JP6163371B2 - 手で操縦される作業機の内燃エンジンに設けられるスイッチの切換え位置を検知するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、手で操縦される作業機の内燃エンジンに設けられるスイッチの切換え位置を検知するための装置に関するものである。

手で操縦される可搬式作業機には、内燃エンジンを機能的に確実に作動させるため、たとえばチョークフラップの位置（スタート条件）、スロットルフラップの位置、安全ブレーキ装置の作動状態の位置等を検知するためのセンサが配置されている。さらに短絡スイッチが設けられ、これを操作するとエンジンが停止する。センサ信号を利用して、たとえばそれぞれの作動状態に適合した量の燃料を配量するために用いる電磁燃料弁が制御される。

たとえばマイクロスイッチとして実施されるこれらのセンサはすべて、センサ信号を分析して内燃エンジンの作動を適宜制御する制御ユニットと導電接続されている。これらセンサと制御ユニットとの電気ケーブル配線は高コストである。

本発明の課題は、手で操縦される作業機の内燃エンジンに設けられるセンサ（たとえば電気スイッチ）の切換え位置を検知するための装置において、電気ケーブル配線のコストを低減させることである。

この課題は、請求項１の特徴ある構成によって解決される。

内燃エンジンに配置される誘導性電気消費部材、たとえばパルス幅制御される電磁燃料弁は、内燃エンジンの作動中に、内燃エンジンの電気制御によって時間間隔を制御して制御され、すなわち通電をオンオフ制御される。本発明によれば、誘導性電気消費部材の通電をオフにしたときにシステムによって誘導される遮断電圧を、スイッチの現在位置を検知するために利用する。このため、スイッチは誘導性電気消費部材に並列に接続される電圧分岐路に配置され、この場合この電圧分岐路にはさらに、遮断電圧に関して遮断方向に配置されるツェナーダイオードが設けられている。この１つまたは複数のツェナーダイオードは、スイッチの切換え位置に依存して動作状態または非動作状態へ切換えられる。ツェナーダイオードが動作状態になると、遮断電圧はその振幅に関し、１つまたは複数のツェナーダイオードの部品特有のブレークダウン電圧に制限される。従って、誘導性電気消費部材の接続線には、電気スイッチの位置に依存して該スイッチに付設される１つまたは複数のツェナーダイオードのブレークダウン電圧に制限されている（或いは他の値を有している）遮断電圧を印加することができる。誘導性電気消費部材の接続線は制御部と接続されているので、スイッチの取り付け部位から制御部への他のケーブル配線は不要である。制御部内では、消費部材の通電をオフにした後の消費部材の接続線の遮断電圧を印加することができ、その振幅の大きさを分析（評価）することができ、これによってスイッチの位置を検知できる。スイッチと誘導性電気消費部材とのケーブル配線が１つあれば、たとえばバスシステムがあれば十分である。

誘導される遮断電圧の、消費部材に印加される最大振幅は、消費部材に対し並列に接続される電圧分岐路内にあって監視されるスイッチが開いているか閉じているかの情報を提供する。

遮断電圧の、スイッチの切換え位置に依存して消費部材に発生する振幅は、合目的には制御部内に組み込まれている分析ユニットによって分析することができる。

有利には、誘導性電気消費部材に並列に接続される複数の電圧分岐路が設けられ、これら電圧分岐路のそれぞれに、１つのスイッチによって切換えられる少なくとも１つのツェナーダイオードが設けられている。この場合、異なる電圧分岐路のツェナーダイオードは異なるブレークダウン電圧を有し、その結果誘導性電気消費部材の通電をオフにした後の該消費部材には、前記１つのツェナーダイオードのブレークダウン電圧または他のツェナーダイオードのブレークダウン電圧が印加される。このようにして分析ユニットは、印加された遮断電圧の大きさに基づいて、前記１つのスイッチまたは前記他のスイッチが閉じているかどうかを直接通知することができる。

