JP2015008693A - Engine work machine - Google Patents
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Description
本発明は、刈払機、チェンソー、ヘッジトリマなどの小型エンジンを用いた小型のエンジン作業機に関し、特にエンジン稼働中に作業機自体の姿勢が不安定な状態になった際にエンジンを自動停止又は出力を抑制するように構成したエンジン作業機に関する。 The present invention relates to a small engine work machine using a small engine such as a brush cutter, a chain saw, a hedge trimmer, and the like, and particularly when the attitude of the work machine itself becomes unstable during engine operation, the engine is automatically stopped or output. The present invention relates to an engine work machine configured to suppress the above.
刈払機、チェンソー、ヘッジトリマなどの携帯型のエンジン作業機では、エンジンの出力をクランク軸に直接又は間接的に接続された遠心クラッチ機構を介して、刈刃、ソーチェン等を駆動する。遠心クラッチは、クランク軸等の回転体側に設けられたクラッチシューと、駆動される側に設けられクラッチシューの外周側に設けられるクラッチドラムによる摩擦力で動力を伝達するクラッチであり、エンジンがアイドリング状態等の低速回転時には遠心力が小さいためにクラッチシューが内周側に位置しており、回転体の動力を駆動される側には伝達しない(クラッチ断の状態)。エンジンの回転数が上昇して所定の回転数(クラッチ接続回転数)以上になると、遠心力によってクラッチシューが外周側に移動してドラムの内周面と接することにより回転体から駆動される側への動力伝達が行われる(クラッチ接続の状態)。このような遠心クラッチ機構は、エンジンの回転数が上昇すると自動的にクラッチ機構が接続されて刈刃が回転するため、携帯型のエンジン作業機の作業中に何らかの原因によって刈刃、ソーチェン等を止めたい場合であってもエンジンの回転数が低下するまでクラッチを切ることができない。 In portable engine working machines such as a brush cutter, a chain saw, and a hedge trimmer, a cutting blade, a saw chain, and the like are driven through a centrifugal clutch mechanism in which the output of the engine is directly or indirectly connected to a crankshaft. Centrifugal clutches are clutches that transmit power by the frictional force of a clutch shoe provided on the rotating body side such as a crankshaft and a clutch drum provided on the driven side and provided on the outer peripheral side of the clutch shoe. Since the centrifugal force is small during low speed rotation such as in a state, the clutch shoe is located on the inner peripheral side, and the power of the rotating body is not transmitted to the driven side (clutch disengaged state). When the engine speed rises and exceeds a predetermined speed (clutch connection speed), the clutch shoe moves to the outer peripheral side by centrifugal force and comes into contact with the inner peripheral surface of the drum to be driven from the rotating body. Power is transmitted to the clutch (clutch connected state). In such a centrifugal clutch mechanism, when the engine speed increases, the clutch mechanism is automatically connected and the cutting blade rotates, so that the cutting blade, saw chain, etc. can be removed for some reason during the operation of the portable engine work machine. Even if you want to stop, you can't disconnect the clutch until the engine speed drops.
このため、エンジン作業機においては遠心クラッチの採用と共に機械的なブレーキ装置を設けることが提案されている。このようなブレーキ装置として、例えば特許文献1に示されたものがある。このブレーキ装置は、その第6図に開示されているように、ブレーキドラムの外周に接してブレーキシューを配置し、このブレーキシューとアームとの間にブレーキワイヤを張り、ブレーキばねでブレーキワイヤを引き戻すとともに、ブレーキドラムにブレーキシューを押しつける構造であり、アームを操作しない場合にはブレーキばねでブレーキシューを押しつけ、ブレーキドラムにブレーキが働くというものである。
For this reason, it has been proposed to provide a mechanical brake device together with the adoption of a centrifugal clutch in an engine working machine. As such a brake device, there exists a thing shown by
特許文献1の構造では、ブレーキを用いて作業機器を素早く停止させることができるもののエンジンの回転数はアイドリング回転数に復帰するだけである。刈刃、ソーチェン等を止めたい場合には、例えば作業者が作業姿勢を崩して不安定な状況になったときや、エンジン作業機を落としてしまった場合等のエンジンも迅速に停止したい場合がある。
In the structure of
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、作業者が作業姿勢を崩して不安定な状況になったときや、エンジン作業機を落としてしまった場合等の不安定姿勢時にエンジンの回転を素早く抑制するか又は停止させるようにしたエンジン作業機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background, and the purpose of the present invention is when an unstable posture occurs such as when an operator breaks his working posture into an unstable situation or when an engine work machine is dropped. An object of the present invention is to provide an engine working machine that can quickly suppress or stop rotation of an engine.
本発明の他の目的は、加速度センサとエンジンの回転検出手段を用いて、異常時にエンジンの回転を抑制するか又は停止させるようにしたエンジン作業機を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an engine working machine that uses an acceleration sensor and an engine rotation detection means to suppress or stop the rotation of the engine when an abnormality occurs.
本発明のさらに他の目的は、作業者が把持するグリップ部に圧力センサを設けて、圧力センサの信号を用いて、異常時にエンジンの回転を抑制するか又は停止させるようにしたエンジン作業機を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an engine work machine in which a pressure sensor is provided in a grip portion gripped by an operator, and the rotation of the engine is suppressed or stopped at the time of abnormality using a signal of the pressure sensor. It is to provide.
