JP2016098761A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素化された構成で汎用エンジンの動作行程の判別を行いながら、燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減を達成し得る低コストの汎用エンジンを実現可能な電子制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置１００では、行程判別部１１が、クランクセンサ１８の出力信号に応じて行程判別の仮確定を行った後で、エンジン１に対して燃料噴射量を伴う燃料噴射及び点火時期における点火の一方を停止した際のエンジン回転数の変動の大きさに応じて、行程判別の最終確定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）に適用される電子制御装置に関し、特に、発電機、揚水ポンプ、農業機械及び建設機械等の汎用機に用いられる汎用エンジンに適用される電子制御装置に関する。

従来より、エンジンの吸入空気量を制御することによりエンジンを調速するメカニカルガバナを備える汎用エンジンにより駆動されるエンジン発電機等の汎用機が知られている。

かかる汎用エンジンでは、吸入空気量は、メカニカルガバナにより調整されてエンジン内に供給され、燃料は、メカニカルガバナにより調整された吸入空気量（負圧）でキャブレタからエンジン内に供給される。このようなキャブレタを備える汎用エンジンが適用された汎用機は、比較的安価であるために広く使用されている。

これに対して、近年、キャブレタの代わりに電子燃料噴射弁を備え、排気ガス濃度に基づく空燃比制御を実施することにより運転される汎用エンジンが適用された汎用機が提案されている。

かかる状況下で、特許文献１は、メカニカルガバナ付き電子燃料噴射エンジンに関し、エンジンの燃焼室１に臨んで設けられた燃料点火プラグ２と、吸気管３内に設けられた燃料噴射装置４と、燃焼室１への空気量の流入量を制御するスロットル弁５と、スロットル弁５の開度を制御するメカニカルガバナ６と、回転数センサ９、圧力センサ７、弁開度センサ８及びトルクセンサ３５を含んでエンジン状態を検出する状態検出センサ３４と、制御部１０とを備える構成を開示する。

特許第３２２３２９７号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成においては、回転数センサ９、圧力センサ７、弁開度センサ８及びトルクセンサ３５を含んでエンジン状態を検出する状態検出センサ３４を備えて、制御部１０が、吸入空気流量を予測して、その予測された空気流量とエンジン回転数ｎに基づいて定常運転時の空燃比を求めると共に、エンジンの運転状態をガバナレバー軸１３の回転角度を検出する弁開度センサ８等により求め、その検出結果に基づいて定常運転時の空燃比を補正して、運転状態に対応した空燃比の値を決定することにより、最適な運転状態を維持する構成を採用するものであるため、従来のキャブレタを備えた汎用エンジンに対して、センサの種類や個数が増加しており、その構成が煩雑であり、その製品コストが嵩んで高価なものになりすぎる傾向にあると考えられる。

また、本発明者の更なる検討によれば、エンジンで駆動される汎用機に対しては、全世界的に燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減が求められている状況にもあり、この点では、電子制御装置で燃料噴射弁の動作を制御する汎用エンジンに強みがあると考えられる。

つまり、現状では、電子制御装置で燃料噴射弁の動作を制御する汎用エンジンについては、低コストであって、エンジンの動作行程を判別した状況を制御の前提として確定しながら、燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減を実現することが待望されている状況にある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡素化された構成で汎用エンジンの動作行程の判別を行いながら、燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減を達成し得る低コストの汎用エンジンを実現可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、内燃機関の回転数を検出するクランクセンサと、前記内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、前記内燃機関の吸入空気量を制御することにより前記内燃機関を調速するメカニカルガバナと、を有する内燃機関に適用される電子制御装置において、前記内燃機関の燃料噴射量を前記回転数に応じて算出する燃料噴射量算出部と、前記内燃機関の点火時期を前記回転数に応じて算出する点火時期算出部と、前記内燃機関の行程判別をする行程判別部と、を備え、前記燃料噴射量算出部は、前記酸素濃度センサにより検出された酸素濃度に応じて算出した酸素濃度フィードバック係数を用いて、前記回転数に応じて規定される基本燃料噴射量を補正することにより前記燃料噴射量を算出し、前記点火時期算出部は、前記酸素濃度フィードバック係数を用いて、前記基本点火時期を補正することにより前記点火時期を算出し、前記行程判別部は、前記クランクセンサの出力信号に応じて前記行程判別の仮確定を行った後で、前記内燃機関に対して前記燃料噴射量を伴う燃料噴射及び前記点火時期における点火の一方を停止した際の前記回転数の変動の大きさに応じて、前記行程判別の最終確定を行うことを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記行程判別部は、前記クランクセンサの前記出力信号に応じて前記仮確定を行った後で、前記内燃機関に対して前記点火を停止した際の前記回転数の前記変動の前記大きさに応じて、前記行程判別の前記最終確定を行うことを第２の局面とする。

また、本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記行程判別部は、前記仮確定を行った後で前記内燃機関に対して前記点火を停止した際の前記回転数の前記変動の前記大きさが、所定値未満の場合には、前記仮確定による行程を前記内燃機関の行程とする最終確定を行う一方で、前記仮確定を行った後で前記内燃機関に対して前記点火を停止した際の前記回転数の前記変動の前記大きさが、所定値以上の場合には、前記仮確定による行程を半周期偏位した行程を前記内燃機関の行程とする最終確定を行うことを第３の局面とする。

