JP6233018B2

JP6233018B2 - エンジン作業機

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Publication number: JP6233018B2
Application number: JP2013272355A
Authority: JP
Inventors: 弘史本澤; 石田　茂敏; 茂敏石田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2017-11-22
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Description

本発明は、小型の空冷エンジンが用いられるエンジン作業機、例えば刈払機の構造に関する。

刈払機、送風機、チェーンソー、パワーカッタ等、作業者が携帯して使用する携帯用作業機や、発電機には、動力源として小型のエンジンが用いられる。

こうした刈払機の形状の一例を図８に示す。図８（ａ）は、この刈払機３１０の形態を示す側面図であり、図８（ｂ）は、その後端部側を拡大した部分断面図である。図８（ａ）は、この刈払機３１０が地上に設置された際の形態を示しており、以下においては、上下方向とはこの場合における上下方向を意味し、この図における左側を前方、右側を後方とする。

この刈払機３１０においては、前後方向に細長いシャフト２０の先端（一端）側に、回転する刈刃１１が設けられる。シャフト２０の後端（他端）側には、刈刃１１を駆動するための駆動部３３０が設けられる。駆動部３３０における動力源としては、２サイクル空冷式のエンジン４０が用いられる。シャフト２０の内部には、シャフト２０と同軸とされエンジン４０のクランク軸と遠心クラッチ（共に図示せず）によって接続された駆動軸（図示せず）が設けられる。クランク軸の回転速度が高まり遠心クラッチが接続された際には、この駆動軸はエンジン４０によって回転運動をする。この回転運動が、シャフト２０の先端に設置されたギヤケース１２に伝達され、適切な減速比で刈刃１１を回転させる。シャフト２０における前後方向の中央付近には、作業者が把持するためのハンドル１３が左右にそれぞれ設けられている。刈刃１１の下側には、刈り取られた草木が作業者側に飛散することを抑制するための飛散防御カバー１４が設けられる。また、作業者がハンドル１３を把持した操作がしやすいように、シャフト２０におけるハンドル１３と駆動部３３０の間は、シャフト２０の外径が柔軟な材料によって局所的に太くされた腰当て部２１が形成されている。作業者は、ハンドル１３を把持しこの腰当て部２１等を腰で支持することによって、刈払い作業を行うことができる。

駆動部３３０において、エンジン４０の左右（図８（ａ）における紙面手前側と向こう側）には、それぞれ吸気口、排気口が設けられ、吸気口側には気化器（図示せず）及びエアクリーナ５０が、排気口側にはマフラー（図示せず）がそれぞれ接続されている。エンジン４０の後端側には、クランク軸を強制的に回転させることによってエンジン４０を始動させるスタータ（リコイルスタータ）４１が設けられている。一方、エンジン４０の前端側においては、クランク軸に冷却ファン（図示せず）が固定され、クランク軸の回転に伴って冷却風が生成される。この冷却風は、冷却ファン等を覆うファンケース１３１内を通り、エンジン４０の中で高温となるシリンダ（図示せず）を冷却するようにその風路は形成される。

気化器には、エアクリーナ５０を介して空気が導入されると同時に、燃料（混合ガソリン）も供給され、これによって混合気が生成され、エンジン４０に供給される。燃料は、エンジン４０の下部に固定された燃料タンク６０内に溜められ、燃料タンク６０からチューブを介して気化器に導かれる。作業者は、燃料タンク６０に設けられたタンクキャップ６１を取り外し、燃料タンク６０内に燃料を供給することができる。

この刈払機３１０を使用するに際しては、作業前に燃料タンク６０に給油が行われる。この給油の際に、エンジン４０に設置された点火プラグやこれに接続される配線等に燃料が付着することを抑制するために、一般には燃料タンク６０及びタンクキャップ６１は、エンジン４０よりも下側に設けられる。このため、刈払機３１０の後端側の下部には、燃料タンク６０が位置する。

図８（ｂ）に示されるように、この刈払機３１０を地面に設置する際にこれを支持すると共に、燃料タンク６０の下側を覆う、樹脂材料で構成された保護カバー（スタンド）１５が装着される。また、ハンドル１３の先端には、作業者が把持しやすい形状とされたグリップ１６が設けられる。

エンジン４０の回転速度（回転数）や出力は、気化器によって供給される混合気の量によって制御される。エンジン４０が回転している状態は、エンジン４０の回転速度（回転数）が低く保たれるために遠心クラッチが接続されず刈刃１１が駆動されないアイドリング状態と、回転数が高く保たれるために遠心クラッチが接続され刈刃１１が駆動される駆動状態の２つに分類される。

図９は、ハンドル１３の先端付近の構成の一例を示す側面図である。アイドリング状態と駆動状態とを切り替えるために、図９における操作レバー１７が用いられる。この構成においては、ハンドル１３の先端付近に設けられたグリップ１６の先端側に、操作レバーピボット１７１を中心として回動可能に操作レバー１７が設けられ、その一端が駆動部３３０側に設けられたスロットルワイヤ（図示せず）の他端が、操作レバー１７に装着される。作業者が操作レバー１７を握り、その右端部を図９における上側に移動させることによって、スロットルワイヤをハンドル１３側に引くことができる。駆動部３３０側において、スロットルワイヤの一端の動きによって、アイドリング状態と駆動状態の切り替え動作を行うことができる。

