JP2013151909A - 手持ち式エンジン作業機の減速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、エンジンが実用回転速度域で作動している状態で、リーンカムダウン現象の発生を防止することにより、エンジンの安全な減速を得ることを目的とするものである。
【解決手段】 回転速度の変化から加速度を算出し、この加速度が予め定めた閾値よりも小さくなったならば、エンジン１が減速していると判断して点火時期を所望量遅角らせる、さらには燃料流量を増加させて、エンジン１の減速状態を確実に維持して、減速途中でのリーンカムダウン現象の発生を防止する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、芝刈り機やチェーンソウ等の手持ち式エンジン作業機の減速制御方法に関するものである。

現在、市場で使用されている手持ち式エンジン作業機に取付けられているエンジンは、燃料にガソリンを使用することを前提としたものが多い。しかし、環境負荷の低減のためバイオエタノールをガソリンに混合した燃料であるバイオ燃料が普及し始めており、これに対応することのできるエンジンが求められている。

ガソリン用エンジンにバイオ燃料を使用した場合には、ガソリンとバイオエタノールとの理論空燃比の違いにより、燃料が薄くなってしまう。これにより、アイドル回転速度が上昇してしまうこと、また回転速度の減速制御状態が悪化してしまうと云う傾向が生じる。特に、気化器のスロットルバルブを全開にしてエンジンの回転速度を作業回転速度域まで上昇させる実用回転速度域において、リーンカムダウン現象と呼ばれるような、高速回転運転状態から減速させた際に、エンジンの回転速度が、クラッチイン回転速度以下、例えばアイドル回転速度域まで低下し難い現象が起こり、手持ち式エンジン作業機の回転刃等の作業部分が止まらず、危険な状態となることがある。

このリーンカムダウン現象は、バイオ燃料を使用した時以外でも、例えば気温や気圧、標高による空気密度の変動や経年変化によるエンジン内部抵抗の減少、気密性の低下または気化器部品の摩耗による空気量の増加などにより発生する。

このようなリーンカムダウン現象の内、アイドル回転速度が上昇する現象に対応する手法としては、例えば特許文献１（特開２０１１−０１２６８５号公報）に示された技術を利用することができる。この従来技術に示された手法は、アイドル回転速度を、点火時期を制御する（点火時期を遅角する）ことによって、アイドル回転速度域における回転速度を、予め定めた目標回転速度に安定させるものである。

特開２０１１−０１２６８５号公報

しかしながら、上記した従来技術に示された手法にあっては、回転速度を増減変化させる加速に大きな影響、すなわち加速させ難いと云う影響を与えてしまうため、適用制御範囲は、手持ち式エンジン作業機の実用回転速度域内の最も低い回転速度であるクラッチイン回転速度よりも低い、アイドル回転速度域を含めた低速速度域でしか適用することができず、作業回転速度域を含む実用回転速度域の中高速回転速度域では、その適用が難しい、と云う問題があった。

そこで、本発明は、上記した従来技術における問題点を解消すべく創案されたもので、エンジンが実用回転速度域で作動している状態で、リーンカムダウン現象の発生を防止することを技術的課題とし、もってエンジンの安全な減速を得ることを目的とするものである。

本発明の手持ち式エンジン作業機の制御方法おける主たる構成は、
手持ち式エンジン作業機に取り付けられるガソリン用エンジンと気化器の組合わせ物において、気化器には燃料流量を制御する電磁バルブを設けること、
エンジンの点火装置に設けたマイコンにより回転速度を算出すること、
この算出した回転速度の変化から加速度を算出すること、
この算出した加速度が、予め定めた閾値よりも小さくなったならば、エンジンが減速していると判断して点火時期を遅らせること、
にある。

エンジンの減速制御は、算出した回転速度から得られた加速度が、予め定めた閾値よりも小さくなったことを根拠として、エンジンが減速していると判断するので、エンジンの回転動作状態が減速状態にあることを正確に判断することができる。

このように、エンジンの回転動作状態が間違いなく減速している状態で、エンジンの点火時期を遅らせるので、エンジンの回転速度は確実に低下することになり、これによりリーンカムダウン現象の発生を確実に防止でき、この際、エンジンの点火時期の遅角は、エンジンの減速中だけに実施されるので、この点火時期の遅角動作がエンジンの加速に悪影響を与えることがない。

本発明の他の構成は、上記した主たる構成に、エンジンが減速していると判断した際に、燃料流量を増加させる、ことを加えたものである。

エンジンが減速していると判断した際に、燃料流量を増加させることを加えたものにあっては、エンジンに供給される燃料流量の増加により、エンジンのより確実な減速を得ることができる。

