JPH02248631A - 電子ガバナ付ガソリンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は電子式ガバナを設けたガソリンエンジに関す
るものである。

従来の技術 周知のように、ガソリンエンジンにおいては、始動時に
クランク軸が回転状態となるまで手動もしくは始動モー
ターによって強制的に回転させてやる必要があるが、従
来においては、少なくともクランク軸回転を３５　Ｏｒ
　ｐｍ以上に上げることが必要であった。また、田植え
機や管理作業機等の農用ガソリンエンジンの回転数制御
は、機械式のガバナが用いられている。

発明が解決しようとする課題 田植え機や管理作業機或いは発電機駆動エンジン等にお
いては、エンジン全体をできるだけ小型にしてなおかつ
充分な出力性能を備えていることが必要である。たとえ
ば、エンジンの出力が充分でない場合には、必要な出力
を得るために排気量の大きいエンジンを搭載しなければ
ならず、エンジン全体が大型化し、ボンネット内のスペ
ースへの配置も困難となる不都合がある。ところが、前
述のような従来のガソリンエンジンにおいては、始動可
能なりランク軸回転数が３５Ｏｒｐｍ以上であることか
ら、起動トルクの大きい大型の始動モーターが必要で、
更に、その大型の始動モーターへ電源を供給するバッテ
リーも大型とならざるを得す、全体が大型化する欠点が
ある。他方、機械式ガバナを備えたこの種のガソリンエ
ンジンにおいては、エンジン回転数を成る回転数に設定
しても、その位置で負荷をかけるとその特性により必ず
回転数が低下した位置で整定する。そのため、最高回転
域で７％程度、アイドル回転域では４０％もの出力が低
下することになる。それ故、特に低速高負荷時の出力が
不充分なため、排気量の大きいエンジンを用いるか或い
は過給機を取付ける等の方策が必要となり、結局、全体
が大型になる欠点を有している。

この発明は、これらの諸問題を解決して、エンジン全体
を小型化してなおかつ充分な出力性能を得ることができ
るようにしたものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、この発明では、４サイクルガ
ソリン機関において、エンジンの始動可能な回転域を少
なくとも３５０　ｒ　ｐｍ以下の低回転とするとともに
、エンジン回転数検出手段と、エンジン回転数を設定す
る設定手段と、気化器のスロットルを開閉するアクチュ
エータと、前記回転数検出手段及び同設定手段からの入
力信号に基ずき、エンジン回転数がその設定手段によっ
て設定された回転数に一致するよう演算した結果を、前
記アクチュエータへ制御信号として出力する制御手段と
を備えた電子式ガバナを設けたことを特徴としている。

また、上記の構成において始動モーターを取付けたもの
が考えられ、更には、上記のような電子式ガバナを備え
たエンジンにおいて、アクチュエータと気化器のスロッ
トル軸を互いに直結して、全体をコンパクトにすること
が考えられる。

作　　　用 上記構成において、始動可能な回転域が少なくとも３５
０ｒｐｍ以下の低回転とされていることにより、そのた
めの起動トルクが少なくてすみ、リコイルスタータで操
作する場合には軽い操作力で操作でき、他方、始動モー
ターを取付けた場合には、その始動モーター及びバッテ
リーを小型のものにすることができる。更に、上記電子
式ガバナを設けていることにより、エンジンの出力性能
が増大し、排気量の小さい小型のエンジンを用いること
が可能である。その際、アクチュエータとスロットル軸
を互いに直結することによって、より構造が簡単でコン
パクトに収めることができる。

