作業機用エンジン
【課題】環境に及ぼす悪影響が小さい作業機用のエンジンを提供する。
【解決手段】混合気を吸入して爆発させる燃焼室８と、燃焼室８で発生する爆発圧力によって往復動するピストン４と、ピストン４に連係されピストン４の往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフト１６と、容積の９０％以上をエタノールとするエタノール燃料を貯留するフューエルタンク５６と、フューエルタンク５６および燃焼室８の双方に接続され、燃焼室８の負圧作用によって流通する空気中にエタノール燃料を混合し、質量の８．５％以上を前記燃料で占める混合気を生成する気化器１００と、を備える。
【解決手段】混合気を吸入して爆発させる燃焼室８と、燃焼室８で発生する爆発圧力によって往復動するピストン４と、ピストン４に連係されピストン４の往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフト１６と、容積の９０％以上をエタノールとするエタノール燃料を貯留するフューエルタンク５６と、フューエルタンク５６および燃焼室８の双方に接続され、燃焼室８の負圧作用によって流通する空気中にエタノール燃料を混合し、質量の８．５％以上を前記燃料で占める混合気を生成する気化器１００と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば刈払機等の作業機に用いられるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示すような構成の作業機用のエンジンが知られている。こうした作業機用のエンジンはガソリンを燃料とするものであり、空気に対して所定の割合でガソリンが混合された混合気によって爆発作用がもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８８０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにガソリンを燃料とする作業機用のエンジンは、排出ガスによって環境に悪影響を及ぼしてしまう。近年においては、糖化係バイオマスやデンプン系バイオマスさらにはセルロース系バイオマスといった種々の原料からエタノールの生成が可能になっており、こうしたエタノールを作業機用のエンジンにおいても用いることが環境上は望ましい。
しかしながら、従来の作業機用のエンジンは、ガソリンを燃料とすることを前提に設計されているため、ガソリンの代わりにエタノールを用いると、両者の理論空燃比の違いから、未燃燃料が排出されてしまい、かえって環境に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、環境に及ぼす悪影響が小さい作業機用のエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、混合気を吸入して爆発させる燃焼室と、前記燃焼室で発生する爆発圧力によって往復動するピストンと、前記ピストンに連係され、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトと、容積の９０％以上がエタノールで構成される燃料を貯留するフューエルタンクと、前記燃焼室の負圧作用によって当該燃焼室に吸入される空気中に前記燃料を混合するとともに、少なくとも前記空気の流量が最大となるときに質量の８．５％以上を前記燃料で占める前記混合気を生成する混合気生成手段と、を備えている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記混合気生成手段が、前記燃料の占める割合が質量の１４％以下の混合気を生成する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記混合気生成手段が、前記燃焼室に連通する通路と、前記通路の開度を調整して空気の流量を変化させるスロットルバルブと、前記フューエルタンクから導かれた前記燃料を一時的に貯留する貯留室と、前記貯留室と前記通路とを連通し、前記通路内を空気が流通したときに前記貯留室から前記通路まで前記燃料を導く流路と、前記流路上に設けられ、前記スロットルバルブの開度調整に応じて前記燃料の流量を制御するとともに、少なくとも前記スロットルバルブによって前記通路が全開となった状態で、前記通路を流通する空気の質量に対して、前記流路を流通する燃料の質量を８．５％〜１４％に制御する流量制御部と、を備えた気化器からなる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記クランクシャフトを収容するクランク室に連通し潤滑油が貯留される油溜室と、前記クランクシャフトを収容するクランク室と潤滑対象とを連通する潤滑油路と、を有する潤滑系統を備え、前記潤滑系統は、前記クランク室の圧力変化によって、前記油溜室に貯留される潤滑油を、前記潤滑油路を介して潤滑対象に導くとともに、各潤滑対象から前記油溜室に潤滑油を戻す。
【００１０】
請求項１または２に記載の発明において、混合気生成手段の具体的な構成や燃焼室等との相対位置関係は特に限定されず、例えば、フューエルインジェクションによって構成してもよいし、請求項３に記載の発明のように気化器によって構成してもよい。
本発明において、糖質系バイオマス、デンプン系バイオマス、セルロース系バイオマス等、エタノールの原料は特に限定されない。容積の９０％以上がエタノールで構成された燃料であれば、どのような原料によって生成されたエタノールであっても最適燃料となりうる。また、本来的にはエタノール１００％の燃料が望ましいが、燃料中にエタノール以外の成分が一切含有されないというのは現実的ではない。そこで、燃料中にエタノール以外の成分が故意にあるいは意図せずに含有される場合を考慮して、容積の９０％以上がエタノールで構成され燃料を最適燃料とすることとしている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の４サイクルエンジンの正面側の断面図である。
【図２】本実施形態の４サイクルエンジンの側面側の断面図である。
【図３】本実施形態の気化器の断面図である。
【図４】本実施形態のスロットルバルブの開度を示す図である。
【図５】本実施形態の２次フィルタの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、刈払機に用いられる４サイクルエンジンの正面側の断面図、図２は側面側の断面図である。
図１および図２に示すように、４サイクルエンジン１は、シリンダブロック２にピストン４を往復動自在に収容している。このシリンダブロック２の長手方向の一端側（図中上方）にはシリンダヘッド６が一体的に設けられており、これらシリンダブロック２、シリンダヘッド６およびピストン４の上面によって燃焼室８が形成される。
シリンダブロック２の長手方向の他端側（図中下方）には、オイルパン１０が固定されており、シリンダブロック２とオイルパン１０とによってクランクケース１２が構成されている。
【００１３】
このクランクケース１２の内部にはクランク室１４が形成されており、このクランク室１４から両端が突出するようにクランクシャフト１６が回転自在に支持されている。このクランクシャフト１６は、コンロッド１８によってピストン４に連結されており、ピストン４の往復運動がコンロッド１８を介してクランクシャフト１６の回転運動に変換されることとなる。
なお、クランクケース１２の内部には、各機関を潤滑するための潤滑油を貯留する油溜室２０が設けられている。この油溜室２０は、図示のようにシリンダブロック２に形成された仕切壁２ａによってクランク室１４から仕切られ、密閉された空間となっている。これにより、刈払機のような携帯式の作業機において、使用の際に天地が逆になったり横向きになったりしても、油溜室２０から潤滑油が飛散しないようにしている。
【００１４】
また、図２に示すように、クランクケース１２には連通路２２が形成されている。この連通路２２は、一端を油溜室２０に開口させ、他端をクランク室１４においてクランクシャフト１６の周囲に臨ませている。連通路２２における油溜室２０側の開口には、可撓性を有するパイプ２４が接続されている。パイプ２４の先端には錘２６が設けられており、４サイクルエンジン１が傾いたとしても、潤滑油の液面の変位にパイプ２４が追従して、油溜室２０内の潤滑油を確実に吸入することができるようにしている。
【００１５】
