JP5861913B2 - 手持ち式エンジン作業機の燃料調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、芝刈り機やチェーンソウ等の手持ち式エンジン作業機の燃料調整方法に関するものである。

現在、市場で使用されている手持ち式エンジン作業機は、エンジンを製造する工場で、気化器やエンジンのばらつきを補正するために、個々の気化器の調整を行なって、出荷状態で最適な運転ができるようにしている。

それにも関らず、使用環境における気温、気圧、燃料の種類、エンジンのなれやエアクリーナの目詰まり等の影響によって、エンジン内での燃料の最適な燃焼状態が変わってしまい、最適な運転状態を維持できなくなり、燃費の低下、エンジンの出力の低下、排気ガスの増加と言った不都合が生じる。

これを解消する手段として、作業の都度、運転者は気化器の針弁を調整して燃料を最適な燃焼状態に調整すればよいのであるが、これには高いレベルの熟練と専門的な設備とを要する。

このような使用環境の変動に適切に対応する、気化器の調整を正確に自動で行うための従来技術として、例えば特許文献１（特開２０１１−０１２６８５号公報）に示された技術がある。この従来技術は、供給燃料量を正確に調整できるようにしたもので、エンジンの回転速度は、燃料空気混合気の組成に依存して、作動曲線に従って調整される。所望の混合気組成を設定するため、作動点が望ましい部分に位置するまで作動パラメータ（燃料空気混合気の組成）を変化させるものである。

特開２０１１−０１２６８５号公報

しかしながら、上記した従来技術にあっては、エンジン回転数を安定させるために比較的長い時間が必要となり、実際の作業における急激な負荷の変動による回転速度の変動の制御には遅れが発生し、良好な混合気を供給できない問題があった。

そこで、本発明は、上記した従来技術における問題点を解消すべく創案されたもので制御の遅れを発生させないように、実際に作業に使用される回転速度域にする前のアイドリング状態で、予めエンジンへ供給する混合気の空燃比状態を感知し、作業を行う高回転回転域である作業回転範囲で最適な燃焼状態になるようにすることを目的とするものである。

本発明の手持ち式エンジン作業機の燃料調整方法における主たる構成は、
手持ち式エンジン作業機に取り付けられるエンジンと気化器の組合わせ物において、気化器には、エンジン作業時に燃料流量を制御するソレノイドバルブと、アイドル時に燃料流量を一定値に保つアイドルジェットを、気化器計量室とスロットルバルブに通じる燃料通路に設けること、
エンジンを起動させたアイドル時に、エンジンの回転速度を検知する回転速度検知処理を行なうこと、
この回転速度検知処理により検知した回転速度を、エンジンの前回の駆動時のアイドル回転調整処理により得た結果に従って定めた初期値の内の回転速度の初期値と比較して、検知した回転速度を点火時期の制御により初期値の内の回転速度の初期値に等しくするアイドル回転調整処理を行なうこと、
このアイドル回転調整処理で得られた点火時期の、初期値の内の点火時期の初期値に対する変動の度合いであるアイドル点火時期変動量から、推定される作業時の空燃比を適切にするバルブ開度補正処理により、作業時のソレノイドバルブの開度である調整完了開度を決定し、
アイドル回転調整処理で得られたアイドル点火時期変動量と、作業時に検出された回転速度とから、ソレノイドバルブの補正開度を求め、補正開度を調整完了開度に加えて、作業時のバルブ開度とすること、
にある。

アイドル時には、クラッチが切れているために作業による負荷変動がなく、アイドルジェットにより燃料流量や空気流量が一定であり、エンジンの回転速度の変動は周囲の環境変化のみによって発生する。

回転速度検知処理により検知した回転速度を、予め定められている回転速度の初期値と比較して、検知した回転速度を設定されている回転速度の初期値に等しくなるよう点火時期を調整し、これを調整完了点火時期とする。例えば、空燃比が薄くなってしまい、回転速度の初期値より検出した回転速度が大きい場合には、点火時期を、点火時期の初期値より遅くして回転速度を下げる。一方空燃比が濃くなってしまい回転速度が低い場合には点火時期を初期値より早めて回転速度を上げる制御をおこなう。

調整完了点火時期と点火時期の初期値との比較により得られるアイドル点火時期変動量から空燃比を推定することによって、アイドルより高速でクラッチが接続された作業時に空燃比が適切となるバルブ開度を決定することが可能である。すなわちアイドル時に作業時の空燃比を予め補正しておくことによって、以降の作業時の制御の遅れをなくすることができる。

