WO2011013415A1 - エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法 - Google Patents

エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法 Download PDF

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WO2011013415A1
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throttle opening
rotational speed
engine
target rotational
target
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和宏 牧
由希子 鈴木
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三菱重工業株式会社
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    • F02D2400/06—Small engines with electronic control, e.g. for hand held tools

Definitions

  • the present invention relates to an engine speed control device and an engine speed control method, and more particularly, to an engine speed control device and an engine speed control method for a small general-purpose engine used as a power source for a generator, a pump, a mower, and the like.
  • an electric governor-equipped machine that drives a throttle valve of a carburetor (carburetor) with an actuator is known as a small general-purpose engine used as a power source for a working machine such as a generator, a pump, or a mower.
  • the small general-purpose engine having the electronic governor operates to keep the engine speed constant by adjusting the engine speed and the fuel injection amount (torque T) even when the engine load fluctuates. That is, the electronic governor adjusts the throttle valve opening by feedback control so as to eliminate the difference between the engine speed and the set target speed, thereby increasing or decreasing the fuel injection amount.
  • Patent Document 1 discloses an electronic governor that adjusts the throttle opening of the carburetor so that the engine is in idle rotation when the idle down (slow down) detection switch is in the idle down side.
  • a gasoline engine is disclosed.
  • Patent Literature 2 and Patent Literature 3 disclose control of the engine idle speed.
  • Patent Document 2 discloses an engine idling engine speed control device provided with an alternator control means for maintaining a field current of an alternator driven by the engine at a predetermined value regardless of an electric load when the learning correction means is operated. Has been.
  • Patent Document 3 discloses an internal combustion engine idle speed control method in which an addition correction term during idle operation in which the internal combustion engine is feedback-controlled is set to an appropriate value according to the load state at that time.
  • the determination of the unloaded state and the loaded state of the internal combustion engine is determined, for example, depending on whether the selector position of the liquid coupling automatic transmission is in the neutral range or the drive range.
  • patent document 1 becomes a structure which an operator manually inputs the switch for an idle down detection and makes it idle-rotate, an operator's working efficiency falls.
  • the load state of the work machine frequently changes, not only the work efficiency of the worker is remarkably lowered, but also it is difficult to appropriately switch to the idling operation according to the changing load state.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 are not intended to connect work machines, they cannot be switched to an idling operation according to the load state of the work machines.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can determine an unloaded state of a work machine without using the work machine and can automatically switch to an idling operation and an engine speed control device. It aims to provide a method.
  • An engine speed control device is an engine speed control device for driving a work implement, and a storage means in which a throttle opening threshold value corresponding to the target engine speed is stored; First determination means for reading out a throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed from the storage means, and determining whether or not the current throttle opening is equal to or less than the throttle opening threshold; and the first determination Target rotational speed changing means for reducing the target rotational speed to a low idle rotational speed when it is determined by the means that the current throttle opening is equal to or less than a throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed, and the target Opening degree adjusting means for adjusting the opening degree of the throttle valve based on the rotational speed.
  • the unloaded state of the work machine can be determined without using the work machine, an electric system for transmitting a signal between the engine and the work machine, and the unloaded state This eliminates the need for a sensor for detecting the above, and allows a simple configuration. Further, since the target rotational speed is automatically changed based on the no-load determination and the opening degree of the throttle valve is adjusted, it is possible to automatically switch to idling operation. That is, no operation by the operator is required to idle down, and work efficiency can be improved.
  • the low idle rotational speed means the lowest rotational speed at which the engine connected to the unloaded working machine does not stall.
  • first learning means for updating the value to a value obtained by adding a value larger than the average deviation of the throttle opening to the current throttle opening.
  • the throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed is updated and learned at any time during operation, so that it is possible to improve the accuracy of no-load determination that does not depend on the work implement.
  • the average deviation of the throttle opening is a fluctuation range of the throttle opening, and can be obtained from an actual value of the throttle opening (statistical probability distribution (2 to 3 ⁇ )).
  • the throttle opening threshold when the target rotational speed becomes the low idle rotational speed is set as a second throttle opening threshold, and the current throttle opening is set to a value larger than the average deviation of the throttle opening.
  • second discriminating means for discriminating whether or not the value is equal to or greater than a value added to the second throttle opening threshold, wherein the current throttle opening is the throttle opening.
  • the target rotational speed changing means may increase the target rotational speed. preferable. Thereby, when a load is applied to the work machine during the idling operation, the idling operation can be terminated and the normal operation can be quickly restored.
  • the throttle opening threshold value can be updated to a more appropriate value by using the switch for inputting that the work implement is in the no-load state.
  • the engine output decreases as the engine is used for a long time, and therefore it is necessary to gradually open the throttle opening during idling operation. Therefore, the throttle opening threshold set at the time of shipment of the engine is not necessarily a correct value.
  • the throttle opening threshold learned during the previous operation is correct. It may not be a value.
  • the above-described switch is used to rewrite the current throttle opening threshold value to the throttle opening threshold value corresponding to the latest engine state. Therefore, the accuracy of the no-load determination can be maintained even when the determination criterion for the no-load state varies due to the aging of the engine.
