JP5072298B2 - 小型可搬式作業機械用の空冷エンジン - Google Patents

Description

本発明は主に小型可搬式作業機械に搭載される空冷エンジンに関し、詳しくは、空冷エンジンにおける冷却風の循環効率を上昇させる技術に関する。

空冷エンジンを搭載した小型可搬式作業機械は刈払機やチェーンソーを代表として屋外での草木の伐採等に用いられることが多く、その作業周辺は刈草、木屑に始まり土埃、枯葉等がエンジン周りに飛散する場合がある。このため、冷却空気の吸入口が該刈草、木屑、枯葉等によって塞がれた場合は、エンジン冷却性能の低下を招く虞がある。このような事態を防ぐためのフライホイールによるエンジン冷却の方法としては、以下の方法が公知となっている（例えば、「特許文献１」、「特許文献２」、「特許文献３」参照）。
（１）クランクケース又はファンカバーのいずれか一方に冷却風吸入口を設け、またフライホイールの該冷却風吸入口と同じ側の一面に冷却羽根を設け、該冷却風吸入口からの吸気を、該冷却羽根の回動によりシリンダへ送風し冷却する方法。
（２）クランクケースとファンカバーの両方に冷却風吸入口を設け、またフライホイールの両面に冷却羽根を設け、該冷却風吸入口からの吸気を、該冷却羽根の回動によりシリンダへ送風し冷却する方法。
特開２０００−１９２８１５号公報 実開昭５８−１８１９８５号公報 特開２００１−３５５４４６号公報

しかし前記（１）の従来技術等では、例えばクランクケースに冷却風吸入口を設ける構成にすると、該冷却風吸入口は燃料タンクやエアクリーナ等のエンジン外装品に大部分を覆われる形態となる。そのため草木等による閉塞は比較的発生しにくい反面、作業者の視認性が悪く一度閉塞状態になった場合は気づかずに放置されやすい。また、詰まった草木等の除去に手間を要することもあり、吸入口閉塞状態での作業が継続されることがある。
一方ファンカバーに冷却風吸入口を設ける構成にすると、該冷却風吸入口はエンジン外装面に設けられているため作業者からの視認性は高く、詰まった草木等の除去は容易である反面、外装面に設けられているために草木等による閉塞を引き起こしやすいという問題がある。
即ち、特許文献１のようにフライホイールの片側で送風・冷却する構成の場合、上記のように冷却風吸入口が閉塞した時は著しくエンジン冷却性能の低下を引き起こす虞がある。

また前記（２）の従来技術である特許文献２、特許文献３のようにフライホイールの両側で送風する構成にした場合でも、クランクケース側あるいはファンカバー側のいずれか一方の冷却風吸入口が閉塞すると、閉塞した側の冷却羽根の送風能力は著しく減少してしまい、送風は主に閉塞の反対側で行われるのみとなる。フライホイールのクランクケース側とファンカバー側が、冷却羽根が配置される隔壁によって分断される構成であった場合、一方の冷却風吸入口が閉塞したときの送風量は閉塞前の５０％となってしまう。

本発明は上記の課題を解決するために、上記のように冷却風吸入口の閉塞が発生しやすい状況下で作業した場合でも、冷却性能の著しい低下が発生しない空冷エンジンのフライホイールを提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、クランクケースに設けられた冷却風吸入口からの吸気をシリンダへ送風する遠心式のクランクケース側冷却羽根と、ファンカバーに設けられた冷却風吸入口からの吸気をシリンダへ送風する同遠心式のファンカバー側冷却羽根を、該クランクケースとファンカバーとに収納されているフライホイールに設けた小型可搬式作業機械用の空冷式エンジンにおいて、該クランクケース側冷却羽根とファンカバー側冷却羽根とをフライホイールの外縁部分の一部である略円盤形状の隔壁の表裏にそれぞれ該隔壁に対して立設させて、該クランクケース側冷却羽根を該クランクケースに近接させ、該隔壁の外径を該クランクケース側冷却羽根及びファンカバー側冷却羽根の外径よりも小さくし、該クランクケースに設けられた冷却風吸入口とファンカバーに設けられた冷却風吸入口とをそれぞれ該隔壁の外径の内側と外側を跨る位置に配置すると共に、それぞれの冷却風吸入口の少なくとも一部を対向する位置に形成したものである。

