WO2014002951A1 - 動力装置及びこれを備えた携帯作業機 - Google Patents

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WO2014002951A1
WO2014002951A1 PCT/JP2013/067258 JP2013067258W WO2014002951A1 WO 2014002951 A1 WO2014002951 A1 WO 2014002951A1 JP 2013067258 W JP2013067258 W JP 2013067258W WO 2014002951 A1 WO2014002951 A1 WO 2014002951A1
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WO
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engine
crankshaft
electric motor
air
fuel mixture
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PCT/JP2013/067258
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Inventor
秀夫 川嶌
光則 渡邉
佳孝 市川
Original Assignee
株式会社マキタ
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    • F02N99/004—Generation of the ignition spark
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/02—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the engine
    • F02N2200/021—Engine crank angle

Definitions

  • the present invention relates to a power unit having an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) and an electric motor, and in particular, a power unit that performs engine start control for rotating the engine crankshaft in the reverse direction and then starting the engine by turning forward. About.
  • engine internal combustion engine
  • electric motor electric motor
  • Patent Document 1 discloses the following as a technique for rotating the crankshaft in one rotation direction when starting the engine. That is, before cranking, the crankshaft is rotated in the reverse direction by the electric motor to reach a predetermined position during the expansion stroke. Then, after the crankshaft reaches a position in the expansion stroke, the crankshaft starts to rotate forward to start cranking and start the engine.
  • the crankshaft is urged in the forward rotation direction by the compression repulsion force of the gas enclosed in the combustion chamber during cranking, so that such a compression repulsion force cannot be obtained.
  • a small electric motor can be employed to reduce power consumption.
  • the power required for starting the engine is still dependent on the electric motor, and there is a limit to miniaturization and power saving of the electric motor.
  • an object of the present invention is to reduce the power consumption of the electric motor at the time of starting the engine in a configuration (power unit) having the engine and the electric motor and using the electric motor for starting the engine.
  • the power unit includes an engine having a spark plug, an electric motor coupled to a crankshaft of the engine, and an air-fuel mixture formed in a combustion chamber of the engine when the engine is started.
  • the crankshaft is rotated in the reverse direction by a motor to compress the air-fuel mixture, and when the crankshaft reaches a predetermined position before compression top dead center, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug and the crankshaft
  • a controller that performs engine start control for starting the engine by rotating the engine in the forward rotation direction.
  • the crankshaft when the engine is started, the crankshaft is rotated in the reverse direction by the electric motor to compress the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the crankshaft reaches a predetermined position before the compression top dead center.
  • the mixture is ignited and the engine is started, so that the combustion expansion force of the mixture can be used for starting the engine. Therefore, the power consumption of the electric motor when starting the engine can be reduced as compared with the prior art. This also makes it possible to reduce the size and power consumption of the electric motor.
  • the figure which shows the external appearance of the brush cutter which is an example of the portable working machine to which this invention was applied.
  • the figure for demonstrating the structure of the power unit of the brush cutter Sectional drawing which shows schematic structure of the engine and electric motor of the said power unit.
  • Another sectional view showing a schematic structure of the engine Sectional drawing which shows schematic structure of the carburetor with which the engine is equipped.
  • Explanatory diagram showing the operation of the engine during normal operation (upward stroke initial stage)
  • Explanatory diagram showing the operation of the engine during normal operation (mid-up stroke)
  • operation of the said engine (a downward stroke middle period)
  • Explanatory diagram showing the operation of the engine during normal operation (end of the downward stroke)
  • Explanatory drawing showing the operation at the time of starting the engine (engine start control)
  • the flowchart which shows the control which a control unit implements at the time of acceleration of the engine The figure for demonstrating the effect of the control (low rotation acceleration control) which the said control unit implement
  • the present invention is not limited to a brush cutter, and is applicable to various portable work machines such as a mower, a chain saw, a circular cutter (cut-off saw), a sprayer, a spreader, a blower, a dust collector, and an earth auger. Is possible.
  • FIG. 1 shows an appearance of a brush cutter 1 as an example of a portable work machine to which the present invention is applied.
  • the brush cutter 1 includes an operating rod 2, a power unit (power device) 3 attached to the rear end portion of the operating rod 2, and a gear head 4 attached to the front end portion of the operating rod 2.
  • a handle 7 is an appearance of a brush cutter 1 as an example of a portable work machine to which the present invention is applied.
  • the brush cutter 1 includes an operating rod 2, a power unit (power device) 3 attached to the rear end portion of the operating rod 2, and a gear head 4 attached to the front end portion of the operating rod 2.
  • a disc-shaped cutting blade (working tool) 5 attached to the gear head 4, a protective cover 6 attached to the operating rod 2 so as to partially cover the cutting blade 5, and an intermediate portion of the operating rod 2.
  • the operation rod 2 has a hollow pipe shape and extends linearly.
  • a drive shaft (drive shaft) (not shown) is accommodated in the operation rod 2.
  • the drive shaft transmits the output (rotation, torque) of the power unit 3 to the cutting blade 5 via the gear head 4, thereby rotating the cutting blade 5.
  • the power unit 3 includes an engine and an electric motor as a drive source (prime mover).
  • the handle 7 is provided with a throttle lever 8 and a stop switch (not shown). The operator can adjust (increase) the rotational speed of the engine (that is, the rotational speed of the cutting blade 5) by operating (holding) the throttle lever 8 and operating the stop switch to operate the engine. Can be stopped.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the power unit 3.
  • 2A is a view of the power unit 3 as viewed from the rear
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A.
  • the power unit 3 includes an engine 10, an electric motor 40, a carburetor 60 that mixes fuel with air sucked into the engine 10 to form an air-fuel mixture, and a fuel that stores fuel of the engine 10.
  • a tank 110 for starting the engine 10
  • an air filter 130 for filtering air sucked into the engine 10
  • a muffler 140 for releasing exhaust (combustion gas) from the engine 10 to the atmosphere.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of the engine 10 and the electric motor 40 by a longitudinal section parallel to the central axis Ctr of the crankshaft 12 of the engine 10.
  • the crankshaft 12 of the engine 10 is connected to the drive shaft through a centrifugal clutch (not shown).
  • the output of the engine 10 is transmitted to the cutting blade 5 via the drive shaft and the gear head 4, and this is rotated (the cutting blade 5 is driven).
  • the electric motor 40 is connected to the crankshaft 12 of the engine 10. Specifically, the crankshaft 12 of the engine 10 and the rotating shaft 42 of the electric motor 40 are directly connected, and the output torque of the electric motor 40 can be transmitted to the drive shaft via the crankshaft 12. The output torque of the engine 10 can also be transmitted to the rotating shaft 42 of the electric motor 40.
  • the electric motor 40 is preferably connected to the crankshaft 12 with a rotating shaft 42 coaxially therewith, but may also be connected via a power transmission medium such as a gear or a chain mechanism. You may connect so that it can be intermittently connected.
  • the engine 10 is a two-stroke engine. In this embodiment, a single-cylinder small two-stroke engine is adopted.
  • the engine 10 is roughly divided into a cylinder 14 and a crankcase 16, and the crankshaft 12 is pivotally supported by a bearing 18 with respect to the crankcase 16.
  • An oil seal 20 is installed inside the bearing 18.
  • the piston 22 is inserted into the cylinder 14 so as to be movable up and down, and is connected to the crankshaft 12 via a connecting rod 24.
  • the piston 22 is connected to one end portion of a connecting rod 24 by a piston pin 26, and the connecting rod 24 is connected to a crank pin 28 at the other end portion and cranked via a crank arm 30 that holds the crank pin 28.
  • the crank arm 30 includes a counterweight 32 on the side opposite to the holding portion of the crankpin 28.
  • a combustion chamber C is formed above the piston 22, and an ignition plug 34 is installed so as to face the combustion chamber C.
  • the spark plug 34 operates in response to a command signal from the control unit 150 described later, and ignites the compressed air-fuel mixture formed in the combustion chamber C.
  • the cylinder 14 has a plurality of heat radiating fins 36 protruding from the outer surface thereof.
  • the electric motor 40 is a three-phase brushless electric motor and functions not only as a motor but also as a generator.
  • the electromagnetic coil 44 is placed on the stationary side, the permanent magnet 46 is placed on the movable side, and the rotor (rotor) 48 that holds the permanent magnet 46 is placed outside the electromagnetic coil 44.
  • the electromagnetic coil 44 is fixed to the crankcase 16.
  • the permanent magnet 46 is fixed to an inner peripheral portion of a rotor 48 formed in a bottomed cylindrical shape, and the rotor 48 is extended to an extended portion of the crankshaft 12 extending outside the crankcase 16.
  • the crankshaft 12 is rotatably mounted on the same axis. In other words, in this embodiment, the extending portion of the crankshaft 12 also functions as the rotating shaft 42 of the electric motor 40.
  • a cooling fan 50 is formed on the outer peripheral surface of the rotor 48.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of the engine 10 by a longitudinal section perpendicular to the central axis Ctr of the crankshaft 12.
  • an intake passage 102, a scavenging passage 104, and an exhaust passage 106 are formed in the engine 10.
  • one end of each of these passages 102 to 106 communicates with the inside of the cylinder 14 and is opened and closed by the circumferential side surface according to the reciprocating movement of the piston 22.
  • the intake passage 102 communicates with the inside of the cylinder 14 at the intake port P1.
  • the intake port P1 is set so that its upper edge is located below the upper surface of the piston 22 at the bottom dead center and its lower edge is located below the lower surface of the piston 22 at the top dead center.
  • the intake passage 102 is closed by the peripheral side surface of the piston 22 when the piston 22 is at the bottom dead center, and is opened below the piston 22 in the process of transition from the middle stroke of the piston 22 to the middle stroke of the lower stroke.
  • a negative pressure generated in the crankcase 16 is introduced, and an air-fuel mixture is sucked into the crankcase 16. This fuel is added by the carburetor 60 to the air taken from the atmosphere.
  • the upward stroke refers to a stroke in which the piston 22 moves from the bottom dead center farthest away from the combustion chamber C to the top dead center that is closest to the piston 22, and the downward stroke refers to a stroke in which the piston 22 moves from the top dead center. The process of moving toward the bottom dead center.
  • the scavenging passage 104 communicates with the crankcase 16 at the scavenging air inlet P21 at one end, and communicates with the cylinder 14 at the scavenging port P22 at the other end to spatially connect the crankcase 16 and the cylinder 14 with each other. ing.
  • the scavenging port P22 is set such that its upper edge is located above the upper surface of the piston 22 at the bottom dead center and its lower edge is located above the lower surface of the piston 22 at the top dead center.
  • the scavenging passage 104 allows the scavenging port P22 to open above the piston 22 at the end of the downward stroke of the piston 22 so that the crankcase 16 and the cylinder 14 communicate with each other.
  • a passage for feeding into the cylinder 14 is formed.
  • the exhaust passage 106 communicates with the inside of the cylinder 14 at the exhaust port P3.
  • the exhaust port P3 is set so that its upper edge is located above the upper surface of the piston 22 at the bottom dead center and its lower edge is located above the lower surface of the piston 22 at the top dead center.
  • the exhaust passage 106 is closed by the peripheral side surface of the piston 22 when the piston 22 is at the top dead center, while in the cylinder 14 before the scavenging port P22 in the period after the middle of the downward stroke of the piston 22. Opening and exhausting the exhaust gas to lower the pressure in the cylinder 14.
