JP2003097315A

JP2003097315A - 汎用エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2003097315A
Application number: JP2001287324A
Authority: JP
Inventors: Yuki Fukushima; 友樹福嶋; Takao Tamechika; 隆男為近
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】２気筒以下で、キャブレタを介して燃料を供
給する汎用エンジンの制御装置において、スロットルバ
ルブの開度指示を物理的な限界値で規制してロバストな
制御を実現する。【解決手段】演算された開度指示値をスロットルバル
ブ４０の物理的上限値と比較し（Ｓ５００）、それより
大きいときは開度指示値を物理的上限値に置換する（Ｓ
５０２）。また、演算された開度指示値を物理的下限値
と比較し（Ｓ５０４）、それより小さいときは開度指示
値を物理的下限値に置換する（Ｓ５０６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は汎用エンジンの制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】汎用エンジン、即ち、単気筒あるいは２
気筒以下の気筒数を備え、スロットルバルブで調量され
た吸入空気をキャブレタを介してガソリン燃料と混合し
て気筒に吸入させ、点火して燃焼させる火花点火式の内
燃エンジンは、良く知られており、携帯発電機、農作業
機、土木作業機など種々の機械の動力源として使用され
ている。

【０００３】この種の汎用エンジンにあっては堅牢で安
価であることが望まれるので、燃料供給系にはキャブレ
タが用いられると共に、始動もリコイルスタータを介し
て手動で行われる。さらに、使用回転域も一定している
ことから、通例、ウエイトとスプリングからなる機械的
なガバナを用いて回転数を制御している。

【０００４】しかしながら、この種の汎用エンジンにあ
っても、近時、スロットルバルブにリニアソレノイドあ
るいはステップモータなどのアクチュエータを接続し、
マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）を用いてアクチュエータの指令値をＰＩＤ制御する
ことも提案されつつある。

【０００５】さらに、汎用エンジンではないが、乗用車
用の内燃エンジンに関しては、例えば、特開平１０−１
０３１３１号公報に記載されるように、適応制御器を用
いて空燃比を制御することが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】機械式ガバナは電源が
不要で安価であるが、負荷の多寡に関わらず一定回転を
保持するのが困難であると共に、機種や使用回転域に応
じてスプリング特性などを設定する必要があった。また
スロットルバルブにアクチュエータを接続してその指令
値をＰＩＤ制御則を介して制御する場合、発電機などの
負荷に応じてＰＩＤ制御ゲインを設定する必要があると
共に、使用回転域が変更されると、ゲインを設定し直す
必要がある。即ち、ＰＩＤ制御則を用いて制御する場
合、制御対象の特性が変化したとき、最適な安定性と追
従性が保証されない不都合がある。

【０００７】それに対し、アクチュエータの指令値を適
応制御則を用いて設定するようにすると、演算量は増加
するものの、負荷を考慮することなくゲインを設定でき
る点で、制御対象の特性の変化に対してロバストな制御
を実現することができると共に、使用回転数を自由に設
定できるなどの利点がある。

【０００８】そのような適応制御を実機に応用すると
き、実際の汎用エンジンのスロットルバルブには物理的
な上下限値があり、演算された開度指示値がそれを超え
た場合、制御系が成り立たなくなる。

【０００９】即ち、スロットルバルブにおいて全閉開度
相当位置は、固着防止のために、所定量だけ開放方向に
設定された値を下限開度とするのが望ましい。また、全
開開度相当位置も、エンジンの出力が最大となる開度以
上に開放するのは意味がないので、エンジンの出力が最
大となる開度を上限開度とするのが望ましい。

【００１０】従って、この発明の目的は上記した課題を
解消することにあり、少なくとも２気筒以下の個数の気
筒を備え、スロットルバルブで調量された吸入空気をキ
ャブレタを介してガソリン燃料と混合して前記気筒に吸
入させ、点火して燃焼させる火花点火式の内燃エンジン
からなる汎用エンジンにおいて、前記スロットルバルブ
にアクチュエータを接続し、アクチュエータの指令値を
適応制御則を用いて演算すると共に、スロットルバルブ
の開度指示値を物理的な限界値で規定してロバストな制
御を実現するようにした汎用エンジンの制御装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１項にあっては、少なくとも２気筒以下の
個数の気筒を備え、スロットルバルブで調量された吸入
空気にキャブレタを介してガソリン燃料を噴射し、よっ
て生成された混合気を前記気筒に吸入させて点火・燃焼
させる火花点火式の内燃エンジンからなる汎用エンジン
の制御装置において、前記エンジンの回転数を検出する
エンジン回転数検出手段、前記スロットルバルブに接続
され、指令値に応じて作動して前記スロットルバルブを
開閉するアクチュエータ、前記エンジンの目標回転数を
決定する目標回転数決定手段、パラメータ同定機構を備
えると共に、前記検出された回転数が前記目標回転数に
一致するように、前記パラメータ同定機構で同定された
適応パラメータを用いて前記アクチュエータに供給すべ
き指令値を演算する適応制御器、前記演算された指令値
に基づき、前記アクチュエータに供給すべき指令値を決
定する指令値決定手段を備えると共に、前記指令値決定
手段は、前記演算された指令値を第１の所定値と比較
し、前記演算された指令値が第１の所定値より小さいと
き、前記演算された指令値を前記第１の所定値に置換す
る第１置換手段、前記演算された指令値を第２の所定値
と比較し、前記演算された指令値が第２の所定値より大
きいとき、前記演算された指令値を前記第２の所定値に
置換する第２置換手段を備え、前記第１置換手段および
第２置換手段のいずれかによって置換された値を前記指
令値として決定する如く構成した。

