JP4935752B2 - エンジン工具 - Google Patents

Description

本発明は、チェンソーやブロワ、刈払機等のように２サイクルあるいは４サイクルでのエンジンを用いたエンジン工具における制振技術に関する。

従来のエンジン工具において、圧縮された混合気の燃焼によって発したシリンダ内を下降するピストンは、該ピストンがクランク軸の中心から偏心しているクランクピンにコンロッドを介して連結していることから、該クランクピン、該コンロッドおよび該ピストンの質量によって下降方向に慣性力が生じる。また、ピストンの上昇も同様に、該クランクピン、該コンロッドおよび該ピストンの質量によって上昇方向に慣性力が生じる。そのため、該慣性力が振動の原因となり、クランクのアンバランスを備えて相殺しているが、上下の振動は低減できても、アンバランスのせいで左右の振動に変化することがあり、完全に相殺することができないでいる。そのため、エンジン工具は、該振動を作業者が把持する部位に伝達される間に振動を減衰させるために、ゴムやバネなどの弾性体を用いて吸振している。

また、動吸振器は、弾性要素による付勢力が作用した状態で配置されたウエイトが、当該動吸振器に入力される振動量の大きさに応じて駆動されることで制振作用を奏する。すなわち動吸振器は、発生した振動量に応じて制振量が決定されるという受動的な性格を有する。そのため、エンジン工具に搭載しても実際の作業においては、作業者がエンジン工具を被加工材に強く押圧し、被加工材によって回転数を調節して作業を行うといったように、被加工材側への押圧力やエンジン工具の回転数に相当作用するため制振の要請が高いにもかかわらず、動吸振器に入力される振動量が抑制されてしまう場合がある。

上記で述べた構造では、吸振する弾性体やエンジン工具に搭載する際の動吸振器において、広い範囲における周波数の振動を低減するための構造となっておらず、作業者が把持する部位に振動が効率よく減衰されずにいるため、操作性が損なわれ長時間作業を行うことが困難であった。

本発明の目的は、ピストンの上下運動と相対的に連動する動吸振器を装備させ、エンジン工具の制振性を向上させることで、作業者に伝わる振動低減することができ、操作性および作業効率を最大限に発揮させることができるエンジン工具を提供することにある。

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、往復運動するピストンが収容されるシリンダブロックと、
ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換するエンジンを駆動源とするエンジン工具において、直線運動可能に構成されたウエイトと、ウエイトに付勢力を与える弾性体とから構成される動吸振器とを有し、動吸振器のウエイトが前記シリンダブロック内の圧力変動により駆動するようにした。

請求項１の発明によれば、直線運動可能に構成されたウエイトと、ウエイトに付勢力を与える弾性体とから構成される動吸振器とを有し、動吸振器のウエイトがシリンダブロック内の圧力変動により駆動するので、作業者へ伝達される振動が低減され、操作性および作業効率を最大限に発揮させることができる。

請求項２の発明によれば、ウエイトの直線運動はピストンの往復運動と平行軸上又は同軸上に配置され、ピストンはシリンダブロック内部にピストンを挟んで燃焼室とクランク室を画成し、動吸振器はウエイトを挟んで第一空気室及び第二空気室を画成し、圧力変動が導入される動吸振器の空気室は、クランクケースの圧力変動の取出側と同側であるので、ウエイトが前記ピストンと対向状に駆動することで、エンジンの振動が減衰でき、作業時の振動・騒音を低減できる。

また、特にピストンの往復運動方向の同軸上に動吸振器のウエイトが設置されることで、効果的に慣性力を相殺することが可能となる。

請求項３の発明によれば、エンジンに混合気を供給するダイヤフラムの気化器を備え、動吸振器はクランクケースと連通する第一空気室と、第一空気室からウエイトを挟んで反対側にある第二空気室を備えると共に、第二空気室が気化器のポンプ室と連通しているので、既存のパルス導入経路を利用しながら、気化器のポンプ動作も通常通りに行えることで、動吸振器を設けるための加工を最小限にすることが可能となる。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明に係るエンジン工具の実施形態を、図１から図６を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係るエンジン工具の動作を説明するための図で、クランク室が負圧状態の時を示す図である。図２は本発明の実施形態に係るエンジン工具の動作を説明するための図で、クランク室が正圧状態の時を示す図である。図３から図６は本実施形態に係るエンジン工具に用いられる一実施形態である２サイクルエンジンの一般的な燃焼行程を説明するための図である。

