JP2014122620A - 手で操縦される作業機における内燃エンジンの作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機における内燃エンジンの作動方法において、部分負荷時にも回転数変動が少ない安定した作動が可能になる制御装置を提供する。
【解決手段】点火制御装置は各回転数に対し少なくとも１つの点火時点ＺＺＰを設定する。すなわち第１の回転数範囲３２の各回転数ｎに対し関連付けられる第１の点火時点ＺＺＰ１と、前記第１の回転数範囲３２に境を接する第２の回転数範囲３３の各回転数ｎに対し関連付けられる第２の点火時点ＺＺＰ２とを設定する。各第１の点火時点ＺＺＰ１は第１の点火時点範囲４９の点火時点ＺＺＰであり、各第２の点火時点ＺＺＰ２は第２の点火時点範囲５０の点火時点ＺＺＰであり、前記各第１の点火時点ＺＺＰ１は少なくとも５゜のクランク軸角度だけ前記各第２の点火時点ＺＺＰ２よりも遅く設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、たとえば刈払い機、送風機、パワーソー、ディスクグラインダ等の手で操縦される作業機における内燃エンジンの作動方法に関するものである。

特許文献１から、点火時点を回転数に依存して決定するようにした、手で操縦される作業機における内燃エンジンの作動方法が知られている。アイドリング時には遅い点火時点が設定されている。アイドリング範囲に続く加速範囲では、早い点火時点が設定され、この早い点火時点は、回転数が増大するに伴って、全負荷に関連付けられる点火時点を除いて、さらに「早」側へ調整される。

このように制御される内燃エンジンの場合、部分負荷での安定した作動が不可能であることが明らかになった。回転数は強く変動し、その結果操作者にとって一定の回転数を保持することが不可能である。全負荷に比べて回転数が低い部分負荷作動は、手で操縦される作業機の特殊な適用例（たとえば草または稲の切断）にとって望ましい。回転数が低いことにより慎重な切断が達成され、植物の間接損傷を少なくさせることができる。同時に、回転数が低いために、音の放出が少なくなる。部分負荷での作動の場合、回転体により生じるジャイロ力は全負荷時に比べて小さく、その結果部分負荷での操作性はより快適になる。また、燃料消費量も全負荷時よりも少ない。回転体とは、特にエンジンおよび工具の回転体である。それ故、部分負荷で安定した作動を可能にする内燃エンジンが望ましい。

独国特許出願公開第１０２００６０５６９２４Ａ号明細書

本発明の課題は、手で操縦される作業機における内燃エンジンの作動方法において、部分負荷時にも回転数変動が少ない安定した作動が可能になるように構成することである。

この課題は、請求項１の構成を備えた、手で操縦される作業機における内燃エンジンの作動方法によって解決される。

安定した部分負荷作動に対しては、部分負荷に相当している第１の回転数範囲での点火時点は、全負荷に相当する第２の回転数範囲での点火時点よりも少なくとも５゜のクランク軸角度だけ遅くあるべきであることが明らかになった。第１の回転数範囲は少なくともクラッチ連結回転数からほぼ７０００回転／分の制限回転数まで広がっている。従って、クラッチ連結回転数からほぼ７０００回転／分の回転数まで比較的遅い点火時点を選択する。特に内燃エンジンが温まっている場合には、点火時点を遅くすることにより、部分負荷での内燃エンジンのパワーを作為的に悪化させる。第１の回転数範囲での点火時点が比較的遅いために、燃焼ごとのエネルギー発生量は少なくなる。回転数を一定に保持するため、いくつかのエンジンサイクルで点火を休止することが知られている。第１の回転数範囲で比較的早い点火時点で点火を行うと、クランク軸が非常に強く加速され、回転数が再び所望の値に低下するまで複数のエンジンサイクルにわたって点火を休止させねばならない。１回の点火後のクランク軸の強い加速と、これに続く燃焼のない複数のエンジンサイクルとによって、回転数が強く変動する。第１の回転数で比較的遅い点火時点で点火を行うと、クランク軸の加速はより小さく、数回のエンジンサイクルに対して点火を休止すればよく、特に点火を休止するエンジンサイクルは必要ない。これによって部分負荷範囲での回転数をほぼ一定に保持することができる。他の部分負荷範囲での継続的な作動が可能になる。操作者は回転数を安定に保持することができ、たとえば工具を駆動するパワーが小さくて済むような場合に、作業機を部分負荷で継続的に作動させることができる。

制限回転数は、有利には、クラッチ連結回転数の少なくとも２倍に相当している。これにより、比較的広い回転数範囲にわたって広がる非常に幅広の部分負荷範囲が達成される。制限回転数は有利にはほぼ７０００回／分ないしほぼ９０００回／分である。

有利には、第１の点火時点と第２の点火時点とは少なくとも１０゜のクランク軸角度だけ異なっている。この場合、第１の点火時点は第２の点火時点よりも少なくとも１０゜のクランク軸角度だけ遅いのが有利である。従って、第１の回転数範囲と第２の回転数範囲との間には、少なくとも１０゜のクランク軸角度の著しい点火時点の飛躍が形成されている。

有利には、各点火時点範囲は最大で８゜のクランク軸角度を含んでいる。従って、点火時点範囲はそれぞれ８゜のクランク軸角度の幅を持ったそれぞれ１つの点火時点帯域に相当している。両点火時点帯域は、互いに少なくとも５゜のクランク軸角度の間隔を有している。有利には、前記点火時点帯域の少なくとも１つの点火時点帯域での点火時点と回転数との関係は直線的である。この場合、点火時点は回転数に依存して直線的に変化し、または、回転数範囲全体に対して一定であってよい。特に、この点火時点帯域で回転数が上昇した時に点火時点を「早」へ調整しない。この場合、点火時点は回転数上昇時に一定のままでよく、または、「遅」側へ調整してよい。第１の回転数範囲の少なくとも１つの部分で点火時点を遅側へ調整することにより、回転数の安定化が達成される。というのは、回転数が上昇した時に点火時点を「遅」側へ調整することで燃焼が少ないエネルギー状態になって、回転数が低下するからである。点火時点と回転数との関係を表わす曲線は、有利には第１の回転数位では定常的である。点火時点と回転数との関係を表わす曲線は、第１の回転数範囲に対して飛躍を有していない。なお前記曲線は、部分的にまたは第１の回転数範囲全体に対して直線状に延びていてよい。有利には、前記曲線は勾配が異なる複数の直線から構成される。