請求項２においては、前記フライホイールで、クランクケース側冷却羽根とファンカバー側冷却羽根を、少なくとも隔壁より外側へ突出する部分において、同位相（重ね合わせの配置）としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、クランクケース側冷却羽根とファンカバー側冷却羽根が配置される略円盤形状の隔壁の外径を、少なくともクランクケース側冷却羽根の外端径もしくはファンカバー側冷却羽根の外端径いずれかよりも小さく、冷却羽根外端よりフライホイール軸心側で冷却風が流通可能に構成されている。これによりクランクケース側あるいはファンカバー側いずれか一方の冷却風吸入口が閉塞した場合でも、閉塞した側の冷却羽根が負圧を発生させ、閉塞の反対側からフライホイール隔壁の外側を通じて冷却風を吸入させ、該冷却風を閉塞した側の冷却羽根を経由してシリンダへ送風することが可能となる。
本実施例の形態において、同一エンジン速度における片側の冷却風吸入口閉塞状態での冷却風量は閉塞前の７５％を確保している。これは、前記の従来技術（２）で示したようにフライホイールのクランクケース側とファンカバー側が、冷却羽根が配置される隔壁によって分断される構成において、冷却風吸入口のいずれか一方が閉塞した場合の送風量が閉塞前の５０％であることと比較しても冷却性能の低下は抑えられているといえる。つまり、作業環境外乱によって冷却風吸入口の片側が閉塞した場合にあっても、エンジン冷却性能の著しい低下を防ぐことが可能となるのである。
また隔壁が冷却羽根外端径より小さいので、従来技術に比較して材料使用量の削減、軽量化が図れ、製造コストを抑えることができる。

請求項２においては、クランクケース側冷却羽根とファンカバー側冷却羽根を同位相（重ね合わせの配置）とすることにより、冷却風が流通できる面積を最大に構成し、片側の冷却風吸入口が閉塞した場合に閉塞側冷却羽根の送風量の低下を最小限に抑えることが可能となる。また、冷却羽根に生じた遠心力による曲げモーメントが隔壁の両側で概ね釣り合うので、隔壁を薄く構成でき、軽量化を図ることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
図１は定常時での冷却風の流れを示した空冷エンジンの縦断側面図である。
図２はクランクケース側冷却風吸入口が閉塞した状態の冷却風の流れを示した空冷エンジンの縦断側面図である。
図３はフライホイールのクランクケース側斜視図である。
図４はフライホイールのファンカバー側斜視図である。
図５は冷却風の吸入・排出状態を示した空冷エンジンの外観側面図である。
図６はクランクケースの立体斜視図である。

[全体構成]
まず本発明の一実施例における小型可搬式の空冷エンジン１０の全体構成について、図１の空冷エンジンの縦断側面図により説明する。図１においては左側を前方とする。
本実施例では空冷エンジン１０とフライホイール３１と遠心クラッチ４２の全体をカバー（シリンダケース２４とファンカバー４１と下部カバー等）で覆い、作業者が直接エンジンの高熱部分に触れることができない構造としている。そして、空冷エンジン１０のクランク軸１３の一側（前側）にフライホイール３１を配置し、他側（後側）にリコイルスタータを配置し、前記フライホイール３１に遠心クラッチ４２等の動力断接手段を介して動力伝達軸と連結し、該動力伝達軸の他端に、本実施例では回転刃が取り付けられて、刈払機を構成している。この刈払機は空冷エンジン１０前方の動力伝達軸を覆う支持パイプ、または、支持パイプより延設したハンドルを作業者が握って作業するようにしている。
前記空冷エンジン１０の駆動部はシリンダケース２４内に配置されるシリンダ１１と、該シリンダ１１内で上下摺動可能に配置されたピストン１２と、該ピストン１２の下方に配置されたクランク軸１３と、該ピストン１２とクランク軸１３とを連結するコンロッド１４等で構成される。シリンダ１１外周には冷却フィン１１ａ・１１ａ・・・が設けられており、シリンダ１１の表面積を大きくすることで冷却を促進させる構成となっている。クランク軸１３はクランクケース２１内に、ピストン１２の上下摺動方向と直交する方向に軸線を向けて回動可能に軸止される。シリンダケース２４の一側面には冷却風排出口２４ａ、２４ａ・・としてスリットが開口されている。

