JP5022333B2 - 汎用内燃機関の無負荷検出方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は汎用内燃機関の無負荷検出方法および装置に関する。

汎用内燃機関は通例作業機などの負荷に接続されて動力を出力するが、負荷がその動力を消費しない無負荷状態になった場合、放置すると、騒音や燃費の点で好ましくないことから、例えば特許文献１記載の技術のように、無負荷状態を検出して機関回転数を低下させている。

特許文献１記載の技術にあって内燃機関は高圧洗浄機のポンプに接続され、ポンプを駆動して洗浄ガンから放水する。放水作業の有無、即ち、ポンプの無負荷状態は、検出されたスロットル開度を、機関回転数が上昇するほど増加するように設定されたスロットル開度（しきい値）と比較することで判定される。
特開２００５−２９９５１９号公報

特許文献１記載の技術においては、スロットル開度が比較されるしきい値として機関回転数から決定される値を用いているが、しきい値は内燃機関の運転状態や環境による変化を考慮して大き目に設定されることがあり、そのような場合には小さい負荷が加わっているときでも無負荷と判定してしまう恐れがある。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、定常運転領域で安定して回転しているときのスロットル開度の付近にしきい値を設定してスロットル開度と比較することで、無負荷状態を精度良く判定するようにした汎用内燃機関の無負荷検出方法および装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、吸気路に配置されるスロットルバルブを駆動するアクチュエータを介して機関回転数を調整する電子ガバナを備えると共に、負荷に接続されて動力を出力する汎用内燃機関において、前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段と、前記機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記検出された機関回転数が前記負荷に応じて決定される目標回転数に収束しているか否か判定する目標回転数収束判定手段と、前記検出されたスロットルバルブの開度をしきい値と比較し、前記検出されたスロットルバルブの開度が前記しきい値未満になった回数をカウントするカウント手段と、前記カウントされた回数が規定値を超えたとき、前記負荷が動力を消費しない無負荷状態にあると判定する無負荷状態判定手段と、前記検出された機関回転数が前記目標回転数に収束していると判定されるとき、前記検出されたスロットルバルブの開度に所定値を加算した値を前記しきい値と比較し、前記加算した値が前記しきい値未満の場合、前記しきい値を前記加算した値に変更するしきい値変更手段とを備える如く構成した。

請求項２にあっては、吸気路に配置されるスロットルバルブを駆動するアクチュエータを介して機関回転数を調整する電子ガバナを備えると共に、負荷に接続されて動力を出力する汎用内燃機関において、検出された機関回転数が前記負荷に応じて決定される目標回転数に収束しているか否か判定し、前記検出されたスロットルバルブの開度をしきい値と比較し、前記検出されたスロットルバルブの開度が前記しきい値未満になった回数をカウントし、前記カウントされた回数が規定値を超えたとき、前記負荷が動力を消費しない無負荷状態にあると判定し、前記検出された機関回転数が前記目標回転数に収束していると判定されるとき、前記検出されたスロットルバルブの開度に所定値を加算した値を前記しきい値と比較し、前記加算した値が前記しきい値未満の場合、前記しきい値を前記加算した値に変更するステップからなる如く構成した。

請求項１に係る汎用内燃機関の無負荷検出装置にあっては、検出された機関回転数が負荷に応じて決定される目標回転数に収束しているか否か判定し、検出されたスロットルバルブの開度をしきい値と比較し、検出されたスロットルの開度がしきい値未満になった回数をカウントすると共に、カウントされた回数が規定値を超えたとき、負荷が動力を消費しない無負荷状態にあると判定し、検出された機関回転数が目標回転数に収束していると判定されるとき、検出されたスロットルバルブの開度に所定値を加算した値をしきい値と比較し、加算した値がしきい値未満の場合、しきい値を加算した値に変更する如く構成、即ち、定常運転領域で安定して回転しているときのスロットル開度を見つけ、それよりも所定値だけ上の位置にしきい値を設定し、検出値がそのしきい値未満になったときの回数が規定値を超えたとき、無負荷状態と判定するように構成したので、しきい値を適正に設定できて無負荷状態を精度良く判定することができる。

また、検出されたスロットルバルブの開度がしきい値未満になった回数が規定値を超えたとき、無負荷状態にあると判定することで、所定値を適宜設定することで、小さい負荷が加わっている状態を無負荷状態と判定してしまうことがない。

請求項２に係る無負荷検出方法にあっても同様である。

以下、添付図面に即してこの発明に係る汎用内燃機関の無負荷検出方法および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無負荷検出装置を全体的に示す概略図である。

