JP2006329094A - 汎用内燃機関の電子ガバナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スロットルバルブやチョークバルブを電動アクチュエータによって開閉すると共に、装置の電源が投入されてから機関が始動されるまでの間にバッテリ電力が不要に消費されないようにした汎用内燃機関の電子ガバナ装置を提供する。
【解決手段】内燃機関のクランキングを検知するクランキング検知手段を設けると共に、メインスイッチが操作されて電子制御ユニットが起動された後(即ち、装置の電源が投入された後)、前記内燃機関のクランキングが検知されたとき、電動アクチュエータへの通電を開始してスロットルバルブとチョークバルブを開閉する(S12からS16)。
【選択図】図3

Description

この発明は、汎用内燃機関の電子ガバナ装置に関する。
発電機や農業機械など、様々な用途で駆動源として使用される汎用内燃機関において、近年、吸気路に配置されたスロットルバルブを電動アクチュエータによって開閉する、いわゆる電子ガバナ装置によって機関回転数を調節するようにした技術が提案されている。また、例えば特許文献1に記載されるように、スロットルバルブに加え、チョークバルブも電動アクチュエータによって開閉するようにした電子ガバナ装置も提案されている。
特開平4−116256号公報
電子ガバナ装置は、通常、上記した電動アクチュエータとしてステッピングモータを使用している。そのため、電動アクチュエータの制御を開始する前に初期化処理(具体的には、ロータ(出力軸)の位置を初期位置に合わせる処理、換言すれば、各バルブの開度を初期開度(通常は全閉か全開)に合わせる処理)を実行する必要がある。そこで、従来技術にあっては、操作者によって装置の電源が投入されるのと同時に電動アクチュエータへの通電を開始し、電動アクチュエータの初期化処理を実行していた。
しかしながら、装置の電源投入と同時に電動アクチュエータへの通電を開始すると、機関の始動前にバッテリ電力が多く消費されるため、機関を始動させるスタータモータに供給される電力が減少し、始動性が低下するという不具合があった。また、電源投入後に機関が始動されない場合、バッテリ上がりを早期に招くおそれがあった。
従って、この発明の目的は上記した問題を解決し、スロットルバルブやチョークバルブを電動アクチュエータによって開閉すると共に、装置の電源が投入されてから機関が始動されるまでの間にバッテリ電力が不要に消費されないようにした汎用内燃機関の電子ガバナ装置を提供することにある。
上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、吸気路に配置されたスロットルバルブとチョークバルブを備えると共に、それらの少なくともいずれかを電動アクチュエータによって開閉させる汎用内燃機関の電子ガバナ装置において、前記電動アクチュエータへの通電を制御して前記スロットルバルブと前記チョークバルブの少なくともいずれかの開度を調節する電子制御ユニットと、操作者の操作自在に配置され、操作されるとき、前記電子制御ユニットを起動させるメインスイッチと、および前記内燃機関のクランキングを検知するクランキング検知手段とを備えると共に、前記電子制御ユニットは、操作者による前記メインスイッチの操作によって起動させられた後、前記内燃機関のクランキングが検知されたとき、前記電動アクチュエータへの通電を開始するように構成した。
また、請求項2に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置にあっては、前記電子制御ユニットは、前記内燃機関のクランキングが検知されたとき、前記電動アクチュエータへの通電を開始して前記スロットルバルブと前記チョークバルブの少なくともいずれかの開度を初期開度に調節するように構成した。
請求項1に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置にあっては、内燃機関のクランキングを検知するクランキング検知手段を設けると共に、メインスイッチが操作されて電子制御ユニットが起動された後(即ち、装置の電源が投入された後)、前記内燃機関のクランキングが検知されたとき、電動アクチュエータへの通電を開始してスロットルバルブやチョークバルブを開閉するように構成したので、装置の電源が投入されてから機関が始動されるまで(クランキングが開始されるまで)の間にバッテリ電力が不要に消費されることがない。そのため、スタータモータに供給される電力の減少を防止でき、機関の始動性を向上させることができる。また、電源投入後に機関が始動されない(クランキングが開始されない)場合であっても、バッテリ上がりが生じ難い。
