JP7804546B2 - エンジン制御装置及びこれを組み込んだエンジン - Google Patents

Description

本発明は、エンジン停止後のエンジン制御装置及びこれを組み込んだエンジンに関する。

エンジン動作を停止させるエンジン停止スイッチを作業者がＯＮ操作つまりエンジン停止指示操作すると、点火プラグへの通電が中止されてエンジン停止される。特許文献１は、高出力運転の直後において、エンジン停止スイッチを操作したにも関わらず、残留燃料が間欠的に燃焼する現象を指摘している。この現象は「ラン-オン現象」と呼ばれている。ラン-オン現象の原因である残留燃料の燃焼を「ラン-オン燃焼」と呼ぶ。

ラン-オン現象を防止するために、エンジン停止スイッチがＯＮ操作されたら、点火プラグへの電源供給を中止すると共に、エンジン本体への燃料供給を遮断することが知られている。特許文献１は、この燃料供給遮断によって引き起こされる次の問題点を指摘している。すなわち、燃料供給を遮断したとき、エンジン本体や吸気系に残留する燃料が冷えていく過程で化学変化してガム質の物質に変化する。このガム質の物質は粘着性が強く、バルブシステムの膠着や燃料噴射ノズルの詰まりを発生させる可能性がある。

この問題を解決するために、特許文献１は、エンジン停止スイッチのＯＮ操作後も、所定時間（例えば１秒間）、点火プラグへの通電を継続することを提案している。エンジン停止後において、エンジンが慣性運動することに伴って、残留燃料が燃焼室に吸引され、そして、点火プラグによって点火される。これにより、残留燃料を吸気系や燃焼室から一掃することができる。

ＪＰ実開昭５７－４０６６２号公報

特許文献１は、上述したように、エンジン停止スイッチの操作に基づくエンジン停止後も点火制御を継続する発明を提案している。この発明によれば、エンジン停止後も、通常運転領域で設定される点火タイミングの下で点火制御が継続される。したがって、エンジン停止後において、点火プラグによる残留燃料の点火によってエンジンが活性化してしまう可能性がある。この可能性としての現象は、運転停止スイッチを操作したにも関わらずエンジンの運転が継続するため、作業者に驚きを与えてしまう。また、完全に停止するまでの時間が長くなる。これは作業者にとっては単なるロス時間となる。

本発明の目的は、運転停止スイッチの操作に基づくエンジン停止後において、点火プラグの点火によってエンジンが活性化してしまうのを防止しながらラン-オン現象の持続時間を短縮できるエンジン制御装置及びこれを組み込んだエンジンを提供することにある。

上記の技術的課題は、
エンジン停止信号によって点火プラグの点火制御を中止することによりエンジン本体が停止するエンジン制御装置において、
前記エンジン停止信号を受け取った後、前記点火制御の中止に伴うエンジン回転数の降下による負圧で気化器から燃料が吸い出される第１所定時間が経過するか又は前記点火制御の中止に伴って降下するエンジン回転数がしきい値よりも低下したときに、前記点火プラグの制御を再開する点火再開制御部を有し、該点火再開制御部は、前記エンジン本体の通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングの再開用点火タイミングに基づいて前記点火プラグの制御を実行することを特徴とするエンジン制御装置及びこれを組み込んだエンジンを提供することにより達成することができる。

本発明によれば、エンジン停止信号を受け取った後第１所定時間が経過した後又はエンジン回転数がしきい値よりも低下したら、点火プラグの制御が再開される。この再開する点火制御は前記再開用点火タイミングに基づいて実行される。この再開用点火タイミングは、通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングである。これにより、エンジン停止後において、点火プラグの点火によってエンジンが活性化してしまうのを防止しながらラン-オン現象の持続時間を短縮できる。

本発明の作用効果、他の目的は、以下の本発明の好ましい実施態様の詳細な説明から明らかになろう。

実施例のエンジンシステムの全体概要を説明するための図である。 燃料供給停止及び点火休止の下で発生するラン-オン現象を説明するための図である。 ラン-オン抑制用点火タイミングの一例を説明するための図である。 ラン-オン抑制制御の第１の例を説明するためのフローチャートである。 ラン-オン抑制制御の第２の例を説明するためのフローチャートである。 ラン-オン抑制用点火タイミングの他の例を説明するための図である。 ラン-オン抑制制御の第３の例を説明するためのフローチャートである。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、エンジンシステムの概要を説明するための図である。エンジンシステム１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に混合気を供給する吸気系４と、エンジン本体２の既燃ガスを外部に排出する排気系６とを有している。図中、参照符号８はマフラーを示す。

