JP5276888B2 - 内燃エンジンの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンの作動方法に関するものである。

内燃エンジンに、燃料ポンプと配量弁とを備えた燃料系を介して燃料を供給することは知られている。

作動時、内燃エンジンの燃焼室内部とクランクケース内部の圧力は非常に大きく変動する。圧力は１回のサイクル内でピストンの位置と回転数および負荷との双方に依存して変動する。内燃エンジンに対しわずかに過圧で燃料を供給する配量弁の場合、内燃エンジンに供給される燃料量は内燃エンジン内部の圧力によって影響を受ける。

変動する圧力の、内燃エンジンに供給される燃料量に対する影響を少なくするため、配量弁に供給される燃料の圧力をフィードバックすることが知られている。これにより燃料と内燃エンジンとの差圧は一定に維持される。

特に、たとえばパワーソー、研削切断機等の手で操縦される作業機で使用され、回転数が１００００回／分以上に達することのあるような高速エンジンの場合、圧力を燃料系にフィードバックすることは不可能であり、或いは、可能であってもかなりのコストが必要である。

本発明の課題は、高速回転エンジンの場合も所望の燃料量を内燃エンジンに供給できるような内燃エンジンの作動方法を提供することである。

この課題は請求項１の構成によって解決される。

配量弁の開弁時点および／または閉弁時点の制御を、実際に支配している背圧を考慮して設定することにより、供給されるべき燃料量を簡単に比較的正確に配量することができる。燃料系に変化を起こさせる必要はない。燃料は所定の圧力で、特に一定の圧力で配量弁へ搬送することができる。クランクケース圧力に対して燃料圧を整合させる必要はない。これにより燃料系の構成が簡潔になる。前記所定の燃料圧は、たとえば、変動するクランクケース圧力によって駆動されるポンプが燃料を搬送する際に発生する。この場合圧力変動は、内燃エンジンが長時間にわたって部分負荷で作動することによって生じる。内燃エンジンの始動時にも、燃料の過圧を生じさせるためにクランクケース内に十分な負圧は提供されない。しかしながら、燃料圧はすべての作動状態にわたって実質的に一定であるので有利である。これはたとえば圧力調整器および蓄圧器を適宜構成することにより達成できる。燃料圧のフィードバック制御は行われない。

また、本発明によれば、配量弁が燃料をクランクケース内へ供給する。この場合、燃料は直接クランクケース内部空間へ供給される。クランクケース内では、クランクケース内の可動部品によって、供給された燃料の調製が行なわれる。これにより、非常に小さな過圧のもとでクランクケース内への燃料の供給が行なわれる。本発明によれば、配量弁に、燃料を、ほぼ０．５バール以下の周囲圧に相当する圧力で、特に周囲圧に対するほぼ０．０５バールないしほぼ０．３バールの過圧に相当する圧力で供給する。この場合、絶対燃料圧と絶対クランクケース平均圧力との比がほぼ０．０ないしほぼ１．７、特にほぼ０．９ないしほぼ１．２であるのが有利である。この場合、燃料圧はすべての作動状態に対し一定であり、他方クランクケース平均圧力は作動状態に応じて変化するのが有利である。

クランク軸が１回転している間にクランクケース圧力はかなり変化し、部分的には燃料系内の圧力以上になることがある。それ故、非常に小さな過圧で燃料を供給する場合、本発明によれば、特定の時点でのみ燃料を供給する。アイドリング時にはわずかな量の燃料を供給すればよい。十分に正確な配量を可能にするため、本発明によれば、アイドリング時に、燃料を、周囲圧と周囲圧に対するほぼ０．３バール、特に周囲圧と周囲圧に対するほぼ０．１バールの負圧との間の圧力に相当する圧力がクランクケース内で支配する時点で供給する。これは通常はピストンの下死点直後に与えられている。この範囲ではクランクケース圧力はほぼ一定であり、周囲圧よりもわずかに小さいにすぎない。クランクケース内の圧力が均一でほぼ一定であることにより、燃料系内の圧力とクランクケース圧力との間の差圧は一定になる。それ故、この範囲では、燃料が供給される時間は供給された燃料量にほぼ比例している。これにより燃料の正確な配量が簡単に可能になる。燃料系内の圧力とクランクケース圧力との間の差圧は比較的小さい。それ故、わずかな量の燃料を供給するためにも比較的長い時間が必要である。配量弁を介して燃料を供給する場合、配量弁はある程度の時間的公差をもって反応する。この時間的公差のために、配量弁の切換え時間が非常に短い場合、実際に供給された燃料量は供給されるべき燃料量と比較的大きく食い違う。これは、クランクケース内の負圧が小さい状態で燃料を供給するために必要な時間が比較的長ければ回避することができるので、燃料の正確な配量を簡単に達成できる。

全負荷時には内燃エンジンの多量の燃料を供給せねばならない。このような燃料量を供給できるようにするため、本発明によれば、全負荷時においては、クランクケース内の圧力が燃料圧以下であるような時点で燃料を供給する。この場合、クランクケース圧力はできるだけ小さく、その結果燃料系内の圧力に対し大きな差圧が生じる必要がある。本発明によれば、配量弁は、早くとも、クランクケース圧力が燃料の圧力以下に低下したときに開く。これにより、空気が吸気通路から燃料系内へ到達することが回避される。配量弁は、遅くとも、クランクケース圧力が再び燃料系内の圧力の値へ上昇したときに閉じられる。

