JP4317086B2 - 減圧装置を備えた空気掃気型エンジン - Google Patents

Description

本発明は、例えば、刈払機や送風掃除機のような小型作業機の駆動源として用いられる空気掃気型エンジンに関し、詳しくはシリンダ内の圧縮ガスを逃す減圧装置を備えた空気掃気型の２サイクルエンジンの改良に関する。

従来、この種空気掃気型エンジンとして、混合気による燃焼室内の掃気に先立って、空気による先導掃気を行って、混合気の排気ポートからの吹き抜けを抑制するものが知られている。例えば、シリンダとクランクケースの内部に、第1 掃気通路と第２掃気通路をそれぞれ一対備え、空気を一旦第２掃気通路に導入し、掃気行程で第１掃気通路から混合気を燃焼室内に供給するよりも前に、前記第２掃気通路から空気を燃焼室内に供給するものがある（例えば特許文献１参照）。このようにすることで、第２掃気通路から燃焼室に導入される空気により、第１掃気通路からの混合気が排気ポートから吹き抜けるのを抑制することができる。
特願２００２―２９９２８６号

また、この種エンジンには、エンジンの始動に必要な起動トルクを低減させる目的で、シリンダ内の圧縮された混合気を掃気通路へ逃がすデコンプ用溝をシリンダ壁面に形成したものがある（例えば特許文献２参照）。
実開平６−１４４５３号公報

ところが、前記特許文献１に係る空気掃気型の２サイクルエンジンによれば、未燃ガスの吹き抜けが少なく、燃料消費量も少ないが、空気掃気によってシリンダ内の混合気の濃度が低いために、燃料成分による冷却能力が低下する結果、全負荷回転からアイドリング回転に急減速したときに、燃焼室の冷却が十分に行われず、続いてイグニッションスイッチをオフにしても、圧縮始めの混合気温度が高いため、自己着火する「ラン・オン」が発生しやすいという課題がある。

そこで、前記特許文献２に記載のようなデコンプ用溝を採用することが考えられる。ところが、このデコンプ用溝では、出口端近傍に付着した燃料が加熱されて炭化し、カーボンの付着物となって前記出口端近傍で詰まりを起こし、デコンプ用溝を閉塞して、減圧効果を低下させる可能性がある。また、前記デコンプ用溝の形成位置が掃気ポート周辺に限られるため、前記詰まった付着物の清掃除去に手間がかかる。

そこで、本発明の目的は、空気掃気型として混合気の排気ポートからの吹き抜けを抑制しながら、デコンプ孔に詰まりが発生しても詰まりを容易に解消して減圧効果を高く維持できる、減圧装置を備えた空気掃気型エンジンを提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る減圧装置を備えた空気掃気型エンジンは、 混合気に先立って空気を燃焼室に導入する導入通路を備えた空気掃気型エンジンであって、 前記燃焼室を前記導入通路に連通させるデコンプ孔が形成され、前記デコンプ孔は、ピストンの上昇により排気ポートよりも遅く閉止されるように設定され、前記排気ポートと対向する位置に前記デコンプ孔が形成されている。

この構成によれば、ピストンの上昇による圧縮行程で燃焼室内の混合気が圧縮されるとき、デコンプ孔が排気ポートよりも遅く閉止されるので、圧縮行程で混合気が燃焼室内からデコンプ孔を経て導入通路に逃げる。これにより、圧縮比が低下するので、圧縮による混合気の温度上昇が少なく、したがって、アイドリング回転を経てイグニッションスイッチをオフにしても、混合気の温度は自己着火温度に至らず、「ラン・オン」現象の発生を防止することができる。また、デコンプ孔を排気ポートから離れた適宜の位置に設定することにより、デコンプ孔の詰まりを減らすとともに容易に清掃除去できる。また、圧縮行程における減圧によって、始動が容易になる。さらに、混合気に先立って空気が燃焼室に導入されるから、排気ポートからの混合気の吹き抜けを抑制できる。他方、エンジンが高速回転であれば、時間面積（時間×面積に相当）が小さい、つまり、アイドリング時に比べエンジンの回転数がはるかに高く、デコンプ孔の開放時間が著しく短くなるため、燃焼室から圧縮された混合気がさほど逃げないので、通常とほぼ同一の高い圧縮比で運転され、十分大きな出力が得られる。また、ピストンの下降時に空気がデコンプ孔から燃焼室に噴射されるので、これが第３の掃気となって、燃焼ガスを排気ポートから追い出すのに貢献する。このとき、ピストンの上昇時にデコンプ孔から空気通路に逃げた混合気は、空気とともに燃焼室に噴射される。

