JP2015008693A - エンジン作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン作業機の不安定姿勢時にエンジン自体を迅速に停止させるようにしたエンジン作業機を提供する。【解決手段】シリンダに加速度センサを設け、回転検出手段の出力を用いて制御装置がエンジンの運転を制御する。制御手段は、加速度センサ、回転検出手段から情報を受け取り、加速度センサの出力７１から回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域７５、７６に相当する範囲を除外し、除外された出力から得られる信号の加速度ピーク７１ａが、所定のしきい値ｇ１以上であるときにエンジンの運転を抑制するかまたは停止させるようにした。【選択図】図８

Description

本発明は、刈払機、チェンソー、ヘッジトリマなどの小型エンジンを用いた小型のエンジン作業機に関し、特にエンジン稼働中に作業機自体の姿勢が不安定な状態になった際にエンジンを自動停止又は出力を抑制するように構成したエンジン作業機に関する。

刈払機、チェンソー、ヘッジトリマなどの携帯型のエンジン作業機では、エンジンの出力をクランク軸に直接又は間接的に接続された遠心クラッチ機構を介して、刈刃、ソーチェン等を駆動する。遠心クラッチは、クランク軸等の回転体側に設けられたクラッチシューと、駆動される側に設けられクラッチシューの外周側に設けられるクラッチドラムによる摩擦力で動力を伝達するクラッチであり、エンジンがアイドリング状態等の低速回転時には遠心力が小さいためにクラッチシューが内周側に位置しており、回転体の動力を駆動される側には伝達しない（クラッチ断の状態）。エンジンの回転数が上昇して所定の回転数（クラッチ接続回転数）以上になると、遠心力によってクラッチシューが外周側に移動してドラムの内周面と接することにより回転体から駆動される側への動力伝達が行われる（クラッチ接続の状態）。このような遠心クラッチ機構は、エンジンの回転数が上昇すると自動的にクラッチ機構が接続されて刈刃が回転するため、携帯型のエンジン作業機の作業中に何らかの原因によって刈刃、ソーチェン等を止めたい場合であってもエンジンの回転数が低下するまでクラッチを切ることができない。

このため、エンジン作業機においては遠心クラッチの採用と共に機械的なブレーキ装置を設けることが提案されている。このようなブレーキ装置として、例えば特許文献１に示されたものがある。このブレーキ装置は、その第６図に開示されているように、ブレーキドラムの外周に接してブレーキシューを配置し、このブレーキシューとアームとの間にブレーキワイヤを張り、ブレーキばねでブレーキワイヤを引き戻すとともに、ブレーキドラムにブレーキシューを押しつける構造であり、アームを操作しない場合にはブレーキばねでブレーキシューを押しつけ、ブレーキドラムにブレーキが働くというものである。

特開２００２−１８６３２７号公報

特許文献１の構造では、ブレーキを用いて作業機器を素早く停止させることができるもののエンジンの回転数はアイドリング回転数に復帰するだけである。刈刃、ソーチェン等を止めたい場合には、例えば作業者が作業姿勢を崩して不安定な状況になったときや、エンジン作業機を落としてしまった場合等のエンジンも迅速に停止したい場合がある。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、作業者が作業姿勢を崩して不安定な状況になったときや、エンジン作業機を落としてしまった場合等の不安定姿勢時にエンジンの回転を素早く抑制するか又は停止させるようにしたエンジン作業機を提供することにある。

本発明の他の目的は、加速度センサとエンジンの回転検出手段を用いて、異常時にエンジンの回転を抑制するか又は停止させるようにしたエンジン作業機を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、作業者が把持するグリップ部に圧力センサを設けて、圧力センサの信号を用いて、異常時にエンジンの回転を抑制するか又は停止させるようにしたエンジン作業機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、ケースと、クランクケースを貫通して延びるクランク軸を有するエンジンによって作業機を稼働させるエンジン作業機であって、シリンダ又はクランクケースに設けられる加速度センサと、クランク軸の回転を検出する回転検出手段と、エンジンの運転を制御する制御手段を設け、制御手段は加速度センサと回転検出手段から情報を受け取り、加速度センサの出力から回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域に相当する範囲を除外し、除外された出力から得られる信号の加速度ピークがしきい値以上であるときにエンジンの運転を抑制するかまたは停止させるように構成した。このように、不安定な状況の検出をするパラメータとして加速度センサから得られる加速度信号と、加速度信号のピーク周波数と、回転検出手段から得られるエンジン回転数と、そのエンジン周波数を用いるので、エンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出することができる。

本発明の他の特徴によれば、除外される周波数帯域は、回転検出手段の出力により求められるエンジンの固有周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域である。また、制御手段は回転検出手段により得られた情報をもとにエンジンのｎ次の周波数を求め、１次周波数だけでなくｎ次周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域を加速度センサの出力から除外するので、エンジンの基本振動に影響されること無く、アンバランス等のエンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出することができる。さらに、制御手段はエンジンの回転数領域毎に異なるしきい値を用いるようにし、このしきい値は予め制御装置内の記憶装置に格納しておくように構成した。このため、エンジンの回転数に応じたしきい値を記憶装置から読み出すだけで良いので、要求されるマイコンの処理能力が低くて済む。さらに、制御手段は加速度センサの出力から衝撃ピークを求め、加速度ピークがしきい値以上であって、かつ、衝撃ピークがしきい値以上であるときにエンジンの運転を抑制するかまたは停止させるように制御すれば、不安定な状況をより高精度に検出できる。

