JP2021036144A - 作業機用エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子式ガバナーが配備されている作業機用エンジンにおいて、既存の制御プログラムを若干改変した簡素な構成のもとで、作業用刃物に至る動力伝達経路に介装された遠心クラッチのストールによる不具合を確実に防止することができる作業機用エンジンの制御装置を提供する。【解決手段】作業用刃物に至る動力伝達経路に遠心クラッチ４が介装されるとともに、作業用回転数及びアイドル回転数を保つべくスロットル弁駆動部２７を持つ電子式ガバナーが配備されている作業機用エンジン２０の制御装置４０であって、遠心クラッチ４がストールしたことを検出するクラッチストール検出部５６により遠心クラッチ４がストールしたことが検出されると、スロットル弁駆動部２７によりスロットル弁２６を閉じる方向に動作させて作業機用エンジン２０の実回転数をクラッチイン回転数未満に下げる制御を行う制御部５０を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、草刈機や刈払機等に搭載される作業機用エンジンの制御装置に係り、特に、作業用刃物に至る動力伝達経路に介装されている遠心クラッチのストール（刃物のロック、過負荷等による不所望なすべり）対策が採られたものに関する。

草刈機や刈払機等の作業機においては、通常、特許文献１等に見られるように、作業機用エンジン（以下、単にエンジンと称することがある）から作業用刃物（以下、単に刃物と称することがある）に至る動力伝達経路に遠心クラッチが介装されている。

遠心クラッチは、作業時において、刃物に草が絡まったり、地面の凹凸で刈刃と地面が接触したり、針金や石等の異物を噛み込んだりした際に、刃物がロック状態あるいは過負荷状態となり、遠心クラッチにおけるエンジン側のクラッチシュー等のドライビングユニットと刃物側のクラッチドラムとの間に不所望なすべり（ストール）が生じる。

上記のように、遠心クラッチにストール（以下、クラッチストールと称することがある）が発生すると、摩擦熱で損傷が生じたり、シューやドラムが磨耗したりする等して動力伝達に支障を来すことになるとともに、製品寿命が短くなる等の問題を生じる。

特許第４６４４５７３号公報 特開２００３−５６４３８号公報

そこで、従来においても、作業機用エンジンの分野ではクラッチストール対策が採られている。例えば、前記特許文献１には、クラッチストールが検知されると、点火時期を変える、点火を抑止する、あるいは燃料供給量を変化させることにより、エンジン回転数を低下させてクラッチストールの解除を行う技術が提案されている。

しかしながら、かかる提案技術は、エンジン回転数を低下させてクラッチストールの解除を行うため、点火時期を変える、点火を抑止する、あるいは燃料供給量を変化させるようにしているが、かかるクラッチストール対策は、作業用回転数及びアイドル回転数を一定に保つべくスロットル弁駆動部を持つ電子（制御）式ガバナーが配備されている作業機用エンジンに適用することは困難である。

そのため、電子式ガバナーが配備されている作業機用エンジンにおいて、遠心クラッチのストールの発生を検知して、クラッチストールの解除を効果的に行うことができる技術が要望されている。

また、例えば特許文献２には、クラッチストールに関連して、スクーター等の小型車両において、遠心クラッチ接続時に生じるジャダ現象を防止すべく、クランク軸の回転変動の度合いに基づいて、クラッチ振動の発生を検出して、点火時期を遅らせる技術が提案されている。しかし、かかる提案技術は、遠心クラッチ接続時特有のものであり、本発明の対象である草刈り作業等を行っている際のクラッチストールの検知や対策に適用することは困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電子式ガバナーが配備されている作業機用エンジンにおいて、既存の制御プログラムを若干改変した簡素な構成のもとで、作業用刃物に至る動力伝達経路に介装された遠心クラッチのストールによる不具合を確実に防止することができる作業機用エンジンの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明に係る作業機用エンジンの制御装置は、基本的には、作業用刃物に至る動力伝達経路に遠心クラッチが介装されるとともに、作業用回転数及びアイドル回転数を保つべくスロットル弁駆動部を持つ電子式ガバナーが配備されており、前記遠心クラッチがストールしたことを検出するクラッチストール検出部を有し、該クラッチストール検出部により前記遠心クラッチがストールしたことが検出されると、前記スロットル弁駆動部によりスロットル弁を閉じる方向に動作させて前記作業機用エンジンの実回転数をクラッチイン回転数未満に下げる制御を行う制御部を備えることを特徴としている。

好ましい態様では、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出部と、作業者によりＯＮ／ＯＦＦ操作されるスロットルスイッチとを備え、前記制御部は、前記スロットルスイッチがＯＮ操作されたことが検知されると、前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数を予め定められた目標作業用回転数に近づけるべく、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を大きくするようにされ、前記スロットルスイッチがＯＦＦ操作されたことが検知されると、前記実回転数を予め定められた目標アイドル回転数に近づけるべく、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を小さくするようにされ、前記クラッチストール検出部により前記遠心クラッチがストールしたことが検出されると、前記スロットルスイッチがＯＮ状態であっても、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を強制的に小さくするようにされる。

