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WO2021065660A1 - 空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びエンジン作業機 - Google Patents

空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びエンジン作業機 Download PDF

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Publication number
WO2021065660A1
WO2021065660A1 PCT/JP2020/035976 JP2020035976W WO2021065660A1 WO 2021065660 A1 WO2021065660 A1 WO 2021065660A1 JP 2020035976 W JP2020035976 W JP 2020035976W WO 2021065660 A1 WO2021065660 A1 WO 2021065660A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
fuel
engine
passage
scavenging
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/035976
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佑太 小林
隆広 山崎
Original Assignee
株式会社やまびこ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社やまびこ filed Critical 株式会社やまびこ
Priority to US17/765,843 priority Critical patent/US11913371B2/en
Priority to EP20872146.4A priority patent/EP4039955A4/en
Priority to JP2021550677A priority patent/JPWO2021065660A1/ja
Publication of WO2021065660A1 publication Critical patent/WO2021065660A1/ja

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    • F02B25/20—Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18
    • F02B25/22—Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18 by forming air cushion between charge and combustion residues
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02M7/00—Carburettors with means for influencing, e.g. enriching or keeping constant, fuel/air ratio of charge under varying conditions
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    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
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    • F02D2200/101—Engine speed
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    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/04—Two-stroke combustion engines with electronic control

Definitions

  • the present invention relates to an air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine and an engine working machine powered by the internal combustion engine.
  • a two-cycle internal combustion engine in which air is scavenged with an air-fuel mixture is often used in portable working machines such as brush cutters and chainsaws.
  • This type of two-stroke internal combustion engine has a scavenging passage that connects the crank chamber and the combustion chamber, and the air-fuel mixture precompressed in the crank chamber is introduced into the combustion chamber through the scavenging passage, and the air-fuel mixture is scavenged. Is done.
  • Patent Document 2 the two-stroke internal combustion engine has a well-known problem of "atrium of air-fuel mixture (fresh air)".
  • an air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine has been proposed and has already been put into practical use (see Patent Document 2).
  • the air-fuel mixture is filled from the intake port to the crank chamber during the intake stroke from the bottom dead center to the top dead center, and at the same time, the scavenging passage is filled through the air passage. It is filled with air.
  • the air in the scavenging passage is introduced into the combustion chamber prior to the air-fuel mixture in the crank chamber, so that the combustion exhaust gas is discharged from the exhaust port. It is exhausted (scavenging), and then the air-fuel mixture in the crank chamber is introduced into the combustion chamber. Therefore, the air-leading layered scavenging two-stroke internal combustion engine has an advantage that the air-fuel mixture blow-off during scavenging is reduced.
  • Patent Document 3 has an air duct for supplying the air for pre-scavenging of the combustion chamber to the scavenging passage as an air-leading layered scavenging type two-cycle internal combustion engine, and facilitates the start of the internal combustion engine. Therefore, those having a fuel pipe for supplying fuel from the scavenger to the air duct are described (see claim 1, FIG. 2 to FIG. 4 of Patent Document 3). Then, in the embodiment of FIG. 3 of Patent Document 3, the supply of fuel from the fuel pipe to the air duct is controlled by a control device including various sensors.
  • Patent Document 4 is provided with an auxiliary passage (corresponding to the air duct of Patent Document 3) that opens into the scavenging passage as an air-leading layered scavenging type two-cycle internal combustion engine, and the auxiliary passage is provided with a fuel storage chamber. It is described that the communicating fuel passage is opened and the amount of fuel supplied to the internal combustion engine via the auxiliary passage is controlled by at least one valve (Patent Document 4, claim 1 and drawings, etc.). reference).
  • Patent Document 3 the purpose of supplying fuel to the air duct is to simplify the start of the engine and improve the startability (see claim 1 and paragraph [0003] of Patent Document 3). Therefore, the supply of fuel to the air duct is limited when the engine is started.
  • Patent Document 4 the purpose of supplying fuel to the auxiliary passage is to reduce the fuel consumption when the engine is idling and to lower the exhaust gas value (see paragraph [0005] of Patent Document 4). .. Therefore, Patent Document 4 only discloses the control of the fuel supply amount to the auxiliary passage at the time of idling.
  • the air for pre-scavenging causes the fuel concentration to be diluted or the responsiveness of the engine during acceleration / deceleration operation except when the engine is started or idling.
  • the responsiveness to the driving situation is poor because it adversely affects the engine.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and includes an air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine having good responsiveness to operating conditions other than when the engine is started or idling, and the internal combustion engine. It is intended to provide an engine working machine equipped with an engine.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the present invention has an air passage for supplying air to the scavenging passage communicating the crank chamber and the combustion chamber, and an engine. It is provided with at least one sensor for detecting the operating condition of the engine and a fuel valve for controlling the fuel supply to the air passage based on the detection of the at least one sensor, except when the engine is started and when the engine is idling. Alternatively, the fuel supply to the air passage by the fuel valve is controlled not only when the engine is started or when the engine is idling, but also at other times.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the second aspect of the present invention is the one of the first aspect, wherein the at least one sensor is a sensor for estimating the temperature of the engine and an operator accelerates the engine. It is characterized in that it is either a sensor that estimates the deceleration operation of the engine or a sensor that estimates the deceleration operation of the engine by the operator.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect, at least one of the sensors is a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the engine. To do.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the fourth aspect of the present invention is the one of the second or third aspect, wherein the sensor for estimating the temperature of the engine is a temperature sensor that directly detects the temperature. It is characterized by.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the fourth aspect, the temperature sensor is attached to a cylinder.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the sixth aspect of the present invention has, in any one of the second to fifth aspects, a control for stopping the engine immediately after a predetermined high temperature of the engine is detected. It is characterized by that.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the present invention according to claim 7 is the peripheral surface of a piston that reciprocates in a cylinder connected to the crank chamber in any one of claims 1 to 6.
  • a piston groove that communicates the air passage and the scavenging passage is formed at a predetermined timing.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine includes the air-fuel mixture passage communicating with the crank chamber in any one of claims 1 to 7, and the air passage and the mixture.
  • the fuel valve is installed in a component integrally formed with an air passage.
  • the fuel valve is installed in an intake pipe separate from the vaporizer. It is characterized by that.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to the tenth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to seventh aspects, the fuel valve is installed in the vaporizer.
  • the present invention according to claim 11 is an engine working machine including the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10 as a power source.
  • the present invention of claim 1 when the engine is not started and idling, or when the engine is started or idling, and also at other times, air is required according to the operating condition of the engine. Fuel is supplied to the passage. When fuel is supplied to the air passage, the fuel enters the combustion chamber directly from the scavenging passage, so that the response to combustion is fast. On the other hand, fuel is not supplied to the air passage when it is not needed. Therefore, the air filled from the air passage to the scavenging passage flows into the combustion chamber in advance to perform scavenging, so that the problem peculiar to the two-stroke internal combustion engine, that is, the atrium of the air-fuel mixture is suppressed.
  • the present invention of claim 2 when at least one sensor is a sensor that estimates the temperature of the engine, the following effects can be obtained. That is, when the temperature of the engine detected by the sensor reaches a predetermined high temperature, fuel is supplied to the air passage. This fuel directly cools the pistons and cylinders. Therefore, the piston and the cylinder are cooled quickly and quickly. In this case, preferably, if a fuel mixed with lubricating oil is used, the piston and the cylinder are lubricated promptly and quickly. Further, in this case, preferably, when the temperature of the engine reaches a predetermined high temperature, fuel is supplied to the air passage immediately before the engine is stopped. Therefore, since the piston and the cylinder are directly cooled, seizure between the piston and the cylinder is prevented.
  • At least one sensor is a sensor that estimates the acceleration operation
  • the following effects can be obtained. That is, when the sensor detects the acceleration operation of the engine by the operator, fuel is supplied to the air passage. Since this fuel enters the combustion chamber directly, it is highly responsive to combustion. Therefore, acceleration is realized in response to the acceleration operation of the engine by the operator.
