JP4486519B2 - ガスエンジン作業機 - Google Patents

Description

本発明は、本体内へ収納する液化ガスカセットボンベ、又は、別置きの液化ガスボンベに貯蔵されたＬＰＧを燃料とする４サイクルガスエンジンによって駆動される携帯用エンジン発電機等のガスエンジン作業機に関する。

従来から、本体カバー内にエンジンに直結する発電機と、ボンベに液化して貯蔵したブタン、プロパン等のＬＰＧをガス圧レギュレータと混合器を通してエンジンのシリンダへ供給する非常用、携帯用のエンジン発電機が市販されている。ＬＰＧは低公害であり、調圧したＬＰＧと空気を簡単な混合器で混合することができるが、ブタン液化ガスカセットボンベでは燃料が気化するときに燃料ガスの温度が低下し、圧力が下がり、燃料ガスの供給が不十分になり、特に外気温度が低いとき、エンジンの出力が低下する虞がある。

この問題を解決するため、特許文献１（特開２００３−３１４３７２号公報）や特許文献２（特開２００３−３１４３７３号公報）では、ブタン液化ガスカセットボンベとガス圧レギュレータの間のガス配管を暖かいエンジンシリンダの周辺に巡らせて、シリンダで暖められた冷却風を当てて、ＬＰＧカセットボンベ内のガス気化による温度低下に対しては、カセットボンベをエンジンの上部に設置してエンジン周りの空気を対流させることによりカセットボンベを暖めるようにして燃料ガスの温度を上げ、ガス圧の降下を防ぐようにしている。

従来の携帯用ガスエンジンにおいて、ＬＰＧエンジンの出力低下防止は上記のように種々工夫されているが、作業機に直結したエンジンの回転が上昇すると負荷が著増するような作業機（例えば、芝刈機、真空掃除機等）の場合は過回転の心配はないが、エンジン直結で発電機を回すときは回転増に伴う負荷の増大が殆どないので、過回転になる虞がある。この場合、エンジンのガス、空気の混合器において絞り弁を設けて燃料ガスの流速を制限して、過回転を防止することも可能であるが、エンジンの出力を安定して取り出すには、エンジン回転を一定の範囲に制限し、燃料ガスの混合比によって出力トルクを制御することが望ましい。
特開２００３−３１４３７２号公報 特開２００３−３１４３７３号公報

ＬＰＧを燃料とする４サイクルガスエンジンとして、ブタンガス等のカセットボンベを使用するタイプが特許文献１（特開２００３−３１４３７２号公報）に、別置きのプロパンガスボンベを使用するタイプが特許文献２（特開２００３−３１４３７３号公報）に夫々開示されている。しかし、ブタンガスとプロパンガスでは蒸気圧特性（沸点がブタンガスではー０．５°Ｃ，プロパンガスではー４０°Ｃ）が異なるため、ブタンガスとプロパンガスを兼用できるタイプの４サイクルガスエンジンはこれまで出現していない。

上記の問題点に対して本発明は、以下の各手段により課題の解決を図る。
（１）本体カバーで覆われ、ブタン又はプロパンの液化石油ガスと空気の混合ガスを圧縮着火燃焼して出力する４サイクルエンジンで駆動するガスエンジン作業機において、
本体カバー内の上部に区分して備えられたガスカセットボンベ収納室と、
ブタン液化ガスをシリンダの熱で暖めるベーパライザと、
燃料ガス圧レギュレータと、
空気ガス混合器と、
供給ガス通路の開閉・切換えを行う燃料コックと、
回転速度範囲を調整するガバナと、
を備え、
燃料コックは、
ガスカセットボンベ収納室にセットされたブタン液化ガスカセットボンベからのブタン液化ガスを導入する第１入口ポートと、
別置きのプロパン液化ガスボンベ等からのプロパン液化ガスを導入する第２入口ポートと、
ベーパライザを経由して燃料ガス圧レギュレータに通じる配管を結合する第１出口ポートと、
ベーパライザを通らずに燃料ガス圧レギュレータに直接通じる供給配管を結合する第２出口ポートと、
第１位置と第２位置と第３位置とに選択切換えができるつまみと、
を有し、
つまみを第１位置に選択切換えると第１入口ポートと第１出口ポートとが連通し、
つまみを第２位置に選択切換えると第１入口ポートと第１出口ポートとが遮断されると共に第２入口ポートと第２出口ポートとが遮断され、
つまみを第２位置に選択切換えると第２入口ポートと第２出口ポートとが連通し、
ガスカセットボンベ収納室にブタンブ液化ガスカセットボンベをセットし、または、別
置きのプロパン液化ガスボンベ等の供給配管を燃料コックに結合し、燃料コックにおいて
ブタンガスとプロパンガスとの選択切換えができるガスエンジン作業機。