合目的には、前記出口で支配する背圧を、出口空間内に配置されている圧力センサによって測定するのがよい。出口空間とは、前記出口と流動的に連通しているすべての領域であって前記出口で支配的な圧力が支配している前記すべての領域を含むものである。この場合、出口空間は燃料の配量の間前記出口と連通している。本発明によれば、測定した背圧を直接考慮してよい。測定した背圧を介して制御器は配量弁の開弁時点および／または閉弁時点を整合させる。また、背圧を、負荷を考慮して考慮してもよい。負荷はクランクケース内部の圧力に対しかなりの影響力を持っているので、配量弁の開弁時点および／または閉弁時点を整合させるには、負荷を考慮すれば十分である。負荷に依存するパラメータとしてクランクケース圧力を検出するのが有利である。配量弁の開弁時点および／または閉弁時点を整合させるためにクランクケース圧力を背圧として直接関連付ける代わりに、クランクケース圧力を介してまず負荷を検出し、配量弁の開弁時点および／または閉弁時点を求めて負荷を考慮してもよい。このことは、関連付けを簡単なアルゴリズムまたは特性曲線として表わすか、或いは、たとえばクランクケース圧力を直接に考慮して面倒な演算が必要であるかどうかに依存している。

負荷に依存するパラメータとして、特にクランクケース圧力を検出する。しかし、負荷に依存するパラメータとして、内燃エンジンの吸気通路内に配置されているスロットル要素の位置を検出してもよい。吸気通路は内燃エンジンに燃焼空気を供給する。吸気通路内に配置されているスロットル要素の位置の検出を介して、内燃エンジンの負荷を推定することが可能である。スロットル要素が完全に開いている場合には、エンジンは全負荷で作動しており、他方スロットル要素が部分的または完全に閉じている場合には、部分負荷作動またはアイドリング作動である。合目的には、スロットル要素が該スロットル要素と相対回転不能に結合されるスロットル軸を有し、スロットル要素の位置を、スロットル軸の回転位置を検出するスロットル軸センサによって測定するのがよい。このようにして負荷を簡単に特定することができる。

また、本発明によれば、負荷に依存するパラメータとして内燃エンジンの吸気通路内の圧力を検出してもよい。この圧力は特に吸気通路内に配置されているスロットル要素の下流側で検出される。これによっても簡単に負荷検出が可能である。

また、背圧を、エンジン回転数を考慮して考慮してもよい。内燃エンジンの回転数もクランクケース内の圧力に、よって配量弁の出口での背圧に影響力を持っている。エンジン回転数は、有利には、クランク軸に配置されている発電機を介して検出する。発電機は他の電気消費装置のために電流を発声させるためにも、特に制御器に給電するためにも用いることができる。有利には、負荷と回転数の双方を、背圧を考慮する際に考慮するのがよい。

本発明によれば、制御器が供給されるべき燃料供給量に依存して開弁時点と閉弁時点とを設定し、供給されるべき燃料供給量を内燃エンジンの各サイクルに対し求める。供給されるべき燃料供給量をサイクルに整合して求めることにより、内燃エンジンの非常に良好な作動特性が得られる。変化した条件に対する迅速な整合が可能であるので、内燃エンジンは迅速に反応する。

有利には、配量弁の開弁時点と閉弁時点とを、参照背圧に対し供給されるべき燃料供給量に依存して求め、前記時点の少なくとも一方を、前記出口での背圧を考慮したパラメータに依存して補正するのがよい。配量弁の開弁時点と閉弁時点とをまず求め、次に補正することにより、前記時点の検出も補正も比較的簡単であり、きわめて迅速に行なうことができる。この場合、補正を特性曲線を介して行なうのが有利である。しかし、補正を演算を介して行なってもよい。また、必要とする燃料量と、前記出口での背圧を考慮した少なくとも１つのパラメータとを求め、開弁時点と閉弁時点とを前記必要とする燃料量と前記少なくとも１つのパラメータとを用いて設定するようにしてもよい。この場合には、参照背圧に対する開弁時点と閉弁時点との設定は行なわず、むしろ開弁時点と閉弁時点とを直接燃料量とパラメータとから設定する。これにより、事前に設定した時点を補正する場合よりも、開弁時点と閉弁時点との設定をより正確に行なうことができる。開弁時点と閉弁時点とは、燃料量とパラメータとを用いて特性曲線を介して設定または演算する。

本発明の思想は、内燃エンジンに供給されるべき燃料供給量に関わる。有利には、全負荷時の内燃エンジンに、ピストンの１回の行程につき、内燃エンジンのパワーに関して１キロワットにつき０．０００６ｇないし０．００１５ｇの燃料を供給するのがよい。本発明によれば、全負荷時の内燃エンジンに、１回のエンジンサイクルにつき且つ１リットルの行程容積につき０．０２５ｇないし０．００６ｇの燃料を供給する。特に、アイドリング時の内燃エンジンに、１回のエンジンサイクルごとに、定格回転数の際の内燃エンジンに１回のエンジンサイクルで供給される燃料量の１／３ないし１／４の量の燃料を供給する。これにより内燃エンジンの安定な作動特性が達成される。同時に良好な排ガス値を得ることができる。

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１は単気筒エンジンとして構成され、パワーソー、研削切断機、刈払い機等の手で操縦される作業機の工具を駆動するために用いる。本発明による方法は他のエンジンにも適用することができる。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によって画成されている。ピストン５はシリンダ２内を往復動可能に支持され、連接棒６を介して、クランクケース４内に回転可能に支持されているクランク軸７を回転駆動させる。クランクケース４には、ピストン５によって開閉制御される吸気通路１２が通じている。吸気通路１２内には、スロットル軸１４を備えたスロットルバルブ１３が回動可能に支持されている。スロットルバルブ１３を操作するため、スロットル軸１４にはスロットルレバー１５が相対回転不能に配置されている。スロットルレバー１５には、図１には図示していない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の、スロットルレバー１５とは反対側には、スロットル軸センサ１６が配置されている。スロットル軸センサ１６はたとえばポテンショメータとして構成されていてよい。スロットル軸センサ１６はスロットル軸１４の回転位置を検出し、よってスロットルバルブ１３の位置を検出する。内燃エンジン１は、スロットル軸センサ１６が接続されている制御器２８を有している。吸気通路１２は吸気口８によってシリンダ２に開口している。燃焼室３からは排気口９が出ており、排気口９は吸気口８に対しほぼ対向するようにシリンダ２の周部に配置されている。