装置の簡潔な構成では、スイッチとツェナーダイオードとは互いに直列に電気接続されている。スイッチが閉じていれば、ツェナーダイオードは動作状態に切換えられており、スイッチが開いていれば、ツェナーダイオードは非動作状態にある。

これとは択一的に、１つの電圧分岐路に複数のスイッチが互いに直列に設けられ、各スイッチはそれぞれ少なくとも１つのツェナーダイオードを切換え、複数のスイッチのツェナーダイオードは異なるブレークダウン電圧を有している。この場合、スイッチはツェナーダイオードに対し並列であり、その結果カスケードで配置されている個々のツェナーダイオードはスイッチの位置によって切換えられる。スイッチが閉じていれば、ツェナーダイオードは短絡されており、よって非作動状態にある。スイッチが開いていれば、ツェナーダイオードは動作状態にある。この場合ツェナーダイオードは、アースに接続され、且つ導通方向において遮断ダイオードによって遮断されている。これにより、誘導性電気消費部材の作動中に並列な電圧分岐路内に電流は流れることができず、或いは、短絡は生じない。

有利には、消費部材に対し並列に、参照用ツェナーダイオードと逆並列に接続される遮断ダイオードとから成る直列接続部が設けられている。この場合、スイッチを介して切換え可能なツェナーダイオードのすべてのブレークダウン電圧の合計は、参照用ダイオードのブレークダウン電圧よりも小さい。誘導性電気消費部材の通電をオフにしたときに誘導され、作動電圧の極性とは逆の方向に印加される負の遮断電圧は、少なくとも１つのそれぞれのツェナーダイオードによってその電圧振幅に関し制限される。消費部材は好ましくは電磁弁であり、特に電磁燃料弁である。電磁燃料弁は、内燃エンジンのクランク軸の回転の際に制御信号のパルス幅に対応してオンオフ制御されて、内燃エンジンに作動のために適した量の燃料を配量する。

１つの電圧分岐路内の各スイッチに優先権が割り当てられ、少なくとも１つの割り当てられたツェナーダイオードのブレークダウン電圧によって優先権が決定されている。この場合、最大の優先権をもったスイッチには、システム内で最も小さなブレークダウン電圧を備えたツェナーダイオードが割り当てられている。

本発明による装置を用いると、内燃エンジンに配置されている複数のスイッチの切換え位置を誘導性電気消費部材の接続線を介して検知でき。たとえばチョークに配置されるチョークスイッチ、スロットルフラップに配置されるスロットルフラップスイッチ、エンジン停止用のストップスイッチとしての短絡スイッチ、または安全ブレーキ装置に設けた作動スイッチの切換え位置が検知可能である。

本発明の他の構成は他の請求項、以下の説明および図面から明らかである。

図面には、本発明のいくつかの実施形態が図示されている。
可搬式作業機の側面図である。 スイッチの切換え位置を検知する装置を備えた内燃エンジンの基本回路図である。 スイッチの切換え位置を検知する装置の第１実施形態の基本電気回路図である。 スイッチの切換え位置を検知する装置の第２実施形態の基本電気回路図である。

図１に図示した手で操縦される可搬式作業機１はパワーチェーンソー２であり、実質的にケーシング３を本体として有し、該ケーシング内には、本実施形態では、内燃エンジン２０（図２）が配置されている。可搬式作業機１はディスクグラインダ、送風機、刈払い機、剪定ばさみ等の作業機として実施されていてもよい。

作業機１の長手方向には、後部グリップ４が設けられ、ケーシングの前部領域には前部グリップ５として湾曲グリップが配置され、該湾曲グリップは作業機１の長手方向に対し横方向においてケーシング３を跨いでいる。前部グリップ５の前方には手保護部１７が取り付けられ、手保護部は合目的には軸１８のまわりを回動可能であり、図示していない安全ブレーキ装置のための起動手段を形成している。

