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JP7558075B2 - Method for detecting compression stroke in internal combustion engine for work machine - Google Patents

Method for detecting compression stroke in internal combustion engine for work machine Download PDF

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JP7558075B2
JP7558075B2 JP2021014522A JP2021014522A JP7558075B2 JP 7558075 B2 JP7558075 B2 JP 7558075B2 JP 2021014522 A JP2021014522 A JP 2021014522A JP 2021014522 A JP2021014522 A JP 2021014522A JP 7558075 B2 JP7558075 B2 JP 7558075B2
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

Description

本発明は作業機用内燃エンジンの圧縮行程検出方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting the compression stroke of an internal combustion engine for a work machine.

作業機に搭載される内燃エンジンには、点火プラグの電源として、クランクシャフトに連結された発電機が用いられている(特許文献1)。この発電機は、永久磁石を備えたロータと、発電コイルを備えたステータとで構成され、ロータが回転することにより励起される起電力によって発電する。発電機が生成した電気はコンデンサに充電され、コンデンサに蓄積された電荷を点火タイミング毎に放出して点火プラグの点火が行われる。 Internal combustion engines mounted on work machines use a generator connected to the crankshaft as a power source for the spark plugs (Patent Document 1). This generator is composed of a rotor with a permanent magnet and a stator with a generating coil, and generates electricity using electromotive force excited by the rotation of the rotor. The electricity generated by the generator is charged into a capacitor, and the charge stored in the capacitor is released at each ignition timing to ignite the spark plugs.

作業機は、本質的に軽量且つ小型化が要請されるツールである。上記特許文献1は、点火用発電機を使って、気化器に組み込んだ電磁弁を駆動するための電力を供給することを提案している。すなわち、特許文献1は、点火用発電機を電源として、最小限の電力で電磁弁を動作させることを提案している。具体的に説明すると、特許文献1に開示の発明は、電磁弁の消費電力を最小限に抑えるために、電磁弁が非通電状態のときには、バネ力で開弁状態を維持する電磁弁を採用することを提案している。 A work machine is a tool that is essentially required to be lightweight and compact. The above-mentioned Patent Document 1 proposes using an ignition generator to supply power to drive a solenoid valve built into a carburetor. In other words, Patent Document 1 proposes using an ignition generator as a power source to operate the solenoid valve with minimal power. Specifically, the invention disclosed in Patent Document 1 proposes employing a solenoid valve that maintains an open state with spring force when the solenoid valve is not energized in order to minimize the power consumption of the solenoid valve.

周知のように、内燃エンジンの各サイクルは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の4つの行程で構成されている。4ストロークエンジンは、クランクシャフトが2回転(720°回転)することで各サイクルが完結する。2ストロークエンジンは、クランクシャフトが1回転(360°回転)することで各サイクルが完結する。 As is well known, each cycle of an internal combustion engine consists of four strokes: intake stroke, compression stroke, combustion stroke, and exhaust stroke. In a four-stroke engine, each cycle is completed by two revolutions (720° rotation) of the crankshaft. In a two-stroke engine, each cycle is completed by one revolution (360° rotation) of the crankshaft.

近時の自動車やモータサイクル(2輪車)に搭載される内燃エンジンは電子化が進んでいる。例えば、特許文献2は、モータサイクルに搭載された内燃エンジンの点火と共に燃料噴射弁の駆動に用いられる発電機が開示されている。 The internal combustion engines installed in modern automobiles and motorcycles (two-wheeled vehicles) are becoming increasingly electronic. For example, Patent Document 2 discloses a generator that is used to ignite the internal combustion engine installed in a motorcycle and drive the fuel injection valve.