  • the crankcase 16 is formed with a pressure transmission passage 16a for introducing pressure fluctuations generated in the crankcase 16 into a pump drive pressure chamber 72 (see FIG. 5) of the carburetor 60 described later.
  • the pressure transmission passage 16a is formed so as to penetrate the crankcase 16 in a direction perpendicular to the central axis Ctr of the crankshaft 12, and the inside of the crankcase 16 and the pump drive pressure chamber 72 are connected to this pressure. It communicates via the transmission path 16a.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of the carburetor 60 by a longitudinal section parallel to the central axis of the intake passage 102.
  • the carburetor 60 has a venturi portion 62, and the cylinder 14 of the engine 10 is connected to the carburetor 60 on the downstream side of the venturi portion 62.
  • An air filter 130 (see FIG. 2A) is disposed on the upstream side of the venturi portion 62.
  • a choke valve 64 is disposed upstream of the venturi section 62, and an air metering valve (throttle valve) 66 is disposed downstream.
  • a pump chamber 70 and a pump drive pressure chamber 72 defined by a diaphragm 68 are formed in the main body wall portion above the venturi portion 62.
  • a fuel storage chamber 76 and an atmospheric chamber 78 defined by a diaphragm 74 are formed in the main body wall portion below the venturi 62, and the pump chamber 70 has an inlet passage 60a in which a check valve v1 is interposed. And communicates with the fuel storage chamber 76 via an intermediate passage 60b in which a check valve v2 is interposed.
  • the pump drive pressure chamber 72 is connected to the pressure transmission passage 16a (see FIG. 4) of the crankcase 16 through the pressure introduction passage 60d and communicates with the crankcase 16.
  • the atmospheric chamber 78 is open to the atmosphere.
  • An inflow restricting valve 80 is interposed in the intermediate passage 60b between the pump chamber 70 and the fuel storage chamber 76.
  • the inflow regulating valve 80 is coupled to one side of a lever member 82 that is supported so as to be rotatable about a shaft 82 a with respect to the main body of the carburetor 60.
  • a spring 84 is interposed between the main body of the carburetor 60 and the lever member 82 in a compressed state, and the lever member 82 is biased by the inflow regulating valve 80 so as to close the intermediate passage 60b.
  • the other side of the lever member 82 is coupled to the central portion of the diaphragm 74.
  • the fuel storage chamber 76 communicates with the venturi portion 62 via the outlet passage 60c, and a metering hole h1 for regulating the maximum flow rate of the fuel flowing through the passage 60c is formed at the inlet portion of the outlet passage 60c.
  • a jet hole h2 is formed at the outlet.
  • a fuel control valve 86 is installed in the middle of the outlet passage 60c. The fuel adjustment valve 86 is manually operated by an operator and adjusts the amount of fuel supplied to the engine 10 by the carburetor 60.
  • the diaphragm 68 When the pressure fluctuation in the crankcase 16 is introduced into the pump drive pressure chamber 72 through the pressure passages 16a and 60d, the diaphragm 68 is operated by this pressure fluctuation and the fuel is sucked into the pump chamber 70 from the fuel tank 110.
  • the fuel in the fuel storage chamber 76 is sucked out of the fuel storage chamber 76 by the negative pressure generated in the venturi section 62, supplied to the venturi section 62 through the outlet passage 60c, and added to the air that has passed through the air cleaner.
  • the amount of fuel added to the air is adjusted by the fuel adjustment valve 86, and the maximum flow rate is regulated by the metering hole h1.
  • the choke valve 64 is actuated (closed) by the operator performing a choke operation via an operation unit (not shown), thereby increasing the negative pressure generated in the venturi unit 62 and increasing more from the fuel storage chamber 76.
  • the fuel can be sucked out.
  • the opening (throttle opening) of the air metering valve 66 increases, and the air is thereby sucked into the engine 10.
  • the engine speed (the number of revolutions of the crankshaft 12), that is, the number of revolutions of the cutting blade 5 can be increased by increasing the air amount and the fuel amount.
  • FIG. 6 is a diagram showing an electrical schematic configuration of the power unit 3.
  • the power unit 3 includes a control unit 150 and a power storage device (for example, a battery or a capacitor) 160 connected to the control unit 150.
  • the control unit 150 is configured by a plurality of integrated circuits and the like, and controls the engine 10 and the electric motor 40.
  • Control unit 150 includes an engine rotation detection circuit 151, a throttle opening detection circuit 152, an ignition control circuit 153, a rotor position detection circuit 154, and a motor control circuit 155.
  • the engine rotation detection circuit 151 detects the engine speed based on the output signal of the crank angle sensor 161. The detected engine speed is output to the ignition control circuit 153 and the motor control circuit 155.
  • the throttle opening detection circuit 152 is connected to the carburetor 60 and detects the throttle opening of the carburetor 60 (the opening of the air metering valve 66) at a predetermined cycle. The detected throttle opening is output to the ignition control circuit 103 and the motor control circuit 105.
  • the throttle opening detection circuit 152 may detect the operation amount of the throttle lever 8 instead of the throttle opening of the carburetor 60 (opening of the air metering valve 66).
  • the ignition control circuit 153 calculates an ignition timing Tig according to the operating condition of the engine 10 and outputs a command signal corresponding to the ignition timing Tig. In the present embodiment, the ignition control circuit 153 determines whether or not it is the ignition timing based on the output signal of the crank angle sensor 161, while the ignition control circuit 153 supplies the air-fuel mixture to the air-fuel mixture based on the engine speed and the throttle opening. It is determined whether or not to perform ignition.
  • the ignition control circuit 153 determines that ignition is to be performed, the ignition plug 34 is operated at the ignition timing to ignite the air-fuel mixture. Specifically, power from the power storage device 160 is supplied to the spark plug 34. At this time, the electric power from the power storage device 160 is converted to a high voltage by the ignition coil 34a, and a discharge is generated in the ignition plug 34 to ignite the air-fuel mixture.
  • the ignition control circuit 153 basically operates the ignition plug 34 for each rotation of the crankshaft 12 to ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber C and combust the air-fuel mixture (hereinafter referred to as “normally” Ignition control "). However, if the ignition control circuit 153 detects an acceleration request for the engine 10 at a low engine speed, the ignition control circuit 153 activates the ignition plug 34 for each of a plurality of rotations (for example, two rotations) of the crankshaft 12. The air-fuel mixture is combusted every multiple revolutions. At this time, preferably, at the ignition timing immediately after the acceleration request is detected, the ignition plug 34 is inactivated and the combustion of the air-fuel mixture is stopped. This point will be described later.
  • the rotor position detection circuit 154 detects the rotational position of the rotor 48 based on the output signal of the output signal of the rotor position detection sensor (encoder, Hall IC, etc.) 162 built in the electric motor 40.
  • the detected rotational position of the rotor 48 is output to the motor control circuit 155.
  • the motor control circuit 155 calculates (determines) the operating condition of the electric motor 40 and outputs a command signal corresponding to this to the electric motor 40. Specifically, the motor control circuit 155 determines that, for example, when the engine 10 output is insufficient with respect to the required torque during the normal operation of the engine 10, the engine speed is the throttle opening (or the operation of the throttle lever 8). When the lower limit value of the determination rotational speed set in advance according to the amount is below, a command signal for operating the electric motor 40 as a motor is output. Thereby, the electric motor 40 assists the engine 10.
  • the motor control circuit 155 when the output torque of the engine 10 has a margin for the required torque, for example, when the engine speed exceeds the upper limit value of the determination speed, the motor control circuit 155 operates the electric motor 40 as a generator. A command signal is output. In addition to this, in the present embodiment, the motor control circuit 155 performs start control described later, and when the acceleration request to the engine 10 is detected at the time of low engine rotation, operates the electric motor 40 as a motor. The crankshaft 12 of the engine 10 is rotated by the electric motor 40.
  • the motor control circuit 155 converts the direct current from the power storage device 160 into a three-phase alternating current, and supplies the current component of each phase to the corresponding electromagnetic coil 44.
  • the motor control circuit 155 converts the three-phase alternating current generated by the electromagnetic coil 44 into direct current and supplies it to the power storage device 160.
  • 7 to 10 show the operations of the engine 10 during normal operation in chronological order.
  • the piston 22 passes through the bottom dead center and starts moving toward the top dead center (FIG. 7)
  • the scavenging port P22 is closed by the peripheral side surface of the piston 22
  • the inside of the crankcase 16 is exposed to the outside. It becomes a sealed state, and a negative pressure develops in the crankcase 16.
  • the spark plug 34 When reaching the end of the ascending stroke, the spark plug 34 operates near the top dead center, and the compressed air-fuel mixture in the combustion chamber C is ignited.
  • the piston 22 When passing through the top dead center and proceeding to the lowering stroke, the piston 22 is pushed down by the volume expansion of the fuel and rotates the crankshaft 12 via the connecting rod 24. This rotational movement of the crankshaft 12 is transmitted to the drive shaft of the brush cutter 1 to rotate the cutting blade 5.
  • FIG. 11 shows start control (engine start control) for starting the engine 10 by igniting the compressed air-fuel mixture in the combustion chamber C.
  • control unit 150 has a function as the “control unit” of the present invention.
  • pulling the recoil starter 120 corresponds to the start operation.
  • the present invention is not limited to this. For example, when the portable work machine has a start switch, pressing the start switch Corresponds to the starting operation.
  • the control unit 150 When the operator performs a starting operation, the control unit 150 outputs a command signal to the electric motor 40.
  • the electric motor 40 that has received this command signal performs the fuel filling control shown in FIGS. 12 and 13, and FIGS.
  • the crankshaft 12 is alternately rotated in the forward and reverse directions within a predetermined range, and the air-fuel mixture is supplied into the crankcase 16 and the cylinder 14 via the carburetor 60.
  • crank angle Cr1 a predetermined position before top dead center
  • the electric motor 40 rotates the crankshaft 12 in the reverse rotation direction to reach a predetermined position (crank angle Cr1) before top dead center (FIG. 11).
  • the scavenging port P22 and the exhaust port P3 are closed by the peripheral side surface of the piston 22, and the air-fuel mixture in the cylinder 14 is compressed.
  • an air-fuel mixture is formed in the combustion chamber C and the air-fuel mixture is compressed.
  • the intake port P1 is opened (opened) below the piston 22.
  • the reverse rotation operation of the electric motor 40 may be continued until the crankshaft 12 reaches the position of the crank angle Cr1, or may be stopped at a position on the advance side with respect to the forward rotation direction with respect to the crank angle Cr1.
  • the crankshaft 12 can reach the position of the crank angle Cr1 by inertial rotation.
  • the crank angle Cr1 is set to an angle that determines the ignition timing at the start of the engine 10, and when the crankshaft 12 reaches the position of the crank angle Cr1, the spark plug 34 is activated and burns. Ignition of the compressed mixture in chamber C is performed.
  • the electric motor 40 stops its operation in synchronization with the ignition.
  • the piston 22 is pushed down from the predetermined position by the combustion expansion force of the air-fuel mixture, and the crankshaft 12 turns forward from the position of the crank angle Cr1 and starts rotating in the forward direction.
  • the electric motor 40 is driven again before the top dead center, and assist torque in the forward direction is generated with respect to the crankshaft 12. You may make it make it. Thereby, the function of the flywheel can be shared by the electric motor 40.
  • the 12 and 13 show fuel filling control for supplying fuel from the fuel tank 110 to the carburetor 60.
