(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃エンジンのスタートの際に吸気通路内への燃料供給がコントロール不能にならないようにする。【解決手段】燃料通路内に、無電流状態で開弁して前記燃料通路を開放する電気燃料弁が配置されている。該電気燃料弁は、作動電圧を印加されたときにはじめて前記燃料通路を閉鎖して該燃料通路を遮断することで吸気通路に燃料が吸込まれないように作用する。電気制御ユニット１３は前記電気燃料弁を制御して点火プラグ８に点火火花を発生させる。点火発電機９はクランク軸６によって駆動されて前記電気制御ユニット、前記電気燃料弁および点火装置のような電気消費装置にエネルギーを供給するために設けられている。前記クランク軸６の回転が始まったときに生成される前記点火発電機９の電気エネルギーを、まず前記電気燃料弁を閉弁させるために使用し、その後に前記電気制御ユニット１３が点火プラグ８に点火火花を発生させる。【選択図】図１
2015036552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロープ引張りスタータと、燃料システムと、電気制御ユニット（１３）と、点火発電機（９）とを備えた内燃エンジンをスタートさせるための方法であって、前記内燃エンジン（１４）に吸気通路（２０）を介して燃料空気混合気を供給し、燃料空気混合気を前記内燃エンジン（１４）の燃焼室（７）内でピストン（４）によって圧縮して点火プラグ（８）によって点火し、前記ピストン（４）がクランク軸（６）を回転駆動させ、前記燃料システムが前記吸気通路（２０）に開口する燃料通路（２８）を備え、該燃料通路を介して、前記吸気通路（２０）に供給された燃料量を流動させ、前記燃料通路（２８）内に、無電流状態で開弁して前記燃料通路（２８）を開放する電気燃料弁（３０）が配置され、該電気燃料弁（３０）は、作動電圧（Ｕ）を印加されたときにはじめて前記燃料通路（２８）を閉鎖して該燃料通路（２８）を遮断することで前記吸気通路（２０）に燃料が吸込まれないように作用し、前記電気制御ユニット（１３）が前記電気燃料弁（３０）を制御して前記点火プラグ（８）に点火火花を発生させ、前記点火発電機（９）が前記クランク軸（６）によって駆動されて前記制御ユニット、前記電気燃料弁（３０）および点火装置のような電気消費装置にエネルギーを供給するために設けられている前記方法において、
前記クランク軸（６）の回転が始まったときに生成される前記点火発電機（９）の電気エネルギーを、まず前記電気燃料弁（３０）を閉弁させるために使用し、その後に前記電気制御ユニット（１３）が前記点火プラグ（８）に前記点火火花を発生させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記点火発電機（９）のみが前記電気消費装置の作動に必要なエネルギーを生成させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記クランク軸（６）の回転とともに前記制御ユニット（１３）の電圧供給を行って該制御ユニットを起動させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記点火発電機（９）が前記ピストンの上死点（ＯＴ）の前で第１の電圧波を発生させ、前記ピストン（４）の下死点（ＵＴ）の前で第２の電圧波を発生させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記内燃エンジン（１４）のスタートのたびに該内燃エンジン（１４）の作動温度に関係なく、前記クランク軸（６）の回転開始とともに最初に前記燃料弁（３０）を通電し、その後に点火火花を発生させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料弁（３０）を前記クランク軸の複数の回転にわたって閉じたままにすることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料弁（３０）を前記クランク軸の２回転ないし６回転にわたって閉じたままにすることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料弁（３０）を前記クランク軸の３回転にわたって閉じたままにすることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料弁（３０）を閉じたままにした状態でも点火火花を発生させることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃料弁（３０）の閉弁をスタート過程時の回転数降下（ｄｎ／ｄｔ）に依存して遅延させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転数降下（ｄｎ／ｄｔ）に対する所定の制限値（ａ）を越えたときに前記燃料弁（３０）を前記クランク軸の１回または複数回の回転の間開いたままにすることを特徴とする、請求項１０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、スタート装置を備えた内燃エンジンのスタート方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーチェーンソー、ディスクグラインダ、刈払い機、送風機等の手で操縦可能な作業機のような、手で操縦される携帯可能な作業機の内燃エンジンは、内燃エンジンを手でスタートさせるためにロープ引張りスタータを備えているのが大部分である。ロープ引張りスタータは内燃エンジンのクランク軸に係合してこれを回転させる。
【０００３】
内燃エンジンには、吸気通路を介して燃料空気混合気が供給される。内燃エンジンが２サイクルエンジンの場合、燃料空気混合気には、２サイクルエンジンを作動させるために必要なオイルも含まれている。吸込まれた燃料空気混合気は、ピストンによって内燃エンジンの燃焼室内で圧縮され、点火ユニットによって制御される点火プラグによって点火される。
【０００４】
燃料は、燃料システムを介して吸気通路に供給される。燃料システムは吸気通路内に開口する燃料通路を有し、該燃料通路を介して供給燃料量が流れる。燃料通路内には電気燃料弁が配置され、該電気燃料弁はその無電流状態で開いて燃料通路を開放しており、作動電圧が印加されたときにはじめて燃料通路を閉じ、その結果燃料通路が遮断されて吸気通路内に燃料が吸込まれなくなる。
【０００５】
電気制御ユニットは燃料弁と点火とを制御し、その際電気エネルギーがクランク軸とともに回転する発電機によって提供される。
【０００６】
燃料弁は無電流で開弁している弁であり、内燃エンジンのスタート以前は電気エネルギーが供給されていないので、燃料弁を閉じるために燃料システムの燃料通路は当初開いている。たとえばロープ引張りスタータを介して内燃エンジンを始動させると、燃焼空気が吸気通路を介して吸込まれ、これによって生じる吸気負圧のために燃料も燃料路を介して吸気通路内へ溢流してくる。クランク軸で駆動される点火発電機が十分な電気エネルギーを提供するようになってからはじめて、点火プラグに点火火花を発生させることができ、所望の燃料量を配量するために燃料弁を制御することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、内燃エンジンのスタートの際に吸気通路内への燃料供給がコントロール不能にならないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の構成によって解決される。
【０００９】
点火前に電気燃料弁にエネルギーを供給することを優先することにより、燃料弁が早期の段階で閉じられ、これにより吸気通路内へのコントロール不能な燃料の流れ込みが阻止される。点火火花の発生は、時間的に燃料弁が最初に閉じた後にはじめて行われ、これによって、コントロール不能に流れ込んだ燃料が（燃焼可能な混合気を形成するほどに濃厚である限りにおいては）燃焼して、その後燃料弁を介して、内燃エンジンの正常な作動に整合した燃料量をコントロールして供給するように保証されている。
【００１０】
このように、スタート時には、点火発電機によって生成されたエネルギーはまず燃料弁を閉じるために使用され、燃料弁が閉じた後に初めて点火が可能になる。
【００１１】
制御ユニット、電気燃料弁、点火装置のような電気消費装置の作動に必要な電気エネルギーは、もっぱら点火発電機のみで生成される。その際、クランク軸の回転とともに制御ユニットの電圧供給を行って該制御ユニットを起動させることで、その制御機能（燃料弁の制御、点火の発生）を行使するのが合目的である。
【００１２】
点火発電機は、ピストンの上死点の前で第１の（完全な）電圧波を発生させ、ピストンの下死点の前で第２の電圧波を発生させるように構成されている。これは、点火発電機のマグネットホイールの周部にわたって２つまたはそれ以上の永久磁石を、好ましくは互いに対角線方向に対向するように配置することによって達成される。
【００１３】
