JP5369070B2 - 汎用エンジンの燃料切れ判定装置 - Google Patents

Description

この発明は汎用エンジンの燃料切れ判定装置に関し、より具体的には汎用エンジンの燃料切れ状態を判定してアフターバーンなどを防止するようにした装置に関する。

農業、建設などの産業用小型作業機の動力源として使用される汎用エンジンは、特許文献１に記載される如く、操作者（ユーザ）の操作自在に配置される操作スイッチ（メインスイッチ）を備え、スイッチがオンされることでエンジンの運転が開始されると共に、オフされて停止指示が入力されることで燃料供給を停止してエンジンの運転を停止するように構成される。

特開２００７−００２７１５号公報

上記した如く、汎用エンジンは操作スイッチがオフされれば直ちに停止されるが、燃料が欠乏する燃料切れ状態が生じると、操作スイッチがオフされない限り、停止処理ができず、停止までの挙動が不安定になり、エンジン回転数が不安定となったり、アフターバーンやバックファイヤが発生したりすることがあった。

特に操作者に設定される目標エンジン回転数となるように吸気管に配置されたスロットルバルブを開閉するアクチュエータ、いわゆる電子ガバナを備えた汎用エンジンの場合、燃料供給が不足して回転数が低下するため、スロットル開度が増加され、燃料調整（空燃比の調整）が極めてリーンで不安定となるため、上記した不都合が顕著であった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、いわゆる電子ガバナを備えた汎用エンジンにおいて燃料切れ状態を判定することで上記したアフターバーンなどの不都合が発生するのを回避するようにした汎用エンジンの燃料切れ判定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に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、作業機の動力源として使用可能であり、燃料タンクに貯留される燃料を供給されると共に、操作者に設定される目標エンジン回転数となるように吸気管に配置されたスロットルバルブを開閉するアクチュエータを備えた汎用エンジンにおいて、前記燃料が欠乏する燃料切れ状態にあるか否か判定する燃料切れ状態判定手段と、前記燃料切れ状態にあると判定されるとき、前記エンジンを停止させる停止手段とを備えると共に、前記燃料切れ状態判定手段は、検出されるエンジン回転数と前記スロットルバルブのスロットル開度に基づいて前記燃料切れ状態にあるか否か判定する如く構成した。

請求項２に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、前記燃料切れ状態判定手段は、前記エンジン回転数が所定回転数未満の低回転状態で、かつ前記スロットル開度が所定開度を超える高開度状態にあり、かつ前記低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続しているか否か判定し、前記低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続していると判定されるとき、前記燃料切れ状態にあると判定する如く構成した。

請求項３に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、操作者に操作自在に配置されて運転・停止に応じた出力を生じる操作スイッチを備えると共に、前記燃料切れ状態判定手段は、前記操作スイッチがオンされて前記エンジンの始動が完了した後、前記燃料切れ状態にあるか否か判定する如く構成した。

請求項４に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、前記停止手段は、燃料供給を停止することで前記エンジンを停止させる如く構成した。

請求項５に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、前記停止手段は、点火を停止することで前記エンジンを停止させる如く構成した。

請求項１に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、作業機の動力源として使用可能であり、燃料タンクに貯留される燃料を供給されると共に、操作者に設定される目標エンジン回転数となるように吸気管に配置されたスロットルバルブを開閉するアクチュエータ、いわゆる電子ガバナを備えた汎用エンジンにおいて、燃料が欠乏する燃料切れ状態にあるか否か判定し、燃料切れ状態にあると判定されるとき、エンジンを停止させると共に、検出されるエンジン回転数とスロットル開度に基づいて燃料切れ状態にあるか判定する如く構成したので、いわゆる電子ガバナを備えた汎用エンジンにおいて燃料切れ状態を判定することで、操作スイッチがオフされない場合であっても、エンジン回転数が不安定となったり、アフターバーンやバックファイヤが発生したりする不都合が発生するのを回避することができる。

