CN1882773A - 发动机的起动装置 - Google Patents

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Abstract

在通过反冲式起动器起动的发动机中，要避免错过惯性旋转中的着火机会。当通过反冲式起动器(41)使发动机(42)旋转时，与发动机(42)直接连接的发电机的输出增大，在定时t0，CPU(27)被重启。当在定时t1从转数传感器(29)向CPU(27)输入脉冲(P1)时，在经过预定时间(T1)时(t2)，输出最初的点火指示。在定时t3从转数传感器(29)输入脉冲(P2)。此时，由于CPU(27)正常工作，因而根据脉冲(P1)和(P2)之间的间隔来计算发动机转数。按照所计算出的转数从点火时间图(30)求出点火时间，根据该点火时间在定时t4输出点火指示。之后，使用点火时间图(30)来确定点火时间。

Description

发动机的起动装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机(以下称为“发动机”)的起动装置，特别涉及这样的发动机起动装置，其具有微型计算机，不设置电池，能够通过反冲式起动器等手动式起动操作装置容易地起动发动机。
背景技术
在具有反冲式起动器等手动式起动操作装置的通用发动机或农用发动机等小型发动机中，通常，发动机的点火定时被预先机械地设定，而点火位置(点火时间)通过电路常数的调节而改变。
与此相对，近年来提出了这样的方案：在发动机上安装点火装置，该点火装置通过微型计算机对点火时间进行数字式控制(例如，日本专利公报特开平9-236071号)。
专利文献1：日本专利公报特开平9-236071号
在记载于上述公报的点火装置中，在发动机起动时，首先需要通过电池的电力起动微型机算机(CPU)。因此，在不安装电池等电源的例如耕耘机或收割机等的发动机驱动工作机中，在通过手动操作使发动机旋转的情况下，在从由该发动机驱动的发电机向CPU供给能够使CPU工作足够的电力之前，不能够执行点火动作。
为了通过来自发电机的电力来执行发动机的点火起动，在通过手动式起动操作装置而开始了旋转的发动机通过惯性进行旋转的期间，即在通过惯性旋转进行发电的期间，需要进行一系列的处理(CPU的重启、CPU的工作、以及确定点火时间的软件处理)。因此，对于没有电池的所谓的无电池发动机，采用使用CPU的数字控制式点火装置是非常困难的。
另一方面，虽然考虑过对CPU工作之前的最初点火信号不进行CPU处理而通过电路进行硬件处理，但是由于需要专用的硬件结构，因而无法避免电路的复杂化。
发明内容
本发明目的在于，解决上述问题，提供一种发动机起动装置，其能够在通过手动操作的发动机的惯性旋转过程中，使CPU工作从而开始点火动作。
本发明为一种发动机的起动装置，具有点火装置，该点火装置由以发电机的输出电力为电源的微型计算机控制，所述发电机与发动机直接连接，本发明的第一特征在于，具有使与所述发动机的曲轴连接的飞轮旋转的手动起动操作装置，所述微型计算机具有这样的初始点火功能：所述微型计算机在通过由所述手动起动操作装置的操作所产生的所述发电机的输出电力而工作后，响应最初输入到该微型计算机中的发动机旋转位置的基准信号，在经过预先设定的时间时产生点火指示。
本发明第二特征在于，所述预先设定的时间设定为：在通过所述手动起动装置的操作使发动机为最低起动转数时，在比额定运转时使用的点火角度滞后的点火角度产生点火指示。
本发明第三特征在于，所述微型计算机构成为：在利用所述初始点火功能产生点火指示后，在对应于发动机的转数的点火角度产生点火指示。
本发明第四特征在于，所述点火装置是构成为在对应于所述发动机的转数的点火角度点火的数字控制方式的点火装置。
在利用反冲式起动器等的手动起动操作中，需要在惯性旋转的短时间内进行点火指示以避免错过着火机会。在本发明中，如果微型计算机工作，则在此后以有输入信号时为基准的时刻产生点火指示，因此能够执行点火而不会错过惯性旋转中较少的着火机会。该点火指示不需要特别的电路结构，其能够通过用微型计算机进行软件处理来产生。
特别地，根据第二特征，在最低起动转数时，由于设定为在比额定运转时使用的点火角度滞后的点火角度产生点火指示，因此即使存在起动操作的偏差，即发动机起动转数有变动时，如果达到最低起动转数，就能够在适当的着火范围(zone)执行最初的点火指示，而与该变动无关。
另外，根据第三特征，能够将第二次以后的点火指示设定成与转数对应的最佳值。
此外，根据第四特征，能够响应发动机转数快速且容易地确定点火角度，因此能够在发动机惯性旋转过程中的较短时间内迅速进行点火指示。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的发动机起动装置的动作的时间图。
图2是适合使用本发明的一个实施方式的发动机起动装置的收割机的立体图。
