CN101871398A - 通用内燃机的负载状态检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度地对与通用内燃机连接的负载的状态进行检测的通用内燃机的负载状态检测装置。判断内燃机转速是否收敛于目标转速，在判断为肯定时，在检测出的节气门开度与预定值相加得到的和小于阈值的情况下，将该和设定为阈值，在检测出的节气门开度超过阈值的次数超过了规定值时，判断为内燃机处于负载消耗动力的第一负载状态，将从检测出的节气门开度在单位时间内的变化量减去所检测出的内燃机转速在单位时间内的变化量所得到的第二值与第二阈值进行比较，在第二值超过所述第二阈值时，也判断为内燃机处于负载消耗动力的第二负载状态，并根据所述判断结果来变更目标转速(S18、S20)。

Description

通用内燃机的负载状态检测装置
技术领域
本发明涉及通用内燃机的负载状态检测装置，更为具体来说，涉及对与通用内燃机连接并消耗通用内燃机的动力的作业机等的负载状态进行检测的装置。
背景技术
通用内燃机与一般作业机等负载连接而输出动力，然而在通用内燃机处于负载不消耗该通用内燃机的动力的无负载状态的情况下不作处理的话，在噪音和燃料消耗率方面并不优选，因而例如像专利文献1中记载的技术那样，检测无负载状态并降低内燃机转速。
在专利文献1记载的技术中，内燃机与高压清洗机的泵连接，并驱动泵从清洗枪放水。放水作业是否进行、即通用内燃机的无负载状态，是通过将检测出的节气门开度与以随内燃机转速上升而增加的方式设定的节气门开度(阈值)进行比较而进行判断的。
专利文献1：日本特开2005-299519号公报
在专利文献1记载的技术中，采用根据内燃机转速而确定的值作为与节气门开度进行比较的阈值，然而有时会考虑到内燃机的运转状态和由环境引起的变化而将阈值设定得稍大，在这种情况下，在施加有较小负载的时候也会被判断为无负载，因此无法高精度地判断出处于负载消耗输出的负载状态。此外，仅将节气门开度与阈值比较的话，有时也无法高精度地判断内燃机的负载状态。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种能够高精度地检测与通用内燃机连接的负载的状态的通用内燃机的负载状态检测装置。
为了达成上述目的，在第一发明的通用内燃机的负载状态检测装置中，所述通用内燃机具有电子调速器并且与负载连接而输出动力，所述电子调速器经由致动器来调节内燃机转速，所述致动器驱动被配置于进气通道中的节气门，该通用内燃机的负载状态检测装置具有：节气门开度检测单元，该节气门开度检测单元检测所述节气门的开度；内燃机转速检测单元，该内燃机转速检测单元检测所述内燃机转速；目标转速收敛判断单元，该目标转速收敛判断单元判断所述检测出的内燃机转速是否收敛于目标转速；阈值设定单元，在判断为所述检测出的内燃机转速收敛于目标转速时，该阈值设定单元在所述检测出的节气门的开度与预定值相加得到的值小于阈值的情况下，将所述值设定为所述阈值；第一负载状态判断单元，该第一负载状态判断单元在所述检测出的节气门的开度超过所述阈值时，判断为所述内燃机处于所述负载消耗动力的第一负载状态；以及第二负载状态判断单元，该第二负载状态判断单元将从所述检测出的节气门的开度在单位时间内的变化量减去所述检测出的内燃机转速在单位时间内的变化量而得到的第二值与第二阈值进行比较，在所述第二值超过所述第二阈值时，判断为所述内燃机处于所述负载消耗动力的第二负载状态；以及目标转速变更单元，该目标转速变更单元根据所述第一、第二负载状态判断单元的判断结果来变更所述内燃机的目标转速。
在第二发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，所述目标转速变更单元在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为所述内燃机处于所述第一负载状态或第二负载状态时，将所述内燃机的目标转速变更为根据所述负载所确定的常用转速。
在第三发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，所述目标转速变更单元在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为所述内燃机未处于所述第一负载状态和第二负载状态时，将所述内燃机的目标转速变更为怠速转速。
在第四发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，所述第一负载状态判断单元具有计数单元，该计数单元对所述检测出的节气门的开度超过所述阈值的次数进行计数，所述第一负载状态判断单元在所述计数得到的次数超过规定值时，判断为所述内燃机处于所述负载消耗动力的第一负载状态。
