(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル内燃エンジン（２）であって、
シリンダ（４）と、
クランクシャフト（６）と、
前記シリンダ（４）内に配置され且つ前記クランクシャフト（６）に連結されたピストン（８）と、
前記シリンダ（４）の上部に配置された点火プラグ（１０）と、
前記点火プラグ（１０）を作動させる点火制御装置（１２）と、を有し、
前記点火制御装置（１２）は、前記内燃エンジン（２）の回転速度が所定の過回転速度（３６ｃ）を越えて増加するとき、前記点火プラグ（１０）の点火タイミングを、適正な燃焼が行われる第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）に進角させ、
前記点火制御装置（１２）は、前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）における点火プラグ（１０）の作動により適正な燃焼がおこなわれた後の前記クランクシャフト（６）の１回転又は複数の回転において、前記点火プラグ（１０）の失火サイクルを行い、
前記点火制御装置（１２）は、前記点火プラグ（１０）の作動のために充電と放電を繰返すコンデンサ（２４）を含み、前記点火プラグ（１０）の前記失火サイクルにおいて、前記点火プラグ（１０）の点火タイミングは、前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）と、前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）よりも大きい第２のＢＴＤＣ角度（３４ｄ）であり、前記第２のＢＴＤＣ角度（３４ｄ）は、点火によって燃焼が生じないように且つ前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）までに点火に十分な前記コンデンサ（２４）の充電が行われないように定められることを特徴とする２サイクル内燃エンジン（２）。
【請求項２】
前記点火制御装置（１２）は、前記内燃エンジン（２）の回転速度が前記所定の過回転速度（３６ｃ）を越えて増加するとき、前記点火プラグ（１０）の点火タイミングを前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）に離散的に進角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン（２）。
【請求項３】
前記点火制御装置（１２）は、前記内燃エンジン（２）の回転速度が前記所定の過回転速度（３６ｃ）以上であるとき、前記点火プラグ（１０）を前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）以上で作動させて適正な燃焼を行わせることと、それに続く前記クランクシャフト（６）の１回転又は複数の回転において前記点火プラグ（１０）の前記失火サイクルを行うこととを繰返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の２サイクル内燃エンジン（２）。
【請求項４】
前記第１のＢＴＤＣ角度（３４ｃ）は、前記所定の過回転速度（３６ｃ）未満の回転速度における最大のＢＴＤＣ角度（３４ａ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の２サイクル内燃エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃エンジン（２）を搭載した手持ち式エンジン作業機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクル内燃エンジンに関し、更に詳細には、刈払機、チェーンソー、エンジンカッター、ヘッジトリマー等の手持ち式エンジン作業機に搭載される２サイクル内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
手持ち式エンジン作業機に搭載された２サイクル内燃エンジンは、シリンダ内に配置され且つクランクシャフトに連結されたピストンと、シリンダの上部に配置された点火プラグと、点火プラグを作動させる点火制御装置を有している。点火プラグの有効な作動により、シリンダ内の混合気を点火して燃焼させ、燃焼空気の膨張により、上死点位置から下死点位置に移動するピストンに力を付与する。点火制御装置は、ピストンの上死点位置に対する点火プラグの点火タイミングを設定することが可能である。
【０００３】
２サイクル内燃エンジンでは、通常、クランクシャフトの１回転ごとに、点火プラグを作動させる。また、点火プラグの点火タイミングをピストンの上死点位置から進角させている。これは、シリンダ内の混合気を点火してから混合気の燃焼がピストンまで到達してピストンに力を付与するまでのタイムラグがあるからである。一般的には、回転速度が大きくなるほど、進角させる角度は大きくなる。