【００１２】演算された指令値を第１の所定値と比較
し、第１の所定値より小さいとき、第１の所定値に置換
し、演算された指令値が第２の所定値より大きいとき、
第２の所定値に置換すると共に、置換された値を指令値
として決定する如く構成したので、適応制御演算で決定
されたアクチュエータに供給すべき開度指示値を物理的
な限界値で規制することとなり、制御対象の特性の変化
に対してロバストな適応制御系を構築することができ
る。

【００１３】請求項２項にあっては、前記第１の所定値
が、前記スロットルバルブの全閉相当開度より所定量だ
け開放方向に設定される値である如く構成した。

【００１４】前記第１の所定値が、前記スロットルバル
ブの全閉相当開度より所定量だけ開放方向に設定される
値である如く構成したので、前記した効果に加え、スロ
ットルバルブの固着（貼り付き）を防止することができ
る。

【００１５】請求項３項にあっては、前記第２の所定値
が、前記エンジンの最大出力を示す、前記スロットルバ
ルブの開度に相当する値である如く構成した。

【００１６】前記第２の所定値が、前記エンジンの最大
出力を示す、前記スロットルバルブの開度に相当する値
である如く構成したので、スロットルバルブを不要に開
放することがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に即し、この発明
の一つの実施の形態に係る汎用エンジンの制御装置を説
明する。

【００１８】図１はその汎用エンジンの制御装置を全体
的に示す概略図である。

【００１９】図１において、符号１０は汎用エンジン
（以下「エンジン」という）を示し、エンジン１０は、
水冷４サイクルのＯＨＶ型であり、１９６ｃｃの排気量
を備える。

【００２０】エンジン１０は１個の気筒（シリンダ）１
２を備え、その内部にピストン１４が往復動自在に収容
される。ピストン１４はクランクシャフト１６に連結さ
れ、クランクシャフト１６はギヤを介してカムシャフト
１８と連結される。

【００２１】ピストン１４の頭部と気筒壁面の間には燃
焼室２０が形成されると共に、気筒壁面には吸気バルブ
２４と排気バルブ２６が配置され、燃焼室２０と吸気路
２８あるいは排気路３０の間を開閉する。

【００２２】クランクシャフト１６にはフライホイール
３２が取り付けられると共に、フライホイール３２の先
端側には操作者がエンジン１０を始動させるための、リ
コイルスタータ３４が取り付けられる。フライホイール
３２の内側には発電コイル（オルタネータ）３６が配置
され、交流を発電する。発電された交流は整流回路（図
示せず）を介して直流に変換され、点火プラグ（図示せ
ず）などに供給される。

【００２３】吸気路２８の上流にはキャブレタ３８が配
置されると共に、それと一体に構成されたスロットルバ
ルブ４０が配置される（図１においてスロットルバルブ
４０はその軸で示す）。キャブレタ３８は燃料タンク
（図示せず）に燃料管（図示せず）を介して接続され、
そこに貯留されたガソリン燃料を供給され、吸入された
空気にノズルからガソリン燃料を噴射して混合気を生成
する。生成された混合気は吸気路２８の下流を流れ、吸
気バルブ２４を通って気筒１２の燃焼室２０に吸入され
る。

【００２４】スロットルバルブ４０はステップモータ
（アクチュエータ）４６が接続され、指令値（ステップ
（角））を供給されて動作し、指令値に応じてスロット
ルバルブ４０を開閉する。尚、図１においてステップモ
ータ４６はキャブレタ３８の裏側に配置されるため、想
像線で示す）。

【００２５】また、フライホイール３２の付近には電磁
ピックアップからなるクランク角センサ（回転数セン
サ）４８が設けられ、クランク角度１２度ごとにパルス
を出力する。このように、クランク角センサ４８はクラ
ンクシャフト１回転（クランク角度で３６０度）当たり
３０個、即ち、カムシャフト１回転（クランク角度７２
０度）当たり６０個のパルスを出力する。

【００２６】エンジン１０の適宜位置にはケース内に収
容されたＥＣＵ（電子制御ユニット）５０が配置され、
クランク角センサ４８の出力はＥＣＵ５０に送られる。
ＥＣＵ５０はマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ，
ＲＯＭ，ＲＡＭおよびカウンタを備える。ＥＣＵ５０に
おいてクランク角センサ４８の出力パルスはカウンタに
入力され、そこでカウントされてエンジン回転数（以下
「回転数」と略称する）ＮＥが算出（検出）される。

【００２７】ＥＣＵ５０は検出された回転数などに基づ
き、後述するように適応制御演算（適応制御器およびパ
ラメータ同定機構からなる適応制御則を用いた演算）を
行い、検出された回転数が目標回転数に一致するように
ステップモータ（アクチュエータ）４６の指令値を算出
し、前記したケース内に隣接して配置されたモータドラ
イバ５４を通じて指令値をステップモータ４６に出力し
て作動させる。尚、エンジン１０には、発電機（図示せ
ず）が負荷として接続される。また、図１において符号
５８は冷却ファンを、符号６０はヘッドカバーを示す。

