エンジン作業機
【課題】
製品寸法およびエンジン出力を従来と同等に維持しながら排気音を低減させ、マフラー側面が振動することによる振動音も低減させたエンジン作業機を提供する。
【解決手段】
エンジン３６の駆動軸方向（Ｙ方向）、排気口の開口方向（Ｚ方向）、ピストンの動作方向（Ｘ方向）がそれぞれ略直交するよう構成されたエンジン３６であって、マフラー４がエンジン３６の排気口２４近傍に締結され、マフラー４は上下方向に長い形状として、シリンダ下端部を通る鉛直面７２よりも下方向に延ばし、更にエンジン３６の中心方向に突出させる突出部３２を設けて空間６４の分の容積を確保した。マフラー４の形状を下方向に大きく延ばしたために、燃料タンク２２を左側（−Ｚ方向）にオフセットして配置し、左側端部を矢印８０のように上に伸ばして空間６８の部分を容積を確保した。
製品寸法およびエンジン出力を従来と同等に維持しながら排気音を低減させ、マフラー側面が振動することによる振動音も低減させたエンジン作業機を提供する。
【解決手段】
エンジン３６の駆動軸方向（Ｙ方向）、排気口の開口方向（Ｚ方向）、ピストンの動作方向（Ｘ方向）がそれぞれ略直交するよう構成されたエンジン３６であって、マフラー４がエンジン３６の排気口２４近傍に締結され、マフラー４は上下方向に長い形状として、シリンダ下端部を通る鉛直面７２よりも下方向に延ばし、更にエンジン３６の中心方向に突出させる突出部３２を設けて空間６４の分の容積を確保した。マフラー４の形状を下方向に大きく延ばしたために、燃料タンク２２を左側（−Ｚ方向）にオフセットして配置し、左側端部を矢印８０のように上に伸ばして空間６８の部分を容積を確保した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主にエンジン作業機の動力源に用いられるエンジンの改良に関し、特に改良したマフラーを有するエンジン作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
刈払機、送風機、ヘッジトリマ、チェンソー、カッタなどの携帯型のエンジン作業機は屋外で使用されることが多い。そのため、特に市街地等の人口密集地域においては、騒音の抑制が課題となることが多く、ユーザから低騒音化への要求が高い。しかしながら、同時にエンジン作業機であるがゆえ小型化の要求も高い。エンジン作業機の動力源に用いられるエンジンは、駆動軸（クランク軸）に先端工具、冷却用のファン、手動始動装置などの被駆動装置が設置され、エンジンに多数の部品が隣接する高密度設計とされるのが一般的である。そのため、小型と低騒音を両立すべく、例えば特許文献１ではマフラーにおいて内部構造や排気ガスの排出口の構造上の工夫が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５６８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１については、排気ガスの排出口を複数設けて、所定距離以上離隔して設けることで排気音の低減を図っている。しかしながら、マフラーにおいてはエンジンから高温・高圧ガスがマフラーに瞬時に噴出されることによる排気音の他に、高温・高圧ガスの噴出による圧力脈動でマフラー側面が振動することによる振動音が発生するため、従来よりも更なる排気音の低減を得ることが難しかった。さらに、エンジンの出力を従来と同等にするためには、排気ガスの背圧増加を防ぐ必要があるので、排出口の開口面積を一定以上に確保しなければならない。通常、マフラーにおいては排気音の騒音源は排出口となるので、この排出口の開口面積を小さくすることが排気音低減には望ましいが、上記の理由から、排出口の開口面積を小さくすることが難しく、更なる排気音低減効果を得ることが難しかった。
【０００５】
この課題に対してエンジン作業機としては、小さな製品寸法、及び、十分なエンジン出力を維持しながら排気音を低減させることができるマフラーが望まれている。また、マフラーの壁面が振動することによる振動音の低減も望まれている。これらの課題をマフラー容積の拡大のみで対応しようとすると、例えば１ｄＢの騒音低減をするにはマフラー容積を２倍以上にする必要があり、小型化が求められるエンジン作業機においては、設計難易度の上昇に対する効果が小さいという問題があった。また、尾管面積を縮小することで対応するには、例えば１ｄＢの騒音低減を図るには尾管面積を半分以下にする必要があり、エンジン出力との両立が困難であった。
【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、マフラーから発生する騒音を更に低減することができるエンジン作業機を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、大全体の大きさをコンパクトに構成しつつマフラーの大型化を図ったエンジン作業機を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、エンジンの高出力化と低騒音化を両立するために、マフラーの容積と尾管面積の関係を最適に構成したエンジン作業機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
【００１０】
本発明の一つの特徴によれば、エンジンと、エンジンに供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、エンジンから排出される排気音を抑制するマフラーを有し、エンジンの駆動軸方向、排気口の開口方向、ピストンの動作方向がそれぞれ略直交するよう構成されたエンジン作業機であって、マフラーは、内部の膨張室の一つがエンジンの排気口に連結されるようにエンジンの排出口に締結され、締結位置においてピストンの移動方向と平行な締結平面よりもエンジン側に延在する突出部を有し、突出部がエンジンのピストンの移動方向において点火プラグから遠い側の端部近傍に配置され、排気口と対向するマフラー側面が締結平面と略平行となるように配置した。また、燃料タンクは、エンジンのクランクケースの下部であってマフラーの突出部の側方になるようにオフセットして設けるようにした。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、マフラーの容積がエンジンの排気量に対して１７倍以上であり、マフラーの排出口に形成される尾管の開口面積が、排気量に対して０．３倍以上０．８倍以下とした。このエンジンは、ピストンが鉛直方向に往復移動するように配置され、エンジンの排気口の断面は略鉛直になるように位置し、マフラーの寸法は、厚さ方向＜横方向＜縦方向のように縦長の形状とした。マフラーの寸法の縦方向／横方向の比は１．５以上とすると好ましい。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴によれば、マフラーは、締結手段によりエンジンに締結され、エンジンから離れた側のマフラー側面およびエンジン排気口と対向するマフラー側面において、締結手段からピストンの移動方向において離間した位置にマフラー側面の剛性を高める手段を配置した。剛性を高める手段はネジとネジを貫通させる管であって、管はエンジンから離れた側のマフラー側面とエンジン排気口と対向するマフラー側面に固定される。マフラーの内部にはエンジン排気口と連通する第一膨張室と、排気ガスを大気中に排出するための排出口を有する第二膨張室を有し、第一膨張室と第二膨張室を接続する第三膨張室を設け、第三膨張室に排気ガス成分を浄化するための触媒を配置した。この第三膨張室は突出部の内部空間を含むように配置すると好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１によれば、マフラーの一部にエンジン側に延在する突出部を設け、燃料タンクをエンジンのクランクケースの下部であってマフラーの突出部の側方にオフセットして設けるようにしたので、駆動軸の両端の各部に影響を与えることが少なく、点火プラグの交換作業等の妨げとなることが少なく、排気口の開口方向へのエンジン全長を大きくすることなくマフラー容積を効果的に増加させることができる。従って、コンパクトな構成で背圧低減および出力向上をし易くなり、更に、排気音の低減効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２によれば、マフラーの容積がエンジンの排気量に対して１７倍以上であり、マフラーの排出口に形成される尾管の開口面積が、排気量に対して０．３倍以上０．８倍以下であるので、エンジンの出力を低下させることなく確実に騒音低減が可能となる。また、限られたスペース内でマフラーを大型化するという設計難易度の上昇に対して、大幅な低騒音効果と出力の維持という難易度に見合う効果が得られる。
【００１５】
請求項３によれば、マフラーの寸法は、厚さ方向＜横方向＜縦方向のように縦長の形状としたので、エンジンの全長増加に直結する厚さ方向の増加を防止でき、エンジンの全長を最小とすることでコンパクトにできる。
【００１６】
請求項４によればマフラーの縦方向／横方向の比は１．５以上であるので、一般的にピストン動作方向に最も長くなり易いエンジンとマフラーのレイアウトを合わせることで、エンジン作業機の更なるコンパクト化が実現できる。
【００１７】
請求項５によれば、エンジンから離れた側のマフラー側面およびエンジン排気口と対向するマフラー側面において、締結手段からピストンの移動方向において離間した位置にマフラー側面の剛性を高める手段を配置したので、より広範囲に渡ってマフラー側面の剛性を高めることができるので、より一層マフラー側面の膜振動の振幅を抑制し、振動音を低減することができる。
【００１８】
請求項６によれば、剛性を高める手段はネジとネジを貫通させる管であって、その管はエンジンから離れた側のマフラー側面とエンジン排気口と対向するマフラー側面に固定されるので、より効果的にマフラー側面の剛性を高めることができるので、より一層マフラー側面の膜振動の振幅を抑制し、振動音を低減することができる。さらに、マフラーをエンジン排気口近傍のみで締結する場合、マフラーが片持ち状態となってマフラーの振動が増大する懸念があるが、本構成ではこれを抑制することができ、振動による金属疲労を抑制し、耐久性を高めることができる。
【００１９】
請求項７によれば、エンジン排気口と連通する第一膨張室と、排気ガスを大気中に排出するための排出口を有する第二膨張室を有し、第一膨張室と第二膨張室を接続する第三膨張室を設け、第三膨張室に排気ガス成分を浄化するための触媒を配置したので、触媒にて排気ガス成分を燃焼させることにより排気ガスのクリーン化を達成できる。
【００２０】
請求項８によれば、第三膨張室は突出部の内部空間を含むように配置されるので、大きな容積が確保し易い突出部に触媒を配置することで、触媒を大きくする変更の場合でも対応できる。また、触媒を大型化した場合でも、マフラー側面との隙間を確保し易いため、触媒の熱がマフラー側面に伝わることを抑制できる。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係るエンジン作業機の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るエンジン作業機の右側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ部の断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るエンジン作業機の上面図であって、一部に図２のＢ−Ｂ部の断面を示す。