また、クランクシャフト１６には、その回転過程で連通路２２とクランク室１４とを連通する潤滑油路１６ａが形成されており、クランク室１４に生じる負圧作用によって、油溜室２０内の潤滑油が、パイプ２４、連通路２２および潤滑油路１６ａを介してクランク室１４に導かれるようにしている。クランク室１４に導かれた潤滑油は、クランクシャフト１６の回転によって主にクランクウェッブ等から方々に飛散し、ピストン４やクランク室１４内の各種の部品を潤滑することとなる。このとき、クランク室１４内に飛散した潤滑油は、その一部がミスト化されて、図中符号ａで示す潤滑油路を介して後述する側室５０や動弁室５２に導かれ、これによって側室５０や動弁室５２内に設けられた各種の部品も潤滑されるようにしている。なお、側室５０や動弁室５２に導かれた潤滑油は、ピストン４の昇降作用によって生じる負圧作用により、図中符号ｂで示す潤滑油路を介して再びクランク室１４内に戻される。そして、仕切壁２ａには、クランク室１４から油溜室２０への潤滑油の流通のみを許容する一方向弁２８が設けられている。この一方向弁２８は、クランク室１４内の昇圧作用によって開弁するとともに、各種の部品を潤滑した潤滑油を油溜室２０に戻すこととなる。
【００１６】
このように、本実施形態においては、クランクシャフト１６を収容するクランク室１４の圧力変化によって、油溜室２０に貯留される潤滑油を、ピストン４やクランクシャフト１６、さらには後述する動弁機構４０等の各潤滑対象に導くとともに、各潤滑対象から油溜室２０に潤滑油を戻す潤滑系統Ａを備えている。
【００１７】
そして、上記シリンダヘッド６には、後述する気化器１００で生成された混合気を燃焼室８に導く吸気ポート３０、および燃焼室８で生成された排ガスを排気マフラ３２に導く排気ポート３４が形成されている。また、シリンダヘッド６には、燃焼室８に対して吸気ポート３０を開閉する吸気バルブ３６および排気ポート３４に対して燃焼室８を開閉する排気バルブ３８が設けられている。これら吸気バルブ３６および排気バルブ３８は、動弁機構４０によって開閉する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態においては、動弁機構４０をいわゆるＯＨＶ型動弁機構としている。この動弁機構４０は、主な構成部品としてクランクシャフトギヤ４２、カムシャフト４４、ロッカーアーム４６，４８等を有している。クランクシャフトギヤ４２およびカムシャフト４４は、シリンダブロック２およびクランクケース１２に沿って形成される側室５０に設けられており、ロッカーアーム４６，４８は、シリンダヘッド６よりも図中さらに上方に形成される動弁室５２に設けられている。
【００１９】
上記のクランクシャフトギヤ４２は、側室５０においてクランクシャフト１６と一体となって回転する。上記のカムシャフト４４には、側室５０においてクランクシャフトギヤ４２と噛み合い、クランクシャフト１６の１／２回転でカムシャフト４４を回転させるカムシャフトギヤ４４ａが設けられている。さらに、カムシャフト４４には、当該カムシャフト４４と一体回転するカム４４ｂが設けられている。このカム４４ｂには、プッシュロッド５４の一端が接触しており、カム４４ｂの回転によってプッシュロッド５４が長手方向に移動するようにしている。プッシュロッド５４の他端は、上記のロッカーアーム４６，４８に接続されており、プッシュロッド５４の移動にともなってロッカーアーム４６，４８は揺動することとなる。そして、ロッカーアーム４６，４８の揺動によって、それぞれ吸気バルブ３６および排気バルブ３８が押し下げられ、これによって吸気ポート３０および排気ポート３４が開閉することとなる。
【００２０】
吸気バルブ３６は、ピストン４が上死点から下死点まで移動する吸入工程において開弁する。この吸入工程では、燃焼室８において容積拡大にともなって生じる負圧の作用により、吸気ポート３０から燃焼室８内に混合気が吸入することとなる。このように、燃焼室８に吸入される混合気を生成するのが気化器１００である。この気化器１００は、フューエルタンク５６から導かれた燃料を、エアクリーナを通過した空気に混合して混合気を生成している。
すでに説明したように、使用中に天地が逆になったり横向きになったりするおそれがあることを考慮し、本実施形態においては、いずれの方向でも使用できるように、気化器１００をダイヤフラム式の構成としている。以下に、図３を用いて気化器１００の構成について説明する。
【００２１】
図３に示すように、気化器１００は気化器本体１０２を備えている。気化器本体１０２には、クランク室１４に連通するパルス通路１０４が形成されており、このパルス通路１０４をポンプダイヤフラム１０６の一方の側（図中上面）に臨ませている。このポンプダイヤフラム１０６の他方の側（図中下面）には、ポンプ室１０８が形成されている。ポンプ室１０８には、インレットバルブ１１０を介してフューエルインレット１１２が連通し、アウトレットバルブ１１４およびニードルバルブ１１６を介して貯留室（ダイヤフラム室）１１８が連通している。なお、フューエルインレット１１２は、後述する吸入管２００および吸入パイプ６２を介してフューエルタンク５６に接続されている（図１参照）。
【００２２】
クランク室１４内では、容積変化にともなって正圧および負圧の交互作用が生じ、この圧力変化がパルス通路１０４を介してポンプダイヤフラム１０６に作用する。これにより、ポンプダイヤフラム１０６は波動運動することとなる。そして、ポンプダイヤフラム１０６の運動によってポンプ室１０８側に負圧が作用すると、アウトレットバルブ１１４が閉じられたままインレットバルブ１１０が開弁し、フューエルインレット１１２からポンプ室１０８に燃料が吸入される。これに対して、ポンプダイヤフラム１０６の運動によってポンプ室１０８側に正圧が作用すると、インレットバルブ１１０が閉じられたままアウトレットバルブ１１４が開弁し、ポンプ室１０８から貯留室（ダイヤフラム室）１１８に燃料が吐出される。
【００２３】
貯留室（ダイヤフラム室）１１８は、メタリングダイヤフラム１２０によって背圧室１２２と区画されている。背圧室１２２にはエンジンの負圧が作用しており、メタリングダイヤフラム１２０は、エンジンの負圧と貯留室（ダイヤフラム室）１１８との圧力差によって作動することとなる。このメタリングダイヤフラム１２０は、コントロールレバー１２４を介して上記のニードルバルブ１１６に接続されており、このメタリングダイヤフラム１２０の作動によってニードルバルブ１１６が開閉するようにしている。具体的には、貯留室（ダイヤフラム室）１１８が燃料で一杯になると、貯留室（ダイヤフラム室）１１８が昇圧し、メタリングダイヤフラム１２０が背圧室１２２側に作動する。このとき、コントロールレバースプリング１２６の弾性力により、コントロールレバー１２４は、その一端（図中左側）が押し下げられるとともに、他端（図中右側）が押し上げられるように回動する。こうしたコントロールレバー１２４の回動動作によって、ニードルバルブ１１６が押し上げられ、ポンプ室１０８と貯留室（ダイヤフラム室）１１８の連通が遮断されることとなる。
【００２４】
また、気化器本体１０２には、シリンダヘッド６に形成された吸気ポート３０と、不図示のエアクリーナとを接続する通路１２８が形成されている。この通路１２８は、上流側（エアクリーナ側）を大径部１２８ａとし、下流側（吸気ポート３０側）を大径部１２８ａよりも小径のベンチュリ部１２８ｂとしており、このベンチュリ部１２８ｂに、その開度を変位させるスロットルバルブ１３０が設けられている。このスロットルバルブ１３０は、その回転軸を通路１２８に直交させており、回転レバー１３０ａを操作することによって図中上下方向にスライドしながら回転し、その回転量によってベンチュリ部１２８ｂの開度が変位するようにしている。
【００２５】
また、このスロットルバルブ１３０には、アジャスタスクリュ１３２が設けられている。このアジャスタスクリュ１３２は、スロットルバルブ１３０に対して螺子式に止められており、そのスクリュ先端１３２ａを通路１２８の中心近傍まで延伸させている。アジャスタスクリュ１３２をスロットルバルブ１３０に対して一方（締め付け方向）に回転させると、アジャスタスクリュ１３２のスクリュ先端１３２ａは、図中下方に移動してベンチュリ部１２８ｂへの突出量を増す。これとは逆に、アジャスタスクリュ１３２をスロットルバルブ１３０に対して他方（戻し方向）に回転させると、アジャスタスクリュ１３２のスクリュ先端１３２ａは、図中上方に移動してベンチュリ部１２８ｂへの突出量を少なくする。
【００２６】
また、気化器本体１０２には、アジャスタスクリュ１３２に対向するようにノズル１３４が設けられており、このノズル１３４のノズル先端１３４ａに、アジャスタスクリュ１３２のスクリュ先端１３２ａが挿入されている。