【０００４】
しかしながら、高回転速度範囲において、点火プラグの点火タイミングを上死点位置から大きく進角させた状態のままにしておくと、ピストンに付与される力が内燃エンジンを加速させて、内燃エンジンの回転速度が上昇し続ける。このため、点火制御装置は、高回転速度範囲において、点火プラグの点火タイミングを、例えば上死点位置近傍まで、遅角させている。それにより、ピストンに付与される力を低減し、内燃エンジンの回転速度が上昇し続けることを抑制する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２４９５８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
手持ち式エンジン作業機において、内燃エンジンが無負荷である状態が生じたり、気化器を誤ってリセットしたとき、気化器に想定外のゴミが詰まったとき及び環境（気温及び標高）が変化したとき等、燃料流量が極端に薄くなった状態が生じたりする。この場合、内燃エンジンのスロットルを全開にしたときの回転速度が通常の回転速度範囲よりも高くなることがある。更に、点火プラグの点火タイミングよりも前に自己着火が発生することがある。自己着火により混合気が燃焼すると、点火制御装置による点火タイミングにおいて、正常な燃焼状態にならず、点火タイミングの制御が不能になる。また、自己着火による燃焼は、上死点位置から進角させた点火タイミングによる燃焼に等しいので、ピストンに付与される力が内燃エンジンを加速させて、内燃エンジンの回転速度が上昇し続ける。その結果、エンジンの焼付きや、部品の破損などが生じるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、内燃エンジンの回転速度が上昇し続けることを防止することができ、且つ、自己着火による点火制御装置の制御不能を阻止することができる２サイクル内燃エンジン、及び、かかる２サイクル内燃エンジンを搭載した手持ち式エンジン作業機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による２サイクル内燃エンジンは、シリンダと、クランクシャフトと、シリンダ内に配置され且つクランクシャフトに連結されたピストンと、シリンダの上部に配置された点火プラグと、点火プラグを作動させる点火制御装置と、を有し、点火制御装置は、内燃エンジンの回転速度が所定の過回転速度を越えて増加するとき、点火プラグの点火タイミングを、正常な燃焼が行われる第１のＢＴＤＣ角度に進角させ、点火制御装置は、第１のＢＴＤＣ角度における点火プラグの作動により適正な燃焼が行われた後のクランクシャフトの１回転又は複数の回転において、点火プラグの失火サイクルを行うことを特徴としている。
【０００９】
このように構成された内燃エンジンでは、内燃エンジンの回転速度が所定の過回転速度を越えて増加するとき、点火プラグの点火タイミングを、第１のＢＴＤＣ角度に進角させて正常な燃焼を行わせる。正常な燃焼は、圧縮ストロークにおいて混合気が圧縮された状態において、点火制御装置によって作動された点火プラグの点火によって生じる燃焼であり、自己着火による燃焼を含まない。かくして、仮に自己着火を生じさせる条件を満たしていてもかかる自己着火を生じさせるであろうＢＴＤＣ角度よりも前に点火プラグが作動され、それにより、自己着火による点火制御装置の制御不能を阻止することができる。しかしながら、この場合、点火タイミングの進角により、内燃エンジンの回転速度が上昇し続ける。そこで、第１のＢＴＤＣ角度における点火プラグの作動により適正な燃焼がおこなわれた後のクランクシャフトの１回転又は複数の回転において、点火プラグの失火サイクルを行うことにより、ピストンに付与される力を低減し、内燃エンジンの回転速度が上昇し続けることを抑制する。
【００１０】
上記内燃エンジンの実施形態において、好ましくは、点火制御装置は、内燃エンジンの回転速度が上記所定の過回転速度を越えて増加するとき、点火プラグの点火タイミングを第１のＢＴＤＣ角度に離散的に進角させる。
【００１１】
このように構成された内燃エンジンでは、内燃エンジンの回転速度が上記所定の過回転速度以上であるときに確実に点火制御装置の制御不能を阻止することができる。
【００１２】
また、上記内燃エンジンの実施形態において、好ましくは、点火制御装置は、内燃エンジンの回転速度が上記所定の過回転速度以上であるとき、点火プラグを第１のＢＴＤＣ角度以上で作動させて適正な燃焼を行わせることと、それに続くクランクシャフトの１回転又は複数の回転において点火プラグの失火サイクルを行うこととを繰返す。
【００１３】
このように構成された内燃エンジンでは、内燃エンジンの回転速度が上記所定の過回転速度以上であるとき、確実に点火制御装置の制御不能を阻止することができ、且つ、内燃エンジンの回転速度が上昇し続けることを確実に抑制することができる。
