(57)【要約】【課題】いかなる回転数であっても燃料を吸い上げるために要求されるポンプ性能を確実に得ることのできるエンジンを提供すること。【解決手段】エンジンは、燃料タンクから吸い上げた燃料を噴射するダイヤフラム式キャブレタを備えたエンジンであって、ダイヤフラム式キャブレタは、可撓性を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムが隔絶して形成される伝達室及び燃料室と、を有し、燃料が燃焼して生じる燃焼済み気体の脈動が、伝達室に対して伝達され、伝達室は、燃料室に対してダイヤフラムを介して燃焼済み気体の脈動を伝達し、燃料室は、燃料タンクに接続され、吸い上げる燃料が貯留される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクから吸い上げた燃料を噴射するダイヤフラム式キャブレタを備えたエンジンであって、
ダイヤフラム式キャブレタは、可撓性を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムが隔絶して形成される伝達室及び燃料室と、を有し、
燃料が燃焼して生じる燃焼済み気体の脈動が、伝達室に対して伝達され、
伝達室は、燃料室に対してダイヤフラムを介して燃焼済み気体の脈動を伝達し、
燃料室は、燃料タンクに接続され、吸い上げる燃料が貯留される、
エンジン。
【請求項２】
燃料室は、伝達室が繰り返し正圧になることによってダイヤフラムが燃料室側に押し出されて燃焼済み気体の脈動が伝達される、
請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
燃料室に設けられ、燃料室側から伝達室側に向かってダイヤフラムを付勢する付勢部材を備える、
請求項１又は２に記載のエンジン。
【請求項４】
燃料が燃焼する領域から延在し、燃焼済み気体が流通する排気ポートと、
排気ポートから延在し、燃焼済み気体を排出するマフラーと、を有し、
燃焼済み気体の脈動は、排気ポート又はマフラーから伝達室に伝達される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項５】
燃料タンクから吸い上げた燃料を噴射するダイヤフラム式キャブレタを有するエンジンを備えた作業機であって、
ダイヤフラム式キャブレタは、可撓性を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムが隔絶して形成される伝達室及び燃料室と、を有し、
燃料が燃焼して生じる燃焼済み気体の脈動が、伝達室に対して伝達され、
伝達室は、燃料室に対してダイヤフラムを介して燃焼済み気体の脈動を伝達し、
燃料室は、燃料タンクに接続され、吸い上げる燃料が貯留される、
作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン及び作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、例えば特許文献１には、燃料ポンプの駆動力に吸気管の負圧を利用し、燃料ポンプの作動室と、吸気通路の絞り弁の下流側部分及び上流側部分に開口する通路とを接続した発明について記載されており、燃料ポンプの吐出圧が機関の低負荷運転で過剰に高くなるのを防止することができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１５８８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来において、燃料ポンプの駆動力として吸気側の圧力変動を利用する場合は、エンジンの回転数が上昇するに従って燃料ポンプのポンプ性能が低下していた。なお、基本的には、エンジンの回転数が上昇すると、燃料の必要量も増大する。
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、いかなる回転数であっても燃料を吸い上げるために要求されるポンプ性能を確実に得ることのできるエンジン及び作業機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、エンジンは、燃料タンクから吸い上げた燃料を噴射するダイヤフラム式キャブレタを備えたエンジンであって、ダイヤフラム式キャブレタは、可撓性を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムが隔絶して形成される伝達室及び燃料室と、を有し、燃料が燃焼して生じる燃焼済み気体の脈動が、伝達室に対して伝達され、伝達室は、燃料室に対してダイヤフラムを介して燃焼済み気体の脈動を伝達し、燃料室は、燃料タンクに接続され、吸い上げる燃料が貯留される。
【０００７】
エンジンにおいて、燃料室は、伝達室が繰り返し正圧になることによってダイヤフラムが燃料室側に押し出されて燃焼済み気体の脈動が伝達されることが好ましい。
【０００８】