本発明の他の特徴によれば、作業者が把持するグリップ部に、作業者による把持状態を検出する圧力センサを設け、制御手段は圧力センサからの出力により作業者による把持状態を検出し、加速度ピークと、圧力センサからの出力を用いてエンジン作業機の姿勢が不安定であることを検出して、エンジンの運転を抑制するかまたは停止させるので、作業者による把持状態を考慮した不安定状況の検出を行うことができる。

本発明によれば、作業機および作業操作に由来する固有の加速度ピークが現れる周波数域から外れている周波数領域における加速度ピークを効果的に検出することにより、エンジンの振動に左右されずにエンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出することができる。また、刈刃の取り付け状態が異常である場合等を効果的に検出することができる。

本発明の実施例に係るエンジン作業機の斜視図である。 図１のエンジン１０の背面図であって、シリンダカバー７を取り外した状態を示している。 図１のエンジン１０の側面図である。 図１のエンジン作業機の通常運転時に検出される振動の計測データであって、（１）は上下方向の加速度の変化、（２）は前後方向の加速度の変化、（３）は左右方向の加速度の変化を示す。 図１のエンジン作業機を上下方向に自由落下させたときの振動の計測データであって、（１）は上下方向の加速度の変化、（２）は前後方向の加速度の変化、（３）は左右方向の加速度の変化を示す。 図１のエンジン作業機がキックバックを受けた時の振動の計測データであって、（１）は上下方向の加速度の変化、（２）は前後方向の加速度の変化、（３）は左右方向の加速度の変化を示す。 図１のエンジン作業機の刈刃をアンバランスな状態にした時の振動の計測データである。 図１のエンジン作業機の刈刃をアンバランスな状態にした時の振動の比較データである。 本実施例における加速度センサと回転検出手段を使ったエンジンの自動停止制御の手順を示すフローチャートである。 図９のフローチャートの変形例であり、回転検出手段により得られるエンジン回転数を基にエンジン次数による周波数域を計算し、この周波数域のデータを加速度情報から除外することでエンジン振動による影響を除外する制御を加える制御手順の一例を示すフローチャートである。 図９のフローチャートの変形例であり、回転検出手段より得られるエンジン回転数情報に対応したしきい値を設定する制御を加える制御手順の一例を示すフローチャートである。 図９のフローチャートの変形例であり、不安定な状況の判定基準に加速度情報から演算できる衝撃ピークとしきい値の比較を加える制御手順の一例を示すフローチャートである。 図９のフローチャートの変形例であり、圧力センサからの圧力情報を加える制御のコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１はエンジン作業機１の一例である刈払機の全体形状を示す斜視図である。エンジン作業機１は、メインパイプ４の一端に取り付けられたエンジン１０（駆動部となるエンジン本体）と、メインパイプ４の他端側に取り付けられた回転する刈刃（回転刃）２を有する。刈刃２はギヤユニットに設けられたスピンドル（図示せず）に対して着脱可能であり、刈刃２の近傍には、刈り払った草の飛散防止のための飛散防御カバー３が設けられる。メインパイプ４の長手方向の中間よりやや後方部分にハンドル５が組み付けられる。メインパイプ４の後端側にはエンジン１０が設けられる。エンジン作業機１は小型軽量で大きな出力を得ることができる汎用エンジンを用いて、燃料を補給することにより長時間の作業を可能としたものである。エンジン１０を起動するために、例えば手動式のスタータが広く用いられる。

ハンドル５は、前方から見た際に略Ｕ字状の形状をした金属製のパイプであり、先端部分には樹脂製のグリップ部６ａ、６ｂが設けられる。作業者が右手で把持する側のグリップ部６ａの根本付近にはスロットルレバー３４、ロックレバー３５が設けられ、作業者は、ロックレバー３５を引きながらスロットルレバー３４を操作することでエンジン１０の回転数を調整して刈刃２の回転速度を調整する。さらに、グリップ部６ａに圧力センサ３８が設けられる。圧力センサ３８は、作業者がグリップ部６ａを握る際に圧力センサ３８に所定の圧力が掛かるような位置に設けられ、圧力センサ３８の出力信号を監視することによって、作業者がグリップ部６ａを把持しているのか、又は、離しているかを検出することができる。

作業者は圧力センサ３８を把持した状態で作業を行う。スロットル用のケーブル３９は、内側（インナー）にワイヤが配置され、外側（アウター）が樹脂製のカバーで覆われたものであって、ケーブル３９は後述する気化器２０（図２参照）のスロットル機構に接続される。スロットルレバー３４を引くとケーブル３９の内部に配置されたワイヤ（後述）がハンドル側に引かれて後述する気化器２０のスロットルが開くことになる。圧力センサ３８によって作業者がグリップ部６ａを把持していないと判断された場合は、後述する制御装置によって本実施例による制御手順が実行されるが、その制御に関しては後述する。

