JP7273697B2 - 動力作業機 - Google Patents

Description

本発明は、吸気系にエアクリーナやスロットル弁が配備されたエンジンを作業用動力源として持つ動力作業機に係り、特に、エンジンを制御するためのエンジン制御ユニットの配置態様に特徴を有する動力作業機に関する。

吸気系にエアクリーナやスロットル弁が配備されたエンジンを作業用動力源として持つ動力作業機において、スロットル弁の開度（スロットル開度と称する）の制御、燃料供給量の制御、点火時期の制御等を行うため、マイクロコンピュータを使用したエンジン制御ユニット（以下、単に制御ユニットと称する）を備えるものがある（例えば特許文献１、２参照）。

制御ユニットは、通常、所要の電子部品が実装されたプリント配線基板を内蔵する薄箱状とされ、配線の引き廻し等を考慮して制御対象の近く、例えばスロットル開度の制御を行うのであれば、スロットル弁駆動用モータの近くに配置するのが望ましい。

米国特許第１０３２２５１９号明細書 特開２０１６－１３３０７５号公報

しかしながら、制御ユニットはＣＰＵ等の内蔵部品が発熱することに加えて、動力作業機においては、制御対象に近いエンジン本体（例えばシリンダ）周りに制御ユニットを配置すると、高温となるシリンダからの熱を受けて内蔵部品が劣化しやすくなるので、制御ユニットの配置態様には格別の工夫が要求される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シリンダからの熱による制御ユニットの劣化を生じ難くされた動力作業機を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明に係る作動力作業機は、基本的には、吸気系にエアクリーナが配備されたエンジンを作業用動力源として持ち、前記エンジンを制御するための制御ユニットが前記エアクリーナとエンジン本体との間で、かつ、前記エンジン本体の外表面からは離隔させて配置されていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記制御ユニットが前記エンジン本体から離隔されることにより、前記制御ユニットと前記エンジン本体との間に外気流通空間が形成される。

更に好ましい態様では、前記外気流通空間は、エンジン外部に向けて開口する。

更に好ましい態様では、前記外気流通空間に、前記エンジンの冷却ファンによって生成される冷却風の一部が流されるように構成される。

他の好ましい態様では、前記エアクリーナは、前記エンジン本体側に配在された基体ケース部と、外気吸入口を形成し、前記基体ケース部に脱着可能に取り付けられる蓋状ケース部とを有し、前記基体ケース部と前記蓋状ケース部とで囲まれた空間にエアーフィルタが配備される。

更に好ましい態様では、前記基体ケース部に、前記制御ユニットが挿入されて保持される収容部が設けられる。

更に好ましい態様では、前記制御ユニットは、所要の電子部品が実装された配線基板を内蔵する箱状部を有し、該箱状部が前記基体ケース部の側面から前記収容部に挿入されて保持されて前記エンジン本体の外表面からその厚み方向に離隔せしめられる。

更に好ましい態様では、前記基体ケース部が下側、前記蓋状ケース部が上側に配在される。

更に好ましい態様では、前記基体ケース部は、前記エンジン本体に取り付けられる。

更に好ましい態様では、前記収容部と前記エンジン本体の外表面との間に外気流通空間が形成される。

別の好ましい態様では、前記制御ユニットは、前記エアクリーナ内を流れる吸気によって冷却されるように構成される。

別の好ましい態様では、前記エンジンは縦置きで配置され、前記エアクリーナは、前記エンジン本体の頭部上に配置される。

別の好ましい態様では、前記制御ユニットは、前記エンジンのスロットル弁の開度を制御するようにされる。

本発明に係る動力作業機では、エンジンを制御するための制御ユニットがエアクリーナとエンジン本体との間で、かつ、エンジン本体の外表面からは離隔させて配置されているので、制御ユニット周辺部に熱が溜まりにくくできる。そのため、シリンダからの熱による制御ユニットの劣化を生じ難くできる。

本発明に係る動力作業機である畔草刈機の実施形態の外観を概略的に示す斜視図。 図１に示される畔草刈機のエンジン周りを示す斜視図。 図２に示されるエンジン周りにおいてエアクリーナ部分を分解して示す斜視図。 図２のＸ矢視図。 図２のＹ矢視上部拡大図。 図２のＺ矢視上部拡大断面図。 図６に示されるエアクリーナの分解断面図。 図２に示される制御ユニットの分解斜視図。 図２に示される制御ユニットの断面図。 図４のＡ部を、モータガードや下側吸気接続管等を取り除いて示す部分拡大図。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。