エンジンにおいて、燃料室に設けられ、燃料室側から伝達室側に向かってダイヤフラムを付勢する付勢部材を備えることが好ましい。
【０００９】
エンジンにおいて、燃料が燃焼する領域から延在し、燃焼済み気体が流通する排気ポートと、排気ポートから延在し、燃焼済み気体を排出するマフラーと、を有し、燃焼済み気体の脈動は、排気ポート又はマフラーから伝達室に伝達されることが好ましい。
【００１０】
前記課題を解決するための別の手段として、作業機は、燃料タンクから吸い上げた燃料を噴射するダイヤフラム式キャブレタを有するエンジンを備えた作業機であって、ダイヤフラム式キャブレタは、可撓性を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムが隔絶して形成される伝達室及び燃料室と、を有し、燃料が燃焼して生じる燃焼済み気体の脈動が、伝達室に対して伝達され、伝達室は、燃料室に対してダイヤフラムを介して燃焼済み気体の脈動を伝達し、燃料室は、燃料タンクに接続され、吸い上げる燃料が貯留される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、燃焼済み気体の脈動は、燃料室に伝達されるので、燃料を吸い上げるために利用される。燃焼済み気体の脈動は、エンジンが低回転時には小さく、かつ高回転時には大きくなる。よって、いかなる回転数であっても燃料を吸い上げるために要求されるポンプ性能を確実に得ることのできるエンジン及び作業機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係るエンジンの一実施形態を備えるエンジンを示す断面概略図である。
【図２】図２は、図１に示したエンジンの一部を拡大した断面概略図である。
【図３】図３（Ａ）は、エンジンがアイドル状態の吸気パルスの時間と圧力変動との関係性を示すグラフであり、図３（Ｂ）は、エンジンが全開状態の吸気パルスの時間と圧力変動との関係性を示すグラフである。
【図４】図４（Ａ）は、エンジンがアイドル状態の排気パルスの時間と圧力変動との関係性を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、エンジンが全開状態の排気パルスの時間と圧力変動との関係性を示すグラフである。
【図５】図５は、図２に示したエンジンの変形例を示す断面概略図である。
【図６】図６は、本発明に係る作業機の一実施形態を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６に示した作業機の使用状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係るエンジンは、例えば４ストローク型又は２ストローク型のエンジンに適用することができる。更に、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタとして具体的には、例えば４ストローク型のエンジンにおけるダイヤフラム式のキャブレタを挙げることができる。
【００１４】
本発明に係るエンジンのダイヤフラム式キャブレタが吸い上げる燃料としては、通常の内燃機関で用いられる燃料であれば特に制限されず、例えばガソリン、軽油、重油又はバイオエタノール等を用いることができる。
【００１５】
本発明に係るエンジンの一実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。なお、図１は、本発明に係るエンジンの一実施形態である４ストローク型のエンジン１を切断した断面概略図である。
【００１６】
エンジン１は、エンジン本体２、シリンダヘッド３、吸気ポート４、排気ポート５、エアクリーナ６、キャブレタ７、ガソリンタンク８、オイルタンク９、及びマフラー１０を有する。エンジン１としては、後述のキャブレタにおけるダイヤフラム周辺の部材以外は、従来公知の４ストローク型のエンジンを用いることができる。
【００１７】
エンジン１は、外部から取り入れる外気と燃料との混合物が、燃焼室に流入して点火されることによって燃焼し、それにより生じる燃焼済み気体を外部に排出する。ピストン１１がエンジン本体２内を往復動することによって、燃料が燃焼する領域である燃焼室は、その体積が増減する。エンジン１は４ストローク型のエンジンであるので、燃焼室の体積の増減過程において、外気と燃料との混合物の燃焼室内への流入、混合物の圧縮、混合物への点火及び燃焼、燃焼済み気体の燃焼室外への排出が行われる。以下に、各部材の機能等について説明する。
【００１８】