  • the electric motor 40 causes the crankshaft 12 to alternately rotate in the forward and reverse directions to cause pressure fluctuation in the crankcase 16, and this pressure fluctuation is pumped by the carburetor 60.
  • the diaphragm 68 is operated by spilling over the driving pressure chamber 72. As a result, fuel is sucked out of the fuel tank 110 and supplied to the pump chamber 70.
  • crankshaft 12 is rotated in the forward and reverse directions in the range of crank angles Cr2 to Cr3 in which the scavenging port P22 is closed by the peripheral side surface of the piston 22.
  • the piston 22 is reciprocated between the position of the crank angle Cr2 that brings the piston 22 close to top dead center and the position of the crank angle Cr3 that moves the piston 22 away from top dead center.
  • the lower surface of the piston 22 is positioned on the top dead center side with respect to the lower edge of the intake port P1
  • the crank angle Cr3 the crown surface of the piston 22 is lower than the upper edge of the scavenging port P22. Located on the point side.
  • the diaphragm 68 of the carburetor 60 due to pressure fluctuations in the crankcase 16 is obtained.
  • a flow of air is generated in the venturi section 62 to apply a negative pressure to the fuel storage chamber 76 through the ejection hole h2, the outlet passage 60c, and the metering hole h1.
  • the inflow regulating valve 80 can be opened and fuel can be supplied from the fuel tank 110 to the carburetor 60. The supplied fuel is supplied to the fuel storage chamber 76 according to the remaining state of the fuel.
  • the number of reciprocations of the crankshaft 12 in the fuel filling control can be appropriately set according to the remaining state of fuel in the carburetor 60. For example, it is adapted to the condition in which the remaining amount of fuel is the least in the inside of the carburetor 60 (for example, the fuel storage chamber 76) and the fuel piping from the fuel tank 110 to the carburetor 60.
  • the crankshaft 12 when the crankshaft 12 is rotated to the crank angle Cr3 position, the crown surface of the piston 22 is rotated until it is positioned below the upper edge of the exhaust port P3, and a part of the exhaust port P3 is opened. I am letting.
  • the crankshaft 12 may be rotated in a range up to the crank angle Cr3 'where the crown surface of the piston 22 is located above the upper edge of the exhaust port P3.
  • FIG. 13 shows the piston 22 by a two-dot chain line when the crankshaft 12 is at the crank angle Cr3 '.
  • start fuel supply control in which fuel is supplied from the carburetor 60 to the engine 10 to form an air-fuel mixture.
  • the electric motor 40 alternately rotates the crankshaft 12 in the forward and reverse directions over a range of crank angles Cr4 to Cr5 that is wider than the range of crank angles Cr2 to Cr3.
  • this is also propagated to the intake passage 102.
  • the air-fuel mixture that has passed through the carburetor 60 is supplied into the crankcase 16.
  • crankshaft 12 is rotated in the reverse direction to the crank angle Cr4 where the lower surface of the piston 22 is positioned above the lower edge of the intake port P1 and a part of the intake port P1 opens into the crankcase 16.
  • a forward rotation, and the crown surface of the piston 22 is positioned below the upper edge of the scavenging port P22, and a crank angle Cr5 at which a part of the scavenging port P22 opens into the cylinder 14 is provided.
  • the piston 22 is closer to the top dead center than at the crank angle Cr2 (FIG. 12), and at the position of the crank angle Cr5 at which the scavenging port P22 is opened, The piston 22 comes closer to the bottom dead center than at the crank angle Cr3 (FIG. 13).
  • crankshaft 12 is rotated in one direction until the intake port P1 is opened, and then rotated in the opposite direction until the scavenging port P22 is opened, whereby the air-fuel mixture is sucked into the crankcase 16.
  • the air-fuel mixture can be supplied from the crankcase 16 into the cylinder 14 through the scavenging passage 104.
  • the control unit 150 forms the air-fuel mixture in the combustion chamber C when the engine 10 is started, and rotates the crankshaft 12 in the reverse direction by the electric motor 40 to compress the air-fuel mixture.
  • the crankshaft 12 reaches a predetermined position Cr1 before the top dead center, the air-fuel mixture is ignited and the crankshaft 12 is rotated in the forward rotation direction to start the engine 10.
  • the electric motor 40 can be reduced in size and labor.
  • the electric motor 40 and the control unit 150 constitute a starting device of the engine 10.
  • crank angle Cr1 before the top dead center that is reached when the crankshaft 12 is rotated in the reverse rotation direction is a position where the intake port P1 is opened below the piston 22, so The air-fuel mixture is sucked, and the air-fuel mixture can be supplied into the cylinder 14 during the forward rotation of the crankshaft 12 after being ignited and burned by the reverse rotation of the crankshaft 12.
  • the position (crank angle Cr1) before the top dead center at which the crankshaft 12 is reached is set according to the ignition timing at the start, and the reverse rotation operation of the electric motor 40 is performed in synchronization with the ignition. I try to stop it.
  • the present invention is not limited to this.
  • a position Cr1 for reaching the crankshaft 12 is set, the rotational position is detected during the reverse rotation of the crankshaft 12, and the crankshaft 12 reaches the crank angle Cr1 position.
  • the reverse rotation of the electric motor 40 may be stopped when it is determined that the ignition plug 34 has been operated, and the spark plug 34 may be operated in synchronization therewith.
  • the rotational position of the crankshaft 12 can be detected based on the output signal of the crank angle sensor 161.
  • the electric motor 40 rotates the crankshaft 12 in the reverse direction to the position near the top dead center, and then the electric motor 40 performs the reverse rotation operation.
  • the spark plug 34 may be operated in synchronization with the rotation of the crankshaft 12 being stopped.
  • the rotational speed of the crankshaft 12 can be calculated from the output signal of the crank angle sensor 161 and the rotor position, for example.
  • the rotation direction of the crankshaft 12 when the piston 22 is brought close to top dead center is the reverse rotation direction, and the rotation direction when the piston 22 is moved away from it is the normal rotation direction.
  • the forward / reverse rotation direction may be the forward rotation direction when the piston 22 is brought close to the top dead center, and the reverse rotation direction when the piston 22 is moved away.
  • the crankshaft 12 reciprocates at a mirror-symmetrical position with respect to the central axis of the cylinder 14.
  • a two-stroke engine is used as the engine 10.
  • the present invention is not limited to this, and a four-stroke engine can be adopted as the engine.
  • the crankshaft is rotated in the reverse direction to compress the air-fuel mixture, and the crankshaft is compressed to a predetermined level before the compression top dead center (during the expansion stroke).
  • the combustion mixture in the combustion chamber is ignited.
  • the method of forming the air-fuel mixture may be a method of reciprocating the crankshaft or a method of injecting fuel directly into the combustion chamber.
  • crankshaft In the case of reciprocating rotation of the crankshaft, the crankshaft is alternately rotated in the normal rotation direction and the reverse rotation direction within the range of the crank angle (for example, the exhaust stroke) at which the intake valve is closed, and the pressure fluctuation generated in the crankcase It acts on the diaphragm pump provided in the carburetor. Then, the reciprocating rotation of the crankshaft is continued by changing the reach range of the piston, and the air-fuel mixture is supplied into the cylinder through the intake port.
  • the crank angle for example, the exhaust stroke
  • the control unit 150 forms an air-fuel mixture in the combustion chamber C, and the electric motor 40 rotates the crankshaft 12 in the reverse direction to compress the air-fuel mixture.
  • a predetermined position crank angle Cr1
  • an engine start control is performed to ignite the air-fuel mixture and rotate the crankshaft 12 in the forward rotation direction to start the engine 10.
  • the present invention is not limited to this, and the control unit 150 temporarily rotates the crankshaft 12 in the normal direction before rotating the crankshaft 12 in the reverse rotation direction by the electric motor 40 and compressing the air-fuel mixture in the engine start control. You may make it rotate in a direction. That is, the control unit 150 uses the electric motor 40 to rotate the crankshaft 12 in the reverse rotation direction before rotating the crankshaft 12 in the normal rotation direction to the second predetermined position (crank angle) before top dead center. Rotate until.
  • the second predetermined position is set to be a position farther from the top dead center than the predetermined position Cr1.
  • the second predetermined position is a position farther from the top dead center than the predetermined position Cr1, and at least the exhaust port P3 is closed so that air (including air-fuel mixture) is contained in the cylinder 14. ) Is a compressible position. That is, the predetermined position Cr1 is set closer to the top dead center than the second predetermined position.
  • the predetermined position Cr1 can be set to about 30 degrees before top dead center, and the second predetermined position can be set to about 90 degrees before top dead center.
  • crankshaft 12 can be rotated in the reverse rotation direction with the momentum applied, so that the crankshaft 12 can be rotated as compared with the case where the crankshaft 12 is simply rotated in the reverse rotation direction from the stopped state.
  • the power of the electric motor 40 required to reach the predetermined position Cr1 can be small. Thereby, the power consumption of the electric motor 40 when starting the engine can be further reduced.
  • the rotation of the engine 10 is performed by using the engine start control. It becomes possible to easily switch the direction.
  • the control unit 150 is operated.
  • Ignition control circuit 153 and motor control circuit 155) are configured to receive a signal (rotation direction instruction signal) indicating a rotation direction.
  • the control unit 150 is configured to control the operation of the spark plug 34 and the electric motor 40 according to the rotation direction indicated by the rotation direction instruction signal. Specifically, when the start operation is performed after the operator performs the rotation direction instruction operation, the control unit 150 performs the engine start control with the instructed rotation direction as the “forward rotation direction”, and the engine After starting 10, the spark plug 34 is operated at the ignition timing corresponding to the instructed rotation direction.
  • the rotation direction of the engine 10 can be easily switched without providing a complicated switching mechanism.
  • the auger screw for example, in an earth auger (portable work machine) that digs a hole in the ground, the auger screw (work tool) is rotated in the forward direction to dig a hole in the ground, and then the auger screw is rotated in the reverse direction.
  • the auger screw can be easily extracted from the ground, and the workability can be greatly improved.
  • Such a portable work machine can be configured as follows, for example. That is, the portable work machine includes (a) a two-stroke engine that drives a drive target (work tool), (b) an electric motor coupled to a crankshaft of the two-stroke engine, and (c) when starting the engine.
  • a two-stroke engine that drives a drive target (work tool)
  • an electric motor coupled to a crankshaft of the two-stroke engine
  • the crankshaft is rotated in the reverse direction by the electric motor to compress the air-fuel mixture
  • the crankshaft is in a predetermined position before compression top dead center.
  • a control unit that performs engine start control for starting the engine by igniting the air-fuel mixture with the spark plug and rotating the crankshaft in the forward rotation direction when the engine reaches the point.
  • control part inputs the signal which instruct
  • control unit operates the spark plug at an ignition timing corresponding to the instructed rotation direction.
  • this embodiment employs a two-stroke engine.
  • scavenging tends to be insufficient at low engine speed, and combustion is often unstable. For this reason, it has a subject in the acceleration performance of the engine 10 from engine low rotation especially idle rotation. Therefore, in the present embodiment, when the engine 10 is requested to be accelerated, the following control is performed to improve the acceleration performance particularly from the low engine speed.
  • the engine acceleration control is not necessarily applied to the portable work machine (power unit) that performs the engine start control described above, and may be configured to perform only the engine start control described above. The engine start control may not be performed, and only the engine acceleration control may be performed.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the control performed by the control unit 150 when the engine 10 is accelerated. This control is performed when an acceleration request to the engine 10 is detected, for example, when the amount of change in the throttle opening (the current value of the throttle opening-the previous value) is greater than or equal to a predetermined value for determining acceleration, or the throttle lever 8 is started when the operation amount is equal to or greater than a predetermined amount.