エンジン本体２はピストン１０によって画成される燃焼室１２を有し、燃焼室１２に臨んで点火プラグ１４が配設されている。ピストン１０は連結ロッド１６によってクランクシャフト１８に連結され、クランクシャフト１８によってエンジン駆動力が出力される。

図示のエンジン本体２は例示としての４サイクルエンジンである。エンジン本体２は吸気ポート２０と排気ポート２２を有する。吸気ポート２０は吸気弁２４によって開閉される。排気ポート２２は排気弁２６によって開閉される。吸気ポート２０には吸気系４が連結される。排気ポート２２には排気系６が連結される。エンジン本体２は２サイクルエンジンであってもよい。２サイクルエンジンは、周知のように、吸気弁２４、排気弁２６を備えていない。そして、２サイクルエンジンでは、吸気ポート２０、排気ポート２２はピストン１０によって開閉される。２サイクルエンジンは、現在、刈り払い機、チェーンソーなどの作業機に用いられている。

吸気系４は、上流端にエアクリーナ３０を有し、そして、エアクリーナ３０で濾過されたエアが通る吸気通路３２を有している。吸気通路３２にはスロットルバルブ３４が配設され、スロットルバルブ３４を操作することでエンジン本体２に導入される空気量が調整され、これによりエンジン出力が制御される。吸気系４は気化器３６を有し、燃料タンク３８内の燃料Ｆが気化器３６を通じて吸気通路３２に供給されることにより混合気が生成される。

エンジンシステム１は制御ユニット４０を有し、制御ユニット４０には、点火プラグ１４の取付座に設置されてエンジン本体２の温度を検出するエンジン温度センサ４２からの温度信号及びエンジン回転数を検出する回転数センサ４４からの回転数信号が入力される。また、制御ユニット４０には、作業者が操作するエンジン停止スイッチ４６からのエンジン停止信号が入力される。

図２は、ラン-オン現象を説明するための図である。図中、参照符号「Ｐt」は、エンジン停止信号の入力に基づいてエンジン停止制御が実行された時点を示す。エンジン停止信号が入力されると、点火プラグへの通電が中止される。その結果、点火プラグは、事実上、休止状態になり、エンジン本体２は停止状態になるがエンジン本体２は慣性によってのみ、その回転運動が継続される。その結果、エンジン回転数が降下する。図２から分かるように、エンジン回転数が約１０００rpmまで降下した後、間欠的に、何回かエンジン回転数が高くなる現象Ｐ１～Ｐ４が発生している。これは、制御ユニット４０による点火制御が停止されているにも関わらず、燃焼室１２内に残留する混合気が、燃焼室１２内の温度勾配と相俟って自己着火する現象であり、この意図しない燃焼の発生がラン-オン現象である。ラン-オン現象は、このように点火制御が既に停止された状況下で、偶発的に発生する燃焼であるが故に、定量的、固定的な制御によってコントロールすることが難しい。

燃料供給装置である図１に開示の気化器３６は、電子制御される燃料供給遮断弁を備えていない。このように燃料供給遮断弁を備えていない気化器３６の場合には、燃焼室１２が負圧になると気化器３６から燃料が吸い出され、エンジン停止信号に基づいて点火が停止された状態であっても混合気が燃焼室１２に導入される可能性がある。このことから、エンジン停止後のラン-オン現象が起きやすい状態が発生し易い。

本実施例では、エンジン停止後に実行されるエンジン制御によってラン-オン現象の持続時間が短縮される。このエンジン制御は、点火プラグ１４への通電を中止する制御に加えて、エンジン停止後、所定の条件が成立した後に実行される点火再開制御を含む。点火再開制御は、第１に、エンジン停止信号を制御ユニット４０が受け取ると上述したエンジン停止制御が実行される。しかし、回転数センサ４４によって現在のエンジン回転数が監視され続ける。第２に、降下するエンジン回転数がしきい値Ｔh（図２）以下になったことを検出したら、当該エンジン本体２に設定されているアイドル運転からフルスロットル運転までの全ての運転領域（通常運転領域）での全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングである再開用点火タイミングに基づいて点火プラグ１４が制御される。これが点火再開制御である。この点火再開制御を「ラン-オン抑制制御」と呼ぶと、ラン-オン抑制制御は、エンジン停止信号を受け取った時点から第１の所定時間（例えばエンジン停止から2～4秒）が経過した後に実行するようにしてもよい。第３に、ラン-オン抑制制御は第２の所定時間（例えばエンジン停止から５～６秒）が経過したら終了する。