図２は、本実施例に係るエンジン作業機１のエンジン１０の背面図であって、シリンダカバー７（図１参照）を取り外した状態を示している。エンジン１０は、２サイクルの小型エンジンであって、図示しないクランク軸がメインパイプ４（図１参照）と同軸上に配置され、シリンダ１１がクランクケース１４から略上側に伸びるように配置され、シリンダ１１内で図示しないピストンが上下方向に往復移動する。クランク軸の後端側（図示しない遠心クラッチが配置される側と反対の端部）には、エンジンを始動するためのリコイルスタータ３０が設けられる。リコイルスタータ３０は４本のネジ３３によってクランクケース１４に取り付けられる。リコイルスタータ３０は、手動式のスタータであって、作業者がエンジン１０の始動時にスタータハンドル３１を強く引くことによりクランクシャフトを回転させて、エンジン１０が始動するきっかけを作る。このリコイルスタータ３０自体の構成は従来例と同じなのでここでの詳細な説明は省略する。エンジン１０の左側には、吸気ポートと連結するインシュレータ２２を介して気化器２０が設けられ、気化器２０の外側（左側）には吸入する空気を濾過するエアクリーナの格納空間を構成するエアクリーナカバー２１が設けられる。

エンジン１０の側方（右側）にはマフラー１６が設けられ、マフラー１６の後面側には、排気ガスの出口となる排気口１６ａが設けられる。マフラー１６は、作業者が直接触れてしまうのを防止するため、樹脂製のマフラーカバー１５で覆われる。エンジン１０は、その上部がシリンダカバー７（図１参照）によって覆われる。クランクケース１４の下側には燃料タンク２７が設けられる。燃料タンク２７は、半透明の高分子樹脂により形成される容器であって、開口部に取り付けられるキャップ２８を外すことによってガソリンと所定比率のオイルを混合した混合燃料を入れることができる。エンジン１０を始動するときは、作業者は図示しないチョークレバーを引いてからスタータハンドル３１を勢いよく引くことによりエンジン１０が始動する。

本実施例ではエンジン１０の加速度をピックアップするセンサとして、シリンダ１１の下端付近であってクランクケース１４への取り付け面の近傍付近に加速度センサ３７を設けた。図示の位置に加速度センサ３７を設けるとシリンダ１１の振動を直接検知してしまいノイズが多くなってしまうと思われるが、本実施例の制御によりエンジン１０の運転に起因するシリンダ１１からのノイズを除去する場合は、振動の発生源ともいえるシリンダ１１にあえて加速度センサ３７を取り付ける方が良い。尚、加速度センサ３７を設ける位置は、シリンダ１１に接するように設けるのでは無く、クランクケース１４に接するように取り付けても良いし、シリンダ１１及びクランクケース１４以外の箇所に設けるように構成しても良い。

加速度センサ３７の信号は図示しないケーブルにてリコイルスタータ３０のケースの内部に設けられた制御装置（コントローラ）３６に伝達され、制御装置３６によって信号処理がされる。制御装置３６は、汎用のマイコン（マイクロコンピュータ）を含めて構成すると好ましく、マイコンによって所定のプログラムを実行することにより後述する信号分析を行い、その分析処理の結果に基づくエンジン１０の運転抑制（エンジン回転数をアイドリングにまで戻す）か、又は、エンジン１０を停止させる。尚。制御装置３６を設ける位置はリコイルスタータ３０のケース部分だけに限られずに、シリンダカバー７やその他の部位に設けるように構成しても良い。

図３は、エンジン１０の側面図である。イグニッションコイル２３で発生された高圧電流は、イグニッションコード２４とプラグキャップ２５を介して点火プラグ２６（図２参照）に伝達される。エンジン１０のクランク軸（図示せず）の前端にはマグネトロータ１７が設けられる。マグネトロータ１７は、回転する機構の動きを安定化させる働きを持つフライホイールの役目を果たす部品であって、本実施例のエンジン１０においては、マグネトロータ１７にはシリンダ１１を冷却するための冷却風を生成するためのフィン１７ａが一体的に形成され、マグネトロータ１７の外周面の一部には、点火用の高圧電流を発生させるために磁気を帯びた磁性体（磁石）１８が設けられる。マグネトロータ１７は、例えばアルミニウム合金の鋳造にてフィン１７ａと一体的に構成され、ボルト等によってクランク軸に固定される。マグネトロータ１７の前方側には遠心クラッチ１９が設けられ、エンジン１０の回転数が遠心クラッチ１９の接続回転数以下になると図示しないクラッチドラムとマグネトロータ１７に設けられたクラッチ爪との係合状態が外れて先端工具への動力伝達が遮断され、先端工具たる刈刃２が停止する。遠心クラッチの前方側にはボリュートケース８が設けられ、ボリュートケース８は脚部９と一体に成形され、遠心クラッチ１９のドラム部（図示せず）を回転可能に軸支する。