また、本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記内燃機関は、１個の歯が形成されてクランクシャフトと共に回転するリラクタを更に有し、前記クランクセンサは、前記リラクタの１回転毎に前記歯の始端及び終端に対応した立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する前記出力信号を出力し、前記行程判別部は、前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジ間の長さが長い前記出力信号が前記クランクセンサから出力された際の前記内燃機関の行程が圧縮行程に対応する行程とする前記仮確定を行うことを第４の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる電子制御装置によれば、内燃機関の燃料噴射量を回転数に応じて算出する燃料噴射量算出部と、内燃機関の点火時期を回転数に応じて算出する点火時期算出部と、内燃機関の行程判別をする行程判別部と、を備え、行程判別部が、クランクセンサの出力信号に応じて行程判別の仮確定を行った後で、内燃機関に対して燃料噴射量を伴う燃料噴射及び点火時期における点火の一方を停止した際の回転数の変動の大きさに応じて、行程判別の最終確定を行うものであるため、各種センサの種類や個数を増加させることなく、キャブレタを電子燃料噴射弁に置換した内燃機関が適用される汎用機にバッテリ等の電源が搭載されていない場合であっても、内燃機関の行程判別を実行することができる。これにより、簡素化された構成で汎用エンジンの動作行程の判別を行いながら、燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減を達成し得る低コストの汎用エンジンを実現可能な電子制御装置を提供することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる電子制御装置によれば、行程判別部が、クランクセンサの出力信号に応じて仮確定を行った後で、内燃機関に対して点火を停止した際の回転数の変動の大きさに応じて、行程判別の最終確定を行うものであるため、内燃機関の行程判別の最終確定を早期かつ確実に行うことができる。

また、本発明の第３の局面にかかる電子制御装置によれば、行程判別部が、仮確定を行った後で内燃機関に対して点火を停止した際の回転数の変動の大きさが、所定値未満の場合には、仮確定による行程を内燃機関の行程とする最終確定を行う一方で、仮確定を行った後で内燃機関に対して点火を停止した際の回転数の変動の大きさが、所定値以上の場合には、仮確定による行程を半周期偏位した行程を内燃機関の行程とする最終確定を行うものであるため、内燃機関の行程判別の仮確定の適否に応じて、その最終確定を適切に行うことができる。

また、本発明の第４の局面にかかる電子制御装置によれば、内燃機関が、１個の歯が形成されてクランクシャフトと共に回転するリラクタを更に有し、クランクセンサが、リラクタの１回転毎に歯の始端及び終端に対応した立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する出力信号を出力し、行程判別部が、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ間の長さが長い出力信号がクランクセンサから出力された際の内燃機関の行程が圧縮行程に対応する行程とする仮確定を行うものであるため、簡素な構成で内燃機関の行程判別の仮確定を適切に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態における電子制御装置及びそれが適用されるエンジンの構成を示す模式図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す高地スイッチの構成を各々示す模式図である。 図３は、本実施形態における電子制御装置において、暖気運転中にエンジン回転数が変動しない場合におけるエンジン行程の判別方法を説明するためのタイミングチャートである。 図４は、本実施形態における電子制御装置において、暖気運転中にエンジン回転数が変動する場合におけるエンジン行程の判別方法を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御装置につき、詳細に説明する。なお、本実施形態は、発電機に用いられる汎用エンジンに電子制御装置を適用した例を示しているが、これに限定されるものではなく、本実施形態における電子制御装置は、揚水ポンプ、農業機械及び建設機械等の発電機以外の汎用機に用いられる汎用エンジン全般に適用できるものである。また、発電機には、汎用エンジンや電子制御装置に電力を供給するためのバッテリ等の電源は搭載されていない。

〔汎用エンジンの構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における電子制御装置が適用される汎用エンジンの構成につき、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における電子制御装置及びそれが適用される汎用エンジンの構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態における電子制御装置１００が適用されるエンジン１は、発電用コイル２を備える発電機に適用され、発電機は、エンジン１の駆動力を利用して発電用コイル２を回転させることにより電力を発生させる。なお、本実施形態における電子制御装置１００が適用されるエンジン１としては、４ストロークサイクルエンジンを例に挙げて説明するが、電子制御装置１００、原理的には、２ストロークサイクルエンジンに対しても適用可能である。

詳しくは、エンジン１は、シリンダブロック１１を備え、シリンダブロック１１の側壁内には、シリンダブロック１１を冷却するためのクーラントが流通する図示しないクーラント通路が形成されている。シリンダブロック１１の側壁には、クーラント通路を流通するクーラントの温度を検出する水温センサがエンジン温度センサ１２として装着されている。エンジン温度センサ１２は、エンジン１の温度（エンジン温度）を検出するものであり、エンジン温度を検出できるものであれば、水温センサ以外のその他のセンサを用いてもかまわない。また、エンジン１は、水冷方式に限らず、油冷方式（空冷方式）であってもよく、かかる場合には、エンジン１の潤滑油を一種のクーラントとして機能させることになり、エンジン１内の所定部位の潤滑油の温度をエンジン温度として検出すればよい。

