JP5439083B2 - エンジンおよび該エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、アイドルダウン(スローダウン)検出用のスイッチがアイドルダウン側に入っている場合にエンジンがアイドル回転となるように、気化器のスロットルの開度を調節する電子ガバナを有するガソリンエンジンが開示されている。
特許文献2には、学習補正手段の作動時に、エンジンによって駆動されるオルタネータのフィールド電流を電気負荷の変動に拘らず所定値に維持するオルタネータ制御手段を設けたエンジンのアイドル回転数制御装置が開示されている。
特許文献3では、前記内燃エンジンの無負荷状態および負荷状態の判定は、例えば、液体カップリングの自動変速機のセレクタ位置がそれぞれニュートラルレンジにあるか、あるいはドライブレンジにあるかによって決定される。
このため、特許文献1に記載された電子ガバナ付ガソリンエンジンでは、アイドルダウン検出用のスイッチを作業機の停止手段と連動させている。このように特許文献1では、作業機から出力される負荷情報によりアイドルダウンさせているので構成が複雑である。
さらに、特許文献2および特許文献3は、作業機をつなげることを想定したものではないため、作業機の負荷状態に応じてアイドリング運転に切り換えることはできない。
また、無負荷判定に基づいて自動で目標回転数を変更し、スロットルバルブの開度を調節するので、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。すなわち、アイドルダウンをさせるために作業者による操作が不要となり、作業効率を向上させることが可能となる。
ここで、ローアイドル回転数とは、無負荷状態の作業機と連結されたエンジンがエンストしない最低回転数を意味する。
また、エンジンの経年変化によって無負荷状態の判定基準が変動する場合であっても、無負荷判定の精度を維持することができる。
なお、スロットル開度の平均偏差とは、スロットル開度の変動幅であって、スロットル開度の実測値によって求めることができる。
これにより、アイドリング運転中に作業機に負荷がかかった場合は、アイドリング運転を終了して速やかに通常運転に復帰することができる。
一般的に、エンジンを長期使用することによってエンジン出力は低下するため、アイドリング運転時のスロットル開度を徐々に開いていく必要がある。よって、エンジンの出荷時に設定したスロットル開度閾値が必ずしも正しい値とはならない。
一方、例えば、スロットル開度閾値を学習更新することなくエンジンを長期保管し、その後、エンジン出力と作業機側のフリクションを突然大きく変化させた場合も以前の運転時に学習したスロットル開度閾値が正しい値とはならない可能性がある。
そのため、上述したスイッチを用い、現在のスロットル開度閾値を最新のエンジン状態に対応するスロットル開度閾値に書き換える。
したがって、エンジンの経年変化によって無負荷状態の判定基準が変動する場合であっても、無負荷判定の精度を維持することができる。
これにより、エンジンが停止しても目標回転数に対応するスロットル開度閾値および学習内容を保存することができる。また、記憶手段として揮発性メモリと不揮発性メモリとを用いることにより、不揮発性メモリの保存回数を低減させることができる。
上記エンジンによれば、作業機の無負荷状態を作業機によらずに判定することができるので、エンジンと作業機との間で信号伝達を行う電気系統や、無負荷状態を検知するセンサが不要となり、簡単な構成とすることができる。
また、無負荷判定に基づいて自動で目標回転数を変更し、スロットルバルブの開度を調節するので、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。すなわち、アイドルダウンをさせるために作業者による操作が不要となり、作業効率を向上させることが可能となる。
前記エンジン側の回転数制御工程は、
前記エンジンの目標回転数に対応する作業機の無負荷状態を判断するためのスロットル開度閾値を不揮発性メモリとしての記憶手段に予め記憶する記憶工程と、
前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値を前記記憶手段から読み出し、現在のスロットル開度が前記スロットル開度閾値以下であるか否かを判別する第1の判別工程と、
前記第1の判別工程で前記現在のスロットル開度が前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値以下であると判別された場合に、前記無負荷状態であると判断して、前記目標回転数をローアイドル回転数まで小さくする第1の目標回転数変更工程と、
