JP6611343B2

JP6611343B2 - 携帯式のエンジン作業機

Info

Publication number: JP6611343B2
Application number: JP2016079686A
Authority: JP
Inventors: 邦淑衞藤; 俊治澤田
Original assignee: Yamabiko Corp
Current assignee: Yamabiko Corp
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-04-12
Also published as: JP2017190697A; US10247165B2; US20170292490A1

Description

本発明は、携帯式のエンジン作業機に関し、さらに詳細には、刈払機、チェーンソー、ヘッジトリマー等の携帯式のエンジン作業機に関する。

携帯式のエンジン作業機の作業者は、内燃エンジンを所定の回転速度で作動させるために、内燃エンジンの音などを聞いてスロットルバルブの開度を決定する場合がある。この時のスロットルバルブが全開であるときもあるし、全開でない（部分開である）ときもある。

かかるエンジン作業機では、スロットルバルブが部分開であるとき、エンジンに供給される空気量が不足したり燃料供給量が不安定になったりすること等により、燃焼を安定化させにくくなるので、エンジン作業機の振動が、スロットルバルブが全開であるときよりも大きくなる傾向がある。スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを判定することができれば、スロットルバルブが部分開であることに起因する振動に対処することが可能になる。

特開２００７−２０９３５６号公報

スロットルバルブの開度を直接検出するセンサを設ければ、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを判定することができる。しかしながら、携帯式のエンジン作業機は、小型化及び軽量化が求められており、また、かかるセンサを設けるとコスト高になる。したがって、センサを設けることなしに、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを判定できることが好ましい。

また、スロットルバルブが全開であるときの内燃エンジンの回転速度が一定であれば、内燃エンジンの回転速度を検出することによって、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを判定することが容易である。しかしながら、スロットルバルブが全開であるときの回転速度は、作業部に取付けられる負荷の大きさによって変化する。例えば、金属製の刈刃（いわゆる、チップソー）を作業部に取付けたときと、ナイロンコードの刈刃を作業部に取付けたときとで、スロットルバルブが全開であるときの回転速度は変化する。また、ナイロンコードの刈刃を作業部に取付けたとき、ナイロンコードの長さが変化し、スロットルバルブが全開であるときの回転速度が、ナイロンコードの長さに応じて変化する。例えば、金属製の刈刃を作業部に取付けたとき、かかる回転速度は、１００００ｒｐｍを超えるのに対し、ナイロンコードが長いとき、かかる回転速度は６０００ｒｐｍであり、ナイロンコードが短いとき、かかる回転速度は８０００ｒｐｍである。その結果、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを、回転速度を検出することによって判定することができない場合がある。

そこで、本発明は、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを、スロットルバルブの開度を直接検出するセンサを用いることなしに判定することができる携帯式のエンジン作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による携帯式のエンジン作業機は、スロットルバルブを有する内燃エンジンと、内燃エンジンのスロットルバルブの開度を調整するスロットル調整装置と、内燃エンジンに設けられた制御装置と、を有し、制御装置は、内燃エンジンの少なくとも１回転ごとの回転速度及び回転速度変動量を検出するように構成され、回転速度変動量が所定の値よりも大きいとき、スロットルバルブが部分開であると判定することを特徴とする。

このように構成されたエンジン作業機では、内燃エンジンのスロットルバルブが部分開であるか全開であるかを、回転速度変動量と所定の値との比較により判定することができる。したがって、スロットルバルブの開度を検出するセンサを用いることなしに、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを判定することができる。

上記エンジン作業機において、回転数変動量は、回転速度変動率であってもよいし、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の最大値であってもよいし、所定の個数の連続する回転の間の、各回転における回転速度の最大値と最小値の差であってもよいし、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の累積量であってもよい。

上記エンジン作業機において、好ましくは、所定の値は、回転速度の帯域ごとに異なっていてもよいし、回転速度が大きくなるにつれて大きくなってもよい。

また、本発明によるエンジン作業機において、好ましくは、制御装置は、スロットルバルブが部分開であると判定した後、内燃エンジンの点火タイミングを遅角させる。

本発明による携帯式のエンジン作業機により、スロットルバルブが部分開であるか全開であるかを、スロットルバルブの開度を直接検出するセンサを用いることなしに判定することができる。