  • the switch for inputting that the work implement is in a no-load state may be separate from the switch for switching between the target rotational speed changing means and the target rotational speed maintaining means, or the same. Also good. When the same switch is used, it can be used properly by changing the operation method.
  • the storage means is a volatile memory, and includes a non-volatile memory that stores a throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed and the second throttle opening threshold separately from the volatile memory. May be. Thereby, even if the engine is stopped, the throttle opening threshold value and the learning content corresponding to the target rotational speed can be saved. Further, by using a volatile memory and a nonvolatile memory as the storage means, the number of times the nonvolatile memory is stored can be reduced.
  • An engine according to the present invention includes the engine speed control device. According to the engine, since it is possible to determine the no-load state of the work machine without depending on the work machine, an electric system that transmits a signal between the engine and the work machine, and a sensor that detects the no-load state are provided. It becomes unnecessary and it can be set as a simple structure. Further, since the target rotational speed is automatically changed based on the no-load determination and the opening degree of the throttle valve is adjusted, it is possible to automatically switch to idling operation. That is, no operation by the operator is required to idle down, and work efficiency can be improved.
  • An engine speed control method is an engine speed control method for driving a work implement, and stores in advance a throttle opening threshold corresponding to the target engine speed in a storage means.
  • a first target rotation that reduces the target rotational speed to a low idle rotational speed when it is determined in step 1 that the current throttle opening is equal to or smaller than a throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed;
  • a number changing step, and an opening degree adjusting step for adjusting the opening degree of the throttle valve based on the target rotational speed.
  • the above engine speed control method it is possible to determine the no-load state of the work machine without depending on the work machine. This eliminates the need for a sensor for detecting the above, and allows a simple configuration. Further, since the target rotational speed is automatically changed based on the no-load determination and the opening degree of the throttle valve is adjusted, it is possible to automatically switch to idling operation. That is, no operation by the operator is required to idle down, and work efficiency can be improved.
  • the throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed is set to the throttle opening threshold.
  • a first learning step may be provided in which a value larger than the average deviation is updated to a value obtained by adding to the current throttle opening.
  • the throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed is updated and learned at any time during operation, so that it is possible to improve the accuracy of no-load determination that does not depend on the work implement.
  • the accuracy of the no-load determination can be maintained.
  • the throttle opening threshold when the target rotational speed becomes the low idle rotational speed is set as a second throttle opening threshold, and the current throttle opening is set to a value greater than the average deviation of the throttle opening.
  • the target rotational speed changing step preferably increases the target rotational speed.
  • a switch for inputting that the work implement is in a no-load state and when the switch inputs that the work implement is unloaded by the switch, a throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed Is updated to a value obtained by adding a value larger than the average deviation of the throttle opening to the current throttle opening, and the second learning step of updating the second throttle opening threshold to the current throttle opening May be provided.
  • the throttle opening threshold value can be updated to a more appropriate value by using the switch for inputting that the work implement is in the no-load state. Therefore, the accuracy of the no-load determination can be maintained even when the determination criterion for the no-load state varies due to the aging of the engine.
  • the throttle opening threshold value and the second throttle opening threshold value corresponding to the target rotational speed are stored using a non-volatile memory separately from the volatile memory. It is preferable to do. Thereby, even if the engine is stopped, the throttle opening threshold value and the learning content corresponding to the target rotational speed can be saved. Further, by using a volatile memory and a nonvolatile memory as the storage means, the number of times the nonvolatile memory is stored can be reduced.
  • the unloaded state of the work machine can be determined without depending on the work machine, an electric system that transmits a signal between the engine and the work machine, and a sensor that detects the unloaded state are provided. It becomes unnecessary and it can be set as a simple structure. Further, since the target rotational speed is automatically changed based on the no-load determination and the opening degree of the throttle valve is adjusted, it is possible to automatically switch to idling operation. That is, no operation by the operator is required to idle down, and work efficiency can be improved. Therefore, the no-load state of the work machine can be determined without depending on the work machine, and can be automatically switched to the idling operation.
  • FIG. 1 is a configuration block diagram of an engine speed control device according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the throttle opening threshold value corresponding to target rotation speed. It is a figure which shows the actual value of the throttle opening corresponding to the rotation speed of the engine when a working machine is an unloaded state. It is a longitudinal cross-sectional view of the vaporizer
  • 3 is a flowchart illustrating engine speed control according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a configuration block diagram of an engine speed control device according to a second embodiment. 6 is a flowchart showing engine speed control according to the second embodiment. 6 is a flowchart illustrating a subroutine of Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a configuration block diagram of an engine speed control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed stored in the storage unit of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an actual measured value of the throttle opening corresponding to the engine speed when the working machine is in a no-load state.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the carburetor having the throttle valve shown in FIG.
  • the engine speed control device 1 shown in FIG. 1 is a device that controls the speed of the engine 20 that drives the work implement 22.
  • the engine speed control device 1 includes a set speed calculation unit 2 that calculates a set speed of the engine 20, an idle down switch 4 that determines whether or not to perform idle down, and a throttle corresponding to a target speed of the engine 20.
  • a storage unit 8 that stores an opening degree threshold value, a target revolution number determination unit 16 that determines a target revolution number, a revolution number detection unit 18 that detects the engine revolution number of the engine 20, and a throttle opening degree that calculates a throttle opening degree And an arithmetic unit 12.