前記クランク軸１３の一端には本発明であり後述するフライホイール３１が結合され、該フライホイール３１には該クランク軸１３の反対側に遠心クラッチ４２が結合され、該遠心クラッチ４２を覆うようにクラッチドラム４３が配置される。ここで、遠心クラッチ４２はフライホイール３１に固定される本体と、該本体に枢支される遠心体４２ａと、該遠心体４２ａと本体の間に介装して、該遠心体４２ａを中心側に引っ張るバネ４２ｂより構成している。該遠心体４２ａは本体の外周部分に適宜間隔をあけて複数配設される。そして該クラッチドラム４３には、クラッチドラム４３の回動軸と同軸上で回動可能に駆動軸４４が結合され、該駆動軸４４の回動基部にはベアリング４５が配置されてファンカバー４１に回転自在に支持される。なお図１及び図２においては、駆動軸４４の回動基部のみ表示し、中途部は省略している。

前記シリンダ１１内での燃料の燃焼によるエネルギーはピストン１２の上下往復運動となり、コンロッド１４を介してクランク軸１３に伝えられ、クランク軸１３の回転運動へと変換される。該クランク軸１３の回動はフライホイール３１を介して遠心クラッチ４２へと伝えられる。ここで該遠心クラッチ４２の回転数が大きくなると遠心体４２ａの遠心力によってバネ４２ｂを引き伸ばし、該遠心クラッチ４２の一端である遠心体４２ａがクラッチドラム４３と接合される。これによりクラッチドラム４３が回動し、該クラッチドラム４３の回動は駆動軸４４へと伝えられ、図示しない作業部へと伝えられるのである。

[定常時の冷却構造]
次に、定常時のフライホイール３１による空冷エンジン１０の冷却構造について説明する。図１中の矢印は定常時での冷却風の流れを示している。図３はフライホイール３１のクランクケース２１側斜視図、図４はフライホイール３１のファンカバー４１側斜視図、図５は空冷エンジン１０の外観側面図、図６はクランクケース２１の立体斜視図である。図３、図４中の矢印αはフライホイール３１の運転時回動方向を示す。
空冷エンジン１０の運転時は、該空冷エンジン１０内は前記フライホイール３１によって吸入される冷却空気で冷却される。該フライホイール３１は上述したとおりクランク軸１３の一端に結合され、クランクケース２１とファンカバー４１の間に配置される。図３及び図４に示すように、該フライホイール３１の外縁でクランクケース２１側の一面には遠心式のクランクケース側冷却羽根３１ａ・３１ａ・・・が回動軸方向に立設して複数枚設けられ、フライホイール３１の外縁でファンカバー４１側の一面にはファンカバー側冷却羽根３１ｂ・３１ｂ・・・が回動軸方向に立設して複数枚設けられ、フライホイール３１の外縁部分の一部は当該冷却羽根３１ａ・３１ｂの間で隔壁３１ｃとして略円盤形状に構成される。つまり、円盤状に構成したフライホイール３１の表裏の外周縁に適宜間隔をあけて冷却羽根３１ａ・３１ｂが設けられている。
ここで、該隔壁３１ｃの外径は、少なくともクランクケース側冷却羽根３１ａの外端径（図３中のＡ）もしくはファンカバー側冷却羽根３１ｂの外端径（図４中のＢ）いずれかよりも小さく構成されている。本実施例では、クランクケース側冷却羽根３１ａの外端径とファンカバー側冷却羽根３１ｂの外端径は略同一の大きさとし、隔壁３１ｃの外径は、クランクケース側冷却羽根３１ａの外端径及びファンカバー側冷却羽根３１ｂの外端径の双方より小さい構成としている。なお本実施例においてクランクケース側冷却羽根３１ａ・ファンカバー側冷却羽根３１ｂはともに１４枚で構成されており、回動方向に向かって湾曲した形状となっているが、該冷却羽根３１ａ・３１ｂについては該フライホイール３１の回動によって冷却風を発生させる構造であればよく、その枚数・形状等は本実施例に限定されるものではない。

ここで冷却空気は、クランクケース２１に開口されたクランクケース側冷却風吸入口２１ａ及びファンカバー４１に開口されたファンカバー側冷却風吸入口４１ａの二箇所から吸入される。
図１、図５及び図６に示すように、クランクケースは前後に二分割され、前側のクランクケース２１の前方にフライホイール３１を収納し、後方にクランク軸のバランスウエイト部分を収納する構成としている。前側のクランクケース２１のフライホイール３１側（前側）はお碗状に広がり、周縁端部にフランジ部を形成してファンカバー４１を固定できるようにし、該クランクケース２１の略中心部分にはクランク軸１３を貫通させる孔２１ｂが開口されている。そして孔２１ｂの周囲から側方及び下方の外周方向にクランクケース側冷却風吸入口２１ａ・２１ａ・・・が複数開口されている。図１の空冷エンジン１０の縦断側面図では、該クランクケース側冷却風吸入口２１ａのうち、下方の一部分のみを表示して説明している。
定常時においては図１及び図５に示すように、前記フライホイール３１の回動によって該クランクケース側冷却風吸入口２１ａから冷却空気が吸入され、図１中の矢印に示す経路Ｃ１〜Ｃ３を通って上方のシリンダ１１へと送られる。この際、クランクケース側冷却風吸入口２１ａから吸気するときに、その送風は同時にクランク軸１３、燃料タンク２２等のクランクケース２１側の部品を冷却している。該燃料タンク２２は下部カバーにより覆われている。

