特許 5690531 内燃エンジンの作動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5690531

(24)【登録日】2015年2月6日

(45)【発行日】2015年3月25日

(54)【発明の名称】内燃エンジンの作動方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20150305BHJP

   F02D 41/08 20060101ALI20150305BHJP

   F02N 3/02 20060101ALI20150305BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 314B

   F02D45/00 362H

   F02D41/08 380

   F02N3/02 A

【請求項の数】10

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2010-198785(P2010-198785)

(22)【出願日】2010年9月6日

(65)【公開番号】特開2011-58492(P2011-58492A)

(43)【公開日】2011年3月24日

【審査請求日】2013年8月27日

(31)【優先権主張番号】10 2009 040 321.3

(32)【優先日】2009年9月5日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】598052609

【氏名又は名称】アンドレアス シュティール アクチエンゲゼルシャフト ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100091867

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 アキラ

(74)【代理人】

【識別番号】100154612

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 秀樹

(74)【代理人】

【識別番号】100167151

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】クラウス ガイアー

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１７３１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３８７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０６１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９７９１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ − ４５／００

Ｆ０２Ｄ １３／００ − ２８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃エンジン（１１）を始動させる始動装置と制御装置によって制御される燃料供給装置とを備えた内燃エンジン（１１）の作動方法であって、前記内燃エンジン（１１）の始動時にコールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出し、検出したスタート条件に基づいて燃料供給量（ｘ_１，ｘ_２）を制御し、前記始動装置が、該始動装置を前記内燃エンジン（１１）のクランク軸（２０）と取り外し可能に結合するための連結装置（３２）を有している前記方法において、
コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出するため、前記内燃エンジン（１１）の始動時に、該内燃エンジンの回転数が当初上昇しその後低下するような始動行程（２６，２７，２８）の少なくとも１つの作動範囲で、前記始動装置が前記クランク軸（２０）から切り離されている前記始動行程の終了段階の間に回転数勾配（Δｎ_１，Δｎ_２）を検出し、検出した前記回転数勾配（Δｎ_１，Δｎ_２）を、コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検知するために利用することを特徴とする方法。

【請求項2】

前記始動装置が手で起動されるロープ引張り型スターターであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出するため、前記回転数勾配（Δｎ_１，Δｎ_２）を限界値（Δｎ_限界）と比較することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出するため、温度（Ｔ）を検出することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。

【請求項5】

前記制御装置が制御器（１２）であり、温度（Ｔ）を該制御器（１２）内で測定することを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

温度（Ｔ）が、該温度（Ｔ）からコールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを一義的に判断できない温度範囲にあるときに、前記回転数勾配（Δｎ_１，Δｎ_２）を検出することを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。

【請求項7】

前記回転数勾配（Δｎ_１，Δｎ_２）が検出される前記作動範囲が、ほぼ−１０℃ないしほぼ２０℃の温度（Ｔ）であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

検出した前記スタート条件に依存して、コールドスタート条件に対する第１の燃料供給量（ｘ_１）またはホットスタート条件に対する第２の燃料供給量（ｘ_２）を選定することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。

【請求項9】

前記内燃エンジン（１１）の１回目の始動行程の際に、ホットスタート条件に対する前記第２の燃料供給量（ｘ_２）を選定することを特徴とする、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

コールドスタート条件に対して選定した前記第１の燃料供給量（ｘ_１）を、前記内燃エンジン（１１）が始動するまで継続して適用することを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃エンジンの作動方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

内燃エンジン、たとえばパワーソー、切断研磨機、刈払い機等の手で操縦される作業機に使用される内燃エンジンは、非常に異なった周囲条件のもとで作動される。エンジンが酷寒時にも酷暑時にも支障なく始動するよう保証するため、始動時に温度センサを介して周囲温度を検出して始動過程を適宜制御することが知られている。

【0003】

周囲温度を測定する温度センサを使用する場合、エンジンに対し支配的なスタート条件を常に正確に検出できるとき限らない。これは、とりわけ、作業機が当初短時間停止し、従って新たな始動をホットスタート条件のもとで行わなければならないが、周囲温度が非常に低いために温度センサがコールドスタート条件を検出する場合に言えることである。