図１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、空冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型でガソリンを燃料とし、例えば４４０ｃｃ程度の排気量を有する。

エンジン１０のシリンダブロック１２の内部に形成されたシリンダ（気筒）には、単一のピストン１４が往復動自在に収容される。シリンダブロック１２の上部にはシリンダヘッド１６が取り付けられ、そこにはピストン１４の頂部を臨む位置に形成された燃焼室１８と、燃焼室１８に連通される吸気ポート２０および排気ポート２２が設けられる。吸気ポート２０の付近には吸気バルブ２４が設けられると共に、排気ポート２２の付近には排気バルブ２６が設けられる。

シリンダブロック１２の下部にはクランクケース３０が取り付けられ、その内部にはクランクシャフト３２が回転自在に収容される。クランクシャフト３２は、コンロッド３４を介してピストン１４の下部に連結される。クランクシャフト３２の一端には負荷３６が接続され、エンジン１０は負荷３６に動力を出力する。

負荷は「原動機から出るエネルギ（出力）を消費する機械設備、またはその機械設備が消費する動力（仕事率）の大きさ」を意味するが、この明細書では負荷３６は前者、具体的には作業機（除雪機や高圧洗浄機など）などを意味するものとして使用する。また、この明細書で「無負荷状態」とは、負荷３６が動力を消費しない運転状態を意味する。

クランクシャフト３２の他端には、フライホイール３８と冷却ファン４０と始動用のリコイルスタータ４２が取り付けられる。フライホイール３８の内側においてクランクケース３０にはパワーコイル（発電コイル）４４が取り付けられると共に、フライホイールの裏面にはマグネット（永久磁石）４６が取り付けられる。パワーコイル４４とマグネット４６は多極発電機を構成し、クランクシャフト３２の回転に同期した出力を生じる。

また、フライホイール３８の外側においてクランクケース３０にはパルサコイル４８が取り付けられると共に、フライホイールの表面にはマグネット（永久磁石）５０が取り付けられる。パルサコイル４８は、マグネット５０が通過するごとにエンジン１０の点火時期に相当するクランク角度を示す出力を生じる。

クランクケース３０にはクランクシャフト３２の軸線と平行にカムシャフト５２が回転自在に収容され、ギヤ機構５４を介してクランクシャフト３２に連結されて駆動される。カムシャフト５２は吸気側カム５２ａと排気側カム５２ｂを備え、図示しないプッシュロッドとロッカーアーム５６，５８を介して吸気バルブ２４と排気バルブ２６を駆動する。

吸気ポート２０にはキャブレタ６０が接続される。キャブレタ６０は、吸気路６２と、モータケース６４と、キャブレタアセンブリ６６を一体的に備える。吸気路６２にはスロットルバルブ６８とチョークバルブ７０が配置される。

モータケース６４には、スロットルバルブ６８を駆動するスロットル用電動モータ（アクチュエータ）７２と、チョークバルブ７０を駆動するチョーク用電動モータ（アクチュエータ）７４が収容される。スロットル用電動モータ７２とチョーク用電動モータ７４はステッピングモータからなる。

キャブレタアセンブリ６６は、図示しない燃料タンクから燃料の供給を受け、スロットルバルブ６８（とチョークバルブ７０）の開度に応じた量の燃料を噴射し、吸気路６２を流れる吸気に混合させて混合気を生成する。

生成された混合気は吸気ポート２０と吸気バルブ２４を通って燃焼室１８に吸入され、点火装置を介して点火されて燃焼する。燃焼によって生じた排気は排気バルブ２６と排気ポート２２と図示しない消音器などを通ってエンジン１０の外部に排出される。

スロットルバルブ６８の付近にはスロットル開度センサ７６が配置され、スロットルバルブ６８の開度（以下「スロットル開度」という）に応じた信号を出力すると共に、シリンダブロック１２の適宜位置にはサーミスタなどからなる温度センサ７８が配置され、エンジン１０の温度を示す出力を生じる。

上記したスロットル開度センサ７６と温度センサ７８ならびにパワーコイル４４とパルサコイル４８の出力は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）８４に送られる。ＥＣＵ８４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力回路などを備えるマイクロ・コンピュータからなると共に、警告灯８４ａを備える。

ＥＣＵ８４においてパワーコイル４４の出力（交流電力）はブリッジ回路に入力され、全波整流されて直流電源に変換されてＥＣＵ８４とスロットル用電動モータ７２などの動作電源として使用されると共に、パルス生成回路でパルス信号に変換される。またパルサコイル４８の出力は点火装置の点火信号に利用される。

