JP5691500B2 - 小型エンジンおよびそれを備えたエンジン作業機 - Google Patents

Description

本発明は、小型エンジン、特に刈払機やチェンソー等の携帯型のエンジン作業機に好適な小型エンジンおよびそれを備えたエンジン作業機に関する。

エンジンの始動性を向上させるものとしては、例えば特許文献１に示すように、始動用燃料を気化器のベンチュリー近傍に供給することで燃料濃度の濃い混合気をシリンダ内に供給するものがある。

特開平８−４６１８号公報

ところで、特許文献１のエンジンは、始動時に燃料濃度の濃い混合気がシリンダ内に供給されるため、始動性は改善するものの、エンジンの始動直後にエンジン回転が上昇してしまう。このため、例えば、このエンジンが刈払機等のエンジン作業機に搭載されている場合、エンジン回転数がエンジン作業機の遠心クラッチの接続回転数より上昇し、遠心クラッチが接続する可能性があるという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、始動性を向上させる一方でエンジン回転数の上昇を抑えることのできる小型エンジンおよびそれを備えたエンジン作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる小型エンジンは、
気化器から供給される混合気が吸気通路を介してシリンダボア内に供給される小型エンジンであって、
前記気化器に設けられたスロットル弁が開かれることで、始動時に前記気化器から前記シリンダボア内に供給される燃料の濃度を高める始動用燃料供給装置と、
始動時に前記気化器から前記シリンダボア内に供給される燃料の濃度を高める前記始動用燃料供給装置の操作を検出する始動用燃料供給操作検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記始動用燃料供給操作検出手段により前記始動用燃料供給装置の操作が検出され、前記エンジン回転数検出手段により所定以上のエンジン回転数が検出された場合に、エンジン回転数を所定の回転数以下に抑制するエンジン回転数制御手段と、を備える、
ことを特徴とする。

また、前記気化器に設けられたスロットル弁を開閉するスロットルトリガをさらに備え、
前記始動用燃料供給操作検出手段は、前記スロットルトリガとは独立して前記スロットル弁が開かれることで、前記始動用燃料供給装置の操作が開始されたことを検出し、前記スロットルトリガが操作されることで、前記始動用燃料供給装置の操作が終了されたことを検出してもよい。

さらに、前記エンジン回転数制御手段は、前記シリンダボア内に供給される燃料と空気の混合気に点火する点火プラグの点火時期を遅らせることによりエンジン回転数を前記所定の回転数以下に抑制してもよい。

また、前記始動用燃料供給装置は、操作時に前記スロットル弁をアイドル位置から始動位置に開いてもよい。

さらに、前記吸気通路に混合気の流量を変化させる混合気流量制御手段をさらに設け、
前記エンジン回転数制御手段は、前記混合気流量制御手段により混合気の流量を減らすことによりエンジン回転数を前記所定の回転数以下に抑制してもよい。

また、前記小型エンジンは２サイクルエンジンであってもよい。

さらに、前記小型エンジンは４サイクルエンジンであってもよい。

本発明の第２の観点にかかるエンジン作業機は、
上述の小型エンジンと、
前記小型エンジンの回転数が前記所定回転数より高い第２の所定回転数の時に前記小型エンジンの出力を外部に伝達する遠心クラッチと、を備える、
ことを特徴とする。

本発明によれば、始動時にシリンダボア内に供給される燃料の濃度を高める始動用燃料供給装置の操作を検出する始動用燃料供給操作検出手段と、始動用燃料供給操作検出手段により始動用燃料供給装置の操作が検出された場合に、エンジン回転数を所定の回転数以下に抑制するエンジン回転数制御手段とを備えるので、始動性を向上させる一方でエンジン回転数の上昇を抑えることができる。

