(57)【要約】【課題】      簡易な構成でエンジンの過回転を抑制し、燃料効率、作業効率と部品の寿命を向上させた小型エンジンを提供する。【解決手段】  クランクケースに取り付けられたシリンダ７と、燃料と空気を混合してシリンダ７に供給する気化器４と、気化器４とシリンダの間に配置されるインシュレータ３１を有するエンジンにおいて、インシュレータ３１の混合気通路にクランク室の圧力変動に応動して開閉するリード弁３２を設け、リード弁３２の密閉状態を妨げる抑制手段を設けた。抑制手段はインシュレータ３１に組み込まれたプッシュプルソレノイド１２を含んで構成される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースに取り付けられたシリンダと、燃料と空気を混合して前記シリンダに供給する気化器と、前記シリンダの排気口に接続されるマフラーを有するエンジンにおいて、
前記シリンダの吸気口と前記気化器の間の混合気通路に前記クランクケースのクランク室の圧力変動に応動して開閉するリード弁を設け、
前記リード弁の密閉状態を妨げる抑制手段を設けたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記抑制手段はプッシュプルソレノイドを含んで構成され、電気的に制御されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記吸気口と前記気化器の間に通路を有するインシュレータを設け、
前記リード弁と前記抑制手段は前記インシュレータに設けられることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記抑制手段への通電は、前記エンジンのマグネトロータの回転で発生する電圧を蓄電池またはコンデンサに充電して得られた電力を使用することを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記抑制手段への通電は、蓄電池の電力を使用することを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンを有し、前記エンジンの出力により作業機械を作動させることを特徴とするエンジン作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガバナー装置を改良したエンジン及びそれを用いたエンジン作業機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２サイクルエンジンは、燃料タンクからクランク室に送る吸気工程、クランク室からシリンダ燃焼室に送る掃気工程、シリンダ燃焼室から外気に送る排気工程から成り立ち各々混合気や燃焼ガスを流動させている。この流動は各工程でのピストンの上下動に連動して通気口の開閉が行われることにより生じるクランク室の圧力変動から成り立っている。ここでスロットルレバーの動作角度に応じて回動する気化器のスロットル弁によりシリンダ燃焼室に供給する混合気の流入量を決定することで、エンジン回転数を制御している。スロットルレバーを握って気化器のスロットル弁を開くことでエンジン回転数は増加するが、一般的にエンジンの出力と回転数の関係は、最高回転数に至る前に最大出力がある山なりの曲線となる。
【０００３】
エンジンに用いられるガバナー装置は、シリンダ燃焼室に供給する混合気の流入量を機械的、電気的に制御しエンジンの回転速度を安定させる装置であり、特に高速時のエンジン過回転の防止によく使用される。従来のガバナー装置の構造は様々であるが、基本的にエンジンが設定回転速度以上となった際に気化器のスロットル弁の開度を機械的に制御して回転速度を抑える構造であるため、部品点数が大幅に増えるため、エンジンの重量増およびコスト高になってしまう。また、製品出荷前にはガバナー装置の調整も必要になる。エンジン過回転防止技術として特許文献１のようにイグニッションコイルで点火時期を遅らせて回転速度制御する構造もあるが、完全には過回転を防止することはできず、混合気の燃焼遅れによりマフラーが高温となる不具合もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記で述べたような従来の小型エンジンはエンジンの最大出力点以降の高速回転領域においては燃料効率が悪くなる上に、過回転領域における運転を多用すると部品の寿命が悪くなるという問題があった。また、従来のガバナー装置は、エンジンの基本構造の一部として設計されていたり、部品点数が多いことから装置の調整も複雑であり、エンジン一台毎に装置の調整が必要となっていた。