実施例 第１図及び第２図はこの発明の実施例を示すエンジン全
体の立面であり、クランク軸中心Ｐに対してシリンダー
中心線Ｑが斜め方向に傾斜した傾斜型の４サイクルガソ
リンエンジンである。クランク軸中心Ｐ直上のエンジン
本体（１）上方部には、燃料タンク（２）が搭載され、
その側方におけるシリダヘッド上方部分に排気消音器（
３）が搭載されている。クランク軸中心Ｐ方向の一方の
側面部にファンケース（４）が取付けられ、更に、この
ファンケース（４）の側面にリコイルスタータ（５）が
取付けられている。リコイルスタータ（５）と同じ側の
シリダヘッド側方にエアクリーナ（６）が配置され、こ
のエアクリーナ（６）は、シリンダヘッドへ取付けられ
た気化器（７）へ連結されている。気化器（７）の上部
に、その気化器（７）のスロットルを開閉するアクチュ
エータ（８）が取付けられている。他方、リコイルスタ
ータ（５）のケースには、リコイルスタータホイル等を
内装する円形突出部（９）の側方に、始動モーター（１
０）とバッテリー（１１）が、上下に並べて配置されて
いる。リコイルスタータ（５）は、ボルト（１２）　　
（１２）・・・によって、前記ファンケース（４）の外
側面に固定されている。また、リコイルスタータ　（５
）内のスタータホイルに巻き掛けられたロープを引くた
めの引手（１３）が、前記の円形突出部（９）より斜め
上方に突出して設けられている。更に、ファンケース（
４）と燃料タンク（２）との間には、この燃料タンク（
２）を支持するブラケット（１４）の側面に、摘み（１
５）を回転操作することによってエンジン回転数を設定
するようにしたスロットルセンサー（１６）が設けられ
ている。始動モータ（１０）は、その回転数が２０．０
００〜３５．００Ｏｒ　ｐ　ｍ程度の高速型のものを使
用する。そして、その高速回転を大きく減速してクラン
ク軸へ伝えることにより、始動モータ（１０）に要求さ
れる起動トルクを小さくして非常に小型のものを使用す
ることができる。その結果、パッチ！Ｊ　（１１）自体
も小型化できて全体にコンパクトなものとすることが可
能となる。

第４図は、前記アクチュエータ（８）の具体的な取付は
構造を示したもので、アクチュエータ（８）は、その本
体部分が気化器（７）の上部に、その気化器（７）へ固
定したブラケッ）　（２０）を介して、ポル）　（２１
）によって取付けられている。

そして、下向きに突出するこのアクチュエータ（８）の
出力軸（２２）が、気化器（８）内へ挿入されて、この
出力軸（２２）へスロットルバルブ（２３）が一体に取
付けられている。この場合、スロットルバルブ（２３）
の軸と出力軸（２２）とを別体にして相互に連結させる
ことも可能である。

上記において、バッチＩＪ−（１１）は、第３図で示す
ように、ケース（１７）内へ充電式の乾電池（１８）を
複数個内装したもので、これを、リコイルスタータ（９
）のケース側面へ取付けることによって、前記始動モー
ター（１０）と電気接続される。

また、始動モーター（１０）は、リコイルスタータケー
ス（９）内のスタータホイル等と減速ギア（１８）　　
（１Ｂ）・・・を介して連結され、このリコイルスター
タ（５）部分を介してクランク軸を駆動するようになっ
ている。他方、クランク軸は、引手（１３）を引くこと
によっても回転させられる。これらバッテリー（１１）
及び始動モーター（１０）　は、エンジンの始動回転域
が３５　Ｏｒ　ｐｍ以下就中２５０　ｒ　ｐｍでも始動
可能とされており、これにより非常に小型化されて、リ
コイルスタータケース（９）の外側面等へコンパクトに
設置できるようになっている。このような、エンジンの
始動回転域を低回転にする手段としては、 ■低回転時にシリンダー内の自動減圧を行うこと、 ■低回転域で適正な空燃比を得るような気化器とするこ
と、 ■低回転域でチョーク操作なしで着火に適した空燃比を
得るような気化器とすること、■点火装置の発火回転速
度を下げること、■低回転時に、点火時期をケッチンを
下げることのできる時期（たとえば上死点付近）まで遅
角させること、 ■イグニッションコイルの二次電圧を上げること、 が考えられ、これらの一部又は全部を用いることによっ
て可能となる。次に、これらの具体例について説明する
。