ピストン５が図１に図示した下死点領域にあるとき、クランクケース４は、排気口に近い掃気通路１１と吸気口に近い掃気通路１１とを介して、燃焼室３と連通している。吸気口に近い２つの掃気通路１０と排気口に近い２つの掃気通路１１とが設けられ、このうち図１にはそれぞれ１つが図示されている。図示していない掃気通路１０，１１は図１において排気口９を分割する断面前方に配置されている。

燃料を供給するため、内燃エンジン１は燃料系２９を有している。燃料系２９は、燃料タンク２０と、燃料ポンプ１９と、燃料管１８と、配量弁１７とを含んでいる。燃料ポンプ１９は燃料を燃料タンク２０から燃料管１８を介して配量弁１７へ搬送する。燃料ポンプ１９は燃料を一定の圧力で配量弁１７へ搬送する。配量弁１７での圧力を一定にするため、圧力制限弁が燃料管１８内に配置されている。配量弁１７は吸気口に近い掃気通路１０に配置され、その出口３７によって吸気口に近い掃気通路１０に開口している。配量弁１７は制御器２８と接続されている。制御器２８は配量弁１７の出口３７の開閉を制御する。配量弁１７は特に電磁弁であってよい。

クランクケース４には、圧力センサ２１と温度センサ２２が配置されている。圧力センサ２１はクランクケース４内の圧力Ｐ_{クランクケース}を測定し、温度センサ２２はクランクケース４内の温度を測定する。圧力センサ２１と温度センサ２２も制御器２８と接続されている。

圧力センサ２１に加えて、或いは、圧力センサ２１の代わりに、スロットルバルブ１３の下流側で吸気通路１２内の圧力Ｐ_吸気を測定する圧力センサ２１’が設けられている。圧力センサ２１’も制御器２８と接続されている。

クランクケース４の外側には、クランク軸７に、該クランク軸７の回転により電流を発生させる発電機２３が配置されている。発電機２３は、クランク軸７の回転数ｎと位置とを検出するための信号を発する。発電機２３にオーバーラップするように、クランク軸７上に配置されるファンホイール２４が配置されている。ファンホイール２４の周部には磁極片２６が配置されている。磁極片２６はファンホイール２４に配置されている永久磁石の磁場をファンホイールの周部へ誘導する。ファンホイール２４の周部には点火モジュール２５が配置されている。点火モジュール２５では、ファンホイール２４が回転したときに永久磁石により電圧が誘導される。この電圧は点火電圧を提供する。内燃エンジン１の燃焼室３内には点火プラグ２７が突出している。点火モジュール２５は点火プラグ２７と直接結合されていてよいが、点火モジュール２５と点火プラグ２７とが制御器２８と接続されているように構成してもよい。点火プラグ２７への電圧の供給を発電機２３を介して行なってもよい。発電機２３は制御器２８と接続されており、制御器２８は発電機信号を評価して、内燃エンジン１の回転数ｎとクランク軸７の位置とを検出する。この場合、クランク軸７の位置はクランク軸７が１回転するごとに１回または複数回検出してよい。

内燃エンジン１が作動すると、ピストン５の上昇行程時に、燃焼空気が吸気通路１２を介して吸気口８によりクランクケース４内へ吸い込まれる。ピストン５の下降行程時には、クランクケース４内の燃焼空気が圧縮される。下降するピストン５が掃気通路１０と１１を燃焼室３に対し開口させると、燃焼空気はクランクケース４から燃焼室３内へ溢流する。配量弁１７は燃焼空気に燃料を供給する。生じた燃料空気混合気は燃焼室３内で上昇ピストン５によって圧縮され、上死点領域で点火プラグ２７により点火される。燃焼によりピストン５はクランクケース４のほうへ下方へ加速される。排気口９が開口すると、排気ガスが燃焼室３から排出される。掃気通路１０と１１が燃焼室３に対し開口すると、燃焼室３内に残っている排気ガスが、掃気通路１０，１１を介して燃焼室３内へ流入してくる燃焼空気により掃気される。

燃料ポンプ１９は一定の圧力Ｐ_０で配量弁１７に燃料を搬送する。燃料搬送装置の構成によっては、異なる作動状態に対し異なる燃料圧Ｐ_０を発生させてもよい。有利には、適当な調整装置と制御装置とにより燃料圧を十分一定に保持するのがよい。出口３７での圧力に依存した燃料圧Ｐ_０の追従制御は行わない。燃料圧Ｐ_０は有利には周囲圧なしい該周囲圧に対しほぼ２バール以下の超過圧力であるのがよい。特に、超過圧力は周囲圧力に対しほぼ０．３バールないしほぼ２バール、有利にはほぼ０．５バールないしほぼ１．５バールであるのがよい。周囲圧力に対しほぼ１バールの超過圧力の燃料圧Ｐ_０が特に有利である。しかしながら、最大で最大クランクケース圧Ｐ_ｍａｘに対応し、特にこの最大クランクケース圧Ｐ_ｍａｘよりも小さな燃料圧Ｐ_０’でもよい。これを図３に図示した。配量弁１７の出口３７での圧力は、ピストン５の運動のため、および、種々の負荷状態が発生するため、大きく変動する。掃気通路１０がクランクケース４と連通しているために、出口３７での圧力はクランクケース４内の圧力に相当している。出口３７での圧力は、該出口３７と連通している出口空間（本実施形態では掃気通路１０，１１内およびクランクケース４内）の圧力に相当している。出口空間とは、特に、燃料を拝領する間に出口３７と連通している空間である。

