CN101871399A - 通用内燃机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通用内燃机的控制装置，结构简易，适当地确定暖机时间，由此提高燃料消耗性能，也防止失速。该控制装置由搭载于被配置在通用内燃机的内燃机主体即发动机主体附近的电子电路基板上的电子控制单元(ECU)构成，并具有在基板上配置于远离内燃机主体的位置的第一温度传感器、及在基板上配置于比第一温度传感器靠近内燃机主体的位置的第二温度传感器，并且在内燃机被起动了的时候，基于第一温度传感器的输出即第一温度(T1)、以及第二温度传感器与第一温度传感器的输出即第一温度(T1)和第二温度(T2)的差分即温度差(Td)来确定内燃机的暖机时间(Ta)(S14)，在经过了确定的暖机时间后，将内燃机转速控制在预定作业转速(S18、S22)。
Description
技术领域
本发明涉及通用内燃机的控制装置，更为详细地说，涉及对暖机运转进行控制的通用内燃机的控制装置。
背景技术
在与发电机等作业设备连接并以各种用途作为驱动源使用的通用内燃机中，通过在起动后执行暖机运转来实现内燃机转速的稳定，从而防止因负载的急剧变化引起的失速(stall)。作为涉及到该暖机运转的技术，已知有下述的专利文献1记载的技术。在专利文献1记载的技术中，基于外部气温确定暖机时间，并且在相对于由使用者设定的内燃机起动时刻提前了暖机时间的时刻起动内燃机，并在到达内燃机起动时刻时结束暖机运转。
专利文献1：日本实开平7-8566号公报
然而，在通用内燃机中，过度进行暖机运转的话相应地会产生燃料消耗性能变差的不良情况，相反地暖机运转不足的话，则内燃机转速不稳并导致失速。由此，期望以适当的时间进行暖机运转。
然而，适当的暖机时间，不仅由于外部气温还会由于内燃机的温度不同而不同，如果如专利文献1记载的技术那样构成为基于外部气温确定暖机时间的话，有可能因内燃机温度不同而发生暖机时间的过度或者不足、使燃料消耗性能变差和失速等问题。于是，也可以考虑在内燃机的内燃机主体(例如气缸体)上直接安装温度传感器来检测内燃机温度，并参考所检测出的内燃机温度来确定暖机时间，然而该情况下内燃机的结构变得复杂。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种通用内燃机的控制装置，该控制装置采用简易的结构，并且适当地确定暖机时间，从而在提高燃料消耗性能的同时也防止失速。
为了解决上述课题，在第一发明中，通用内燃机的控制装置由搭载于电子电路基板上的电子控制单元构成，该电子电路基板配置于通用内燃机的内燃机主体附近，该通用内燃机的控制装置具有：第一温度传感器，该第一温度传感器在所述基板上配置于远离所述内燃机主体的位置；第二温度传感器，该第二温度传感器在所述基板上配置于比所述第一温度传感器靠近所述内燃机主体的位置；暖机时间确定单元，在所述内燃机被起动了的时候，该暖机时间确定单元基于所述第一温度传感器的输出、以及所述第二温度传感器的输出与所述第一温度传感器的输出的差分来确定所述内燃机的暖机时间；以及内燃机转速控制单元，在经过了所述确定的暖机时间后，该内燃机转速控制单元将内燃机转速控制在预定作业转速。
第二发明的通用内燃机的控制装置具有无负载状态判断单元，在经过了所述确定的暖机时间后，该无负载状态判断单元判断是否处于与所述内燃机连接的负载不消耗由所述内燃机输出的动力的无负载状态，并且，在判断为处于所述无负载状态时，所述内燃机转速控制单元将所述内燃机转速控制为怠速转速。
在第一发明所述的通用内燃机的控制装置中，具有在基板上配置于远离内燃机主体的位置的第一温度传感器和在基板上配置于比第一温度传感器靠近内燃机主体的位置的第二温度传感器，并且在内燃机被起动了的时候，基于第一温度传感器的输出、以及第二温度传感器的输出与第一温度传感器的输出的差分来确定内燃机的暖机时间，即，构成为将第一温度传感器配置于基板上且不易受到内燃机温度的影响且周边温度随外部气温而变化的位置，而将第二温度传感器配置于基板上且容易受到内燃机温度的影响且周边温度随内燃机温度而变化的位置，在内燃机被起动了的时候，基于各传感器的输出来确定暖机时间，因此结构简易，并且能够适当地确定与外部气温和内燃机温度对应的暖机时间。由此，能够在适当的暖机时间内结束暖机运转，因此能够提高燃料消耗性能，也能够防止失速。