【００２８】図２はそのＥＣＵ５０の動作を機能的に示
すブロック図である。

【００２９】図示の如く、ＥＣＵ５０は、回転数検出部
１００（クランク角センサ４８、カウンタ）で検出され
る回転数ＮＥと、目標回転数入力部１０２で入力された
目標回転数ＮＥＭなどに基づいて適応制御演算部１０４
において適応制御演算を行って指令値（スロットル開度
指示値）を算出し、モータドライバ５４を介してステッ
プモータ４６を作動させ、スロットルバルブ４０を開閉
する。

【００３０】また、回転数検出部１００の出力は点火処
理・過回転検出部１０６にも入力され、そこで点火処理
と過回転検出が行われる。点火処理は、メインＳＷ（ス
イッチ）がオンされた状態で、所定のクランク角度で前
記した整流回路の出力を点火コイル（図示せず）の１次
側に供給して通電を開始し、所定のクランク角度（例え
ばＢＴＤＣ１０度）で通電を遮断して２次側に高電圧を
生じさせ、点火プラグを通じて気筒１２の燃焼室内の混
合気が着火されて燃焼する。尚、メインＳＷは、ＥＣＵ
５０に動作電源を供給するためのスイッチであるが、図
１で図示を省略した。

【００３１】このように、点火は固定点火であり、また
エンジン１０はバッテリを備えない。尚、点火処理・過
回転検出部１０６は、検出された回転数ＮＥを上限値と
比較し、検出回転数が上限値を超えるときは過回転数と
判断し、点火をカット（中止）し、エンジン１０を停止
させる。

【００３２】尚、図１においてエンジン１０として単気
筒のエンジンを示したが、この実施の形態に係る汎用エ
ンジンの制御装置は、２気筒の汎用エンジンについても
同様に妥当する。逆に言えば、この実施の形態に係る汎
用エンジンの制御装置にあっては、２気筒以下の汎用エ
ンジンを前提とする。

【００３３】ここで、上記した適応制御演算部１０４が
行う適応制御演算について説明する。

【００３４】図１に示すような、スロットル開度ＴＨを
入力とするエンジン１０を簡略にモデル化して示すと、
図３に示す如くとなる。適応制御を行うに際し、図３で
破線で囲まれている部分をＥＮＧＩＮＥ（エンジン）モ
デルとみなし、１つのブロックとして扱うことにした。
尚、図３で、Ｇａは吸入空気質量、Ｇｆはガソリン燃焼
質量、Ｐｍｉはピストン１４が生じる、その質量ｍとイ
ナーシャｉの積からなる出力を意味する。

【００３５】制御の目標は、制御対象（ＥＮＧＩＮＥモ
デル）の出力である回転数ＮＥが目標値（目標回転数Ｎ
ＥＭ）と等しくなるように、入力であるスロットル開度
ＴＨを演算して調整することにある。ここでは、負荷変
動が主な未知パラメータとなり、負荷（発電機）を含め
たエンジン１０の燃焼モデルのパラメータを逐次演算で
求めることなる。

【００３６】具体的には、図４に示す構成のＳＴＲ（セ
ルフチューニングレギュレータ）を用い、図３の破線で
囲まれたＥＮＧＩＮＥモデルを制御対象とする制御モデ
ルを構築する。図４において（パラメータ）同定機構１
１０は、制御対象の入力であるスロットル開度ＴＨと回
転数ＮＥを用い、負荷変動までも含めたＥＮＧＩＮＥモ
デルのパラメータ（適応パラメータ）θハットを同定す
る（ハットは推定値を示す）。

【００３７】次いで、同定されたパラメータを用い、目
標回転数ＮＥＭと検出回転数ＮＥの差が零となるよう
に、コントローラ（適応制御器）１１２でスロットル開
度ＴＨを修正する。それを逐次繰り返すことにより、検
出回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＭと一致するようなスロ
ットル開度ＴＨを決定することができる。

【００３８】図４を参照してこの実施の形態に係る適応
制御をより具体的に説明する。尚、この適応制御自体
は、公知なものである。

【００３９】図示のプラントは、一般的には、数１のよ
うな１入力１出力の線形離散時間系で示される。

【００４０】

【数１】

【００４１】数１で、Ａ，Ｂ：プラントの伝達関数を示
す係数行列、ｙ(k):時刻ｋにおけるプラント出力（回転
数）、ｕ(k):時刻ｋにおけるプラント入力（スロットル
開度ＴＨ。より具体的にはステップモータへの指令値
（ステップ（角））、ｗ(k):時刻(k) における白色雑音
である。

【００４２】これによって、目標の回転数を得るために
は、スロットル開度をどのような値に調整すれば良いか
計算することができる筈である。しかしながら、実際に
は負荷が大きく変動すると共に、エンジンが異なれば、
特性も異なる。従って、特性の変化を推測することが必
要となる。

【００４３】そこで、目標回転数ＮＥＭをｙｍ（ｋ）、
既知パラメータ（適応パラメータ）をθ、既知信号をζ
(k) とおくと共に、プラントのパラメータを未知として
θを可調整パラメータθハットＴ(k) で置き換え、プラ
ントの入力ｕ(k) 、即ち、コントローラ出力を数２のよ
うに算出するようにした。尚、Ｔは転置行列であること
を示す。