図２は、クランク軸７が１回転する間の、周囲圧力に対する超過圧力としてのクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}を示している。クランク軸７の位置はクランク軸角度αとして記載されている。曲線３０は全負荷時における周囲圧力に対するクランクケース４内の相対圧力を表わし、曲線３１は低部分負荷時における前記相対圧力を表わしている。図２が示すように、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}はクランク軸７が１回転する間に大きく変動し、周囲圧力よりも高い場合と低い場合とがある。クランク軸角度α＝１８０゜はピストン５の下死点ＵＴを表わし、クランク軸角度α＝３６０゜または０゜はピストン５の上死点ＯＴを表わしている。時点ＵＯは掃気通路１０と１１が燃焼通路３に対し開口したことを示し、時点ＵＳはピストン５によって掃気通路１０と１１が閉じたことを示している。圧力Ｐ_０は、出口３７から掃気通路１０へ侵入する燃料の圧力を示している。この圧力Ｐ_０は一定であり、本実施形態では１バールである。図２には、さらに、クランクケース平均圧力Ｐ_平均、すなわち曲線３０に示した全負荷時の圧力経過の典型例としての、内燃エンジン１の１サイクルにわたるクランクケース４内の平均圧力が示されている。この場合、燃料圧Ｐ_０は、絶対圧として記載した当該燃料圧Ｐ_０が絶対圧として記載したクランクケース平均圧力Ｐ_平均に対し、ほぼ１．３ないしほぼ２．８バール、特にほぼ１．７ないしほぼ２．２バールであるように選定されている。燃料圧Ｐ_０はすべての作動状態にわたって一定であるのが有利であり、他方クランクケース平均圧力Ｐ_平均は作動状態に応じて変化するのが有利である。発生する、絶対的な燃料圧と絶対的なクランクケース平均圧力との比は、すべての作動状態に対し、記載した値範囲内にあるべきである。有利には、燃料圧Ｐ_０’が、たかだか、図４に図示した最大クランクケース圧力Ｐ_ｍａｘにほぼ対応しているのがよい。この最大クランクケース圧力Ｐ_ｍａｘは、時点ＵＯで掃気通路１０，１１が開口したときに発生する。最大クランクケース圧力Ｐ_ｍａｘは、特に、内燃エンジン１のすべての作動状態にわたってクランクケース４内に発生する最も大きな圧力を表わしている。

作動時には、内燃エンジン１の制御器２８は、内燃エンジン１の各サイクルに対し、供給すべき燃料の供給量を決定する。サイクルという概念は、２サイクルエンジンの場合、クランク軸７の１回転に関わるものである。４サイクルエンジンの場合には、１回のサイクルはクランク軸の２回転を含んでいる。制御器２８は、供給すべき燃料を、たとえば内燃エンジン１の負荷Ｌ、温度、および／または回転数ｎに依存して決定することができる。供給すべき燃料供給量に基づいて、制御器２８は配量弁１７に対し開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２とを設定し、これら設定した時点ｔ_１、ｔ_２で配量弁１７が開閉するように該配量弁１７を制御する。なお、時点ｔ_１、ｔ_２の一方を設定し、他方の時点ｔ_１、ｔ_２を、供給すべき燃料供給量に依存して制御器２８によって設定するようにしてよい。また、時点ｔ_１、ｔ_２を制御器２８により可変に設定してもよい。

低部分負荷時には、制御器２８によって求めた燃料供給量を供給するために配量弁１７が時点ｔ_１で開き、時点ｔ_２で閉じるように構成する。時点ｔ_１、ｔ_２における燃料圧Ｐ_０とクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}との差圧は比較的大きい。時点ｔ_１では燃料圧Ｐ_０に対し差圧ｄ_３があり、時点ｔ_２では差圧ｄ_４がある。本実施形態の場合、差圧ｄ_３と差圧ｄ_４はほぼ同じ大きさである。クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}は時点ｔ_１と時点ｔ_２の間で変化するが、この変化は比較的小さい。

全負荷時には、曲線３０が示すように、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}は時点ｔ_１と時点ｔ_２でかなり大きい。全負荷時の時点ｔ_１での燃料圧Ｐ_０とクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}との差圧ｄ_１は、低部分負荷時の差圧ｄ_３よりもかなり小さい。時点ｔ_２での燃料圧Ｐ_０とクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}との差圧ｄ_２も低部分負荷時の差圧ｄ_４よりも小さい。差圧が小さいと、配量弁１７の開弁時点ｔ_１が同じで且つ閉弁時点ｔ_２が同じであれば、部分負荷時よりも全負荷時のほうが燃料供給量は少ない。これを補償するため、配量弁１７の開弁時間を延長させることができる。このため、閉弁時点ｔ_２をこれよりも遅い閉弁時点ｔ_２’へシフトし、或いは、開弁時点ｔ_１をこれよりも早い開弁時点ｔ_１’へシフトさせる。開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２の双方をシフトさせてもよい。配量弁１７の開弁時点をシフトさせることにより、開弁時間を配量弁１７の出口３７での背圧に整合させることができる。