ケーシング３の、後部グリップ４とは反対側の端面６には、作業機１の長手方向に延在するようにガイドレール７が固定され、その周回するように延在している案内溝で作業機１の作業工具としてのソーチェーン９が周回案内されている。

ケーシング３内に配置されている内燃エンジン２０は図２に図示され、有利には単気筒２サイクルエンジンとして実施されている。本実施形態によれば、内燃エンジン２０は、ピストン２２を備えたシリンダ２１と、クランク軸１５を備えたクランクケース２３とから構成されている。クランク軸１５はクランクケース２３内に回転可能に支持され、一端１０をクラッチ１１と駆動結合され、該クラッチは図示した実施形態では遠心クラッチである。駆動されるクラッチドラム１２は駆動ピニオン１３と相対回転不能に結合され、駆動ピニオンはソーチェーン９（図１）をガイドレール７上で周回駆動する。

クランク軸１５の他端１００には、電気エネルギー源８として発電機１４が配置され、発電機は回転するポールホイール１６に付設され、ポールホイールはたとえば内燃エンジン２０のファンホイールであってよい。

ピストン２２はシリンダ２１内で燃焼室２５を画成し、燃焼室内へは点火プラグ２６が突出し、点火プラグは点火モジュール２７によって制御される。点火モジュール２７は発電機１４と共通の部材として形成されていてよく、内燃エンジン２０のための制御部７０を形成している。

内燃エンジン２０の作動に必要な燃料空気混合気は気化器１９を介して燃焼室２５に供給される。気化器１９はエアフィルタ２４を介して燃焼空気を吸込み、燃焼空気には気化器ケース内で燃料が混合される。燃料は燃料管２８と燃料弁３０とを介して供給される。燃料弁３０は電磁制御される燃料弁であり、制御部７０によって制御される。吸込み通路２９を介して、調製された混合気が内燃エンジン２０のクランクケース２３内へ吸い込まれて、（それ自体公知の２サイクルエンジンのクランクケース掃気に対応して）ピストン２２によって制御される掃気通路２３ａを介して燃焼室２５内へ流れ込む。

内燃エンジン２０の作動時には、燃焼室２５に点火可能な燃料空気混合気が搬送され、上昇するピストン２２によって圧縮される。ピストン２２の上死点範囲で点火モジュール２７によって点火プラグ２６に点火火花が発生され、混合気が着火し、ピストン２２は下方へ駆動される。ピストン２２の上下運動は連接棒２２ａを介してクランク軸１５の回転運動に変換される。

内燃エンジンを停止させるために短絡スイッチ４０が設けられ、短絡スイッチは点火モジュール２７の入力部をアース４１に接続させている。

内燃エンジン２０を種々の作動状態で、特にスタート位置で確実に作動させるため、スタート位置を検知する位置センサを使用するのが合目的である。位置センサは、図示の実施形態では、電気スイッチ５０として気化器１９のチョークフラップ５１に配置されている。図２に図示したように、スイッチ５０はチョークフラップ５１が閉じたときに閉じ、その結果制御部７０としての制御モジュール２７がスタート位置を検知し、一方では整合した量の比較的多量の燃料を配量するために制御線３１を介して燃料弁３０を適宜制御し、他方では対応的に変えられる点火時点で点火ケーブル３２を介して点火プラグ２６に点火火花を発生させる。

内燃エンジン２０に配置される位置センサ、その他のセンサ等の配線コストを少なくするため、内燃エンジンに配置されている位置センサに問い合わせを行う検知回路６０を図３および図４に示したように構成する。位置センサは有利にはマイクロスイッチのような電気スイッチであり、監視する構成要素の特定の作動状態を再現する。もしこの種のスイッチ５０をチョークフラップ５１に配置すると、図２において破線で示したようにチョークフラップ５１が閉じている場合、接点５２は常に閉じられる。他のスイッチ４０は、たとえば図２に示したようにエンジンを停止させる短絡スイッチでよい。接点４が閉じていれば、点火モジュール２７はアース４１に接続され、非作動状態である。点火はオフになっている。

