(57)【要約】潤滑油を混合された燃料により運転できるよう設計された内燃機関１０用システムであって、前記潤滑油を混合された前記燃料内の特定の添加剤の存在を検出するように構成された検出器１６と、前記添加剤の検出値と設定された限界値とを比較するように構成された電子装置２４であって、前記潤滑油が、前記燃料内に混合されていないか、又は前記添加剤を介して、前記限界値に対して相関関係がある量より少ない量しか前記燃料内に混合されていない場合、表示器３０により前記燃料内の前記潤滑油の不足を表示し、及び／又は前記潤滑油の不足が前記燃料内で予測される時に、前記内燃機関１０用点火システムもしくは噴射システム１１との接続手段２６を介して前記内燃機関の運転を中止するか運転条件を変更する電子装置、とを備えることを特徴とする、内燃機関用システム。
2005522624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を混合された燃料により運転できるよう設計された内燃機関（１０）用システムであって、
前記潤滑油を混合された燃料内の特定の添加剤の存在を検出するように構成された検出器（１６）と、
前記添加剤の検出値と設定された限界値とを比較するように構成された電子装置（２４）であって、前記潤滑油が、前記燃料内に混合されていないか、又は前記添加剤を介して、前記限界値に対して相関関係がある量より少ない量しか前記燃料内に混合されていない場合、表示器（３０）により前記燃料内の潤滑油の不足を表示し、及び／又は前記潤滑油の不足が前記燃料内で予測される時に、前記内燃機関（１０）用点火システムもしくは噴射システム（１１）との接続手段（２６）を介して前記内燃機関の運転を中止するか運転条件を変更する電子装置、とを備えることを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用システムであって、
前記限界値は、前記添加剤のタイプと、燃料と潤滑油と添加剤の混合比の制限とに対する相関関係に基づいて調整可能であることを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用システムであって、
前記電子装置（２４）は、内燃機関（１０）用の前記点火システム（１１）への前記接続手段（２６）を介してエンジン回転速度を制限するようにされており、好ましくは、前記潤滑油の不足が前記燃料内で予測される時に、アイドル速度運転のみを許容することを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関用システムであって、
前記添加剤は、燃料と潤滑油の前記混合物の導電率又は電気容量を、好ましくは増加させるように、変化させ、
前記検出器（１６）は、潤滑油と燃料の前記混合物内の前記添加剤の存在を、前記導電率又は前記電気容量の形で検出するように設計されており、
前記限界値は、前記導電率又は前記電気容量に関する限界値であることを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関用システムであって、
前記検出器（１６）は、前記導電率及び前記電気容量を計測するための２つの電極を備えることを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関用システムであって、
前記添加剤は燃料と潤滑油の前記混合物の光学的特性を変化させる添加剤であり、
前記検出器（１６）は、潤滑油を混合した前記燃料内の前記添加剤の存在を、前記光学的特性の形で検出するように設計されており、
前記限界値は、前記光学的特性に関する限界値であることを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関用システムであって、
前記検出器は、光学センサー、好ましくは発光ダイオード（１８）及びフォトトランジスタ（２０）の形式の光学センサーを備え、
前記添加剤は、前記発光ダイオードから発光された光の波長又はスペクトルの光を吸収するようにされた着色剤であることを特徴とする、内燃機関用システム。
【請求項８】
燃料と潤滑油の混合物により運転される内燃機関の運転に関する方法であって、