この場合、好ましくは、前記制御部は、前記クラッチストール検出部により前記遠心クラッチがストールしたことが検出されると、前記スロットルスイッチがＯＮ状態であっても、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を強制的に小さくして、前記実回転数を前記目標アイドル回転数に近づける。

他の好ましい態様では、前記クラッチストール検出部は、前記スロットルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態と前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数とに基づいて、前記遠心クラッチがストールしたことを検出するようにされる。

他の好ましい態様では、前記クラッチストール検出部は、前記遠心クラッチがストールしたときは、前記スロットルスイッチがＯＮ状態でも、前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数が前記目標作業用回転数付近より低くなる現象を利用して、前記遠心クラッチがストールしたことを検出するようにされる。

別の好ましい態様では、前記クラッチストール検出部は、前記スロットルスイッチがＯＮ状態であるにも拘わらず、前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数が前記目標作業用回転数より低い所定回転数未満に低下した状態が所定時間以上継続したとき、前記遠心クラッチがストールしたと判定するようにされる。

他の好ましい態様では、前記クラッチストール検出部は、実質的に膨張行程と排気行程からなる１回転に要した時間長と、実質的に吸気行程と圧縮行程からなる１回転に要した時間長とを交互に計測するとともに、それらの時間長の差を正負符号付きで順次求め、この順次求められた差の符号が規則的に反転することが所定回数以上続いたとき、又は、前記差の符号が規則的に反転することが所定時間以上継続したとき、前記遠心クラッチがストールしたと判定するようにされる。

別の好ましい態様では、前記クラッチストール検出部は、実質的に膨張行程と排気行程からなる１回転に要した時間長から該１回転時における回転速度を換算するとともに、実質的に吸気行程と圧縮行程からなる１回転に要した時間長から該１回転時における回転速度を換算し、それら交互に換算された回転速度の差を正負符号付きで順次求め、この順次求められた差の符号が規則的に反転することが所定回数以上続いたとき、又は、前記差の符号が規則的に反転することが所定時間以上継続したとき、前記遠心クラッチがストールしたと判定するようにされる。

本発明に係る作業機用エンジンの制御装置では、例えばスロットルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態とエンジンの実回転数とに基づいて、遠心クラッチがストールしたことが検出されると、電子式ガバナーのスロットル弁駆動部によりスロットル弁を閉じる方向に動作させてエンジンの実回転数をクラッチイン回転数未満、好ましくは目標アイドル回転数に下げる制御を行うようにされるので、クラッチストールの解除を効果的に行うことができ、遠心クラッチの不所望なすべりが低減される。

この場合、クラッチストールの解除制御は、既存の制御プログラムを若干改変した簡素な構成のもとで行うことができるので、費用対効果に優れる。

上記のように、クラッチストールの解除を効果的に行うことができるので、クラッチストール状態から速やかに脱出することができるとともに、遠心クラッチの熱損傷、磨耗等が低減されて動力伝達に支障を来すことがないようにでき、その結果、信頼性が向上するとともに、遠心クラッチ、ひいては作業機の製品寿命を長くすることができる。

本発明に係る作業機用エンジンの制御装置の一実施形態が適用された畔草刈機の外観を示す図。 図１に示される畔草刈機における、車体下部に配在された作業用刃物を、車体を裏返して示す図。 図１に示される畔草刈機における、棹状ハンドルの上部に設けられた矩形枠状ハンドルにスロットルレバーを握り込んだ状態を示す図。 図１に示される畔草刈機におけるエンジン等の主要部を模式的に示す概略図。 図４に示されるエンジンの点火系の構成を概念的に示す機能ブロック図。 エンジンの回転速度を検出する際の説明に供される図。 図５に示されるコントローラにより、クラッチストール検出及びクラッチストール解除制御が行われた際の、エンジンの目標回転数、実回転数、及びスロットル弁駆動用ステッピングモータのステップ数の変化を示すタイムチャート。 図５に示されるコントローラが実行するクラッチストール検出及びクラッチストール解除制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 図５に示されるコントローラが実行するクラッチストール検出ルーチンの他例を示すフローチャート。 他例のクラッチストール検出手法の説明に供されるエンジン回転数（実回転数）とΔＮ（回転数差）の変化を示すタイムチャート。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る作業機用エンジンの制御装置の一実施形態が適用された畔草刈機の外観を示す図である。また、図２は、図１に示される畔草刈機における、車体下部に配在された作業用刃物を、車体を裏返して示す図、図３は、図１に示される畔草刈機における、棹状ハンドルの上部に設けられた矩形枠状ハンドルにスロットルレバーを握り込んだ状態を示す図である。また、図４は、図１に示される畔草刈機におけるエンジン等の主要部を模式的に示す概略図である。