此外，由于是构成为基于第一温度传感器的输出、以及第二温度传感器的输出与第一温度传感器的输出的差分来确定内燃机的暖机时间，因此即使是在寒冷地区等各种外部气温下使用内燃机的情况下，也能够将暖机时间确定为适当的值。
此外，由于是构成为在经过了确定的暖机时间后，将内燃机转速控制为预定作业转速，因此在经过了暖机时间并结束暖机运转后，能够使通用内燃机以根据连接的作业机(负载。例如发电机)设定的预定作业转速进行运转。
第二发明所述的通用内燃机的控制装置构成为：在经过暖机时间后，判断是否处于与内燃机连接的负载不消耗由内燃机输出的动力的无负载状态，并且在判断为处于无负载状态时，将内燃机转速控制为怠速转速，因此，在上述效果的基础上，能够使无负载状态下的内燃机转速下降至怠速转速，由此能够降低噪音，并且能够进一步提高燃料消耗性能。
此外，在构成为例如基于节气门开度对是否处于无负载状进行判断的情况下，能够防止误判断。即，由于在暖机运转中节气门开度容易发生大变动，因此如果基于当时的节气门开度进行无负载状态的判断的话，能够考虑到即使存在负载也会误判断为无负载状态，然而如上所述构成为在经过了暖机时间且暖机运转结束、节气门开度的变动处于比较稳定的状态时，执行上述判断，所以能够防止这种误检测的发生。
附图说明
图1是示出本发明的实施例所述的通用内燃机的控制装置的整体图。
图2是将图1所示的电子电路基板从收纳箱中取出来表示的俯视图。
图3是示出图1所示的通用内燃机的控制装置的结构的框图。
图4是示出图1所示的通用内燃机的控制装置的动作中对发动机转速等进行控制的处理的流程图。
图5是示出在图4的流程图的处理中使用的、暖机时间相对于第一温度和温度差的表格特性的说明图。
标号说明
10：发动机(内燃机)；10a：发动机主体(内燃机主体)；76：电子控制单元(ECU)；80：电子电路基板(基板)；80a：(基板80的)端部；80b：(基板80的)端部；82：第一温度传感器；84：第二温度传感器。
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控制装置的最佳方式进行说明。
(实施例)
图1是示出本发明的实施例所述的通用内燃机的控制装置的整体图。
在图1中，符号10表示通用内燃机(以下称作“发动机”)，符号10a表示发动机主体(内燃机主体)。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163cc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。另外，发动机主体10a由上述的气缸体12、气缸盖16以及曲轴箱30等构成。
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(例如发电机)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(例如发电机或除雪机、高压清洗机等)等。此外，本说明书中，“无负载状态”指的是负载36不消耗动力的运转状态。
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每次通过时产生用于表示与发动机10点火时机相当的曲柄转角(クランク角度)的输出。
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、化油器组件64以及收纳箱66。在进气通道62中配置有节气门68和阻风门70。
化油器组件64接受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)的开度相应的量的燃料，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。
收纳箱66配置于发动机主体10a附近(具体来说，是气缸体12和气缸盖16的附近)，并且收纳有驱动节气门68的节气门用电动机(致动器)72、驱动阻风门70的阻风门用电动机(致动器)74、以及搭载了电子控制单元(Electronic Control Unit，以下称作“ECU”)76的电子电路基板(以下简称作“基板”)80，该电子控制单元76对各电动机72、74等的动作进行控制。即，基板80配置于发动机主体10a附近。
节气门用电动机72和阻风门用电动机74由步进电动机构成。
图2是将图1所示的基板80从收纳箱66中取出进行表示的俯视图。另外，在图2中，纸面右侧为靠近发动机主体10a的那一侧，纸面左侧为远离发动机主体10a的那一侧。