  • the fuel is supplied to the air passage or the fuel supply to the air passage is stopped.
  • the fuel is supplied from the excess air state to assist the deceleration as soon as possible, and the deceleration corresponding to the deceleration operation of the engine by the operator is realized.
  • the fuel supply is stopped from the excess fuel state and the deceleration is assisted as soon as possible, and in this case as well, the deceleration corresponding to the deceleration operation of the engine by the operator is realized.
  • the existing rotation speed sensor is used, which is economical.
  • the temperature is directly detected by the temperature sensor, it is possible to more accurately detect the high temperature state in which the piston or cylinder is likely to malfunction. Further, in some cases, by linking the rotation speed sensor and the temperature sensor, it is possible to more accurately detect a high temperature state in which the piston and the cylinder are easily damaged.
  • the high temperature state can be detected more quickly and accurately.
  • the fuel supplied to the air passage reaches the scavenging passage through the piston groove. That is, since the fuel comes into direct contact with the peripheral surface of the piston together with the air, the cooling performance of the piston is improved.
  • the eighth aspect of the present invention since the arrangement state of the air passage, the air-fuel mixture passage and the fuel valve can be compactly configured, it is particularly suitable when used as a power source for a small working machine.
  • the engine assembly work can be speeded up and labor can be saved.
  • the fuel valve can be installed in the empty space of the carburetor to form the engine compactly.
  • the air-leading layered scavenging two-cycle internal combustion engine (hereinafter, simply referred to as “engine”) according to the present invention is an air-cooled engine mainly mounted as a power source in a portable engine work machine.
  • the working machine in which the engine of the present invention is used include a portable working machine such as a chainsaw, a brush cutter, a power cutter, a hedge trimmer, and a power blower.
  • the engine 1 includes a cylinder block 2 and a piston 4 that reciprocates in the cylinder 3 constituting the cylinder block 2.
  • the combustion chamber 6 is defined by the cylinder head 5 and the piston 4 which form one end side of the cylinder block 2
  • the crankcase 8 is defined by the crankcase 7 and the piston 4 which form the other end side of the cylinder block 2.
  • An ignition plug 9 constituting an ignition device is fixed to the cylinder head 5, and the spark plug 9 rushes into the combustion chamber 6.
  • a crankshaft 10 is rotatably supported in the crankcase 7, and the crankshaft 10 and the piston 4 are connected by a connecting rod 11.
  • the crankshaft 10 is rotationally driven via the connecting rod 11, and the rotational driving force is output to an output shaft (not shown) connected to the crankshaft 10. Will be done.
  • An exhaust port 12, an intake port 13, and at least one scavenging port 14 are opened on the inner wall of the cylinder 3, and these ports 12, 13, and 14 are controlled to open and close at a known predetermined timing by the reciprocating movement of the piston 4. Will be done.
  • the exhaust port 12 communicates with a muffler (not shown) via an exhaust pipe 15.
  • the intake port 13 communicates with the vaporizer 17 via the intake pipe 16.
  • the scavenging port 14 communicates with the crank chamber 8 via the scavenging passage 18.
  • the intake port 13 may be opened in the crankcase 7 instead of the cylinder 3. In this case, a check valve is provided to prevent the air-fuel mixture in the crank chamber 8 from flowing back toward the intake pipe 16 when the piston 4 is lowered.
  • the air purified by the air cleaner 19 is mixed with the fuel by the carburetor 17 to generate an air-fuel mixture, and this air-fuel mixture is sucked into the crank chamber 8 through the intake pipe 16 and the intake port 13. In the suction stroke in which the crank chamber 8 becomes a negative pressure, the air-fuel mixture is generated in the vaporizer 17 and the air-fuel mixture is sucked into the crank chamber 8.
  • the type of the vaporizer 17 is not limited, but a diaphragm type vaporizer having a well-known configuration is preferable as the vaporizer 17 suitable for a portable engine work machine in which the posture of the machine body is frequently changed during work.
  • the vaporizer 17 is connected to the fuel tank 42 via the main fuel passage 20.
  • the engine 1 has an air passage 21 capable of supplying air to the scavenging passage 18 in order to realize air-led layered scavenging.
  • a check valve 21a for preventing backflow of air from the scavenging passage 18 is provided on the air passage 21.
  • the air passage 21 is connected to an air suction port 22 formed at the end of the scavenging passage 18 on the scavenging port 14 side. Then, the air passage 21 guides the air purified by the air cleaner 19 to the scavenging passage 18.
  • the suction stroke in which the crank chamber 8 has a negative pressure
  • air is sucked from the air suction port 22 into the scavenging passage 18 through the air passage 21.
  • this air flows into the cylinder 3 from the scavenging port 14 prior to the air-fuel mixture in the crank chamber 8, and exhausts the exhaust gas from the combustion chamber 6 from the exhaust port 12.
  • the engine 1 has a refueling passage 23 for supplying fuel to the air passage 21.
  • the refueling passage 23 is connected to the fuel tank 42.
  • a fuel valve 24 is arranged on the refueling passage 23. When the fuel valve 24 is opened and the crank chamber 8 becomes negative pressure in the suction stroke, air and fuel are sucked into the scavenging passage 18 from the air suction port 22 through the air passage 21.
  • the fuel valve 24 is electrically controllable, and for example, a solenoid valve (solenoid valve) is used.
  • a solenoid valve solenoid valve
  • the fuel valve 24 is opened and closed by a control device 26 including a microcomputer.
  • the estimation result of at least one sensor 27 (27a to 27d) for detecting the operating status of the engine 1 is input to the control device 26.
  • the control device 26 Based on the detection of the sensor 27, the control device 26 enters the air passage 21 by the fuel valve 24 at times other than when the engine 1 is started and when idling, or when the engine 1 is started or idling, and also at other times. Control the fuel supply of.
  • the at least one sensor 27 includes a sensor 27a that detects and estimates the temperature of the engine 1, a sensor 27b that detects and estimates the rotation speed (rotation speed) of the engine 1, and an operator's acceleration operation of the engine 1. At least one of the sensor 27c that detects and estimates and the sensor 27d that detects and estimates the deceleration operation of the engine 1 by the operator can be used.
  • the rotation speed sensor 27b that detects the rotation speed of the engine 1 is used, and the temperature sensor 27a and the rotation speed sensor 27b are made to cooperate with each other to form the piston 4 and the cylinder 3. It is possible to more accurately detect a high temperature state that is easily damaged by seizure.
  • the temperature sensor 27a for estimating the temperature is preferably a temperature sensor 27a that directly detects the temperature, preferably directly detects the temperature of the cylinder 3, and is preferably attached to the cylinder 3. As the mounting position of the temperature sensor 27a on the cylinder 3, the cylinder head 5 which tends to have the highest temperature is preferable.
  • Both the sensor 27c for detecting the acceleration operation and the sensor 27d for detecting the deceleration operation are, for example, the positions or angles of the output operating members (throttle trigger, throttle lever, etc.) 28 of the engine work machine and the throttle valve 29 of the vaporizer 17. Detect the position.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram at the time of scavenging, (b) is at the time of inhalation and compression, (c) is at the time of explosion, and (d) is at the time of exhaust.
  • the spark plug 9 ignites when the piston 4 reaches top dead center.
  • the air-fuel mixture explodes in the combustion chamber 6, and the piston 4 is pushed down to the bottom dead center, so that the crankshaft 10 rotates and power is generated.
  • the intake port 13 is closed by the descending piston 4, the air-fuel mixture in the crank chamber 8 is precompressed.
  • the fuel valve 24 is opened and operated by the control device 26 by the detection of the sensor 27, so that the fuel is supplied to the air passage 21 as necessary according to the operating condition of the engine 1. Be supplied.
  • the fuel directly enters the combustion chamber 6 from the scavenging passage 18, so that the response to combustion is fast.
  • fuel is not supplied to the air passage 21 when it is not needed. Therefore, the air filled from the air passage 21 to the scavenging passage 18 flows into the combustion chamber 6 in advance to perform scavenging, so that the problem peculiar to the two-stroke internal combustion engine, that is, the aeration of the air-fuel mixture is suppressed.