シリンダブロック１１の内部空間には、ピストン１３が配置されている。ピストン１３は、コンロッド１４を介して、ロアケース１５内の図示を省略するクランクケース内に設けられたクランクシャフト１６に連結されている。クランクシャフト１６には、それと同軸に回転する発電用コイル２が装着されている。クランクシャフト１６は、ピストン１３の往復移動に伴い回転し、発電用コイル２は、クランクシャフト１６の回転に伴い電力を発生させる。かかる電力は、図示を省略する外部機器に供給自在であると共に、共に詳細は後述する電子制御装置１００及び点火コイル２２に供給される。

クランクシャフト１６には、それと同軸に回転するリラクタ１７が設けられ、リラクタ１７の外周部には１つの歯部１７ａが設けられている。リラクタ１７の外周部に対向する位置には、ロアケース１５内のクランクケースにクランクセンサ１８が装着されている。クランクセンサ１８は、クランクシャフト１６の１回転毎に歯部１７ａの始端位置及び終端位置に対応した立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する出力信号を出力する。ここで、原則的には、クランクセンサ１８から出力される出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ間の幅が長い場合には、エンジン１の動作行程は圧縮行程にあり、クランクセンサ１８から出力される出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ間の幅が短い場合には、エンジン１の動作行程は排気行程にあるとする。これは、エンジン１の動作行程は圧縮行程にある場合には、その圧縮抵抗力に起因してクランクシャフト１６の回転速度、つまりエンジン１の回転速度が低下することによる。

シリンダブロック１１の上部には、シリンダヘッド１９が組み付けられている。シリンダブロック１１の内部空間において、ピストン１３の上面とシリンダヘッド１９との間の空間は、燃焼室２０を画成する。シリンダヘッド１９には、燃焼室２０内の混合気に点火する点火プラグ２１が設けられている。点火プラグ２１の点火動作は、後述する電子制御装置１００が点火コイル２２の２次電圧を制御することにより制御される。

シリンダヘッド１９は、燃焼室２０と連通する吸気管２３を備えている。燃焼室２０と吸気管２３との接続部には、吸気バルブ２４が設けられている。吸気管２３には、吸気バルブ２４の上流側に燃料を噴射する電子燃料噴射弁２５が装着されている。電子燃料噴射弁２５の上流側には、エンジン１の吸入空気量を調整するスロットルバルブ２６と、スロットルバルブ２６の開度を機械的に制御することによりエンジン１を調速するメカニカルガバナ２７と、が設けられている。なお、エンジン１には、その吸気系にエンジン１の吸気圧を検出する吸気圧センサが設けられておらず、エンジン１の周囲の大気圧を検出する気圧センサも設けられていない。

また、シリンダヘッド１９は、燃焼室２０と連通する排気管２８を備えている。燃焼室２０と排気管２８との接続部には、排気バルブ２９が設けられている。排気管２８には、燃焼室２０から排出された排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３０が装着されている。

〔電子制御装置の構成及び動作〕
次に、図１から図４を参照して、本実施形態における電子制御装置１００の構成及び動作につき、詳細に説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す高地スイッチの構成を各々示す模式図である。図３は、本実施形態における電子制御装置において、暖機運転中にエンジン回転数が変動しない場合におけるエンジン行程の判別方法を説明するためのタイミングチャートである。また、図４は、本実施形態における電子制御装置において、暖機運転中にエンジン回転数が変動する場合におけるエンジン行程の判別方法を説明するためのタイミングチャートである。

図１に示すように、本実施形態における電子制御装置１００に対しては、イグニッションスイッチ３２が手動でオフ状態からオン状態に切り換えられた後で、手動でクランキングされることによって始動されたエンジン１の駆動力で発電用コイル２を回転させることにより発電され、かつロアケース１５内の整流器３１を介して整流された電力が供給され、電子制御装置１００は、かかる発電電流を利用して起動されて動作する。電子制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリ等を有するマイクロコンピュータ等の演算処理装置であり、典型的にはＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。電子制御装置１００は、メモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して各種処理を実行する。

具体的には、電子制御装置１００は、不揮発性メモリ１０１、駆動回路１０２、及び点火回路１０３と、これらに加えて、ＣＰＵの機能ブロックであるスイッチ状態検出部１０４、エンジン回転数検出部１０５、酸素濃度フィードバック（Ｏ_２Ｆ／Ｂ）係数算出部１０６、エンジン温度補正係数算出部１０７、燃料噴射量算出部１０８、点火時期制御部１０９、及び行程判別部１１０と、を備えている。スイッチ状態検出部１０４、エンジン温度補正係数算出部１０７、及び行程判別部１１０のいずれかは、発電機の仕様等に応じた制御処理の相違に応じて簡素化又は省略してもよく、かかる場合には、対応して各種センサやスイッチ等が省略され得ることになる。