【0004】

誤検出したコールドスタート条件で内燃エンジンを始動すると、内燃エンジンが燃料過多になるため、新たな始動が困難になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、この種の内燃エンジンの作動方法において、内燃エンジンの始動を確実に可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１の構成によって解決される。

【0007】

内燃エンジンの回転数が当初上昇しその後低下するような始動行程の少なくとも１つの作動範囲で始動行程の終了段階(Auslaufphase)の間に回転数勾配を検出すること、すなわち回転数の低下と時間との関係を検出することは、内燃エンジンがコールドスタート条件のもとで回転しているのか、ホットスタート条件のもとで回転しているのかを推定するうえで信頼性のあるものである。始動行程の終了段階の間に、内燃エンジンは始動装置とは独立に回転する。終了段階の間に回転数がどの程度急速に低下するかは、潤滑油の温度に依存する内燃エンジンの摩擦に依存している。回転数の検出手段は通常内燃エンジンに設けられているので、回転数勾配を更なるコストなしに検出でき、スタート条件を特定するために利用できる。これによって、内燃エンジンの始動挙動を簡単に改善できる。

【0008】

始動装置は、該始動装置を内燃エンジンのクランク軸と取り外し可能に結合するための連結装置を有し、始動装置はクランク軸から切り離されたときに回転数勾配を検出する。これによって、回転数勾配に対する始動装置の影響を阻止することができる。この場合、始動装置は有利には手で起動されるロープ引張り型スターターである。しかし、始動装置は電気始動装置であってもよい。電気始動装置は、回転数勾配を検出するために所定の時間にわたってオフにされ、それによって終了段階が生じるようにする。

【0009】

合目的には、コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出するため、回転数勾配を限界値と比較する。限界値は一定である必要はない。

【0010】

有利には、コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出するため、温度を検出する。有利には、温度を内燃エンジンの外側で測定し、すなわちシリンダおよびクランクケースの外側で測定し、エンジン温度とは区別する。なお温度は、内燃エンジンが配置されている作業機の外側で測定した温度である必要はない。制御装置が制御器であり、温度を該制御器内で測定すれば、簡潔な構成が得られる。これによって、温度を検出するための温度センサを制御器の回路基板上に配置することができ、その結果配線が必要なくなる。制御器内で測定した温度は、エンジン温度と周囲温度の間にある。温度を制御器内で測定することにより、制御器の外側に設けられる外部センサを必要としない。これにより簡潔な構成と簡単な組み立てが得られる。

【0011】

本発明によれば、温度が、測定した温度から、特に制御器内で測定した温度から、コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを一義的に判断できない温度範囲にあるときに、回転数勾配を検出する。従って、検出した温度がスタート条件を特定するために十分でないときだけ回転数勾配を検出する。回転数勾配が検出される作動範囲は、有利にはほぼ−１０℃ないしほぼ２０℃の温度である。

【0012】

有利には、検出したスタート条件に依存して、コールドスタート条件に対する第１の燃料供給量またはホットスタート条件に対する第２の燃料供給量を選定する。

【0013】

コールドスタート条件のもとでは、通常は１回目の始動行程でのスタートは不可能である。それ故、本発明によれば、内燃エンジンの１回目の始動行程の際に、ホットスタート条件に対する第２の燃料供給量を選定する。従って、好ましい条件のもとにあり且つホットスタート条件であれば、１回目の始動行程でのスタートが可能である。このとき、１回目の始動行程の際に、コールドスタート条件であるかホットスタート条件であるかを検出する。有利には、コールドスタート条件に対して選定した第１の燃料供給量を、内燃エンジンが始動するまで継続して適用する。これによって、コールドスタート条件の検知後に間違ってホットスタート条件を検知しても、内燃エンジンのスタートを可能にさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