【図５】図２のＣ−Ｃ部の断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４と燃料タンク２２の大きさと配置関係を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４とエンジン３６の大きさを説明するための側面図である。
【図８】マフラー容積一定の場合の、単位排気量あたりの尾管面積とエンジン出力の関係を示す図である。
【図９】尾管面積一定の場合の、単位排気量あたりのマフラー容積と騒音の関係を示す図である。
【図１０】マフラー容積一定の場合の、単位排気量あたりの尾管面積と騒音の関係を示す図である。
【図１１】単位排気量あたりのマフラー容積と尾管面積との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る断面図である（断面位置は図２のＡ−Ａ部に相当する）。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、左右方向（Ｘ方向）、前後方向（Ｙ方向）、上下方向（Ｚ方向）は各図に示す方向であるとして説明する。また、マフラー単体で見た際の方向は、幅方向をＹ方向とし、厚さ方向をＸ方向とし、縦方向をＺ方向であるとして説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施例に係るエンジン作業機１を刈払機に適用した例の外観を示す斜視図である。エンジン作業機１は、樹脂製のシリンダカバー３にエンジンが収容され、エンジンの左側（−Ｚ方向）には、側部には気化器をカバーすると共に吸入する空気を濾過するエアクリーナー２が設けられ、エンジンの右側（＋Ｚ方向）にはマフラー４が設けられる。収容されるエンジンはいわゆる縦置きに配置され、後述するピストンの往復動方向がＸ方向となり、プラグキャップ３４がエンジンの上部に位置する。エンジン作業機１の前方の出力軸側には、出力伝達機構をカバーする第二ボリュートケース９が取り付けられる。第二ボリュートケース９の先端（＋Ｙ方向）側には、装着される駆動軸（図示せず）を保持する挿入部３９が設けられる。第二ボリュートケース９の下側にはエンジン作業機１を床等に置く際の支えとなる脚部９Ａが設けられる。エンジン本体と第二ボリュートケース９の間には第一ボリュートケース８が設けられる。
【００２５】
本実施例のマフラー４は、略直方体の基本形状をしており、その長手方向が縦方向（Ｘ方向）になるように配置される。これは限られたスペースにおいて効果的な排気音低減を行うため、マフラー４を縦方向に大きくしてその容積をできるだけ大きく確保したためである。マフラー４は、マフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂとマフラー締結ボルト６の３本のボルトによってエンジンに直接固定される。マフラー４の側部には、後述する冷却ファンを収容する第一ボリュートケース８の空気取入口２９から空気を導入するための管路、つまり空気導入通路７が設けられる。略鉛直方向に配置されるマフラー外側面（エンジンから離れた側のマフラー側面）２７には、広範囲に渡って剛性を高めるとともに、壁面の膜振動による振動音を低減するためのリブが設けられる。
【００２６】
図２はエンジン作業機１を右側方から見た側面図である。マフラー４の縦方向（Ｘ方向）においてマフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂは、エンジンのクランク軸（Ｂ−Ｂ断面上に位置する）よりもプラグキャップ３４に接続された点火プラグに近い側（Ｂ−Ｂ断面の上側）に配置される。マフラー締結ボルト６は、マフラー外側面２７においてマフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂと点火プラグ１２から遠い側のマフラーの下端部４Ｂを略２等分し、かつ、ピストンの移動方向Ｘと直交する駆動軸方向Ｙ（マフラー単体の横方向）に関して、マフラーを略２等分する位置に配置される。本実施例ではマフラー締結ボルト６は、縦方向において駆動軸の軸線（駆動軸線）とほぼ同じ位置に配置される。このような配置により、広範囲に渡ってマフラー外側面２７の剛性を高めることができるので、効果的にマフラー側面の膜振動の振幅を抑制し、振動音を低減することができる。
【００２７】
エンジンの後方には、牽引ひもを巻回するリールをクラッチを介してエンジンの駆動軸に連結し、スターターノブ１１によって牽引ひもを引くことによってエンジンを始動する手動式のスターター１０が取り付けられる。図２ではその内部構造の記載を省略しているが、スターター１０としては手動式のスターターだけでなく、リコイルスターターを用いるもの、バッテリによって電動モーターを駆動するもの等、公知の始動装置を使用することができる。
【００２８】
本実施例では、ピストンの移動方向（±Ｘ方向）に関して、マフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂとマフラー締結ボルト６の距離Ｌ１、マフラー締結ボルト６と下端部４Ｂの距離Ｌ２を、およそＬ１：Ｌ２＝４：６とした。また、駆動軸方向（Ｙ方向）に関して、マフラー締結ボルト６とマフラーの前後両端部からの距離Ｌ３、Ｌ４は、およそＬ３：Ｌ４＝４：６とした。このような構成とすることにより、マフラー外側面２７において、マフラー締結ボルト６により広範囲に渡って剛性を高めることができ、マフラー外側面２７の膜振動による振動音を低減することができる。また、マフラー４をシリンダ３０に強く締め付けて固定できるため、マフラー４全体の振動を低減することができ、振動による締結部分の金属疲労を低減することができ、耐久性を向上させることができる。
【００２９】
マフラー４からの排気ガスを排出させる尾管１７は、Ｘ方向で見ると、Ｂ−Ｂ断面（エンジンの駆動軸を通る水平な面）より点火プラグ１２に近い側に配置され、排気ガスの流出方向はＥＸ１のごとく尾管１７において駆動軸と同じ方向（Ｂ−Ｂ断面と平行）になるように構成される。尾管１７によって大気へ開口する開口面積が形成される。本実施例のマフラー４において開口部は１つである。本実施例は尾管１７の開口面積、言い換えればマフラー４の排出口の開口面積は、シリンダボアの面積の３％以下に設定した。このようにシリンダボアの面積に対して尾管１７の開口面積を十分取ることで、出力低下を招くことなく、排気音抑制効果を得ることができる。
【００３０】
エンジンを始動する場合には、通常、エンジン作業機１を地面に置いてスターター１０のスターターノブ１１を引くことによって始動操作を行う。本実施例では尾管１７の位置がピストンの移動方向Ｘにおいて地面から所定の高さを確保できるので、地面上の石や草等の障害物よりも重力方向において上方の位置を確保し易く、自ずとマフラー排出口の近傍に石や草等の障害物となるものがないような構成となるため、スムーズに始動操作を行うことが可能となる。また、エンジン作業機１を地面に置いて暖機等のためにエンジンの回転数を上げた場合においても、地面上の塵や埃などを排気ガスによって舞い上げることが少ないので、作業者にとって塵や埃が周囲に舞い上がる煩わしさを緩和することができる。さらに、舞い上がった塵や埃がエンジンに吸引されエアクリーナー２に内包されたエアフィルタの目詰まりを進行させることを抑制することもできる。
【００３１】
エンジン作業機１は作業者が手で扱う作業機であるため、作業中は重力方向においてエンジン作業機１が作業者の耳より下方に位置していることが多い。そのため、エンジン３６のピストンの移動方向と重力方向が略一致する場合、尾管１７から発生する排気音を少なくとも作業者の耳が位置する重力方向上方に向かって放出しないことで、作業者が感ずる排気音を低減することができる。好適には、マフラー排出口において、排気ガス流出方向と駆動軸の平行線の交差角が０°〜６０°に設定されれば、排気ガスの流出方向ＥＸ１が少なくとも重力方向において作業者の耳に近付く方向である重力方向の上方に向かうことを抑制できるので、作業者が感ずる排気音を低減することができる。
【００３２】
尚、上述した各比率や廃棄方向は上述したものに限られるわけではない。例えば、Ｌ１：Ｌ２は好適には４：６ないし６：４の範囲、Ｌ３：Ｌ４は好適には４：６ないし６：４の範囲に設定されるが良い。また、尾管１７において、排気ガス流出方向ＥＸ２のごとく点火プラグ１２から遠ざかる方向に向かうよう、即ちＢ−Ｂ断面と交差するように尾管１７の向きを斜めにしても良く、ＥＸ１とＥＸ２交差角θが０°〜６０°に設定されるのが良い。
【００３３】
図３は図２のＡ−Ａ部の断面図である。エンジン３６は、排気量２１ｃｃの２サイクル小型単気筒エンジンである。駆動軸２０にはコンロッドを介してピストン１９が連結され、ピストン１９がシリンダ３０の内部で上下に往復運動する。ピストン１９の動作方向Ｘ、駆動軸方向Ｙ、排気口の開口方向Ｚは互いに略直交している。シリンダ３０には排気ガスをエンジン３６の外部に排出するための排気口２４が形成される。エンジンの吸入−圧縮−爆発−排気の行程は、公知の２サイクルエンジンと同じであるので、詳細な説明は省略する。本実施例では、シリンダ３０は、シリンダ本体部、ヘッド部分、放熱フィンが、例えばアルミニウム合金で一体鋳造で形成され、シリンダ３０の上部には点火プラグ１２が取り付けられる。点火プラグ１２への図示しない点火装置から所定のタイミングにてプラグキャップ３４を介して高圧電流が供給される。
【００３４】
シリンダカバー３は、例えばプラスチック製の覆いであり、運転時に高温になるシリンダ３０を覆い、作業者がそれらに直接触れないようにしている。そのため、シリンダカバー３には多数の通風口が形成される。エンジン３６には気化器２３が設けられ、気化器２３の左側（−Ｚ方向）には、エアクリーナー２が設けられる。
【００３５】
クランクケース２１の下側（−Ｚ方向）には燃料タンク２２が配置される。エンジン３６とマフラー４の間、及び、燃料タンク２２とマフラー４の間には遮熱板３８が介在させて、マフラー４の熱がエンジン３６の冷却に影響しないように、また、マフラー４の輻射熱を遮断して燃料タンク２２の温度上昇を抑制している。遮熱板３８は、例えば薄いアルミニウムの板に断熱材を貼付けて構成される。従来のエンジン作業機においては、燃料タンク２２はクランクケース２１に下側であって、エンジン３６の左右中心面を基準にすると左右対称になるように配置されることが多かった。これは燃料タンク２２に貯蔵される混合ガソリン等の燃料の重さにより、エンジン作業機１の左右の重量バランスが崩れるのを防ぐためである。しかしながら、本実施例では、マフラー４を従来のエンジン作業機のマフラーに比べて上下方向に大きくして、従来の燃料タンクが位置している部分まで延びるように突出部をも設けるように構成された。そこで、本実施例では燃料タンク２２の位置を左側（−Ｚ方向）にオフセットさせることによって、下側に延びるマフラー４の占める空間を確保するとともにこれら重量バランスを調整するようにした。このマフラー４と燃料タンク２２との配置関係については後述する。
【００３６】