第１の点火時点は、有利には、ピストンの上死点前ほぼ１０゜のクランク軸角度ないしピストンの上死点前ほぼ４０゜のクランク軸角度の範囲にある。特に有利には、第１の点火時点は、ピストンの上死点前ほぼ１０゜のクランク軸角度ないしピストンの上死点前ほぼ３５゜のクランク軸角度の範囲にある。第２の点火時点は、有利には、ピストンの上死点前ほぼ２０゜のクランク軸角度ないしピストンの上死点前ほぼ４５゜のクランク軸角度の範囲にあり、特にピストンの上死点前ほぼ３０゜のクランク軸角度ないしピストンの上死点前ほぼ４０゜のクランク軸角度の範囲にある。これにより、全負荷範囲に相当する第２の回転数範囲での内燃エンジン作動時に高いパワーが達成される。

第１の回転数範囲の各回転数には第１の点火時点が割り当てられ、第２の回転数範囲の各回転数には第２の点火時点が割り当てられている。有利には、少なくとも１つの作動状態において、両回転数範囲のうちの一方の回転数範囲外へ回転数が変化した時、前記一方の回転数範囲の回転数に対し、点火時点を、該一方の回転数範囲に関連付けられている点火時点へ飛躍的に調整せずに、前記関連付けられている点火時点に到達するまで、または、回転数が前記一方の回転数範囲を再び離れるまで、時間に依存して調整する。回転数が両回転数範囲のうちの一方の回転数範囲に変化した場合、この回転数範囲に点火時点を飛躍的に調整すると不具合であることが明らかになった。それ故、本発明によれば、回転数がこの回転数範囲に入っとき、第１および第２の回転数範囲において、点火時点をさしあたり、この回転数範囲に点火制御装置により設定されて割り当てられる点火時点へ調整するのではなく、この回転数範囲に割り当てられた点火時点への調整を時間に依存して制御する。時間に依存した制御は段階的な直線制御または任意の曲線状制御であってよい。

点火時点の飛躍的調整により、特に点火時点を第１の点火時点から第２の点火時点へ調整する場合、すなわち点火時点を「早」側へ飛躍的に調整する場合、作業機に望ましくない振動が発生することがある。点火時点を「早」側へ飛躍的に調整することで飛躍的なパワー増大が生じて作業機の工具の作業軸へ伝えられる。パワー増大は工具に衝撃振動を生じさせて、それに続くエンジンサイクルで回転数を再び制限回転数以下に低下させ、これは点火時点を遅くさせる。その後加速させると、新たに制限回転数を上回り、点火時点は「早」側へ飛躍的に調整される。このように制限回転数を短時間で何度も上回ったり下回ったりして、作業機に振動を生じさせる。このような振動は、制限回転数を上回るときに点火時点を時間に依存して制御することによって回避することができる。

特に冷えた内燃エンジンの場合、および、部分負荷範囲へ加速する場合、第１の点火時点で点火すると、加速性が悪くなる。これは、部分負荷範囲に割り当てられている第１の点火時点は、機関が冷えている場合燃焼時間が少なすぎて、冷間加速を悪化させるからである。第１の回転数範囲の回転数へ回転数が変化する際の加速は、点火時点をまず第２の点火時点へ、すなわち早い点火時点へ調整し、第１の点火時点への調整を時間に依存して制御することによって、著しく改善することができる。

点火時点の時間に依存した制御を、エンジンサイクルの回数に依存して行えば、簡潔な構成が得られる。有利には、制限回転数を上回った後にして、この回転数範囲で所定回数のエンジンサイクルが連続した後の点火時点を、前記回転数範囲に関係づけられている点火時点へ段階的に調整する。従って点火時点の調整は、回転数が前記回転数範囲に調整された直後に行なうのではなく、前記回転数範囲でエンジンサイクルが所定回数経過した後に行う。これにより、制限回転数範囲で回転数が変化した場合、すなわち回転数が連続する短い間隔で何度も制限回転数を上回ったり下回ったりした場合、安定な回転挙動が達成される。前記回転数範囲に関係づけられる点火時点への点火時点の調整は、この回転数範囲で所定時間経過した後でも行うことができ、または、制限回転数よりも上の動作回転数を上回った後も行うことができる。点火時点の調整開始のためにこれら判断基準を組み合わせてもよい。また、前記回転数範囲へ回転数を調整した直後に点火時点の調整を行うようにしてもよい。

有利には、少なくとも１つの作動状態で第１の回転数範囲の回転数から第２の回転数範囲の回転数へ回転数が変化した時に点火時点を、第１の点火時点を起点として、第２の点火時点に到達するまで、または、回転数が第２の回転数範囲を離れるまで、時間に依存して「早」へ調整する。第１の回転数範囲の回転数から第２の回転数範囲の回転数へ回転数が変化した時の点火時点の時間に依存する制御は、特にどの作動状態においても行なう。なお作動状態とは、内燃エンジンの所定作動温度よりも高いまたは低い温度での作動であり、すなわち内燃エンジンが冷えている場合または温まっている場合の作動である。また作動状態は周囲圧、燃料成分等に依存した状態であってもよい。また、これらのパラメータと他のパラメータとの組み合わせも作動状態を定義することができる。１つの作動状態は、同じ回転数に対して異なる点火時点が合目的であることによって他の作動状態と区別される。

