JP2021042710A - 作業機用エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料供給量を最適化したときの異常燃焼を未然に防止しつつ作業を継続可能にする。【解決手段】燃料供給部材(CB)の燃料供給量を制御する制御ユニット（CU）と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ(84)と、所定の運転状態の制御情報を記憶したメモリ(92)とを含む。制御情報は所定の運転状態での過回転防止しきい値を含んでいる。制御ユニットは前記所定の運転状態が所定時間継続されたときに過回転防止処理を実行する。過回転防止処理は、過回転防止しきい値に基づいて、エンジン回転数センサ(84)が検出したエンジン回転数が過回転防止しきい値よりも高くなったときに、燃料供給部材(CB)がエンジン本体(20)に供給する燃料の量を所定値だけ増量する。【選択図】図11

Description

本発明は作業機に搭載されるエンジン装置に関し、チェーンソーなどの携帯作業機に好適に適用することができる。

刈払機、チェーンソー、パワーブロワーなどの携帯作業機は２サイクル又は４サイクルの小型内燃エンジンが搭載されている。自動車と同様に携帯作業機においても、環境問題から混合気（空燃比）のリーン化つまり燃焼室に供給する燃料の最適化が求められている。これに対応するために、携帯作業機においてもエンジン制御の電子化が進んでいる。携帯作業機は作業性の観点から軽量且つコンパクトであることが求められる工業製品である。このことからエンジン制御の電子化には、部品点数の増大を回避しつつ、低エミッション化と高出力との両立が求められる。

携帯作業機用エンジンは例えばチェーンソーはスロットル全開運転の下で高速回転で作業が行われることが多い。また、例えば刈払機は草や小径木を刈り払うのにパーシャル運転（スロットル開度がアイドル開度よりも開いていて且つ全開でない運転状態）の下で中速回転で作業が行われることが比較的多い。刈払機の刈り刃（cutting blade）は、糸状の合成樹脂製コード（例えばナイロンコード）と、金属ブレードとが選択可能であり、刈り払う対象物によって使い分けされている。ナイロンブレードから金属ブレードに付け替えたとき、金属ブレードはエンジンに対する負荷が小さいため、同じスロットル開度であってもエンジン回転数が高くなる。

低エミッション化と高出力化との両立において、一つの問題として、作業機の使用環境によっては、エンジン回転数が過度に上昇してエンジンが損傷してしまう可能性がある。一般的にエンジンの過回転を防止するための対策として、点火を一次的に停止する制御や燃料の供給を停止（燃料カット）する制御が行われている。図２０を参照して、従来の過回転防止制御は、実際のエンジン回転数を検知し、このエンジン回転数が所定のしきい値Ｎth(o)を越えたときに実行される。このしきい値を「過回転防止しきい値」と呼ぶと、過回転防止しきい値Ｎth(o)は、スロットル全開の時のエンジン回転数を基準に設定されている。

異常燃焼によるエンジン損傷はスロットル全開の運転時だけに発生する問題ではない。エンジンを高出力化しようとすると燃焼圧が上昇する。また、低エミッション化のために燃料供給量を相対的に少なくすると、燃料によるエンジン冷却作用が減少する。低エミッション化と高出力化との両立を目指すエンジンは、エンジンの圧力上昇及び温度上昇によって、自己着火による異常燃焼が生じやすくなる。このことは、スロットル全開運転時に限らず、例えばスロットルを半開きにしたパーシャル運転時においても、環境条件（気温、圧力、使用燃料、エンジン温度、エンジン劣化など）によっては異常燃焼が発生する可能性が高くなる。

低エミッション化と高出力化との両立を更に高い次元で求めると、異常燃焼が発生する領域の境界に接近したエンジン制御が必要となるが、このエンジン制御を実装する前提として異常燃焼のリスクを解消する技術の開発が必須となる。

図２０の矢印Ｘで指し示すポイントはパーシャル運転時に異常燃焼が発生したときのエンジン回転数を示す。異常燃焼は「自己着火」あるいは「プレイグニッション」と呼ばれている。異常燃焼が発生すると、エンジンを制御することが事実上不可能になり、エンジン回転数が一気に高くなる異常燃焼の現象が現れ、そして、エンジン本体が過度に高温になってピストンの焼き付きなどの問題を引き起こす。図２０から分かるように、パーシャル運転時では、過回転防止しきい値Ｎth(o)よりも低い値のエンジン回転数N(n)で発生する。したがって、スロットル全開を基準にした過回転防止しきい値Ｎth(o)を用いた制御では、例えばパーシャル運転での過回転つまり異常燃焼を防止することができない。

特許文献１は、携帯作業機において異常燃焼の発生を検出する方法を開示している。具体的に説明すると、特許文献１は、(i)連続するエンジンサイクルの間での回転数差（Δn）を検出し、(ii)異常燃焼が発生している可能性があるときに点火を中断し、(iii)点火を中断している間のエンジン回転数の変化を検出して、実際に異常燃焼が発生しているか否かを判断することを提案している。