さらに、ノズル１３４には、通路１２８に開口する孔１３４ｂが形成されており、この孔１３４ｂに連通する基端１３４ｃを、貯留室（ダイヤフラム室）１１８に臨ませている。これにより、貯留室（ダイヤフラム室）１１８と通路１２８とが、流路１３５を介して連通することとなる。なお、流路１３５上には、メインジェット１３６およびメインチェックバルブ１３８が設けられている。
【００２７】
そして、吸気バルブ３６が開くと、スロットルバルブ１３０の開度に応じた流量の空気が、エアクリーナから吸気ポート３０に向かって通路１２８内を通過する。このとき、ベンチュリ部１２８ｂにおいて空気の流速が増し、ノズル１３４近傍の負圧作用によって、貯留室（ダイヤフラム室）１１８から流路１３５を介して燃料が吸い上げられる。貯留室（ダイヤフラム室）１１８から吸い上げられた燃料は、孔１３４ｂから通路１２８に吸い出される。このようにして混合気が生成され、この混合気が吸気ポート３０を介して燃焼室８に導かれることとなる。なお、空気に混合される燃料の量は、スロットルバルブ１３０の開度すなわち空気の流量に応じて、流路１３５上に設けられたメインジェット１３６、孔１３４ｂおよびスクリュ先端１３２ａによって構成される流量制御部によって次のように制御される。
【００２８】
まず、回転レバー１３０ａが図３に示す位置にあるときには、図４（ａ）に示すように、スロットルバルブ１３０によってベンチュリ部１２８ｂの開度が絞られており、僅かな空気が通路１２８を通過する。この状態が４サイクルエンジン１のアイドル状態となるが、このときに孔１３４ｂから吸い出される燃料の量は、アジャスタスクリュ１３２の回転によって調節することができる。つまり、アジャスタスクリュ１３２を一方（締め付け方向）に回転させると、スクリュ先端１３２ａがベンチュリ部１２８ｂに突出して孔１３４ｂの開度が小さくなる。よって、孔１３４ｂから吸い出される燃料の量が少なくなり、混合気を薄めることができる。これとは逆に、アジャスタスクリュ１３２を戻し方向に回転させると、スクリュ先端１３２ａがベンチュリ部１２８ｂから退避して孔１３４ｂの開度が大きくなる。よって、孔１３４ｂから吸い出される燃料の量が多くなり、混合気を濃くすることができる。このように、アジャスタスクリュ１３２を調節することで、アイドル状態における混合気の濃度を調節することが可能となる。
【００２９】
上記のアイドル状態から回転レバー１３０ａを回転させると、図４（ｂ）に示すように、スロットルバルブ１３０が回転軸方向にスライドしながら回転し、ベンチュリ部１２８ｂの開度が大きくなって、通路１２８を通過する空気の流量が増す。このとき、スロットルバルブ１３０と一体となってアジャスタスクリュ１３２も図３において上方にスライドする。したがって、スクリュ先端１３２ａが上方に引き上げられて孔１３４ｂの開度が大きくなり、通路１２８に吸い出される燃料の量が上記のアイドル状態に比べて多くなる。
【００３０】
そして、上記の状態からさらに回転レバー１３０ａを回転させると、図４（ｃ）に示すように、スロットルバルブ１３０が回転軸方向にさらにスライドしながら回転し、ベンチュリ部１２８ｂの開度が最大となる。また、スクリュ先端１３２ａがさらに上方に引き上げられるため、孔１３４ｂの開度もさらに大きくなるが、このときに通路１２８に吸い出される燃料の量はメインジェット１３６の径によって制御されることとなる。
ここで、メインジェット１３６の開口径は、スロットルバルブ１３０によって通路１２８が全開となった状態で、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が１０％前後の範囲、望ましくは８．５％〜１４％の範囲に収まるように設定されている。これは、１００％エタノールを燃料とした場合の理論空燃比が、空気：燃料（エタノール）＝９：１であることを考慮したものである。ただし、エタノールは親水性が強く、エタノール１００％の燃料とはいっても、実際には燃料中に水分が含まれてしまう。したがって、最大出力を確実に確保するといった観点からすれば、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が１０％以上（高濃度）になるようにメインジェット１３６の開口径を設定する方が望ましい。
【００３１】
ただし、メインジェット１３６の開口径をあまり大きくし過ぎると、今度は混合気中に不必要に燃料が混合されてしまうので、実際は、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が８．５％以上かつ１４％以下、より理想的には空気：燃料（エタノール）が７：１〜９：１の範囲内になるように設定することが望ましい。
このことからも明らかなように、本実施形態においては、容積のほぼ１００％がエタノールで構成される燃料を最適燃料としており、この最適燃料を用いることによって、従来のガソリンを燃料とする作業機用エンジンに比べて、環境への悪影響を低減しながらも同等の出力を実現することが可能となる。
また、本実施形態においては、図４（ａ）や図４（ｂ）に示す状態でも、空気：燃料（エタノール）＝７：１〜９：１となるように、孔１３４ｂの開口量とスクリュ先端１３２ａの突出量とが設定されている。ただし、常に空気：燃料（エタノール）＝７：１〜９：１（混合気の質量に占める燃料の質量の割合が８．５％以上かつ１４％以下）となるように設定する必要はなく、例えば、図４（ｃ）に示す高出力状態においてのみ、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が１０％前後となり、図４（ａ）や図４（ｂ）に示す状態では、混合気中に占める燃料の割合が少なく（薄く）または多く（濃く）なるようにしてもよい。
【００３２】
なお、図３に示すように、気化器本体１０２には、手動で圧縮および膨張が可能に構成され、その操作によって貯留室（ダイヤフラム室）１１８に負圧を生じさせるプライマポンプ１４０が設けられている。このプライマポンプ１４０を操作すると、貯留室（ダイヤフラム室）１１８が負圧になるため、フューエルタンク５６から貯留室（ダイヤフラム室）１１８内に燃料が吸い上げられる。このとき、メインチェックバルブ１３８は、ノズル１３４を介して通路１２８から貯留室（ダイヤフラム室）１１８へ空気が流入するのを防ぐように機能している。そして、吸い上げられた燃料は貯留室（ダイヤフラム室）１１８からオーバーフローパイプ１４２を介してフューエルタンク５６に戻される。
【００３３】
ここで、図１に示すように、気化器１００とフューエルタンク５６とは、吸入管２００および戻り管２０２によって接続されている。
より具体的には、フューエルタンク５６は、断面を略コ字形に形成されており、クランクケース１２を覆うように配置されている。フューエルタンク５６において、気化器１００と対面する部分にはキャップ嵌め込み孔５８が形成されており、このキャップ嵌め込み孔５８にキャップ６０が嵌め込まれている。キャップ６０は、戻り管２０２を圧入固定した状態で貫通させている。戻り管２０２は、一端を気化器１００のオーバーフローパイプ１４２に圧入固定され、他端をフューエルタンク５６内に位置させている。これにより、プライマポンプ１４０の操作によって貯留室（ダイヤフラム室）１１８に吸い上げられた燃料は、オーバーフローパイプ１４２および戻り管２０２を介してフューエルタンク５６に戻されることとなる。
【００３４】
また、キャップ６０は、吸入パイプ６２を圧入固定した状態で貫通させている。この吸入パイプ６２は可撓性を有するものであり、一方の端部６２ａは、後述する接続部材２０４を介して吸入管２００に接続され、他方の端部６２ｂは、フューエルタンク５６内に位置している。吸入パイプ６２は、戻り管２０２に比べて長く、フューエルタンク５６の奥にまで進入可能としている。また、吸入パイプ６２の端部６２ｂには、燃料内の不純物を取り除くための１次フィルタ６４が設けられており、気化器１００に燃料が導かれる際に、吸入パイプ６２に不純物が進入しないようにしている。１次フィルタ６４の周囲には錘６６が設けられており、４サイクルエンジン１が傾いたとしても、燃料の液面の変位に吸入パイプ６２が追従するようにしている。これにより、４サイクルエンジン１がいずれの方向に傾いた場合にも、フューエルタンク５６内の燃料が確実に吸入されることとなる。
【００３５】
吸入パイプ６２および吸入管２００は、図５に示すように、接続部材２０４を介して接続される。すなわち、接続部材２０４は、中空の筒体２０４ａと、この筒体２０４ａに螺子止めによって固定される蓋体２０４ｂとによって構成される。筒体２０４ａには、圧入や接着剤等によって吸入管２００が固定されており、これと同様に、蓋体２０４ｂには、吸入パイプ６２の端部６２ａが固定されている。蓋体２０４ｂには貫通孔が形成されており、この蓋体２０４ｂを筒体２０４ａに螺子止めすることにより、吸入パイプ６２と吸入管２００とが連通することとなる。