本発明の好ましい実施形態では、前記デコンプ孔は燃焼室に向かって上向きに設定されている。

この構成によれば、掃気行程において、導入通路から前記デコンプ孔を通して燃焼室内に導入される空気または混合気が、続いて燃焼室内に導入される混合気をガイドして、燃焼室の上方にある点火プラグの方へ案内することにより、点火プラグ付近の混合気の濃度を濃くできるので、点火の安定性を向上させる。

本発明の好ましい実施形態では、前記導入通路がシリンダに形成され、前記導入通路の一側におけるシリンダからの露出部分を覆う蓋体が取り付けられ、前記デコンプ孔が前記導入通路における露出部分に対向する他側に位置している。

この構成によれば、デコンプ孔に詰まりが発生しかけても、シリンダから蓋体を取り外すことにより、デコンプ孔が露出するので、デコンプ孔の清掃が容易に行え、詰まりをなくすことができる。

本発明の好ましい実施形態では、さらに、エンジンのクランク軸に連結されて空気流を生成するファンを備え、前記デコンプ孔がシリンダにおけるファンに近接した側部に設けられている。

この構成によれば、エンジン稼動時、前記デコンプ孔の近傍のシリンダ側部が常にファンからの空気流によって冷却されるので、デコンプ孔近傍の温度の上昇を抑制できる。このように、デコンプ孔近傍の温度が比較的低いので、前記デコンプ孔に付着した燃料が炭化しにくく、たとえ炭化があってもその堆積量はきわめて少なく、デコンプ孔の詰まりを抑制できる。

本発明の減圧装置を備えた空気掃気型エンジンによれば、混合気の排気ポートから吹き抜けを防止できるとともに、自己着火による「ラン・オン」現象の発生を防止でき、しかも、デコンプ孔の詰まりを容易に解消できる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る減圧装置を備えた空気掃気型エンジンが搭載された携帯型送風作業機の概略平面図である。図１に示す送風作業機１は、ファン２とこれを収容するファンケース３とを有し、ファンケース３の後部に、ファン２を回転駆動するエンジンＥが連結されている。エンジンＥの後面には、リコイルスタータ１３が装着されている。前記ファンケース３の後壁４に設けた空気取出口５に対向する位置に、エンジンＥのシリンダ６が配置されている。また、シリンダ６の一側部（左側）には排気消音器７が接続され、他側部（右側）には気化器とエアクリーナとを含む吸気装置８が接続されている。ファン２で生成された空気流の大部分Ａ１はダクト１４を通って外部に送風され、一部分が空気取出口５を通ってエンジンＥに冷却風Ａ２として供給される。

図２は、図１のエンジンＥの正面断面図である。同図において、内部に燃焼室９を形成したシリンダ６がクランクケース１０の上部に連結されている。シリンダ６およびクランクケース１０はそれぞれ、アルミニウムのような金属製であり、鋳型により成形される。シリンダ６の一側部（右側）には、前述したように吸気装置８を構成する気化器１１とエアクリーナ１２が、他側部（左側）には前述したように排気消音器７がそれぞれ接続されている。前記シリンダ６のシリンダボア内には、軸方向（この例では上下方向）に往復動するピストン１６が設けられている。前記クランクケース１０の内部には、軸受１８を介してクランク軸１９が支持されている。このクランク軸１９の軸心とは変位した位置に中空状のクランクピン２０が設けられ、このクランクピン２０と前記ピストン１６に設けた中空状のピストンピン１７との間が、大端部軸受２１および小端部軸受２２を介してコンロッド２３により連結されている。前記クランク軸１９にはクランクウェブ２４が設けられ、シリンダ６の上部には点火プラグＰが設けられている。

