JP7487091B2 - ハンチング検知装置及びハンチング検知方法 - Google Patents

Description

本開示は、気化器を備えるエンジンのハンチングを検知するためのハンチング検知装置及びハンチング検知方法に関する。

エンジンの始動時にチョークバルブの開度を制御して空燃比を調整するように構成されたオートチョーク装置が提案されている。例えば、特許文献１には、エンジン始動時のエンジン温度を代表する温度情報を用いてチョークバルブの開度を決定するオートチョーク装置が開示されている。エンジン温度には、潤滑油温度、シリンダヘッド温度、冷却水温度等が使用されている。

特開２００５－２５６７５７号公報

ところで、気化器を備えるタイプのエンジンでは、気化器（キャブレター）から燃料が供給される。この場合、低温環境では、吸入空気の密度が上がることで相対的に燃料が不足する場合がある。結果、燃焼が不安定になったり、失火を繰り返してエンジンの回転数が安定しなくなり、ガバナが正しくスロットル制御を行えないため、ハンチングが発生する。

エンジンには、電子式の回転数制御装置又は機械式の回転数制御装置が設けられる。機械式の回転数制御装置は、エンジンの回転数を遠心力で抽出して、回転数が高ければスロットルを自動的に閉じて、回転数が低ければスロットルを自動的に開いて回転数を一定に保つように構成されたガバナを含む。このような機械式の回転数制御装置では、特にハンチングが発生しやすい。

ハンチングは空燃比を下げることで抑えられ（すなわち回転数が安定しやすくなり）、さらに暖機運転を継続すれば収束することが知られている。しかし、ハンチングは故障と誤認される場合があるため、ハンチングを短時間で抑制できなければ商品価値が低下する。特許文献１には、ハンチングを検知するための構成やハンチングを短時間で抑制するための構成が開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本開示は、気化器を備えるエンジンのハンチングを検知することが可能なハンチング検知装置及びハンチング検知方法を提供することを目的とする。

本開示に係るハンチング検知装置は、
気化器を備えるエンジンのハンチングを検知するためのハンチング検知装置であって、
温度センサが計測した外気温度と前記エンジンの回転数とを取得するように構成された取得部と、
前記外気温度が第１基準値以下で前記回転数の変動状態が検出された場合に前記ハンチングを検知するように構成された検知部と、
前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、を備え、
前記開度制御部は、前記検知部が前記ハンチングを検知した場合には、前記チョークバルブの開度を小さくするための閉鎖制御を実行する。

本開示に係るハンチング検知方法は、
気化器を備えるエンジンのハンチングを検知するためのハンチング検知方法であって、
温度センサが計測した外気温度と前記エンジンの回転数とを取得するステップと、
前記外気温度が第１基準値以下で前記回転数の変動状態が検出された場合に前記ハンチングを検知するステップと、
前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御して、前記検知するステップで前記ハンチングを検知した場合には、前記チョークバルブの開度を小さくするための閉鎖制御を実行するステップと、
を含む。

本開示によれば、気化器を備えるエンジンのハンチングを検知することが可能なハンチング検知装置及びハンチング検知方法を提供することができる。

一実施形態に係るハンチング検知装置を備えるエンジンの全体構成を例示する概略図である。 一実施形態に係るハンチング検知装置の構成を概略的に示すブロック図である。 一実施形態に係るハンチング検知装置がハンチングを検知しない場合の回転数の時間的変化の一例を示す概念図である。 一実施形態に係るハンチング検知装置がハンチングを検知する場合の回転数の時間的変化の一例を示す概念図である。 一実施形態に係るハンチング検知装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（エンジンの全体構成）
図１は、一実施形態に係るハンチング検知装置１００を備えるエンジン１の全体構成を例示する概略図である。エンジン１は、小型農機具、草刈り機、田植え機、耕運機等の作業機械のエンジンであってもよいし、車両のエンジンであってもよい。

図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッドには、エンジン１に点火するための点火プラグ３と、吸気量及び排気量を調整するための吸気弁４及び排気弁５とが設けられる。エンジン１は、エンジン１の回転数を検出するように構成された回転数検出センサ２０と、外気温度を計測するための温度センサ１０と、を備える。幾つかの実施形態では、エンジン１は、例えば図１に示すように、点火コイル１３の温度を計測するための温度センサ２をさらに備える。

