JP2006118499A - 遠心クラッチ用回転数保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心クラッチの熱的負荷を制限する。
【解決手段】内燃エンジン（２）の回転数を制御するための装置、特にパワーチェーンソー、切断研削機、刈払い機等の手で操縦される作業機の２サイクルエンジンの回転数を制御するための装置であって、内燃エンジン（２）のクランク軸（１０）のクランク軸角度に対する点火プラグ（６）の点火時点を内燃エンジン（２）の回転数に依存して制御する点火回路（７）と、第１の回転数（Ｄ１）を越えたときに連結し、第２の回転数（Ｄ２）に達した後連結状態になっている、クランク軸（１０）により駆動される遠心クラッチ（３）とを備えた内燃エンジン（２）の回転数を制御するための装置において、第１の回転数（Ｄ１）と第２の回転数（Ｄ２）との間の回転数帯域（Ｄ）で保護回路（１７）は作動状態にある。保護回路（１７）は回転数帯域（Ｄ）内での実際の回転数の滞留時間を監視する。所定の滞留時間を越えたときに回転数が回転数帯域（Ｄ）外になるように保護回路（１７）は燃焼過程の制御に介入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、内燃エンジンの回転数を制御するための装置、特にパワーチェーンソー、切断研削機、刈払い機等の手で操縦される作業機の２サイクルエンジンの回転数を制御するための装置に関するものである。

たとえばパワーチェーンソー、切断研削機、刈払い機等の手で操縦される可搬式作業機は、ほとんどの場合２サイクルエンジンにより駆動される。２サイクルエンジンの点火プラグは点火回路に接続され、点火回路は内燃エンジンのクランク軸角度に対する点火時点をクランク軸の回転数に依存して制御する。クランク軸には遠心クラッチの遠心錘用の担持体が相対回転不能に固定されており、遠心クラッチのクラッチドラムは従動軸、従動歯車、従動ディスク等と結合されている。遠心クラッチはクラッチ連結回転数（第１の回転数）を越えたときに連結し始め、これよりも高い回転数（第２の回転数）に達した後に実質的にスリップなしの連結状態になる。このような回転数範囲にわたって作動する場合、遠心錘を備えた前記担持体とクラッチハウジングとの間にスリップが生じ、これにより熱が発生する。許容できない作動状態のために遠心クラッチが長時間にわたってクラッチ連結回転数とクラッチ連結後の回転数との間でスリップを伴って作動すると、熱的過負荷が発生することがあり、その結果遠心クラッチの機能を阻害することがある。

本発明の課題は、遠心クラッチの熱的負荷を制限することである。

この課題は、本発明によれば、第１の回転数と第２の回転数との間の回転数帯域で保護回路が作動状態にあること、保護回路が回転数帯域内での実際の回転数の滞留時間を監視すること、所定の滞留時間を越えたときに回転数が回転数帯域外になるように保護回路が燃焼過程の制御に介入することによって解決される。

第１の回転数（クラッチ連結回転数）と第２の回転数（クラッチ連結後の回転数）との間の回転数帯域において、該回転数帯域内での実際の回転数の滞留時間を監視する保護回路は作動状態にある。回転数帯域内での実際の回転数の滞留時間が所定の滞留時間を越えると、保護回路はたとえば点火時点の変更或いは燃料供給量の変更により燃焼過程に介入して、回転数が回転数帯域外になるように制御する。これにより第１の回転数と第２の回転数との間の臨界回転数帯域内での実際の回転数の滞留時間が制限されるので、遠心クラッチの担持体とクラッチハウジングとの間のスリップにより熱が発生しても、これは制限されている。したがって遠心クラッチの熱的過負荷を確実に回避することができる。

他の利点として、従動軸と内燃エンジンとを確実に分離できるという利点がある。というのは、本発明による保護回路により内燃エンジンのアイドリング時の確実なクラッチ非連結状態が監視され、保証されているからである。

滞留時間が長すぎるとの確認を行なった後、実際の回転数を第１の回転数以下、すなわちクラッチ連結回転数以下に低下させるのが有利である。この場合、クラッチ連結回転数以下への低下を、クラッチ連結回転数に対し安全間隔を持って行なうのが有利である。

燃焼への介入は、点火プラグの点火を完全に抑止するか、或いは、予め設定可能なモデルにしたがって抑止するようにして行なうことができる。特に確率論的なモデルが合目的である。内燃エンジンへの燃料の供給を切換え可能な弁（たとえば電磁弁）を介して行なう場合には、点火抑止とともに、或いは、点火抑止の代わりに、クランク軸の１回の回転または複数回の回転に対する燃料の供給を、弁を閉じることにより変化させるか、或いは、燃料の供給を停止させることができる。

本発明による装置は滞留時間の測定のためにタイマーを有しているので合目的である。タイマーは特にカウンタとして構成されていてよい。合目的には、クランク軸の回転数を加算し、所定の値に達したときに点火回路に介入して回転数を低下させるのがよい。