  • the set rotation speed calculation unit 2 calculates a target rotation speed (set rotation speed or normal rotation speed) of the engine 20 during normal operation of the work implement 22.
  • the normal rotational speed is fixed in a general working machine, but can be calculated by the operator by a throttle operation.
  • the storage unit 8 stores a throttle opening threshold value corresponding to the target rotational speed.
  • the low idle rotation speed is set to 2200 rpm, for example, is shown.
  • the current throttle opening is equal to or less than the throttle opening threshold corresponding to the target rotational speed, it is determined that the work implement 22 is in an unloaded state.
  • the table shown in FIG. 2 can be created based on the throttle opening of the throttle valve 10 measured while changing the rotation speed of the engine 20 in a state where the work machine 22 is unloaded. For example, as shown in FIG. 3, a value larger than the maximum value 102 of the throttle opening measured while changing the rotation speed of the engine 20 in a state where the work machine 22 is not loaded is set to a throttle for each rotation speed range.
  • the opening threshold value 100 may be determined.
  • the throttle opening threshold is determined in advance according to the actual measured value of the throttle opening, but differs depending on the individual difference between the engine and the work implement. As described later, it is preferable to update the learning function.
  • the storage unit 8 is not particularly limited as long as it can store the throttle opening threshold value and learning content corresponding to the target rotational speed, and for example, a volatile memory and a nonvolatile memory may be used in combination. Thereby, even if the engine 20 is stopped, the throttle opening threshold value and the learning content corresponding to the target rotation speed can be saved, and the number of times the nonvolatile memory can be saved can be reduced.
  • the rotation speed detector 18 calculates the rotation speed of the engine 20 based on the ignition pulse of the engine 20. Specifically, since one ignition pulse is detected during one revolution of the crankshaft, the engine speed (cycle number) is calculated from the number of ignition pulses detected per minute.
  • the throttle valve 10 is disposed in the intake passage 34 of the carburetor 30.
  • the intake air amount can be adjusted by rotating the throttle valve 10.
  • the carburetor 30 includes the throttle valve 10, an intake passage 34 serving as an intake air passage, a venturi portion 36 provided on the lower surface side of the intake passage 34, and a main nozzle 32 protruding from the venturi portion 36. Composed.
  • the throttle opening adjustment unit 14 includes an actuator for opening and closing the throttle.
  • this actuator is not specifically limited, For example, a stepping motor or a rotational force generation motor (DC motor) can be used.
  • DC motor rotational force generation motor
  • a stepping motor capable of controlling the rotation angle of the rotation shaft will be described as an example of the actuator.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for controlling the engine speed using the engine speed control device shown in FIG.
  • the target speed is read (step 1).
  • the target rotational speed normal rotational speed or set rotational speed
  • the set rotational speed calculator reference numeral 2 in FIG. 1
  • step 2 the stability determination of the target rotational speed is performed.
  • Step 2 it is determined whether or not the target rotational speed is stable. If stable, the process proceeds to Step 3, and if not stable, the process proceeds to Step 13.
  • Step 3 it is determined whether or not the target rotational speed is a low idle rotational speed. If the target rotational speed is the low idle rotational speed, the process proceeds to Step 12, and if the target rotational speed is not the low idle rotational speed, Step is performed. Go to 4.
  • step 3 If it is determined in step 3 that the target rotational speed is not the low idle rotational speed, the work implement is not in a no-load state (during normal operation).
  • step 4 the no-load determination throttle opening threshold value ⁇ th_idle (see FIG. 2) stored in the storage unit is recognized as the idle determination threshold value at the set rotational speed.
  • step 5 it is determined whether or not the no-load determination throttle opening threshold ⁇ th_idle is equal to or greater than the current throttle opening ⁇ th.
  • step 5 When ⁇ th ⁇ ⁇ th_idle is not satisfied in step 5, the routine proceeds to step 11, where the target rotational speed is set while maintaining the set rotational speed, PI control is performed in step 17, and the engine maintains normal operation.
  • step 6 When ⁇ th ⁇ ⁇ th_idle is satisfied in step 5, it is determined that the work implement is in an unloaded state, and the process proceeds to step 6.
  • step 6 +3 is added to the current throttle opening ⁇ th, and the value obtained by the addition is learned as an idle determination threshold at the set rotational speed, and the no-load determination throttle opening threshold in the storage unit is updated.
  • the value added to the current throttle opening ⁇ th is a value ( ⁇ ) larger than the average deviation of the throttle opening.
  • the value ⁇ added to the current throttle opening ⁇ th is set to +3 so that the start and end of the idling operation are appropriately performed.
  • ⁇ is an integer ( ⁇ > 0).
  • step 7 it is determined whether the idle down switch is ON or OFF. If the idle down switch is OFF in step 7, the routine proceeds to step 11 where the target rotational speed is maintained at the set rotational speed, PI control is performed in step 17, and the engine maintains normal operation. If the idle down switch is ON in step 7, the process proceeds to step 8 and the idle down can be started. The idle down switch can be switched ON and OFF depending on the operator's intention regardless of the determination result of the no-load determination in Step 5.
  • step 9 the target rotational speed is the low idle rotational speed, and is repeated until the target rotational speed becomes the low idle rotational speed.