幾つかの実施形態では、回転数検出センサ２０は、点火コイル１３の一次線信号に基づいて、回転数を検出する。点火コイル１３の一次線信号は、通電による信号ではなく、一回転ごとに発生する火花に基づくパルス信号である。なお、回転数検出センサ２０は、点火コイル１３の一次線信号ではなく、インバータから得られる信号に基づいて回転数を検出するように構成されてもよい。なお、回転数検知センサ２００はハンチング検知の精度を向上させることが目的であるため、コストとの兼ね合いから、これを設けないことも可能である。

また、幾つかの実施形態では、エンジン１は、例えば図１に示すように、エンジン１の回転数に応じてスロットル（スロットルバルブ８）を開閉動作するように構成された回転数制御装置３０をさらに備える。回転数制御装置３０は、エンジン１の回転数に応じた遠心力を利用する機械式の回転数制御装置であってもよいし、インバータ及びモータを備える電子式の回転数制御装置であってもよい。回転数制御装置３０は、回転数が高ければスロットルを自動的に閉じて、回転数が低ければスロットルを自動的に開くことで回転数を一定に維持するように構成されたガバナを含む。

吸気弁４が設けられた吸気管６には、気化器（キャブレター）７が接続される。気化器７は下流側に配置されたスロットルバルブ８と、その上流に配置されたチョークバルブ９とを備える。気化器７には空気と燃料（不図示）が供給される。エンジン１の吸気通路に設けられたチョークバルブ９は、ステッピングモータ１１によって開閉駆動される。

図１に示すように、エンジン１は、エンジン１で駆動されることによって交流を発生するように構成された発電機１２に連結されていてもよい。エンジン１のクランク軸には手動始動のためのリコイルスタータ（図示せず）を連結されてもよい。

ハンチング検知装置１００は、エンジン１のハンチングを検知するため装置である。ハンチング検知装置１００は、オートチョーク装置であってもよいし、オートチョーク装置と通信可能な装置であってもよい。幾つかの実施形態では、ハンチング検知装置１００は、ステッピングモータ１１を駆動して、適度な空燃比が得られるようにチョークバルブ９の開度を制御する。

（ハンチング検知装置の構成）
以下、ハンチング検知装置１００の構成について説明する。ハンチング検知装置１００は、例えば、プロセッサを含む中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、及びＩ／Ｏインターフェイス等を備え、マイクロコンピュータとして構成される。

図２は、一実施形態に係るハンチング検知装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、ハンチング検知装置１００は、外気温度とエンジン１の回転数とを取得するように構成された取得部１１０と、ハンチングを検知するように構成された検知部１２０と、チョークバルブ９の開度を制御するように構成された開度制御部１３０とを備える。

取得部１１０は、温度センサ１０が計測した外気温度を温度センサ１０から取得する。また、取得部１１０は、回転数検出センサ２０が計測したエンジン１の回転数を回転数検出センサ２０から取得する。

検知部１２０は、取得部１１０が取得した外気温度が第１基準値以下で、かつ取得部１１０が取得したエンジン１の回転数において変動状態が検出された場合にエンジン１のハンチングを検知する。第１基準値は、低温環境を推定可能な温度基準値に設定され、例えば、－５℃以上１０℃以下の範囲内の温度に設定される。

開度制御部１３０は、例えば、ステッピングモータ１１への入力パルス数を制御することによってチョークバルブ９の開度を制御する。幾つかの実施形態では、開度制御部１３０は、検知部１２０がハンチングを検知した場合には、チョークバルブ９の開度を小さくするための閉鎖制御を実行する。幾つかの実施形態では、開度制御部１３０は、閉鎖制御の実行時から所定時間が経過した場合又は点火コイル１３の温度が第２基準値に達した場合に、閉鎖制御を解除してチョークバルブ９の開度を大きくする。第２基準値は、例えば、３０℃以上３５℃以下の範囲内の温度に設定される。