以下に詳述するラン-オン抑制制御は、ラン-オン現象の持続時間の短縮を目的とした制御である。再開用点火タイミングつまりラン-オン抑制用点火タイミングは、前述したように、当該エンジン本体２において通常運転領域において設定されている全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングに設定される。例えば、通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングの範囲が、クランク角度でＢＴＤＣ５°ないし４０°の範囲のエンジン本体２であれば、この範囲から逸脱したタイミングがラン-オン抑制用点火タイミングとして設定される。仮に、エンジン本体２の例えば通常運転領域に含まれるアイドル運転時の点火タイミングをラン-オン抑制用点火タイミングとして設定したときには、点火プラグ１４による残留燃料の点火によってエンジンが活性化してアイドル運転に戻ってしまう可能性がある。このため、ラン-オン抑制制御においては、通常運転領域において設定されている点火タイミング範囲とは重複しない点火タイミング範囲のラン-オン抑制用点火タイミングの下で点火制御が実行される。

特に、通常運転領域で用いられる点火タイミング範囲と、ラン-オン抑制制御において用いられる点火タイミング範囲とが、回転数領域として隣接せず、所定のタイミング範囲で離間していることが望ましい。

図３を参照して、エンジン本体２の通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングＴg(nor)を破線で図示してある。このエンジン本体２において、通常運転領域で設定されている点火タイミングＴg(nor)は、ＢＴＤＣ３０°ないし８°の範囲である。図３の参照符号Ｔg(R-on)はラン-オン抑制用点火タイミングを示す。ラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)はＡＴＤＣ１０°ないし２０°の範囲に設定される。ＡＴＤＣ１０°ないし２０°は、当該エンジン本体２の通常運転領域で設定されている点火タイミングＴg(nor)の範囲つまりＢＴＤＣ３０°ないし８°の範囲から遅角側に逸脱した点火タイミングである。

より詳しくは、図３に図示の例は、エンジン本体２において通常運転領域で設定されている点火タイミングＴg(nor)の範囲から遅角側に逸脱したラン-オン抑制用点火タイミングが設定されていることを示している。これにより、ラン-オン燃焼が発生するタイミングの直前に点火プラグ１４が点火される。そして、その飛び火で残留燃料の燃焼を誘発させることができる。すなわち、点火プラグ１４が直接的に残留燃料を点火させることなく、点火プラグ１４の点火の後に残留燃料の燃焼を誘発させることができる。なお、変形例として、当該エンジン本体２の通常運転領域で設定されている点火タイミングＴg(nor)の範囲から進角側に逸脱した点火タイミングをラン-オン抑制用点火タイミングとして設定してもよい。

エンジン制御において、アイドル運転からフルスットル運転に至る全運転領域に設定されている各点火タイミングで制御される通常運転制御モードと、これとは別に、再開用点火タイミングで点火を再開する点火再開制御モードとを用意し、これらの制御モードのプログラムを制御ユニット４０のメモリＭ（図１）に記憶させておくのがよい。そして、エンジン停止スイッチ４６からエンジン停止信号を受け取ったら、点火制御を再開する前に通常運転制御モードから点火再開制御モードに切り替える。そして、エンジン回転数がしきい値Ｔhよりも低くなったら又はエンジン停止から第１の所定時間が経過したら、点火再開制御モードに基づいてエンジン制御を実行すればよい。再開用点火タイミングは予め用意したラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)のマップに基づいて設定するのが応答性に優れる。

図４は、エンジン停止信号の入力からその後のエンジン制御の一例に関するフローチャートである。図４を参照して、ステップＳ１で、エンジン停止スイッチ４６からエンジン停止信号を受け付けたら、エンジン停止制御が実行される（Ｓ２）。ここに、エンジン停止制御は、点火プラグ１４への通電を中止して点火プラグ１４を休止状態にする制御を含む。