前記燃料と潤滑油の混合物内に混入された添加剤の存在を検出する（１６）ステップと、
前記添加剤の存在の検出値を、設定された限界値と比較するステップと、
前記潤滑油が、前記燃料内に混合されていないか、又は前記添加剤を介して、前記限界値に対して相関関係がある量より少ない量しか前記燃料内に混合されていない場合、前記燃料内の潤滑油の不足を表示し（３０）、及び／又は前記潤滑油の不足が前記燃料内で予測される時に、前記内燃機関の運転を中止するか運転条件を変更するステップとを、備えることを特徴とする、内燃機関の運転に関する方法。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の運転に関する方法であって、
前記限界値は、前記添加剤のタイプと、燃料と潤滑油と添加剤の混合比の制限とに対する相関関係に基づいて調整可能であることを特徴とする、内燃機関の運転に関する方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の運転に関する方法であって、
前記潤滑油の不足が前記燃料内で予測される時に、エンジン回転速度はアイドル速度のみに制限されることを特徴とする、内燃機関の運転に関する方法。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の内燃機関の運転に関する方法であって、
前記添加剤は、前記燃料と潤滑油の混合物の導電率又は電気容量を、好ましくは増加させるように、変化させ、
前記潤滑油と燃料の混合物内の前記添加剤の存在の検出は、前記導電率又は前記電気容量の形で計測され、
前記限界値は、前記導電率又は前記電気容量に関する限界値であることを特徴とする、内燃機関の運転に関する方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の内燃機関の運転に関する方法であって、
前記添加剤は前記燃料と潤滑油の混合物の光学的特性を変化させる添加剤であり、
前記潤滑油と燃料の混合物内の前記添加剤の存在の検出は、前記光学的特性の形で計測され、
前記限界値は、前記光学的特性に関する限界値であることを特徴とする、内燃機関の運転に関する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と潤滑油の混合物により運転できるよう設計された内燃機関、例えば典型的には２サイクルエンジン用のシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２サイクルエンジンの大部分及び最近開発された４サイクルエンジンのいくつかは、潤滑油の連続供給を必要とする。このような内燃機関において、エンジンの重要部分に対し独立した潤滑システムを通じて例えばオイルを少量ポンプ供給するか、又はエンジン用燃料タンクに燃料を再充填する時、潤滑油を燃料に混合することにより、潤滑油が連続して供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば２サイクルエンジンに関して、エンジンに必要な潤滑油が無くなることによる損傷を避けるために、以前、異なるシステムが開発された。これらのシステムは、通常、独立した潤滑油タンクを含んだ独立した潤滑油システムの一部として設計されている。そして、潤滑油の存在は、システムにより、例えば、ゲージや表示ランプや直接エンジン点火装置に接続されたフロート装置等により表示される。
【０００４】
いくつかのエンジンに適用した結果、独立した潤滑油タンクと潤滑油供給ポンプを使用することは非実用的であることが分かった。適用例は、中でもチェーンソー、草刈り機、切断鋸で使用される携帯用小形２サイクルエンジンである。これらは、種種の稼動条件で使用されたが、独立した潤滑システムは成功しなかった。独立した潤滑システムが非実用的であるため、燃料は、燃料タンクに充填される前に、潤滑油が常に加えられ混合された。
【０００５】