次に、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

【図1】パワーソーの概略側面図である。

【図2】図１のパワーソーの概略断面図である。

【図3】始動時の時間に対する可能な回転数推移を示すグラフである。

【図4】図３のグラフの１回の始動行程の拡大図である。

【図5】本発明による方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１には、手で操縦される作業機の実施形態としてパワーソー１が図示されている。本発明による方法は、たとえば切断研磨機、刈払い機、芝刈り機等の他の作業機の内燃エンジンにおいても有利である。また、他の使用目的も合目的である。パワーソー１はケーシング２を有し、ケーシング２には後部グリップ３が配置されている。後部グリップ３にはスロットルコントロールレバー８とスロットルコントロールレバーロック９とが回動可能に支持されている。後部グリップ３に隣接して作動モード設定器１０がケーシング２から突出している。作動モード設定器１０を用いてパワーソー１をオンオフすることができる。ケーシング２には、さらに、作動時にパワーソー１を操縦するためのグリップパイプ４が配置されている。ケーシング２の後部グリップ３とは逆の側では、ソーチェーン６を周回するように駆動するガイドレール５が前方へ突出している。ソーチェーン６は、ケーシング２内に配置されている内燃エンジン１１（図１では破線で示した）によって駆動される。ケーシング２からは、内燃エンジン１１の始動装置を操作するための始動グリップ７が突出している。内燃エンジン１１は、点火プラグ１３と燃料弁１６を制御する制御器１２を有している。本実施形態では、燃料弁１６は気化器１４の領域で内燃エンジン１１の吸気通路１５に臨んでいる。燃料弁１６をたとえば内燃エンジン１１のクランクケースに臨むように構成してもよい。燃料弁１６は有利には電磁弁である。

【0016】

図２には、パワーソー１の駆動部の構成が詳細に図示されている。図２が示すように、点火プラグ１３は内燃エンジン１１のシリンダ２２内へ突出し、シリンダ２２内には、ピストン２１によって画成された燃焼室が形成されている。ピストン２１はクランクケース２３内に回転可能に支持されているクランク軸２０を駆動する。クランク軸２０には、内燃エンジン１１側にファンホイール１９が固定され、ファンホイール１９の外周には制御器１２が配置されている。制御器１２は、たとえば、ファンホイール１９で保持されている磁石によって電気エネルギーを誘導する点火モジュールである。しかしながら、内燃エンジン１１にエネルギーを供給するため、クランク軸２０に配置される発電機（図示せず）を用いてもよい。図２が示すように、制御器１２内には温度センサ１７が配置されている。温度センサ１７は有利には制御器１２の回路基板に固定されている。

【0017】

ファンホイール１９の内燃エンジン１１とは逆の側には、内燃エンジン１１用の始動装置として、連結装置３２を介してクランク軸２０と結合可能なロープ引張り型スターター１８が配置されている。内燃エンジン１１のファンホイール１９とは逆の側には、ソーチェーン６を駆動する駆動ピニオン２５をクランク軸２０と結合させている遠心クラッチ２４が設けられている。

【0018】

内燃エンジン１１を始動するため、操作者は始動グリップ７を引いて、連結装置３２を介してクランク軸２０を回転させる。燃料が燃焼室内へ到達し、内燃エンジン１１が十分に運動エネルギーを有することで燃焼室内の混合気を圧縮して点火するためには、当初クランク軸２０の数回転を要するので、最初に始動する場合には、内燃エンジン１１の始動は好ましい条件のもとでのみ行われる。始動グリップ７を引いても内燃エンジン１１の始動が行われなければ、操作者は始動グリップ７を離し、始動グリップ７は復帰ばねによりケーシング２内へ引き込まれる。その後、操作者は２回目の始動行程を行うことができる。

【0019】

図３は、複数回の始動行程における回転数ｎの時間ｔに関する推移を示している。１回目の始動行程２６では、回転数は当初上昇し、その後再び低下する。回転数の低下は、始動装置１８がもはや連結装置３２を介してクランク軸２０と結合されていないときの内燃エンジン１１の終了段階に相当している。２回目の始動行程２７および３回目の始動行程２８においても、始動グリップ７の引き出しに相当する回転数ｎの上昇が行われ、その後の回転数の低下はクランク軸２０の除々の停止（終了段階）に相当している。４回目の始動行程２９ではじめて回転数ｎは始動後に著しく上昇する。ここでエンジンが始動する。