また、筒体２０４ａ内には、２次フィルタ２０６と、この２次フィルタ２０６を蓋体２０４ｂ側から筒体２０４ａ側に押し付けるスプリング２０８とが設けられている。２次フィルタ２０６の側面の面積は、吸入管２００の開口面積よりも大きく、スプリング２０８の弾性力によって２次フィルタ２０６が吸入管２００の開口部全面に押し付けられることにより、吸入される燃料が確実に２次フィルタ２０６を通過するようにしている。
【００３６】
この２次フィルタ２０６は、バイオマスエタノールの生成過程で分解されずに残留してしまった物質（例えば、セルロース類。以下、「非分解物質」という）の除去を目的とするものである。つまり、フューエルタンク５６から気化器１００に燃料が導かれる過程では、まず、１次フィルタ６４によって燃料中に混入したゴミ等の不純物が除去される。１次フィルタ６４によって不純物が除去された燃料は、さらに２次フィルタ２０６を通過することとなるが、この２次フィルタ２０６を燃料が通過する過程で、燃料（バイオマスエタノール）中に含まれる非分解物質が除去されるようにしている。本実施形態においては、２次フィルタ２０６として、微細な濾過孔が形成され、かつ、燃料の流通方向に立体的に繊維体が入り組む性質を有する金属繊維を用いているが、耐熱性、耐食性等を考慮するとステンレス鋼繊維を用いることがより望ましい。
【００３７】
上記のように、１次フィルタ６４と２次フィルタ２０６とによって、燃料中の不純物を段階的に除去する本実施形態によれば、気化器１００への燃料の流通がすぐに阻害されたり、フィルタを頻繁に交換または洗浄したりしなければならないといった煩わしさを生じることなく、確実に不純物を除去することが可能となる。
すなわち、１次フィルタ６４によって除去することができなかったセルロース類等の非分解物質を、２次フィルタ２０６によって除去することができる。
気化器１００においては、理論空燃比を実現するために、メインジェット１３６やノズル１３４の径を詳細に設計する必要があるが、こうした部位にセルロース類等の非分解物質が付着し続けると径が小さくなってしまい、理論空燃比を実現できなくなってしまう。本実施形態のように、不純物の付着によって影響が及ぼされる部位よりも上流側に２次フィルタ２０６を設けることにより、こうした特段の問題が生じるのを防ぐことが可能となる。
【００３８】
なお、１次フィルタ６４も２次フィルタ２０６と同様の材質で構成し、非分解物質を１次フィルタ６４においても除去するようにしても構わない。ただし、１次フィルタ６４によってセルロース類等の非分解物質と他の物質とをまとめて除去しようとすると、１次フィルタ６４が目詰まりを生じやすくなるおそれがある。そのため、１次フィルタ６４の濾過孔を２次フィルタ２０６の濾過孔に比べて粗くするとともに、１次フィルタ６４によって、主に非分解物質よりも大きな不純物を除去し、非分解物質は主に２次フィルタ２０６によって除去するようにすることがより望ましい。
【００３９】
このようにした場合には、２次フィルタ２０６は、１次フィルタ６４に比べて濾過孔が微細であるため、交換や洗浄の頻度が多くなる可能性がある。そこで、本実施形態によれば、２次フィルタ２０６の交換や洗浄の頻度を考慮して、フューエルタンク５６と気化器１００との流通過程、より詳細には、フューエルタンク５６の外方であって、しかも、気化器本体１０２の外方に着脱容易に２次フィルタ２０６を設けるようにしている。つまり、２次フィルタ２０６は、１次フィルタ６４よりも下流であって、混合気が生成される前に燃料を濾過することができる位置であれば、その配置や段階は特に限定されない。したがって、２次フィルタ２０６はフューエルタンク５６内に設けてもよいし、気化器１００内に設けてもよい。
しかしながら、上記のように交換や洗浄の頻度が高くなるおそれがある２次フィルタ２０６を、気化器本体１０２やフューエルタンク５６等、他の部品の内部に設けてしまうと、その交換作業や洗浄作業が煩雑になってしまう。本実施形態のように、フューエルタンク５６の外方であって、しかも、気化器本体１０２の外方に着脱容易に２次フィルタ２０６を設ければ、交換作業や洗浄作業が容易となり、上記のような煩雑さを解消することができる。
【００４０】
なお、作業機用のエンジンにおける各部品の潤滑方法として、燃料中に潤滑油を混入させ、燃料とともに潤滑油を各部品に供給する方法が考えられる。しかしながら、ガソリンを含有していないエタノールのみの燃料を用いる場合には、エタノールと潤滑油とが分離してしまい、潤滑油を各潤滑対象に確実に導くことができなくなってしまうおそれがある。そこで、本実施形態においては、燃料系統とは完全に分離した潤滑系統Ａを設け、主にクランク室１４の圧力変化によって各潤滑対象に潤滑油を供給するようにしている。このように、燃料系統と潤滑系統とを完全に分離させることにより、ガソリンを含有していない燃料であっても、確実に潤滑対象を潤滑することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、エタノールを燃料として用いることにより、従来のガソリンを燃料とする作業機用のエンジンに比べて環境に及ぼす影響が小さくなる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、本発明を４サイクルエンジンに適用した場合について説明したが、本発明は２サイクルエンジンにも適用可能である。
また、本発明を適用可能な作業機は、クランクシャフト１６に接続されて、クランクシャフト１６の回転動力によって作動するもの全てが含まれる。
また、本実施形態におけるフューエルタンク５６や気化器１００、あるいはピストン４やクランクシャフト１６といった燃焼系や駆動系等の各構成部品の形状や配置等は一例に過ぎず、本実施形態の構成に限定されるものではない。
また、本実施形態においては、２次フィルタ２０６を金属鋼線によって構成したが、濾過孔の大きさ等、バイオエタノールの生成過程で分解されずに残留してしまう物質を除去することができるものであれば、その材質や形状等は特に限定されない。
また、本実施形態においては、特に１次フィルタ６４と２次フィルタ２０６との関係について説明したが、フィルタは２つに限らず、３つ以上設けることとしても構わない。いずれにしても、多段階にフィルタを設けた場合には、非分解物質を、少なくとも上流側から２つ目以降の１つまたは２以上のフィルタによって除去することができればよい。
【符号の説明】
【００４２】
４ ピストン
８ 燃焼室
１４ クランク室
１６ クランクシャフト
５６ フューエルタンク
１００ 気化器
１１８ 貯留室（ダイヤフラム室）
１２８ 通路
１３０ スロットルバルブ
１３２ アジャスタスクリュ
１３２ａ スクリュ先端
１３４ｂ 孔
１３５ 流路
１３６ メインジェット
Ａ 潤滑系統
ａ，ｂ 潤滑油路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば刈払機等の作業機に用いられるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示すような構成の作業機用のエンジンが知られている。こうした作業機用のエンジンはガソリンを燃料とするものであり、空気に対して所定の割合でガソリンが混合された混合気によって爆発作用がもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８８０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにガソリンを燃料とする作業機用のエンジンは、排出ガスによって環境に悪影響を及ぼしてしまう。近年においては、糖化係バイオマスやデンプン系バイオマスさらにはセルロース系バイオマスといった種々の原料からエタノールの生成が可能になっており、こうしたエタノールを作業機用のエンジンにおいても用いることが環境上は望ましい。