また、本発明の他の構成は、上記した主たる構成において、エンジンの減速を検出する回転速度域を、クラッチイン回転速度以上の回転速度域とした、ものである。

エンジンの減速を検出する回転速度域を、クラッチイン回転速度以上の回転速度域としたものにあっては、クラッチイン回転速度以上の実用回転速度域における減速を確実に得ることができるので、実用回転速度域でのリーンカムダウン現象の発生を確実に防止することができる。

また、本発明の他の構成は、上記した主たる構成に、エンジンの回転速度が、クラッチイン回転速度以下まで低下した時に制御を終了させる、ことを加えたものである。

エンジンの回転速度が、クラッチイン回転速度以下まで低下した時に制御を終了させるものにあっては、過剰な制御によりエンジンの運転状態が不安定となることを防止することができる。

本発明は、上記した構成となっているので、以下に示す効果を奏する。
本発明の主たる方法の構成を有するものにあっては、エンジンの回転速度は確実に低下することになり、これによりリーンカムダウン現象の発生を防止して、エンジンの安全な運転を確実に得ることができ、また点火時期の遅角動作がエンジンの加速に悪影響を与えることがないので、エンジンの適正で円滑な加速制御動作を得ることができる。

エンジンが減速していると判断した際に、燃料流量を増加させることを加えたものにあっては、エンジンのより確実な減速を得ることができ、これによりエンジンの安全な運転を確実に得ることができる。

エンジンの減速を検出する回転速度域を、クラッチイン回転速度以上の回転速度域としたものにあっては、実用回転速度域でのリーンカムダウン現象の発生を確実に防止することができ、これにより速やかにクラッチイン回転速度以下まで減速させることができる。

エンジンの回転速度が、クラッチイン回転速度以下まで低下した時に制御を終了させるものにあっては、過剰な制御によりエンジンの運転状態が不安定となることを防止することができるので、減速制御を確実にかつより安全に終了させることができる。

本発明を実施するエンジンの、簡略説明図である。 本発明の一実施形態例の制御アルゴリズムを示す、フロー図である。 減速制御動作の一例を示す、グラフ線図である。 リーンカムダウン現象の有無を比較して示す、グラフ線図である。 本発明の動作状態の一例を示す、グラフ線図である。

以下、本発明の一実施形態例を、図面を参照しながら説明する。
図１において、エンジン１は、フライホイール３に内蔵された永久磁石と点火装置２内の発電コイル（図示省略）によって、点火フラグ４の点火、点火装置２内のマイコン制御の他に、電磁バルブ６の駆動の電力を発生させる。なお、点火装置２内のマイコンはエンジン１が回転している間、１回転あたりの時間を検出し、回転数データを記憶している。

気化器５には、点火装置２からの駆動信号ｈに従って、燃料（例えば、ガソリンにバイオメタノールを混合したバイオ燃料）を増減する電磁バルブ６が設けられており、この気化器５で生成された空気と燃料の混合気である吸気ｋは、エンジン９のシリンダ内に供給される。

図２は、点火装置２のマイコンの１回転毎の制御アルゴリズムを示すもので、気化器５のスロットルバルブを略全開させた実用回転速度域において、動作ｓ１でエンジン１の稼動を確認してから動作ｓ２、動作ｓ３、動作ｓ４、動作ｓ５，動作ｓ６，動作ｓ７そして動作ｓ９と進んで減速制御を完了する。動作ｓ２でＮＯの場合は、動作ｓ３、動作ｓ４、動作ｓ５を飛び越えて動作ｓ６を行う。また、動作ｓ４および動作ｓ５においてＮＯの場合は、動作ｓ９により制御動作を停止する。さらに、動作ｓ６においてＮＯの場合は、動作ｓ８を経て動作ｓ９に行く。

すなわち、エンジン１の１回転あたりの時間を検出して、回転データを記憶しているマイコンは、毎回ごとの回転速度を比較して、エンジン１が減速状態であるかないかを判断すると共に、そのときの回転速度範囲を判断し、毎回ごとの回転速度を比較して算出した加速度が閾値以下である場合に、エンジン１が減速状態となっていると判断する。次いで、エンジン１の回転速度が一定値以上、例えばクラッチイン回転速度以上の場合は、減速制御を行なうのである。

図３は、減速制御動作の一例を示すグラフ線図で、制御前の点火時期特性曲線ａ１の、クラッチイン回転速度以上の回転速度範囲部分の点火時期を、本発明による点火時期特性曲線ａ２まで遅角する動作状態と、制御前のバルブ開度特性曲線ｂ１を、本発明によるバルブ開度特性曲線ｂ２まで大きくする動作状態の両方を示している。すなわち、図３は、本発明方法として、点火時期の遅角手段と、バルブ開度を大きくして燃料流量を増大する手段の両方を実施した場合を示している。