エンジン３６の右側にはマフラー４が配置される。マフラー４には排気口２４との連通部３１が設けられ、連通部３１の近傍に配置されたマフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂによって、シール性を確保するための遮熱板３８を介在させて、シリンダ３０の排気口２４近傍に締結される。マフラー４はマフラー締結ボルト６によってクランクケース２１に締結される。マフラー４はさらに円筒状のカラー１６を貫通するマフラー締結ボルト６によってクランクケース２１に固定される。カラー１６及びマフラー締結ボルト６はエンジン３６の排気口２４と対向するマフラー外側面２７の剛性を高める手段として機能する。
【００３７】
シリンダ３０およびクランクケース２１からなるエンジン３６と対向するマフラー内側面２６は、排気口２４とマフラー４の締結位置においてピストンの移動方向Ｘに平行な締結平面Ｍよりエンジン３６側に延在する突出部３２を有している。突出部３２はピストンの移動方向Ｘに関して点火プラグ１２から遠い下端部４Ｂ近傍に配置される。また、排気口２４と対向するマフラー外側面２７は締結平面Ｍと略平行であるよう構成される。なお、マフラー外側面２７と締結平面Ｍの距離（マフラー４の厚さ方向距離）の最小値ＬＡと最大値ＬＢは、おおよそＬＡ／ＬＢ＝０．７５の関係となっているが、ＬＡ／ＬＢ＝０．７〜１．０の範囲に設定すると良い。
【００３８】
マフラー４の内部には仕切り板３７が設けられ、連通部３１を有する第一膨張室１３Ａ、排気ガスの尾管１７を有する第二膨張室１３Ｂを隔てている。第一膨張室１３Ａ、第二膨張室１３Ｂの間には、突出部３２近傍に配置された追加膨張室である第三膨張室１３Ｃが配置される。第三膨張室１３Ｃは、板金で成型され、仕切り板３７に溶接にて固定される鉄製の膨張室ケース１５Ａ、１５Ｂによって形成される。第三膨張室１３Ｃの内部には、排気ガス成分を燃焼によって浄化する触媒１４が設けられ、膨張室ケース１５Ａ、１５Ｂにはそれぞれ第一膨張室１３Ａ、第二膨張室１３Ｂと連通する膨張室開口部２５Ａ、２５Ｂが設けられる。ここで、触媒１４は突出部３２の近傍になるように配置される。このように第三膨張室１３Ｃを配置することによって排気音の低減効果を高めることができる。また、第三膨張室１３Ｃに触媒１４を内包したことで、マフラー４の側壁に対する触媒１４の露出面積を効果的に低減することができるので、触媒１４を入れた場合でもマフラー４の壁面の温度上昇を効果的に抑制することができる。尚、触媒１４は、それぞれステンレス製の円筒の内部にパラジウム、ロジウム等を蒸着させたハニカム状のステンレス箔を挿入して固定したＨＣ、ＣＯ等を酸化させる酸化触媒としている。触媒１４は、突出部３２の内部空間に配置され、ピストン１９の駆動軸Ｙ方向において、クランクケース２１の側方下部に位置している。このように、触媒１４を熱源であるシリンダ３０から離間して設けたことで、熱源が一ヶ所に集中することを避けることができるので、エンジン作業機１全体の温度上昇を抑制することができる。
【００３９】
第一膨張室１３Ａにおいては、空気導入通路７と連通する空気導入口１８が設けられる。この空気を導入する手段たる空気導入口１８は、図１及び図２で示した空気導入通路７のマフラー４側の開口部となるものである。尾管１７の開口面積は、シリンダ３０のボアＤの面積に対して約３％となるように設定され、さらに、膨張室開口部２５Ａ 、２５Ｂの開口面積は、尾管１７の開口面積に対して５倍以下、例えば約４倍となるよう設定される。たとえば、シリンダボアＤが３１ｍｍの場合、開口面積は約７５５ｍｍ２であるから、尾管１７は直径φ５．５の円に相当する開口面積２４ｍｍ２程度、膨張室開口部２５Ａ、２５Ｂは直径φ１１の円に相当する開口面積９７ｍｍ２程度となる。このように連通部（膨張室開口部２５Ａ 、２５Ｂ）における開口面積をマフラー排出口の開口面積に対して所定以上確保しつつ、所定以下に制限することで、連通部における排気抵抗が過剰とならず、かつ、排気音の低減効果を得ることができる。この構成において、エンジン作業機１はエアクリーナー２、気化器２３を介してエンジン３６内部に燃料と空気を吸入し、燃料と空気を燃焼させた後に排気ガスとして排気口２４より排出する。このとき、ピストン１９の往復運動が駆動軸２０の回転運動に変化される。
【００４０】
排気ガスは空気導入口１８より第一膨張室１３Ａに流入する空気の流れＡＩＲ２と共に排気ガスの流れＥＸのごとく、膨張室開口部２５Ａを通過して第三膨張室１３Ｃに流入する。その後、触媒１４、膨張室開口部２５Ｂを通過した後、尾管１７より大気中に排出される。ここで、マフラー４はマフラー外側面２７が締結平面Ｍと略平行になるように形成される。さらに、下端部４Ｂの近傍において、マフラー内側面２６が締結平面Ｍよりも−Ｚ方向に突出する突出部３２が形成されるので、排気口の開口方向Ｚの全長を長くすることなく、マフラー容積を大幅に増加させることができる。これにより、マフラー４の背圧が低減されるのでエンジン３６の出力を向上し易くなると同時に、排気音の低減効果を得ることが可能となる。従って、マフラー４における排気音の騒音源である尾管１７の開口面積を、従来よりも比較的小さく設定しても出力が低下しにくいため、出力を維持しながら排気音を効果的に低減することが可能となる。
【００４１】
本実施例ではさらに突出部３２の近傍に第三膨張室１３Ｃを配置したので、第三膨張室１３Ｃの容積を他の位置に設置するよりも大きくすることができるので、第三膨張室１３Ｃの膨張室開口部２５Ａ、２５Ｂの開口面積を比較的小さく設定しても出力が低下しにくい。これらから、第一膨張室１３Ａから第三膨張室１３Ｃに放出される排気音は、第三膨張室１３Ｃにとっての騒音源である膨張室開口部２５Ａの開口面積を従来より比較的小さくすることで低減され、同様に第三膨張室１３Ｃから第二膨張室１３Ｂに放出される排気音も膨張室開口部２５Ｂを従来より比較的小さくすることで低減される。
【００４２】
さらに、触媒１４をより大型化する設計変更を行う場合においても、突出部３２によって第三膨張室１３Ｃの容積が十分確保されており、寸法に余裕があるため、大きな変更を行うことなく、容易に設計変更に対応することが可能となる。また、空気導入口１８より空気を第一膨張室１３Ａに導入することによって、触媒１４で排気ガス成分を燃焼させる際に必要な酸素を供給することができるので、触媒の浄化性能を向上させることができる。さらに、突出部３２により第一膨張室１３Ａの容積が大きく形成されており、第一膨張室１３Ａにおける背圧が低減されるので、空気導入に必要なポンプ能力を低減することができることから、容易に第一膨張室１３Ａに空気を導入することが可能となる。
【００４３】
図４はエンジン作業機１の上面図であって、一部に図２のＢ−Ｂ部の断面を示す。エンジン作業機１において、駆動軸２０の一端にはスターター１０およびスターターノブ１１が配置され、他端には冷却ファン２８が配置される。冷却ファン２８はシリンダ３０への冷却用の空気流を発生させるものであるが、併せてフライホイールとしての役割を果たすものである。さらに、冷却ファン２８の周方向の所定位置には、点火プラグ１２への高圧電流の供給を行うタイミングを決定して点火装置（図示せず）に伝達するためのマグネット（図示せず）が配置される。冷却ファン２８はクランクケース２１の一部である第一ボリュートケース８および第二ボリュートケース９の内側に配置される。第一ボリュートケース８には空気導入通路７の空気取入口２９が配置される。空気取入口２９には第一膨張室１３Ａからの排気ガスの逆流を防ぐ逆止弁３５が設けられる。
【００４４】
以上説明したようにエンジン３６が始動することにより駆動軸２０が回転するので、冷却ファン２８はＡＩＲ１の方向に空気を吸入し、エンジン３６のシリンダ３０付近に送出することによってエンジン３６の冷却を行う。このとき、冷却ファン２８で発生した風の一部を空気取入口２９においてＡＩＲ２のごとく取り出すことで、空気導入通路７を介して空気をマフラー４の第一膨張室１３Ａ内に導入することができる。
【００４５】
このように空気取入口２９を第一ボリュートケース８に配置したことで、第一膨張室１３Ａから空気導入通路７を介して空気取入口２９に至る伝熱経路を長くすることができ、空気取入口２９にマフラーの熱が伝わって温度上昇することを抑制でき、空気取入口２９付近に配置される逆止弁３５の耐久性を向上させることができる。また、空気取入口２９を配置するために別途に追加部品や形状変更を行う必要がなく、空気取入口２９をコンパクトに配置することができる。さらに、第一ボリュートケース８、第二ボリュートケース９の内部には冷却ファン２８によって常に風が発生しているため、空気取入口２９および逆止弁３５はこの風によって十分冷却される。以上のように、エンジン３６の冷却用に配置される冷却ファン２８の風の一部をマフラー４に空気を導入する構造としたので、マフラー４に空気を送出するための別のポンプや送風ファン等を配置する必要がない。従って、コスト、重量、製品寸法の増加を最小限としながら、マフラー４に空気を導入する手段を低コストかつコンパクトに実現でき触媒の排気ガス成分の浄化性能を向上させることができる。
【００４６】
図５は図２のＣ−Ｃ部の断面図である。冷却ファン２８の外周部を覆う第一ボリュートケース８の内周側の壁部において、冷却ファン２８の中心Ｎからの距離がほぼ最小となる位置に空気取入口２９が配置される。第一ボリュートケース８は、中心Ｎに関して冷却ファン２８の回転方向Ｈに合わせて反時計周りに中心Ｎから内周壁への距離が除除に大きくなるよう形成されており、距離が最大となる付近で吐出部３３とシリンダカバー３が滑らかにつながるよう形成される。このような構成において、冷却ファン２８が回転すると、ＡＩＲ３のごとく第一ボリュートケース８の内周側の壁面を沿って風が流れ、吐出部３３から流出した風はシリンダカバー３によってシリンダ３０の各部に導かれ、シリンダ３０を冷却する。一方、ＡＩＲ２のごとく風の一部が空気取入口２９から空気導入通路７を介して第一膨張室１３Ａの空気導入口１８に到達し、第一膨張室１３Ａ内に導入される。
【００４７】
このように既存の第一ボリュートケース８を利用して空気導入手段を配置することにより、空気取入口２９の配置のために別途の部品、形状を構成する必要がない。従って、空気取入口をコンパクトに配置することが可能となる。さらに、空気取入口２９が形成される内壁部分は第一ボリュートケース８において中心Ｎからの距離がほぼ最小の位置に配置されるので、吐出部３３からシリンダカバー３に導かれる風量の低下を最小限に抑制することができる。従って、冷却や送風等の目的に使用される吐出部３３の風量低下を最小限に抑制しながら、マフラー４の第一膨張室１３Ａに導入するための空気を取り出すことができる。更に本実施例では、マフラー４において容積が従来より比較的大きくなるように形成されるので、第一膨張室１３Ａに空気を導入するためのポンプ能力が低減されるので、効率よく空気を第一膨張室１３Ａに導入することができる。さらに第一ボリュートケース８内部は冷却ファン２８による風が常に流れているため、マフラー４と空気導入通路７の接続部からマフラー４の熱が伝わってきた場合でも、空気取入口２９の温度上昇を防止することができ、耐久性を向上させることができる。
【００４８】