本発明による検知回路６０を用いると、他のスイッチの切換え状態の問い合わせも行うことができる。このため、安全ブレーキ装置の起動部（手保護部１７）に、たとえば安全ブレーキが作用したことを示すスイッチ８０が配置されていてよい（図１）。また、グリップ４に設けられるスロットルコントロールレバー９１（図１）に、スロットルコントロールレバー９１が全負荷位置にあるときに常に反応するスイッチ９０が配置されていてよい。

図３および図４の実施形態では、燃料弁３０は、制御部７０としての点火モジュール２７によって制御される誘導性電気消費部材３３を形成している。燃料弁３０の通電をオフにすると、ブレークダウンするコイル内の磁場が負の遮断電圧Ｕ_ｉを発生させる。この負の遮断電圧Ｕ_ｉは制御装置としての点火モジュール２７内に設けられているツェナーダイオード３５によって制限される。このため、ツェナーダイオード３５は燃料弁３０に並列に接続され、ツェナーダイオード３５に対し逆並列に遮断ダイオード３４が直列配置され、遮断ダイオードは燃料弁３０のパルス作動（ＰＷＭ）で短絡を阻止する。

図３の右側に破線で示したように、ツェナーダイオードと遮断ダイオードとから成る保護回路を、制御部７０または点火モジュール２７の外側にたとえば誘導性電気消費部材の接続線３６と４６の伝送路終端部材として設けてもよい（ツェナーダイオード３５’、遮断ダイオード３４’を参照）。

誘導性電気消費部材３３に対し並列な電圧分岐路４４には、短絡スイッチ４０の接点４２が設けられている。短絡スイッチ４０の切換え接点４２と直列に、導通方向でアースに接続されているツェナーダイオード４５があり、このツェナーダイオードには、逆並列で直列に接続される遮断ダイオード４３が付設されている。

同様に、誘導性電気消費部材３３に並列な他の電圧分岐路５５には、チョークフラップに配置される位置センサのスイッチ５０が設けられている。スイッチ５０は、道通方向においてアースに接続されているツェナーダイオード５６と逆並列に接続されている遮断ダイオード５３とに直列に接続されている。

図３の回路図では、ツェナーダイオード４５，５６は、スイッチ４０，５０が閉じているときに動作状態にあり、スイッチ４０，５０が開いているときに非動作状態にある。

ツェナーダイオード３５，４５，５６のブレークダウン電圧は異なっており、たとえば４ボルト、６ボルト、８ボルトである。本実施形態では、ツェナーダイオード３５のブレークダウン電圧は８ボルト、ツェナーダイオード４５のブレークダウン電圧は４ボルト、ツェナーダイオード５６のブレークダウン電圧は６ボルトである。従って短絡スイッチ４０が最大優先権をもっており、チョークフラップスイッチ５０の優先権は２番目である。

内燃エンジン２０の作動時には、燃料弁３０の通電がオフになるたびに、磁場を発生させる電圧は逆方向のブレークダウン電圧Ｕ_ｉが誘導され、該ブレークダウン電圧はツェナーダイオード３５，４５，５６を介して分解される。たとえば短絡スイッチ４０が閉じていれば、ブレークダウン電圧Ｕ_ｉの負の振幅は、誘導性電気消費部材３３に並列なツェナーダイオード４５によって４ボルトに制限される。合目的には制御部７０内に組み込まれている分析ユニット３７は、消費部材３３の通電をオフにした後、導線間に印加されているブレークダウン電圧の振幅を分析し、４ボルトの最大振幅が検出されれば、ツェナーダイオード４５によってブレークダウン電圧が特定され、その結果スイッチ４０が閉じられ、すなわち短絡スイッチ４０が閉じられる。制御部７０はエンジンを停止させる。