本発明に係るエンジンを搭載した刈払機の側面図。 本発明の第１実施形態に係るエンジンを搭載した刈払機の一部を断面で示した前方視側面図。 始動操作レバーを始動位置に操作した状態を示した図２に対応する図。 図１のスロットル部分の一部を断面で示した拡大図。 図４の要部拡大図。 本発明に係るエンジンの制御回路図。 本発明に係るエンジンの回転数と点火時期の関係を示す図。 本発明の変形例に係るエンジン搭載した刈払機の後方視側面図。 図８の要部拡大図。 始動操作レバーを通常運転位置に操作した状態を示した図８に対応する図。 本発明の第２実施形態に係るエンジンを搭載した刈払機の一部を断面で示した前方視側面図。 図１１の要部拡大図。 図１１のインシュレータ部分のバルブが閉じた状態を示す図。

以下、本発明の第１実施形態を添付の図１乃至図１０に沿って説明する。図１に示すように、携帯型のエンジン作業機への搭載に好適な２サイクル式の小型エンジン１（以下エンジン）を搭載した刈払機１００１は、操作桿１００２の先端に回転刃１００５が取り付けられ、操作桿１００２の後端にエンジン１が取り付けられる。エンジン１の出力は、エンジン１の出力軸（図示せず）の回転数が所定回転数以上で動力の伝達を行う遠心クラッチ１００３を介して、操作桿１００２内に挿通させたドライブシャフト１００４に伝わる。そして、ドライブシャフト１００４の回転は、回転刃１００５に伝わり、回転刃１００５は回転する。操作者は操作桿１００２に取付けられたループハンドルハンドル１００６と操作桿１００２を囲むように取付けられスロットルトリガ（スロットル）２が設けられたグリップ部１００７を把持して刈払機１００１を操作する。

図２に示すように、エンジンカバー３に収容されたエンジン１には、燃料タンク４から供給される燃料と空気を混合してエンジン１のシリンダブロック９内に形成されたシリンダボア（図示せず）に混合気を供給する気化器５と、エンジン１から排出される燃焼ガスを外部に排出するマフラ６と、クランク軸７に固定されたマグネトロータ８と、エンジン１のシリンダブロック９に固定されたイグニッションコイル１０と、イグニッションコイル１０に接続された点火プラグ１１が取付けられる。

気化器５は、吸気通路（図示せず）内に設けられたスロットル弁（図示せず）をアイドル位置から始動位置に所定量開くことで混合気中の燃料の濃度を増加させるリフトアップ式気化器（始動用燃料供給装置）である。そして、図２、図３に示すように、気化器５の外部にはリフトアップを行う、つまりスロットル弁を所定量開くための始動操作レバー１２が設けられる。また、気化器５には、始動操作レバー１２が図２に示す通常運転位置の状態、つまりリフトアップを行っていない状態でＯＦＦとなり、図３に示す始動位置の状態、つまりリフトアップを行う状態でＯＮとなる始動操作検出スイッチ（始動用燃料供給操作検出手段）１３が設けられる。そして、始動操作レバー１２が始動位置にある状態でスロットルトリガ２（図１、図４参照）が操作されると、スロットルトリガ２の操作によるスロットル弁の動作に連動してバネ（図示せず）の付勢により始動操作レバー１２は通常運転位置に戻され、リフトアップが解除される。なお、気化器５は、リフトアップ式に限られるものでは無く、例えば、始動操作レバー１２の操作時に、チョーク弁（図示せず）を閉じる一方、スロットル弁（図示せず）をアイドル位置から始動位置に所定量開くとともにニードル弁を所定量開くことで混合気中の燃料の濃度を増加させるファーストアイドル式気化器（始動用燃料供給装置）であってもよい。

図４に示すように、グリップ部１００７には支軸１４を中心に矢印Ｔで示すように揺動するスロットルトリガ２が設けられる。スロットルトリガ２の揺動は、スロットルケーブル（図示せず）を介して気化器５（図２，３参照）のスロットル弁に伝達され、スロットルトリガ２の操作によりスロットル弁が開閉される。また、図４の円内を拡大した図５に示すように、グリップ部１００７の内部には、スロットルトリガ２が操作されていないアイドリング位置にある状態、つまり、スロットルトリガ２が実線で示す状態でＯＮとなり、スロットルトリガ２が操作された状態、つまりスロットルトリガ２が点線で示す引かれた状態でＯＦＦとなる、スロットル位置検出スイッチ（スロットル操作検出手段）１５が設けられる。