周知のように、始動時にエンジンのクランク軸を回すた
めには、ピストン上死点付近での圧縮工程を乗り切る必
要があり、そのためには非常に大きな力を必要とする。

これを解消するには、排気弁或いは吸気弁を強制的に開
いて圧縮を解除することであり、本発明の場合、いわゆ
る低速回転時に自動的に圧縮を解除するようにした自動
デコンブ装置を用いることによって、スタータモータ（
１６）の必要容量を低減することができる。かかる自動
デコンブ装置としては、例えば、この発明の出願人が特
願昭５９−１１５３９号（特開昭６０−１５６９７６号
）として出願した遠心式自動減圧装置がある。この装置
は、カム軸の回転に伴って変位する遠心ウェイトで、ピ
ンを軸直径方向に移動させ、このビンでタペットを圧縮
解除方向へ押し上げるものであり、低回転時には遠心ウ
ェイトが自動的に前記圧縮解除方向に移動するため、何
ら特別の操作を行なうことなく始動時のデコンプが得ら
れる。

次に、第５図は、本発明に使用される点火電源装置の電
気回路を示している。図において、イグニッションコイ
ル（３１）の２次側コイル（３２）と点火プラグ（３３
）が直列に接続されている。他方、１次側コイル（３４
）の両端には、トランジスタ（３５）のコレクタとエミ
ッタ側の端子が、その１次側コイル（３４）と並列に接
続されている。同じくトランジスタ（３５）の両端に、
サイリスタ（３６）のアノード・カソード側端子が並列
に接続され、更に、サイリスタ（３６）のアノード側が
トランジスタ（３５）のベースへ接続されている。ツェ
ナーダイオード（３７）の両端子が、サイリスタ（３６
）のアノード・カソード側端子へ並列接続されるととも
に、同じくツェナーダイオード（３７）のアノード側が
サイリスタ（３６）のゲート端子へ接続されている。第
６図は、１次側コイル（３４）に発生する電圧波形を示
している。この実施例に使用される電圧発生装置は、フ
ライホイールの回転に伴って交流電圧を発生させるフラ
イホイールマグネット式のものであり、その発生電圧が
ツェナーダイオード（３７）の動作電圧Ｖｏ以下の状態
では、トランジスタ（３５）のベース側に電圧が付加さ
れ、そのトランジスタ（３５）のコレクタ・エミッタ間
に電流が流れる。発生電圧が前記Ｖｏを越えるとサイリ
スタ（３６）のゲート端子へ電圧が付加されるので、サ
イリスク（３６）のアノード・カソード間に電流が流れ
（図の破線矢印方向）、トランジスタ（３５）のベース
電圧が低下し、このトランジスタ（３５）のコレクタ・
エミッタ間に流れる電流が遮断される。そのため、２次
側コイル（３２）に大きな２次電圧が発生し、点火プラ
グ（３３）が発火するものである。

第５図で示すように、１次側コイル（３４）に発生する
電圧は、エンジンの回転数によって変化し、例えばエン
ジン回転数が２５Ｏｒｐｍ程度の場合には、その発生電
圧がツェナーダイオード（３７）の動作電圧Ｖｏよりも
低い。そのため、トランジスタ（３５）を流れる電流が
遮断されず、２次側コイル（３２）に大きな電圧を発生
させることができない。そこで、この実施例では、ツェ
ナーダイオード（３７）と並列に図のようなコンデンサ
（３８）を設け、そのコンデンサ（３８）の充放電の変
換による電圧のピーク点Ｐを検出回路によって検出し、
その検出によって、前記電圧ｖＯよりも低い電圧しか発
生しない低回転時には、その電圧のピーク点Ｐにおいて
、前記トランジスタ（３５）の導通を解除する信号を発
生させ、１次側コイル（３４）の電流をカットさせて発
火できるようにしている。