このように、アイドル時には、燃料流量を一定に固定した状態で、回転速度をフィードバックして点火時期を制御するので、小さな電力により回転速度制御を行なうことができ、また作業時には、エンジンを適切な空燃比となるように制御の遅れが生じることなく運転することができる。

回転速度に従ってバルブ開度を調整するものにあっては、作業時において使われる回転速度範囲全体で、適切な空燃比でエンジンを運転することができる。

また、本発明の他の構成は、上記した主たる構成に、エンジンの温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出値が予め設定した閾値以上となった状態で、調整完了開度を決定する、ことを加えたものである。

エンジンの温度を検出する温度センサの検出値が、予め設定した閾値以上となった状態で、調整完了開度を決定するものにあっては、温度センサの検出値が閾値以上となったことにより、エンジンが暖気状態になったことを正確に判断することができ、これにより速やかなエンジンの正確な安定運転状態の判断を行うことができる。例えば、冷寒時には通常アイドル回転数は減少してしまい、空燃比が過濃に変動してしまった状態と区別できない場合がある。温度センサによってこれを正確に判別できる。

また、本発明の他の構成は、上記した主たる構成に、調整完了開度を決定する処理が完了したことを示す表示部を設けた、ことを加えたものである。

調整完了開度を決定する処理が完了したことを示す表示部を設けたものにあっては、この表示部により、使用する手持ち式エンジン作業機が、本発明制御の処理済であるか否かを一目で判断することができる。

本発明は、上記した構成となっているので、以下に示す効果を奏する。
本発明の主たる方法の構成を有するものにあっては、アイドル時には、小さな電力により回転速度制御を行なうことができ、また作業時には、エンジンを適切な空燃比となるように調整された状態で運転することができるので、容量の大きな発電機やバッテリを必要とせず、これによりさらなる小型化と軽量化を得ることができる。また、予めアイドル時に全ての処理を完了させることができるので、作業時に制御を実施するための時間遅れが発生せず、安全性の高い取り扱いを得ることができる。

ソレノイドバルブの開度を調整完了開度および回転速度とアイドル点火時期変動量からきまる補正開度で構成したものにあっては、作業時において使用されるすべての速度域で、最適な空燃比でエンジンを運転することができるので、出力の最大化、排ガスの低減が達成できる。

エンジンの温度を検出する温度センサの検出値が、予め設定した閾値以上となった状態で、調整完了開度を決定する処理を行なうものにあっては、速やかなエンジンの正確な安定運転状態の判断を行うことができるので、本発明の処理制御を正確にかつ効率よく実施することができる。

調整完了開度を決定する処理が完了したことを示す表示部を設けたものにあっては、この表示部により、使用する手持ち式エンジン作業機が、本発明制御の処理済であるか否かを一目で判断することができるので、手持ち式エンジン作業機の取り扱いを無駄なく効率的に行うことができる。

本発明の基本的な動作フローを示した説明図である。 本発明を実施する組合わせ物の、簡略説明図である。 本発明の一実施形態例の制御アルゴリズムを示す、フロー図である。 アイドルにおける点火時期と燃料供給量と回転速度の関係を示すグラフである。 アイドル点火時期変動量と回転速度から補正開度を決めるための３次元グラフである。 作業時の各負荷における燃料流量と回転速度の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態例を、図面を参照しながら説明する。
図1では本発明のエンジンの基本的な動作フローを示している。エンジンが停止状態から始動し、暖機によって十分安定した状態において、アイドル時に点火時期による速度制御を行うとともにバルブ開度の調整と、バルブ開度補正処理を行ない、調整後に実作業に移る。

図２において、エンジン９は、フライホイール１３に内蔵された永久磁石と制御装置１２内の発電コイルによって、プラグ１０の点火、制御装置１２内のマイコン制御、ソレノイドバルブ５の駆動の電力を発生させる。なお、制御装置１２内のマイコンはエンジン９が回転している間、１回転あたりの時間を検出し、回転速度、点火時期、バルブ開度の各データを記憶している。

気化器１は、計量室とアイドルホール２の間に接続されて、供給燃料流量を一定にするアイドルジェット３と、メインノズル４に接続されて、制御装置１２からのバルブ駆動信号ｔに応じて燃料の増減を行なうソレノイドバルブ５が設けられており、このアイドルジェット３およびソレノイドバルブ５は、燃料通路８を介して燃料タンク７に接続されている。なお、６はスロットルバルブであり、この気化器１で生成された空気と燃料の混合気である吸気ｋは、エンジン９のシリンダ内に供給される。