次のステップＳ３において、エンジン停止前から実行されている回転数センサ４４による現在の回転数の監視がエンジン停止後も継続され、この回転数の監視はラン-オン抑制制御が終わるまで実行される。そして、ステップＳ４において、ラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)が設定される。例えば、エンジン制御が通常運転制御モードから点火再開制御モードに切り替えられる。

次のステップＳ５において、エンジン停止信号を受けとった後、第１所定時間が経過したら、ステップＳ６に進んで点火制御が再開される。点火再開制御は、上述したラン-オン抑制用点火タイミングに基づいて実行される。この再開した点火制御は、第２所定時間が経過するまで実行される（Ｓ７）。第２所定時間は、エンジン停止信号の入力を起点として例えば５～６秒が設定される。変形例として、点火制御を再開した時点を起点として第２所定時間を設定してもよい。第２所定時間が経過したら、ステップＳ８に進んで、点火プラグ１４への通電が遮断される。これにより点火再開制御が終了する。

図５は、ラン-オン抑制制御の他の例に関するフローチャートである。図５のフローチャートにおいて、上述した図４のフローチャートを構成するステップと同じステップには同じ参照符号を付して、その説明を省略する。図５の図示のエンジン制御例つまりラン-オン抑制制御において、ステップＳ１０において、現在のエンジン回転数がしきい値Ｔh（図２）よりも低くなったら、ステップＳ６において点火制御が再開される。

図６は、図３を参照して説明したラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)の変形例である。図６に図示のラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)は、エンジン回転数が１１００rpmを含む第１領域ではＢＴＤＣ７０°が第１タイミングＴg(R-on-1)として設定されている。エンジン回転数が１１６０rpmを含む第２領域ではＡＴＤＣ８°が第２タイミングＴg(R-on-2)として設定されている。エンジン回転数が１２５０rpmを含む第３領域ではＡＴＤＣ１２°が第３タイミングＴg(R-on-3)として設定されている。

第１タイミングＴg(R-on-1)であるＢＴＤＣ７０°は、当該エンジン本体２の全ての運転領域つまり通常運転領域で設定されている点火タイミングＴg(nor)の範囲、つまりＢＴＤＣ３０°ないし８°の範囲から進角側に逸脱した点火タイミングである。第２タイミングＴg(R-on-2)であるＡＴＤＣ８°及び第３タイミングＴg(R-on-3)であるＡＴＤＣ１２°は、当該エンジン本体２の通常運転領域で設定されている点火タイミングＴg(nor)の範囲から遅角側に逸脱した点火タイミングである。

好ましい実施例として、ラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)はエンジン温度に対応して設定値を変更するのがよい。図６のラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)で説明すれば、エンジン温度が高温（例えば点火プラグの座の温度が２５０℃以上）のときには、基準となる各設定値Ｔg(R-on-1)、Ｔg(R-on-2)、Ｔg(R-on-3)が高回転側にシフトされる。逆に、エンジン温度が低温のときには、基準となる各設定値Ｔg(R-on-1)、Ｔg(R-on-2)、Ｔg(R-on-3)が低回転側にシフトされる。

図７は、ラン-オン抑制制御の別の例に関するフローチャートであり、ラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)の温度による設定変更処理を含む。この設定変更処理において、ラン-オン抑制用点火タイミングＴg(R-on)は、低温時には、基準設定値つまり図６に図示の設定値Ｔg(R-on-1)、Ｔg(R-on-2)、Ｔg(R-on-3)が低回転側にシフトされ、高温時には、基準設定値から高回転側にシフトされる。

図７において、図４のフローチャートで説明したステップと同じステップには、同じ参照符号を付すことでその説明を省略する。ステップＳ１でエンジン停止信号の入力を受け付けたら、エンジン温度センサ４２からのエンジン温度の監視が実行され（Ｓ２０）、この温度監視は、ステップＳ８で点火再開制御が終了するまで継続される。ステップＳ６で点火制御を再開したら、ステップＳ２１に進んで、第１回目のラン-オン燃焼が発生したか否かが判断される。このラン-オン燃焼はエンジン回転数の加速度を検出することで検出することができる。この第１回目のラン-オン燃焼が発生した時点では、これに対応して、基準設定値である第１タイミングＴg(R-on-1)に基づいて点火される。この第１回目のラン-オン燃焼に関して、事前に、エンジン温度に応じて基準設定値である第１タイミングＴg(R-on-1)をシフトしたタイミングで点火してもよい。