米国特許7,637,248B2

特許文献１に開示の発明は、異常燃焼が発生したことを検出することを目的としている。しかし、ひとたび異常燃焼が発生するとエンジンを制御することが難しい。異常燃焼が発生した場合、一般的に、作業者はスロットルレバーを操作してスロットル開度を小さくする、あるいはエンジンを強制的に停止させることで対応している。この結果、作業者は作業を中断せざるを得ない。

本発明の目的は、燃料供給量を最適化したときの異常燃焼を未然に防止しつつ作業を継続可能にする作業機用エンジン装置を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
エンジン本体に燃料を供給する燃料供給部材と、
該燃料供給部材の燃料供給量を制御する制御ユニットと、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサと、
所定の運転状態の制御情報を記憶したメモリとを含み、
前記制御情報は当該所定の運転状態での過回転防止しきい値を含み、
前記所定の運転状態が所定時間継続されたときに前記制御ユニットにより過回転防止処理が実行され、
該過回転防止処理は、前記エンジン回転数センサが検出したエンジン回転数が前記過回転防止しきい値よりも高くなったときに、前記エンジン本体に供給する燃料の量を所定値だけ増量する作業機用エンジン装置を提供することにより達成される。

本発明の好ましい実施の形態は、空燃比のベストサーチ処理を含む。ベストサーチ処理は、作業中に燃料供給量の最適値が求められ空燃比が調整される。ここに、ベストサーチ処理は、燃料供給量を所定値だけ減量して、その結果得られたエンジン回転数を取り込み、これを繰り返して得られた複数のエンジン回転数の中で最も高いエンジン回転数のときの燃料供給量を最適な設定値として制御情報を更新する処理が行われる。このベストサーチ処理の最中、エンジン回転数が過回転防止しきい値に達したときには、ベストサーチ処理を中止し、そして、この過回転防止しきい値のエンジン回転数のときの燃料供給量（実空燃比）によって制御マップの制御情報が更新される。

ここに所定の運転状態とは、典型的には、作業機による作業中に常用される例えばスロットル全開運転状態及び／又は所定のパーシャル運転状態を挙げることができる。この所定の運転状態の検出は、スロットル全開スイッチを搭載している作業機であれば、このスロットル全開スイッチからの２値信号を取り込むことによって、スロットル全開運転を検知することができる。また、所定のパーシャル運転状態のときに動作するデバイスを搭載した作業機であれば、このデバイスからの２値信号を取り込むことによって所定のパーシャル運転状態を検知することができる。これらスイッチ又はデバイスに代えて、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサを採用して所定の運転状態を読み取ってもよい。

本発明の作用効果及び他の目的は、好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。

実施例のエンジン装置を組み込んだ刈払機の斜視図である。 実施例の２サイクル内燃エンジン装置の全体構成図である。 本発明に適用可能な燃料供給部材の一例であるバタフライ弁方式の気化器を説明するための図である。 本発明に適用可能な燃料供給部材の他の例であるロータリ弁方式の気化器の第１の例を説明するための図である。 本発明に適用可能な燃料供給部材の他の例であるロータリ弁方式の気化器の第２の例を説明するための図である。 実施例のエンジン装置に含まれる制御系のブロック図である。 制御ユニットによる過回転防止制御に用いられるしきい値Ｎth(n)を説明するための図である。 制御ユニットによる過回転防止制御及び混合気の空燃比制御に用いられる制御マップを説明するための図である。 O₂センサの出力特性図である。 A/Fセンサの出力特性図である。 過回転防止制御の手順を説明するためのフローチャートである。 ベストサーチ処理による最適空燃比とエンジン回転数のピークとの関係を説明するための図である。 ベストサーチ処理を説明するため図である。 ベストサーチ処理により得られた最適空燃比で制御マップの設定値を更新することを説明するための図である。 ベストサーチ処理の手順を説明するためのフローチャートである。 ベストサーチ処理の過程でエンジン回転数がしきい値以上になったときにベストサーチを中止する処理を説明するためのフローチャートであり、該当するスロットル開度区分(n)において、ベストサーチを中止する直前の空燃比で制御マップを更新する。 ベストサーチによって更新された制御マップを説明するための図であり、ベストサーチを中止したスロットル開度区分(n)を含む。 本発明に適用可能な燃料供給部材として、ソレノイドによって駆動される燃料噴射弁を燃焼室に臨んで配置した例を説明するための図である。 本発明に適用可能な他の燃料供給部材として、ソレノイドによって駆動される燃料噴射弁を吸気系に配置した例を説明するための図である。 従来の過回転防止制御の概要を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
図１は、実施例のエンジン装置が搭載可能な携帯作業機として例示的に刈払機１００を示す。刈払機１００は、駆動部２と、作業部を構成する刈り刃４と、駆動部２と刈り刃４とを連結する動力伝達シャフト６とを有する。動力伝達シャフト６は、その一端が駆動部２に連結され、他端が刈り刃４に連結されている。刈り刃４は、既知のように、金属ブレードとナイロンコードとがあり、作業者によって適宜付け替えられる。