また、請求項2に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置にあっては、内燃機関のクランキングが検知されたとき、電動アクチュエータへの通電を開始してスロットルバルブやチョークバルブの開度を初期開度に調節するように構成したので、上記した効果に加え、機関始動後のバルブ開度を目標開度に精度良く一致させることができる。
以下、添付図面に即してこの発明に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置を実施するための最良の形態について説明する。
図1は、この発明の第1実施例に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置の全体図である。
図1において、符号10は汎用内燃機関(以下「エンジン」という)を示す。エンジン10は空冷4サイクルの単気筒OHV型エンジン(排気量は例えば400cc)であり、発電機や農業機械など、様々な用途で駆動源として使用される。
エンジン10のシリンダ(シリンダブロック)12には、ピストン14が往復動自在に収容される。シリンダ12の上部にはシリンダヘッド16が取り付けられ、シリンダヘッド16にはピストン14の頂部を臨む位置に形成された燃焼室18と、燃焼室18に連通される吸気ポート20および排気ポート22が設けられる。また、シリンダヘッド16には、燃焼室18と吸気ポート20の間を開閉する吸気バルブ24と、燃焼室18と排気ポート22の間を開閉する排気バルブ26とが設けられると共に、エンジン10の温度を示す出力を生じる温度センサ28が設けられる。
シリンダ12の下部にはクランクケース30が取り付けられる。クランクケース30にはクランクシャフト32が回転自在に収容される。クランクシャフト32は、コンロッド34を介してピストン14の下部に連結される。
クランクシャフト32の一端には、発電機などの図示しない負荷が接続される一方、他端には、フライホイール36と冷却ファン38が取り付けられる。フライホイール36の内側にはパワーコイル(発電コイル)40が配置されると共に、外側にはパルサコイル42が配置される。パワーコイル40は、クランクシャフト32の回転数に応じた周波数の交流電流を出力すると共に、パルサコイル42は所定クランク角ごとにパルス信号を出力する。また、クランクシャフト32には、エンジン10を始動させるためのスタータモータ44が接続される。
クランクケース30には、さらにカムシャフト46が回転自在に収容される。カムシャフト46は、クランクシャフト32の軸線と平行に配置されると共に、ギヤ機構48を介してクランクシャフト32に連結される。カムシャフト46は吸気側カム50と排気側カム52とを備え、図示しないプッシュロッドとロッカーアーム54,56を介して前記した吸気バルブ24と排気バルブ26を開閉駆動する。
また、吸気ポート20には、キャブレタ60が接続される。
図2は、キャブレタ60の拡大図(断面図)である。
図2に示すように、キャブレタ60は、吸気路62と、モータケース64と、キャブレタ・アシー66とを一体的に備える。モータケース64には、スロットル用電動モータ(電動アクチュエータ)68とチョーク用電動モータ(電動アクチュエータ)70とが収容される。スロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70は、具体的にはステッピングモータであり、コイルが巻回されたステータとロータ(出力軸)とを備える。
吸気路62は、その下流側がインシュレータ72を介して吸気ポート20に接続されると共に、上流側がエアクリーナエルボ74を介して図示しないエアクリーナに接続される。
また、吸気路62には、スロットルバルブ76が配置される。スロットルバルブ76の回転軸78は、減速ギヤ機構80を介してスロットル用電動モータ68の出力軸に接続される。さらに、吸気路62においてスロットルバルブ76よりも上流側には、チョークバルブ82が配置される。チョークバルブ82の回転軸84は、減速ギヤ機構86を介してチョーク用電動モータ70の出力軸に接続される。従って、スロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70の動作を制御することにより、スロットルバルブ76とチョークバルブ82の開度がそれぞれ調節される。尚、スロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70の消費電流は、それぞれ0.8[A]である。