在第一发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，判断内燃机转速是否收敛于根据负载所确定的目标转速，在判断为已收敛于该目标转速时，在检测出的节气门的开度与预定值相加得到的值小于阈值的情况下，将该相加得到的值设定为阈值，在检测出的节气门的开度超过阈值时，判断为内燃机处于负载消耗动力的第一负载状态，将从检测出的节气门的开度在单位时间内的变化量减去所检测出的内燃机转速在单位时间内的变化量而得到的第二值与第二阈值进行比较，在第二值超过第二阈值时也判断为内燃机处于负载消耗动力的第二负载状态，根据第一、第二负载状态判断单元的判断结果来变更所述内燃机的目标转速，所以能够高精度地判断内燃机的负载状态，以此能够使内燃机适当地运转。
即，找到内燃机在正常运转区域中稳定旋转时的节气门开度，并将阈值重新设置在比所述节气门开度大预定值的位置，因此能够适当地设定阈值，以此能够高精度地判断内燃机的负载状态。
此外，在对节气门开度和阈值进行比较的基础上，还将从节气门开度在单位时间内的变化量减去内燃机转速在单位时间内的变化量所得到的参数与阈值进行比较，从而判断内燃机是否处于负载消耗动力的第二负载状态，因此能够高精度地判断内燃机的负载状态。
在第二发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，在由第一、第二负载状态判断单元判断为内燃机处于所述第一负载状态或第二负载状态时，将内燃机的目标转速变更为根据负载所确定的常用转速，所以在上述的效果的基础上，能够使内燃机更加适当地运转。
在第三发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为内燃机未处于所述第一负载状态和第二负载状态时，将内燃机的目标转速变更为怠速转速，所以在上述的效果的基础上，能够降低噪音和燃料消耗率，并且能够使内燃机更加适当地运转。
在第四发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置中，具有计数单元，该计数单元对检测出的节气门的开度超过阈值的次数进行计数，在计数得到的次数超过规定值时，判断为内燃机处于负载消耗动力的第一负载状态，所以在上述的效果的基础上，能够防止因短暂性噪音而引起对节气门开度检测值的误判断。
附图说明
图1是整体地示出本发明的实施例所述的通用内燃机的负载状态检测装置的概要图。
图2是示出图1所示的装置的动作的流程图。
图3是示出图2的第一负载状态判断处理的子程序流程图。
图4是示出图2的第二负载状态判断处理的子程序流程图。
标号说明
10：发动机(通用内燃机)；44：电源线圈(内燃机转速检测单元)；60：化油器；68：节气门；72：节气门用电动机(致动器)；76：节气门开度传感器(节气门开度检测单元)；84：ECU；90：电子调速器。
具体实施方式
以下，按照附图对用于实施本发明所述的通用内燃机的负载状态检测装置的最佳方式进行说明。
(实施例)
图1是整体地示出本发明的实施例所述的通用内燃机的负载状态检测装置的概要图。
在图1中，符号10示出的是通用内燃机(以下称作“发动机”)。发动机10为空冷四冲程的单气缸OHV(Overhead Valve：顶置气门)型发动机，以汽油为燃料，并具有例如440cc左右的排气量。
在形成于发动机10的气缸体12内部的气缸(缸筒)中往复移动自如地收纳有单一活塞14。在气缸体12的上部安装有气缸盖16，在气缸盖16中设有在面对活塞14顶部的位置形成的燃烧室18、以及与燃烧室18连通的进气口20和排气口22。在进气口20附近设有进气门24，并且在排气口22附近设有排气门26。
在气缸体12的下部安装有曲轴箱30，在曲轴箱30内部旋转自如地收纳有曲轴32。曲轴32经由连杆34连接在活塞14的下部。在曲轴32的一端连接有负载36，发动机10向负载36输出动力。
负载指的是“消耗由原动机产生的能量(输出)的机械设备，或者该机械设备所消耗的动力(功率)的大小”，而在本说明书中的负载36用于指代前者，具体来说指的是作业机(除雪机和高压清洗机等)等。此外，在本说明书中，“负载状态”指的是在发动机10中负载36消耗由发动机10输出的动力的状态，“无负载状态”指的是在发动机10中负载36不消耗由发动机10输出的动力的状态。