エンジン本体２は、内部に空隙が形成されて成り、該空隙における図１の上方にピストン１１が設けられ、下方にクランク１２が設けられている。ピストン１１は、図１の上下方向に往復動可能であり、エンジン本体２においてピストン１１の可動領域をシリンダ部１３と称する。シリンダ部１３は、略円筒形状を有し、外面に放熱用のフィン１４が複数個設けられている。ピストン１１とクランク１２とはコネクティングロッド１５によって連結されている。コネクティングロッド１５は、ピストン１１及びクランク１２との各接続部位において、それぞれ独立して回転可能である。図１のエンジン本体２内の下方において、クランク１２が回転することができる。クランク１２が回転すると、コネクティングロッド１５を介してクランク１２がピストン１１を引き下げ及び押し上げることによって、ピストン１１がシリンダ部１３において図１の上下方向に往復動する。エンジン本体２内において、ピストン１１とクランク１２との間の領域をクランク室１６と称する。ピストン１１が図１の上下方向に往復動することによって、クランク室１６の体積が増減する。
【００１９】
ピストン１１はエンジン本体２、特にシリンダ部１３の内面に対して摺動するので、シリンダ部１３の内面は摩擦低減のために、エンジンオイルによって湿潤状態となっている。オイルタンク９は、エンジン本体２の下方に配置される容器であり、エンジンオイルを貯留する。シリンダ部１３内へのエンジンオイルの注入は、クランク室１６の体積が増減することによってクランク室１６の内部圧力の変動を利用して、オイルタンク９からエンジンオイルが吸い上げられることによって行われる。
【００２０】
エンジン本体２におけるシリンダ部１３の上部は開口している。シリンダヘッド３は、シリンダ部１３の上部を覆う蓋状部材である。シリンダヘッド３は、その内部にそれぞれ独立した貫通孔を２本有している。シリンダヘッド３内に設けられる一の貫通孔が吸気ポート４であり、他の貫通孔が排気ポート５である。吸気ポート４及び排気ポート５の各一端開口部と、シリンダ部１３の上部とが連通している。吸気ポート４とシリンダ部１３との接続部位には、開閉可能な弁部材である吸気バルブ１７が設けられている。更に、排気ポート５とシリンダ部１３との接続部位には、開閉可能な弁部材である排気バルブ１８が設けられている。ピストン１１の往復動に連動して、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８がそれぞれ独立して開閉することにより、吸気ポート４及び排気ポート５とエンジン本体２とを連通状態にすることができる。
【００２１】
吸気ポート４の他端開口部は、キャブレタ７に接続されている。また、キャブレタ７は、エアクリーナ６に接続されている。エアクリーナ６は、エンジン１内への外気の吸込口である。エアクリーナ６は、フィルタを有する。エアクリーナ６を介して取り入れられる外気が該フィルタを通過することによって、外気に含まれるゴミ、粉塵等が除去される。エアクリーナ６において取り入れられた外気は、キャブレタ７においてガソリンと混合される。キャブレタ７は、ガソリンタンク８に接続されている。キャブレタ７は、内部にダイヤフラムポンプを有し、該ダイヤフラムポンプの駆動によってガソリンタンク８に貯留されるガソリンを吸い上げることができる。キャブレタ７によって吸い上げられたガソリンは、エアクリーナ６によって取り入れられた外気と混合された上で、吸気ポート４内を流通する。
なお、キャブレタ７の内部構造、及び、キャブレタ７と排気ポート５又はマフラー１０との接続形態については後述する。
【００２２】
排気ポート５の他端開口部は、マフラー１０に接続されている。排気ポート５及びマフラー１０の内部において、排気ポート５とマフラー１０との接続部位には、案内部材１９が設けられている。案内部材１９は、湾曲する筒状部材であり、ガソリンの燃焼済み気体の流通方向を強制的に変えることができる。なお、以下において、ガソリンの燃焼済み気体を、単に「排気」と称することがある。
【００２３】
マフラー１０は、一部が排気口２０を介して外部と連通する、排気の流通部材である。マフラー１０は、排気ポート５の他端開口部及び案内部材１９を覆っている。マフラー１０は、マフラー１０中を流通する排気に含まれる種々の化合物を除去するために、触媒を内蔵する。図１において、一点鎖線で示す太線矢印は、排気の流通経路の概略である。排気の流通経路は、排気が排気口２０に達するまでの途中から分岐し、キャブレタ７まで延在している。
【００２４】
続いて、図２を参照しつつ、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタの一実施形態について詳述する。図２は、図１に示したエンジン１の一部を模式的に示した断面概略図である。なお、図２は概略図であるので、図２に示す各部材は、図１に示した各部材の詳細な形状、位置、大きさ、及び縮尺等と異なる場合がある。
図２において、黒色の太線矢印は、燃焼前の外気とガソリンとの混合物の流通経路を示す。一点鎖線の太線矢印は、排気の流通経路を示す。キャブレタ７の右下方に示す白抜きの矢印は燃料の流通経路を示す。
【００２５】
シリンダ部３内において、ピストン１１が図２の下方に移動したときに、ピストン１１の上端面と、シリンダヘッド３の下端面と、エンジン本体２の内部に臨む吸気バルブ１７の端面と、エンジン本体２の内部に臨む排気バルブ１８の端面との間の領域を、燃料が燃焼する領域であるので、燃焼室と称することがある。