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。 The characteristics of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
本発明の一つの特徴によれば、ケースと、クランクケースを貫通して延びるクランク軸を有するエンジンによって作業機を稼働させるエンジン作業機であって、シリンダ又はクランクケースに設けられる加速度センサと、クランク軸の回転を検出する回転検出手段と、エンジンの運転を制御する制御手段を設け、制御手段は加速度センサと回転検出手段から情報を受け取り、加速度センサの出力から回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域に相当する範囲を除外し、除外された出力から得られる信号の加速度ピークがしきい値以上であるときにエンジンの運転を抑制するかまたは停止させるように構成した。このように、不安定な状況の検出をするパラメータとして加速度センサから得られる加速度信号と、加速度信号のピーク周波数と、回転検出手段から得られるエンジン回転数と、そのエンジン周波数を用いるので、エンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出することができる。 According to one aspect of the present invention, an engine working machine that operates a working machine with an engine having a case and a crankshaft extending through the crankcase, the acceleration sensor provided in the cylinder or the crankcase, the crank A rotation detection means for detecting the rotation of the shaft and a control means for controlling the operation of the engine are provided. The control means receives information from the acceleration sensor and the rotation detection means, and is obtained from the output of the acceleration sensor by the output of the rotation detection means. The range corresponding to the frequency band is excluded, and the operation of the engine is suppressed or stopped when the acceleration peak of the signal obtained from the excluded output is equal to or greater than the threshold value. As described above, since the acceleration signal obtained from the acceleration sensor, the peak frequency of the acceleration signal, the engine speed obtained from the rotation detecting means, and the engine frequency are used as parameters for detecting the unstable situation, the engine operation is performed. The unstable situation of the machine can be detected effectively.
本発明の他の特徴によれば、除外される周波数帯域は、回転検出手段の出力により求められるエンジンの固有周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域である。また、制御手段は回転検出手段により得られた情報をもとにエンジンのn次の周波数を求め、1次周波数だけでなくn次周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域を加速度センサの出力から除外するので、エンジンの基本振動に影響されること無く、アンバランス等のエンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出することができる。さらに、制御手段はエンジンの回転数領域毎に異なるしきい値を用いるようにし、このしきい値は予め制御装置内の記憶装置に格納しておくように構成した。このため、エンジンの回転数に応じたしきい値を記憶装置から読み出すだけで良いので、要求されるマイコンの処理能力が低くて済む。さらに、制御手段は加速度センサの出力から衝撃ピークを求め、加速度ピークがしきい値以上であって、かつ、衝撃ピークがしきい値以上であるときにエンジンの運転を抑制するかまたは停止させるように制御すれば、不安定な状況をより高精度に検出できる。 According to another feature of the invention, the excluded frequency bands are bands with a predetermined width of plus and minus around the natural frequency of the engine determined by the output of the rotation detecting means. Further, the control means obtains the nth order frequency of the engine based on the information obtained by the rotation detection means, and not only the first order frequency but also a band with a predetermined positive and negative width centered on the nth order frequency. Since it is excluded from the output, it is possible to effectively detect an unstable state of the engine work machine such as unbalance without being affected by the fundamental vibration of the engine. Further, the control means uses a different threshold value for each engine speed region, and this threshold value is stored in advance in a storage device in the control device. For this reason, since it is only necessary to read out the threshold value corresponding to the engine speed from the storage device, the required processing capacity of the microcomputer is low. Further, the control means obtains an impact peak from the output of the acceleration sensor, and suppresses or stops the operation of the engine when the acceleration peak is equal to or greater than the threshold value and the impact peak is equal to or greater than the threshold value. If the control is performed, an unstable situation can be detected with higher accuracy.
本発明の他の特徴によれば、作業者が把持するグリップ部に、作業者による把持状態を検出する圧力センサを設け、制御手段は圧力センサからの出力により作業者による把持状態を検出し、加速度ピークと、圧力センサからの出力を用いてエンジン作業機の姿勢が不安定であることを検出して、エンジンの運転を抑制するかまたは停止させるので、作業者による把持状態を考慮した不安定状況の検出を行うことができる。 According to another feature of the present invention, a pressure sensor for detecting a gripping state by the worker is provided in a grip portion gripped by the worker, and the control means detects the gripping state by the worker based on an output from the pressure sensor, The engine peak is detected using the acceleration peak and the output from the pressure sensor, and the engine operation is suppressed or stopped. Situation detection can be performed.
本発明によれば、作業機および作業操作に由来する固有の加速度ピークが現れる周波数域から外れている周波数領域における加速度ピークを効果的に検出することにより、エンジンの振動に左右されずにエンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出することができる。また、刈刃の取り付け状態が異常である場合等を効果的に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to effectively detect an engine peak without being influenced by engine vibration by effectively detecting an acceleration peak in a frequency region that is out of a frequency region in which a specific acceleration peak derived from a work machine and a work operation appears. The unstable situation of the machine can be detected effectively. Moreover, the case where the attachment state of a cutting blade is abnormal can be detected effectively.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted. Further, in the present specification, description will be made assuming that the front and rear directions and the up and down directions are directions shown in the drawing.