図２が示すように、時点ｔ_１’で、時点ｔ_１での差圧ｄ_１よりも小さな、燃料圧Ｐ_０に対すね差圧ｄ_１’が支配する。時点ｔ_２’での差圧ｄ_２’は時点ｔ_２での差圧ｄ_２よりも大きい。これらの変化した差圧ｄ_１’、ｄ_２’も、配量弁１７の開弁時点ｔ_１および閉弁時点ｔ_２の整合の際に考慮せねばならない。クランクケース内部の種々の圧力レベルを考慮するため、よって出口３７における背圧を考慮するため、たとえば開弁時点ｔ_１およびエンジン負荷に依存する閉弁時点ｔ_２を特性曲線にファイルすることができる。特性曲線には、参照背圧に対して求めた閉弁時点を補正するための、閉弁時点ｔ_２に対する補正ファクタをも記載することができる。

図２が示しているように、配量弁１７は、掃気通路１０に燃料を供給する場合、掃気通路１０が開口した後の時点と掃気通路１０が閉じる前の時点とで開いている。時点ｔ_１，ｔ_２，ｔ_１’，ｔ_２’は時点ＵＯとＵＳの間にある。したがって、掃気通路１０が燃焼室３に対し開口し且つ燃焼空気がクランクケース４から燃焼室３内へ溢流した場合にだけ燃料が掃気通路１０内へ供給される。この時間の間、掃気通路１０内の圧力は比較的高い。配量弁１７における、この比較的高い背圧は、燃料を含んでいる掃気通路１０内の燃焼空気と、きわめて少量の燃料しか含んでいないか、或いは全く含んでいないクランクケース４内の燃焼空気との間に良好な層状給気を生じさせる。したがって、配量弁１７が開く前に、クランクケース４から、燃料をほとんど含んでいない空気が燃焼室３内へ流入する。この燃料を含んでいない空気は、燃焼空気と混合してその後から流れてくる燃料を、前回のサイクルで燃焼室３内に残っていた排気ガスから分離させる。これにより内燃エンジンの小さな排ガス値を達成することができる。

図３のグラフにも、全負荷に対するクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}を曲線３０で、低部分負荷に対しては曲線３１で示してある。配量弁１７の出口３７における背圧に対し整合させるためには、必ずしも配量弁１７の開弁時間を変化させる必要はない。図３が示すように、開弁時点ｔ_１をこれよりも後の開弁時点ｔ_１”へシフトさせ、閉弁時点ｔ_２をこれよりも後の閉弁時点ｔ_２”へシフトさせて、背圧に対する整合を達成してもよい。開弁時点ｔ_１”での燃料圧Ｐ_０に対する差圧ｄ_１”は開弁時点ｔ_１での差圧ｄ_１よりも大きい。同様に、閉弁時点ｔ_２” での差圧ｄ_２”は閉弁時点ｔ_２ での差圧ｄ_２よりも大きい。開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２をこれよりも後の時点へシフトさせることにより、燃料圧Ｐ_０とクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}との差圧が大きくなる。これにより、配量弁１７の開弁時間を長くすることなく、内燃エンジン１に供給される燃料の量を増大させることができる。図３が示すように、本実施形態でも、差圧ｄ_１”，ｄ_２”は、曲線３１によって示されている、低部分負荷時での時点ｔ_１およびｔ_２における差圧ｄ_３，ｄ_４よりも小さい。本実施形態では、開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２をシフトさせることにより配量弁１７での背圧は完全に補償されない。それ故、付加的に開弁時間を延長させてよい。

図４は同様にクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}とクランク軸角度αとの関係を示したものである。曲線３２は第１の低回転数でのクランクケース４内の圧力経過を示し、曲線３３は第２の高回転数での圧力経過を示している。図４が示すように、高回転数時の圧力は、掃気通路が開口した時点と閉鎖した時点との間で、掃気通路が開口した後の短時間の部分を除けば、低回転数時の圧力よりも大きい。したがって、回転数も配量弁１７の出口３７での背圧に対し影響力を持っている。両曲線３２，３３は負荷が同じである場合の圧力経過、すなわち全負荷時の圧力経過を示している。内燃エンジン１に、制御器２８によって設定した量の燃料を供給するには、第１の低回転数の場合（曲線３２）、配量弁１７を時点ｔ_１で開き、時点ｔ_２で閉じねばならない。第２の高回転数の場合（曲線３３）には、燃料の圧力Ｐ_０（図２、図３）に対する時点ｔ_１，ｔ_２での差圧はより小さく、その結果同じ開弁時点および閉弁時点で少量の燃料が供給される。低回転数の場合と同量の燃料を供給するため、開弁時点ｔ_１をこれよりも早い開弁時点ｔ_１’へシフトさせ、閉弁時点ｔ_２をこれよりも早い閉弁時点ｔ_２’へシフトさせることができる。また、開弁時点ｔ_１または閉弁時点ｔ_２のいずれか一方をシフトさせてもよい。整合のため、開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２の双方をこれよりも後の時点へシフトさせ、その際図３において異なる負荷に対する整合に関し述べたように、配量弁１７の開弁時間を不変にさせるようにしてもよい。

図５と図６は、配量弁１７の出口３７における背圧を考慮する方法を概略的に示したものである。図５の方法は、供給されるべき燃料の量を求めるステップ３８を考慮している。ステップ３９では、供給されるべき燃料の量に対し、参照背圧に対する配量弁１７の開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２とを求める。ステップ４０では、出口３７における背圧を考慮するための１個または複数個のパラメータを求める。パラメータはたとえばクランクケース内の圧力、内燃エンジンの負荷、或いは内燃エンジンの回転数である。この場合負荷は、クランクケース内の圧力Ｐ_{クランクケース}、吸気通路内に配置されているスロットル要素の位置、或いは、吸気通路内の圧力Ｐ_吸気を介して考慮することができる。クランクケース内の圧力Ｐ_{クランクケース}は圧力センサ２１によって測定され、吸気通路内の圧力Ｐ_吸気は圧力センサ２１’によって測定され、スロットルバルブ１３の位置はスロットル軸センサ１６によって測定される。有利には、背圧を複数個のパラメータ（たとえば負荷および回転数）を介して考慮して、燃料の比較的正確な配量を達成するようにするのがよい。しかし、背圧を部分的にのみ補償し、複数個のパラメータのうちの１つのパラメータ（たとえば回転数）を考慮するようにしてもよい。

