JP6815260B2 - エンジンシステム - Google Patents
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Description
燃料を収容する燃料タンクと、
内燃エンジンと、
前記内燃エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記内燃エンジンを始動するリコイルスターターと、
前記発電機により生成された電力により動作する制御部と、
前記発電機により生成された電力により動作し、かつ、前記制御部により制御され、前記内燃エンジンに燃料を供給するインジェクタと、
前記発電機により生成された電力により動作し、かつ、前記制御部により制御され、前記燃料タンクに収容されている燃料を前記インジェクタに供給する燃料ポンプと、
前記内燃エンジンにおいて圧縮された前記燃料に点火する点火装置と、
前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給する電力線と、
前記電力線に設けられたスイッチであって、前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給するときはオフからオンに切り替えられ、前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給しないときはオンからオフに切り替えられるスイッチと、
前記内燃エンジンの回転数を検知する検知部と
を有し、
前記制御部は、前記リコイルスターターによる前記内燃エンジンの始動期において、前記回転数に基づき前記内燃エンジンが自立回転可能かどうかを判定し、前記内燃エンジンが自立回転可能でなければ前記スイッチをオフのままにして前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給しないことで前記リコイルスターターにかかる荷重を軽減し、前記内燃エンジンが自立回転可能であれば前記スイッチをオフからオンに切り替えて前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給することを特徴とするバッテリーレスのエンジンシステムが提供される。
図1はバッテリーレスのエンジンシステム100を示す概略図である。エンジンシステム100は電子燃料噴射制御システムと呼ばれてもよい。内燃エンジン1は4ストローク式のエンジンである。クランクケース2にはクランクシャフト19が収容されている。クランクシャフト19が回転することでコンロッド3に連結されたピストン4をシリンダ内で上下運動させる。クランクシャフト19には内燃エンジン1を始動するためのリコイルスターター5が連結されている。リコイル操作者はリコイルスターター5の把手を掴んで引っ張ることでクランクシャフト19を回転させる。クランクシャフト19には発電機6が連結されており、クランクシャフト19が回転することで発電機6のローターが回転して発電する。クランクシャフト19のクランク角はクランク角センサー7によって検知される。クランク角センサー7は、たとえば、クランクシャフト19に連結されたフライホイールに設けられたマグネットの磁気を検知するホール素子などであってもよい。電源回路8は発電機6により生成された交流を直流に変換する回路や、直流電圧のレベルを変換する回路などを有している。電源回路8は発電機6により生成された電力を制御部9に供給する。なお、リコイルスターター5によってクランクシャフト19が回転すると、発電機6は制御部9が動作するのに十分な電力を発生する。制御部9はエンジン制御ユニット(ECU)であり、電源回路8から点火装置11、燃料ポンプ14、インジェクタ15およびスロットルモータ16などに供給する電力を制御する。点火装置11は、点火プラグ12に火花放電させるための点火電力を供給する。燃料タンク13は燃料を収容する容器である。燃料ポンプ14は燃料タンク13に収容されている燃料をインジェクタ15に供給するポンプである。図1において燃料ポンプ14は燃料タンク内に設けられている。スロットルモータ16は空気流入量を制御するためのモータである。吸気バルブ17はクランクシャフト19の回転運動を上下運動に変換するカム等によって開閉するバルブである。吸気バルブ17は吸気行程において開き、圧縮行程、膨張行程および排気行程では基本的に閉じている。排気バルブ18はクランクシャフト19の回転運動を上下運動に変換するカム等によって開閉するバルブである。排気バルブ18は排気行程において開き、圧縮行程、膨張行程および吸気行程においては基本的に閉じている。排気から吸気への遷移をスムーズにするために、吸気バルブ17と排気バルブ18とが同時に開く期間が設けられてもよい(オーバーラップ)。
図2はクランク角センサー7が出力するパルス信号Cr、内燃エンジン1の回転数Rおよび点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14の消費電力Pwとの関係を示している。T1はリコイル操作の初期を示している。経験的にT1において操作者は荷重に対して敏感である。T2はリコイル操作の中期および終了期を示している。経験的にT2において操作者は荷重に鈍感になっている。T3はリコイル操作が終了し、内燃エンジン1が慣性モーメントにより回転している期間を示している。T3ではリコイル操作が終了しているため、操作者は荷重を感じない。
<制御部と電源回路>
