JP4801184B2 - 汎用内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は汎用内燃機関の点火制御装置に関する。
４サイクルの汎用内燃機関の多くは、装置の簡略化の意図から、吸気、圧縮、爆発、排気の各行程の内、圧縮行程のみならず排気行程で点火信号を発生させ、それに基づいて点火を行っている。圧縮行程で発生される点火信号に基づく点火は、燃焼サイクルに従った点火であり、その点火によって混合気が燃焼されることになるので、「正規点火」と呼ばれるが、排気行程で発生される点火信号に基づく点火は、燃焼サイクルに従った点火ではなく、その点火によっては混合気が燃焼されることがないので、「捨て火」と呼ばれる無駄な点火である。
従って、そのような汎用内燃機関にあっては、無駄な点火を行う分だけ点火プラグの寿命を短縮させてしまうという不具合があった。この不具合は、クランクシャフト１回転ごとに複数の点火信号が発生してしまうことに起因するため、クランクシャフトの回転の１／２回転を得るようにしたカムシャフトにリラクタとパルサを設け、正規点火の信号のみを得るように構成することが考えられる。
あるいは、下記特許文献１記載の技術のように、クランクシャフト１回転ごとに発生されるパルス信号に加え、クランクシャフトの単位回転角ごとに発生される第２のパルス信号を得ることで、クランクシャフト１回転ごとに発生されたパルス信号が圧縮行程で発生されたものであるか、排気行程で発生されたものであるかを判別し、その上で圧縮行程で発生された信号に基づいて点火するように構成することが提案されている。
特許第３５８２８００号公報
しかしながら、前者はカムシャフト部分の機構が複雑大型化することから、また後者の特許文献１記載の技術もパルス生成用の突起とパルス検出用の電磁コイルが２組必要となることから、簡易小型化が要求される汎用内燃機関には不向きである。
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、簡易小型化を図りつつ、捨て火による点火プラグの寿命短縮を防止するようにした汎用内燃機関の点火制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、４サイクルの圧縮行程と排気行程の２つの行程で点火信号を発生する汎用内燃機関の点火制御装置において、機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記検出された機関回転数に基づいて前記汎用内燃機関がアイドル状態にあるかを判断するアイドル状態判断手段と、前記検出された機関回転数に基づいて所定時間にわたる平均機関回転数を算出する平均機関回転数算出手段と、前記汎用内燃機関がアイドル状態にあると判断されるとき、前記発生された点火信号に基づく点火を少なくとも１回中止するように点火を制御する点火中止制御手段と、前記算出された平均機関回転数と前記点火を少なくとも１回中止した後に検出される中止後機関回転数とを比較して前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する点火信号判別手段と、前記発生された点火信号の内、前記圧縮行程で発生された点火信号であると判別された点火信号に基づいて点火を制御する点火制御手段とを備える如く構成した。
また、請求項２に係る汎用内燃機関の点火制御装置にあっては、前記点火信号判別手段は、前記平均機関回転数から前記中止後機関回転数を減算して得られる差と所定値とを比較する比較手段を備えると共に、前記差が前記所定値を超えるとき、前記点火中止制御手段によって前記圧縮行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断する一方、前記差が前記所定値以下であるとき、前記点火中止制御手段によって前記排気行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断し、よって前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する如く構成した。
また、請求項３に係る汎用内燃機関の点火制御装置にあっては、前記点火信号判別手段は、前記平均機関回転数と前記中止後機関回転数との比較を複数回行うと共に、前記複数回行われた比較結果に基づいて前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する如く構成した。
請求項１に係る汎用内燃機関の点火制御装置にあっては、所定時間にわたる平均機関回転数と、発生された点火信号に基づく点火を少なくとも１回中止した後に検出される中止後機関回転数とを比較して発生された点火信号が圧縮行程で発生された点火信号であるか、排気行程で発生された点火信号であるかを判別し、発生された点火信号の内、圧縮行程で発生された点火信号を選択し、選択された点火信号に基づいて点火を制御するように構成、即ち、クランクシャフト１回転ごとに発生される点火信号について、それが圧縮行程で発生されたものであるか、排気行程で発生されたものであるかを新たな機械的な構成を追加することなく判別し、その上で圧縮行程で発生された点火信号に基づいて正規点火のみを実行するように構成したので、装置全体の簡易小型化を図りつつ、捨て火による点火プラグの寿命短縮を防止することができる。