動力伝達シャフト６は操作管８によって包囲されている。操作管８にはハンドル１０が脱着可能に取り付けられている。ハンドル１０は操作管８を横断して延び、左右の端部に夫々グリップ１２が取り付けられている。すなわち、ハンドル１０は右グリップ１２Ｒと左グリップ１２Ｌとを有し、作業者は、左右の手で各グリップ１２Ｒ、１２Ｌを把持して刈払機１００を操作する。

右グリップ１２Ｒには、エンジン出力を制御するためのスロットルレバー１４が取り付けられている。スロットルレバー１４は作業者によって操作される。スロットルレバー１４は、エンジン出力制御弁であるスロットルバルブ（図３の参照符号５２or図４の参照符号７２）とワイヤＷを介して機械的に連係されている。作業者がスロットルレバー１４を操作することによりエンジン出力を制御することができる。

図２は、駆動部２を構成するエンジン本体２０の概要を示す。エンジン本体２０は、この実施例では、空冷単気筒の２サイクル内燃エンジンで構成されている。変形例として、２サイクル内燃エンジンに代えて４サイクル内燃エンジンで駆動部２を構成してもよい。図２を参照して、エンジン本体２０は、シリンダ２２の中で往復動するピストン２４を有し、このピストン２４によって燃焼室２６が画成される。燃焼室２６には点火プラグ２８が配設されている。シリンダ２２は吸気ポート３０及び排気ポート３２を有し、これらポート３０、３２は、往復動するピストン２４によって開閉される。すなわち、エンジン本体２０はピストンバルブ方式である。吸気ポート３０は吸気系３４に接続され、他方、排気ポート３２は排気系３６に接続されている。

燃焼室２６に燃料を供給する部材として、幾つかの具体的な部材が提案されている。その一例が気化器であり、他の例が燃料噴射弁である。燃料噴射弁は、筒内噴射方式と吸気通路噴射方式とが知られている。筒内噴射方式においては、燃料噴射弁が燃焼室２６に臨んで配置される。吸気通路噴射方式は、クランク室３８に通じる吸気系３４に燃料噴射弁が配置される。

今現在、最も普及しているのが、図示のように吸気系３４に気化器ＣＢを配置し、この気化器ＣＢによって混合気を生成する方式である。周知のように、気化器ＣＢにはエアクリーナ４０でろ過したエアが供給される。また、気化器ＣＢには燃料タンク４２が連結され、燃料タンク４２内に設置した燃料フィルタ４４でろ過した燃料が配管４６を通じて気化器ＣＢに供給される。この実施例では、燃料タンク４２には潤滑オイル成分を含む混合燃料が収容される。

気化器ＣＢで生成された混合気は、吸気ポート３０を通じてクランク室３８に充填され、クランク室３８から周知の掃気通路ＳＰ（図２）を通じて燃焼室２６に供給される。クランク室３８内の混合気はピストン２４の下降動作によって圧縮される。燃焼行程において、燃焼室２６内の混合気が点火プラグ２８によって点火される。そして、掃気行程において、クランク室３８の混合気が掃気通路ＳＰを通じて燃焼室２６に供給される。エンジン本体２０のこの一連の動作は周知であるので、これ以上の説明を省略する。

気化器ＣＢは、バタフライ弁方式とロータリ弁方式とが知られている。バタフライ弁方式とロータリ弁方式とを識別する必要があるときには、バタフライ弁方式の気化器ＣＢには参照符号(B)を付記し、ロータリ弁方式の気化器ＣＢには参照符号（R）を付記する。

図３を参照して、バラフライ弁方式の気化器ＣＢ（B）の概要を説明する。バタフライ弁方式の気化器ＣＢ（B）は、吸気系３４の一部を構成する気化器内ガス通路５０を有している。気化器内ガス通路５０は、出力制御弁であるバタフライ弁５２と、その上流側に一般的にはベンチュリ部５４を有している。バタフライ弁５２が動作することによりスロットル開度が変化する。

気化器内ガス通路５０は、ベンチュリ部５４に臨んで配置されたメイン燃料吐出部（メインノズル）５６と、バタフライ弁５２に臨んで配置されたスロー系燃料吐出部（スロー系ノズル）５８を有し、これらメインノズル５６、スロー系ノズル５８を通じて気化器内ガス通路５０に燃料が供給される。

気化器ＣＢ（Ｂ）は、燃料タンク４２から送られてくる燃料を受け入れる共通燃料通路６０と、共通燃料通路６０から分岐したメイン系燃料通路６２及びスロー系燃料通路６４を有している。メイン系燃料通路６２はメイン燃料吐出部つまりメインノズル５６に通じている。スロー系燃料通路６４はスロー系燃料吐出部つまりスロー系ノズル５８に通じている。これら３つの燃料通路６０、６２、６４には、夫々、第１乃至第３のバルブ６６(1)、６６(2)、６６(3)の少なくとも一つが設置される。第１乃至第３のバルブ６６(1)、６６(2)、６６(3)はアクチュエータのソレノイドによって駆動される。