ＥＣＵ８４においてＣＰＵは変換されたパルス信号に基づいてエンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数とスロットル開度センサ７６と温度センサ７８の出力に基づいてスロットル用電動モータ７２とチョーク用電動モータ７４の動作を制御すると共に、点火装置を介して点火を制御する。

このように、エンジン１０は、吸気路６２に配置されるスロットルバルブ６８を駆動するアクチュエータ（スロットル用電動モータ７２）を介してエンジン回転数を調整する電子ガバナ９０を備える。

さらに、ＥＣＵ８４においてＣＰＵは接続された作業機などの負荷３６が動力を消費しない無負荷状態にあるか否か判定する。

図２はその動作、即ち、この発明の実施例に係る無負荷検出装置の動作および無負荷検出方法を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはＥＣＵ８４によって所定時間、例えば１０ｍｓｅｃごとに実行される。

以下説明すると、Ｓ１０において検出されたエンジン回転数が目標回転数に定数を加算して得た回転数未満で、かつ前記目標回転数に定数を減算して得た回転数より大きいか否か、換言すればエンジン回転数が前記目標回転数に収束しているか否か判定する。

目標回転数は接続される負荷３６に応じて決定されるエンジン回転数である。定数は、例えば１００から２００ｒｐｍ程度の微小な値を示す。

このように、Ｓ１０においてはエンジン１０が負荷３６、より具体的には接続される負荷３６の機種（作業機の種類）に応じて決定される常用回転域で安定して回転しているか否か判定する。

Ｓ１０で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１２に進み、しきい値が検出されたスロットル開度に所定値を加算して得た値（開度）より大きいか否か判断する。しきい値の初期値は適宜な値に設定される。所定値は例えばスロットル開度において３度程度の値である。

Ｓ１２で肯定されるときはＳ１４に進み、検出されたスロットル開度に前記した所定値を加算して得た値にしきい値を変更（設定）する。Ｓ１２で否定されるときはＳ１４の処理をスキップする。

次いでＳ１６に進み、検出されたスロットル開度が変更（設定）されたしきい値未満になったか否か判断する。Ｓ１６で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１８に進み、カウンタの値Ｃを１つインクリメントする。

次いでＳ２０に進み、カウンタの値Ｃが規定値ｎ（例えば３００）を超えたか否か判断する。即ち、Ｓ１８で検出されたスロットル開度がしきい値未満になった回数Ｃをカウントするカウンタの値を１つインクリメントする。

次いでＳ２０に進み、カウントされた値（回数）Ｃが規定値ｎを超えたか否か判断する。図２フロー・チャートは所定時間ごとに実行されることから、Ｓ２０の判断は規定値ｎに相当する時間、例えば３ｓｅｃが経過したか判断することに相当する。

Ｓ２０で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ２２に進み、負荷３６がエンジン１０から出力される動力を消費しない無負荷状態にあると判定する。同時に、警告灯８４ａを点灯する。

図３は図２の処理を説明するタイム・チャートである。

図３タイム・チャートを参照して上記を説明すると、この実施例に係る無負荷状態の判定において例えば時刻ｔ１からｔ２の間にあるとき、Ｓ１２の判断は肯定され、Ｓ１４を経てＳ１６に進み、そこで肯定される。また時刻ｔ３からｔ４にあるときも、Ｓ１２の判断は否定されてＳ１６に進み、そこで肯定される。

即ち、それらの時刻にあるときのようにスロットル開度が低下したときは、Ｓ１６の判断は肯定される。ただし、規定値ｎを適宜設定することで、無負荷状態にあると判定されることはない。

他方、時刻ｔ３でしきい値をスロットル開度＋所定値となるように減少させることから（理解の便宜のため時刻ｔ３としたが、実際は時刻ｔ１で減少させる）、例えば時刻ｔ５で負荷が減少してもＳ１６で否定される結果、そのような小さい負荷が加わっている状態を無負荷状態と判定してしまうことがない。

また、時刻ｔ６においてＳ１６の判断は肯定されるときも、時間Ｔ（規定値ｎに相当する時間）が経過した時刻ｔ７で初めて無負荷状態と判定するので、無負荷状態を精度良く判定することができる。