図１に示すよう、本発明の一実施形態として２サイクルエンジンを用いたエンジン工具を示しており、エンジンはシリンダブロック２２を備え、シリンダブロック２２はシリンダヘッド２０とクランクケース２１から構成されている。シリンダヘッド２０は円筒形のピストン１を上下に移動可能に案内しており、ピストン１はピストン１、ピストンピン１７、コンロッド１５およびクランクピン１６を介して、クランクケース２１に回転可能に支持されるクランク軸７と繋がっている。シリンダブロック２２内には、ピストン１とシリンダヘッド２０により燃焼室３が、ピストン１とクランクケース２１によりクランク室２がそれぞれ画成されている。燃焼室３は上壁に点火プラグ８を備え、側壁には排気口５ａと掃気口６が、それぞれ燃焼ガスを排出するための排気ポート５ｂとクランク室２と繋がる混合気を供給する図示しない掃気ポートと接続されている。クランク室１６には吸気口４ａが開口し、外気と連通する吸気ポート４ｂと接続されている。吸気ポート４ｂは外気から空気を導入し、吸気ポート４ｂの途中に設けられたダイヤフラム式の気化器１３によって燃料と混合され、燃焼室３に送られる混合気を生成している。

クランク室２は、パルス経路２３ａを介して動吸振器１９と連通している。動吸振器１９はウエイト１２がピストンの往復動作と平行軸上で直線運動するような方向に配置されており、ウエイト１２は、ウエイト１２の運動軸上において両側から非一体的に挟みこまれて付勢力を与えられている。動吸振器１９はウエイト１２により第一空気室９及び第二空気室１０を画成し、第一空気室９はクランク室２に連通している。また、吸気ポート４ｂは燃焼室３に混合気を供給するダイヤフラム式の気化器１３を備えている。気化器１３は図示しない燃料補給経路を介して燃料タンクと接続されており、気化器１３内のパルス室１４には振動することで燃料タンクから燃料を吸い上げるポンプ・ダイヤフラム１８が備えられている。パルス室１４は動吸振器１９のパルス経路２３ｂを介して第二空気室１０と連通しており、第二空気室１０の圧力変動によりポンプ・ダイヤフラム１８が振動可能に構成されている。

次に、以上のように直線運動可能に構成されたウエイト１２と、ウエイト１２に付勢力を与える弾性体１１ａ、１１ｂとから構成される動吸振器１９とを有し、動吸振器１９のウエイト１２がシリンダブロック内の圧力変動により駆動するようにしたエンジンの動作について説明する。
図３に示すよう、ピストン１が下死点から上昇していくと、クランク室２の体積の増加に伴いクランク室２は負圧となり、一方燃焼室３は体積の減少に伴い混合気が圧縮される。また、吸気ポート４ｂはピストン１が通過し開くと、大気との圧力差によってクランク室２に混合気が吸入される。そして、図４に示すように上死点を通過してピストン１が降下することで、吸気ポート４ｂが閉じ、燃焼室３で圧縮された混合気が点火プラグ８の火花によって燃焼されピストン１の下降が加速し、図５に示すようにピストン１の下降によって排気ポート５ｂが開き、燃焼済みのガスが排出され始め、かつクランク室２の混合気の圧縮が始まる。さらに、図６に示すように圧縮された混合気は、ピストン１の下降によって掃気口６が開き、燃焼室３へ吸入される。以上の燃焼室３で行われる混合気の圧縮、燃焼、排気、掃気、クランク室２の大気圧との圧力差を使って混合気の吸入、掃気といった工程を繰り返すことで、クランク軸７の出力軸に接続された図示しない作業装置を駆動させる。

本発明に係る一実施形態では、図１に示すように、燃焼室３の燃焼済みガスを排気する工程において、ピストン１の下降によりクランク室２の混合気が圧縮により、クランク室２とパルス経路２３ａを介して連通している動吸振器１９の第１空気室９における空気もしくは混合気も圧縮する。更に第１空気室９の混合気が圧縮することにより、第２空気室１０より第１空気室９の大気圧力が大きくなるため、弾性体１１ａ、１１ｂで把持されているウエイト１２にピストン１と平行軸上において、ウエイト１２は、ウエイト１２の移動方向を把持している弾性体１１ｂを圧縮する方向即ちピストン１の往復運動に対して逆方向に移動することになり、これにより動吸振器１９が駆動される。また、ウエイト１２の移動に伴い第２空気室１０の空気もしくは混合気が圧縮し、第２空気室１０とパルス経路２３ｂを介して連通している気化器１３のパルス室１４の圧力変動を生じさせ、ポンプ・ダイヤフラム１８を振動させる。ポンプ・ダイヤフラム１８のポンプ動作により、図示しない燃料補給経路を介して燃料タンクから燃料を吸い上げ、気化器１３内部へ燃料が補給される。