  • the control device 26 opens the fuel valve 24 to supply fuel to the air passage 21. This fuel directly cools the piston 4 and the cylinder 3. Therefore, the piston 4 and the cylinder 3 are cooled promptly and quickly. As a result, seizure of the engine 1 is prevented.
  • the fuel of the two-cycle internal combustion engine is a mixed fuel obtained by mixing gasoline with lubricating oil. Therefore, when the fuel (mixed fuel) is supplied to the air passage 21, the lubricating oil contained in the fuel lubricates the piston 4 and the cylinder 3 promptly and quickly. This also prevents seizure of the engine 1.
  • the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 can be overfueled enough to stop the engine 1.
  • the engine 1 can be forcibly stopped immediately at a high temperature at which there is a risk of the engine 1 being seized. Since the engine 1 is forcibly stopped immediately before the seizure of the engine 1, the seizure of the engine 1 can be prevented.
  • the sensor 27d detects that the operator decelerates the engine 1 to a predetermined value or less, fuel is supplied to the air passage 21 or the fuel supply to the air passage 21 is stopped. Then, in the former case, fuel is supplied from the excess air state to promptly assist the deceleration, and the deceleration corresponding to the deceleration operation of the engine 1 by the operator is realized. In the latter case, the fuel supply is stopped from the excess fuel state and the deceleration is promptly assisted, and in this case as well, the deceleration corresponding to the deceleration operation of the engine 1 by the operator is realized.
  • FIG. 1 a modified example of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • components that are the same as or equivalent to the example of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those of FIG. 1, and duplicate description will be omitted.
  • the piston 101 of FIG. 3 is provided with a piston groove 106 on the peripheral surface, and the air passage 102 (see FIG. 4) and the scavenging passage 104 (see FIG. 4) are communicated with each other at a predetermined timing through the piston groove 106. It's a type.
  • reference numeral 103 indicates a piston pin hole, and the piston 101 is connected to the connecting rod 11 (see FIG. 1) by a piston pin (not shown) inserted into the piston pin hole 103.
  • the cylinder wall 100 of the cylinder 105 used together with the piston 101 of FIG. 3 has an air port 102a in addition to an intake port and an exhaust port (both not shown) and at least one scavenging port 104a. It is open.
  • the air port 102a communicates with the air passage 102.
  • the air passage 102 has the same configuration as the air passage 21 of FIG.
  • the scavenging port 104a communicates with the crank chamber 8 (see FIG. 1) via the scavenging passage 104. Both the air port 102a and the scavenging port 104a are opened and closed by the piston 101.
  • FIGS. 4A to 4C show the relationship between the piston groove 106, the air port 102a, and the scavenging port 104a in chronological order in the process of ascending the piston 101.
  • FIG. 4B shows a state in which the piston 101 is raised more than in FIG. 4A
  • FIG. 4C shows a state in which the piston 101 is further raised than in FIG. 4B.
  • the outline of the piston 101 is omitted in order to avoid complication of the diagram, and only the piston groove 106 extending in the circumferential direction of the piston 101 is shown in a simplified manner.
  • the piston groove 106 is mixed with the blown-back gas from the previous scavenging until the piston 101 rises from the bottom dead center and the piston groove 106 reaches the air port 102a. ing.
  • This blowback gas contains an air-fuel mixture component.
  • the blowback gas remaining in the piston groove 106 is indicated by dots.
  • FIG. 4B in a state where the piston 101 is further raised shows a state in which the piston groove 106 communicates with the air port 102a.
  • the piston groove 106 does not communicate with the scavenging port 104a. Therefore, even if the piston groove 106 communicates with the air port 102a, no air flow from the air port 102a to the piston groove 106 occurs at this point.
  • FIG. 4C in a state where the piston 101 is raised shows a state in which the piston groove 106 communicates with both the air port 102a and the scavenging port 104a.
  • air is filled in the scavenging passage 104 through the piston groove 106.
  • the fuel timely supplied to the air passage 102 by the sensor 27 and the control device 26 is sent to the scavenging passage 104 via the piston groove 106.
  • the fuel comes into direct contact with the peripheral surface of the piston 101 together with the air, the effect of further improving the cooling performance of the piston 101 can be obtained.
  • the fuel is a mixed fuel containing lubricating oil, the lubrication performance between the piston 101 and the cylinder 105 is further improved.
  • the fuel valve 24 of FIG. 1 is provided with a starting fuel supply function.
  • the engine 30 of FIG. 5 can be said to have, for example, the starting fuel supply valve described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-159146 having a function as the fuel valve 24 of FIG. Therefore, the engine 30 of FIG. 5 has the same effect as that of the engine 1 of FIG. 1, and further has an additional peculiar effect by having a starting fuel supply function.
  • members or elements that are the same as or equivalent to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
  • the intake pipe 31 arranged between the cylinder block 2 and the carburetor 17 is divided into a lower air-fuel mixture passage 33 and an upper air passage 34 by a partition 32. ..
  • the air-fuel mixture passage 33 communicates with the intake port 13 of the cylinder 3 like the intake pipe 16 of FIG.
  • the air passage 34 communicates with the air suction port 22 at the end of the scavenging passage 18 on the scavenging port 14 side via the check valve 21a.
  • the vaporizer 17 includes a fuel pump 36 connected to the fuel tank 42 of the engine work machine via a check valve 35, a fuel chamber 38 connected to the fuel pump 36 via a check valve 37, and the fuel.
  • a main fuel discharge port 40 which is connected to the chamber 38 via a check valve 39, is provided.
  • the main fuel discharge port 40 is open in the intake passage 41 of the carburetor 17.
  • the fuel pump 36 is preferably a pulse-controlled diaphragm pump driven by a pressure pulse generated by the crank chamber 8 of the engine 30.
  • the fuel pump 36 sucks fuel from the fuel tank 42 and supplies it to the fuel chamber 38. Due to the pressure drop in the intake passage 41 caused by the venturi 43, the fuel in the fuel chamber 38 is sucked out from the main fuel discharge port 40 into the intake passage 41.
  • the opening degree of the throttle valve 29 in the intake passage 41 is adjusted by the operator operating the output operating member (throttle trigger, throttle lever, etc.) of the engine working machine, and the engine corresponding to the opening degree of the throttle valve 29. The output is obtained.
  • the vaporizer 17 is also provided with a manual pump 44.
  • the manual pump 44 is for sucking the fuel in the fuel tank 42 into the fuel chamber 38 before starting the engine 30.
  • the manual pump 44 is arranged on the return flow path 45 extending from the fuel chamber 38 to the fuel tank 42.
  • the fuel in the fuel tank 42 is supplied to the fuel chamber 38, the fuel chamber 38 is filled with fuel, and the surplus fuel and the fuel chamber 38 are filled. Gas such as air bubbles is pushed out to the fuel tank 42.
  • the manual pump 44 may be integrally provided with the vaporizer 17, or may be a separate body from the vaporizer 17.
  • the fuel supply device 46 of the engine 30 of FIG. 5 has a fuel valve 48 that automatically adds fuel to the air that has passed through the vaporizer 17, and a valve chamber 49 that houses the valve body 47 of the fuel valve 48. .. Then, by operating the manual pump 44, the fuel in the fuel tank 42 can be moved to the carburetor 17 through the valve chamber 49.
  • the valve chamber 49 is arranged in the middle of the suction flow path 50 from the fuel tank 42 to the fuel pump 36 of the vaporizer 17. Therefore, when the fuel pump 36 operates, the fuel in the fuel tank 42 moves through the valve chamber 49 to the fuel chamber 38 of the vaporizer 17. Further, in one embodiment of FIG. 5, the valve chamber 49 is arranged at a position above the intake passage 41 of the carburetor 17 in the stored state of the engine working machine having the engine 30.