作業機においても電子化の開発が進んでいる。この電子化の開発は、複数の電動デバイスを搭載する傾向が強くなる。そして、搭載する電動デバイスの数が多くなれば、必然的に、作業機の発電機の能力を高めなければならない。点火プラグの点火だけでなく、燃料噴射装置の駆動のために、発電能力を高めた発電機を前述した特許文献2は開示している。具体的に説明すると、特許文献2は、6つの磁石と6つの発電コイルとを共に周方向に等間隔に配置した発電機を開示している。このように複数の電磁石及び発電コイルを備えた発電機は、内燃エンジンの各サイクルにおいて、発電波形に複数の山が発生するため、どの山を基準として点火タイミングや燃料噴射タイミングを決定すれば良いか不明となる、という問題を含んでいる。 The development of electronics is also progressing in work machines. This development of electronics is becoming more and more likely to include multiple electric devices. And as the number of electric devices increases, the power of the generator of the work machine must inevitably be increased. The aforementioned Patent Document 2 discloses a generator with increased power generation capacity not only for ignition of the spark plug but also for driving the fuel injection device. More specifically, Patent Document 2 discloses a generator in which six magnets and six generating coils are both arranged at equal intervals in the circumferential direction. A generator equipped with multiple electromagnets and generating coils in this way has the problem that multiple peaks occur in the generating waveform during each cycle of the internal combustion engine, making it unclear which peak to use as a reference for determining the ignition timing and fuel injection timing.

この問題に関して、上記特許文献2に開示の発明は、内燃エンジンに燃料噴射装置を組み込んだときに、この燃料噴射装置の噴射タイミングを制御するために、次の2つの要素の組み合わせを用いてクランクシャフトの回転角度を検出することを提案している。第1の要素は、発電波形を整形してロータの回転角度を検出する。第2の要素は、ロータの回転角度を機械的に検出する。そして、特許文献2に開示の発明は、これら第1、第2の要素を組み合わせることでクランクシャフトの回転角度を検出し、この検出した回転角度に基づいて燃料噴射タイミングを制御することを提案している。 Regarding this problem, the invention disclosed in Patent Document 2 proposes detecting the rotation angle of the crankshaft using a combination of the following two elements in order to control the injection timing of a fuel injection device installed in an internal combustion engine. The first element detects the rotation angle of the rotor by shaping the power generation waveform. The second element mechanically detects the rotation angle of the rotor. The invention disclosed in Patent Document 2 proposes detecting the rotation angle of the crankshaft by combining these first and second elements, and controlling the fuel injection timing based on this detected rotation angle.

US 7,140,352B2US 7,140,352B2 特開2009-191689号JP 2009-191689 A

作業機は、前述したように、本質的に軽量且つ小型化が要請される。本発明者らは、複数の磁石及び発電コイルを備えた発電機の発電波形において、内燃エンジンの圧縮行程が他の行程にはない特徴があることに着目した。すなわち、圧縮行程の特にその終期のピストンの速度が上死点に近づくに従って遅くなる。このことから、発電波形において、圧縮行程に関連した部分の周期が長くなる。この発電波形の特徴に基づけば、圧縮行程を他の行程から区別することができる。 As mentioned above, working machines are essentially required to be lightweight and compact. The inventors noticed that the compression stroke of an internal combustion engine has a characteristic that is not present in other strokes in the power generation waveform of a generator equipped with multiple magnets and power generation coils. That is, the speed of the piston during the compression stroke, especially at the end of the compression stroke, slows down as it approaches top dead center. As a result, the period of the portion of the power generation waveform related to the compression stroke becomes longer. Based on the characteristics of this power generation waveform, the compression stroke can be distinguished from other strokes.

本発明の目的は、発電波形から圧縮行程を検出し、検出した圧縮行程に基づいて例えば点火タイミングを決定する作業機用内燃エンジン圧縮行程検出方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compression stroke detection method for an internal combustion engine for a work machine, which detects the compression stroke from an electric power generation waveform and determines, for example, ignition timing based on the detected compression stroke.