図示実施形態の作業機としての畔草刈機１は、車体２の前後左右に車輪５を備えた自走式で、車体２に対して、棹状ハンドル１１とその上部に設けられた矩形枠状ハンドル１２とからなる操作ハンドル１０が左右に旋回可能とされ、走行しながら平面に加えて斜面の草刈りも行えるようになっている。車体２の中央部の下側には、回転する左右一対の刃物（ナイフ、カッター等とも呼ばれる）７（図２）を覆うように幅広のカバー６が設けられ、車体２の中央部の上側には、リコイルスタータ２４付きエンジン（図示例では、空冷４ストロークエンジン）２０が縦置きで搭載されている。なお、左右一対の刃物７は草を相互に内方に巻き込むように刈り込んで、進行方向後側にはき出すようになっている。

エンジン２０の下側には、その動力を減速などして車輪５や刃物７に伝達及び遮断するための動伝機構部３（図２及び図４）が設けられている。動伝機構部３の上部には、図４に模式的に示されているように遠心クラッチ４が配在されている。遠心クラッチ４は、エンジン２０から刃物７に至る動力伝達経路に介装されており、エンジン２０側のクラッチシュー等のドライビングユニットと刃物７側のクラッチドラムとで構成されている。動伝機構部３内には、遠心クラッチ４のクラッチドラム側に、所定の配列態様で、減速ギア、シフトフォーク、車輪５（走行）用クラッチ、刃物７用ベルトテンションクラッチ等が配在されている。

動伝機構部３内のクラッチ等を操作するため、棹状ハンドル１１の上部にはパネル１３が設けられている。該パネル１３や棹状ハンドル１１の上部等には、刃物７への動力伝達を断接するための刃物用レバー１４等のワイヤ引張式のレバー類が設けられるとともに、エンジン停止スイッチ１８が設けられている。このエンジン停止スイッチ１８がＯＮにされると、その情報が後述するコントローラ５０（図５）に入力され、コントローラ５０は、点火コイルの一次側（一次コイル３１）を短絡させるなどして点火（火花放電）させないようにする。これにより、エンジン２０が停止する。

また、矩形枠状ハンドル１２には、エンジン２０の気化器２５のスロットル弁２６（図４）を開閉操作するためのスロットルレバー１５（主クラッチレバーとも呼ばれる）が回動可能に設けられている。このスロットルレバー１５を図３に示される如くに作業者が手指で矩形枠状ハンドル１２（の上辺部）に合わせるように握り込むと、操作ハンドル１０等に内蔵されたスロットルスイッチ１７（図５）がＯＮ状態とされ、作業者が手指を離すと根元に設けられた復元ばねにより元の矩形枠状ハンドル１２（の上辺部）から離れた位置に戻り、このときは、スロットルスイッチ１７がＯＮ状態からＯＦＦ状態にされる。スロットルスイッチ１７の操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）は、後述するコントローラ５０（図５）に入力される。

一方、エンジン２０は、図４に示される如くに、その上部に、エアクリーナ２３、バタフライ型のスロットル弁２６を内蔵した気化器２５が設けられ、気化器２５におけるスロットル弁２６の下側（換言すれば、吸気系）には、スロットル弁２６の開度（以下、スロットル開度と称することがある）を増減して、作業用回転数及びアイドル回転数を一定に保つべく配備された電子式ガバナーのスロットル弁駆動部を構成するスロットル弁駆動用ステッピングモータ２７（以下、単に駆動用モータ２７もしくはモータ２７と称する）が設けられている。駆動用モータ２７は、コントローラ５０から供給されるパルス信号（パルス数及びパターン）によりその回転角度（ステップ数）及び回転方向が制御されるようになっている。

なお、本実施形態のエンジン２０では、一例として、作業用回転数が５８５０（ｒｐｍ）前後、アイドル回転数が２２００（ｒｐｍ）前後、遠心クラッチ４のクラッチイン回転数が３０００（ｒｐｍ）前後となっている。

一方、本実施形態のエンジン（空冷４ストロークエンジン）２０には、２ストロークエンジンと共用のフライホイールマグネト方式の点火系が設けられている。この点火系は、フライホイール２８に配設されたマグネット２９と、シリンダ２１に配設された点火コイルユニット３０と、シリンダ２１の頂部に設けられた点火プラグ３７とを備えている。詳細には、フライホイール２８の外周部の所定位置には、扇形のマグネット２９がその外周側端面を露出させた状態で嵌め込まれて固定され、シリンダ２１におけるフライホイール２８の外周には、前記マグネット２９と対面し得るように、点火コイルユニット３０が配設されている。

点火コイルユニット３０は、その構成自体はよく知られたもので、シリンダ２１とは反対側の面に絶縁体を介して取着された制御装置としての制御回路基板４０を備えている。制御回路基板４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路等で構成されたマイクロコンピュータが搭載されるとともに、スイッチング素子、小型小容量のバッテリ（電源）として機能するコンデンサ、ダイオード、抵抗器、端子等の他の必要な電子部品が実装されている。この制御回路基板４０は、図５に機能ブロック図で示される如くの、エンジン制御（スロットル開度制御、点火時期制御等）を行う、制御部としてのコントローラ５０と、点火コイルとして一次コイル３１（発電コイル）及び二次コイル３２を有する点火出力部３５を含んで構成されている。