［畔草刈機の概略構成］
図１は、本発明に係る動力作業機である畔草刈機の実施形態の外観を概略的に示す斜視図である。

図示実施形態の畔草刈機１は、車体２の前後左右に車輪５を備えた自走式で、車体２に対して、棹状ハンドル１１とその上部に設けられた矩形枠状ハンドル１２とからなる操作ハンドル１０が左右に旋回可能に設けられ、走行しながら平面に加えて斜面の草刈りも行えるようになっている。車体２の中央部の下側には、回転する左右一対の刃物（図示せず）を覆うように幅広のカバー６が設けられ、車体２の中央部の上側には、作業用動力源としてのリコイルスタータ２４付き空冷４ストロークエンジン（以下、単にエンジンと称する）２０が縦置きで搭載されている。

エンジン２０の下側には、その動力を減速等して車輪５や刃物に伝達及び遮断するための動伝機構部３が設けられている。動伝機構部３内のクラッチ等を操作するため、棹状ハンドル１１の上部にはパネル１３が設けられ、該パネル１３や棹状ハンドル１１の上部等には、刃物への動力伝達を断接するための刃物用レバー１４等のワイヤ引張式のレバー類が設けられるとともに、エンジン停止スイッチ１６が設けられている。

また、矩形枠状ハンドル１２には、エンジン２０の気化器４０のスロットル弁４２（図１０）を開閉操作するためのスロットルレバー１５（主クラッチレバーとも称される）が回動可能に設けられている。このスロットルレバー１５を作業者が手指で矩形枠状ハンドル１２（の上辺部）に合わせるように握り込むと、操作ハンドル１０等に内蔵されたスロットルスイッチがＯＮ状態とされ、スロットルレバー１５から作業者が手指を離すと根元に設けられた復元ばねにより元の矩形枠状ハンドル１２（の上辺部）から離れた位置に戻り、このときは、スロットルスイッチがＯＮ状態からＯＦＦ状態にされる。スロットルスイッチの操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）は、後述する制御ユニット５０に入力される。

エンジン２０は、シリンダ２６やシリンダカバー２７（図６）からなるエンジン本体２５を有する。エンジン本体２５の上部に、エンジン２０を制御するための制御ユニット５０が内側に配在されたエアクリーナ３０、バタフライ型のスロットル弁４２を内蔵した気化器４０が設けられ（後で詳述）、エンジン本体２５の下部に、燃料タンク６０（図２～図４）が設けられている。

［エンジン周りの構成］
次に、エンジン２０周りの構成について説明する。

図２は、図１に示される畔草刈機のエンジン周りを示す斜視図、図３は、図２に示されるエンジン周りにおいてエアクリーナ部分を分解して示す斜視図である。

エンジン２０の吸気系に配備された気化器４０は、エンジン本体２５の上部側面に設けられ、気化器４０におけるスロットル弁４２（図１０）の下側には、スロットル弁４２の開度（スロットル開度と称する）を増減して、作業用回転数及びアイドル回転数を一定に保つべく配備された電子式ガバナーのスロットル弁駆動部を構成するステッピングモータ４５（以下、単にモータ４５と称する）が設けられている。モータ４５は、後述する制御ユニット５０から供給される制御パルス信号（パルス数及びパターン）によりその回転角度（ステップ数）及び回転方向が制御されるようになっている。なお、気化器４０及びモータ４５周りの構成については、後で補足的に説明する。

一方、本実施形態のエンジン２０は、図示はしていないが、クランク軸に直結された冷却ファンを兼ねるフライホイールを有し、従来より公知のフライホイールマグネト方式の点火系が設けられるとともに、冷却ファンの内周部とシリンダ２６（図６）側の不動部（クランクケース）との間に発電機が設けられ、該発電機の発電電力は、制御ユニット５０やモータ４５の駆動等に使用される。なお、エンジン本体２５の内部構造等は、従来よりよく知られており、本発明の特徴部分（制御ユニット５０の配置態様）にはほとんど関与しないので、説明が煩瑣になるのを避けるため、詳細な説明を省略する。

制御ユニット５０は、エンジン２０の制御を行うためのもので、例えば、前述したスロットルスイッチの操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を入力としてモータ４５を制御する制御パルス信号を供給することにより、スロットル弁４２の開度を制御する。この制御ユニット５０は、後で詳細に説明するように、エンジン２０の吸気系に配備されたエアクリーナ３０内に配置されている。