【００１４】
上記内燃エンジンの実施形態において、好ましくは、点火制御装置は、点火プラグの作動のために充電と放電を繰返すコンデンサを含み、点火プラグの失火サイクルにおいて、点火プラグの点火タイミングは、第１のＢＴＤＣ角度と、第１のＢＴＤＣ角度よりも大きい第２のＢＴＤＣ角度であり、第２のＢＴＤＣ角度は、点火によって燃焼が生じないように定められ且つ第１のＢＴＤＣ角度までに点火に十分なコンデンサの充電が行われないように定められる。
【００１５】
上記内燃エンジンの実施形態において、好ましくは、第１のＢＴＤＣ角度は、所定の過回転速度未満の回転速度における最大のＢＴＤＣ角度よりも大きい。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明による手持ち式エンジン作業機は、上述した内燃エンジンを搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による２サイクル内燃エンジン、及び、かかる２サイクル内燃エンジンを搭載した手持ち式エンジン作業機により、内燃エンジンの回転速度が上昇し続けることを防止することができ、且つ、自己着火による点火制御装置の制御不能を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による刈払機の斜視図である。
【図２】本発明による内燃エンジンの概略図である。
【図３】本発明による内燃エンジンの点火制御装置の概略図である。
【図４】本発明による内燃エンジンの点火制御装置の回路図である。
【図５】内燃エンジンの回転速度と点火タイミングの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明による刈払機の実施形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明による手持ち式エンジン作業機の一例である刈込機の斜視図である。刈込機１は、それを駆動する２サイクル内燃エンジン２を有している。
【００２１】
図２は、本発明による２サイクル内燃エンジンの概略図である。内燃エンジン２は、シリンダ４と、クランクシャフト６と、シリンダ４内に配置され且つクランクシャフト６に連結されたピストン８と、シリンダ４の上部に配置された点火プラグ１０を有している。内燃エンジン２の圧縮ストロークにおいて、ピストン８は、上死点位置８ａまで上昇する。一般的にはピストン８が上死点位置８ａに到達するよりも前のタイミングで、点火プラグ１０を有効に作動させてシリンダ４内の混合気を燃焼させることにより、ピストン４に下向きの推進力を与える。
【００２２】
図３は、本発明による内燃エンジンの点火制御装置の概略図である。内燃エンジン２は、点火プラグ１０を作動させる点火制御装置１２を有する。
【００２３】
点火制御装置１２は、クランクシャフト６に取付けられたフライホイール１４ａの外周に設けられた１対の磁石１４ｂと、フライホイール１４ａの外周に隣接して配置されたＵ字形の鉄心１４ｃと、鉄心１４ｃの周りに巻かれた入力用コイル１４ｄを有している。また、点火制御装置１２は、入力用コイル１４ｄに接続された制御回路部１６と、制御回路部１６に接続された１次側コイル１８ａと、点火プラグ１０に接続された２次側コイル１８ｂを有している。
【００２４】
図４は、本発明による内燃エンジンの点火制御装置の回路図である。図４に示すように、制御回路部１６は、プロセッサ２０と、ダイオード２２と、コンデンサ２４と、スイッチ用サイリスタ２６を有する。プロセッサ２０のピンａとピンｅは、入力用コイル１４ｄに接続され、入力用コイル１４ｄに誘導された電圧は、プロセッサ２０に電力を供給する。プロセッサ２０のピンｂ及びピンｃも、入力用コイル１４ｄに接続され、プロセッサ２０は、入力用コイル１４ｄに誘導された電気信号を受信する。ダイオード２２、コンデンサ２４及び１次側コイル１８ａが、入力用コイル１４ｄに直列に接続される。スイッチ用サイリスタ２６は、コンデンサ２４及び１次側コイル１８ａと並列に接続される。また、プロセッサ２０のピンｄは、スイッチ用サイリスタ２６のゲートに接続される。ピンｄがＬＯＷのとき、サイリスタ２６は非通電状態になり、ピンｄがＨＩＧＨのとき、サイリスタ２６は通電状態になる。
【００２５】
次に、本発明による内燃エンジンの作動を説明する。
【００２６】
内燃エンジン２の作動により、クランクシャフト６が回転すると、フライホイール１４ａに取付けられた１対の磁石１４ｂが、Ｕ字形鉄心１４ｃの近くを通過する。それにより、入力用コイル１４ｄに電圧が誘導され、入力用コイル１４ｄに電流が流れる。プロセッサ２０は、入力用コイル１４ｄからピンａ、ｅを介して供給される電圧によって駆動されるとともに、電流による電気信号をピンｂ，ｃを介して受信する。プロセッサ２０は、かかる電気信号により、内燃エンジン２の回転速度及び角度位置を検出し又は計算する。
【００２７】