本発明による刈払機の斜視図である。本発明による刈払機の制御装置の概略図である。本発明による刈払機の回転速度と回転速度変動率との関係を示すグラフである。本発明による刈払機の回転速度と連続する５回転の回転速度差の最大値との関係を示すグラフである。基本点火タイミングの一例を示すグラフである。本発明による刈払機の作動例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明による携帯式のエンジン作業機の実施形態である刈払機を説明する。図１に示すように、本発明による刈払機１は、スロットルバルブ２ａを有する内燃エンジン２と、内燃エンジン２のスロットルバルブ２ａの開度を調整するスロットルレバー４と、内燃エンジン２に設けられた制御装置１２（図２参照）と、刈刃を構成する２本のナイロンコード６と、内燃エンジン２の回転をナイロンコード６に伝達する伝達機構部８とを有している。ナイロンコード６の長さは、調整可能である。伝達機構部８は、内燃エンジン２に連結された遠心クラッチ８ａと、遠心クラッチ８ａに連結された伝達シャフト８ｂとを含み、遠心クラッチ８ａは、内燃エンジン２がアイドル回転速度よりも所定量大きいクラッチイン回転速度以上で作動しているときにだけ内燃エンジン２と伝達シャフト８ｂを連結するように構成されている。

図２に示すように、制御装置１２は、クランクシャフト（図示せず）に取付けられたフライホイール１４ａの外周に設けられた１対の磁石１４ｂと、フライホイール１４ａの外周に隣接して配置されたＵ字形の鉄心１４ｃと、鉄心１４ｃの周りに巻かれた入力用コイル１４ｄを有している。また、制御装置１２は、入力用コイル１４ｄに接続された制御回路部１６と、制御回路部１６に接続された１次側コイル１８ａと、点火プラグ１０に接続された２次側コイル１８ｂを有している。制御回路部１６は、プロセッサ（図示せず）を含んでおり、プロセッサは、内燃エンジン２の少なくとも１回転ごとに、回転速度を検出するように構成されている。

また、制御装置１２は、内燃エンジンの少なくとも１回転ごとに、回転速度変動量を検出するように構成されている。回転速度変動量は、例えば、回転速度変動率（変動係数）である。具体的には、回転速度変動率は、所定の個数の連続する回転の間の、各回転における回転速度Ｓとすれば、（Ｓの標準偏差）／（Ｓの平均）×１００で計算される。回転速度変動量の他の例は、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の最大値である。回転速度変動量の他の例は、所定の個数の連続する回転の間の、各回転における回転速度の最大値と最小値の差である。回転速度変動量の他の例は、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の累積量である。

また、制御装置１２は、ピストンの上死点位置に対する点火プラグ１０の点火タイミングを設定することが可能である。本明細書において、点火タイミングを、ＢＴＤＣ角度（上死点位置前のクランクシャフトの角度）で表す。

図３は、内燃エンジン２の回転速度を変化させたときの、回転速度変動率の変化を示すグラフであり、本願発明者が、実験により得たデータである。図３において、線２０は、刈刃が円盤形のブレードである場合を示し、線２２は、刈刃が比較的短いナイロンコード６である場合を示し、線２４は、刈刃が比較的長いナイロンコード６である場合を示している。線２０、２２、２４の右端の黒い点で示すように、スロットルバルブ２ａが全開であるとき、回転速度は、線２０、２２、２４の順に小さくなっている。また、線２０、２２、２４の各々において、スロットルバルブ２ａの開度を全開から小さくしていくと（回転速度を低くしていくと）、回転速度変動率が大きくなる傾向があることを、本願発明者は見出した。

図４は、内燃エンジン２の回転速度を変化させたとき、５つの連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の最大値の変化を示すグラフであり、本願発明者が、実験により得たデータである。図４において、線３０は、刈刃が円盤形のブレードである場合を示し、線３２は、刈刃が比較的短いナイロンコード６である場合を示し、線３４は、刈刃が比較的長いナイロンコード６である場合を示している。線３０、３２、３４の右端の黒い点で示すように、スロットルバルブ２ａが全開であるとき、上記回転速度の差の最大値は、線３０、３２、３４の順に小さくなっている。また、線３０、３２、３４の各々において、スロットルバルブ２ａの開度を全開から小さくしていくと（回転速度を低くしていくと）、上記回転速度の差の最大値が大きくなる傾向があることを、本願発明者は見出した。