次のステップＳ２２では、第２回目以降のラン-オン燃焼に対応して、エンジン温度に応じて基準設定値である第１ないし第３のタイミングＴg(R-on-1)、Ｔg(R-on-2)、Ｔg(R-on-3)をシフトする設定変更が行われる。このシフトは少しずつ段階的に行っても良いし、一回のシフトでタイミング設定変更を完了させてもよい。第２回目以降の各ラン-オン燃焼に対応した点火制御は、通常のエンジン温度（例えば、点火プラグ座温度が２００ないし２５０℃）であれば、基準設定値であるタイミングＴg(R-on-1)、Ｔg(R-on-2)、Ｔg(R-on-3)に基づいて実行されるこれよりもエンジン温度が低温であれば、基準設定値を低回転側にシフトしたタイミングで点火制御が実行される。エンジン温度が高温あれば、基準設定値を高回転側にシフトしたタイミングで点火制御が実行される。

上記のラン-オン抑制制御つまり点火再開制御により、エンジン停止時に残留する燃料を強制的に燃焼させることができるため、残留する燃料を吸気系４、燃焼室１２などから一掃することができると共に、ラン-オン現象の持続時間を短縮することができる。また、エンジン停止信号に基づくエンジン停止後、時間的間隔を置いて点火制御が再開され、この再開した点火制御では、当該エンジン本体２の通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングであるラン-オン抑制点火タイミング、つまり再開用点火タイミングＴg(R-on)に基づいて点火制御が実行される。このことは、点火プラグ１４の点火が残留燃料を点火する目的ではなく、点火プラグ１４の点火の後に燃焼室１２内の残留燃料の燃焼を促す目的であることを意味している。これにより、再開した点火制御によってエンジン本体２が活性化して例えばアイドル運転に戻ることを防止することができる。

１ エンジンシステム
２ エンジン本体
１４ 点火プラグ
３６ 気化器
４０ 制御ユニット
４２ エンジン温度センサ
４４ 回転数センサ
４６ エンジン停止スイッチ
Ｔh しきい値
Ｔg(R-on) 再開用点火タイミング

Claims (7)

1. エンジン停止信号によって点火プラグの点火制御を中止することによりエンジン本体が停止するエンジン制御装置において、
   前記エンジン停止信号を受け取った後、前記点火制御の中止に伴うエンジン回転数の降下による負圧で気化器から燃料が吸い出される第１所定時間が経過するか又は前記点火制御の中止に伴って降下するエンジン回転数がしきい値よりも低下したときに、前記点火プラグの制御を再開する点火再開制御部を有し、該点火再開制御部は、前記エンジン本体の通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングの再開用点火タイミングに基づいて前記点火プラグの制御を実行することを特徴とするエンジン制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記再開用点火タイミングが、前記通常運転領域で設定されている点火タイミングの範囲から進角側に逸脱したタイミングである、エンジン制御装置。
3. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記再開用点火タイミングが、前記通常運転領域で設定されている点火タイミングの範囲から遅角側に逸脱したタイミングである、エンジン制御装置。
4. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   前記再開用点火タイミングが、前記通常運転領域で設定されている点火タイミングの範囲から進角側に逸脱したタイミングと、遅角側に逸脱したタイミングとを含む、エンジン制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のエンジン制御装置において、
   前記点火プラグの制御を再開する点火再開制御が、第２の所定時間実行された後に前記点火プラグへの電源供給を遮断することにより終了される、エンジン制御装置。
6. エンジン停止信号によって点火プラグの点火制御を中止することによりエンジン本体が停止するエンジン制御装置を組み込んだエンジンであって、気化器によって燃料が供給されるエンジンにおいて、
   前記エンジン制御装置は、
   前記エンジン停止信号を受け取った後、前記点火制御の中止に伴うエンジン回転数の降下による負圧で前記気化器から燃料が吸い出される第１所定時間が経過するか又は前記点火制御の中止に伴って降下するエンジン回転数がしきい値よりも低下した場合に、前記点火プラグの制御を再開する点火再開制御部を有し、
   該点火再開制御部は、前記エンジン本体の通常運転領域で設定されている全ての点火タイミングの範囲から逸脱したタイミングの再開用点火タイミングに基づいて前記点火プラグの制御を再開することを特徴とする、エンジン。
7. 請求項６に記載のエンジンにおいて、
   前記気化器が、前記エンジン停止信号によって燃料供給を遮断する弁を備えていない、エンジン。