点火プラグ１１による点火を制御するイグニッションコイル１０には、図６に示すように、エンジン１の点火時期を制御するための点火時期制御回路（エンジン回転数制御手段）１６が組み込まれる。イグニッションコイル１０では、マグネトロータ８（図２参照）が回転によりエキサイタコイル１７に高電圧を発生させ、コンデンサ１８が蓄電される。一方、パルサコイル１９で発生するエンジン回転数に対応した点火信号を点火時期制御回路１６経由でＳＣＲ２０のゲート端子２１に入力することで、蓄電されたコンデンサ１８の放電を行う。なお、イグニッションコイル１０はパルサコイル１９で発生する点火信号をエンジン回転数として検出するエンジン回転数検出手段としても機能する。コンデンサ１８の放電により、１次コイル２２に電流が流れることで、２次コイル２３に高電圧を発生させ、点火プラグ１１に火花を発生させる。この時、点火時期制御回路１６では、少なくとも始動操作検出スイッチ１３またはスロットル位置検出スイッチ１５の一方がＯＦＦである場合、つまり、スロットルトリガ２が操作されているか始動操作レバー１２が操作されていない、あるいは両方満たす場合には、図７に四角印で示すように、例えば略ＢＴＤＣ２５度の点火時期となるよう、ＳＣＲ２０のゲート端子２１に点火信号が送られる。したがって、エンジン１の回転数の上昇に対して、点火時期は図７のＡ、Ｂ、Ｃで示すように一定の点火時期で点火が行われる。一方、始動操作検出スイッチ１３とスロットル位置検出スイッチ１５のいずれもＯＮである場合、つまり、始動操作レバー１２が操作されるとともにスロットルトリガ２が操作されていない場合には、図７に三角印で示すように、エンジン１の回転数が遠心クラッチ１００３（図１参照）の接続回転数（例えば４２００ｒｐｍ）より僅かに低い回転数を超える回転数、例えば３８００ｒｐｍを越える回転数では、点火時期を例えば略ＢＴＤＣ２５度から−１０度に遅らせるよう、ＳＣＲ２０のゲート端子２１に点火信号が送られる。したがって、エンジン１の回転数の上昇に対して、点火時期は図７のＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅとなるように制御され、Ａ、ＢとＤ、Ｅとの間で点火時期が変更される。

このように構成されたエンジン１によれば、エンジン１の始動を容易にするために、始動操作レバー１２を操作して混合気の燃料濃度を高めてエンジン１の始動を行う場合、燃料濃度の濃い混合気が供給されることによりスロットルトリガ２が操作されていない状態でエンジン１の回転数がアイドリング回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）を超えて上昇する。しかし、エンジン１の回転数が上昇し、遠心クラッチ１００３（図１参照）の接続回転数（例えば４２００ｒｐｍ）より僅かに低い回転数（例えば３８００ｒｐｍ）を越えると、点火時期制御回路１６により点火時期を遅らせるよう点火時期の制御が行われる。この結果、エンジン１の出力が低下して、エンジン回転数の上昇が抑制される。したがって、始動操作レバー１２を操作した場合に、始動性を向上させる一方でエンジン回転数の上昇を抑えることができる。また、エンジン回転数が遠心クラッチ１００３の接続回転数を越えることを抑制できるので、始動時に刈払機１００１（図１参照）の回転刃１００５（図１参照）が回転することも抑制することができる。なお、スロットルトリガ２の操作時にはスロットルトリガ２に連動して始動操作レバー１２は通常運転位置に戻される。このため、点火時期制御回路１６からスロットル位置検出スイッチ１５を除き、点火時期制御回路１６に始動操作検出スイッチ１３のみを接続する構成としても良く、この場合も上述と同様の効果を得ることができる。