図1はエンジン作業機1の一例である刈払機の全体形状を示す斜視図である。エンジン作業機1は、メインパイプ4の一端に取り付けられたエンジン10(駆動部となるエンジン本体)と、メインパイプ4の他端側に取り付けられた回転する刈刃(回転刃)2を有する。刈刃2はギヤユニットに設けられたスピンドル(図示せず)に対して着脱可能であり、刈刃2の近傍には、刈り払った草の飛散防止のための飛散防御カバー3が設けられる。メインパイプ4の長手方向の中間よりやや後方部分にハンドル5が組み付けられる。メインパイプ4の後端側にはエンジン10が設けられる。エンジン作業機1は小型軽量で大きな出力を得ることができる汎用エンジンを用いて、燃料を補給することにより長時間の作業を可能としたものである。エンジン10を起動するために、例えば手動式のスタータが広く用いられる。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall shape of a brush cutter as an example of the
ハンドル5は、前方から見た際に略U字状の形状をした金属製のパイプであり、先端部分には樹脂製のグリップ部6a、6bが設けられる。作業者が右手で把持する側のグリップ部6aの根本付近にはスロットルレバー34、ロックレバー35が設けられ、作業者は、ロックレバー35を引きながらスロットルレバー34を操作することでエンジン10の回転数を調整して刈刃2の回転速度を調整する。さらに、グリップ部6aに圧力センサ38が設けられる。圧力センサ38は、作業者がグリップ部6aを握る際に圧力センサ38に所定の圧力が掛かるような位置に設けられ、圧力センサ38の出力信号を監視することによって、作業者がグリップ部6aを把持しているのか、又は、離しているかを検出することができる。
The
作業者は圧力センサ38を把持した状態で作業を行う。スロットル用のケーブル39は、内側(インナー)にワイヤが配置され、外側(アウター)が樹脂製のカバーで覆われたものであって、ケーブル39は後述する気化器20(図2参照)のスロットル機構に接続される。スロットルレバー34を引くとケーブル39の内部に配置されたワイヤ(後述)がハンドル側に引かれて後述する気化器20のスロットルが開くことになる。圧力センサ38によって作業者がグリップ部6aを把持していないと判断された場合は、後述する制御装置によって本実施例による制御手順が実行されるが、その制御に関しては後述する。
The operator performs work while holding the
図2は、本実施例に係るエンジン作業機1のエンジン10の背面図であって、シリンダカバー7(図1参照)を取り外した状態を示している。エンジン10は、2サイクルの小型エンジンであって、図示しないクランク軸がメインパイプ4(図1参照)と同軸上に配置され、シリンダ11がクランクケース14から略上側に伸びるように配置され、シリンダ11内で図示しないピストンが上下方向に往復移動する。クランク軸の後端側(図示しない遠心クラッチが配置される側と反対の端部)には、エンジンを始動するためのリコイルスタータ30が設けられる。リコイルスタータ30は4本のネジ33によってクランクケース14に取り付けられる。リコイルスタータ30は、手動式のスタータであって、作業者がエンジン10の始動時にスタータハンドル31を強く引くことによりクランクシャフトを回転させて、エンジン10が始動するきっかけを作る。このリコイルスタータ30自体の構成は従来例と同じなのでここでの詳細な説明は省略する。エンジン10の左側には、吸気ポートと連結するインシュレータ22を介して気化器20が設けられ、気化器20の外側(左側)には吸入する空気を濾過するエアクリーナの格納空間を構成するエアクリーナカバー21が設けられる。
FIG. 2 is a rear view of the
エンジン10の側方(右側)にはマフラー16が設けられ、マフラー16の後面側には、排気ガスの出口となる排気口16aが設けられる。マフラー16は、作業者が直接触れてしまうのを防止するため、樹脂製のマフラーカバー15で覆われる。エンジン10は、その上部がシリンダカバー7(図1参照)によって覆われる。クランクケース14の下側には燃料タンク27が設けられる。燃料タンク27は、半透明の高分子樹脂により形成される容器であって、開口部に取り付けられるキャップ28を外すことによってガソリンと所定比率のオイルを混合した混合燃料を入れることができる。エンジン10を始動するときは、作業者は図示しないチョークレバーを引いてからスタータハンドル31を勢いよく引くことによりエンジン10が始動する。
A
本実施例ではエンジン10の加速度をピックアップするセンサとして、シリンダ11の下端付近であってクランクケース14への取り付け面の近傍付近に加速度センサ37を設けた。図示の位置に加速度センサ37を設けるとシリンダ11の振動を直接検知してしまいノイズが多くなってしまうと思われるが、本実施例の制御によりエンジン10の運転に起因するシリンダ11からのノイズを除去する場合は、振動の発生源ともいえるシリンダ11にあえて加速度センサ37を取り付ける方が良い。尚、加速度センサ37を設ける位置は、シリンダ11に接するように設けるのでは無く、クランクケース14に接するように取り付けても良いし、シリンダ11及びクランクケース14以外の箇所に設けるように構成しても良い。
In this embodiment, an
加速度センサ37の信号は図示しないケーブルにてリコイルスタータ30のケースの内部に設けられた制御装置(コントローラ)36に伝達され、制御装置36によって信号処理がされる。制御装置36は、汎用のマイコン(マイクロコンピュータ)を含めて構成すると好ましく、マイコンによって所定のプログラムを実行することにより後述する信号分析を行い、その分析処理の結果に基づくエンジン10の運転抑制(エンジン回転数をアイドリングにまで戻す)か、又は、エンジン10を停止させる。尚。制御装置36を設ける位置はリコイルスタータ30のケース部分だけに限られずに、シリンダカバー7やその他の部位に設けるように構成しても良い。
The signal of the
図3は、エンジン10の側面図である。イグニッションコイル23で発生された高圧電流は、イグニッションコード24とプラグキャップ25を介して点火プラグ26(図2参照)に伝達される。エンジン10のクランク軸(図示せず)の前端にはマグネトロータ17が設けられる。マグネトロータ17は、回転する機構の動きを安定化させる働きを持つフライホイールの役目を果たす部品であって、本実施例のエンジン10においては、マグネトロータ17にはシリンダ11を冷却するための冷却風を生成するためのフィン17aが一体的に形成され、マグネトロータ17の外周面の一部には、点火用の高圧電流を発生させるために磁気を帯びた磁性体(磁石)18が設けられる。マグネトロータ17は、例えばアルミニウム合金の鋳造にてフィン17aと一体的に構成され、ボルト等によってクランク軸に固定される。マグネトロータ17の前方側には遠心クラッチ19が設けられ、エンジン10の回転数が遠心クラッチ19の接続回転数以下になると図示しないクラッチドラムとマグネトロータ17に設けられたクラッチ爪との係合状態が外れて先端工具への動力伝達が遮断され、先端工具たる刈刃2が停止する。遠心クラッチの前方側にはボリュートケース8が設けられ、ボリュートケース8は脚部9と一体に成形され、遠心クラッチ19のドラム部(図示せず)を回転可能に軸支する。