  • step S1 it is determined whether or not the engine is running at a low speed. Specifically, it is determined whether or not the engine speed is equal to or less than a predetermined speed set in advance. Then, if the engine speed is low (that is, the engine speed is equal to or less than the predetermined speed), the process proceeds to step S2, and if not, the process proceeds to step S4.
  • the predetermined rotational speed can be set to a value slightly larger than the idle rotational speed of the engine 10, for example.
  • step S2 low rotation acceleration control is performed. That is, the ignition plug 34 is operated every two rotations of the crankshaft 14 and the electric motor 40 is operated as a motor. In this low rotation acceleration control, as described above, the ignition plug 34 is deactivated at the ignition timing immediately after the acceleration request is detected. Thus, in the engine 10, the air-fuel mixture is combusted every two rotations of the crankshaft 12, and the crankshaft 12 is rotated by the electric motor 40.
  • step S3 it is determined whether or not the engine speed has become equal to or higher than the speed corresponding to the throttle opening (current value) (hereinafter referred to as “target speed”). If the engine speed is less than the target speed, the process returns to step S2, and the low-speed acceleration control is continued. On the other hand, if the engine speed is equal to or higher than the target speed, the process proceeds to step S4. Instead of the target rotation speed, a preset rotation speed (fixed value) for determining the end of the low rotation acceleration control may be used.
  • step S4 normal control is performed. That is, in the engine 10, the normal ignition control is performed, and the electric motor 40 is operated as a motor or the electric motor 40 is operated as a generator as necessary.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the effect of the low rotation acceleration control.
  • a change in the engine speed when the acceleration request is made when the engine 10 is idling is shown.
  • a thin line indicates a change in engine speed in the case of “the normal ignition control + electric motor non-operation”
  • a thin double line indicates an engine rotation in the case of “the normal ignition control + electric motor operation”.
  • the change in the engine speed is shown, and the thick line shows the change in the engine speed when the “low speed acceleration control” is performed.
  • the control unit 150 detects an acceleration request for the engine 10 at low engine speed such as when the engine 10 is idling, and each time the crankshaft 12 rotates a plurality of times.
  • the engine 10 is controlled to cause combustion of the air-fuel mixture, and the electric motor 40 is operated to rotate the crankshaft 12 by the electric motor 40.
  • the throttle opening is changed (increased) by a predetermined value or more for acceleration determination when the engine speed is equal to or less than a predetermined number of times set in advance
  • an ignition plug is provided every two rotations of the crankshaft 12. 34 and the crankshaft 12 is rotated by the electric motor 40.
  • the engine speed can be quickly increased from the low engine speed.
  • the mixture in the state where complete scavenging has been performed after the detection of the acceleration request is made by stopping the ignition plug 34 and stopping the combustion of the mixture. Can be fired faster. As a result, the engine speed can be increased more quickly.
  • the engine 10 is controlled so that the air-fuel mixture is burned every two rotations of the crankshaft 12.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to the two rotations of the crankshaft 12.
  • the engine 10 is controlled so that the air-fuel mixture is burned for each of a plurality of rotations.
  • the spark plug 34 is operated every two rotations (multiple rotations) of the crankshaft 12, but instead of or in addition to this, the engine is operated every two rotations (multiple rotations) of the crankshaft 12.
  • the fuel may be supplied to 10 so that the air-fuel mixture is burned every two rotations (multiple rotations) of the crankshaft 14.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention.
  • the present invention is also applicable to a power unit such as a moving body other than the portable work machine.
  • SYMBOLS 1 Brush cutter (portable working machine), 3 ... Power unit (power device), 5 ... Cutting blade (working tool), 8 ... Throttle lever, 10 ... Engine, 12 ... Crankshaft, 14 ... Cylinder, 16 ... Crankcase , 16a ... pressure transmission passage, 22 ... piston, 34 ... spark plug, 40 ... electric motor, 60 ... carburetor, 60a ... inlet passage, 60b ... intermediate passage, 60c ... outlet passage, 60d ... pressure introduction passage, 62 ... venturi section 64 ... Choke valve, 66 ... Air metering valve (throttle valve), 68 ... Diaphragm, 70 ... Pump chamber, 72 ...

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Abstract

　エンジンと電動モータとを有すると共に、エンジンの始動に電動モータを用いる構成（動力装置）において、エンジン始動時における電動モータの消費電力を低減する。　動力装置は、点火プラグ(34)を備えたエンジン(10)と、エンジン(10)のクランクシャフト(12)に連結された電動モータ(40)と、コントロールユニット（制御部）と、を含む。前記コントロールユニットは、エンジン(10)の始動に際して、エンジン(10)の燃焼室(C)に混合気を形成し、電動モータ(40)によってクランクシャフト(12)を逆転方向に回転させて混合気を圧縮し、クランクシャフト(12)が圧縮上死点前の所定位置（クランク角Cr1）に到達した時点で点火プラグ(34)によって混合気に点火してクランクシャフト(12)を正転方向に回転させてエンジン(10)を始動させるエンジン始動制御を実施する。

Description

動力装置及びこれを備えた携帯作業機
　内燃エンジン（以下単に「エンジン」という）及び電動モータを有する動力装置に関し、特にエンジンのクランクシャフトを逆転方向に回転させた後、正転に転じてエンジンを始動させるエンジン始動制御を実施する動力装置に関する。