【００２６】
キャブレタ７は、ダイヤフラム式の燃料吸い上げ及び噴射用装置であるので、その内部にダイヤフラムポンプ２１を有する。なお、キャブレタ７におけるダイヤフラムポンプ２１以外の各部材は、従来公知のキャブレタに設けられる部材を用いることができる。キャブレタ７内に設けられるダイヤフラムポンプ２１は、本発明におけるダイヤフラムとその周辺部材の一例である。エンジン１における排気ポート５及びマフラー１０から成る排気流通路２２に接続されるダイヤフラムポンプ２１は、第１流通路２３と、第２流通路２４と、正圧室２５と、負圧室２６と、ダイヤフラム２７と、バネ２８とを有する。
先ず、キャブレタ７のダイヤフラムポンプ２１以外の部材について、以下に簡単に説明する。
【００２７】
キャブレタ７は、ダイヤフラムポンプ２１以外に、背圧室３２、メタリングダイヤフラム３３、メタリングチャンバ３４、メタリングレバー３５、ニードルバルブ３６、チェックバルブ３７、ジェット３８、ノズル３９、ニードルピン４０、ベンチュリ部４１、プライマリポンプ４２、逆止弁４３、及び排出管４４等を有する。
【００２８】
キャブレタ７内においては、燃料が貯留される領域と、大気圧に維持される領域と、ダイヤフラムポンプ２１を駆動させるために排気流通路２２に接続される領域とが形成される。キャブレタ７は、図１に示したガソリンタンク８に接続されている。ダイヤフラムポンプ２１の駆動によって、ガソリンタンク８から吸い上げられたガソリンの一部は吸気ポート４に噴射され、余剰のガソリンはガソリンタンク８に戻される。つまり、キャブレタ７内における燃料が貯留される領域は、吸気ポート４に連通可能な流通路と、ガソリンを戻すためにガソリンタンク８に接続される流通路とに分岐する。なお、キャブレタ７は、上部Ｕ、中部Ｍ、下部Ｌに大まかに分解可能な層構造を有し、各部位に適宜の流通路及び開口等を形成して相互に重ね、更に後述のダイヤフラム２７等を各部位の間に挟持している。これにより、上記３つの領域を形成し、かつ相互に隔絶している。
次に、キャブレタ７におけるダイヤフラムポンプ２１以外の各部材について、簡単に機能等を説明する。
【００２９】
背圧室３２は、大気圧に維持される領域であり、ガソリン及び排気は流入しない。
メタリングチャンバ３４は、キャブレタ７におけるガソリンの一時的な貯蔵部であり、ノズル３９及びプライマリポンプ４２に対してガソリンを排出する。
メタリングダイヤフラム３３は、背圧室３２の大気圧とメタリングチャンバ３４との差圧によって撓む部材である。エンジン１が駆動することにより、メタリングチャンバ３４内のガソリンが排出された場合、メタリングチャンバ３４の内部圧力が背圧室３２に比べて負圧になる。メタリングチャンバ３４が負圧になると、メタリングダイヤフラム３３がメタリングチャンバ３４側に押し出される。
メタリングレバー３５は、メタリングダイヤフラム３３がメタリングチャンバ３４側に押し出された場合に、メタリングダイヤフラム３３によって押圧される。
ニードルバルブ３６は、負圧室２６とメタリングチャンバ３４との接続部位に設けられる開閉可能な弁部材であり、メタリングレバー３５に連結されている。メタリングレバー３５が押圧されると、ニードルバルブ３６は開放状態となることにより、負圧室２６とメタリングチャンバ３４とが連通する。
ベンチュリ部４１は、図１に示した吸気ポート４に接続される流通路である。ノズル３９は、ベンチュリ部４１内に配置される筒状部材であり、一端開口部からガソリンをベンチュリ部４１内に噴射する。ベンチュリ部４１は、縮径することによって内部を流通する流体の流速を向上させることができる。これにより、ベンチュリ部４１内において、エアクリーナ６において取り入れられた外気と、ノズル３９から噴射されるガソリンとが効率的に混合される。
チェックバルブ３７及びジェット３８は、ノズル３９からのガソリンの噴射量を調整する部材である。ニードルピン４０は、ノズル３９に挿入される棒状部材であり、エンジン１のアイドル時及び低開時におけるノズル３９からのガソリンの噴射量を調整することができる。ニードルピン４０は、図２におけるキャブレタ７の上方に示す適宜の調整部材によって、ノズル３９への挿入距離を調整することができる。
プライマリポンプ４２は、エンジン１の始動時に使用者が手動で拡縮させることによって、メタリングチャンバ３４の内部圧力が負圧にすることができる。ダイヤフラムポンプ２１が駆動していない状態であっても、プライマリポンプ４２の拡縮によって、吸入管２９を介して強制的にガソリンをキャブレタ７内に吸い上げることができる。
ダイヤフラムポンプ２１の駆動によりから供給されるガソリンがノズル３９を介して噴射されずに余った場合、余ったガソリンは逆止弁４３及び排出管４４を介してガソリンタンク８に戻される。
【００３０】