图3是适合使用本发明的一个实施方式的发动机起动装置的管理机的立体图。
图4是安装有反冲式起动器的发动机的主要部分立体图。
图5是表示发动机起动装置的硬件结构的方框图。
图6是表示发动机转数和点火时间的关系的特性图。
图7是表示发动机转数和点火时间的关系的特性图。
标号说明
1、42：发动机；27：CPU(微型计算机)；29：转数传感器；30：点火时间图；40：管理机；41：反冲式起动器。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。图2是作为工作机的第一例的收割机的立体图，该收割机安装有能够使用本发明的一个实施方式的发动机起动装置的发动机。在图2中，收割机100包括：发动机1；操作套管20，其从发动机1开始延伸，并且在末端具有收割刀110；手柄120，其设置于操作套管20的中途；以及操作装置16，其设置在手柄120的右侧端部，兼用作握柄。另外，还设置有从操作装置16延伸至发动机的化油器8的节气门拉索9。发动机1是适用于收割机100的小型(例如排气量为25立方厘米)的空冷式四冲程单气缸发动机，使用未图示的反冲式起动器通过手动操作来使发动机1起动。
图3是作为工作机的第二例的管理机的立体图，所述管理机安装有可使用本发明的一个实施方式的发动机起动装置的发动机。在管理机40中设置有具有反冲式起动器41的纵轴输出的发动机42；发动机42的输出传递至下方的工作部轴43。在工作部轴43上安装有多个耕耘爪44。手柄柱(handle post)45从发动机42的架体向后上方延伸，其末端分为两股，从而形成手柄46，在手柄末端设有握柄47、47。在手柄柱45上设有沿上下方向延伸的柱48，在柱48的上端设有用于提起管理机40进行搬运的握柄49，柱的下端部50作为调整耕耘高度用的阻力杆发挥作用。
在右手柄上设有节气门操纵杆(throttle lever)51，节气门拉索52与未图示的化油器连接。在左手柄的握柄47上设有发动机停止开关53。从发动机停止开关53引出的开关线54与发动机42内的燃料切断器和点火停止装置连接。
图4是取下了反冲式起动器41的发动机的上部立体图。在发动机42的曲轴(末端以标号60表示)上，连接有具有风扇叶片57a的飞轮57。点火线圈58与飞轮57邻接配置。在曲轴上与飞轮57一起还安装有起动带轮(starter pulley)59。起动带轮59形成为杯状，其端面形成与所述反冲式起动器41卡合的凸轮面59a。
图5是表示适用于图2、3中的发动机的发动机起动装置的结构的方框图。发动机1、42(下面以发动机42来代表)具有与该发动机42直接连接的飞轮发电机。从该飞轮发电机的发电线圈24输出的电流通过整流电路25进行整流。经整流的电流输入到调压器26而被调节成预定电压。即，调压器26调节发电线圈24的输出电压使其适合用作CPU27的工作电压和点火线圈28的初级电压。
转数传感器29根据由整流电路25整流后的波形按发电机的每一转输出脉冲信号。在CPU27中，根据该脉冲信号的周期来计算发电机的频率即代表发动机42的转数的值。设有关于发动机转数设定了点火时间(用曲轴角度表示)的点火时间图30，其中上述发动机转数是根据转数传感器29的输出脉冲而由CPU27计算出的发动机转数。CPU27检索点火时间图30，以读出与所输入的发动机转数对应的点火时间。CPU27也可以构成为不从图中检索点火时间，而是使用预先设定的发动机转数的函数式来计算点火时间。总之，能够对发动机转数和点火时间之间的关系进行使用数字数据的数字运算处理。
发动机42的曲轴角度能够通过对转数传感器29的输出脉冲定时附加与转数传感器29的配置位置对应的系数来进行检测。在从点火时间图30读出的曲轴角度与通过转数传感器29的输出脉冲定时检测到的当前的曲轴角度一致时，CPU27向点火线圈28输出点火指示。点火线圈28响应该点火指示，使与火花塞32连接的次级线圈产生高压，从而使火花塞32点火。
为了使用上述点火时间图30来确定点火时间并使火花塞32点火，必须使CPU27工作以使程序开始正常工作。在本实施方式中对程序进行设定使得能够在程序正常工作之前产生点火指示。
图1是表示点火指示的输出定时的时间图。在图1和图3～5中，当操作反冲式起动器41使飞轮57旋转时，与发动机42直接连接的发电机的输出增大，调压器26的电压(电源电压)逐渐增加，并在定时t0变成CPU27可启动的电压，使得CPU27重启、CPU27工作。然后，在定时t1，作为给CPU27的最初的信号，输入来自转数传感器29的脉冲P1。当输入该脉冲P1时，在经过预先设定的时间T1后的定时t2，CPU27输出最初的点火指示。然后，在定时t3从转数传感器29输入脉冲P2。由于CPU27在定时t0已经正常工作，因此可根据脉冲P1和P2之间的时间间隔来计算发动机42的转数。若计算出发动机42的转数，则按照该转数来检索点火时间图30，从而求出点火时间。然后，按照该点火时间在定时t4输出点火指示。以后也是同样地，在使用点火时间图30的根据发动机转数所确定的点火时间进行点火，使发动机42正常运转。