在曲轴32的另一端安装有飞轮38、冷却风扇40以及起动用反冲起动器42。在飞轮38内侧且在曲轴箱30中安装有电源线圈(发电线圈)44，并且在飞轮38的背面(襄面)安装有磁铁(永久磁铁)46。电源线圈44与磁铁46构成多极发电机，从而产生与曲轴32的旋转同步的输出。
此外，在飞轮38外侧且在曲轴箱30中安装有励磁线圈48，并且在飞轮38的表面安装有磁铁(永久磁铁)50。励磁线圈48在磁铁50每次通过时产生输出。
在曲轴箱30中旋转自如地收纳有凸轮轴52，该凸轮轴52的轴线与曲轴32的轴线平行，该凸轮轴52经由齿轮机构54与曲轴32连接并被驱动。凸轮轴52具有进气侧凸轮52a和排气侧凸轮52b，并且经由未图示的推杆和摇臂56、58驱动进气门24和排气门26。
在进气口20连接有化油器60。化油器60一体地具有进气通道62、电动机壳体64以及化油器组件66。在进气通道62中配置有节气门68和阻风门70。
在电动机壳体64中收纳有用于驱动节气门68的节气门用电动机(致动器)72、以及用于驱动阻风门70的阻风门用电动机(致动器)74。节气门用电动机72和阻风门用电动机74由步进电机构成。
化油器组件66接收来自未图示的燃料箱的燃料供给，并喷射与节气门68(和阻风门70)的开度对应的量的燃料，使燃料与在进气通道62中流过的进气混合而生成混合气。
所生成的混合气通过进气口20和进气门24而被吸入到燃烧室18中，并通过点火装置被点火而燃烧起来。燃烧所产生的废气(排気)通过排气门26、排气口22以及未图示的消声器等并被排出到发动机10的外部。
在节气门68附近配置有节气门开度传感器76，该节气门开度传感器76输出与节气门68的开度(以下称作“节气门开度”)对应的信号，并且，在气缸体12的适当位置配置有由热敏电阻(thermistor)等构成的温度传感器78，该温度传感器78产生用于表示发动机10的温度的输出。
上述的节气门开度传感器76、温度传感器78以及电源线圈44和励磁线圈48的输出被传送到电子控制单元(Electronic Control Unit，以下称作“ECU”)84中。ECU 84由具有CPU、ROM、存储器以及输入输出电路等的微型计算机构成，并且具有警告灯84a。
在ECU 84中，电源线圈(power coil)44的输出(交流电)被输入到电桥电路中，并经过全波整流而被转换为直流电以作为ECU 84和节气门用电动机72等的工作电源来使用，并且在脉冲生成电路中被转换为脉冲信号。此外，励磁线圈48的输出被用作点火装置的点火信号。
在ECU 84中，CPU基于转换后的脉冲信号对发动机转速进行检测，并且基于检测出的发动机转速、以及节气门开度传感器76和温度传感器78的输出来控制节气门用电动机72和阻风门用电动机74的动作，并且通过点火装置来控制点火。
这样，发动机10具有电子调速器90，该电子调速器90经由致动器(节气门用电动机72)来调节发动机转速，所述致动器驱动被配置于进气通道62中的节气门68。
另外，在ECU84中，CPU判断发动机10所连接的作业机等负载36是否处于消耗动力的负载状态。
图2是示出该动作即本发明的实施例所述的负载状态检测装置的动作的流程图。图示的程序由ECU 84每隔预定时间(例如10msec)执行一次。
下面进行说明，在S10中执行第一负载状态判断处理。
图3是示出该处理的子程序流程图。
在S100中，判断所检测出的发动机转速是否小于目标转速与常数相加得到的转速，且大于从目标转速中减去常数所得到的转速，换言之，判断发动机转速是否收敛于所述目标转速。
目标转速是根据所连接的负载36而确定的发动机转速。常数例如大约为100～200rpm的微小的值。
这样，在S100中，判断发动机10是否在根据负载36(更为具体来说，是所连接的负载36的机种(作业机的种类))确定的常用旋转区域中稳定地旋转。
在S100中判断为否定的时候跳过以后的处理，而在判断为肯定的时候前进到S102，判断阈值是否大于所检测出的节气门开度与预定值相加得到的值(开度)。阈值的初始值被设定为适当的值。预定值例如是节气门开度为3度左右的值。
在S102中判断为肯定时前进到S104，将阈值变更(设定)为所检测出的节气门开度与所述预定值相加得到的值。在S102中判断为否定时跳过S104的处理。
接下来前进到S106，判断所检测出的节气门开度是否超过变更(设定)后的阈值。在S106中判断为否定时跳过以后的处理。另外，在执行过S104时，S106为否定。
在S106中判断为肯定时前进到S108，使计数器的值C增加1。即，对在S106中检测出的节气门开度超过阈值的次数C进行计数的计数器的值增加1。
接着前进到S110，判断计数器的值C是否超过规定值n(例如50)。由于图3的子程序流程每隔预定时间执行一次，因此S110的判断相当于判断是否经过了与规定值n相当的时间(例如0.5sec)。