【0020】

パワーソー１は作動時に種々の作動条件のもとで作動される。非常に低温の場合、内燃エンジン１１には始動用の燃料をより多く供給せねばならない。周囲温度が低いこと、すなわちエンジン外部の温度が低いことを検知するため、制御器１２内に温度センサ１７が設けられている。しかしながら、内燃エンジン１１がすでに回転しているにもかかわらず、温度センサ１７が非常に低い温度を有することがある。これは、たとえば、内燃エンジン１１を切った後にケーシング２が再び低い周囲温度へ冷却され、他方内燃エンジン１１はまだ完全に潤滑されているような場合である。このような場合には、制御器１２内の温度センサ１７がコールドスタート条件を報知しているにもかかわらず、内燃エンジン１１はホットスタート条件のもとで始動する必要がある。ホットスタート条件とコールドスタート条件とを明確に区別することができるようにするため、本発明によれば、１回の始動行程の終了段階の間に回転数勾配Δｎを検出する。

【0021】

１回の始動行程における回転数推移が図４に拡大して示してある。この場合、曲線３０はコールドスタート条件での回転数推移を示し、曲線３１はホットスタート条件での回転数推移を示している。なお、回転数勾配はクランク軸２０の１回転にわたってクランク軸２０の静止直前に測定するのが有利である。図４では、回転数勾配は２つの時点ｔ_１とｔ_２の間に記入されており、その間隔は有利にはクランク軸２０の１回転に相当している。曲線３０の場合、両時点ｔ_１とｔ_２の間での回転数勾配Δｎ_２は、曲線３１における回転数勾配Δｎ_１よりも著しく大きい。コールドスタート条件の場合、摩擦がより大きいためにクランク軸２０は著しく制動される。これは、回転数勾配Δｎ_１、Δｎ_２を検出することによって判定することができる。

【0022】

図５は、コールドスター条件なのかホットスタート条件なのかを検出する方法の過程を示している。まず、方法ステップ３５で、制御器１２内で測定した温度Ｔが下限温度（たとえば−１０℃）よりも低いかどうかを調べる。もし低ければ、コールドスタート条件に対する第１の燃料供給量ｘ_１を選定する。温度が−１０℃よりも高ければ、方法ステップ３６で、温度Ｔが２０℃以下であるかどうかを検出する。この場合、温度Ｔは温度センサ１７によって測定する。もし温度が２０℃を越えていれば、ホットスタート条件であり、ホットスタート条件に対する第２の燃料供給量ｘ_２を選定する。なお、燃料供給量ｘ_１，ｘ_２は、通常どおり、クランク軸の１回転あたりの燃料量に基づいて決めるか、或いは、特性曲線等を介して決めてよい。

【0023】

温度Ｔが−１０℃と＋２０℃の間であれば、方法ステップ３７で、１回の始動行程の終了段階の際に回転数勾配Δｎ_１，Δｎ_２を検出し、限界値Δｎ_限界と比較する。回転数勾配Δｎ_１，Δｎ_２が限界値Δｎ_限界よりも上であれば、コールドスタート条件であり、第１の燃料供給量ｘ_１を選定する。これは、図４の実施形態の場合、曲線３０における回転数勾配Δｎ_２のケースである。回転数勾配Δｎ_１，Δｎ_２が限界値Δｎ_限界よりも下であれば、ホットスタート条件であり、第２の燃料供給量ｘ_２を選定する。これは、曲線３１の回転数勾配Δｎ_１のケースである。その後、選定した燃料供給量ｘ_１，ｘ_２を、燃料弁６を適宜制御することによって供給する。１度コールドスタート条件が検知されると、内燃エンジン１１が始動するまでにこの方法は終了する。もしホットスタート条件が検知されれば、ホットスタート条件が正確に検知されたことを確定するため、更なる始動行程を行うたびに回転数勾配を監視する。もし後の始動過程でコールドスタートが検知されたならば、更なる複数回の始動行程に対し、コールドスター条件に対する第１の燃料供給量ｘ_１を選定し、燃料を固定値に基づいて、或いは、特性曲線に基づいて適宜供給する。

【符号の説明】

【0024】

１１ 内燃エンジン
１２ 制御器
１８ ロープ引張り型スターター
２０ クランク軸
２６，２７，２８ 始動行程
３２ 連結装置
ｘ_１，ｘ_２ 燃料供給量
Δｎ_１，Δｎ_２ 回転数勾配
Δｎ_限界 回転数勾配の限界値
Ｔ 温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】