上記の技術的課題は、本発明によれば、
シリンダに嵌挿されたピストンによって画成される燃焼室に配置された点火プラグと、
上死点と下死点との間のピストンの往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトと、
該クランクシャフトに機械的に連結されて該クランクシャフトの回転によって発電する発電機と、
該発電機で生成した電力を前記点火プラグに供給して燃焼室内の混合気を点火する作業機用内燃エンジンの圧縮行程を判定する方法であって、
前記発電機の発電波形において、前記内燃エンジンの一つのサイクルに相当する期間に含まれる各波形の周期時間を計測する周期時間計測工程と、
前記内燃エンジンの一つのサイクルに相当する期間に含まれる各波形の周期時間を比較して、最も長い周期時間の波形を求める最長周期波形特定工程と、
前記最も長い周期時間の波形が属する前記内燃エンジンの行程を圧縮行程と判定する圧縮行程判定工程とを有し、
更に、
前記内燃エンジンの一つのサイクルに相当する期間に含まれる各波形の周期をナンバリングする波形ナンバリング工程と、
前記波形ナンバリング工程の次に、前記最も長い周期時間の波形の番号をメモリに記憶する波形番号記憶工程とを有する作業機用内燃エンジンの圧縮行程判定方法を提供することにより達成される。
The above technical problem is solved by the present invention .
a spark plug disposed in a combustion chamber defined by a piston inserted in a cylinder;
A crankshaft that converts the reciprocating motion of the piston between the top dead center and the bottom dead center into rotational motion and outputs the rotational motion;
a generator mechanically connected to the crankshaft to generate electricity by rotation of the crankshaft;
A method for determining a compression stroke of an internal combustion engine for a work machine in which electric power generated by a generator is supplied to the ignition plug to ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber, comprising:
a cycle time measuring step of measuring a cycle time of each waveform included in a period corresponding to one cycle of the internal combustion engine in a power generation waveform of the generator;
a longest period waveform identifying step of comparing the period times of the waveforms included in a period corresponding to one cycle of the internal combustion engine to determine the waveform with the longest period time;
a compression stroke determination step of determining that a stroke of the internal combustion engine to which the waveform with the longest cycle time belongs is a compression stroke,
Furthermore,
a waveform numbering step of numbering the periods of each waveform included in a period corresponding to one cycle of the internal combustion engine;
This can be achieved by providing a compression stroke determination method for an internal combustion engine for a work machine , which includes a waveform number storage step of storing the number of the waveform having the longest cycle time in a memory, following the waveform numbering step .

本発明の作用効果、他の目的は、以下の本発明の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。 The effects and other objects of the present invention will become apparent from the detailed description of the preferred embodiments of the present invention below.

実施例の内燃エンジンの斜視図である。1 is a perspective view of an internal combustion engine according to an embodiment; 実施例の内燃エンジンの側面図である。1 is a side view of an internal combustion engine according to an embodiment; 発電機からカバーを取り外して、発電機のロータを露出させた状態で図示した実施例の内燃エンジンである。1 is an example internal combustion engine shown with the cover removed from the generator to expose the generator rotor. ロータを取り外した状態の実施例の内燃エンジンを示す図である。FIG. 1 illustrates an example internal combustion engine with the rotor removed. ロータを取り外した状態の実施例の内燃エンジンの側面図である。FIG. 1 is a side view of an example internal combustion engine with the rotor removed. 実施例の内燃エンジンの発電機から抽出したロータと磁石を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a rotor and magnets extracted from a generator of an internal combustion engine according to an embodiment. 実施例の内燃エンジンの発電機の発電波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a waveform of power generated by a generator of the internal combustion engine according to the embodiment. 図7に図示の発電波形を整形した整形波形を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a shaped waveform obtained by shaping the power generation waveform shown in FIG. 7 . 実施例の内燃エンジンの制御に関連したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram related to the control of the internal combustion engine of the embodiment. 実施例の内燃エンジンの制御において、圧縮行程の判定と点火制御の処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of a process for determining a compression stroke and controlling ignition in the control of the internal combustion engine of the embodiment. 実施例の発電波形の割り込み間隔つまり周期波形に関し、エンジン1サイクルに相当する周期波形に対するナンバリングを説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining numbering of a periodic waveform corresponding to one engine cycle, in relation to the interruption interval of a power generation waveform, i.e., a periodic waveform, in the embodiment. 実施例の発電波形の各波形周期のナンバリングとエンジンの吸気、圧縮、燃焼、排気の各行程との関係を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the numbering of each waveform period of the power generation waveform and each stroke of the engine, including intake, compression, combustion, and exhaust, in the embodiment.