図６は、本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４の大きさを説明するための側面図である。図６から理解できるように、マフラー４はエンジン３６の右側（＋Ｚ側）に取り付けられる。従来のマフラーにおいては、連通部３１がエンジン３６の排気口２４に接続されるため、マフラーの上端部はＸ方向において矢印４１付近に位置する。従来のエンジン作業機におけるマフラーは、主に空間６１と空間６２だけの大きさにより構成されていた。しかしながら本実施例では、マフラー４の容積を増やすために、マフラー４をシリンダ室下端面７２よりも下側（−Ｘ方向）まで矢印７６の方向に延ばして空間６３の部分を確保した。さらに、この確保した空間６３をさらに拡大するために空間６３から左側（−Ｚ方向）まで矢印７７の方向にマフラー４の側壁面を突出させるように拡大して空間６４の部分を確保した。この空間６４が位置する部分が、排気口２４の開口を通る面である締結平面Ｍよりも左側にまで突出させた突出部３２である。このようにマフラー４の形状を工夫することによって、従来例に比べて十分大きなマフラー容積を確保できた。
【００４９】
一方、マフラー４を大型化すると従来マフラーの下側に配置されていた燃料タンクの設置スペースが削減されることになる。本実施例ではマフラー４がシリンダ室下端面７２よりも下方向に、及び、締結平面Ｍよりも左方向に延びたことによって、燃料タンク２２のシリンダ中心面７５ｂよりも右側の空間６５が矢印７８のように圧縮されて小さくなってしまった。このことは収容可能な燃料の減少を意味し好ましいことではない。そこで、本実施例では燃料タンク２２の左端を矢印７９のようにシリンダカバー左端面７５ａよりも左方向（−Ｚ方向）に延ばして空間６７を確保し、さらに矢印８０のように上方向（＋Ｘ方向）にも延ばし、その上端面２２Ａがシリンダ室下端面７２とほぼ同じ位置まで到達するように構成した。このように空間６７及び６８を確保することによって従来と同じ程度のタンク容量を確保した。また、このように燃料タンク２２の形状を変えても、空間６７及び空間６８と左右中心面７４と面対称になる付近にはマフラー４が位置することになるので、重量的には良好な左右バランスを確保することができる。尚、エンジン３６及び燃料タンク２２とマフラー４の間には遮熱板として機能する遮熱板３８が設けられるので、マフラー４の高温が燃料タンク２２に伝わるのを大きく低減させることができる。尚、燃料タンク２２の空間６５を矢印７８のように圧縮したとしても、その右端がシリンダ中心面７５ｂよりも右側あるように配置することが好ましい。
【００５０】
図７は、本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４の大きさを説明するための側面図である。図７ではマフラー４とエンジン３６の大きさが比較できるように、エンジン３６を点線で示している。マフラー４の各寸法比は、縦方向：横方向：厚さ方向＝２．４：１．２：１．０となるように設定した。ここでマフラー４のマフラー容積（ｃｃ）が、エンジン３６の排気量（ｃｃ）に対して略１７倍以上であり、かつ、尾管面積（ｍｍ２）が排気量（ｃｃ）に対して略０．８倍以下に、特に好ましくは０．３倍以上０．８倍以下になるように設定した。このように設定することによりエンジン３６の出力をある程度確保しながら、大幅な騒音低減が可能となる。
【００５１】
また図７のマフラー４は、ピストンの移動方向をマフラーの縦方向、駆動軸方向をマフラーの横方向、排気開口方向をマフラーの厚さ方向とした時に、厚さ＜横＜縦となるよう設定され、且つ、縦／横比が１．５以上に設定される。マフラー４の横方向（エンジン作業機で見ると前後方向）はエンジン３６の全長増加に直結するため、これを最小とすることでコンパクトにできる。また、エンジン３６は一般的にピストン１９の移動方向に最も長くなり易いため、これとマフラー４のレイアウトを合わせることで、更にコンパクトにできる。
【００５２】
次に図８から図１１を用いてマフラー４の容積、尾管面積、騒音の関係を説明する。ここでは、エンジンの排気量が２１ｃｃの２サイクルエンジンを用いている。図８は排気量あたりの尾管面積と、エンジンの出力（Ｋｗ）との関係を示したものである。ここではマフラー容積は一定の３８８．５ｃｃであり、マフラー容積／排気量が１８．５となる。この状況下において尾管面積を替えた５つのマフラーを準備して測定したところ、尾管面積／排気量が略１．３以上でエンジン３６の最大出力０．７５Ｋｗが得られ、尾管面積／排気量が０．９になると、最大出力よりも５％程度出力が低下するとことが判明した。通常尾管面積を小さくすると騒音レベルが減少するが、同時にエンジンの出力も低下するので、少なくとも尾管面積／排気量が略０．９以上になるようにマフラーの容積を設定すれば、騒音エンジンのほぼ最大出力を得ることができる。
【００５３】
図９は、排気量あたりのマフラー容積と、騒音（ｄＢＡ）との関係を示したものである。ここでは尾管面積は９．４５ｃｍ２であり、尾管面積／排気量が０．４５の関係となる。この実験からわかるように、通常マフラー容積を大きくすると騒音レベルも低下する。
【００５４】
図１０は、排気量あたりの尾管面積と、騒音（ｄＢＡ）との関係を示したものである。ここではマフラー容積は一定の３８８．５ｃｃであり、マフラー容積／排気量が１８．５となる。この実験からわかるように、通常尾管面積／排気量を大きくすると騒音レベルも増大する。このエンジンの実用的な最小騒音値を７０ｄＢＡとすると、尾管面積が０．９以下で１ｄＢ以上の騒音低減効果があることが理解できる。
【００５５】
図１１は、単位排気量あたりのマフラー容積と尾管面積との関係を示す図である。エンジンの出力として０．７Ｋｗを保つ際の関係を調べたところ、尾管面積を小さくしてもマフラー容積を大きくすれば良いことがわかった。また、同様のマフラー容積のまま尾管面積を小さくすると、エンジン出力が２０〜３０％程度低下することが理解できる。図１０の結果により、騒音レベルを低く抑える為には、尾管面積／排気量を０．９以下にするのが好ましい。一方、エンジンの出力を大きくするには、マフラー容積を大きくすれば良く、本実験の結果、マフラー容積（ｃｃ）が排気量（ｃｃ）に対して略１７倍以上であり、かつ、尾管面積（ｍｍ２）が排気量（ｃｃ）に対して略０．８倍以下に設定されれば良いことが理解できる。尚、尾管面積（ｍｍ２）を小さくしすぎるとエンジンの出力が小さくなりすぎるので、出力が２０〜３０％低下する尾管面積／排気量が略０．３倍以上であると良い。
【００５６】
以上説明したように、本実施例においては、マフラー４を大型化すると共に燃料タンク２２の配置を変更したので、エンジン作業機１の外観形状をほぼ同等のままで、大幅な低騒音効果と出力の維持を図るマフラー構造を実現できた。
【実施例２】
【００５７】
次に図１２を用いて第２の実施例によるエンジン作業機を説明する。図１２は図２のＡ−Ａ断面位置に相当する断面図である。マフラー８４のマフラー外側面８９の剛性を高める手段としてカラー８７の内部にマフラー締結ボルト８６が内包されるよう形成される。カラー８７はマフラー内側面８８ないしマフラー外側面８９のいずれかの接触面において溶接にて接合される。このようにマフラー締結ボルト８６を短くした構成においても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、マフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂも同様にカラーの内部に収容されるように、短く形成しても同様の効果が得られる。
【００５８】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本明細書では本発明をピストン１９の移動方向が地面に対して垂直に構成される刈払機に適用した例について説明したが、上述のエンジン作業機１のレイアウトを維持したまま、ピストン１９の移動方向を水平とした配置となる作業機（例えばヘッジトリマ、カルチベータ等）に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ エンジン作業機 ２ エアクリーナー ３ シリンダカバー
４ マフラー ４Ａ 上端部 ４Ｂ 下端部
５Ａ、５Ｂ、６ マフラー締結ボルト ７ 空気導入通路
８ 第一ボリュートケース ９ 第二ボリュートケース
９Ａ 脚部 １０ スターター １１ スターターノブ
１２ 点火プラグ １３Ａ 第一膨張室 １３Ｂ 第二膨張室
１３Ｃ 第三膨張室 １４ 触媒 １５Ａ 膨張室ケース
１５Ｂ 膨張室ケース １６ カラー １７ 尾管
１８ 空気導入口 １９ ピストン ２０ 駆動軸
２１ クランクケース ２２ 燃料タンク ２３ 気化器
２４ 排気口 ２５Ａ 膨張室開口部 ２５Ｂ 膨張室開口部
２６ マフラー内側面 ２７ マフラー外側面 ２８ 冷却ファン
２９ 空気取入口 ３０ シリンダ ３１ 連通部
３２ 突出部 ３３ 吐出部 ３４ プラグキャップ
３５ 逆止弁 ３６ エンジン ３７ 仕切り板
３８ 遮熱板 ３９ 挿入部
６１、６２、６３、６４、６７、６８ 空間
７１ 排気口面 ７２ シリンダ室下端面 ７４ 左右中心面
７５ａ シリンダカバー左端面 ７５ｂ シリンダ中心面
７６〜８０ 矢印 ８４ マフラー
８６ マフラー締結ボルト ８７ カラー
８８ マフラー内側面 ８９ マフラー外側面
Ｄ ボア内径 Ｍ 締結平面 Ｎ 冷却ファンの中心
Ｈ 冷却ファンの回転方向 ＡＩＲ１ 冷却風 ＡＩＲ２ 導入空気
ＡＩＲ３ 冷却風 ＥＸ 排気ガス
ＥＸ１ 排気ガス流出方向 ＥＸ２ 排気ガス流出方向
ＬＡ 締結平面からマフラー側面の距離の最小値
ＬＢ 締結平面からマフラー側面の距離の最大値
【技術分野】
【０００１】
本発明は主にエンジン作業機の動力源に用いられるエンジンの改良に関し、特に改良したマフラーを有するエンジン作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
刈払機、送風機、ヘッジトリマ、チェンソー、カッタなどの携帯型のエンジン作業機は屋外で使用されることが多い。そのため、特に市街地等の人口密集地域においては、騒音の抑制が課題となることが多く、ユーザから低騒音化への要求が高い。しかしながら、同時にエンジン作業機であるがゆえ小型化の要求も高い。エンジン作業機の動力源に用いられるエンジンは、駆動軸（クランク軸）に先端工具、冷却用のファン、手動始動装置などの被駆動装置が設置され、エンジンに多数の部品が隣接する高密度設計とされるのが一般的である。そのため、小型と低騒音を両立すべく、例えば特許文献１ではマフラーにおいて内部構造や排気ガスの排出口の構造上の工夫が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５６８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１については、排気ガスの排出口を複数設けて、所定距離以上離隔して設けることで排気音の低減を図っている。しかしながら、マフラーにおいてはエンジンから高温・高圧ガスがマフラーに瞬時に噴出されることによる排気音の他に、高温・高圧ガスの噴出による圧力脈動でマフラー側面が振動することによる振動音が発生するため、従来よりも更なる排気音の低減を得ることが難しかった。さらに、エンジンの出力を従来と同等にするためには、排気ガスの背圧増加を防ぐ必要があるので、排出口の開口面積を一定以上に確保しなければならない。通常、マフラーにおいては排気音の騒音源は排出口となるので、この排出口の開口面積を小さくすることが排気音低減には望ましいが、上記の理由から、排出口の開口面積を小さくすることが難しく、更なる排気音低減効果を得ることが難しかった。
【０００５】
