JP2017155636A - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、エンジンの回転変動が発生しても、点火時期を最適値に設定することにより、エンジン効率を向上する。【解決手段】エンジンは、クランク軸を回転自在に支持するクランクケースと、クランク軸を回転するピストンが組み込まれ燃焼室を区画するシリンダと、燃焼室に供給された混合気を点火する点火プラグとを有する。クランク角センサ５１は、クランク軸が１回転する毎に検出信号を出力し、クランク角センサ５１の検出信号に基づいてクランク軸の回転数が回転数演算部により演算され、クランク軸の前回回転数と今回回転数との回転差に基づいて、回転補正テーブルを読み出して補正回転数を設定し、補正回転数に基づいて点火時期が設定される。【選択図】図４

Description

本発明は、ガソリンエンジン等の火花点火エンジンにおけるエンジンの点火時期制御装置に関する。

発電機等のように火花点火エンジンを備えた汎用エンジンは、クランク軸の角度を検出するクランク角センサを有している。クランク軸が１回転する毎に１パルス信号を出力するタイプのクランク角センサを用いた汎用エンジンにおいては、クランク角センサから出力されるパルス間隔によりクランク軸の回転数つまりエンジン回転数が演算される。また、クランク軸の１回転毎に１パルスを出力するクランク角センサを用いた従来の汎用エンジンにおいては、クランク角センサが検出信号を出力したときにおけるクランク軸の角度を基準角度とし、その基準角度とエンジン回転数とに基づいて点火時期が制御される。

特許文献１には、所定のクランク角位置で基準信号を出力するとともにクランク角度１度または２度毎に単位信号を出力するクランク角センサを備えた点火時期制御装置が記載されている。この点火時期制御装置においては、基準信号発生時から点火時期までの時間を、基準信号の発生周期に比例する比例制御値と基準信号の発生周期の変化率から比例制御値を補正すべき値として予測演算し、基準信号発生時から演算時間が経過した時に点火信号を出力する。

特許文献２は、光電式クランク角センサを備えた点火時期制御装置を開示している。このクランク角センサは、クランク角度１度毎のポジション信号と、ＴＤＣ毎のリファレンス信号を出力し、この点火時期制御装置においては、クランク角センサにより検出された機関回転速度の２階微分値に相関するパラロータに基づいて２階微分値のゼロを中心とした変動を抑制するように点火時期を進・遅角補正する。

特許文献３は、エンジンが１回転する毎に点火信号を出力するフライホイールマグネットを点火装置として使用し、汎用エンジンに適用される点火時期制御装置を開示している。この点火時期制御装置においては、今回の回転動作信号と前々回の回転動作信号との周期との差に基づいて補正を行い、この補正後の点火時期を計算値として求める点火時期補正手段を備えている。

実開平３−２６７５７５号公報 特開平３−２９４６５９号公報 実開平６−１７７３１号公報

上記特許文献１，２のように、車用エンジンの点火時期制御装置においては、クランク角度１度毎にクランク軸の角度を検出しており、高価なクランク角センサを必要とする。これに対し、特許文献３に記載されるように、クランク軸が１回転する毎にクランク軸の回転を検出するように、１回転１パルス制御により点火制御を行うようにすると、簡単な構造の点火制御装置とすることができ、汎用エンジンに好適である。

しかしながら、汎用エンジンに好適であっても、特許文献３に記載される点火時期制御装置においては、補正後の点火時期をエンジン回転数に応じた比例係数を用いて計算値として求めるために、１つの比例係数で補正後の点火時期を演算している。このように、比例係数を用いて直接点火時期のズレを補正する場合には、ズレが一定である場合にしか適用することができない。

発電機等の汎用エンジンにおいては、その用途に応じて点火時期を種々補正する必要があるが、比例係数により点火時期のズレを補正するようにしたのでは、適用することができる補正時期の範囲が限定されることになる。点火時期にズレが発生すると、エンジンを効率的に駆動することができなくなる。特に、回転変動が大きい汎用エンジンの場合には、エンジン回転数の変動に応じた最適な点火時期の制御を行うことができないという課題がある。

本発明の目的は、エンジンの回転変動が発生しても、点火時期を最適値に設定することにより、エンジン効率を向上することにある。

本発明の他の目的は、種々のエンジンに対して点火時期を最適値に設定することができるようにすることにある。

本発明のエンジンの点火時期制御装置は、クランク軸を回転自在に支持するクランクケースと、前記クランク軸を回転するピストンが組み込まれ燃焼室を区画するシリンダと、前記燃焼室に供給された混合気を点火する点火プラグとを備えたエンジンの点火時期制御装置であって、前記クランク軸が１回転する毎に検出信号を出力するクランク角センサと、前記クランク角センサの検出信号に基づいて前記クランク軸の回転数を演算する回転数演算部と、前回の前記クランク軸の前回回転数と、今回の前記クランク軸の今回回転数との回転差に基づいて、点火時期を設定する点火時期設定部と、を有する。