しかしながら、従来の作業機用のエンジンは、ガソリンを燃料とすることを前提に設計されているため、ガソリンの代わりにエタノールを用いると、両者の理論空燃比の違いから、未燃燃料が排出されてしまい、かえって環境に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、環境に及ぼす悪影響が小さい作業機用のエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、混合気を吸入して爆発させる燃焼室と、前記燃焼室で発生する爆発圧力によって往復動するピストンと、前記ピストンに連係され、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトと、容積の９０％以上がエタノールで構成される燃料を貯留するフューエルタンクと、前記燃焼室の負圧作用によって当該燃焼室に吸入される空気中に前記燃料を混合するとともに、少なくとも前記空気の流量が最大となるときに質量の８．５％以上を前記燃料で占める前記混合気を生成する混合気生成手段と、を備えている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記混合気生成手段が、前記燃料の占める割合が質量の１４％以下の混合気を生成する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記混合気生成手段が、前記燃焼室に連通する通路と、前記通路の開度を調整して空気の流量を変化させるスロットルバルブと、前記フューエルタンクから導かれた前記燃料を一時的に貯留する貯留室と、前記貯留室と前記通路とを連通し、前記通路内を空気が流通したときに前記貯留室から前記通路まで前記燃料を導く流路と、前記流路上に設けられ、前記スロットルバルブの開度調整に応じて前記燃料の流量を制御するとともに、少なくとも前記スロットルバルブによって前記通路が全開となった状態で、前記通路を流通する空気の質量に対して、前記流路を流通する燃料の質量を８．５％〜１４％に制御する流量制御部と、を備えた気化器からなる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記クランクシャフトを収容するクランク室に連通し潤滑油が貯留される油溜室と、前記クランクシャフトを収容するクランク室と潤滑対象とを連通する潤滑油路と、を有する潤滑系統を備え、前記潤滑系統は、前記クランク室の圧力変化によって、前記油溜室に貯留される潤滑油を、前記潤滑油路を介して潤滑対象に導くとともに、各潤滑対象から前記油溜室に潤滑油を戻す。
【００１０】
請求項１または２に記載の発明において、混合気生成手段の具体的な構成や燃焼室等との相対位置関係は特に限定されず、例えば、フューエルインジェクションによって構成してもよいし、請求項３に記載の発明のように気化器によって構成してもよい。
本発明において、糖質系バイオマス、デンプン系バイオマス、セルロース系バイオマス等、エタノールの原料は特に限定されない。容積の９０％以上がエタノールで構成された燃料であれば、どのような原料によって生成されたエタノールであっても最適燃料となりうる。また、本来的にはエタノール１００％の燃料が望ましいが、燃料中にエタノール以外の成分が一切含有されないというのは現実的ではない。そこで、燃料中にエタノール以外の成分が故意にあるいは意図せずに含有される場合を考慮して、容積の９０％以上がエタノールで構成され燃料を最適燃料とすることとしている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の４サイクルエンジンの正面側の断面図である。
【図２】本実施形態の４サイクルエンジンの側面側の断面図である。
【図３】本実施形態の気化器の断面図である。
【図４】本実施形態のスロットルバルブの開度を示す図である。
【図５】本実施形態の２次フィルタの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、刈払機に用いられる４サイクルエンジンの正面側の断面図、図２は側面側の断面図である。
図１および図２に示すように、４サイクルエンジン１は、シリンダブロック２にピストン４を往復動自在に収容している。このシリンダブロック２の長手方向の一端側（図中上方）にはシリンダヘッド６が一体的に設けられており、これらシリンダブロック２、シリンダヘッド６およびピストン４の上面によって燃焼室８が形成される。
シリンダブロック２の長手方向の他端側（図中下方）には、オイルパン１０が固定されており、シリンダブロック２とオイルパン１０とによってクランクケース１２が構成されている。
【００１３】
このクランクケース１２の内部にはクランク室１４が形成されており、このクランク室１４から両端が突出するようにクランクシャフト１６が回転自在に支持されている。このクランクシャフト１６は、コンロッド１８によってピストン４に連結されており、ピストン４の往復運動がコンロッド１８を介してクランクシャフト１６の回転運動に変換されることとなる。
なお、クランクケース１２の内部には、各機関を潤滑するための潤滑油を貯留する油溜室２０が設けられている。この油溜室２０は、図示のようにシリンダブロック２に形成された仕切壁２ａによってクランク室１４から仕切られ、密閉された空間となっている。これにより、刈払機のような携帯式の作業機において、使用の際に天地が逆になったり横向きになったりしても、油溜室２０から潤滑油が飛散しないようにしている。
【００１４】
また、図２に示すように、クランクケース１２には連通路２２が形成されている。この連通路２２は、一端を油溜室２０に開口させ、他端をクランク室１４においてクランクシャフト１６の周囲に臨ませている。連通路２２における油溜室２０側の開口には、可撓性を有するパイプ２４が接続されている。パイプ２４の先端には錘２６が設けられており、４サイクルエンジン１が傾いたとしても、潤滑油の液面の変位にパイプ２４が追従して、油溜室２０内の潤滑油を確実に吸入することができるようにしている。
【００１５】
また、クランクシャフト１６には、その回転過程で連通路２２とクランク室１４とを連通する潤滑油路１６ａが形成されており、クランク室１４に生じる負圧作用によって、油溜室２０内の潤滑油が、パイプ２４、連通路２２および潤滑油路１６ａを介してクランク室１４に導かれるようにしている。クランク室１４に導かれた潤滑油は、クランクシャフト１６の回転によって主にクランクウェッブ等から方々に飛散し、ピストン４やクランク室１４内の各種の部品を潤滑することとなる。このとき、クランク室１４内に飛散した潤滑油は、その一部がミスト化されて、図中符号ａで示す潤滑油路を介して後述する側室５０や動弁室５２に導かれ、これによって側室５０や動弁室５２内に設けられた各種の部品も潤滑されるようにしている。なお、側室５０や動弁室５２に導かれた潤滑油は、ピストン４の昇降作用によって生じる負圧作用により、図中符号ｂで示す潤滑油路を介して再びクランク室１４内に戻される。そして、仕切壁２ａには、クランク室１４から油溜室２０への潤滑油の流通のみを許容する一方向弁２８が設けられている。この一方向弁２８は、クランク室１４内の昇圧作用によって開弁するとともに、各種の部品を潤滑した潤滑油を油溜室２０に戻すこととなる。
【００１６】
このように、本実施形態においては、クランクシャフト１６を収容するクランク室１４の圧力変化によって、油溜室２０に貯留される潤滑油を、ピストン４やクランクシャフト１６、さらには後述する動弁機構４０等の各潤滑対象に導くとともに、各潤滑対象から油溜室２０に潤滑油を戻す潤滑系統Ａを備えている。
【００１７】
そして、上記シリンダヘッド６には、後述する気化器１００で生成された混合気を燃焼室８に導く吸気ポート３０、および燃焼室８で生成された排ガスを排気マフラ３２に導く排気ポート３４が形成されている。また、シリンダヘッド６には、燃焼室８に対して吸気ポート３０を開閉する吸気バルブ３６および排気ポート３４に対して燃焼室８を開閉する排気バルブ３８が設けられている。これら吸気バルブ３６および排気バルブ３８は、動弁機構４０によって開閉する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態においては、動弁機構４０をいわゆるＯＨＶ型動弁機構としている。この動弁機構４０は、主な構成部品としてクランクシャフトギヤ４２、カムシャフト４４、ロッカーアーム４６，４８等を有している。クランクシャフトギヤ４２およびカムシャフト４４は、シリンダブロック２およびクランクケース１２に沿って形成される側室５０に設けられており、ロッカーアーム４６，４８は、シリンダヘッド６よりも図中さらに上方に形成される動弁室５２に設けられている。
【００１９】
上記のクランクシャフトギヤ４２は、側室５０においてクランクシャフト１６と一体となって回転する。上記のカムシャフト４４には、側室５０においてクランクシャフトギヤ４２と噛み合い、クランクシャフト１６の１／２回転でカムシャフト４４を回転させるカムシャフトギヤ４４ａが設けられている。さらに、カムシャフト４４には、当該カムシャフト４４と一体回転するカム４４ｂが設けられている。このカム４４ｂには、プッシュロッド５４の一端が接触しており、カム４４ｂの回転によってプッシュロッド５４が長手方向に移動するようにしている。プッシュロッド５４の他端は、上記のロッカーアーム４６，４８に接続されており、プッシュロッド５４の移動にともなってロッカーアーム４６，４８は揺動することとなる。そして、ロッカーアーム４６，４８の揺動によって、それぞれ吸気バルブ３６および排気バルブ３８が押し下げられ、これによって吸気ポート３０および排気ポート３４が開閉することとなる。
