JP2018189065A - 産業用エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】大幅なコストアップを招くことなく、不測のアイドルアップが生じないように改善された産業用エンジンを提供する。【解決手段】燃料供給装置１８と、エンジンの温度を検出するエンジン温度センサ８と、吸気経路Ｋの壁又は壁面の温度を検出する壁温度検出センサ１２とが装備され、燃料供給装置１８による単位時間当たりの燃料供給量が、エンジン温度センサ８の検出結果と壁温度検出センサ１２の検出結果とに基づいて調整される燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段３６が装備されている産業用エンジン。【選択図】図１

Description

本発明は、汎用空冷ガソリンエンジン、発電機用エンジンなどの産業用エンジンに関するものである。

産業用エンジン、例えば、小型発電機などに好適な汎用空冷エンジンでは、燃料供給装置として、従来のキャブレタ式から燃料噴射式のものが主流になってきている。このような産業用エンジンの一例としては、特許文献１において開示されたものが知られている。

燃料噴射式の産業用エンジンでは、エンジン温度を検出し、その検出温度に基づいて単位時間当たりの燃料噴射量（燃料供給量）を補正する制御を行うように構成されたものが一般的である。この場合、排気経路の酸素濃度も考慮した制御を行うことにより、より的確な燃料噴射制御（燃料供給制御）が行える。

しかしながら、比較的廉価な大半の汎用空冷エンジンにおいては、コスト面から酸素センサを省いているので、燃料噴射制御は、適合マップによるフィードフォワード制御が行われているものが多い。

特開２００４−９２５６８号公報

主にエンジン温度の情報によるフィードフォワード制御では、ポートウェット燃料量の推定はできるが、推定精度は高くないことが分かっている。例えば、アイドリング回転数の領域でリッチスパイク（過剰燃料供給）状態になり、意図しないアイドリング回転数の上昇が発生することがある。

即ち、冷機時と暖機時とでは燃料（ガソリンなど）の霧化状態が変化することから、燃料の噴射量（供給量）が同量の場合、暖機時にアイドルアップが発生する。そこで、冷却水温度や吸気温の検出による燃料噴射量の補正を行うようにすれば、アイドルアップに対して一定の抑制効果はあるが、制御仕切れるものではないため、やはり不測のアイドルアップは生じる。

本発明の目的は、大幅なコストアップを招くことなく、不測のアイドルアップが生じないように改善された産業用エンジンを提供する点にある。

本発明は、産業用エンジンにおいて、
燃料供給装置１８と、エンジンの温度を検出するエンジン温度センサ８と、吸気経路Ｋの壁の温度を検出する壁温度検出センサ１２とが装備され、
前記燃料供給装置１８による単位時間当たりの燃料供給量が、前記エンジン温度センサ８の検出結果と前記壁温度検出センサ１２の検出結果とに基づいて調整される燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段３６が装備されていることを特徴とする。

第２の本発明は、本発明による産業用エンジンにおいて、
前記吸気経路Ｋに送られる空気の温度を検出する吸気温度センサ２８が装備され、前記燃料供給制御手段３６は、前記燃料供給制御が前記吸気温度センサ２８の検出結果にも基づいて行われる状態に構成されていることを特徴とする。

第３の本発明は、本発明又は第２の本発明による産業用エンジンにおいて、
前記吸気経路Ｋ内の圧力を検出可能な吸気圧センサ２７が装備され、前記燃料供給制御手段３６は、前記燃料供給制御が前記吸気圧センサ２７の検出結果にも基づいて行われる状態に構成されていることを特徴とする。

第４の本発明は、本発明〜第３の本発明による何れかの産業用エンジンにおいて、
クランク軸２の単位時間当たりの回転数を検出する回転数センサ２９が装備され、前記燃料供給制御手段３６は、前記燃料供給制御が前記回転数センサ２９の検出結果にも基づいて行われる状態に構成されていることを特徴とする。

第５の本発明は、本発明〜第４の本発明による何れかの産業用エンジンにおいて、
前記壁温度検出センサ１２は、湾曲形状の吸気ポート３４における曲がり内壁部分３４ｕに配備されていることを特徴とする。

本発明によれば、吸気マニホルドなどの吸気経路の壁面、もしくは壁内部の温度を検出して燃料供給制御手段に指令を出すことができるので、ガソリンなどの燃料が霧化した量を補正した供給量の指令値を燃料供給装置に送ることができる。
従って、吸気経路の壁の温度によって燃料供給量を補正することにより、冷機時と暖機時とで燃料の霧化した量が変わらないように制御することが可能となり、アイドル回転数の変動を抑えることができるようになる。
その結果、壁温度検出センサを設ける比較的廉価な手段追加により、大幅なコストアップを招くことなく、不測のアイドルアップが生じないように改善された産業用エンジンを提供することができる。