仮に時間的に同時に並列電圧分岐路５５内のチョークフラップのスイッチ５０が閉じていても、制御部７０は短絡スイッチ４０が閉じていることを確実に検知する。というのは、短絡スイッチ４０は最大優先権をもっており、すなわちツェナーダイオード４５は最小導通電圧を有しているからである。すべての電圧分岐路４４，４５が互いに並列であるので、誘導されたブレークダウン電圧Ｕ_ｉは、並列なツェナーダイオード４５，５６のうち最も低い導通電圧によって決定され、すなわちブレークダウン電圧Ｕ_ｉの振幅の制限は常に短絡スイッチ４０のツェナーダイオード４５によって行われる。チョークフラップ５１のスイッチ５０の切換え状態に関係なく、制御部７０は短絡スイッチ４０の閉状態を常に燃料弁３０の導線３６，４６で最も低いブレークダウン電圧に基づいて確実に検知することができる。

短絡スイッチ４０が開いていて、チョークフラップ５１のスイッチ５０が閉じていれば、分析ユニット３７は燃料弁３０の導電線３６，４６間で６ボルトの最大ブレークダウン電圧を確認し、従ってチョークフラップ５１が閉じていて、内燃エンジンがスタート状態にあることをけ位置する。対応的に、制御部７０または点火モジュール２７は燃料弁３０と点火プラグ２６とをスタート用に制御する。

点火モジュール２７内に設けられている参照用ツェナーダイオード３５を、燃料弁３０の通電をオフにした時点で橋絡するのが有利である。このため、合目的には制御線７１を介して分析ユニット３７または点火モジュール２７によって制御されるスイッチ３９が設けられている。分析ユニットは、図３で右側に破線で示したように別個のモジュールとして設けられていてもよく（参照符号３７’を参照）、或いは、図４に図示したように点火モジュール２７内に組み込まれているのが合目的である（参照符号３７を参照）。

図４の実施形態では、同じ電圧分岐路６６に複数のスイッチ４０，５０が互いに直列に設けられており、この場合各スイッチ４０，５０はそれぞれツェナーダイオード４５，５６に対し直列であり、該ツェナーダイオード４５，５６を動作状態または非動作状態に切換える。これらのツェナーダイオード４５，５６も異なるブレークダウン電圧を有しており、すなわちスイッチ４０と５０には対応する優先権が割り当てられている。ツェナーダイオード４６，５６が直列であるので、これらのツェナーダイオードが動作状態に切換えられていれば（スイッチオフ）、ブレークダウン電圧が加わり、スイッチ４０，５０が閉じていれば、ツェナーダイオード４５，５６は電気的に短絡され、よって電気的に非動作状態になる。

スイッチ４０のツェナーダイオード４５のブレークダウン電圧がより小さく、チョークフラップのスイッチ５０のツェナーダイオード５６のブレークダウン電圧がより大きければ、作動中に以下のようになる。

ツェナーダイオード４５に並列の短絡スイッチ４０が閉じていれば、誘導電圧Ｕ_ｉはツェナーダイオード５６のブレークダウン電圧に制限される。ツェナーダイオード５６に並列なスイッチ５０も閉じていれば、（スイッチ３９が開いている状態で）誘導電圧Ｕ_ｉの振幅は参照用ツェナーダイオード３５のブレークダウン電圧に制限される。量スイッチ４０と５０が開いており、且つスイッチ３９が開いていれば、この状態は、誘導電圧Ｕ_ｉの振幅がツェナーダイオード４５と５６のブレークダウン電圧の合計値に制限されることによって検知することができる。従って、合目的には点火モジュール２７内に組み込まれる分析ユニット３７は、燃料弁３０の通電をオフにしたときに導線３６と４６との間に短時間印加される最大遮断電圧Ｕ_ｉに基づいてスイッチ４０と５０の切換え状態を検知することができる。

さらに、誘導性電気消費部材３０の導線３６と４６には、燃料弁３０の実施形態では、内燃エンジン２０の停止状態で燃料弁３０の接続線３６，４６を介して制御部７０との通信を行うために、たとえば制御部７０に組み込まれているマイクロプロセッサをアップデートしたり、新しいソフトウェアを再生したり、作動データを変更したり、故障メモリを読み取ったりするために、診断コンセント６３が接続されていてよい。