さらに、正常に停止処理を行うことが可能となるため、燃料供給管内に空気が充満する前にエンジンの停止処理を行うことができるので、次回給油時に空気抜きが不要となることから、次回の始動性を向上させることができる。

請求項２に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、エンジン回転数が所定回転数未満の低回転状態で、かつスロットル開度が所定開度を超える高開度状態にあり、かつ低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続していると判定されるとき、燃料切れ状態にあると判定する如く構成したので、上記した効果に加え、エンジンが燃料切れ状態にあるか否かを精度良く判定することができる。

請求項３に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、操作者に操作自在に配置されて運転・停止に応じた出力を生じる操作スイッチを備えると共に、燃料切れ状態判定手段は、操作スイッチがオンされてエンジンの始動が完了した後、燃料切れ状態にあるか否か判定する如く構成したので、上記した効果に加え、エンジンの始動時など挙動が安定しない状況を燃料切れ状態と誤って判定することがない。

請求項４に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、燃料供給を停止することでエンジンを停止させる如く構成したので、上記した効果に加え、エンジンを確実に停止させることができる。

請求項５に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置にあっては、点火を停止することでエンジンを停止させる如く構成したので、上記した効果に加え、エンジンを確実に停止させることができる。

この発明の実施例に係る汎用エンジンの燃料切れ判定装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す装置のエンジンの燃料切れ状態の判定と停止動作を示すフロー・チャートである。 図１に示す装置において図２の処理を行なわなかった場合のエンジンの動作を示すタイム・チャートである。 図１に示す装置において図２の処理を行なった場合のエンジンの動作を示すタイム・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る汎用エンジンの燃料切れ判定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エンジンの燃料切れ判定装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は汎用エンジン（汎用内燃機関）を示す。エンジン１０は空冷式の４サイクル単気筒ＯＨＶ型でガソリンを燃料とし、例えば４００ｃｃ程度の排気量を有し、農業、建設などの産業用小型作業機の動力源として使用（接続）可能な汎用内燃機関からなる。

エンジン１０のシリンダブロック１０ａの内部に形成されたシリンダ（気筒）１２には、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１０ａにはシリンダヘッド１０ｂが取り付けられ、ピストン１４の頂部との間に燃焼室１６が形成される。

燃焼室１６には吸気管２０が接続される。吸気管２０にはスロットルバルブ２２が配置されると共に、その下流の吸気ポートの付近にはインジェクタ２４が配置される。インジェクタ２４は燃料供給管２６を介して燃料タンク３０に接続される。

より具体的には、インジェクタ２４は第１の燃料供給管２６ａを介してサブ燃料タンク３２に接続されると共に、サブ燃料タンク３２は第２の燃料供給管２６ｂを介して燃料タンク３０に接続される。

第２の燃料供給管２６ｂには低圧ポンプ３４が介挿され、燃料タンク３０に貯留された燃料（ガソリン）を汲み上げてサブ燃料タンク３２に圧送する。サブ燃料タンク３２には燃料ポンプ（高圧ポンプ）３６が配置される。

燃料ポンプ３６は圧送されてフィルタ３２ａで濾過された燃料を高圧に加圧し、レギュレータ３２ｂで調圧しつつ、燃料供給管２６ａを介してインジェクタ２４に圧送する。サブ燃料タンク３２の燃料の一部は戻し管２６ｃを介して燃料タンク３０に戻される。

このように、エンジン１０は、燃料供給管２６、燃料タンク３０、サブ燃料タンク、燃料ポンプ３６などからなる燃料供給系に接続され、燃料供給系からガソリンを燃料として供給されて運転される。

エアクリーナ（図示せず）から吸入された吸気は吸気管２０を流れ、スロットルバルブ２２で流量を調整されて吸気ポートに至り、インジェクタ２４から噴射された燃料と混合して混合気を形成する。

混合気は吸気バルブ４０が開かれるとき、燃焼室１６に流入し、点火プラグ４２で点火されて燃焼してピストン１４を駆動する。燃焼によって生じた排ガスは排気バルブ４４が開かれるとき、排気管４６とマフラ（図示せず）などを流れて外部に放出される。