前記シリンダ６と気化器１１の間には、シール用のガスケット２５および２６を介して、高温のシリンダ６からの断熱を目的としてインシュレータ２７が設けられている。このインシュレータ２７内には、上部側に空気通路２８が形成され、下部側にこの空気通路２８と平行に混合気通路２９が形成されている。

前記気化器１１は、空気通路２８と混合気通路２９の両方の通路面積を単一の回転バルブによって調節する。さらに、前記シリンダ６の周壁には、その内周面に開口する排気ポート３１を有する排気通路３０が形成され、この排気通路３０からの排気ガス（燃焼ガス）は、前記排気消音器７を経て外部に排出される。

前記シリンダ６とクランクケース２の内部には、図２に示すように、燃焼室９とクランク室１０１とを直接連通させる第１掃気通路３９が設けられ、さらに、燃焼室９とクランク室１０１とをクランク軸１９の軸受１８を介して連通させる第２掃気通路４０が前記第１掃気通路３９よりも排気ポート３１寄りに形成されている。これら第１、第２掃気ポート３９，４０は、図３に示すように、排気通路３０の軸心を中心にして対称に各一対設けられている。図２に示す第１、第２掃気通路３９，４０の上端の第１，第２掃気ポート３９ａ，４０ａは、第２掃気ポート４０ａの上端が第１掃気ポート３９ａの上端よりも高い位置で、かつ、排気ポート３１の上端よりも低い位置に設定されている。

インシュレータ２７の空気通路２８からの空気Ａは、ピストン１６が上昇する吸気行程時に、クランク室１０１の負圧を受けて、後述する導入通路３２（図３）から第２掃気通路４０内に一旦導入される。混合気通路２９からの混合気Ｍは、吸気行程においてピストン１６が上昇したときに、クランク室１０１の負圧を受けて、シリンダ６の内周面に設けた吸気ポート４１からクランク室１０１に直接導入される。

図２のlll- lll線に沿った断面図である図３に示すように、シリンダ６の内部には、インシュレータ２７の空気通路２８を第２掃気通路４０に連通させる導入通路３２が形成されている。前記インシュレータ２７には、前記シリンダ６内に進出して前記導入通路３２の壁面の一部を形成する突起４２が一体形成されている。シリンダ６には、図４に示すように、導入通路３２を形成するための凹所４３が、排気ポート３１と対向する方向、つまり空気通路２８と平行な方向に鋳抜きすることにより、シリンダ６の型成形と同時に形成されている。この凹所４３内に図３の突起４２が進出して、導入通路３２の上流部３２ａが形成されている。

導入通路３２の下流部３２ｂは、前記凹所４３の奥部により形成され、第１掃気通路３９の径方向外側を通って第２掃気通路４０に達している。つまり、凹所４３は、導入通路３２の長さ方向（流れ方向）の全体にわたって、導入通路３２の内面の一部もしくは全部を形成している。

前記インシュレータ２７における空気通路２８の下流側出口には、これに連らなる導入通路３２の圧力が所定値以下に低下したときに、空気通路２８を開くリードバルブ３３が図３のねじ体３７により、インシュレータ２７に取り付けられている。

空気通路２８から導入通路３２を経て、その下流端開口３２ｃから第２掃気通路４０内に導入されている空気Ａを、図５に示すように、ピストン１６が下降する掃気行程において、連通路４５を介して第２掃気ポート４０から燃焼室９内に噴出する。

図２に示すシリンダ６の排気ポート３１と対向する位置に、導入通路３２を燃焼室９に連通させるデコンプ孔３８が形成されている。このデコンプ孔３８はピストン１６の上昇により排気ポート３１よりも遅く閉止されるように、排気ポート３１の上縁よりも上方に設けられている。