  • step 10 the target rotational speed is set to a low idle rotational speed, PI control is performed in step 17, and the engine maintains idling operation.
  • step 3 determines whether the target rotational speed is the low idle rotational speed. If it is determined in step 3 that the target rotational speed is the low idle rotational speed, the process proceeds to step 12 as described above.
  • the target rotational speed is the low idle rotational speed, it is during idling operation.
  • step 12 +3 is added to the current throttle opening ⁇ th, and the value obtained by the addition is learned as an idle determination threshold value at the low idle speed, and the throttle opening threshold value for low idle determination in the storage unit (see FIG. 2). ).
  • the value ⁇ to be added to the current throttle opening ⁇ th is +3.
  • step 13 the throttle opening threshold value ⁇ th_idle for low idle no-load determination stored in the storage unit is recognized as the idle determination threshold value for the low idle rotational speed.
  • step 14 it is determined whether or not the following condition is satisfied. ⁇ th> ⁇ th_idle + 4 Or the idle down switch is OFF ⁇ th: Current throttle opening ⁇ th_idle: Idle determination threshold at low idle speed
  • +4 in the conditional expression is a value ( ⁇ ) to be added to the current throttle opening ⁇ th.
  • the value ( ⁇ ) to be added to the current throttle opening ⁇ th is a value larger than the average deviation of the throttle opening, similarly to the value ( ⁇ ) to be added to the current throttle opening ⁇ th described above.
  • the value ⁇ added to the current throttle opening ⁇ th is set to +4 so that the idling operation is properly terminated.
  • ⁇ is an integer ( ⁇ > 0).
  • step 14 If it is determined in step 14 that ⁇ th> ⁇ th_idle + 4 or the idle down switch is OFF, the process proceeds to step 16, the target speed is set to the set speed, the idling operation is terminated, PI control is performed in step 17, and normal operation is performed. Return to. If it is determined in step 14 that ⁇ th> ⁇ th_idle + 4 is not satisfied and the idle down switch is not OFF, the process proceeds to step 15 where the target speed is set to a low idle speed, PI control is performed in step 17, and the engine is idling. Maintain driving.
  • step 17 PI control is performed based on the set target rotational speed. Specifically, based on the target rotational speed set by the target rotational speed determination unit based on the output of the set rotational speed calculation unit, the storage unit, and the idle down switch, the throttle opening calculation unit performs PI control, and the throttle operation amount ⁇ th is calculated.
  • step 18 based on the throttle operation amount ⁇ th calculated in step 17, the stepping motor is driven to open and close the throttle valve.
  • the stepping motor performs 1-2 phase excitation control when the throttle operation amount ⁇ th is small, and performs two phase excitation control when the throttle operation amount ⁇ th is large.
  • Two-phase excitation control is mainly an acceleration / deceleration magnet excitation method.
  • step 19 the throttle opening ⁇ th is calculated, and the process proceeds to step 20.
  • step 20 it is determined whether or not the engine is stopped. If the engine is not stopped in step 20, the process returns to step 1. When the engine is stopped in step 20, the process proceeds to step 21 and is written in the nonvolatile memory. Specifically, the throttle opening threshold value learned and updated in step 6 and step 12 is stored in the storage unit. By storing the throttle opening threshold value that has been learned and updated in this manner, it is possible to improve the accuracy of the no-load determination based on the secular change of the engine or work implement.
  • Writing to the non-volatile memory may be performed at the end of idle down or at regular intervals. However, since the number of times of writing to the non-volatile memory is limited, it is preferably performed when the engine is stopped as described above. . If writing is performed when the engine is stopped, the number of times of writing can be further reduced and it is efficient.
  • FIG. 6 is a configuration block diagram of an engine speed control device according to the second embodiment.
  • 7 and 8 are flowcharts showing a procedure for controlling the engine speed using the engine speed controller shown in FIG.
  • the engine speed control device 40 according to the present embodiment is different from the engine speed control device 1 (see FIG. 1) already described in that an idle down forced switch 6 is provided as shown in FIG. Further, the engine speed control procedure according to the present embodiment is the same as the procedure described with reference to FIG. 5 except for the steps related to the idle down forced switch 6, and therefore the description of the common steps is omitted here. To do.
  • the target speed is read (step 1). Specifically, the target rotational speed (normal rotational speed or set rotational speed) during normal operation calculated by the set rotational speed calculator (reference numeral 2 in FIG. 1) is read.
  • step 2 the stability determination of the target rotational speed is performed.
  • Step 2 it is determined whether or not the target rotational speed is stable. If stable, the process proceeds to Step 3, and if not stable, the process proceeds to Step 13.
  • Step 3 it is determined whether or not the target rotational speed is a low idle rotational speed. If the target rotational speed is the low idle rotational speed, the process proceeds to Step 12, and if the target rotational speed is not the low idle rotational speed, Step is performed. Proceed to 31.
  • FIG. 6 shows a configuration in which the idle down switch 4 and the idle down forced switch 6 are separate, they may be the same switch.
  • the idle down switch 4 and the idle down forced switch 6 are the same switch, they can be used properly by different operation methods.