【０００６】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は簡易な構成でエンジンの過回転を抑制し、燃料効率、作業効率と部品の寿命を向上させた小型エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためには、エンジンのクランク室と吸気口の間にクランク室の圧力変動に応動して開閉するリード弁と、リード弁の密閉状態を妨げる抑制手段を備えることにより達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易な構成で燃料効率と部品の寿命を向上させた小型エンジンを提供できる
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るエンジン作業機（刈払機１０１）の外観図である。
【図２】本発明の実施例に係るエンジン作業機（刈払機１０１）の背面図である。
【図３】本発明の実施例に係るエンジン作業機（刈払機１０１）の断面図である。
【図４】図３のインシュレータ３１部分の拡大断面図であり、エンジン回転数の抑制手段たるプッシュソレノイド１２の動作状態を示す図である。
【図５】従来技術による２サイクルガソリンエンジンの回転数とエンジン出力の相関図である。
【図６】本発明の実施例による２サイクルガソリンエンジンの回転数とエンジン出力の相関図である。
【図７】本発明の実施例によるエンジン回転数の抑制手段の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】従来技術による小型２サイクルガソリンエンジンのサイクル図である。
【図９】本実施例による小型２サイクルガソリンエンジンのサイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、エンジン作業機の一例である刈払機１０１の外観図である。図１に示すように刈払機１０１は、携帯型のエンジン作業機に小型の２サイクルエンジン搭載したものであって、操作桿２４の先端に回転刃２５が取り付けられ、操作桿２４の後端にハウジング１１に収容されるエンジン１０が取り付けられる。エンジン１０の出力は、操作桿２４内に挿通させた図示しないドライブシャフトを介して回転刃２５に伝達される。作業者は操作桿２４に取り付けられたハンドル２１のグリップ部２２を把持して刈払機１０１を操作する。エンジンの下方には混合油を貯蔵する燃料タンク３が配置される。エンジンの回転数は、グリップ部２２に設けられたスロットルレバー２３によって作業者により調整される。
【００１１】
図２は本発明の実施例に係るエンジン作業機（刈払機１０１）の背面図である。エンジン１０は、クランクケースの上側にシリンダ７が取り付けられた２サイクル単気筒の直立エンジンであって、クランク軸（出力軸）１４にはマグネトロータ１５が設けられ、マグネトロータ１５の情報にはマグネトロータ１５に設けられた図示しない磁石の近接及び離反によって高電圧を発生させるイグニッションコイル１３が設けられる。イグニッションコイル１３で発生した高電圧は、ケーブルによって点火プラグ１６に伝達される。エンジン１０の側方には、排気音を低減させるためのマフラー１７と、気化器４が設けられる。
【００１２】
図３はインシュレータ３１部分の拡大断面図であり、エンジン回転数の抑制手段たるプッシュソレノイド１２の動作状態を示す図である。燃料はピストン２の上昇により燃料タンク３から気化器４に吸い上げられ、気化器４内で空気と混合され混合気となり吸気口５からクランク室６に吸引される。クランク室６からシリンダ燃焼室７ａに送られた混合気は圧縮後に点火プラグ１６によって点火燃焼され、ピストン２が下降することで燃焼ガスが排気口８からマフラー１７を通じて外気へと排気される。この際、クランク室６から掃気口９を通じて混合気がシリンダ燃焼室７ａに流入することにより掃気される。スロットルレバー２３と気化器のスロットル弁１８はスロットルワイヤ２６（図１参照）に連動するように設けられる。
【００１３】