前記デコンプ孔３８は、図３に示すように、導入通路３２の中途部と燃焼室９とを連通するように、排気ポート３１に対向するシリンダ６の壁面の中央と、その両側に合計３つ設けられているが、中央のデコンプ孔３８のみ、または両側のデコンプ孔３８のみとしてもよい。デコンプ孔３８の数は、エンジンの排気量や必要な減圧度などの諸条件を勘案して決定する。

図４から明らかなように、シリンダ６の外側部に開口する前記凹所４３の下方位置には、混合気通路２９の下流部が形成され、その出口が、シリンダ６の内周面に開口する吸気ポート４１となっている。

次に、以上の構成としたエンジンの作用について説明する。すなわち、図６に示すように、圧縮・吸気行程においてシリンダ６内のピストン１６が上死点付近に至り、シリンダ６やクランク室１０１の内部が負圧状態のときに、混合気Ｍがシリンダ６の内周面に開口する吸気ポート４１からクランク室１０１内へと直接導入される。この導入された混合気Ｍにより、コンロッド２３の大端部軸受２１や小端部軸受２２が潤滑される。このとき、軸受１８を介してクランク室１０１に連通している第２掃気通路４０も負圧になるので、この第２掃気通路４０に連らなる図２の導入通路３２が負圧になって、インシュレータ２７の空気通路２８の出口に取り付けたリードバルブ３３が開放され、前記空気通路２８からの空気Ａが導入通路３２を通って一旦第２掃気通路４０に導入される。このように、吸気行程において図２のクランク室１０１の負圧を受けてリードバルブ３３が開放しているときは、第２掃気通路４０内に常に空気Ａが導入される。このため、第２掃気通路４０内に吹き抜け防止用の十分な空気量が確保される。

つづいて、掃気行程では、図３に示すように、第１掃気通路３９および第２掃気通路４０の第１、第２掃気ポート３９ａ，４０ａから混合気Ｍと空気Ａが燃焼室９内に導入される。このとき、まず、第２掃気ポート４０ａから空気Ａが導入され、少し遅れて第１掃気ポート１３ａから混合気Ｍが導入されるようになっており、しかも、空気Ａの方が混合気Ｍよりも排気ポート３１寄りから燃焼室９に導入されるので、先に導入された空気Ａにより、排気ポート３１からの前記混合気Ｍの吹き抜けを防止できる。図５に示す第２掃気通路４０からの空気Ａが燃焼室９内に導入される際に、クランク室１０１内の混合気Ｍの一部がクランク軸受１８の内外輪間の間隙を通って第２掃気通路４０に入るので、この際に、混合気Ｍに含まれている燃料およびオイルによって前記軸受１８が潤滑される。

加えて、この第１実施形態では、図５の下死点位置からピストン１６が上昇して圧縮行程に入ると、デコンプ孔３８を所定部位に形成したことで、燃焼室９内の圧縮された混合気Ｍをデコンプ孔３８から図２の導入通路３２に逃がして燃焼室９内の圧力上昇を抑制する。これにより、燃焼室９内の温度上昇が抑制されるので、全開運転から一旦、アイドリング回転に落としたのち、イグニッションスイッチをオフにしたときでも、燃焼室９内での混合気Ｍの温度上昇が少ないので、自己着火温度に至らず、「ラン・オン」現象の発生を防止できる。また、オイル分を含んだ燃料がデコンプ孔３８近傍に付着して詰まりが生じても、図３から明らかなように、インシュレータ２７を取り外せばデコンプ孔３８が露出するので、比較的容易に清掃して詰まりを除去することができる。また、減圧手段として燃料カットのような複雑で高価な手段でなく、デコンプ孔３８の形成という簡素な手段を採用したので、コストを抑えることができる。さらに、減圧によって、起動トルクが小さくなるから、図１のリコイルスタータ１３の操作力が小さくなり、始動が容易になる。