また、吸気路62は、スロットルバルブ76とチョークバルブ82の間で縮径され、ベンチュリ88が形成される。
図示は省略するが、キャブレタ・アシー66は、燃料タンクに接続されるフロートチャンバーと、フロートチャンバーにメインジェットとメイン燃料通路を介して接続されるメインノズルと、メイン燃料通路から分岐したスロー燃料通路に接続されるアイドルポートおよびスローポートとを備える。メインノズルはベンチュリ88を臨む位置に配置される一方、アイドルポートとスローポートはスロットルバルブ76付近を臨む位置に配置される。
スロットルバルブ76の開度が大きいときは、ベンチュリ88を通過する吸入空気の負圧によってメインノズルから燃料が噴射され、混合気が生成される。一方、スロットルバルブ76の開度が小さいときは、スロットルバルブ76を通過する吸入空気の負圧によってアイドルポートあるいはスローポートから燃料が噴射される。また、チョークバルブ82が閉弁されると、ピストン14の下降によって生じる吸気路62内の負圧が増大するため、燃料噴射量が増加して空燃比がリッチ化される。
尚、図で符号90はフューエルカット・ソレノイドバルブを示す。フューエルカット・ソレノイドバルブ90のバルブ部(図示せず)はフロートチャンバーとメインジェットの間に配置され、コイル(図示せず)が励磁されたときに閉弁して燃料の通過を遮断する。
図1の説明に戻ると、上記の如く生成された混合気は吸気ポート20と吸気バルブ24を通って燃焼室18に吸入される。燃焼室18に吸入された混合気は、図示しない点火プラグによって点火されて燃焼し、よって生じた燃焼ガスは排気ポート22と図示しない消音器などを介してエンジン10の外部に排出される。
また、エンジン10の付近には、マイクロ・コンピュータからなるECU(電子制御ユニット)100と、バッテリ102とが配置される。ECU100とバッテリ102は、メインスイッチ104を介して電気的に接続される。メインスイッチ104は、操作者によって操作自在な位置に配置され、操作されるとき、ECU100を起動させる。具体的には、操作者によってメインスイッチ104がオン操作されると、ECU100はバッテリ102と導通されて動作電流の供給を受け、起動させられる。一方、メインスイッチ104がオフ操作されると、バッテリ102からの動作電流の供給が遮断され、ECU100の動作が停止させられる。尚、ECU100の消費電流は0.1[A]である。
さらに、メインスイッチ104の付近には、スタータスイッチ106とエンジン回転数設定ボリューム108とが配置される。スタータスイッチ106は、操作者によって操作自在な位置に配置され、操作されるとき、スタータモータ44を動作させる。具体的には、操作者によってスタータスイッチ106がオン操作されている間、スタータモータ44はバッテリ102と導通されて動作電流の供給を受ける。これにより、スタータモータ44が動作してエンジン10のクランキングが行われる。また、エンジン回転数設定ボリューム108も操作者によって操作自在な位置に配置され、操作に応じ、目標エンジン回転数を示す出力を生じる。
前述した温度センサ28、パワーコイル40、パルサコイル42およびエンジン回転数設定ボリューム108の出力は、ECU100に入力される。ECU100に入力されたパワーコイル40の出力(交流電流)は、ECU100の内部に設けられたブリッジ回路(図示せず)に入力され、そこで全波整流されるなどして直流電流に変換される。この直流電流は、エンジン10の各部に動作電流として供給される。尚、ECU100の動作電源は、エンジン10の始動後、バッテリ102からパワーコイル40に切り替えられる。従って、エンジン10の始動後にメインスイッチ104がオフ操作された場合、クランクシャフト32の回転が停止する(即ち、パワーコイル40の発電が終了する)まではECU100や電動モータ68,70、フューエルカット・ソレノイドバルブ90などの動作を継続することができる。
また、パワーコイル40の出力は、ECU100の内部に設けられたパルス生成回路(図示せず)にも入力され、そこで半波整流された後、適宜な値をスレッシュドレベルとするパルス信号に変換される。パワーコイル40が発電する交流電流の周波数はクランクシャフト32の回転数に比例することから、パワーコイル40の出力から得たパルス信号に基づいてエンジン回転数を検出することができると共に、クランキングの有無を検知することができる。