また同様に、ピストン１が下死点を通過する前から、掃気口６が開放され、ピストン１の下降によって圧縮されていた混合気が燃焼室３に入り、クランク室２の圧力低下が始まる。下死点を通過後、ピストン１が上昇をはじめ、図２に示すように、掃気口６を塞ぎきったときに、ピストン１の上昇に伴い、クランク室２の大気圧は負圧となっていく。そのため、混合気をクランク室２に吸入されると同時に、クランク室と連通している第１空気室９の大気圧が第２空気室１０より低下することで、第２空気室１０より第１空気室９の圧力が低くなり、ウエイト１２はピストン１の移動方向と逆方向に移動するため、ウエイト１２の移動方向を把持している弾性体１１ａが圧縮される。また、第２空気室１０はウエイト１２移動によって圧力が低下するため、気化器１３のパルス室１４の圧力変動を生じさせ、気化器１３内に燃料が補給される。

次に本実施形態による動吸振器を用いる効果について説明する。ウエイト１２はウエイト１２の移動方向に把持している弾性体１１ｂが圧縮されながらピストン１の動作方向に対して逆方向に移動することにより、ピストン１の下降によって発生したピストン１、ピストンピン１７、コンロッド１５およびクランクピン１６の慣性力を相殺することが可能となり、振動を低減することができる。

また、ウエイトの直線運動はピストンの往復運動と平行軸上に位置していることで、ピストンはシリンダブロック内部にピストンを挟んで燃焼室とクランク室を画成し、動吸振器はウエイトを挟んで第一空気室及び第二空気室を画成し、圧力変動が導入される動吸振器の空気室は、クランクケースの圧力変動の取出側と同側であるので、ウエイトが前記ピストンと対向状に駆動することになり、エンジンの振動が減衰でき、作業時の振動・騒音を低減できる。尚、本実施形態ではウエイト１２の動作軸はピストンの平行軸上としたが、これに限らず同軸または略同軸に配置しても良い。これによればピストンの往復運動の軸上で直接ウエイトが動作するため、効果的に慣性力を相殺することが可能となる。

また、エンジンに混合気を供給するダイヤフラムの気化器を備え、動吸振器はクランクケースと連通する第一空気室と、第一空気室からウエイトを挟んで反対側にある第二空気室を備えると共に、第二空気室が気化器のポンプ室と連通しているので、既存のパルス導入経路を利用しながら、気化器のポンプ動作も通常通りに行えることで、動吸振器を設けるための加工を最小限にすることが可能となる。

以上、本発明を示す実施形態に基づき説明したが、本発明は上述の形態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、本実施形態においてエンジンの説明を２サイクルエンジンを用いて行ったが、エンジンを駆動源に用いたエンジン作業機であれば何れも有効である。

本発明の実施形態に係るエンジン工具の動作を説明するための図で、クランク室が負圧状態の時を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係るエンジン工具の動作を説明するための図で、クランク室が正圧状態の時を示す縦断面図である。 一般的な２サイクルエンジンの圧縮工程を示す縦断面図である。 一般的な２サイクルエンジンの燃焼工程を示す縦断面図である。 一般的な２サイクルエンジンの排気工程を示す縦断面図である。 一般的な２サイクルエンジンの掃気工程を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ピストン
２ クランク室
３ 燃焼室
４ａ 吸気口
４ｂ 吸気ポート
５ａ 排気口
５ｂ 排気ポート
６ 掃気口
７ クランク軸
８ 点火プラグ
９ 第１空気室
１０ 第２空気室
１１ａ、１１ｂ 弾性体
１２ ウエイト
１３ 気化器
１４ パルス室
１５ コンロッド
１６ クランクピン
１７ ピストンピン
１８ ポンプ・ダイヤフラム
１９ 動吸振器
２０ シリンダヘッド
２１ クランクケース
２２ シリンダブロック
２３ａ、２３ｂ パルス経路

Claims (3)

1. 往復運動するピストンが収容されるシリンダブロックと、
   前記ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換するエンジンを駆動源とするエンジン工具において、
   直線運動可能に構成されたウエイトと、前記ウエイトに付勢力を与える弾性体とから構成される動吸振器とを有し、前記動吸振器のウエイトが前記シリンダブロック内の圧力変動により駆動することを特徴とするエンジン工具。
2. 前記ウエイトは前記ピストンの往復運動と平行軸上又は同軸上を直線運動するように配置され、前記ピストンは前記シリンダブロック内部に前記ピストンを挟んで燃焼室とクランク室を画成し、前記動吸振器は前記ウエイトを挟んで第一空気室及び第二空気室を画成し、圧力変動が導入される前記動吸振器の空気室は、クランクケースの圧力変動の取出側と同じ側にあることを特徴とする請求項１記載のエンジン工具。
3. 前記エンジンに混合気を供給するダイヤフラム式のパルス室を有する気化器を備え、前記動吸振器はクランクケースと連通する第一空気室と、第一空気室からウエイトを挟んで反対側にある第二空気室を備えると共に、前記第二空気室が前記パルス室と連通していることを特徴とする請求項１若しくは２記載のエンジン工具。

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