前記目標回転数に基づいてスロットルバルブの開度を調節する開度調節工程を備え、
作業機の無負荷状態を、エンジン側で判定し、自動でアイドリング運転に切り換えるとともに、さらに、アイドルダウンスイッチによって自動でローアイドル回転数へアイドルダウンさせる工程と、強制アイドルダウンスイッチによってローアイドル回転数におけるスロットル開度閾値を書き換えて、アイドルダウンを強制的に実施させる工程とを備えたことを特徴とする。
また、無負荷判定に基づいて自動で目標回転数を変更し、スロットルバルブの開度を調節するので、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。すなわち、アイドルダウンをさせるために作業者による操作が不要となり、作業効率を向上させることが可能となる。
また、エンジンの経年変化によって無負荷状態の判定基準が変動する場合であっても、無負荷判定の精度を維持することができる。
これにより、アイドリング運転中に作業機に負荷がかかった場合は、アイドリング運転を終了して速やかに通常運転に復帰することができる。
これにより、前記作業機が無負荷状態であることを入力するためのスイッチを用いて、スロットル開度閾値をより適切な値に更新することができる。したがって、エンジンの経年変化によって無負荷状態の判定基準が変動する場合であっても、無負荷判定の精度を維持することができる。
これにより、エンジンが停止しても目標回転数に対応するスロットル開度閾値および学習内容を保存することができる。また、記憶手段として揮発性メモリと不揮発性メモリとを用いることにより、不揮発性メモリの保存回数を低減させることができる。
また、無負荷判定に基づいて自動で目標回転数を変更し、スロットルバルブの開度を調節するので、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。すなわち、アイドルダウンをさせるために作業者による操作が不要となり、作業効率を向上させることが可能となる。
よって、作業機の無負荷状態を作業機によらずに判定し、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。
また、強制アイドルダウンスイッチを用いて、スロットル開度閾値をより適切な値に更新することができる。
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係るエンジンの回転数制御装置の構成ブロック図である。図2は、図1の記憶部に記憶された目標回転数に対応するスロットル開度閾値の一例を示す図である。図3は、作業機が無負荷状態でのエンジンの回転数に対応するスロットル開度の実測値を示す図である。図4は、図1に示すスロットルバルブを有する気化器の縦断面図である。
エンジンの回転数制御装置1は、エンジン20の設定回転数を算出する設定回転数算出部2と、アイドルダウン実施の有無を決定するアイドルダウンスイッチ4と、エンジン20の目標回転数に対応するスロットル開度閾値が記憶される記憶部8と、目標回転数を定める目標回転数決定部16と、エンジン20のエンジン回転数を検出する回転数検出部18と、スロットル開度を演算するスロットル開度演算部12とにより構成される。
通常回転数は、一般的な作業機であれば固定であるが、作業者がスロットル操作により算出することも可能である。
なお、気化器30は、前記スロットルバルブ10と、吸入空気の通路となる吸気通路34と、吸気通路34の下面側に設けられるベンチュリー部36と、ベンチュリー部36に突設するメインノズル32とで構成される。
以下では、アクチュエータとして、回動シャフトの回転角度を制御可能なステッピングモータを例にとって説明する。
図5に示すエンジンの回転数制御では、まず、目標回転数が読み込まれる(ステップ1)。具体的には、設定回転数算出部(図1の符号2)で算出した通常運転時における目標回転数(通常回転数あるいは設定回転数)を読み込む。
ステップ3では、目標回転数がローアイドル回転数であるか否かを判定し、目標回転数がローアイドル回転数であるときはステップ12へ進み、目標回転数がローアイドル回転数でないときはステップ4へ進む。
ステップ4では、記憶部に記憶された無負荷判断用スロットル開度閾値θth_idle(図2参照)が設定回転数におけるアイドル判断閾値として認識される。
ステップ5では、この無負荷判断用スロットル開度閾値θth_idleが現在のスロットル開度θth以上であるか否かを判定する。