シリンダブロック１０ａにはシリンダヘッド１０ｂと対向する側においてクランクケース（図示せず）が取り付けられ、その内部にはクランクシャフト５０が回転自在に収容される。クランクシャフト５０はピストン１４にコンロッド１４ａを介して連結され、ピストン１４の駆動に応じて回転する。

クランクケースにはクランクシャフト５０と平行してカムシャフト（図示せず）が回転自在に収容され、ギヤ機構（図示せず）を介してクランクシャフト５０に連結されて駆動される。カムシャフトは吸気側カムと排気側カムを備え、図示しないプッシュロッドとロッカーアームを介して吸気バルブ４０と排気バルブ４４を開閉する。

クランクシャフト５０の他端にはフライホイール５２が取り付けられる。フライホイール５２の外側位置においてクランクケースにはパルサコイル（クランク角センサ）５４が取り付けられ、フライホイール５２の表面側に取り付けられた１個のマグネット（永久磁石片。図示せず）と相対回転してその磁束と交錯することで、上死点付近の所定のクランク角度でクランクシャフト５０の１回転当たり（３６０度当たり）１個の出力を生じる。

また、クランクケースの内側位置にはパワーコイル（発電コイル）５６が取り付けられ、フライホイール５２の裏面側に取り付けられた８個のマグネット（永久磁石片。図示せず）との相対回転に伴ってマグネットの磁束と交錯して起電力を生じるＡＣＧ（交流発電機）として機能する。生じた起電力は整流された後、バッテリ（図示せず）に供給され、バッテリを充電する。

クランクシャフト５０の一端には作業機などの負荷６０が接続される。ここで負荷６０は「原動機から出るエネルギ（出力）を消費する機械設備またはその機械設備が消費する動力（仕事率）の大きさ」を意味する。

エンジン１０のハウジング（図示せず）上の適宜位置には操作者（ユーザ）に操作自在なアクセルレバー６２が配置される。アクセルレバー６２は、操作者の指でつままれて所定の最小エンジン回転数から最大エンジン回転数に至る範囲を回転して操作者の意図する目標エンジン回転数を指示可能なツマミからなる。

スロットルバルブ２２は電動モータ（アクチュエータ。より具体的にはステッピングモータ）６４が連結される。電動モータ６４は、操作者のアクセルレバー６２の操作と独立に、スロットルバルブ２２を開閉するように構成される。即ち、スロットルバルブ２２はDrive By Wire型に構成される。

吸気管２０においてスロットルバルブ２２の配置位置の上流にはサーミスタなどからなる吸気温度センサ７０が配置され、その部位を流れる吸気の温度を示す出力を生じると共に、シリンダブロック１０ａには同様にサーミスタなどからなるエンジン温度センサ７２が配置され、その部位の温度、即ち、エンジン１０の温度を示す出力を生じる。

また、アクセルレバー６２には可変抵抗器（ポテンショメータ）７４が接続され、操作者の意図する目標エンジン回転数を示す出力を生じると共に、エンジン１０のハウジング上の適宜位置には操作者（ユーザ）に操作自在な操作スイッチ（メインスイッチ）７６が配置される。

操作スイッチ７６は、操作者によってオン位置に操作される（オンされる）とき、エンジン始動を含む運転指示を示す出力を生じる一方、オフ位置に操作される（オフされる）とき、停止指示を示す出力を生じる。

これらセンサ７０，７２，７４とスイッチ７６と前記したパルサコイル５４ならびにパワーコイル５６の出力は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）８０に送られる。

ＥＣＵ８０はマイクロコンピュータを備え、パルサコイル５４の出力からエンジン回転数を検出すると共に、その他のセンサ出力からインジェクタ２４の開弁動作、燃料ポンプ３６などの駆動動作、電動モータ６４の駆動動作などを制御する。尚、エンジン回転数はパワーコイル５６の出力から検出しても良い。