制御ユニット５０は、図８（斜め下側から視た分解斜視図）及び図９（配置姿勢の断面図）に示される如くに、平面視矩形の薄箱状部（上下方向の厚さが薄い箱状部）５３と該薄箱状部５３の一端側（組立状態での外側に露出する側）において突出するコ字状突出部５４とからなる側面視Ｌ形状で下面側が開口したユニットケース５２を有する。該ユニットケース５２（の薄箱状部５３）内には、プリント配線基板５５が複数本（図示例では２本）の取付ビス５６により固定されて内蔵されている。プリント配線基板５５には、図示は省略しているが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路等で構成されたマイクロコンピュータが搭載されるとともに、スイッチング素子、小型小容量のバッテリ（電源）として機能するコンデンサ、ダイオード、抵抗器等の他の必要な電子部品が実装されている。さらに、プリント配線基板５５の一端側（ユニットケース５２のコ字状突出部５４側）には、雌コネクタ（ソケット）５７が所定個数横並びで設けられている。これらの雌コネクタ５７は、図示しない雄コネクタ（プラグ）を介して、例えば、電源用（前記発電機からのＣＰＵ等駆動用の電力供給）、入力用（点火系からのエンジン回転数計測用の回転信号の供給、スロットルスイッチの操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）の入力）、及び、出力用（モータ４５への制御パルス信号の供給）に使用される。

図示は省略しているが、プリント配線基板５５に実装された電子部品を保護するため、ユニットケース５２の薄箱状部５３内は樹脂で封止されている。

次に、エアクリーナ３０周りの構成について説明する。

エアクリーナ３０は、縦置きで配置されたエンジン本体２５の頭部上に配置されており、エンジン本体２５側に配在されて複数本（図示例では４本）の取付ボルト３３によりエンジン本体２５に（基体ケース部３１の内周側で）取り付けられた基体ケース部３１と、複数本（図示例では２本）の蝶ボルト３４により前記基体ケース部３１に覆い被さるように脱着可能に（蓋状ケース部３２の外周側で）取り付けられた、平面視が基体ケース部３１より大きな蓋状ケース部３２とを有する。つまり、本実施形態のエアクリーナ３０において、基体ケース部３１が下側、蓋状ケース部３２が上側になるように配在されている。このエアクリーナ３０は、図２、図３に加えて、図４～図７（特に図６）を参照すればよくわかるように、基体ケース部３１と蓋状ケース部３２とで囲まれた空間に、表面積を増やすために山折りと谷折りを繰り返した蛇腹状のエアーフィルタ３５が配備されるとともに、このエアーフィルタ３５上に平面視がエアーフィルタ３５より若干大きなプレフィルタ３６が載せられている。

詳細には、基体ケース部３１の上部に設けられた断面Ｌ形で矩形枠状の受け面部３１ａにエアーフィルタ３５の環状保持部３５ａが係止されている。エアーフィルタ３５とプレフィルタ３６とは、基体ケース部３１の矩形枠状の受け面部３１ａと蓋状ケース部３２の天井部３２ａに設けられた複数個の押さえ板部３２ｂとの間に挟まれるようにして押圧保持されている。したがって、複数本の蝶ボルト３４を弛めるだけで蓋状ケース部３２を基体ケース部３１から脱着してエアーフィルタ３５とプレフィルタ３６を取り出すことができるので、エアーフィルタ３５とプレフィルタ３６の保守点検や交換等を容易に行うことができ、エアクリーナ３０のメンテナンス性が向上する。

また、蓋状ケース部３２の下部と基体ケース部３１の上部との間には、下面が開口した環状の外気吸入口３２ｃが形成され、基体ケース部３１の一端側隅部側面には、吸気接続口３１ｃが横向きに突設されている。吸気接続口３１ｃは、Ｌ形の上側吸気接続管４６、下側吸気接続管４７が順次接続され、下側吸気接続管４７は気化器４０に接続され、気化器４０はインシュレータを兼ねる吸入管４８を介してシリンダ２６（図６）の吸気口に接続されている。ここで、上記吸気接続口３１ｃ、上側吸気接続管４６、下側吸気接続管４７、気化器４０、及び吸入管４８で側面視Ｕ字状の吸気通路が画成されている。

上記に加え、基体ケース部３１におけるやや上部寄りの中間部に、制御ユニット５０（のユニットケース５２）における、コ字状突出部５４を除いた薄箱状部５３がその厚み方向（ここでは上下方向）に直交する方向（ここでは横方向）から挿入されて保持される、一側面が開口した矩形の収容部３７が設けられている。収容部３７の下端面は、エンジン本体２５の頭部上面（ここでは、動弁室２２の頂面）から所定距離だけその厚み方向に離隔するように各部の寸法形状が設定されており、収容部３７の下端面とエンジン本体２５の頭部上面との間には外気流通空間Ｓが形成されている。制御ユニット５０は、基体ケース部３１の側面（開口）から、その開口側を下にしてユニットケース５２の薄箱状部５３を収容部３７にその先端が突き当たるまで押し込んで、複数本（図示例では４本）の取付ボルト３８により収容部３７に（基体ケース部３１の内側から）固定するようにされる。