排気流通路２２は、エンジン１内でガソリンが燃焼して生じる燃焼済み気体が流通する流路である。排気流通路は、シリンダ部１３と排気ポート５との接続部位から、図１に示したマフラー１０の排気口２０まで延在する。第１流通路２３は、排気流通路２２から延在する管状部材である。図２に示す実施形態においては、排気流通路２２と第１流通路２３との接続部位は、マフラー１０の一部である。なお、本発明において排気流通路２２と第１流通路２３との接続部位は、発明の目的を達成することができる限り特に制限は無い。
【００３１】
第１流通路２３は、マフラー１０とキャブレタ７とを接続する管状部材である。第１流通路２３の形状及び配置は、例えば上記エンジン本体２等の形状、つまりマフラー１０からキャブレタ７の正圧室２５に至るまでに設けられる部材の形状に合わせて適宜に配置することができる。更に、第２流通路２４は、図１に示したガソリンタンク８から吸入管２９を介して負圧室２６まで延在する、ガソリンの流通路である。
【００３２】
正圧室２５は、内部の圧力が変動可能な空隙であり、第１流通路２３に接続されている。負圧室２６は、内部の圧力が変動可能な空隙であり、第２流通路２４に接続されている。更に、ダイヤフラム２７は、可撓性を有する薄板状部材である。ダイヤフラム２７は、正圧室２５と負圧室２６との間に挿入されることによって、正圧室２５と負圧室２６とを相互に隔絶している。バネ２８は、伸縮可能な付勢部材であり、ダイヤフラム２７に当接して負圧室２６に配置されている。バネ２８は、負圧室２６側から正圧室２５側に向かってダイヤフラム２７を付勢する。
なお、正圧室２５は、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタの伝達室の一例である。負圧室２６は、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタの燃料室の一例である。更に、ダイヤフラム２７は、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタのダイヤフラムの一例である。バネ２８は、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタの付勢部材の一例であり、バネ２８のようにコイルばね以外にも、板バネ、空気バネ、又は竹の子バネ等を用いることができる。
【００３３】
正圧室２５は、排気流通路２２から第１流通路２３を介して排気の脈動が伝達される。排気の脈動が伝達される正圧室２５の内部圧力は、排気の脈動が伝達される前の内部圧力よりも、主に高い圧力の範囲で変動する。なお、正圧室２５の内部圧力が排気の脈動が伝達される前の内部圧力よりも低くなる場合も短時間であれば生じるが、実用上問題は無い。
負圧室２６は、ダイヤフラム２７を介して正圧室２５から排気の脈動が伝達される。つまり、正圧室２５の内部圧力が繰り返し増減すると、正圧室２５の内部圧力は繰り返し正圧となる。これにより、ダイヤフラム２７が負圧室２６側に繰り返し押し出されることによって、排気の脈動が正圧室２５から負圧室２６に対して伝達される。なお、正圧室２５の内部圧力が上昇した後に上昇前の圧力まで戻ると、バネ２８が、その付勢力によってダイヤフラム２７を負圧室２６側から変形前の初期位置まで押し戻すことができる。
【００３４】
図２に示す実施形態においてダイヤフラム２７は、変形前の状態では正圧室２５及び負圧室２６のいずれの側にも押し出されていない。本発明においてダイヤフラムは、例えば伝達室側に予め押し出された状態に保持しておくこともできる。これにより、ダイヤフラムが燃料室側に撓むストロークが大きくなるので、燃料を吸い上げるための圧力変動が大きくなる。圧力変動が大きくなると、より多くの燃料が吸い上げられるので好ましい。
【００３５】
ここで、ダイヤフラムポンプ２１によるガソリンの吸い上げについて説明する。以下において、吸気ポート４で生じる圧力変動を「吸気パルス」と称し、排気流通路２２で生じる圧力変動を「排気パルス」と称することがある。
【００３６】
排気量２５ｃｃの４ストローク型のエンジン１を回転数３０００回／分に設定したアイドル状態と、７０００回／分に設定した全開状態とにおいて、吸気ポート４での吸気パルスを図３にグラフとして示し、マフラー１０での排気パルスを図４にグラフとして示す。図３及び図４の横軸は時間を示し、縦軸は圧力の大きさを示す。
【００３７】
図３（Ａ）はエンジン１がアイドル状態であるときの吸気パルスであり、図３（Ｂ）はエンジン１が全開状態であるときの吸気パルスである。吸気ポート４においては、アイドル状態では圧力変動が大きく、全開状態では圧力変動が小さい。これにより、吸気ポート４と伝達室とを接続することによって、吸気パルスをガソリンの吸い上げに利用する場合、アイドル状態では大量のガソリンを吸い上げることができ、全開状態では少量のガソリンを吸い上げることになる。
【００３８】