なお、上述の実施形態の始動操作検出スイッチ１３に代えて、例えば図８乃至１０に示す始動操作検出スイッチ１１３を備えてもよい。この場合、始動操作検出スイッチ１１３は、気化器５に接続されるエアクリーナ（図示せず）を覆うエアクリーナカバー２４に、始動位置における始動動作レバー１１２に対向するように、設けられる。また、始動操作レバー１１２が始動位置に操作された状態において、始動操作レバー１１２の始動操作検出スイッチ１１３に対向する位置には、磁性体（磁石）１１５が埋め込まれる。始動操作検出スイッチ１１３は、リードスイッチ等の磁性スイッチであり、始動操作レバー１１２が始動位置に操作されると、始動操作レバー１１２内の磁性体１１５の磁場に反応して、リードスイッチ内の接点が図９に示すように点線位置から実線位置に移動して接点を閉じる。そして、スロットルトリガ２（図１参照）が操作されていない状態でエンジン１の回転数がアイドリング回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）を超えて上昇した場合、エンジン１の回転数が遠心クラッチ１００３（図１参照）の接続回転数（例えば４２００ｒｐｍ）より僅かに低い回転数（例えば３８００ｒｐｍ）を越えると、点火時期制御回路１６により点火時期を遅らせるよう点火時期の制御が行われる。この結果、上述の場合と同様に、エンジン１の出力が低下して、エンジン回転数の上昇が抑制され、始動操作レバー１１２を操作した場合に、始動性を向上させる一方でエンジン回転数の上昇を抑えることができる。また、図１０に示すように、始動操作レバー１１２を通常運転位置に戻した場合には、始動操作レバー１１２内の磁性体１１５の磁場の影響が無くなり、リードスイッチ内の接点が図９中の実線位置から点線位置に移動して接点が開く。したがって、点火時期制御回路１６による点火時期を遅らせる制御は行われず、通常運転時の点火時期となり、エンジン１の出力および回転数の抑制は行われることは無い。なお、この場合においても、点火時期制御回路１６からスロットル位置検出スイッチ１５を除き、点火時期制御回路１６に始動操作検出スイッチ１３のみを接続する構成としても良く、この場合も上述と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について、添付の図１１乃至図１３に沿って説明する。なお、第１実施形態およびその変形例と同一または類似の構成については、同一の番号を付してその説明は省略する。

図１１に示すように、第２実施形態に係るエンジン２０１には、気化器５とシリンダブロック９の吸気ポート２５とを接続するインシュレータ２６の吸気ポート２５側の端部２７に、インシュレータ２６の吸気通路２８を閉塞可能にリードバルブ（混合気流量制御手段）２０２が設けられる。リードバルブ２０２は、ステンレスやベーナイト鋼等の弾性変形可能な板状の磁性体である。図１２、１３に拡大して示すように、リードバルブ２０２は、インシュレータ２６の吸気通路２８を完全に覆うように、インシュレータ２６の吸気ポート２５側の端部２７に、リードバルブ２０２の吸気ポート２５側に設けられるストッパ２０６とともにねじ２０７により片持ち支持される。リードバルブ２０２はピストン３１が上昇してクランク室３２内と吸気通路２８内の圧力差が所定値を越える（クランク室内が負圧になる）と、図１２に示すように吸気ポート２５側に弾性変形して吸気通路２８を開く。なお、リードバルブ２０２の変形はストッパ２０６により規制される。また、変形していない状態では、リードバルブ２０２は吸気通路２８の吸気ポート側の端部を覆って吸気通路２８を閉鎖する。また、インシュレータ２６の吸気通路２８の外側であって、リードバルブ２０２の自由端側、つまり、吸気通路を挟んでねじ２０７と反対側（図の下側）には、鉄心２０３と鉄心２０３の回りを巻き回されたコイル２０４とから構成される電磁石２０５が設けられる。電磁石２０５のコイル２０４に通電すると鉄心２０３に磁束が発生し、電磁石２０５は磁性体から成るリードバルブ２０２を電磁力により吸引し、リードバルブ２０２は吸気通路を閉じた状態に保持される。