このような構成の点火系では、図５に示される如くに、フライホイール２８に設けられたマグネット２９が点火コイルユニット３０を横切る際に一次コイル３１にエンジン回転速度に応じたレベルのパルス電圧が誘起される。誘起されたパルス電圧は、点火出力部３５に設けられた誘起電圧処理部３４で点火用の主電圧分と回転速度計測等に用いられる副電圧分とに分圧される。主電圧分は点火出力部３５（のコンデンサ）に供給され、副電圧分は回転信号としてコントローラ５０の波形整形部５３に供給される。点火出力部３５に供給された電圧（電力）は、点火用だけでなく、制御回路基板４０のＣＰＵ等の駆動用電源、及び前記駆動用モータ２７の駆動用電源としても利用される。

前記エンジン回転速度に応じたレベルの主電圧分が供給される点火出力部３５では、エンジン回転速度に対応した時期（基準点火時期）に、コンデンサに放電させて二次コイル３２に瞬間的に高電圧を発生させ、この高電圧をケーブルを介して点火プラグ３７に印加することによりプラグギャップ間で火花放電させて、クランク軸２２の回転に同期した点火を行うようになっている。

そして、本実施形態では、前記コントローラ５０は、以下のようにして、クラッチストール検出及びクラッチストール解除制御を行うようになっている。

以下、制御回路基板（作業機用エンジンの制御装置）４０の主要部を構成するコントローラ（制御部）５０の制御処理内容を図５〜図８を参照しながら説明する。

前記コントローラ５０は、図５に示される如くの、波形整形部５３、パルス間隔（周期）計測部５４、エンジン回転数検出部５５、クラッチストール検出部５６、点火制御部５７、スロットル開度制御部５８で構成されている。

図５で示されているように、誘起電圧処理部３４から前記副電圧分（パルス電圧信号）が供給される波形整形部５３では、パルス電圧信号を図６に示される如くの矩形パルス信号（回転信号）に整形してパルス間隔（周期）計測部５４に送る。

ここで、一次コイル３１から誘起されるパルス電圧は、もともと点火用の信号なので、上死点の少し手前で発生するようにされており、パルス間隔（周期）計測部５４に送られる矩形パルス信号の後端縁のクランク角度位置は、上死点前の例えば３０°程度とされる。なお、本実施形態のエンジン２０は、４ストロークエンジンであるので、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程、つまりエンジン（クランク軸）２回転で一燃焼サイクルを構成し、矩形パルス信号は、一燃焼サイクル中において圧縮上死点前と排気上死点前の２回、相互に３６０°（１回転分）離れて出現する。そのため、該矩形パルス信号により、一燃焼サイクル（２回転）を、実質的に膨張行程と排気行程とからなる１回転と、実質的に吸気行程と圧縮行程とからなる１回転とに分けることができる。

また、本実施形態のエンジン２０では、上記説明からもわかるように、点火出力部３５には、一次コイル３１に誘起されたパルス電圧が圧縮上死点前と排気上死点前の２回供給され、混合気の点火が行われる圧縮上死点前だけでなく、排気上死点前でも二次コイル３２に瞬間的に高電圧を発生させて点火プラグ３７に火花放電させるようになっている。

前記波形整形部５３から矩形パルス信号が送られるパルス間隔（周期）計測部５４では、図６に示される如くに、パルス信号のパルス間隔（時間的間隔）を周期Ｔａ（実質的に膨張行程と排気行程からなる１回転に要した時間長）、Ｔｂ（実質的に吸気行程と圧縮行程からなる１回転に要した時間長）として計測して順次、エンジン回転数検出部５５に送る。エンジン回転数検出部５５は、パルス間隔（周期）計測部５４から送られてくる周期Ｔａ、Ｔｂの複数回分（例えば１０回分）の平均値を算出して、それをエンジン回転数に換算して点火制御部５７、クラッチストール検出部５６、スロットル開度制御部５８に送る。

上記点火制御部５７では、パルス間隔（周期）計測部５４から送られてきたエンジン回転数情報やエンジン停止スイッチ１８の操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）等に基づいて前記基準点火時期から進角・遅角させる点火時期の制御の他、点火コイルの一次側（一次コイル３１）を短絡させるなどして点火（火花放電）させないようにする失火制御や間引き制御等を行うようになっている。

また、上記コントローラ５０のスロットル開度制御部５８では、基本的には、スロットルスイッチ１７の操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）に基づいて目標回転数を設定し、エンジン回転数（実回転数）が目標回転数となるようにスロットル弁２６の駆動用モータ２７（電子式ガバナーのスロットル弁駆動部）を駆動してスロットル開度を制御する。詳細には、スロットル開度制御部５８は、スロットルレバー１５が握られてスロットルスイッチ１７がＯＦＦ状態からＯＮ状態にされたときには（すなわち、スロットルスイッチ１７がＯＮ操作されたことが検知されると）、目標回転数として、目標作業用回転数、本実施形態では５８５０（ｒｐｍ）を設定し、実回転数を目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）にすべく（近づけるべく）、駆動用モータ２７に所要のパルス信号（パルス数及びパターン）を供給してその回転角度（ステップ数）及び回転方向、すなわちスロットル開度を制御する。より詳細には、スロットル開度制御部５８は、実回転数が目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）より低いときは、その差分に応じてスロットル開度を増大し、実回転数が目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）より高いときは、その差分に応じてスロットル開度を減少させるフィードバック制御を行う。これにより、エンジン回転数検出部５５により検出（算出）される実回転数が目標作業用回転数である５８５０（ｒｐｍ）付近（５８５０を中心とする不感帯域）に収束する（で一定となる）。