  • the fuel inlet 51 and the fuel outlet 52 communicate with each other in the valve chamber 49, the fuel inlet 51 communicates with the fuel tank 42 through the suction pipe 53, and the fuel outlet 52 communicates with the fuel pump 36 via the check valve 35. ..
  • the suction side end 53a of the suction pipe 53 is located at the lower part in the fuel tank 42, and the suction side end 53a is provided with a filter 54 for preventing the suction of dust.
  • An orifice (valve seat or flow path hole) 55 is opened in the valve chamber 49, and the orifice 55 communicates with the air passage 34 of the intake pipe 31 via the fuel discharge passage 56 and the fuel discharge port 57. There is.
  • the fuel discharge port 57 is open to the air passage 34 of the intake pipe 31.
  • the fuel valve 48 that opens and closes the orifice 55 is controlled by a control device 26 including a microcomputer, like the fuel valve 24 of FIG.
  • the detection results of at least one sensor 27 (27a to 27d) that detects the operating status of the engine 30 are input to the control device 26.
  • control device 26 Based on the detection of the sensor 27, the control device 26 enters the air passage 34 by the fuel valve 48 at times other than when the engine 30 is started and idling, or when the engine 30 is started or idling, and also at other times. Control the fuel supply of.
  • the fuel valve 48 is electrically controllable, and for example, a solenoid valve (solenoid valve) is used.
  • a solenoid valve solenoid valve
  • a battery or the like mounted on an engine work machine can be used as the power source 25 of the fuel valve 48.
  • the operation of the fuel valve 48 at the time of starting the engine is the output of the primary coil of the flywheel magneto that is rotated by the operation of the recoil starter 58 for starting the engine 30, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-159146. It can be controlled by a signal. Specifically, when the operator operates the recoil starter 58, the electromagnetic coil 48a of the fuel valve 48 is excited by the control device 26 based on the output signal of the primary coil of the flywheel magneto, and the fuel valve 48 is opened. Operate. Then, when the engine 30 reaches idle rotation, the electromagnetic coil 48a of the fuel valve 48 is degaussed by the control device 26 based on the output signal of the primary coil of the flywheel magneto, and the fuel valve 48 is closed.
  • the operator when starting the engine 30, the operator first operates the manual pump 44 to supply the fuel in the fuel tank 42 to the fuel chamber 38.
  • the fuel in the fuel tank 42 moves through the valve chamber 49 to the fuel pump 36 and the fuel chamber 38, the fuel chamber 38 is filled with the fuel, and the surplus fuel and gas such as air bubbles in the fuel chamber 38 are filled. Is pushed out to the fuel tank 42 through the return flow path 45.
  • the engine 30 can be started smoothly and reliably.
  • the fuel valve 48 When the operator pulls the recoil starter 58, the fuel valve 48 is opened and operated at the same time, so that the orifice 55 is opened and the fuel in the valve chamber 49 passes through the fuel discharge passage 56 due to the negative pressure of the air passage 34. Inhaled into 34. As a result, starting fuel is added to the air flowing through the air passage 34, and the air and the starting fuel are filled in the scavenging passage 18. The starting fuel sucked into the scavenging passage 18 flows into the combustion chamber 6 when the scavenging port 14 is opened. As a result, the engine 30 can be started smoothly. When the engine 30 reaches idle rotation, the control device 26 automatically closes the fuel valve 48.
  • the fuel in the fuel tank 42 is moved through the valve chamber 49 to the fuel chamber 38 of the vaporizer 17 by the operation of the manual pump 44.
  • the fuel that has entered the valve chamber 49 comes into contact with the valve body 47 of the fuel valve 48 and moistens the valve body 47.
  • the sticking of the valve body 47 to the orifice 55 before starting the engine 30 is eliminated. Therefore, the operation of the fuel valve 48 at the time of starting the engine 30 is reliable, and the startability of the engine 30 is improved.
  • the fuel valve 48 and the valve chamber 49 are provided in the adapter 59 which is separate from the vaporizer 17.
  • the adapter 59 can be arranged between the intake pipe 31 for connecting the carburetor 17 to the cylinder block 2 and the carburetor 17.