図3は制御部9の機能と電源回路8の機能を示している。制御部9において回転数演算部21はクランク角センサー7から出力されるパルス信号の間隔に基づき回転数を演算して取得する。クランク角センサー7はクランクシャフト19が30度回転するごとに9個のパルスを出力し、その後120度回転する間はパルスを出力しない。とりわけ、前者のパルスに着目すると、クランクシャフト19の回転数が上昇すると、パルス間隔が短くなって行く。このパルス間隔はクランクシャフト19が30度回転するのに要した時間を表している。したがって、回転数演算部21はタイマーやカウンタを用いてパルス間隔tを測定し、(360度÷30度)÷tを演算することで回転数Rを取得する。判定部20は、回転数Rに基づき内燃エンジン1が自立回転可能なかどうかを判定する。回転数比較部27は回転数Rと閾値Rthとを比較し、回転数Rが閾値Rth以上かどうかを判定する。判定部20は、回転数Rが閾値Rth以上であれば内燃エンジン1が自立回転可能と判定して通電許可信号を出力してもよい。または、判定部20は、回転数Rが閾値Rth未満であれば内燃エンジン1が自立回転不可能と判定して通電許可信号を出力しない(あるいは通電不許可信号を出力する)。点火制御部23は判定部20が通電許可信号を出力すると、点火装置11への通電を開始し、判定部20が通電許可信号を出力していなければ、点火装置11への通電を実行しない。インジェクタ制御部24は判定部20が通電許可信号を出力すると、インジェクタ15への通電を開始し、判定部20が通電許可信号を出力していなければ、インジェクタ15への通電を実行しない。ポンプ制御部25は判定部20が通電許可信号を出力すると、燃料ポンプ14への通電を開始し、判定部20が通電許可信号を出力していなければ、燃料ポンプ14への通電を実行しない。なお、メモリ26は閾値Rthなどを記憶している。メモリ26はRAMやROMなどを含む記憶装置である。通電の開始は、電源回路8から点火装置11、インジェクタ15、燃料ポンプ14への電力線に設けられたリレーや半導体スイッチなどのスイッチをオフからオンに切り替えることで実現される。たとえば、このスイッチは電源回路8の内部に設けられ、かつ、点火装置11、インジェクタ15、燃料ポンプ14のそれぞれに対して設けられる。
図4は始動期における電力制御を示すフローチャートである。制御部9は電源回路8を通じて発電機6により生成された電力の供給を受けて起動すると、以下の処理を実行する。
・S401で制御部9の回転数演算部21はタイマーやカウンタを用いてパルス間隔tを測定する。なお、タイマーやカウンタはパルス間隔tの検知部または測定部として回転数演算部21の外側に設けられてもよい。
・S402で制御部9の回転数演算部21は測定されたパルス間隔tに基づき回転数Rを演算する。なお、図3が示すように、1番目のパルスから9番目のパルスまでにおいて隣り合ったパルスのパルス間隔tはほぼ同じであるが、9番目のパルスと10番目のパルス(二周期目の1番目のパルス)との間のパルス間隔は極端に長い。そのため、回転数演算部21は極端に長いパルス間隔を除外して回転数Rを算出する。
・S403で制御部9の回転数比較部27は、演算により取得された回転数Rがメモリ26から読み出された閾値Rth以上かどうかを判定する。回転数Rが閾値Rth未満であれば内燃エンジン1は自立回転可能ではないため、回転数比較部27はS401に戻り、次のパルス間隔tを測定する。一方で、回転数Rが閾値Rth以上であれば内燃エンジン1は自立回転可能なため、回転数比較部27はS404に進む。
・S404で制御部9は点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14への通電(電力供給)を開始する。
<制御部と電源回路>
実施例1では回転数Rに基づいて点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14への通電(電力供給)を開始するかどうかが判定されていた。実施例2ではパルス間隔tから取得された内燃エンジン1の加速度が閾値未満かどうかに基づいて点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14への通電(電力供給)を開始するかどうかが判定される。一般には操作者はリコイルスターター5の把手を握って一気に引っ張る。また、把手に接続されたケーブル(紐)の長さは一定の長さであるため、クランクシャフト19の加速度は途中で減少を開始する。図2によればほぼ操作の開始から一定の加速度が継続し、回転数Rが閾値Rthに達したころには加速度が低下し始めている。したがって、クランクシャフト19の加速度に基づき、内燃エンジン1が自立回転可能かどうかまたは点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14への通電(電力供給)を開始すべきかどうかを判定できる。
図6は始動期における電力制御を示すフローチャートである。制御部9は電源回路8を通じて発電機6により生成された電力の供給を受けて起動すると、以下の処理を実行する。
・S601で制御部9の加速度演算部22はタイマーやカウンタを用いてパルス間隔tを測定する。なお、タイマーやカウンタはパルス間隔tの検知部または測定部として加速度演算部22の外側に設けられてもよい。
・S602で制御部9の加速度演算部22は測定されたパルス間隔tに基づき加速度aを演算する。回転数演算部21が検知した回転数に基づき加速度が演算されてもよい。図2が示すように、1番目のパルスから9番目のパルスまでにおいて隣り合ったパルスのパルス間隔tはほぼ同じであるが、9番目のパルスと10番目のパルス(二周期目の1番目のパルス)との間のパルス間隔は極端に長い。そのため、加速度演算部22は極端に長いパルス間隔を除外して加速度aを算出する。