FIG. 3 is a side view of the
エアクリーナカバー21の下端付近には、始動直前に混合燃料を燃料タンク27から気化器20に吸い上げるためのプライマリポンプ32が設けられる。作業者はエンジン10の始動直前にプライマリポンプ32を繰り返し押すことにより、気化器20に燃料を吸い上げる。プライマリポンプ32は半球状の透明バルブであって、透明バルブ部分に混合燃料が到達したことをもって気化器20に燃料が到達していることを目視確認できる。
Near the lower end of the air
次に図4を用いて、エンジン作業機1の通常運転時に検出されるエンジン10の振動計測データを説明する。本データは、シリンダ11の下端付近に設けられた加速度センサ37の出力信号を元に検出される信号であり、横軸は振動の周波数(Hz)、縦軸は加速度(G)である。本実施例では3軸に対する振動を検出できる加速度センサ37によって検出されるものであり、計測される振動の加速度は、エンジン10の回転速度によってその大きさが変化する。図4では、エンジン回転数が10000rpmの時の加速度信号(実線41〜43にて図示)と、8000rpmの時の加速度信号(点線46〜48にて図示)を計測した。図4(1)は、通常運転時の上下方向における加速度の変化であって、10000rpmの時には、矢印41aと矢印41b付近の2ヶ所のピーク振動が出現する。このピーク振動は、エンジン回転数10000rpm、即ち約166Hzとその2次の周波数(約333Hz)である。8000rpmの時には、2ヶ所にてピーク振動が出現し、矢印46a、46bのようにピークとなる周波数が、エンジン回転数の減少に応じて低下して約133Hzと267Hzにて出現する。
Next, vibration measurement data of the
図4(2)は、通常運転時の前後方向における加速度の変化であって、10000rpmの時には、矢印42aと矢印42b付近の2ヶ所のピーク振動が出現する。8000rpmの時には、ピーク振動が出現するポイントは矢印47aの1ヶ所である。図4(3)は、通常運転時の左右方向における加速度の変化であって、10000rpmの時には、矢印43aと矢印43b付近の2ヶ所の加速度ピークが出現する。8000rpmの時には、ピーク振動が出現するポイントはほとんど無くなるが、矢印48a付近の加速度が比較的高めになっている。(1)から(3)の波形で理解できるように、ピーク振動が出現する位置はエンジン回転数や振動の方向に大きく影響されるため、エンジン回転数に応じたピーク位置付近の所定の帯域幅(例えば±5〜20Hz付近の周波数帯域)の信号を取り除き、それ以外の信号を用いて解析することによってエンジン作業機1の姿勢が不安定な状態にあるか否かを検出することができる。
FIG. 4 (2) shows a change in acceleration in the front-rear direction during normal operation. At 10000 rpm, two peak vibrations appear in the vicinity of the
次に図5を用いて、作業中にエンジン作業機1を落下させてしまった場合に検出されるエンジン10の振動計測データを説明する。これらデータも加速度センサ37の出力信号で検出されるが、ここで示す周波数帯域は、エンジン回転数が10000rpmで作業中にエンジン作業機1を自由落下させた場合の、落下中に取得した加速度信号であり、特徴的な振動として低周波の特徴的な振動が発生する。ここでは横軸は0〜64Hzをプロットしているが、ピーク信号となる部分(矢印51aで示す。記号“□”は、複数のピーク51a〜51dのうち加速度がピークとなる位置を示している。以下、同様)は、落下時のピークの検知周波数fは、上下方向で矢印51aのように2Hz程度、前後方向では矢印52aのように1Hz以下、左右方向では矢印53aのように1Hz以下である。この落下時においてエンジン回転数に基づく振動による周波数(エンジン周波数fe)が図4の通りであり、例えば10000rpmの時の加速度信号で見ると、矢印51a、52a、53aの検知周波数fと、エンジン10の回転数に起因するエンジン周波数feたる図4の矢印41a、42a、43aとは一致しない。この比較は8000rpmの時の加速度信号で比較しても同様であり、矢印51a、52a、53aの検知周波数fと、エンジン10の回転数に起因するエンジン周波数feたる図4の矢印46a、47a、48aとは一致しない。また、図4で出現する加速度ピークに比べると、矢印51aが数g程度であり、矢印52a、53a付近の加速度ピークですら1〜3g程度である。
Next, vibration measurement data of the
次に図6を用いて、作業中にキックバック等の影響を受けて、エンジン作業機1が急激に姿勢変化した場合に検出されるエンジン10の振動計測データを説明する。キックバックの際に特に検出される特徴的な振動としては、図5に示した落下の際に得られる加速度信号と違って、0〜100Hz程度にまで広く分布することである。ここでは横軸は0〜128Hzをプロットしているが、ピーク信号となる部分は、キックバック時の検知周波数fは、上下方向で矢印61aのように3Hz程度、前後方向では矢印62aのように4Hz程度、左右方向では矢印63aのように4Hz程度である。このキックバック時においてエンジン回転数に基づく固有振動(エンジン周波数fe)による加速度と比較すると、図6の矢印61a、62a、63a等で示される検知周波数fと、エンジン10の回転数に起因するエンジン周波数feたる図4の矢印41a、42a、43aとは全く一致しない領域にある。
Next, vibration measurement data of the
次に図7、8を用いて、刈刃2が偏心して取り付けられていてエンジン作業機1がアンバランスな状態になった場合に検出されるエンジン10の振動計測データを説明する。アンバランスな状態になった際に特に検出される特徴的な振動としては、上下方向でみると図7(1)に示した信号のように波形の形的にはほとんど図4で示した波形と同じように見える。例えば10000rpmの加速度71は、図の加速度41と同様に2つのピーク(矢印71a、71b)が出現する。しかしながら、前後方向でみると図7(2)のように加速度ピークが矢印72aのように1つしか見えない。また、左右方向においても加速度ピークが矢印73bのように1つしか見えない。このようにエンジン作業機1に対して何らかの要因、外因などによってアンバランスな回転状態になった場合には、加速度センサ37の出力信号の波形が大きくなったり小さくなったり、ピーク信号が特定方向にシフトしたりする。ここで図8を用いて図4(1)の加速度信号41と図7(1)の加速度信号71について更に説明する。