　エンジンの始動に際してクランクシャフトを一転方向に回転させる技術として、下記特許文献１は、次のものを開示している。すなわち、クランキングを行う前に電動モータによってクランクシャフトを逆転方向に回転させ、膨張行程中の所定の位置に到達させる。そして、クランクシャフトがこの膨張行程中の位置に到達した後、正転に転じてクランキングを開始し、エンジンを始動させるものである。
再表０２／０２７１８２号公報（第７頁第４２行～第８頁第７行）
　前掲特許文献１のものによれば、クランキングに際して燃焼室に封入されたガスの圧縮反発力によってクランクシャフトが正転方向に付勢されることから、そのような圧縮反発力が得られないエンジンと比較して小型の電動モータを採用し、消費電力を低減することが可能である。しかし、エンジンの始動に要する動力を電動モータに依存していることに変わりはなく、電動モータの小型化や省電力化には限界がある。また、電動モータを小型化するか否かにかかわらず、エンジン始動時における電動モータの消費電力をさらに低減することも求められている。
　そこで、本発明は、エンジンと電動モータとを有すると共に、エンジンの始動に電動モータを用いる構成（動力装置）において、エンジン始動時における電動モータの消費電力を低減することを目的とする。
　本発明の一形態において、動力装置は、点火プラグを備えたエンジンと、エンジンのクランクシャフトに連結された電動モータと、前記エンジンの始動に際して前記エンジンの燃焼室に混合気を形成し、前記電動モータによって前記クランクシャフトを逆転方向に回転させて前記混合気を圧縮し、前記クランクシャフトが圧縮上死点前の所定位置に到達した時点で前記点火プラグによって前記混合気に点火して前記クランクシャフトを正転方向に回転させて前記エンジンを始動させるエンジン始動制御を実施する制御部と、を含む。
　本発明の一形態によれば、エンジンの始動に際して電動モータによってクランクシャフトを逆転方向に回転させて、燃焼室の混合気を圧縮し、クランクシャフトが圧縮上死点前の所定位置に到達した時点で混合気に点火して、エンジンを始動させることとしたので、エンジンの始動に混合気の燃焼膨張力を利用することができる。従って、エンジン始動時における電動モータの消費電力を従来に比べて低減できる。また、これにより、電動モータの小型化や省電力化を図ることも可能となる。
本発明が適用された携帯作業機の一例である刈払機の外観を示す図 前記刈払機の動力ユニットの構成を説明するための図 前記動力ユニットのエンジン及び電動モータの概略的な構成を示す断面図 前記エンジンの概略的な構成を示す他の断面図 前記エンジンに備わるキャブレタの概略的な構成を示す断面図 前記動力ユニットの電気的な概略構成を示す図 前記エンジンの通常運転時における動作を示す説明図（上昇行程初期） 前記エンジンの通常運転時における動作を示す説明図（上昇行程中期） 前記エンジンの通常運転時における動作を示す説明図（下降行程中期） 前記エンジンの通常運転時における動作を示す説明図（下降行程終期） 前記エンジンの始動時における動作を示す説明図（エンジン始動制御） 前記エンジンの始動時における動作を示す説明図（燃料充填制御、逆転時） 前記エンジンの始動時における動作を示す説明図（燃料充填制御、正転時） 前記エンジンの始動時における動作を示す説明図（始動燃料供給制御、逆転時） 前記エンジンの始動時における動作を示す説明図（始動燃料供給制御、正転時） 前記エンジンの加速時にコントロールユニットが実施する制御を示すフローチャート 前記エンジンの加速時に前記コントロールユニットが実施する制御（低回転加速制御）の効果を説明するための図
　以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
　なお、本明細書では、本発明を携帯作業機である刈払機に適用した場合について説明する。しかし、本発明は、刈払機に限らず、草刈機、チェーンソー、サーキュラーカッター（カットオフソー）、噴霧機、散布機、送風機（ブロワ）、集塵機、及びアースオーガなどの様々な携帯作業機に適用可能である。
　図１は、本発明が適用された携帯作業機の一例である刈払機１の外観を示している。
　図１に示すように、刈払機１は、操作棹２と、操作棹２の後端部に取り付けられた動力ユニット（動力装置）３と、操作棹２の前端部に取り付けられたギヤヘッド４と、ギヤヘッド４に取り付けられた円盤状の刈刃（作業工具）５と、刈刃５を部分的に覆うように操作棹２に取り付けられた防護カバー６と、操作棹２の中間部に取り付けられたハンドル７と、を有する。
　操作棹２は、中空パイプ形状を有して直線状に延伸している。操作棹２に内部には、図示省略した駆動軸（ドライブシャフト）が収容されている。このドライブシャフトは、動力ユニット３の出力（回転、トルク）を、ギヤヘッド４を介して刈刃５に伝達し、これにより刈刃５を回転させる。動力ユニット３は、後述するように、駆動源（原動機）としてのエンジン及び電動モータを含む。また、ハンドル７には、スロットルレバー８や停止スイッチ（図示省略）などが設けられている。作業者は、スロットルレバー８を操作する（握る）ことにより前記エンジンの回転数（すなわち、刈刃５の回転数）を調整（上昇）させることができ、前記停止スイッチを操作することにより前記エンジンを停止させることができる。
　図２は、動力ユニット３の構成を説明するための図である。図２（ａ）は、動力ユニット３を後方から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
　図２に示すように、動力ユニット３は、エンジン１０と、電動モータ４０と、エンジン１０に吸入される空気に燃料を混合して混合気を形成するキャブレタ６０と、エンジン１０の燃料を蓄える燃料タンク１１０と、エンジン１０を始動するためのリコイルスタータ１２０と、エンジン１０に吸入される空気をろ過するエアフィルタ１３０と、エンジン１０からの排気（燃焼ガス）を大気に放出するマフラ１４０と、を含む。
　図３は、エンジン１０及び電動モータ４０の概略的な構成を、エンジン１０のクランクシャフト１２の中心軸Ｃｔｒに平行な縦方向断面によって示している。
　エンジン１０のクランクシャフト１２は、図示省略した遠心クラッチ等を介して前記ドライブシャフトに接続されている。これにより、エンジン１０の出力が前記ドライブシャフト及びギヤヘッド４を介して刈刃５に伝達され、これを回転させる（刈刃５が駆動される）。
　エンジン１０のクランクシャフト１２には、電動モータ４０が連結されている。具体的には、エンジン１０のクランクシャフト１２と電動モータ４０の回転軸４２とが直結されており、電動モータ４０の出力トルクを、クランクシャフト１２を介して前記ドライブシャフトに伝達することができるとともに、エンジン１０の出力トルクを電動モータ４０の回転軸４２に伝達することもできるように構成されている。電動モータ４０は、クランクシャフト１２に対し、これと同軸上に回転軸４２を連結するのが好ましいが、それだけでなく、歯車又はチェーン機構等の動力伝達媒体を介して接続してもよく、クラッチを介して断続可能に接続してもよい。
　エンジン１０は、２ストロークエンジンであり、本実施形態では、単気筒の小型２ストロークエンジンを採用している。
　エンジン１０は、大きく分けてシリンダ１４とクランクケース１６とに分割形成され、クランクシャフト１２は、クランクケース１６に対してベアリング１８によって軸支されている。ベアリング１８の内側には、オイルシール２０が設置されている。ピストン２２は、シリンダ１４にその内部を上下移動自在に挿入され、コンロッド２４を介してクランクシャフト１２に連結されている。
　具体的には、ピストン２２は、ピストンピン２６によってコンロッド２４の一端部に接続され、コンロッド２４は、他端部がクランクピン２８に接続され、クランクピン２８を保持するクランクアーム３０を介してクランクシャフト１２に接続されている。クランクアーム３０は、クランクピン２８の保持部とは反対側にカウンタウェイト３２を備える。
　シリンダ１４には、ピストン２２上方の部位に燃焼室Ｃが形成されており、燃焼室Ｃに臨ませるように点火プラグ３４が設置されている。点火プラグ３４は、後述するコントロールユニット１５０からの指令信号に応じて作動して、燃焼室Ｃに形成された圧縮混合気に点火する。また、シリンダ１４には、その外側面に複数の放熱フィン３６が突出形成されている。
　電動モータ４０は、三相ブラシレス電動モータであり、発動機（モータ）として機能するほか、発電機（ジェネレータ）として機能することもできる。本実施形態では、電磁コイル４４を静止側に、永久磁石４６を可動側に置き、永久磁石４６を保持する回転子（ロータ）４８を電磁コイル４４の外側に配置している。電磁コイル４４は、クランクケース１６に対して固定されている。本実施形態において、永久磁石４６は、有底円筒状に形成された回転子４８の内周部に固定されており、回転子４８は、クランクケース１６外に延びるクランクシャフト１２の延設部に、クランクシャフト１２と同軸上で回転可能に取り付けられている。換言すれば、本実施形態において、クランクシャフト１２の延設部は、電動モータ４０の回転軸４２の機能を兼ねる。回転子４８の外周面には、冷却ファン５０が形成されている。
　次に、図４を参照してエンジン１０の構成についてさらに説明する。
　図４は、エンジン１０の概略的な構成を、クランクシャフト１２の中心軸Ｃｔｒに対して垂直な縦方向断面によって示している。
　図４に示すように、エンジン１０には、吸気通路１０２、掃気通路１０４及び排気通路１０６が形成されている。本実施形態において、これらの通路１０２～１０６は、いずれも一端がシリンダ１４の内部に連通しており、ピストン２２の往復移動に応じてその周側面によって開閉される。
　吸気通路１０２は、吸気ポートＰ１においてシリンダ１４内に連通している。吸気ポートＰ１は、その上縁が下死点にあるピストン２２の上面よりも下方に位置し、下縁が上死点にあるピストン２２の下面よりも下方に位置するように設定されている。これにより、吸気通路１０２は、ピストン２２が下死点にあるときにピストン２２の周側面によって閉塞される一方、ピストン２２の上昇行程中期から下降行程中期に移行する過程でピストン２２の下方で開口し、クランクケース１６の内部に生じた負圧を導入して、クランクケース１６内に空気と燃料との混合気を吸入させる。この燃料は、大気中から取り込まれた空気にキャブレタ６０によって添加される。ここで、上昇行程とは、ピストン２２が燃焼室Ｃから最も離れる下死点から、逆に最も近付く上死点に向けて移動する行程をいい、下降行程とは、ピストン２２が上死点から下死点に向けて移動する行程をいう。
　掃気通路１０４は、一端の掃気流入口Ｐ２１においてクランクケース１６内に連通する一方、他端の掃気ポートＰ２２においてシリンダ１４内に連通し、クランクケース１６内とシリンダ１４内とを空間的に接続している。掃気ポートＰ２２は、その上縁が下死点にあるピストン２２の上面よりも上方に位置し、下縁が上死点にあるピストン２２の下面よりも上方に位置するように設定されている。これにより、掃気通路１０４は、掃気ポートＰ２２がピストン２２の下降行程終期にピストン２２の上方で開口することで、クランクケース１６内とシリンダ１４内とを連通させ、クランクケース１６内の混合気をシリンダ１４内に供給するための通路を形成する。
　排気通路１０６は、排気ポートＰ３においてシリンダ１４内に連通している。排気ポートＰ３は、その上縁が下死点にあるピストン２２の上面よりも上方に位置し、下縁が上死点にあるピストン２２の下面よりも上方に位置するように設定されている。これにより、排気通路１０６は、ピストン２２が上死点にあるときにピストン２２の周側面によって閉塞される一方、ピストン２２の下降行程中期以降の期間において掃気ポートＰ２２よりも先にシリンダ１４内に開口し、排ガスを導出して、シリンダ１４内の圧力を低下させる。
　クランクケース１６には、クランクケース１６内に生じた圧力変動を、後述するキャブレタ６０のポンプ駆動圧力室７２（図５参照）に導入するための圧力伝達通路１６ａが形成されている。本実施形態において、圧力伝達通路１６ａは、クランクケース１６をクランクシャフト１２の中心軸Ｃｔｒに対して垂直な方向に貫通して形成され、クランクケース１６内とポンプ駆動圧力室７２とは、この圧力伝達通路１６ａを介して連通している。
　次に、図５を参照してキャブレタ６０の構成について説明する。
　図５は、キャブレタ６０の概略的な構成を、吸気通路１０２の中心軸に平行な縦方向断面によって示している。
　図５に示すように、キャブレタ６０には、ベンチュリ部６２が形成され、キャブレタ６０に対し、ベンチュリ部６２の下流側にエンジン１０のシリンダ１４が接続されている。ベンチュリ部６２の上流側には、エアフィルタ１３０（図２（ａ）参照）が配設されている。キャブレタ６０の本体内部には、ベンチュリ部６２の上流側にチョーク弁６４が、下流側に空気調量弁（スロットルバルブ）６６が配設されている。