  • As an operation method one is continuously turned on and off, and the other is a special operation. Special operation is, for example, when the idle-down switch 4 is enabled after the OFF-ON-OFF-ON operation is completed within 2 seconds after the idle-down switch 4 has been in the OFF state for 5 seconds or longer. For example, when the idle down switch 4 is pressed and held.
  • the same idle down switch having the functions of both the idle down switch 4 and the idle down forced switch 6 can be configured.
  • the idle down forced switch configured in this way determines whether the idle down forced switch is ON or OFF in step 31. If the idle down forced switch is ON, the process proceeds to step 32 and step 33 shown in FIG.
  • step 32 +3 is added to the current throttle opening degree ⁇ th, and the value obtained by the addition is learned as an idle determination threshold value at the set rotational speed, and the no-load determination throttle opening threshold value in the storage unit is updated.
  • step 33 the current throttle opening degree ⁇ th is learned as an idle determination threshold value at the low idle speed, and the no-load determination throttle opening threshold value in the storage unit is updated. Thereby, idle down is forcibly implemented.
  • +3 is a value ( ⁇ ) to be added to the current throttle opening ⁇ th.
  • the value ( ⁇ ) to be added to the current throttle opening ⁇ th is a value larger than the average deviation of the throttle opening.
  • step 8 After updating the threshold value in step 32 and step 33, the process proceeds to step 8.
  • the target rotational speed is gradually decreased in step 8. This is determined in step 9 whether or not the target rotational speed is the low idle rotational speed, and is repeated until the target rotational speed becomes the low idle rotational speed.
  • the process proceeds to step 10.
  • step 10 the target rotational speed is set to a low idle rotational speed, PI control is performed in step 117, and the engine maintains idling operation.
  • step 4 the process proceeds to step 4, and automatic idle down start is performed as in the first embodiment.
  • the no-load determination throttle opening threshold value ⁇ th_idle (see FIG. 2) stored in the storage unit is recognized as the idle determination threshold value at the set rotational speed.
  • step 5 it is determined whether or not the no-load determination throttle opening threshold ⁇ th_idle is equal to or greater than the current throttle opening ⁇ th.
  • step 5 When ⁇ th ⁇ ⁇ th_idle is not satisfied in step 5, the routine proceeds to step 11, where the target rotational speed is set while maintaining the set rotational speed, PI control is performed in step 17, and the engine maintains normal operation.
  • step 6 When ⁇ th ⁇ ⁇ th_idle is satisfied in step 5, it is determined that the work implement is in an unloaded state, and the process proceeds to step 6.
  • step 6 +3 is added to the current throttle opening ⁇ th, and the value obtained by the addition is learned as an idle determination threshold at the set rotational speed, and the throttle opening threshold for no-load determination in the storage unit is updated.
  • the value added to the current throttle opening ⁇ th is a value ( ⁇ ) larger than the average deviation of the throttle opening.
  • step 7 it is determined whether the idle down switch is ON or OFF. If the idle down switch is OFF in step 7, the routine proceeds to step 11 where the target rotational speed is maintained at the set rotational speed, PI control is performed in step 17, and the engine maintains normal operation. If the idle down switch is ON in step 7, the process proceeds to step 8 and the idle down can be started. The idle down switch can be switched ON and OFF depending on the operator's intention regardless of the determination result of the no-load determination in Step 5.
  • step 3 If it is determined in step 3 that the target rotational speed is the low idle rotational speed, steps 12 to 17 are performed. However, since this is a process common to steps 12 to 17 in the first embodiment, the description thereof will be given. Is omitted. Similarly, steps 17 to 21 are the same processes as steps 17 to 21 of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the idle down forced switch 6 can be switched to idling operation not only automatically but also manually.
  • the throttle opening threshold value at the target rotational speed can be manually updated and set. It becomes possible.
  • the proportional gain Kp and the integration time Ti used for PI control are constant has been described.
  • the proportional gain Kp and the integration time Ti may be appropriately changed according to the situation. Good.
  • the target rotational speed is set to the low idle rotational speed in steps 10 and 15 as compared with the case where the target rotational speed is set to the set rotational speed in step 11 (that is, during normal operation) ( That is, the proportional gain Kp during low idle operation may be set small. As a result, stable PI control can be performed, and engine stall due to rapid throttle operation can be prevented.
  • the case where the target rotational speed is set to the set rotational speed in step 11 that is, during normal operation
  • the case where the target rotational speed is set to the set rotational speed in step 16 that is, from the low idle operation.
  • the proportional gain Kp at the time of switching to normal operation may be set large. Thereby, the responsiveness of PI control can be improved, and the deviation between the target rotational speed and the engine rotational speed can be brought close to zero quickly.