制御装置１２には、エンジン９の温度を検出する温度センサ１４と、本発明による処理が完了したことを表示する手段の一例であるＬＥＤを使用した表示部１５とが取り付けられている。この図２に示した実施例にあっては、温度センサ１４により、適正な暖気状態で精度良く、かつ効率良くアイドル時の回転速度（平均回転速度）を検出することができ、また表示部１５による点灯表示により、本発明による「処理」の完了を明確に、かつ正確に認識することができ、これにより安全で間違いのない取り扱いを得ることができる。

図３は、アイドル時の燃料調整動作と、作業時のバルブ開度調整動作における制御装置１２のマイコンの１回転毎の制御アルゴリズムを示すもので、アイドル時の燃料調整動作においては、エンジン始動後にアイドルになった時に、動作S１および動作S3にて検知した回転速度と回転速度の初期値を比較し、動作S2および動作S4にて点火時期の変更を行う。動作S5にてバルブ開度が調整完了開度となっているか否かを判断し、調整完了開度となっている場合はフローを終了する。すなわち、バルブ開度調整済みの場合はアイドル時に点火時期による速度の安定化のみをおこなう。

バルブ開度が調整完了開度となっていなかった場合は動作S6にて、一定期間もしくは一定回転回数の間、回転速度が回転速度の初期値を中心として安定してアイドル運転していると判断できる速度範囲である燃料流量調整完了範囲で動作しているかを判断し、入っていれば動作S７にて、図４の関係よりその時の点火時期から現在の空燃比を推定する。動作S8より、その状態においてクラッチがつながり工具が動作する速度範囲である作業回転速度範囲で適切な燃料流量となる様なソレノイドバルブ開度である調整完了開度を設定し、動作ｓ９でその値を次回始動時のバルブ開度の初期値として設定する。このとき、点火時期および回転速度の初期値も設定して保存する。

作業時のバルブ開度調整動作においては、スロットルバルブ６を開いて作業回転速度範囲になると、空気量と燃料流量が増加し、点火装置１１の発電する電力も増え、ソレノイドバルブ５を作動させることができるようになるが、制御装置１２内のマイコンは、動作S１０により回転速度を検知し、動作S１１によりソレノイドバルブ５の開度であるバルブ開度を、調整完了開度に、回転速度とアイドル点火時期変動量により、図5の関係から導かれる補正開度を加えた開度として設定する。

すなわち、作業時の回転速度域において最適の空燃比になるように、図５に示す補正開度グラフに従ってソレノイドバルブ５の開度を調整する。

図４は、周囲環境の変動によって供給される混合気の空燃比が濃くなったり、薄くなったり変動した場合のアイドル時の点火時期とエンジン回転速度の関係を示す線図である。検知した回転速度が回転速度の初期値よりも低く、点火時期の初期値の位置で、特性カーブｄ上に位置した場合、特性カーブは特性カーブｃから特性カーブｄに移動し、空燃比の変動は濃い方向のものとなる。そのため初期値のままの点火時期では回転速度が低下する。逆に、検知した回転速度が回転速度の初期値よりも高く、点火時期の初期値の位置で、特性カーブｂ上に位置した場合、特性カーブは特性カーブｃから特性カーブｂに移動し、空燃比の変動は薄い方向のものとなる。そのため初期値のままの点火時期では回転速度が上昇する。このように回転速度から空燃比の変動を感知することができる。

本発明ではアイドル時の点火時期を調整し、ずれてしまった回転速度を予め定められている初期値に調整することができ、調整のために点火時期を変動させた度合いであるアイドル点火時期変動量により、エンジン全体の空燃比のずれを推測することができる。（変動量ｂ２はｂ１より、より薄い空燃比の状態にある。）

アイドル回転調整処理で得られたアイドル点火時期変動量から、作業が行われるであろうそれぞれの高回転域のソレノイドバルブ開度の補正開度を求めるグラフを図5に示す。図５に示されるように、空燃比の変動がなく、アイドル回転速度が初期値の点火時期のまま調整が完了された時には、アイドル点火時期変動量は０となり、この時のソレノイドバルブ開度補正カーブｘは初期値に対応したものとなる。このソレノイドバルブ開度補正カーブは回転速度によってそれぞれ異なっており、検知された回転速度により異なった補正開度が得られる。