下面表示如何确定CPU27重启后在产生最初的点火指示之前的时间的方法。图6是表示发动机的点火时间和转数之间的关系的图。这里，假定额定运转时的适当的点火时间是压缩上止点前(BTDC)30°的情况。在图6中表示这样的情况下的转数的变化与实际的点火时间之间的对应关系的模拟结果：以各种力牵引反冲式起动器的情况，即设定成在以各种转数使发动机起动时各点火时间为BTDC30°的情况。
在图6中，如线a所示，当设定成：在操作反冲式起动器而获得500rpm的发动机转数时的点火时间为BTDC30°时，对应于转数的点火时间为快速向右下降的特性。由该线a可知，当进一步以强力牵引反冲式起动器时，点火时间大幅度地滞后。
如线h所示，当设定成：在操作反冲式起动器而获得1000rpm的发动机转数时的点火时间为BTDC30°时，对应于转数的点火时间为平缓地向右下降的特性。当进一步以强力牵引反冲式起动器时，该线h的滞后程度较缓，另一方面，还表示：在牵引反冲式起动器的力不能使发动机转数达到1000rpm时，点火时间超前于适当的点火时间。
与此相对，如线e所示，当设定成：在操作反冲式起动器而获得750rpm(最低起动转数)的发动机转数时的点火时间为BTDC30°时，即使以更强的力进行牵引，对应于转数的点火时间仍是平缓地向右下降，因此滞后程度较平缓，超前量收敛在适当的范围内。
所以，理想的是，设定成：在操作反冲式起动器而获得最低起动转数时的点火时间为额定转数的点火时间BTDC30°(如线e所示进行设定)。但是，至少进行这样的设定即可：在牵引反冲式起动器获得最低起动转数时，点火角度比额定运转时的点火角度滞后。这是因为：当以较大的力进行牵引时，点火时间的滞后量变大，但是由于发动机的惯性较大，因此可以克服压缩上止点的超越转矩而超越压缩上止点。即，最初的点火时间的推荐范围是图6中的线d、e的范围。
另外，基于上述理由，在使用于发动机惯性变大的旋转区域的情况下，即在最低起动转数设定得较高的情况下，a、b、c也能够充分对应。
但是，在最低起动转数设定得较低的情况下，理想的是在最低起动转数时确保点火角度大于等于BTDC0°。
在图6中，箭头D所示的范围，是发动机起动时的转数区域的一例，特别是在箭头E所示的范围内，由于不能获得用于超越压缩上止点的足够的转矩，因此点火时间的滞后有效。另一方面，在箭头F所示的范围内，由于通过反冲式起动器的旋转的惯性较大，因此能够获得超越压缩上止点的足够的转矩。
图7是表示点火时间图的一例的图。在CPU27起动、程序被设定后，使用该点火时间图来确定点火时间。即，在图1所说明的例子中，在确定脉冲P2以后的点火指示的定时时，使用该点火时间图。如图所示，点火时间设定为伴随发动机转数分阶段地超前。超前量用以上止点为基准的曲轴角度表示。在发动机转数在2000rpm之前时超前量设定为5°，在发动机转数在2000rpm～4500rpm的范围内时超前量设定为15°。另外在发动机转数为大于等于4500rpm的额定运转时超前量设定为30°。
在上述实施方式中，作为起动操作装置，以用手操作的反冲式起动器为例进行了说明，但是在本实施方式中，手动起动操作装置不限于用手操作的反冲式起动器，也包括用脚操作的脚踏式或以弹簧为辅助动力进行起动的形式的装置。总之，表示不使用电池等电源而主要是利用人力来使发动机起动的装置，本发明适用于通过这样的装置进行起动的发动机。

Claims (4)

1.一种发动机的起动装置，包括：发动机；与该发动机直接连接的发电机；以及点火装置，该点火装置由以该发电机的输出电力为电源的微型计算机控制，其特征在于，
具有使与所述发动机的曲轴连接的飞轮旋转的手动起动操作装置，
所述微型计算机具有这样的初始点火功能：所述微型计算机在通过由所述手动起动操作装置的操作所产生的所述发电机的输出电力而起动后，响应最初输入到该微型计算机中的发动机旋转位置的基准信号，在经过预先设定的时间时产生点火指示。
2.根据权利要求1所述的发动机的起动装置，其特征在于，
所述预先设定的时间设定为：在通过所述手动起动装置的操作使发动机为最低起动转数时，在比额定运转时使用的点火角度滞后的点火角度产生点火指示。
3.根据权利要求1所述的发动机的起动装置，其特征在于，
所述微型计算机构成为：在利用所述初始点火功能产生点火指示后，在对应于发动机的转数的点火角度产生点火指示。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发动机的起动装置，其特征在于，
所述点火装置是构成为在对应于所述发动机的转数的点火角度点火的数字控制方式的点火装置。
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