【００４４】

【数２】

【００４５】数２でｂ０は、ゲインを決定するスカラ量
である。尚、θとζ(k) は、それぞれ、数３のように示
される。

【００４６】

【数３】

【００４７】これによって、汎用エンジン１０において
負荷が変動したり、機種が相違しても、特性の変化を推
測することができる。尚、図示の構成において、パラメ
ータ調整則は数４あるいは数５のようになる。

【００４８】

【数４】

【００４９】

【数５】

【００５０】数５に示すパラメータ調整則を用いると、
可変ゲインλ１(k) ，λ２(k) の選び方によって固定ゲ
イン、漸減ゲイン、最小二乗法および固定トレースから
なる４種のアルゴリズムを選択することができる。

【００５１】この実施の形態においては、数４に示すパ
ラメータ調整則を選び、後述するように適応パラメータ
θの同定速度（収束性）を決定する収束ゲインγの値を
回転数偏差に応じて可変に設定するようにした。尚、数
４でεは同定誤差を示す信号である。

【００５２】上記を前提とし、図５フロー・チャートを
参照してこの実施の形態に係る汎用エンジンの制御装置
の動作を説明する。

【００５３】図示のプログラムは、リコイルスタータ３
４を介してエンジン１０が手動で始動されると、前記し
たＥＣＵ５０において実行され、１０ｍｓｅｃごとにル
ープされる。

【００５４】先ず、Ｓ１０において発電コイル（オルタ
ネータ）３６の出力電圧がエンジン１０の完爆回転数相
当値まで立ち上がったか否か、換言すれば、エンジン１
０が始動されたか否か判断する。尚、ＥＣＵ５０は、そ
の完爆回転数相当値未満の電圧で起動され、図示のプロ
グラムが実行されて１０ｍｓｅｃごとにループされる。

【００５５】Ｓ１０で否定されるときは以降の処理をス
キップすると共に、肯定されるときはＳ１２に進み、ス
ロットル位置初期化処理を行う。これは具体的には、ス
テップモータ４６に指令値（ステップ（角））を出力
し、スロットルバルブ４０を全閉開度相当位置、より具
体的には全閉開度を０度、全開開度を９０度とすると
き、スロットルバルブ４０の固着を考慮して２度程度の
開度位置に駆動する。

【００５６】続いてＳ１４に進み、検出回転数ＮＥの算
出を行う。

【００５７】図６はその処理を示すサブルーチン・フロ
ー・チャートである。

【００５８】以下説明すると、Ｓ１００においてクラン
ク角センサ４８の出力パルスの経過時間を測定して順次
加算する。経過時間は、図７に示すように、パルスの立
ち上がりから次の立ち上がりまでの時間を示す。次いで
Ｓ１０２に進み、規定個数（具体的には６０個）のパル
スについて経過時間の加算が終了したか否か判断し、肯
定されるときはＳ１０４に進み、出力パルスの経過時間
の平滑化を行う。

【００５９】具体的には、経過時間の合計値を規定個数
６０で除算し、パルス間隔の移動平均値（時間）を求め
ることで、回転数ＮＥを検出（算出）する。これについ
て説明すると、エンジン１０が単気筒であることから、
回転数制御に前記したような適応制御則を用いる場合、
観測パラメータである回転数が吸気、圧縮、膨張、排気
行程からなる燃焼サイクルの影響を受けて大幅に変動す
るため、安定な制御系の構築が困難となる。

【００６０】そこで、出力パルス間隔（立ち上がりから
次の立ち上がりまでの時間間隔）をクランクシャフト２
回転（クランク角度７２０）、即ち、燃焼サイクルの整
数倍、より具体的には１倍に相当する期間ごとに区切っ
て移動平均値を求めることで、観測パラメータである回
転数の平滑化を行うようにした。

【００６１】これによって、吸気、圧縮、膨張、排気行
程による変動を相殺することができ、瞬時値を用いて回
転数を観測する場合に比し、安定な制御系を構築するこ
とができる。尚、燃焼サイクルの整数倍の例として１倍
を示したが、ｎ倍（ｎ≧２）であっても良い。

【００６２】尚、図６フロー・チャートにおいてＳ１０
２で否定されるときはＳ１０４をスキップすると共に、
平均値は前回値を使用する。

【００６３】図５フロー・チャートの説明に戻ると、次
いでＳ１６に進み、目標回転数ＮＥＭのサンプリング処
理をすべきか否か判断する。

【００６４】これは、このプログラムを１０ｍｓｅｃご
とにループさせると共に、１００ｍｓｅｃごとに、換言
すれば、プログラムループ１０回に１回ごとに目標回転
数の読み込み（サンプリング）を行い、目標回転数が変
更されるときは、それに応じて目標回転数ＮＥＭを決定
（修正）するようにしたためである。従って、Ｓ１６で
はその処理を行うべきループか否か判断する。

【００６５】Ｓ１６で肯定されるときはＳ１８に進み、
目標回転数ＮＥＭの算出を行う。尚、Ｓ１６で否定され
るときはＳ１８をスキップする。

【００６６】図８はその処理を示すサブルーチン・フロ
ー・チャートである。

【００６７】以下説明すると、Ｓ２００において目標回
転数ＮＥＭを入力する。入力した目標回転数ＮＥＭをＮ
ＥＭ(k) とする。尚、この目標回転数ＮＥＭは、図２に
示す目標回転数入力部１０２で入力される値である。具
体的には、目標回転数ＮＥＭの入力は、ボリューム（図
１で図示省略）を介して入力される操作者の指示値を読
み取ることで行う。尚、目標回転数ＮＥＭをＥＣＵ５０
のＲＯＭに格納しておき、このステップで読み出すよう
にしても良い。

