JP2006200471A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造によってエンジン回転数を高精度に制御することができるエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】 クランクケースに回転自在に支持されるクランク軸には、磁石２６を備えるフライホイール２４が嵌合している。フライホイール２４の径方向外方には点火ユニット２７が設けられ、点火ユニット２７から伸びるヨーク２８はフライホイール２４の外周面に近接している。また、キャブレター１６内のスロットルバルブ５０を開閉駆動するアクチュエータ５１が設けられており、このアクチュエータ５１の駆動電流は点火ユニット２７から供給されている。点火ユニット２７の発電量はエンジン回転数に応じて定まるため、エンジン回転数に基づいてスロットルバルブ５０を開閉制御することができ、簡単な構造によってエンジン回転数を一定に保つことが可能となる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、エンジン回転数を制御するエンジン制御装置に関する。

一般的に、草刈機や発電機等の動力源として使用される汎用エンジンには、エンジン制御装置として機械式ガバナー機構が設けられており、エンジン負荷に変動が生じた場合であってもエンジン回転数を一定に保つようになっている。このような機械式ガバナー機構は、エンジン回転数に応じて傾動するガバナーウェイトや、ガバナーウェイトの傾動運動をスロットルバルブに伝達するガバナーレバー等を備えており、増減するエンジン回転数に対応してスロットル開度を制御するようにしている。

つまり、エンジン負荷が減少してエンジン回転数が上昇した場合には、ガバナーウェイトにかかる遠心力が増大するため、ガバナーウェイトが外側に広がるとともにスロットルバルブが閉じられ、エンジン回転数が低下するようになっている。また、ガバナー機構にはリターンスプリングが組み付けられており、エンジン負荷が増大してエンジン回転数が低下した場合には、ガバナーウェイトにかかる遠心力が減少するため、ばね力によってガバナーウェイトが内側に引き込まれるとともにスロットルバルブが開かれ、エンジン回転数が上昇するようになっている。

このように、機械式ガバナー機構にあっては、複雑な制御を用いることなくエンジン回転数を所定範囲内に収束させることができるものの、遠心力を利用してスロットル開度を機械的に制御する構造であるため、エンジン回転数を高精度に制御することは困難となっていた。そこで、スロットルバルブを駆動する電動アクチュエータを備え、この電動アクチュエータをエンジン回転数と目標回転数との偏差に基づいて制御することにより、目標回転数に向けてエンジン回転数をフィードバック制御するようにした電子ガバナー機構が提案されている(たとえば、特許文献１および２参照)。
特開平６−２７２６５３号公報 特開平１０−２９９５４８号公報

しかしながら、前述した電子ガバナー機構にあっては、エンジン回転数と目標回転数との偏差を検出する検出回路や、アクチュエータの制御量を演算する演算回路等を設ける必要があるため、エンジン回転数を高精度に制御することができるものの、ガバナー機構の複雑化や高コスト化を招くことになっていた。

本発明の目的は、簡単な構造によってエンジン回転数を高精度に制御することができるエンジン制御装置を提供することにある。

本発明のエンジン制御装置は、クランク軸に連動する回転マグネトに近接して設けられ、エンジン回転数に応じて発電する発電ユニットと、前記発電ユニットからの電流が供給されるソレノイドを備え、前記ソレノイドに対する通電によってプランジャを吸引するガバナーアクチュエータと、前記プランジャにロッド部材を介して連結され、前記プランジャの吸引移動によって閉方向に作動するスロットルバルブとを有し、エンジン回転数の上昇に伴って前記発電ユニットからの電流が増大するときには、前記プランジャを吸引移動させてエンジン出力を引き下げることを特徴とする。

本発明のエンジン制御装置は、前記ガバナーアクチュエータは前記プランジャを吸引方向に抗して付勢するリターンスプリングを備え、エンジン回転数の低下に伴って前記発電ユニットからの電流が減少するときには、前記プランジャを付勢移動させてエンジン出力を引き上げることを特徴とする。