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。図1、図2は実施例の内燃エンジンを示す。図1は斜視図であり、図2は側面図である。図示の内燃エンジン2は4ストロークエンジンであり、単気筒である。内燃エンジン2は、刈払機、刈り込み機、送風機、チェーンソーなどの携帯作業機に搭載される。図中、参照符号4はエアクリーナであり、6は燃料タンクである。 A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. Figures 1 and 2 show an internal combustion engine according to the embodiment. Figure 1 is a perspective view, and Figure 2 is a side view. The internal combustion engine 2 shown in the figure is a four-stroke engine with a single cylinder. The internal combustion engine 2 is mounted on a portable work machine such as a brush cutter, trimmer, blower, or chain saw. In the drawings, reference numeral 4 denotes an air cleaner, and 6 denotes a fuel tank.

図1において、エアクリーナ4が分解して図示されている。エアクリーナ4は、その筐体8がケース本体10とケース蓋12とで構成され、ケース本体10は取付ボルト14によってエンジン本体2aに固定される。ケース蓋12は、ケース本体10に対してリッド取付ボルト16によって脱着可能に固定される。 In Figure 1, the air cleaner 4 is shown disassembled. The housing 8 of the air cleaner 4 is composed of a case body 10 and a case lid 12, and the case body 10 is fixed to the engine body 2a by mounting bolts 14. The case lid 12 is detachably fixed to the case body 10 by lid mounting bolts 16.

エアクリーナ4の内部には、エアクリーナエレメント18と、その上方に配置されたプレエレメント20とが収容され、ケース蓋12を取り外すことにより、エアクリーナエレメント18、プレエレメント20のメンテナンスが可能である。 The air cleaner 4 contains an air cleaner element 18 and a pre-element 20 arranged above it, and the air cleaner element 18 and pre-element 20 can be maintained by removing the case lid 12.

内燃エンジン2は、リコイル・スタータの操作ハンドル22を操作することで起動させることができる。図1の参照符号30は制御ユニットを示し、32は発電機を示す。発電機32は、クランクシャフト48と機械的に連結されており、内燃エンジン2を駆動源として発電する。 The internal combustion engine 2 can be started by operating the recoil starter operating handle 22. In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a control unit, and 32 denotes a generator. The generator 32 is mechanically connected to the crankshaft 48, and generates electricity using the internal combustion engine 2 as a drive source.

内燃エンジン2の吸気系36は電子スロットルバルブユニット38を有し、電子スロットルバルブユニット38によって内燃エンジン2の出力が制御される。なお、図1において、吸気パイプ36aは関連部品に連結する前の状態で図示されている。発電機32が生成した電力は、点火プラグ34だけでなく、電子スロットルバルブユニット38や各種センサの駆動電源として用いられる。 The intake system 36 of the internal combustion engine 2 has an electronic throttle valve unit 38, which controls the output of the internal combustion engine 2. Note that in FIG. 1, the intake pipe 36a is shown in a state before being connected to related parts. The electricity generated by the generator 32 is used as a driving power source not only for the spark plug 34, but also for the electronic throttle valve unit 38 and various sensors.

