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

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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