エアクリーナカバー２１の下端付近には、始動直前に混合燃料を燃料タンク２７から気化器２０に吸い上げるためのプライマリポンプ３２が設けられる。作業者はエンジン１０の始動直前にプライマリポンプ３２を繰り返し押すことにより、気化器２０に燃料を吸い上げる。プライマリポンプ３２は半球状の透明バルブであって、透明バルブ部分に混合燃料が到達したことをもって気化器２０に燃料が到達していることを目視確認できる。

次に図４を用いて、エンジン作業機１の通常運転時に検出されるエンジン１０の振動計測データを説明する。本データは、シリンダ１１の下端付近に設けられた加速度センサ３７の出力信号を元に検出される信号であり、横軸は振動の周波数（Ｈｚ）、縦軸は加速度（Ｇ）である。本実施例では３軸に対する振動を検出できる加速度センサ３７によって検出されるものであり、計測される振動の加速度は、エンジン１０の回転速度によってその大きさが変化する。図４では、エンジン回転数が１００００ｒｐｍの時の加速度信号（実線４１〜４３にて図示）と、８０００ｒｐｍの時の加速度信号（点線４６〜４８にて図示）を計測した。図４（１）は、通常運転時の上下方向における加速度の変化であって、１００００ｒｐｍの時には、矢印４１ａと矢印４１ｂ付近の２ヶ所のピーク振動が出現する。このピーク振動は、エンジン回転数１００００ｒｐｍ、即ち約１６６Ｈｚとその２次の周波数（約３３３Ｈｚ）である。８０００ｒｐｍの時には、２ヶ所にてピーク振動が出現し、矢印４６ａ、４６ｂのようにピークとなる周波数が、エンジン回転数の減少に応じて低下して約１３３Ｈｚと２６７Ｈｚにて出現する。

図４（２）は、通常運転時の前後方向における加速度の変化であって、１００００ｒｐｍの時には、矢印４２ａと矢印４２ｂ付近の２ヶ所のピーク振動が出現する。８０００ｒｐｍの時には、ピーク振動が出現するポイントは矢印４７ａの１ヶ所である。図４（３）は、通常運転時の左右方向における加速度の変化であって、１００００ｒｐｍの時には、矢印４３ａと矢印４３ｂ付近の２ヶ所の加速度ピークが出現する。８０００ｒｐｍの時には、ピーク振動が出現するポイントはほとんど無くなるが、矢印４８ａ付近の加速度が比較的高めになっている。（１）から（３）の波形で理解できるように、ピーク振動が出現する位置はエンジン回転数や振動の方向に大きく影響されるため、エンジン回転数に応じたピーク位置付近の所定の帯域幅（例えば±５〜２０Ｈｚ付近の周波数帯域）の信号を取り除き、それ以外の信号を用いて解析することによってエンジン作業機１の姿勢が不安定な状態にあるか否かを検出することができる。

次に図５を用いて、作業中にエンジン作業機１を落下させてしまった場合に検出されるエンジン１０の振動計測データを説明する。これらデータも加速度センサ３７の出力信号で検出されるが、ここで示す周波数帯域は、エンジン回転数が１００００ｒｐｍで作業中にエンジン作業機１を自由落下させた場合の、落下中に取得した加速度信号であり、特徴的な振動として低周波の特徴的な振動が発生する。ここでは横軸は０〜６４Ｈｚをプロットしているが、ピーク信号となる部分（矢印５１ａで示す。記号“□”は、複数のピーク５１ａ〜５１ｄのうち加速度がピークとなる位置を示している。以下、同様）は、落下時のピークの検知周波数ｆは、上下方向で矢印５１ａのように２Ｈｚ程度、前後方向では矢印５２ａのように１Ｈｚ以下、左右方向では矢印５３ａのように１Ｈｚ以下である。この落下時においてエンジン回転数に基づく振動による周波数（エンジン周波数ｆｅ）が図４の通りであり、例えば１００００ｒｐｍの時の加速度信号で見ると、矢印５１ａ、５２ａ、５３ａの検知周波数ｆと、エンジン１０の回転数に起因するエンジン周波数ｆｅたる図４の矢印４１ａ、４２ａ、４３ａとは一致しない。この比較は８０００ｒｐｍの時の加速度信号で比較しても同様であり、矢印５１ａ、５２ａ、５３ａの検知周波数ｆと、エンジン１０の回転数に起因するエンジン周波数ｆｅたる図４の矢印４６ａ、４７ａ、４８ａとは一致しない。また、図４で出現する加速度ピークに比べると、矢印５１ａが数ｇ程度であり、矢印５２ａ、５３ａ付近の加速度ピークですら１〜３ｇ程度である。

次に図６を用いて、作業中にキックバック等の影響を受けて、エンジン作業機１が急激に姿勢変化した場合に検出されるエンジン１０の振動計測データを説明する。キックバックの際に特に検出される特徴的な振動としては、図５に示した落下の際に得られる加速度信号と違って、０〜１００Ｈｚ程度にまで広く分布することである。ここでは横軸は０〜１２８Ｈｚをプロットしているが、ピーク信号となる部分は、キックバック時の検知周波数ｆは、上下方向で矢印６１ａのように３Ｈｚ程度、前後方向では矢印６２ａのように４Ｈｚ程度、左右方向では矢印６３ａのように４Ｈｚ程度である。このキックバック時においてエンジン回転数に基づく固有振動（エンジン周波数ｆｅ）による加速度と比較すると、図６の矢印６１ａ、６２ａ、６３ａ等で示される検知周波数ｆと、エンジン１０の回転数に起因するエンジン周波数ｆｅたる図４の矢印４１ａ、４２ａ、４３ａとは全く一致しない領域にある。