本発明によれば、エンジン回転数に応じて発電ユニットにより発電される電流によってガバナーアクチュエータを駆動し、このガバナーアクチュエータの動作をスロットルバルブに伝達するようにしたので、エンジン回転数に応じてスロットルバルブを制御することができ、負荷変動の影響を受けることなくエンジン回転数を一定に保つことが可能となる。また、発電ユニットにより発電されるガバナーアクチュエータに対する駆動電流はエンジン回転数に応じて増減されるため、エンジン回転数の変動に対する応答性能を高めるとともに、エンジン回転数を高精度に制御することが可能となる。しかも、ガバナーアクチュエータの駆動電流を設定する電流制御部を新たに設ける必要がないため、エンジン制御装置の低コスト化を達成することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置によってエンジン回転数が制御される汎用エンジン１０(以下、エンジンという)を示す正面図であり、図２はエンジン１０を示す背面図である。また、図３はエンジン１０を示す右側面図であり、図４はエンジン１０の一部を示す断面図である。

図示するエンジン１０は、単気筒の４サイクルエンジンとなっており、発電機や圧縮機などの動力源として使用される。図１〜図４に示すように、エンジン１０は、クランク軸１１を回転自在に収容するクランクケース１２と、後述するピストン２１を往復動自在に収容するシリンダ１３とを備えており、クランクケース１２とシリンダ１３とは一体となってシリンダブロックを形成している。また、シリンダ１３の上端には図示しない動弁機構を収容するシリンダヘッド１４が組み付けられ、このシリンダヘッド１４の上端にはヘッドカバー１５が組み付けられている。エンジン１０の図示しない吸気ポートには、混合気を生成するキャブレター１６が接続されており、このキャブレター１６には、エアクリーナボックス１７を介して浄化された空気が供給されるとともに、燃料タンク１８からの燃料が供給されるようになっている。さらに、エンジン１０の図示しない排気ポートには、遮熱板によって覆われた消音器１９が取り付けられている。

図４に示すように、コネクティングロッド２０を介してピストン２１に連結されるクランク軸１１には、タイミングチェーン２２を巻き掛けるクランクスプロケット２３が固定されている。このタイミングチェーン２２は、動弁機構のカム軸に固定される図示しないカムスプロケットにも巻き掛けられており、クランク角に同期させて動弁機構を作動させることが可能となっている。また、クランク軸１１の両端はクランクケース１２から突出するようになっており、クランク軸１１の一端にはフライホイール２４がキー２５を介して固定される一方、クランク軸１１の他端には用途に応じてスプロケット、プーリ、ギヤ等が取り付けられることになる。つまり、クランク軸１１の他端はエンジン動力の取り出し部位として使用されることになる。

また、フライホイール２４の外周部には磁石２６が固定されており、このフライホイール２４はクランク軸１１に連動する回転マグネトとして機能するようになっている。そして、フライホイール２４の径方向外方には発電ユニットとして機能する点火ユニット２７が設けられており、点火ユニット２７から突出するヨーク２８がフライホイール２４の外周面に近接するように配置されている。つまり、図示するエンジン１０はマグネト点火方式を採用しており、フライホイール２４の回転数に応じて発電するとともに所定のタイミングで高圧電流を発生させることができ、後述する点火プラグ４７に火花放電を生じさせることが可能となる。

さらに、フライホイール２４には冷却ファン３０が固定されており、冷却ファン３０はクランクケース１２に装着されるファンカバー３１によって覆われている。クランク軸１１を回転させてフライホイール２４を回転させると、冷却ファン３０によってクランク軸１１の回転中心から径方向に流れる冷却風が生成され、この冷却風はファンカバー３１によって整流されてシリンダ１３近傍に案内された後に、図示しない排出口より外部に排出されるようになっている。

なお、ファンカバー３１の外側にはエンジン１０を始動するためのリコイル機構３２が設けられており、リコイル機構３２とクランク軸１１とは図示しないクラッチ機構を介して連結されている。リコイル機構３２は図示しないリコイルプーリと、これに巻き付けられる図示しないリコイルロープとを備えており、リコイルロープの端部にはリコイルレバー３３が装着されている。このリコイルレバー３３を作業者が引っ張ることにより、クランク軸１１を始動回転させてエンジン１０を始動させることが可能となる。

続いて、エンジン１０のエンジン回転数を一定に制御するエンジン制御装置４０について説明する。図５は本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置４０を示す概略図であり、図６はエンジン制御装置４０が有する点火ユニット２７の構造を示す回路図である。まず、図５に示すように、点火ユニット２７から伸びるヨーク２８はフライホイール２４の外周面に所定のクリアランスを隔てて対面している。図６に示すように、点火ユニット２７内のヨーク２８には、一次コイル４１とこれよりも巻数の多い二次コイル４２とが巻き付けられており、ヨーク２８、一次コイル４１、二次コイル４２によってイグニッションコイル４３が形成されている。そして、一次コイル４１はカム機構４４に開閉されるコンタクトブレーカ４５に接続される一方、二次コイル４２は燃焼室内で火花放電を生じさせる点火プラグ４７に接続されている。コンタクトブレーカ４５を開閉するカム機構４４は、クランク軸１１に連動して作動するようになっており、所定の点火タイミングでコンタクトブレーカ４５を開くようになっている。