また、内燃エンジン２の回転速度を変化させたとき、所定の個数の連続する回転の間の、各回転における回転速度の最大値と最小値の差も、図３及び図４と同様の傾向があることを、本願発明者は見出した。また、内燃エンジン２の回転速度を変化させたとき、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の累積量も、図３及び図４と同様の傾向があることを、本願発明者は見出した。

回転速度変動量が所定の値よりも小さいとき、制御装置１２のプロセッサは、スロットルバルブ２ａが全開であると判定する。所定の値は、例えば、線２６、３６で定められる値である。線２６、３６は、回転速度の帯域（例えば、８５００〜９５００ｒｐｍ、９５００〜１０５００ｒｐｍ、１０５００ｒｐｍ以上）ごとに異なる値を定めている。また、変形例における所定の値は、線２８、３８で定められる値である。線２８、３８は、回転速度が大きくなるにつれて単調に大きくなる。線２８、３８は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。

なお、上述した回転速度変動量は、内燃エンジン２の回転速度が定常状態にあるときに測定されたものである。スロットルのバルブ２ａの開度の変化により、内燃エンジン２が加速状態又は減速状態にある場合、回転速度変動量は、線２９、３９で示す加減速判定閾値よりも大きい値になる。

次に、本発明による刈払機の作動を説明する。

制御装置１２のプロセッサは、１対の磁石１４ｂによって誘導される入力用コイル１４ｄの電流から、内燃エンジン２の１回転ごとに、回転速度を検出するように構成されている。また、制御装置１２のプロセッサは、内燃エンジンの１回転ごとに、上述した回転速度変動量を計算するように構成されている。

また、制御装置１２のプロセッサは、点火プラグ１０を、図５の線４２で示す基本点火タイミングで作動させるように構成されている。基本点火タイミングは、比較的遅い回転速度では、進角量の小さい点火タイミングであり（約１０度）、比較的速い回転速度では、進角量の大きい点火タイミングである（約２０度〜約２５度）。

図６に示すフローチャートに従って、Ｓ１において、内燃エンジン２の回転速度が、クラッチイン回転速度に所定量の回転速度を加えた制御回転速度よりも大きいか否かを判定する。

Ｓ１における判定がＮＯである場合、内燃エンジン２の回転速度が、不快な振動を生じさせないアイドル回転速度付近であり、Ｓ７に示すように、内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させる。

Ｓ１における判定がＹＥＳである場合、Ｓ２において、加速又は減速を行っているか否かを判定する。加速又は減速を行っているか否かは、例えば、回転速度変動量が加減速判定閾値以上であるか否かによって判定する。また、他の例では、回転速度が所定の閾値速度よりも小さくなったとき、又は、連続するｎ回の回転における回転速度の平均が、その前の平均よりも所定の回転速度だけ減少したとき、又は、連続するｎ回の回転における回転速度が所定の回転速度減少したとき、減速状態にあると判定する。また、連続するｎ回の回転における回転速度の平均が、その前の平均よりも所定の回転速度だけ増大したとき、又は、連続するｎ回の回転における回転速度が所定の回転速度増大したとき、加速状態にあると判定する。

Ｓ２における判定がＹＥＳである場合、内燃エンジン２が加速状態又は減速状態にあり、Ｓ７に示すように、内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させる。

Ｓ２における判定がＮＯである場合、内燃エンジン２の回転速度が定常状態にあり、Ｓ３において、スロットルバルブ２ａが部分開か全開かを判定する。具体的には、回転速度変動量が、全開判定閾値以上であるか否かを判定する。

Ｓ３における判定がＮＯである場合、スロットルバルブ２ａが全開であり、Ｓ８に示すように、内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させる。

Ｓ３における判定がＹＥＳである場合、スロットルバルブが部分開であり、Ｓ４において、内燃エンジン２を基本点火タイミングよりも遅い遅角点火タイミング（図５の線４４）で作動させる。