例えば第１ソレノイドバルブ６６(1)を共通燃料通路６０に設置したときには、アイドル運転乃至スロットル全開運転の全ての運転領域において、エンジン本体２０に供給する混合気の空燃比を制御することができる。例えば第２ソレノイドバルブ６６(2)をメイン系燃料通路６２に設置したときには、高負荷運転での混合気の空燃比を制御することができる。例えば第３ソレノイドバルブ６６(3)をスロー系燃料通路６４に設置したときには、低負荷運転での混合気の空燃比を制御することができる。すなわち、第１乃至第３のソレノイドバルブ６６(1)、６６(2)、６６(3)の制御量を調整することで、アイドルからスロットル全開までの所望の運転状態での混合気の空燃比制御が可能である。

図４を参照して、ロータリ弁方式の気化器ＣＢ(R)の第１の例の概要を説明する。第１の例のロータリ弁方式の気化器ＣＢ(R-1)は、バルブ本体７０の中に軸回転可能に収容された円筒状のスロットルバルブ７２を有し、この筒状スロットルバルブ７２がスロットルレバー１４の操作に連動して軸回転することにより気化器内ガス通路７４の通路有効面積が変化する。すなわちスロットル開度が変化する。また、燃料タンク４２に通じるノズル７６と、このノズル７６の中に侵入した針弁７８とは、スロットルレバー１４の操作に連動して相対変位し、これによりノズル７６の燃料吐出口７６aの有効面積が変化する。燃料タンク４２からノズル７６に燃料を供給する燃料供給通路８０にはソレノイドバルブ８２が配設され、ソレノイドバルブ８２によって混合気の空燃比が制御される。ソレノイドバルブ８２の制御量を調整することで、アイドルからスロットル全開までの所望の運転状態での混合気の空燃比制御が可能である。

図５を参照して、ロータリ弁方式の気化器ＣＢ(R)の第２の例の概要を説明する。第２の例のロータリ弁方式の気化器ＣＢ(R-2)は、円筒状の筒状スロットルバルブ７２がスロットルレバー１４の操作に連動して軸回転することによりスロットル開度が変化する。他方、針弁７８は電動アクチュエータ８５によって上下動して燃料吐出口７６aの有効面積を変化させる。これにより、アイドルからスロットル全開までの所望の運転状態での混合気の空燃比制御が可能である。この第２の例のロータリ弁方式の気化器ＣＢ(R-2)はJP特開2018-91235号に詳細に開示されている。

図２を参照して、気化器ＣＢによって生成される混合気の空燃比は制御ユニットＣＵによって制御される。具体的には、制御ユニットＣＵによって上述したソレノイドバルブ６６（図３）、８２（図４）、電動アクチュエータ８５が制御される。図２、図６を参照して制御ユニットＣＵには、第１、第２のセンサ８４、８６からの信号が入力される。第１センサ８４は、いわゆるエンジン回転数センサであり、エンジン本体２０の回転数を読み取る。第２センサ８６は、エンジン運転状態を読み取るためのものである。第２センサ８６としてスロットル開度センサを採用し、第２センサ８６によってアイドル開度からスロットル全開までのスロットル開度を読み取るのが好ましい。変形例として、スロットル全開の時に動作する第１スイッチ及び／又はアイドル運転の時に動作する第２スイッチを用意し、これら第１、第２スイッチからの信号を使ってスロットル全開及び／又はアイドル運転状態を読み取ってもよい。第１、第２スイッチを採用し、その２値出力からスロットル全開及び／又はアイドル運転状態を読み取ってもよい。スロットル開度センサ８６は、アイドル運転とスロットル全開との間のパーシャル運転状態を読み取ることになる。

図６は、過回転防止制御及び混合気の空燃比制御に関するブロック図である。制御ユニットＣＵは、エンジン本体２０を含むエンジン装置を制御するためのマイクロコンピュータ９０とメモリ９２を含んでいる。

先ず、制御ユニットＣＵによる過回転防止制御及び混合気の空燃比制御の概要を説明する。図７を参照して、異常燃焼によりエンジン制御が不能になる領域を「過回転領域」又は「危険領域」と呼ぶと、この過回転領域は、スロットル開度つまり燃料供給量によって変化し、スロットル開度が大きくなる程、高いエンジン回転数になる。すなわち、スロットル開度が大きくて燃料供給量が多いときには、相対的に高いエンジン回転数で過回転領域に入る。また、スロットル開度が小さく燃料供給量が少ないときには、相対的に低いエンジン回転数で過回転領域に入る。

実施例の過回転防止制御では、過回転防止しきい値Ｎth(n)がスロットル開度毎に設定されている。混合気の空燃比制御のために制御情報である制御マップＭＰがメモリ９２（図６）に記憶されている（図８）。過回転防止しきい値Ｎth(n)は、過回転領域と安全領域（図７）との境界よりも低い回転数が設定される。すなわち、各スロットル開度区分(n)の過回転防止しきい値Ｎth(n)は、各スロットル開度区分(n)における過回転領域のエンジン回転数よりも低い値に設定されている。従って、検出したエンジン回転数が過回転防止しきい値Ｎth(n)よりも若干高くなったとしても、直ちに過回転領域に入って異常燃焼が発生するのを未然に防止できる。ここに、制御マップＭＰに含まれる制御情報として、各スロットル開度に対応して、スロットル開度毎に混合気の目標空燃比A/F（又は目標燃料供給量）が予め設定されている。