一方ファンカバー４１は漏斗状に拡がる壺形状に構成され、遠心クラッチ４２、クラッチドラム４３等を収納している。該ファンカバー４１の尖った側（前側の軸心部）は図示しない操作杆と連結され、内部に駆動軸４４の回動基部が配置される。そして、該ファンカバー４１の拡がった側の側面には側方から下方にかけてファンカバー側冷却風吸入口４１ａ・４１ａ・・・としてスリットが開口されている。
定常時においては図１及び図５に示すように、前記フライホイール３１の回動によって該ファンカバー側冷却風吸入口４１ａから冷却空気が吸入され、図１中の矢印に示す経路Ｄ１〜Ｄ３を通って上方のシリンダ１１へと送られる。この際、ファンカバー側冷却風吸入口４１ａから吸気し、送風すると同時に遠心クラッチ４２、クラッチドラム４３及びベアリング４５等のファンカバー４１側の部品を冷却している。
こうして空冷エンジン１０を駆動すると、フライホイール３１に設けた冷却羽根３１ａ・３１ｂの回転により、フライホイール３１の下方両側に配置したクランクケース側冷却風吸入口２１ａ及びファンカバー側冷却風吸入口４１ａから外気が吸入され、冷却風は上方へ送られてシリンダ１１の両側面を通過して冷却した後、後面に配置した冷却風排出口２４ａより図１中の矢印に示す経路Ｅを通って作業者と反対側の後方に排出される。

[クランクケース側冷却風吸入口閉塞時の冷却構造]
次に、クランクケース側冷却風吸入口２１ａ又はファンカバー側冷却風吸入口４１ａのいずれか一方が草木等によって閉塞した場合のフライホイール３１による空冷エンジン１０の冷却構造について、図２を用いて説明する。ここでは一例としてクランクケース側冷却風吸入口２１ａが閉塞した場合を説明するが、ファンカバー側冷却風吸入口４１ａが閉塞した場合でも略同様の効果を奏する。図２中の矢印はクランクケース側冷却風吸入口２１ａが閉塞した場合の冷却風の流れを示している。なお、定常時の冷却構造の説明に用いたものと同一の部品、構成については同一符号を付して説明を省略している。

クランクケース側冷却風吸入口２１ａが閉塞すると、前記図１中Ｃ１で示した冷却空気の流れが遮断され、フライホイール３１のクランクケース２１側を流れる冷却風の風量が減少する。ここで、本発明に係るフライホイール３１はクランクケース側冷却羽根３１ａとファンカバー側冷却羽根３１ｂが配置される略円盤形状の隔壁３１ｃの外径を、少なくともクランクケース側冷却羽根３１ａの外端径（図３中のＡ）もしくはファンカバー側冷却羽根３１ｂの外端径（図４中のＢ）いずれかよりも小さく構成している。即ち、フライホイール３１のクランクケース２１側とファンカバー４１側が冷却羽根３１ａ・３１ｂの外端より内側で連通されており、冷却風が容易に流通可能に構成されているのである。
これにより、クランクケース側冷却風吸入口２１ａが閉塞した場合には、フライホイール３１の回動によってクランクケース側冷却羽根３１ａが負圧を発生させる。そしてファンカバー４１側からフライホイール３１の外側（図２中の矢印に示す経路Ｆ１）を通じてクランクケース２１側に冷却風が流入し、経路Ｆ２・Ｆ３を経由して該冷却風をシリンダ１１へ送風することが可能となるのである。即ち、クランクケース側冷却風吸入口２１ａが閉塞してもフライホイール３１のクランクケース２１側を経由して冷却風を流通させることができるのである。