内燃エンジンのスタートのたびに該内燃エンジンの作動温度に関係なく、クランク軸の回転開始とともに最初に燃料弁を通電し（閉弁させ）、その後に点火火花を発生させる。この場合、燃料弁をクランク軸の複数の回転にわたって閉じたままにし、たとえば２回転ないし６回転にわたって閉じたままにし、このようにして燃焼室を燃料を含んでいない燃焼空気で掃気し、その後に（制御ユニットによる配量で）内燃エンジンの作動に必要な燃料量を配量するのが合目的である。燃料弁をクランク軸の３回転にわたって閉じたままにするのが有利であることが明らかになった。
【００１４】
特に合目的には、燃料弁を閉じたままにした状態でも点火火花を発生させることである。これにより、コントロール不能に流れ込んで燃料が（燃焼可能な混合気が発生した限りにおいては）燃焼室内で燃焼し、その後、制御ユニットを介して内燃エンジンの作動条件に適合するようにコントロールされた燃料量が燃料弁を介して配量される。
【００１５】
本発明の更なる構成では、電気燃料弁を閉弁させるための信号を、スタート過程時のクランク軸の回転数降下に依存して遅延させる。これは、内燃エンジンが乾燥状態で作動した場合、すなわち燃料不足のためにエンストする場合に有利である。特に２サイクルエンジンの場合、燃料には潤滑用のオイルが添加される。内燃エンジンが乾燥状態で作動すると、潤滑機能が低下し、その結果内燃エンジン内部の摩擦が増大する。摩擦が増大した状態を確認するため、スタート過程時に内燃エンジンの回転数を検出し、評価（分析）する。始動過程後に内燃エンジンがスタートしなければ、回転数は再びゼロに戻る。回転数降下のゼロへの勾配は潤滑に依存している。すなわち急激な回転数降下は潤滑機能が低下していることの表れである。従って、回転数降下の勾配に対する所定の制限値を越えたときに燃料弁をクランク軸の１回または複数回の回転の間開いたままにする。このようにして内燃エンジンには十分な燃料／オイル混合気が提供され、内燃エンジン内部での正常な潤滑が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
次に、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【図１】手で操縦される携帯可能な作業機の一例としてのパワーチェーンソーの図である。
【図２】内燃エンジンの吸気通路内へ燃料を供給するための燃料システムの図である。
【図３】２つの永久磁石を備えた点火発電機の図である。
【図４】回転数、クランク軸角度、点火時点、燃料弁の電圧と時間との関係を示す図である。
【図５】スタート過程で内燃エンジンのクランク軸の回転数降下を評価するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に図示した作業機１はパワーチェーンソーとして構成されている。作業機１はディスクグラインダ、送風機、刈払い機等の手で操縦可能な携帯式作業機であってもよい。
【００１８】
作業機１のケーシング２内には内燃エンジン１４が設けられている。内燃エンジン１４はシリンダ３を有し、シリンダ３内ではピストン４が往復動し、ピストン４は連接棒６を介してクランク軸６を駆動する。シリンダ３内に形成され、ピストン４によって画成されている燃焼室７には、該燃焼室７内で圧縮される混合気を点火するために用いる点火プラグ８が付設されている。
【００１９】
クランク軸６によりファンホイール１２が回転する。ファンホイール１２の周部１０には少なくとも１つの永久磁石が配置されている。永久磁石は、点火制御ユニット１３を含んでいる点火発電機９のヨーク１１と協働する。点火制御ユニット１３は点火ケーブル１５を介して点火プラグ８と結合されて、クランク軸６の回転位置に依存して、よってピストン４のストローク位置に依存して、燃焼室７内に吸込まれた燃料空気混合気を燃焼させるための点火火花を生じさせる。
【００２０】
燃料空気混合気は、図２に概略で示したように、吸気通路２０内で形成される。このためベンチュリー部２１が設けられ、ベンチュリー部２１により、内燃エンジン１４へ流動する燃焼空気（矢印１６）が負圧を生じさせて、燃料システム５０の主ノズル路２２を介して燃料を吸込む。
【００２１】
図２に図示した燃料システム５０では、燃料はタンク２３から燃料搬送ポンプ２４と制御弁２５とを介して制御室２６に供給される。制御弁２５は圧力制御されており、燃料の排流のために制御ダイヤフラム２７が制御室２６の方向へ変位したときに、常に開弁する。
【００２２】
