JP4199688B2 - オートチョーク装置 - Google Patents

Description

本発明は、オートチョーク装置に関し、特に始動後のエンジン温度上昇に対して温度に対応した良好な空燃比制御を行うことができるオートチョーク装置に関する。

エンジンの冷間始動時に使用されるオートチョーク装置は、温度検出素子で検出されたエンジン温度に従って、チョークバルブを作動させるソレノイドアクチュエータやダイアフラムアクチュエータを制御する。冷間始動時にオートチョーク装置によって混合気を濃くする方向に空燃比制御することによりエンジンを安定して始動させることができる。

例えば、特開平５−２８０４２５号公報には、シリンダヘッドの温度に対応した検出信号を出力するサーミスタからなるセンサでエンジンの冷機状態が検出された場合であって、しかもスロットルバルブが全閉状態となっている場合、すなわちエンジン始動時のチョークを作動させる必要がある冷間時にのみチョークソレノイドを自動的に作動させるオートチョーク装置が開示されている。
特開平５−２８０４２５号公報

上記特許文献１に記載された装置のように、ソレノイドアクチュエータを使用してチョークバルブを制御することは一般的である。しかし、ソレノイドをオンまたはオフ状態に制御するのでチョークを作動させる必要がある期間の終わり近く、つまりチョーク解除間際では、チョーク過剰になってしまうという問題点がある。

これに対して、バイメタルをアクチュエータとして利用することによってチョークバルブを連続的に制御することも試みられている。しかし、バイメタルは温度変化に対する応答性が悪いので、冷間始動後およびエンジン温度が高い状態での再始動後のいずれにおいてもチョーク解除のタイミングが遅れ、その結果、十分な出力が得られるまでに時間がかかるという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン温度に追従してきめ細かくチョークバルブを制御することができるオートチョーク装置を提供することである。

本発明は、エンジン始動時にエンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御するオートチョーク装置において、前記チョークバルブの開度を制御するためのステッピングモータと、前記チョークバルブによるチョーク状態が解除された後の所定のタイミングで前記チョークバルブを全開側へ駆動する全開指令を出力するチョーク制御手段とを具備した点に特徴がある。

また、本発明は、前記全開指令が定期的に出力される点、前記全開指令が前記ステッピングモータを全開側に駆動するための所定ステップ数の信号である点、始動時の前記チョークバルブの開度をエンジン温度に基づいて決定するとともに、前記チョーク解除までの時間は前記エンジン温度に基づいて決定する点にも特徴がある。

本発明によれば、エンジン始動時のチョーク開度位置へチョークバルブを移動する過程、もしくはその位置からチョークを徐々に解除していく過程で、万一脱調が発生して暖機完了後にチョークバルブが全開位置に移動していない状態が発生しても、その後に出力される全開指令によって確実に全開位置へ移動できる。

また、一旦全開位置へ移動した後に外乱要因等でチョークバルブが閉じる方向へ動かされることがまれに発生したとしても、定期的に出力される全開指令によって確実に全開位置へチョークバルブを移動できる。そして、この動作を、全開指令を定期的に送出するという簡単な構成で行うことができる。

全開指令では、全開側へチョークバルブを移動させるため所定ステップ数の駆動信号を送出するだけなので、ステッピングモータに過度な負担がかかるのを抑制することができる。

また、始動時のエンジン温度に応じて適切なチョークバルブ開度に設定することができるし、チョーク解除位置に向かってチョークバルブが徐々に移動されるので、チョーク解除間際でオーバーリッチになるのを抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るオートチョーク装置のシステム構成を示すブロック図である。同図において、エンジン１は発電機の駆動源として使用されるものである。エンジン１にはエンジン温度を検出するための温度センサ２が設けられる。温度センサ２は、例えば、シリンダヘッド２ａに設けられる。さらにシリンダヘッド２ａには、点火プラグ３、吸気弁４および排気弁５が設けられる。

吸気弁４が設けられた吸気管６には、キャブレータ７が接続される。キャブレータ７は下流側に配置されたスロットルバルブ８と、その上流に配置されたチョークバルブ９とを備える。スロットルバルブ８はステッピングモータ１０で駆動されて開閉され、チョークバルブ９はステッピングモータ１１で駆動されて開閉される。

エンジン１は発電機１２に連結され、発電機１２はエンジン１で駆動されて交流を発生する。この交流は一旦整流された後、インバータ１３で所定周波数（５０もしくは６０Ｈｚの商用周波数）に制御され、商用電源電圧が出力される。

