

プランジャ４４の軸方向で上から１／３付近に肩部４４ｄが形成されるが、図３で示すプランジャ４４の初期位置においては、肩部４４ｄはシール部材４６と離合するため、第１プランジャ室４３ａと第２プランジャ室４３ｂが空間的に分離されておらずに連通されている状態となる。そのため、主にガスボンベ６０内の気化ガス６５（図１参照）の燃料蒸気圧により第１プランジャ室４３ａだけでなく第２プランジャ室４３ｂまで液化ガスで充填される。ここで、プランジャシール開始位置となる肩部４４ｄからシール部材４６までの距離Ｌ１より径方向孔４５ａの開口位置からシール部材４７までの距離Ｌ２を大きく設定する（この理由は後述する）。プランジャケース４１の外周部にはコイル５０が設けられる、コイル５０に通電して励磁させることによりプランジャ４４を軸方向上方に移動させることが可能となる。コイル５０への通電を解除するとコイル５０による磁界が消失するためプランジャ４４は圧縮ばね４９の反発力によって元の位置（図３で示す状態）に戻る。

図４は燃料供給器４０のプランジャケース４１とプランジャ４４の単体形状を示す縦断面図である。図４（１）に示すようにプランジャケース４１の断面形状であり、内部には上側から内径が細い細径部４１ｂ、内径が中程度の中径部４１ｄ、内径が太い太径部４１ｆの３つの異なる径の部分が形成される。細径部４１ｂと中径部４１ｄの接続部分は斜めにテーパー状に形成された肩部４１ｃが形成され、この肩部４１ｃがプランジャ４４の肩部４４ｄと接近又は離反することにより弁機構として機能する。細径部４１ｂの上端部には壁４１ａにより閉鎖されており、その中央には貫通穴たる燃料入口４２が形成される。燃料入口４２には燃料管２８（図１参照）の端部に接続されるが、接続のために形成されるジョイント部分の図示は省略しているが、公知の接続構造を用いて接続すれば良い。中径部４１ｄの軸方向ほぼ中央付近にはＯリング等のシール部材４６を配置するための周方向に連続する円環状の溝４１ｅを形成する。溝４１ｅの断面形状（図４（１）で示す断面位置の形状）はシール部材４６の断面形状に対応する形状とすると好ましく、本実施例では略半円状の断面形状としている。太径部４１ｆの下端部分には、周方向に連続する円環状の溝４１ｇが形成される。溝４１ｇの断面形状（図４（１）で示す断面位置の形状）はシール部材４８の断面形状に対応する形状とすると好ましく、本実施例では略半円状の断面形状としている。プランジャケース４１の太径部４１ｆの外側部分には、プランジャケース４１をインシュレータ３０に取り付けるためのフランジ部４１ｉが設けられる。図４（１）ではフランジ部４１ｉは一部分のみの図示で有り、その他の部分を記載していないがフランジ部４１ｉに形成されたネジ穴（図示せず）に図示しないネジを貫通させてインシュレータ３０に形成された図示しないネジ穴にネジを螺合させることによりプランジャケース４１がインシュレータ３０に固定されるもので、フランジ部を複数箇所設けて複数本（例えば２本）のネジを用いる。

プランジャケース４１の内部空間は、円環状の溝４１ｅから上側部分の第１プランジャ室４３ａと、下側部分の第２プランジャ室４３ｂが画定される。ここで第２プランジャ室４３ｂは吸入通路と連通する部分で有り、連通することにより第２プランジャ室４３ｂ内に存在する液化ガスが吸入通路の負圧により吸引されることにより、液化ガスが吸入通路内に供給される。プランジャケース４１の外周側であって肩部４１ｃの径方向外側付近においてはコイル５０を巻回するための段差部４１ｈが形成される。尚、プランジャケース４１は、コイル５０により発生される磁界に影響が無いように非磁性体の部材にて形成するのが好ましく、例えばアルミニウム合金又は合成樹脂性の材料により製造される。