・S603で制御部9の加速度比較部28は、演算により取得された加速度aがメモリ26から読み出された規定加速度ath未満であるかどうかを判定する。加速度aが規定加速度ath未満でなければ(つまり、加速度aが規定加速度ath以上であれば)、加速度比較部28はS601に戻り、次のパルス間隔tを測定する。一方で、加速度aが規定加速度ath未満となれば(加速度aが規定加速度ath以上でなくなれば)、加速度比較部28はS604に進む。
・S604で制御部9は点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14への通電(電力供給)を開始する。
<制御部と電源回路>
実施例3では回転数Rと加速度aとの両方を考慮して電力供給の可否が決定される。図7は制御部9の機能と電源回路8の機能を示している。図7において図3、図5と共通する事項には同一の参照番号が付与されている。総合判定部29は、回転数Rが閾値Rth未満であるか、または、加速度aが規定加速度ath以上であるかを判定する。回転数Rが閾値Rth未満であるか、または、加速度aが規定加速度ath以上であれば、制御部9は、点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14に発電機6からの電力を供給しない。一方で、回転数Rが閾値Rth以上となり、かつ、加速度aが規定加速度ath未満であれば、制御部9は、点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14に発電機6からの電力を供給する。
図8は始動期における電力制御を示すフローチャートである。制御部9は電源回路8を通じて発電機6により生成された電力の供給を受けて起動すると、以下の処理を実行する。すでに説明済みの工程については簡潔に説明される。
・S801で制御部9の回転数演算部21はタイマーやカウンタを用いてパルス間隔tを測定する。
・S802で制御部9の回転数演算部21は回転数Rを演算する。
・S803で制御部9の加速度演算部22は加速度aを演算する。
・S804で制御部9の回転数比較部27は回転数Rが閾値Rth以上かどうかを判定する。回転数Rが閾値Rth以上でなければ、制御部9はS801に戻る。一方で、回転数Rが閾値Rth以上であれば、制御部9はS805に進む。
・S805で制御部9の加速度比較部28は加速度aが規定加速度ath未満であるかどうかを判定する。加速度aが規定加速度ath未満でなければ(加速度aが規定加速度ath以上であれば)、加速度比較部28はS801に戻る。一方で、加速度aが規定加速度ath未満となれば(加速度aが規定加速度ath以上でなくなれば)、加速度比較部28はS806に進む。
・S806で制御部9は点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14への通電(電力供給)を開始する。
本実施例によれば、エンジンシステム100は、燃料を収容する燃料タンク13と、内燃エンジン1と、内燃エンジン1により駆動されて発電する発電機6と、内燃エンジン1を始動するリコイルスターター5と、発電機6により生成された電力により動作する制御部9と、発電機6により生成された電力により動作し、かつ、制御部9により制御され、内燃エンジン1に燃料を供給するインジェクタ15と、発電機6により生成された電力により動作し、かつ、制御部9により制御され、燃料タンク13に収容されている燃料をインジェクタ15に供給する燃料ポンプ14と、内燃エンジン1において圧縮された燃料に点火する点火装置11と、内燃エンジン1の回転数Rを検知する検知部とを有する。クランク角センサー7などは内燃エンジン1の回転数Rを検知する検知部の一例である。制御部9は、リコイルスターター5による内燃エンジン1の始動期において、回転数Rに基づき内燃エンジン1が自立回転可能なかどうかを判定する。制御部9は、内燃エンジン1が自立回転可能でなければ点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14に発電機6からの電力を供給しない。また、制御部9は、内燃エンジン1が自立回転可能であれば点火装置11、インジェクタ15および燃料ポンプ14に発電機6からの電力を供給する。これにより内燃エンジン1の始動時にリコイル操作者が感じる荷重を軽減することが可能となる。
Claims (6)
- 燃料を収容する燃料タンクと、
内燃エンジンと、
前記内燃エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記内燃エンジンを始動するリコイルスターターと、
前記発電機により生成された電力により動作する制御部と、
前記発電機により生成された電力により動作し、かつ、前記制御部により制御され、前記内燃エンジンに燃料を供給するインジェクタと、
前記発電機により生成された電力により動作し、かつ、前記制御部により制御され、前記燃料タンクに収容されている燃料を前記インジェクタに供給する燃料ポンプと、
前記内燃エンジンにおいて圧縮された前記燃料に点火する点火装置と、
前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給する電力線と、