それに対し、スロットル開度制御部５８は、スロットルレバー１５が解放されてスロットルスイッチ１７がＯＮ状態からＯＦＦ状態にされたときには（すなわち、スロットルスイッチ１７がＯＦＦ操作されたことが検知されると）、目標回転数として、目標アイドル回転数、本実施形態では２２００（ｒｐｍ）を設定し、実回転数を目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）にすべく（近づけるべく）、上記と同様にしてスロットル開度をフィードバック制御する。これにより、エンジン回転数検出部５５により検出（算出）される実回転数が目標アイドル回転数である２２００（ｒｐｍ）付近（２２００を中心とする不感帯域）に収束する（で一定となる）。

一方、前記コントローラ５０のクラッチストール検出部５６では、「クラッチストールが発生したときは、スロットルスイッチ１７がＯＮ状態でも、エンジン回転数検出部５５により検出（算出）される実回転数が目標作業用回転数付近より低くなる現象」を利用してクラッチストールの発生を検知する。より詳細には、クラッチストール検出部５６は、スロットルスイッチ１７がＯＮ状態であるにも拘わらず、エンジン回転数検出部５５により検出（算出）される実回転数が目標作業用回転数５８５０（ｒｐｍ）より低い所定回転数、本実施形態では、クラッチイン回転数３０００（ｒｐｍ）よりも高いストール判定回転数の４０００（ｒｐｍ）未満に低下した状態が所定時間Ｔｇ（例えば２秒）以上継続したとき、クラッチストールが発生したと判定し、その旨をスロットル開度制御部５８に送る。

前記スロットル開度制御部５８は、クラッチストール検出部５６からクラッチストールが発生したことが入力されると、クラッチストール解除制御を行う。すなわち、スロットル開度制御部５８は、クラッチストール検出部５６によりクラッチストールが検出されると、スロットルスイッチ１７がＯＮ状態のままでも、目標回転数として、目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）を設定し、実回転数を目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）に強制的に下げるべく（近づけるべく）、駆動用モータ２７によりスロットル開度を強制的に減少させる（小さくする）制御を行う。

以上の、コントローラ５０（クラッチストール検出部５６及びスロットル開度制御部５８）によるクラッチストール検出及びクラッチストール解除制御が行われているときの、エンジン２０の目標回転数、実回転数、及びモータ２７のステップ数の変化を図７のタイムチャートに示す。

図７は、スロットルスイッチ１７がＯＮ状態とされているときの変化を示しており、実回転数が目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）付近に収束している時点ｔ１でクラッチストールが発生し（この時点では、まだ検知されていない）、実回転数が急速に低下して、時点ｔ２でストール判定回転数の４０００（ｒｐｍ）以下に低下している。しかし、クラッチストールが発生したとの判定はまだなされていないので、目標回転数は目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）のままで変わらない。

クラッチストールが発生して実回転数が目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）付近より大幅に低下したことにより、それらの差分が大きくなるので、モータ２７のステップ数が急速に増やされてスロットル開度が増大され（スロットル開度制御部５８）、これによって、実回転数が３５００（ｒｐｍ）付近で維持されている。

実回転数がストール判定回転数の４０００（ｒｐｍ）以下に低下した時点ｔ２から経過時間Ｊが計測される。経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ、例えば２秒になった時点ｔ３において、クラッチストールが発生したと判定され（クラッチストール検出部５６）、この判定情報に基づき、この時点ｔ３において目標回転数が５８５０（ｒｐｍ）から目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）に変更される（スロットル開度制御部５８）。これに伴い、モータ２７のステップ数が急速に０まで減少され、スロットル開度が急速にアイドル開度（略全閉）まで閉じられる（スロットル開度制御部５８）。これにより、実回転数が３５００（ｒｐｍ）から低下し、目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）より若干下がり、これに伴い、モータ２７のステップ数が増やされ、以後は実回転数が目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）付近に収束している。

次に、以上で説明した如くの、図５に示されるコントローラ５０が実行する主としてクラッチストール検出及びクラッチストール解除制御ルーチンの一例を、図８に示されるフローチャートを参照しながら説明する。

このルーチンは、エンジン２０が起動したときにスタートし、所定周期で繰り返し実行される。スタート後、ステップＳ７１において、前述したエンジン回転数検出部５５で検出（算出）されたエンジン回転数（実回転数）を読み込み、次のステップＳ７２において、スロットルスイッチ１７がＯＮ状態か否かを判断する。スロットルスイッチ１７がＯＮ状態である場合には（Ｓ７２：Ｙｅｓ）、続くステップＳ７３で、実回転数がストール判定回転数の４０００（ｒｐｍ）未満か否かを判断する。