また、図３に示すように、デコンプ孔３８が排気ポート３１と対向する位置にあるから、デコンプ孔３８から空気通路２８に逃げた混合気Ｍが、ピストン１６が下降する掃気行程において、デコンプ孔３８から空気Ａとともに燃焼室９内に導入される。これが第３の掃気となって、燃焼ガスを排気ポート３１から追い出すのに貢献する。

また、このデコンプ孔３８は、図７の変形例に示すように、燃焼室９に向かって上向きに設定してもよい。このように、デコンプ孔３８を燃焼室９に向かって上向きに設定することで、掃気行程において、導入通路３２から前記デコンプ孔３８を通して燃焼室９内に導入される空気Ａが、続いて燃焼室９内に導入される混合気Ｍをガイドして、燃焼室９の上方にある点火プラグＰの方へ効率的に案内でき、点火プラグＰ付近の混合気Ｍの濃度を濃くできるので、点火の安定性を向上させる。

次に、本発明の第２実施形態にかかる減圧装置を備えた空気掃気型エンジンについて説明する。このエンジンでは、上述した第１実施形態において用いた図３のシリンダ６内に進出して導入通路３２の壁面の一部を形成する突起４２が一体形成されたインシュレータ２７に加えて、図８に示すように、導入通路３２の壁面の一部を形成する蓋体４４をシリンダ６に取り付けたことに特徴があり、その他の基本構成は第１実施形態と同様である。

シリンダ６には、リードバルブ３３を介して空気通路２８に連通する第１の凹所４３に加えて、第１および第２掃気通路３９，４０のシリンダ径方向外方に位置する第２の凹所４３Ａが形成されており、この第２の凹所４３Ａが前記蓋体４４により閉塞されて、空気導入通路３２の下流部３２ｂを形成している。空気通路２８からの空気Ａは、リードバルブ３３の開放によって、導入通路３２および空気導出口５１を経て、第２掃気通路４０内に導入される。導入通路３２の上流部３２ａと下流部３２ｂとは、シリンダ６に形成した連通孔５０により連通している。吸気行程および掃気行程のそれぞれにおける空気Ａおよび混合気Ｍの流れは、第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。

蓋体４４は、前述のとおり、導入通路３２の一側（反シリンダ側）におけるシリンダ６からの露出部分を覆っている。この蓋体４４の取付部位における導入通路３２の露出部分に対向する他側（シリンダ側）の壁面にデコンプ孔３８が形成されている。

シリンダ６の外側部に開口して導入通路３２の一部である上流側を形成するための第１の凹所４３は、図９に示すように、横幅が図５の第１実施形態の凹所４３よりも小さくなっている。蓋体４４は、ガスケット５３を介して、ねじ体５４によりシリンダ６の前後両面に固定されている。

デコンプ孔３８は、ファン２からの冷却風Ａ２が当たる側、つまり、シリンダ６におけるファン２に近接した側部、すなわち図８の下側部に設けられており、上側部には設けられていない。但し、上側部に設けてもよい。

図１０は、図９の矢印Ｘ方向から見た矢視図であって、シリンダ６の前後面から蓋体４４を外した状態を示している。同図に示すように、シリンダ６に形成された第１の凹所４３内には、前記連通孔５０に加えて、第２掃気通路４０に連通する前記空気導出口５１が形成され、これら連通孔５０と空気導出口５１間が導入通路３２の下流部３２ｂとなっている。したがって、空気Ａは連通孔５０から導入通路下流部３２ｂおよび空気導出口５１を経て第２掃気通路４０に導入される。こうして、第１および第２の凹所４３、４３Ａは、導入通路３２の長さ方向（流れ方向）の全体にわたって、導入通路３２の内面の一部を形成している。前記デコンプ孔３８は、前記凹所４３において、前記連通孔５０と空気導出口５１の間に、図８に示す導入通路３２と燃焼室９とを連通するように形成されている。