請求項２に係る汎用内燃機関の点火制御装置にあっては、平均機関回転数から中止後機関回転数を減算して得られる差と所定値とを比較し、その差が所定値を超えるとき、圧縮行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断する一方、その差が所定値以下であるとき、排気行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断し、よって発生された点火信号が圧縮行程で発生された点火信号であるか、排気行程で発生された点火信号であるかを判別するように構成したので、簡易な比較手法を用いながらも、点火信号を精度良く判別することができる。
請求項３に係る汎用内燃機関の点火制御装置にあっては、平均機関回転数と中止後機関回転数との比較を複数回行うと共に、複数回行われた比較結果に基づいて発生された点火信号が圧縮行程で発生された点火信号であるか、排気行程で発生された点火信号であるかを判別するように構成したので、点火信号を一層精度良く判別することができる。
この発明の実施例に係る汎用内燃機関の点火制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す装置の動作を示すフロー・チャートである。 図２の点火信号判別処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図３の点火信号判別の手法を示す説明図である。
以下、添付図面に即してこの発明に係る汎用内燃機関の点火制御装置を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、この発明の実施例に係る汎用内燃機関の点火制御装置を全体的に示す概略図である。
図１において、符号１０は汎用内燃機関（以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０は、空冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型でガソリンを燃料とし、例えば４４０ｃｃ程度の排気量を有する。
エンジン１０のシリンダブロック１２の内部に形成されたシリンダ（気筒）には、単一のピストン１４が往復動自在に収容される。シリンダブロック１２の上部にはシリンダヘッド１６が取り付けられ、そこにはピストン１４の頂部を臨む位置に形成された燃焼室１８と、燃焼室１８に連通される吸気ポート２０および排気ポート２２が設けられる。吸気ポート２０の付近には吸気バルブ２４が設けられると共に、排気ポート２２の付近には排気バルブ２６が設けられる。
シリンダブロック１２の下部にはクランクケース３０が取り付けられ、その内部にはクランクシャフト３２が回転自在に収容される。クランクシャフト３２は、コンロッド３４を介してピストン１４の下部に連結される。クランクシャフト３２の一端には負荷３６が接続され、エンジン１０は負荷３６に動力を出力する。
クランクシャフト３２の他端には、フライホイール３８と冷却ファン４０と始動用のリコイルスタータ４２が取り付けられる。フライホイール３８の内側においてクランクケース３０にはパワーコイル（発電コイル）４４が取り付けられると共に、フライホイールの裏面にはマグネット（永久磁石）４６が取り付けられる。パワーコイル４４とマグネット４６は多極発電機を構成し、クランクシャフト３２の回転に同期した出力を生じる。
また、フライホイール３８の外側においてクランクケース３０にはエキサイタコイル４８が取り付けられると共に、フライホイールの表面にはマグネット（永久磁石）５０が取り付けられる。エキサイタコイル４８は、マグネット５０が通過するごとに出力を生じる。
クランクケース３０にはクランクシャフト３２の軸線と平行にカムシャフト５２が回転自在に収容され、ギヤ機構５４を介してクランクシャフト３２に連結されて駆動される。カムシャフト５２は吸気側カム５２ａと排気側カム５２ｂを備え、図示しないプッシュロッドとロッカーアーム５６，５８を介して吸気バルブ２４と排気バルブ２６を駆動する。
吸気ポート２０にはキャブレタ６０が接続される。キャブレタ６０は、吸気路６２と、モータケース６４と、キャブレタアセンブリ６６を一体的に備える。吸気路６２にはスロットルバルブ６８とチョークバルブ７０が配置される。
モータケース６４には、スロットルバルブ６８を駆動するスロットル用電動モータ７２と、チョークバルブ７０を駆動するチョーク用電動モータ７４が収容される。スロットル用電動モータ７２とチョーク用電動モータ７４はステッピングモータからなる。
キャブレタアセンブリ６６は、図示しない燃料タンクから燃料の供給を受け、スロットルバルブ６８とチョークバルブ７０の開度に応じた量の燃料を噴射し、吸気路６２を流れる吸気に混合させて混合気を生成する。