ステップＳ７３で実回転数がストール判定回転数の４０００（ｒｐｍ）未満であると判断された場合には（Ｓ７３：Ｙｅｓ）、次のステップＳ７４で、タイマーをセットして経過時間Ｊを計測する（Ｊ←Ｊ＋α）。続くステップＳ７５では、経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ、例えば２秒以上か否かを判断する。経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ（例えば２秒）未満であると判断された場合には（Ｓ７５：Ｎｏ）、先頭に戻る。一方、経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ（例えば２秒）以上であると判断された場合には（Ｓ７５：Ｙｅｓ）、クラッチストールが発生したと判定して、ステップＳ７６で、タイマーをリセット（Ｊ←０）してステップＳ９１に進む。

ステップＳ９１では、目標回転数として、目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）を設定し、続くステップＳ９９において、実回転数を目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）に強制的に下げるべく（近づけるべく）、駆動用モータ２７によりスロットル開度を強制的に減少させる（小さくする）フィードバック制御を行う。

また、ステップＳ７２においてスロットルスイッチ１７がＯＦＦ状態にあると判断された場合には（Ｓ７２：Ｎｏ）、ステップＳ７８においてタイマーがセットされているならばそれをリセットし、タイマーがセットされていないならそのままステップＳ９３に進む。ステップＳ９３では、目標回転数として、目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）を設定し、続くステップＳ９９において、実回転数を目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）にすべく（近づけるべく）、通常のスロットル開度制御（つまり、駆動用モータ２７によりスロットル開度を小さくする制御）を行う。

また、ステップＳ７３で実回転数がストール判定回転数の４０００（ｒｐｍ）以上であると判断された場合には（Ｓ７３：Ｎｏ）、ステップＳ７７においてタイマーがセットされているならばそれをリセットし、タイマーがセットされていないならそのままステップＳ９２に進む。ステップＳ９２では、目標回転数として、目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）を設定し、続くステップＳ９９において、実回転数を目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）にすべく（近づけるべく）、通常のスロットル開度制御（つまり、駆動用モータ２７によりスロットル開度を大きくする制御）を行う。

以上で説明したように、本実施形態の制御回路基板（作業機用エンジンの制御装置）４０（のコントローラ（制御部）５０）では、例えばスロットルスイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦ状態とエンジン２０の実回転数とに基づいて、遠心クラッチ４がストールしたことが検出されると、電子式ガバナーの駆動用モータ（スロットル弁駆動部）２７によりスロットル弁２６を閉じる方向に動作させてエンジン２０の実回転数をクラッチイン回転数未満、好ましくは目標アイドル回転数に下げる制御を行うようにされるので、クラッチストールの解除を効果的に行うことができ、遠心クラッチ４の不所望なすべりが低減される。

この場合、クラッチストールの検知、及び、クラッチストールの解除制御は、追加部品や改造をほとんど必要とすることなく既存の電子ガバナー付きの作業機用エンジン２０に通常備えられるフライホイールマグネト方式の点火系から得られる点火用の誘起電圧信号を回転信号として用いて、既存の制御プログラムを若干改変しただけの極めて簡素な構成のもとで行うことができるので、費用対効果に極めて優れる。

上記のように、クラッチストールの解除を効果的に行うことができるので、クラッチストール状態から速やかに脱出することができるとともに、保守点検も容易となり、さらに、遠心クラッチの熱損傷、磨耗等が低減されて動力伝達に支障を来すことがないようにでき、その結果、信頼性が向上するとともに、遠心クラッチ、ひいては作業機の製品寿命を長くすることができる。

次に、クラッチストールの検出手法の他例を、図９及び図１０を参照しながら説明する。

この他例の検出手法は、上記実施形態の検出手法で用いられたスロットルスイッチ１７（図５）の操作状態（ＯＮ／ＯＦＦ）は用いず、点火系から得られる誘起電圧信号（回転信号）のみでクラッチストールを検出するものである。すなわち、本例のクラッチストールの検出手法は、「遠心クラッチのストール時には、膨張行程における回転速度と他の行程における回転速度との差が非ストール時より大きくなる」という知見に基づくもので、図５に示されるコントローラ５０における、波形整形部５３から矩形パルス信号が送られるパルス間隔（周期）計測部５４を用いて、図６に示される如くの、パルス信号のパルス間隔（時間的間隔）を周期Ｔａ、Ｔｂとして計測するとともに、それらの周期Ｔａ、Ｔｂから回転速度Ｎａ、Ｎｂを換算する。

ここで、周期Ｔａは実質的に膨張行程と排気行程とからなり（つまり、実質的に膨張行程と排気行程からなる１回転に要した時間長）、周期Ｔｂは実質的に吸気行程と圧縮行程とからなる（つまり、実質的に吸気行程と圧縮行程からなる１回転に要した時間長）ので、Ｎａ＞Ｎｂとなり、上記知見から、遠心クラッチ４のストール時には、ＮａとＮｂとの差は非ストール時より大きくなる。