在S110中判断为否定时跳过以后的处理，而在判断为肯定时前进到S112，并判断为发动机10处于第一负载状态(具体来说，设置预定的控制标志)。
另外，等待经过预定时间后才判断负载状态，这是为了防止因短暂性噪音而引起对节气门开度检测值的误判断。
回到图2的流程图中进行说明，接下来前进到S12，判断发动机10是否处于第一负载状态。在上述的S112中未判断为处于第一负载状态时，判断为否定并前进到S14。在S14中执行第二负载状态判断处理。
图4是示出该第二负载状态判断处理的子程序流程图。
在S200中计算节气门开度的微分值(单位时间内的变化量)dTH。具体来说，预先存储前次的节气门开度的值，并以本次值与前次值的差分作为微分值dTH。
接下来前进到S202，计算发动机转速的微分值(单位时间内的变化量)dNE。具体来说，预先存储前次的发动机转速的值，并以本次值与前次值的差分作为微分值dNE。
接下来前进到S204，计算参数A。通过从节气门开度的微分值dTH的绝对值减去由发动机转速的微分值dNE与增益K相乘所得值的绝对值，从而计算出参数A。增益K为0.001等适当的值。
在发动机10处于无负载状态时，曲轴32的旋转惯性力小，因此，相对于节气门开度的变化，发动机转速的变化敏锐。相反地，在发动机10处于负载状态时，由于曲轴32的旋转惯性力大，因此，相对于节气门开度的变化，发动机转速的变化迟钝。由此，在发动机10处于无负载状态时算出的参数A为小的值，而在发动机10处于负载状态时算出的参数A为大的值。
接下来前进到S206，计算用于表示参数A的n次移动平均值的参数B。n设定为16等适当的值。
接下来前进到S208，将参数B与第二阈值进行比较。在参数B超过第二阈值时，判断为肯定并前进到S210，判断为发动机10处于第二负载状态(具体来说，是设置预定的控制标志)。在S208中判断为否定时，直接结束该子程序。
另外，在S208中，采用表示参数A的n次移动平均值的参数B作为与第二阈值进行比较的对象，是为了防止因短暂性噪音而引起对节气门开度检测值和发动机转速检测值的误判断。
回到图2的子程序中进行说明，接着前进到S16，判断发动机10是否处于第二负载状态。在上述的S210中未判断为处于第二负载状态时，在S16中判断为否定并前进到S18。
由于在S12和S16中都判断为否定，即、在第一和第二这两种负载状态判断中被判断为发动机10既未处于第一负载状态也未处于第二负载状态，因此断定发动机10处于无负载状态，将发动机的目标转速切换为怠速转速。
另一方面，在S12或S16中判断为肯定，即、在第一和第二这两种负载状态判断中被判断为发动机10处于第一负载状态或第二负载状态时，前进到S20，将发动机的目标转速维持在根据负载36所确定的发动机转速(常用转速)(在不同时进行变更)。
这样，在第一负载状态判断中，判断发动机转速是否收敛于根据负载所确定的目标转速，在判断为收敛于该目标转速时，在检测出的节气门开度与预定值相加得到的值小于阈值的情况下，将该相加得到的值设定为阈值，接下来对检测出的节气门开度超过其阈值的次数C进行计数，在计数得到的次数C超过规定值n时，判断为发动机10处于负载36消耗动力的状态，由此能够高精度地判断发动机10的负载状态。即，找到内燃机在正常运转区域中稳定旋转时的节气门开度，并将阈值重新设定在比所述节气门开度大预定值的位置，所以能够适当地设定阈值，以此能够高精度地判断发动机10的负载状态。
此外，在第一负载状态判断的基础上，在第二负载状态判断中，将从节气门开度的微分值dTH减去内燃机转速的微分值dNE而得到的参数A(具体来说，是表示参数A的移动平均值的参数B)与第二阈值进行比较，在该参数超过第二阈值时，也判断为发动机10处于负载36消耗动力的状态，因此能够高精度地判断发动机10的负载状态。
如上所述，在本实施例中，通用内燃机(发动机10)具有电子调速器(90)并且与负载(36)连接而输出动力，所述电子调速器(90)经由致动器(节气门用电动机72)来调节内燃机转速，所述致动器驱动被配置于进气通道(62)中的节气门(68)，在该通用内燃机中具有：节气门开度检测单元(节气门开度传感器76)，该节气门开度检测单元检测所述节气门的开度；内燃机转速检测单元(电源线圈44、ECU84)，该内燃机转速检测单元检测所述内燃机转速；目标转速收敛判断单元(ECU84、S10、S100)，该目标转速收敛判断单元判断所述检测出的内燃机转速是否收敛于目标转速(常用转速)；阈值设定单元(ECU84、S10、S102、S104)，在判断为所述检测出的内燃机转速收敛于目标转速时，该阈