次に、低回転始動時の逆回転（ケッチン）を防止するた
め、この実施例では、フライホイールマグネット方式の
点火装置において、第７図のように、イグニッションコ
イル（３１）を巻いた鉄芯（４０）の形状を、次のよう
にして低速回転時の点火時期を遅角させるようにしてい
る。即ち、第７図において、フライホイール（４１）の
マグネット　（４２）と対向して、その先端に、互いに
対向するリップ（４３）　　（４４）を備えたコの字形
の鉄芯（４０）を固定し、この鉄芯（４０）にイグニッ
ションコイル（３１）を巻いているが、この実施例では
、フライホイール（４１）の回転方向の後部側に位置す
るリップ（４３）の長さＪｌを、他方のリップ（４４）
の長さ１２よりも大きくし、これによって、前記１次側
コイル（３４）の発生電圧の波形を第８図のように変形
させて、低回転時の遅角量を第６図のものよりも大きく
している。そして、前記第５図及び第６図で示したよう
に、動作電圧Ｖｏ以下の２５Ｏｒｐｍ程度の低回転にお
いては、電圧のピーク点Ｐを検出し、これによって遮断
信号を発生させるようにしているが、第８図の波形では
、第１のピーク点Ｐ１と第２のピーク点Ｐ２の２つのピ
ーク点が現れる。この場合、第１のピーク点Ｐｌで遮断
させると、最大回転時の発火角度θ１に対して遅角量が
未だ充分でなく、第２のピーク点Ｐ２で遮断信号を取る
必要があり、これにより、最大回転域に対する低回転時
の遅角量Δθ＝θ２−θｌを大きくし、前記のような逆
回転を生じないような充分な遅角量を取ることができる
。そのような第２ピーク点Ｐ２の検出は、例えば、ピー
ク点が最初のピーク点であるか或いは２回目のピーク点
であるかを判断する判断手段と、その判断手段の判断結
果に基づいて、第２ピーク点において前記トランジスタ
の遮断信号を発生させる制御手段を備えたマイクロコン
ピュータを用いることによって容易に実現することがで
きる。なお、実施例で行なった最大回転時に対する具体
的な遅角量Δθは７度であった。

低回転時での着火性能を良好とするため、更に、この実
施例では、点火プラグ（３３）を発火させる２次側コイ
ル（３２）の電圧を、従来の８ＫＶ／２５Ｏｒｐｍより
も更に大きくし、これによって着火性能を向上させる。

さて、低回転でしかも逆回転を生ずることなく発火させ
ることができた場合であっても、その低回転時において
気化器から適正な空燃比の燃料量をシリンダ内へ供給す
ることができなければ、着火させることができない。そ
こで、この実施例では、３５０ｒｐｍ以下の低回転状態
で着火させるに充分な適正な空燃比を得るため、第９図
のように、気化器（７）のベンチュリ一部（４６）の径
Ｄ１を従来のものよりも小さくして、この部分の流入速
度を増大させ、ノズル（４７）からの燃料の吸上げを確
実に行なわしめるにようにしている。また、エアジェツ
ト（４８）の取出し位置とノズル（４７）形状の適正な
組合せ選定に依っても低回転時に適正な空燃比が得られ
、冷態時でもチョーク操作を行なうことなく確実に始動
させることが可能となる。

このような手段を全部または一部を適宜組み合わせて用
いることにより、３５０　ｒ　ｐｍ以下の低回転域で小
さなトルクで始動を行なうことが可能であり、これに伴
って、スタータモータ（１０）の必要容量を従来のもの
に比較して遥かに小さくして且つバッテリも同様に小さ
くすることが可能となる。