【００６８】次いでＳ２０２に進み、入力した目標回転
数ＮＥＭ(k) から前回の目標回転数ＮＥＭ(k-1) （図５
フロー・チャートの前回ループ時の値）を減算して差Δ
ＮＥＭを算出し、Ｓ２０４に進み、算出した差ΔＮＥＭ
が所定値ＮＥ１（具体的には３００ｒｐｍ。正値）以上
か否か判断する。即ち、所定値ＮＥ１以上の上昇要求が
なされたか否か判断し、肯定されるときはＳ２０６に進
み、前回の目標回転数ＮＥＭ(k-1) に所定値ＮＥ１を加
算して得た和を今回の目標回転数ＮＥＭ(k) とする。

【００６９】Ｓ２０４で否定されるときはＳ２０８に進
み、算出した差ΔＮＥＭが第２の所定値ＮＥ２（具体的
には−１００ｒｐｍ。負値）以下か否か判断する。即
ち、第２の所定値ＮＥ２（負値）を超える下降要求がな
されたか否か判断し、肯定されるときはＳ２１０に進
み、前記の目標回転数ＮＥＭ(k-1) から第２の所定値Ｎ
Ｅ２（負値）を加算、より正確には減算して得た差を今
回の目標回転数ＮＥＭ(k)とする。

【００７０】このように、目標回転数の単位時間当たり
の変化を所定値以下に決定するようにした。具体的に
は、回転数の上昇要求に対しては１００ｍｓｅｃ当たり
の上昇分を最大３００ｒｐｍ以下に決定すると共に、下
降要求に対しては１００ｍｓｅｃ当たりの下降分を最大
１００ｒｐｍ以下に決定するようにした。

【００７１】尚、上昇方向の値ＮＥ１を下降値の値ＮＥ
２より（絶対値において）大きくしたのは、図示の汎用
エンジン１０にあっては、同一回転数だけ変化させると
き、上昇側の方が時間がかかるためであり、従って目標
回転数の変化分も、下降側に比して大きくした。また、
ＮＥ１およびＮＥ２は、エンジンの機種や負荷の種類に
応じて実験結果を通じて決定するものとする。

【００７２】図８の処理について説明すると、適応制御
を実機（エンジン１０）に応用するとき、スロットル開
度に限界があるために入力値に制限があることから、急
激なステップ状の目標値の変化に対応できず、さらにキ
ャブレタ４２の動作遅れによる燃料制御の応答性が低い
こともあって、目標回転数に対してオーバーシュートや
制御ハンチングが生じる恐れがある。

【００７３】そこで、単位時間（１００ｍｓｅｃ）当た
りの回転数変更を制限し、徐々に変更させるようにし
た。即ち、図９に示す如く、目標回転数については、１
点鎖線で示すような急激なステップ状に変化させず、実
線で示すように徐々に変化させるようにした。これによ
り、キャブレタ４２を用いるために燃焼制御の応答性が
低いにも関わらず、目標回転数の変化に対してオーバー
シュートや制御ハンチングを生じることがない。

【００７４】図５フロー・チャートの説明に戻ると、次
いでＳ２０に進み、制御周期を算出する。

【００７５】図１０はその処理を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。

【００７６】同図の説明に入る前に、かかる処理を行う
理由を説明すると、エンジン１０の回転数制御に適応制
御則を用いる場合、制御周期が固定されると、制御系が
安定しない場合が生じ得る。即ち、前記したように、単
気筒の汎用エンジンにあっては、回転変動の周期は、吸
気、圧縮、膨張、排気行程からなる燃焼サイクルに大き
く依存する。従って、スロットルバルブ４０を駆動する
タイミングは吸気行程前が望ましく、また少なくとも燃
焼サイクルに同期させるのが望ましい。

【００７７】そこで、この実施の形態においては、回転
数に応じて最適な制御周期を予め実験を通じて求めてお
き、検出された回転数ＮＥに応じて制御周期を変えるよ
うにした。

【００７８】以下、図１０フロー・チャートを参照して
説明すると、Ｓ３００において制御周期を計算する。制
御周期は、具体的には、６００００〔ｍｓｅｃ〕を検出
回転数ＮＥで除算して商を求めることで行う。即ち、１
分間を回転数で割ることで制御周期を演算する。

【００７９】次いでＳ３０２に進み、計算値が所定値Ｔ
１（具体的には６０ｍｓｅｃ）より大きいか否か判断
し、肯定されるときはＳ３０４に進み、制御周期を所定
値Ｔ１とする。他方、Ｓ３０２で否定されるときはＳ３
０６に進み、計算値が第２の所定値Ｔ２（具体的には１
０ｍｓｅｃ）より小さいか否か判断し、肯定されるとき
はＳ３０８に進み、制御周期を第２の所定値Ｔ２とす
る。尚、Ｓ３０６で否定されるときは、Ｓ３０８をスキ
ップする。