值设定单元在所述检测出的节气门开度与预定值相加而得到的值小于阈值的情况下，将所述值设定为所述阈值；第一负载状态判断单元(ECU84、S10、S110、S112)，该第一负载状态判断单元在所述检测出的节气门的开度超过所述阈值时，判断为所述内燃机(10)处于所述负载(36)消耗动力的第一负载状态；第二负载状态判断单元(ECU84、S14、S200-S210)，该第二负载状态判断单元将从所述检测出的节气门的开度在单位时间内的变化量(微分值dTH)减去所述检测出的内燃机转速在单位时间内的变化量(微分值dNE)而得到的第二值(参数A、参数B)与第二阈值进行比较，在所述第二值超过所述第二阈值时，判断为所述内燃机(10)处于所述负载(36)消耗动力的第二负载状态；以及目标转速变更单元(S18、S20)，该目标转速变更单元根据所述第一、第二负载状态判断单元的判断结果来变更所述内燃机(10)的目标转速。
另外，所述目标转速变更单元在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为所述内燃机(10)处于所述第一负载状态或第二负载状态时，将所述内燃机的目标转速变更为根据所述负载(36)所确定的常用转速(S20)。
另外，所述目标转速变更单元在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为所述内燃机(10)未处于所述第一负载状态和第二负载状态时，将所述内燃机的目标转速变更为怠速转速(S18)。
另外，所述第一负载状态判断单元具有计数单元(ECU84、S10、S106、S108)，该计数单元对所述检测出的节气门的开度超过所述阈值的次数进行计数，所述第一负载状态判断单元在所述计数得到的次数超过规定值时，判断为所述内燃机(10)处于所述负载(36)消耗动力的第一负载状态(S110、S112)。
另外，上述的常数和预定值是固定值，然而也可以根据负载36进行变更。
此外，在S16中判断为否定时，断定发动机10处于无负载状态，并在S18中将发动机10的目标转速切换为怠速转速，然而也可以改作点亮警告灯84a，以此告知用户。在该情况下，也可以进一步通过其他显示装置和声音进行告知。

Claims (4)

1.一种通用内燃机的负载状态检测装置，该通用内燃机具有电子调速器并且与负载连接而输出动力，所述电子调速器经由致动器来调节内燃机转速，所述致动器驱动被配置于进气通道中的节气门，其特征在于，
该通用内燃机的负载状态检测装置具有：
节气门开度检测单元，该节气门开度检测单元检测所述节气门的开度；
内燃机转速检测单元，该内燃机转速检测单元检测所述内燃机转速；
目标转速收敛判断单元，该目标转速收敛判断单元判断所述检测出的内燃机转速是否收敛于目标转速；
阈值设定单元，在判断为所述检测出的内燃机转速收敛于目标转速时，该阈值设定单元在所述检测出的节气门的开度与预定值相加得到的值小于阈值的情况下，将所述值设定为所述阈值；
第一负载状态判断单元，该第一负载状态判断单元在所述检测出的节气门的开度超过所述阈值时，判断为所述内燃机处于所述负载消耗动力的第一负载状态；
第二负载状态判断单元，该第二负载状态判断单元将从所述检测出的节气门的开度在单位时间内的变化量减去所述检测出的内燃机转速在单位时间内的变化量而得到的第二值与第二阈值进行比较，在所述第二值超过所述第二阈值时，判断为所述内燃机处于所述负载消耗动力的第二负载状态；以及
目标转速变更单元，该目标转速变更单元根据所述第一、第二负载状态判断单元的判断结果来变更所述内燃机的目标转速。
2.如权利要求1所述的通用内燃机的负载状态检测装置，其特征在于，
所述目标转速变更单元在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为所述内燃机处于所述第一负载状态或第二负载状态时，将所述内燃机的目标转速变更为根据所述负载所确定的常用转速。
3.如权利要求1所述的通用内燃机的负载状态检测装置，其特征在于，
所述目标转速变更单元在由所述第一、第二负载状态判断单元判断为所述内燃机未处于所述第一负载状态和第二负载状态时，将所述内燃机的目标转速变更为怠速转速。
4.如权利要求1所述的通用内燃机的负载状态检测装置，其特征在于，
所述第一负载状态判断单元具有计数单元，该计数单元对所述检测出的节气门的开度超过所述阈值的次数进行计数，
所述第一负载状态判断单元在所述计数得到的次数超过规定值时，判断为所述内燃机处于所述负载消耗动力的第一负载状态。
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