刈り払い作業は、駆動状態でのみ行われる。駆動状態においては、まず、無負荷時におけるエンジン４０の回転数は所定の回転数に設定される。その後、作業者が回転する刈刃１１を草木等に当接させた場合には、刈刃１１に大きな負荷が加わるため、スロットル開度を大きくし、エンジン出力を高める必要がある。その後、刈り払い作業を終えるために作業者が刈刃１１を草木等から離した場合には、刈刃１１に対する負荷が急激になくなるため、前記の通りスロットル開度が大きくされていた場合には、回転数は急激に上昇するおそれがある。このため、負荷がなくなった場合にはスロットル開度小さくする必要がある。

このような駆動状態におけるスロットル開度の制御には、例えば特許文献１に記載されるような風圧ガバナが使用されている。この風圧ガバナにおいては、ファンケース１３１内における冷却風のあたる箇所にガバナ板が設置される。ガバナ板は気化器におけるスロットル開度を制御するスロットル弁軸に接続され、スロットル弁軸を軸として回動するように設定される。この際、負荷がなくなり回転数が上昇して冷却風の風力が強くなった場合にはスロットル開度を小さくし、負荷が加わったために回転数が下降して冷却風の風力が弱くなった場合にはスロットル開度を大きくするようにスロットル弁軸を回転させるように設定される。

こうした構成は、気化器のスロットル弁軸に接続された小型のガバナ板（風圧ガバナ）を用いることによって容易に実現できるため、小型のエンジンが用いられる携帯型のエンジン作業機においては特に有効である。このため、こうした構成は、刈払機以外のエンジン作業機においても有効である。

特開平６−１２３２４３号公報

上記のとおり、風圧ガバナによって駆動状態におけるエンジン４０の出力の制御を適切に行うことができる。しかしながら、風圧ガバナを用いた制御によって、エンジン４０が本来発揮できる出力は大幅に抑制された。すなわち、風圧ガバナを用いた場合には、エンジン４０から、風圧ガバナが使用されない場合のエンジン出力よりも大幅に抑制された出力しか引き出すことはできなかった。

気化器や風圧ガバナ周辺の構造を改善することによって、風圧ガバナを用いた場合でも、駆動状態において大きなエンジン出力を得ることは不可能ではない。しかしながら、この場合には、これらの構造が複雑となるために、単純な構造で上記の制御が行われるという風圧ガバナの利点が損なわれる。また、アクチュエータ等を用いた制御も可能であるが、この場合においても、複雑な構造が必要であるため、小型軽量であることが要求される刈払機等にとっては望ましくない。

すなわち、単純な構成で、風圧ガバナを用いた場合におけるエンジン出力の向上を行うことは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記の問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のエンジン作業機は、冷却ファンが固定されたクランク軸を有する空冷エンジンと、スロットル弁軸の軸回りの設定角度によってエンジン出力を制御する制御手段と、前記クランク軸の回転に伴って前記冷却ファンによって生成された冷却風からガバナ板が受ける力を用いて前記スロットル弁軸を操作することによって前記エンジン出力を制御する風圧ガバナと、前記クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、を具備するエンジン作業機であって、前記回転速度検出手段により検出された前記クランク軸の回転速度が、前記風圧ガバナで設定された上限の回転速度以下であり、前記風圧ガバナで設定された前記エンジン出力がピークとなる回転速度より高い所定の値を超えた場合に、前記空冷エンジンの点火系が、前記風圧ガバナのみによって前記エンジン出力を低下させる場合よりも急速に前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、検出された前記回転速度が前記所定の値を超えた場合に、前記空冷エンジンにおける点火時期が変更されることによって、前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、検出された前記回転速度が前記所定の値を超えた場合に、前記空冷エンジンにおける点火の間引き制御が行われることによって、前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、前記風圧ガバナにより前記クランク軸の回転速度を検出することを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、前記冷却風によって前記ガバナ板が予め設定された切替位置よりも大きく移動した場合に、前記空冷エンジンの点火系が、前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、前記ガバナ板の位置を検出する位置センサと、前記位置センサの出力に応じて前記点火系の制御を行う点火制御部と、を具備することを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、前記風圧ガバナによって規定される前記クランク軸の回転速度が可変とされ、前記切替位置は、前記風圧ガバナによって規定される前記クランク軸の回転速度に応じて設定されたことを特徴とする。
本発明のエンジン作業機において、前記スロットル弁軸は前記制御手段を貫通し、前記スロットル弁軸の一端側に前記ガバナ板が固定され、前記スロットル弁軸の他端側に、弾性力を付与するガバナスプリングが装着されたアームが固定されたことを特徴とする。
本発明のエンジン作業機は、前記クランク軸の回転運動によって駆動される刈刃をシャフトの一端側に具備し、前記空冷エンジン、前記制御手段、及び前記風圧ガバナを、前記シャフトの他端側に具備する刈払機であることを特徴とする。