燃料と共にエンジンへ供給する潤滑油供給方法の問題点の１つは、燃料内の潤滑油の有無を検出することである。一方、燃料に混合される潤滑油が、例えば、青、緑、赤の染料により着色されることは一般的である。着色された潤滑油が、燃料に混合される時、潤滑油と燃料の混合物もかなり強く着色され、例えば透明な容器内で目視により見分けることが可能となる。しかし、このような見分け方は、運転者が問題点に気付くこと及び潤滑油が燃料に加えられたことの点検を積極的に実施することに掛かっている。それゆえ、たとえ燃料と潤滑油の不適正な混合物が使用されたとしてもエンジンが運転されることに妨げとはならない。
【０００６】
潤滑油の連続供給を必要とするエンジンを潤滑油無しで運転すると、運転者が潤滑油が存在しない表示を得る前に、常に重大なエンジン損傷が引起される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主な目的は、上記問題を無くするか少なくとも最少にするシステムと方法を提供するにある。詳細には、本発明は、潤滑油が燃料内に無いか不十分な時はいつでも、表示や警告を与え、あるいはエンジン運転を中止するか運転条件を変化させるシステムと方法を提供する。
【０００８】
これらの目的は、特許請求の範囲に記載の発明に係るシステムと方法により達成される。
【０００９】
本発明の原理は、燃料内の潤滑油の存在の自動検出方法を基礎としている。潤滑油の検出量は予め設定された限界量と比較され、潤滑油の不足が検出される時（すなわち、限界量にはまだ達していない時に）、表示がなされ、及び／又は潤滑油の不足が燃料内で予測される時に、エンジン運転を中止するか運転条件を変化させる。
潤滑油が燃料内で不足していることが検出された時、アイドル速度のみが許容されるように、エンジン運転条件を変化させることが好ましい。通常、残留潤滑油が前回の運転から残っており直接洗い流されていないので、エンジンがアイドル速度又は低回転で運転されるなら、通常はエンジン損傷は起きない。
【００１０】
しかし、燃料と潤滑油の混合物に適量の潤滑油が存在するかどうかを直接検出することは困難であることが分かっている。本発明では、検出を可能にする添加剤が使用される。それゆえ検出されるのはこの添加剤の存在であり、予め設定される限界量は、この添加剤の存在に関するものである。しかし、潤滑油の存在は、添加剤の存在と直接相関関係がある。添加剤は、潤滑油量に直接比例して燃料に混合されるからである。添加剤は、潤滑油の販売前に既に潤滑油に直接混合されていることが好ましい。しかし、燃料内に添加剤と潤滑油を別々に混合することも又可能である。
【００１１】
限界量は、添加剤のタイプや燃料と潤滑油と添加剤との混合比の制限を考慮して、計算され調節されるが、限界量は、調整可能にしておくことが好ましい。限界量は、潤滑油と燃料の混合物に混合される添加剤の量と、潤滑油と燃料の混合比の下限（通常、燃料内の潤滑油は最低０.５％であり１％が好ましい）に依存している。本発明に係る１実施例において、潤滑油と燃料の混合比に関する上限量、典型的には燃料内における最大０.５％で好ましくは最大１％の潤滑油と相関関係がある上限量が利用される。この上限量を超えた時、下限に到達した時と異なる方法で、システムはこれを表示する。しかし、通常、エンジン運転が積極的に中止されたり、変更されたりする必要は無い。設定された（混合比の）制限と既知の濃度の既知の添加剤において、限界量は固定することができ、限界量を調節する必要は無い。
【００１２】
本発明に係る第１実施例において、添加剤は、燃料と潤滑油の混合物の導電率又は電気容量を、好ましくは増加させるように、変化させる。そして、潤滑油と燃料の混合物内の添加剤の存在の検出は、導電率又は電気容量の形で行われ、前記限界量は、導電率又は電気容量に関する限界量である。
【００１３】
本発明に係る第２実施例において、前記添加剤は燃料と潤滑油の混合物の光学的特性を変化させる添加剤である。潤滑油を混合した燃料内の添加剤の存在の検出は、この光学的特性の形で行なわれ、前記限界量は、光学的特性に関する限界量である。発光ダイオード（ＬＥＤ）及びフォトトランジスタのような光学電子的検出器が、添加剤の検出に関して使用されることが好ましい。一方、添加剤は、ＬＥＤから発光されたものと同一波長の光を吸収するようにされた染料である。しかし、添加剤が適合されている、選択された波長又はスペクトルにおいて、他の光源や光学的検出器を使用することも又可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１の番号１０と１１は、２サイクル内燃機関とその点火装置を示す。燃料タンク１２は燃料供給路１４を介してエンジン１０と接続されている。燃料タンクは、予め設定された割合で、潤滑油（通常はオイル）や検出される添加剤共に燃料（通常はガソリン）で満たされている。添加剤は、本実施例では、例えば４００から４５０ナノメートル（ｎｍ）の選択された波長スペクトルの光、すなわち青色可視光線を遮断する特性を持つ着色剤（染料）である。例えば約９００ｎｍの赤外線スペクトルのような他の波長スペクトルを遮断する特性を持つ染料も使用できる。