制御室２６から主ノズル路２２へ至る燃料通路２８は、電気で操作される燃料弁３０によって制御され、燃料弁３０は点火制御ユニット１３によって弁ケーブル２９を介して電気制御されている。
【００２３】
燃料通路２８は、燃料弁３０の後で、主ノズル路２２とアイドリング路３２とに分岐している。アイドリング路３２は、アイドリング室３１と、スロットルバルブ３３の回動範囲内で吸気通路２０に開口している複数のアイドリングノズル３４，３５，３６とを介して燃料を供給する。
【００２４】
スタートの場合、ベンチュリー部２１の上流側にあるチョークバルブ３７が閉じられ、その結果吸気通路２０内の負圧がスタートの際に大きくなる。負圧が大きくなることで、燃料弁３０が開いていれば、主ノズル路２２の主ノズル３９とアイドリング路３２のアイドリングノズル３４，３５，３６とを介して吸気通路２０内へ流れる燃料流量は増大する。これによって内燃エンジン１４に、スタートのために必要な混合気（濃厚な混合気）が供給される。
【００２５】
チョークバルブ３７が開いていれば（点線で図示）、スタートの場合に、アイドリングノズル３５と３６を介しての十分な燃料供給を保証するために、スロットルバルブ３３のみがスタート位置へ回動する。
【００２６】
点火制御ユニット１３、点火プラグ８、燃料弁３０への電気エネルギーの供給は、図３に図示した点火発電機９によって行われる。点火発電機９は、クランク軸６とともに回転する２つの永久磁石１７，１８と、これに付設されているヨーク１１とから成っている。永久磁石１７と１８はファンホイール１２の周部に配置され、ヨーク１１と協働する。ヨーク１１はその脚部にコイル（図示せず）を担持している。ヨーク１１と、そのコイルと、燃料弁３０および点火プラグ８を制御するための電子回路とは、点火制御ユニット１３の１つの共通の構成ユニット内に封入されている。好ましくは点火制御ユニット１３内に組み込まれるマイクロプロセッサ１９は、一方では点火を制御し、他方では燃料弁３０の開弁時間を制御する。
【００２７】
燃料弁３０は無電流で開く弁であり、この種の弁は独国特許出願公開第１０２４２８１６Ａ１号明細書に記載されており、その開示事項を本願の一部とする。
【００２８】
作業機１の内燃エンジン１４がスタートする場合、これは通常どおりにロープ引張りスタータ４５によって行う。
【００２９】
クランク軸の最初の回転に伴って、吸気通路２０を介して矢印方向１６に燃焼空気が吸込まれ、これによって、主ノズル穴３７にもアイドリング穴３４，３５，３６にも負圧が発生する。従って、燃料弁３０が開いたときに燃料が吸気通路２０内へ進入する。
【００３０】
図４のグラフに示したように、たとえばロープ引張りスタータを介して３６０゜のクランク軸角度ＫＷにわたるクランク軸６の完全な１回転が行なわれ、その際ピストン４の上死点ＯＴが乗り越えられる。図４の最も上の図には、実際の回転数が示されている。クランク軸が回転方向４０において３６０゜のクランク軸角度ＫＷにわたって完全に回転した後、ヨーク１１のコイル内に永久磁石１７と１８の磁場を介して十分にエネルギーが誘導され、その結果燃料弁３０と点火とを制御することができる。点火時点ＺＺＰは図４でピストンの位置（上死点ＯＴ、下死点ＵＴ）の下方に図示されている。本発明によれば、回転方向４０でのクランク軸６の回転開始時に発生する電気エネルギーはまず燃料弁３０に与えられ、これに伴って、無電流で開弁しているこの燃料弁３０は当初閉じられる。図４の下側に示したように、燃料弁３０には電圧Ｕが与えられる。燃料弁３０での電圧ＵＶは時間ファクタΔｔだけ最初の点火の前方にあり、すなわち制御ユニット１３が点火火花Ｚ（点火時点ＺＺＰの図）を点火プラグ８に発生させる時点よりも前にある。
【００３１】
システム全体は、点火発電機９だけが電気消費装置（たとえば点火プラグ８、燃料弁３０、マイクロプロセッサ１９）の作動に必要なエネルギーを発生させるように、構成されている。
【００３２】
クランク軸６が回転を開始し、点火発電機９のヨーク１１のそばを１つの永久磁石１７または１８が最初に通過すると、まず制御ユニット１３への電圧供給が確立され、従って制御ユニット１３のマイクロプロセッサが起動し、これによってマイクロプロセッサが作動してその制御課題を満たすことができる。
【００３３】
点火発電機９は、（第１の永久磁石１７による）第１の電圧波がピストン４の上死点ＯＴの前で発生し、永久磁石１８による第２の電圧波がピストン４の下死点ＵＴの前で発生するように、構成されている。これは、１回転した後に十分なエネルギーが提供されて燃料弁３０を閉じるよう保証している。その際、内燃エンジン１４の作動温度に関係なく、内燃エンジン１４のスタートのたびにクランク軸６の回転開始に伴って最初に燃料弁３０が通電され、その後に点火火花Ｚが発生する。