　本実施形態において、ベンチュリ部６２上側の本体壁部には、ダイヤフラム６８によって画成されたポンプ室７０及びポンプ駆動圧力室７２が形成されている。ベンチュリ部６２下側の本体壁部には、ダイヤフラム７４によって画成された燃料貯留室７６及び大気室７８が形成されており、ポンプ室７０は、逆止弁ｖ１が介装された入口通路６０ａを介して燃料タンク１１０の内部に連通する一方、逆止弁ｖ２が介装された中間通路６０ｂを介して燃料貯留室７６に連通している。ポンプ駆動圧力室７２は、圧力導入通路６０ｄを介してクランクケース１６の圧力伝達通路１６ａ（図４参照）と接続され、クランクケース１６内に連通している。大気室７８は、大気に開放されている。
　ポンプ室７０と燃料貯留室７６との間の中間通路６０ｂには、流入規制弁８０が介装されている。流入規制弁８０は、キャブレタ６０の本体に対して軸８２ａを中心として回動可能に支持されたレバー部材８２の一側部に結合されている。キャブレタ６０の本体とレバー部材８２との間には、スプリング８４が圧縮状態で介装されており、レバー部材８２は、流入規制弁８０によって中間通路６０ｂを閉塞させるように付勢されている。レバー部材８２の他側部は、ダイヤフラム７４の中央部に結合されている。
　燃料貯留室７６は、出口通路６０ｃを介してベンチュリ部６２に連通しており、出口通路６０ｃの入口部には、この通路６０ｃを流れる燃料の最大流量を規制する調量孔ｈ１が形成され、出口部には、噴出孔ｈ２が形成されている。出口通路６０ｃの中間部には、燃料調節弁８６が設置されている。燃料調節弁８６は、作業者によって手動操作され、キャブレタ６０によってエンジン１０に供給する燃料量を調節する。
　クランクケース１６内の圧力変動が圧力通路１６ａ，６０ｄを通じてポンプ駆動圧力室７２に導入されると、この圧力変動によってダイヤフラム６８が動作して、燃料タンク１１０からポンプ室７０に燃料が吸入される。燃料貯留室７６の燃料は、ベンチュリ部６２に生じた負圧によって燃料貯留室７６から吸い出され、出口通路６０ｃを通じてベンチュリ部６２に供給され、空気清浄器を通過した空気に添加される。ここで、燃料調節弁８６によって空気に添加される燃料量が調節されるとともに、その最大流量が調量孔ｈ１によって規制される。燃料貯留室７６に貯えられている燃料が減少すると、これに応じてダイヤフラム７４が上昇し、レバー部材８２を介して流入規制弁８０を下降させる。これにより、中間通路６０ｂが開放され、ポンプ室７０から燃料貯留室７６に燃料が供給される。
　チョーク弁６４は、作業者が図示省略した操作部を介してチョーク操作を行うことにより作動（閉弁）し、これにより、ベンチュリ部６２に生じる負圧を増大させて燃料貯留室７６からより多くの燃料を吸い出すことができる。また、空気調量弁６６は、作業者がスロットルレバー８（図１参照）を操作する（握る）ことにより、その開度（スロットル開度）が大きくなり、これにより、エンジン１０に吸入される空気量及び燃料量を増加させてエンジン回転数（クランクシャフト１２の回転数）、すなわち、刈刃５の回転数を上昇させることができる。
　図６は、動力ユニット３の電気的な概略構成を示す図である。
　図６に示すように、動力ユニット３は、コントロールユニット１５０と、コントロールユニット１５０に接続された蓄電装置（例えば、バッテリ又はキャパシタ）１６０と、を有している。
　コントロールユニット１５０は、複数の集積回路などによって構成されており、エンジン１０及び電動モータ４０を制御する。コントロールユニット１５０は、エンジン回転検出回路１５１と、スロットル開度検出回路１５２と、点火制御回路１５３と、ロータ位置検出回路１５４と、モータ制御回路１５５と、を含む。
　エンジン回転検出回路１５１は、クランク角センサ１６１の出力信号に基づいてエンジン回転数を検出する。検出されたエンジン回転数は、点火制御回路１５３やモータ制御回路１５５に出力される。
　スロットル開度検出回路１５２は、キャブレタ６０に接続されており、キャブレタ６０のスロットル開度（空気調量弁６６の開度）を所定周期で検出する。検出されたスロットル開度は、点火制御回路１０３やモータ制御回路１０５に出力される。なお、スロットル開度検出回路１５２は、キャブレタ６０のスロットル開度（空気調量弁６６の開度）に代えて、スロットルレバー８の操作量を検出してもよい。
　点火制御回路１５３は、エンジン１０の運転条件に応じた点火タイミングＴｉｇを算出し、これに応じた指令信号を点火プラグ３４に出力する。本実施形態において、点火制御回路１５３は、クランク角センサ１６１の出力信号に基づいて前記点火タイミングであるか否かを判断する一方、前記エンジン回転数及び前記スロットル開度に基づいて混合気への点火を行うか否かを判断する。そして、点火制御回路１５３は、点火を行うと判断した場合には、前記点火タイミングで点火プラグ３４を作動させて混合気に点火する。具体的には、蓄電装置１６０からの電力を点火プラグ３４に供給する。このとき、蓄電装置１６０からの電力はイグニッションコイル３４ａで高電圧に変換され、点火プラグ３４で放電が生じて混合気への点火が行われる。
　点火制御回路１５３は、基本的には、クランクシャフト１２の１回転ごとに点火プラグ３４を作動させて燃焼室Ｃ内の混合気に点火して当該混合気を燃焼させる（以下、これを「通常点火制御」という）。但し、点火制御回路１５３は、エンジン低回転時にエンジン１０に対する加速要求を検出した場合には、クランクシャフト１２の複数回転（例えば２回転）ごとに点火プラグ３４を作動させ、これにより、クランクシャフト１２の複数回転ごとに混合気を燃焼させる。このとき、好ましくは、前記加速要求を検出した直後の点火タイミングにおいては点火プラグ３４を非作動として混合気の燃焼を休止させるようにする。この点については後述する。
　ロータ位置検出回路１５４は、電動モータ４０に内蔵されたロータ位置検出センサ（エンコーダやホールＩＣなど）１６２の出力信号の出力信号に基づいて回転子４８の回転位置を検出する。検出された回転子４８の回転位置はモータ制御回路１５５に出力される。
　モータ制御回路１５５は、電動モータ４０の作動条件を算出（決定）し、これに応じた指令信号を電動モータ４０に出力する。具体的には、モータ制御回路１５５は、エンジン１０の通常運転時において、エンジン１０の出力トルクに要求トルクに対する不足がある場合、例えば、エンジン回転数が前記スロットル開度（又はスロットルレバー８の操作量）応じて予め設定された判定回転数の下限値を下回る場合には、電動モータ４０を発動機として動作させる指令信号を出力する。これにより、電動モータ４０がエンジン１０をアシストする。一方、エンジン１０の出力トルクに要求トルクに対する余裕がある場合、例えば、エンジン回転数が前記判定回転数の上限値を上回る場合には、モータ制御回路１５５は、電動モータ４０を発電機として動作させる指令信号を出力する。これに加え、本実施形態において、モータ制御回路１５５は、後に述べる始動制御を実施するとともに、エンジン低回転時にエンジン１０に対する加速要求を検出した場合には、電動モータ４０を発動機として動作させて電動モータ４０によってエンジン１０のクランクシャフト１２を回転させる。
　モータ制御回路１５５は、電動モータ４０を発動機として動作させる場合に、蓄電装置１６０からの直流電流を三相の交流電流に変換し、各相の電流成分を対応する電磁コイル４４に供給する。一方、モータ制御回路１５５は、電動モータ４０を発電機として動作させる場合は、電磁コイル４４が発生した三相の交流電流を直流電流に変換し、蓄電装置１６０に供給する。
　ここで、エンジン１０の通常運転時における動作について説明する。
　図７～１０は、エンジン１０の通常運転時における動作を時系列順に示している。
　ピストン２２が下死点を通過し、上死点に向けて移動を開始した後（図７）、ピストン２２の周側面によって掃気ポートＰ２２が閉塞されると、クランクケース１６内が外部に対して密閉された状態となり、クランクケース１６内に負圧が発達する。
　上昇行程中期に至ると（図８）、ピストン２２の下方で吸気ポートＰ１が開放され、クランクケース１６内の負圧が吸気通路１０２に波及する。これにより、エンジン１０外の空気がキャブレタ６０に取り込まれ、キャブレタ６０によって添加された燃料と空気との混合気が吸気通路１０２を通じてクランクケース１６内に導入される。
　上昇行程終期に至ると、上死点近傍で点火プラグ３４が作動して、燃焼室Ｃの圧縮混合気が点火される。上死点を通過して下降行程に移ると、ピストン２２は、燃料の体積膨張によって押し下げられ、コンロッド２４を介してクランクシャフト１２を回転させる。このクランクシャフト１２の回転運動は、刈払機１の前記ドライブシャフトに伝達されて刈刃５を回転させる。
　下降行程中期に至ると（図９）、ピストン２２の上方で排気ポートＰ３が開放され、燃焼後の排ガスが排気通路１０６に導出される。これにより、シリンダ１４内の圧力が急激に減少する。導出された排ガスは、図示しないマフラを通過し、大気中へ放出される。一方で、クランクケース１６内では、ピストン２２の下降によって混合気が圧縮され、圧力が上昇する。
　下降行程終期に至ると（図１０）、ピストン２２の上方で掃気ポートＰ２２が開放され、クランクケース１６内の混合気が掃気通路１０４を通じてシリンダ１４内に流出し、これにより、シリンダ１４内に残存する排ガスが掃気される。
　次に、エンジン１０の始動時における動作について説明する。
　図１１は、燃焼室Ｃの圧縮混合気に点火して、エンジン１０を始動させる始動制御（エンジン始動制御）を示している。
　ここで、図１１及び後に述べる図１２～１５に示す一連の制御は、作業者が行う携帯作業機の始動操作に応じてコントロールユニット１５０によって実施される。従って、本実施形態において、コントロールユニット１５０が本発明の「制御部」としての機能を有する。なお、本実施形態では、リコイルスタータ１２０を引くことが前記始動操作に該当するが、これに限るものではなく、例えば携帯作業機が始動スイッチを有する場合には、当該始動スイッチを押すことが前記始動操作に該当する。
　作業者が始動操作を行うと、コントロールユニット１５０が電動モータ４０に指令信号を出力し、この指令信号を受けた電動モータ４０は、図１２及び１３に示す燃料充填制御、及び、図１４及び１５に示す始動燃料供給制御を実施して、クランクシャフト１２を所定の範囲で正転及び逆転方向に交互に回転させ、キャブレタ６０を介してクランクケース１６内及びシリンダ１４内に混合気を供給する。
　シリンダ１４内に混合気を供給した後、電動モータ４０は、クランクシャフト１２を逆転方向に回転させ、これを上死点前の所定の位置（クランク角Ｃｒ１）に到達させる（図１１）。クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ１の位置に至る過程で、掃気ポートＰ２２及び排気ポートＰ３がピストン２２の周側面によって閉塞され、シリンダ１４内の混合気が圧縮される。これにより、燃焼室Ｃに混合気が形成されると共に当該混合気が圧縮される。なお、図１１に示すように、クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ１に到達すると、ピストン２２の下方で吸気ポートＰ１が開放される（開口する）ようになっている。電動モータ４０の逆転作動は、クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ１の位置に到達するまで継続してもよいし、クランク角Ｃｒ１よりも正転方向に関する進角側の位置で停止してもよい。進角側の位置で停止する場合は、クランクシャフト１２を惰性回転によってクランク角Ｃｒ１の位置に到達させることが可能である。
　本実施形態において、クランク角Ｃｒ１は、エンジン１０の始動時における点火タイミングを定める角度に設定されており、クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ１の位置に到達した時点で点火プラグ３４が作動して、燃焼室Ｃの圧縮混合気に対する点火が行われる。クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ１の位置に到達するまで逆転作動を継続する場合に、電動モータ４０は、点火に同期してその作動を停止する。これにより、ピストン２２は、混合気の燃焼膨張力によって上記所定の位置から押し下げられ、クランクシャフト１２は、クランク角Ｃｒ１の位置から正転に転じ、正転方向の回転を開始する。
　回転変動が大きく、点火後最初の上死点を良好に通過することができない場合は、上死点前に電動モータ４０を再度駆動し、クランクシャフト１２に対して正転方向のアシストトルクを生じさせるようにしてもよい。これにより、フライホイルの機能を電動モータ４０によって兼ねることができる。
　図１２及び１３は、燃料タンク１１０からキャブレタ６０に燃料を供給する燃料充填制御を示している。