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Abstract

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エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法を提供する。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た記憶部（８）と、目標回転数に対応するスロットル開度閾値を記憶部（８）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現在のスロットル開度が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目標回転数をローアイドル回転数まで小さくするために回転数を設定する目標回転数決定部（１６）と、目標回転数に基づいてスロットルバルブ（１０）の開度を調節する開度調節部（１４）とを備える

Description

エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法
　本発明は、エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法に係り、特に、発電機、ポンプや草刈り機等の動力源として用いられる小型汎用エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法に関する。
　従来から、発電機、ポンプや草刈り機等の作業機の動力源として用いられる小型汎用エンジンとして、気化器（キャブレタ）のスロットルバルブをアクチュエータにて駆動する電気ガバナ搭載機が知られている。
　電子ガバナを有する小型汎用エンジンでは、エンジン負荷に変動が生じた場合でもエンジンの回転数と燃料噴射量（トルクＴ）とを調整してエンジンの回転数を一定に保つように作動する。すなわち、電子ガバナは、エンジンの回転数と設定された目標回転数との差がなくなるように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、燃料噴射量を増減している。
　上述した作業機を駆動する小型汎用エンジンにおいて、エンジンを駆動させたままの状態で作業を一時的に中断するような場合など作業機が無負荷状態にあるときには、エンジンの回転数を低下させて、エンジンの燃費を向上させるとともに、騒音を低減させることが好ましい。
　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。
　また、作業機とつなげることを想定していないが、特許文献２および特許文献３にエンジンのアイドル回転数の制御について開示されている。
　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。
　また、特許文献３には、内燃エンジンがフィードバック制御されているアイドル運転時の加算補正項を、その時の負荷状態に応じた適正値に設定する内燃エンジンのアイドル回転数制御方法が開示されている。
　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。
特許第２８１６５５６号公報 特公平６－８４７３２号公報 特開昭６１－２９４１５２号公報
　しかしながら、作業機の無負荷時において、エンジンの回転数を低下させるアイドリング運転をするためには、作業機が無負荷状態であるか否かの判定を行う必要がある。
　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。
　また、特許文献１は、アイドルダウン検出用のスイッチを作業者が手動で入力してアイドル回転させる構成となっているので、作業者の作業効率が低下する。特に、作業機の負荷状態が頻繁に変動する場合には、作業者の作業効率が著しく低下するだけでなく、変動する負荷状態に応じてアイドリング運転に適切に切り換えることが難しい。
　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。
　本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、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エンジンの回転数制御装置および回転数制御方法を提供することを目的とする。
　本発明に係るエンジンの回転数制御装置は、作業機を駆動するためのエンジンの回転数制御装置であって、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備えることを特徴とする。
　上記エンジンの回転数制御装置によれば、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。
　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、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の学習手段をさらに備えてもよい。
　これにより、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値は、運転中に随時更新して学習するので、作業機によらない無負荷判定の精度を向上させることができる。
　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（統計的確率分布（２～３σ））によって求めることができる。
　また、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が好ましい。
　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。
　また、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と、前記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の学習手段を備えてもよい。
　これにより、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。
　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。
　なお、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は、上述した目標回転数変更手段および目標回転数維持手段を切り換えるスイッチと別体であってもよいし、同一であってもよい。同一のスイッチとする場合は、操作方法を異ならせることで使い分けることが可能である。
　また、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てもよい。
　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。
　本発明に係るエンジンは、上記エンジンの回転数制御装置を備えることを特徴とする。
　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。
　本発明に係るエンジンの回転数制御方法は、作業機を駆動するためのエンジンの回転数制御方法であって、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を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ることを特徴とする。
　上記エンジンの回転数制御方法によれば、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。
　また、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の学習工程を備えてもよい。
　これにより、前記目標回転数に対応するスロットル開度閾値は、運転中に随時更新して学習するので、作業機によらない無負荷判定の精度を向上させることができる。
　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。
　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が好ましい。
　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。
　また、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備え、前記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の学習工程を備えてもよい。
　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。
　さらに、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が好ましい。
　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。
　本発明によれば、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。
　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。
