JP2005264820A - Auto choke device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オートチョーク装置に関し、特に始動後のエンジン温度上昇に対して温度に対応した良好な空燃比制御を行うことができるオートチョーク装置に関する。 The present invention relates to an auto choke device, and more particularly, to an auto choke device capable of performing good air-fuel ratio control corresponding to temperature against engine temperature rise after starting.
エンジンの冷間始動時に使用されるオートチョーク装置は、温度検出素子で検出されたエンジン温度に従って、チョークバルブを作動させるソレノイドアクチュエータやダイアフラムアクチュエータを制御する。冷間始動時にオートチョーク装置によって混合気を濃くする方向に空燃比制御することによりエンジンを安定して始動させることができる。 An auto choke device used at the time of cold start of an engine controls a solenoid actuator and a diaphragm actuator that operate a choke valve according to an engine temperature detected by a temperature detecting element. The engine can be stably started by controlling the air-fuel ratio in the direction of increasing the air-fuel mixture by the auto choke device at the cold start.
例えば、特開平5−280425号公報には、シリンダヘッドの温度に対応した検出信号を出力するサーミスタからなるセンサでエンジンの冷機状態が検出された場合であって、しかもスロットルバルブが全閉状態となっている場合、すなわちエンジン始動時のチョークを作動させる必要がある冷間時にのみチョークソレノイドを自動的に作動させるオートチョーク装置が開示されている。
上記特許文献1に記載された装置のように、ソレノイドアクチュエータを使用してチョークバルブを制御することは一般的である。しかし、ソレノイドをオンまたはオフ状態に制御するのでチョークを作動させる必要がある期間の終わり近く、つまりチョーク解除間際では、チョーク過剰になってしまうという問題点がある。
As in the apparatus described in
これに対して、バイメタルをアクチュエータとして利用することによってチョークバルブを連続的に制御することも試みられている。しかし、バイメタルは温度変化に対する応答性が悪いので、冷間始動後およびエンジン温度が高い状態での再始動後のいずれにおいてもチョーク解除のタイミングが遅れ、その結果、十分な出力が得られるまでに時間がかかるという問題点がある。 On the other hand, it is also attempted to control the choke valve continuously by using a bimetal as an actuator. However, since bimetals have poor responsiveness to temperature changes, the timing for releasing choke is delayed both after cold start and after restart at a high engine temperature, and as a result, sufficient output is obtained. There is a problem that it takes time.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン温度に追従してきめ細かくチョークバルブを制御することができるオートチョーク装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an auto choke device capable of finely controlling a choke valve following an engine temperature.
本発明は、エンジン始動時にエンジン温度を代表する温度情報に基づいて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オートチョーク装置において、前記チョークバルブの開度を制御するためのステッピングモータと、前記ステッピングモータへ供給する駆動パルスのパルスレートを設定する手段とを備え、予め設定された前記ステッピングモータのトルク不足要因環境ではパルスレートの設定範囲の低域の値を使用するように構成される。 The present invention relates to a stepping for controlling the opening of the choke valve in an auto choke device that controls the opening of a choke valve provided in an intake passage of the engine based on temperature information representative of the engine temperature when the engine is started. A motor and means for setting a pulse rate of a drive pulse to be supplied to the stepping motor, so that a low value in a pulse rate setting range is used in a preset torque shortage factor environment of the stepping motor Composed.
前記トルク不足要因環境は、前記温度情報が予め設定した値以下の状態、または前記ステッピングモータの駆動電源の電圧が予め設定した値以下の状態である。 The torque shortage factor environment is a state where the temperature information is equal to or lower than a preset value, or a voltage of a driving power source of the stepping motor is equal to or less than a preset value.
また、前記駆動電源は、前記エンジンに備えられるリコイルスタータによって発電された電力である。 The drive power supply is electric power generated by a recoil starter provided in the engine.
さらに、本発明では、チョーク解除までの時間が、前記温度情報に基づいて決定される。 Further, in the present invention, the time until the choke is released is determined based on the temperature information.
本発明によれば、ステッピングモータがトルク不足要因環境にあるときは、パルスレートを小さく、つまり単位時間当たりの出力パルス数を減らしてモータ速度を低下させることによりチョークバルブを駆動するトルクを増大させ、脱調を防止することができる。 According to the present invention, when the stepping motor is in a torque shortage factor environment, the torque for driving the choke valve is increased by decreasing the pulse rate, that is, decreasing the motor speed by reducing the number of output pulses per unit time. Step-out can be prevented.