Next, vibration measurement data of the
図8は、図4(1)の加速度信号41と図7(1)の加速度信号71(共にエンジン回転数10000rpm)を同じグラフに並べてプロットしたものである。ここでわかることは通常時の加速度信号41に比べ、アンバランスな状態においては加速度信号71が全体的に大きくなり、また、その加速度ピークが矢印41aから矢印71aのように高くなる方向にシフトし、同様に矢印41bの加速度ピークが矢印71bのように高くなる方向にシフトしている。ここで、本実施例においては、エンジン10の回転数に起因するエンジン周波数f1は、エンジン(クランク軸)の回転を検出する回転検出手段から得られるリアルタイムのエンジン回転数に基づいて算出して、エンジン周波数f1から上下所定の範囲(ここではf1±15Hz)のマスク範囲75を検出される加速度信号から除外し、マスク範囲75以外の周波数領域において、その加速度ピーク71aが所定のしきい値g1を越えているかどうかが比較される。ここでエンジン回転数とエンジン周波数f1との関係については、製品出荷前に予め算出しておいてその値を制御手段に含まれるマイコン又はメモリに記憶させておくと良い。ここで、マスク範囲75以外の全周波数領域における検知周波数fのピーク値(加速度ピークg)が予め設定されるしきい値g1と比較し、しきい値g1以下ならばエンジン作業機1が正常の状態で作業されていると判断し、加速度ピークgがしきい値g1を越えた場合は、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす必要がある異常時の状態であると判断する。図8においては、上下方向にだけ加速度を比較した例で説明したが、同様に前後方向や左右方向の加速度信号においても同様に測定された加速度ピークgとしきい値g1を比較し、いずれかの加速度信号がしきい値g1を越えた場合に、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす必要がある異常時の状態であると判断するとよい。
FIG. 8 is a graph in which the
尚、加速度信号から除外されるマスク範囲を、エンジン10の基本周波数(1次周波数)たるマスク範囲75だけでなく、エンジン10の2次高調波周波数たるf2から上下所定の範囲(ここではf2±15Hz)をマスク範囲76として比較される加速度信号71から除外するようにしても良い。マスク範囲は必要に応じてn次高調波周波数領域(n=2,3・・)において設定しても良い。またマスク範囲の幅は、ここでは±15Hz程度としたがこの幅はエンジンの種類、振動の特性、加速度センサーの取付位置、取り付け方向などに応じて適宜設定すれば良い。このように構成すれば、エンジンの振動周波数の高調波成分の影響を効果的に除外することができる。
The mask range excluded from the acceleration signal is not limited to the
次に図9のフローチャートを用いて、加速度センサと回転検出手段を使ったエンジン10の自動停止制御の処理手順を説明する。制御装置36は、まず加速度センサ37の出力を得ることによって加速度情報を取り込む(ステップ81)。次に制御装置36は得られた加速度信号から、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークgを検知し、その加速度ピークgの検知周波数fを算出する(ステップ82)。次に、制御装置36は、イグニッションコイル23の出力を用いてエンジン10の回転数を検知して、その情報を取り込み(ステップ83)、エンジン10の回転数に起因する振動のピークとなるエンジン周波数feを算出する(ステップ84)。次に、制御装置36は、検知された検知周波数fが、エンジン周波数feと一致しないかどうかを判定する(ステップ85)。一致するかどうかは周波数が厳密に一致するかどうでの比較で無くて、エンジン周波数feに一定の幅を持たせて、例えばエンジン回転数が10000rpmの時は固有のエンジン周波数feが166Hzであるので、166Hzを中心にある幅(例えば±15Hz)を持った範囲、例えば151〜181Hz程度の範囲をエンジン周波数feとして、その範囲内に検知周波数fが含まれるかどうかで、一致するかどうかを判定する。ここで、一致すると判定された場合は、落下等の異常時による検知周波数fではないと考えられるので、ステップ81に戻り、一致しないと判断された場合は、検知周波数fにおける加速度ピークgがしきい値g1以上であるかどうか判断する(ステップ85、86)。ステップ86において、加速度ピークgがしきい値g1以上と判断された場合は、制御装置36は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす(ステップ86、87)。安全装置は、例えば制御装置36がプログラムを実行することにより、キルスイッチを電子的にオン又はオフするように構成しても実現できる。ステップ86において、検知周波数fにおける加速度ピークgがしきい値g1未満の場合は、ステップ81に戻る。本実施例の処理によれば、エンジン10の振動に由来する加速度を誤ってアンバランスな状態での加速度ピークと判断することを防止できるので、エンジン回転数に関わらずに確実にアンバランスな不安定な状況を効果的に検出することができるという効果がある。
Next, the processing procedure of the automatic stop control of the
次に図10のフローチャートを用いて、本実施例の変形例を説明する。図10の手順では、回転検出手段により得られるエンジン回転数を基にエンジン次数による周波数域を計算し、この周波数域のデータを加速度情報から先に除外することでエンジン振動による影響を除外する制御を加えるようにしたものである。制御装置36は、まず制御装置36は、イグニッションコイル23の出力を用いてエンジン10の回転数を検知し、その情報を取り込む(ステップ91)。次に、制御装置36は、エンジン10の回転数に起因する振動のエンジン周波数feと、エンジン10のn次周波数fnを算出する(ステップ92、93)。次に、制御装置36は、加速度センサ37の出力を得ることによって加速度情報を取り込に(ステップ94)、得られた加速度信号から、エンジン周波数fe付近及びエンジン10のn次周波数fn付近の帯域(±15Hz分)の信号域の加速度信号を除外する。ここで、n=1の信号(つまりエンジン周波数fe)と、n=2のエンジン周波数f2を除外するだけでよいが、n=3、4・・の信号域の加速度信号を除外するように構成しても良い。また、除外する帯域幅は±15Hz分だけでなく、本実施例による検出動作に最適な帯域幅を決定するようにすればよい。さらに、n=1とn=2の帯域幅を同じとする必要はないので、n=1の帯域幅をn=2の帯域幅よりも広く又は狭く設定してもよい。