この課題に対してエンジン作業機としては、小さな製品寸法、及び、十分なエンジン出力を維持しながら排気音を低減させることができるマフラーが望まれている。また、マフラーの壁面が振動することによる振動音の低減も望まれている。これらの課題をマフラー容積の拡大のみで対応しようとすると、例えば１ｄＢの騒音低減をするにはマフラー容積を２倍以上にする必要があり、小型化が求められるエンジン作業機においては、設計難易度の上昇に対する効果が小さいという問題があった。また、尾管面積を縮小することで対応するには、例えば１ｄＢの騒音低減を図るには尾管面積を半分以下にする必要があり、エンジン出力との両立が困難であった。
【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、マフラーから発生する騒音を更に低減することができるエンジン作業機を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、大全体の大きさをコンパクトに構成しつつマフラーの大型化を図ったエンジン作業機を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、エンジンの高出力化と低騒音化を両立するために、マフラーの容積と尾管面積の関係を最適に構成したエンジン作業機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
【００１０】
本発明の一つの特徴によれば、エンジンと、エンジンに供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、エンジンから排出される排気音を抑制するマフラーを有し、エンジンの駆動軸方向、排気口の開口方向、ピストンの動作方向がそれぞれ略直交するよう構成されたエンジン作業機であって、マフラーは、内部の膨張室の一つがエンジンの排気口に連結されるようにエンジンの排出口に締結され、締結位置においてピストンの移動方向と平行な締結平面よりもエンジン側に延在する突出部を有し、突出部がエンジンのピストンの移動方向において点火プラグから遠い側の端部近傍に配置され、排気口と対向するマフラー側面が締結平面と略平行となるように配置した。また、燃料タンクは、エンジンのクランクケースの下部であってマフラーの突出部の側方になるようにオフセットして設けるようにした。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、マフラーの容積がエンジンの排気量に対して１７倍以上であり、マフラーの排出口に形成される尾管の開口面積が、排気量に対して０．３倍以上０．８倍以下とした。このエンジンは、ピストンが鉛直方向に往復移動するように配置され、エンジンの排気口の断面は略鉛直になるように位置し、マフラーの寸法は、厚さ方向＜横方向＜縦方向のように縦長の形状とした。マフラーの寸法の縦方向／横方向の比は１．５以上とすると好ましい。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴によれば、マフラーは、締結手段によりエンジンに締結され、エンジンから離れた側のマフラー側面およびエンジン排気口と対向するマフラー側面において、締結手段からピストンの移動方向において離間した位置にマフラー側面の剛性を高める手段を配置した。剛性を高める手段はネジとネジを貫通させる管であって、管はエンジンから離れた側のマフラー側面とエンジン排気口と対向するマフラー側面に固定される。マフラーの内部にはエンジン排気口と連通する第一膨張室と、排気ガスを大気中に排出するための排出口を有する第二膨張室を有し、第一膨張室と第二膨張室を接続する第三膨張室を設け、第三膨張室に排気ガス成分を浄化するための触媒を配置した。この第三膨張室は突出部の内部空間を含むように配置すると好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１によれば、マフラーの一部にエンジン側に延在する突出部を設け、燃料タンクをエンジンのクランクケースの下部であってマフラーの突出部の側方にオフセットして設けるようにしたので、駆動軸の両端の各部に影響を与えることが少なく、点火プラグの交換作業等の妨げとなることが少なく、排気口の開口方向へのエンジン全長を大きくすることなくマフラー容積を効果的に増加させることができる。従って、コンパクトな構成で背圧低減および出力向上をし易くなり、更に、排気音の低減効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２によれば、マフラーの容積がエンジンの排気量に対して１７倍以上であり、マフラーの排出口に形成される尾管の開口面積が、排気量に対して０．３倍以上０．８倍以下であるので、エンジンの出力を低下させることなく確実に騒音低減が可能となる。また、限られたスペース内でマフラーを大型化するという設計難易度の上昇に対して、大幅な低騒音効果と出力の維持という難易度に見合う効果が得られる。
【００１５】
請求項３によれば、マフラーの寸法は、厚さ方向＜横方向＜縦方向のように縦長の形状としたので、エンジンの全長増加に直結する厚さ方向の増加を防止でき、エンジンの全長を最小とすることでコンパクトにできる。
【００１６】
請求項４によればマフラーの縦方向／横方向の比は１．５以上であるので、一般的にピストン動作方向に最も長くなり易いエンジンとマフラーのレイアウトを合わせることで、エンジン作業機の更なるコンパクト化が実現できる。
【００１７】
請求項５によれば、エンジンから離れた側のマフラー側面およびエンジン排気口と対向するマフラー側面において、締結手段からピストンの移動方向において離間した位置にマフラー側面の剛性を高める手段を配置したので、より広範囲に渡ってマフラー側面の剛性を高めることができるので、より一層マフラー側面の膜振動の振幅を抑制し、振動音を低減することができる。
【００１８】
請求項６によれば、剛性を高める手段はネジとネジを貫通させる管であって、その管はエンジンから離れた側のマフラー側面とエンジン排気口と対向するマフラー側面に固定されるので、より効果的にマフラー側面の剛性を高めることができるので、より一層マフラー側面の膜振動の振幅を抑制し、振動音を低減することができる。さらに、マフラーをエンジン排気口近傍のみで締結する場合、マフラーが片持ち状態となってマフラーの振動が増大する懸念があるが、本構成ではこれを抑制することができ、振動による金属疲労を抑制し、耐久性を高めることができる。
【００１９】
請求項７によれば、エンジン排気口と連通する第一膨張室と、排気ガスを大気中に排出するための排出口を有する第二膨張室を有し、第一膨張室と第二膨張室を接続する第三膨張室を設け、第三膨張室に排気ガス成分を浄化するための触媒を配置したので、触媒にて排気ガス成分を燃焼させることにより排気ガスのクリーン化を達成できる。
【００２０】
請求項８によれば、第三膨張室は突出部の内部空間を含むように配置されるので、大きな容積が確保し易い突出部に触媒を配置することで、触媒を大きくする変更の場合でも対応できる。また、触媒を大型化した場合でも、マフラー側面との隙間を確保し易いため、触媒の熱がマフラー側面に伝わることを抑制できる。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係るエンジン作業機の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るエンジン作業機の右側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ部の断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るエンジン作業機の上面図であって、一部に図２のＢ−Ｂ部の断面を示す。
【図５】図２のＣ−Ｃ部の断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４と燃料タンク２２の大きさと配置関係を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４とエンジン３６の大きさを説明するための側面図である。
【図８】マフラー容積一定の場合の、単位排気量あたりの尾管面積とエンジン出力の関係を示す図である。
【図９】尾管面積一定の場合の、単位排気量あたりのマフラー容積と騒音の関係を示す図である。
【図１０】マフラー容積一定の場合の、単位排気量あたりの尾管面積と騒音の関係を示す図である。
【図１１】単位排気量あたりのマフラー容積と尾管面積との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る断面図である（断面位置は図２のＡ−Ａ部に相当する）。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、左右方向（Ｘ方向）、前後方向（Ｙ方向）、上下方向（Ｚ方向）は各図に示す方向であるとして説明する。また、マフラー単体で見た際の方向は、幅方向をＹ方向とし、厚さ方向をＸ方向とし、縦方向をＺ方向であるとして説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施例に係るエンジン作業機１を刈払機に適用した例の外観を示す斜視図である。エンジン作業機１は、樹脂製のシリンダカバー３にエンジンが収容され、エンジンの左側（−Ｚ方向）には、側部には気化器をカバーすると共に吸入する空気を濾過するエアクリーナー２が設けられ、エンジンの右側（＋Ｚ方向）にはマフラー４が設けられる。収容されるエンジンはいわゆる縦置きに配置され、後述するピストンの往復動方向がＸ方向となり、プラグキャップ３４がエンジンの上部に位置する。エンジン作業機１の前方の出力軸側には、出力伝達機構をカバーする第二ボリュートケース９が取り付けられる。第二ボリュートケース９の先端（＋Ｙ方向）側には、装着される駆動軸（図示せず）を保持する挿入部３９が設けられる。第二ボリュートケース９の下側にはエンジン作業機１を床等に置く際の支えとなる脚部９Ａが設けられる。エンジン本体と第二ボリュートケース９の間には第一ボリュートケース８が設けられる。
【００２５】
本実施例のマフラー４は、略直方体の基本形状をしており、その長手方向が縦方向（Ｘ方向）になるように配置される。これは限られたスペースにおいて効果的な排気音低減を行うため、マフラー４を縦方向に大きくしてその容積をできるだけ大きく確保したためである。マフラー４は、マフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂとマフラー締結ボルト６の３本のボルトによってエンジンに直接固定される。マフラー４の側部には、後述する冷却ファンを収容する第一ボリュートケース８の空気取入口２９から空気を導入するための管路、つまり空気導入通路７が設けられる。略鉛直方向に配置されるマフラー外側面（エンジンから離れた側のマフラー側面）２７には、広範囲に渡って剛性を高めるとともに、壁面の膜振動による振動音を低減するためのリブが設けられる。
【００２６】
図２はエンジン作業機１を右側方から見た側面図である。マフラー４の縦方向（Ｘ方向）においてマフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂは、エンジンのクランク軸（Ｂ−Ｂ断面上に位置する）よりもプラグキャップ３４に接続された点火プラグに近い側（Ｂ−Ｂ断面の上側）に配置される。マフラー締結ボルト６は、マフラー外側面２７においてマフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂと点火プラグ１２から遠い側のマフラーの下端部４Ｂを略２等分し、かつ、ピストンの移動方向Ｘと直交する駆動軸方向Ｙ（マフラー単体の横方向）に関して、マフラーを略２等分する位置に配置される。本実施例ではマフラー締結ボルト６は、縦方向において駆動軸の軸線（駆動軸線）とほぼ同じ位置に配置される。このような配置により、広範囲に渡ってマフラー外側面２７の剛性を高めることができるので、効果的にマフラー側面の膜振動の振幅を抑制し、振動音を低減することができる。