【００８０】このように、検出された回転数ＮＥに応じ
て制御周期を可変とするように構成したので、図示の汎
用エンジン１０において低回転から高回転にわたり、そ
の回転数に最適な制御周期とすることができ、安定した
制御系を実現することができる。

【００８１】図５フロー・チャートの説明に戻ると、次
いでＳ２２に進み、適応制御の収束ゲインを算出する。
尚、収束ゲインは、数４にγで示す値である。

【００８２】図１１はその処理を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。

【００８３】同図の処理を説明する前に、かかる処理を
行う理由を説明すると、図示のような汎用エンジンの回
転数の適応制御において、目標回転数への収束性を上げ
るために収束ゲインを高めに設定すると、外乱を受けた
場合に目標値近傍で回転数が不安定となる。

【００８４】他方、安定性を優先して収束ゲインを低め
に設定すると、負荷の変動などでプラントの特性が大幅
に変化する場合に収束性が低下する。そこで、この実施
の形態においては、収束ゲインを可変とすると共に、回
転数偏差が小さいときは低く、それ以外では高く設定
（算出）するように構成した。

【００８５】図１１フロー・チャートを参照して以下説
明すると、Ｓ４００において目標回転数ＮＥＭ(k) から
検出回転数ＮＥ(k) を減算して偏差ΔＮＥを算出し、Ｓ
４０２に進み、算出した偏差ΔＮＥが所定値ＮＥ３（具
体的には３００ｒｐｍ。正値）より大きいか否か判断す
る。

【００８６】Ｓ４０２で肯定されるときはＳ４０４に進
み、収束ゲインを変更する。具体的には、検出回転数Ｎ
Ｅが目標回転数ＮＥＭ近傍にあるときを定常状態とし、
そのときの収束ゲインを０．９とするとき、Ｓ４０２の
示す状態では、検出回転数が目標回転数を大きく下回っ
てその近傍にないことから、収束ゲインを定常状態のそ
れより大きい１．５とする。

【００８７】他方、Ｓ４０２で否定されるときはＳ４０
６に進み、算出した偏差ΔＮＥが第２の所定値ＮＥ４
（具体的には−５００ｒｐｍ。負値）より小さいか、換
言すれば偏差ΔＮＥが第２の所定ＮＥ４を負方向に超え
ているか否か判断し、肯定されるときはＳ４０８に進
み、収束ゲインを変更する。具体的には、検出回転数が
目標回転数を大きく上回って同様にその近傍にないこと
から、収束ゲインを定常状態のそれより大きい１．２と
する。尚、Ｓ４０６で否定されるときはＳ４１０に進
み、収束ゲインを定常（状態）の値０．９に戻す（即
ち、算出あるいは設定する）。

【００８８】上記において、Ｓ４０８のゲインをＳ４０
４のゲインより小さくしたのは、前記したように、回転
数を下降させる方が、要する時間が短いからである。

【００８９】このように、この実施の形態にあっては、
収束ゲインを可変とすると共に、回転数偏差が小さいと
きは低くする一方、それ以外では高くするように算出
（設定）するように構成したので、汎用エンジンの回転
数制御において安定性と収束性を最適にバランスさせる
ことができる。

【００９０】さらに、収束ゲインを、検出回転数が目標
回転数を下回って不足する場合、検出回転数が目標回転
数を上回って越える場合に比して高くするように設定し
たので、検出回転数が目標回転数を上回って越える場合
と同様の時間で目標値に収束させることができる。

【００９１】図５フロー・チャートの説明に戻ると、次
いでＳ２４に進み、適応制御演算処理を行う。これは具
体的には、前記した数２の式に従ってコントローラ出力
（プラント入力）ｕ(k) をステップ（角）数で演算する
ことで行う。

【００９２】次いでＳ２６に進み、開度指示処理、即
ち、ステップモータ４６へ供給すべき指令値の決定を行
う。

【００９３】図１２はその処理を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。

【００９４】以下説明すると、Ｓ５００において演算さ
れた開度指示値（ステップ（角））をスロットルバルブ
４０の物理的上限値（具体的には１００ステップ
（角））と比較し、演算された開度指示値が物理的上限
値より大きいか否か判断し、肯定されるときはＳ５０２
に進み、開度指示値を物理的上限値に置換する。

【００９５】また、Ｓ５００で否定されるときはＳ５０
４に進み、演算された開度指示値をスロットルバルブ４
０の物理的下限値（具体的には０ステップ（角）と比較
し、演算された開度指示値が物理的下限値より小さいか
否か判断し（角）と比較し、肯定されるときはＳ５０６
に進み、開度指示値を物理的下限値に置換する。

【００９６】これについて説明すると、前記したように
実際の汎用エンジン１０のスロットルバルブ４０には物
理的な上下限値があり、演算された開度指示値がそれを
超えた場合、制御系が成り立たなくなる。

【００９７】即ち、前記したようにステップモータ４６
は全閉開度相当位置を示す０ステップ（角）から全開開
度相当位置を示す１００ステップ（角）の間で動作する
が、全閉開度相当位置は、スロットル位置初期化処理に
関して述べたように、固着防止のために、所定量、例え
ば２度程度だけ開放方向に設定された値を下限開度とす
るのが望ましい。また、全開開度相当位置も、エンジン
１０の出力が最大となる開度以上に開放するのは意味が
ないので、エンジン１０の出力が最大となる開度を上限
開度とするのが望ましい。