なお、図１０の二点鎖線で示すように、第１掃気通路３９と導入通路３２を連通する別の導出口５２を設けた場合には、前記第２掃気通路４０のみならず、第１掃気通路３９にも空気Ａを吸入させることができる。これにより、図８の第１掃気通路３９からの混合気Ｍの噴出の初期に空気Ａを噴出させることができるので、混合気Ｍの吹き抜けをより効率的に抑制できる。

この第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、シリンダ６におけるファン２からの冷却風Ａ２が当たる側の壁面にデコンプ孔３８が形成され、前記導入通路３２の露出部分が蓋体４４で覆われているので、エンジン稼動時、ファン２からの冷却風Ａ２が前記蓋体４４に当たることで、前記デコンプ孔３８は間接的に冷却されて、この部分での温度上昇を抑えることができる。したがって、デコンプ孔３８に付着した燃料が炭化しにくく、たとえ炭化があってもその堆積量はきわめて少なくなる。また、デコンプ孔３８の近傍に付着物が生じても、蓋体４４は前記第１実施形態のインシュレータ２７に比べて取り外しやすいので、この蓋体４４を取り外すことにより、デコンプ孔３８の清掃が一層容易に行え、詰まりを防止できる。なお、上記各実施形態において、空気Ａと混合気Ｍの通路を入れ替え、例えば、図２の空気通路２８と混合気通路２９を上下入れ替えることもでき、その場合は、デコンプ孔３８は混合気Ｍの導入通路３２と燃焼室９とを連通して、減圧する。

本発明の第１実施形態に係る減圧装置を備えた空気掃気型エンジンが搭載された携帯型送風作業機の概略平面図である。 図１の減圧装置を備えた空気掃気型エンジンの正面断面図である。 図２のlll −lll 線に沿った断面図である。 同エンジンのシリンダ部分を示す側面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図であって、掃気行程における状態を示している。 図５と同一断面であって、圧縮・吸気行程における状態を示している。 第１実施形態の変形例を示す空気掃気型エンジンの正面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る減圧装置を備えた空気掃気型エンジンの要部を示す、図３に対応した断面図である。 同エンジンのシリンダ部分を示す側面図である。 図９の矢印I Ｘ方向から見た矢視図であって、蓋体を取り外した状態を示している。

符号の説明

２ ファン
６ シリンダ
９ 燃焼室
１６ ピストン
１９ クランク軸
３１ 排気ポート
３２ 導入通路
３８ デコンプ孔
４４ 蓋体
Ａ 空気
Ｅ エンジン
Ｍ 混合気

Claims (4)

1. 混合気に先立って空気を燃焼室に導入する導入通路を備えた空気掃気型エンジンであって、
   前記燃焼室を前記導入通路に連通させるデコンプ孔が形成され、
   前記デコンプ孔はピストンの上昇により排気ポートよりも遅く閉止されるように設定され、
   前記排気ポートと対向する位置に前記デコンプ孔が形成されている、減圧装置を備えた空気掃気型エンジン。
2. 請求項１において、前記デコンプ孔は燃焼室に向かって上向きに設定されている、減圧装置を備えた空気掃気型エンジン。
3. 混合気に先立って空気を燃焼室に導入する導入通路を備えた空気掃気型エンジンであって、
   前記燃焼室を前記導入通路に連通させるデコンプ孔が形成され、
   前記デコンプ孔はピストンの上昇により排気ポートよりも遅く閉止されるように設定され、
   前記導入通路がシリンダに形成され、前記導入通路の一側におけるシリンダからの露出部分を覆う蓋体が取り付けられ、
   前記デコンプ孔が前記導入通路における露出部分に対向する他側に位置している、減圧装置を備えた空気掃気型エンジン。
4. 請求項１から３のいずれかの一項において、さらに、エンジンのクランク軸に連結されて空気流を生成するファンを備え、前記デコンプ孔がシリンダにおけるファンに近接した側部に設けられている、減圧装置を備えた空気掃気型エンジン。

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