JP4452562B2 - 内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、スロットル要素を配置した吸気通路を備えている内燃エンジンであって、スロットル要素がスロットル軸によりアイドリング位置とフルスロットル位置との間で回動可能に支持され、スロットル軸に、吸気通路に設けたストッパー要素に対しアイドリング位置で当接するストッパーが相対回転不能に結合され、ストッパー要素が位置調整可能であり且つスロットル要素のアイドリング位置を決定し、ストッパーがストッパー要素とともにスロットル要素のアイドリング位置で操作されるスイッチを形成している前記内燃エンジンに関するものである。

特許文献１からは、吸気通路内にスロットル要素を配置することが知られている。スロットル要素にはレバーが結合され、レバーはアイドリング位置でアイドリング調整ねじに当接する。アイドリング調整ねじを介してスロットル要素のアイドリング位置を調整可能である。

内燃エンジンの場合、その都度の負荷状況に対し点火時点を整合させる。したがって、点火時点を制御するには、スロットル要素のアイドリング位置を検知することが必要である。前記特許文献１では、アイドリング位置を決定するために空気圧装置が設けられている。空気圧装置はスロットル要素の前後で圧力を吸収し、スロットルペダルの位置を補助的に考慮する。この種の装置は構成が複雑である。アイドリング調整ねじを調整することにより、よってアイドリング時のスロットル要素の位置を調整することにより、圧縮比も変化するため、システムを新たに調整することが必要になる。

ドイツ連邦共和国実用新案登録第７５１９３２２Ｕ１号

本発明の課題は、スロットル要素のアイドリング位置およびフルスロットル位置を簡単に且つ確実に検出できる内燃エンジンを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、スロットル軸と相対回転不能に結合される第２のストッパーが設けられ、第２のストッパーは、ストッパー要素とともに、フルスロットル位置で操作される第２のスイッチを形成していることを特徴とするものである。

本発明によれば、スロットル要素のアイドリング位置を決定するストッパー要素は、スロットル軸と結合されるストッパーとともにスイッチを形成している。スロットル要素のアイドリング位置でスイッチが操作され、その結果アイドリング位置が確実に検知される。スロットル要素が開くと、すなわちスロットル軸が回転すると、ストッパーはストッパー要素から解除され、その結果スイッチが開く。ストッパー要素自身がスロットル要素のアイドリング位置を決定しているので、アイドリング位置が変化しても再調整の必要がない。ストッパーとストッパー要素とは通常の内燃エンジンにおいてすでに設けられているものなので、アイドリング位置を検出するために補助的な装置を必要としない。このようにしてアイドリング位置を簡単に且つ確実に検出することができる。また、スロットル軸と相対回転不能に結合される第２のストッパーが設けられ、第２のストッパーは、ストッパー要素とともに、フルスロットル位置で操作される第２のスイッチを形成しているので、１つのストッパー要素を用いてアイドリング位置とフルスロットル位置の双方を検出することができるばかりでなく、フルスロットル位置を検出するために補助的な装置を必要としないので、構成が極めて簡単になる。

スロットル要素が気化器のスロットルバルブであるのが有利である。ストッパー要素は特にアイドリング調整ねじである。アイドリング調整ねじは、ストッパーと協働するテーパ部分を有しているのが合目的である。アイドリング調整ねじのテーパを介してスロットル要素のアイドリング位置を簡単に且つ微細に調整することができる。

スイッチは空気圧スイッチであるのが有利である。ストッパーは、特に、ストッパー要素により閉鎖可能なエアノズルによって形成されている。この場合、既存のストッパーと既存のストッパー要素を電気的に接触させ、適当に互いに絶縁させることですでにアイドリング位置の検出は簡単に達成できる。ストッパーとストッパー要素とが接触した場合、電気回路が閉じ、信号を制御部に送ることができる。スロットル軸がケース内に支持され、ケースに対し電気的に絶縁されているのが有利である。しかしながら、アイドリング調整ねじがケースで支持され、ケースに対し電気的に絶縁されているのも合目的である。特に、スロットル軸は非導電性材料から成っている。この場合、絶縁のために補助的な部材を必要としない。ストッパーはスロットル軸に対し電気的に絶縁されているのが有利である。スイッチが機械的スイッチであるのも合目的である。スイッチが圧力スイッチとして構成されていると、構成が簡潔になる。