ステップ４１では、開弁時点ｔ_１および／または閉弁時点ｔ_２を、背圧を考慮するためのパラメータに依存して補正する。この場合、前記時点のうちの一方を補正するが、両方の時点を補正するようにしてもよい。補正はたとえば特性曲線を介して、或いは、演算を介して行なうことができる。補正の場合、背圧の圧力経過をクランク軸角度に依存して考慮するのが有利である。ステップ４２では、設定した時点で配量弁１７を制御器２８により開閉させる。

図６に概略的に示した方法も、ステップ４３において、１回のサイクルで供給されるべき燃料供給量を検出する工程を考慮している。検出は図５の方法の場合と同様に行なう。ステップ４４では、背圧を考慮するためのパラメータを求める。このステップは図５のステップ４０に対応している。ステップ４５では、配量弁１７の開閉時点を、供給されるべき燃料供給量と背圧を考慮するための１個または複数個のパラメータとを用いて直接に求める。この検出は、１個または複数個の特性曲線を介して、或いは、演算を介して行なう。ステップ４６では、求めた時点ｔ_１，ｔ_２で配量弁１７を開閉させる。

図７には、配量弁１７の開弁時点ｔ_１を求めるための特性曲線が図示されている。図示した実施形態では、閉弁時点ｔ_２は一定に保持される。開弁時点ｔ_１はクランク軸角度αとして記載されている。開弁時点ｔ_１は時間的にはピストン５の上死点の前にある。したがって、クランク軸角度αがより大きければ開弁時点ｔ_１がより遅くなることを表わしており、すなわち閉弁時点ｔ_２が同じであれば、配量弁１７の開弁時間はより短くなる。この特性曲線では、開弁時点ｔ_１は負荷Ｌおよび回転数ｎに依存したものとして図示されている。なお、負荷Ｌと回転数ｎのそれぞれの組み合わせに１つの開弁時点ｔ_１が割り当てられており、その結果この特性曲線から、負荷Ｌと回転数ｎのそれぞれの組み合わせに対し１つの開弁時点ｔ_１を求めることができる。

図８は、図１に図示した内燃エンジン１の構成に実質的に対応している内燃エンジン１の１実施形態を示している。なお、図８では、簡単のために、たとえばセンサ、制御器等の内燃エンジン１の構成要素をすべて図示していない。図８に図示した内燃エンジン１が図１に図示した内燃エンジン１と異なっているのは、配量弁１７が掃気通路１０，１１に配置されているのではなく、クランクケース４に配置されている点である。したがって配量弁１７は燃料を直接クランクケース内部空間内に供給する。図８が示すように、吸気通路１２はエアフィルタ３４を備えており、該エアフィルタ３４を介して周囲空気がクランクケース４内へ吸い込まれる。

図９は、内燃エンジン１のアイドリング時のクランクケース４内の圧力経過を曲線４８でもって示したものである。曲線４８は圧力を絶対圧力として示している。周囲圧Ｐ_周囲は破線で示してある。同様に、得られるクランクケース平均圧力Ｐ_平均が破線で示してある。クランクケース平均圧力Ｐ_平均は周囲圧Ｐ_周囲よりも下にある。配量弁１７には燃料圧Ｐ_１で燃料が供給される。燃料圧Ｐ_１は周囲圧Ｐ_周囲ないしほぼ０．５バール、特に周囲圧Ｐ_周囲に対しほぼ０．０５バールないしほぼ０．３バールの超過圧を有している。図示した実施形態では、燃料圧Ｐ_１は周囲圧Ｐ_周囲に対しほぼ０．１バールの超過圧を有している。クランクケース４内への燃料供給に対する上記圧力範囲は、掃気通路１０内への燃料供給に対しても有利である。

図９が示すように、アイドリング時には、配量弁１７を、ピストン５の下死点ＵＴ直後の時点ｔ_１で開き、掃気通路が閉じる（ＵＳ）直前の時点ｔ_２で閉じるようになっている。したがって配量弁１７は燃料を供給し、他方配量弁１０，１１は燃焼室３に対して開口する。ピストン５の下死点ＵＴ直後のこの時間の間、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}はほぼ一定であり、周囲圧Ｐ_周囲の範囲にある。この場合、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}は周囲圧Ｐ_周囲と該周囲圧Ｐ_周囲に対しほぼ０．３バールの負圧との間、特に周囲圧Ｐ_周囲と該周囲圧Ｐ_周囲に対しほぼ０．１バールの負圧との間にあるのが有利である。燃料圧Ｐ_１とクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}との間の差圧が小さいので、少量の燃料を正確に配量することもできる。クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}はほぼ一定であるので、配量弁１７の開弁時間は供給される燃料の量にほぼ比例しており、その結果開弁時間を、よって開弁時点ｔ_１と閉弁時点ｔ_２とを簡単に設定することができる。図９が示すように、燃料圧Ｐ_１はアイドリング時の最大クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}よりも小さい。