エンジン１のスタータモータを兼用する発電機１２は、エンジン１のクランク軸１ａに結合されるフライホイールの内周部分にマグネットが取り付けられてなるアウタロータ１２ａと、発電コイルが巻回されたステータ１２ｂからなる。クランク軸１ａには手動始動のためのリコイルスタータ（図示せず）を連結することができる。

発電機１２のアウタロータ１２ａには点火時期検出用のリラクタ１４が設けられ、ロータの周りには、リラクタ１４を検出する上死点前位置検出センサ（ＢＴＤＣセンサ）１５が設けられる。

点火プラグ３の点火時期およびチョークバルブ９の開度は運転制御部１６で制御される。チョーク制御部１７は温度センサ２で検出されるエンジン温度およびＢＴＤＣセンサ１５の出力によって検出されるエンジン回転数に従ってステッピングモータ１１を駆動して、温度に対応した適度な空燃比が得られるようにチョークバルブ９を作動させる。チョーク制御部１７の制御はさらに後述する。

ステッピングモータ１０は、電子ガバナによってエンジン回転数を所定の基準回転数に維持するように制御される。この基準回転数は負荷（インバータ１３の出力側に接続される電気負荷）の大きさによって可変である。

点火制御部１８は、ＢＴＤＣセンサ１５および発電機１２の交流出力波形に基づいて最適に点火時期を制御する。波形整形部１９，２０は、それぞれＢＴＤＣセンサ１５の出力波形および発電機１２の交流出力波形を整形する。点火時期は波形整形部１９，２０から供給される波形のタイミングによって制御されるが、本発明の要部ではないので詳細は省略する。

電源部２１は、運転制御部１６に必要な電源を形成するものであり、バッテリ２５および発電機１２の整流後電圧（インバータ１３の入力側電圧）を所定電圧の制御電源とするためのレギュレータを含む。運転制御部１６には、発電機１２の運転状態などを表示する液晶ディスプレイ２２を設けることができる。また、発電機１２を遠隔制御できるように、リモコン装置２３を接続するためのインタフェース２４を設けることもできる。なお、チョーク制御部１７や点火制御部１８は、マイクロコンピュータで構成できる。

図２は、チョーク制御部１７の動作を示すフローチャートである。この処理は、バッテリ２５から供給される電力で電源部２１が付勢されて開始される。また、バッテリ２５が過放電している場合は、リコイルスタータでエンジン１を回転させてそのときの発電機１２の発電出力で電源部２１が付勢される。

まず、ステップＳ１で温度センサ２による検出温度を読み込む。ステップＳ２では、検出温度に対応するチョークバルブ９の位置（始動開度）を決定する。始動開度は、例えば予め設定されているテーブルから読み取る。チョークバルブ９の位置はステッピングモータ１１に供給する駆動信号のステップ数で表される。

ステップＳ３では、エンジン温度に対応するチョーク解除までの作動時間（基本チョーク解除時間）を決定する。

ステップＳ４では、初期化のためにステッピングモータ１１を駆動するとともに、チョークバルブ９の始動開度までチョークバルブ９を回動させるためにステッピングモータ１１を駆動する。

ステップＳ４のステッピングモータ１１の初期化では、詳細を後述するように、チョークバルブ９を全閉側もしくは全開側に移動させるようにステッピングモータ１１に予定のステップ数（少なくとも、全閉位置に対応するステップ数）の駆動信号を供給する。これによってチョークバルブ９は全閉もしくは全開となる。そして、この全閉もしくは全開位置を基準にチョークバルブ９の始動開度は決定される。

バッテリによってスタータモータを駆動してエンジン始動する場合は、ステッピングモータ１１の初期化およびチョークバルブ９の始動開度までの移動後にエンジン始動という手順になる。一方、バッテリから電源供給できないときには、リコイルスタータによる手動回転で得た発電出力でステッピングモータ１１の駆動と点火を行うので、チョークバルブ９駆動とエンジン始動はほぼ同時に行われる。

そして、エンジン始動後に、ステップＳ５では、チョークバルブ９が半開に到達したか否かが判断される。この判断は、ステッピングモータ１１に供給した駆動信号のステップ数で判断する。チョークバルブ９の開度が半開未満であれば、ステップＳ６に進んでエンジン回転数が検出される。エンジン回転数はＢＴＤＣセンサ１５の出力周期に基づいて検出することができるが、検出方法は周知のいかなる方法であってもよい。ステップＳ７では、チョークバルブ９が半開に到達するまでのモータ駆動条件を決定する。