スロットル要素のフルスロットル位置をも簡単に検出することができるようにするため、第２のストッパーがスロットル軸と相対回転不能に結合され、第２のストッパーは、ストッパー要素とともに、フルスロットル位置で操作される第２のスイッチを形成している。通常の内燃エンジンの場合、フルスロットル位置に対してもストッパーが設けられているので、フルスロットル位置を検出するためにも補助的な装置を必要としない。

スイッチは制御部に接続されている。スイッチにより発生させた信号を、内燃エンジンのアイドリング制御に利用するのが有利である。この場合、アイドリング制御は特に内燃エンジンの点火時点を制御することにより行なわれる。しかし、内燃エンジンに供給される燃料・空気混合気の制御を介してアイドリングを制御するのも合目的である。また、スイッチにより発生させた信号を、加速補助に利用するのが有利な場合がある。このため、特にスイッチが開いたときに発生する信号、すなわちスロットル要素がアイドリング位置を離れたときに発生する信号を利用する。スイッチにより発生させた信号を、内燃エンジンのアイドリング回転数を制限するために利用するのも有利である。この場合、スイッチが閉じたているときに、すなわちスロットル要素がアイドリング位置にあるときにアイドリング回転数が制限される。

スイッチにより発生させた信号がマップ制御点火用入力信号を形成しているのが合目的である。この場合、点火時点はたとえば温度とラムダ値に依存して制御される。また、アイドリング時と部分負荷時と全負荷（フルスロットル）時とで異なるマップを使用する。スイッチの信号は他のパラメータとともにマップを選定するために用いる。スイッチにより発生させた信号が、内燃エンジンにより駆動される工具に対する制動をオンオフさせるのが有利である。これにより、アイドリング時に工具が一緒に回転しないよう保証することができる。この場合、スイッチが閉じたときに発生する信号は制動を発動させるために用いられ、スイッチが開いたときに発生する信号は制動を解除するために用いられるので、アイドリング時に工具は一緒に回転しないが、アイドリング位置を離れると駆動される。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１に概略を図示した内燃エンジン１は２サイクルエンジンとして構成されている。内燃エンジン１はシリンダ２を有し、シリンダ２内には燃焼室３が形成されている。燃焼室３はピストン５の所定の位置でクランクケース４と連通する。ピストン５はシリンダ２内に往復動可能に支持されており、連接棒６を介して、クランクケース４内に支持されているクランク軸７を駆動する。内燃エンジン１は吸気通路１２を有し、吸気通路１２は、ピストン５の所定の位置で吸気部９を介してクランクケース４に燃料・空気混合気を供給する。燃料・空気混合気は気化器１５で調製される。気化器１５内には絞り要素が設けられ、すなわちスロットルバルブ１３がスロットル軸１４により回動可能に支持されている。スロットルバルブ１３は、吸気通路１２を十分に閉鎖するアイドリング位置４８と、吸気通路１２内の流動にほとんど影響しないフルスロットル位置４９（図１に図示した位置）との間で可動である。

内燃エンジン１の作動時には、ピストン５の上死点領域において燃料・空気混合気が吸気通路１２からクランクケース４内へ吸込まれる。ピストン５がクランクケース４の方向へ運動すると、燃料・空気混合気はクランクケース４内で圧縮され、ピストン５が図１に図示した位置にあるときに搬送通路１１を通じて燃焼室３内へ流入する。燃料・空気混合気は燃焼室３内で圧縮され、ピストン５の上死点領域で点火プラグ８により点火される。その後排気部１０を通じて排ガスが燃焼室３を離れる。

燃焼室３内の燃料・空気混合気が点火プラグ８により点火される時点は、点火時点制御部を介して制御される。点火時点はスロットルバルブ１３の位置に依存して制御される。すなわち、フルスロットル位置４９での点火はアイドリング位置４８での点火よりも遅い時点で行われる。点火を通常の時点からアイドリング時のより早期の時点へ切換えるには、スロットルバルブ１３のアイドリング位置４８を検出して、対応する信号を点火時点制御部へ送る必要がある。