ここで、従来技術及び本実施例のエンジンの回転数と出力の関係を図５及び図６を用いて説明する。図５は従来技術による２サイクルガソリンエンジンの回転数とエンジン出力の相関図である。従来のエンジンでは、アイドリング状態からスロットルレバー２３を引くことによりエンジンの回転数が上昇し、それに伴ってエンジン出力は徐々に上昇する。そして、最高出力回転数Ｎｐｅａｋにてエンジン出力がピークとなり、それよりもエンジンの回転数が上昇するとエンジン出力が徐々に低下する。そして、スロットルレバー２３を最大限引いてスロットル弁１８が吸気方向と水平方向になったとき、即ち、スロットル全開状態となったところでエンジン回転数は上限たる最高回転数Ｎｍａｘに達する。ここで、エンジンの最高出力回転数よりある程度上昇した所定の回転数Ｎ１から最高回転数Ｎｍａｘ（スロットル全開時）の領域（以下、本明細書では「過回転領域」と称する）では、エンジン回転数が上昇するにもかかわらずにエンジン出力が低下する。また、過回転領域においては燃料効率が悪くなる上に、この過回転領域における運転を多用すると部品の寿命が悪くなる。
【００１４】
そこで本実施例においては、エンジン回転数の上限を制限するガバナー装置（エンジン回転数抑制手段）を設けて、エンジンの回転数が過回転領域にまで上昇しないように構成した。図６は本発明の実施例による２サイクルガソリンエンジンの回転数とエンジン出力の相関図である。本実施例においては、スロットルレバー２３を最大限引いてスロットル弁１８を全開状態にしてもエンジン回転数が最高出力回転数よりある程度上昇した設定回転数Ｎｓｅｔから上昇しないように構成した。このようにエンジン回転数の上限をＮｓｅｔ程度に制限する抑制手段の具体的構成を示すのが図４である。
【００１５】
図４は図３のインシュレータ３１部分の拡大断面図であり、エンジン回転数の抑制手段たるプッシュソレノイド１２の動作状態を示す図である。インシュレータ３１はエンジン１０の吸気口５と気化器４を接続するための接続部材であって、その内部に混合気通路３１ａが形成される。インシュレータ３１は、例えば高分子樹脂の一体成形によって製造される。インシュレータ３１の混合気通路３１ａの開口端部には、クランク室６の圧力変動に応動して開閉するリード弁（吸気制御弁）３２が設けられる。リード弁３２は、ステンレスやベーナイト鋼等の弾性変形可能な板材である。リード弁３２は、インシュレータ３１の混合気通路３１ａの開口部分を完全に覆うのに十分な面積を有する。インシュレータ３１の吸気口５側の端部には、リード弁３２の外周付近が当接するシール面３１ｂが形成される。シール面３１ｂは、インシュレータ３１の吸気口５側の端面から気化器４側に段差状に窪んだように形成され、この窪んだ部分がリード弁３２の取り付けスペースとなる。
【００１６】
リード弁３２は、吸気口５側に設けられるストッパー３３とともにネジ３４により片持ち支持される。リード弁３２はピストン２が上昇してクランク室６内と混合気通路３１ａ内の圧力差が所定値を越える（クランク室６内が負圧になる）と吸気口５側に弾性変形し、混合気通路３１ａが吸気口５と連通する。また、リード弁３２が変形していない状態では、リード弁３２が混合気通路３１ａの吸気口５側の開口部全体を覆うことにより混合気通路３１ａを閉鎖する。本実施例においては、リード弁３２の密閉状態を妨げるため電気で作動するプッシュソレノイド１２をリード弁３２に近接して設けた。プッシュソレノイド１２を設ける位置は、リード弁３２に強制的に力を作用させてわずかながら開くことができる位置であれば任意であるが、本実施例ではインシュレータ３１の内部に収容空間３１ｃを形成してそこに配置した。プッシュソレノイド１２はイグニッションコイル１３からの信号を利用して電気的に制御されるものであって、プッシュソレノイド１２のソレノイド軸１２ａが混合気通路３１ａの混合気の流れる方向と平行に、即ち矢印３５の方向に移動する。図４の状態はプッシュソレノイド１２に通電することによってソレノイド軸１２ａが吸気口５側に移動した状態を示しており、この状態においてはリード弁３２がわずかながら開いていることが理解できよう。
【００１７】
プッシュソレノイド１２への通電は、エンジンのマグネトロータ１５の回転で発生する電力を図示しない蓄電池またはコンデンサに充電して使用するようにすれば良い。またマグネトロータ１５により発電した電力だけでなく、別の電源から充電された蓄電池を電源としても良い。さらに、プッシュソレノイド１２への通電を制御するために、マイコンを有する制御手段、又は、制御用ＩＣを含む制御回路を設けるようにすると良い。
【００１８】