如图2所示，在基板80上配置(搭载)有多个(两个)温度传感器，具体来说，配置(搭载)有由热敏电阻(thermistor)等构成的第一温度传感器(外部空气温度传感器)82和第二温度传感器(发动机温度传感器)84。
第一温度传感器82配置于基板80的端部(图2中的左上部)80a，详细来说是在基板80上配置于远离发动机主体10a的位置。即，第一温度传感器82在基板80上配置于不易受到发动机10的温度(准确来说是由发动机10散发的热量)影响且周边温度随外部气温而变化的位置，换言之，第一温度传感器82配置于虽然周边温度随外部气温变化但是在发动机10运转时和停止时周边温度的变化比较小的位置(区域)。因此，第一温度传感器82的周边温度不受发动机10的运转状态的影响，与外部气温大致呈比例关系。由此，第一温度传感器82产生用来表示与外部气温成比例的温度(以下称作“第一温度T1”)的输出。
第二温度传感器84配置于基板80的与端部80a相反侧的端部(图2中的右下部)80b，换言之，是配置于基板80上且比第一温度传感器82以预定距离靠近发动机主体10a的位置。并且，在第二温度传感器84附近设置有电路(例如电源电路(在图2中以虚线包围的电子部件组))86，该电路86在被供给工作电源时(具体来说是发动机10运转时)发热。
这样，第二温度传感器84在基板80上配置于容易受到发动机10的温度(准确地说是由发动机10散发的热量)和电路86发热的影响且周边温度随发动机10的温度而变化的位置。
由此，第二温度传感器84的周边温度，在发动机10起动后逐渐上升到预定温度，然后在发动机10停止后逐渐下降。实际的发动机10的温度也根据发动机10的运转状态而进行与第二温度传感器84的周边温度相同的变化。即，第二温度传感器84的周边温度与发动机10的温度为比例关系，因而第二温度传感器84产生用来表示与发动机10的温度成比例的温度(以下称作“第二温度T2”)的输出。
回到图1的说明中，在节气门68附近配置有由电位计(potentiometer)构成的节气门开度传感器90，该节气门开度传感器90输出与节气门68的开度(以下称作“节气门开度”)对应的信号。
上述的节气门开度传感器90、第一温度传感器82、第二温度传感器84、电源线圈44以及励磁线圈48的输出被发送到ECU 76中。ECU 76由具有CPU、ROM、RAM和输入输出电路等的微型计算机构成。
图3是示出本实施例所述的通用内燃机的控制装置的结构的框图。
参照图3对ECU 76进行说明，在ECU 76中，电源线圈44的输出(交流电)被输入到电桥电路(未图示)中，并经过全波整流而被转换为直流电以用作ECU 76和节气门用电动机72等的工作电源使用，并且在脉冲生成电路(未图示)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 76中，CPU基于转换后的脉冲信号对发动机转速(内燃机转速)进行检测，并且基于检测出的发动机转速及节气门开度传感器90、第一温度传感器82和第二温度传感器84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92，该电子调速器92经由节气门用电动机72来调节发动机转速，该节气门用电动机72驱动被配置于进气通道62中的节气门68。
图4是示出本实施例所述的通用内燃机的控制装置的动作中、对发动机转速等进行控制的处理的流程图。图示的程序在发动机10起动后，由ECU 76每隔预定周期(例如100msec)执行一次。
下面进行说明，首先，在S10中判断发动机10的暖机运转是否结束了。在最初执行S10的处理时是在发动机10刚起动后，因此通常判断为否定并前进到S12，对基板80上的温度进行检测。具体来说，基于第一温度传感器82的输出来检测基板80的端部80a附近的温度、检测与外部气温成比例的第一温度T1，并且基于第二温度传感器84的输出来检测基板80的端部80b附近的温度、即检测与发动机10的温度成比例的第二温度T2。