トルク不足要因環境としてエンジンの低温状態を考慮することにより、例えば、低温時にチョークバルブの動作を阻害する軸の摩擦増大に対応してトルクを確保し、脱調を防止することができる。 Considering the low temperature state of the engine as a torque shortage factor environment, for example, torque can be secured in response to an increase in shaft friction that hinders the operation of the choke valve at low temperatures, and step-out can be prevented.
また、トルク不足要因環境として駆動電源の電圧低下を考慮することにより、ステッピングモータ自体の出力トルク低下時に、できるだけ大きいトルクを確保して脱調を防止することができる。 Further, by considering the voltage drop of the drive power supply as a torque shortage factor environment, it is possible to secure the largest possible torque and prevent the step-out when the output torque of the stepping motor itself is lowered.
また、リコイルスタータで手動回転させたときの発電力が小さいときでも、できるだけ大きいトルク出力によってチョークバルブを駆動することができる。 Further, even when the power generated when manually rotating with the recoil starter is small, the choke valve can be driven with as much torque output as possible.
さらに、エンジン温度を代表する温度情報に基づいてチョーク解除に到達するまでの時間を適切に設定でき、エンジンの状態に応じて最適の空燃比に制御することができる。 Furthermore, it is possible to appropriately set the time until the choke release is reached based on temperature information representative of the engine temperature, and it is possible to control to the optimum air-fuel ratio according to the state of the engine.
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係るオートチョーク装置のシステム構成を示すブロック図である。同図において、エンジン1は発電機の駆動源として使用されるものである。エンジン1にはエンジン温度を検出するための温度センサ2が設けられる。温度センサ2は、例えば、シリンダヘッド2aに設けられる。さらにシリンダヘッド2aには、点火プラグ3、吸気弁4および排気弁5が設けられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an auto choke device according to an embodiment of the present invention. In the figure, an
吸気弁4が設けられた吸気管6には、キャブレータ7が接続される。キャブレータ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。スロットルバルブ8はステッピングモータ10で駆動されて開閉され、チョークバルブ9はステッピングモータ11で駆動されて開閉される。
A
エンジン1は発電機12に連結され、発電機12はエンジン1で駆動されて交流を発生する。この交流は一旦整流された後、インバータ13で所定周波数(50もしくは60Hzの商用周波数)に制御され、商用電源電圧が出力される。
The
エンジン1のスタータモータを兼用する発電機12は、エンジン1のクランク軸1aに結合されるフライホイールの内周部分にマグネットが取り付けられてなるアウタロータ12aと、発電コイルが巻回されたステータ12bからなる。クランク軸1aには手動始動のためのリコイルスタータ(図示せず)を連結することができる。
A
発電機12のアウタロータ12aには点火時期検出用のリラクタ14が設けられ、ロータの周りには、リラクタ14を検出する上死点前位置検出センサ(BTDCセンサ)15が設けられる。
The outer rotor 12a of the
点火プラグ3の点火時期およびチョークバルブ9の開度は運転制御部16で制御される。チョーク制御部17は温度センサ2で検出されるエンジン温度およびBTDCセンサ15の出力によって検出されるエンジン回転数に従ってステッピングモータ11を駆動して、温度に対応した適度な空燃比が得られるようにチョークバルブ9を作動させる。チョーク制御部17の制御はさらに後述する。
The ignition timing of the
ステッピングモータ10は、電子ガバナによってエンジン回転数を所定の基準回転数に維持するように制御される。この基準回転数は負荷(インバータ13の出力側に接続される電気負荷)の大きさによって可変である。
The stepping
点火制御部18は、BTDCセンサ15および発電機12の交流出力波形に基づいて最適に点火時期を制御する。波形整形部19,20は、それぞれBTDCセンサ15の出力波形および発電機12の交流出力波形を整形する。点火時期は波形整形部19,20から供給される波形のタイミングによって制御されるが、本発明の要部ではないので詳細は省略する。
The
電源部21は、運転制御部16に必要な電源を形成するものであり、バッテリ25および発電機12の整流後電圧(インバータ13の入力側電圧)を所定電圧の制御電源とするためのレギュレータを含む。運転制御部16には、発電機12の運転状態などを表示する液晶ディスプレイ22を設けることができる。また、発電機12を遠隔制御できるように、リモコン装置23を接続するためのインタフェース24を設けることもできる。なお、チョーク制御部17や点火制御部18は、マイクロコンピュータで構成できる。
The power source unit 21 forms a power source necessary for the
図2は、チョーク制御部17の動作を示すフローチャートである。この処理は、バッテリ25から供給される電力で電源部21が付勢されて開始される。また、バッテリ25が過放電している場合は、リコイルスタータでエンジン1を回転させてそのときの発電機12の発電出力で電源部21が付勢される。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the
まず、ステップS1では、温度センサ2による検出温度を読み込む。ステップS2では、検出温度に対応するチョークバルブ9の位置(始動開度)を決定する。始動開度は、例えば予め設定されているテーブルから読み取る。チョークバルブ9の位置はステッピングモータ11に供給する駆動信号のステップ数で表される。
First, in step S1, the temperature detected by the
ステップS3では、エンジン温度に対応するチョーク解除までの作動時間(基本チョーク解除時間)を決定する。 In step S3, the operation time (basic choke release time) until the choke release corresponding to the engine temperature is determined.