電動モータ６４の駆動に関しては、ＥＣＵ８０はアクセルレバー６２の操作者による操作に応じて指示（決定）、換言すれば操作者に設定される目標エンジン回転数となるようにスロットルバルブ２２の開度（スロットル開度）を算出し、算出されたスロットル開度となるように電動モータ６４に駆動回路（図示せず）を介して指令する。即ち、この実施例に係るエンジン１０は、電動モータ６４，ＥＣＵ８０などから構成される機構からなる電子ガバナを備える。

このようにＥＣＵ８０は電動モータの回転量を指令することから、スロットル開度センサを必要とすることなく、自らの指令値からスロットルバルブ２２の開度（スロットル開度）を算出（検出）する。スロットル開度は全閉位置付近を０、全開位置付近を１００としたときの％で算出される。

インジェクタ２４の開弁動作に関して燃料噴射制御を説明すると、ＥＣＵ８０は、少なくとも算出されたスロットル開度とパルサコイル５４の出力から検出されたエンジン回転数とから予め設定されたマップ値（特性）を検索して燃料噴射量を算出、即ち、スロットルスピード方式といわれる手法で燃料噴射量を算出する。

燃料噴射量はインジェクタ２４の噴射時間（開弁時間）で算出される。エンジン１０の始動時には検出されたエンジン温度でマップ検索値を補正すると共に、吸気温度変化が大きいときは検出された吸気温度でマップ検索値を補正する。

また、点火制御に関して説明すると、ＥＣＵ８０は適宜なパラメータから点火時期を算出し、点火コイルなどの点火装置８２を介して点火プラグ４２の点火動作を制御する。燃料噴射時期と点火時期はパルサコイル５４の出力に合わせて実行される。

さらに、ＥＣＵ８０は上記した如く、アクセルレバー６２の操作に応じて目標エンジン回転数を決定し、決定された目標エンジン回転数となるようにスロットルバルブ２２のスロットル開度を算出し、少なくとも算出されたスロットル開度と検出されたエンジン回転数から燃料噴射量を算出する。

ＥＣＵ８０は、上記した目標エンジン回転数の決定、スロットル開度の算出、エンジン回転数の検出、燃料噴射量の算出を所定周期、例えば１０ｍｓｅｃごとに実行すると共に、算出値を所定の複数の制御周期の間、保持（記憶）する。ＥＣＵ８０は操作者によって操作スイッチ７６がオンされるとき、上記した動作を実行すると共に、操作スイッチ７６がオフされるとき、上記した動作を停止（終了）する。

ＥＣＵ８０はさらに、エンジン１０の燃料切れ状態の判定と停止処理を実施する。

図２は、そのエンジン１０の燃料切れ状態の判定と停止処理を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において、操作者によって操作スイッチ７６がオンされているか否か判断し、否定されるときはＳ１２に進み、エンジン１０の停止処理を実施する。即ち、通常の停止処理を実施する。

Ｓ１２において具体的にはインジェクタ２４を介しての燃料供給（燃料噴射）を停止、あるいは点火装置８２と点火プラグ４２を介しての点火を停止（あるいは燃料供給と点火を共に停止）することでエンジン１０を停止させる。

さらに、Ｓ１２においては、燃料供給／点火の停止に代え、あるいはそれに加え、電動モータ６４を介してスロットルバルブ２２を停止開度に駆動することでエンジン１０を停止させても良く、さらには燃料ポンプ３６（の電動モータ）を停止することでエンジン１０を停止させても良い。

ＥＣＵ８０は操作者によって操作スイッチ７６がオンされるとき、図２フロー・チャートの処理を実行することから、操作者によって操作スイッチ７６が一旦オンされてからオフされて停止指示がなされる場合、Ｓ１０の判断は否定されてＳ１２に進み、上記した通常の停止処理が実施される。

他方、Ｓ１０で肯定される場合はＳ１４に進み、エンジン１０の完爆後、即ち、エンジン１０の回転が完爆回転数に達したか、換言すればエンジン１０の始動が終了したか否か判断する。