　コントロールユニット１５０からの指令信号を受けた電動モータ４０は、クランクシャフト１２を正転及び逆転方向に交互に回転させて、クランクケース１６内に圧力変動を生じさせ、この圧力変動をキャブレタ６０のポンプ駆動圧力室７２に波及させて、ダイヤフラム６８を動作させる。これにより、燃料タンク１１０から燃料が吸い出され、ポンプ室７０に供給される。
　具体的には、クランクシャフト１２を、掃気ポートＰ２２がピストン２２の周側面によって閉塞されるクランク角Ｃｒ２～Ｃｒ３の範囲で正転及び逆転方向に回転させる。本実施形態では、ピストン２２を上死点に近付けるクランク角Ｃｒ２の位置と、ピストン２２を上死点から遠ざけるクランク角Ｃｒ３の位置と、の間を往復させる。ここで、クランク角Ｃｒ２では、ピストン２２の下面が吸気ポートＰ１の下縁よりも上死点側に位置し、クランク角Ｃｒ３では、ピストン２２の冠面が掃気ポートＰ２２の上縁よりも下死点側に位置している。
　このように、掃気ポートＰ２２が閉塞されるクランク角Ｃｒ２～Ｃｒ３の範囲で、クランクシャフト１２を正転及び逆転方向に交互に回転させることで、クランクケース１６内の圧力変動によってキャブレタ６０のダイヤフラム６８を動作させ、かつ、ベンチュリ部６２に空気の流れを発生させて、噴出孔ｈ２・出口通路６０ｃ・調量孔ｈ１を介して燃料貯留室７６に負圧を加える。これにより、流入規制弁８０を開弁させて、燃料タンク１１０からキャブレタ６０に燃料を供給することができる。供給された燃料は、燃料貯留室７６に対し、燃料の残留状況に応じて供給される。
　ここで、排気ポートＰ２２の閉塞が維持されることから、燃料充填制御の間にエンジン１０の燃焼室Ｃ内に燃料が供給されることはなく、エンジン１０に対する燃料の過剰供給を回避して失火を防止することができる。
　燃料充填制御におけるクランクシャフト１２の往復回数は、キャブレタ６０における燃料の残留状況などに応じて適宜設定することが可能である。例えば、キャブレタ６０の内部（例えば、燃料貯留室７６）及び燃料タンク１１０からキャブレタ６０までの燃料配管等における燃料の残存量が最も少ない条件に適合させる。
　本実施形態では、クランクシャフト１２をクランク角Ｃｒ３の位置に回転させる際に、ピストン２２の冠面が排気ポートＰ３の上縁よりも下方に位置するまで回転させ、排気ポートＰ３の一部を開放させている。これにより、ピストン２２の往復移動距離を拡大させ、クランクケース１６内により大きな圧力変動を生じさせつつ、シリンダ１４内での圧縮による反力作用を軽減し、電動モータ４０に対する負荷を低減することが可能となる。しかし、これに限らず、ピストン２２の冠面が排気ポートＰ３の上縁よりも上方に位置するクランク角Ｃｒ３’までの範囲でクランクシャフト１２を回転させるようにしてもよい。図１３は、クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ３’の位置にあるときのピストン２２を、二点鎖線によって示している。
　図１４及び１５は、キャブレタ６０からエンジン１０に燃料を供給し、混合気を形成する始動燃料供給制御を示している。
　電動モータ４０は、クランクシャフト１２をクランク角Ｃｒ２～Ｃｒ３の範囲よりも広いクランク角Ｃｒ４～Ｃｒ５の範囲に亘って正転及び逆転方向に交互に回転させ、クランクケース１６内に生じた圧力変動をキャブレタ６０のポンプ駆動圧力室７２に波及させるとともに、これを吸気通路１０２にも波及させる。これにより、キャブレタ６０を通過した空気と燃料との混合気がクランクケース１６内に供給される。
　具体的には、クランクシャフト１２を、ピストン２２の下面が吸気ポートＰ１の下縁よりも上方に位置し、吸気ポートＰ１の一部がクランクケース１６内に開口するクランク角Ｃｒ４の位置まで逆転方向に回転させるとともに、これに続いて正転に転じさせ、ピストン２２の冠面が掃気ポートＰ２２の上縁よりも下方に位置し、掃気ポートＰ２２の一部がシリンダ１４内に開口するクランク角Ｃｒ５の位置まで正転方向に回転させる。このクランク角Ｃｒ４及びＣｒ５の間での往復回転は、シリンダ１４内に点火可能な混合気が形成されるまで繰り返される。本実施形態において、吸気ポートＰ１が開口するクランク角Ｃｒ４の位置では、クランク角Ｃｒ２（図１２）におけるよりもピストン２２が上死点に近付き、掃気ポートＰ２２が開口するクランク角Ｃｒ５の位置では、クランク角Ｃｒ３（図１３）におけるよりもピストン２２が下死点に近付く。
　このように、クランクシャフト１２を吸気ポートＰ１が開口するまで一方向に回転させた後、これとは逆方向に掃気ポートＰ２２が開口するまで回転させることで、クランクケース１６内に混合気を吸入するとともに、クランクケース１６内から掃気通路１０４を通じてシリンダ１４内に混合気を供給することができる。
　ここで、先の燃料充填制御によってキャブレタ６０に充分な量の燃料が確保されていることから、始動燃料供給制御におけるクランクシャフト１２の往復回数を一定に設定したとしても、点火に際して燃焼室Ｃに形成される圧縮混合気の濃度にばらつきが生じるのを抑制し、失火を防止し、エンジン１０を確実に始動させることができる。換言すれば、エンジン１０の始動に必要な量の燃料を供給するのに要する往復回数にばらつきが生じるのを抑制することができる。
　このように、本実施形態において、コントロールユニット１５０は、エンジン１０の始動に際して、燃焼室Ｃに混合気を形成し、電動モータ４０によってクランクシャフト１２を逆転方向に回転させて混合気を圧縮し、クランクシャフト１２が上死点前の所定の位置Ｃｒ１に到達した時点で混合気に点火してクランクシャフト１２を正転方向に回転させてエンジン１０を始動させるエンジン始動制御を実施する。このため、エンジン１０の始動に混合気の燃焼膨張力を利用することが可能となり、これにより、エンジン１０を確実に始動させるとともに、エンジン始動時における電動モータ４０の消費電力を低減できる。また、この結果、電動モータ４０の小型省力化を図ることも可能となる。なお、本実施形態においては、電動モータ４０とコントロールユニット１５０がエンジン１０の始動装置を構成すると言うこともできる。
　本実施形態では、エンジン１０の始動に際して行われる上記一連の制御において、ピストン２２に上死点を通過させる必要がないので、エンジン始動時における電動モータ４０の消費電力の増加が抑制される。クランクシャフト１２を逆転方向に回転させたときに到達させる上死点前の位置（クランク角Ｃｒ１）は、ピストン２２の下方で吸気ポートＰ１が開口する位置となっているので、クランクケース１６内に混合気が吸入され、クランクシャフト１２の逆転で点火、燃焼した後のクランクシャフト１２の正転時にシリンダ１４内に混合気を供給することができる。
　ここで、本実施形態では、クランクシャフト１２を到達させる上死点前の位置（クランク角Ｃｒ１）を始動時における点火タイミングに対応させて設定し、点火に同期して電動モータ４０の逆転作動を停止させるようにしている。
　しかし、これに限るものではなく、例えば、クランクシャフト１２を到達させる位置Ｃｒ１を設定しておき、クランクシャフト１２の逆転中にその回転位置を検出し、クランクシャフト１２がクランク角Ｃｒ１の位置に到達したと判断した時点で電動モータ４０の逆転作動を停止し、これに同期して点火プラグ３４を作動させるようにしてもよい。クランクシャフト１２の回転位置は、クランク角センサ１６１の出力信号に基づいて検出することができる。あるいは、ロータ位置検出回路によって検出するようにしてもよい。また、クランクシャフト１２の実際の回転速度を検出する構成を備える場合には、電動モータ４０によってクランクシャフト１２を上死点付近の位置まで逆転方向に回転させた後、電動モータ４０の逆転作動を停止し、クランクシャフト１２の回転停止に同期して点火プラグ３４を作動させるようにしてもよい。クランクシャフト１２の回転速度は、例えば、クランク角センサ１６１の出力信号やロータ位置から計算することができる。
　また、以上の説明では、ピストン２２を上死点に近付ける場合のクランクシャフト１２の回転方向を逆転方向とし、逆に遠ざける場合の回転方向を正転方向としている。このような設定によれば、点火に際してクランクシャフト１２を上死点前の位置に到達させる際の回転角度が小さくて済むので、エンジン１０の始動に要する時間を短縮することが可能である。
　しかし、回転方向の正逆は、ピストン２２を上死点に近付ける場合を正転方向とし、遠ざける場合を逆転方向としてもよい。この場合は、例えば、図１２に示す例に対し、クランクシャフト１２が、シリンダ１４の中心軸を基準とした鏡面対称の位置を往復することになる。
　また、以上の説明では、エンジン１０として２ストロークエンジンを採用している。
　しかし、これに限るものではなく、エンジンには、４ストロークエンジンを採用することもできる。この場合は、エンジンの始動に際し、燃焼室に混合気を形成した後、クランクシャフトを逆転方向に回転させて混合気を圧縮し、クランクシャフトが圧縮上死点前（膨張行程中）の所定の位置に到達した時点で燃焼室の圧縮混合気に点火する。混合気を形成する方法は、クランクシャフトを往復回転させる方法でも、燃焼室に直接燃料を噴射する方法でもよい。クランクシャフトの往復回転による場合は、吸気弁が閉弁するクランク角の範囲（例えば、排気行程）でクランクシャフトを正転及び逆転方向に交互に回転させ、クランクケース内に生じた圧力変動を、キャブレタに備わるダイヤフラムポンプに作用させる。そして、クランクシャフトの往復回転を、ピストンの到達範囲を変更させて継続し、吸気ポートを介して混合気をシリンダ内に供給する。
　また、以上の説明において、コントロールユニット１５０は、エンジン１０の始動に際して、燃焼室Ｃに混合気を形成し、電動モータ４０によってクランクシャフト１２を逆転方向に回転させて混合気を圧縮し、クランクシャフト１２が上死点前の所定の位置（クランク角Ｃｒ１）に到達した時点で混合気に点火してクランクシャフト１２を正転方向に回転させてエンジン１０を始動させるエンジン始動制御を実行している。
　しかし、これに限るものではなく、コントロールユニット１５０は、前記エンジン始動制御において、電動モータ４０によってクランクシャフト１２を逆転方向に回転させて混合気を圧縮する前に、一旦、クランクシャフト１２を正転方向に回転させるようにしてもよい。すなわち、コントロールユニット１５０は、電動モータ４０によってクランクシャフト１２を逆転方向に回転させる前に、電動モータ４０によってクランクシャフト１２を正転方向に上死点前の第２の所定の位置（クランク角）まで回転させるようにする。
　この場合、前記第２の所定の位置は、前記所定の位置Ｃｒ１よりも上死点から離れた位置となるように設定される。好ましくは、前記第２の所定の位置は、前記所定の位置Ｃｒ１よりも上死点から離れた位置であって、かつ、少なくとも排気ポートＰ３が閉塞されてシリンダ１４内の空気（混合気を含む）を圧縮可能な位置とする。つまり、前記第２の所定の位置よりも所定の位置Ｃｒ１の方が上死点に近い位置となるように設定される。例えば、前記所定の位置Ｃｒ１を上死点前約３０度とし、前記第２の所定の位置を上死点前約９０度とすることができる。
　このようにすると、勢いをつけた状態でクランクシャフト１２を逆転方向に回転させることが可能となるので、単に停止状態からクランクシャフト１２を逆転方向に回転させる場合に比べて、クランクシャフト１２を前記所定の位置Ｃｒ１まで到達させるために必要な電動モータ４０の動力が小さくて済む。これにより、エンジン始動時における電動モータ４０の消費電力を更に低減することができる。
　さらに、上述の実施形態のように、エンジン１０（２ストロークエンジン）のクランクシャフト１２に電動モータ４０を直結した構成においては、前記エンジン始動制御を用いることよって、エンジン１０（クランクシャフト１２）の回転方向を容易に切り替えることも可能になる。
　この場合は、例えば、作業者が携帯作業機に設けられたロータリ切替レバーなどによってエンジン１０（クランクシャフト１２）の回転方向を指示するための操作（回転方向指示操作）を行うと、コントロールユニット１５０（点火制御回路１５３、モータ制御回路１５５）には、回転方向を指示する信号（回転方向指示信号）が入力されるように構成する。そして、コントロールユニット１５０は、前記回転方向指示信号によって指示された回転方向に応じて点火プラグ３４及び電動モータ４０の作動を制御するように構成する。具体的には、作業者が前記回転方向指示操作を行った後に前記始動操作を行うと、コントロールユニット１５０は、指示された回転方向を「正転方向」として前記エンジン始動制御を実施し、エンジン１０の始動後においては、指示された回転方向に応じた点火タイミングで点火プラグ３４を作動させる。
　このようにすると、複雑な構成の切替機構を設けることなく、エンジン１０の回転方向を容易に切り替えることができる。これにより、エンジン１０を駆動源とする携帯作業機において、携帯作業機の大型化を招くことなく、当該携帯作業機における駆動対象（作業工具）の回転方向を逆転させることが可能となる。一例を挙げれば、地面に穴を掘るアースオーガ（携帯作業機）においては、オーガスクリュー（作業工具）を正転方向に回転させて地面に穴を掘った後、オーガスクリューを逆転方向に回転させることでオーガスクリューを地中から容易に抜き取ることが可能になり、これにより、作業性を大幅に向上させることができる。