接下来前进到S14，基于所检测出的第一温度T1、第二温度T2计算发动机10的暖机时间Ta。具体来说，计算第二温度T2与第一温度T1的温度差(差分；准确地说，是从第二温度T2减去第一温度T1而得到的值)Td，并基于算出的温度差Td和第一温度T1来检索图5所示的表格，计算发动机10的暖机时间Ta。另外，图5的表格是预先通过实验求得并保存在ROM中的。此外，暖机时间为进行暖机运转(后述)的时间，详细来说指的是，在发动机10起动后进行暖机运转，并达到例如即使是在节气门68急剧地开闭的情况下(负载急剧变化的情况下)也不会发生失速等的运转状态(完全暖机状态)为止所需的时间。
由图5可以明确，在与外部气温成比例的第一温度T1比较低(例如为-20℃)且温度差Td小的时候，能够推断出：发动机10是在寒冷地区使用，并且本次发动机起动是在发动机10上次停止之后经过了一定时间的冷起动，因此将暖机时间Ta设定为比较长的时间。此外，暖机时间Ta随着温度差Td的增加而被设定得较短，在温度差Td比较大时，能够推断出：本次发动机起动为发动机停止后在短时间内再次起动的热起动，因而将暖机时间Ta设定为更短的时间(或者0sec(即不进行暖机运转))。
这是因为，在温度差Td比较大时(即热起动时)仅需较短的暖机时间，而在温度差Td比较小时(冷起动时)则到暖机结束为止需要较长时间。
更为具体地说明的话，在第一温度T1为-20℃且温度差Td为0℃(即第二温度T2也为-20℃)时，推断为冷起动，并将暖机时间Ta确定为112sec。此外，在第一温度T1为-20℃且温度差Td为15℃(即，第二温度T2为-5℃)时，推断为热起动，并将暖机时间Ta确定为0sec。另外，在第一温度T1比较高时(具体来说是在20℃以上时)，由于无需暖机运转，因此无论温度差Td为多少都将暖机时间Ta确定为0sec。此外，在图5中省略了下述内容：在第一温度T1比第二温度T2大时，即温度差Td为负值时，无论第一温度T1为多少都将暖机时间Ta确定为0sec。
这样，在S14中，发动机10被起动了的时候，基于第一温度传感器82的输出(第一温度T1)、以及第二温度传感器84与第一温度传感器82的输出的差分(温度差Td)来确定发动机10的暖机时间Ta。在暖机时间Ta确定后，通过未图示的程序进行暖机运转。具体来说，从发动机10起动开始到经过暖机时间Ta为止，控制阻风门用电动机74的动作使该阻风门用电动机74向关闭方向驱动阻风门62。由此，增加了供给到进气通道62中的燃料量，发动机10进行暖机，并提高了其起动性。
接下来前进到S16，控制节气门用电动机72的动作，使发动机转速达到预定作业转速。该预定作业转速是根据所连接的负载36设定的发动机转速。
接下来前进到S18，判断是否经过了暖机时间Ta。该判断是通过下述方式进行的：在发动机10起动并开始暖机运转时以未图示的其他程序开始计数，并确认该计数值是否达到暖机时间Ta。
在S18中判断为否定时，回到S16重复上述处理，另一方面，在判断为肯定时，前进到S20。另外，在S18中判断为肯定，即经过了暖机时间Ta使得暖机运转结束时，在下次及以后的程序循环中在S10中判断为肯定，跳过S12至S18的处理而前进到S20。
在S20中，判断是否处于所连接的作业设备等负载36不消耗动力的无负载状态。S20的判断是基于节气门开度进行的。具体来说，在发动机转速收敛于预定作业转速并处于稳定的状态时，将阈值设定为节气门开度与预定值相加得到的值，对节气门开度小于阈值的次数进行计数，并且在该次数超过预定值时判断为无负载状态。
由此，能够适当地设定阈值并高精度地判断无负载状态。此外，在节气门开度小于阈值的次数超过预定值时判断为无负载状态，因此，通过适当设定预定值，不会出现将施加有小负载的状态判断为无负载状态的情况。另外，上述对无负载状态判断的详细内容在本申请人在先提出的专利申请2008-249695号中有所记载，因此省略其进一步的说明。
在S20中判断为否定时前进到S22，将发动机转速控制为预定作业转速(以维持预定作业转速的方式进行控制)，另一方面，在判断为肯定时前进到S24，将发动机转速控制为被设定得低于作业转速的怠速转速。
在S24中，处于无负载状态时，将发动机转速控制为怠速转速，然而如上所述，到发动机10的暖机运转结束为止都是以预定作业转速进行运转的，因此即使是在例如达到怠速转速后负载36立即工作，使得节气门68急开(负载急剧变化)的情况下，也不会发生失速现象。