次に図７、８を用いて、刈刃２が偏心して取り付けられていてエンジン作業機１がアンバランスな状態になった場合に検出されるエンジン１０の振動計測データを説明する。アンバランスな状態になった際に特に検出される特徴的な振動としては、上下方向でみると図７（１）に示した信号のように波形の形的にはほとんど図４で示した波形と同じように見える。例えば１００００ｒｐｍの加速度７１は、図の加速度４１と同様に２つのピーク（矢印７１ａ、７１ｂ）が出現する。しかしながら、前後方向でみると図７（２）のように加速度ピークが矢印７２ａのように１つしか見えない。また、左右方向においても加速度ピークが矢印７３ｂのように１つしか見えない。このようにエンジン作業機１に対して何らかの要因、外因などによってアンバランスな回転状態になった場合には、加速度センサ３７の出力信号の波形が大きくなったり小さくなったり、ピーク信号が特定方向にシフトしたりする。ここで図８を用いて図４（１）の加速度信号４１と図７（１）の加速度信号７１について更に説明する。

図８は、図４（１）の加速度信号４１と図７（１）の加速度信号７１（共にエンジン回転数１００００ｒｐｍ）を同じグラフに並べてプロットしたものである。ここでわかることは通常時の加速度信号４１に比べ、アンバランスな状態においては加速度信号７１が全体的に大きくなり、また、その加速度ピークが矢印４１ａから矢印７１ａのように高くなる方向にシフトし、同様に矢印４１ｂの加速度ピークが矢印７１ｂのように高くなる方向にシフトしている。ここで、本実施例においては、エンジン１０の回転数に起因するエンジン周波数ｆ_１は、エンジン（クランク軸）の回転を検出する回転検出手段から得られるリアルタイムのエンジン回転数に基づいて算出して、エンジン周波数ｆ_１から上下所定の範囲（ここではｆ_１±１５Ｈｚ）のマスク範囲７５を検出される加速度信号から除外し、マスク範囲７５以外の周波数領域において、その加速度ピーク７１ａが所定のしきい値ｇ_１を越えているかどうかが比較される。ここでエンジン回転数とエンジン周波数ｆ_１との関係については、製品出荷前に予め算出しておいてその値を制御手段に含まれるマイコン又はメモリに記憶させておくと良い。ここで、マスク範囲７５以外の全周波数領域における検知周波数ｆのピーク値（加速度ピークｇ）が予め設定されるしきい値ｇ_１と比較し、しきい値ｇ_１以下ならばエンジン作業機１が正常の状態で作業されていると判断し、加速度ピークｇがしきい値ｇ_１を越えた場合は、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす必要がある異常時の状態であると判断する。図８においては、上下方向にだけ加速度を比較した例で説明したが、同様に前後方向や左右方向の加速度信号においても同様に測定された加速度ピークｇとしきい値ｇ_１を比較し、いずれかの加速度信号がしきい値ｇ_１を越えた場合に、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす必要がある異常時の状態であると判断するとよい。

尚、加速度信号から除外されるマスク範囲を、エンジン１０の基本周波数（１次周波数）たるマスク範囲７５だけでなく、エンジン１０の２次高調波周波数たるｆ_２から上下所定の範囲（ここではｆ_２±１５Ｈｚ）をマスク範囲７６として比較される加速度信号７１から除外するようにしても良い。マスク範囲は必要に応じてｎ次高調波周波数領域（ｎ＝２，３・・）において設定しても良い。またマスク範囲の幅は、ここでは±１５Ｈｚ程度としたがこの幅はエンジンの種類、振動の特性、加速度センサーの取付位置、取り付け方向などに応じて適宜設定すれば良い。このように構成すれば、エンジンの振動周波数の高調波成分の影響を効果的に除外することができる。