（２）上記（１）に記載するガスエンジン作業機において、別置きのプロパン液化ガスボンベ等の燃料供給配管とガスエンジン作業機側の燃料コックとをワンタッチカップリングで結合、分離できるガスエンジン作業機。

（３）上記（１）又は（２）に記載するガスエンジン作業機において、ガバナに連動するエンジンの停止、エンジンの始動、エンジンの運転の切換えを行う運転切換レバーの把手を作業機の出力パネル側に並べて設置したガスエンジン作業機。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載するガスエンジン作業機において、燃料コックは、第１入口ポート、第２入口ポート、第１出口ポート、第２出口ポートを有する固定弁体と、第１入口ポートと第１出口ポートとの連通、遮断、および、第２入口ポートと第２出口ポートとの連通、遮断を行う通路を有し、つまみと一体の回転部と、から構成されているガスエンジン作業機。

カセットボンベ入りブタンガスと別置きのボンベ入りプロパンガスを兼用する本発明の４サイクルガスエンジン作業機は、本体カバーのカセットボンベ収納室にセットしたブタンガスカセットボンベからのブタンガス、または、別置きのプロパンガスボンベからのプロパンガスを、燃料コックにおいて切換えと遮断ができる。また、エンジン回転速度ガバナを設け、エンジンの回転速度が略一定になるように、空気と燃料ガスの混合比を調整するように出力トルクを制御するようにしているので、エンジンの安定した出力で発電機等の作業機を駆動すると共に、過回転を防止し、負荷に係わらず作業機の回転を一定の範囲に制御することができる。

本発明のカセットボンベ入りブタンガスと、別置きのボンベ入りプロパンガスを兼用するガスエンジン作業機として４サイクルガスエンジン発電機について、その実施形態を図に基づいて説明する。
図１はブタンガス、プロパンガス兼用ガスエンジン発電機の全体の構成を示す模式図、図２は図１のガスエンジン発電機の内部の機能部品配置を示す側面（一部断面）図、図３は図２のＡ−Ａ断面を示す平面図、図４は図１のガスエンジン発電機の全体斜視図、図５は図１のガスエンジン発電機の上部蓋を除いてガスボンベの収納配置を示す斜視図、図６は図１のガスエンジン発電機の上部の燃料供給配管のワンタッチカップリング受け口配置を示す斜視図、図７は燃料コックの上面図、図８は燃料コックのガス通路を示す断面図である。

図１の模式図において、４サイクルガスエンジン１は、シリンダヘッドを含むシリンダ２と、クランクケース３と、シリンダ２の中で往復摺動する図示略のピストンと、同ピストンが受ける燃焼ガス圧を、図示略のピストンロッドを介して回転トルクに換えて出力する図示略のクランク軸とからなり、クランク軸は発電機５を直結駆動している。４はエンジン１始動用のリコイルスタータである。
この４サイクルガスエンジン１に使用するＬＰＧは、カセットボンベの液化ブタンを主成分とする燃料と、別置きのボンベ入り液化プロパンとを兼用できるものである。そのため、４サイクルガスエンジン１の本体カバー３６の上部に手動のコック型の燃料コック１２が設けてあり、ブタンガスとプロパンガスを切換えることができる。