保護回路の停止、すなわち点火への介入の停止は、非作動回転数を下回ることにより行うことができる。この場合、非作動回転数はクラッチ連結回転数よりも著しく小さい値である必要がある。非作動回転数を下回ると、燃焼への介入が停止され、その結果エンジンは再び高回転する。回転数が引き続き監視帯域幅に長時間とどまっていれば、回転数を低下させるように再び介入を行なう。これによって生じる不均一な、異常なエンジンの作動は、作動状態が非許容状態であるとの利用者に対する音の警告信号である。

スロットルバルブにセンサまたはスイッチを配置することも合目的であり、これによりスロットルバルブのアイドリング位置が検出され、保護回路に報知される。この信号が印加されると、保護回路は非作動状態になり、通常の点火制御に切換えられる。

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に図示した、内燃エンジン２の回転数を制御するための装置１は、遠心クラッチ３を介して従動軸４が作動したときに投入される。この種の駆動装置はパワーチェーンソー、切断研削機、刈払い機、送風機等の手で操縦される可搬式作業機において使用され、この場合内燃エンジンは特に２サイクルエンジンである。

内燃エンジン２（図示の実施形態では単気筒である）は気化器５を介して燃料／空気混合気を吸込む。内燃エンジン２の燃焼室（図示せず）に流入する混合気は圧縮され、点火プラグ６により点火される。点火プラグ６は点火回路７によって制御されている。点火回路７は中央の演算ユニット８（ＣＰＵ; Central Processor Unit）により監視され、演算ユニット８は特に回転数検知センサ９の回転数信号を評価し、該回転数検知センサ９を介してクランク軸１０の位置を検出する。フライホイールマグネットー型点火の場合には、誘導電圧信号から回転数情報を導出する。

ほぼ２５００回転ないし３５００回転のアイドリングでは、遠心クラッチ３は非連結状態にある。遠心クラッチの個々の構成要素はクランク軸側の担持体１１に可動に配置されており、他方従動軸４は担持体１１を包み込んでいるクラッチハウジング１２と結合されている。この種の遠心クラッチの構成は公知のものであり、ここでこれ以上立ち入らない。

内燃エンジン２の回転数は気化器５内に配置されているスロットルバルブ１３を利用者が回動させることにより制御され、このためスロットルバルブ１３はレバー（好ましくはスロットルレバー１４）と結合されている。スロットルレバー１４は開閉のために二重矢印１５の方向へ回動可能である。

スロットルレバー１４の位置検知センサ１６によって監視され、その信号は中央の制御回路８へ送られ、その結果制御回路８は利用者が調整したスロットルバルブ１３の開弁位置を検知することができる。図示した実施形態では、位置検知センサ１６はアイドリング検知センサとして形成され、スロットルバルブ１３のアイドリング位置をＣＰＵユニット８に報知する。

点火プラグ６の点火時点は中央の演算ユニット８により点火回路７を介してクランク軸１０の回転数に依存してクランク軸角度に対し相対的に制御される。このようにして確実なアイドリング回転数を達成可能であるとともに、最大回転数までのパワフルな高回転が保証されている。たとえば最大回転数に達すると、中央のＣＰＵユニット８は点火回路７を介して回転数を減少させるように介入する。

たとえば３５００回転／分のアイドリング回転数の範囲では、図２のグラフにも示したように、遠心クラッチ３は非連結状態にある。たとえば３９００回転／分のクラッチ連結回転数Ｄ１よりも上の範囲では担持体１１の遠心力作用重量がクラッチドラム１２に作用してトルクを伝達し始める。遠心クラッチ３はトルク伝達結合部を形成し、その際担持体１１とクラッチドラム１２との間でスリップが減少する。たとえば４４００回転／分の第２の回転数Ｄ２よりも上の範囲では、遠心クラッチ３は実質的にスリップなしに連結状態にある。

図１に図示したように、特にクラッチ連結回転数Ｄ１と第２の回転数Ｄ２との間の回転数帯域Ｄの範囲での回転数の滞留時間を監視する保護回路１７が好ましくは制御装置１に組み込んで設けられている。保護回路１７は、第１の回転数Ｄ１（クラッチ連結回転数）と第２の回転数Ｄ２（クラッチ連結後の回転数）とを含んでいる回転数帯域Ｄに回転数があるときに、たとえば中央の制御回路８によって作動せしめられる。

制御ユニット８が保護回路１７を作動させているときには常に保護回路１７は回転数帯域Ｄ内での実際の回転数の滞留時間を監視している。回転数帯域Ｄ内での実際の回転数の所定の滞留時間が確認されると、中央の制御ユニット８は保護回路１７から対応する信号得る。中央の制御ユニット８は信号を得ると点火プラグ６の点火時点の制御に介入し、回転数を低下させて回転数帯域Ｄの範囲外になるように制御する。その際回転数はクラッチ連結回転数Ｄ１以下に低下する。この場合、クラッチ連結回転数Ｄ１に対し安全間隔Ａが設定されている。