図２は、スロットルバルブ１３のアイドリング位置４８を検出する装置を備えた気化器１５を示している。スロットルバルブ１３はスロットル軸１４により気化器ケース１６内で回動可能に支持されている。この場合スロットルバルブ１３は、回転ばね２２によりそのアイドリング位置の方向へ弾性付勢されている。回転ばね２２は気化器ケース１６の外側に配置されており、一方の脚部はスロットルバルブレバー１９で支持され、他方の脚部は気化器ケース１６で支持されている。スロットルバルブレバー１９にはスロットルコントロールケーブルが係合することができる。スロットル軸１４にはレバー２０が相対回転不能に結合されている。

図３に示すように、レバー２０はストッパー２７を有している。ストッパー２７は、スロットル軸１４がアイドリング位置４８にあるときにアイドリング調整ねじ１７のテーパ部分２３に当接する。アイドリング調整ねじ１７を回転させることによりテーパ部分２３上でのストッパー２７の位置を変えることができ、すなわちアイドリング位置でのスロットルバルブ１３の位置を変えることができる。図３で破線で示したレバー２０で示唆したようにスロットルバルブ１３がフルスロットル位置４９にあるときは、ストッパー２７はアイドリング調整ねじ１７から離間している。アイドリング調整ねじ１７は絶縁スリーブ１８によって気化器ケース１６で支持されている。アイドリング調整ねじ１７と気化器ケース１６とは導電線２９を介して制御部３０と接続されている。電圧を印加すると、スロットルバルブ１３がアイドリング位置にあるかどうかを制御部３０を介して確認することができる。これは、ストッパー２７がアイドリング調整ねじ１７のテーパ部分２３に当接して電流回路が閉じている場合である。

図４はアイドリング調整ねじ１７の拡大図である。アイドリング調整ねじ１７は圧縮ばね２１により弾性支持されている。気化器ケース１６とアイドリング調整ねじ１７との間には前記絶縁スリーブ１８が配置されている。アイドリング調整ねじ１７は制御部３０の電源と接続させるための電気接続部２４を有している。スイッチは開閉時に信号を発生し、この信号は制御部３０に送られる。

図５と図６は気化器２５の変形実施形態である。図１と同一の部材には同じ符号を付している。気化器２５は気化器ケース２６を有し、気化器ケース２６内には絶縁スリーブ２８を備えたスロットル軸１４が支持されている。したがってスロットル軸１４は気化器ケース２６に対し電気的に絶縁されている。アイドリング調整ねじ１７は気化器ケース２６内に支持されており、気化器ケース２６を介して電源と接続されている。スロットル軸１４は図示していない電気接続部を介して電気接続されており、その結果ストッパー２７がアイドリング調整ねじ１７に当接したときに発生する電圧降下を検出することができる。これによりスロットルバルブ１３のアイドリング位置が検出される。

図７と図８は他の実施形態である。気化器３５は気化器ケース３６を有し、該気化器ケース３６内にスロットル軸３４が回転可能に支持されている。アイドリング調整ねじ１７は気化器ケース３６内に保持されている。スロットル軸３４は非導電性材料から成っており、その結果レバー２０および気化器ケース３６またはアイドリング調整ねじ１７の接触により、スロットルバルブ１３がアイドリング位置にあるかどうかを確認することができる。

図１２の実施形態では、レバー２０は絶縁部５０によりスロットル軸３４に対し電気的に絶縁されており、その結果ストッパー２７はスロットル軸３４に対し電気的に絶縁されている。レバー２０およびスロットル軸３４、気化器ケース３６またはアイドリング調整ねじ１７の接触によりスロットルバルブのアイドリング位置を検出することができる。