上記した如く、この実施例にあっては、吸気路６２に配置されるスロットルバルブ６８を駆動するスロットル用電動モータ（アクチュエータ）７２を介してエンジン回転数（機関回転数）を調整する電子ガバナ９０を備えると共に、負荷３６に接続されて動力を出力するエンジン（汎用内燃機関）１０において、前記スロットルバルブ６８の開度を検出するスロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）７６と、前記エンジン回転数（機関回転数）を検出するパワーコイル４４、ＥＣＵ８４（機関回転数検出手段）と、前記検出されたエンジン回転数が前記負荷に応じて決定される目標回転数に収束しているか否か判定する目標回転数収束判定手段（ＥＣＵ８４，Ｓ１０）と、前記検出されたスロットルバルブの開度をしきい値と比較し、前記検出されたスロットルバルブの開度が前記しきい値未満になった回数Ｃをカウントするカウント手段（ＥＣＵ８４，Ｓ１６，Ｓ１８）と、前記カウントされた回数Ｃが規定値ｎを超えたとき、前記負荷が動力を消費しない無負荷状態にあると判定する無負荷状態判定手段（ＥＣＵ８４，Ｓ２０，Ｓ２２）と、前記検出された機関回転数が前記目標回転数に収束していると判定されるとき、前記検出されたスロットルバルブの開度に所定値を加算した値を前記しきい値と比較し、前記加算した値が前記しきい値未満の場合、前記しきい値を前記加算した値に変更するしきい値変更手段（ＥＣＵ８４，Ｓ１２，Ｓ１４）とを備える如く構成、即ち、定常運転領域で安定して回転しているときのスロットル開度を見つけ、それよりも所定値だけ上の位置にしきい値を設定し、検出値がそのしきい値未満になったときの回数Ｃが規定値ｎを超えたとき、無負荷状態と判定するように構成したので、しきい値を適正に設定できて無負荷状態を精度良く判定することができる。

また、検出されたスロットルバルブの開度がしきい値未満になった回数Ｃが規定値ｎを超えたとき、無負荷状態にあると判定することで、所定値を適宜設定することで、小さい負荷が加わっている状態を無負荷状態と判定してしまうことがない。

尚、上記において定数や所定値を固定値としたが、負荷３６に応じて変更しても良い。

また、無負荷状態にあると判定されるとき、警告灯８４ａを点灯させることによってユーザに報知するように構成したが、他の表示装置や音声を介して報知するようにしても良い。

この発明の実施例に係る汎用内燃機関の無負荷検出装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す装置の動作を示すフロー・チャートである。 図２の処理を説明するタイム・チャートである。

符号の説明

１０ エンジン（汎用内燃機関）、４４ パワーコイル（機関回転数検出手段）、６０ キャブレタ、６８ スロットルバルブ、７２ スロットル用電動モータ（アクチュエータ）、７６ スロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）、８４ ＥＣＵ（電子制御装置。機関回転数検出手段、無負荷判定装置）、９０ 電子ガバナ

Claims (2)

1. 吸気路に配置されるスロットルバルブを駆動するアクチュエータを介して機関回転数を調整する電子ガバナを備えると共に、負荷に接続されて動力を出力する汎用内燃機関において、
   ａ．前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段と、
   ｂ．前記機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   ｃ．前記検出された機関回転数が前記負荷に応じて決定される目標回転数に収束しているか否か判定する目標回転数収束判定手段と、
   ｄ．前記検出されたスロットルバルブの開度をしきい値と比較し、前記検出されたスロットルバルブの開度が前記しきい値未満になった回数をカウントするカウント手段と、
   ｅ．前記カウントされた回数が規定値を超えたとき、前記負荷が動力を消費しない無負荷状態にあると判定する無負荷状態判定手段と、
   ｆ．前記検出された機関回転数が前記目標回転数に収束していると判定されるとき、前記検出されたスロットルバルブの開度に所定値を加算した値を前記しきい値と比較し、前記加算した値が前記しきい値未満の場合、前記しきい値を前記加算した値に変更するしきい値変更手段と、
   を備えることを特徴とする汎用内燃機関の無負荷検出装置。
2. 吸気路に配置されるスロットルバルブを駆動するアクチュエータを介して機関回転数を調整する電子ガバナを備えると共に、負荷に接続されて動力を出力する汎用内燃機関において、
   ａ．検出された機関回転数が前記負荷に応じて決定される目標回転数に収束しているか否か判定し、
   ｂ．検出されたスロットルバルブの開度をしきい値と比較し、前記検出されたスロットルバルブの開度が前記しきい値未満になった回数をカウントし、
   ｃ．前記カウントされた回数が規定値を超えたとき、前記負荷が動力を消費しない無負荷状態にあると判定し、
   ｄ．前記検出された機関回転数が前記目標回転数に収束していると判定されるとき、前記検出されたスロットルバルブの開度に所定値を加算した値を前記しきい値と比較し、前記加算した値が前記しきい値未満の場合、前記しきい値を前記加算した値に変更する、
   ステップからなることを特徴とする汎用内燃機関の無負荷検出方法。

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