ステップS4では、初期化のためにステッピングモータ11を駆動するとともに、チョークバルブ9の始動開度までチョークバルブ9を回動させるためにステッピングモータ11を駆動する。
In step S4, the
ステップS4のステッピングモータ11の初期化では、詳細を後述するように、チョークバルブ9を全閉側もしくは全開側に移動させるようにステッピングモータ11に予定ステップ数(少なくとも、全閉位置に対応するステップ数)の駆動信号を供給する。これによってチョークバルブ9は全閉もしくは全開となる。そして、この全閉もしくは全開位置を基準にチョークバルブ9の始動開度は決定される。
In the initialization of the
バッテリによってスタータモータを駆動してエンジン始動する場合は、ステッピングモータ11の初期化およびチョークバルブ9の始動開度までの移動後にエンジン始動という手順になる。一方、バッテリから電源供給できないときには、リコイルスタータによる手動回転で得た発電出力でステッピングモータ11の駆動と点火を行うので、チョークバルブ9駆動とエンジン始動はほぼ同時に行われる。
When the engine is started by driving the starter motor with a battery, the engine is started after the stepping
そして、エンジン始動後に、ステップS5では、チョークバルブ9が半開に到達しているか否かが判断される。この判断はステッピングモータ11に供給した駆動信号のステップ数に基づいて行う。チョークバルブ9の開度が半開未満であれば、ステップS6に進んでエンジン回転数が検出される。エンジン回転数はBTDCセンサ15の出力周期に基づいて検出することができるが、検出方法は周知のいかなる方法であってもよい。ステップS7では、チョークバルブ9が半開に到達するまでのモータ駆動条件を決定する。
Then, after the engine is started, in step S5, it is determined whether or not the
半開までのモータ駆動条件の決定においては、ステップS3で決定された基本チョーク解除時間(始動開度から半開までの作動時間)に対して補正が行われる。ここの補正では、エンジン回転数が高くなるほど基本チョーク解除時間は短縮され、エンジン回転数が低くなるほど基本チョーク解除時間は延長される。 In determining the motor driving conditions until half open, the basic choke release time determined in step S3 (operation time from start opening to half open) is corrected. In this correction, the basic choke release time is shortened as the engine speed increases, and the basic choke release time is extended as the engine speed decreases.
