JP4810463B2 - 汎用内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
この発明は汎用内燃機関の制御装置に関し、より具体的には冷却ファンで吸引した空気を冷却風として吹き付ける強制空冷型の汎用内燃機関の制御装置に関する。
発電機や農業機械など様々な用途で駆動源として使用される汎用内燃機関の内、複数の気筒、例えば２気筒を備えると共に、気筒ごとに吸気路を開閉するスロットルバルブと燃料を噴射するインジェクタを備えるようにした汎用内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４９３８４号公報
特許文献１記載のものも含め、汎用内燃機関は一般に空冷式であるが、出力が大きい機関の場合、冷却ファンで吸引した空気を冷却風として吹き付けて強制的に空冷するように構成されることが多い。そのような機関の場合、構造上、気筒ごとの冷却性に差が生じることから、機関全体として所期の出力特性を得にくいという不都合があった。
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、冷却ファンで吸引した空気を冷却風として吹き付けて強制的に空冷するように構成された汎用内燃機関において機関全体として所期の出力特性を得られるようにした汎用内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記した目的を解決するために、請求項１にあっては、気筒ごとに吸気路を開閉するスロットルバルブと燃料を噴射するインジェクタを備えると共に、吸引した空気を前記気筒のそれぞれに冷却風として吹き付ける冷却ファンを備えた汎用内燃機関において、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒のそれよりも増加させることで、気筒全体として機関回転数が一定となるように前記スロットル開度と燃料噴射量を制御する制御手段を備える如く構成した。
請求項２に係る汎用内燃機関の制御装置にあっては、前記制御手段は、アイドル開度と全開開度にある場合を除き、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒のそれよりも増加させる如く構成した。
請求項１に係る汎用内燃機関の制御装置においては、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒のそれよりも増加させることで、気筒全体として機関回転数が一定となるように前記スロットル開度と燃料噴射量を制御する制御手段を備える如く構成したので、気筒によってスロットル開度と燃料噴射量を相違させるとき、例えば冷却性の差を補償するように相違させることで、機関全体として所期の出力特性を得ることができる。
また、制御手段は冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を下流側に位置する気筒のそれよりも増加させる如く構成したので、気筒ごとの冷却性の差を的確に補償することができ、よって機関全体として所期の出力特性を一層良く得ることができる。
また、スロットル開度について冷却され易い気筒は常用使用域で全開とする一方、冷却され難い気筒は高負荷領域でのみ全開（熱発生）とすることも可能となり、結果として機関の冷却性を向上させることができる。
また、いずれにしても冷却され易い気筒はスロットル開度が開いた状態で運転される頻度が多くなることから、ポンプロスが低減され、かつ燃焼状態も安定することとなり、熱損失も低減させることができる。さらに、冷却され易い気筒はスロットル開度が開いた状態で運転される頻度が多くなることから、負荷が瞬間的に印加されたときの制御の応答性も向上する。
請求項２に係る汎用内燃機関の制御装置にあっては、制御手段はアイドル開度と全開開度にある場合を除き、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒のそれよりも増加させる如く構成したので、上記した効果に加え、アイドル開度を除くことで必要なアイドル特性を確保できると共に、全開開度を除くことで全開領域において不要に相違させることがない。
以下、添付図面に即してこの発明に係る汎用内燃機関の制御装置を実施するための最良の形態について説明する。
図１はこの発明の実施例に係る汎用内燃機関の制御装置が対象とする、汎用内燃機関の正面図、図２は図１から冷却ファンカバーなどを外した状態を示す、同様に汎用内燃機関の正面図、図３は図２に示す汎用内燃機関の上面図である。