Ｓ１４で否定されるときはエンジン１０の始動中にあると判断されることから以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１６に進み、検出されるエンジン回転数が所定回転数（例えば１５００ｒｐｍ）未満の低回転状態で、かつスロットル開度が所定開度（例えば９０％）を超える高開度状態にあり、かつそれら低回転状態と高開度状態が所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上継続しているか否か判断する。

図３は、図１に示す装置において図２の処理を行なわなかった場合のエンジン１０の動作を示すタイム・チャートである。

同図に「燃料切れ発生ポイント」と示すようにガソリン（燃料）が欠乏する（燃料が切れる）燃料切れ状態（いわゆるガス欠状態）が発生すると、燃料ポンプ３６はガソリンを供給できなくなり、燃料供給管２６に空気が混入することにより、エンジン１０への燃料供給量が不足かつ不安定となり、燃焼室１６の燃焼が不安定となる。

それにより、エンジン１０は目標エンジン回転数を維持できなくなり、エンジン回転数が図示のように不安定となる（ハンチングが発生する）。またエンジン回転数の低下に伴ってスロットル開度が急増される結果、燃料調整が極めてリーンで不安定となる。さらに失火が発生することにより、未燃焼ガスが排気管４６やマフラに流出し、アフターバーンやバックファイヤが発生する。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１６の判断は、図３の説明から明らかな如く、燃料切れ状態にあるか否か判定することに相当する。

従ってＳ１６で肯定、即ち、上記した低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続していると判定されるときは燃料切れ状態にあると判定し、Ｓ１２に進み、前記したエンジン１０の通常の停止処理を実施する。

即ち、インジェクタ２４を介しての燃料供給（燃料噴射）を停止、あるいは点火装置８２と点火プラグ４２を介しての点火を停止（あるいは燃料供給と点火を共に停止）することでエンジン１０を停止させる。尚、Ｓ１６で否定されるときは以降の処理をスキップする。

図４は、図１に示す装置において図２の処理を行なった場合のエンジン１０の動作を示すタイム・チャートである。

同図から明らかな如く、燃料切れ状態にあると判定されるとき、停止処理実施ポイントで、操作スイッチ７６がオフされていなくても、直ちに通常の停止処理を実施することにより、エンジン回転数は不安定となることなく速やかに急減する。このように、この処理を行なうことで、アフターバーンやバックファイヤを発生させることなく、エンジン１０を停止させることができる。

この実施例に係るエンジンの燃料切れ判定装置は上記の如く、作業機（負荷６０）の動力源として使用可能であり、燃料タンク３０に貯留される燃料を供給されると共に、操作者に設定される目標エンジン回転数となるように吸気管２０に配置されたスロットルバルブ２２を開閉するアクチュエータ（電動モータ）６４、いわゆる電子ガバナを備えた汎用エンジン１０において、前記燃料が欠乏する燃料切れ状態にあるか否か判定する燃料切れ状態判定手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１６）と、前記燃料切れ状態にあると判定されるとき、前記エンジン１０を停止させる停止手段（ＥＣＵ８０，Ｓ１２）とを備えると共に、前記前記燃料切れ状態判定手段は、検出されるエンジン回転数と前記スロットルバルブ２２のスロットル開度に基づいて前記燃料切れ状態にあるか否か判定する（ＥＣＵ８０，Ｓ１６）如く構成したので、いわゆる電子ガバナを備えた汎用エンジン１０において燃料切れ状態を判定することで、操作スイッチ７６がオフされない場合であっても、エンジン回転数が不安定となったり、アフターバーンやバックファイヤが発生したりする不都合が発生するのを回避することができる。

さらに、正常に停止処理を行うことが可能となるため、燃料供給管２６内に空気が充満する前にエンジン１０の停止処理を行うことができるので、次回給油時に空気抜きが不要となることから、次回の始動性を向上させることができる。