生成された混合気は吸気ポート２０と吸気バルブ２４を通って燃焼室１８に吸入され、点火プラグや点火コイルなどからなる点火装置を介して点火されて燃焼する。燃焼によって生じた排気は排気バルブ２６と排気ポート２２と図示しない消音器などを通ってエンジン１０の外部に排出される。
スロットルバルブ６８の付近にはスロットル開度センサ７６が配置され、スロットルバルブ６８の開度に応じた信号を出力すると共に、シリンダブロック１２の適宜位置にはサーミスタなどからなる温度センサ７８が配置され、エンジン１０の温度を示す出力を生じる。
上記したスロットル開度センサ７６と温度センサ７８ならびにパワーコイル４４とエキサイタコイル４８の出力は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）８４に送られる。ＥＣＵ８４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、メモリおよび入出力回路などを備えるマイクロ・コンピュータからなる。
ＥＣＵ８４においてパワーコイル４４の出力（交流電力）はブリッジ回路に入力され、全波整流されて直流電源に変換されてＥＣＵ８４とスロットル用電動モータ７２などの動作電源として使用されると共に、パルス生成回路でパルス信号に変換される。またエキサイタコイル４８の出力は点火装置の点火信号として用いられる。即ち、エキサイタコイル４８により、クランクシャフト１回転ごとに点火信号が発生されることになる。
ＥＣＵ８４においてＣＰＵは変換されたパルス信号に基づいてエンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数とスロットル開度センサ７６と温度センサ７８の出力に基づいてスロットル用電動モータ７２とチョーク用電動モータ７４の動作を制御すると共に、点火装置を介して点火を制御する。
以下、点火制御について具体的に説明する。
図２はその動作、即ち、この発明の実施例に係る点火制御装置の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはＥＣＵ８４が起動したときに実行される。
以下説明すると、Ｓ１０において点火信号判別処理を実行する。
図３は、その処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。
Ｓ１００においては、検出されたエンジン回転数ＮＥが完爆回転数を超えるか否か判断する。完爆回転数はリコイルスタータ４２によってエンジン始動が完了したと判断できる回転数、例えば８００ｒｐｍである。エンジン回転数が完爆回転数に達した場合には、次のＳ１０２に進む。
Ｓ１０２においては、エンジンがアイドル状態にあるか否か判断する。具体的には、検出されたエンジン回転数ＮＥがアイドル回転数として１４００ｒｐｍから１６００ｒｐｍの間にあるか否か判断する。エンジンがアイドル状態にあると判断された場合には、Ｓ１０４に進む。
Ｓ１０４においては、平均回転数ＮＥａｖｅを算出する。具体的には、所定時間（例えば１ｓｅｃ）にわたって検出されるエンジン回転数ＮＥをメモリに記憶しておき、記憶された複数のエンジン回転数の単純平均から平均回転数ＮＥａｖｅを算出する。
次いでＳ１０６に進み、算出された平均回転数ＮＥａｖｅをメモリに記憶する。
次いでＳ１０８に進み、点火カット制御を実行する。クランクシャフト１回転ごとに発生された点火信号は、圧縮行程における点火信号と排気行程における点火信号が交互に発生されたものである。この点火信号判別が完了するまでは発生された点火信号がいずれの行程で発生されたものであるか特定できないため、ここでは発生された任意の点火信号に基づく点火を１回だけ点火カット（点火を中止）するように制御する。点火カット制御は、ＥＣＵ８４が入力された点火信号の内の任意の点火信号について点火コイルへの点火指令を出力しないことで行われる。
尚、１回だけ点火カットを実行するのではなく、発生される点火信号について１回置きに複数回の点火カットを実行するようにしても良い。
次いでＳ１１０に進み、点火カット後のエンジン回転数ＮＥｍｆを検出する。エンジン回転数ＮＥｍｆは、点火カット制御を実行してから平均回転数ＮＥａｖｅに応じて設定される時間が経過した後に検出されるエンジン回転数である。
次いでＳ１１２に進み、点火カット前後のエンジン回転数の変動を示す回転変動差ΔＮＥを算出する。差ΔＮＥは、図示の如く、平均回転数ＮＥａｖｅから点火カット制御後のエンジン回転数ＮＥｍｆを減算することで算出される。
次いでＳ１１４に進み、回転変動差ΔＮＥと所定値とを比較することで点火信号判別を行う。
図４は、その点火信号判別の手法を示す説明図である。
図４（ａ）は、エンジン始動後のアイドル状態について示す。クランクシャフト１回転ごとに発生するエキサイタコイル４８の電圧波形に基づき、圧縮行程の終了付近の正規点火と排気行程の終了付近の捨て火が実行されており、回転数ＮＥは正規点火直後に上昇するが、捨て火直後は上昇せず、正規点火の間において減少する。よって、図に示されるような平均回転数ＮＥａｖｅが算出される。