半開までのモータ駆動条件の決定においては、ステップＳ３で決定された基本チョーク解除時間（始動開度から半開までの作動時間）に対して補正が行われる。ここの補正では、エンジン回転数が高くなるほど基本チョーク解除時間は短縮され、エンジン回転数が低くなるほど基本チョーク解除時間は延長される。

駆動周期（例えば、０．７秒）毎にステッピングモータ１１に供給される駆動信号のステップ数は、この駆動周期とエンジン回転数の増減に対応して延長もしくは短縮された基本チョーク解除時間とに基づいて決定される。駆動周期毎に供給される駆動信号のステップ数を多くすると素速くチョーク解除側へ移動できるし、このステップ数を少なくするとゆっくりとチョーク解除側へ移動される。

このようにして、ステップＳ７では、チョークバルブ９を始動開度から半開させるまでの動作においてステッピングモータ１１に供給する駆動周期毎の駆動信号のステップ数が決定され、ステップＳ８では、決定されたこのモータ駆動条件（決定されたステップ数）でステッピングモータ１１を駆動する。

ステップＳ５で、チョークバルブ９が半開に到達していると判断されれば、ステップＳ９に進んで、チョークバルブ９が全開に到達したか否かが判断される。半開に到達したかどうかの判断と同様、この判断はステッピングモータ１１に供給した駆動信号のステップ数によって行う。

チョークバルブ９の開度が全開未満であれば、ステップＳ１０に進んでエンジン回転数が検出される。ステップＳ１１では、チョークバルブ９が全開するまでのモータ駆動条件を決定する。ステップＳ１１でも、ステップＳ７と同様、エンジン回転数による基本チョーク解除時間（半開から全開までの作動時間）の補正と、ステッピングモータ１１に対して駆動周期毎に供給する駆動信号のステップ数の計算とを行う。ステップＳ１２では、決定されたモータ駆動条件（決定されたステップ数）でステッピングモータ１１を駆動する。チョークバルブ９を全開したならば（全開に相当するステップ数分の駆動信号を供給し終われば）、チョーク解除となり、このフローチャートの処理は終了する。

図３は、ステッピングモータ１１の初期化（ステップＳ４）の詳細なフローチャートである。同図において、ステップＳ４１では、エンジン温度に応じてステッピングモータ１１のパルスレートを決定する。温度に対応するステッピングモータ１１のパルスレートを設定したテーブルの例を図４に示す。

ステップＳ４２では、ステップＳ２で決定された始動開度が予定角度（例えば、半開とする）未満であるか否かが判別される。始動開度が半開未満であれば、ステップＳ４３に進み、始動開度が半開以上であれば、ステップＳ４４に進む。

ステップＳ４３では、ステッピングモータ１１をチョークバルブ９の全閉側で初期化する。つまり、チョークバルブ９を全閉側にステップＳ４１で決定したパルスレートで回動させる。ステップＳ４４では、ステッピングモータ１１をチョークバルブ９の全開側で初期化する。つまり、チョークバルブ９を全開側にステップＳ４１で決定したパルスレートで移動させる。

上述のように、エンジン温度に基づいて決定される始動開度が全閉側であるか全開側であるかに応じて、全閉側で初期化するか全開側で初期化するかを切り替えるようにした。このように初期化が始動開度により近い側で行われるので、初期化後、始動開度まで短時間でチョークバルブ９を移動させることができる効果がある。

ところで、ステッピングモータは、パルスレートが大きいとき等に励磁に対してロータの回転が追いつかなくなり脱調を起こすことがある。この場合、オープン制御されるステッピングモータでは、与えた駆動信号のステップ数に応じた所望の角度だけロータが回転しない。すなわち、チョーク解除の際、ステッピングモータ１１には、全開に相当するステップ数分の駆動信号が送られているにもかかわらず、脱調によってチョークバルブ９が全開していないことが起こりえる。

そこで、チョークバルブ９が全開したと判断された後に（全開に相当するステップ数の駆動信号を出力した後）、もしくはエンジン始動後から予定の暖機時間が経過した後、周期的にこの全開状態を維持するための制御（以下、「全開送り制御」という）が開始されるようにした。