図１などにおいて、符号１０は汎用内燃機関（以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０は、クランク軸（図示せず）に対してＶ型に配置された複数個、具体的には２個の気筒１２、即ち、第１気筒１２ａと第２気筒１２ｂを備える、空冷式４サイクルのＶ型２気筒火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１０の排気量は例えば６４０ｃｃであり、発電機や農業機械などの様々な用途で駆動源として使用される。
エンジン１０の第１、第２気筒１２ａ，１２ｂにおいて、エアクリーナ１４（図１のみ示す）から吸入された空気は吸気管（図示せず）を流れ、スロットルボディ１６、即ち、第１、第２スロットルボディ１６ａ，１６ｂの内部に収容された第１、第２スロットルバルブ（図示せず）で流量を調整された後、インジェクタ１８、即ち、第１、第２インジェクタ１８ａ，１８ｂでガソリン燃料を噴射される。よって生じた混合気は、吸気マニホルド２２、即ち、第１、第２吸気マニホルド２２ａ，２２ｂから燃焼室（図示せず）に流入する。
第１、第２スロットルバルブはそれぞれ電動モータ（図示せず）に連結され、電動モータで駆動されて開閉される。図１において、符号２０ｂは第２スロットルボディ１６ｂの電動モータのドライバ（駆動回路）を示す。上記の如く、第１気筒１２ａを構成する要素には第１なる語句を付して英字ａを添えると共に、第２気筒１２ｂのそれには第２なる語句と英字ｂを付す。
混合気は燃焼室内で点火プラグ２４、即ち、第１、第２点火プラグ２４ａ，２４ｂで点火されて燃焼してピストン（図示せず）を駆動し、それに連結されたクランク軸（図示せず）を回転させ、それに連結された出力軸２６を回転させる。燃焼によって生じた排ガスは排気ポート３０、即ち、第１、第２排気ポート３０ａ，３０ｂを通った後、合流させられて１個の排気管（図示せず）を流れ、大気に放出される。出力軸２６には発電機や農業機械などの負荷が接続される。
出力軸２６の配置位置と対向する側において、クランク軸は冷却ファン３２に連結される。図２に示す如く、冷却ファン３２は多数のブレード３２ａが立設されてなり、クランク軸によって回転されるとき、吸引した空気を第１、第２気筒１２ａ，１２ｂのそれぞれに冷却風として吹き付ける。このように、エンジン１０は強制冷却方式を採用する。冷却ファン３２は、ファンカバー３２ｂで被覆される。
図４はファンカバー３２ｂの正面図であり、図５はそのＶ―Ｖ線断面図である。ファンカバー３２ｂには図４（と図１）に示すような円形の空気取入口３２ｂ１が形成されると共に、空気取入口３２ｂ１の上部の内側には図２に示すようなスクロール（仕切り）３２ｂ２が形成される。スクロール３２ｂ２は、第２気筒１２ｂに冷却風を送る通路を形成する。
図２に示す如く、エンジン１０のクランク軸の回転方向を時計回りとすると、空気取入口３２ｂ１から吸引された空気は先ず矢印ａ（図２）で示すように第１気筒１２ａに向けて流れ、次いで矢印ｂ（図３）に示すように流れて第１気筒１２ａを冷却した後、エアクリーナ１４とエンジン本体の間の間隙からエンジン１０の外部に流れる。
他方、矢印ａで示す冷却風の一部は矢印ｃ（図２）で示すようにスクロール３２ｂ２に沿って第２気筒１２ｂに向けて流れ、次いで矢印ｄ（図３）で示すように流れて第２気筒１２ｂを冷却した後、エアクリーナ１４とエンジン本体の間の間隙からエンジン１０の外部に流れる。この場合、第２気筒１２ｂは冷却風通路の下流に位置することから、第１気筒１２ａと比較すると冷却性で劣る。
次いでエンジン１０の制御系について説明する。
クランク軸には冷却ファン３２の内側においてフライホイール（図示せず）が取り付けられると共に、フライホイールの内側にはパワーコイル（発電コイル。図示せず）が配置されると共に、その外側にはパルサコイル（図示せず）が配置される。パワーコイルとパルサコイルは、クランクシャフト軸の回転に同期した出力（交流電流）を生じる。
また、エンジン１０において操作者が操作自在な位置には、エンジン回転調整レバー（図示せず）が配置される。エンジン回転調整レバーは、操作者の操作に応じて目標エンジン回転数を示す出力を生じる。上記したパワーコイル、パルサコイルおよびエンジン回転調整レバーの出力は、マイクロ・コンピュータからなる電子制御ユニットに入力される。
図６はその電子制御ユニットの構成を機能的に示すブロック図である。
同図に示すように、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」といい、符号４０で示す）は、整流回路４２とＮＥ（エンジン回転数）検出回路４４と制御回路４６とを備える。前記したパワーコイル（符号５０で示す）の出力は整流回路４２に入力され、全波整流されるなどして１２Ｖの直流電流に変換される。この直流電流は、図示しない回路を介し、ＥＣＵ４０を含めたエンジン１０の各部に動作電流として供給される。