点火時期は、クランク軸が１回転する毎に検出信号を出力するクランク角センサからの信号により、１回転１パルス制御される。前回回転数と今回回転数との回転差に基づいて点火時期が設定されるので、負荷変動によりエンジン回転数が変化しても、目標点火角度の位置で点火プラグが点火される。これにより、エンジンの燃焼効率が向上する。回転補正テーブルを用いることにより、エンジンの種類に応じて任意の回転補正テーブルを準備すると、種々のエンジンに対し点火時期を最適な目標点火時期に設定することができる。

一実施の形態であるエンジンの点火時期制御装置を備えたエンジン発電機を示す概略図である。 図１におけるエンジン部分を示す断面図である。 クランク軸回転方向に対するクランク角センサの検出位置と、点火プラグの目標点火位置を示す線図である。 点火プラグを点火制御するための点火時期制御装置を示すブロック図である。 回転補正テーブルの一例を示す概略図である。 本発明の点火時期制御装置における点火時期の制御方式を示すタイムチャートである。 比較例としての点火時期制御装置における点火時期の制御方式を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示されるエンジン発電機１０は、クランク軸１１を回転自在に支持するクランクケース１２と、クランクケース１２に取り付けられるシリンダ１３とを有する。シリンダ１３にはピストン１４が往復動自在に組み込まれ、ピストン１４はコネクティングロッド１５によりクランク軸１１に連結され、ピストン１４の直線往復動によりクランク軸１１が回転駆動される。

シリンダ１３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にはロッカカバー１７が取り付けられる。シリンダ１３とシリンダヘッド１６とにより燃焼室１８が区画され、燃焼室１８に供給された混合気を点火するために点火プラグ１９がシリンダヘッド１６に設けられている。クランクケース１２とシリンダ１３とシリンダヘッド１６とにより、エンジン筐体２０が形成される。

シリンダヘッド１６には、図２に示されるように、吸気ポート２１と排気ポート２２が形成されており、吸気ポート２１を開閉する吸気弁２３と、排気ポート２２を開閉する排気弁２４とがシリンダヘッド１６に装着される。吸気弁２３と排気弁２４とをクランク軸１１の回転に同期して開閉駆動するために、図１に示されるように、シリンダヘッド１６に回転自在に装着されたカムシャフト２５には、従動側回転体としてのスプロケット２６が固定される。クランク軸１１には駆動側回転体としてのスプロケット２７が固定され、これらのスプロケット２６，２７には動力伝達要素としてのチェーン２８が掛け渡される。

シリンダヘッド１６には、図２に示されるように、ロッカシャフト３１，３２が回動自在に装着される。ロッカシャフト３１に設けられたロッカアーム３３により吸気弁２３が開閉駆動され、ロッカシャフト３２に設けられたロッカアーム３４により排気弁２４が開閉駆動される。クランクケース１２内には潤滑油Ｌが収容されており、潤滑油Ｌは、軸受部等の摺動部に図示しないポンプにより供給される。

図１に示されるように、クランク軸１１には回転体３５が取り付けられており、クランク軸１１が回転すると、回転体３５は回転駆動される。クランク軸１１を回転させてエンジンを手動操作により始動させるために、クランクケース１２の外側にはリコイルスタータ３６が設けられている。リコイルスタータ３６は、リコイルプーリ３７を有し、リコイルプーリ３７は、クランクケース１２に固定されたブラケット３８に回転自在に装着されている。リコイルプーリ３７の外周部にはリコイルロープ３９が巻き付けられている。リコイルロープ３９を引き出してリコイルプーリ３７を回転させると、回転体３５に設けられた噛み合い部材４１に向けて、リコイルプーリ３７に設けられた図示しない係合部材が遠心力により突出して、係合部材が噛み合い部材４１に係合する。これにより、リコイルプーリ３７の回転がクランク軸１１に伝達されて、エンジンを手動操作により始動させることができる。

エンジン発電機１０としては、リコイルスタータ３６に加えてスタータモータを備えた形態がある。そのような形態のエンジン発電機においては、エンジン始動時にはバッテリから供給される電力によりスタータモータが駆動されて、ステータモータによりクランク軸１１が回転駆動されてエンジンが始動される。バッテリの充電不足によってエンジンをスタータモータにより始動させることができないときには、リコイルスタータ３６によりエンジンを始動させることができる。