駆動周期(例えば、0.7秒)毎にステッピングモータ11に供給される駆動信号のステップ数は、この駆動周期とエンジン回転数の増減に対応して延長もしくは短縮された基本チョーク解除時間とに基づいて決定される。駆動周期毎に供給される駆動信号のステップ数を多くすると素速くチョーク解除側へ移動できるし、ステップ数を少なくするとゆっくりとチョーク解除側へ移動される。
The number of steps of the drive signal supplied to the stepping
このようにして、ステップS7では、チョークバルブ9を始動開度から半開させるまでの動作において、ステッピングモータ11に供給する駆動周期毎の駆動信号のステップ数が決定され、ステップS8では、決定されたこの駆動条件(決定された駆動信号のステップ数)でステッピングモータ11を駆動する。
In this way, in step S7, the number of steps of the drive signal for each drive cycle supplied to the stepping
ステップS5で、チョークバルブ9が半開に到達していると判断されれば、ステップS9に進んで、チョークバルブ9が全開に到達したか否かが判断される。半開に到達したかどうかの判断と同様、この判断はステッピングモータ11に供給した駆動信号のステップ数に基づいて行う。
If it is determined in step S5 that the
チョークバルブ9の開度が全開未満であれば、ステップS10に進んでエンジン回転数が検出される。ステップS11では、チョークバルブ9が全開するまでのモータ駆動条件を決定する。ステップS11でも、ステップS7と同様、エンジン回転数による基本チョーク解除時間(半開から全開までの作動時間)の補正と、ステッピングモータ11に対して駆動周期毎に出力される駆動信号のステップ数の計算とを行う。ステップS12では、決定されたモータ駆動条件(決定された駆動信号のステップ数)でステッピングモータ11を駆動する。チョークバルブ9が全開に到達したと判断されれば、このチョーク制御は終了する。
If the opening of the
図3は、ステッピングモータ11の初期化(ステップS4)の詳細なフローチャートである。同図において、ステップS41では、エンジン温度に応じてステッピングモータ11のパルスレートを決定する。温度に対応するステッピングモータ11のパルスレートを設定したテーブルの例を図4に示す。
FIG. 3 is a detailed flowchart of initialization of the stepping motor 11 (step S4). In the figure, in step S41, the pulse rate of the stepping
ステップS42では、ステップS2で決定された始動開度が予定値(例えば、半開とする)未満であるか否かが判別される。始動開度が半開未満であれば、ステップS43に進み、始動開度が半開以上であれば、ステップS44に進む。 In step S42, it is determined whether or not the starting opening determined in step S2 is less than a predetermined value (for example, half open). If the starting opening is less than half open, the process proceeds to step S43, and if the starting opening is not less than half open, the process proceeds to step S44.
ステップS43では、ステッピングモータ11をチョークバルブ9の全閉側で初期化する。つまり、チョークバルブ9を全閉側にステップS41で決定したパルスレートで回動させる。ステップS44では、ステッピングモータ11をチョークバルブ9の全開側で初期化する。つまり、チョークバルブ9を全開側にステップS41で決定したパルスレートで回動させる。
In step S43, the stepping
上述のように、エンジン温度に基づいて決定される始動開度が全閉側であるときはチョークバルブ9を全閉位置まで駆動させ、そこでステッピングモータ11を初期化するようにした。また、エンジン温度に基づいて決定される始動開度が全開側であるときはチョークバルブ9を全開位置まで駆動させ、そこでステッピングモータ11を初期化するようにした。このように初期化が始動開度により近い側で行われるので、初期化後、始動開度まで短時間でチョークバルブ9を移動させることができる効果がある。
As described above, when the starting opening determined based on the engine temperature is the fully closed side, the
このステッピングモータ11の初期化において、パルスレートをエンジン温度の関数として設定した理由は次の点にある。ステッピングモータはオープンループ制御されるので、外乱やステッピングモータのトルク低下によって脱調が生じた結果、回転角度が所望位置からずれてしまっていてもそれを検出することができない。
The reason why the pulse rate is set as a function of the engine temperature in the initialization of the stepping
特に低温時はチョークバルブ9の軸の摩擦力が増大する傾向があり、もしこの場合の摩擦力がステッピングモータ11の出力トルク程度にまで増大することがあると脱調を起こしやすくなってしまう。また、ステッピングモータは、パルスレートが増大するほど、すなわち、パルス間隔が小さくなるほど出力トルクが低減する特性を有することは知られている。
In particular, when the temperature is low, the frictional force of the shaft of the
そこで、図4に示したように、エンジン温度の関数でパルスレートを決定した。図4において、ステッピングモータ11のパルスレートは第1レートR1および第2レートR2間で設定される。そして、このパルスレートは温度が第1温度TL以下の低温時には最も低い第1レートR1に設定され、第1温度TLより高い第2温度TH以上の高温時には最も高い第2レートR2に設定される。そして、第1温度TLおよび第2温度THの間ではエンジン温度が高くなるに従って第1レートR1から第2レートR2へ徐々にパルスレートが増大するように設定される。
Therefore, as shown in FIG. 4, the pulse rate was determined by a function of the engine temperature. In FIG. 4, the pulse rate of the stepping
こうして、エンジン温度が低温時にはパルスレートを低下させて出力トルクを増大させている。これによって、脱調を抑制することができる。 Thus, when the engine temperature is low, the output rate is increased by decreasing the pulse rate. Thereby, step-out can be suppressed.