【００１５】
燃料供給路１４は検出器１６付近で透明部を持つ。検出器１６は、本実施例において、発光ダイオード（ＬＥＤ）１８とフォトトランジスタ２０を含んでいる。ＬＥＤ１８は、染料が光遮断特性を持つスペクトルと同一波長スペクトルで発光するように選択適合される。燃料、潤滑油、添加剤（すなわち染料）の混合物が燃料供給路１４を通過している時、染料により、ＬＥＤからの光は遮断されるか弱められる。フォトトランジスタ２０は、この光の遮断又は弱体化を記憶し電線２２を通過して電子装置２４へ信号を送る。電子装置において、信号は、染料の濃度に関する予め設定された限界値と比較され、潤滑油濃度が十分かどうか（限界値を超えているかどうか）の間接的測定がなされる。
【００１６】
限界値を超えていれば、電子装置は、この条件は十分であり、エンジン１０は正常であるとして運転が許される。一方、信号が、その値が限界値以下になったなら、電子装置２４が、エンジン１０の点火を遮断するか、点火機能を低速又はアイドル速度にのみ果たすよう、接続手段２６を通過してエンジン点火システム１１へ指示を送信する。これは、エンジン速度次第で点火をしたりしなかったりすることを意味する。これは又、運転者が、不完全な点火のような他の故障状態と誤解しないことをも意味する。電子装置２４が、表示器３０（例えば光又は音の表示器）へ信号を送信できる時、表示器は、運転者が潤滑油の不足に気付くように作動しても良い。更に、表示器３０は、潤滑油の直近の濃度や燃料タンク１２への必要充填量さえも画面に表示しても良い。
【００１７】
検出器１６及び限界値が、潤滑油の濃度同様に着色剤のタイプ（すなわち、着色剤が遮断する波長スペクトル）に関連して、現状の潤滑油に既に存在する着色剤に対して、調節可能であることが了解されている。検出器１６及び限界値は、この目的のために特別に開発された染料又は添加剤に対して調節されても良い。潤滑油の販売前に既に潤滑油の中へこのような染料又は添加剤が混合されているのが好ましい。しかし、燃料内で染料（着色剤）と潤滑油を別々に混合することも又可能である。適切に選んだ染料、例えば波長スペクトル４００ｎｍから４５０ｎｍの光を遮断する染料では、２％以下、好ましくは１％以下、更に好ましくは０.５％以下の染料（潤滑油内の）で十分である。１つ以上のアゾ（ azo ）着色剤を含んだオイルに溶ける、溶剤ベースの染料であれば、このような例に限られない。本発明の実施において、中でも、ユナイテッド・カラー・マニュファクチュアリングにより製造されている、黄色液剤ＤＲＨＦ、ＧＲＨＦ、Ｆ２ＨＦが使用され成功した。これらの着色剤は、モノアゾ、ジアゾ着色剤の混合物を含み、全て、波長４００ｎｍから４５０ｎｍの光を強力に遮断する特性を持っている。
【００１８】
第１実施例において、潤滑油を混合した燃料の導電率を検出するよう設計された２つの電極１８、２０により、検出器１６が置換されていることを除いて、システムは図１で説明されたものと同じである。電極は、潤滑油を混合した燃料と直接接触しており、燃料供給路１４の透明な部分は必要なくなる。この場合の添加剤は、潤滑油を混合した燃料の導電率又は電気容量を変化させる（好ましくは増加させる）もの、例えばアルコールとすることができる。この場合、限界値は、導電率又は電気容量で表現される。純粋なガソリンは、非常に低い導電率又は電気容量を持っている。これは、従来の潤滑油も同様である。こうして添加剤が検出のため必要となる。
【００１９】
本発明では、本システムは、検出器や電極その他の必要な機器を用いて設計され、既存のエンジンで採用可能である。
【００２０】
切断鋸に、本発明に係るシステムを装備した。