Next, a modification of the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. In the procedure of FIG. 10, the frequency range by the engine order is calculated based on the engine speed obtained by the rotation detecting means, and the control of excluding the influence of the engine vibration by excluding the data in this frequency range from the acceleration information first. Is added. The
次にステップ96にて除外された周波数範囲において、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークgを検知し(ステップ96)、その加速度ピークgが所定のしきい値g1以上であるかどうかを判定する(ステップ97)。加速度ピークgがしきい値g1以上と判断された場合は、制御装置36は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす(ステップ97、98)。以上のように、本実施例の変形例によれば、エンジン10のn次周波数fn付近の加速度信号を除去するので、エンジン固有の振動を、エンジン作業機の不安定な状況に起因する振動と効果的に区別することができる。また、図10の変形例においては、エンジン10の回転数に応じて加速度センサの出力から回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域に相当する範囲を除外し、残りの周波数範囲から加速度ピークを検出するようにしたので、エンジン10の固有周波数近傍に出現する加速度ピークが検出されないことを確実に防止することができる。
Next, in the excluded frequency range in
図11は図9の第2の変形例であり、回転検出手段より得られるエンジン回転数情報に対応したしきい値を設定する制御を加えた手順を説明するフローチャートである。制御装置36は、イグニッションコイル23の出力を用いてエンジン10の回転数を検知し、その情報を取り込む(ステップ101)。次に、制御装置36は、エンジン10の回転数に起因する振動のエンジン周波数feを求め(ステップ102)、エンジン10の回転数に対応した加速度ピークしきい値g1を決定する(ステップ103)。このしきい値g1は、製品出荷前にあらかじめ設定して制御装置36の図示しない記憶手段内に格納しておき、ステップ103の処理の際に記憶手段から回転数に対応したしきい値g1を読み出すようにすれば良い。また、しきい値g1をエンジン回転数に対応する所定の関数によって算出するように構成しても良く、制御装置がステップ103の処理の際に関数を演算することによって算出するように構成しても良い。
FIG. 11 shows a second modification of FIG. 9 and is a flowchart for explaining a procedure in which control for setting a threshold value corresponding to engine speed information obtained from the rotation detecting means is added. The
次に、制御装置36は、加速度センサ37の出力を得ることによって加速度情報を取り込む(ステップ104)。次に制御装置36は得られた加速度信号から、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークgを検知し、その加速度ピークgの周波数(検知周波数f)を算出する(ステップ105)。次に、制御装置36は、検知周波数fがエンジン周波数feと一致するか否かを判定する(ステップ106)。一致するかどうかは、周波数が同じかというような厳密な比較で無くて、所定の帯域幅で比較するのは図9における処理手順と同様である。ここで、一致すると判定された場合は、落下等の異常時に起因する加速度ピークではないと考えられるので、ステップ101に戻り、一致しないと判断された場合は、加速度の検知周波数fがしきい値g1以上であるかどうか判断する(ステップ106、107)。ステップ107において、検知周波数fにおける加速度ピークgがしきい値g1以上と判断された場合は、制御装置36は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす(ステップ107、108)。ステップ107において、加速度ピークgがしきい値g1未満の場合は、ステップ101に戻る(ステップ107)。以上のように、本実施例の第2の変形例によれば、エンジン10の回転数に応じてしきい値g1を設定するため、実作業を行うすべての回転数領域(例えば遠心クラッチが接続される回転数)において、エンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出できる。この結果、ある一定回転数域でしか不安定な状況を検出できない現象の発生を阻止できる。また、アンバランスな状態を起因とする、通常のエンジン振動よりも小さい加速度ピークが出現した場合であっても、しきい値g1を回転速度に合わせて適切に変更するようにしたので、効果的に不安定な状態を検出できる。
Next, the
図12は図9の第3の変形例であり、制御装置36によって、不安定な状況の判定基準に加速度情報から演算できる衝撃ピークとしきい値g1の比較を加えるように制御する処理手順の一例を示すフローチャートである。制御装置36は、加速度センサ37の出力を得ることによって加速度情報を取り込み(ステップ111)、得られた加速度信号から上下方向、前後方向、左右方向におけるピークを検知し、その加速度ピークg、検知周波数f、衝撃ピークGを算出する(ステップ112)。次に制御装置36は、イグニッションコイル23の出力を用いてエンジン10の回転数を検知し、その情報を取り込み(ステップ113)、エンジン10の回転数に起因する振動のエンジン周波数feを求める(ステップ114)。次に、制御装置36は、検知された検知周波数fが、エンジン周波数feの含まれる帯域と一致しないかどうかを判定する(ステップ115)。ここで、検知周波数fがエンジン周波数feの含まれる帯域に含まれると判定された場合は、落下等の異常時による検知周波数fではないと考えられるので、ステップ111に戻り、一致しないと判断された場合は、検知周波数fにおける加速度ピークgがしきい値g1以上であるかどうか判断する(ステップ115、116)。ステップ116において、加速度ピークgがしきい値g1以上と判断された場合は、次に衝撃ピークGがしきい値以上であるか否かを判定する(ステップ117)。ここで衝撃ピークGは次式で求めることができる。
G = m(gt − gt−1)
但し m:エンジン作業機の重量
gt:時刻tにおける加速度信号