図１２、１３に示すように、電磁石３５には、コイル２０４への通電を制御するリードバルブ制御装置（エンジン回転数制御手段）２０８が接続される。また、リードバルブ制御装置２０８は、エンジン２０１の回転数の信号を入力するためにイグニッションコイル（エンジン回転数検出手段）２１０と接続されるとともに、始動操作レバー１２の操作有無を入力するための始動操作検出スイッチ（始動用燃料供給操作検出手段）１３、および、スロットルトリガ２の操作有無を入力するためのスロットル位置検出スイッチ（スロットル操作検出手段）１５と接続される。

そして、リードバルブ制御装置２０８は、始動操作検出スイッチ１３により始動操作レバー１２が操作されている状態を検出され、かつ、スロットル位置検出スイッチ１５によりスロットルトリガ２が操作されていない状態が検出された場合には、イグニッションコイル２１０から入力される信号によりエンジン２０１の回転数が遠心クラッチ１００３（図１参照）の接続回転数（例えば４２００ｒｐｍ）より僅かに低い回転数を超える回転数、例えば３８００ｒｐｍを越える回転数では、吸気を行うタイミング、つまり、ピストン３１が上昇して吸気ポート２５のピストン３１により塞がれていた開口が開いている間に、コイル２０４への通電を行い、図１３に示すようにインシュレータ２６の吸気通路２８を閉じる。一方、リードバルブ制御装置２０８は、始動操作検出スイッチ１３により始動操作レバー１２が操作されていない状態が検出された場合、または、スロットル位置検出スイッチ１５によりスロットルトリガ２が操作された状態が検出される場合には、あるいは両方を満たす場合には、コイル２０４への通電を行わない。

このように構成されたエンジン２０１によれば、エンジン２０１の始動を容易にするために、始動操作レバー１２を操作して混合気の燃料濃度を高めてエンジン２０１の始動を行う場合、燃料濃度の濃い混合気が供給されることによりスロットルトリガ２が操作されていない状態でエンジン２０１の回転数がアイドリング回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）を超えて上昇する。しかし、エンジン２０１の回転数が上昇し、遠心クラッチ１００３（図１参照）の接続回転数（例えば４２００ｒｐｍ）より僅かに低い回転数（例えば３８００ｒｐｍ）を越えると、リードバルブ制御装置２０８は、電磁石２０５（コイル２０４）に通電を行い、リードバルブ２０２を鉄心２０３に吸着させて吸気通路２８を閉じる。この結果、エンジン２０１の出力が低下して、エンジン回転数の上昇が抑制される。したがって、始動操作レバー１２を操作した場合に、始動性を向上させる一方でエンジン回転数の上昇を抑えることができる。また、エンジン回転数が遠心クラッチ１００３の接続回転数を越えることを抑制できるので、始動時に刈払機１００１（図１参照）の回転刃１００５（図１参照）が回転することも抑制することができる。なお、スロットルトリガ２の操作時にはスロットルトリガ２に連動して始動操作レバー１２は通常運転位置に戻される。このため、リードバルブ制御装置２０８に接続されるスロットル位置検出スイッチ１５を除いた構成としても良く、この場合も上述と同様の効果を得ることができる。さらに、リードバルブ制御装置２０８は、リードバルブ２０２が開いてしまう間、つまり、ピストン３１が上昇して吸気ポート２５のピストン３１により塞がれていた開口が開いている間のみ通電を行うため、消費電力を抑えることもできる。