  • the adapter 59 is formed with a fuel discharge passage 56 that communicates the valve chamber 49 with the air passage 34 of the intake pipe 31 when the fuel valve 48 is opened.
  • a preferred embodiment, but not limited to, is to form the intake pipe 31 with a contractible bellows.
  • the thickness of the adapter 59 is increased due to the contractility of the intake pipe 31.
  • the fuel valve 48 can be installed in the intake pipe 31 which is a component in which the air passage 34 and the air-fuel mixture passage 33 are integrally formed. In this way, the arrangement state of the air passage 34, the air-fuel mixture passage 33, and the fuel valve 48 can be compactly configured, which is particularly suitable as a power source for a small working machine.
  • the fuel valve 48 may be installed in the intake pipe 31 separate from the carburetor 17. In this way, the ready-made vaporizer 17 can be used as it is, which is economical.
  • the fuel valve 48 can be installed in the carburetor 17.
  • the fuel valve 48 can be installed in the vacant space of the carburetor 17, and the engine 30 can be compactly formed.

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Abstract

クランク室８と燃焼室６とを連通する掃気通路１８に空気を供給するためのエア通路２１と、エンジン１の運転状況を検知する少なくとも一つのセンサ２７と、該少なくとも一つのセンサ２７の検知に基づいて前記エア通路２１への燃料供給を制御する燃料弁２４と、を備え、エンジン１の始動時以外及びアイドリング時以外において、又は、エンジン１の始動時若しくはアイドリング時に加えてそれら以外においても、前記燃料弁２４による前記エア通路２１への燃料供給が制御される。

Description

空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びエンジン作業機
本発明は、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンと、該内燃エンジンを動力源とするエンジン作業機に関するものである。
特許文献１の［０００２］段落に記載されているように、混合気で掃気する形式の２サイクル内燃エンジンは、刈払機、チェーンソーなどの携帯式作業機に多用されている。この種の２サイクル内燃エンジンは、クランク室と燃焼室とを連通する掃気通路を有しており、クランク室で予圧縮された混合気が掃気通路を通じて燃焼室に導入され、この混合気によって掃気が行われる。
また、特許文献１の［０００３］段落に記載されているように、２サイクル内燃エンジンは、周知の「混合気（新気）の吹き抜け」の問題を有している。この問題を解決するために空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンが提案され、既に実用化もされている（特許文献２参照）。
空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンにおいては、ピストンが下死点から上死点に向かう吸気行程時に、吸気ポートからクランク室に混合気が充填され、これと同時に、エア通路を通して掃気通路に空気が充填される。次いで、ピストンが上死点から下降する燃焼、排気行程中の掃気ポート開口時に、クランク室内の混合気に先立って掃気通路内の空気が燃焼室内に導入されることにより、燃焼排ガスが排気ポートから排出され（掃気）、それに続いてクランク室内の混合気が燃焼室内に導入される。このため、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンには、掃気時における混合気の吹き抜けが低減される利点がある。
また、特許文献３には、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンとして、燃焼室の事前掃気用の大気を掃気通路に供給するための空気ダクトを有し、内燃エンジンの始動を円滑化するために燃料を気化器から空気ダクトへ供給するための燃料管を有するものが記載されている（特許文献３の請求項１、図２～図４等参照）。そして、特許文献３の図３の実施例には、燃料管から空気ダクトへの燃料の供給が、各種のセンサを備える制御装置によって制御されるものが記載されている。
さらに、特許文献４には、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンとして、掃気通路に開口する補助通路（特許文献３の空気ダクトに相当）が設けられ、この補助通路に、燃料蓄積室と連通している燃料通路が開口し、補助通路を介して内燃エンジンに供給される燃料の量が少なくとも１つの弁により制御されるものが記載されている（特許文献４の請求項１及び図面等参照）。
特許第６４２５２４０号公報 アメリカ特許第６，８５７，４０２号公報 特許第４２７１８９０号公報 特開２００７－４６６１２号公報
しかしながら、特許文献３のものは、空気ダクトへの燃料の供給目的が、エンジンの始動を簡単化し、始動性を向上させることにある（特許文献３の請求項１及び［０００３］段落参照）。よって、空気ダクトへの燃料の供給は、エンジン始動時に限定される。
また、特許文献４のものは、補助通路への燃料の供給目的が、エンジンのアイドリング時の燃料消費量を少なくし、排ガス値を低くすることにある（特許文献４の［０００５］段落参照）。よって、特許文献４は、アイドリング時における補助通路への燃料供給量の制御を開示するのみである。
ところで、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンには、エンジンの始動時やアイドリング時以外において、事前掃気用の空気が、燃料濃度の希薄化をもたらしたり、加減速操作時のエンジンの応答性に悪影響を及ぼしたりして、運転状況への即応性が悪いという欠点がある。
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたもので、エンジンの始動時以外やアイドリング時以外における運転状況への即応性が良好な空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンと、該内燃エンジンを備えるエンジン作業機を提供しようとするものである。
前記課題を解決するため、請求項１の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、クランク室と燃焼室とを連通する掃気通路に空気を供給するためのエア通路と、エンジンの運転状況を検知する少なくとも一つのセンサと、該少なくとも一つのセンサの検知に基づいて前記エア通路への燃料供給を制御する燃料弁と、を備え、エンジンの始動時以外及びアイドリング時以外において、又は、エンジンの始動時若しくはアイドリング時に加えてそれら以外においても、前記燃料弁による前記エア通路への燃料供給が制御されることを特徴とする。
請求項２の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項１のものにおいて、前記少なくとも一つのセンサが、エンジンの温度を推測するセンサと、操作者によるエンジンの加速操作を推測するセンサと、操作者によるエンジンの減速操作を推測するセンサの、いずれかであることを特徴とする。
請求項３の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項２のものにおいて、前記少なくとも一つのセンサが、エンジンの回転速度を検知する回転速度センサであることを特徴とする。
請求項４の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項２又は３のものにおいて、エンジンの温度を推測する前記センサは、直に温度を検知する温度センサであることを特徴とする。
請求項５の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項４のものにおいて、前記温度センサはシリンダに取り付けられることを特徴とする。
請求項６の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項２乃至５のいずれかのものにおいて、エンジンの所定の高温が検知された直後にエンジンを停止させる制御を有することを特徴とする。
請求項７の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項１乃至６のいずれかのものにおいて、前記クランク室に連結されるシリンダ内を往復摺動するピストンの周面に、所定のタイミングで前記エア通路と前記掃気通路とを連通させるピストン溝が形成されることを特徴とする。