プロパンガスボンベ３１から供給されるプロパンガスは、供給配管３２に設けられた、図２に示すワンタッチカップリング３３ｂにより、燃料コック１２に設けられた、受け側の図６に示すカップリング３３ａに容易に結合と分離ができるようになっている。図５に示すように、カセットボンベ１１は本体カバー３６の上部に２個並列に収納され、図５に示すように、２連の取込口３９にカセットボンベ１１のノズルを差し込んで図示略のガス供給弁を開き、本体カバー３６に設けられたボンベ取付台３７に固設したばね受け４３と、圧縮ばね４２と、ボンベ取付台３７に回転可能に軸支されたボンベ押さえ４１とで取付けてある。ボンベ押さえ４１、圧縮ばね４２、ばね受け４３の代わりに、上部蓋３８にリブ３８ａを設けてカセットボンベ１１を押し付けるようにしてもよい。

カセットボンベ１１からのブタン燃料は、燃料コック１２を切換えてベーパライザ１３へ送られて暖められ、気化したガスが燃料ガス圧レギュレータ９（以降、レギュレータと称す。）に送られる。また、プロパン燃料は気化温度が低いのでプロパンボンベ３１の内部で気化したガスを取り出すが、同ボンベ３１の出口で約２ｋｇ/ｃｍ^２に降圧するので、ベーパライザ１３を通す必要は無い。燃料コック１２で選択、切換えられたプロパンガスはベーパライザ１３を通らずに、供給配管４５を経てレギュレータ９に直接送られる。レギュレータ９では、ガス圧を規定圧力に調整し、最終の空気ガス混合器７へ送られる。

図７の燃料コック１２の上面図に示したように、燃料コック１２のつまみ１２ａを回して閉（ガス供給遮断）と、ブタンガスと、プロパンガスとを選択することができる。図８は燃料コック１２のつまみ１２ａと一体のボール状の回転部１２ｂと、この回転部１２ｂに外嵌する固定弁体１２ｃの断面より、図７のつまみ１２ａの位置における、ガス通路と切換え方向はブタンガスの供給時の通路位置を示している。図７の位置からつまみ１２ａを時計方向に９０度回転すると、ガス閉（遮断）、更に時計方向へ９０度回転すると、プロパンガスの供給時の通路位置になる。

エアクリーナ６を通って空気ガス混合器７へ送られた空気は空気ガス混合器７においてブタンガス又はプロパンガスと適当な混合比になるように混合されてエンジン１のシリンダ２へ入り、ここで圧縮着火燃焼して図示略のクランク軸に回転トルクを発生し、発電機５を駆動する。燃焼して仕事を終えた排気ガスはマフラ８から排気される。ベーパライザ１３は熱伝導の良好な金属材料から製造された管材のガス配管をシリンダ２の周辺に適当な長さ巡らせ、シリンダ２によって暖められた冷却空気の熱によりブタンの気化を促進し、ガス圧力を上昇させる機能を有する。ベーパライザ１３を構成する配管に溶接された熱伝導の良好な金属材料からなるブラケットをシリンダ２の排気ポートにマフラ８と共締め、又は、シリンダヘッドカバーと共締めする等して、シリンダ２の熱を直接伝導しても良い。

次に、ガバナ１４の構成と作用について説明する。エンジン１のクランクケース３の中に、クランク軸の回転数の２乗に比例する遠心力によりクランク軸方向にスラストを生じるスラスト機構を内蔵しており、クランクケース３を貫通するトルク軸２３を介してスラスト機構のスラスト力をクランクケース３の外に取出し、トルク軸２３に固定したレバー１５を矢印Ｆの反対方向に引く力となる。レバー１５の回転はリンクバー１８により中間レバー１９に伝えられ、中間レバー１９は支持板２１に固設した軸２８を中心にレバー１５と連動して回転する。支持板２１はエンジン１のクランクケース３に固設される。