なお、ハンチング検知時の制御は、チョークバルブ９の開度制御に限られない。例えば、ハンチング検知時の制御は、燃料供給量の制御であってもよい。すなわち、ハンチング検知装置１００は、チョークバルブ９以外の装置を制御して空燃比を調整し、ハンチングを抑制するように構成されてもよい。

図３Ａは、一実施形態に係るハンチング検知装置１００がハンチングを検知しない場合の回転数の時間的変化の一例を示す概念図である。図３Ｂは、一実施形態に係るハンチング検知装置１００がハンチングを検知する場合の回転数の時間的変化の一例を示す概念図である。図３Ａと図３Ｂを比較すると、図３Ａでは回転数の変動が大きいのに対し、図３Ｂでは回転数の変動が小さいことがわかる。しかし、回転数の変動状態を検出するためには、判別基準が必要である。

そこで、例えば、検知部１２０は、回転数の第１時間における変化において所定量以上の変動が所定回数以上発生したことを条件として変動状態を検出するように構成されてもよい。これにより、ハンチングと推定可能な条件を満たした場合にのみエンジンの回転数の変動状態を検出することができる。

上記構成において、第１時間は、１秒以上５秒以下の範囲内の時間に設定されることが好ましい。所定量は、１００ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下の範囲内の回転数に設定されることが好ましい。所定回数は、２回以上５回以下の範囲内の回数に設定されることが好ましい。この場合、ハンチングと推定可能な回転数変動の条件が設定されているため、エンジン１の回転数の変動状態の検出精度を向上させることができる。

（処理の流れ）
以下、ハンチング検知装置１００が実行する処理の流れについて説明する。図４は、一実施形態に係るハンチング検知装置１００が実行する処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、気化器７を備えるエンジン１の運転中において実行される。

図４に示すように、ハンチング検知装置１００の取得部１１０は、外気温度と回転数の計測値を取得する（ステップＳ１）。具体的には、ハンチング検知装置１００の取得部１１０は、温度センサ１０が計測した外気温度と、回転数検出センサ２０が計測したエンジン１の回転数を取得する。なお、取得部１１０は、各々の計測値の時系列データをまとめて取得してもよいし、計測値が得られるたびに最新の計測値を取得してもよい。

ハンチング検知装置１００の検知部１２０は、エンジン１の回転数の計測値に基づいて回転数の変動状態を検知するための処理を行い、変動状態を検知したか否かを判別する（ステップＳ２）。例えば、ハンチング検知装置１００の検知部１２０は、回転数の第１時間における変化において所定量以上の変動が所定回数以上発生したか否かによって、この判別を行う。

変動状態を検知していないと判別した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ハンチング検知装置１００は、以後のステップＳ３～Ｓ５の処理をスキップする。一方、変動状態を検知したと判別した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ハンチング検知装置１００の検知部１２０は、取得部１１０が取得した外気温度が第１基準値以下であるか否かを判別する（ステップＳ３）。

外気温度が第１基準値以下ではないと判別した場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、ハンチング検知装置１００は、以後のステップＳ４、Ｓ５の処理をスキップする。一方、外気温度が第１基準値以下であると判別した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ハンチング検知装置１００の検知部１２０は、ハンチング状態であることを検知する。また、ハンチング検知装置１００の開度制御部１３０は、チョークバルブ９の開度を小さくするための閉鎖制御を実行する（ステップＳ４）。

開度制御部１３０は、閉鎖制御の実行時から所定時間が経過したか、或いは点火コイル１３の温度が第２基準値に達したかを終了条件として、終了条件を満たしたか否かを判別する（ステップＳ５）。終了条件を満たしていない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、開度制御部１３０は、ステップＳ４に戻り、閉鎖制御を継続する。一方、終了条件を満たしている場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、開度制御部１３０は、閉鎖制御を解除してチョークバルブ９の開度を大きくする。

以上説明した処理は、エンジン１の運転中に定期的に行われてもよい。なお、ハンチング検知装置１００は、上記の開度制御を行う構成に限られない。ハンチング検知装置１００は、ハンチングの有無を検知し、その検知結果を他の装置に送信するように構成されてもよい。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、複数の実施形態を適宜組み合わせた形態も含む。