図４は、リーンカムダウン現象の有無を比較して示したグラフ線図で、１点鎖線の左側は本発明制御が行なわれていない回転速度特性曲線ｃ１を、１点鎖線の右側は本発明制御を行なった回転速度特性曲線ｃ２を示している。回転速度特性曲線ｃ１においては、スロットルバルブを全開にした実用回転速度域からアイドル回転速度に回転速度を低下させる際に、「制御なし」の矢印で示される部分に「リーンカムダウン現象」が発生していて、回転速度がなかなか低下しない状態が示されているのに対して、本発明による回転速度特性曲線ｃ２においては、「リーンカムダウン現象」の発生はなく、きわめて円滑に回転速度が実用回転速度域からアイドル回転速度域に低下している状態が示されている。

図５は、本発明の動作状態の一例を示すもので、エンジン１の回転速度が、回転速度変化特性曲線ｄに示すように、実用回転速度域内に定めた減速検出上限速度に達した時点ｔ１で、動作ｓ２により減速状態が検出されると、点火装置２内のマイコンにより本発明による減速制御が、減速制御特性曲線ｅに示されるように開始されて、エンジン１の回転速度が減速制御を必要とする回転速度以上であることを動作ｓ６で確認してから、点火時期変化曲線ｇに示すように、点火時期を設定された値だけ遅角すると共に、マイコンからの駆動信号ｈに従って電磁バルブ６を制御して、燃料流量特性曲線ｆに示すように、燃料流量を一定量リッチ化し、エンジン１を減速状態に保つ。この本発明による減速制御は、動作ｓ６により、エンジン１の回転速度が予め設定されている、例えばクラッチイン回転速度である減速制御終了速度に低下するまで継続される。

エンジン１の回転速度が減速制御終了速度まで低下したことが時点ｔ２で動作ｓ６により検出されると、減速制御が終了（減速制御特性曲線ｅ参照）する。本発明による減速制御が終了すると、動作ｓ８に従って点火時期および燃料流量は制御前の状態に戻るが、この点火時期および燃料流量の制御前への戻り状態は、点火時期変化曲線ｇおよび燃料流量特性曲線ｆに示されるように、徐々に行なわれるものとなる。

一方、減速制御終了後におけるエンジン１の回転速度は、回転速度変化特性曲線ｄに示されるように、リーンカムダウン現象を生じることなく、速やかにかつ安定して目標とするアイドル回転速度域まで低下し、このアイドル回転速度域に留まる。

以上説明したように、本発明の手持ち式エンジン作業機の減速制御方法は，エンジンの回転動作の加速度減少変化に従って、点火時期さらには燃料流量を制御するので、エンジンの実用回転速度域において加速に対して悪影響を与える恐れが全くなく、エンジンの実用回転速度域における安定して良好な運転状態を維持したまま、リーンカムダウン現象を確実に防止することができるものであり、円滑で安全な運転が強く求められる手持ち式エンジン作業機の利用分野で幅広い利用展開が期待される。

１ ；エンジン
２ ；点火装置
３ ；フライホイール
４ ；点火プラグ
５ ；気化器
６ ；電磁バルブ
ｋ ；吸気
ｈ ；駆動信号
ｓ１〜ｓ９；動作
ａ１，ａ２；点火時期特性曲線
ｂ１、ｂ２；バルブ開度特性曲線
ｃ１、ｃ２；回転速度特性曲線
ｄ ；回転速度変化特性曲線
ｅ ；減速制御特性曲線
ｆ ；燃料流量特性曲線
ｇ ；点火時期変化曲線
ｔ１、ｔ２；時点

Claims (4)

1. 手持ち式エンジン作業機に取り付けられるガソリン用エンジン（１）と気化器（５）の組合わせ物において、前記気化器（５）には燃料流量を制御する電磁バルブ（６）を設け、前記エンジン（１）の点火装置（２）に設けたマイコンにより回転速度を算出して、該算出した回転速度の変化から加速度を算出し、該算出した加速度が予め定めた閾値よりも小さくなったならば、前記エンジン（１）が減速していると判断して点火時期を遅らせる、手持ち式エンジン作業機の減速制御方法。
2. エンジン（１）が減速していると判断した際に、燃料流量を増加させる請求項１に記載の手持ち式エンジン作業機の減速制御方法。
3. エンジン（１）の減速を検出する回転速度域を、クラッチイン回転速度以上の回転速度域とした請求項１または２に記載の手持ち式エンジン作業機の減速制御方法。
4. エンジン（１）の回転速度が、クラッチイン回転速度以下まで低下した時に制御を終了させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の手持ち式エンジン作業機の減速制御方法。

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