中間レバー１９には空気ガス混合器７の燃料ガス流量調整針弁に繋がる作動ワイヤ２２の端部が取付けてあるので、レバー１５の回転は空気ガス混合器７の燃料ガス流量調整針弁に伝わり、燃料ガス流量調整針弁を出し入れして燃料ガス流量を調整することができる。また、作動ワイヤ２２の端部には空気取り入れ口面積を調節することができる筒堰が取付けてあり、燃料ガス流量に対応する空気流量を同時に調整して、最適な空気と燃料ガスの混合比が得られるようになっている。２２ａは両端を支持板２１と空気ガス混合器７にそれぞれ固定されている作動ワイヤ２２の可撓保護管である。

レバー１５と運転切換レバー１７との間に、引っ張りばね１６が懸けられている。運転切換レバー１７には長孔１７ａが明けられ支持板２１に固設した軸２７を中心にして回動可能で、破線で示した「停止」の位置では、引っ張りばね１６は弛んで作用力が無く、運転切換レバー１７がリミットスイッチ２９を押して点火栓の１次コイルを短絡してエンジン１を停止させている。運転切換レバー１７の実線で示した「始動」の位置では、リミットスイッチ２９が１次コイルの短絡から離れ、２次コイルの点火電圧が発生可能となり、引っ張りばね１６は作用力が弱い状態で、クランク軸の回転速度に対応したスラスト機構のスラスト力は弱く、レバー１５は作動ワイヤ２２が空気ガス混合器７の流量調整針弁を燃料ガスを絞る方向に摺動し、ここでリコイルスタータ４の把手を引くことにより、適量の燃料混合ガスがシリンダ２に送り込まれ、エンジン１が低速で始動する。

エンジン１が始動し、運転切換レバー１７を１点鎖線で示した「運転」の位置にセットすれば、引っ張りばね１６を介してレバー１５が矢印Ｆの方向に回り、リンクバー１８、中間レバー１９を介して作動ワイヤ２２が引かれ、空気ガス混合器７の流量調整針弁と空気取り入れ口面積が開く方向に作動し、エンジン１の回転が上がり発電機５を駆動する。エンジン１の定常回転に対応したクランク軸のスラスト機構のスラスト力が、トルク軸２３からレバー１５に伝わり、レバー１５に掛けられた引っ張りばね１６の作用力にバランスしたときの回転速度で回転を続ける。発電機５の負荷が増えてエンジン１の回転が低下すれば、スラスト機構のスラスト力が減り、引っ張りばね１６の作用力が勝って作動ワイヤ２２が空気ガス混合器７の流量調整針弁と空気取り入れ口面積を開く方向に引き、濃い燃料混合ガスがシリンダ２へ供給され、バランスする回転速度まで上昇する。また、発電機５の負荷が減ってエンジン１の回転が上昇すれば、スラスト機構のスラスト力が増え、引っ張りばね１６の作用力を超えて、作動ワイヤ２２が空気ガス混合器７の流量調整針弁と空気取り入れ口面積を閉じる方向に引き、薄い混合比のガスがシリンダ２へ供給され、引っ張りばね１６の作用力とバランスするスラスト機構のスラスト力が生じる回転速度まで下降する。

このように、エンジン回転速度に対応するガバナ１４を設け、エンジン１の回転速度が略一定になるように、空気ガス混合器７の燃料ガス混合比を調整するようにして出力トルクを制御することにより、エンジン１の出力を安定して取り出すと共に、過回転を防止し、負荷に係わらず発電機５の回転を一定の範囲に制御することができる。 図２、図３は、ガスエンジン駆動発電機の内部の機能部品配置を示しており、図４は斜視図によりガバナ１４と、直流取り出しターミナル、交流取り出しソケット等を備えた出力パネル２５の位置関係を示している。発電機５で発生した電流の１部は直流に整流した後、出力パネル２５に備えられたバッテリ充電用のターミナルへ結線され、発生電流の大部分は整流後インバータ４９で５０サイクル及び６０サイクルの交流に変換して、出力パネル２５に備えられたそれぞれのソケットへ結線される。また、図５はガスエンジン駆動発電機の上部蓋３８を除いた、ガスボンベ１１の収納配置を斜視図により示し、図６は、ガスエンジン駆動発電機の上部の燃料供給配管のワンタッチカップリング３３ｂの受け口であるカップリング３３ａの配置を斜視図により示している。
図２、図３において、３５は機台、３６Ａはフロントカバー、３６Ｂはリアカバー、３７はボンベ取付台、３８は本体カバー３６に着脱自在に設けられた上部蓋、３９はボンベ１１と燃料コック１２を連結する取込口を示す。上部蓋３８を取り外した状態で使用することも可能である。
なお、外置きのプロパンガスボンベ３１に代えて、外置きのブタンガスボンベを採用することにより、エンジン本体側のブタンガスボンベと、外置きのブタンガスボンベを選択的に使用することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るブタンガス、プロパンガス兼用のガスエンジン発電機の全体の構成を示す模式図である。 図１のガスエンジン駆動発電機の内部の部品配置を示す側面（一部断面）図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す平面図である。 図１のガスエンジン発電機の全体斜視図である。 図１のガスエンジン発電機の上部蓋を除いてガスボンベの収納配置を示す斜視図である。 図１のガスエンジン発電機の上部の燃料供給配管のワンタッチカップリング受け口配置を示す斜視図である。 燃料コックの上面図である。 燃料コックのガス通路を示す断面図である。