図１０は全負荷時のクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}の経過を示している。曲線４９は平均回転数でのクランクケース内の絶対圧を示しており、曲線５０は高回転数時のクランクケース内の絶対圧を示している。得られたクランクケース平均圧力Ｐ_平均は、曲線５０での圧力経過に対し典型的なものが示されている。燃料圧Ｐ_１は最大クランクケース圧力Ｐ_ｍａｘよりもかなり低く、またクランクケース平均圧力Ｐ_平均よりも低い。なお、最大クランクケース圧力Ｐ_ｍａｘは全負荷時に発生するものである。また、燃料圧Ｐ_１は、アイドリング時および部分負荷時または平均回転数で発生する最高のクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}よりも大きい。

曲線４９で示した圧力経過の場合、掃気通路１０，１１が閉じる前の時点ｔ_１で配量弁１７を開くようになっている。配量弁１７は上死点前の時点ｔ_２で閉じる。時点ｔ_１でも時点ｔ_２でもクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}は燃料圧Ｐ_１よりも低い。これにより、燃料がクランクケース内へ吸い込まれ、燃焼空気はクランクケース４から燃料系へ侵入しないよう保証されている。

曲線５０で示した、高回転数時のクランクケース内の圧力経過の場合、配量弁１７を、掃気通路を閉じた（ＵＳ）後の時点ｔ_１’で開く構成になっている。時点ｔ_１’では、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}は燃料圧Ｐ_１よりもわずかに低い。曲線５０で示した圧力経過の場合、配量弁１７は、上死点ＯＴ後の時点ｔ_２’であってクランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}がほぼ周囲圧Ｐ_周囲に対応しているような前記時点ｔ_２’で閉じられる。上記時点ｔ_１，ｔ_１’，ｔ_２，ｔ_２’は、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}が燃料圧Ｐ_１以下であるように選定されている。閉鎖時点ｔ_２，ｔ_２’は、燃料供給量をより多くする場合にはより遅く選定することができる。この場合閉鎖時点ｔ_２，ｔ_２’は、クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}が燃料圧Ｐ_１を越えて上昇するような時点の前にあるように選定するのが有利である。

燃料を直接クランクケース内へ供給するため、絶対燃料圧Ｐ_１と絶対クランクケース平均圧力Ｐ_平均との比はほぼ０．０ないしほぼ１．７、特にほぼ０．９ないしほぼ１．２である。これはすべての作動状態に対し適用される。クランクケース圧力Ｐ_{クランクケース}が燃料圧Ｐ_１よりも低い場合にだけ配量弁１７が開くことにより、燃料圧Ｐ_１を非常に低く選定することができる。これにより燃料系の構成が簡潔になる。有利には、すべての作動状態に対し燃料圧Ｐ_１が最大クランクケース圧力_ｍａｘ以下であるのがよい。特に高回転数に対しては、有利には平均回転数に対しても、燃料圧Ｐ_１が最大クランクケース圧力_ｍａｘに対応するように構成されている。

本発明の思想は、ピストン５の１回の行程につき内燃エンジン１に供給されるべき燃料供給量に関わる。全負荷の場合、ピストン５の１回の行程につき内燃エンジン１に供給されるべき燃料供給量は、有利には０．０００６ｇ／ｋＷと０．００１５ｇ／ｋＷとの間にある。行程容積に関しては、供給されるべき燃料供給量はピストン５の１回の行程につき且つ１リットル行程容積につき有利には０．０２５ｇないし０．０６ｇである。このような燃料供給量により内燃エンジン１の静穏な回転を達成できる。同時に排ガス値を少なくさせることができる。アイドリング時に供給される燃料供給量は、１回のエンジンサイクルにつき、有利には定格回転数で１回のエンジンサイクルにつき供給される燃料量のほぼ１／３ないし１／４である。配量弁１７は、上記燃料量が内燃エンジン１のどのサイクルでも供給できるように構成されている。この供給されるべき燃料供給量は、特に内燃エンジン１が単気筒２サイクルエンジンとして構成されている場合に有利である。上記燃料供給量は、配量弁の出口での背圧を考慮しないで配量弁の開閉時点を設定するような内燃エンジンの作動に対しても有利である。

内燃エンジンの部分断面斜視図である。 クランク軸の１回転にわたる内燃エンジンのクランクケース内での圧力経過を示すグラフである。 クランク軸の１回転にわたる内燃エンジンのクランクケース内での圧力経過を示すグラフである。 クランク軸の１回転にわたる内燃エンジンのクランクケース内での圧力経過を示すグラフである。 内燃エンジンを作動させるための本発明による方法のフローチャートである。 内燃エンジンを作動させるための本発明による方法のフローチャートである。 負荷と回転数とに依存して弁の開弁時点を求めるための特性曲線の図である。 内燃エンジンの一例の概略図である。 クランク軸の１回転にわたる内燃エンジンのクランクケース内の圧力経過と配量弁の開弁時点および閉弁時点とをと示すグラフである。 クランク軸の１回転にわたる内燃エンジンのクランクケース内の圧力経過と配量弁の開弁時点および閉弁時点とをと示すグラフである。

符号の説明

１ 内燃エンジン
２ シリンダ
３ 燃焼室
４ クランクケース
５ ピストン
１７ 配量弁
２８ 制御器
２９ 燃料系
３７ 配量弁の出口
Ｐ_０，Ｐ_０’，Ｐ_１ 燃料圧
ｔ_１，ｔ_１’，ｔ_１” 配量弁の開弁時点
ｔ_２，ｔ_２’，ｔ_２” 配量弁の閉弁時点

Claims (16)