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。 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。 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。 スロットルバルブを有する気化器の縦断面図である。 実施形態１に係るエンジンの回転数制御を示すフローチャートである。 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。 実施形態２に係るエンジンの回転数制御を示すフローチャートである。 実施形態２のサブルーチンを示すフローチャートである。
　以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。
［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。
　図１に示すエンジンの回転数制御装置１は、作業機２２を駆動するエンジン２０の回転数を制御する装置である。
　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。
　設定回転数算出部２は、作業機２２の通常運転時におけるエンジン２０の目標回転数（設定回転数あるいは通常回転数）を算出する。
　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。
　記憶部８には、目標回転数に対応するスロットル開度閾値が記憶されており、例えば図２に示すように、目標回転数の範囲毎にスロットル開度閾値が定められたテーブルが記憶されていてもよい。ここでは、ローアイドル回転数を例えば２２００ｒｐｍとした一例を示した。詳細は後述するが、本実施形態では、現在のスロットル開度が、目標回転数に対応するスロットル開度閾値以下であれば、作業機２２が無負荷状態であると判断する。
　図２に示すテーブルは、作業機２２が無負荷である状態でエンジン２０の回転数を変化させながら実測したスロットルバルブ１０のスロットル開度に基づいて作成することができる。例えば、図３に示すように、作業機２２が無負荷である状態でエンジン２０の回転数を変化させながら実測したスロットル開度の最大値１０２よりも大きな値を、各回転数域毎のスロットル開度閾値１００として決定してもよい。
　なお、スロットル開度閾値は、スロットル開度の実測値によって予め定められるものであるが、エンジンや作業機の個体差でも異なるため、使用するエンジン及び作業機の組み合わせに関する適切なスロットル開度閾値は、後述するように学習機能により更新することが好ましい。
　記憶部８は、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れば特に限定されず、例えば、揮発性メモリと不揮発性メモリとを併用してもよい。これにより、エンジン２０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とともに、不揮発性メモリの保存回数を低減させることができる。
　回転数検出部１８は、エンジン２０の点火パルスに基づいて、エンジン２０の回転数を算出する。具体的には、クランク軸が１回転する間に１つの点火パルスが検出されるので、１分間に検出される点火パルスの個数から、エンジンの回転数（サイクル数）を算出する。
　スロットル開度演算部１２では、目標回転数決定部１６で決定される目標回転数と、回転数検出部１８で検出されるエンジン回転数との偏差を計算し、スロットル操作量Δθｔｈを計算する。本実施形態では、スロットル開度演算部１２は、目標回転数とエンジン回転数との偏差がゼロに近づくようにＰＩ制御（フィードバック制御）を行う。
　図１に示すスロットル開度調節部１４は、スロットル開度演算部１２で演算されたスロットル操作量Δθｔｈに基づいて、スロットルバルブ１０のスロットル開度を調節する。
　スロットルバルブ１０は、図４に示すように、気化器３０の吸気通路３４に配置されている。スロットルバルブ１０を回動することによって、吸入空気量を調節することができる。
　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。
　図示しないが、スロットル開度調節部１４は、スロットルを開閉するために、アクチュエータを具備している。このアクチュエータは特に限定されないが、例えば、ステッピングモータや回転力発生モータ（ＤＣモータ）を使用することができる。
　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。
　次に、本実施形態におけるエンジン回転数制御方法について説明する。図５は、図１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。
　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。
　次に、ステップ２で目標回転数の安定判別を行う。ここでは、過去数回分の回転数偏差がＮ［ｒｐｍ］以下のときを安定とした。ステップ２では、目標回転数が安定であるか否かを判定し、安定であるときはステップ３へ進み、安定でないときはステップ１３へ進む。
　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３で目標回転数がローアイドル回転数でないと判断された場合は、作業機が無負荷状態ではないとき（通常運転時）である。
　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を満たさないときは、ステップ１１へ進んで目標回転数を設定回転数で維持したまま設定し、ステップ１７でＰＩ制御を行い、エンジンは通常運転を維持する。
　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６では、現在のスロットル開度θｔｈに＋３を加算し、加算して得た値を設定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。
　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。
　次に、ステップ７でアイドルダウンスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定する。ステップ７でアイドルダウンスイッチがＯＦＦである場合は、ステップ１１へ進んで目標回転数を設定回転数で維持したまま設定し、ステップ１７でＰＩ制御を行い、エンジンは通常運転を維持する。
　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。
　アイドルダウンを開始すると目標回転数をローアイドル回転数に設定する。しかし、急な目標回転数の変更はハンチングやオーバーシュートを生じるため、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１０では、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。
　一方、ステップ３で目標回転数がローアイドル回転数であると判定された場合は、上述したようにステップ１２へ進む。目標回転数がローアイドル回転数であるときは、アイドリング運転時である。
　ステップ１２では、現在のスロットル開度θｔｈに＋３を加算し、加算して得た値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、記憶部のローアイドル判断用スロットル開度閾値（図２参照）を更新する。現在のスロットル開度θｔｈに加算する値αは＋３とした。
　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１２でスロットル開度閾値を更新すると、ステップ１３へ進む。
　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。
　その後、ステップ１４で、下記条件を満たすか否かを判定する。

　　　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
　なお、条件式の＋４は現在のスロットル開度θｔｈに加算する値（β）である。現在のスロットル開度θｔｈに加算する値（β）は、上述した現在のスロットル開度θｔｈに加算する値（α）と同様に、スロットル開度の平均偏差よりも大きい値である。本実施形態では、アイドリング運転の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βを＋４とした。ただし、βは整数（β＞０）とする。
　ステップ１４で、θｔｈ＞θｔｈ_ｉｄｌｅ＋４またはアイドルダウンスイッチがＯＦＦである場合は、ステップ１６へ進み、目標回転数を設定回転数に設定してアイドリング運転を終了し、ステップ１７でＰＩ制御を行い、通常運転へ復帰させる。
　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。
　ステップ１７では、設定された目標回転数に基づいて、ＰＩ制御を行う。
　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。
　ステップ１８では、ステップ１７で演算したスロットル操作量Δθｔｈに基づき、ステッピングモータを駆動してスロットルバルブを開閉する。
　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１８でスロットル操作量Δθｔｈに基づいてスロットルバルブを開閉した後、ステップ１９へ進む。