符号の説明

１ ４サイクルガスエンジン
２ シリンダ
３ クランクケース
５ 発電機
７ 空気ガス混合器
９ 燃料ガス圧レギュレータ
１１ カセットボンベ
１２ 燃料コック
１３ ベーパライザ
１４ ガバナ
１７ 運転切換レバー
２５ 出力パネル
３１ プロパンガスボンベ
３３ｂ ワンタッチカップリング

Claims (4)

1. 本体カバーで覆われ、ブタン又はプロパンの液化石油ガスと空気の混合ガスを圧縮着火燃焼して出力する４サイクルエンジンで駆動するガスエンジン作業機において、
   本体カバー内の上部に区分して備えられたガスカセットボンベ収納室と、
   ブタン液化ガスをシリンダの熱で暖めるベーパライザと、
   燃料ガス圧レギュレータと、
   空気ガス混合器と、
   供給ガス通路の開閉・切換えを行う燃料コックと、
   回転速度範囲を調整するガバナと、
   を備え、
   燃料コックは、
   ガスカセットボンベ収納室にセットされたブタン液化ガスカセットボンベからのブタン液化ガスを導入する第１入口ポートと、
   別置きのプロパン液化ガスボンベ等からのプロパン液化ガスを導入する第２入口ポートと、
   ベーパライザを経由して燃料ガス圧レギュレータに通じる配管を結合する第１出口ポートと、
   ベーパライザを通らずに燃料ガス圧レギュレータに直接通じる供給配管を結合する第２出口ポートと、
   第１位置と第２位置と第３位置とに選択切換えができるつまみと、
   を有し、
   つまみを第１位置に選択切換えると第１入口ポートと第１出口ポートとが連通し、
   つまみを第２位置に選択切換えると第１入口ポートと第１出口ポートとが遮断されると共に第２入口ポートと第２出口ポートとが遮断され、
   つまみを第３位置に選択切換えると第２入口ポートと第２出口ポートとが連通し、
   ことを特徴とするガスエンジン作業機。
2. 請求項１に記載するガスエンジン作業機において、
   別置きのプロパン液化ガスボンベ等の燃料供給配管とガスエンジン作業機側の燃料コックとをワンタッチカップリングで結合、分離できることを特徴とするガスエンジン作業機。
3. 請求項１又は２に記載するガスエンジン作業機において、
   ガバナに連動するエンジンの停止、エンジンの始動、エンジンの運転の切換えを行う運転切換レバーの把手を作業機の出力パネル側に並べて設置したことを特徴とするガスエンジン作業機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載するガスエンジン作業機において、
   燃料コックは、
   第１入口ポート、第２入口ポート、第１出口ポート、第２出口ポートを有する固定弁体と、
   第１入口ポートと第１出口ポートとの連通、遮断、および、第２入口ポートと第２出口ポートとの連通、遮断を行う通路を有し、つまみと一体の回転部と、
   から構成されていることを特徴とするガスエンジン作業機。

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