【００２０】
吸気バルブ３６は、ピストン４が上死点から下死点まで移動する吸入工程において開弁する。この吸入工程では、燃焼室８において容積拡大にともなって生じる負圧の作用により、吸気ポート３０から燃焼室８内に混合気が吸入することとなる。このように、燃焼室８に吸入される混合気を生成するのが気化器１００である。この気化器１００は、フューエルタンク５６から導かれた燃料を、エアクリーナを通過した空気に混合して混合気を生成している。
すでに説明したように、使用中に天地が逆になったり横向きになったりするおそれがあることを考慮し、本実施形態においては、いずれの方向でも使用できるように、気化器１００をダイヤフラム式の構成としている。以下に、図３を用いて気化器１００の構成について説明する。
【００２１】
図３に示すように、気化器１００は気化器本体１０２を備えている。気化器本体１０２には、クランク室１４に連通するパルス通路１０４が形成されており、このパルス通路１０４をポンプダイヤフラム１０６の一方の側（図中上面）に臨ませている。このポンプダイヤフラム１０６の他方の側（図中下面）には、ポンプ室１０８が形成されている。ポンプ室１０８には、インレットバルブ１１０を介してフューエルインレット１１２が連通し、アウトレットバルブ１１４およびニードルバルブ１１６を介して貯留室（ダイヤフラム室）１１８が連通している。なお、フューエルインレット１１２は、後述する吸入管２００および吸入パイプ６２を介してフューエルタンク５６に接続されている（図１参照）。
【００２２】
クランク室１４内では、容積変化にともなって正圧および負圧の交互作用が生じ、この圧力変化がパルス通路１０４を介してポンプダイヤフラム１０６に作用する。これにより、ポンプダイヤフラム１０６は波動運動することとなる。そして、ポンプダイヤフラム１０６の運動によってポンプ室１０８側に負圧が作用すると、アウトレットバルブ１１４が閉じられたままインレットバルブ１１０が開弁し、フューエルインレット１１２からポンプ室１０８に燃料が吸入される。これに対して、ポンプダイヤフラム１０６の運動によってポンプ室１０８側に正圧が作用すると、インレットバルブ１１０が閉じられたままアウトレットバルブ１１４が開弁し、ポンプ室１０８から貯留室（ダイヤフラム室）１１８に燃料が吐出される。
【００２３】
貯留室（ダイヤフラム室）１１８は、メタリングダイヤフラム１２０によって背圧室１２２と区画されている。背圧室１２２にはエンジンの負圧が作用しており、メタリングダイヤフラム１２０は、エンジンの負圧と貯留室（ダイヤフラム室）１１８との圧力差によって作動することとなる。このメタリングダイヤフラム１２０は、コントロールレバー１２４を介して上記のニードルバルブ１１６に接続されており、このメタリングダイヤフラム１２０の作動によってニードルバルブ１１６が開閉するようにしている。具体的には、貯留室（ダイヤフラム室）１１８が燃料で一杯になると、貯留室（ダイヤフラム室）１１８が昇圧し、メタリングダイヤフラム１２０が背圧室１２２側に作動する。このとき、コントロールレバースプリング１２６の弾性力により、コントロールレバー１２４は、その一端（図中左側）が押し下げられるとともに、他端（図中右側）が押し上げられるように回動する。こうしたコントロールレバー１２４の回動動作によって、ニードルバルブ１１６が押し上げられ、ポンプ室１０８と貯留室（ダイヤフラム室）１１８の連通が遮断されることとなる。
【００２４】
また、気化器本体１０２には、シリンダヘッド６に形成された吸気ポート３０と、不図示のエアクリーナとを接続する通路１２８が形成されている。この通路１２８は、上流側（エアクリーナ側）を大径部１２８ａとし、下流側（吸気ポート３０側）を大径部１２８ａよりも小径のベンチュリ部１２８ｂとしており、このベンチュリ部１２８ｂに、その開度を変位させるスロットルバルブ１３０が設けられている。このスロットルバルブ１３０は、その回転軸を通路１２８に直交させており、回転レバー１３０ａを操作することによって図中上下方向にスライドしながら回転し、その回転量によってベンチュリ部１２８ｂの開度が変位するようにしている。
【００２５】
また、このスロットルバルブ１３０には、アジャスタスクリュ１３２が設けられている。このアジャスタスクリュ１３２は、スロットルバルブ１３０に対して螺子式に止められており、そのスクリュ先端１３２ａを通路１２８の中心近傍まで延伸させている。アジャスタスクリュ１３２をスロットルバルブ１３０に対して一方（締め付け方向）に回転させると、アジャスタスクリュ１３２のスクリュ先端１３２ａは、図中下方に移動してベンチュリ部１２８ｂへの突出量を増す。これとは逆に、アジャスタスクリュ１３２をスロットルバルブ１３０に対して他方（戻し方向）に回転させると、アジャスタスクリュ１３２のスクリュ先端１３２ａは、図中上方に移動してベンチュリ部１２８ｂへの突出量を少なくする。
【００２６】
また、気化器本体１０２には、アジャスタスクリュ１３２に対向するようにノズル１３４が設けられており、このノズル１３４のノズル先端１３４ａに、アジャスタスクリュ１３２のスクリュ先端１３２ａが挿入されている。
さらに、ノズル１３４には、通路１２８に開口する孔１３４ｂが形成されており、この孔１３４ｂに連通する基端１３４ｃを、貯留室（ダイヤフラム室）１１８に臨ませている。これにより、貯留室（ダイヤフラム室）１１８と通路１２８とが、流路１３５を介して連通することとなる。なお、流路１３５上には、メインジェット１３６およびメインチェックバルブ１３８が設けられている。
【００２７】
そして、吸気バルブ３６が開くと、スロットルバルブ１３０の開度に応じた流量の空気が、エアクリーナから吸気ポート３０に向かって通路１２８内を通過する。このとき、ベンチュリ部１２８ｂにおいて空気の流速が増し、ノズル１３４近傍の負圧作用によって、貯留室（ダイヤフラム室）１１８から流路１３５を介して燃料が吸い上げられる。貯留室（ダイヤフラム室）１１８から吸い上げられた燃料は、孔１３４ｂから通路１２８に吸い出される。このようにして混合気が生成され、この混合気が吸気ポート３０を介して燃焼室８に導かれることとなる。なお、空気に混合される燃料の量は、スロットルバルブ１３０の開度すなわち空気の流量に応じて、流路１３５上に設けられたメインジェット１３６、孔１３４ｂおよびスクリュ先端１３２ａによって構成される流量制御部によって次のように制御される。
【００２８】
まず、回転レバー１３０ａが図３に示す位置にあるときには、図４（ａ）に示すように、スロットルバルブ１３０によってベンチュリ部１２８ｂの開度が絞られており、僅かな空気が通路１２８を通過する。この状態が４サイクルエンジン１のアイドル状態となるが、このときに孔１３４ｂから吸い出される燃料の量は、アジャスタスクリュ１３２の回転によって調節することができる。つまり、アジャスタスクリュ１３２を一方（締め付け方向）に回転させると、スクリュ先端１３２ａがベンチュリ部１２８ｂに突出して孔１３４ｂの開度が小さくなる。よって、孔１３４ｂから吸い出される燃料の量が少なくなり、混合気を薄めることができる。これとは逆に、アジャスタスクリュ１３２を戻し方向に回転させると、スクリュ先端１３２ａがベンチュリ部１２８ｂから退避して孔１３４ｂの開度が大きくなる。よって、孔１３４ｂから吸い出される燃料の量が多くなり、混合気を濃くすることができる。このように、アジャスタスクリュ１３２を調節することで、アイドル状態における混合気の濃度を調節することが可能となる。
【００２９】
上記のアイドル状態から回転レバー１３０ａを回転させると、図４（ｂ）に示すように、スロットルバルブ１３０が回転軸方向にスライドしながら回転し、ベンチュリ部１２８ｂの開度が大きくなって、通路１２８を通過する空気の流量が増す。このとき、スロットルバルブ１３０と一体となってアジャスタスクリュ１３２も図３において上方にスライドする。したがって、スクリュ先端１３２ａが上方に引き上げられて孔１３４ｂの開度が大きくなり、通路１２８に吸い出される燃料の量が上記のアイドル状態に比べて多くなる。
【００３０】
そして、上記の状態からさらに回転レバー１３０ａを回転させると、図４（ｃ）に示すように、スロットルバルブ１３０が回転軸方向にさらにスライドしながら回転し、ベンチュリ部１２８ｂの開度が最大となる。また、スクリュ先端１３２ａがさらに上方に引き上げられるため、孔１３４ｂの開度もさらに大きくなるが、このときに通路１２８に吸い出される燃料の量はメインジェット１３６の径によって制御されることとなる。