図９はレバー３１の平面図である。レバー３１はスロットル軸１４と相対回転不能に結合され、アイドリング調整ねじ１７と協働する。アイドリング調整ねじ１７は気化器ケース３７内に支持され、図４に図示したアイドリング調整ねじに対応して構成されている。レバー３１は第１のストッパー３２を有し、第１のストッパー３２は、スロットルバルブ１３のアイドリング位置において、図９には図示していないアイドリング調整ねじ１７のテーパ部分２３に当接する。したがって第１のストッパー３２はアイドリング調整ねじ１７とともに第１のスイッチを形成している。レバー３１はさらに第２のストッパー３３を有している。第２のストッパー３３はスロットルバルブ１３のフルスロットル位置においてアイドリング調整ねじ１７に当接し、アイドリング調整ねじ１７とともに第２のスイッチを形成している。レバー３１の接触によりスロットルバルブ１３のフルスロットル位置もアイドリング位置も検出することができる。両位置を判別するため、たとえばエンジンの回転数を関係づけることができる。レバー３１には、スロットルコントロールケーブルを固定するための固定部３８が配置されている。

図１０は、圧力スイッチとして構成された機械的スイッチの構成図である。アイドリング調整ねじ（図１０ではそのテーパ部分２３のみを図示した）は、気化器ケース３９内に支持されている。スロットル軸１４と相対回転不能に結合されているレバー２０はケーブル４３を有し、ケーブル４３には電気接点４２が形成されている。電気接点４２にはばね４１を介してストッパー４０が支持されている。ストッパー４０はスロットルバルブ１３のアイドリング位置においてアイドリング調整ねじのテーパ部分２３に当接する。これによって電気接点４２が開き、その結果ケーブル４３内の電流回路が遮断される。これに対応する信号を点火時点制御部に送るようにしてもよい。レバー２０がアイドリング調整ねじ１７から離間すると、電気接点４２が閉じ、制御部はスロットルバルブがもはやアイドリング位置にないことを認識する。

図１１は空気圧スイッチの概略構成図である。アイドリング調整ねじ１７のテーパ部分２３は気化器ケース４４に固定されている。スロットル軸１４と相対回転不能に結合されているレバー２０には空気供給管４７が配置されている。空気供給管４７は、エアノズル４６がテーパ部分２３と協働するストッパー４５を形成するように方向づけられている。ストッパー４５はスロットルバルブ１３のアイドリング位置でテーパ部分２３によって閉鎖される。これによって生じる圧力上昇を検出して信号を点火時点制御部に送ることができる。

空気圧スイッチの信号は、点火時点の制御によるアイドリング制御にも、また混合気制御によるアイドリング制御にも使用することができる。点火時点の制御はソフトウェアを用いて電子的に行なうのが有利であり、特にソフトウェアを実装したＰＩ（比例積分）制御器を用いて行なうのが有利である。空気圧スイッチを開くことにより生成される加速補助信号を利用すると、アイドリング位置を離れたときに、より早期の点火時点へ切換えることができる。加速を補助するために混合気を濃くしてもよく、或いは加速ポンプを操作してもよい。加速補助信号はアイドリング制御に利用できるので、アイドリング回転数を効果的に制限することができ、アイドリング時にたとえば内燃エンジンにより駆動される工具が一緒に回転しないよう保証されている。アイドリング時に排ガス消音器でスパークが発生しないように、特に触媒コンバータ内でスパークが発生しないようにするため、一定の回転数を越えるとエンジンの回転数を下げる制御を行なう。アイドリングを検知するため、スイッチによって生成させた信号を利用することができる。

スイッチによって生成させた信号は、特に、たとえば温度とラムダ値とに依存したマップ制御点火用入力信号をも形成することができる。この場合、特に、アイドリング時と部分負荷時と全負荷時とで異なるマップを使用する。手で操縦される工具（たとえばパワーソー、切断研削器等）に内燃機関を使用する場合には、スロットルバルブのアイドリング位置で工具を制動して、アイドリング時に工具が一緒に回転しないようにするのが合目的である。したがって、スイッチを閉じたときに生成される信号を、制動を発動させるために利用することができる。スイッチが開くと、スイッチの信号により制動は解除される。さらに、スイッチの信号は冷間始動時用の信号発生器として利用でき、すなわちハーフスロットル始動に利用することができる。

以上説明した実施形態では、２サイクルエンジンのスロットルバルブに設けたスイッチについて説明したが、他のエンジン、たとえば４サイクルエンジンに使用しても有利である。