なお、上述の第２実施形態では、エンジン回転数の抑制をリードバルブ２０２と電磁石２０５によるインシュレータ２６の吸気通路２８の閉鎖により行っている。しかし、この構成におけるイグニッションコイル２１０を第１実施形態で述べた点火時期回路１６を有するイグニッションコイル１０に代え、点火時期制御をリードバルブ２０２の制御と併用する構成としてもよく、この場合には、さらに効果的にエンジン２０１の回転数の上昇を抑制することが可能となる。また、リードバルブ２０２に代えて、バタフライバルブやスライドバルブ等のバルブを用いてインシュレータ２６の吸気通路２８を閉鎖してもよい。さらに、リードバルブ２０２あるいはバタフライバルブやスライドバルブを完全に閉じることに限られるものでは無く、例えば、エンジン２０１の回転数に応じて、リードバルブ２０２あるいはバタフライバルブやスライドバルブの開度を制御してエンジン２０１の回転数を抑制する構成としてもよい。

また、本実施形態では２サイクルエンジンに本発明を適用したが、４サイクルエンジンに適用してもよい。さらに、上述の実施形態では、エンジン１は刈払機１００１に搭載されているが、このエンジン１は刈払機１００１への搭載に限られるものでは無く、チェンソー、ブロワ、ヘッジトリマ等のエンジン作業機に搭載されてもよい。

１ エンジン
２ スロットルトリガ
３ エンジンカバー
４ 燃料タンク
５ 気化器
６ マフラ
７ クランク軸
８ マグネトロータ
９ シリンダブロック
１０ イグニッションコイル
１１ 点火プラグ
１２ 始動操作レバー
１３ 始動操作検出スイッチ
１４ 支軸
１５ スロットル位置検出スイッチ
１６ 点火時期制御回路
１７ エキサイタコイル
１８ コンデンサ
１９ パルサコイル
２０ ＳＣＲ
２１ ゲート端子
２２ １次コイル
２３ ２次コイル
２４ エアクリーナカバー
２５ 吸気ポート
２６ インシュレータ
２８ インシュレータの吸気通路

Claims (8)

1. 気化器から供給される混合気が吸気通路を介してシリンダボア内に供給される小型エンジンであって、
   前記気化器に設けられたスロットル弁が開かれることで、始動時に前記気化器から前記シリンダボア内に供給される燃料の濃度を高める始動用燃料供給装置と、
   始動時に前記気化器から前記シリンダボア内に供給される燃料の濃度を高める前記始動用燃料供給装置の操作を検出する始動用燃料供給操作検出手段と、
   エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   前記始動用燃料供給操作検出手段により前記始動用燃料供給装置の操作が検出され、前記エンジン回転数検出手段により所定以上のエンジン回転数が検出された場合に、エンジン回転数を所定の回転数以下に抑制するエンジン回転数制御手段と、を備える、
   ことを特徴とする小型エンジン。
2. 前記気化器に設けられたスロットル弁を開閉するスロットルトリガをさらに備え、
   前記始動用燃料供給操作検出手段は、前記スロットルトリガとは独立して前記スロットル弁が開かれることで、前記始動用燃料供給装置の操作が開始されたことを検出し、前記スロットルトリガが操作されることで、前記始動用燃料供給装置の操作が終了されたことを検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の小型エンジン。
3. 前記エンジン回転数制御手段は、前記シリンダボア内に供給される燃料と空気の混合気に点火する点火プラグの点火時期を遅らせることによりエンジン回転数を前記所定の回転数以下に抑制する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の小型エンジン。
4. 前記始動用燃料供給装置は、操作時に前記スロットル弁をアイドル位置から始動位置に開く、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の小型エンジン。
5. 前記吸気通路に混合気の流量を変化させる混合気流量制御手段をさらに設け、
   前記エンジン回転数制御手段は、前記混合気流量制御手段により混合気の流量を減らすことによりエンジン回転数を前記所定の回転数以下に抑制する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の小型エンジン。
6. 前記小型エンジンは２サイクルエンジンである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の小型エンジン。
7. 前記小型エンジンは４サイクルエンジンである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の小型エンジン。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の小型エンジンと、
   前記小型エンジンの回転数が前記所定回転数より高い第２の所定回転数の時に前記小型エンジンの出力を伝達する遠心クラッチと、を備える、
   ことを特徴とするエンジン作業機。

Images