エンジン本体２０が動作すると、エンジン回転数センサ８４からエンジン回転数が制御ユニットＣＵに入力され、また、制御ユニットＣＵにはスロットル開度センサ８６からスロットル開度が入力される。そして、例えば、アイドル運転のときは、制御マップＭＰに従ってアイドル運転時の目標空燃比A/F(idle)となるように気化器ＣＢが生成する混合気の空燃比（燃料供給量）が制御される。作業者がスロットルレバー１４を操作してスロットル開度が半開き或いは全開の状態になったときには、この状態のスロットル開度(n)に対応する制御マップＭＰの目標空燃比A/F(n)となるように気化器ＣＢが生成する混合気の空燃比（燃料供給量）が制御される。すなわち、制御マップＭＰに含まれる制御情報として、各スロットル開度(n)に対応して気化器ＣＢに関する制御量が設定されている。

空燃比の制御に関し、演算によって求めた燃料供給量によって空燃比を制御してもよいが、図２に示すように排気ガスの酸素濃度を検出するセンサ８８を設け、この酸素濃度センサ８８からの信号つまり排気ガスの空燃比に基づいて燃料供給量を制御してもよい。酸素濃度センサ８８としてO₂センサ、A/Fセンサを例示することができる。

図９はO₂センサの特性図である。図１０はA/Fセンサの特性図である。図９、図１０から分かるように、酸素濃度センサ８８を用いることにより、排気ガスの空燃比が14.7（λ＝１）となるように空燃比制御することができる。また、A/Fセンサ(図１０)は、リッチ側からリーン側に向かうに従って出力値が大きくなる。この特性を利用することで、λ＝１に限らず所望の空燃比となるように空燃比制御することができる。

制御ユニットＣＵには、常時、エンジン回転数と共にスロットル開度が入力される。例えばスロットル開度が開度(n)のとき、このスロットル開度(n)に対応する制御マップＭＰの過回転防止しきい値Ｎth(n)を読み込む。そして、エンジン回転数センサ８４が検出したエンジン回転数が過回転防止しきい値Ｎth(n)よりも高くなったときには、過回転領域（危険領域、図７）に入る可能性があると判断して、空燃比A/Fを所定値だけリッチ側に変更する、又は、燃料供給量を所定値だけ増やす制御が直ちに実行される。これによりエンジン回転数を低下させることができる。

図１１は、この過回転防止制御に関するフローチャートである。図１１を参照して、ステップＳ１でスロットル開度(n)を読み込む。そして、次のステップＳ２において、スロットル開度(n)に対応する制御マップＭＰ(図８)の過回転防止しきい値Ｎth(n)を設定する。次にステップＳ３においてエンジン回転数Nを読み込んで、次のステップＳ４において、エンジン回転数Ｎが過回転防止しきい値Ｎth(n)よりも大きいか否かを判別し、Ｙｅｓ（過回転）であれば、このまま放置したときには危険領域に入ってしまう虞があると判断して、ステップＳ５において、混合気の空燃比（A/F(n））を所定値リッチ方向に変更する、つまり燃料供給量を所定値増量する。これにより、気化器ＣＢは、制御目標である空燃比の設定値を若干リッチ側に変更した空燃比となるように制御され、エンジン本体２０に供給する燃料の量が所定値だけ増量される。この燃料供給量の増量によりエンジン回転数は低下する。エンジン回転数の低下は燃料供給量の増量タイミングから遅延して現れる。燃料供給量の増量タイミングから一定時間が経過してエンジンの状態が変化するのを待ってステップＳ３に戻る。そして、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理を反復的に実行することにより、エンジン回転数は過回転防止しきい値Ｎth(n)に押し戻される。この過回転防止制御は、アイドルからスロットル全開までの各エンジン開度において実行されるため、スロットル全開だけでなく、エンジン本体２０の全ての運転状態において過回転によるエンジン損傷を未然に防止できる。

前述した図７を再び参照して、各スロットル開度(n)に対応する過回転防止しきい値Ｎth(n)は、スロットル開度が大きくなるに従って過回転防止しきい値Ｎth(n)が大きな値となるように設定されている。すなわち、制御情報として各スロットル開度区分に設定された過回転防止しきい値Ｎth(n)は、スロットル開度が大きくなるに従って大きな値となるように設定されている。これにより、仮に過回転防止しきい値に対応したA/F(n)でエンジンを動作させた場合でも、作業者がエンジン出力を増大するようにスロットルレバー１４を操作したときにこれに連動してエンジン回転数が高くなる。すなわち、作業者に違和感、不自然な感じを与えることはない。

スロットル開度毎に過回転防止しきい値Ｎth(n)を設定することにより、アイドル運転から全開運転まで全ての運転状態において過回転の問題を解消できる。従って、燃料供給量の電子制御において、スロットル開度毎の気化器ＣＢの制御量つまり混合気の空燃比の値を従来よりもリーン側の値に設定することができる。このことは、燃料供給量の最適化を意味し、また、低エミッション化を意味している。