図１０は、実際に、周期Ｔａ、Ｔｂを順次計測するとともに、それらの周期Ｔａ、Ｔｂからエンジン回転数（回転速度）Ｎａ、Ｎｂを順次換算し、それらのエンジン回転数Ｎａ、Ｎｂの差ΔＮ＝（Ｎａ−Ｎｂ）、（Ｎｂ−Ｎａ）を正負符号付きで順次求めたものである。

図１０において、時点ｔ１１でクラッチストールが発生してエンジン回転数（実回転数）が目標作業用回転数の５８５０（ｒｐｍ）から３５００（ｒｐｍ）前後に低下し、このクラッチストール状態がしばらく続いた場合、実回転数が低下したときから約１秒前後の時点ｔ１２あたりまでは、回転数差ΔＮは小さく、回転数差ΔＮの符号は不規則（正、正、負、負、負、正・・・）となる。一方、時点１２以後は、回転数差ΔＮが大きくなり、回転数差ΔＮの符号が規則的に反転（正、負、正、負、正、負、正・・・）する。

本検出手法では、前記回転数差ΔＮの符号が規則的に反転することが所定時間以上継続したとき（もしくは所定回数以上続いたとき）、前記遠心クラッチ４がストールしたと判定するようにされる。

上記のような検出手法を、コントローラ５０が実行する場合の処理内容（クラッチストール検出ルーチン）を図９のフローチャートを参照しながら説明する。

このクラッチストール検出ルーチンは、リコイルスタータ２４によりエンジン２０が回転し始めたときにスタートし、所定周期で繰り返し実行される。スタート後、ステップＳ８１において、前述した如くにして、パルス信号のパルス間隔（時間的間隔）を周期Ｔａ、Ｔｂとして順次計測するとともに、それらの周期Ｔａ、Ｔｂからエンジン回転数（回転速度）Ｎａ、Ｎｂを順次換算する。続くステップＳ８２において、それらのエンジン回転数Ｎａ、Ｎｂの差ΔＮ＝（Ｎａ−Ｎｂ）、（Ｎｂ−Ｎａ）を順次、正負符号付きで算出する。

続くステップＳ８３において、正負符号付きで順次求められた回転数差ΔＮの符号が今回反転したか否かを判断する。すなわち、前回求められた回転数差ΔＮ、例えば（Ｎａ−Ｎｂ）の符号が正であるなら、今回求められた回転数差ΔＮ、例えば（Ｎｂ−Ｎａ）の符号が負であれば、反転（Ｙｅｓ）とされて、ステップＳ８４でタイマーをセットして経過時間Ｊを計測する（Ｊ←Ｊ＋α）。続くステップＳ８５では、経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ、例えば２秒以上か否かを判断する。経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ（例えば２秒）未満であると判断された場合には（Ｓ８５：Ｎｏ）、先頭に戻る。一方、経過時間Ｊが所定時間Ｔｇ（例えば２秒）以上であると判断された場合には（Ｓ８５：Ｙｅｓ）、クラッチストールが発生したと判定して、ステップＳ８６でタイマーをリセット（Ｊ←０）してステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、目標回転数として、目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）を設定し、続くステップＳ９９（図８のステップＳ９９と同じ）において、実回転数を目標アイドル回転数の２２００（ｒｐｍ）に強制的に下げるべく（近づけるべく）、駆動用モータ２７によりスロットル開度を強制的に減少させる（小さくする）フィードバック制御を行う。

また、ステップＳ８３において、回転数差ΔＮの符号が今回反転していない場合には（Ｓ８３：Ｎｏ）、ステップＳ８７においてタイマーがセットされているならばそれをリセットし、タイマーがセットされていないならそのまま先頭に戻る。

なお、ここでは、パルス信号のパルス間隔（時間的間隔）を周期Ｔａ、Ｔｂとして計測するとともに、それらの周期Ｔａ、Ｔｂから回転速度Ｎａ、Ｎｂを換算し、それらの回転速度Ｎａ、Ｎｂの差ΔＮを正負符号付きで求め、求められた差ΔＮの符号（の反転状況）からクラッチストールの発生を判定しているが、周期Ｔａ、Ｔｂから回転速度Ｎａ、Ｎｂを換算することなく、計測された周期（時間長）Ｔａ、Ｔｂの差を正負符号付きで求め、求められた時間長差（前回周期と今回周期との時間長差）の符号（の反転状況）からクラッチストールの発生を判定してもよいことは勿論である。

上記のように、本例の検出手法では、既存の作業機用エンジン２０に通常備えられるフライホイールマグネト方式の点火系から得られる点火用のパルス電圧信号を回転信号として用いて、既存の制御プログラムを若干改変しただけの極めて簡素な構成のもとで、遠心クラッチ４がストールしたことを確実に検出することができ、費用対効果に優れる。

なお、上記実施形態においては、クラッチストールが発生したか否かを、回転速度の差（Ｎａ−Ｎｂ、Ｎｂ−Ｎａ）に基づいて判定するようにされているが、例えば回転速度の差を利用して比率等に置き換えて判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、回転数を一定に保つためのフィードバック制御にスロットル弁駆動部を使用しているが、点火時期や燃料の空燃比を変化させるようにしてもよい。