【００２７】
エンジンの後方には、牽引ひもを巻回するリールをクラッチを介してエンジンの駆動軸に連結し、スターターノブ１１によって牽引ひもを引くことによってエンジンを始動する手動式のスターター１０が取り付けられる。図２ではその内部構造の記載を省略しているが、スターター１０としては手動式のスターターだけでなく、リコイルスターターを用いるもの、バッテリによって電動モーターを駆動するもの等、公知の始動装置を使用することができる。
【００２８】
本実施例では、ピストンの移動方向（±Ｘ方向）に関して、マフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂとマフラー締結ボルト６の距離Ｌ１、マフラー締結ボルト６と下端部４Ｂの距離Ｌ２を、およそＬ１：Ｌ２＝４：６とした。また、駆動軸方向（Ｙ方向）に関して、マフラー締結ボルト６とマフラーの前後両端部からの距離Ｌ３、Ｌ４は、およそＬ３：Ｌ４＝４：６とした。このような構成とすることにより、マフラー外側面２７において、マフラー締結ボルト６により広範囲に渡って剛性を高めることができ、マフラー外側面２７の膜振動による振動音を低減することができる。また、マフラー４をシリンダ３０に強く締め付けて固定できるため、マフラー４全体の振動を低減することができ、振動による締結部分の金属疲労を低減することができ、耐久性を向上させることができる。
【００２９】
マフラー４からの排気ガスを排出させる尾管１７は、Ｘ方向で見ると、Ｂ−Ｂ断面（エンジンの駆動軸を通る水平な面）より点火プラグ１２に近い側に配置され、排気ガスの流出方向はＥＸ１のごとく尾管１７において駆動軸と同じ方向（Ｂ−Ｂ断面と平行）になるように構成される。尾管１７によって大気へ開口する開口面積が形成される。本実施例のマフラー４において開口部は１つである。本実施例は尾管１７の開口面積、言い換えればマフラー４の排出口の開口面積は、シリンダボアの面積の３％以下に設定した。このようにシリンダボアの面積に対して尾管１７の開口面積を十分取ることで、出力低下を招くことなく、排気音抑制効果を得ることができる。
【００３０】
エンジンを始動する場合には、通常、エンジン作業機１を地面に置いてスターター１０のスターターノブ１１を引くことによって始動操作を行う。本実施例では尾管１７の位置がピストンの移動方向Ｘにおいて地面から所定の高さを確保できるので、地面上の石や草等の障害物よりも重力方向において上方の位置を確保し易く、自ずとマフラー排出口の近傍に石や草等の障害物となるものがないような構成となるため、スムーズに始動操作を行うことが可能となる。また、エンジン作業機１を地面に置いて暖機等のためにエンジンの回転数を上げた場合においても、地面上の塵や埃などを排気ガスによって舞い上げることが少ないので、作業者にとって塵や埃が周囲に舞い上がる煩わしさを緩和することができる。さらに、舞い上がった塵や埃がエンジンに吸引されエアクリーナー２に内包されたエアフィルタの目詰まりを進行させることを抑制することもできる。
【００３１】
エンジン作業機１は作業者が手で扱う作業機であるため、作業中は重力方向においてエンジン作業機１が作業者の耳より下方に位置していることが多い。そのため、エンジン３６のピストンの移動方向と重力方向が略一致する場合、尾管１７から発生する排気音を少なくとも作業者の耳が位置する重力方向上方に向かって放出しないことで、作業者が感ずる排気音を低減することができる。好適には、マフラー排出口において、排気ガス流出方向と駆動軸の平行線の交差角が０°〜６０°に設定されれば、排気ガスの流出方向ＥＸ１が少なくとも重力方向において作業者の耳に近付く方向である重力方向の上方に向かうことを抑制できるので、作業者が感ずる排気音を低減することができる。
【００３２】
尚、上述した各比率や廃棄方向は上述したものに限られるわけではない。例えば、Ｌ１：Ｌ２は好適には４：６ないし６：４の範囲、Ｌ３：Ｌ４は好適には４：６ないし６：４の範囲に設定されるが良い。また、尾管１７において、排気ガス流出方向ＥＸ２のごとく点火プラグ１２から遠ざかる方向に向かうよう、即ちＢ−Ｂ断面と交差するように尾管１７の向きを斜めにしても良く、ＥＸ１とＥＸ２交差角θが０°〜６０°に設定されるのが良い。
【００３３】
図３は図２のＡ−Ａ部の断面図である。エンジン３６は、排気量２１ｃｃの２サイクル小型単気筒エンジンである。駆動軸２０にはコンロッドを介してピストン１９が連結され、ピストン１９がシリンダ３０の内部で上下に往復運動する。ピストン１９の動作方向Ｘ、駆動軸方向Ｙ、排気口の開口方向Ｚは互いに略直交している。シリンダ３０には排気ガスをエンジン３６の外部に排出するための排気口２４が形成される。エンジンの吸入−圧縮−爆発−排気の行程は、公知の２サイクルエンジンと同じであるので、詳細な説明は省略する。本実施例では、シリンダ３０は、シリンダ本体部、ヘッド部分、放熱フィンが、例えばアルミニウム合金で一体鋳造で形成され、シリンダ３０の上部には点火プラグ１２が取り付けられる。点火プラグ１２への図示しない点火装置から所定のタイミングにてプラグキャップ３４を介して高圧電流が供給される。
【００３４】
シリンダカバー３は、例えばプラスチック製の覆いであり、運転時に高温になるシリンダ３０を覆い、作業者がそれらに直接触れないようにしている。そのため、シリンダカバー３には多数の通風口が形成される。エンジン３６には気化器２３が設けられ、気化器２３の左側（−Ｚ方向）には、エアクリーナー２が設けられる。
【００３５】
クランクケース２１の下側（−Ｚ方向）には燃料タンク２２が配置される。エンジン３６とマフラー４の間、及び、燃料タンク２２とマフラー４の間には遮熱板３８が介在させて、マフラー４の熱がエンジン３６の冷却に影響しないように、また、マフラー４の輻射熱を遮断して燃料タンク２２の温度上昇を抑制している。遮熱板３８は、例えば薄いアルミニウムの板に断熱材を貼付けて構成される。従来のエンジン作業機においては、燃料タンク２２はクランクケース２１に下側であって、エンジン３６の左右中心面を基準にすると左右対称になるように配置されることが多かった。これは燃料タンク２２に貯蔵される混合ガソリン等の燃料の重さにより、エンジン作業機１の左右の重量バランスが崩れるのを防ぐためである。しかしながら、本実施例では、マフラー４を従来のエンジン作業機のマフラーに比べて上下方向に大きくして、従来の燃料タンクが位置している部分まで延びるように突出部をも設けるように構成された。そこで、本実施例では燃料タンク２２の位置を左側（−Ｚ方向）にオフセットさせることによって、下側に延びるマフラー４の占める空間を確保するとともにこれら重量バランスを調整するようにした。このマフラー４と燃料タンク２２との配置関係については後述する。
【００３６】
エンジン３６の右側にはマフラー４が配置される。マフラー４には排気口２４との連通部３１が設けられ、連通部３１の近傍に配置されたマフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂによって、シール性を確保するための遮熱板３８を介在させて、シリンダ３０の排気口２４近傍に締結される。マフラー４はマフラー締結ボルト６によってクランクケース２１に締結される。マフラー４はさらに円筒状のカラー１６を貫通するマフラー締結ボルト６によってクランクケース２１に固定される。カラー１６及びマフラー締結ボルト６はエンジン３６の排気口２４と対向するマフラー外側面２７の剛性を高める手段として機能する。
【００３７】
シリンダ３０およびクランクケース２１からなるエンジン３６と対向するマフラー内側面２６は、排気口２４とマフラー４の締結位置においてピストンの移動方向Ｘに平行な締結平面Ｍよりエンジン３６側に延在する突出部３２を有している。突出部３２はピストンの移動方向Ｘに関して点火プラグ１２から遠い下端部４Ｂ近傍に配置される。また、排気口２４と対向するマフラー外側面２７は締結平面Ｍと略平行であるよう構成される。なお、マフラー外側面２７と締結平面Ｍの距離（マフラー４の厚さ方向距離）の最小値ＬＡと最大値ＬＢは、おおよそＬＡ／ＬＢ＝０．７５の関係となっているが、ＬＡ／ＬＢ＝０．７〜１．０の範囲に設定すると良い。
【００３８】
マフラー４の内部には仕切り板３７が設けられ、連通部３１を有する第一膨張室１３Ａ、排気ガスの尾管１７を有する第二膨張室１３Ｂを隔てている。第一膨張室１３Ａ、第二膨張室１３Ｂの間には、突出部３２近傍に配置された追加膨張室である第三膨張室１３Ｃが配置される。第三膨張室１３Ｃは、板金で成型され、仕切り板３７に溶接にて固定される鉄製の膨張室ケース１５Ａ、１５Ｂによって形成される。第三膨張室１３Ｃの内部には、排気ガス成分を燃焼によって浄化する触媒１４が設けられ、膨張室ケース１５Ａ、１５Ｂにはそれぞれ第一膨張室１３Ａ、第二膨張室１３Ｂと連通する膨張室開口部２５Ａ、２５Ｂが設けられる。ここで、触媒１４は突出部３２の近傍になるように配置される。このように第三膨張室１３Ｃを配置することによって排気音の低減効果を高めることができる。また、第三膨張室１３Ｃに触媒１４を内包したことで、マフラー４の側壁に対する触媒１４の露出面積を効果的に低減することができるので、触媒１４を入れた場合でもマフラー４の壁面の温度上昇を効果的に抑制することができる。尚、触媒１４は、それぞれステンレス製の円筒の内部にパラジウム、ロジウム等を蒸着させたハニカム状のステンレス箔を挿入して固定したＨＣ、ＣＯ等を酸化させる酸化触媒としている。触媒１４は、突出部３２の内部空間に配置され、ピストン１９の駆動軸Ｙ方向において、クランクケース２１の側方下部に位置している。このように、触媒１４を熱源であるシリンダ３０から離間して設けたことで、熱源が一ヶ所に集中することを避けることができるので、エンジン作業機１全体の温度上昇を抑制することができる。
【００３９】
第一膨張室１３Ａにおいては、空気導入通路７と連通する空気導入口１８が設けられる。この空気を導入する手段たる空気導入口１８は、図１及び図２で示した空気導入通路７のマフラー４側の開口部となるものである。尾管１７の開口面積は、シリンダ３０のボアＤの面積に対して約３％となるように設定され、さらに、膨張室開口部２５Ａ 、２５Ｂの開口面積は、尾管１７の開口面積に対して５倍以下、例えば約４倍となるよう設定される。たとえば、シリンダボアＤが３１ｍｍの場合、開口面積は約７５５ｍｍ２であるから、尾管１７は直径φ５．５の円に相当する開口面積２４ｍｍ２程度、膨張室開口部２５Ａ、２５Ｂは直径φ１１の円に相当する開口面積９７ｍｍ２程度となる。このように連通部（膨張室開口部２５Ａ 、２５Ｂ）における開口面積をマフラー排出口の開口面積に対して所定以上確保しつつ、所定以下に制限することで、連通部における排気抵抗が過剰とならず、かつ、排気音の低減効果を得ることができる。この構成において、エンジン作業機１はエアクリーナー２、気化器２３を介してエンジン３６内部に燃料と空気を吸入し、燃料と空気を燃焼させた後に排気ガスとして排気口２４より排出する。このとき、ピストン１９の往復運動が駆動軸２０の回転運動に変化される。
【００４０】