図４（２）に示すようにプランジャ４４は主に外径が細い細径部４４ａと、外径が太い太径部４４ｂが形成され、細径部４４ａと太径部４４ｂの接続部分にはやや斜めに段差状に形成される肩部４４ｄが形成される。また太径部４４ｂの上下方向中央付近には部分的に外側に突出するフランジ状に形成されるフランジ部４４ｃが形成される。フランジ部４４ｃは、円周方向に連続して形成されるものでその円環状の底面４４ｅがインシュレータ３０の表面に接することにより圧縮バネ４９（図３参照）にて付勢されるプランジャ４４の移動範囲を制限する。尚、フランジ部４４ｃの機能はプランジャ４４の移動範囲を制限であるため、その外径はプランジャケース４１の太径部４１ｆの内径に対応させる必要は無く、インシュレータ３０の貫通穴３０ａに対して十分大きく、太径部４１ｆの内径に対して十分なクリアランスを形成するように構成すれば良い。尚、フランジ部４４ｃの機能から、円周方向に連続した形状だけで無く、円周方向に非連続の複数の突起部分にて形成するように構成しても良い。

プランジャ４４の下側付近には、底面中央部から軸方向に延びる軸方向孔４５ｂと、軸方向孔に連通し径方向に延びる径方向孔４５ａが形成される。軸方向孔４５ｂの開口部はインシュレータ３０の貫通穴３０ａから吸入通路内に突出する位置に配置され、その開口が燃料供給口となる。径方向孔４５ａの開口部はプランジャ４４の太径部４４ｂ内であってフランジ部４４ｃよりも下端側（燃料流入方向でみたら下流側）に形成される。尚、本実施例では径方向孔４５ａは１本であり、同じ太さの軸方向孔４５ｂと連通されるが、径方向孔４５ａを周方向の複数箇所に開口を有する複数本の孔として共通の軸方向孔４５ｂに連通させても良い。また、この際の径方向孔４５ａと軸方向孔４５ｂの内径を適宜変更しても良い。さらに、軸方向孔４５ｂをプランジャ４４の軸心と偏心させて配置することにより、複数組の径方向孔と軸方向孔を形成するようにしても良い。

図５は燃料供給器４０の動作状態を示す縦断面図であって、プランジャ４４が図４の閉鎖位置から図６に後述する開放位置に移動する途中の状態を示す図である。コイル５０に電流を流すことによりプランジャ４４が圧縮バネ４９の付勢力に抗して上側に移動を開始する。図５のようにプランジャ４４が上側にＬ１移動した時に、プランジャ４４の肩部４４ｄがシール部材４６と接触する位置に来るため、ガスボンベ６０に連通している第１プランジャ室４３ａと、第２プランジャ室４３ｂがシール部材４６により空間的に分離され、液化ガス５１は第１プランジャ室４３ａから第２プランジャ室４３ｂへ流動できなくなる。また、この際には径方向孔４５ａの開口部はシール部材４７よりも下側に位置しているため、第２プランジャ室４３ｂは密閉状態にあり残存する液化ガス５１は流動できない。

図６は燃料供給器４０の動作状態を示す縦断面図であって、プランジャ４４が開放位置にあって燃料を供給中の状態を示す図である。図５の状態からさらにプランジャ４４が移動して移動距離の合計がＬ２を超えた後には、径方向孔４５ａの開口部はシール部材４７よりも上側に位置するため軸方向孔４５ｂが第２プランジャ室４３ｂと連通する。その結果、軸方向孔４５ｂの開口部から第２プランジャ室４３ｂに存在する分の液化ガス５１が吸入通路内に供給される。エンジンの吸気タイミングに合わせて放出された液化ガスは、常温常圧下のガスエンジン１のインシュレータ３０の吸入通路に置かれるため、また、ピストン５の上昇／下降に伴うクランク室１７の圧力変化で生じた気流により、気化が促されシリンダ３内の燃焼室４に気化ガス５２として供給される。これにより効率よくクランク室１７に気化ガス５２を取り込むことができる。また、液化ガスの種類を適切に選択することで、寒冷時においてもエンジンが動作可能である。尚、この際の第２プランジャ室４３ｂ内の液化ガス５１は、プランジャ４４が図４の位置から図５の位置に移動することによって確保された量であるので、プランジャケース４１とプランジャ４４の形状により第２プランジャ室４３ｂの容積を所定の量に設定すれば、コイル５０への１回の通電で規定量の液化ガス５１を吸入通路内に供給することができる。この際、第２プランジャ室４３ｂ内の液化ガス５１がすべて吸入通路内に供給されない場合もあって第２プランジャ室４３ｂ内に液化ガス５１が残存する場合もあり得るが、少なくとも第２プランジャ室４３ｂの容積以上の液化ガスが吸入通路に供給されることはあり得ないので、規定量の液化ガスを効率良く供給することが可能となる。