【００９８】尚、一般の汎用エンジンにあっては、全閉
開度相当位置は機械的なストッパでこの程度の値だけ開
くように構成されると共に、全閉開度相当開度は調整さ
れず、放置されている。

【００９９】従って、この実施の形態に係る汎用エンジ
ンの制御装置にあっては、スロットルバルブ４０にステ
ップモータ４６を接続して開度を調整できるように構成
したことから、全開開度相当開度についてもエンジン出
力が最大となる開度を実験により求め、その開度をステ
ップ角で１００とすると共に、全閉方向は２度を０と
し、演算された開度指示値がその範囲内にあるか否か判
断するようにした。

【０１００】このように、この実施の形態においては適
応制御演算で決定されたステップモータ４６に供給すべ
き開度指示値を物理的な限界値で規制するように構成し
たので、制御対象の特性の変化に対してロバストな適応
制御系を構築することができる。

【０１０１】さらに、物理的下限値（第２の所定値）
が、スロットルバルブ４０の全閉相当開度より所定量
（２度）だけ開放方向に設定される値である如く構成し
たので、スロットルバルブ４０の固着（貼り付き）を防
止することができる。また、物理的上限値（第２の所定
値）が、エンジン１０の最大出力を示す、スロットルバ
ルブ４０の開度に相当する値である如く構成したので、
スロットルバルブ４０を不要に開放することがない。

【０１０２】次いで、ＥＣＵ５０が行う残余の制御につ
いて説明する。

【０１０３】図１３は、ＥＣＵ５０が行う点火制御を示
すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムも、
図５フロー・チャートのプログラムの同様に、１０ｍｓ
ｅｃごとに実行される。

【０１０４】以下説明すると、Ｓ６００においてメイン
ＳＷ（スイッチ）がオンしているか否か判断し、肯定さ
れるときはＳ６０２に進み、点火処理を行う。これは前
記したように、ＢＴＤＣ１０度などの固定クランク角度
において点火することで行う。

【０１０５】次いでＳ６０４に進み、異常か否か判断す
る。これは具体的には、前記した点火処理・過回転検出
部１０６の出力から判断する。即ち、ＥＣＵ５０は図示
しない別ルーチンにおいて検出回転数ＮＥを許容値と比
較し、検出回転数ＮＥが許容値を超えているときは過回
転と判断し、出力を生じる。Ｓ６０４ではその出力から
判断する。

【０１０６】Ｓ６０４で肯定されるときはＳ６０６に進
み、点火をカット（停止）する。これによってエンジン
１０は直ちに停止し、過回転が防止される。尚、Ｓ６０
４で否定されるときは以降の処理をスキップする。

【０１０７】上記の如く、この実施の形態においては、
少なくとも２気筒以下の個数の気筒１２を備え、スロッ
トルバルブ４０で調量された吸入空気にキャブレタ４２
を介してガソリン燃料を噴射し、よって生成された混合
気を前記気筒に吸入させて点火・燃焼させる火花点火式
の内燃エンジン１０からなる汎用エンジンの制御装置に
おいて、前記エンジンの回転数ＮＥを検出するエンジン
回転数検出手段（クランク角センサ４８，ＥＣＵ５０、
回転数検出部１００，Ｓ１４，Ｓ１００からＳ１０
４）、前記スロットルバルブに接続され、指令値に応じ
て作動して前記スロットルバルブを開閉するアクチュエ
ータ（ステップモータ４６）、前記エンジンの目標回転
数ＮＥＭを決定する目標回転数決定手段（ＥＣＵ５０、
目標回転数入力部１０２，Ｓ１８，Ｓ２００からＳ２１
０）、パラメータ同定機構１１０を備えると共に、前記
検出された回転数ＮＥが前記目標回転数ＮＥＭに一致す
るように、前記パラメータ同定機構で同定された適応パ
ラメータθハットを用いて前記アクチュエータに供給す
べき指令値を演算する適応制御器（ＥＣＵ５０、コント
ローラ１１２、適応制御演算部１０４，Ｓ２４）、前記
演算された指令値に基づき、前記アクチュエータに供給
すべき指令値を決定する指令値決定手段（ＥＣＵ５０、
Ｓ２６，Ｓ５００からＳ５０６）を備えると共に、前記
指令値決定手段は、前記演算された指令値を第１の所定
値（物理的下限値）と比較し、前記演算された指令値が
第１の所定値より小さいとき、前記演算された指令値を
前記第１の所定値に置換する第１置換手段（Ｓ５０４，
Ｓ５０６）、前記演算された指令値を第２の所定値（物
理的上限値）と比較し、前記演算された指令値が第２の
所定値より大きいとき、前記演算された指令値を前記第
２の所定値に置換する第２置換手段（Ｓ５００，Ｓ５０
２）を備え、前記第１置換手段および第２置換手段のい
ずれかによって置換された値を前記指令値として決定す
る如く構成した。

【０１０８】また、前記第１の所定値（物理的下限値）
が、前記スロットルバルブ４０の全閉相当開度より所定
量２度だけ開放方向に設定される値である如く構成し
た。

【０１０９】また、前記第２の所定値（物理的上限値）
が、前記エンジン１０の最大出力を示す、前記スロット
ルバルブの開度に相当する値である如く構成した。

【０１１０】尚、上記において、アクチュエータの例と
してステップモータを使用したが、それに限られるもの
ではなく、リニアソレノイド、ＤＣモータなど、スロッ
トルバルブの開閉を調節できるものであれば、どのよう
なものでも良い。