ここで、メインジェット１３６の開口径は、スロットルバルブ１３０によって通路１２８が全開となった状態で、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が１０％前後の範囲、望ましくは８．５％〜１４％の範囲に収まるように設定されている。これは、１００％エタノールを燃料とした場合の理論空燃比が、空気：燃料（エタノール）＝９：１であることを考慮したものである。ただし、エタノールは親水性が強く、エタノール１００％の燃料とはいっても、実際には燃料中に水分が含まれてしまう。したがって、最大出力を確実に確保するといった観点からすれば、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が１０％以上（高濃度）になるようにメインジェット１３６の開口径を設定する方が望ましい。
【００３１】
ただし、メインジェット１３６の開口径をあまり大きくし過ぎると、今度は混合気中に不必要に燃料が混合されてしまうので、実際は、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が８．５％以上かつ１４％以下、より理想的には空気：燃料（エタノール）が７：１〜９：１の範囲内になるように設定することが望ましい。
このことからも明らかなように、本実施形態においては、容積のほぼ１００％がエタノールで構成される燃料を最適燃料としており、この最適燃料を用いることによって、従来のガソリンを燃料とする作業機用エンジンに比べて、環境への悪影響を低減しながらも同等の出力を実現することが可能となる。
また、本実施形態においては、図４（ａ）や図４（ｂ）に示す状態でも、空気：燃料（エタノール）＝７：１〜９：１となるように、孔１３４ｂの開口量とスクリュ先端１３２ａの突出量とが設定されている。ただし、常に空気：燃料（エタノール）＝７：１〜９：１（混合気の質量に占める燃料の質量の割合が８．５％以上かつ１４％以下）となるように設定する必要はなく、例えば、図４（ｃ）に示す高出力状態においてのみ、混合気の質量に占める燃料の質量の割合が１０％前後となり、図４（ａ）や図４（ｂ）に示す状態では、混合気中に占める燃料の割合が少なく（薄く）または多く（濃く）なるようにしてもよい。
【００３２】
なお、図３に示すように、気化器本体１０２には、手動で圧縮および膨張が可能に構成され、その操作によって貯留室（ダイヤフラム室）１１８に負圧を生じさせるプライマポンプ１４０が設けられている。このプライマポンプ１４０を操作すると、貯留室（ダイヤフラム室）１１８が負圧になるため、フューエルタンク５６から貯留室（ダイヤフラム室）１１８内に燃料が吸い上げられる。このとき、メインチェックバルブ１３８は、ノズル１３４を介して通路１２８から貯留室（ダイヤフラム室）１１８へ空気が流入するのを防ぐように機能している。そして、吸い上げられた燃料は貯留室（ダイヤフラム室）１１８からオーバーフローパイプ１４２を介してフューエルタンク５６に戻される。
【００３３】
ここで、図１に示すように、気化器１００とフューエルタンク５６とは、吸入管２００および戻り管２０２によって接続されている。
より具体的には、フューエルタンク５６は、断面を略コ字形に形成されており、クランクケース１２を覆うように配置されている。フューエルタンク５６において、気化器１００と対面する部分にはキャップ嵌め込み孔５８が形成されており、このキャップ嵌め込み孔５８にキャップ６０が嵌め込まれている。キャップ６０は、戻り管２０２を圧入固定した状態で貫通させている。戻り管２０２は、一端を気化器１００のオーバーフローパイプ１４２に圧入固定され、他端をフューエルタンク５６内に位置させている。これにより、プライマポンプ１４０の操作によって貯留室（ダイヤフラム室）１１８に吸い上げられた燃料は、オーバーフローパイプ１４２および戻り管２０２を介してフューエルタンク５６に戻されることとなる。
【００３４】
また、キャップ６０は、吸入パイプ６２を圧入固定した状態で貫通させている。この吸入パイプ６２は可撓性を有するものであり、一方の端部６２ａは、後述する接続部材２０４を介して吸入管２００に接続され、他方の端部６２ｂは、フューエルタンク５６内に位置している。吸入パイプ６２は、戻り管２０２に比べて長く、フューエルタンク５６の奥にまで進入可能としている。また、吸入パイプ６２の端部６２ｂには、燃料内の不純物を取り除くための１次フィルタ６４が設けられており、気化器１００に燃料が導かれる際に、吸入パイプ６２に不純物が進入しないようにしている。１次フィルタ６４の周囲には錘６６が設けられており、４サイクルエンジン１が傾いたとしても、燃料の液面の変位に吸入パイプ６２が追従するようにしている。これにより、４サイクルエンジン１がいずれの方向に傾いた場合にも、フューエルタンク５６内の燃料が確実に吸入されることとなる。
【００３５】
吸入パイプ６２および吸入管２００は、図５に示すように、接続部材２０４を介して接続される。すなわち、接続部材２０４は、中空の筒体２０４ａと、この筒体２０４ａに螺子止めによって固定される蓋体２０４ｂとによって構成される。筒体２０４ａには、圧入や接着剤等によって吸入管２００が固定されており、これと同様に、蓋体２０４ｂには、吸入パイプ６２の端部６２ａが固定されている。蓋体２０４ｂには貫通孔が形成されており、この蓋体２０４ｂを筒体２０４ａに螺子止めすることにより、吸入パイプ６２と吸入管２００とが連通することとなる。
また、筒体２０４ａ内には、２次フィルタ２０６と、この２次フィルタ２０６を蓋体２０４ｂ側から筒体２０４ａ側に押し付けるスプリング２０８とが設けられている。２次フィルタ２０６の側面の面積は、吸入管２００の開口面積よりも大きく、スプリング２０８の弾性力によって２次フィルタ２０６が吸入管２００の開口部全面に押し付けられることにより、吸入される燃料が確実に２次フィルタ２０６を通過するようにしている。
【００３６】
この２次フィルタ２０６は、バイオマスエタノールの生成過程で分解されずに残留してしまった物質（例えば、セルロース類。以下、「非分解物質」という）の除去を目的とするものである。つまり、フューエルタンク５６から気化器１００に燃料が導かれる過程では、まず、１次フィルタ６４によって燃料中に混入したゴミ等の不純物が除去される。１次フィルタ６４によって不純物が除去された燃料は、さらに２次フィルタ２０６を通過することとなるが、この２次フィルタ２０６を燃料が通過する過程で、燃料（バイオマスエタノール）中に含まれる非分解物質が除去されるようにしている。本実施形態においては、２次フィルタ２０６として、微細な濾過孔が形成され、かつ、燃料の流通方向に立体的に繊維体が入り組む性質を有する金属繊維を用いているが、耐熱性、耐食性等を考慮するとステンレス鋼繊維を用いることがより望ましい。
【００３７】
上記のように、１次フィルタ６４と２次フィルタ２０６とによって、燃料中の不純物を段階的に除去する本実施形態によれば、気化器１００への燃料の流通がすぐに阻害されたり、フィルタを頻繁に交換または洗浄したりしなければならないといった煩わしさを生じることなく、確実に不純物を除去することが可能となる。
すなわち、１次フィルタ６４によって除去することができなかったセルロース類等の非分解物質を、２次フィルタ２０６によって除去することができる。
気化器１００においては、理論空燃比を実現するために、メインジェット１３６やノズル１３４の径を詳細に設計する必要があるが、こうした部位にセルロース類等の非分解物質が付着し続けると径が小さくなってしまい、理論空燃比を実現できなくなってしまう。本実施形態のように、不純物の付着によって影響が及ぼされる部位よりも上流側に２次フィルタ２０６を設けることにより、こうした特段の問題が生じるのを防ぐことが可能となる。
【００３８】
なお、１次フィルタ６４も２次フィルタ２０６と同様の材質で構成し、非分解物質を１次フィルタ６４においても除去するようにしても構わない。ただし、１次フィルタ６４によってセルロース類等の非分解物質と他の物質とをまとめて除去しようとすると、１次フィルタ６４が目詰まりを生じやすくなるおそれがある。そのため、１次フィルタ６４の濾過孔を２次フィルタ２０６の濾過孔に比べて粗くするとともに、１次フィルタ６４によって、主に非分解物質よりも大きな不純物を除去し、非分解物質は主に２次フィルタ２０６によって除去するようにすることがより望ましい。
【００３９】