（まとめ）
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示に係るハンチング検知装置（１００）は、
気化器（７）を備えるエンジン（１）のハンチングを検知するためのハンチング検知装置（１００）であって、
温度センサ（１０）が計測した外気温度と前記エンジンの回転数とを取得するように構成された取得部（１１０）と、
前記外気温度が第１基準値以下で前記回転数の変動状態が検出された場合に前記ハンチングを検知するように構成された検知部（１２０）と、
前記エンジン（１）の吸気通路に設けられたチョークバルブ（９）の開度を制御するように構成された開度制御部（１３０）と、を備え、
前記開度制御部（１３０）は、前記検知部（１２０）が前記ハンチングを検知した場合には、前記チョークバルブ（９）の開度を小さくするための閉鎖制御を実行する。

上記構成によれば、外気温度が第１基準値以下（すなわち低温環境下）で回転数が所定の変動状態である場合にハンチングを検知する。そのため、気化器（７）を備えるエンジン（１）のハンチングを検知することが可能となる。また、ハンチングを短時間で抑制するための制御（例えば、空燃比を調整する制御）にハンチングの検知結果を利用することも可能である。また、ハンチング検知時にチョークバルブ（９）の開度を小さくして空燃比を下げるため、ハンチングを抑えることができる。また、この状態でエンジン（１）を暖機運転することによりハンチングを短時間で収束させること可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
点火コイル（１３）の温度を計測する温度センサ（２）をさらに備え、
前記開度制御部（１３０）は、前記閉鎖制御の実行時から所定時間が経過した場合又は前記点火コイルの温度が第２基準値に達した場合に、前記閉鎖制御を解除して前記チョークバルブ（９）の開度を大きくする。

閉鎖制御の実行時から所定時間が経過した場合又は点火コイル（１３）の温度が第２基準値に達した場合には、エンジン温度の上昇によりハンチングが収束することが考えられる。上記構成によれば、そのような場合に閉鎖制御を解除するため、閉鎖制御の実行時間が過度に長くなる虞を低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の構成において、
前記第１基準値は、－５℃以上１０℃以下の範囲内の温度に設定される。

上記構成によれば、ハンチングが発生しやすい低温環境を第１基準値で判別することが可能となる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか一つに記載の構成において、
前記第２基準値は、３０℃以上３５℃以下の範囲内の温度に設定される。

上記構成によれば、適切なタイミングで閉鎖制御を解除することが可能となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一つに記載の構成において、
前記検知部（１２０）は、前記回転数の第１時間における変化において所定量以上の変動が所定回数以上発生したことを条件として前記変動状態を検出する。

上記構成によれば、ハンチングと推定可能な条件を満たした場合にのみエンジン（１）の回転数の変動状態を検出するため、過検知を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の構成において、
前記第１時間は、１秒以上５秒以下の範囲内の時間に設定され、
前記所定量は、１００ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下の範囲内の回転数に設定され、
前記所定回数は、２回以上５回以下の範囲内の回数に設定される。

上記構成によれば、ハンチングと推定可能な回転数変動の条件が設定されているため、エンジン（１）の回転数の変動状態の検出精度を向上させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一つに記載の構成において、
前記検知部（１２０）は、前記エンジン（１）に点火するための点火コイル（１３）の一次線信号に基づいて回転数検出センサ（２０）が検出した前記回転数に基づいて前記変動状態を検出する。

上記構成によれば、エンジン（１）に汎用されている点火コイル（１３）の一次線信号を利用する。この場合、エンジン（１）の回転数を検出するための専用センサを別途で追加する必要がない点で有利である。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか一つに記載の構成において、
前記エンジン（１）は、前記回転数に応じてスロットルを開閉動作するように構成された機械式の回転数制御装置（３０）を備える。