プロセッサ２０がピンｄをＬＯＷにして、サイリスタ２６を非通電状態にすると、入力用コイル１４ｄに誘導された電圧により、コンデンサ２４を充電する。点火プラグ１０の点火タイミングになったら、プロセッサ２０は、ピンｄをＨＩＧＨにして、サイリスタ２６を通電状態にする。それにより、コンデンサ２４を放電させて、１次側コイル１８ａに電流を流す。１次側コイル１８ａに流れる電流は、２次側コイル１８ｂに高電圧パルスを発生させて、かくして、点火プラグ１０を作動させる。
【００２８】
図５に例示するように、点火制御装置１２のプロセッサ２０は、内燃エンジン２の回転速度に応じて、点火プラグ１０の点火タイミングを設定する。本明細書において、点火タイミングを、ＢＴＤＣ角度（上死点位置８ａ前のクランクシャフト６の角度）で表す。
【００２９】
内燃エンジン２は、通常の作動で許容される通常の回転速度範囲３０を有している。回転速度範囲３０の低速側３０ａにおいて、概略的には、内燃エンジン２の回転速度の上昇に応じて点火タイミングを進角させ、すなわち、点火タイミングのＢＴＤＣ角度を増大させる。また、内燃エンジン２の通常の回転速度範囲３０の高速側３０ｂにおいて、概略的には、内燃エンジン２の回転速度の上昇に応じて点火タイミングを遅角させ、すなわち、点火タイミングのＢＴＤＣ角度を減少させる。図５では、低速側３０ａと高速側３０ｂの境界の回転速度３６ａにおける点火タイミングが、通常の回転速度範囲３０における最大のＢＴＤＣ角度３４ａになる。また、所定の高速回転速度３６ｂまで回転速度が上昇したときの点火タイミングが、通常の回転速度範囲３０の高速側３０ｂにおける最小のＢＴＤＣ角度３４ｂになる。最小のＢＴＤＣ角度３４ｂは、例えば、ピストン８の上死点位置８ａ近傍である。所定の高速回転速度３６ｂ以上の回転速度範囲３０ｃにおける点火タイミングは、最小のＢＴＤＣ角度３４ｂに維持されることが好ましい。
【００３０】
境界の回転速度３６ａは、例えば、８０００〜９５００ｒｐｍの範囲内にあり、図５では、８５００ｒｐｍである。最大のＢＴＤＣ角度３４ａは、例えば、２０〜３５度の範囲内にあり、図５では、２４度である。所定の高速回転速度３６ｂは、例えば、１１０００〜１２０００ｒｐｍの範囲内にあり、図５では、１１５００ｒｐｍである。最小のＢＴＤＣ角度３４ｂは、例えば、０〜２０度の範囲内にあり、図５では、２度である。
【００３１】
通常の回転速度範囲３０よりも高い回転速度範囲を過回転速度範囲３２と称する。通常の回転速度範囲３０と過回転速度範囲３２の間の境界は、例えば、１１５００〜１２６００ｒｐｍの範囲内にある。過回転速度範囲３２において、所定の過回転速度３６ｃよりも低速側３２ａの点火タイミングは、最小のＢＴＤＣ角度３４ｂである。所定の過回転速度３６ｃよりも高速側３２ｂの点火タイミングは、最小のＢＴＤＣ角度３４ｂから進角させた自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃである。自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃは、仮に自己着火を生じさせる条件を満たしていてもかかる自己着火を生じさせるであろうＢＴＤＣ角度よりも前のＢＴＤＣ角度になるように定められる。自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃは、例えば、３５〜４５度の範囲内にあり、図５では、３７度である。自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃは、通常の回転速度範囲３０の最大のＢＴＤＣ角度３４ａよりも大きいことが好ましい。
【００３２】
高速の回転速度範囲３０ｃ、３２ａにおいて、点火タイミングは最小のＢＴＤＣ角度３４ｂである。更に高速の速度範囲３２ｂにおいて、仮に点火タイミングが最小のＢＴＤＣ角度３４ｂであると特に、自己着火が最小のＢＴＤＣ角度３４ｂよりも前に生じるおそれがある。自己着火が生じると、点火制御装置１２による点火タイミングよりも前に点火され、内燃エンジン２の回転速度が上昇し始める。
【００３３】
内燃エンジン２の回転速度が、所定の過回転速度３６ｃを越えて増加するとき、点火プラグ１０の点火タイミングを、最小のＢＴＤＣ角度３４ｂから自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃに進角させる。詳しくは、所定の過回転速度３６ｃにおいて、必ずしも自己着火が生じるわけではない。しかしながら、点火プラグ１０は、仮に自己着火を生じさせる条件を満たしていればかかる自己着火を生じさせるであろうＢＴＤＣ角度よりも前の自己着火防止ＢＴＤＣ角度で作動され、正常な燃焼が確実に行われる。また、過回転速度範囲３２の範囲では、自己着火が生じて点火制御装置の制御不能を引起しやすいので、所定の過回転速度３６ｃよりも低速側３２ａにおいて安定的に運転可能な領域が非常に狭くなる。このため、最小のＢＴＤＣ角度３４ｂから自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃへの点火タイミングの変化は、離散的であることが好ましい。このようにすると、最小のＢＴＤＣ角度３４ｂから自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃへの点火タイミングの変化がゆるやかな場合よりも、迅速かつ的確に制御不能を防止することができる。かくして、点火タイミングの制御が不能になることを阻止することができる。