従来のエンジンのダイヤフラム式キャブレタにおいては、例えば吸気ポートに伝達室が接続されることが多かった。したがって、従来において、大量のガソリンが吸い上げても問題は無いが不要であるアイドル状態では、ダイヤフラム式キャブレタのポンプ性能が高く、逆に大量のガソリンが必要な全開状態ではダイヤフラム式キャブレタのポンプ性能が低かった。なお、市販されているエンジンは、ポンプ性能が低くなる全開状態において、エンジンの駆動に致命的な支障が生じないように設計されている。
【００３９】
しかしながら、エンジンの性能向上の一形態として、出力向上を図る場合、例えばベンチュリ部の内径を大型化することによって外気の取り込み量を増大させる形態が挙げられる。ベンチュリ部の内径を大型化する場合、外気の流通量の増大に合わせて、ガソリン等の燃料の噴射量も増大させる必要がある。この場合、吸気パルスをガソリンの吸い上げに利用している限り、ポンプ性能の不足が生じる。よって、従来においては、エンジンの性能向上が困難であった。
【００４０】
更に、ガソリンタンクは、通常、燃料漏れ等を防止するために、給油時以外は密閉状態である。よって、ガソリンがダイヤフラム式キャブレタによって吸い上げられた場合、ガソリンタンク内は負圧となる。これにより、エンジンが駆動を継続するには、ダイヤフラム式キャブレタのガソリンを吸い上げる力が、ガソリンタンク内の負圧よりも大きい状態に維持される必要がある。全開状態になるとポンプ性能が低下する従来のダイヤフラム式キャブレタは、ガソリンの消費量が増大するに従って、ガソリンタンクからガソリンを吸い上げ続けることが困難になる。もっとも、市販されているエンジンが、ガソリンを吸い上げることができなくなることによってストールを生じることは少ないが、例えば全開状態を維持し続けた場合、及びエンジンの出力を向上させた場合等においては、この限りではない。
【００４１】
なお、ガソリンタンクには安全のためにブリーザーが設けられていることが多く、例えばガソリンタンクの内部圧力が−７〜−８ｋＰａ程度まで下がるとチェックバルブが開状態となることによって、大気がガソリンタンク内に取り込まれる。よって、運転状況によっては、従来のガソリンタンクの内部圧力がチェックバルブの開状態となる圧力閾値に達する前に、ダイヤフラム式キャブレタがガソリンを吸い上げることが難しくなり、結果としてストールを生じる可能性があった。
【００４２】
従来において、ダイヤフラム式キャブレタの伝達室がクランク室に接続されている形態もあった。クランク室の圧力変動をガソリンの吸い上げに利用する場合、エンジンオイルと気体との混合物が伝達室に流入すると、液体と気体との圧縮率の差に起因して正確な脈動がダイヤフラムに伝達されないことがある。よって、気体のみの脈動が正確な圧力変動であるので、エンジンオイルによって湿潤状態であるクランク室と第１流通路との間に、オイル吸入防止機構を設ける必要があった。これは、装置の構造の複雑化を招くことになる。
【００４３】
図４（Ａ）はエンジン１がアイドル状態であるときの排気パルスであり、図４（Ｂ）はエンジン１が全開状態であるときの排気パルスである。排気流通路２２のマフラー１０においては、アイドル状態では圧力変動が小さく、全開状態では圧力変動が大きい。これにより、マフラー１０と正圧室２５とを接続することによって、排気パルスをガソリンの吸い上げに利用する場合、アイドル状態では少量のガソリンを吸い上げることができ、全開状態では大量のガソリンを吸い上げることになる。
【００４４】
図４に示すグラフによると、キャブレタ７におけるダイヤフラムポンプ２１は、ガソリンの必要量が少ないアイドル状態ではポンプ性能が低く、逆にガソリンの必要量が多い全開状態ではダイヤフラムポンプ２１のポンプ性能が高い。エンジン１の回転数を上げるに従って、排気流通路２２における排気パルスは大きくなる。つまり、ダイヤフラムポンプ２１は、エンジン１において要求されるポンプ性能を、アイドル状態から全開状態までの全ての状態において満たすことができる。換言すると、ダイヤフラムポンプ２１は、ガソリンを吸い上げるための所望の圧力変動を得ることができる。
【００４５】
したがって、排気パルスをガソリンの吸い上げに利用すると、エンジン１の排気量が大きくなるに従って、排気パルスの圧力変動量も大きくなる。つまり、エンジン１の性能向上の一形態として、出力向上を図る場合、ベンチュリ部４１の内径の大型化に合わせて、ダイヤフラムポンプ２１のポンプ性能も向上を図ることができる。
【００４６】
排気パルスが第１流通路２３を介して正圧室２５に伝達される場合、図４に示すように、正圧室２５の内部圧力は大部分が正圧となる。なお、正圧室２５の内部圧力が正圧及び負圧のいずれに変化した場合であっても、正圧室２５、負圧室２６及びダイヤフラム２７に対して排気の脈動が正確に伝達され、ガソリンの吸い上げに問題は生じない。
よって、排気の脈動の伝達に必要最低限の部材、第１流通路２３、第２流通路２４、正圧室２５、負圧室２６及びダイヤフラム２７のみを組み合わせると、排気の脈動の伝達、及びガソリンの吸い上げが容易に達成される。換言すると、例えばガソリンの吸い上げが吸気パルスでのみ達成される等の技術的課題も無いので、排気の脈動周期を反転させるための別部材を設ける必要が無い。これにより、装置の簡素化を図ることができる。