不揮発性メモリ１０１は、電力が供給されていない状態でもデータを記憶保持可能な記憶装置であり、好適には、その動作が安定したＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

駆動回路１０２は、ＣＰＵからの制御信号に従って電子燃料噴射弁２５による燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。なお、燃料噴射量は、詳細は後述する燃料噴射量算出部１０８により算出され、燃料噴射時期は、詳細は後述するエンジン回転数算出部１０５により算出されたエンジン回転数に応じて、ＣＰＵにより算出される。

点火回路１０３は、ＣＰＵからの制御信号に従って点火コイル２２による燃料への点火時期を制御する。具体的には、点火回路２２は、整流器３１を介して発電用コイル２から点火コイル２２に流れる電流を制御して点火コイル２２の２次電圧の発生時期を制御することにより、点火プラグ２１による燃料への点火時期を制御する。なお、点火時期は、詳細は後述する点火時期算出部１０９により算出される。

スイッチ状態検出部１０４は、エンジン回転数に応じた電子燃料噴射弁２５の始動時燃料噴射量や基本燃料噴射量を高地用に補正するか否かを指示する高地スイッチ３３の状態を検出し、このように検出した高地スイッチ３３の状態を示す電気信号を燃料噴射量算出部１０８に出力する。

高地スイッチ３３は、低地／高地切り換え用スイッチであり、典型的には、それがオフ状態である場合には、エンジン回転数に応じた電子燃料噴射弁２５の始動時燃料噴射量や基本燃料噴射量を高地用に補正せずに規準の低地用の値のまま維持し、それがオン状態である場合には、エンジン回転数に応じた電子燃料噴射弁２５の始動時燃料噴射量や基本燃料噴射量を高地用に補正する。

ここで、高地スイッチ３３は、その一例として、図２（ａ）に示すように、操作パネル４０に設けられたスイッチ本体３３１ａと、スイッチ本体３３１ａに設けられた回動部３３１ｂと、回動部３３１ｂに設けられた操作部３３１ｃと、を備え、回動部３３１ｂを回動軸として操作部３３１ｃを回動させることによりオン／オフされるトグルスイッチである。この際、操作部３３１ｃは、操作パネル４０のパネル面４０ａに対して平行な方向に移動される。

また、高地スイッチ３３は、その別の例として、図２（ｂ）に示すように、操作パネル４０に設けられたスイッチ本体３３２ａと、スイッチ本体３３２ａに設けられた操作部３３２ｂと、を備え、操作パネル４０のパネル面４０ａに対して平行な方向に操作部３３２ｂをスライドさせることによりオン／オフされるスライドスイッチであってもよい。

エンジン回転数算出部１０５は、クランクセンサ１８の出力信号に基づいてエンジン回転数を算出し、このように算出したエンジン回転数を示す電気信号を燃料噴射量算出部１０８、点火時期算出部１０９、及び行程判別部１１０に出力する。

Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数算出部１０６は、酸素濃度センサ３０により検出された酸素濃度に基づいてＯ_２Ｆ／Ｂ係数を算出し、このように算出したＯ_２Ｆ／Ｂ係数を示す電気信号を燃料噴射量算出部１０８及び点火時期算出部１０９に出力する。

エンジン温度補正係数算出部１０７は、エンジン温度センサ１２により検出されたエンジン温度に基づいてエンジン１の温度の補正係数（エンジン温度補正係数）を算出し、このように算出したエンジン温度補正係数を示す電気信号を燃料噴射量算出部１０８及び点火時期算出部１０９に出力する。かかるエンジン温度補正係数は、エンジン温度が低い場合にエンジン１の理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を呈するように１．０よりも大きな値に設定し、エンジン温度が高い場合にエンジン１の理論空燃比よりもリーン側の空燃比を呈するように１．０よりも小さな値に設定すればよい。

燃料噴射量算出部１０８は、エンジン回転数算出部１０５により算出されたエンジン回転数に応じてエンジン１の燃料噴射量を算出する。

具体的には、まず、今回の電子制御装置１００の起動動作時におけるエンジン１の始動の間（エンジン１のクランキング時）では、燃料噴射量算出部１０８は、メモリ中のマップデータ等を参照することにより、エンジン回転数やエンジン温度に応じて始動時燃料噴射量を算出する。

また、この際、燃料噴射量算出部１０８は、スイッチ状態検出部１０４により検出された高地スイッチ３３の状態がオン状態である場合には、発電機は高地に位置すると判別し、エンジン１の始動性を向上すべく、始動時燃料噴射量を高地用に補正する大気圧補正係数を用いて、始動時燃料噴射量を補正する。一方で、燃料噴射量算出部１０８は、スイッチ状態検出部１０４により検出された高地スイッチ３３の状態がオフ状態である場合には、発電機は低地に位置すると判別し、始動時燃料噴射量を高地用に補正せずに規準の低地用の値のまま維持する。かかる大気圧補正係数の詳細については、後述する。

また、燃料噴射量算出部１０８は、始動時燃料噴射量をエンジン回転数に応じて算出する場合には、エンジン１の始動性を向上すべく、始動時燃料噴射量をエンジン温度補正係数で補正してもよい。