如上所述，在本发明的实施例中，通用内燃机的控制装置由搭载于电子电路基板(基板)80上的电子控制单元(ECU)76构成，该电子电路基板80被配置在通用内燃机(发动机)10的内燃机主体(发动机主体)10a附近，该通用内燃机的控制装置构成为具有：第一温度传感器82，该第一温度传感器82在所述基板80上配置于远离所述内燃机主体10a的位置(端部80a)；第二温度传感器84，该第二温度传感器84在所述基板80上配置于比所述第一温度传感器82靠近所述内燃机主体10a的位置(端部80b)；暖机时间确定单元(ECU 76。S14)，在所述内燃机10被起动了的时候，该暖机时间确定单元基于所述第一温度传感器82的输出(第一温度T1)、以及所述第二温度传感器84与所述第一温度传感器82的输出(第一温度T1、第二温度的T2)的差分(温度差Td)来确定所述内燃机10的暖机时间Ta；以及内燃机转速控制单元(ECU 76。S18、S22)，在经过了所述确定的暖机时间Ta后，该内燃机转速控制单元将内燃机转速(发动机转速)控制为预定作业转速。
这样，将第一温度传感器82配置于基板80上且不易受到发动机温度的影响且周边温度根据外部气温而变化的位置(端部80a)，而将第二温度传感器84配置于基板80上且容易受到发动机温度的影响且周边温度随发动机温度而变化的位置(端部80b)，在发动机10被起动了的时候，基于各传感器的输出(第一温度T1、第二温度T2)确定暖机时间Ta，因此，结构简易，并且能够适当地确定与外部气温和发动机温度相对应的暖机时间Ta。由此，能够使暖机运转在适当的暖机时间Ta内结束，因此能够提高燃料消耗性能，也能够防止失速。
此外，由于是构成为基于第一温度传感器82的输出(第一温度T1)、以及第二温度传感器84的输出与第一温度传感器82的输出的差分(温度差Td)来确定发动机10的暖机时间Ta，因此即使是在寒冷地区等各种外部气温下使用发动机10的情况下，也能够将暖机时间Ta确定为适当的值。
此外，由于是在经过了所确定的暖机时间Ta后，将发动机转速控制为预定作业转速，因此在经过暖机时间Ta并结束暖机运转后，能够使发动机10以根据所连接的作业机(负载36。例如发电机)而设定的预定作业转速进行运转。
此外，该通用内燃机的控制装置具有无负载状态判断单元(ECU76)，该无负载状态判断单元在经过了所述确定的暖机时间Ta后，判断是否处于与所述内燃机10连接的负载36不消耗由所述内燃机10输出的动力的无负载状态(S20)，并且，所述内燃机转速控制单元在判断为处于所述无负载状态时，将所述内燃机转速控制为怠速转速(S20、S24)，因此，能够在处于无负载状态时使发动机转速降低至怠速转速，由此能够降低噪音，并且能给进一步提高燃料消耗性能。
此外，在构成为基于节气门68的开度对是否处于无负载状态进行判断的情况下，能够防止误判断。即，在暖机运转中节气门开度容易发生大的变动，因此如果基于当时的节气门开度进行无负载状态的判断的话，即使存在负载都有可能误判断为无负载状态，然而如上所述，在经过了暖机时间Ta且暖机运转结束、节气门开度的变动处于比较稳定的状态时，执行所述判断，由此能够防止发生这种误检测。
另外，在上述中，将暖机时间Ta和发动机10的排气量等以具体的值示出了，然而所述暖机时间Ta和发动机10的排气量等并不限定于示例的值。
此外，构成为由化油器60进行燃料供给，然而并不限定于此，也可以构成为在进气口20配置喷嘴(燃料喷射阀)来供给燃料。
Claims (2)
1.一种通用内燃机的控制装置，该通用内燃机的控制装置由搭载于电子电路基板上的电子控制单元构成，该电子电路基板配置于通用内燃机的内燃机主体附近，其特征在于，
该通用内燃机的控制装置具有：
第一温度传感器，该第一温度传感器在所述基板上配置于远离所述内燃机主体的位置；
第二温度传感器，该第二温度传感器在所述基板上配置于比所述第一温度传感器靠近所述内燃机主体的位置；
暖机时间确定单元，在所述内燃机被起动了的时候，该暖机时间确定单元基于所述第一温度传感器的输出、以及所述第二温度传感器的输出与所述第一温度传感器的输出的差分来确定所述内燃机的暖机时间；以及
内燃机转速控制单元，在经过了所述确定的暖机时间后，该内燃机转速控制单元将内燃机转速控制为预定作业转速。
2.根据权利要求1所述的通用内燃机的控制装置，其特征在于，
该通用内燃机的控制装置具有无负载状态判断单元，在经过了所述确定的暖机时间后，该无负载状态判断单元判断是否处于与所述内燃机连接的负载不消耗由所述内燃机输出的动力的无负载状态，并且，
在判断为处于所述无负载状态时，所述内燃机转速控制单元将所述内燃机转速控制为怠速转速。
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