前記電力線に設けられたスイッチであって、前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給するときはオフからオンに切り替えられ、前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給しないときはオンからオフに切り替えられるスイッチと、
前記内燃エンジンの回転数を検知する検知部と
を有し、
前記制御部は、前記リコイルスターターによる前記内燃エンジンの始動期において、前記回転数に基づき前記内燃エンジンが自立回転可能かどうかを判定し、前記内燃エンジンが自立回転可能でなければ前記スイッチをオフのままにして前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給しないことで前記リコイルスターターにかかる荷重を軽減し、前記内燃エンジンが自立回転可能であれば前記スイッチをオフからオンに切り替えて前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給することを特徴とするバッテリーレスのエンジンシステム。 - 前記制御部は、前記リコイルスターターによる前記内燃エンジンの始動期において、前記回転数が、前記内燃エンジンが自立回転可能な規定回転数以上になるまでは前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給せず、前記回転数が前記規定回転数以上になると前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給することを特徴とする請求項1に記載のバッテリーレスのエンジンシステム。
- 前記制御部は、前記リコイルスターターによる前記内燃エンジンの始動期において、前記検知部により検知された前記回転数が増加している間は前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給せず、前記回転数の増加が終了すると前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給することを特徴とする請求項1に記載のバッテリーレスのエンジンシステム。
- 前記制御部は、前記リコイルスターターによる前記内燃エンジンの始動期において、前記検知部により検知された前記回転数から加速度を求め、当該加速度が規定加速度以上であるときは、前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給せず、当該加速度が規定加速度以上でなくなると、前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給することを特徴とする請求項1に記載のバッテリーレスのエンジンシステム。
- 前記制御部は、前記検知部により検知された前記回転数から加速度を求め、前記回転数が、前記内燃エンジンが自立回転可能な規定回転数未満であるか、または、当該加速度が規定加速度以上であれば、前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給せず、前記回転数が、前記内燃エンジンが自立回転可能な規定回転数以上となり、かつ、当該加速度が規定加速度未満であれば、前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給することを特徴とする請求項1に記載のバッテリーレスのエンジンシステム。
- 燃料を収容する燃料タンクと、
内燃エンジンと、
前記内燃エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記内燃エンジンを始動するリコイルスターターと、
前記発電機により生成された電力により動作する制御部と、
前記発電機により生成された電力により動作し、かつ、前記制御部により制御され、前記内燃エンジンに燃料を供給するインジェクタと、
前記発電機により生成された電力により動作し、かつ、前記制御部により制御され、前記燃料タンクに収容されている燃料を前記インジェクタに供給する燃料ポンプと、
前記内燃エンジンにおいて圧縮された前記燃料に点火する点火装置と、
前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給する電力線と、
前記電力線に設けられたスイッチであって、前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給するときはオフからオンに切り替えられ、前記発電機により生成された電力を前記インジェクタ、前記燃料ポンプおよび前記点火装置に供給しないときはオンからオフに切り替えられるスイッチと、
前記内燃エンジンの回転数を検知する検知部と
を有し、
前記制御部は、前記リコイルスターターの操作開始から、前記回転数が、前記内燃エンジンが自立回転可能な規定回転数以上になるまでの期間において前記スイッチをオフのままにして前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力を供給しないことで前記リコイルスターターにかかる荷重を軽減し、前記回転数が前記規定回転数以上になった後に前記スイッチをオフからオンに切り替えて前記点火装置、前記インジェクタおよび前記燃料ポンプに前記発電機からの電力の供給を開始することを特徴とするバッテリーレスのエンジンシステム。
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