つまり、衝撃ピークGは、単位時間当たりの加速度の変化量として演算することができ、衝撃ピークGがしきい値以上の時は、制御装置36は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす(ステップ117、118)。ステップ117において、衝撃ピークGがしきい値未満の場合は、ステップ111に戻る(ステップ117)。
FIG. 12 shows a third modification example of FIG. 9, and shows a processing procedure for controlling the
G = m (g t - g t-1)
Where m is the weight of the engine working machine
g t : acceleration signal at time t
That is, the impact peak G can be calculated as the amount of change in acceleration per unit time. When the impact peak G is greater than or equal to the threshold value, the
以上のように第3の変形例では、加速度ピークgに加えて衝撃ピークGも用いるようにしたので、エンジン回転数に影響されずにエンジン作業機がアンバランスな状態に陥ったことを確実に検出することができる。尚、第3の変形例では加速度センサ37の出力から衝撃ピークGを算出するようにしたが、加速度センサ37とは別に衝撃センサを設けて、その出力信号の波形をも用いて不安定姿勢を検出するように構成しても良い。この場合の衝撃センサを設ける位置は任意であるが、エンジン作業機1の最突出部分か重心から十分離れた部分、例えばリコイルスタータのカバー等に設けるようにすると良い。
As described above, in the third modified example, since the impact peak G is used in addition to the acceleration peak g, it is ensured that the engine working machine has fallen into an unbalanced state without being affected by the engine speed. Can be detected. In the third modification, the impact peak G is calculated from the output of the
図13は図9の第4の変形例であり、圧力センサからの圧力情報を加える制御の処理手順を示すフローチャートである。図13では最初に制御装置36は、圧力センサ38からの出力信号が所定の圧力値であるしきい値1を越えているか否かを判断する(ステップ121)。越えている場合は、制御装置36は、加速度センサ37の出力を得ることによって加速度情報を取り込み(ステップ122)、得られた加速度信号から、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークgを検知し、その際の検知周波数fを算出する(ステップ123)。次に、制御装置36は、エンジン10の回転数に起因する振動のエンジン周波数feを求める(ステップ124)。次に、制御装置36は、検知された検知周波数fが、エンジン周波数feから所定の帯域幅内にあるか否か、即ち一致するかどうかを判定する(ステップ125)。ここで、一致すると判定された場合は、落下等の異常時による加速ピークgではないと考えられるので、ステップ121に戻り、一致しないと判断された場合は、検知周波数fの加速度ピークがしきい値g2以上であるかを判断する(ステップ126、126)。ステップ85において、加速度の検知周波数fがしきい値g2以上と判断された場合は、制御装置36は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン10を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす(ステップ126、127)。ステップ126において、加速度の検知周波数fがしきい値g2未満の場合は、ステップ121に戻る(ステップ126)。
FIG. 13 is a flowchart showing a control processing procedure for adding pressure information from the pressure sensor, which is a fourth modification of FIG. In FIG. 13, first, the
図13のステップ121において、圧力センサ38からの出力信号が所定の圧力値であるしきい値1を越えていない場合は、ステップ132〜136の手順を実行する。ここでステップ132〜136の手順はステップ122〜126と同じ処理であって、ステップ136にて使用するしきい値g3が異なるだけである。しきい値g3は、作業者がグリップ部6aを把持していないとき、例えば、落下等の何らかの理由でエンジン作業機を落としてしまった場合に越えるような範囲に設定され、そのようにエンジン作業機が通常の使用状態でない時、即ち異常時の使用状態においては、専用のしきい値g3を用いることによって異常状態の検出を確実に行うことができる。
In
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例ではエンジン作業機の一例として刈払機を用いて説明したが、チェンソー、ヘッジトリマなどの携帯型のエンジン作業機にはもちろん、携帯できないエンジン作業機であっても作業者が移動させながら使用するカルチベータ等のエンジン作業機においても同様に適用できる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the above-mentioned Example, A various change is possible within the range which does not deviate from the meaning. For example, in the above-described embodiment, the brush cutter is used as an example of the engine working machine. However, the operator moves not only to portable engine working machines such as chain saws and hedge trimmers but also to engine working machines that cannot be carried. The present invention can be similarly applied to an engine working machine such as a cultivator that is used while being used.