第１の回転数範囲外の回転数から該第１の回転数範囲の回転数へ回転数が変化した時、少なくとも１つの第１の所定判断基準が満たされれば、点火時点を、第２の点火時点を起点として、第１の点火時点に到達するまで、または、回転数が第１の回転数範囲を離れるまで、時間に依存して「遅」へ調整する。第２の点火時点から第１の点火時点への調整は、特に、回転数が第２の回転数範囲の１つの回転数から第１の回転数範囲の１つの回転数へ変化する場合に行なう。しかしながら、第２の点火時点から第１の点火時点への時間に依存した点火時点の調整は、アイドリング範囲からの加速の際に回転数が第１の回転数範囲に入るときにも行う。仮に回転数がアイドリング範囲から部分負荷範囲へ変化したとしても、点火時点をさしあたり第２の回転数範囲の点火時点へ調整するようにする。これは通常は点火時点「早」への非常に明確な調整である。これによって内燃エンジンの優れた加速が可能になる。

第１の判断基準、すなわちそれが満たされれば、点火時点を第２の点火時点を起点として、第１の点火時点に達するまで、または、回転数が第１の回転数範囲を離れるまで、時間に依存して「遅」へ調整するための第１の判断基準は、特に、作業機が特定の温度に達したこと、特に所望の作動温度に達したことである。特に冷えた内燃エンジンの場合、第１の回転数範囲に対しい設けられる比較的遅い点火時点は、不十分な加速を生じさせる。それ故冷えた機関の場合には、すなわち内燃エンジンを所望作動温度以下で作動させる場合には、第１の回転数範囲の点火時点をさしあたり第２の点火時点へ調整する。所定の第１の判断基準が満たされれば、回転数が第１の回転数範囲にあるときに、点火時点を第２の点火時点を起点として段階的に「遅」側の第１の点火時点へ調整する。

所定の第１の判断基準は、有利には、作業機が特定の温度に達したこと、および／または、所定のイベント後に所定回数の連続エンジンサイクルが連続したことである。この場合所定のイベントとは、特に内燃エンジンのスタートである。特に有利には、内燃エンジンの温度、または、たとえば点火制御装置の温度等の内燃エンジンの温度を推定させる温度は、測定される。内燃エンジンの温度は、特に内燃エンジンのシリンダまたはクランクケースに設けた温度センサを用いて測定する。有利には、測定した温度に依存して、所定の第１の判断基準が満たされていることが明らかになるまで、特に所望の作動温度に達していることが明らかになるまで、何回のエンジンサイクルが連続したかが決定される。このエンジンサイクル回数が経過した後にして、第１の回転数範囲外の回転数が該第１の回転数範囲の回転数に変化した時に、点火時点を直接第１の点火時点へ調整する。

また、所定の第１の判断基準が満たされているかどうかを調べるため、所定の回転数を上回った後の連続エンジンサイクル回数を検出するようにしてもよい。所定の回転数以上の回転数で行われるエンジンサイクルも、内燃エンジンのスタート前の温度に基づいて決定することができる。しかし、所定の第１の判断基準を、作業機の温度だけに基づいて、または、所定のイベント（たとえば内燃エンジンのスタートまたは所定の回転数を越えたとき）後の連続エンジンサイクル回数だけに基づいて、調べるようにしてもよい。なお、所定の回転数とは特に制限回転数である。内燃エンジンの温度を測定することにより、特にクランクケースまたはシリンダの温度を測定することにより、内燃エンジンが祖堂温度に達したかどうかをダイレクトに測定することもできる。

次に、添付の図面を用いて本発明の１実施形態を説明する。
手で操縦される作業機の概観図である。 図１の作業機の概略断面図である。 図１の作業機の内燃エンジンの概略断面図である。 内燃エンジンの点火時点の推移と回転数との関係を示すグラフである。 内燃エンジンの点火時点の推移と回転数との関係を示すグラフである。 回転数および点火時点の時間的推移を示すグラフである。 点火時点と回転数との関係を示すグラフである。

図１は、手で操縦される作業機１の実施形態として刈払い機を示している。しかしながら、以下に説明する内燃エンジン作動方法は、たとえば送風機、剪定ばさみ、パワーソー、ディスクグラインダ等の手で操縦される作業機の内燃エンジンに対しても適用できる。送風機の場合には、作業空気流を搬送するファンプロペラが工具である。以下に説明する方法は、手で操縦される作業機の内燃エンジンの中でも、通常比較的長時間にわたって部分負荷で作動される内燃エンジンに使用するのが有利である。これは、特に、たとえば工具として金属カッターを有する刈払い機である。

作業機１は案内管３の一端に配置されるエンジンケース２を有し、エンジンケース内には、図２に図示した内燃エンジン１５が配置されている。エンジンケース２からは、内燃エンジン１５用のスタート装置１４を操作するために用いるスタートグリップ１３が突出している。

図１が示すように、案内管３の、エンジンケース２とは逆の側の端部、すなわち地面側の端部には、ギヤヘッド９が固定され、該ギヤヘッドの駆動軸（図示せずはカッター１０を回転軸線１１のまわりに回転駆動させる。案内管には、ギヤヘッド９に隣接するように、保護部１２が固定されている。また図１が示すように、安易管３にはグリップフレーム４が保持されており、グリップフレームには２つのハンドグリップ５と６が固定されている。ハンドグリップ６は、内燃エンジン１５を操作するためのスロットルコントロールレバー７と、スロットルコントロールレバーロック８とを有している。