次に図９のフローチャートを用いて、加速度センサと回転検出手段を使ったエンジン１０の自動停止制御の処理手順を説明する。制御装置３６は、まず加速度センサ３７の出力を得ることによって加速度情報を取り込む（ステップ８１）。次に制御装置３６は得られた加速度信号から、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークｇを検知し、その加速度ピークｇの検知周波数ｆを算出する（ステップ８２）。次に、制御装置３６は、イグニッションコイル２３の出力を用いてエンジン１０の回転数を検知して、その情報を取り込み（ステップ８３）、エンジン１０の回転数に起因する振動のピークとなるエンジン周波数ｆｅを算出する（ステップ８４）。次に、制御装置３６は、検知された検知周波数ｆが、エンジン周波数ｆｅと一致しないかどうかを判定する（ステップ８５）。一致するかどうかは周波数が厳密に一致するかどうでの比較で無くて、エンジン周波数ｆｅに一定の幅を持たせて、例えばエンジン回転数が１００００ｒｐｍの時は固有のエンジン周波数ｆｅが１６６Ｈｚであるので、１６６Ｈｚを中心にある幅（例えば±１５Ｈｚ）を持った範囲、例えば１５１〜１８１Ｈｚ程度の範囲をエンジン周波数ｆｅとして、その範囲内に検知周波数ｆが含まれるかどうかで、一致するかどうかを判定する。ここで、一致すると判定された場合は、落下等の異常時による検知周波数ｆではないと考えられるので、ステップ８１に戻り、一致しないと判断された場合は、検知周波数ｆにおける加速度ピークｇがしきい値ｇ_１以上であるかどうか判断する（ステップ８５、８６）。ステップ８６において、加速度ピークｇがしきい値ｇ_１以上と判断された場合は、制御装置３６は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす（ステップ８６、８７）。安全装置は、例えば制御装置３６がプログラムを実行することにより、キルスイッチを電子的にオン又はオフするように構成しても実現できる。ステップ８６において、検知周波数ｆにおける加速度ピークｇがしきい値ｇ_１未満の場合は、ステップ８１に戻る。本実施例の処理によれば、エンジン１０の振動に由来する加速度を誤ってアンバランスな状態での加速度ピークと判断することを防止できるので、エンジン回転数に関わらずに確実にアンバランスな不安定な状況を効果的に検出することができるという効果がある。

次に図１０のフローチャートを用いて、本実施例の変形例を説明する。図１０の手順では、回転検出手段により得られるエンジン回転数を基にエンジン次数による周波数域を計算し、この周波数域のデータを加速度情報から先に除外することでエンジン振動による影響を除外する制御を加えるようにしたものである。制御装置３６は、まず制御装置３６は、イグニッションコイル２３の出力を用いてエンジン１０の回転数を検知し、その情報を取り込む（ステップ９１）。次に、制御装置３６は、エンジン１０の回転数に起因する振動のエンジン周波数ｆｅと、エンジン１０のｎ次周波数ｆｎを算出する（ステップ９２、９３）。次に、制御装置３６は、加速度センサ３７の出力を得ることによって加速度情報を取り込に（ステップ９４）、得られた加速度信号から、エンジン周波数ｆｅ付近及びエンジン１０のｎ次周波数ｆｎ付近の帯域（±１５Ｈｚ分）の信号域の加速度信号を除外する。ここで、ｎ＝１の信号（つまりエンジン周波数ｆｅ）と、ｎ＝２のエンジン周波数ｆ２を除外するだけでよいが、ｎ＝３、４・・の信号域の加速度信号を除外するように構成しても良い。また、除外する帯域幅は±１５Ｈｚ分だけでなく、本実施例による検出動作に最適な帯域幅を決定するようにすればよい。さらに、ｎ＝１とｎ＝２の帯域幅を同じとする必要はないので、ｎ＝１の帯域幅をｎ＝２の帯域幅よりも広く又は狭く設定してもよい。

次にステップ９６にて除外された周波数範囲において、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークｇを検知し（ステップ９６）、その加速度ピークｇが所定のしきい値ｇ_１以上であるかどうかを判定する（ステップ９７）。加速度ピークｇがしきい値ｇ_１以上と判断された場合は、制御装置３６は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす（ステップ９７、９８）。以上のように、本実施例の変形例によれば、エンジン１０のｎ次周波数ｆｎ付近の加速度信号を除去するので、エンジン固有の振動を、エンジン作業機の不安定な状況に起因する振動と効果的に区別することができる。また、図１０の変形例においては、エンジン１０の回転数に応じて加速度センサの出力から回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域に相当する範囲を除外し、残りの周波数範囲から加速度ピークを検出するようにしたので、エンジン１０の固有周波数近傍に出現する加速度ピークが検出されないことを確実に防止することができる。

図１１は図９の第２の変形例であり、回転検出手段より得られるエンジン回転数情報に対応したしきい値を設定する制御を加えた手順を説明するフローチャートである。制御装置３６は、イグニッションコイル２３の出力を用いてエンジン１０の回転数を検知し、その情報を取り込む（ステップ１０１）。次に、制御装置３６は、エンジン１０の回転数に起因する振動のエンジン周波数ｆｅを求め（ステップ１０２）、エンジン１０の回転数に対応した加速度ピークしきい値ｇ_１を決定する（ステップ１０３）。このしきい値ｇ_１は、製品出荷前にあらかじめ設定して制御装置３６の図示しない記憶手段内に格納しておき、ステップ１０３の処理の際に記憶手段から回転数に対応したしきい値ｇ_１を読み出すようにすれば良い。また、しきい値ｇ_１をエンジン回転数に対応する所定の関数によって算出するように構成しても良く、制御装置がステップ１０３の処理の際に関数を演算することによって算出するように構成しても良い。