また、ECU100は、パルサコイル42の出力(パルス信号)に基づき、点火プラグをエンジン回転数に応じたタイミングで点火させる。さらにECU100は、温度センサ28とエンジン回転数設定ボリューム108の出力などに基づき、スロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70の動作を制御してスロットルバルブ76とチョークバルブ82の開度を調節する。即ち、スロットル用電動モータ68、チョーク用電動モータ70およびECU100などによって電子ガバナ装置が構成され、エンジン10の回転数は、かかる電子ガバナ装置によって調節される。
また、ECU100は、パワーコイル40の出力から得たパルス信号に基づき、スロットルバルブ76とチョークバルブ82の開度の初期化処理(具体的には、スロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70のロータの位置を初期位置に合わせることにより、各バルブの開度を初期開度に合わせる処理)を実行する。
図3は、スロットルバルブ76とチョークバルブ82の開度の初期化処理を表すフローチャートである。図示のプログラムは、所定の周期(例えば10msecごと)で実行される。
以下、図3フローチャートの処置について説明すると、先ずS10において、初期化完了フラグのビット(初期値0)が1にセットされているか否か判断する。S10で否定されるときはS12に進み、クランキングが検知されたか否か、換言すれば、操作者によってスタータスイッチ106が操作され、スタータモータ44が動作してクランキングが開始されたか否か判断する。この処理は、パワーコイル40の出力から得たパルス信号の有無に基づいて行われる。
S12で肯定される(パルス信号の入力がある)ときはS14に進み、スロットルバルブ76の開度を初期化する。具体的には、スロットル用電動モータ68への通電を開始してスロットルバルブ76を全開とし、そのときのステップ位置を初期位置としてECU100のRAM(図示せず)に記憶する。次いでS16に進み、同様にチョークバルブ82の開度を初期化する。具体的には、チョーク用電動モータ70への通電を開始してチョークバルブ82を全閉とし、そのときのステップ位置を初期位置としてECU100のRAM(図示せず)に記憶する。
次いでS18に進み、初期化完了フラグのビットを1にセットする。従って、各バルブの開度の初期化が完了すると、次回以降のプログラム実行時にS10で肯定され、S12からS18の処理がスキップされる。
また、S12で否定されるときも以降の処理をスキップする。従って、ECU100の起動後であっても、クランキングが開始されない限りはスロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70への通電は開始されない。
このように、この発明の第1実施例に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置にあっては、ECU100の起動後(電源投入後)、クランキングが検知されたときにスロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70への通電を開始してスロットルバルブ76とチョークバルブ82を開閉する、換言すれば、ECU100の起動と同時に各電動モータへの通電を開始するのではなく、クランキングが検知されるまで待機するように構成したので、装置の電源が投入されてからエンジン10が始動されるまで(クランキングが開始されるまで)の間にバッテリ102の電力が不要に消費されることがない。そのため、スタータモータ44に供給される電力の減少を防止でき、エンジン10の始動性を向上させることができる。また、電源投入後にエンジン10が始動されない(クランキングが開始されない)場合であっても、バッテリ上がりが生じ難い。
上記の効果について具体的に説明すると、前述したように、スロットル用電動モータ68とチョーク用電動モータ70の消費電流は共に0.8[A]であり、ECU100のそれは0.1[A]である。従って、従来技術のように電源投入と同時に各電動モータへの通電を開始した場合、クランキングが開始されるまでの間に合計1.7[A]の電流が継続して消費されることになる。これに対し、本願の消費電流はECU100の0.1[A]のみであって極めて少なく、バッテリの消費量を最低限に抑えることができる。