図２が示すように、内燃エンジン１５はシリンダ１６を有し、シリンダ内にはピストン１８が往復動するように支持されている。ピストン１８は、連接棒１９を介して、クランクケース１７内に回転軸線２１のまわりに回転可能に支持されているクランク軸２０を駆動する。図３が示すように、シリンダ１６内には、ピストン１８によって画成された燃焼室２８が形成されている。燃焼室２８内には点火プラグ２３が突出している。図２が示すように、点火プラグ２３は点火制御装置２２によって制御される。本実施形態では、点火プラグ制御装置２２はフライホイール２４の外周に配置されている。フライホイール２４は、点火制御装置２２に点火プラグ２３用の点火電圧を生成させる磁石（図示せず）を有している。点火制御装置２２は別個の制御装置であってもよい。フライホイール２４はクランク軸２０と相対回転不能に結合されている。フライホイール２４とは逆の側にはクラッチ２５が配置されている。クラッチ２５は遠心クラッチとして形成され、連結状態ではクランク軸２０を駆動軸２７と結合させる。駆動軸２７は案内管３を貫通して、ギヤヘッド９内に配置されている伝動装置を駆動する。クラッチ２５のクラッチドラムは、本実施形態では、連結要素２６を介して駆動軸２７と結合されている。

図３が示すように、内燃エンジン１５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１５は単気筒エンジンである。内燃エンジン１５は、クランクケース１７内へ通じてピストン１８によって制御される吸気部３５を有している。吸気部３５を介してクランクケース１７内へ燃料空気混合気が供給される。燃料空気混合気は、吸込んだ燃焼空気に燃料を供給する気化器３７内で形成される。燃料を、気化器３７内の燃料弁を介して、吸気通路に供給するか、或いは、ダイレクトにクランクケース１７内または燃焼室２８内へ供給するようにしてもよい。クランクケース１７は、掃気通路２９を介して、ピストン１８の下死点で燃焼室２８と結合される。燃焼室２８内への掃気通路２９の開口部も同様にピストン１８によって制御される。燃焼室２８には、同様にピストン１８によって制御される排気部３６が通じている。作動時には、ピストン１８の上昇行程の際に燃料空気混合気が吸気部３５を介してクランクケース１７内へ吸い込まれる。燃料空気混合気は、ピストン１８の下降行程の際に圧縮されて、ピストン１８の下死点範囲で掃気通路２９を介して燃焼室２８内へ押し込められる。ピストン１８の上死点範囲では、点火プラグ２３が燃焼室２８内の燃料空気混合気を着火させる。その後の燃焼はピストン１８を下死点方向へ加速させる。排気部３６が開くと、排ガスが燃焼室２８から流出し、次のエンジンサイクルための新鮮な燃料空気混合気が掃気通路２９を介してクランクケース１７から流れてくる。

どの回転数でも内燃エンジン１５の好ましい挙動を達成するため、点火時点、すなわち点火プラグ２３がピストン１８の上死点に関連して点火する時点は、内燃エンジン１５の回転数に依存して決定する。点火時点ＺＺＰと回転数ｎとの関係を示すグラフを図４に示した。停止状態から回転数ｎ_１まで広がっている回転数範囲３０では、点火時点ＺＺＰは回転数ｎが上昇するに従って「早」に調整される。回転数範囲３０は内燃エンジン１５のスタート回転数範囲に相当している。図４で破線３８で示したように、スタート用の回転数範囲３０に対しては複数の特性曲線を設けるのが有利である。これらの特性曲線は回転数ｎに依存する点火時点ＺＺＰを表わすとともに、内燃エンジン１５の１つまたは複数の作動パラメータに依存して公知の態様で選択することができる。

回転数範囲３０には、アイドリング範囲に相当する回転数範囲３１が接続している。回転数範囲３１は回転数ｎ_１からクラッチ連結回転数ｎ_Ｋまで広がっている。クラッチ連結回転数ｎ_Ｋはほぼ３５００回転／分からほぼ５０００回転／分までにあるのが有利である。クラッチ連結回転数ｎ_Ｋはクラッチ２５が連結される回転数である。クラッチ２５が１つの回転数帯域で連結される場合、クラッチ連結回転数ｎ_Ｋは、クラッチ２５が連結を開始するときの回転数ｎと、クラッチ２５が完全に連結した時の回転数ｎとの間の平均回転数である。回転数ｎ_１はほぼ１０００回／分からほぼ３０００回転／分までの範囲にあるのが有利である。アイドリングに相当する回転数範囲３１では、点火時点ＺＺＰは、比較的遅い点火時点である第３の点火時点ＺＺＰ_３に設定される。アイドリング時の第３の点火時点ＺＺＰ_３は、ピストン１８の上死点前ほぼ８゜のクランク軸角度からピストン１８の上死点前ほぼ１４゜までであるのが有利である。なおクランク軸角度とは、ピストン１８の上死点に対するクランク軸２０の相対位置を表わしている。３６０゜のクランク軸角度はクランク軸２０が完全に１回転したことに相当している。