次に、制御装置３６は、加速度センサ３７の出力を得ることによって加速度情報を取り込む（ステップ１０４）。次に制御装置３６は得られた加速度信号から、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークｇを検知し、その加速度ピークｇの周波数（検知周波数ｆ）を算出する（ステップ１０５）。次に、制御装置３６は、検知周波数ｆがエンジン周波数ｆｅと一致するか否かを判定する（ステップ１０６）。一致するかどうかは、周波数が同じかというような厳密な比較で無くて、所定の帯域幅で比較するのは図９における処理手順と同様である。ここで、一致すると判定された場合は、落下等の異常時に起因する加速度ピークではないと考えられるので、ステップ１０１に戻り、一致しないと判断された場合は、加速度の検知周波数ｆがしきい値ｇ_１以上であるかどうか判断する（ステップ１０６、１０７）。ステップ１０７において、検知周波数ｆにおける加速度ピークｇがしきい値ｇ_１以上と判断された場合は、制御装置３６は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす（ステップ１０７、１０８）。ステップ１０７において、加速度ピークｇがしきい値ｇ_１未満の場合は、ステップ１０１に戻る（ステップ１０７）。以上のように、本実施例の第２の変形例によれば、エンジン１０の回転数に応じてしきい値ｇ_１を設定するため、実作業を行うすべての回転数領域（例えば遠心クラッチが接続される回転数）において、エンジン作業機の不安定な状況を効果的に検出できる。この結果、ある一定回転数域でしか不安定な状況を検出できない現象の発生を阻止できる。また、アンバランスな状態を起因とする、通常のエンジン振動よりも小さい加速度ピークが出現した場合であっても、しきい値ｇ_１を回転速度に合わせて適切に変更するようにしたので、効果的に不安定な状態を検出できる。

図１２は図９の第３の変形例であり、制御装置３６によって、不安定な状況の判定基準に加速度情報から演算できる衝撃ピークとしきい値ｇ_１の比較を加えるように制御する処理手順の一例を示すフローチャートである。制御装置３６は、加速度センサ３７の出力を得ることによって加速度情報を取り込み（ステップ１１１）、得られた加速度信号から上下方向、前後方向、左右方向におけるピークを検知し、その加速度ピークｇ、検知周波数ｆ、衝撃ピークＧを算出する（ステップ１１２）。次に制御装置３６は、イグニッションコイル２３の出力を用いてエンジン１０の回転数を検知し、その情報を取り込み（ステップ１１３）、エンジン１０の回転数に起因する振動のエンジン周波数ｆｅを求める（ステップ１１４）。次に、制御装置３６は、検知された検知周波数ｆが、エンジン周波数ｆｅの含まれる帯域と一致しないかどうかを判定する（ステップ１１５）。ここで、検知周波数ｆがエンジン周波数ｆｅの含まれる帯域に含まれると判定された場合は、落下等の異常時による検知周波数ｆではないと考えられるので、ステップ１１１に戻り、一致しないと判断された場合は、検知周波数ｆにおける加速度ピークｇがしきい値ｇ_１以上であるかどうか判断する（ステップ１１５、１１６）。ステップ１１６において、加速度ピークｇがしきい値ｇ_１以上と判断された場合は、次に衝撃ピークＧがしきい値以上であるか否かを判定する（ステップ１１７）。ここで衝撃ピークＧは次式で求めることができる。
Ｇ ＝ ｍ（ｇ_ｔ − ｇ_ｔ−１）
但し ｍ：エンジン作業機の重量
ｇ_ｔ：時刻ｔにおける加速度信号
つまり、衝撃ピークＧは、単位時間当たりの加速度の変化量として演算することができ、衝撃ピークＧがしきい値以上の時は、制御装置３６は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす（ステップ１１７、１１８）。ステップ１１７において、衝撃ピークＧがしきい値未満の場合は、ステップ１１１に戻る（ステップ１１７）。

以上のように第３の変形例では、加速度ピークｇに加えて衝撃ピークＧも用いるようにしたので、エンジン回転数に影響されずにエンジン作業機がアンバランスな状態に陥ったことを確実に検出することができる。尚、第３の変形例では加速度センサ３７の出力から衝撃ピークＧを算出するようにしたが、加速度センサ３７とは別に衝撃センサを設けて、その出力信号の波形をも用いて不安定姿勢を検出するように構成しても良い。この場合の衝撃センサを設ける位置は任意であるが、エンジン作業機１の最突出部分か重心から十分離れた部分、例えばリコイルスタータのカバー等に設けるようにすると良い。

図１３は図９の第４の変形例であり、圧力センサからの圧力情報を加える制御の処理手順を示すフローチャートである。図１３では最初に制御装置３６は、圧力センサ３８からの出力信号が所定の圧力値であるしきい値１を越えているか否かを判断する（ステップ１２１）。越えている場合は、制御装置３６は、加速度センサ３７の出力を得ることによって加速度情報を取り込み（ステップ１２２）、得られた加速度信号から、上下方向、前後方向、左右方向における加速度ピークｇを検知し、その際の検知周波数ｆを算出する（ステップ１２３）。次に、制御装置３６は、エンジン１０の回転数に起因する振動のエンジン周波数ｆｅを求める（ステップ１２４）。次に、制御装置３６は、検知された検知周波数ｆが、エンジン周波数ｆｅから所定の帯域幅内にあるか否か、即ち一致するかどうかを判定する（ステップ１２５）。ここで、一致すると判定された場合は、落下等の異常時による加速ピークｇではないと考えられるので、ステップ１２１に戻り、一致しないと判断された場合は、検知周波数ｆの加速度ピークがしきい値ｇ_２以上であるかを判断する（ステップ１２６、１２６）。ステップ８５において、加速度の検知周波数ｆがしきい値ｇ_２以上と判断された場合は、制御装置３６は図示しない安全装置を作動させるようにして、エンジン１０を停止させるか又はアイドリング回転数に落とす（ステップ１２６、１２７）。ステップ１２６において、加速度の検知周波数ｆがしきい値ｇ_２未満の場合は、ステップ１２１に戻る（ステップ１２６）。