回転体３５には冷却ファン４２が設けられており、エンジンが駆動されると、冷却ファン４２により冷却風が生成され、クランクケース１２を含めてエンジン筐体２０には冷却風が吹き付けられてエンジンは冷却される。

クランク軸１１には発電体４３が取り付けられており、発電体４３は回転体３５に設けられたロータ４４と、ロータ４４の内側にカバー４５により固定されるステータ４６とを備えている。ロータ４４はマグネット４７を有し、ステータ４６は鉄心に巻き付けられたコイル４８を有している。クランク軸１１によりロータ４４が回転駆動されると、発電体４３により発生した電力が外部負荷に供給される。発電体４３は冷却ファン４２により生成される冷却風により冷却される。

クランク軸１１のクランク角度を検出するために、クランク角センサ５１がカバー４５に設けられ、クランク角センサ５１を作動させる突起部５２が回転体３５の外周面に１つ設けられている。クランク角センサ５１はパルサーコイルにより形成されており、突起部５２がクランク角センサ５１の前方に対向する位置となると、クランク角センサ５１は検出信号を出力する。つまり、クランク角センサ５１は、クランク軸１１が１回転する毎に検出信号を出力する。突起部５２は、ピストン１４の上死点よりも手前の所定の基準角度（-θ）の位置に設けられており、突起部５２がクランク角センサ５１を通過すると、検出信号を出力する。このクランク角センサ５１からの検出信号に基づいて、ピストン１４が上死点の手前の所定の目標点火角度（α）の位置で点火プラグ１９に点火信号が送られる。突起部５２は、ピストン１４の上死点に対して、例えば、−１４５度、つまりクランク軸１１の回転方向１４５度手前の基準角度（−θ）の位置に対応して設けられており、クランク角センサ５１はピストン１４が目標点火角度の位置になると検出信号を出力する。このように、クランク角センサ５１は、クランク軸が１回転する毎にクランク軸の回転を検出するので、１回転１パルス制御により点火制御が行われる。

図３は、クランク軸１１の回転方向に対するクランク角センサ５１の基準角度（-θ）の検出位置Ｄと、点火プラグ１９の目標点火角度（α）の位置Ｅを示す線図である。目標点火角度αの位置Ｅとしては、図示する場合には、例えば、２０度の位置に設定されている。

図４は点火時期制御装置を示すブロック図である。点火時期制御装置は、クランク角センサ５１の出力信号が入力される点火時期制御部５３を有している。点火時期制御部５３はイグニッションコイル５４に一次側の点火信号を出力し、イグニッションコイル５４から点火プラグ１９に二次側電圧の点火信号が出力される。

点火時期制御部５３は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいてクランク軸１１の回転数つまりエンジン回転数を演算するための回転数演算部を構成している。回転数演算部は、クランク角センサ５１から検出信号が出力される毎に、前回の検出信号が出力されてから今回の検出信号が出力されるまでの時間に応じてクランク軸１１の回転数を演算する。点火時期制御部５３は、回転補正テーブルを備えており、前回のクランク軸１１の回転数つまり前回回転数と、今回のクランク軸の回転数つまり今回回転数との差に基づいて、回転補正テーブル５５を読み出して補正回転数を設定する補正回転数設定部を構成している。点火時期制御部５３はマイクロプロセッサとメモリとを備えており、マイクロプロセッサは、回転数演算部および補正回転数設定部としての機能を有する。メモリには回転補正テーブル５５が格納される。

図５は回転補正テーブルの一例を示す概略図である。図示するように、今回回転数を５００回転毎等の所定回転範囲毎にグループ化し、今回回転数と前回回転数との回転差を５０回転、１００回転などの所定回転差毎にグループ化し、それぞれの今回回転数と、回転差とに応じて補正回転数Ｎａが設定されている。例えば、今回回転数が２５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの範囲であって、回転差が−５０ｒｐｍ以内つまり今回回転数が前回回転数よりも５０ｒｐｍ以内の範囲で遅くなった場合には、点火時期を遅らせることにより、ピストン１４が目標点火角度の位置Ｅとなったときに、点火信号を出力する。一方、今回回転数が前回回転数よりも早くなった場合には、点火時期が早められる。このように、回転差に基づいて点火時期を調整することにより、常に一定の目標点火角度αの位置で点火プラグ１９に点火信号が送られる。これにより、点火時期のズレが抑制されて、エンジンの回転変動発生を抑制することができ、エンジン効率を高めることができる。

図６は、本発明の点火時期制御装置における点火時期の制御方式を示すタイムチャートである。図７は、比較例としての点火時期制御装置における点火時期の制御方式を示すタイムチャートである。