上記構成によれば、ハンチングが発生しやすい機械式の回転数制御装置（３０）を備えるエンジン（１）に適用されるため、有意義である。

（９）本開示に係るハンチング検知方法は、
気化器（７）を備えるエンジン（１）のハンチングを検知するためのハンチング検知方法であって、
温度センサ（１０）が計測した外気温度と前記エンジン（１）の回転数とを取得するステップと、
前記外気温度が第１基準値以下で前記回転数の変動状態が検出された場合に前記ハンチングを検知するステップと、
前記エンジン（１）の吸気通路に設けられたチョークバルブ（９）の開度を制御して、前記検知するステップで前記ハンチングを検知した場合には、前記チョークバルブ（９）の開度を小さくするための閉鎖制御を実行するステップと、
を含む。

上記方法によれば、外気温度が第１基準値以下（すなわち低温環境下）で回転数が所定の変動状態である場合にハンチングを検知する。そのため、気化器（７）を備えるエンジン（１）のハンチングを検知することが可能となる。また、ハンチングを短時間で抑制するための制御にハンチングの検知結果を利用することも可能である。また、ハンチング検知時にチョークバルブ（９）の開度を小さくして空燃比を下げるため、ハンチングを抑えることができる。また、この状態でエンジン（１）を暖機運転することによりハンチングを短時間で収束させること可能となる。

１ エンジン
２，１０ 温度センサ
３ 点火プラグ
４ 吸気弁
５ 排気弁
６ 吸気管
７ 気化器
８ スロットルバルブ
９ チョークバルブ
１１ ステッピングモータ
１２ 発電機
１３ 点火コイル
２０ 回転数検出センサ
３０ 回転数制御装置
１００ ハンチング検知装置
１１０ 取得部
１２０ 検知部
１３０ 開度制御部

Claims (9)

1. 気化器を備えるエンジンのハンチングを検知するためのハンチング検知装置であって、
   温度センサが計測した外気温度と前記エンジンの回転数とを取得するように構成された取得部と、
   前記外気温度が第１基準値以下で前記回転数の変動状態が検出された場合に前記ハンチングを検知するように構成された検知部と、
   前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、を備え、
   前記開度制御部は、前記検知部が前記ハンチングを検知した場合には、前記チョークバルブの開度を小さくするための閉鎖制御を実行する
   ハンチング検知装置。
2. 点火コイルの温度を計測する温度センサをさらに備え、
   前記開度制御部は、前記閉鎖制御の実行時から所定時間が経過した場合又は前記点火コイルの温度が第２基準値に達した場合に、前記閉鎖制御を解除して前記チョークバルブの開度を大きくする
   請求項１に記載のハンチング検知装置。
3. 前記第１基準値は、－５℃以上１０℃以下の範囲内の温度に設定される
   請求項１又は２に記載のハンチング検知装置。
4. 前記第２基準値は、３０℃以上３５℃以下の範囲内の温度に設定される
   請求項２に記載のハンチング検知装置。
5. 前記検知部は、前記回転数の第１時間における変化において所定量以上の変動が所定回数以上発生したことを条件として前記変動状態を検出する
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のハンチング検知装置。
6. 前記第１時間は、１秒以上５秒以下の範囲内の時間に設定され、
   前記所定量は、１００ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下の範囲内の回転数に設定され、
   前記所定回数は、２回以上５回以下の範囲内の回数に設定される
   請求項５に記載のハンチング検知装置。
7. 前記検知部は、前記エンジンに点火するための点火コイルの一次線信号に基づいて回転数検出センサが検出した前記回転数に基づいて前記変動状態を検出する
   請求項１乃至６の何れか一項に記載のハンチング検知装置。
8. 前記エンジンは、前記回転数に応じてスロットルを開閉動作するように構成された機械式の回転数制御装置を備える
   請求項１乃至７の何れか一項に記載のハンチング検知装置。
9. 気化器を備えるエンジンのハンチングを検知するためのハンチング検知方法であって、
   温度センサが計測した外気温度と前記エンジンの回転数とを取得するステップと、
   前記外気温度が第１基準値以下で前記回転数の変動状態が検出された場合に前記ハンチングを検知するステップと、
   前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御して、前記検知するステップで前記ハンチングを検知した場合には、前記チョークバルブの開度を小さくするための閉鎖制御を実行するステップと、
   を含むハンチング検知方法。

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