スロットル開度毎の燃料供給量の最適化において、低エミッション化と高出力化との両立を高い次元で実現するのに、各スロットル開度に対応した気化器ＣＢの制御量つまり混合気の空燃比の最適値を学習させる制御を加えるのが好ましい。図１２は、スロットル開度を一定に保ったまま混合気の空燃比つまりエンジン本体２０に供給する燃料の量を増減させたときのエンジン回転数の変化を説明するための図である。空燃比を変化させるとエンジン回転数にピークが現れる。このエンジン回転数のピークＰに到達するときの空燃比の値はエンジン出力が最も高くなる値であると言うことができる。全てのスロットル開度において、各スロットル開度でエンジン回転数がピークＰに到達する最適空燃比で動作するのが望ましいが、作業機の使用環境によって各スロットル開度でエンジン回転数がピークＰに到達する最適空燃比つまりエンジン本体２０に供給する燃料の最適量が変化する。

このことを念頭に置くと、作業者が作業機を使用している最中に最適空燃比をサーチする処理を実行するのがよい。これを「ベストサーチ」と呼ぶ。図１３を参照してベストサーチの概要を説明する。図１４は、スロットル開度を１６の区分に分けた制御マップＭＰを制御情報の一例として示している。図１４の制御マップＭＰは、アイドルは第３区分に含まれ、スロットル全開は第１６区分に含まれる。例えば第１３区分のスロットル開度で継続して運転しているときに、目標空燃比A/F(13-1)の下でエンジン本体２０が動作したときにエンジン回転数Ｎ1だったとすると、この目標空燃比A/F(13-1)を所定値だけリーンの第２空燃比A/F(13-2)に変更する。制御マップＭＰの変形例として、例えば所定の一つの区分、例えば作業中に常用されるパーシャル運転状態に対応する一つの区分(n)の制御情報だけで制御マップＭＰが構成されていてもよい。また、制御マップＭＰは、第１６区分（スロットル全開運転）の制御情報と、上記のパーシャル運転に含まれる特定の一つの区分(n)の制御情報とで構成されていてもよい。

変更後の第２空燃比A/F(13-2)でエンジン本体２０が動作したときにエンジン回転数Ｎ2だったとすると、図１３に図示の例では、空燃比を変更した後のエンジン回転数Ｎ2は回転数が高くなっている。次に第２空燃比A/F(13-2)を所定値だけリーンの第３空燃比A/F(13-3)に変更する。変更後の第３空燃比A/F(13-3)でエンジン本体２０が動作したときにエンジン回転数Ｎ3だったとすると、図１３に図示の例では、空燃比を変更した後のエンジン回転数Ｎ3は回転数が高くなっている。

次に第３空燃比A/F(13-3)を所定値だけリーンの第４空燃比A/F(13-4)に変更する。変更後の第４空燃比A/F(13-4)でエンジン本体２０が動作したときにエンジン回転数Ｎ4だったとすると、図１３に図示の例では、空燃比を変更した後のエンジン回転数Ｎ4は回転数が低くなっている。この一連の空燃比A/Fの変更によって第３空燃比A/F(13-3)が最も高いエンジン回転数のピークＰ（図１２）だったことが分かる。この最も高いエンジン回転数のピークＰを実現した第３空燃比A/F(13-3)で制御マップＭＰの目標値を更新する。他の区分においても同様に各区分(n)において最も高いエンジン回転数を実現できる空燃比A/F(n)をサーチして制御マップＭＰ（図１４）の目標値を更新する。すなわち、各区分毎に、空燃比を少しずつ変化させて最も高いエンジン回転数が得られる空燃比を求めるベストサーチ処理を実行し、その結果得られた実空燃比で目標空燃比を更新する。

図１５は、ベストサーチ処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１５を参照してベストサーチ処理を説明する。所定時間同じスロットル開度が維持されるとベストサーチ処理が開始される。いま、上述した第１３区分のスロットル開度が所定時間維持されていると仮定すると、ステップＳ１１において、制御マップＭＰ(図１４)に設定されている第１３区分の空燃比A/F(13-1)を所定値、リーンにした第２空燃比A/F(13-2)に変更する。そして、エンジン回転数を取り込み（Ｓ１２）、前回のエンジン回転数との差分値（ΔＮ）を求める（Ｓ１３）。次のステップＳ１４において、差分値（ΔＮ）が所定値“Ａ”よりも大きいか否かを判別して、ＹＥＳであれば、エンジン回転数が前回に比べて高くなっていると判断してステップＳ１５に進んで、第２空燃比A/F(13-2)を所定値だけリーンの第３空燃比A/F(13-3)に変更する。そして、次のＳ１６において、この第３空燃比A/F(13-3)をNVRAMに保存し、そして、第３空燃比A/F(13-3)で目標値を更新した後にステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４においてＮＯであれば、エンジン回転数が前回に比べて高くなっていないと判断してステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、エンジン回転数の差分値ΔＮが、ゼロを含む所定値“Ｂ”よりも小さいか否かの判別が行われる。ここに所定値“Ｂ”は上記の所定値“Ａ”よりも小さい値である。このステップＳ１７においてＹＥＳであれば、エンジン回転数は相対的に低下したと判断して、空燃比A/Fを所定値だけリッチにした空燃比に変更される（Ｓ１８）。そして、この変更後の空燃比で目標値の更新を行った後に（Ｓ１９）、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１７においてＮＯつまり差分値ΔＮが、上記所定値Ｂ以上且つ上記所定値Ａ以下であると判断したときにはエンジン回転数を監視する（Ｓ１２）。