産業用エンジンの燃料供給制御構造を示す概略図 産業用エンジンの縦断側面図 図２の産業用エンジンの縦断正面図 図２の産業用エンジンの平面図 図２の産業用エンジンの遮風板などの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図

以下に、本発明による産業用エンジンの実施の形態を、一例として汎用空冷ガソリンエンジンの場合ついて図面を参照しながら説明する。

空冷ガソリンエンジン概要は、次の通りである。図２に示されるように、このエンジンには、クランクケース１とクランク軸２とファンケース３とエンジン冷却ファン４とが備えられている。クランク軸２の架設方向を前後方向、前後方向の一方を前、他方を後として、ファンケース３はクランクケース１の前部に設けられ、エンジン冷却ファン４はファンケース３内に収容されている。従って、エンジン冷却ファン４によりエンジンの冷却が行える構成とされている。

図５（ａ），（ｂ）に示されるように、冷却風路５と風路終端壁６とオイル跳ね掛け装置７とエンジン温度センサ８とが装備されている。風路終端壁６は冷却風路５の後端に設けられ、オイル跳ね掛け装置７は、風路終端壁６に後側に設けられている。風路終端壁６にクランクケース１内のエンジンオイル９が跳ね掛けられるように構成され、エンジン温度センサ８は風路終端壁６の前部に取り付けられている。

エンジン温度センサ８は、エンジンオイル９の温度を検出するものであって、エンジン冷却風２０の影響を受け難い風路終端壁６に取り付けられている。従って、外気温度の変動が外乱要素となり難いエンジンオイル９の温度の検出が可能に構成されている。エンジン温度センサ８にはサーミスタが用いられているが、それ以外の手段でもよい。

図５（ａ），（ｂ）に示されるように、センサ取付ボス１０とセンサ取付ボルト１１とが備えられ、センサ取付ボス１０は風路終端壁６に設けられ、センサ取付ボス１０の後部１０ａは風路終端壁６から後向きに突設されている。センサ取付ボルト１１はセンサ取付ボス１０にネジ嵌合され、このセンサ取付ボルト１１でエンジン温度センサ８がセンサ取付ボス１０に取付けられている。
従って、エンジンオイル９が広い表面積のセンサ取付ボス１０の後部１０ａに接触し、エンジンオイル９の温度がセンサ取付ボス１０やセンサ取付ボルト１１を介してエンジン温度センサ８にスムーズに伝達される。

図５（ａ），（ｂ）に示されるように、このエンジンには調時伝動装置１３が装備されている。調時伝動装置１３は、クランク軸２の駆動ギヤ（図示省略）と動弁カムギヤ２２との咬合による調時伝動ギヤトレインで、クランク軸２の動力を動弁カム軸２１に伝達するように構成されている。オイル跳ね掛け装置７は、クランク軸２の駆動ギヤ（図示省略）及び動弁カムギヤ２２、そしてクランク軸２（カウンターウェイトなど）などにより構成されている。駆動ギヤやクランク軸２の回転により、クランクケース内のオイルが掻かれて周囲に飛散される。従って、調時伝動装置１３はオイル跳ね掛け装置７により兼用構成されているとも言える。

図３に示されるように、左右のシリンダ１４，１４が備えられ、クランク軸２の架設方向と平行な向きに見て、左右のシリンダ１４，１４はクランクケース１からＶ字形に斜め上向きに突出されている。冷却風路５が左右のシリンダ１４，１４の間に設けられ、図５（ａ）に示されるように、風路終端壁６はクランクケース１から上向きに突出されている。

図３に示されるように、左右のシリンダ１４，１４の突出端のそれぞれにシリンダヘッド２３が組み付けられ、各シリンダヘッド２３の上部にはシリンダヘッドカバー２４が組み付けられている。左右のシリンダヘッド２３，２３の前部の間に吸気マニホルド２５が組み付けられている。図２〜図４に示されるように、吸気マニホルド２５の中央部の後側にスロットルボディ２６が組み付けられている。

図１〜図４に示されるように、この空冷ガソリンエンジンには遮風板１５が装備され、遮風板１５は冷却風路５の入口５ａに設けられている。図３に示されるように、クランク軸２の架設方向と平行な向きに前方から見て、エンジン温度センサ８は遮風板１５の背後に隠れる位置に配置されている。従って、温度センサ８に対するエンジン冷却風２０の影響がより小さくなるように構成されている。

図３，図４に示されるように、遮風板１５と左右のシリンダ１４，１４の周壁との間に冷却風導入隙間１６，１６が設けられている。従って、冷却風導入隙間１６，１６から左右のシリンダ１４，１４の周壁にエンジン冷却風２０が集中的に供給され、左右のシリンダ１４，１４の冷却効率が高まるように構成されている。