図3は、発電機32からカバー32a(図1)を取り外して、発電機32のロータ40を露出させた状態で内燃エンジン2を図示している。発電機32の基本構造は、従来と同様であり、ロータ40とステータ42とで構成されている。図4は、ロータ40を取り外した状態の内燃エンジン2を示し、ステータ42が露出している。図4には、永久磁石44がロータ40から分離した状態で図示されているが、これは永久磁石44の存在を明確にするためであり、実際は、永久磁石44はロータ40に組み付けられている。図5は、ロータ40の図示が省かれている。この図5には永久磁石44がステータ42の周囲に配置した状態で図示されているが、これは永久磁石44の配置位置を説明するためである。 Figure 3 shows the internal combustion engine 2 with the cover 32a (Figure 1) removed from the generator 32 to expose the rotor 40 of the generator 32. The basic structure of the generator 32 is the same as in the conventional case, and is composed of a rotor 40 and a stator 42. Figure 4 shows the internal combustion engine 2 with the rotor 40 removed, exposing the stator 42. In Figure 4, the permanent magnets 44 are shown separated from the rotor 40, but this is to clarify the presence of the permanent magnets 44, and in reality, the permanent magnets 44 are assembled to the rotor 40. In Figure 5, the rotor 40 is not shown. In Figure 5, the permanent magnets 44 are shown arranged around the stator 42, but this is to explain the arrangement of the permanent magnets 44.

図6は、ロータ40とステータ42とを抽出した図である。ステータ42は、6つの芯42aを有し、この6つの芯42aは周方向に等間隔に配置されている。ステータ42の各芯42aには発電コイル46が巻回される。ロータ40は、ステータ42の芯42aの数と同じ6つの永久磁石44を有し、6つの永久磁石44は周方向に等間隔に配置されている。 Figure 6 is a diagram of the rotor 40 and stator 42. The stator 42 has six cores 42a, which are arranged at equal intervals in the circumferential direction. A generator coil 46 is wound around each core 42a of the stator 42. The rotor 40 has six permanent magnets 44, the same number as the cores 42a of the stator 42, which are arranged at equal intervals in the circumferential direction.

内燃エンジン2は周知のように点火プラグ34(図4、図5)を有している。図6を参照して、発電機32において、ステータ42の6つの芯42aのうち一部の芯42aに巻回された発電コイル46、つまり単数又は複数の芯42aに巻回された発電コイル46が発電した電力は第1の端子A1、A2から出力され、点火回路60を経由して点火プラグ34に供給される。残る芯42aに巻回された発電コイル46の起電力は第2の端子B1、B2から出力されて電子スロットルバルブユニット38(図1)などの電源として利用される。 As is well known, the internal combustion engine 2 has a spark plug 34 (Figs. 4 and 5). Referring to Fig. 6, in the generator 32, the power generated by the generating coil 46 wound around some of the six cores 42a of the stator 42, i.e., the generating coil 46 wound around one or more cores 42a, is output from first terminals A1 and A2 and supplied to the spark plug 34 via the ignition circuit 60. The electromotive force of the generating coil 46 wound around the remaining cores 42a is output from second terminals B1 and B2 and used as a power source for the electronic throttle valve unit 38 (Fig. 1) and the like.

ステータ42の中心部42bには、4つの取付穴42cが形成されている。ステータ42は、4つの取付穴42cに挿入される4本のボルトでエンジン本体2aに位置決めされた状態で固定される。ロータ40は、クランクシャフト48に設置したキー48a(図4)と整合した状態でクランクシャフト48に取り付けられてクランクシャフト48の回転と一緒に回転する。 Four mounting holes 42c are formed in the center 42b of the stator 42. The stator 42 is fixed in position to the engine body 2a with four bolts inserted into the four mounting holes 42c. The rotor 40 is attached to the crankshaft 48 in a state aligned with a key 48a (Figure 4) installed on the crankshaft 48, and rotates together with the rotation of the crankshaft 48.