排気ガスは空気導入口１８より第一膨張室１３Ａに流入する空気の流れＡＩＲ２と共に排気ガスの流れＥＸのごとく、膨張室開口部２５Ａを通過して第三膨張室１３Ｃに流入する。その後、触媒１４、膨張室開口部２５Ｂを通過した後、尾管１７より大気中に排出される。ここで、マフラー４はマフラー外側面２７が締結平面Ｍと略平行になるように形成される。さらに、下端部４Ｂの近傍において、マフラー内側面２６が締結平面Ｍよりも−Ｚ方向に突出する突出部３２が形成されるので、排気口の開口方向Ｚの全長を長くすることなく、マフラー容積を大幅に増加させることができる。これにより、マフラー４の背圧が低減されるのでエンジン３６の出力を向上し易くなると同時に、排気音の低減効果を得ることが可能となる。従って、マフラー４における排気音の騒音源である尾管１７の開口面積を、従来よりも比較的小さく設定しても出力が低下しにくいため、出力を維持しながら排気音を効果的に低減することが可能となる。
【００４１】
本実施例ではさらに突出部３２の近傍に第三膨張室１３Ｃを配置したので、第三膨張室１３Ｃの容積を他の位置に設置するよりも大きくすることができるので、第三膨張室１３Ｃの膨張室開口部２５Ａ、２５Ｂの開口面積を比較的小さく設定しても出力が低下しにくい。これらから、第一膨張室１３Ａから第三膨張室１３Ｃに放出される排気音は、第三膨張室１３Ｃにとっての騒音源である膨張室開口部２５Ａの開口面積を従来より比較的小さくすることで低減され、同様に第三膨張室１３Ｃから第二膨張室１３Ｂに放出される排気音も膨張室開口部２５Ｂを従来より比較的小さくすることで低減される。
【００４２】
さらに、触媒１４をより大型化する設計変更を行う場合においても、突出部３２によって第三膨張室１３Ｃの容積が十分確保されており、寸法に余裕があるため、大きな変更を行うことなく、容易に設計変更に対応することが可能となる。また、空気導入口１８より空気を第一膨張室１３Ａに導入することによって、触媒１４で排気ガス成分を燃焼させる際に必要な酸素を供給することができるので、触媒の浄化性能を向上させることができる。さらに、突出部３２により第一膨張室１３Ａの容積が大きく形成されており、第一膨張室１３Ａにおける背圧が低減されるので、空気導入に必要なポンプ能力を低減することができることから、容易に第一膨張室１３Ａに空気を導入することが可能となる。
【００４３】
図４はエンジン作業機１の上面図であって、一部に図２のＢ−Ｂ部の断面を示す。エンジン作業機１において、駆動軸２０の一端にはスターター１０およびスターターノブ１１が配置され、他端には冷却ファン２８が配置される。冷却ファン２８はシリンダ３０への冷却用の空気流を発生させるものであるが、併せてフライホイールとしての役割を果たすものである。さらに、冷却ファン２８の周方向の所定位置には、点火プラグ１２への高圧電流の供給を行うタイミングを決定して点火装置（図示せず）に伝達するためのマグネット（図示せず）が配置される。冷却ファン２８はクランクケース２１の一部である第一ボリュートケース８および第二ボリュートケース９の内側に配置される。第一ボリュートケース８には空気導入通路７の空気取入口２９が配置される。空気取入口２９には第一膨張室１３Ａからの排気ガスの逆流を防ぐ逆止弁３５が設けられる。
【００４４】
以上説明したようにエンジン３６が始動することにより駆動軸２０が回転するので、冷却ファン２８はＡＩＲ１の方向に空気を吸入し、エンジン３６のシリンダ３０付近に送出することによってエンジン３６の冷却を行う。このとき、冷却ファン２８で発生した風の一部を空気取入口２９においてＡＩＲ２のごとく取り出すことで、空気導入通路７を介して空気をマフラー４の第一膨張室１３Ａ内に導入することができる。
【００４５】
このように空気取入口２９を第一ボリュートケース８に配置したことで、第一膨張室１３Ａから空気導入通路７を介して空気取入口２９に至る伝熱経路を長くすることができ、空気取入口２９にマフラーの熱が伝わって温度上昇することを抑制でき、空気取入口２９付近に配置される逆止弁３５の耐久性を向上させることができる。また、空気取入口２９を配置するために別途に追加部品や形状変更を行う必要がなく、空気取入口２９をコンパクトに配置することができる。さらに、第一ボリュートケース８、第二ボリュートケース９の内部には冷却ファン２８によって常に風が発生しているため、空気取入口２９および逆止弁３５はこの風によって十分冷却される。以上のように、エンジン３６の冷却用に配置される冷却ファン２８の風の一部をマフラー４に空気を導入する構造としたので、マフラー４に空気を送出するための別のポンプや送風ファン等を配置する必要がない。従って、コスト、重量、製品寸法の増加を最小限としながら、マフラー４に空気を導入する手段を低コストかつコンパクトに実現でき触媒の排気ガス成分の浄化性能を向上させることができる。
【００４６】
図５は図２のＣ−Ｃ部の断面図である。冷却ファン２８の外周部を覆う第一ボリュートケース８の内周側の壁部において、冷却ファン２８の中心Ｎからの距離がほぼ最小となる位置に空気取入口２９が配置される。第一ボリュートケース８は、中心Ｎに関して冷却ファン２８の回転方向Ｈに合わせて反時計周りに中心Ｎから内周壁への距離が除除に大きくなるよう形成されており、距離が最大となる付近で吐出部３３とシリンダカバー３が滑らかにつながるよう形成される。このような構成において、冷却ファン２８が回転すると、ＡＩＲ３のごとく第一ボリュートケース８の内周側の壁面を沿って風が流れ、吐出部３３から流出した風はシリンダカバー３によってシリンダ３０の各部に導かれ、シリンダ３０を冷却する。一方、ＡＩＲ２のごとく風の一部が空気取入口２９から空気導入通路７を介して第一膨張室１３Ａの空気導入口１８に到達し、第一膨張室１３Ａ内に導入される。
【００４７】
このように既存の第一ボリュートケース８を利用して空気導入手段を配置することにより、空気取入口２９の配置のために別途の部品、形状を構成する必要がない。従って、空気取入口をコンパクトに配置することが可能となる。さらに、空気取入口２９が形成される内壁部分は第一ボリュートケース８において中心Ｎからの距離がほぼ最小の位置に配置されるので、吐出部３３からシリンダカバー３に導かれる風量の低下を最小限に抑制することができる。従って、冷却や送風等の目的に使用される吐出部３３の風量低下を最小限に抑制しながら、マフラー４の第一膨張室１３Ａに導入するための空気を取り出すことができる。更に本実施例では、マフラー４において容積が従来より比較的大きくなるように形成されるので、第一膨張室１３Ａに空気を導入するためのポンプ能力が低減されるので、効率よく空気を第一膨張室１３Ａに導入することができる。さらに第一ボリュートケース８内部は冷却ファン２８による風が常に流れているため、マフラー４と空気導入通路７の接続部からマフラー４の熱が伝わってきた場合でも、空気取入口２９の温度上昇を防止することができ、耐久性を向上させることができる。
【００４８】
図６は、本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４の大きさを説明するための側面図である。図６から理解できるように、マフラー４はエンジン３６の右側（＋Ｚ側）に取り付けられる。従来のマフラーにおいては、連通部３１がエンジン３６の排気口２４に接続されるため、マフラーの上端部はＸ方向において矢印４１付近に位置する。従来のエンジン作業機におけるマフラーは、主に空間６１と空間６２だけの大きさにより構成されていた。しかしながら本実施例では、マフラー４の容積を増やすために、マフラー４をシリンダ室下端面７２よりも下側（−Ｘ方向）まで矢印７６の方向に延ばして空間６３の部分を確保した。さらに、この確保した空間６３をさらに拡大するために空間６３から左側（−Ｚ方向）まで矢印７７の方向にマフラー４の側壁面を突出させるように拡大して空間６４の部分を確保した。この空間６４が位置する部分が、排気口２４の開口を通る面である締結平面Ｍよりも左側にまで突出させた突出部３２である。このようにマフラー４の形状を工夫することによって、従来例に比べて十分大きなマフラー容積を確保できた。
【００４９】
一方、マフラー４を大型化すると従来マフラーの下側に配置されていた燃料タンクの設置スペースが削減されることになる。本実施例ではマフラー４がシリンダ室下端面７２よりも下方向に、及び、締結平面Ｍよりも左方向に延びたことによって、燃料タンク２２のシリンダ中心面７５ｂよりも右側の空間６５が矢印７８のように圧縮されて小さくなってしまった。このことは収容可能な燃料の減少を意味し好ましいことではない。そこで、本実施例では燃料タンク２２の左端を矢印７９のようにシリンダカバー左端面７５ａよりも左方向（−Ｚ方向）に延ばして空間６７を確保し、さらに矢印８０のように上方向（＋Ｘ方向）にも延ばし、その上端面２２Ａがシリンダ室下端面７２とほぼ同じ位置まで到達するように構成した。このように空間６７及び６８を確保することによって従来と同じ程度のタンク容量を確保した。また、このように燃料タンク２２の形状を変えても、空間６７及び空間６８と左右中心面７４と面対称になる付近にはマフラー４が位置することになるので、重量的には良好な左右バランスを確保することができる。尚、エンジン３６及び燃料タンク２２とマフラー４の間には遮熱板として機能する遮熱板３８が設けられるので、マフラー４の高温が燃料タンク２２に伝わるのを大きく低減させることができる。尚、燃料タンク２２の空間６５を矢印７８のように圧縮したとしても、その右端がシリンダ中心面７５ｂよりも右側あるように配置することが好ましい。
【００５０】
図７は、本発明の実施例に係るエンジン作業機１のマフラー４の大きさを説明するための側面図である。図７ではマフラー４とエンジン３６の大きさが比較できるように、エンジン３６を点線で示している。マフラー４の各寸法比は、縦方向：横方向：厚さ方向＝２．４：１．２：１．０となるように設定した。ここでマフラー４のマフラー容積（ｃｃ）が、エンジン３６の排気量（ｃｃ）に対して略１７倍以上であり、かつ、尾管面積（ｍｍ２）が排気量（ｃｃ）に対して略０．８倍以下に、特に好ましくは０．３倍以上０．８倍以下になるように設定した。このように設定することによりエンジン３６の出力をある程度確保しながら、大幅な騒音低減が可能となる。
【００５１】
また図７のマフラー４は、ピストンの移動方向をマフラーの縦方向、駆動軸方向をマフラーの横方向、排気開口方向をマフラーの厚さ方向とした時に、厚さ＜横＜縦となるよう設定され、且つ、縦／横比が１．５以上に設定される。マフラー４の横方向（エンジン作業機で見ると前後方向）はエンジン３６の全長増加に直結するため、これを最小とすることでコンパクトにできる。また、エンジン３６は一般的にピストン１９の移動方向に最も長くなり易いため、これとマフラー４のレイアウトを合わせることで、更にコンパクトにできる。
【００５２】
次に図８から図１１を用いてマフラー４の容積、尾管面積、騒音の関係を説明する。ここでは、エンジンの排気量が２１ｃｃの２サイクルエンジンを用いている。図８は排気量あたりの尾管面積と、エンジンの出力（Ｋｗ）との関係を示したものである。ここではマフラー容積は一定の３８８．５ｃｃであり、マフラー容積／排気量が１８．５となる。この状況下において尾管面積を替えた５つのマフラーを準備して測定したところ、尾管面積／排気量が略１．３以上でエンジン３６の最大出力０．７５Ｋｗが得られ、尾管面積／排気量が０．９になると、最大出力よりも５％程度出力が低下するとことが判明した。通常尾管面積を小さくすると騒音レベルが減少するが、同時にエンジンの出力も低下するので、少なくとも尾管面積／排気量が略０．９以上になるようにマフラーの容積を設定すれば、騒音エンジンのほぼ最大出力を得ることができる。