本発明は以上のように構成されているので、風圧ガバナを用いた場合におけるエンジン出力の向上を行うことができる。

本発明の実施の形態となる刈払機における駆動部の構成を示す正面図である。本発明の実施の形態となる刈払機における駆動部の構成を示す背面図である。本発明の実施の形態となる刈払機における、アイドリング状態と駆動状態との切り替え動作を示す図である。本発明の実施の形態となる刈払機における風圧ガバナ周辺の動作を示す図である。本発明の実施の形態となる刈払機においてエンジンの点火時期の制御を行う場合の点火時期と回転数との関係を示す図である。従来のエンジンにおける、風圧ガバナを用いた場合とこれを用いない場合と、本発明の実施の形態となる刈払機において用いられるエンジンとの出力特性を比較した図である。本発明の実施の形態となる刈払機においてエンジンの点火間引き制御を行う場合の点火タイミングを示す図である。一般的な刈払機の全体構成を示す図である。一般的な刈払機において用いられるハンドル先端周辺の構成を示す図である。

本発明の実施の形態となるエンジン作業機（刈払機）の構成について説明する。ここでは、小型の空冷エンジンが使用され、駆動状態における適切なスロットル開度の制御のために、風圧ガバナが使用される。ただし、スロットル制御と同時に、エンジンの点火の制御も行われる。これによって、無負荷時のエンジンの過回転を抑制する制御がより確実に行われ、負荷が加わった際の出力を高める制御も大きな回転変動が無く行われる。その結果として、駆動状態において発揮されるエンジン出力を高めることができる。このエンジンの点火の制御は、エンジンの回転速度（回転数）を元にして行われるため、ここでは、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段が用いられる。回転速度検出手段は、全ての回転速度域で正確な回転速度を検出する必要はなく、エンジンの点火の制御を開始する回転速度に達したか否かのみを検出すればよい。このため、この回転速度検出手段として単純な構成を用いることができ、ここでは風圧ガバナ自身をその一部として用いている。

図１は、この刈払機における駆動部３０周囲の構成を前方側から見た正面図であり、ファンケースを透視して見た内部の構造が示されている。また、図２は、同様の構造を背面側から見た背面図であり、エアクリーナ、エアクリーナカバーが取り外された状態が示されている。

図１において、２サイクルのエンジン（空冷エンジン）４０の上部には、燃焼室、ピストン等を内部に有するシリンダ４３が設けられる。シリンダ４３の外面には冷却フィンが多数形成されている。シリンダ４３の左側（図１における右側）に設けられた吸気口（図示せず）には気化器（制御手段）７０が装着され、気化器７０の左側（図１における右側）には更にエアクリーナ５０が装着されている。エアクリーナ５０は、気化器７０等に固定されたエアクリーナボックス５１に装着され、エアクリーナカバー５２で覆われた状態で、エアクリーナ５０を介した吸気が可能とされる。また、シリンダ４３の右側（図１における左側）に設けられた排気口にはマフラー８０が装着されている。エンジン４０（シリンダ４３）からの排気は、マフラー８０を介して行われる。使用時に高温となるマフラー８０は、マフラーカバー８１で覆われている。

エンジン４０において、シリンダ４３の下側には、内部にクランク軸４２を有するクランクケース４４が設けられている。クランク軸４２は、シリンダ４３内部におけるピストンの上下運動に伴って回転する。クランク軸４２は、図１中の紙面垂直方向（図８（ａ）における前後方向）に延伸している。クランク軸４２の前方側には、冷却ファンが一体化されたマグネトロータ４５と遠心クラッチ４６とが装着される。一方、クランク軸４２の後方側（図１に示された側の反対側）においては、スタータ（リコイルスタータ）４１（図２参照）が装着され、これによって、始動時にクランク軸４２を強制的に回転させることができる。マグネトロータ４５の回転に伴ってジェネレータコイル（図示せず）に電流が流れ、この電流は、点火コイル（点火系）４７に流れ、点火プラグ（図示せず）を点火させることのできる程度の高電圧まで昇圧され、点火プラグに供給される。点火コイル４７が出力する高電圧の出力タイミングは、ＣＰＵ等で構成された点火制御部４７１で制御される。

エンジン４０が始動後には、吸気の際に発生する負圧によって燃料が燃料タンク６０側から気化器７０側に吸い上げられる。エンジン４０の始動前においては、気化器７０まで燃料を導く必要があり、このためにプライミングポンプ６２が設けられている。作業者がプライミングポンプ６２を操作することにより、始動前において燃料タンク６０から気化器７０まで燃料を導くことができる。

上記と同様の構成のエンジンと気化器の組み合わせは、エンジン作業機だけではなく、原動機付自転車等、他の機械にも用いられている。ただし、原動機付自転車等の場合には、気化器と地面（水平面）とのなす角度は使用時（運転時）には大きく変動することがない。これに対して、上記の刈払機の場合には、切断の角度を調整するために、におけるシャフト２０をほぼ水平とする場合もあり、シャフト２０を水平面から大きく傾斜させて作業を行う場合もある。このため、気化器７０の水平面に対する角度は使用に際して大きく変動する場合がある。