かかるエンジン１の始動中の期間は、図３及び図４においては、時刻ｔ＝ｔ０でイグニッションスイッチ３２がオン状態となった後で、時刻ｔ＝ｔ１でクランキングが開始されてから時刻ｔ＝ｔ２でクランキングが終了するまでの期間に相当するものとする。

次に、今回の電子制御装置１００の起動動作時においてエンジン１が完爆した後の暖機運転の間では、燃料噴射量算出部１０８は、メモリ中のマップデータ等を参照することにより、エンジン回転数に応じて基本燃料噴射量を算出して、以下の数式（数１）に従って燃料噴射量を算出する。

ここで、燃料噴射量算出部１０８は、数式（数１）中のＯ_２Ｆ／Ｂ係数として、前回の起動動作時において不揮発性メモリ１０１に更新して記憶したＯ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値を用いて、エンジン回転数に応じて規定される基本燃料噴射量を補正することにより燃料噴射量を算出する。この理由は、酸素濃度センサ３０が起動動作時に直ちに活性化されないため、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値を代替値として用いて、エンジン１の暖機性を向上しながら排気ガス中の規制物質を低減するためである。併せて、燃料噴射量算出部１０８は、エンジン１の暖機性を向上すべく、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値をエンジン１の理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を呈するように増加させた補正係数を用いて、基本燃料噴射量を補正することにより燃料噴射量を算出してもよい。

また、燃料噴射量算出部１０８は、スイッチ状態検出部１０４により検出された高地スイッチ３３の状態がオン状態である場合には、発電機は高地に位置すると判別し、エンジン１の暖機性を向上すべく、基本燃料噴射量を高地用に補正する大気圧補正係数を用いて、基本燃料噴射量を補正する。この際の高地用の大気圧補正係数は、例えば、標高が２０００ｍである場合を高地であると想定し、その標高で空燃比が濃くなり過ぎることを抑制するために、その値を０．８程度に設定すればよい。

一方で、燃料噴射量算出部１０８は、スイッチ状態検出部１０４により検出された高地スイッチ３３の状態がオフ状態である場合には、発電機は低地に位置すると判別し、基本燃料噴射量を高地用に補正せずに規準の低地用の値のまま維持する。この際の低地用の規準の補正係数は、例えば、標高が０ｍである場合を低地であると想定し、その値を１．０に設定すればよい。

また、この際、燃料噴射量算出部１０８は、前回の起動動作時の後で今回の起動動作時の前までに高地スイッチ３３がオン状態とオフ状態との間で切り換えられていない場合には、今回の起動動作時におけるエンジン完爆後の暖機運転の間では、エンジン１の暖機性を向上しながら排気ガス中の規制物質を低減すべく、前回の起動動作時において不揮発性メモリ１０１に更新し記憶したＯ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値を用いて、基本燃料噴射量を補正することにより燃料噴射量を算出することが好ましい。

一方で、前回の起動動作時の後で今回の起動動作時の前までに高地スイッチ３３がオン状態とオフ状態との間で切り換えられた場合には、燃料噴射量算出部１０８は、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値をＯ_２Ｆ／Ｂ係数の所定値にリセットすると共に、暖機運転の間では、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数の所定値を更に用いて、基本燃料噴射量を補正することにより燃料噴射量を算出することが好ましい。かかる所定値は、例えば、低地において標準的なＯ_２Ｆ／Ｂ係数の値に設定すればよい。このように、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値をリセットすることにより、例えばエンジン停止中に標高が異なる位置に発電機を移動させた場合に、暖機運転時の燃料噴射量が不適となり、エンジンの動作が不調になることを抑制することができる。

また、数式（数１）中のエンジン温度補正係数及びその他の補正係数は、暖機性をより向上する等の必要に応じて適用すればよい。その他の補正係数には、例えば、吸気温補正係数が含まれる。

かかるエンジン１の暖機運転の間の期間は、図３及び図４においては、時刻ｔ＝ｔ０でイグニッションスイッチ３２がオン状態となってからタイマの計時時間が所定暖機時間、又はエンジン温度が所定暖機温度となる時刻ｔ＝ｔ７までの間の期間に相当するものとする。なお、かかる暖機中では、エンジン回転数のアイドルアップを省略した例を示している。

次に、今回の電子制御装置１００の起動動作時においてエンジン１の暖機運転の完了後では、燃料噴射量算出部１０８は、その前段階のエンジン１の暖機運転の間と同様に、メモリ中のマップデータ等を参照することにより、エンジン回転数に応じて基本燃料噴射量を算出して、数式（数１）に従って燃料噴射量を算出する。

但し、この際、燃料噴射量算出部１０８は、数式（数１）中のＯ_２Ｆ／Ｂ係数として、前回の起動動作時において不揮発性メモリ１０１に更新して記憶したＯ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値を用いるのではなく、活性化した酸素濃度センサ３０が検出した最新の酸素濃度に基づいてＯ_２Ｆ／Ｂ係数算出部１０６が算出したＯ_２Ｆ／Ｂ係数を用いて、基本燃料噴射量を補正することにより燃料噴射量を算出する。