ステップ5でθth≦θth_idleを満たすときは、作業機が無負荷状態であると判断し、ステップ6へ進む。
なお、現在のスロットル開度θthに加算する値は、スロットル開度の平均偏差よりも大きい値(α)とする。本実施形態では、スロットル開度の変動幅が2である場合を想定し、アイドリング運転の開始と終了が適切に行われるように、現在のスロットル開度θthに加算する値αを+3とした。ただし、αは整数(α>0)とする。
ステップ7でアイドルダウンスイッチがONである場合は、ステップ8へ進み、アイドルダウンを開始することができる。
アイドルダウンスイッチは、ステップ5の無負荷判断の判断結果とは無関係に、作業者の意思によってONとOFFを切り換えることができる。
ステップ9で、目標回転数=ローアイドル回転数を満たしたら、ステップ10へ進む。
このとき、学習更新が可能な条件、すなわち、目標回転数がローアイドル回転数である且つ目標回転数が安定であることを満たしているものとする。
ステップ13では、記憶部に記憶されるローアイドル無負荷判断用スロットル開度閾値θth_idleがローアイドル回転数におけるアイドル判断閾値として認識される。
θth>θth_idle+4 または、アイドルダウンスイッチがOFF
θth:現在のスロットル開度
θth_idle:ローアイドル回転数におけるアイドル判断閾値
ステップ14で、θth>θth_idle+4を満たさず、かつ、アイドルダウンスイッチがOFFでない場合は、ステップ15へ進み、目標回転数をローアイドル回転数に設定し、ステップ17でPI制御を行い、エンジンはアイドリング運転を維持する。
具体的には、設定回転数算出部、記憶部およびアイドルダウンスイッチの出力によって目標回転数決定部で設定される目標回転数に基づいて、スロットル開度演算部でPI制御を行い、スロットル操作量Δθthを演算する。
ステッピングモータは、スロットル操作量Δθthが小さいときは1−2相励磁制御を行い、スロットル操作量Δθthが大きいときは2相励磁制御を行っている。2相励磁制御は主に加減速磁の励磁方法である。
ステップ19でスロットル開度θthが計算され、ステップ20へ進む。
ステップ20でエンジンが停止状態にない場合は、ステップ1へ戻る。ステップ20でエンジンが停止状態にあるときは、ステップ21へ進み、不揮発性メモリに書き込む。
具体的には、ステップ6およびステップ12で学習更新したスロットル開度閾値を記憶部に記憶する。このようにして学習更新したスロットル開度閾値を記憶することにより、エンジンや作業機の経年変化に基づく無負荷判断の精度を向上させることができる。
また、無負荷判定に基づいて自動で目標回転数を変更し、スロットルバルブ10の開度を調節するので、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。すなわち、アイドルダウンをさせるために作業者による操作が不要となり、作業効率を向上させることが可能となる。
次に、実施形態2に係るエンジンの回転数制御装置及び回転数制御方法について説明する。
図6は、実施形態2に係るエンジンの回転数制御装置の構成ブロック図である。図7及び8は、図6に示す回転数制御装置を用いてエンジンの回転数を制御する手順を示すフローチャートである。
ステップ3では、目標回転数がローアイドル回転数であるか否かを判定し、目標回転数がローアイドル回転数であるときはステップ12へ進み、目標回転数がローアイドル回転数でないときはステップ31へ進む。
しかし、ローアイドル回転数におけるアイドル判断閾値が低すぎる場合は、アイドルダウンを開始してもすぐに作業機が負荷状態であると勝手に判断してアイドリング運転を終了してしまうことも考えられる。
そこで、アイドルダウン強制スイッチ6(図1)を設け、ローアイドル回転数におけるアイドル判断閾値を書き換えて、アイドルダウンを強制的に実施させる。
操作方法としては、一方が継続的にON/OFFを行う操作、もう一方が特殊操作とする。特殊操作とは、例えば、アイドルダウンスイッチ4がOFFの状態が5秒以上続いた後、2秒以内にOFF−ON−OFF−ONの操作を完了し、アイドルダウンスイッチ4が有効となった場合や、アイドルダウンスイッチ4を長押しする場合などが挙げられる。
これにより、アイドルダウンスイッチ4およびアイドルダウン強制スイッチ6の両者の機能を備えた同一のアイドルダウンスイッチを構成することが可能となる。
ステップ33では、現在のスロットル開度θthをローアイドル回転数におけるアイドル判断閾値として学習し、記憶部の無負荷判断用スロットル開度閾値を更新する。