エンジンが回転すると、回転体３５が１回転する毎にクランク角センサ５１は点火時期制御部５３に回転パルスを出力する。例えば、クランク角センサ５１の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間によりクランク軸１１の回転数つまりエンジン回転数が演算される。今回回転数をＮ２とし、前回回転数をＮ１とすると、前回回転数Ｎ１と今回回転数Ｎ２との回転差が演算される。この回転差に基づいて回転補正テーブル５５が読み出されて補正回転数Ｎａが設定され、点火時期Ｔ２が設定される。

点火時期Ｔ２は基準角度を−θとし、目標点火角度をαとすると、以下の式により設定される。Ｔ２＝［Ｎａ×（θ＋α）］／６０
このように、前回回転数Ｎ１と今回回転数Ｎ２との回転差に基づいた補正回転数Ｎａにより点火時期Ｔ２を設定すると、回転差から予測される点火時期を最適な目標点火角度αに設定することかできる。これにより、エンジンに加わる負荷変動が発生しても、エンジンを円滑に効率的に駆動させることができる。しかも、回転補正テーブル５５に格納された補正回転に基づいて目標点火角度αが設定されるので、回転補正テーブルを自由に設定することができ、種々のエンジン発電機や他の汎用エンジンに対しても負荷変動に対してエンジンを最適回転数で駆動させることができる。

一方、図７に示す比較例のように、点火プラグ１９を点火する直前のエンジン回転数Ｎ１，Ｎ２に基づいて点火時期Ｔ１，Ｔ２を設定すると、点火時期Ｔ１（又はＴ２）は、以下のように設定される。Ｔ１（又はＴ２）＝［Ｎ１（又はＮ２）×（θ＋α）／６０。このように、直前のエンジン回転数に基づいて点火時期を設定すると、エンジン回転数の変動を正確に予測することができず、点火時期Ｔ１，Ｔ２にずれが発生することがある。

これに対し、図６に示すように、回転差に基づいて回転補正テーブル５５から補正回転数Ｎａを読み出して点火時期Ｔ２を設定すると、負荷変動が発生しても最適な目標点火角度αの位置で点火プラグ１９を点火させることができ、エンジンを効率的に円滑駆動することができる。特に、回転変動が大きいエンジンにおいては、エンジン駆動効率を高めることができる。しかも、リコイルスタータ３６を備えたエンジンにおいては、リコイルスタータ３６によりエンジンを始動させるときに、補正回転数Ｎａにより点火時期を設定すると、点火プラグ１９に必要以上に電流を流すことなく、高精度で点火時期を設定することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１および図２は、エンジン発電機を示しているが、火花点火エンジンであれば、刈払機等の他の汎用エンジンにも、この発明を適用することができる。また、エンジンとしては４ストロークエンジンに限られることなく、２ストロークエンジンにもこの発明を適用することができる。

１０ エンジン発電機
１１ クランク軸
１２ クランクケース
１３ シリンダ
１４ ピストン
１８ 燃焼室
１９ 点火プラグ
３５ 回転体
３６ リコイルスタータ
３７ リコイルプーリ
３９ リコイルロープ
４３ 発電体
４４ ロータ
４６ ステータ
５１ クランク角センサ
５２ 突起部
５３ 点火時期制御部
５４ イグニッションコイル
５５ 回転補正テーブル

Claims (4)

1. クランク軸を回転自在に支持するクランクケースと、前記クランク軸を回転するピストンが組み込まれ燃焼室を区画するシリンダと、前記燃焼室に供給された混合気を点火する点火プラグとを備えたエンジンの点火時期制御装置であって、
   前記クランク軸が１回転する毎に検出信号を出力するクランク角センサと、
   前記クランク角センサの検出信号に基づいて前記クランク軸の回転数を演算する回転数演算部と、
   前回の前記クランク軸の前回回転数と、今回の前記クランク軸の今回回転数との回転差に基づいて、点火時期を設定する点火時期設定部と、
   を有するエンジンの点火時期制御装置。
2. 請求項１記載のエンジンの点火時期制御装置において、前回の前記クランク軸の前回回転数と、今回の前記クランク軸の今回回転数との回転差に基づいて、回転補正テーブルを読み出して補正回転数を設定する補正回転数設定部を更に有する、エンジンの点火時期制御装置。
3. 請求項１または２記載のエンジンの点火時期制御装置において、前記クランク軸を手動操作により始動させるリコイルスタータを有するエンジンの点火時期制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの点火時期制御装置において、前記クランク軸により回転駆動される発電体を有するエンジンの点火時期制御装置。

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