気化器の形式としては、様々なものがあるが、このように水平面に対する角度が大きく変動した場合においても安定して気化器に燃料を導き混合気を生成できる形式として、ダイヤフラム式のものがある。ダイヤフラム式の気化器においては、気化器内部に設けられ弾性体で構成されたダイヤフラムで仕切られた燃料室中に燃料が吸い上げられ、一定量が溜められる。これによって、気化器の角度によらずに安定して混合気を供給することができる。このため、気化器７０としては、ダイヤフラム式のものが好ましく用いられ、そのスロットル開度は、スロットル弁軸（出力制御軸）７１の軸回りの角度によって設定される。こうした用途においては、スロットル弁軸７１の回転によってバタフライ弁の設定角度が調整され、これによってスロットル開度の調整が行われるバタフライ式の気化器が特に好ましく用いられる。すなわち、エンジン作業機においては、ダイヤフラム式であり、かつスロットル開度がバタフライ弁を用いて調整される構成の気化器が特に好ましく用いられる。図１において、スロットル弁軸７１は、図１における反時計回りの場合にスロットル開度を大きくし（エンジン出力を上昇させ）、時計回りの場合にスロットル開度を小さくする（エンジン出力を低下させる）ものとする。

図２において、気化器７０におけるスロットル弁軸７１には、アーム９４が固定され、図２におけるアーム９４の左側には、ガバナスプリング９３の下端（一端）が係止されている。ガバナスプリング９３の上端（他端）は、アーム９４よりも上側に位置しエアクリーナボックス５１に固定されたガバナスプリング取付部９５に係止されている。この構成により、アーム９４の図中左側は、ガバナスプリング９３の弾性力によって図中上側に付勢され、スロットル弁軸７１は、図２における時計回り（図１における反時計回り）に付勢される。これにより、スロットル弁軸７１は、ガバナスプリング９３によってスロットル開度が大きくなる方向に付勢される。

このエンジン４０の動作モードとしては、低回転数が維持され遠心クラッチ４６が接続されないために刈刃１１が駆動されないアイドリング状態と、これよりも高い回転数が維持され遠心クラッチ４６が接続され刈刃１１が駆動される駆動状態、の２種類に大別される。

図３は、図２におけるアイドリング状態と駆動状態とを切り替えるための気化器７０周囲の構成を拡大して示す図である。ここで、図３（ａ）はアイドリング状態を示し、図３（ｂ）は、駆動状態（無負荷時）を示す。この切り替えのために、スロットルワイヤ１００が用いられている。スロットルワイヤ１００は、アウターチューブ１０１内に摺動自在に設けられ、アウターチューブ１０１は、気化器７０側に固定されたスロットルワイヤ取付部１０２に取付ナット１０３によって固定される。スロットルワイヤ１００は、スロットルワイヤ取付部１０２の上側でアウターチューブ１０１から露出し、露出した一端（上端）には、アーム９４の右側に下側から当接するアーム係止部１０４が固定される。また、アーム係止部１０４とスロットルワイヤ取付部１０２との間には、スロットルワイヤ１００を巻回するようにスロットルリターンスプリング１０５が設けられている。スロットルリターンスプリング１０５の伸びに伴って、アーム係止部１０４及びスロットルワイヤ１００は上側に向かって付勢され、アーム係止部１０４がアーム９４側に向かって付勢される。このため、アーム９４の左側においては、ガバナスプリング９３によってアーム９４（スロットル弁軸７１）は図中時計回りに付勢され、アーム９４の右側においては、スロットルリターンスプリング１０５によってアーム９４は図中反時計回りに、互いに逆方向に付勢される。

ただし、スロットル弁軸７１の回りでガバナスプリング９３がアーム９４に与えるトルクよりも、スロットルリターンスプリング１０５がアーム９４に与えるトルクの方が大きくなるように設定される。このため、スロットルリターンスプリング１０５が伸びた状態においては、ガバナスプリング９３の状態に関わらず、アーム係止部１０４がアーム９４の右側において下側から当接し、スロットル弁軸７１は反時計回り（図１における時計回り）に付勢される。このため、スロットルワイヤ１００が操作されない状態では、スロットル開度は小さくなる状態とされる。この状態がアイドリング状態となり、遠心クラッチは接続されず、刈刃１１は駆動されない。

一方、作業者が図９に示される操作レバー１７を握り、スロットルリターンスプリング１０５に逆らってスロットルワイヤ１００を図３における下側に引くことができる。この状態が図３（ｂ）であり、これが駆動状態となる。この場合には、アーム係止部１０４とアーム９４とが当接しない状態となるため、ガバナスプリング９３によって、アーム９４（スロットル弁軸７１）は時計回りに回動する。このため、エンジン４０の回転数が上昇し、遠心クラッチが接続され、刈刃１１が駆動される。この際には、以下に説明するような、風圧ガバナ９０を用いた制御がおこなわれる。