本実施例の形態において、同一エンジンでの回転速度における片側の冷却風吸入口閉塞状態での冷却風量は閉塞前の７５％を確保している。フライホイール３１のクランクケース２１側とファンカバー４１側が、冷却羽根３１ａ・３１ｂが配置される隔壁３１ｃによって分断される構成においては、冷却風吸入口２１ａ・４１ａのいずれか一方が閉塞した場合の送風量が閉塞前の５０％であることと比較すると、冷却性能の低下は抑えられているといえる。つまり、作業環境外乱によって冷却風吸入口２１ａ、４１ａのいずれか片側が閉塞した場合にあっても、エンジン冷却性能の著しい低下を防ぐことが可能となるのである。
また隔壁３１ｃが冷却羽根外端径（図３中のＡ、図４中のＢ）より小さいので、従来技術に比較して材料使用量の削減、軽量化が図れ、製造コストを抑えることができる。

さらに、クランクケース側冷却羽根３１ａとファンカバー側冷却羽根３１ｂは同位相（重ね合わせの配置）に構成されており、冷却風が流通できる面積が最大になるように構成されているので、クランクケース側冷却風吸入口２１ａが閉塞した場合でもクランクケース側冷却羽根３１ａの送風量の低下を最小限に抑えることが可能となるのである。また、冷却羽根３１ａ、３１ｂに生じた遠心力による曲げモーメントが隔壁３１ｃの両側で概ね釣り合うので、隔壁３１ｃを薄く構成でき、軽量化を図ることができる。
上記のような構成により、クランクケース側冷却風吸入口２１ａ又はファンカバー側冷却風吸入口４１ａの閉塞が発生しやすい状況下で作業した場合でも、冷却性能の著しい低下を発生させずに作業を継続できるのである。
なお、本実施例では隔壁３１ｃの外径を、クランクケース側冷却羽根３１ａ及びファンカバー側冷却羽根３１ｂの外端径よりも小さく構成したが、要はフライホイール３１のクランクケース２１側とファンカバー４１側が、冷却風が流通可能に連通されている構成であれば同様の効果を奏する。即ち、隔壁３１ｃの外径を冷却羽根３１ａ・３１ｂの外端径と同一にし、隔壁３１ｃに連通孔または切欠を設けて冷却風を流通可能にする等の構成としても良い。

定常時での冷却風の流れを示した空冷エンジンの縦断側面図。 クランクケース側冷却風吸入口が閉塞した状態の冷却風の流れを示した空冷エンジンの縦断側面図。 フライホイールのクランクケース側斜視図。 フライホイールのファンカバー側斜視図。 冷却風の吸入・排出状態を示した空冷エンジンの外観側面図。 クランクケースの立体斜視図。

符号の説明

１０ 空冷エンジン
１１ シリンダ
１２ ピストン
１３ クランク軸
２１ クランクケース
２１ａ クランクケース側冷却風吸入口
３１ フライホイール
３１ａ クランクケース側冷却羽根
３１ｂ ファンカバー側冷却羽根
３１ｃ 隔壁
４１ ファンカバー
４１ａ ファンカバー側冷却風吸入口
４２ 遠心クラッチ
４４ 駆動軸

Claims (2)

1. クランクケースに設けられた冷却風吸入口からの吸気をシリンダへ送風する遠心式のクランクケース側冷却羽根と、
   ファンカバーに設けられた冷却風吸入口からの吸気をシリンダへ送風する同遠心式のファンカバー側冷却羽根を、
   該クランクケースとファンカバーとに収納されているフライホイールに設けた小型可搬式作業機械用の空冷式エンジンにおいて、
   該クランクケース側冷却羽根とファンカバー側冷却羽根とをフライホイールの外縁部分の一部である略円盤形状の隔壁の表裏にそれぞれ該隔壁に対して立設させて、該クランクケース側冷却羽根を該クランクケースに近接させ、
   該隔壁の外径を該クランクケース側冷却羽根及びファンカバー側冷却羽根の外径よりも小さくし、
   該クランクケースに設けられた冷却風吸入口とファンカバーに設けられた冷却風吸入口とをそれぞれ該隔壁の外径の内側と外側を跨る位置に配置すると共に、それぞれの冷却風吸入口の少なくとも一部を対向する位置に形成したことを特徴とする、
   小型可搬式作業機械用の空冷エンジン。
2. 前記フライホイールで、クランクケース側冷却羽根とファンカバー側冷却羽根を、
   少なくとも隔壁より外側へ突出する部分において、
   同位相（重ね合わせの配置）としたことを特徴とする、請求項１に記載の小型可搬式作業機械用の空冷エンジン。

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