図７は本実施例によるエンジン回転数の抑制手段の動作手順を示すフローチャートである。エンジンが始動して、エンジンの回転速度又は回転数を検出する（ステップ８１）。エンジンの回転速度は、イグニッションコイル１３から発生される高圧電流を用いて検出できる。次に、制御手段は検出されたエンジンの回転数が、図６で示す設定回転数Ｎｓｅｔ（エンジンの最高出力回転数Ｎｐｅａｋよりある程度上昇した回転数であって、最高回転数Ｎｍａｘよりも低い回転数）以上であるかを判定する（ステップ８２）。ここで、設定回転数Ｎｓｅｔに到達していない場合は、エンジンの回転速度を制限する必要がないのでステップ８１に戻る。
【００１９】
ステップ８２においてエンジンの回転速度が設定回転数Ｎｓｅｔ以上の場合は、プッシュソレノイド１２に通電してソレノイド軸１２ａを移動させることによりリード弁３２に強制的に力を作用させてリード弁３２が混合気通路３１ａを完全に閉鎖できないようにする（ステップ８３）。このプッシュソレノイド１２に電気が供給されるタイミングは、主にピストン２が上死点から下死点に下降する時であり、ソレノイド軸１２ａがシール面３１ｂより吸気口５側に飛び出してリード弁３２を受けることで、リード弁３２が密閉できない状態を作り出す。この状態においてクランク室６に吸気された混合気はピストン２の下降による圧力でリード弁３２の隙間を通って気化器４側へ流動することになり、クランク室６内の混合気量と圧力が減少することで、掃気工程におけるシリンダ燃焼室７ａに供給する混合気も減少する。これにより、燃焼で得られるエネルギーが減少し、エンジン回転数が増加しなくなる。この本発明によるエンジンの回転数と出力の関係は図６のようになり、エンジン回転数は図５で示した従来の最高回転数Ｎｍａｘよりも十分低い回転数（Ｎｓｅｔ）よりも上昇しないので、過回転領域の運転を避けることができる。
【００２０】
図８は従来技術による小型２サイクルガソリンエンジンのサイクル図であり、図９は、本実施例による小型２サイクルガソリンエンジンのサイクル図である。これらの図を比較してわかるように、プッシュソレノイド１２はピストン２が上死点から下死点に至る途中であって、特にピストン２によって吸気口５が閉まる直前の短い区間（４１から４２）だけ通電される。その効果として、設定回転数Ｎｓｅｔを最大出力点により近く設定することができるとともに過回転領域（高速回転領域）が使用できなくなり、燃料効率の向上と高速回転に起因していた部品の寿命低下を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００２１】
２  ピストン                            ３  燃料タンク
４  気化器                              ５  吸気口
６  クランク室                          ７  シリンダ
７ａ  シリンダ燃焼室                    ８  排気口
９  掃気口                              １０  エンジン
１２  プッシュソレノイド                １２ａ  ソレノイド軸
１３  イグニッションコイル              １４  クランク軸
１５  マグネトロータ                    １６  点火プラグ
１７  マフラー                          １８  スロットル弁
１９  コネクティングロッド              ２１  ハンドル
２２  グリップ部                        ２３  スロットルレバー
２４  操作桿                            ２５  回転刃
２６  スロットルワイヤ                  ３１  インシュレータ
３１ａ  混合気通路                      ３１ｂ  シール面
３１ｃ  収容空間                        ３２  リード弁
３３  ストッパー                        ３４  ネジ
１０１  刈払機
【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】
2013185564.tif 000008
【図７】
2013185564.tif 000009
【図８】
2013185564.tif 000010
【図９】
2013185564.tif 000011