同様に、遠心クラッチ３がスリップなしに連結されている第２の回転数からも安全間隔Ｂが維持される。このように保護回路１７により監視が行なわれる回転数帯域Ｄはクラッチ連結回転数Ｄ１以下の値からクラッチ連結後の回転数Ｄ２以上の値まで延在している。

回転数帯域Ｄでの実際の回転数の滞留時間が長すぎると保護回路１７が確認したときには常に点火への介入が行なわれて、回転数はクラッチ連結回転数Ｄ１以下になる。図２の実施形態では、下部閾値としてクラッチ連結回転数Ｄ１から安全間隔Ａを引いた値、すなわちほぼ３８００回転／分の回転数が設定されている。

点火回路７に対する中央の制御ユニット８の介入は予め設定可能な一定モデルまたは可変モデルにしたがって行なうことができる。合目的にはこのモデル（特に確率論的モデル）にしたがって点火を抑止するのがよい。所定の境界回転数へ低下するまで点火を抑止できるので有利である。

回転数帯域Ｄ内での実際の回転数の滞留時間を測定するため、タイマー１８を設けてよい。このタイマーは、クランク軸の回転を加算して、予め設定可能な値に達したときに回転数の低下を開始させるようなカウンタであってよい。

保護回路１７の作動と非作動とは、第１の回転数Ｄ１から安全間隔Ａを引いた値よりもかなり小さな非作動回転数ＤＤを下回ることにより決定することができる。これとは択一的に、スロットルバルブ１３のアイドリング位置で保護回路１７を非作動状態にさせてもよい。このために位置検知センサ１６が設けられている。

利用者がスロットルレバー１４を完全にスロットルバルブ１３のアイドリング位置へ戻さない場合、すなわちスロットルレバー１４を完全に離さない場合には、内燃エンジン２の回転数が遠心クラッチ３の回転数帯域Ｄにある危険が常にある。任意の加速過程でもこのような状態になる場合があるので、保護回路１７により所定の回転数帯域Ｄでの滞留時間を測定し、測定した滞留時間が長すぎる場合には常に点火回路を制御することにより回転数を低下させる。利用者がスロットルレバー１４を離してスロットルバルブ１３が所定のアイドリング位置にあることが確認されたときにはじめて点火を再び標準作動へ切換える。これは非作動回転数ＤＤを下回った後も行なうことができる。

内燃エンジンの回転数を制御して遠心クラッチを保護するための本発明による装置の概略構成図である。 本発明による装置の作用を回転数に関連づけて示した図である。

符号の説明

１ 内燃エンジンの回転数を制御するための装置
２ 内燃エンジン
３ 遠心クラッチ
６ 点火プラグ
７ 点火回路
１０ クランク軸
１７ 保護回路
１８ タイマー
Ｄ 監視が行なわれる回転数帯域
Ｄ１ 第１の回転数（クラッチ連結回転数）
Ｄ２ 第２の回転数（クラッチ連結後の回転数）
ＤＤ 非作動回転数

Claims (10)

1. 内燃エンジン（２）の回転数を制御するための装置、特にパワーチェーンソー、切断研削機、刈払い機等の手で操縦される作業機の２サイクルエンジンの回転数を制御するための装置であって、内燃エンジン（２）のクランク軸（１０）のクランク軸角度に対する点火プラグ（６）の点火時点を内燃エンジン（２）の回転数に依存して制御する点火回路（７）と、第１の回転数（Ｄ１）を越えたときに連結し、第２の回転数（Ｄ２）に達した後連結状態になっている、クランク軸（１０）により駆動される遠心クラッチ（３）とを備えた内燃エンジン（２）の回転数を制御するための装置において、
   第１の回転数（Ｄ１）と第２の回転数（Ｄ２）との間の回転数帯域（Ｄ）で保護回路（１７）が作動状態にあること、
   保護回路（１７）が回転数帯域（Ｄ）内での実際の回転数の滞留時間を監視すること、
   所定の滞留時間を越えたときに回転数が回転数帯域（Ｄ）外になるように保護回路（１７）が燃焼過程の制御に介入すること、
   を特徴とする装置。
2. 燃料供給量を変化させることにより燃焼過程の制御を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 点火時点を変化させることにより燃焼過程の制御を行なうことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 実際の回転数を第１の回転数（Ｄ１）以下に低下させ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装置。
5. 保護回路（１７）が点火を抑止し、有利には予め設定可能なモデルにしたがって点火を抑止し、特に確率論的モデルにしたがって点火を抑止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装置。
6. 保護回路（１７）が滞留時間を測定するためのタイマー（１８）を有していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
7. 保護回路（１７）がカウンタを有し、特にクランク軸の回転数を加算する滞留時間検出用カウンタを有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の装置。
8. 非作動回転数（ＤＤ）を下回ることにより保護回路（１７）を非作動状態にさせ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装置。
9. 非作動回転数（ＤＤ）が第１の回転数（Ｄ１）以下であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。
10. スロットルバルブ（１３）のアイドリング位置で閉じるスイッチ（１６）により保護回路（１７）を非作動状態にさせることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の装置。

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