クラッチ連結回転数ｎ_Ｋよりも上には、部分負荷範囲に相当する回転数範囲３２がある。回転数範囲３２はクラッチ連結回転数ｎ_Ｋから制限回転数ｎ_Ｇまで広がっている。制限回転数ｎ_Ｇは少なくとも７０００回転／分である。制限回転数ｎ_Ｇはクラッチ連結回転数ｎ_Ｋの少なくとも２倍である。有利には、制限回転数ｎ_Ｇはほぼ７０００回転／分とほぼ９０００回転／分の間にある。部分負荷範囲に相当している回転数範囲３２で、点火時点ＺＺＰは点火制御装置２２により、前記第３の点火時点ＺＺＰ_３よりも早い第１の点火時点ＺＺＰ_１に調整される。第１の点火時点ＺＺＰ_１は、ピストン１８の上死点前ほぼ１０゜のクランク軸角度からピストン１８の上死点前ほぼ４０゜のクランク軸角度までの範囲内にある。特に、第１の点火時点ＺＺＰ_１は、ピストン１８の上死点前ほぼ１０゜のクランク軸角度からピストン１８の上死点前ほぼ３５゜のクランク軸角度までの範囲内にある。第１の回転数範囲３２の全体にわたって、これに割り当てられる第１の点火時点ＺＺＰ_１は一定であってよい。実線は点火時点ＺＺＰが一定に推移していることを示している。従って、第１の回転数範囲３２のどの回転数ｎに対しても同じ点火時点ＺＺＰ_１が設定される。しかしながら、点火時点ＺＺＰが回転数ｎに依存して変化するようにしてもよく、この場合回転数範囲３１，３２，３３での点火時点ＺＺＰの変化は小さいのが有利である。破線４７により、点火時点ＺＺＰと回転数ｎとの関係を示す曲線が直線的に低下して推移することが例示されている。この場合、第１の回転数範囲３２のすべての点火時点ＺＺＰは、有利には最大でほぼ８゜のクランク軸角化の範囲を含む回転数範囲４９にある。回転数ｎが上昇しても一定の推移と、回転数ｎの下降とともに低下する推移とを組み合わせた曲線も有利である。曲線の低下する推移は、回転数ｎの上昇に伴って点火時点ＺＺＰを「遅」に調整したことに相当している。有利には、第１の回転数範囲３２での点火時点ＺＺＰは回転数ｎの上昇に伴って「早」に調整されない。回転数範囲３２での点火時点ＺＺＰと回転数ｎとの関係を表わしている曲線は、有利には定常的であり、すなわち点火時点の飛躍を含んでいない。

制限回転数ｎ_Ｇの上には、回転数範囲３２に回転数範囲３３が接続している。回転数範囲３３は全負荷範囲に相当している。回転数範囲３３では、点火時点ＺＺＰは第１の点火時点ＺＺＰ_１よりもかなり前にある第２の点火時点ＺＺＰ_２に調整される。実線は、第２の点火時点ＺＺＰ_２が回転数ｎに対して一定に推移することを示している。しかし、第２の点火時点ＺＺＰ_２は回転数ｎに依存して変化してもよく、この場合には変化は特に小さい。破線４８は、回転数とともに第２の点火時点ＺＺＰ_２が低下するように推移することを示しており、この場合低下は直線的である。回転数ｎが上昇するに伴って、より遅い第２の点火時点ＺＺＰ_２が設定される。これによって回転数範囲３３での回転数ｎは安定化する。この場合第２の点火時点ＺＺＰ_２は、有利には最大でほぼ８゜のクランク軸角度を含んでいる第２の回転数範囲３３にある。各第２の点火時点ＺＺＰ_２は、各第１の点火時点ＺＺＰ_１前の少なくとも５゜のクランク軸角度、特に少なくとも１０゜のクランク軸角度にある。特に、制限回転数ｎ_Ｇでの第２の点火時点ＺＺＰ_２は、制限回転数ｎ_Ｇでの第１の点火時点ＺＺＰ_１前少なくとも１０゜のクランク軸角度にある。従って、第１の回転数範囲３２および第２の回転数範囲３３での点火時点ＺＺＰと回転数ｎとの関係を表わしているこれら曲線の制限値は、制限回転数ｎ_Ｇにおいて少なくとも５゜のクランク軸角度だけ異なっている。この場合、第１の回転数範囲３２に対する制限値は、第２の制限回転数範囲３３に対する制限値よりも少なくとも５゜のクランク軸角度だけ遅い位置にある。点火時点ＺＺＰと回転数ｎとの関係を表わしている曲線は、制限回転数ｎ_Ｇで少なくとも５゜のクランク軸角度の飛躍を有している。

各第２の点火時点ＺＺＰ_２は、有利には、ピストン１８の上死点前ほぼ２０゜のクランク軸角度からピストン１８の上死点前ほぼ４５゜のクランク軸角度の範囲にある。点火時点ＺＺＰ_２は、特に、ピストン１８の上死点前ほぼ３０゜のクランク軸角度からピストン１８の上死点前ほぼ４０゜のクランク軸角度の範囲にある。

回転数範囲３３は、制限回転数ｎ_Ｇから第２の回転数ｎ_２まで広がっている。第２の回転数ｎ２は制限回転数ｎ_Ｇよりも大きく、有利にはほぼ８５００回／分から内燃エンジンの最大回転数までの範囲にある。回転数範囲３３には、第２の回転数ｎ_２よりも上で回転数範囲３４が接続している。回転数範囲３４は内燃エンジン１５のカットオフ範囲に相当している。回転数範囲３４では、点火時点ＺＺＰは、第２の点火時点ＺＺＰ_２よりもかなり遅い第４の点火時点ＺＺＰ_４に調整される。本実施形態では、第４の点火時点ＺＺＰ_４は第１の点火時点ＺＺＰ_１よりも遅くてよい。しかし、第４の点火時てＺＺＰ_４は第１の点火時点ＺＺＰ_１の範囲にあってもよい。点火時点ＺＺＰを回転数範囲３４で「遅」へ調整することにより、内燃エンジン１５はカットオフされ、回転数ｎが低下する。回転数範囲３４に対しては他の時点を設けてもよく、たとえば第２の点火時点ＺＺＰ_２を設けてもよい。

部分負荷範囲に相当する回転数範囲３２は、非常に広い範囲として実施されている。クラッチ連結回転数ｎ_Ｋと制限回転数ｎ_Ｇとの間の回転数範囲では、エンジンを回転数範囲３２内にある回転数で作動させれば、点火時点は一定である。これにより部分負荷時の内燃エンジン１５の安定な回転が可能である。点火時点ＺＺＰが制限回転数ｎ_Ｇまでコンスタントに比較的遅い第１の点火時点ＺＺＰ_１に調整されるので、非常に高い部分負荷でも、少ない回転数変動で内燃エンジン１５の均一な作動が可能である。