これにより、アイドルダウンを強制的に実施させる。
アイドルダウンを開始すると、ステップ8で少しずつ目標回転数を小さくする。これは、ステップ9で目標回転数がローアイドル回転数であるか否かを判定し、目標回転数がローアイドル回転数となるまで繰り返す。
ステップ9で、目標回転数=ローアイドル回転数を満たしたら、ステップ10へ進む。
ステップ4では、記憶部に記憶された無負荷判断用スロットル開度閾値θth_idle(図2参照)が設定回転数におけるアイドル判断閾値として認識される。
ステップ5では、この無負荷判断用スロットル開度閾値θth_idleが現在のスロットル開度θth以上であるか否かを判定する。
ステップ5でθth≦θth_idleを満たすときは、作業機が無負荷状態であると判断し、ステップ6へ進む。
ステップ7でアイドルダウンスイッチがONである場合は、ステップ8へ進み、アイドルダウンを開始することができる。
アイドルダウンスイッチは、ステップ5の無負荷判断の判断結果とは無関係に、作業者の意思によってONとOFFを切り換えることができる。
また、無負荷判定に基づいて自動で目標回転数を変更し、スロットルバルブ10の開度を調節するので、自動でアイドリング運転に切り換えることができる。すなわち、アイドルダウンをさせるために作業者による操作が不要となり、作業効率を向上させることが可能となる。
2 設定回転数算出部
4 アイドルダウンスイッチ
6 アイドルダウン強制スイッチ
8 記憶部
10 スロットルバルブ
12 スロットル開度演算部
14 スロットル開度調節部
16 目標回転数決定部
18 回転数検出部
20 エンジン
22 作業機
40 回転数制御装置
Claims (11)
- 作業機を駆動するためのエンジンの回転数制御を行うエンジンの回転数制御装置であって、
前記エンジン側に、
前記エンジンの目標回転数に対応するスロットル開度閾値が記憶された記憶手段と、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値を前記記憶手段から読み出し、現在のスロットル開度が前記スロットル開度閾値以下であるか否かを判別する第1の判別手段と、前記第1の判別手段によって前記現在のスロットル開度が前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値以下であると判別された場合に前記作業機が無負荷状態であると判断して、前記目標回転数をローアイドル回転数まで小さくする目標回転数変更手段と、前記目標回転数に基づいてスロットルバルブの開度を調節する開度調節手段とを設け、
作業機の無負荷状態を作業機によらずにエンジン側で判定し、自動でローアイドリング運転に切り換えるように構成し、
さらに、自動でローアイドル回転数へアイドルダウンさせるアイドルダウンスイッチと、ローアイドル回転数におけるスロットル開度閾値を書き換えて、アイドルダウンを強制的に実施させる強制アイドルダウンスイッチとの2種のアイドルダウンスイッチを、別体または操作方法を異ならせた同一のスイッチとして備えたことを特徴とするエンジンの回転数制御装置。 - 前記現在のスロットル開度が前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値以下であると前記第1の判別手段にて判別された場合に、前記目標回転数に対応する前記スロットル開度閾値を、スロットル開度の平均偏差よりも大きい値を前記現在のスロットル開度に加算して得た値に更新する第1の学習手段をエンジン側にさらに備えることを特徴とする請求項1記載のエンジンの回転数制御装置。
- 前記目標回転数が前記ローアイドル回転数となった場合のスロットル開度閾値を第2のスロットル開度閾値とし、前記現在のスロットル開度がスロットル開度の平均偏差よりも大きい値を前記第2のスロットル開度閾値に加算してなる値以上であるか否かを判別する第2の判別手段とをエンジン側にさらに備え、
前記第2の判別手段において、前記現在のスロットル開度が前記スロットル開度の平均偏差よりも大きい値を前記第2のスロットル開度閾値に加算してなる値以上であると判別された場合に、前記目標回転数変更手段は、前記目標回転数を大きくすることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンの回転数制御装置。 - 前記強制アイドルダウンスイッチにより前記作業機が無負荷であることが入力された場合、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値を前記現在のスロットル開度に前記スロットル開度の平均偏差よりも大きい値を加算した値に更新するとともに、前記第2のスロットル開度閾値を前記現在のスロットル開度に更新する第2の学習手段を備えることを特徴とする請求項3に記載のエンジンの回転数制御装置。