内燃エンジンの概略断面図である。 気化器の側面図である。 図２の気化器を図２の矢印ＩＩＩ方向に見た側面図である。 アイドリング調整ねじの拡大断面図である。 気化器の側面図である。 図５の気化器を図５の矢印ＶＩ方向に見た側面図である。 気化器の側面図である。 図７の矢印ＶＩＩＩ方向に見た気化器の側面図である。 スロットル軸と結合されるレバーの側面図である。 機械的スイッチの概略図である。 空気圧スイッチの概略図である。 気化器の一部分の部分断面図である。

符号の説明

１ 内燃エンジン
１２ 吸気通路
１３ スロットルバルブ
１４ スロットル軸
１５ 気化器
１７ アイドリング調整ねじ
２０ レバー
２５ 気化器
２７ ストッパー
３１ レバー
３２ ストッパー
３３ ストッパー
３４ スロットル軸
３５ 気化器
４０ ストッパー
４５ ストッパー
４８ アイドリング位置
４９ フルスロットル位置

Claims (21)

1. スロットル要素を配置した吸気通路（１２）を備えている内燃エンジンであって、スロットル要素がスロットル軸（１４）によりアイドリング位置（４８）とフルスロットル位置（４９）との間で回動可能に支持され、スロットル軸（１４）に、吸気通路（１２）に設けたストッパー要素に対しアイドリング位置（４８）で当接するストッパー（２７，３２，４０，４５）が相対回転不能に結合され、ストッパー要素が位置調整可能であり且つスロットル要素のアイドリング位置（４８）を決定し、ストッパー（２７，３２，４０，４５）がストッパー要素とともにスロットル要素のアイドリング位置（４８）で操作されるスイッチを形成している前記内燃エンジンにおいて、
   スロットル軸（１４）と相対回転不能に結合される第２のストッパー（３３）が設けられ、第２のストッパー（３３）は、ストッパー要素とともに、フルスロットル位置（４９）で操作される第２のスイッチを形成していることを特徴とする内燃エンジン。
2. スロットル要素が気化器（１５）のスロットルバルブ（１３）であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジン。
3. ストッパー要素がアイドリング調整ねじ（１７）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃エンジン。
4. アイドリング調整ねじ（１７）が、ストッパー（２７，３２，４０，４５）と協働するテーパ部分（２３）を有していることを特徴とする、請求項３に記載の内燃エンジン。
5. スイッチが空気圧スイッチであることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
6. ストッパー（４５）が、ストッパー要素により閉鎖可能なエアノズル（４６）によって形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の内燃エンジン。
7. スイッチが電気スイッチであることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
8. スロットル軸（１４）がケース（２６）内に支持され、ケース（２６）に対し電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項７に記載の内燃エンジン。
9. アイドリング調整ねじ（１７）がケース（１６）で支持され、ケース（１６）に対し電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項７に記載の内燃エンジン。
10. スロットル軸（３４）が非導電性材料から成っていることを特徴とする、請求項７に記載の内燃エンジン。
11. ストッパー（２７）がスロットル軸（１４）に対し電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項７に記載の内燃エンジン。
12. スイッチが機械的スイッチであることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
13. スイッチが圧力スイッチとして構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の内燃エンジン。
14. スイッチが制御部（３０）に接続されていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
15. スイッチにより発生させた信号を、内燃エンジンのアイドリング制御に利用することを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
16. 内燃エンジンの点火時点を制御することによりアイドリングを制御することを特徴とする、請求項１５に記載の内燃エンジン。
17. 内燃エンジンに供給される燃料・空気混合気の制御を介してアイドリングを制御することを特徴とする、請求項１５に記載の内燃エンジン。
18. スイッチにより発生させた信号を、加速補助に利用することを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
19. スイッチにより発生させた信号を、内燃エンジンのアイドリング回転数を制限するために利用することを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
20. スイッチにより発生させた信号がマップ制御点火用入力信号を形成していることを特徴とする、請求項１から１９までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。
21. スイッチにより発生させた信号が、内燃エンジンにより駆動される工具に対する制動を発動および／または解除することを特徴とする、請求項１から２０までのいずれか一つに記載の内燃エンジン。

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