【００４７】
更に、ダイヤフラムポンプ２１はガソリンを吸い上げる力が、吸気パルスを利用する従来に比べて大きいので、ガソリンの消費量が増大しても、ガソリンタンク８からガソリンを吸い上げ続けることできる。
【００４８】
なお、エンジン１におけるガソリンタンク８の内部圧力が、ブリーザーのチェックバルブが開状態となる圧力閾値に達したとしても、ダイヤフラムポンプ２１はガソリンを吸い上げる力を維持することができる。結果として、エンジン１が燃料を消費し続けることによってストールを生じる可能性は無い、又は少ない。
【００４９】
エンジンオイル等の液体が、排気流通路２２を介して第１流通路２３及び正圧室２５内に流入することは無い又は少ないので、オイル吸入防止機構等の装置の複雑化を招く機構を採用しなくとも良い。
【００５０】
ここで、本発明に係るエンジンにおけるダイヤフラム式キャブレタの燃焼済み気体の脈動の伝達形態の別の例を図５に示す。なお、図５に示す第１流通路２３１以外の各部材は、図２に示した各部材と同一部材であるので、同一参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５１】
図５に示すダイヤフラムポンプ２１１における第１流通路２３１と、図２に示したダイヤフラムポンプ２１における第１流通路２３との相違点は、排気流通路２２との接続部位である。具体的には、第１流通路２３１は、排気流通路２２において排気上流部である排気ポート５に接続され、正圧室２５まで延在している。排気流通路２２において、排気パルスの圧力変動量は、燃焼室と排気ポート５との接続部位から排気口２０に向かって徐々に減衰していく。よって、第１流通路２３１は排気流通路２２の排気上流部からの排気パルスを取ることができるので、ダイヤフラムポンプ２１１は上記ダイヤフラムポンプ２１に比べてガソリンを吸い上げる力が大きい。
【００５２】
本発明において、排気流通路を流通する燃焼済み気体の温度は、排気上流部である排気ポートから排気下流部であるマフラーの排気口に向かって徐々に低下する。よって、第１流通路を排気ポート等に接続する場合は、第１流通路が、放熱可能な放熱部、及び伝達室に対して断熱する断熱部の少なくとも一方を有するのが好ましい。伝達室が放熱部を有していても良い。放熱部及び断熱部としては、従来公知の放熱用の適宜の部材及び断熱用の適宜の部材を用いることができる。これにより、仮に高温の排気が第１流通路を介して伝達室に流入した場合であっても、ダイヤフラム、及び燃料室に吸い上げられる燃料等に対して、熱の伝達による溶融、破断及び燃焼等の不可逆的な意図しない不具合が生じることはない。
【００５３】
もっとも、本発明において、排気流通路と伝達室とを接続した場合に、基本的には排気流通路から伝達室までは閉じた空間になるので、燃焼済み気体の脈動が伝達されたとしても、熱を帯びた燃焼済み気体自体が伝達室内に大量に流入することは無い又は少ない。したがって、例えば上記第１流通路２３等の排気流通路と伝達室とを接続する流通路は、その径を必要以上に大きく設定しない限り、流通路内の気体が伝達室に熱が伝わることを防止することができ、結果として断熱効果を得ることができる。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態として、第１流通路が、排気パルスを伝達室に伝達する圧力伝達部材を有する形態を挙げることができる。例えば図２に示した実施形態のようにマフラー１０から第１流通路が延在している場合は、第１流通路内に流入する排気の温度は十分に低下しているので、上記放熱部、上記断熱部、及び圧力伝達部材等の別部材を設けることなく、そのまま伝達室内に流入させても実用上問題は無い。特にエンジン等の工業製品は、製品化のために、実用上問題無い水準を更に超えた安全基準を設定することが多い。これに鑑みて、第１流通路内に別の流体等を圧力伝達部材として介在させることによって、伝達室内に排気を直接流入させることなく、排気の脈動のみを伝達する形態であれば、安全性がより一層向上するので好ましい。
【００５５】
本発明に係るエンジンは、例えば農作業、及び園芸作業等を行うための作業機に適用することができる。本発明に係るエンジンを備える作業機の一実施形態を、図６及び図７に示した。図６は、本発明に係る作業機の一実施形態である、刈払機１０１の斜視図である。図７は、図６の刈払機１０１の使用状態の説明図である。図７には、刈払機１０１と共に、作業者Ｘが図示されている。刈払機１０１の概要について、以下に簡単に説明する。
【００５６】
図６に示す刈払機１０１は、地面に生えた雑草等を刈り取る作業機であり、携帯作業機の一例である。