また、酸素濃度センサ３０の活性後又はエンジン１の暖機運転の完了後では、燃料噴射量算出部１０８は、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数算出部１０６により算出されたＯ_２Ｆ／Ｂ係数の最新値に向かってＯ_２Ｆ／Ｂ係数の記憶値を漸増させる補正係数を用いて、基本燃料噴射量を補正することにより燃料噴射量を算出することが好ましい。これにより、エンジン回転数が急に変動することを抑制することができる。なお、酸素濃度センサ３０の活性化は、典型的には、エンジン１の暖機運転中に完了する。

また、燃料噴射量算出部１０８は、エンジン１の暖機運転の完了後に電気負荷の変化等の要因によりエンジン回転数の変動量が所定値以上となった場合には、フィードバック制御の安定性が確保できない場合を考慮して、Ｏ_２Ｆ／Ｂ係数を用いて基本燃料噴射量を補正する酸素濃度フィードバックを停止することが好ましい。併せて、この際に、エンジン回転数が上昇方向に変動している場合には、不要なエンジンストールの発生を抑制する観点から、燃料噴射量算出部１０８は、基本燃料噴射量に加速増量補正を行うことが好ましい。更に、かかる場合には、加速増量補正を、減衰処理により徐々に減らしていくことがより好ましい。なお、酸素濃度フィードバックは、エンジン回転数が安定した後に再開される。

かかるエンジン１の暖機運転の完了後の期間は、図３及び図４においては、タイマの計時時間が所定値、又はエンジン温度が所定値となる時刻ｔ＝ｔ７以降の期間に相当するものとする。

点火時期算出部１０９は、エンジン回転数算出部１０５により算出されたエンジン回転数に応じてエンジン１の点火時期を算出する。

具体的には、まず、今回の電子制御装置１００の起動動作時におけるエンジン１の始動時では、点火時期算出部１０９は、メモリ中のマップデータ等を参照することにより、エンジン回転数に応じて始動時点火時期を算出する。なお、この際、点火時期算出部１０９は、エンジン１の始動性を向上すべく、始動時点火時期を進角側に補正してもよい。

次に、今回の電子制御装置１００の起動動作時においてエンジン１が完爆した後の暖機運転の間では、点火時期算出部１０９は、メモリ中のマップデータ等を参照することにより、エンジン回転数に応じて基本点火時期を算出して、以下の数式（数２）に従って点火時期を算出する。

ここで、点火時期算出部１０９は、酸素濃度センサ３０の出力値及びエンジン温度補正係数の少なくとも一方を用いて、エンジン回転数に応じて規定される基本点火時期を進角側に補正することによりエンジン１の点火時期を算出することが好ましい。かかる場合には、具体的には、点火時期算出部１０９は、酸素濃度センサ３０が起動動作時に活性化されない間は、酸素濃度センサ３０が活性前の状態及び活性後の状態のいずれにあるか判別し得る酸素濃度センサ３０の出力値と、内燃機関１に装着されたエンジン温度センサ１２により検出されたエンジン温度に応じてエンジン温度補正係数算出部１０７にて算出されたエンジン温度補正係数と、の少なくとも一方を用い、酸素濃度センサ３０が活性化された後は、エンジン温度を推定するために用いるＯ_２Ｆ／Ｂ係数の最新値、又はかかるＯ_２Ｆ／Ｂ係数の最新値及びかかるエンジン温度補正係数の双方を用いることになる。

また、数式（数２）において、大気圧補正係数及びその他の補正係数は、暖機性を向上するために必要に応じて適用すればよく、その他の補正係数には、例えば、吸気温補正係数が含まれる。

次に、今回の電子制御装置１００の起動動作時においてエンジン１の暖機運転の完了後では、点火時期算出部１０９は、メモリ中のマップデータ等を参照することにより、エンジン回転数に応じて基本点火時期を算出して、これを点火時期とする。つまり、エンジン１の暖機運転の完了後では、点火時期算出部１０９は、原則的に基本点火時期に対する補正を行わない。

行程判別部１１０は、手動でクランキングされることによって始動されたエンジン１のエンジン行程を迅速に判別する。

具体的には、まず、行程判別部１１０は、エンジン１の始動中又は完爆後の暖機運転中の所定のタイミングに応じて、クランクセンサ１８の出力信号に基づき仮のエンジン行程を確定する。かかる所定のタイミングは、イグニッションスイッチ３２がオン状態となってからタイマの計時時間が所定確定時間、又はエンジン回転数が所定確定回転数となるタイミングに設定され、行程判別部１１０は、かかる所定のタイミングの後にクランクセンサ１８から出力される出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ間の長さに応じて仮のエンジン行程を確定する。詳しくは、行程判別部１１０は、かかる所定のタイミングの後にクランクセンサ１８から出力される出力信号において、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ間の長さが長い出力信号がクランクセンサ１８から最初に出力された際のエンジン行程を、仮のエンジン行程における圧縮行程に対応させる。ここで、かかる出力信号の立ち下がりエッジが検出されたタイミングが、仮のエンジン行程における圧縮行程の完了のタイミングであると共に、仮のエンジン行程の確定のタイミングである。