この風圧ガバナ９０においては、ファンケース内における冷却風のあたる箇所にガバナ板９１が設置される。ガバナ板９１は、ガバナロッド９２を介してダイヤフラム式の気化器７０におけるスロットル開度を制御するスロットル弁軸７１に接続され、スロットル弁軸７１を軸として回動するように設定される。

図４（ａ）〜（ｃ）は、状態に応じた風圧ガバナ９０の動作を示す図であり、図１における気化器７０周辺の構造が示されている。このため、図４は、気化器７０周辺を図３とは逆向きから見た図となっている。図４（ａ）は、回転数が低い場合（冷却風の風力が弱い場合）、図４（ｃ）は回転数が高い場合（冷却風が強い場合）、図４（ｂ）はこれらの中間の場合を示しており、冷却風の流れが白矢印で示されている。ここでは、ガバナ板９１が冷却風によって受ける圧力が高まると、ガバナ板９１が、スロットル開度が小さくなる方向にスロットル弁軸７１を回動させるような設定とされている。一方、図３に示されたように、スロットル弁軸７１の紙面向こう側には、アーム９４が固定され、アーム９４には、ガバナスプリング９３の一端（下端）が係止されているため、スロットル弁軸７１は、スロットル開度が大きくなる方向に付勢されている。

この構成においては、刈刃１１に負荷が加わったためにエンジン４０の回転数が低下し冷却風の圧力が低下した場合（図４（ａ））には、ガバナスプリング９３は、スロットル弁軸７１をスロットル開度を大きくする方向に回動させる。逆に、刈刃１１への負荷がなくなったためにエンジン４０の回転数が高まり冷却風の強度が高まった場合（図４（ｃ））には、ガバナ板９１は、スロットル弁軸７１を、スロットル開度を小さくする方向に回動させる。このため、駆動状態におけるエンジン出力の制御が適切に行われる。また、この動作により、刈刃１１に対して無負荷の状態では、エンジン４０の回転数は略一定に制御される。この回転数は、風圧ガバナ９０（ガバナ板９１、ガバナスプリング９３のバネ定数等）とスロットル弁軸７１等の関係を調整することによって規定され、例えば、ガバナスプリング９３による張力を大きくした場合にはこの回転数を高め、この張力を小さくした場合にはこの回転数を低くすることができ、この回転数は、エンジン４０の無負荷時の設定回転数となる。例えば、ガバナスプリング９３の取り付け位置を変更することによっても、この設定回転数あるいはこれに対応したエンジン出力を可変とすることができる。こうした設定回転数変更手段を設けることもできる。

一般に、風圧ガバナが用いられないエンジンの出力特性においては、少なくとも所定の回転数以下において、回転数が大きな場合に大きなエンジン出力が得られる。このため、上記の設定回転数を高めることによって、駆動状態において、より大きな出力をエンジン４０から引き出すことができる。しかしながら、この設定回転数を高めた場合には、駆動状態において実際に刈り払い作業を行っていない場合においても振動や騒音、または燃料消費量が大きくなるため、設定回転数を高めることは好ましくない。すなわち、設定回転数は高くせずに、低い回転数で大きなエンジン出力を得ることが望ましい。

ここで、前記の通り、上記の風圧ガバナ９０の動きによって、エンジン４０の出力を低下または上昇させる制御が行われるが、この制御は、ガバナ板９１が冷却風によって移動することによってスロットル弁軸７１を回転させる動作によって行われる。この刈払機においては、この動作に追加して、エンジン４０の出力を小さくするための点火コイル（点火系）４７の制御が行われる。エンジン４０の出力を小さくするための制御は、ガバナ板９１が予め定められた位置（切替位置）を超えて移動した場合に行われる。この切替位置は、駆動状態における風圧ガバナ９０における前記の無負荷時の設定回転数に応じて定まる。このため、風圧ガバナ９０のみが用いられる場合と比べて風圧ガバナ９０の動作自身は変わらないが、エンジン４０の回転数あるいはエンジン出力の制御速度が高まる。点火コイル４７の制御内容としては、具体的には、点火時期の制御、あるいは点火の間引き制御が行われる。

このため、図４に示されるように、ここで用いられる風圧ガバナ９０においては、ガバナロッド９２に設けられた位置センサ読み取り部９６の位置を感知する位置センサ９７が、ファンケースあるいはシリンダ４３に固定されている。位置センサ９７は、ガバナ板９１はガバナロッド９２に固定されているため、位置センサ９７によって間接的にガバナ板９１の位置を認識することができる。図１に示されるように、点火コイル４７には点火制御部４７１が接続され、点火制御部４７１には、位置センサ９７の出力が入力される。点火制御部４７１は、位置センサ９７の出力に応じて点火コイル４７を制御する。すなわち、ここでは、風圧ガバナ９０と位置センサ９７が組み合わされて回転速度検出手段とされる。この回転速度検出手段によって、クランク軸４２の回転速度（回転数）がある値を超えたか否かが認識され、この値の前後で点火条件が変更され、この値を超えた場合には、エンジン出力が低下するような点火条件とされる。