【００２１】
４３０ｎｍの波長を持つ青色ＬＥＤを備えた測定用ブリッジと従来型フォトトランジスタが、内径約６ｍｍの透明な樹脂チューブの両側に設置された。樹脂チューブは、エンジンの燃料供給路に接続された。測定用ブリッジは電子装置に接続され給電された。
【００２２】
電子装置とＬＥＤの電源は、切断鋸のフライホィールに設置された簡単な誘導コイルから成る。
【００２３】
切断鋸の点火装置は、通常は単純なスイッチに接続している単純な接地線（スイッチ切断線）を持っている。手動でスイッチを切替えることにより、スイッチ切断線がスイッチ位置で接地する時、エンジン点火は、中止される。試作品において、点火用接地線は、電子装置に接続された。その時、電子装置は、スイッチに接続された。安全上の理由より、電子装置が作動しているかどうかに関係なく点火スイッチを切断可能にしておくべきである。
【００２４】
試作品で使用された電子装置は以下の機能を含んでいた。
１．フライホィールの誘導コイルは、エンジン速度に依存する、約１２から３０ボルトの低い交流電流を発生させる。
２．ＬＥＤからの光が特定強度（変換された限界値）でフォトトランジスタに到達しない場合、すなわちオイルと燃料の混合物に混合された着色剤により光が遮断された場合は、エンジンは通常通り運転され、通常通りスイッチ操作により運転が中止される。ＬＥＤからの光がフォトトランジスタへ、一定の高い強度で到達する場合（限界値を変換した値を超えた場合、言い換えれば限界値より低い場合）は、フォトトランジスタは、一定の高い電流を発生する。フォトトランジスタからの増加した電流が、点火スイッチから地面へ接続している接地線に電気的スイッチを入れ、機械スイッチが点火システムを接地する場合と同様に、点火火花が発生しなくなる。
３．機械スイッチと同じ様にスイッチを切り点火を中止するのは好ましくないので、エンジン速度が４０００から５０００ｒｐｍを超えた場合にのみスイッチを切り点火を中止する、更にもう１つの機能を回路に含むこととなった。このタイプのエンジンの通常のアイドル速度は約２０００から３０００ｒｐｍである。すなわち、エンジンはアイドル速度で起動し運転することは可能であるが、エンジン速度が４０００から５０００ｒｐｍを超えた場合は、スイッチを切り点火を中止することを、これは意味する。これより、再びスイッチを入れ点火させても、低い回転速度で運転することとなる。言い換えれば、いかなる他形式の既知の故障の兆候をも取違えることの無い、特異なエンジン運転が達成される。
４．光を遮断するための限界値、及び点火を中止するのに望ましいエンジン回転速度の限界値が、試作型において調節された。商業用途では、これらの限界値を固定することが望ましい。これらの限界値を手動で調節したり、高度な制御システムにおいてはエンジン機能からこれらの限界値を電子制御することも又可能であろう。
【００２５】
本発明は、実施例に限定されるものではなく特許請求の範囲の思想を含む。それゆえ、いわゆる当業者は、検出器が、例えば燃料システムの異なる位置に設置可能であることを容易に理解するだろう。ＬＥＤに替わるものとして、例えばレーザーのような他の光源の使用も可能である。本発明に係るシステム及び方法が、潤滑油と混合された燃料により運転される内燃機関であって、分離した潤滑油タンクからエンジンへ直接、ポンプにより供給される内燃機関に使用されることも考案可能である。本システムは、中でもチェーンソー、草刈り機、切断鋸で使用される２サイクル小形エンジン用に最初は開発されたが、潤滑油と混合された燃料を利用する全ての内燃機関で利用可能である。更に適切であれば、本システム及び方法は、圧縮着火エンジンと同様に火花点火エンジンに利用可能であり、点火システムで利用することのみならず、噴射システムに接続し、例えば限界値以下になれば噴射を中止したり制限したりすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る第２実施例のシステムを模式的に説明する図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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