この図５に示されたグラフデータから明らかなように、特定の回転速度（この図では１３０００ｒｐｍ）では、補正開度は「０」であり、「バルブ開度＝調整完了開度」となっている。負荷などの変動により回転速度が特定の速度から変化、例えば１００００ｒｐｍに変化すると、アイドル点火角度変動量が「５」の場合は、ソレノイドバルブ開度補正カーブは「ｙ」となるので、補正開度は「３」程度となる。このように、図５に示したデータに従って、作業回転範囲全域で最適な空燃比で運転することができ、出力の最大化、排ガスの低減を達成できる。

図６は、作業時における回転速度と燃料流量の関係を、本発明を適用していない「従来の気化器」（菱形印）、本発明を適用した「調整完了開度の場合」（四角印）、本発明を適用した「調整完了開度＋補正開度の場合」（丸印）の３つの状態に分けて示したもので、バルブ開度の調整を行なうことで、「調整完了開度」の場合に示す通り、作業回転範囲において消費燃料を低下させより出力の高い、燃料状態を良い状態にすることができることを示しており、「従来の気化器」の場合は、これに比べて燃料流量が大きくなってしまっている。また、「調整完了開度＋補正開度」の場合は、負荷が変化しても出力の大きな燃料流量で運転することができ、作業領域全体で最適な空燃比で運転することができることを示している。

実際の簡単な動作例を、以下に説明する。アイドル領域を２０００〜４２００ｒｐｍとして、このアイドル時に回転速度フィードバック制御を行なう。回転速度の初期値を３０００ｒｐｍとして、検出した回転速度がそれ以下のときは点火時期を進角し、回転速度がそれ以上のときは遅角して検知した回転速度を回転速度の初期値と等しい値に保つ。回転速度が回転速度の初期値から２００ｒｐｍの範囲である燃料流量調整速度範囲に１０秒間入っていたときにその時の点火時期から図５のソレノイドバルブ補正開度カーブに従って、適切なバルブ開度を設定する。

以上説明したように、本発明の手持ち式エンジン作業機の制御方法は，アイドル時に全ての調整設定を完了させてしまうので、制御の遅れがなく、作業機の安全な取扱いを確実に得ることができるものであり、安全性が強く求められる手持ち式エンジン作業機の利用分野で幅広い利用展開が期待される。

１ ；気化器
２ ；アイドルホール
３ ；アイドルジェット
４ ；メインノズル
５ ；ソレノイドバルブ
６ ；スロットルバルブ
７ ；燃料タンク
８ ；燃料通路
９ ；エンジン
１０；点火プラグ
１１；点火装置
１２；制御装置
１３；フライホイール
１４；温度センサ
１５；表示部
ｋ ；吸気
ｔ ；バルブ駆動信号

Claims (3)

1. 手持ち式エンジン作業機に取り付けられるエンジン（９）と気化器（１）の組合わせ物において、
   前記気化器（１）には、エンジン作業時に燃料流量を制御するソレノイドバルブ（５）と、アイドル時に燃料流量を一定値に保つアイドルジェット（３）を、気化器計量室とスロットルバルブ（６）に通じる燃料通路（８）に設け、
   前記エンジン（９）を起動させたアイドル時に、前記エンジン（９）の回転速度を検知する回転速度検知処理を行い、
   該回転速度検知処理により検知した回転速度を、前記エンジン（９）の前回の駆動時のアイドル回転調整処理により得た結果に従って定めた初期値の内の回転速度の初期値と比較して、検知した回転速度を点火時期の制御により前記初期値の内の回転速度の初期値に等しくするアイドル回転調整処理を行い、
   該アイドル回転調整処理で得られた点火時期の前記初期値の内の点火時期の初期値に対する変動の度合いであるアイドル点火時期変動量から、推定される作業時の空燃比を適切にするバルブ開度補正処理により、作業時の前記ソレノイドバルブ（５）の開度である調整完了開度を決定し、
   前記アイドル回転調整処理で得られたアイドル点火時期変動量と、作業時に検出された回転速度とから、前記ソレノイドバルブ（５）の補正開度を求め、該補正開度を調整完了開度に加えて、作業時のバルブ開度とする
   ことを特徴とする手持ち式エンジン作業機の燃料調整方法。
2. エンジン（９）の温度を検出する温度センサ（１４）を設け、該温度センサ（１４）の検出値が予め設定した閾値以上となった状態で、調整完了開度を決定する請求項１に記載の手持ち式エンジン作業機の制御方法。
3. 調整完了開度を決定する処理が完了したことを示す表示部（１５）を設けた請求項１または２に記載の手持ち式エンジン作業機の制御方法。
   

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