まず、エンジン出力を低下させるための点火時期の制御を行う場合について説明する。図５は、この制御におけるエンジン４０の回転数と点火時期（ＢＴＤＣ：ＢｅｆｏｒｅＴｏｐＤｅａｄＣｅｎｔｅｒ）の関係を示す。ここで、点火コイル４７による点火プラグの点火は、クランク軸４２の１回転毎に行われるものとし、その点火時期のみが制御されるものとする。点火時期は上死点からのクランク軸４２の回転の位相角（°）で示されている。ここでは、ＢＴＤＣは、７０００ｒｐｍを境界として、この回転数以下で３０°、これを超えた回転数で１０°とされている。一般に、エンジンの出力を適正に出す（出力を大きくする）ためには、点火時期をピストンの上死点よりも早める動作（進角動作）が必要であり、このために適正なＢＴＤＣは３０°であるものとする。このため、１０°のＢＴＤＣによって、エンジン４０の出力は低く制御される。図４の点火タイミングが使用される場合には、７０００ｒｐｍ以下においてはエンジン４０の出力が大きくなるように制御され、７０００ｒｐｍを超えた場合には急激に出力が低くなる（例えば失火する）ように制御される。

また、冷却ファンはクランク軸４２に固定されているため、アイドリング状態、駆動状態のどちらにおいても、冷却風の強度と回転数とは１対１に対応する。このため、エンジン４０の回転数とガバナ板９１の位置（ガバナロッド９２の角度）は１対１に対応する。このため、図５における回転数は、ガバナロッド９２の角度あるいは位置センサ読み取り部９６の位置に換算することができる。位置センサ読み取り部９６の位置は位置センサ９７で検知することが可能であり、例えば、位置センサ読み取り部９６が上記の設定回転数（７０００ｒｐｍ）に対応する位置に来たか否かの判定を位置センサ９７の出力から点火制御部４７１が判定することができる。

図５の制御においては、駆動状態におけるエンジン４０の無負荷時の回転数が７５００ｒｐｍとされている。この回転数は、風圧ガバナ９０とスロットル弁軸７１の関係で定まる。このため、駆動状態において、刈刃１１に負荷が加わり回転数が低下した場合には、スロットル開度を大きくして回転数が再び７０００ｒｐｍ以下となるような制御が風圧ガバナ９０によって行われる。これによって、エンジン出力が高まる。

この状態で、刈刃１１の負荷が突然無くなった場合には、スロットル開度が大きくされているために、エンジン４０の回転数は、急激に上昇する。この際、前記の通り、風圧ガバナ９０によってスロットル開度を小さくする制御が行われる。設定回転数である７０００ｒｐｍを超えた場合には、前記の通り、風圧ガバナ９０によってスロットル開度を小さくする制御が行われるが、これに加えて、図５に示されるように、点火時期を遅らせる（ＢＴＤＣを小さくする）制御が行われる。このため、スロットル開度が小さくされることに加えて、必要に応じてエンジン４０を失火させて出力を小さくする制御も同時に行われる。このため、この場合にエンジン４０の回転数（エンジン出力）を低下させる動作の速度が、風圧ガバナ９０のみを用いる場合と比べて高まる。また、エンジン４０の回転数が、７０００ｒｐｍを超えた回転数（例えば７５００ｒｐｍ）以上となることが抑制される。

また、この動作によって回転数が７０００ｒｐｍ以下となった場合には、風圧ガバナ９０によってスロットル開度が大きくされると同時に、図５に示されるように、再びＢＴＤＣが３０°に制御されるため、エンジン４０の出力が高まる。このため、この場合にエンジン４０の出力を高める動作の速度が、風圧ガバナ９０のみを用いた場合と比べて高まる。すなわち、負荷が加わった際、風圧ガバナ９０のみを用いる場合と比べてエンジン出力を急激に上昇させることも可能になる。

上記の制御によって、エンジン４０の本来もつ性能を効率的に引き出すことが可能である。この点について以下に説明する。図６における（１）は、風圧ガバナが用いられずにスロットル弁軸による制御のみが用いられる場合のエンジンの出力と回転数の関係（出力特性）であり、（２）は、設定回転数が７５００ｒｐｍとされた風圧ガバナが用いられた場合の同特性である。ここで、（１）はエンジン本来の出力特性であり、どの回転数においても最も高くなっており、図示された回転域では回転数と共に上昇する。（２）においては、前記の通り、風圧ガバナにおけるガバナスプリングが、設定回転数が７５００ｒｐｍとなるように調整される。

ここで、回転数が低い場合には冷却風が弱く、ガバナ板は動かないため、実質的には風圧ガバナは機能しない。このため、アイドリング状態に近い低回転域では（２）の出力は（１）と同等である。また、設定回転数よりも高回転では、風圧ガバナはエンジン出力を大幅に抑制するために、（２）の出力は（１）よりも大幅に低下する。ただし、設定回転数以下でも風圧ガバナは機能し、この回転域では、（２）の出力はやはり（１）よりも低下する。具体的には、風圧ガバナを用いた場合には、７５００ｒｐｍを境界とした上記の制御が行われるものの、（２）に示されるように、この制御は７５００ｒｐｍよりも低い回転数から緩やかに行われるため、６０００〜６５００ｒｐｍ程度でも出力は（１）の場合よりも大きく低下する。このように、風圧ガバナを用いた場合には、駆動状態において用いられる設定回転数以下の回転数においても、このエンジンは、エンジン本来の出力を大きく低下させた状態で使用される。