【００５３】
図９は、排気量あたりのマフラー容積と、騒音（ｄＢＡ）との関係を示したものである。ここでは尾管面積は９．４５ｃｍ２であり、尾管面積／排気量が０．４５の関係となる。この実験からわかるように、通常マフラー容積を大きくすると騒音レベルも低下する。
【００５４】
図１０は、排気量あたりの尾管面積と、騒音（ｄＢＡ）との関係を示したものである。ここではマフラー容積は一定の３８８．５ｃｃであり、マフラー容積／排気量が１８．５となる。この実験からわかるように、通常尾管面積／排気量を大きくすると騒音レベルも増大する。このエンジンの実用的な最小騒音値を７０ｄＢＡとすると、尾管面積が０．９以下で１ｄＢ以上の騒音低減効果があることが理解できる。
【００５５】
図１１は、単位排気量あたりのマフラー容積と尾管面積との関係を示す図である。エンジンの出力として０．７Ｋｗを保つ際の関係を調べたところ、尾管面積を小さくしてもマフラー容積を大きくすれば良いことがわかった。また、同様のマフラー容積のまま尾管面積を小さくすると、エンジン出力が２０〜３０％程度低下することが理解できる。図１０の結果により、騒音レベルを低く抑える為には、尾管面積／排気量を０．９以下にするのが好ましい。一方、エンジンの出力を大きくするには、マフラー容積を大きくすれば良く、本実験の結果、マフラー容積（ｃｃ）が排気量（ｃｃ）に対して略１７倍以上であり、かつ、尾管面積（ｍｍ２）が排気量（ｃｃ）に対して略０．８倍以下に設定されれば良いことが理解できる。尚、尾管面積（ｍｍ２）を小さくしすぎるとエンジンの出力が小さくなりすぎるので、出力が２０〜３０％低下する尾管面積／排気量が略０．３倍以上であると良い。
【００５６】
以上説明したように、本実施例においては、マフラー４を大型化すると共に燃料タンク２２の配置を変更したので、エンジン作業機１の外観形状をほぼ同等のままで、大幅な低騒音効果と出力の維持を図るマフラー構造を実現できた。
【実施例２】
【００５７】
次に図１２を用いて第２の実施例によるエンジン作業機を説明する。図１２は図２のＡ−Ａ断面位置に相当する断面図である。マフラー８４のマフラー外側面８９の剛性を高める手段としてカラー８７の内部にマフラー締結ボルト８６が内包されるよう形成される。カラー８７はマフラー内側面８８ないしマフラー外側面８９のいずれかの接触面において溶接にて接合される。このようにマフラー締結ボルト８６を短くした構成においても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、マフラー締結ボルト５Ａ、５Ｂも同様にカラーの内部に収容されるように、短く形成しても同様の効果が得られる。
【００５８】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本明細書では本発明をピストン１９の移動方向が地面に対して垂直に構成される刈払機に適用した例について説明したが、上述のエンジン作業機１のレイアウトを維持したまま、ピストン１９の移動方向を水平とした配置となる作業機（例えばヘッジトリマ、カルチベータ等）に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ エンジン作業機 ２ エアクリーナー ３ シリンダカバー
４ マフラー ４Ａ 上端部 ４Ｂ 下端部
５Ａ、５Ｂ、６ マフラー締結ボルト ７ 空気導入通路
８ 第一ボリュートケース ９ 第二ボリュートケース
９Ａ 脚部 １０ スターター １１ スターターノブ
１２ 点火プラグ １３Ａ 第一膨張室 １３Ｂ 第二膨張室
１３Ｃ 第三膨張室 １４ 触媒 １５Ａ 膨張室ケース
１５Ｂ 膨張室ケース １６ カラー １７ 尾管
１８ 空気導入口 １９ ピストン ２０ 駆動軸
２１ クランクケース ２２ 燃料タンク ２３ 気化器
２４ 排気口 ２５Ａ 膨張室開口部 ２５Ｂ 膨張室開口部
２６ マフラー内側面 ２７ マフラー外側面 ２８ 冷却ファン
２９ 空気取入口 ３０ シリンダ ３１ 連通部
３２ 突出部 ３３ 吐出部 ３４ プラグキャップ
３５ 逆止弁 ３６ エンジン ３７ 仕切り板
３８ 遮熱板 ３９ 挿入部
６１、６２、６３、６４、６７、６８ 空間
７１ 排気口面 ７２ シリンダ室下端面 ７４ 左右中心面
７５ａ シリンダカバー左端面 ７５ｂ シリンダ中心面
７６〜８０ 矢印 ８４ マフラー
８６ マフラー締結ボルト ８７ カラー
８８ マフラー内側面 ８９ マフラー外側面
Ｄ ボア内径 Ｍ 締結平面 Ｎ 冷却ファンの中心
Ｈ 冷却ファンの回転方向 ＡＩＲ１ 冷却風 ＡＩＲ２ 導入空気
ＡＩＲ３ 冷却風 ＥＸ 排気ガス
ＥＸ１ 排気ガス流出方向 ＥＸ２ 排気ガス流出方向
ＬＡ 締結平面からマフラー側面の距離の最小値
ＬＢ 締結平面からマフラー側面の距離の最大値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンに供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記エンジンから排出される排気音を抑制するマフラーを有し、前記エンジンの駆動軸方向、排気口の開口方向、ピストンの動作方向がそれぞれ略直交するよう構成されたエンジン作業機であって、
前記マフラーは、
内部の膨張室の一つが前記エンジンの排気口に連結されるように前記エンジンの排出口に締結され、
前記締結位置においてピストンの移動方向と平行な締結平面よりもエンジン側に延在する突出部を有し、前記突出部がエンジンのピストンの移動方向において点火プラグから遠い側の端部近傍に配置され、
前記排気口と対向するマフラー側面が前記締結平面と略平行であり、
前記燃料タンクは、前記エンジンのクランクケースの下部であって前記マフラーの突出部の側方に設けられることを特徴とするエンジン作業機。
【請求項２】
前記マフラーの容積が前記エンジンの排気量に対して１７倍以上であり、前記マフラーの排出口に形成される尾管の開口面積が、前記排気量に対して０．３倍以上０．８倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン作業機。
【請求項３】
前記エンジンは、ピストンが鉛直方向に往復移動するように配置され、
前記エンジンの排気口の断面は略鉛直になるように位置し、
前記マフラーの寸法は、厚さ方向＜横方向＜縦方向のように縦長の形状と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。
【請求項４】
前記マフラーの寸法の縦方向／横方向の比は１．５以上であることを特徴とする請求項３に記載のエンジン作業機。
【請求項５】
前記マフラーは、締結手段により前記エンジンに締結され、前記エンジンから離れた側のマフラー側面およびエンジン排気口と対向するマフラー側面において、前記締結手段からピストンの移動方向において離間した位置にマフラー側面の剛性を高める手段を配置したことを特徴とする請求項４に記載のエンジン作業機。
【請求項６】
前記剛性を高める手段はネジと前記ネジを貫通させる管であって、
前記管は前記エンジンから離れた側のマフラー側面と前記エンジン排気口と対向する前記マフラー側面に固定されることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のエンジン作業機。
【請求項７】
前記マフラーの内部には、前記エンジン排気口と連通する第一膨張室と、排気ガスを大気中に排出するための排出口を有する第二膨張室を有し、
前記第一膨張室と前記第二膨張室を接続する第三膨張室を設け、
前記第三膨張室に排気ガス成分を浄化するための触媒を配置したことを特徴とする請求項６に記載のエンジン作業機。
【請求項８】
前記第三膨張室は前記突出部の内部空間を含むように配置されることを特徴とする請求項７に記載のエンジン作業機。
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンに供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記エンジンから排出される排気音を抑制するマフラーを有し、前記エンジンの駆動軸方向、排気口の開口方向、ピストンの動作方向がそれぞれ略直交するよう構成されたエンジン作業機であって、
前記マフラーは、
内部の膨張室の一つが前記エンジンの排気口に連結されるように前記エンジンの排出口に締結され、
前記締結位置においてピストンの移動方向と平行な締結平面よりもエンジン側に延在する突出部を有し、前記突出部がエンジンのピストンの移動方向において点火プラグから遠い側の端部近傍に配置され、
前記排気口と対向するマフラー側面が前記締結平面と略平行であり、
前記燃料タンクは、前記エンジンのクランクケースの下部であって前記マフラーの突出部の側方に設けられることを特徴とするエンジン作業機。
【請求項２】
前記マフラーの容積が前記エンジンの排気量に対して１７倍以上であり、前記マフラーの排出口に形成される尾管の開口面積が、前記排気量に対して０．３倍以上０．８倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン作業機。
【請求項３】
前記エンジンは、ピストンが鉛直方向に往復移動するように配置され、
前記エンジンの排気口の断面は略鉛直になるように位置し、
前記マフラーの寸法は、厚さ方向＜横方向＜縦方向のように縦長の形状と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。
【請求項４】
前記マフラーの寸法の縦方向／横方向の比は１．５以上であることを特徴とする請求項３に記載のエンジン作業機。
【請求項５】
前記マフラーは、締結手段により前記エンジンに締結され、前記エンジンから離れた側のマフラー側面およびエンジン排気口と対向するマフラー側面において、前記締結手段からピストンの移動方向において離間した位置にマフラー側面の剛性を高める手段を配置したことを特徴とする請求項４に記載のエンジン作業機。
【請求項６】
前記剛性を高める手段はネジと前記ネジを貫通させる管であって、
前記管は前記エンジンから離れた側のマフラー側面と前記エンジン排気口と対向する前記マフラー側面に固定されることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のエンジン作業機。
【請求項７】
前記マフラーの内部には、前記エンジン排気口と連通する第一膨張室と、排気ガスを大気中に排出するための排出口を有する第二膨張室を有し、
前記第一膨張室と前記第二膨張室を接続する第三膨張室を設け、
前記第三膨張室に排気ガス成分を浄化するための触媒を配置したことを特徴とする請求項６に記載のエンジン作業機。
【請求項８】
前記第三膨張室は前記突出部の内部空間を含むように配置されることを特徴とする請求項７に記載のエンジン作業機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７３１７（Ｐ２０１３−７３１７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０１５２（Ｐ２０１１−１４０１５２）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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