【００３４】
しかしながら、点火タイミングを上死点位置８ａよりも進角させることにより、内燃エンジン２の回転速度が上昇し続けることになる。このため、点火制御装置１２は、点火プラグ１０を自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃで作動させて適正な燃焼を行った後のクランクシャフト６の１回又は複数の回転において、失火サイクルを行うことが好ましい。失火サイクルを行うことにより、出力が低下し、内燃エンジンの回転速度が上昇し続けることを防止することができる。
【００３５】
失火サイクルを行う第１の仕方は、点火プラグ１０を点火させないことである。失火サイクルの第２の仕方は、点火プラグ１０の点火タイミングを、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃと、それよりも前の（大きい）非燃焼ＢＴＤＣ角度３４ｄにすることである。この場合、非燃焼ＢＴＤＣ角度３４ｄは、点火によって燃焼が生じないように且つ自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃまでに点火に十分なコンデンサ２４の充電が行われないように定められる。好ましくは、非燃焼ＢＴＤＣ角度３４ｄは、圧縮ストロークから外れた角度である。その結果、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃにおける点火プラグ１０の作動において点火が行えず、燃焼は行われない。非燃焼ＢＴＤＣ角度３４ｄは、例えば、１３０〜２００度である。なお、非燃焼ＢＴＤＣ角度３４ｄが１８０〜２００度であることは、上死点位置８ａ後のクランクシャフト６の角度が１６０〜１８０度であることと等しい。
【００３６】
内燃エンジン２の回転速度が、所定の過回転速度３６ｃ以上の回転速度範囲３２ｂにあるとき、点火プラグ１０の点火タイミングは、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃで一定である。点火制御装置１２は、点火プラグ１０を自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃで作動させて適正な燃焼を行わせることと、それに続くクランクシャフト６の１回転又は複数の回転において点火プラグ１０の失火サイクルを行うこととを繰返すことが好ましい。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３８】
上記実施形態において、所定の過回転速度３６ｃ以上の回転速度において、点火プラグ１０の点火タイミングは、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃで一定であったが、自己着火を防止することができれば、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃ以上で変化させてもよいし、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃ以下になってもよい。また、自己着火防止ＢＴＤＣ角度３４ｃの設定は、手持ち式エンジン作業機１の想定される使用条件等に応じて補正されてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、手持ち式エンジン作業機が刈払機である場合を説明したけれども、手持ち式エンジン作業機は、チェーンソー、エンジンカッター、ヘッジトリマー等であってもよい。
【００４０】
１  刈払機（手持ち式エンジン作業機）
２  ２サイクル内燃エンジン
４  シリンダ
６  クランクシャフト
８  ピストン
８ａ上死点位置
１０  点火プラグ
１２  点火制御装置
２４  コンデンサ
３４ａ  最大のＢＴＤＣ角度
３４ｂ  最小のＢＴＤＣ角度
３４ｃ  自己着火防止ＢＴＤＣ角度（第１のＢＴＤＣ角度）
３４ｄ  非燃焼ＢＴＤＣ角度（第２のＢＴＤＣ角度）
３６ｃ  所定の過回転速度
【図１】
0006609178.tif 000002
【図２】
0006609178.tif 000003
【図３】
0006609178.tif 000004
【図４】
0006609178.tif 000005
【図５】
0006609178.tif 000006