これにより、制御ユニット５０は、エアクリーナ３０とエンジン本体２５との間で、かつ、エンジン本体２５の外表面（頭部上面）からは（その厚み方向に）離隔させて配置されていることになる。制御ユニット５０を上記のように配置することにより、配線の接続、引き回しを容易に行うことができる。また、制御ユニット５０を上記のように取り付けることにより、複数本の蝶ボルト３４を弛めて蓋状ケース部３２を基体ケース部３１から脱着してエアーフィルタ３５とプレフィルタ３６を取り出せば、複数本の取付ボルト３８を弛めるだけで制御ユニット５０を収容部３７から（横方向に）引き出して取り出すことができる。

このような構成とされた本実施形態の畔草刈機１においては、エンジン２０の稼働時には、図６において太い実線矢印で示されているように、外気は蓋状ケース部３２の下部と基体ケース部３１の上部との間に形成された外気吸入口３２ｃから吸入され、この吸入された空気は、蓋状ケース部３２の上部（天井部３２ａの押さえ板部３２ｂ間）からプレフィルタ３６及びエアーフィルタ３５を通って基体ケース部３１の吸気接続口３１ｃに向かう。プレフィルタ３６及びエアーフィルタ３５を通過する際には塵埃が捕捉除去されて浄化されるとともに、プレフィルタ３６及びエアーフィルタ３５を通って吸気接続口３１ｃに向かう際には、収容部３７周りを通るので、収容部３７に保持されている制御ユニット５０は、エアクリーナ３０内を流れる吸気により冷却される。

また、収容部３７（制御ユニット５０）は、エンジン本体２５の外表面からは離隔させて配置され、収容部３７（制御ユニット５０）の下端面とエンジン本体２５の頭部上面（動弁室２２の頂面）との間に外気流通空間Ｓが形成されていることにより、図６において太い破線矢印で示されているように、エンジン２０の冷却ファンによって生成される冷却風の一部は、基体ケース部３１の下部と動弁室２２とシリンダカバー２７の上端面との間に形成された上流開口２８から外気流通空間Ｓを通って反対側（コ字状突出部５４側）の下方に向いた下流開口（外部に向けて直接開口する部分）２９に抜ける。そのため、外気流通空間Ｓにシリンダ２６からの熱が溜まらなくなり、また、外気流通空間Ｓを流れる冷却風により、収容部３７に保持されている制御ユニット５０が冷却される。

［作用効果］
上記のように、本実施形態の畔草刈機（動力作業機）１では、エアクリーナ３０内に、制御ユニット５０の少なくともユニットケース５２の薄箱状部５３がその厚み方向（上下方向）に直交する方向（横方向）から（換言すれば、基体ケース部３１の側面（開口）から）挿入されて保持される収容部３７が設けられ、制御ユニット５０は、エアクリーナ３０とエンジン本体２５との間で、かつ、エンジン本体２５の外表面からは離隔させて配置されているので、制御ユニット５０周辺部に熱が溜まりにくくできる。また、制御ユニット５０を、エンジン２０の冷却ファンによって生成される冷却風やエアクリーナ３０内を流れる吸気によって冷却することもできる。そのため、シリンダ２６からの熱による制御ユニット５０の劣化を生じ難くできる。

この場合、薄箱状の制御ユニット５０を、エンジン本体２５の外表面から厚み方向に離隔させて配置することにより、制御ユニット５０を配置するためのスペースは最小限で済むとともに、配線の接続、引き回しを容易に行うことができる。さらに、エアクリーナ３０の大型化を招くことなく、また、エアクリーナ３０の機能を損なうこともなく、保守点検やエアーフィルタ３５、プレフィルタ３６の交換等に支障を来すこともない。

なお、上記実施形態においては、エアクリーナ３０及び制御ユニット５０は、エンジン本体２５の頭部上に配置されているが、これに限られる訳ではなく、エアクリーナ３０及び制御ユニット５０を、エンジン本体２５の側部（横）等に配置してもよいことは勿論である。

［気化器及びモータ周りの構成］
次に、気化器４０及びモータ４５周りの構成を補足説明する。図１０は、図４のＡ部を、モータガードや下側吸気接続管等を取り除いて示す部分拡大図である。