　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では、エンジンが停止状態にあるか否かを判定する。
　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。
　不揮発性メモリへの書込みは、アイドルダウン終了時でもよいし、一定時間毎に行ってもよいが、不揮発性メモリの書込み回数に制限があることから、上述したようにエンジン停止時に行うことが好ましい。エンジン停止時に書き込むと、より書込み回数が少なくすることができ、且つ効率的である。
　したがって、上述の実施形態によれば、図１に示す作業機２２の無負荷状態を作業機２２によらずに判定することができるので、エンジン２０と作業機２２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。
［実施形態２］
　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。
　本実施形態に係るエンジンの回転数制御装置４０は、図６に示すように、アイドルダウン強制スイッチ６を設けた点で既に説明した回転数制御装置１（図１参照）と異なる。また本実施形態に係るエンジンの回転数制御の手順は、アイドルダウン強制スイッチ６に関するステップを除けば、図５を用いて説明した手順と同一であるため、ここでは、共通するステップの説明を省略する。
　図７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。
　次に、ステップ２で目標回転数の安定判別を行う。ここでは、過去数回分の回転数偏差がＮ［ｒｐｍ］以下のときを安定とした。ステップ２では、目標回転数が安定であるか否かを判定し、安定であるときはステップ３へ進み、安定でないときはステップ１３へ進む。
　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３１へ進む。
　ステップ３で目標回転数がローアイドル回転数でないと判断された場合は、作業機が無負荷状態ではないとき（通常運転時）である。
　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。
　なお、図６ではアイドルダウンスイッチ４と、アイドルダウン強制スイッチ６とが別体である構成を示しているが、同一のスイッチとしてもよい。アイドルダウンスイッチ４と、アイドルダウン強制スイッチ６とを同一のスイッチとする場合は操作方法を異ならせることで使い分けることが可能である。
　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。
　このようにして構成されるアイドルダウン強制スイッチは、ステップ３１でアイドルダウン強制スイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定する。アイドルダウン強制スイッチがＯＮである場合は、図８に示すステップ３２、ステップ３３へ進む。
　ステップ３２では、現在のスロットル開度θｔｈに＋３を加算し、加算して得た値を設定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。
　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。
　なお、実施形態１と同様に、＋３は現在のスロットル開度θｔｈに加算する値（α）である。現在のスロットル開度θｔｈに加算する値（α）は、スロットル開度の平均偏差よりも大きい値である。
　ステップ３２、ステップ３３で閾値を更新した後、ステップ８へ進む。
　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１０では、目標回転数をローアイドル回転数に設定し、ステップ１１７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。
　一方、ステップ３１でアイドルダウン強制スイッチがＯＦＦである場合は、ステップ４へ進み、実施形態１と同様に自動によるアイドルダウン開始を実施する。
　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を満たさないときは、ステップ１１へ進んで目標回転数を設定回転数で維持したまま設定し、ステップ１７でＰＩ制御を行い、エンジンは通常運転を維持する。
　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６では、現在のスロットル開度θｔｈに＋３を加算し、加算して得た値を設定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。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。
　次に、ステップ７でアイドルダウンスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定する。ステップ７でアイドルダウンスイッチがＯＦＦである場合は、ステップ１１へ進んで目標回転数を設定回転数で維持したまま設定し、ステップ１７でＰＩ制御を行い、エンジンは通常運転を維持する。
　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３で目標回転数がローアイドル回転数であると判定された場合は、ステップ１２～ステップ１７を行うが、ここでは実施形態１のステップ１２～ステップ１７と共通の処理であるため、その説明を省略する。同様に、ステップ１７～ステップ２１についても、実施形態１のステップ１７～ステップ２１と共通の処理であるため、その説明を省略する。
　したがって、上述の実施形態によれば、図６に示す作業機２２の無負荷状態を作業機２２によらずに判定することができるので、エンジン２０と作業機２２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。
　さらに、アイドルダウン強制スイッチ６により、自動だけでなく手動でもアイドリング運転に切り換えることができる。これにより、エンジンの出荷時や、エンジンに設ける作業機を途中で変更した時など作業機のエンジントルクが異なっていても、目標回転数におけるスロットル開度閾値を手動で更新して設定することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
　例えば、上述の実施形態１及び２では、ＰＩ制御に使用する比例ゲインＫｐ及び積分時間Ｔｉは一定である例について説明したが、比例ゲインＫｐ及び積分時間Ｔｉは状況に応じて適宜変更してもよい。
　具体的には、ステップ１１で目標回転数が設定回転数に設定された場合（すなわち、通常運転時）に比べて、ステップ１０及び１５で目標回転数がローアイドル回転数に設定された場合（すなわち、ローアイドル運転時）の比例ゲインＫｐを小さく設定してもよい。これにより、安定したＰＩ制御を行い、急激なスロットル操作に起因するエンストを防止することができる。
　また、ステップ１１で目標回転数が設定回転数に設定された場合（すなわち、通常運転時）に比べて、ステップ１６で目標回転数が設定回転数に設定された場合（すなわち、ローアイドル運転から通常運転への切り換え時）の比例ゲインＫｐを大きく設定してもよい。これにより、ＰＩ制御の即応性を向上させて、迅速に目標回転数とエンジン回転数との偏差をゼロに近づけることができる。

Claims (11)

  1. 　作業機を駆動するためのエンジンの回転数制御装置であって、
    　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備えることを特徴とするエンジンの回転数制御装置。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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と、
    　前記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１乃至３の何れか一項に記載のエンジンの回転数制御装置。
  5. 　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１乃至４の何れか一項に記載のエンジンの回転数制御装置。
  6. 　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。
  7. 　作業機を駆動するためのエンジンの回転数制御方法であって、
    　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を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ることを特徴とするエンジンの回転数制御方法。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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備え、
    　前記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７乃至９の何れか一項に記載のエンジンの回転数制御方法。
  11. 　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７乃至１０の何れか一項に記載のエンジンの回転数制御方法。
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