ステッピングモータ11のパルスレートは低温時だけ低くするのに限らない。ステッピングモータ11はパルスレートが高い状態に限らず他の要因によってもトルク不足を生じることがある。例えば、ステッピングモータ11を駆動するための電源電圧が不足しているときにも出力トルクが低下する。電源電圧は、バッテリ25の電圧が低下している場合や、リコイルスタータ使用時で回転力が弱くて十分な発電が行われない場合に低下する。したがって、この電源電圧を検出して、電源電圧が所定の電圧より低下している場合は、パルスレートを低下させて十分なトルクを得られるようにする。
The pulse rate of the stepping
なお、ステッピングモータ11を初期化するとき、およびチョークバルブ9を始動開度まで移動させるときのトルク不足要因環境として、低いエンジン温度や低い電源電圧以外のものも予定できる。経年劣化による摩擦の増大等も、チョークバルブ9が円滑に動作するのを阻害する要因のひとつである。
It should be noted that when the stepping
図5は、エンジン始動時におけるエンジン温度毎のチョークバルブ9の位置つまり始動開度をステッピングモータ11の駆動信号のステップ数で示した図である。この例では、エンジン温度がマイナス25°Cから20°Cまでの範囲ではチョークバルブ9は全閉(ステップ数=110)であり、エンジン温度が30°C以上では、チョークバルブ9はわずかに開かれている。そして、エンジン温度が60°Cでは、チョークバルブ9は半開(ステップ数=55)であり、それ以上では、段階的にステップ数「35」までチョークバルブ9が開かれている。この図から理解できるように、エンジン温度が60°以下では始動開度が半開より全閉寄りであるので、ステッピングモータ11はチョークバルブ9の全閉側で初期化される。また、エンジン温度が60°以上では始動開度が半開より全開寄りであるので、ステッピングモータ11はチョークバルブ9の全開側で初期化される。
FIG. 5 is a diagram showing the position of the
図6は、エンジン温度に対応するチョーク解除時間の例を示す図である。ここでは、電子ガバナによってエンジン回転数が基準回転数3300rpmになるように制御されているときの基本チョーク解除時間の例を示している。したがって、発電機12に接続される負荷の変動によって基準回転数が変動したときには、基本チョーク解除時間は(半開までの作動時間および半開から全開までの作動時間はいずれも)エンジン回転数に応じて補正される。すなわち、負荷が増大してエンジン回転数が基準回転数より高めに推移する時にはチョーク解除時間を短くするし、負荷が減少してエンジン回転数が基準回転数より低めに推移する場合はチョーク解除時間を長くする。このように発電機12つまりエンジン1の運転状態に応じて適正になるようにチョーク解除時間は補正される。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the choke release time corresponding to the engine temperature. Here, an example of the basic choke release time when the engine speed is controlled by the electronic governor to be the reference speed 3300 rpm is shown. Therefore, when the reference rotational speed fluctuates due to fluctuations in the load connected to the
なお、本実施形態では、エンジン温度としてシリンダヘッド2aの温度で代表させたが、チョークバルブ制御のためのエンジン温度はこの位置での温度に限定されない。例えば、オイルパンやエンジン水冷用のウォータジャケットに温度センサを装着して、潤滑オイル温度やエンジン冷却水の温度を検出し、これらでエンジン温度を代表させてもよい。その他、エンジン温度を代表できるエンジンケース部分で検出された温度情報を本発明のチョークバルブ制御に採用することができる。
In the present embodiment, the engine temperature is represented by the temperature of the
1…エンジン、 2…温度センサ、 6…吸気管、 7…キャブレータ、 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…インバータ、 17…チョーク制御部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記チョークバルブの開度を制御するためのステッピングモータと、
前記ステッピングモータへ供給する駆動パルスのパルスレートを設定する手段とを備え、
予め設定された前記ステッピングモータのトルク不足要因環境ではパルスレートの設定範囲の低域の値を使用することを特徴とするオートチョーク装置。 In the auto choke device that controls the opening degree of the choke valve provided in the intake passage of the engine based on temperature information representative of the engine temperature when starting the engine,
A stepping motor for controlling the opening of the choke valve;
Means for setting a pulse rate of a drive pulse supplied to the stepping motor,
An auto choke device characterized in that a low value of a pulse rate setting range is used in a preset torque shortage factor environment of the stepping motor.
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