1. 燃焼室（３）が形成されているシリンダ（２）であって、燃焼室（３）が往復動可能にシリンダ（２）内で支持されているピストン（５）によって画成され、ピストン（５）がクランクケース（４）内に回転可能に支持されているクランク軸（７）を駆動するようにした前記シリンダ（２）と、燃料を内燃エンジン（１）に供給するための出口（３７）を備えた少なくとも１つの配量弁（１７）を含んでいる燃料系（２９）と、制御器（２８）とを備え、配量弁（１７）が燃料をクランクケース（４）内へ供給するようにした内燃エンジンの作動方法において、
   配量弁（１７）に燃料をたかだか最大クランクケース圧力（Ｐ _ｍａｘ ）に相当する所定の圧力（Ｐ_０，Ｐ_０’，Ｐ_１）で供給し、絶対燃料圧（Ｐ _１ ）と絶対クランクケース平均圧力（Ｐ _平均 ）との比がほぼ０．０ないしほぼ１．７であり、アイドリング時に、燃料を、周囲圧（Ｐ _周囲 ）と周囲圧（Ｐ _周囲 ）に対しほぼ０．３バールの負圧との間の圧力に相当する圧力（Ｐ _{クランクケース} ）がクランクケース（４）内で支配する時点で供給し、制御器（２８）が、配量弁（１７）の出口（３７）での背圧を考慮して配量弁（１７）の開弁時点（ｔ_１，ｔ_１’，ｔ_１”）と閉弁時点（ｔ_２，ｔ_２’，ｔ_２”）とを設定するとともに、配量弁（１７）が設定された時点（ｔ_１，ｔ_１’，ｔ_１”；ｔ_２，ｔ_２’，ｔ_２”）で開閉するように該配量弁（１７）を制御するようにした内燃エンジンの作動方法。
2. 配量弁（１７）に燃料を一定の圧力（Ｐ_０，Ｐ_０’，Ｐ_１）で供給することを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジンの作動方法。
3. 配量弁（１７）に、燃料を、周囲圧（Ｐ_周囲）ないしほぼ０．５バールの圧力（Ｐ_１）で、特に周囲圧（Ｐ_周囲）ないし該周囲圧（Ｐ_周囲）に対しほぼ０．０５バールないしほぼ０．３バールの過圧に相当する圧力（Ｐ_１）で供給す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の作動方法。
4. 絶対燃料圧（Ｐ_１）と絶対クランクケース平均圧力（Ｐ_平均）との比がほぼ０．９ないしほぼ１．２であ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内燃エンジンの作動方法。
5. 前記出口（３７）で支配する背圧を圧力センサ（２１）によって測定し、測定した背圧を直接考慮す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の作動方法。
6. 背圧を、負荷（Ｌ）を考慮して考慮す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内燃エンジンの作動方法。
7. 負荷に依存するパラメータとしてクランクケース圧力（Ｐ_{クランクケース}）を検出することを特徴とする、請求項６に記載の内燃エンジンの作動方法。
8. 負荷に依存するパラメータとして、内燃エンジン（１）の吸気通路（１２）内に配置されているスロットル要素の位置を検出し、スロットル要素が該スロットル要素と相対回転不能に結合されるスロットル軸（１４）を有し、スロットル要素の位置を、スロットル軸（１４）の回転位置を検出するスロットル軸センサ（１６）によって測定することを特徴とする、請求項６に記載の内燃エンジンの作動方法。
9. 負荷に依存するパラメータとして内燃エンジン（１）の吸気通路（１２）内の圧力（Ｐ_吸気）を検出することを特徴とする、請求項８に記載の内燃エンジンの作動方法。
10. 背圧を、エンジン回転数（ｎ）を考慮して考慮し、エンジン回転数（ｎ）を、クランク軸（７）に配置されている発電機（２３）を介して検出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内燃エンジンの作動方法。
11. 制御器（２８）が供給されるべき燃料供給量に依存して開弁時点（ｔ_１，ｔ_１’，ｔ_１”）と閉弁時点（ｔ_２，ｔ_２’，ｔ_２”）とを設定し、供給されるべき燃料供給量を内燃エンジン（１）の各サイクルに対し求めることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の内燃エンジンの作動方法。
12. 配量弁（１７）の開弁時点（ｔ_１）と閉弁時点（ｔ_２）とを、参照背圧に対し供給されるべき燃料供給量に依存して求め、前記時点（ｔ_１，ｔ_２）の少なくとも一方を、前記出口（３７）での背圧を考慮したパラメータに依存して補正し、該補正を特性曲線または演算を介して行なうことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の内燃エンジンの作動方法。
13. 必要とする燃料量と、前記出口（３７）での背圧を考慮した少なくとも１つのパラメータとを求め、開弁時点（ｔ_１，ｔ_１’，ｔ_１”）と閉弁時点（ｔ_２，ｔ_２’，ｔ_２”）とを前記必要とする燃料量と前記少なくとも１つのパラメータとを用いて設定し、開弁時点（ｔ _１ ，ｔ _１ ’，ｔ _１ ”）と閉弁時点（ｔ _２ ，ｔ _２ ’，ｔ _２ ”）とを前記必要とする燃料量と前記少なくとも１つのパラメータとを用いて特性曲線を介して設定するまたは演算することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記載の内燃エンジンの作動方法。
14. 全負荷時の内燃エンジン（１）に、ピストンの１回の行程につき、内燃エンジン（１）のパワーに関して１キロワットにつき０．０００６ｇないし０．００１５ｇの燃料を供給す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の作動方法。
15. 全負荷時の内燃エンジン（１）に、１回のエンジンサイクルにつき且つ１リットルの行程容積につき０．０２５ｇないし０．００６ｇの燃料を供給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の作動方法。
16. アイドリング時の内燃エンジン（１）に、１回のエンジンサイクルごとに、定格回転数の際の内燃エンジン（１）に１回のエンジンサイクルで供給される燃料量の１／３ないし１／４の量の燃料を供給することを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の内燃エンジンの作動方法。

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