【０１１１】

【発明の効果】請求項１項にあっては、演算された指令
値を第１の所定値と比較し、第１の所定値より小さいと
き、第１の所定値に置換し、演算された指令値が第２の
所定値より大きいとき、第２の所定値に置換すると共
に、置換された値を指令値として決定する如く構成した
ので、適応制御演算で決定されたアクチュエータに供給
すべき開度指示値を物理的な限界値で規制することとな
り、制御対象の特性の変化に対してロバストな適応制御
系を構築することができる。

【０１１２】請求項２項にあっては前記第１の所定値
が、前記スロットルバルブの全閉相当開度より所定量だ
け開放方向に設定される値である如く構成したので、前
記した効果に加え、スロットルバルブの固着（貼り付
き）を防止することができる。

【０１１３】請求項３項にあっては、前記第２の所定値
が、前記エンジンの最大出力を示す、前記スロットルバ
ルブの開度に相当する値である如く構成したので、スロ
ットルバルブを不要に開放することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施の形態に係る汎用エンジ
ンの制御装置を全体的に示す概略図である。

【図２】図１装置のＥＣＵの動作を機能的に示すブロッ
ク図である。

【図３】図１に示すエンジンを簡略にモデル化して示し
たブロック図である。

【図４】図１装置が用いるＳＴＲ（セルフチューニング
レギュレータ）の構成を示すブロックである。

【図５】図１装置の動作を示すフロー・チャートであ
る。

【図６】図５フロー・チャートの検出回転数の算出処理
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。

【図７】図６フロー・チャートで加算される経過時間を
説明する説明図である。

【図８】図５フロー・チャートの目標回転数の算出処理
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。

【図９】図８フロー・チャートの処理を説明するタイム
・チャートである。

【図１０】図５フロー・チャートの制御周期の算出処理
を示すサブルーチン・フロー・チャートである。

【図１１】図５フロー・チャートの適応制御の収束ゲイ
ンγの算出処理を示すサブルーチン・フロー・チャート
である。

【図１２】図５フロー・チャートの開度指示処理を示す
サブルーチン・フロー・チャートである。

【図１３】図１装置のＥＣＵが行う残余の制御である点
火制御を示すフロー・チャートである。

【符号の説明】

１０エンジン（汎用エンジン）１２気筒３４リコイルスタータ３８キャブレタ４０スロットルバルブ４６ステップモータ（アクチュエータ）５０ＥＣＵ５４モータドライバ１１０同定機構（パラメータ同定機構）１０２コントローラ（適応制御器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/14 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３２０Ａ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｊ３１２Ｋ３２２３２２Ｃ３７０３７０ＢＦターム(参考） 3G065 BA02 CA15 DA06 EA10 FA06 FA07 FA12 GA10 HA06 HA19 KA02 3G084 AA06 BA03 BA05 CA03 CA04 DA04 DA07 EA11 EB12 EC04 EC05 EC07 FA10 3G301 HA01 HA26 JA04 JA07 KA01 KA07 KA09 LA01 LC04 NA04 NA05 NA06 NA07 NA09 NC07 ND06 ND45 NE24 PA11Z PE01A

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２気筒以下の個数の気筒を備
え、スロットルバルブで調量された吸入空気にキャブレ
タを介してガソリン燃料を噴射し、よって生成された混
合気を前記気筒に吸入させて点火・燃焼させる火花点火
式の内燃エンジンからなる汎用エンジンの制御装置にお
いて、ａ．前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検
出手段、ｂ．前記スロットルバルブに接続され、指令値に応じて
作動して前記スロットルバルブを開閉するアクチュエー
タ、ｃ．前記エンジンの目標回転数を決定する目標回転数決
定手段、ｄ．パラメータ同定機構を備えると共に、前記検出され
た回転数が前記目標回転数に一致するように、前記パラ
メータ同定機構で同定された適応パラメータを用いて前
記アクチュエータに供給すべき指令値を演算する適応制
御器、およびｅ．前記演算された指令値に基づき、前記アクチュエー
タに供給すべき指令値を決定する指令値決定手段、を備
えると共に、前記指令値決定手段は、ｆ．前記演算された指令値を第１の所定値と比較し、前
記演算された指令値が第１の所定値より小さいとき、前
記演算された指令値を前記第１の所定値に置換する第１
置換手段、ｇ．前記演算された指令値を第２の所定値と比較し、前
記演算された指令値が第２の所定値より大きいとき、前
記演算された指令値を前記第２の所定値に置換する第２
置換手段、を備え、前記第１置換手段および第２置換手
段のいずれかによって置換された値を前記指令値として
決定することを特徴とする汎用エンジンの制御装置。
【請求項２】前記第１の所定値が、前記スロットルバ
ルブの全閉相当開度より所定量だけ開放方向に設定され
る値であることを特徴とする請求項１項記載の汎用エン
ジンの制御装置。
【請求項３】前記第２の所定値が、前記エンジンの最
大出力を示す、前記スロットルバルブの開度に相当する
値であることを特徴とする請求項１項または２項記載の
汎用エンジンの制御装置。