請求項８の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項１乃至７のいずれかのものにおいて、前記クランク室に連通する混合気通路を備え、前記エア通路と前記混合気通路とが一体形成された部品に前記燃料弁が設置されることを特徴とする。
請求項９の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項１乃至７のいずれかのものにおいて、前記燃料弁が、気化器とは別体の吸気管に設置されることを特徴とする。
請求項１０の本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンは、請求項１乃至７のいずれかのものにおいて、前記燃料弁が気化器に設置されることを特徴とする。
請求項１１の本発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンを動力源として備えるエンジン作業機であることを特徴とする。
請求項１の本発明によれば、エンジンの始動時以外及びアイドリング時以外において、又は、エンジンの始動時若しくはアイドリング時に加えてそれら以外においても、エンジンの運転状況に対応し必要に応じて、エア通路へ燃料が供給される。エア通路へ燃料が供給されると、掃気通路から燃焼室へと直に燃料が入るので、燃焼に対する応答性が速い。一方、不必要時にはエア通路への燃料供給はなされない。このため、エア通路から掃気通路へと充填される空気が燃焼室へ先行流入して掃気が行われるので、混合気の吹き抜けという２サイクル内燃エンジンに特有の問題が抑止される。
請求項２の本発明において、少なくとも一つのセンサがエンジンの温度を推測するセンサである場合には、次の作用効果が得られる。すなわち、センサによって検出されるエンジンの温度が所定の高温に達すると、エア通路へ燃料が供給される。この燃料はピストン及びシリンダを直接的に冷却する。よって、ピストン及びシリンダの冷却が即応的且つ迅速に行われる。この場合、好ましくは、潤滑用オイルが混合された燃料を使用すれば、ピストンとシリンダとの潤滑が即応的且つ迅速に行われる。また、この場合、好ましくは、エンジンの温度が所定の高温に達したら、エンジンが停止する直前に、エア通路へ燃料が供給される。よって、ピストン及びシリンダを直接的に冷却するので、ピストンとシリンダとの焼き付きが防止される。
また、請求項２の本発明において、少なくとも一つのセンサが加速操作を推測するセンサである場合には、次の作用効果が得られる。すなわち、センサによって操作者によるエンジンの加速操作が検知されると、エア通路へ燃料が供給される。この燃料は直に燃焼室へと入るので、燃焼に対する応答性が速い。よって、操作者によるエンジンの加速操作に即応して加速が実現する。
さらに、請求項２の本発明において、少なくとも一つのセンサが減速操作を推測するセンサである場合には、次の作用効果が得られる。すなわち、センサによって操作者によるエンジンの減速操作が検知されると、エア通路へ燃料が供給されるか、又はエア通路への燃料供給が停止される。そして、前者の場合には、空気過剰状態から燃料を供給していち早く減速がアシストされ、操作者によるエンジンの減速操作に即応した減速が実現する。後者の場合には、燃料過剰状態から燃料の供給を停止していち早く減速がアシストされ、この場合にも操作者によるエンジンの減速操作に即応した減速が実現する。
請求項３の本発明によれば、既存の回転速度センサを利用するので、経済的である。
請求項４の本発明によれば、温度センサにより直に温度を検知するので、ピストンやシリンダが不具合を起こしそうな高温状態をより正確に検知することができる。また、場合によっては、回転速度センサと温度センサを協働させることにより、より正確にピストンとシリンダが損傷しやすい高温状態を検出することができる。
請求項５の本発明によれば、不具合を起こす可能性のあるピストンやシリンダの近くで温度を検出するので、より早く、正確に高温状態を検出することができる。
請求項６の本発明によれば、所定の高温が検知された直後にエンジンを停止させるので、ピストンとシリンダとの焼き付きが防止される。
請求項７の本発明によれば、エア通路に供給された燃料は、ピストン溝を介して掃気通路に到達する。つまり、燃料が空気と共に直接ピストンの周面に接触するので、ピストンの冷却性能が向上する。
請求項８の本発明によれば、エア通路と混合気通路と燃料弁の配設状態をコンパクトに構成できるので、小型の作業機の動力源として用いる場合に特に好適である。
請求項９の本発明によれば、既成の気化器をそのまま利用することができるので、経済的である。
請求項１０の本発明によれば、燃料弁付きの気化器をあらかじめ準備しておくことで、エンジンの組み立て作業が迅速化及び省力化される。また、気化器の空いたスペースに燃料弁を設置して、エンジンをコンパクトに形成することができる。
請求項１１の本発明によれば、請求項１乃至１０の本発明による前記作用効果が奏される。
本発明の実施の一形態に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンの概略図である。 図１のエンジンの作動行程の説明図である。 図１のエンジンを構成するピストンの変形例を示す斜視図である。 図３のピストンの上昇過程でのエア通路から掃気通路への空気の流入を説明する説明図である。 本発明の他の実施の一形態に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンの概略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係る空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン（以下、単に「エンジン」という。）は、主に携帯式のエンジン作業機に動力源として搭載される空冷式のものである。本発明のエンジンが用いられる作業機としては、チェーンソー、刈払機、動力カッター、ヘッジトリマー、パワーブロワ等の携帯式作業機が挙げられる。
図１に示すように、本発明の実施の一形態に係るエンジン１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２を構成するシリンダ３内を往復摺動するピストン４と、を備える。シリンダブロック２の一端側を構成するシリンダヘッド５とピストン４とによって燃焼室６が画成され、シリンダブロック２の他端側を構成するクランクケース７とピストン４とによってクランク室８が画成される。シリンダヘッド５には点火装置を構成する点火プラグ９が固着され、この点火プラグ９は燃焼室６に突入している。クランクケース７内にはクランク軸１０が回動自在に支持され、このクランク軸１０とピストン４が連接棒１１によって連結される。燃焼室６での爆発によりピストン４がシリンダ３内を往復摺動することにより、連接棒１１を介してクランク軸１０が回転駆動され、クランク軸１０に繋がる図示しない出力軸に回転駆動力が出力される。
シリンダ３の内壁には、排気ポート１２と吸気ポート１３と少なくとも一つの掃気ポート１４が開口しており、これらのポート１２，１３，１４がピストン４の往復動によって公知の所定のタイミングで開閉制御される。排気ポート１２は排気管１５を介して図示しないマフラに連通する。吸気ポート１３は吸気管１６を介して気化器１７に連通する。掃気ポート１４は、掃気通路１８を介してクランク室８に連通する。なお、図示してはいないが、吸気ポート１３は、シリンダ３に代えてクランクケース７に開口形成することもできる。この場合には、ピストン４の下降時にクランク室８内の混合気が吸気管１６側へ逆流するのを阻止する逆止弁を配設する。
エアクリーナ１９で浄化された空気が気化器１７で燃料と混合されて混合気が生成され、この混合気は吸気管１６と吸気ポート１３を通ってクランク室８内に吸入される。クランク室８が負圧となる吸入行程で、気化器１７での混合気の生成及びクランク室８内への混合気の吸入が行われる。気化器１７の形式に限定はないが、作業中に機体の姿勢が頻繁に変更される携帯式のエンジン作業機に適する気化器１７として、周知の構成のダイヤフラム型気化器が好ましい。気化器１７は、主燃料通路２０を介して燃料タンク４２に連結される。
エンジン１は、空気先導型層状掃気を実現するために、掃気通路１８に空気を供給可能なエア通路２１を有する。エア通路２１上には、掃気通路１８からの空気の逆流を防止する逆止弁２１ａが配設される。エア通路２１は、掃気通路１８の掃気ポート１４側の端部に形成されるエア吸入口２２に連結される。そして、エア通路２１は、エアクリーナ１９で浄化された空気を掃気通路１８へと導く。クランク室８が負圧となる吸入行程で、エア通路２１を通ってエア吸入口２２から掃気通路１８内へと空気が吸入される。この空気は、掃気行程において、クランク室８内の混合気に先立って掃気ポート１４からシリンダ３内へと流入し、燃焼室６の排ガスを排気ポート１２から排出させる。
エンジン１は、エア通路２１に燃料を供給するための燃料補給通路２３を有する。この燃料補給通路２３は、燃料タンク４２に連結される。燃料補給通路２３上には燃料弁２４が配設される。燃料弁２４が開き、且つ、吸入行程でクランク室８が負圧になることで、空気と燃料とがエア通路２１を通ってエア吸入口２２から掃気通路１８内へと吸入される。燃料弁２４は電気的に制御可能なものであり、例えば、ソレノイドバルブ（電磁弁）が用いられる。燃料弁２４の電源２５としては、エンジン作業機に搭載される電池等を用いることができる。
燃料弁２４は、マイクロコンピュータを含む制御装置２６によって開閉制御される。制御装置２６には、エンジン１の運転状況を検知する少なくとも一つのセンサ２７（２７ａ～２７ｄ）の推測結果が入力される。制御装置２６は、センサ２７の検知に基づいて、エンジン１の始動時以外及びアイドリング時以外において、又は、エンジン１の始動時若しくはアイドリング時に加えてそれら以外においても、燃料弁２４によるエア通路２１への燃料供給を制御する。
少なくとも一つのセンサ２７としては、エンジン１の温度を検知して推測するセンサ２７ａと、エンジン１の回転速度（回転数）を検知して推測するセンサ２７ｂと、操作者によるエンジン１の加速操作を検知して推測するセンサ２７ｃと、操作者によるエンジン１の減速操作を検知して推測するセンサ２７ｄの、少なくともいずれかを用いることができる。