仮のエンジン行程の確定のタイミングは、図３及び図４においては、説明の便宜上、クランキングが終了する時刻ｔ＝ｔ２に一致させて示している。但し、仮のエンジン行程の確定のタイミングは、クランキングが開始された時刻ｔ＝ｔ１よりも後で、暖機が完了する時刻ｔ＝ｔ７よりも前であれば足りる。

次に、行程判別部１１０は、エンジン行程の仮確定後におけるエンジン完爆後の暖機運転中にエンジン回転数が安定したと判別した後に、仮のエンジン行程における排気行程で、エンジン１の点火を停止して、その際のエンジン回転数の変動量を検出する。なお、行程判別部１１０は、かかる仮のエンジン行程における排気行程で、エンジン１の点火及び燃料噴射の双方を停止してもよいし、又は、仮のエンジン行程の確定が適当でない場合のエンジン回転数が変動する度合いは減少するが、エンジン１の点火を停止する代わりに、エンジン１の燃料噴射を停止してもよい。

エンジン行程仮確定後におけるエンジン完爆後の暖機運転中にエンジン回転数が安定している期間は、図３及び図４において、時刻ｔ＝ｔ３から時刻ｔ＝ｔ４の間に示されており、仮のエンジン行程における排気行程で、行程判別部１１０がエンジン１の点火を停止するタイミングは、図３及び図４において、時刻ｔ＝ｔ５で示される。

次に、行程判別部１１０は、このように検出したエンジン回転数の変動量に応じてエンジン行程を最終的に確定する。詳しくは、このように検出したエンジン回転数の変動量が所定値以下に維持されて、エンジン回転数が安定していると行程判別部１１０が判別した場合には、行程判別部１１０は、仮のエンジン行程を最終的なエンジン行程として確定し、ＣＰＵは、このように確定されたエンジン行程に基づいてエンジン１を制御する。この際の燃料噴射の時期的制御及び点火の時期的制御は、エンジン１の排気ガス中の規制物質を低減すると共に燃費を向上する等の観点から、それらのタイミングが互いにエンジン行程の半周期偏位したシーケンシャル制御とされる。一方で、このように検出したエンジン回転数の変動量が所定値を超えて、エンジン回転数が変動して不安定であると行程判別部１１０が判別した場合には、行程判別部１１０は、仮のエンジン行程が半周期偏位していると評価し、仮のエンジン行程における圧縮行程を排気行程とするように仮のエンジン行程を半周期偏位したエンジン行程を、最終的なエンジン行程として確定し、ＣＰＵは、このように確定されたエンジン行程に基づいてエンジン１を制御する。この際の燃料噴射及び点火の時期的制御は、このように確定されたエンジン行程の信頼性を考慮して、それらのタイミングがエンジン行程の確定以前と同様にエンジン行程の半周期毎に一致されたものに維持される。また、このように確定されたエンジン行程の信頼性を向上すべく、行程判別部１１０は、それを仮のエンジン行程としたエンジン行程の確定処理を同様に再度繰り返すことが好ましい。

行程判別部１１０が、エンジン１の点火を停止した後で、エンジン回転数の変動量が所定値以下（実質ゼロ）に維持されてエンジン回転数が安定していると判別すると共に、仮のエンジン行程を最終的なエンジン行程として確定するタイミングは、図３における時刻ｔ＝ｔ６で示される。一方で、行程判別部１１０が、エンジン１の点火を停止した後で、エンジン回転数の変動量が所定値を超えてエンジン回転数が変動（低下）して不安定であると判別すると共に、仮のエンジン行程を半周期偏位したエンジン行程を最終的なエンジン行程として確定するタイミングは、図４における時刻ｔ＝ｔ６で示される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における電子制御装置１００では、エンジン１の行程判別をする行程判別部１１０が、クランクセンサ１８の出力信号に応じて行程判別の仮確定を行った後で、エンジン１に対して燃料噴射量を伴う燃料噴射及び点火時期における点火の一方を停止した際のエンジン回転数の変動の大きさに応じて、行程判別の最終確定を行うので、各種センサの種類や個数を増加させることなく、キャブレタを電子燃料噴射弁２５に置換したエンジン１が適用される汎用機にバッテリ等の電源が搭載されていない場合であっても、エンジン１の行程判別を実行できるので、この結果、簡素化された構成で汎用エンジンの動作行程の判別を行いながら、燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減を達成し得る低コストの汎用エンジンを実現可能な電子制御装置を提供することができる。

また、本実施形態における電子制御装置１００では、行程判別部１１０が、クランクセンサ１８の出力信号に応じて仮確定を行った後で、エンジン１に対して点火を停止した際のエンジン回転数の変動の大きさに応じて、行程判別の最終確定を行うので、エンジン１の行程判別の最終確定を早期かつ確実に行うことができる。