その後に、コイル５０の通電を停止することで、圧縮バネ４９、ガスボンベ６０内の燃料気化圧力によりプランジャ４４が元の位置に戻り、肩部４４ｄとシール部材４６が離れることで第１プランジャ室４３ａと第２プランジャ室４３ｂの分離状態が解かれ、第１プランジャ室４３ａを通じて第２プランジャ室４３ｂ内に液化ガスが再充填される。以上説明したように図４〜図６のようなプランジャ４４の往復移動によって適切な量の液化ガスが供給されるが、その供給量は１回の吸気サイクル中のプランジャ４４の開閉タイミングや開閉回数によって調整することが可能である。また、肩部４４ｄからシール部材４６までの距離Ｌ１を、径方向孔４５ａの開口位置からシール部材４７までの距離Ｌ２よりも十分小さくしたので、プランジャ４４の軸方向孔４５ｂによって燃料供給が行われる前に確実に第１プランジャ室４３ａと第２プランジャ室４３ｂが隔離されるので、過大な量の燃料が吸入通路内に流れ込むことを防止でき、高精度の燃料供給制御が可能となる。

図７は吸気ポート、掃気ポート及び排気ポートと燃料供給タイミングの関係を説明するポートタイミングダイヤグラムである。本実施例の２サイクルエンジンでは、掃気ポート、排気ポートをピストンによって開閉するので、ポート開閉時期は下死点に対して対称となる対称掃気となる。吸気ポート１１はピストン５の下端部分により開閉されるので、その開閉タイミングは上死点の前後、クランク角で１２０°から２４０°の範囲となる。一方、排気ポートはクランク角３００°から６０°まで開口し、掃気ポートは排気ポートが開口している内の３０８°から５２°の範囲内で開口する。この掃気ポートと排気ポートの両方が開口しているオーバーラップ間にシリンダ３内の燃焼ガスが掃気ポートから流入する新気により追い出される。アイドリング時などの低回転時には排気が掃気路内に逆流することも有るので、本実施例では吸気ポートの開口と掃気ポートの開口のタイミングが重複しない上に、燃料供給器４０が吸気ポートの上流側（エアフィルタ３４側）に設けられるので、燃料供給器４０による燃料供給が燃料ガスの逆流によって阻害されること恐れがない。

燃料供給器４０による燃料供給タイミングと供給量はスロットル開度、エンジン回転数、点火タイミングなどの情報を制御部に入力することで決定し、供給量を第２プランジャ室４３ｂの容量で除した回数（この回数はクランク角３６０度内に行われる回数）を算出し、その回数分だけコイル５０に電流を流しプランジャ４４を動作させることで、エンジンの要求に見合った量の気化ガス５２を燃焼室４に供給する。この供給するタイミングは、吸気ポート１１の開閉している区間、即ちクランク角で１２０°から２４０°の間に行うと良い。この区間内に行えば、プランジャ４４が図６に示す開放位置にくると負圧により吸入通路に供給された液化ガス５１が一瞬で気化する。尚、プランジャ４４の開閉を、クランク角の１回転当たり複数回行う場合は、クランク角で１２０°から２４０°の間に複数回行うように制御すると好ましい。

図８は、本実施例に係るガスエンジン１の制御回路図である。ガスエンジン１には燃料供給器４０が設けられ、燃料供給器４０は制御回路基板９０に搭載される制御回路（制御装置）によって電子的に制御される。制御回路基板９０はガスエンジン１の任意の箇所に設けることができるが、例えばエアクリーナボックス３２の内部空間に設けるようにしても良い。制御回路はバッテリ８０から電力を供給されるが、用いられるバッテリ８０の種類、電圧、容量、収納位置などは任意である。また、ガスエンジン１に取り付けたマグネトーとそれに近接して配置されたコイルにより発電された電力を制御回路に供給してもよい。制御回路は、ＦＥＴ１０７、１１７、１２１と、抵抗器１０８、１０９、１１１、１１２、１２０と、電源スイッチ１１０と、コンデンサ１１３、１１４、１１５と、レギュレータ１１６と、マイコン１１８と、サーミスタ１１９を含んで構成される。マイコン１１８にはスロットル検出器１３０からの信号が入力され、スロットル検出器１３０によってスロットル開度に応じた電気信号がマイコン１１８に入力される。