エンジン１の温度を検知する温度センサ２７ａに加えて、エンジン１の回転速度を検知する回転速度センサ２７ｂを用い、温度センサ２７ａと回転速度センサ２７ｂとを協働させることにより、ピストン４とシリンダ３とが焼き付きにより損傷しやすい高温状態をより正確に検出することができる。
温度を推測するセンサ２７ａは、温度を直に検出する温度センサ２７ａが好ましく、更にシリンダ３の温度を直に検知するのが好ましく、シリンダ３に取り付けられることが好ましい。シリンダ３への温度センサ２７ａの取付位置としては、最も高温になり易いシリンダヘッド５が好ましい。
加速操作を検知するセンサ２７ｃと減速操作を検知するセンサ２７ｄは、いずれも、例えば、エンジン作業機の出力操作部材（スロットルトリガやスロットルレバー等）２８や気化器１７の絞り弁２９の位置又は角度位置を検知する。
次に、図２を参照して、図１のエンジン１の動作について説明する。図２において、（ａ）は掃気時、（ｂ）は吸入及び圧縮時、（ｃ）は爆発時、（ｄ）は排気時の説明図である。
図２（ａ）、（ｂ）を参照して、ピストン４が下死点から上昇する過程でピストン４により掃気ポート１４が閉じると、ピストン４の上昇によりクランク室８内が負圧になる。これにより、エア通路２１から掃気通路１８へと先行掃気用の空気が吸入され、続いて、吸気ポート１３が開くと同時に混合気がクランク室８へと吸入される。燃焼室６では、ピストン４が上死点に達するまで混合気の圧縮が行われる。
図２（ｃ）を参照して、ピストン４が上死点に達した時に点火プラグ９による点火が行われる。これにより燃焼室６で混合気が爆発し、ピストン４が下死点へと押し下げられることで、クランク軸１０が回転して動力が発生する。下降するピストン４により吸気ポート１３が閉じると、クランク室８内の混合気が予圧縮される。
図２（ｄ）を参照して、ピストン４の下降により排気ポート１２が開くと、燃焼ガスの排気が始まる。続いて掃気ポート１４が開き、予圧縮されたクランク室８内の混合気が掃気通路１８を通って燃焼室６へと送り込まれる。このとき、クランク室８内の混合気に先立って、掃気通路１８内の先行掃気用の空気が燃焼室６へと流入し、排気ポート１２へと燃焼ガスを追い出す。このため、掃気時における混合気の吹き抜けが低減される。下死点に達したピストン４は、クランク軸１０の回転により再び上死点へ向けて移動し、以後、同様の作用が繰り返される。
以上のようなエンジン１の作動行程において、センサ２７の検知により制御装置２６によって燃料弁２４が開作動されることにより、エンジン１の運転状況に対応し必要に応じて、エア通路２１へ燃料が供給される。エア通路２１へ燃料が供給されると、掃気通路１８から燃焼室６へと直に燃料が入るので、燃焼に対する応答性が速い。一方、不必要時にはエア通路２１への燃料供給はなされない。このため、エア通路２１から掃気通路１８へと充填される空気が燃焼室６へ先行流入して掃気が行われるので、混合気の吹き抜けという２サイクル内燃エンジンに特有の問題が抑止される。
温度センサ２７ａによってエンジン１が所定の高温に達したことが検知されると、制御装置２６によって燃料弁２４が開作動され、エア通路２１へ燃料が供給される。この燃料はピストン４及びシリンダ３を直接的に冷却する。よって、ピストン４及びシリンダ３の冷却が即応的且つ迅速に行われる。これにより、エンジン１の焼き付きが防止される。
また、２サイクル内燃エンジンの燃料は、ガソリンに潤滑用オイルを混合した混合燃料である。このため、エア通路２１へ燃料（混合燃料）が供給されると、燃料に含まれる潤滑用オイルにより、ピストン４とシリンダ３との潤滑が即応的且つ迅速に行われる。これによっても、エンジン１の焼き付きが防止される。
エア通路２１への燃料の供給量を多くすることで、燃焼室６の混合気を、エンジン１が停止するほど燃料過剰にさせることもできる。このようにすれば、エンジン１が焼き付く危険のある高温時に、即座にエンジン１を強制停止させることができる。エンジン１の焼き付き直前にエンジン１が強制停止されるので、エンジン１の焼き付きが未然に防げる。
センサ２７ｃによって操作者によるエンジン１の所定値以上への加速操作が検知されると、エア通路２１へ燃料が供給される。この燃料は直に燃焼室６へと入るので、燃焼に対する応答性が速い。よって、操作者によるエンジン１の加速操作に即応して加速が実現する。
また、センサ２７ｄによって操作者によるエンジン１の所定値以下への減速操作が検知されると、エア通路２１へ燃料が供給されるか、又はエア通路２１への燃料供給が停止される。そして、前者の場合には、空気過剰状態から燃料を供給していち早く減速がアシストされ、操作者によるエンジン１の減速操作に即応した減速が実現する。後者の場合には、燃料過剰状態から燃料の供給を停止していち早く減速がアシストされ、この場合にも操作者によるエンジン１の減速操作に即応した減速が実現する。
次に、図３及び図４を参照して、図１の変形例を説明する。以下の説明において、図１の例と同一又は均等な構成要素については、図１と同様の符号を付して、重複する説明を省略する。
図３のピストン１０１は、周面にピストン溝１０６を備え、このピストン溝１０６を介して、所定のタイミングでエア通路１０２（図４参照）と掃気通路１０４（図４参照）とが連通されるタイプのものである。図３において、符号１０３はピストンピン孔を示し、このピストンピン孔１０３に挿入されるピストンピン（図示せず）によってピストン１０１が連接棒１１（図１参照）に連結される。
図３のピストン１０１と共に用いられるシリンダ１０５のシリンダ壁１００には、図４に示すように、吸気ポートと排気ポート（いずれも図示省略）と少なくとも一つの掃気ポート１０４ａに加えて、空気ポート１０２ａが開口している。この空気ポート１０２ａは、エア通路１０２に連通する。このエア通路１０２は、図１のエア通路２１と同様の構成である。また、掃気ポート１０４ａは、掃気通路１０４を介してクランク室８（図１参照）に連通する。空気ポート１０２ａと掃気ポート１０４ａは、共にピストン１０１によって開閉される。
図４の（ａ）～（ｃ）は、ピストン１０１が上昇する過程における、ピストン溝１０６と空気ポート１０２ａと掃気ポート１０４ａとの関係を時系列で示したものである。図４（ｂ）は、図４（ａ）よりもピストン１０１が上昇した状態であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）よりもさらにピストン１０１が上昇した状態を示している。なお、図４においては、線図の錯綜を避けるためにピストン１０１の輪郭の図示を省略し、ピストン１０１の周方向に延びるピストン溝１０６のみを単純化して示してある。
図４（ａ）を参照して、ピストン１０１が下死点から上昇し、ピストン溝１０６が空気ポート１０２ａに達する直前までは、ピストン溝１０６には、前回の掃気の際の吹き返しガスが混在している。この吹き返しガスは混合気成分を含んでいる。ピストン溝１０６に残留している吹き返しガスをドットで示す。
ピストン１０１が更に上昇した状態の図４（ｂ）は、ピストン溝１０６が空気ポート１０２ａに連通した状態を示す。この図４（ｂ）の状態では、ピストン溝１０６は掃気ポート１０４ａと連通していない。このため、ピストン溝１０６が空気ポート１０２ａと連通しても、この時点では、空気ポート１０２ａからピストン溝１０６への空気の流動は起こらない。
更にピストン１０１が上昇した状態の図４（ｃ）は、ピストン溝１０６が、空気ポート１０２ａと掃気ポート１０４ａの双方に連通した状態を示す。この図４（ｃ）の状態になると、ピストン溝１０６を介して掃気通路１０４に空気が充填される。
図３及び図４のピストン１０１とシリンダ１０５の組み合わせを含むエンジンによれば、センサ２７と制御装置２６とによってエア通路１０２に適時に供給される燃料が、ピストン溝１０６を介して掃気通路１０４に到達する。つまり、燃料が空気と共に直接ピストン１０１の周面に接触するので、ピストン１０１の冷却性能が一層向上するという効果が得られる。また、燃料が潤滑オイルを含む混合燃料であることから、ピストン１０１とシリンダ１０５との間の潤滑性能も一層向上する。
次に、図５を参照して、本発明の他の実施の一形態に係るエンジン３０を説明する。図５のエンジン３０は、図１の燃料弁２４に、始動燃料供給機能を持たせたものである。あるいは、図５のエンジン３０は、例えば特開平６－１５９１４６号公報に記載の始動燃料供給弁に、図１の燃料弁２４としての機能を持たせたものということもできる。したがって、図５のエンジン３０は、図１のエンジン１による作用効果と同一の作用効果を有し、さらに始動燃料供給機能を有することによる追加的な特有の効果を有する。図５において、図１と同一又は均等な部材又は要素にはそれと同一の符号を付して重複する説明を省略する。
図５のエンジン３０においては、シリンダブロック２と気化器１７との間に配設される吸気管３１が、仕切り３２によって下側の混合気通路３３と上側のエア通路３４とに区画されている。混合気通路３３は、図１の吸気管１６と同じく、シリンダ３の吸気ポート１３に連通する。エア通路３４は、図１のエア通路２１と同じく、逆止弁２１ａを介して、掃気通路１８の掃気ポート１４側の端部のエア吸入口２２に連通する。
気化器１７は、エンジン作業機の燃料タンク４２に逆止弁３５を介して接続される燃料ポンプ３６と、この燃料ポンプ３６に逆止弁３７を介して接続される燃料室３８と、この燃料室３８に逆止弁３９を介して接続される主燃料吐出口４０と、を備える。主燃料吐出口４０は、気化器１７の吸気通路４１内に開口している。
燃料ポンプ３６は、好ましくは、エンジン３０のクランク室８によって発生される圧力パルスで駆動されるパルス制御ダイヤフラムポンプである。燃料ポンプ３６は、燃料タンク４２から燃料を吸い上げて燃料室３８に供給する。ベンチュリ４３によって生ずる吸気通路４１の圧力低下により、燃料室３８内の燃料が主燃料吐出口４０から吸気通路４１内に吸い出される。エンジン作業機の出力操作部材（スロットルトリガやスロットルレバー等）を作業者が操作することで、吸気通路４１内の絞り弁２９の開度が調整され、この絞り弁２９の開度に応じたエンジン出力が得られる。