パワーコイル５０の出力はＮＥ検出回路４４にも入力され、半波整流された後、パルス信号に変換される。生成されたパルス信号は、制御回路４６に入力される。パワーコイル５０が発電する交流電流の周波数はクランク軸の回転数に比例することから、制御回路４６はパワーコイル５０の出力から得たパルス信号に基づいてエンジン回転数ＮＥを検出する。
ＥＣＵ４０は、さらに信号成形回路５２と点火回路５４を備える。前記したパルサコイル（符号５６で示す）の出力は信号成形回路５２に入力され、そこでクランク軸の回転に同期した点火信号が生成される。信号成形回路５２で生成された点火信号は、点火回路５４と制御回路４６に入力される。
前記した動作電流はＤＣ／ＤＣコンバータ６０で昇圧されてコンデンサ６２を充電する。コンデンサ６２はイグニション・コイル６４の１次コイルに接続される。イグニション・コイル６４の２次コイルには第１、第２点火プラグ２４ａ，２４ｂが接続される。尚、制御回路４６には、図示しない回路を介して動作電流が供給される。
点火回路５４は、信号成形回路５２または制御回路４６から入力された点火信号に従い、サイリスタ６６のゲートに通電する。これにより、コンデンサ６２が放電してイグニション・コイル６４の１次コイルに電流が流れ、２次コイルに高電圧が発生して第１、第２点火プラグ２４ａ，２４ｂが火花を生じる。
制御回路４６には、上記したエンジン回転調整レバー（符号７０で示す）が接続される。制御回路４６は、エンジン回転調整レバー７０などの出力に基づいて第１、第２スロットルバルブ（図６に符号７２ａ，７２ｂで示す）の目標開度を決定し、決定した目標開度に応じた制御信号を第１、第２ドライバ７４ａ，７４ｂ（図１のドライバ２０ｂに相当）に出力して第１、第２スロットル電動モータ（図６に符号７６ａ，７６ｂで示す）を動作させ、第１、第２スロットルバルブ７２ａ，７２ｂを別々に開閉させてエンジン回転数ＮＥを調節する。
また、制御回路４６は、決定した目標スロットル開度に応じて第１、第２気筒１２ａ，１２ｂに供給すべき燃料噴射量を算出し、第１、第２ドライバ８０ａ，８０ｂを介して第１、第２インジェクタ１８ａ，１８ｂを別々に駆動する。このように、電子制御ユニット４０の制御回路４６がエンジン１０の制御装置に相当する。
図７は制御回路４６が行うスロットル開度制御の特性を示す説明図である。
図示の如く、制御回路４６は、エンジン負荷率（エンジン１０の出力軸２６に接続される負荷率）に応じ、換言すればエンジン回転数ＮＥが一定となるようにスロットル開度を制御すると共に、気筒によって、即ち、第１、第２気筒１２ａ，１２ｂでスロットル開度を相違させる。
制御回路４６は、より具体的には、エンジン負荷率が２５％のとき、第１気筒１２ａのスロットル開度を５０％、第２気筒１２ｂのスロットル開度を０％とし、よってエンジン１０全体としてスロットル開度が２５％となるように制御する。
制御回路４６はまた、エンジン負荷率が５０％のとき、第１気筒１２ａのスロットル開度を１００％、第２気筒１２ｂのスロットル開度を０％としてエンジン１０全体としてスロットル開度が５０％となるように制御すると共に、エンジン負荷率が７５％のとき、第１気筒１２ａのスロットル開度を１００％、第２気筒１２ｂのスロットル開度を５０％としてエンジン１０全体としてスロットル開度が７５％となるように制御する。
第１気筒１２ａは冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒であり、制御回路４６はそのスロットル開度を、下流側に位置する第２気筒１２ｂのそれよりも増加させる、逆にいえばスロットル開度を上流側に位置する第１気筒１２ａのそれよりも減少させる如く制御する。これはいうまでもなく、エンジン１０において第２気筒１２ｂが冷却風通路の下流となって第１気筒１２ａと比較すると冷却性で劣り、構造上、気筒ごとの冷却性に差が生じることから、それを補償するためである。
尚、図７から明らかな如く、制御回路４６は、エンジン負荷率がアイドルと１００％にあるとき、換言すればアイドル開度と全開開度にある場合、第１気筒１２ａも第２気筒１２ｂも同じスロットル開度（０％あるいは１００％）に制御、換言すればエンジン負荷率がアイドルと１００％にある場合を除き、気筒によってスロットル開度を相違させるように制御する。
尚、図７においてスロットル開度は全閉位置（より正確には全閉付近の位置）を０％、全開位置（より正確には９０度付近の値）を１００％、その中間位置を５０％とする。また、図７に例示されないスロットル開度（エンジン負荷率）の場合、図７に示す特性を補間して算出される。