第１０図は、上記アクチュエータ（８）及びスロットル
センサー（１６）を用いたエンジン回転数制御の流れを
示すブロックダイヤグラムである。

図において、（５１）は、エンジン回転センサーであり
、例えば、エンジンのフライホイールに取り付けたマグ
ネットにより、そのエンジンの回転に応じた交流波形を
発生させるようにしたものが用いられる。このエンジン
回転センサー（５１）の出力電流は、回転パルス検出器
（５２）へ入力され、この検出器（５２）によって検出
されたパルスがＦ／Ｖコンバータ（５３）ヲ介して、コ
ントローラ（５４）の回転数偏差演算器（５５）へ入力
される。他方、回転数設定具による設定量に応じた電流
を発生させるスロットルセンサー（１６）からの出力は
、回転数指示器（５６）から同様に回転数偏差演算器（
５５）へ入力される。この回転数偏差演算器（５５）に
ふいて両回転数を演算し、更に回転数制御演算器（５７
）によって必要な制御量を演算して、その結果を、増幅
器（５８）からアクチュエータ（８）のドライブ回路（
５９）へ出力して、アクチュエータ（８）がその制御信
号に応じた量だけ動作する。即ち、第４図において、そ
のアクチュエータ（８）の出力軸（２２）がその分だけ
回転することによって、スロットルの開量が変化する。

なお、回転パルス検出器（５１）の出力信号は、エンス
ト検出器（６０）にも送られ、エンジンがエンスト状態
にあるときには、前記アクチュエータ（８）側へその信
号を出力することによって、スロットルの開度が０とな
るように駆動する。

（６１）は、スローダウン検出用のスイッチで、このス
イッチ（６１）がスローダウン側に入っている場合には
、スローダウン制御部（６２）から前記回転数偏差演算
器（５５）側、にその信号を出力し、回転数制御演算器
（５７）からの制御信号が、スローダウン側即ちエンジ
ンがアイドル回転となるよう、前記アクチュエータ（８
）側へ信号を出力する。このスローダウンスイッチ（６
１）としては、例えば田植機においては、植付は装置の
クラッチをＯＦＦにしたときに、これと連動させるよう
にしたり、或いは、その他の作業機の場合には、その作
業機を停止させる手段と連動させる。また、非作業時に
オペレータがこのスイッチ（６１）を手動操作するよう
にしてもよい。（６３）は、過回転検出器であって、前
記回転パルス検出器（５２）によって検出されたエンジ
ン回転数が過回転の場合は、エンジン停止回路（６４）
を作動させてイグナイター（６５）のイグニション即ち
着火を停止させる。また、バッチ！Ｊ　（１１）側の電
源電圧が過電圧になった場合にも、過電圧検出器（６６
）によってその状態を検出して、エンジン停止回路（６
４）を作動させる。これら過回転検出器（６３）及び通
電圧検出器（６６）は、いずれも緊急停止用として用い
られるものである。

第１１図は、上記エンジン回転数制御の具体的なフロー
チャートを示したもので、この図で示すように、設定さ
れた回転数Ｎ、に対し現在のエンジンの回転数Ｎ、が異
なる場合には、前記アクチュエータ（８）への信号電流
をそれに見合っただけ増減し、気化器（７）のスロット
ル開度を調節し、他方、その偏差が０の場合には、その
ままの状態を続行する。

第１２図は、フランク軸回転速度に対する軸出力の変化
を、従来の機械式ガバナと比較して示すグラフである。

このグラフで判るように、機械式ガバナにおいては、エ
ンジン回転数をある回転数に設定しても、その位置で負
荷をかけるとその特性により必ず回転数が低下した位置
で整定する。

この値を整定変動率と言い、このグラフで判るように、
最高回転域ではその変動率が７％程度であるのに対し、
アイドル回転では４０％も出力が低下する。即ち、低速
回転になる程整定変動率が大きく、出力が低下している
。このため、特に、農用エンジンのように低速高負荷域
で多用されるものにおいては、充分な出力を得ることが
できず、排気量の大きいエンジンを用いるか或いは過給
器を取付ける以外に、これを解消する手段がない。

これに対して、本発明の電子コントロール付ガバナを備
えたエンジンでは、常にその設定された回転数になるよ
うスロットルが制御されるので、かかる回転数低下を生
ずることがなく、従来よりも低速回転域では４０％程度
、高速回転域では７％程度も出力を向上させることがで
き、特に、低速高負荷域で使用する農用エンジンに適し
たものが得られるのである。

第１３図及び第１４図は、この発明の別の実施例を示す
エンジンの全体図であり、第１５図のような田植機に取
付けられるものを示す。この実施例では、スロットルセ
ンサー（１６）をシリンダヘッドへ冷却を導くため、そ
のシリンダヘッド上方に取付けた導風板（７０）の上面
に取付けている。