1 エンジン作業機 2 刈刃(回転刃)
3 飛散防御カバー 4 メインパイプ
5 ハンドル 6a、6b グリップ部
7 シリンダカバー 8 ボリュートケース
9 脚部 10 エンジン
11 シリンダ 13 スロットルレバー
14 クランクケース 15 マフラーカバー
16 マフラー 16a 排気口
17 マグネトロータ 17a フィン
18 磁性体 19 遠心クラッチ
20 気化器 21 エアクリーナカバー
22 インシュレータ 23 イグニッションコイル
24 イグニッションコード 25 プラグキャップ
26 点火プラグ 27 燃料タンク
28 キャップ 30 リコイルスタータ
31 スタータハンドル 32 プライマリポンプ
33 ネジ 34 スロットルレバー
35 ロックレバー 36 制御装置
37 加速度センサ 38 圧力センサ
39 ケーブル
41〜43、46〜48 加速度信号
51〜53、61〜63、71〜73 加速度信号
75 マスク範囲(基本周波数)
76 マスク範囲(2次周波数)
g 加速度ピーク
f 検知周波数
G 衝撃ピーク
fe エンジン周波数(1次)
f2 エンジン周波数(2次)
fn エンジン周波数(n次)
1 Engine working machine 2 Cutting blade (rotating blade)
3 Splash protection cover 4
76 Mask range (secondary frequency)
g Acceleration peak f Detection frequency G Impact peak fe Engine frequency (primary)
f2 Engine frequency (secondary)
fn Engine frequency (nth order)
Claims (7)
前記シリンダ又は前記クランクケースに設けられる加速度センサと、
前記クランク軸の回転を検出する回転検出手段と、
前記エンジンの運転を制御する制御手段を設け、
前記制御手段は、
前記加速度センサ、前記回転検出手段から情報を受け取り、
前記加速度センサの出力から前記回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域に相当する範囲を除外し、
前記除外された出力から得られる信号の加速度ピークがしきい値以上であるときに前記エンジンの運転を抑制するかまたは停止させることを特徴とするエンジン作業機。 An engine working machine that operates a working machine with an engine having a cylinder in which a piston can reciprocate, a crankcase that holds the cylinder and forms a crank chamber, and a crankshaft that extends through the crankcase,
An acceleration sensor provided in the cylinder or the crankcase;
Rotation detecting means for detecting rotation of the crankshaft;
Providing a control means for controlling the operation of the engine;
The control means includes
Receiving information from the acceleration sensor and the rotation detecting means;
Excluding a range corresponding to a predetermined frequency band obtained by the output of the rotation detection means from the output of the acceleration sensor,
An engine work machine characterized by suppressing or stopping operation of the engine when an acceleration peak of a signal obtained from the excluded output is equal to or greater than a threshold value.
前記n次周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域を前記加速度センサの出力から除外することを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジン作業機。 The control means obtains the nth order frequency of the engine based on the information obtained by the rotation detection means,
3. The engine working machine according to claim 1, wherein a band having a predetermined positive and negative width centered on the n-th order frequency is excluded from the output of the acceleration sensor. 4.
前記制御手段は、前記圧力センサからの出力により作業者による把持状態を検出し、
前記加速度ピークと、圧力センサからの出力を用いて前記エンジン作業機の姿勢が不安定であることを検出して、前記エンジンの運転を抑制するかまたは停止させることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のエンジン作業機。 A pressure sensor for detecting the gripping state by the worker is provided in the grip portion gripped by the worker,
The control means detects a gripping state by an operator based on an output from the pressure sensor,
The operation of the engine is suppressed or stopped by detecting that the posture of the engine working machine is unstable using the acceleration peak and an output from a pressure sensor. The engine working machine according to any one of 5.
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- 2013-06-28 JP JP2013137560A patent/JP2015008693A/en active Pending
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