回転数範囲３２から回転数範囲３３への移行の際、制限回転数ｎ_Ｇでの第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２への点火時点ＺＺＰの飛躍的調整のために振動が発生することがあることが明らかになった。特に、図１に示したような刈払い機のような、案内管３を備えた作業機の場合、この振動は案内管３全体を振動させることがある。これは望ましくない。振動を減少または回避するため、本発明によれば、図５で破線３９で示したように、点火時点ＺＺＰを、加速の際に制限回転数ｎ_Ｇを越えたときに、すなわち回転数ｎが部分負荷用の回転数範囲３２から全負荷用の回転数範囲３３へ変化した時に、点火時点ＺＺＰを第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２へ飛躍的に調整するのではなく、点火時点ＺＺＰを矢印４０に沿って第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２へ時間に依存して、特に段階的に調整する。点火時点ＺＺＰの時間に依存した調整は、有利には、第２の点火時点ＺＺＰ_２に達するまで、または、回転数が全負荷用の回転数範囲３３を離れるまで行う。

点火時点ＺＺＰの段階的調整は、制限回転数ｎ_Ｇを越えた直後に始めることができる。しかし、有利には、点火時点の調整を第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２へ遅らせて行なう。このため、制限回転数ｎ_Ｇよりも上にある動作回転数を越えたときに初めて点火時点調整を投入するようにしてよい。これを図５に図示した。これとは択一的に、または、これに加えて、第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２への調整を、制限回転数ｎ_Ｇから所定時間経過した時に、特に所定回数のエンジンサイクルが経過した時に始めるようにすることができる。点火時点ＺＺＰの時間依存調整は、制限回転数ｎ_Ｇの上回りと下回りとが互いに直接連続して反復して行われるのを回避させ、これに伴って発生する振動が回避される。制限回転数ｎ_Ｇを上回ったときに点火時点ＺＺＰの時間依存調整を行うことにより、部分負荷範囲と全負荷範囲との間の点火時点飛躍を避けるために部分負荷範囲と全負荷範囲との間の点火時点曲線の直線上昇範囲は必要ない。これにより、早い点火時点ＺＺＰを備えた全負荷用の大きな回転数範囲３３と、遅い点火時点ＺＺＰを備えた部分負荷用の大きな回転数範囲３２とが可能になる。

図６は、時間ｔに関する回転数ｎおよび点火時点ＺＺＰの推移を示すグラフである。なお、図６では、グラフを見やすくするために回転数範囲３０，３１，３２，３３はグラフの右側に記入した。第１の時点ｔ_１で内燃エンジン１５をスタートさせる。回転数は第２の時点ｔ_２まで上昇する。回転数はスタート用の回転数範囲３０にある。回転数ｎが上昇すると、点火時点ＺＺＰを有利には複数の作動パラメータに基づいて制御する。時点ｔ_２では、回転数ｎは回転数範囲３１の第１の回転数ｎ_１とクラッチ連結回転数_ｎＫとの間にある。点火時点ＺＺＰは回転数範囲３１では一定であり、第３の点火時点ＺＺＰ_３に設定される。時点ｔ_３で回転数ｎはクラッチ連結回転数ｎ_Ｋを上回る。点火時点は時点ｔ_３で回転数範囲３２用の第１の点火時点ＺＺＰ_１に調整される。時点ｔ_４で制限回転数ｎ_Ｇを上回る。点火時点ＺＺＰは、時点ｔ_５までさらに加速した後に動作回転数ｎ_Ａを上回るまで、さしあたり第１の点火時点ＺＺＰ_１にとどまる。時点ｔ_５で初めて点火時点ＺＺＰは第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２へ調整される。これとは択一的に、所定の時間（たとえば時点ｔ_４と時点ｔ_５との間の時間に相当していてよい）が経過した後に、点火時点を調整してもよい。しかしこの調整はは線４１で示したように飛躍的に行うのではなく、段階的に、本実施形態では直線状に延びるスロープの形態で、第２の点火時点ＺＺＰ_２まで行う。破線４２で示したスロープの代わりに、第１の点火時点ｔ_１から第２の点火時点ｔ_２へ点火時点ＺＺＰを調整する際に他の任意のいかなる点火時点ＺＺＰの推移を採用してもよい。

時点ｔ_６で回転数ｎは制限回転数ｎ_Ｇ以下に低下し、点火時点は、図６で実線で示したように、第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１へ飛躍的に調整される。時点ｔ_７で動作回転数ｎ_Ａを新たに上回り、点火時点ＺＺＰは段階的に第１の点火時点ＺＺＰ_１から第２の点火時点ＺＺＰ_２へ調整される。時点ｔ_８では、第２の回転数ｎ_２を上回り、回転数はカットオフされる。このために点火時点ＺＺＰを比較的「遅」である第４の点火時点ＺＺＰ_４へ調整する。本実施形態では、第４の点火時点ＺＺＰ_４は第１の点火時点ＺＺＰ_１と第３の点火時点ＺＺＰ_３との間にある。カットオフは他の態様で行ってもよい。時点ｔ_９で再び回転数ｎ_２を下回り、点火時点ＺＺＰは全負荷範囲用の第２の点火時点ＺＺＰ_２へ飛躍的に調整される。時点ｔ_１０では、制限回転数ｎ_Ｇをも下回り、点火時点ＺＺＰは第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１へ飛躍的に調整される。時点ｔ_１１で内燃エンジン１５を切る。これは特に点火を短絡させて以後の点火が行われないようにすることによって行う。