マイコン１１８は、レギュレータ１１６によって供給される定電圧にて駆動され、複数有するＡ／Ｄ変換ポートには、エンジンの温度を示すサーミスタ１１９の出力信号、抵抗器１１１及び１１２によるバッテリ８０の電圧を示す信号、回転検出用コイル１０５の出力信号、ガスエンジン１の任意の回転位置を検出するためのホールＩＣ１０４の出力信号が入力される。エンジン回転パルス信号は、ガスエンジン１に取り付けられたマグネトーからの磁束を回転検出用コイル１０５によって電圧に変換し、マイコン１１８に入力されることで検出できるが、マグネトーの任意の位置に設けた永久磁石（図示せず）と、その永久磁石に対向する位置に設けたホールＩＣ１０４を用いることにより、シリンダの任意の回転角度をより正確に検出することができる。マイコン１１８は、これらの入力値から所定の論理演算を行い、ＦＥＴ１２１のゲート信号の送出を行う。

ＦＥＴ１２１は、燃料供給器４０に含まれるコイル５０への電流供給を制御するためのスイッチング素子であり、マイコン１１８の指令（ゲート信号の供給）によってＦＥＴ１２１のソース−ドレイン間が導通状態となり、燃料供給器４０のコイル５０が通電されてプランジャ４４が図６のように吸入通路側に移動して、燃料供給状態となる。このコイル５０への通電による燃料供給のタイミングと供給量は、スロットル検出器１３０から入力されるスロットル開度、回転検出用コイル１０５から入力されるエンジン回転数、ホールＩＣ１０４から入力されるクランク角の検出信号、サーミスタ１１９からの温度検出信号、点火タイミングなどの各情報をもとにマイコン１１８が決定し、決定された供給量から第２の空間の容量（容積）で除した回数分だけコイル５０に電流を流してプランジャ４４を動作させる。本実施例のように制御手段（回路）を用いて燃料供給器４０を電気的に制御することにより、エンジンの要求に見合った気化ガスを吸入通路内に適切に供給することができる。

次に図９を用いて第２の実施例について説明する。第２の実施例では燃料供給器４０の配置を変えた場合の吸気ポート、掃気ポート及び排気ポートと燃料供給タイミングの関係を説明する図である。ここでは、図示していないがクランクケース２の外側から掃気通路１２の流入方向と直交する方向に貫通する孔を形成して、プランジャ４４の軸方向孔４５ｂの開口部が掃気通路１２内に開口するように掃気通路１２を固定する。このように燃料供給器４０を配置することにより、矢印９２で示す液化ガスの供給開始タイミングを燃焼室４に設けられる掃気口が開くタイミング（矢印９１、クランク角３０８°）より遅らせることができる。通常、掃気ポートの開放直後の新気は排気ガスと共にマフラーから排出されやすいが、掃気ポートの開放直後の新気部分（矢印９１〜９２の区間）には燃料を供給せずに、矢印９２から掃気ポートの閉鎖タイミング（クランク角５２°）の間の区間で燃料供給器４０による１回又は複数回の燃料供給を掃気通路１２に直接行うようにした。このように掃気が行われる区間であって掃気ポートの開放直後には燃料供給を行わないようにしたので、未燃焼ガスのマフラーからの排出量を大きく低減することができ、排ガス特性の向上を図れる。また、燃費の向上に大いに貢献する。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば燃料供給器４０の設置位置はインシュレータ３０やクランクケース２だけでなく、エアフィルタ３４から燃焼室４に至る吸入通路内の任意の位置に配置するようにしても良い。また、上記の実施例では２サイクルエンジンに適用したが、燃料供給器４０を４サイクルエンジンの吸入通路に設けて、吸気バルブが開いたタイミングでコイル５０に１回又は複数回通電することにより燃料を供給するように構成しても良い。