なお、上記実施形態においては、作業機として畔草刈機を例示したが、作業機は、それに限られることはなく、芝刈り機や刈払機等であってもよい。

１ 畔草刈機（作業機）
２ 車体
３ 動伝機構部
４ 遠心クラッチ
５ 車輪
６ カバー
７ 作業用刃物
１０ 操作ハンドル
１１ 棹状ハンドル
１２ 矩形枠状ハンドル
１３ パネル
１４ 刃物用レバー
１５ スロットルレバー
１７ スロットルスイッチ
１８ エンジン停止スイッチ
２０ 作業用エンジン
２１ シリンダ
２２ クランク軸
２３ エアクリーナ
２４ リコイルスタータ
２５ 気化器
２６ スロットル弁
２７ スロットル弁駆動用ステッピングモータ（電子式ガバナーのスロットル弁駆動部）
２８ フライホイール
２９ マグネット
３０ 点火コイルユニット
３１ 一次コイル
３２ 二次コイル
３４ 誘起電圧処理部
３５ 点火出力部
３７ 点火プラグ
４０ 制御回路基板（作業機用エンジンの制御装置）
５０ コントローラ（制御部）
５３ 波形整形部
５４ パルス間隔（周期）計測部
５５ エンジン回転数検出部
５６ クラッチストール検出部
５７ 点火制御部
５８ スロットル開度制御部

Claims (8)

1. 作業用刃物に至る動力伝達経路に遠心クラッチが介装されるとともに、作業用回転数及びアイドル回転数を保つべくスロットル弁駆動部を持つ電子式ガバナーが配備されている作業機用エンジンの制御装置であって、
   前記遠心クラッチがストールしたことを検出するクラッチストール検出部を有し、該クラッチストール検出部により前記遠心クラッチがストールしたことが検出されると、前記スロットル弁駆動部によりスロットル弁を閉じる方向に動作させて前記作業機用エンジンの実回転数をクラッチイン回転数未満に下げる制御を行う制御部を備えることを特徴とする作業機用エンジンの制御装置。
2. 前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出部と、作業者によりＯＮ／ＯＦＦ操作されるスロットルスイッチとを備え、
   前記制御部は、前記スロットルスイッチがＯＮ操作されたことが検知されると、前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数を予め定められた目標作業用回転数に近づけるべく、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を大きくするようにされ、
   前記スロットルスイッチがＯＦＦ操作されたことが検知されると、前記実回転数を予め定められた目標アイドル回転数に近づけるべく、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を小さくするようにされ、
   前記クラッチストール検出部により前記遠心クラッチがストールしたことが検出されると、前記スロットルスイッチがＯＮ状態であっても、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を強制的に小さくするようにされていることを特徴とする請求項１に記載の作業機用エンジンの制御装置。
3. 前記制御部は、前記クラッチストール検出部により前記遠心クラッチがストールしたことが検出されると、前記スロットルスイッチがＯＮ状態であっても、前記スロットル弁駆動部によりスロットル開度を強制的に小さくして、前記実回転数を前記目標アイドル回転数に近づけることを特徴とする請求項２に記載の作業機用エンジンの制御装置。
4. 前記クラッチストール検出部は、前記スロットルスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態と前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数とに基づいて、前記遠心クラッチがストールしたことを検出することを特徴とする請求項２又は３に記載の作業機用エンジンの制御装置。
5. 前記クラッチストール検出部は、前記遠心クラッチがストールしたときは、前記スロットルスイッチがＯＮ状態でも、前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数が前記目標作業用回転数付近より低くなる現象を利用して、前記遠心クラッチがストールしたことを検出することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の作業機用エンジンの制御装置。
6. 前記クラッチストール検出部は、前記スロットルスイッチがＯＮ状態であるにも拘わらず、前記エンジン回転数検出部により検出される実回転数が前記目標作業用回転数より低い所定回転数未満に低下した状態が所定時間以上継続したとき、前記遠心クラッチがストールしたと判定することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の作業機用エンジンの制御装置。
7. 前記クラッチストール検出部は、実質的に膨張行程と排気行程からなる１回転に要した時間長と、実質的に吸気行程と圧縮行程からなる１回転に要した時間長とを交互に計測するとともに、それらの時間長の差を正負符号付きで順次求め、この順次求められた差の符号が規則的に反転することが所定回数以上続いたとき、又は、前記差の符号が規則的に反転することが所定時間以上継続したとき、前記遠心クラッチがストールしたと判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の作業機用エンジンの制御装置。
8. 前記クラッチストール検出部は、実質的に膨張行程と排気行程からなる１回転に要した時間長から該１回転時における回転速度を換算するとともに、実質的に吸気行程と圧縮行程からなる１回転に要した時間長から該１回転時における回転速度を換算し、それら交互に換算された回転速度の差を正負符号付きで順次求め、この順次求められた差の符号が規則的に反転することが所定回数以上続いたとき、又は、前記差の符号が規則的に反転することが所定時間以上継続したとき、前記遠心クラッチがストールしたと判定することを特徴とする請求項７に記載の作業機用エンジンの制御装置。

Images