このようにした場合には、２次フィルタ２０６は、１次フィルタ６４に比べて濾過孔が微細であるため、交換や洗浄の頻度が多くなる可能性がある。そこで、本実施形態によれば、２次フィルタ２０６の交換や洗浄の頻度を考慮して、フューエルタンク５６と気化器１００との流通過程、より詳細には、フューエルタンク５６の外方であって、しかも、気化器本体１０２の外方に着脱容易に２次フィルタ２０６を設けるようにしている。つまり、２次フィルタ２０６は、１次フィルタ６４よりも下流であって、混合気が生成される前に燃料を濾過することができる位置であれば、その配置や段階は特に限定されない。したがって、２次フィルタ２０６はフューエルタンク５６内に設けてもよいし、気化器１００内に設けてもよい。
しかしながら、上記のように交換や洗浄の頻度が高くなるおそれがある２次フィルタ２０６を、気化器本体１０２やフューエルタンク５６等、他の部品の内部に設けてしまうと、その交換作業や洗浄作業が煩雑になってしまう。本実施形態のように、フューエルタンク５６の外方であって、しかも、気化器本体１０２の外方に着脱容易に２次フィルタ２０６を設ければ、交換作業や洗浄作業が容易となり、上記のような煩雑さを解消することができる。
【００４０】
なお、作業機用のエンジンにおける各部品の潤滑方法として、燃料中に潤滑油を混入させ、燃料とともに潤滑油を各部品に供給する方法が考えられる。しかしながら、ガソリンを含有していないエタノールのみの燃料を用いる場合には、エタノールと潤滑油とが分離してしまい、潤滑油を各潤滑対象に確実に導くことができなくなってしまうおそれがある。そこで、本実施形態においては、燃料系統とは完全に分離した潤滑系統Ａを設け、主にクランク室１４の圧力変化によって各潤滑対象に潤滑油を供給するようにしている。このように、燃料系統と潤滑系統とを完全に分離させることにより、ガソリンを含有していない燃料であっても、確実に潤滑対象を潤滑することが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、エタノールを燃料として用いることにより、従来のガソリンを燃料とする作業機用のエンジンに比べて環境に及ぼす影響が小さくなる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、本発明を４サイクルエンジンに適用した場合について説明したが、本発明は２サイクルエンジンにも適用可能である。
また、本発明を適用可能な作業機は、クランクシャフト１６に接続されて、クランクシャフト１６の回転動力によって作動するもの全てが含まれる。
また、本実施形態におけるフューエルタンク５６や気化器１００、あるいはピストン４やクランクシャフト１６といった燃焼系や駆動系等の各構成部品の形状や配置等は一例に過ぎず、本実施形態の構成に限定されるものではない。
また、本実施形態においては、２次フィルタ２０６を金属鋼線によって構成したが、濾過孔の大きさ等、バイオエタノールの生成過程で分解されずに残留してしまう物質を除去することができるものであれば、その材質や形状等は特に限定されない。
また、本実施形態においては、特に１次フィルタ６４と２次フィルタ２０６との関係について説明したが、フィルタは２つに限らず、３つ以上設けることとしても構わない。いずれにしても、多段階にフィルタを設けた場合には、非分解物質を、少なくとも上流側から２つ目以降の１つまたは２以上のフィルタによって除去することができればよい。
【符号の説明】
【００４２】
４ ピストン
８ 燃焼室
１４ クランク室
１６ クランクシャフト
５６ フューエルタンク
１００ 気化器
１１８ 貯留室（ダイヤフラム室）
１２８ 通路
１３０ スロットルバルブ
１３２ アジャスタスクリュ
１３２ａ スクリュ先端
１３４ｂ 孔
１３５ 流路
１３６ メインジェット
Ａ 潤滑系統
ａ，ｂ 潤滑油路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気を吸入して爆発させる燃焼室と、
前記燃焼室で発生する爆発圧力によって往復動するピストンと、
前記ピストンに連係され、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトと、
容積の９０％以上がエタノールで構成される燃料を貯留するフューエルタンクと、
前記燃焼室の負圧作用によって当該燃焼室に吸入される空気中に前記燃料を混合するとともに、少なくとも前記空気の流量が最大となるときに質量の８．５％以上を前記燃料で占める前記混合気を生成する混合気生成手段と、を備えた作業機用エンジン。
【請求項２】
前記混合気生成手段は、前記燃料の占める割合が質量の１４％以下の混合気を生成する請求項１記載の作業機用エンジン。
【請求項３】
前記混合気生成手段は、
前記燃焼室に連通する通路と、
前記通路の開度を調整して空気の流量を変化させるスロットルバルブと、
前記フューエルタンクから導かれた前記燃料を一時的に貯留する貯留室と、
前記貯留室と前記通路とを連通し、前記通路内を空気が流通したときに前記貯留室から前記通路まで前記燃料を導く流路と、
前記流路上に設けられ、前記スロットルバルブの開度調整に応じて前記燃料の流量を制御するとともに、少なくとも前記スロットルバルブによって前記通路が全開となった状態で、前記通路を流通する空気の質量に対して、前記流路を流通する燃料の質量を８．５％〜１４％に制御する流量制御部と、を備えた気化器からなる請求項１または２に記載の作業機用エンジン。
【請求項４】
前記クランクシャフトを収容するクランク室に連通し潤滑油が貯留される油溜室と、
前記クランクシャフトを収容するクランク室と潤滑対象とを連通する潤滑油路と、を有する潤滑系統を備え、
前記潤滑系統は、前記クランク室の圧力変化によって、前記油溜室に貯留される潤滑油を、前記潤滑油路を介して潤滑対象に導くとともに、各潤滑対象から前記油溜室に潤滑油を戻す請求項１〜３のいずれかに記載の作業機用エンジン。
【請求項１】
混合気を吸入して爆発させる燃焼室と、
前記燃焼室で発生する爆発圧力によって往復動するピストンと、
前記ピストンに連係され、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトと、
容積の９０％以上がエタノールで構成される燃料を貯留するフューエルタンクと、
前記燃焼室の負圧作用によって当該燃焼室に吸入される空気中に前記燃料を混合するとともに、少なくとも前記空気の流量が最大となるときに質量の８．５％以上を前記燃料で占める前記混合気を生成する混合気生成手段と、を備えた作業機用エンジン。
【請求項２】
前記混合気生成手段は、前記燃料の占める割合が質量の１４％以下の混合気を生成する請求項１記載の作業機用エンジン。
【請求項３】
前記混合気生成手段は、
前記燃焼室に連通する通路と、
前記通路の開度を調整して空気の流量を変化させるスロットルバルブと、
前記フューエルタンクから導かれた前記燃料を一時的に貯留する貯留室と、
前記貯留室と前記通路とを連通し、前記通路内を空気が流通したときに前記貯留室から前記通路まで前記燃料を導く流路と、
前記流路上に設けられ、前記スロットルバルブの開度調整に応じて前記燃料の流量を制御するとともに、少なくとも前記スロットルバルブによって前記通路が全開となった状態で、前記通路を流通する空気の質量に対して、前記流路を流通する燃料の質量を８．５％〜１４％に制御する流量制御部と、を備えた気化器からなる請求項１または２に記載の作業機用エンジン。
【請求項４】
前記クランクシャフトを収容するクランク室に連通し潤滑油が貯留される油溜室と、
前記クランクシャフトを収容するクランク室と潤滑対象とを連通する潤滑油路と、を有する潤滑系統を備え、
前記潤滑系統は、前記クランク室の圧力変化によって、前記油溜室に貯留される潤滑油を、前記潤滑油路を介して潤滑対象に導くとともに、各潤滑対象から前記油溜室に潤滑油を戻す請求項１〜３のいずれかに記載の作業機用エンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１３２８５６（Ｐ２０１１−１３２８５６Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２０５４（Ｐ２００９−２９２０５４）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１３７２９２）株式会社マキタ (1,210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１３７２９２）株式会社マキタ (1,210)
【Ｆターム（参考）】
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