図４（ｂ）は、点火カット制御を実行した場合の回転数変動について示す。排気行程で発生された電圧波形に基づく点火をカットした場合、その後の回転数に大きな変動は見られないが、圧縮行程で発生された電圧波形に基づく点火をカットした場合、その後の回転数に大きな変動が見られる。
即ち、この回転数の変動の違いによって点火信号の判別を行うことができる。
Ｓ１１４において所定値は、点火カット前後の回転変動の大小を判別し得る適宜な値に設定される。
回転変動差ΔＮＥが所定値を超える場合（Ｓ１１４で肯定される場合）、圧縮行程で発生された信号について点火カットされたと判断し、Ｓ１１６に進んで点火カットされることになった点火信号は正規点火側のものであると判別する。
一方、回転変動差ΔＮＥが所定値を超えない場合（Ｓ１１４で否定される場合）、排気行程で発生された信号について点火カットされたと判断し、Ｓ１１８に進んで点火カットされることになった点火信号は捨て火側のものであると判別する。
次いでＳ１２０に進み、Ｓ１０２からＳ１１８までの処理を繰り返すか否か判断する。Ｓ１０２からＳ１１８までの処理を繰り返すのは、点火信号判別の精度を上げるためであり、初回のＳ１２０にあっては、肯定されてＳ１０２に戻る。
Ｓ１０２からＳ１１８までの処理を繰り返すに際しては、Ｓ１０８の点火カット制御において任意の点火信号について点火カットするのではなく、前回のＳ１０８において点火カットすることになった点火信号と同じ側の点火信号について再び点火カットする。即ち、前回正規点火側の点火信号について点火カットした場合には、今回も正規点火側の点火信号について点火カットする一方、前回捨て火側の点火信号について点火カットした場合には、今回も捨て火側の点火信号について点火カットする。
そして、２回目以降のＳ１２０における繰り返すか否かの判断では、Ｓ１０２からＳ１１８を繰り返すことによって得られる複数の点火信号判別結果が概ね一致するに至ったか否かで判断する。複数の点火信号判別結果が概ね一致するに至らないのであれば否定されてＳ１０２に戻る。一方、複数の点火信号判別結果が概ね一致するに至ればこのサブ・ルーチン・フロー・チャートを終了する。
図２のフロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１２に進んで点火制御を実行する。具体的には、クランクシャフト１回転ごとに発生される点火信号の内、圧縮行程で発生された点火信号であると判別された点火信号、即ち、正規点火に対応する点火信号であると判別された点火信号を選択し、その選択された点火信号に基づいて点火コイルに点火指令を送出する。
このように、所定時間にわたる平均回転数ＮＥａｖｅと、発生された点火信号について少なくとも１回点火カットした後に検出されるエンジン回転数ＮＥｍｆとを比較して発生された点火信号が圧縮行程で発生された点火信号であるか、排気行程で発生された点火信号であるかを判別し、発生された点火信号の内、圧縮行程で発生された点火信号を選択し、選択された点火信号に基づいて点火を制御するように構成、即ち、クランクシャフト１回転ごとに発生される点火信号について、それが圧縮行程で発生されたものであるか、排気行程で発生されたものであるかを新たな機械的な構成を追加することなく判別し、その上で圧縮行程で発生された点火信号に基づいて正規点火のみを実行するように構成したので、装置全体の簡易小型化を図りつつ、捨て火による点火プラグの寿命短縮を防止することができる。
また、平均回転数ＮＥａｖｅから１回点火カットした後に検出されるエンジン回転数ＮＥｍｆを減算して得られる回転変動差ΔＮＥと所定値とを比較し、その回転変動差ΔＮＥが所定値を超えるとき、圧縮行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断する一方、その回転変動差ΔＮＥが所定値以下であるとき、排気行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断し、よって発生された点火信号が圧縮行程で発生された点火信号であるか、排気行程で発生された点火信号であるかを判別するように構成したので、簡易な比較手法を用いながらも、点火信号を精度良く判別することができる。
また、平均回転数ＮＥａｖｅと点火カット後のエンジン回転数ＮＥｍｆとの比較を複数回行うと共に、複数回行われた比較結果に基づいて発生された点火信号が圧縮行程で発生された点火信号であるか、排気行程で発生された点火信号であるかを判別するように構成したので、点火信号を一層精度良く判別することができる。