- 前記記憶手段は、揮発性メモリであって、
前記揮発性メモリとは別に、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値および前記第2のスロットル開度閾値を記憶する不揮発性メモリを備えることを特徴とする請求項3に記載のエンジンの回転数制御装置。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載されたエンジンの回転数制御装置を備えることを特徴とするエンジン。
- エンジンの回転数と、設定された目標回転数との差に基づいてスロットルバルブの開度をフィードバック制御により調節し、燃料噴射量を増減するエンジンであって、作業機を選択的につなぎ、該作業機を駆動するためのエンジンの回転数制御を行う小型汎用エンジンの回転数制御方法において、
前記エンジン側の回転数制御工程は、
前記エンジンの目標回転数に対応する作業機の無負荷状態を判断するためのスロットル開度閾値を不揮発性メモリとしての記憶手段に予め記憶する記憶工程と、
前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値を前記記憶手段から読み出し、現在のスロットル開度が前記スロットル開度閾値以下であるか否かを判別する第1の判別工程と、
前記第1の判別工程で前記現在のスロットル開度が前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値以下であると判別された場合に、前記無負荷状態であると判断して、前記目標回転数をローアイドル回転数まで小さくする第1の目標回転数変更工程と、
前記目標回転数に基づいてスロットルバルブの開度を調節する開度調節工程を備え、
作業機の無負荷状態を、エンジン側で判定し、自動でアイドリング運転に切り換えるとともに、さらに、アイドルダウンスイッチによって自動でローアイドル回転数へアイドルダウンさせる工程と、強制アイドルダウンスイッチによってローアイドル回転数におけるスロットル開度閾値を書き換えて、アイドルダウンを強制的に実施させる工程とを備えたことを特徴とするエンジンの回転数制御方法。 - 前記現在のスロットルが前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値以下であると第1の判別工程で判別された場合、前記目標回転数に対応する前記スロットル開度閾値を、スロットル開度の平均偏差よりも大きい値を前記現在のスロットル開度に加算して得た値に更新する第1の学習工程を備えることを特徴とする請求項7記載のエンジンの回転数制御方法。
- 前記目標回転数が前記ローアイドル回転数となった場合のスロットル開度閾値を第2のスロットル開度閾値とし、前記現在のスロットル開度がスロットル開度の平均偏差よりも大きい値を前記第2のスロットル開度閾値に加算してなる値以上であるか否かを判別する第2の判別工程と、
前記第2の判別工程において、前記現在のスロットル開度が前記スロットル開度の平均偏差よりも大きい値を前記第2のスロットル開度閾値に加算してなる値以上であると判別された場合に、前記目標回転数変更工程は、前記目標回転数を大きくすることを特徴とする請求項7又は8に記載のエンジンの回転数制御方法。 - 前記強制アイドルダウンスイッチにより前記作業機が無負荷であることが入力された場合、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値を前記現在のスロットル開度に前記スロットル開度の平均偏差よりも大きい値を加算した値に更新し、前記第2のスロットル開度閾値を前記現在のスロットル開度に更新する第2の学習工程を備えることを特徴とする請求項9に記載のエンジンの回転数制御方法。
- 前記記憶工程では、揮発メモリを用いて記憶し、
前記揮発メモリとは別に不揮発性メモリを用いて、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値および前記第2のスロットル開度閾値を記憶することを特徴とする請求項9に記載のエンジンの回転数制御方法。
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