また、図示は省略するが、制御回路４６は、制御されるスロットル開度に応じて燃料噴射量を制御する。即ち、制御回路４６は、例えばエンジン負荷率が５０％のとき、第１気筒１２ａの燃料噴射量をスロットル開度１００％相当の値に制御すると共に、第２気筒１２ｂの燃料噴射量をスロットル開度０％相当の値に制御する。
この実施例においては上記の如く、第１、第２気筒１２ａ，１２ｂごとに吸気路を開閉する第１、第２スロットルバルブ７２ａ，７２ｂと燃料を噴射する第１、第２インジェクタ１８ａ，１８ｂを備えると共に、吸引した空気を前記気筒のそれぞれに冷却風として吹き付ける冷却ファン３２を備えた汎用内燃機関（エンジン）１０において、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒１２ａのスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒１２ｂのそれよりも増加させることで、気筒全体として機関回転数（エンジン回転数）ＮＥが一定となるように前記スロットル開度と燃料噴射量を制御する制御手段（ＥＣＵ４０の制御回路４６）を備える如く構成した。
これにより、気筒によって、即ち、第１、第２気筒１２ａ，１２ｂでスロットル開度と燃料噴射量を相違させるとき、例えば冷却性の差を補償するように相違させることで、エンジン１０全体として所期の出力特性を得ることができる。
また、これにより、気筒ごとの冷却性の差を的確に補償することができ、よってエンジン１０全体として所期の出力特性を一層良く得ることができる。
また、スロットル開度について冷却され易い気筒１２ａは常用使用域で全開とする一方、冷却され難い気筒１２ｂは高負荷領域でのみ全開（熱発生）とすることも可能となり、結果としてエンジン１０の冷却性を向上させることができる。
また、いずれにしても冷却され易い気筒１２ａはスロットル開度が開いた状態で運転される頻度が多くなることから、ポンプロスが低減され、かつ燃焼状態も安定することとなり、熱損失も低減させることができる。さらに、冷却され易い気筒１２ａはスロットル開度が開いた状態で運転される頻度が多くなることから、負荷が瞬間的に印加されたときの制御の応答性も向上する。
また、前記制御手段は、アイドル開度と全開開度にある場合を除き、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒１２ａのスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒１２ｂのそれよりも増加させる如く構成した。これにより、上記した効果に加え、アイドル開度を除くことで必要なアイドル特性を確保できると共に、全開開度を除くことで全開領域において不要に相違させることがない。
尚、上記において、第１、第２気筒１２ａ，１２ｂからなる２気筒を有するエンジン１０を例に取ったが、３個以上の気筒を備える強制空冷方式を採用したエンジンにおいて気筒によって冷却性に差がある場合にも同様に妥当する。
１０ エンジン（汎用内燃機関）、１２ 気筒、１２ａ 第１気筒、１２ｂ 第２気筒、１６ スロットルボディ、１６ａ 第１スロットルボディ、１６ｂ 第２スロットルボディ、１８ インジェクタ、１８ａ 第１インジェクタ、１８ｂ 第２インジェクタ、３２ 冷却ファン、４０ 電子制御ユニット、４６ 制御回路、７０ エンジン回転調整レバー、７２ スロットルバルブ、７２ａ 第１スロットルバルブ、７２ｂ 第２スロットルバルブ
Claims (2)
- 気筒ごとに吸気路を開閉するスロットルバルブと燃料を噴射するインジェクタを備えると共に、吸引した空気を前記気筒のそれぞれに冷却風として吹き付ける冷却ファンを備えた汎用内燃機関において、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒のそれよりも増加させることで、気筒全体として機関回転数が一定となるように前記スロットル開度と燃料噴射量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする汎用内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、アイドル開度と全開開度にある場合を除き、冷却風の流れにおいて上流側に位置する気筒のスロットル開度と燃料噴射量を、下流側に位置する気筒のそれよりも増加させることを特徴とする請求項１記載の汎用内燃機関の制御装置。
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