これに対して、図６における（３）は、上記の点火時期の制御が行われた場合を上記の（１）（２）と比較した結果である。この場合には、７０００ｒｐｍを境界とした出力特性を（２）よりも急峻とすることができる。その結果、（２）と（１）とが乖離する回転数が５５００ｒｐｍ程度であったのに対し、（３）と（１）とが乖離する回転数を６０００ｒｐｍ以上まで高めることができる。これによって、図６における（３）に示されるように、出力特性におけるピークを（１）に近づくように高めることができる。すなわち、（３）においては、エンジン出力特性において、駆動状態における上限回転数付近でのエンジン出力の変化を急峻とすることができるため、駆動状態において発揮されるエンジン出力を高めることができる。言い換えれば、（３）に示される風圧ガバナは、点火時期の制御が行われない場合における機械的な設定のみにおいて、（２）に示される風圧ガバナの設定回転数に対して高い回転数に設定されているが、点火時期の制御と協働することにより、（２）と同様の７５００ｒｐｍ程度で回転数を維持される。なお、（３）において、７５００ｒｐｍ付近の設定回転数（無負荷時に維持される回転数）の風圧ガバナの回動位置は（２）における回動位置より小さく、スロットル弁の開度は大きくなる。

あるいは、（２）の場合においては、風圧ガバナにおける無負荷時の設定回転数を高めることによって、６０００ｒｐｍ付近の回転数での出力を高めることも可能である。しかしながら、この場合には、無負荷時におけるエンジンの回転数が高くなるために、実際に刈り払い作業を行っていない場合における燃料消費が大きくなる。（３）においては、風圧ガバナにおける無負荷時の設定回転数を高くすることなしに、駆動状態におけるエンジン出力を高めることができる。すなわち、上記の構成により、駆動状態におけるエンジン本来の出力の低下を抑制し、エンジンを効率的に用いることができる。これによって、例えば作業時における燃料の消費を低減することもできる。

次に、上記の点火時期制御の代わりに点火の間引き制御を行う場合について説明する。図７は、点火プラグに供給される電圧の時間経過を、回転数が７０００ｒｐｍ以下の場合（ａ）、回転数が７０００ｒｐｍを超えた場合（ｂ）について示す。便宜上、これらの図における横軸（時間）のスケールは異なって示されている。また、この制御の際には、回転数によらずＢＴＤＣは３０°（図５における７０００ｒｐｍ以下の値）とされる。

図７（ａ）において電圧が印加される間隔はクランク軸４２の１回転の時間に対応する。このため、図７（ａ）においては、クランク軸４２の１周期毎（ピストン運動の１周期毎）に点火プラグによって着火がされる。このため、７０００ｒｐｍ以下においては、エンジン４０は出力が正常に出るように制御される。

一方、エンジン４０の回転数が７０００ｒｐｍを超えた場合には、点火制御部４７１は、点火プラグによる着火がクランク軸４２の２周期に１回となるように制御される。すなわち、点火頻度が半分に間引きされる。これによって、エンジン４０の出力が低下する。

すなわち、回転数が７０００ｒｐｍを超えると、点火が間引き制御されるために、エンジン４０の出力が低下する。この制御と同時に、前記の風圧ガバナ９０による制御も行われる。このため、図６に示された効果が得られることも同様である。

あるいは、上記の点火時期の制御と点火の間引き制御とを同時に行うこともでき、この場合にも同様の効果を奏することは明らかである。

なお、上記の例においては、気化器７０をスロットル弁軸７１が貫通し、その一端側にガバナ板９１、ガバナロッド９２が固定され、他端側にアーム９４ガバナスプリング９３等が固定された。しかしながら、スロットル弁軸における同一の側にこれらを全て設けることも可能である。この場合、スロットル弁軸が気化器を貫通する構造である必要はない。しかしながら、気化器の周囲の構成を単純にし、動作を円滑に行わせるために、上記の構成が特に好ましい。

また、前記の通り、設定回転数変更手段によって風圧ガバナを調整し、駆動状態におけるエンジンの無負荷時の設定回転数を調整することもできる。こうした場合には、点火制御部４７１が設定回転数変更手段の設定を認識し、この設定回転数に応じて定められたガバナ板９１の切替位置を用いて、上記と同様の制御を行うことができる。

また、上記の例では、設定回転数以上でエンジン出力を低下させるために、点火時期の制御や点火の間引き制御が行われた。しかしながら、これ以外においても、エンジンに悪影響を与えずにエンジン出力を低下させる手段を適宜用いることができる。