以上のベストサーチ処理を全てのスロットル開度で実行することにより、複数に区分された制御マップＭＰの各スロットル開度の空燃比A/F(n)つまり気化器ＣＢの制御量を最適化できる。

一般論として、２サイクル内燃エンジンは４サイクル内燃エンジンに比べて高回転及び高湿状態で運転される。また、同じ回転数であっても２サイクル内燃エンジンの燃焼サイクルは４サイクル内燃エンジンの２倍である。さらに、２サイクル内燃エンジンの燃料として予めオイル成分を燃料に混入した混合燃料を使用する場合には、同じスロットル開度においてエンジン本体２０に供給する燃料の量を少なくする（空燃比をリーン方向に変更する）ことは、ピストン潤滑不良つまりオイル切れの問題に直結し、エンジンを損傷させてしまう可能性が大きくなる。また、空燃比をリーン方向に変更した場合に、内燃エンジンを停止させたりすると、潤滑不良によりピストンがシリンダに焼き付くという不具合もみられる。

上述したベストサーチ処理は、一つの観点によれば、各スロットル開度において最も高いエンジン回転数のピークＰ（図１２）を求める処理であると言うことができる。このベストサーチ処理の過程で過回転領域に入った場合、異常燃焼によって制御不能の状態に陥り、エンジン回転数が上昇する。ベストサーチ処理はエンジン回転数が増加すれば、空燃比を所定値リーンにする処理を行うことから、異常なエンジン回転数に基づいて制御マップの制御情報を更新してしまう可能性がある。

図１４を参照して、制御マップＭＰには、前述した過回転防止しきい値Ｎth(n)が設定されている。ベストサーチ処理の過程で、検出したエンジン回転数が過回転防止しきい値Ｎth(n)以上になったときには、ベストサーチ処理が停止される。このベストサーチ停止処理を図１６のフローチャートに基づいて説明すると、ステップＳ３０においてエンジン回転数の読み込みが行われる。このステップＳ３０は、前述したステップＳ１２（図１５）が相当する。そして、ステップＳ３１で、この検出したエンジン回転数Ｎがしきい値Ｎth(n)よりも小さいときには（ＹＥＳ）、ステップＳ３２に進んで、前述したベストサーチ処理（図１５）が継続される。他方、ステップＳ３１において、ＮＯつまり検出したエンジン回転数Ｎがしきい値Ｎth(n)と等しいか又は大きいときには、ステップＳ３３に移行してベストサーチ処理が中止され、そしてステップＳ３４において、ベストサーチ処理を停止する直前の空燃比A/F(n)で目標空燃比が更新される。

すなわち、ベストサーチ処理を実行中、検出したエンジン回転数が当該スロットル開度区分の過回転防止しきい値Ｎth(n)以上になったら、ベストサーチ処理を中止すると共にベストサーチ処理を中止する直前の気化器ＣＢの制御量に基づいて制御マップＭＰの目標空燃比が更新される。これによりベストサーチ処理に伴う可能性としての異常燃焼の発生を未然に防止できる。

図１７は前述した図７に対応する図である。図１７において、刈り刃４として金属ブレードを装着した刈払機１００を使ってベストサーチ処理を行って最適化した燃料供給量の制御マップ値を破線で示す。実線は、過回転防止しきい値Ｎth(n)を示す。図１７において、○で囲んだ運転状態において、エンジン回転数Ｎがしきい値Ｎth(n)よりも高くなっていることが分かる。この○で囲んだ運転領域（スロットル開度区分）では、過回転防止制御で使用するしきい値Ｎth(n)に相当する空燃比が制御マップ値として採用される。

以上、スロットル開度に対応した過回転防止制御とベストサーチ処理に基づく燃料供給量の最適化つまり空燃比をリーンの方向に最適化する制御との組み合わせによって、スロットル開度全域での燃料供給量を最適化しつつスロットル全域での異常燃焼の発生を防止できる。このことは、作業を中断せざるを得ない異常燃焼の発生を未然に防止できることを意味している。また、２サイクル内燃エンジンにおいて過回転はエンジン損傷に直結する問題であるが、実施例によれば、作業の中断及びエンジン損傷を招くことなく燃料供給量の最適化と高出力とを両立させることができる。