【００３４】
本発明の更なる構成では、燃料弁はクランク軸の複数回の回転にわたって閉じられたままであり、好ましくはクランク軸の２回転ないし６回転にわたって閉じられたままであり、このようにして、特にホットスタート時の始動混合気のオーバーリッチが生じないよう保証している。合目的には、燃料弁はクランク軸の３回転にわたって完全に閉じられたままに保持されている。この場合、燃料弁が閉じているにもかかわらず点火火花を発生させて、燃焼室内に残留混合気があればこれを燃焼させるのが合目的である。
【００３５】
制御ユニットのマイクロプロセッサは、燃料弁およびクランク軸の１回転または複数回の回転に関して予め固定して設定された優先制御に従って動作可能状態にあり、この時点で、たとえば温度、回転数、スロットルバルブの開弁位置等の１つまたは複数の現時点での作動パラメータに依存して燃料弁の開弁時間を制御する用を成す。その後、図４の右下に図示した閉弁時間から認められるように、燃料弁の閉弁時間を適宜調整または変化させる。これにより、燃料弁の制御の用を成していた制御ユニット１３による、スタート時のエネルギー供給時における燃料弁の固定優先は終了する。
【００３６】
本発明の更なる構成では、スタート過程において内燃エンジン１４のクランク軸６の回転数降下ｄｎ／ｄｔに依存して電気燃料弁３０の閉弁を遅延させる。このため（図５のフローチャートを参照）、フィールド６０に基づいてクランク軸６の回転数ｎを制御ユニット１３によって検出する。内燃エンジン１４がたとえば燃料不足のために停止すれば、混合気路と燃焼室には燃料がない。特に２サイクルエンジンまたは混合気潤滑式４サイクルエンジンの場合には、燃料に潤滑用のオイルを添加する。内燃エンジン１４が乾燥した状態で作動すると、潤滑が低下し、その結果内燃エンジン１４内部の摩擦が大きくなる。内燃機関１４内部のこの摩擦が増大した状態を確認するため、図５のフローチャートによれば、まずスタート過程において内燃エンジン１４のクランク軸６の回転数ｎを検出する（フィールド６０）。内燃エンジン１４が始動過程後にスタートしなければ、回転数ｎは再びゼロに戻る。スタートに失敗した後のこの回転数低下ｄｎ／ｄｔをフィールド６１において評価する。回転数低下は現時点での潤滑状態に依存しており、すなわち回転数低下ｄｎ／ｄｔが急激であれば、つまり勾配が大きければ、潤滑機能が低下していることを表わしている。回転数低下ｄｎ／ｄｔに対する所定の制限値ａを越えれば、摩擦が増大して状態にある。フィールド６２は分岐部”ＹＥＳ”を介して遅延ｚに分岐しており、すなわち燃料弁はスタート過程の間、有利にはクランク軸の１回転または複数回転の間、開弁状態に保持される。従って内燃エンジンには十分な燃料／オイル混合気が提供され、内燃エンジン内部での十分な潤滑を確保することができる。
【００３７】
回転数低下ｄｎ／ｄｔに対する所定の制限値ａを上回っていなければ、摩擦が増大した状態にない。フィールド６２は分岐部”ＮＯ”を介してフィールド６０に戻り、スタート過程での回転数降下の新たなチェックが導入される。
【００３８】
摩擦が増大した状態を検出することは、燃料システム内の空気または気泡のために燃料搬送が制限されている場合にも有利である。燃料搬送を制限または中断した場合も、内燃エンジン内部の摩擦が増大した状態が発生することがある。この状態でも電気燃料弁を閉弁させる信号を遅延させて、燃料搬送を支援するのが有利である。潤滑減少を確認するための原理は図５のフローチャートに対応して行われる。
【符号の説明】
【００３９】
１          パワーチェーンソー
４          ピストン
６          クランク軸
７          燃焼室
８          点火プラグ
９          点火発電機
１３        制御ユニット
１４        内燃エンジン
２０        吸気通路
２８        燃料通路
３０        燃料弁
ＯＴ        ピストンの上死点
ＵＴ        ピストンの下死点
Ｕ          作動電圧
【図１】
2015036552.tif 000003
【図２】
2015036552.tif 000004
【図３】
2015036552.tif 000005
【図４】
2015036552.tif 000006
【図５】
2015036552.tif 000007