また、本実施形態における電子制御装置１００では、行程判別部１１０が、仮確定を行った後でエンジン１に対して点火を停止した際のエンジン回転数の変動量が所定値未満の場合には、仮確定による行程をエンジン１の行程とする最終確定を行う一方で、仮確定を行った後でエンジン１に対して点火を停止した際のエンジン回転数の変動量が所定値以上の場合には、仮確定による行程を半周期偏位した行程をエンジン１の行程とする最終確定を行うので、エンジン１の行程判別の仮確定の適否に応じて、その最終確定を適切に行うことができる。

また、本実施形態における電子制御装置１００では、エンジン１が、１個の歯部１７ａが形成されてクランクシャフト１６と共に回転するリラクタ１７を更に有し、クランクセンサ１８が、リラクタ１７の１回転毎に歯部１７ａの始端位置及び終端位置に対応した立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する出力信号を出力し、行程判別部１１０が、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ間の長さが長い出力信号がクランクセンサ１８から出力された際のエンジン１の行程が圧縮行程に対応する行程とする仮確定を行うので、簡素な構成でエンジン１の行程判別の仮確定を適切に行うことができる。

なお、本実施形態における電子制御装置１００では、エンジン温度センサ１２を備えるが、コストを低減するために、エンジン温度センサ１２の代わりに酸素濃度センサ３０を使用して、燃料噴射量を算出又は点火時期を算出することも可能である。

また、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明は、簡素化された構成で汎用エンジンの動作行程の判別を行いながら、燃費の向上及び排気ガス中の規制物質量の低減を達成し得る低コストの汎用エンジンを実現可能な電子制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から汎用機に用いられる汎用エンジンに適用される電子制御装置に広く適用され得るものと期待される。

１…エンジン
２…発電用コイル
１１…シリンダブロック
１２…エンジン温度センサ
１３…ピストン
１４…コンロッド
１５…ロアケース
１６…クランクシャフト
１７…リラクタ
１７ａ…歯部
１８…クランク角センサ
１９…シリンダヘッド
２０…燃焼室
２１…点火プラグ
２２…点火コイル
２３…吸気管
２４…吸気バルブ
２５…電子燃料噴射弁
２６…スロットルバルブ
２７…メカニカルガバナ
２８…排気管
２９…排気バルブ
３０…酸素濃度センサ
３１…整流器
３２…イグニッションスイッチ
３３…高地スイッチ
１００…電子制御装置
１０１…不揮発性メモリ
１０２…駆動回路
１０３…点火回路
１０４…スイッチ状態検出部
１０５…エンジン回転数検出部
１０６…酸素濃度フィードバック（Ｏ_２Ｆ／Ｂ）係数算出部
１０７…エンジン温度補正係数算出部
１０８…燃料噴射量算出部
１０９…点火時期制御部
１１０…行程判別部

Claims (4)

1. 内燃機関の回転数を検出するクランクセンサと、前記内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、前記内燃機関の吸入空気量を制御することにより前記内燃機関を調速するメカニカルガバナと、を有する内燃機関に適用される電子制御装置において、
   前記内燃機関の燃料噴射量を前記回転数に応じて算出する燃料噴射量算出部と、
   前記内燃機関の点火時期を前記回転数に応じて算出する点火時期算出部と、
   前記内燃機関の行程判別をする行程判別部と、
   を備え、
   前記燃料噴射量算出部は、前記酸素濃度センサにより検出された酸素濃度に応じて算出した酸素濃度フィードバック係数を用いて、前記回転数に応じて規定される基本燃料噴射量を補正することにより前記燃料噴射量を算出し、
   前記点火時期算出部は、前記酸素濃度フィードバック係数を用いて、前記基本点火時期を補正することにより前記点火時期を算出し、
   前記行程判別部は、前記クランクセンサの出力信号に応じて前記行程判別の仮確定を行った後で、前記内燃機関に対して前記燃料噴射量を伴う燃料噴射及び前記点火時期における点火の一方を停止した際の前記回転数の変動の大きさに応じて、前記行程判別の最終確定を行うことを特徴とする電子制御装置。
2. 前記行程判別部は、前記クランクセンサの前記出力信号に応じて前記仮確定を行った後で、前記内燃機関に対して前記点火を停止した際の前記回転数の前記変動の前記大きさに応じて、前記行程判別の前記最終確定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記行程判別部は、前記仮確定を行った後で前記内燃機関に対して前記点火を停止した際の前記回転数の前記変動の前記大きさが、所定値未満の場合には、前記仮確定による行程を前記内燃機関の行程とする最終確定を行う一方で、前記仮確定を行った後で前記内燃機関に対して前記点火を停止した際の前記回転数の前記変動の前記大きさが、所定値以上の場合には、前記仮確定による行程を半周期偏位した行程を前記内燃機関の行程とする最終確定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御装置。
4. 前記内燃機関は、１個の歯が形成されてクランクシャフトと共に回転するリラクタを更に有し、
   前記クランクセンサは、前記リラクタの１回転毎に前記歯の始端及び終端に対応した立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する前記出力信号を出力し、
   前記行程判別部は、前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジ間の長さが長い前記出力信号が前記クランクセンサから出力された際の前記内燃機関の行程が圧縮行程に対応する行程とする前記仮確定を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子制御装置。

Images