以上、気化器ＣＢを組み込んだエンジン本体２０を例示的に挙げて実施例を説明したが、気化器ＣＢに代えて燃料噴射弁を採用してもよい。図１８は筒内噴射方式のエンジン２００を示す。筒内噴射方式のエンジン２００は、アクチュエータである例えばソレノイドによって駆動される燃料噴射弁２０２が燃焼室２６に臨んで配置されている。燃料噴射弁２０２には、高圧燃料ポンプ２０４で加圧された燃料が供給される。図１９は、アクチュエータである例えばソレノイドによって駆動される燃料噴射弁２０２が吸気系３４に配置されたエンジン３００を示す。図１８及び図１９において、燃料噴射弁２０２のアクチュエータは制御ユニットＣＵによって制御される。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、以下の変形例を包含する。
（１）１気筒エンジンに限定されず、複数の気筒を備えたエンジンであってもよい。
（２）実施例では、アイドル運転からスロットル全開運転までの全ての運転状態でベストサーチ処理及び過回転防止処理を行ったが、例えばパーシャル運転状態においてその一部を構成する所定の運転状態、典型的には作業中に常用される運転状態のときに限定してベストサーチ処理及び過回転防止処理を行うようにしてもよい。

（３）アイドル運転又はスロットル全開運転の状態を検出するのに、アイドルスイッチ又はスロットル全開スイッチからの２値の動作信号に基づいてアイドル運転状態又はスロットル全開運転状態を検知してもよい。
（４）パーシャル運転状態においてその一部を構成する所定の運転状態を検知するのに、例えば圧力センサやフローセンサや温度センサの値を検知することにより、スロットル開度を間接的に検出してもよい。

１００ 刈払機
２ 駆動部
１４ スロットルレバー
ＣＢ 気化器（燃料供給部材）
２０ エンジン本体
５０ 気化器内ガス通路
５２ バタフライ弁(出力制御弁)
５６ メイン燃料吐出部（メインノズル）
５８ スロー系燃料吐出部（スロー系ノズル）
６０ 共通燃料通路
６２ メイン系燃料通路
６４ スロー系燃料通路
６６(1) 第１ソレノイドバルブ
６６(2) 第２ソレノイドバルブ（メイン系）
６６(3) 第３ソレノイドバルブ（スロー系）
７０ ロータリ気化器のバルブ本体
７２ 筒状のスロットルバルブ(出力制御弁)
７６ ロータリ気化器の燃料供給ノズル
７６a ノズルの燃料吐出口
７８ 針弁
８０ ロータリ気化器の燃料供給通路
８２ ソレノイドバルブ
ＣＵ 制御ユニット
ＭＰ 制御マップ
８４ エンジン回転数センサ
８６ スロットル開度センサ
８８ 酸素濃度センサ
９０ マイクロコンピュータ
９２ メモリ
２０２ ソレノイドによって駆動される燃料噴射弁（燃料供給部材）

Claims (12)

1. エンジン本体に燃料を供給する燃料供給部材と、
   該燃料供給部材の燃料供給量を制御する制御ユニットと、
   エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサと、
   所定の運転状態の制御情報を記憶したメモリとを含み、
   前記制御情報は当該所定の運転状態での過回転防止しきい値を含み、
   前記所定の運転状態が所定時間継続されたときに前記制御ユニットにより過回転防止処理が実行され、
   該過回転防止処理は、前記エンジン回転数センサが検出したエンジン回転数が前記過回転防止しきい値よりも高くなったときに、前記エンジン本体に供給する燃料の量を所定値だけ増量する作業機用エンジン装置。
2. 前記制御情報を含む制御マップが前記メモリに記憶されている、請求項１に記載の作業機用エンジン装置。
3. 前記制御マップが、アイドル運転からスロットル全開運転までのエンジン運転状態を区分した複数の区分を有し、該複数の各区分に前記制御情報が格納されている、請求項２に記載の作業機用エンジン装置。
4. 前記制御マップに記憶された前記複数の制御情報の過回転防止しきい値が夫々異なる、請求項３に記載の作業機用エンジン装置。
5. 前記所定の運転状態がパーシャル運転の少なくとも一部を構成する運転状態である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機用エンジン装置。
6. 前記所定の運転状態がスロットル全開の運転状態である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機用エンジン装置。
7. 前記エンジン本体の出力を制御する出力制御弁のスロットル開度を読み取ることのできるデバイスを更に有し、
   前記所定の運転状態が前記デバイスの２値信号に基づいて検出される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の作業機用エンジン装置。
8. 前記エンジン本体の出力を制御する出力制御弁のスロットル開度を検出するスロットル開度センサを更に有し、
   前記所定の運転状態が前記スロットル開度センサに基づいて検出される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の作業機用エンジン装置。
9. 前記過回転防止しきい値が、各運転状態の区分における過回転領域のエンジン回転数よりも低い値に設定されている、請求項３に記載の作業機用エンジン装置。
10. 前記制御ユニットが、混合気又は排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の作業機用エンジン装置。
11. 前記過回転防止しきい値を越えた場合に前記空燃比制御処理を停止させる、請求項１０に記載の作業機用エンジン装置。
12. 前記空燃比制御処理において、前記制御ユニットは、前記所定の運転状態が所定時間継続されたときに、当該所定の運転状態に対応する前記燃料供給部材の制御量を所定値だけ変更して、前記エンジン本体に対する燃料供給量を所定量減らした後のエンジン回転数を検出してエンジン回転数のピークを探すベストサーチ処理を実行し、
    エンジン回転数がピークとなる制御量で前記制御情報を更新する、請求項１１に記載の作業機用エンジン装置。

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