上記実施形態では、図１０に加えて、図４、図５を参照すればよくわかるように、エンジン本体２５の外側にむきだし配置されたモータ４５を保護するため、コ字状のモータガード６２が複数本（図示例では２本）のボルト６３により下側吸気接続管４７と共に気化器４０に共締め固定されている。モータ４５の下面（コ字状のモータガード６２の下方）は、エンジン本体２５の下部に設けられた燃料タンク６０（図２～図４）により保護される。モータ４５は、気化器４０のスロットル弁４２の軸（スロットル軸ともいう）４３に直付けされ（つまり、モータ軸とスロットル軸は平行）、気化器４０周りの取付性、始動時に燃料を送るための手動ポンプ４４の操作性、エンジン２０の振動方向（上下方向）等を考慮して、気化器４０のスロットル弁４２の軸４３は、エンジン２０（の中心線）に対して若干（約３０度）傾けて配置され、この軸４３をモータ４５で直接回動させるようになっている。

なお、上記実施形態においては、動力作業機として畔草刈機を例示して説明したが、動力作業機は、それに限られることはなく、チェーンソー、芝刈り機、刈払機等であってもよい。畔草刈機のような車輪が付いた動力作業機は、比較的に重く姿勢を変えにくいが、作業者は上側からメンテナンスを簡単に行うことができ、チェーンソー等の手持ち式作業機は、比較的に小型であり各部品が小さく細かい作業となるが、作業者は上側からメンテナンスを簡単に行うことができる。

１ 畔草刈機（動力作業機）
２ 車体
３ 動伝機構部
５ 車輪
２０ 空冷４ストロークエンジン（エンジン）
２４ リコイルスタータ
２５ エンジン本体
２６ シリンダ
２７ シリンダカバー
２８ 上流開口
２９ 下流開口
３０ エアクリーナ
３１ 基体ケース部
３１ａ 受け面部
３１ｃ 吸気接続口
３２ 蓋状ケース部
３２ｃ 外気吸入口
３５ エアーフィルタ
３５ａ 環状保持部
３６ プレフィルタ
３７ 収容部
４０ 気化器
４２ スロットル弁
４３ スロットル弁の軸
４４ 手動ポンプ
４５ ステッピングモータ
４６ 上側吸気接続管
４７ 下側吸気接続管
４８ 吸入管
５０ 制御ユニット
５２ ユニットケース
５３ 薄箱状部
５４ コ字状突出部
５５ プリント配線基板
５７ 雌コネクタ
６０ 燃料タンク
６２ モータガード
Ｓ 外気流通空間

Claims (12)

1. 吸気系にエアクリーナが配備されたエンジンを作業用動力源として持つ動力作業機であって、
   前記エンジンを制御するための制御ユニットが前記エアクリーナとエンジン本体との間で、かつ、前記エンジン本体の外表面からは離隔させて配置され、
   前記エアクリーナは、前記エンジン本体側に配在された基体ケース部と、外気吸入口を形成し、前記基体ケース部に脱着可能に取り付けられる蓋状ケース部とを有し、前記基体ケース部と前記蓋状ケース部とで囲まれた空間にエアーフィルタが配備されていることを特徴とする動力作業機。
2. 前記制御ユニットが前記エンジン本体から離隔されることにより、前記制御ユニットと前記エンジン本体との間に外気流通空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動力作業機。
3. 前記外気流通空間は、エンジン外部に向けて開口していることを特徴とする請求項２に記載の動力作業機。
4. 前記外気流通空間に、前記エンジンの冷却ファンによって生成される冷却風の一部が流されるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の動力作業機。
5. 前記基体ケース部に、前記制御ユニットが挿入されて保持される収容部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の動力作業機。
6. 前記制御ユニットは、所要の電子部品が実装された配線基板を内蔵する箱状部を有し、該箱状部が前記基体ケース部の側面から前記収容部に挿入されて保持されて前記エンジン本体の外表面からその厚み方向に離隔せしめられていることを特徴とする請求項５に記載の動力作業機。
7. 前記基体ケース部が下側、前記蓋状ケース部が上側に配在されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の動力作業機。
8. 前記基体ケース部は、前記エンジン本体に取り付けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の動力作業機。
9. 前記収容部と前記エンジン本体の外表面との間に外気流通空間が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の動力作業機。
10. 前記制御ユニットは、前記エアクリーナ内を流れる吸気によって冷却されるように構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の動力作業機。
11. 前記エンジンは縦置きで配置され、前記エアクリーナは、前記エンジン本体の頭部上に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の動力作業機。
12. 前記制御ユニットは、前記エンジンのスロットル弁の開度を制御するようにされていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の動力作業機。

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