このような点火ユニット２７は、フライホイール２４の回転に伴うヨーク２８内の磁束変化により、一次コイル４１に低圧電流を生じさせることができ、所定の点火タイミングでコンタクトブレーカ４５を開くことにより、一次コイル４１に流れていた低圧電流を遮断するとともに、二次コイル４２に高圧電流を誘導させることが可能となる。そして、二次コイル４２に生じた高圧電流は、イグニッションコード４６を介して点火プラグ４７に印加され、点火プラグ４７に火花放電を生じさせることになる。なお、コンデンサ４８を設けることにより、コンタクトブレーカ４５の焼損が防止されるようになっている。

また、図５に示すように、エンジン制御装置４０は、キャブレター１６内のスロットルバルブ５０を開閉制御するガバナーアクチュエータ５１(以下、アクチュエータという)を備えており、このアクチュエータ５１はソレノイド５２に生じる磁力によって作動するようになっている。アクチュエータ５１のハウジング５３内に組み込まれるソレノイド５２は、鉄心に巻き付けられる電磁コイル５４と、軸方向に往復動自在に収容されるプランジャ５５とを備えており、電磁コイル５４に通電することによってプランジャ５５を矢印ａ方向に吸引することが可能となっている。さらに、プランジャ５５にはフランジ５６が形成されるとともにリターンスプリング５７が組み付けられており、リターンスプリング５７からのバネ力によってプランジャ５５は矢印ｂ方向に付勢されるようになっている。

つまり、電磁コイル５４に対する通電量(駆動電流)を増大させることにより、プランジャ５５は矢印ａ方向に吸引移動する一方、電磁コイル５４に対する通電量を減少させることにより、プランジャ５５は矢印ｂ方向に付勢移動することになる。そして、アクチュエータ５１のプランジャ５５は、通電量に応じて増減する吸引力とリターンスプリング５７からのバネ力とが釣り合う位置で停止することになる。なお、図示する状態は、電磁コイル５４に対して通電がなされておらず、バネ力によってプランジャ５５が押し出された状態を示している。

ここで、図７(Ａ)および(Ｂ)はアクチュエータ５１の作動状態を示す説明図であり、図７(Ａ)はプランジャ５５が吸引移動した状態を示し、図７(Ｂ)はプランジャ５５が付勢移動した状態を示している。まず、図５に示すように、アクチュエータ５１に設けられるプランジャ５５の先端には、ロッド部材６０を介してキャブレター１６のスロットルレバー６１が連結されている。このような連結構造により、図７(Ａ)に示すように、電磁コイル５４に対する通電量が増大してプランジャ５５がバネ力に抗して矢印ａ方向に吸引されると、スロットルバルブ５０が閉方向に閉じられ、エンジン出力が引き下げられる一方、図７(Ｂ)に示すように、電磁コイル５４に対する通電量が減少してプランジャ５５が吸引力に抗して矢印ｂ方向に押し出されると、スロットルバルブ５０が開方向に開かれ、エンジン出力が引き上げられることになる。

ところで、図６に示すように、アクチュエータ５１を作動制御する電磁コイル５４は、イグニッションコイル４３を形成する一次コイル４１に対して並列に接続されている。つまり、エンジン回転数に応じて発電される一次コイル４１の低圧電流が、電磁コイル５４にも供給されるようになっており、電磁コイル５４に対する通電量(駆動電流)がエンジン回転数に基づいて増減されるようになっている。したがって、エンジン回転数の上昇に伴って一次コイル４１に生じる低圧電流が増大するときには、プランジャ５５を矢印ａ方向に吸引移動させてスロットルバルブ５０を閉じることができ、エンジン出力を引き下げるとともにエンジン回転数を低下させることが可能となる。一方、エンジン回転数の低下に伴って一次コイル４１に生じる低圧電流が減少するときには、プランジャ５５を矢印ｂ方向に付勢移動させてスロットルバルブ５０を開くことができ、エンジン出力を引き上げるとともにエンジン回転数を上昇させることが可能となる。