図６に示す刈払機１０１は、例えば操作棹１０２、工具の装着部１０３、エンジンモジュール１０４、固定部１０５、防振ハウジング１０６、及びハンドル１０７を有する。エンジンモジュール１０４は、本発明に係るエンジンの一例である。
【００５７】
操作棹１０２は、例えば長尺なパイプ部材で形成される。操作棹１０２は、複数のパイプ部材を連結する分割構造で良い。パイプ部材内には、図示外のドライブシャフトが配置される。
工具の装着部１０３は、長尺な操作棹１０２の一端に取り付けられる。装着部１０３は、たとえば工具チャック、工具カバー、を有する。装着部１０３の工具チャックは、操作棹１０２の長尺方向の一端において回転可能に取り付けられる。工具チャックには、例えば図７に示すように刈刃１０８などの工具が交換可能に取付けられる。工具カバーは、操作棹１０２に取り付けられ、工具チャックに取り付けられた工具の後側を覆う。
エンジンモジュール１０４は、長尺な操作棹１０２の他端に取り付けられる。エンジンモジュール１０４は、上述したエンジン１等の部材と、エンジン１を内部に収容する適宜のカバー部材を有する。操作棹１０２内に配置されるドライブシャフトの一端には、工具の装着部１０３の工具チャックが連結される。ドライブシャフトの他端には、エンジンのクラッチ機構を介してエンジンのクランクシャフト（図示せず）が連結される。これにより、エンジンの駆動力により、工具チャックに取り付けられた工具を回転駆動できる。
固定部１０５は、操作棹１０２の長尺方向の中央部に取り付けられる。
防振ハウジング１０６は、中空の円筒形状を有する。防振ハウジング１０６は、操作竿を通した状態で、図示外の弾性部材とともにエンジンモジュール１０４と固定部１０５との間に挟まれる。このように防振ハウジング１０６を操作棹１０２から浮かした状態で取り付けることにより、エンジンの振動が操作竿を通じて防振ハウジング１０６に伝わり難くなる。
ハンドル１０７は、たとえばＵ字形状のハンドルバー、グリップ、を有する。Ｕ字形状のハンドルバーの中央部は、防振ハウジング１０６の前側に取り付けられる。Ｕ字形状のハンドルバーの両端には、グリップが取り付けられる。グリップの周囲には、刈払機１０１を作動するためのアクセルレバー、スイッチ等の操作部材が配置される。
【００５８】
続いて図７に示すように、刈払機１０１の防振ハウジング１０６の外周には、ハンガ１０９が取り付けられる。ハンガ１０９は、吊り具１１０のフックと連結される。作業者Ｘは、吊り具１１０を装着することにより、刈払機１０１を肩から吊り下げて携帯できる。
刈刃１０８作業を実施する場合、作業者Ｘは、刈払機１０１を肩から吊り下げ、ハンドル１０７を両手で持つ。そして、作業者Ｘは、刈刃１０８が地面から少し浮いた状態となるようにハンドル１０７を保持し、刈払機１０１を例えば左右に振りながら前進する。これにより、作業者Ｘの前方の地面に生えている草を刈り取ることができる。
【００５９】
刈払機１０１は、上述したエンジン１を備えているので、ダイヤフラム式キャブレタにおけるダイヤフラムポンプのポンプ性能が高い。具体的には、エンジン１のダイヤフラム式キャブレタはエンジン１の回転数に応じたポンプ性能を発揮することができるので、いかなる回転数であっても燃料を吸い上げるために要求されるポンプ性能を確実に得ることのでき、燃料の吸い上げ不足に起因するストール等が生じない又は生じ難い刈払機１０１が得られる。
【００６０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により、本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【符号の説明】
【００６１】
１：エンジン、２：エンジン本体、３：シリンダヘッド、４：吸気ポート、５：排気ポート、６：エアクリーナ、７：キャブレタ、８：ガソリンタンク、９：オイルタンク、１０：マフラー、１１：ピストン、１２：クランク、１３：シリンダ部、１４：フィン、１５：コネクティングロッド、１６：クランク室、１７：吸気バルブ、１８：排気バルブ、１９：案内部材、２０：排気口、２１、２１１：ダイヤフラムポンプ、２２：排気流通路、２３、２３１：第１流通路、２４：第２流通路、２５：正圧室、２６：負圧室、２７：ダイヤフラム、２８：バネ、２９：吸入管、３２：背圧室、３３：メタリングダイヤフラム、３４：メタリングチャンバ、３５：メタリングレバー、３６：ニードルバルブ、３７：チェックバルブ、３８：ジェット、３９：ノズル、４０：ニードルピン、４１：ベンチュリ部、４２：プライマリポンプ、４３：逆止弁、４４：排出管、１０１：刈払機、１０２：操作棹、１０３：装着部、１０４：エンジンモジュール、１０５：固定部、１０６：防振ハウジング、１０７：ハンドル、１０８：刈刃、１０９：ハンガ、１１０：吊り具、Ｕ：上部、Ｍ：中部、Ｌ：下部、Ｘ：作業者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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