尚、クランキングが検知されたときに実行されるスロットルバルブ76とチョークバルブ82の開閉処理は、具体的には各バルブの開度を初期開度に調節する初期化処理であるため、エンジン始動後のバルブ開度を目標開度に精度良く一致させることができる。
また、上記実施例ではスロットルバルブ76とチョークバルブ82の両方を電動アクチュエータによって開閉させるようにしたが、いずれか一方のみを電動アクチュエータによって開閉させるようにした電子ガバナ装置についても、本願の構成を適用することができる。その意味から、特許請求の範囲では「スロットルバルブとチョークバルブの少なくともいずれか」と表現した。
以上の如く、この発明の第1実施例にあっては、吸気路(62)に配置されたスロットルバルブ(76)とチョークバルブ(82)を備えると共に、それらの少なくともいずれかを電動アクチュエータ(スロットル用電動モータ68、チョーク用電動モータ70。具体的にはステッピングモータ)によって開閉させる汎用内燃機関(エンジン10)の電子ガバナ装置において、前記電動アクチュエータ(68,70)への通電を制御して前記スロットルバルブ(76)と前記チョークバルブ(82)の少なくともいずれかの開度を調節する電子制御ユニット(ECU100)と、操作者の操作自在に配置され、操作されるとき、前記電子制御ユニット(100)を起動させるメインスイッチ(104)と、および前記内燃機関(10)のクランキングを検知するクランキング検知手段(パワーコイル40、ECU100)とを備えると共に、前記電子制御ユニット(100)は、操作者による前記メインスイッチ(104)の操作によって起動させられた後、前記内燃機関(10)のクランキングが検知されたとき、前記電動アクチュエータ(68,70)への通電を開始する(図3フローチャートのS12からS16)ように構成した。
また、前記電子制御ユニット(100)は、前記内燃機関(10)のクランキングが検知されたとき、前記電動アクチュエータ(68,70)への通電を開始して前記スロットルバルブ(76)と前記チョークバルブ(82)の少なくともいずれかの開度を初期開度に調節するように構成した。
尚、実施例では電動アクチュエータをステッピングモータとしたが、他の電動モータや電磁ソレノイドなどであっても良いし、電動モータでポンプを駆動して動作する油圧機器などであっても良い。また、クランキングをパワーコイル40の出力から得たパルス信号に基づいて検知するようにしたが、パルサコイルの出力に基づいて検知しても良いし、スタータスイッチ106の操作に基づいて検知するようにしても良い。
図1は、この発明の第1実施例に係る汎用内燃機関の電子ガバナ装置の全体図である。 図1に示すキャブレタの拡大図(断面図)である。 図1に示す電子制御ユニット(ECU)で実行される、スロットルバルブとチョークバルブの開度の初期化処理を表すフローチャートである。
符号の説明
10:汎用内燃機関(エンジン)、40:パワーコイル(クランキング検知手段)、62:吸気路、68:スロットル用電動モータ(電動アクチュエータ)、70:チョーク用電動モータ(電動アクチュエータ)、76:スロットルバルブ、82:チョークバルブ、100:ECU(電子制御ユニット、クランキング検知手段)、104:メインスイッチ

Claims (2)

  1. 吸気路に配置されたスロットルバルブとチョークバルブを備えると共に、それらの少なくともいずれかを電動アクチュエータによって開閉させる汎用内燃機関の電子ガバナ装置において、
    a.前記電動アクチュエータへの通電を制御して前記スロットルバルブと前記チョークバルブの少なくともいずれかの開度を調節する電子制御ユニットと、
    b.操作者の操作自在に配置され、操作されるとき、前記電子制御ユニットを起動させるメインスイッチと、
    および
    c.前記内燃機関のクランキングを検知するクランキング検知手段と、
    を備えると共に、前記電子制御ユニットは、操作者による前記メインスイッチの操作によって起動させられた後、前記内燃機関のクランキングが検知されたとき、前記電動アクチュエータへの通電を開始することを特徴とする汎用内燃機関の電子ガバナ装置。
  2. 前記電子制御ユニットは、前記内燃機関のクランキングが検知されたとき、前記電動アクチュエータへの通電を開始して前記スロットルバルブと前記チョークバルブの少なくともいずれかの開度を初期開度に調節することを特徴とする請求項1記載の汎用内燃機関の電子ガバナ装置。
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