１ パワーチェーンソー（作業機）
８ 電気エネルギー源
２０ 内燃エンジン
３３ 誘導性電気消費部材
４０，５０ スイッチ
４４，５５，６６ 電圧分岐路
４５，５６ ツェナーダイオード
７０ 制御部

Claims (14)

1. 誘導性電気消費部材（３３）にエネルギーを供給するためのエネルギー源（８）を備え、前記誘導性電気消費部材がその通電をオンオフするために制御部（７０）を介して前記エネルギー源（８）に接続されている、手で操縦される作業機（１）の内燃エンジン（２０）に設けられるスイッチ（４０，５０）の切換え位置を検知するための装置において、
   前記スイッチ（４０，５０）が前記誘導性電気消費部材（３３）に並列に接続された電圧分岐路（４４，５５，６６）に設けられていること、
   前記電圧分岐路（４４，５５，６６）にツェナーダイオード（４５，５６）が配置され、該ツェナーダイオード（４５，５６）が前記スイッチ（４０，５０）の切換え位置に依存して動作状態または非動作状態に切換えられること、
   前記誘導性電気消費部材（３３）の通電をオフにしたときに誘導される遮断電圧がその振幅に関し前記ツェナーダイオード（４５，５６）によって制限されていること、
   を特徴とする装置。
2. 前記遮断電圧の、前記スイッチ（４０，５０）の切換え位置に依存して前記消費部材（３３）に発生する振幅を、分析ユニット（３７）によって分析することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記誘導性電気消費部材（３３）に並列に接続される複数の電圧分岐路（４４，５５，６６）が設けられ、これら電圧分岐路（４４，５５，６６）のそれぞれに、１つのスイッチ（４０，５０）によって切換えられる１つのツェナーダイオード（４５，５６）が設けられ、異なる電圧分岐路のツェナーダイオード（４５，５６）が異なるブレークダウン電圧を有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記スイッチ（４０，５０）と前記ツェナーダイオード（４５，５６）とが互いに直列に電気接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. １つの電圧分岐路（６６）に複数のスイッチ（４０，５０）が互いに直列に設けられ、各スイッチ（４，５）がそれぞれ少なくとも１つのツェナーダイオード（４５，５６）を切換え、前記複数のスイッチ（４，５）の前記ツェナーダイオード（４５，５６）が異なるブレークダウン電圧を有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記各スイッチ（４０，５０）が前記１つのツェナーダイオード（４５，５６）に対し並列に設けれていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記ツェナーダイオード（４５，５６）が、アースに接続され、且つ導通方向において遮断ダイオード（４３，５３）によって遮断されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記消費部材（３３）に対し並列に、参照用ツェナーダイオード（３５）と逆並列に接続される遮断ダイオード（３４）とから成る直列接続部が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 前記スイッチ（４０，５０）を介して切換え可能な前記ツェナーダイオード（４５，５６）のすべてのブレークダウン電圧の合計が、前記参照用ダイオード（３５）のブレークダウン電圧よりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記誘導性電気消費部材（３３）の通電をオフにしたときに誘導される負の電圧を、ツェナーダイオード（４，５６）によって電圧振幅に関し制限することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
11. 前記消費部材（３３）が電磁燃料弁（３０）であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
12. 各スイッチ（４０，５０）に優先権が割り当てられ、少なくとも１つの割り当てられたツェナーダイオード（４５，５６）のブレークダウン電圧によって前記優先権が決定されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
13. 最大の優先権をもった前記スイッチ（４０，５０）が、システム内で最も小さなブレークダウン電圧を備えたツェナーダイオード（４５，５６）を切換えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 前記スイッチ（４０，５０）がチョークスイッチ、スロットルフラップスイッチ、またはエンジン停止用のストップスイッチであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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