上記した如く、この実施例にあっては、４サイクルの圧縮行程と排気行程の２つの行程で点火信号を発生する汎用内燃機関（エンジン１０）の点火制御装置において、機関回転数（ＮＥ）を検出する機関回転数検出手段（パワーコイル４４）と、前記検出された機関回転数に基づいて前記汎用内燃機関がアイドル状態にあるかを判断するアイドル状態判断手段（ＥＣＵ８４、Ｓ１０、Ｓ１０２）と、前記検出された機関回転数に基づいて所定時間にわたる平均機関回転数（ＮＥａｖｅ）を算出する平均機関回転数算出手段（ＥＣＵ８４、Ｓ１０、Ｓ１０４）と、前記汎用内燃機関がアイドル状態にあると判断されるとき、前記発生された点火信号に基づく点火を少なくとも１回中止するように点火を制御する点火中止制御手段（ＥＣＵ８４、Ｓ１０、Ｓ１０８）と、前記算出された平均機関回転数（ＮＥａｖｅ）と前記点火を少なくとも１回中止した後に検出される中止後機関回転数（ＮＥｍｆ）とを比較して前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する点火信号判別手段（ＥＣＵ８４、Ｓ１０、Ｓ１１０からＳ１１８）と、前記発生された点火信号の内、前記圧縮行程で発生された点火信号であると判別された点火信号に基づいて点火を制御する点火制御手段（ＥＣＵ８４、Ｓ１２）とを備える如く構成した。
また、前記点火信号判別手段は、前記平均機関回転数（ＮＥａｖｅ）から前記中止後機関回転数（ＮＥｍｆ）を減算して得られる差（回転変動差ΔＮＥ）と所定値とを比較する比較手段（ＥＣＵ８４、Ｓ１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４）を備えると共に、前記差が前記所定値を超えるとき、前記点火中止制御手段によって前記圧縮行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断する一方、前記差が前記所定値以下であるとき、前記点火中止制御手段によって前記排気行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断し、よって前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する如く構成した。
また、前記点火信号判別手段は、前記平均機関回転数（ＮＥａｖｅ）と前記中止後機関回転数（ＮＥｍｆ）との比較を複数回行うと共に、前記複数回行われた比較結果に基づいて前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する（ＥＣＵ８４、Ｓ１０、Ｓ１０２からＳ１２０）如く構成した。
尚、上記においては、単気筒エンジンについて説明したが、多気筒エンジンについても本発明を適用することができる。
１０ エンジン（汎用内燃機関）、４４ パワーコイル（機関回転数検出手段）、４８ エキサイタコイル、８４ ＥＣＵ

Claims (3)

  1. ４サイクルの圧縮行程と排気行程の２つの行程で点火信号を発生する汎用内燃機関の点火制御装置において、
    ａ．機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
    ｂ．前記検出された機関回転数に基づいて前記汎用内燃機関がアイドル状態にあるかを判断するアイドル状態判断手段と、
    ｃ．前記検出された機関回転数に基づいて所定時間にわたる平均機関回転数を算出する平均機関回転数算出手段と、
    ｄ．前記汎用内燃機関がアイドル状態にあると判断されるとき、前記発生された点火信号に基づく点火を少なくとも１回中止するように点火を制御する点火中止制御手段と、
    ｅ．前記算出された平均機関回転数と前記点火を少なくとも１回中止した後に検出される中止後機関回転数とを比較して前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別する点火信号判別手段と、
    ｆ．前記発生された点火信号の内、前記圧縮行程で発生された点火信号であると判別された点火信号に基づいて点火を制御する点火制御手段と、
    を備えることを特徴とする汎用内燃機関の点火制御装置。
  2. 前記点火信号判別手段は、
    ｆ．前記平均機関回転数から前記中止後機関回転数を減算して得られる差と所定値とを比較する比較手段、
    を備えると共に、前記差が前記所定値を超えるとき、前記点火中止制御手段によって前記圧縮行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断する一方、前記差が前記所定値以下であるとき、前記点火中止制御手段によって前記排気行程で発生された点火信号に基づく点火が中止されたと判断し、よって前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別することを特徴とする請求項１記載の汎用内燃機関の点火制御装置。
  3. 前記点火信号判別手段は、前記平均機関回転数と前記中止後機関回転数との比較を複数回行うと共に、前記複数回行われた比較結果に基づいて前記発生された点火信号が前記圧縮行程で発生された点火信号であるか、前記排気行程で発生された点火信号であるかを判別することを特徴とする請求項１または２記載の汎用内燃機関の点火制御装置。
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