次いで、Ｓ５及びＳ９において、Ｓ２と同様の仕方で、加速又は減速を行っているか否かを判定する。

Ｓ９における判定がＮＯである場合、加速状態又は減速状態になく、内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させたままにする。Ｓ９における判定がＹＥＳである場合、加速状態又は減速状態にあり、制御を終了する（内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させたままにする）。制御を終了しないで、Ｓ１に戻ってもよい。

Ｓ５における判定がＮＯである場合、加速状態又は減速状態になく、内燃エンジン２を遅角点火タイミングで作動させたままにする。Ｓ５おける判定がＹＥＳである場合、加速状態又は減速状態にあり、Ｓ６において、内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させ、制御を終了する（内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させたままにする）。制御を終了しないで、Ｓ１に戻ってもよい。

Ｓ３において、スロットルバルブ２ａの開度を直接的に検出するためのセンサなどを追加することなく、スロットルバルブ２ａが部分開であるか全開であるかを判定することができ、刈払機１の運転状態を的確に把握することができる。

Ｓ８において、スロットルバルブ２ａが全開の状態で、草刈作業等を行うことを想定している。したがって、Ｓ９において明確な加速又は減速を検出しない限り、点火プラグ１０を草刈作業に適した基本点火タイミングを作動させることが好ましい。

また、上記制御において、刈払機１の作業前や作業中における加速状態、及び、Ｓ３においてスロットルバルブ２ａが全開であると判定したとき（全開高速運転中であるとき）、内燃エンジン２を基本点火タイミングで作動させて、加速時及び高速時の作業者のフィーリングを良好にしている。また、Ｓ３において、スロットルバルブ２ａが部分開であると判定したとき、内燃エンジン２の燃焼変動による回転変動及びそれに伴う不快な振動を低減すべく、内燃エンジン２を、遅角点火タイミングで作動させている。

従来の刈払機では、内燃エンジンを基本点火タイミングだけで制御しており、また、従来の基本点火タイミングでは、進角量の小さい点火タイミングから進角量の大きい点火タイミングへの切替え回転速度が比較的高かった（図５の線４２’）。これは、中間回転領域（例えば、４０００〜６０００ｒｐｍ）において、加速性能よりも振動の低減を優先させることによる防振フィーリングを確保するためである。

これに対して、本実施形態では、進角量の小さい点火タイミングから進角量の大きい点火タイミングへの切替え回転速度を比較的低くすることができ（例えば、３０００〜４０００ｒｐｍ）、中間回転領域において、良好な加速フィーリングと良好な防振フィーリングを両立させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

上記実施形態では、刈払機の実施形態を説明したけれども、本発明による携帯式のエンジン作業機は、チェーンソー、ヘッジトリマー、パワーブロワ（送風機）等のエンジン作業機であってもよい。

１刈払機（携帯式のエンジン作業機）
２内燃エンジン
２ａスロットルバルブ
４スロットルレバー（スロットル調整装置）
１２制御装置

Claims

携帯式のエンジン作業機（１）であって、
スロットルバルブ（２ａ）を有する内燃エンジン（２）と、
前記内燃エンジン（２）のスロットルバルブ（２ａ）の開度を調整するスロットル調整装置（４）と、
前記内燃エンジン（２）に設けられた制御装置（１２）と、を有し、
前記制御装置（１２）は、前記内燃エンジン（２）の少なくとも１回転ごとの回転速度及び回転速度変動量を検出するように構成され、前記回転速度変動量が所定の値（２６、２８）よりも大きいとき、前記スロットルバルブ（２ａ）が部分開であると判定することを特徴とするエンジン作業機（１）。
前記回転数変動量は、回転速度変動率、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の最大値、所定の個数の連続する回転の間の、各回転における回転速度の最大値と最小値の差、又は、所定の個数の連続する回転の間の、連続する２つの回転の回転速度の差の累積量であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン作業機（１）。
前記所定の値（２６）は、前記回転速度の帯域ごとに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン作業機（１）。
前記所定の値（２６、２８）は、前記回転速度が大きくなるにつれて大きくなることを特徴とする請求項１に記載のエンジン作業機（１）。
前記制御装置（１２）は、前記スロットルバルブ（２ａ）が部分開であると判定した後、前記内燃エンジン（２）の点火タイミングを遅角させることを特徴とする請求項１〜４に記載のエンジン作業機（１）。