特に冷えた内燃エンジンの場合、すなわち内燃エンジン１５の作動温度が所定の作動温度以下である場合、遅い第１の時点ＺＺＰ_１が第１の回転数範囲３２で加速を悪化させることが明らかになった。これを回避するため、特に内燃エンジン１５を所定の温度以下で作動させる場合、少なくとも１つの第１の判断基準を満たしたときには、図７の線４４と矢印４５で示したように、回転数範囲３２での点火時点ＺＺＰを第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１へ段階的に調整するようにする。この場合、回転数範囲３２への回転数変更の際、すなわち回転数が回転数範囲３１からクラッチ連結回転数ｎ_Ｋ以上に上昇するか、回転数範囲３３から制限回転数ｎ_Ｇへ低下する際に、点火時点ＺＺＰをさしあたり第２の点火時点ＺＺＰ_２へ調整し、第１の判断基準が満たされたときに点火時点ＺＺＰを段階的に「遅」側へ第１の点火時点ＺＺＰ_１まで調整する。図７で実線４６で示した回転数範囲３２での点火時点ＺＺＰの推移は、非常に大きな回転数変動が生じるために回転数範囲３２において内燃エンジン１５をほぼ一定の回転数で安定に作動させることが不可能であるような点火時点ＺＺＰに対する公知の特性曲線に対応している。回転数変動は、点火時点が早いときの濃厚な燃焼のために大きな加速が生じて引き起こされるか、或いは、続く１回または複数回のエンジンサイクルで回転数を調整するための点火を休止して燃焼させないために大きな加速が生じて引き起こされる。

作動温度が所定温度以下である場合、回転数範囲３２の第１の点火時点ＺＺＰ１で燃焼時間が少なすぎて、加速力が小さくなりすぎることが明らかになった。作動温度が所定の作動温度よりも上である場合、すなわち内燃エンジン１５が熱い場合、回転数範囲３２で線４６に基づいて内燃エンジン１５を作動すると、回転数範囲３２での、すなわち部分負荷でのパワーが大きくなりすぎ、これによって非常に大きな回転数変動が生じる。それ故、第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１への複数回の段階的な調整は、所定の第１の判断基準があるときにのみ行なうのが有利である。第１の判断基準とは、有利には、内燃エンジン１５が所定作動温度に到達することである。

内燃エンジン１５が所定作動温度に到達したかどうかを判断するため、温度および／または所定時間の経過を関連づけることができる。所定時間が経過したかどうかを検出するには、所定のイベント以降の連続するエンジンサイクルの回数を検出するのが有利である。有利には、内燃エンジン１５をスタートさせる前に、内燃エンジン１５の温度または作業機１の他の温度を測定する。温度は特に、作業機１の点火制御装置２２のような制御装置の温度である。スタート時の温度に基づいて、所定作動温度に到達するまでに何回のエンジンサイクルが必要であるかを決定することができる。この場合、スタートからのエンジンサイクル、または、所定回転数よりも上の回転数でのエンジンサイクル、または、所定の回転数を越えたとき以降のエンジンサイクル、たとえば制限回転数ｎ_Ｇ以降のエンジンサイクルを関連づけることができる。内燃エンジン１５の作動温度の正確な測定が有利であるが、点火時点を調整するためには、作動温度を評価すれば通常は十分正確である。作動温度の評価は簡単に行うことができ、たとえばスタート温度および／またはエンジンサイクルの回数に基づいて行うことができる。

回転数範囲３２での第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１への調整は時間遅延的に行うことができ、すなわち回転数範囲３２内での所定回数のエンジンサイクルのために回転数がすでに変動した後に行うことができる。第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１への点火時点の段階的調整を、図６では時点ｔ_６を起点とした線４３で示した。回転数範囲３２での第２の点火時点ＺＺＰ_２から第１の点火時点ＺＺＰ_１への調整は、有利には１回行われ、すなわち第１の判定基準が満たされたときに行われる。この時点での回転数ｎが第１の回転数範囲３２内になければ、所定の第１の判断基準が満たされる前に回転数範囲３２内の点火時点ＺＺＰを第１の点火時点ＺＺＰ_１へ調整するようにする。所定の第１判断基準が満たされた後に回転数ｎが再び第１の回転数範囲３２内に入れば、点火時点ＺＺＰを直接第１の点火時点ＺＺＰ_１へ調整するようにすることができる。

１ 刈払い機（作業機）
１５ 内燃エンジン
１６ シリンダ
１７ クランクケース
１８ ピストン
２０ クランク軸
２２ 点火制御装置
２５ クラッチ
３２ 第１の回転数範囲
３３ 第２の回転数範囲
４９ 第１の点火時点範囲
５０ 第２の点火時点範囲
ｎ 内燃エンジンの回転数
ｎ_Ｇ 制限回転数
ｎ_Ｋ クラッチ連結回転数
ＺＺＰ 点火時点
ＺＺＰ_１ 第１の点火時点
ＺＺＰ_２ 第２の点火時点

Claims (17)