図２〜図４に示されるように、遮風板１５には、ファンケース３の上部に張り出した天板部１５ａが備えられている。従って、エンジンの組み立て時やメンテナンス時に、部品がファンケース３内に落下するのが防止される利点がある。また、天板部１５ａの後縁部から垂板部１５ｂが垂設されており、この垂板部１５ｂの背後に隠れる位置でエンジン温度センサ８が配置されている。

図３に示されるように、この空冷ガソリンエンジンには、制御装置１７と燃料供給装置１８とが装備され、燃料供給装置１８とエンジン温度センサ８とは制御装置１７を介して連係されている。エンジン温度センサ８で検出された温度に基づいて、燃料供給装置１８により燃焼室に供給される燃料１９の調量が行われるように制御装置１７が機能する構成とされている。従って、温度検出に基づいて高精度な燃料供給が行われる。

図１及び図３に示されるように、この空冷ガソリンエンジンには、吸気マニホルド（吸気経路の一例）２５内の圧力を検出可能な吸気圧センサ２７と、スロットルボディ２６に装備される吸気温度センサ２８と、単位時間当たりのエンジン回転数を検出可能な回転数センサ２９と、吸気ポート（吸気経路Ｋの一例）３４の壁（又は壁面）の温度を検出する壁温度検出センサ１２とが備えられている。燃料供給装置１８は制御装置１７を介してこれら四種類のセンサ１２，２７〜２９にも連係されている。

図１及び図３に示されるように、吸気圧センサ２７は吸気マニホルド２５に取り付けられ、吸気温度センサ２８はスロットルボディ（吸気経路Ｋの一例）２６に取り付けられている。回転数センサ２９はファンケース３に取り付けられ、壁温度検出センサ１２は吸気ポート３４の外壁面３４ａ（Ｋａ）に取り付けられている。スロットルボディ２６のスロットル弁の開度は、メカニカルガバナ（図外）によって調節される構成とされている。

図１及び図３に示されるように、燃料供給装置１８は、燃料供給ポンプ３１を介して燃料タンク３０に接続されている燃料インジェクタ３２を有して構成されている。燃料インジェクタ３２は、噴射された燃料１９が吸気弁体３３ａで開閉される吸気ポート開口３５に向かう状態に吸気ポート３４に配備されている。
燃料インジェクタ３２は、吸気ポート３４における曲がり外壁部分３４ｓに装着されている。図１に示される構造上、噴射された燃料１９は、吸気ポート３４における曲がり内壁部分３４ｕに付着したり、そこで霧化することが考えられるので、その曲がり内壁部分３４ｕに壁温度検出センサ１２を配置するのがよい。

図１において、３３は吸気弁である。壁温度検出センサ１２は、吸気マニホルド２５の外壁面２５ａ（Ｋａ）に取り付けられたり、吸気ポート３４や吸気マニホルド２５の壁に埋め込み配置されたり、吸気ポート３４の内壁面３４ｂや吸気マニホルド２５の内壁面２５ｂに取り付けられるものであってもよい。また、吸気ポート３４と吸気マニホルド２５とのボルト止めによる接続部に、壁温度検出センサ１２が挟持される状態で設けられる構成でもよい。

図１、図３に示されるように、制御装置１７は、演算した吸気量に応じて燃料供給装置１８で燃焼室に供給する燃料１９を調量し、かつ、供給し、混合気が所定の空燃比に設定されるように機能する。制御装置１７はＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）であり、ＥＣＵ１７はエンジン電子制御ユニット、いわゆるマイコンである。燃料供給装置１８により、五種類のセンサ８，１２，２７〜２９を用いて検出されたエンジン温度、吸気ポート３４の壁温度、吸気圧力、吸気温度、及びエンジン回転数に基づいて吸気量と燃料量、即ち単位時間当たりの燃料供給量が、制御装置１７の燃料供給制御手段（燃料噴射制御手段）３６により演算される。なお、燃料供給制御手段３６による前記の制御が、エンジン温度センサ８と壁温度検出センサ１２との検出値に基づくものであるとか、吸気圧センサ２７、吸気温度センサ２８、回転数センサ２９のうちの何れか１つ又は２つの検出値がさらに追加されたものに基づいて作動する構成であってもよい。

次に、燃料供給制御手段３６の制御機能について説明する。燃料インジェクタ３２による燃料の噴射量（供給量）は、エンジン温度センサ８による検出温度（エンジン温度）が高くなると少なくなるように、そして、検出温度が低くなると多くなるように制御される。回転数センサ２９による検出回転数（エンジン回転数）が高くなると燃料の噴射量は多くなり、低くなると噴射量は少なくなるように制御される。