図１３のステップ１２１において、圧力センサ３８からの出力信号が所定の圧力値であるしきい値１を越えていない場合は、ステップ１３２〜１３６の手順を実行する。ここでステップ１３２〜１３６の手順はステップ１２２〜１２６と同じ処理であって、ステップ１３６にて使用するしきい値ｇ_３が異なるだけである。しきい値ｇ_３は、作業者がグリップ部６ａを把持していないとき、例えば、落下等の何らかの理由でエンジン作業機を落としてしまった場合に越えるような範囲に設定され、そのようにエンジン作業機が通常の使用状態でない時、即ち異常時の使用状態においては、専用のしきい値ｇ_３を用いることによって異常状態の検出を確実に行うことができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例ではエンジン作業機の一例として刈払機を用いて説明したが、チェンソー、ヘッジトリマなどの携帯型のエンジン作業機にはもちろん、携帯できないエンジン作業機であっても作業者が移動させながら使用するカルチベータ等のエンジン作業機においても同様に適用できる。

１ エンジン作業機 ２ 刈刃（回転刃）
３ 飛散防御カバー ４ メインパイプ
５ ハンドル ６ａ、６ｂ グリップ部
７ シリンダカバー ８ ボリュートケース
９ 脚部 １０ エンジン
１１ シリンダ １３ スロットルレバー
１４ クランクケース １５ マフラーカバー
１６ マフラー １６ａ 排気口
１７ マグネトロータ １７ａ フィン
１８ 磁性体 １９ 遠心クラッチ
２０ 気化器 ２１ エアクリーナカバー
２２ インシュレータ ２３ イグニッションコイル
２４ イグニッションコード ２５ プラグキャップ
２６ 点火プラグ ２７ 燃料タンク
２８ キャップ ３０ リコイルスタータ
３１ スタータハンドル ３２ プライマリポンプ
３３ ネジ ３４ スロットルレバー
３５ ロックレバー ３６ 制御装置
３７ 加速度センサ ３８ 圧力センサ
３９ ケーブル
４１〜４３、４６〜４８ 加速度信号
５１〜５３、６１〜６３、７１〜７３ 加速度信号
７５ マスク範囲（基本周波数）
７６ マスク範囲（２次周波数）
ｇ 加速度ピーク
ｆ 検知周波数
Ｇ 衝撃ピーク
ｆｅ エンジン周波数（１次）
ｆ２ エンジン周波数（２次）
ｆｎ エンジン周波数（ｎ次）

Claims (7)

1. ピストンが往復運動可能なシリンダと、前記シリンダを保持すると共にクランク室を形成するクランクケースと、前記クランクケースを貫通して延びるクランク軸を有するエンジンによって作業機を稼働させるエンジン作業機であって、
   前記シリンダ又は前記クランクケースに設けられる加速度センサと、
   前記クランク軸の回転を検出する回転検出手段と、
   前記エンジンの運転を制御する制御手段を設け、
   前記制御手段は、
   前記加速度センサ、前記回転検出手段から情報を受け取り、
   前記加速度センサの出力から前記回転検出手段の出力により求められる所定の周波数帯域に相当する範囲を除外し、
   前記除外された出力から得られる信号の加速度ピークがしきい値以上であるときに前記エンジンの運転を抑制するかまたは停止させることを特徴とするエンジン作業機。
2. 前記周波数帯域は、前記回転検出手段の出力により求められる前記エンジンの固有周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン作業機。
3. 前記制御手段は、前記回転検出手段により得られた情報をもとに前記エンジンのｎ次の周波数を求め、
   前記ｎ次周波数を中心にプラス及びマイナスの所定幅の帯域を前記加速度センサの出力から除外することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン作業機。
4. 前記制御手段は、前記エンジンの回転数領域毎に異なるしきい値を用いることを特徴とする請求項３に記載のエンジン作業機。
5. 前記エンジンの回転数領域毎に設定されるしきい値は、予め前記制御手段内の記憶装置に格納しておくことを特徴とする請求項４に記載のエンジン作業機。
6. 前記制御手段は前記加速度センサの出力から衝撃ピークを求め、前記加速度ピークが前記しきい値以上であって、かつ、前記衝撃ピークがしきい値以上であるときに前記エンジンの運転を抑制するかまたは停止させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン作業機。
7. 作業者が把持するグリップ部に、作業者による把持状態を検出する圧力センサを設け、
   前記制御手段は、前記圧力センサからの出力により作業者による把持状態を検出し、
   前記加速度ピークと、圧力センサからの出力を用いて前記エンジン作業機の姿勢が不安定であることを検出して、前記エンジンの運転を抑制するかまたは停止させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン作業機。

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