１ ガスエンジン ２ クランクケース
３ シリンダ ４ 燃焼室
５ ピストン ６ クランク軸
７ 点火プラグ ８ プラグキャップ
９ カウンターウェイト １０ エンジン
１１ 吸気ポート １２ 掃気通路
１３ 排気ポート １５ マフラー
１７ クランク室 １９ 気化ガス
２０ メインケース ２１ 上部カバー
２２ マフラーカバー ２３ ワイヤー
２５ オイルタンク ２６ オイルキャップ
２８ 燃料管 ３０ インシュレータ
３０ａ 貫通穴 ３２ エアクリーナボックス
３２ａ ベース部材 ３２ｂ カバー部材
３４ エアフィルタ ３５ 混合器
３７ ソケット ３８ ボンベホルダ
４０ 燃料供給器 ４１ プランジャケース
４１ａ 壁 ４１ｂ 細径部
４１ｃ 肩部 ４１ｄ 中径部
４１ｅ 溝 ４１ｆ 太径部
４１ｇ 溝 ４１ｈ 段差部
４１ｉ フランジ部 ４２ 燃料入口
４３ａ 第１プランジャ室 ４３ｂ 第２プランジャ室
４４ プランジャ ４４ａ 細径部
４４ｂ 太径部 ４４ｃ フランジ部
４４ｄ 肩部 ４４ｅ 底面
４５ａ 径方向孔 ４５ｂ 軸方向孔
４６、４７、４８ シール部材 ４９ 圧縮バネ
５０ コイル ５１ 液化ガス
５２ 気化ガス ６０ ガスボンベ
６１ 口金 ６４ 液化ガス
６５ 気化ガス ８０ バッテリ
９０ 制御回路基板 １０４ ホールＩＣ
１０５ 回転検出用コイル １０７、１１７、１２１ ＦＥＴ
１０８、１０９、１１１、１１２、１２０ 抵抗器
１１０ 電源スイッチ １１３、１１４、１１５ コンデンサ
１１６ レギュレータ １１８ マイコン
１１９ サーミスタ １３０ スロットル検出器
Ｌ１ （肩部４４ｄからシール部材４６までの）距離
Ｌ２ （径方向孔４５ａの開口位置からシール部材４７までの）距離
１００１ 刈払機 １００２ 操作桿
１００３ 回転刃 １００４ ハンドル
１００５ ガスボンベ

Claims (8)

1. クランクケースと、前記クランクケースに取り付けられピストンが往復移動するシリンダと、
   前記シリンダ内の燃焼室に吸入される空気を濾過するエアフィルタと、
   前記エアフィルタから前記燃焼室に至る吸入通路と、
   液化ガスを充填した着脱式のガスボンベが取付けられるものであって前記ガスボンベから液化ガスを取り出すためのソケットと、
   前記ソケットから送られる液化ガスを所定単位ずつ液体のまま前記吸入通路に供給する燃料供給器と、
   前記燃料供給器による燃料の供給を制御する制御装置を備えることを特徴とするガスエンジン。
2. 前記燃料供給器は電磁バルブを有し、
   前記制御装置は前記電磁バルブを、前記ピストンの一回転毎に一回以上の開閉操作をすることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。
3. 前記電磁バルブは、
   前記ソケットに接続される第１の空間と前記吸入通路に隣接して設けられる第２の空間を有するプランジャケースと、
   前記プランジャケース内において軸方向に移動するプランジャを有し、
   前記プランジャは、軸方向一端側に移動した際に前記第１と第２の空間を連通させ且つ前記第２の空間と前記吸入通路を遮断させ、軸方向他端側に移動した際に前記第１と第２の空間を遮断させ且つ前記第２の空間と前記吸入通路を連通させることを特徴とする請求項２に記載のガスエンジン。
4. 前記プランジャに、前記軸方向他端側から貫通する軸方向孔と、前記軸方向孔と垂直方向に延びるように接続される径方向孔を形成し、これらの孔を通って前記第２の空間から前記吸入通路に液化ガスが吸引されることを特徴とする請求項３に記載のガスエンジン。
5. 前記プランジャは永久磁石を含んで構成され、
   前記ソケットの外周側から前記プランジャの移動空間に磁界を形成するコイルを設けたことを特徴とする請求項４に記載のガスエンジン。
6. 前記制御装置は前記コイルへの通電を制御し、スロットル開度及び／又はエンジン回転数に応じて前記コイルへの通電を制御することを特徴とする請求項５に記載のガスエンジン。
7. 前記吸入通路は、前記エアフィルタを取り付ける容器と前記シリンダの間に設けられるインシュレータによりその一部が形成され、
   前記プランジャの前記他端が前記インシュレータ内の通路に露出するように前記燃料供給器が前記インシュレータに取り付けられることを特徴とする請求項６に記載のガスエンジン。
8. 前記請求項１から７のいずれか一項に記載の前記ガスエンジンによって駆動される作業機器を有するガスエンジン作業機。

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