吸気温度センサ２８による吸気温度（吸入空気の温度）が高くなると燃料の噴射量は少なくなり、吸気温度が低くなると噴射量は多くなるように制御される。吸気圧センサ２７による吸気圧（吸入空気の圧）が高くなると燃料の噴射量は多くなり、吸気圧が低くなると噴射量は少なくなるように制御される。

そして、壁温度検出センサ１２による吸気経路Ｋ（吸気ポート３４や吸気マニホルド２５）の検出温度（壁温度）が高くなると、燃料インジェクタ３２による燃料の噴射量を少なめに補正し、低くなると噴射量を多めに補正するように、燃料供給制御手段３６により制御される。即ち、吸気ポート３４の壁温度が高いと、燃料インジェクタ３２から噴射された燃料１９のうちの曲がり内壁部分３４ｕに付着したものの霧化が促進されるので、燃焼室内へ入る気化燃料が多くなりすぎるのを防ぐため、噴射量は少なめに補正される。吸気ポート３４の壁温度が低いと、前述の霧化が抑制されるので、壁面へ付着する燃料は多くなり、燃焼室内部へ入る気化燃料が少なくなりすぎるのを防ぐために、噴射量は多めに補正される。

以上のように、本発明による産業用エンジンにおいては、エンジン温度センサ８、吸気圧センサ２７、吸気温度センサ２８、回転数センサ２９に、壁温度検出センサ１２を加えて、５つのセンサ８，１２，２７〜２９の検出情報に基づいて燃料インジェクタ３２による燃料噴射量（単位時間当たりの燃料噴射量）が制御装置１７により制御される。
従って、実状によりマッチした燃料供給制御（燃料噴射制御）が行われ、リッチスパイク状態になったりしての不測のアイドリング回転数上昇が起きないようになる、という利点が得られる。

吸気マニホルド２５などの吸気経路Ｋの壁面３４ｂに付着したガソリンの霧化量は壁面３４ｂの温度で変動するが、壁面３４ｂ又はその壁内部の温度は、従来ではＥＣＵ１７でモニターしていないことから、正確な霧化状態を把握することが困難であった。即ち、冷機時と暖機時とではガソリンの霧化状態が変化することから、ガソリンの噴射量が同量の場合、アイドルアップが発生する。冷却水温、吸気温のモニターによる噴射量の補正により、一定の抑制効果は有るものの、制御仕切れず、アイドルアップが発生してしまう。

本発明の産業用エンジンでは、吸気経路Ｋの壁面、又は壁内部の温度を壁温度検出センサ１２によりモニターしてＥＣＵ１７に送信できるので、燃料供給制御手段３６は、ガソリンが霧化した量を補正した噴射量の指令値を燃料インジェクタ３２に送ることができる。つまり、吸気経路Ｋの温度把握によってガソリン噴射量を補正制御することにより、冷機時と暖機時とでガソリンの霧化した量を同量とし、アイドル回転数の変動を抑えることが可能になる。

８ エンジン温度センサ
１２ 壁温度検出センサ
１８ 燃料供給装置
２７ 吸気圧センサ
２８ 吸気温度センサ
２９ 回転数センサ
３４ 吸気ポート
３４ｕ 曲がり内壁部分
３６ 燃料供給制御手段
Ｋ 吸気経路

Claims (5)

1. 燃料供給装置と、エンジンの温度を検出するエンジン温度センサと、吸気経路の壁の温度を検出する壁温度検出センサとが装備され、
   前記燃料供給装置による単位時間当たりの燃料供給量が、前記エンジン温度センサの検出結果と前記壁温度検出センサの検出結果とに基づいて調整される燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段が装備されている産業用エンジン。
2. 前記吸気経路に送られる空気の温度を検出する吸気温度センサが装備され、前記燃料供給制御手段は、前記燃料供給制御が前記吸気温度センサの検出結果にも基づいて行われる状態に構成されている請求項１に記載の産業用エンジン。
3. 前記吸気経路内の圧力を検出可能な吸気圧センサが装備され、前記燃料制御手段は、前記燃料供給制御が前記吸気圧センサの検出結果にも基づいて行われる状態に構成されている請求項１又は２に記載の産業用エンジン。
4. クランク軸の単位時間当たりの回転数を検出する回転数センサが装備され、前記燃料供給制御手段は、前記燃料供給制御が前記回転数センサの検出結果にも基づいて行われる状態に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の産業用エンジン。
5. 前記壁温度検出センサは、湾曲形状の吸気ポートにおける曲がり内壁部分に配備されている請求項１〜４の何れか一項に記載の産業用エンジン。

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