また、上記の例では、位置センサ９７が位置センサ読み取り部９６を認識することによって間接的にガバナ板９１の位置が認識された。しかしながら、ガバナ板９１の位置を直接的あるいは間接的に認識できる手段であれば、同様に点火制御部による制御に用いることができる。例えば、ガバナロッドの角度を検出して同様の制御を行うこともできる。この構成は、風圧ガバナや気化器の構成に応じて適宜設定することができる。ただし、いずれの場合においても、単純な構成のセンサを用いることができることは明らかである。

更に、上記の例では、風圧ガバナ９０と位置センサ９７とが回転速度検出手段として用いられたが、他の構成により、クランク軸４２の回転速度（回転数）を検出あるいは認識してもよい。この際、全ての回転域で回転数を正確に認識することは不要であり、上記のガバナ板９１が切替位置に達したか否かの識別のように、クランク軸４２の回転数が予め定められた値を超えたか否かのみを判定できればよい。このため、単純な構成の回転速度検出手段を用いることができる。ただし、上記の構成においては、従来技術においても用いられた風圧ガバナに追加して位置センサ９７のみを用いるだけで回転速度検出手段を構成することができるため、特に好ましい。

また、上記の例においては、エンジン作業機が刈払機であるものとしたが、同様にエンジンが用いられる駆動部を具備し、作業者が携えて使用されるエンジン作業機であれば、同様の効果を奏することは明らかである。

１１刈刃
１２ギヤケース
１３ハンドル
１４飛散防御カバー
１５保護カバー（スタンド）
１６グリップ
１７操作レバー
２０シャフト
２１腰当て部
３０、３３０駆動部
４０エンジン（空冷エンジン）
４１スタータ（リコイルスタータ）
４２クランク軸
４３シリンダ
４４クランクケース
４５マグネトロータ（冷却ファン）
４６遠心クラッチ
４７点火コイル（点火系）
５０エアクリーナ
５１エアクリーナボックス
５２エアクリーナカバー
６０燃料タンク
６１タンクキャップ
６２プライミングポンプ
７０気化器（制御手段）
７１スロットル弁軸（出力制御軸）
７２チョークレバー
８０マフラー
８１マフラーカバー
９０風圧ガバナ（回転速度検出手段）
９１ガバナ板
９２ガバナロッド
９３ガバナスプリング
９４アーム
９５ガバナスプリング取付部
９６位置センサ読み取り部
９７位置センサ（回転速度検出手段）
１００スロットルワイヤ
１０１アウターチューブ
１０２スロットルワイヤ取付部
１０３取付ナット
１０４アーム係止部
１０５スロットルリターンスプリング
１３１ファンケース
１７１操作レバーピボット
３１０刈払機（エンジン作業機）
４７１点火制御部

Claims

冷却ファンが固定されたクランク軸を有する空冷エンジンと、スロットル弁軸の軸回りの設定角度によってエンジン出力を制御する制御手段と、前記クランク軸の回転に伴って前記冷却ファンによって生成された冷却風からガバナ板が受ける力を用いて前記スロットル弁軸を操作することによって前記エンジン出力を制御する風圧ガバナと、前記クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、を具備するエンジン作業機であって、
前記回転速度検出手段により検出された前記クランク軸の回転速度が、前記風圧ガバナで設定された上限の回転速度以下であり、前記風圧ガバナで設定された前記エンジン出力がピークとなる回転速度より高い所定の値を超えた場合に、前記空冷エンジンの点火系が、前記風圧ガバナのみによって前記エンジン出力を低下させる場合よりも急速に前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とするエンジン作業機。
検出された前記回転速度が前記所定の値を超えた場合に、前記空冷エンジンにおける点火時期が変更されることによって、前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン作業機。
検出された前記回転速度が前記所定の値を超えた場合に、前記空冷エンジンにおける点火の間引き制御が行われることによって、前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン作業機。
前記風圧ガバナにより前記クランク軸の回転速度を検出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジン作業機。
前記冷却風によって前記ガバナ板が予め設定された切替位置よりも大きく移動した場合に、前記空冷エンジンの点火系が、前記エンジン出力が低下するように制御されることを特徴とする請求項４に記載のエンジン作業機。
前記ガバナ板の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサの出力に応じて前記点火系の制御を行う点火制御部と、を具備することを特徴とする請求項５に記載のエンジン作業機。
前記風圧ガバナによって規定される前記クランク軸の回転速度が可変とされ、前記切替位置は、前記風圧ガバナによって規定される前記クランク軸の回転速度に応じて設定されたことを特徴とする請求項５又は６に記載のエンジン作業機。
前記スロットル弁軸は前記制御手段を貫通し、
前記スロットル弁軸の一端側に前記ガバナ板が固定され、
前記スロットル弁軸の他端側に、弾性力を付与するガバナスプリングが装着されたアームが固定されたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のエンジン作業機。
前記クランク軸の回転運動によって駆動される刈刃をシャフトの一端側に具備し、
前記空冷エンジン、前記制御手段、及び前記風圧ガバナを、前記シャフトの他端側に具備する刈払機であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンジン作業機。