これにより、エンジン１０にかかる負荷の変動に伴って、エンジン回転数が変動する場合であっても、エンジン回転数の変動によってスロットルバルブ５０の開度を制御することができ、エンジン回転数を一定に保つことが可能となる。また、エンジン回転数に応じて増減する一次コイル４１の低圧電流によってアクチュエータ５１を駆動するようにしたので、エンジン回転数の変動に対する応答性能を高めるとともに、エンジン回転数を高精度に制御することが可能となる。しかも、アクチュエータ５１の駆動電流を設定する電流制御部を新たに設ける必要がないため、簡単な構造によってエンジン制御装置４０を構成することができ、エンジン制御装置４０の低コスト化を達成することができる。

また、図５および図７に示すように、エンジン制御装置４０は、アクチュエータ５１のプランジャ５５を矢印ｂ方向に付勢する調速スプリング６２と、調速スプリング６２の付勢力を調整する調速レバー６３とを備えている。この調速レバー６３は図示しない調整ネジ等によってアクチュエータ５１との取付距離を調整することが可能となっており、調速レバー６３を高回転側に回動させることによって調速スプリング６２の付勢力を増大させることが可能となり、調速レバー６３を低回転側に回動させることによって調速スプリング６２の付勢力を減少させることが可能となる。

つまり、調速レバー６３を調整することによりプランジャ５５を吸引移動するために必要な通電量を調整することができるため、調速レバー６３を高回転側に回動させると、エンジン回転数の目標回転数を高く設定することができる一方、調速レバー６３を低回転側に回動させると、エンジン回転数の目標回転数を低く設定することができる。なお、リターンスプリング５７と調速スプリング６２とは、プランジャ５５を同一方向に付勢するため、リターンスプリング５７を削減するとともに、調速スプリング６２をリターンスプリングとして機能させるようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示するエンジン１０は、単気筒の４サイクルエンジンであるが、２サイクルエンジンであっても良く、複数のシリンダを有する多気筒エンジンであっても良い。

また、前述の実施の形態では、アクチュエータ５１によってキャブレター１６内のスロットルバルブ５０を駆動するようにしているが、これに限られることはなく、吸気管に独立して設けられるスロットルバルブを駆動しても良い。

さらに、フライホイール２４のリム部には、外周面側に露出するように磁石２６が組み付けられているが、これに限られることはなく、リム部の内周面側に露出するように磁石を組み付けるようにしても良い。

なお、図示する点火ユニット２７は、カム機構４４によってコンタクトブレーカ４５を開閉する機械式の点火ユニット２７であるが、これに限られることはなく、ピックアップロータによって点火タイミングを検出するとともに、トランジスタやサイリスタ等のスイッチング素子によって一次コイル４１の低圧電流を遮断するようにした電気式の点火ユニットを用いるようにしても良い。

本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置によってエンジン回転数が制御される汎用エンジンを示す正面図である。 汎用エンジンを示す背面図である。 汎用エンジンを示す右側面図である。 汎用エンジンの一部を示す断面図である。 本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置を示す概略図である。 エンジン制御装置が有する点火ユニットの構造を示す回路図である。 (Ａ)および(Ｂ)はアクチュエータの作動状態を示す説明図である。

符号の説明

１１ クランク軸
２４ フライホイール(回転マグネト)
２７ 点火ユニット(発電ユニット)
４０ エンジン制御装置
５０ スロットルバルブ
５１ アクチュエータ(ガバナーアクチュエータ)
５２ ソレノイド
５５ プランジャ
５７ リターンスプリング
６０ ロッド部材

Claims (2)

1. クランク軸に連動する回転マグネトに近接して設けられ、エンジン回転数に応じて発電する発電ユニットと、
   前記発電ユニットからの電流が供給されるソレノイドを備え、前記ソレノイドに対する通電によってプランジャを吸引するガバナーアクチュエータと、
   前記プランジャにロッド部材を介して連結され、前記プランジャの吸引移動によって閉方向に作動するスロットルバルブとを有し、
   エンジン回転数の上昇に伴って前記発電ユニットからの電流が増大するときには、前記プランジャを吸引移動させてエンジン出力を引き下げることを特徴とするエンジン制御装置。
2. 請求項１記載のエンジン制御装置において、前記ガバナーアクチュエータは前記プランジャを吸引方向に抗して付勢するリターンスプリングを備え、エンジン回転数の低下に伴って前記発電ユニットからの電流が減少するときには、前記プランジャを付勢移動させてエンジン出力を引き上げることを特徴とするエンジン制御装置。

Images