図５は、全開送り制御のためのチョーク制御部の要部処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０では、全開送り制御においてステッピングモータ１１に駆動信号を供給する全開送り周期か否かが判断される。全開送り周期は、チョーク制御部１７に、例えば２秒のタイマ手段を設け、このタイマ手段がタイムアップしたか否かで判断できる。予定の全開送り周期であれば、ステップＳ２１に進んでステッピングモータ１１へ全開送りのために指令（全開指令）を出力する。つまり、チョークバルブ９を全開側へ移動させるための予め設定した数の駆動信号がステッピングモータ１１に送出される。全開送りのための駆動信号数は、例えば、５ステップとする。

なお、全開送りはエンジン始動後の所定のタイミングで行われればよく、必ずしも定期的に行うものに限定されない。

図６は、エンジン始動時におけるエンジン温度毎のチョークバルブ９の位置つまり始動開度をステッピングモータ１１の駆動信号のステップ数で示した図である。この例では、エンジン温度がマイナス２５°Ｃから２０°Ｃまでの範囲ではチョークバルブ９は全閉（ステップ数＝１１０）であり、エンジン温度が３０°Ｃ以上では、チョークバルブ９はわずかに開かれている。そして、エンジン温度が６０°Ｃでは、チョークバルブ９は半開（ステップ数＝５５）であり、それ以上では、段階的にステップ数「３５」までチョークバルブ９が開かれている。この図から理解できるように、エンジン温度が６０°以下では始動開度が半開より全閉寄りであるので、ステッピングモータ１１はチョークバルブ９の全閉側で初期化される。また、エンジン温度が６０°以上では始動開度が半開より全開寄りであるので、ステッピングモータ１１はチョークバルブ９の全開側で初期化される。

図７は、エンジン温度に対応するチョーク解除時間の例を示す図である。ここでは、電子ガバナによってエンジン回転数が基準回転数３３００ｒｐｍになるように制御されているときの基本チョーク解除時間の例を示している。したがって、発電機１２に接続される負荷の変動によって基準回転数が変動したときには、基本チョーク解除時間は（半開までの作動時間および半開から全開までの作動時間はいずれも）エンジン回転数に応じて補正される。すなわち、負荷が増大してエンジン回転数が基準回転数より高めに推移する時にはチョーク解除時間を短くするし、負荷が減少してエンジン回転数が基準回転数より低めに推移する場合はチョーク解除時間を長くする。このように発電機１２つまりエンジン１の運転状態に応じて適正になるようにチョーク解除時間は補正される。

なお、本実施形態では、エンジン温度としてシリンダヘッド２ａの温度で代表させたが、チョークバルブ制御のためのエンジン温度はこの位置での温度に限定されない。例えば、オイルパンやエンジン水冷用のウォータジャケットに温度センサを装着して、潤滑オイル温度やエンジン冷却水の温度を検出し、これらでエンジン温度を代表させてもよい。その他、エンジン温度を代表できるエンジンケース部分で検出された温度情報を本発明のチョークバルブ制御に採用することができる。

本発明の一実施形態に係るオートチョーク装置のシステム構成を示すブロック図である。 チョーク制御部の動作を示すフローチャートである。 エンジン温度に対応するステッピングモータのパルスレートの例を示すテーブルである。 ステッピングモータの初期化および始動開度まで駆動する処理を示すフローチャートである。 チョークバルブを全開側に周期的に駆動する全開送り制御のフローチャートである。 エンジン始動時におけるエンジン温度毎のチョークバルブの位置を示す図である。 エンジン温度に対応するチョーク解除時間の例を示す図である。

符号の説明

１…エンジン、 ２…温度センサ、 ６…吸気管、 ７…キャブレータ、 ８…スロットルバルブ、 ９…チョークバルブ、 １１…ステッピングモータ、 １２…発電機、 １３…インバータ、 １７…チョーク制御部

Claims (3)

1. エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブと、エンジン始動時に該チョークバルブの開度を制御するためのステッピングモータとを有するオートチョーク装置において、
   前記ステッピングモータに、チョークバルブの全開に相当するステップ数の駆動信号を供給した後の所定のタイミングで前記チョークバルブを全開になるように駆動する全開指令を出力するチョーク制御手段を具備し、
   前記全開指令は定期的に出力されることを特徴とするオートチョーク装置。
2. 前記全開指令は、前記ステッピングモータを全開になるように駆動するための所定ステップ数の信号を供給する指令であることを特徴とする請求項１記載のオートチョーク装置。
3. 始動時の前記チョークバルブの開度をエンジン温度に基づいて決定するとともに、前記チョークバルブの全開に相当するステップ数の駆動信号を供給する時間は前記エンジン温度に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載のオートチョーク装置。

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