　このような携帯作業機は、例えば、次のように構成することができる。
　すなわち、携帯作業機は、（ａ）駆動対象（作業工具）を駆動する２ストロークエンジンと、（ｂ）前記２ストロークエンジンのクランクシャフトに連結された電動モータと、（ｃ）前記エンジンの始動に際して前記エンジンの始動に際して前記エンジンの燃焼室に混合気を形成し、前記電動モータによって前記クランクシャフトを逆転方向に回転させて前記混合気を圧縮し、前記クランクシャフトが圧縮上死点前の所定位置に到達した時点で前記点火プラグによって前記混合気に点火して前記クランクシャフトを正転方向に回転させて前記エンジンを始動させるエンジン始動制御を実施する制御部と、を含む。そして、前記制御部は、前記クランクシャフトの回転方向を指示する信号を入力し、指示された回転方向を正転方向として前記エンジン始動制御を実施する。また、前記制御部は、前記エンジンの始動後においては、前記指示された回転方向に応じた点火タイミングで点火プラグを作動させる。
〔エンジン加速時の制御〕
　次に、エンジン１０の加速時における動作について説明する。
　上述のように、本実施形態では、２ストロークエンジンを採用している。２ストロークエンジンでは、エンジン低回転時に掃気が不十分になり易く、燃焼も不安定になることが多い。このため、特にアイドル回転などのエンジン低回転からのエンジン１０の加速性能に課題を有している。
　そこで、本実施形態においては、エンジン１０の加速要求があった場合に以下のような制御を実施することにより、特にエンジン低回転からの加速性能を改善している。なお、このエンジン加速時の制御は、必ずしも上述のエンジン始動制御を実施する携帯作業機（動力ユニット）に適用する必要はなく、上述のエンジン始動制御のみを実施するように構成したり、上述のエンジン始動制御については実施せずに前記エンジン加速時の制御のみを実施するように構成したりしてもよい。
　図１６は、エンジン１０の加速時にコントロールユニット１５０によって実施される制御を示すフローチャートである。この制御は、エンジン１０に対する加速要求を検出した場合、例えば、前記スロットル開度の変化量（スロットル開度の今回値－前回値）が所定の加速判定用の所定値以上である場合やスロットルレバー８の操作量が所定量以上である場合に開始される。
　図１６において、ステップＳ１では、エンジン低回転時であるか否かを判定する。具体的には、エンジン回転数が予め設定された所定回転数以下であるか否かを判定する。そして、エンジン低回転時（すなわち、エンジン回転数が前記所定回転数以下）であればステップＳ２に進み、エンジン低回転時でなければステップＳ４に進む。前記所定回転数は、例えば、エンジン１０のアイドル回転数よりも僅かに大きい値に設定することができる。
　ステップＳ２では、低回転加速制御を実施する。すなわち、クランクシャフト１４の２回転ごとに点火プラグ３４を作動させるとともに、電動モータ４０を発動機として動作させる。この低回転加速制御では、上述のように、前記加速要求を検出した直後の点火タイミングでは点火プラグ３４を非作動とする。これにより、エンジン１０において、クランクシャフト１２の２回転ごとに混合気の燃焼が行われ、また、クランクシャフト１２は電動モータ４０によって回転される。
　ステップＳ３では、エンジン回転数が前記スロットル開度（今回値）に応じた回転数（以下「目標回転数」という）以上となったか否かを判定する。エンジン回転数が前記目標回転数未満であればステップＳ２に戻り、前記低回転加速制御を継続する。一方、エンジン回転数が前記目標回転数以上であればステップＳ４に進む。なお、前記目標回転数に代えて、予め設定された低回転加速制御の終了判定用の回転数（固定値）を用いてもよい。
　ステップＳ４では、通常制御を実施する。すなわち、エンジン１０においては、前記通常点火制御を実施するとともに、必要に応じて電動モータ４０を発動機として動作させ又は電動モータ４０を発電機として動作させる。
　図１７は、前記低回転加速制御の効果を説明するための図である。ここでは、エンジン１０がアイドル回転しているときに前記加速要求があった場合のエンジン回転数の変化を示している。
　図１７において、細線は、「前記通常点火制御＋電動モータ非作動」の場合のエンジン回転数の変化を示し、細二重線は、「前記通常点火制御＋電動モータ作動」の場合のエンジン回転数の変化を示し、太線は、「低回転加速制御」を実施した場合のエンジン回転数の変化を示している。
　図１７に示すように、「低回転加速制御」を実施した場合（太線）には、他の二つの場合（細線、細二重線）に比較して、エンジン回転数の上昇速度が高い。すなわち、エンジン回転が効果的に（より短い時間で）加速される。これは、次のような理由によるものと考えられる。
　点火を行わない場合には、混合気の燃焼が行われずに吸気・掃気・排気が行われ、前回の点火による混合気の燃焼ガスの掃気が確実に実施される。そして、次回の点火タイミングでは、完全掃気がなされた状態で混合気が点火されて燃焼することになるため、安定した燃焼が行われ、エンジン回転数が確実かつ効果的に上昇する。また、点火を行わない（混合気を燃焼させない）ことによるエンジン回転数の低下は、電動モータ４０の作動によって抑制される。一方、電動モータ４０を作動させるだけでは、エンジン１０における混合気の燃焼のようにクランクシャフト１２の回転数を急激に上昇させることは難しい。このため、完全掃気がなされた後に混合気を燃焼させるとともにエンジン回転数の低下が抑制される「低回転加速制御」を実施した場合に、エンジン回転が最も効果的に加速されるものと考えられる。
　このように、本実施形態において、コントロールユニット１５０は、エンジン１０がアイドル運転しているときなどのエンジン低回転時に、エンジン１０に対する加速要求を検出した場合には、クランクシャフト１２の複数回転ごとに混合気の燃焼を行わせるようにエンジン１０を制御するとともに電動モータ４０を作動させて電動モータ４０によってクランクシャフト１２を回転させる。具体的には、エンジン回転数が予め設定された所定回数以下のときに前記スロットル開度が前記加速判定用の所定値以上変化（増加）した場合に、クランクシャフト１２の２回転ごとに点火プラグ３４を作動させるとともに電動モータ４０によってクランクシャフト１２を回転させる。これにより、エンジン低回転から速やかにエンジン回転数を上昇させることができる。
　また、エンジン１０に対する加速要求を検出した直後の点火タイミングでは、点火プラグ３４を非作動として混合気の燃焼を休止することによって、前記加速要求の検出後に、完全掃気がなされた状態での混合気の燃焼をより早く実施させることができる。これにより、さらに速やかにエンジン回転数を上昇させることができる。
　なお、以上では、クランクシャフト１２の２回転ごとに混合気の燃焼を行わせるようにエンジン１０を制御しているが、これに限るものではなく、本発明は、クランクシャフト１２の２回転以外の複数回転ごとに混合気の燃焼を行わせるようにエンジン１０を制御するものを含む。また、以上では、クランクシャフト１２の２回転（複数回転）ごとに点火プラグ３４を作動させているが、これに代えて又はこれに加えて、クランクシャフト１２の２回転（複数回転）ごとにエンジン１０に燃料を供給し、これにより、クランクシャフト１４の２回転（複数回転）ごとに混合気の燃焼を行わせるようにしてもよい。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形や変更が可能である。
　例えば、以上では、携帯作業機の動力ユニットに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、携帯作業機以外の移動体などの動力ユニットにも適用可能である
　１…刈払機（携帯作業機）、３…動力ユニット（動力装置）、５…刈刃（作業工具）、８…スロットルレバー、１０…エンジン、１２…クランクシャフト、１４…シリンダ、１６…クランクケース、１６ａ…圧力伝達通路、２２…ピストン、３４…点火プラグ、４０…電動モータ、６０…キャブレタ、６０ａ…入口通路、６０ｂ…中間通路、６０ｃ…出口通路、６０ｄ…圧力導入通路、６２…ベンチュリ部、６４…チョーク弁、６６…空気調量弁（スロットルバルブ）、６８…ダイヤフラム、７０…ポンプ室、７２…ポンプ駆動圧力室、７４…ダイヤフラム、７６…燃料貯留室、７８…大気室、８０…流入規制弁、８２…レバー部材、８４…スプリング、８６…燃料調節弁、１０２…吸気通路、１０４…掃気通路、１０６…排気通路、１１０…燃料タンク、１５０…コントロールユニット、１５１…エンジン回転検出回路、１５２…スロットル開度検出回路、１５３…点火制御回路、１５４…ロータ位置検出回路、１５５…モータ制御回路、１６０…蓄電装置、１６１…クランク角センサ、１６２…ロータ位置検出センサ、Ｐ１…吸気ポート、Ｐ２１…掃気流入口、Ｐ２２…掃気ポート、Ｐ３…排気ポート、ｖ１，ｖ２…逆止弁、ｈ１…調量孔、ｈ２…噴出孔

Claims (15)

  1. 　点火プラグを備えたエンジンと、
    　前記エンジンのクランクシャフトに連結された電動モータと、
    　前記エンジンの始動に際して、前記エンジンの燃焼室に混合気を形成し、前記電動モータによって前記クランクシャフトを逆転方向に回転させて前記混合気を圧縮し、前記クランクシャフトが圧縮上死点前の所定位置に到達した時点で前記点火プラグによって前記混合気に点火して前記クランクシャフトを正転方向に回転させて前記エンジンを始動させるエンジン始動制御を実行する制御部と、
    　を含む、動力装置。
  2. 　前記所定位置は、前記エンジンの始動時における点火タイミングに対応する、請求項１に記載の動力装置。
  3. 　前記制御部は、前記クランクシャフトを逆転方向に回転させる前記電動モータの作動を、前記混合気の点火に同期して停止させる、請求項２に記載の動力装置。
  4. 　前記制御部は、前記クランクシャフトを逆転方向に回転させる前記電動モータの作動を、前記クランクシャフトが前記所定位置に到達した時点で停止させるとともに、これに同期して前記点火プラグを作動させて前記混合気に点火する、請求項１に記載の動力装置。
  5. 　前記制御部は、前記クランクシャフトを逆転方向に回転させる前記電動モータの作動を停止させた後、前記クランクシャフトの回転停止に同期して前記混合気に点火する、請求項１に記載の動力装置。
  6. 　前記制御部は、前記混合気に点火した後、ピストンが最初に圧縮上死点に到達する前に前記電動モータを作動させ、前記クランクシャフトに対する正転方向のアシストトルクを生じさせる、請求項１に記載の動力装置。
  7. 　前記制御部は、前記電動モータによって前記クランクシャフトを逆転方向に回転させる前に、前記電動モータによって前記クランクシャフトを正転方向に圧縮上死点前の第２の所定位置まで回転させる、請求項１に記載の動力装置。
  8. 　前記第２の所定位置よりも前記所定位置の方が圧縮上死点に近い、請求項７に記載の動力装置。
  9. 　前記エンジンは、２ストロークエンジンであり、
    　前記所定位置は、前記エンジンのシリンダに形成された吸気ポートがピストンの下方で開口する位置である、請求項１に記載の動力装置。
  10. 　前記エンジンは、２ストロークエンジンであり、
    　前記制御部は、
    　前記クランクシャフトの回転方向を指示する信号を入力し、
    　指示された回転方向を前記正転方向として前記エンジン始動制御を実行する、請求項１に記載の動力装置。
  11. 　前記エンジンは、２ストロークエンジンであり、
    　前記制御部は、前記エンジンの低回転時に当該エンジンに対する加速要求を検出した場合に、前記クランクシャフトの複数回転ごとに混合気の燃焼を行わせるように前記エンジンを制御すると共に前記電動モータを作動させて当該電動モータによって前記クランクシャフトを回転させる、請求項１に記載の動力装置。
  12. 　前記制御部は、前記クランクシャフトの２回転ごとに前記エンジンの前記点火プラグを作動させると共に前記電動モータを作動させる、請求項１１に記載の動力装置。
  13. 　前記制御部は、前記加速要求を検出した場合に、その直後における混合気の燃焼を休止させるように前記エンジンを制御する、請求項１１に記載の動力装置。
  14. 　前記制御部は、前記加速要求を検出した場合に、その直後の点火タイミングにおいて前記エンジンの前記点火プラグを非作動とする、請求項１３に記載の動力装置。
  15. 　請求項１に記載の動力装置を有し、
    　少なくとも前記エンジンによって作業工具を駆動するように構成された、携帯作業機。
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