気化器１７には手動ポンプ４４も配設されている。この手動ポンプ４４は、エンジン３０の始動前に燃料タンク４２内の燃料を燃料室３８に吸い上げるためのものである。手動ポンプ４４は、燃料室３８から燃料タンク４２へと延びる戻し流路４５上に配設される。作業者がエンジン３０の始動前に手動ポンプ４４を操作することによって、燃料タンク４２内の燃料が燃料室３８へと供給され、燃料室３８が燃料で満たされると共に、余剰燃料と燃料室３８内の気泡等の気体とが燃料タンク４２へと押し出される。なお、手動ポンプ４４は、気化器１７に一体に備えられていても良いし、気化器１７とは別体のものであっても良い。
図５のエンジン３０の燃料供給装置４６は、気化器１７を通過した空気に燃料を自動的に添加する燃料弁４８と、この燃料弁４８の弁体４７を収容する弁室４９と、を有する。そして、手動ポンプ４４の操作によって、燃料タンク４２内の燃料が弁室４９を通って気化器１７へ移動可能とされる。
図５の実施の一形態では、燃料タンク４２から気化器１７の燃料ポンプ３６へと至る吸い上げ流路５０の途中に弁室４９が配設される。このため、燃料ポンプ３６が作動すると、燃料タンク４２内の燃料が弁室４９を通って気化器１７の燃料室３８へと移動する。また、図５の実施の一形態では、弁室４９が、エンジン３０を有するエンジン作業機の保管状態において気化器１７の吸気通路４１の上側となる位置に配設される。弁室４９には燃料入口５１と燃料出口５２が連通しており、燃料入口５１は吸入管５３によって燃料タンク４２に連通し、燃料出口５２は逆止弁３５を介して燃料ポンプ３６に連通する。吸入管５３の吸入側端部５３ａは燃料タンク４２内の下部に位置し、吸入側端部５３ａには、ゴミの吸入を防ぐためのフィルタ５４が設けられている。
弁室４９にはオリフィス（弁座又は流路孔）５５が開口しており、このオリフィス５５は、燃料吐出通路５６と燃料吐出口５７とを介して吸気管３１のエア通路３４に連通している。燃料吐出口５７は、吸気管３１のエア通路３４に開口している。オリフィス５５を開閉する燃料弁４８は、図１の燃料弁２４と同じく、マイクロコンピュータを含む制御装置２６によって制御される。制御装置２６には、エンジン３０の運転状況を検知する少なくとも一つのセンサ２７（２７ａ～２７ｄ）の検知結果が入力される。制御装置２６は、センサ２７の検知に基づいて、エンジン３０の始動時以外及びアイドリング時以外において、又は、エンジン３０の始動時若しくはアイドリング時に加えてそれら以外においても、燃料弁４８によるエア通路３４への燃料供給を制御する。
燃料弁４８は電気的に制御可能なものであり、例えば、ソレノイドバルブ（電磁弁）が用いられる。燃料弁４８の電源２５としては、エンジン作業機に搭載される電池等を用いることができる。
エンジン始動時における燃料弁４８の作動は、特開平６－１５９１４６号公報に記載されているように、エンジン３０を始動させるためのリコイルスタータ５８の操作により回転するフライホイールマグネトの１次コイルの出力信号によって制御することができる。具体的には、作業者がリコイルスタータ５８を操作すると、フライホイールマグネトの１次コイルの出力信号に基づいて、制御装置２６によって燃料弁４８の電磁コイル４８ａが励磁されて、燃料弁４８が開作動する。そして、エンジン３０がアイドル回転に達すると、フライホイールマグネトの１次コイルの出力信号に基づいて、制御装置２６によって燃料弁４８の電磁コイル４８ａが消磁されて、燃料弁４８が閉じる。
前記構成において、エンジン３０を始動させる際には、作業者はまず手動ポンプ４４を操作して、燃料タンク４２内の燃料を燃料室３８へと供給する。これにより、燃料タンク４２内の燃料が弁室４９を通って燃料ポンプ３６、燃料室３８へと移動し、燃料室３８が燃料で満たされると共に、余剰燃料と燃料室３８内の気泡等の気体とが戻し流路４５を通って燃料タンク４２へと押し出される。これにより、エンジン３０の始動が円滑且つ確実に行われる。
続いて作業者が、エンジン３０の始動スイッチを入れてリコイルスタータ５８を引き操作すると、クランクシャフト１０と連接棒１１とを介してシリンダブロック２内をピストン４が往復動し、これに同期して、点火プラグ９による点火が行われる。シリンダブロック２内でのピストン４の往復動により、気化器１７の吸気通路４１に負圧が発生し、燃料室３８内の燃料が主燃料吐出口４０から吸気通路４１内へと吸い出される。これにより、混合気が生成される。
作業者によるリコイルスタータ５８の引き操作は、同時に、燃料弁４８を開作動させるので、オリフィス５５が開き、エア通路３４の負圧によって弁室４９内の燃料が燃料吐出通路５６を通ってエア通路３４へと吸入される。これにより、エア通路３４を流れる空気に始動用の燃料が添加され、この空気と始動用の燃料は掃気通路１８に充填される。掃気通路１８に吸入された始動用の燃料は、掃気ポート１４の開口時に燃焼室６に流入する。これにより、エンジン３０の始動が円滑に行われる。エンジン３０がアイドル回転に達すると、制御装置２６によって燃料弁４８が自動的に閉じる。
図５の実施の一形態では、エンジン３０の始動前に、手動ポンプ４４の操作により、燃料タンク４２内の燃料が弁室４９を通って気化器１７の燃料室３８へと移動する。弁室４９に入った燃料は燃料弁４８の弁体４７に接触し、弁体４７を潤す。これにより、エンジン３０の始動前にオリフィス５５への弁体４７の貼り付きが解消される。このため、エンジン３０の始動時における燃料弁４８の作動が確実であり、エンジン３０の始動性が向上する。
図５の例では、好ましい実施の一形態として、燃料弁４８と弁室４９とが気化器１７とは別体のアダプタ５９に設けられる。この場合、アダプタ５９は、気化器１７をシリンダブロック２に接続するための吸気管３１と気化器１７との間に配設可能とされる。そして、アダプタ５９には、燃料弁４８の開作動時に弁室４９と吸気管３１のエア通路３４とを連通させる燃料吐出通路５６が形成される。また、アダプタ５９にも仕切り３２を設けることで、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンの特性が更に良くなる。
限定はされないが、好ましい実施の一形態として、収縮可能なベローズで吸気管３１を形成すると良い。このようにすれば、燃料弁４８と弁室４９とを持たない既存の気化器１７と吸気管３１との間にアダプタを配設する際に、吸気管３１の収縮性によってアダプタ５９の厚さ寸法を吸収することができる。よって、気化器１７からシリンダブロック２に至る構成の大型化を回避できる。
燃料弁４８の配設態様の好適な一例として、エア通路３４と混合気通路３３とが一体形成された部品である吸気管３１に燃料弁４８を設置することができる。このようにすれば、エア通路３４と混合気通路３３と燃料弁４８の配設状態をコンパクトに構成できるので、小型の作業機の動力源として特に好適である。
燃料弁４８の配設態様の好適な他の一例として、燃料弁４８を気化器１７とは別体の吸気管３１に設置することもできる。このようにすれば、既成の気化器１７をそのまま利用することができるので、経済的である。
燃料弁４８の配設態様の好適な他の一例として、燃料弁４８を気化器１７に設置することもできる。この場合、燃料弁４８付きの気化器１７をあらかじめ準備しておくことで、エンジン３０の組み立て作業が迅速化及び省力化される利点がある。また、気化器１７の空いたスペースに燃料弁４８を設置して、エンジン３０をコンパクトに形成することができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

Claims (11)

  1. クランク室と燃焼室とを連通する掃気通路に空気を供給するためのエア通路と、エンジンの運転状況を検知する少なくとも一つのセンサと、該少なくとも一つのセンサの検知に基づいて前記エア通路への燃料供給を制御する燃料弁と、を備え、エンジンの始動時以外及びアイドリング時以外において、又は、エンジンの始動時若しくはアイドリング時に加えてそれら以外においても、前記燃料弁による前記エア通路への燃料供給が制御される、空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  2. 前記少なくとも一つのセンサが、エンジンの温度を推測するセンサと、操作者によるエンジンの加速操作を推測するセンサと、操作者によるエンジンの減速操作を推測するセンサの、いずれかである、請求項１に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  3. 前記少なくとも一つのセンサが、エンジンの回転速度を検知する回転速度センサである、請求項２に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  4. エンジンの温度を推測する前記センサは、直に温度を検知する温度センサである、請求項２又は３に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  5. 前記温度センサは前記シリンダに取り付けられる、請求項４に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  6. エンジンの所定の高温が検知された直後にエンジンを停止させる制御を有する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  7. 前記クランク室に連結されるシリンダ内を往復摺動するピストンの周面に、所定のタイミングで前記エア通路と前記掃気通路とを連通させるピストン溝が形成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  8. 前記クランク室に連通する混合気通路を備え、前記エア通路と前記混合気通路とが一体形成された部品に前記燃料弁が設置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  9. 前記燃料弁が、気化器とは別体の吸気管に設置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  10. 前記燃料弁が気化器に設置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の空気先導型層状掃気式２サイクル内燃エンジンを動力源として備える、エンジン作業機。
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