そしてこのスロットルセンサー（１６）を電気配線によ
って、前記のコントローラー（５４）側と、運転席等に
設けられた回転数設定具へ連結されている。

田植機は、運転席（７１）を備えた機体（７２）に前後
の走行輪（７３）　（７３）を取付け、その後方にロー
タリ式の植付爪（７４）を設けたもので、運転席（７１
）前部側のボンネッ）　（７５）内に前記のエンジン（
７６）を搭載している。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、始動回転域を３５　
Ｏｒ　ｐｍ以下の低回転とし、これによって始動に必要
な始動モータやバッテリーを小型化してコンパクトにす
るとともに、設定回転数とエンジン回転数が常に一致す
るよう制御する電子式ガバナを設けることにより、特に
低回転域の出力性能を大幅に向上させているため、この
ことにより排気量の小さい小型のエンジンを用いること
を可能とし、エンジンの全体を小型化することができた
ものであって、従来のものより浪かに優れた４サイクル
のガソリンエンジンを提供できるという効果がある。ま
た、始動モータをエンジンへ予め取付けておくことによ
り、農業機械等に搭載する際にその始動モータとエンジ
ンとの連結を改めて行う必要がないという効果がある。

更に、気化器のスロットルを開閉するアクチュエータを
スロットル軸へ直結することによって、これらアクチュ
エータとスロットル間のリンク等の連動具が不要となり
、より構造が簡単で且つコンパクトに収めることができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すエンジンの側面図、第
２図は第１図の右方向から見た側面図、第３図はバッテ
リーの斜視図、第４図はアクチュエータと気化器との連
結構造を示す要部縦断正面図、第５図は、点火装置の電
源回路図、第６図は、フライホイールマグネット方式に
よって点火を行う点火装置の発生電圧を示すグラフ、第
７図は、同じ（この発明の実施例に使用するフライホイ
ールマグネット方式の発電図の概略説明図、第８図は、
第７図の発電装置によって得られる発生電圧の波形を示
すグラフ、第９図は、気化器の要部の縦断面図、第１０
図は、この発明の電子式ガバナによる制御の流れを示す
ブロックダイヤグラフ、第１１図は同じくツーローチャ
ート、第１２図は、この発明の電子コントロール式ガバ
ナと従来の機械ガバナとを比較して示すクランク軸回転
速度と軸出力との関係のグラフ、第１３図は、この発明
の別の実施例を示すエンジン全体の正面図、第１４図は
同じく平面図、第１５図は田植機の側面図である。 （１）・・・エンジン本体、（７）・・・気化器、（８
）・・・アクチュエータ、 （ｌＯ）・・・始動モーター　（１１）・・・バッテリ
ー（１６）・・・スロットルセンサー 特　許　出願人　　ヤンマーディーゼル株式会社代理人
　弁理士　　　　　樟　本　久　幸第４図 第７図 第８図 第１２図 ク ランク軸回転速度 （γｐｒｎ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、４サイクルガソリン機関において、エンジンの始動
   可能な回転域を少なくとも３５０ｒｐｍ以下の低回転と
   するとともに、エンジン回転数検出手段と、エンジン回
   転数を設定する設定手段と、気化器のスロットルを開閉
   するアクチュエータと、前記回転数検出手段及び同設定
   手段からの入力信号に基ずき、エンジン回転数がその設
   定手段によって設定された回転数に一致するよう演算し
   た結果を、前記アクチュエータへ制御信号として出力す
   る制御手段とを備えた電子式ガバナを設けたことを特徴
   とする電子ガバナ付ガソリンエンジン。 ２、始動モーターを取付けたことを特徴とする請求項１
   記載の電子ガバナ付ガソリンエンジン。 ３、電子式ガバナを設けるとともに、前記アクチュエー
   タと気化器のスロットル軸を互いに直結した電子ガバナ
   付ガソリンエンジン。