また、前記燃料切れ状態判定手段は、前記エンジン回転数が所定回転数（例えば１５００ｒｐｍ）未満の低回転状態で、かつ前記スロットル開度が所定開度（例えば９０％）を超える高開度状態にあり、かつ前記低回転状態と高開度状態が所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上継続しているか否か判定し（ＥＣＵ８０，Ｓ１６）、前記低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続していると判定されるとき、前記燃料切れ状態にあると判定する如く構成したので、上記した効果に加え、エンジン１０が燃料切れ状態にあるか否かを精度良く判定することができる。

また、操作者に操作自在に配置されて運転・停止に応じた出力を生じる操作スイッチ７６を備えると共に、前記燃料切れ状態判定手段は、前記操作スイッチ７６がオンされて前記エンジン１０の始動が完了した後（ＥＣＵ８０，Ｓ１０，Ｓ１４）、前記燃料切れ状態にあるか否か判定する（ＥＣＵ８０，Ｓ１６）如く構成したので、上記した効果に加え、エンジン１０の始動時など挙動が安定しない状況を燃料切れ状態と誤って判定することがない。

また、前記停止手段は、燃料供給を停止することで前記エンジン１０を停止させる（ＥＣＵ８０，Ｓ１２）如く構成したので、上記した効果に加え、エンジン１０を確実に停止させることができる。

また、前記停止手段は、点火を停止することで前記エンジン１０を停止させる（ＥＣＵ８０，Ｓ１２）如く構成したので、上記した効果に加え、エンジン１０を確実に停止させることができる。

尚、上記において所定回転数、所定開度、所定時間などは全て例示であり、それらに限定されるものではない。またガソリンを燃料とする汎用エンジンを例にとって説明したが、軽油などを燃料とする汎用エンジンにも妥当する。

１０ 汎用エンジン（汎用内燃機関）、１２ シリンダ、１４ ピストン、２２ スロットルバルブ、２４ インジェクタ、３０ 燃料タンク、３６ 燃料ポンプ、４２ 点火プラグ、５０ クランクシャフト、５２ フライホイール、５４ パルサコイル（クランク角センサ）、５６ パワーコイル、６０ 負荷、６２ アクセルレバー、６４ 電動モータ（アクチュエータ）、７０ 吸気温度センサ、７２ エンジン温度センサ、７４ 可変抵抗器、７６ 操作スイッチ、８０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (5)

1. 作業機の動力源として使用可能であり、タンクに貯留される燃料を供給されると共に、操作者に設定される目標エンジン回転数となるように吸気管に配置されたスロットルバルブを開閉するアクチュエータを備えた汎用エンジンにおいて、前記燃料が欠乏する燃料切れ状態にあるか否か判定する燃料切れ状態判定手段と、前記燃料切れ状態にあると判定されるとき、前記エンジンを停止させる停止手段とを備えると共に、前記燃料切れ状態判定手段は、検出されるエンジン回転数と前記スロットルバルブのスロットル開度に基づいて前記燃料切れ状態にあるか否か判定することを特徴とする汎用エンジンの燃料切れ判定装置。
2. 前記燃料切れ状態判定手段は、前記エンジン回転数が所定回転数未満の低回転状態で、かつ前記スロットル開度が所定開度を超える高開度状態にあり、かつ前記低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続しているか否か判定し、前記低回転状態と高開度状態が所定時間以上継続していると判定されるとき、前記燃料切れ状態にあると判定することを特徴とする請求項１記載の汎用エンジンの燃料切れ判定装置。
3. 操作者に操作自在に配置されて運転・停止に応じた出力を生じる操作スイッチを備えると共に、前記燃料切れ状態判定手段は、前記操作スイッチがオンされて前記エンジンの始動が完了した後、前記燃料切れ状態にあるか否か判定することを特徴とする請求項１または２記載の汎用エンジンの燃料切れ判定装置。
4. 前記停止手段は、燃料供給を停止することで前記エンジンを停止させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の汎用エンジンの燃料切れ判定装置。
5. 前記停止手段は、点火を停止することで前記エンジンを停止させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の汎用エンジンの燃料切れ判定装置。

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