1. 手で操縦される作業機における内燃エンジンの作動方法であって、前記作業機（１）がクラッチ（２５）と少なくとも１つの工具とを有し、前記クラッチ（２５）がクラッチ連結回転数（ｎ_Ｋ）で連結され、前記内燃エンジン（１５）が前記クラッチ連結回転数（ｎ_Ｋ）よりも上の回転数（ｎ）で前記工具と作用結合し、前記内燃エンジン（１５）がシリンダ（１６）を有し、該シリンダ内にピストン（１８）が往復動するように支持され、該ピストン（１８）がクランクケース（１７）内に回転可能に支持されるクランク軸（２０）を回転駆動させ、前記内燃エンジン（１５）が点火制御装置（２２）を有し、該点火制御装置が前記内燃エンジン（１５）の各回転数に対し少なくとも１つの点火時点（ＺＺＰ）を設定し、前記点火制御装置（２２）が、第１の回転数範囲（３２）の各回転数（ｎ）に対し関連付けられる第１の点火時点（ＺＺＰ_１）と、前記第１の回転数範囲（３２）に境を接する第２の回転数範囲（３３）の各回転数（ｎ）に対し関連付けられる第２の点火時点（ＺＺＰ_２）とを設定し、各第１の点火時点（ＺＺＰ_１）が第１の点火時点範囲（４９）の点火時点（ＺＺＰ）であり、各第２の点火時点（ＺＺＰ_２）が第２の点火時点範囲（５０）の点火時点（ＺＺＰ）であり、前記各第１の点火時点（ＺＺＰ_１）が少なくとも５゜のクランク軸角度だけ前記各第２の点火時点（ＺＺＰ_２）よりも遅く設定されている前記作動方法において、
   前記第１の回転数範囲（３２）が、少なくとも、前記クラッチ連結回転数（ｎ_Ｋ）から少なくともほぼ７０００回／分である制限回転数（ｎ_Ｇ）まで広がっていることを特徴とする作動方法。
2. 前記制限回転数（ｎ_Ｇ）が前記クラッチ連結回転数（ｎ_Ｋ）の少なくとも２倍に相当していることを特徴とする、請求項１に記載の作動方法。
3. 前記制限回転数（ｎ_Ｇ）がほぼ７０００回／分ないしほぼ９０００回／分であることを特徴とする、請求項１または２に記載の作動方法。
4. 前記第１の点火時点（ＺＺＰ_１）と前記第２の点火時点（ＺＺＰ_２）とが少なくとも１０゜のクランク軸角度だけ異なってい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作動方法。
5. 各点火時点範囲（４９，５０）が最大で８゜のクランク軸角度を含んでい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作動方法。
6. 前記第１の回転数範囲（３２）での前記点火時点（ＺＺＰ）を、前記回転数（ｎ）の上昇時に「早」へ調整しないことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の作動方法。
7. 前記第１の回転数範囲（３２）における前記点火時点（ＺＺＰ）と前記回転数（ｎ）との関係を表わす曲線が定常的であ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作動方法。
8. 前記第１の点火時点（ＺＺＰ_１）が、前記ピストン（１８）の上死点前ほぼ１０゜のクランク軸角度ないし前記ピストン（１８）の上死点前ほぼ４０゜のクランク軸角度の範囲にあ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作動方法。
9. 前記第２の点火時点（ＺＺＰ_２）が、前記ピストン（１８）の上死点前ほぼ２０゜のクランク軸角度ないし前記ピストン（１８）の上死点前ほぼ４５゜のクランク軸角度の範囲に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作動方法。
10. 少なくとも１つの作動状態において、前記回転数範囲（３２，３３）のうちの一方の回転数範囲（３２または３３）外へ前記回転数（ｎ）が変化した時、前記一方の回転数範囲（３２または３３）の回転数（ｎ）に対し、点火時点（ＺＺＰ）を、該一方の回転数範囲（３２または３３）に関連付けられている点火時点（ＺＺＰ_１，ＺＺＰ_２）へ飛躍的に調整せずに、前記関連付けられている点火時点（ＺＺＰ_１，ＺＺＰ_２）に到達するまで、または、回転数（ｎ）が前記一方の回転数範囲（３２または３３）を再び離れるまで、時間に依存して調整す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作動方法。
11. 前記点火時点（ＺＺＰ）の時間に依存した制御を、エンジンサイクルの回数に依存して行うことを特徴とする、請求項１０に記載の作動方法。
12. 前記制限回転数（ｎ_Ｇ）を上回った後にして、この回転数範囲（３２，３３）で所定回数のエンジンサイクルが連続した後の前記点火時点（ＺＺＰ）を、前記回転数範囲（３２，３３）に関係づけられている点火時点（ＺＺＰ_１，ＺＺＰ_２）へ段階的に調整することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の作動方法。
13. 少なくとも１つの作動状態で前記第１の回転数範囲（３２）の回転数（ｎ）から前記第２の回転数範囲（３３）の回転数（ｎ）へ回転数が変化した時に前記点火時点（ＺＺＰ）を、前記第１の点火時点（ＺＺＰ_１）を起点として、前記第２の点火時点（ＺＺＰ_２）に到達するまで、または、回転数（ｎ）が前記第２の回転数範囲（３３）を離れるまで、時間に依存して「早」へ調整することを特徴とする、請求項１０から１２までのいずれか一つに記載の作動方法。
14. 前記第１の回転数範囲（３２）の回転数（ｎ）から前記第２の回転数範囲（３３）の回転数（ｎ）へ回転数が変化した時の前記点火時点（ＺＺＰ）の時間に依存する制御をどの作動状態においても行なうことを特徴とする、請求項１３に記載の作動方法。
15. 前記第１の回転数範囲（３２）外の回転数（ｎ）から該第１の回転数範囲（３２）の回転数（ｎ）へ回転数が変化した時、少なくとも１つの第１の所定判断基準が満たされれば、点火時点（ＺＺＰ）を、前記第２の点火時点（ＺＺＰ_２）を起点として、前記第１の点火時点（ＺＺＰ_１）に到達するまで、または、回転数（ｎ）が前記第１の回転数範囲（３２）を離れるまで、時間に依存して「遅」へ調整することを特徴とする、請求項１０から１４までのいずれか一つに記載の作動方法。
16. 前記第１の所定判断基準は、前記作業機（１）が特定の温度に達したこと、および／または、所定のイベント後に所定回数の連続エンジンサイクルが連続したことであり、前記所定のイベントとは、特に前記内燃エンジン（１５）のスタートまたは所定回転数（ｎ）に最初に到達したことであることを特徴とする、請求項１５に記載の作動方法。
17. 少なくとも１つの第２の所定判断基準が満たされた時、前記点火時点（ＺＺＰ）を、前記第１の回転数範囲（３２）外の回転数（ｎ）から該第１の回転数範囲（３２）の回転数（ｎ）へ回転数が変化した時に前記第１の点火時点（ＺＺＰ_１）へ飛躍的に調整することを特徴とする、請求項１４から１６までのいずれか一つに記載の作動方法。

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