発電機32は、ロータ40が回転することにより略正弦波状の交流電圧を出力する(図7)。従来と同様に、この発電機32の発電波形は、点火回路60(図6)に組み込んだ例えばダイオードによって半波整流される。すなわち、発電機32の発電波形に含まれる正側又は負側の成分が正側だけの成分に整形される(図8)。点火回路60では、この半波整流に加えて、必要に応じて電圧を調整して降圧してもよい。次いでコンデンサに蓄電される。図8は、発電機32の出力波形つまり発電波形を半波整流により整形した後の整形波形を示す。 The generator 32 outputs a roughly sinusoidal AC voltage as the rotor 40 rotates (Figure 7). As in the past, the generated waveform of the generator 32 is half-wave rectified by, for example, a diode incorporated in the ignition circuit 60 (Figure 6). That is, the positive or negative components contained in the generated waveform of the generator 32 are shaped to only positive components (Figure 8). In addition to this half-wave rectification, the ignition circuit 60 may adjust and step down the voltage as necessary. The voltage is then stored in a capacitor. Figure 8 shows the output waveform of the generator 32, i.e., the generated waveform, after it has been shaped by half-wave rectification.

図7を参照して、発電機32はクランクシャフト48が1回転(360°回転)する毎に発電波形に3つの山が現れる。実施例の内燃エンジン2は4ストロークエンジンであることから、クランクシャフト48が2回転(720°回転)することで1サイクル、つまり吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程が完結する。図示のように、発電機32は、好ましくは、発電波形の0ボルトが内燃エンジン2のピストンが上死点、下死点に位置するときに出現するようにクランクシャフト48に位置決めした状態で設置される。このように、0ボルトが上死点、下死点に出現するように発電機を設置することで、圧縮行程における割込み間隔の時間の長さが顕著に現れるため、判定し易くなるという利点がある。 Referring to FIG. 7, the generator 32 has three peaks in the power generation waveform every time the crankshaft 48 rotates once (360°). Since the internal combustion engine 2 of the embodiment is a four-stroke engine, two rotations (720°) of the crankshaft 48 complete one cycle, i.e., the intake stroke, compression stroke, combustion stroke, and exhaust stroke. As shown in the figure, the generator 32 is preferably installed in a state where it is positioned on the crankshaft 48 so that 0 volts in the power generation waveform appears when the piston of the internal combustion engine 2 is located at top dead center and bottom dead center. In this way, by installing the generator so that 0 volts appears at top dead center and bottom dead center, the length of the interruption interval in the compression stroke becomes more noticeable, which has the advantage of making it easier to determine.

図7に図示の発電波形に、説明の都合上、付記した第1乃至第4行程は、内燃エンジン2の1つのサイクルを構成している。そして、図7において、時系列に、第1行程の期間に「T1」を付記し、第2行程の期間に「T2」を付記し、第3行程の期間に「T3」を付記し、第4行程の期間に「T4」を付記してある。 For the sake of convenience, the first through fourth strokes of the power generation waveform shown in Figure 7 constitute one cycle of the internal combustion engine 2. In Figure 7, the period of the first stroke is marked with "T1", the period of the second stroke is marked with "T2", the period of the third stroke is marked with "T3", and the period of the fourth stroke is marked with "T4" in chronological order.

前述したように、内燃エンジン2のピストンの動きは、圧縮行程において、ピストンが上死点に近づくに従って速度が遅くなる。第1乃至第4の期間T1乃至T4の時間を計測して対比したときに、仮に第2期間T2が最も長かった場合、この第2期間T2つまり第2行程が圧縮行程に相当すると判定することができる。内燃エンジン2の各サイクルの吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の順番は不変である。第2期間T2つまり第2行程が圧縮行程であれば、その直前の第1期間T1つまり第1行程が吸気行程である。また、第2期間T2の次の第3期間T3つまり第3行程が燃焼行程であり、その次の第4期間T4つまり第4行程は排気行程である。 As mentioned above, the movement of the piston of the internal combustion engine 2 slows down as the piston approaches top dead center during the compression stroke. When the first to fourth periods T1 to T4 are measured and compared, if the second period T2 is the longest, it can be determined that the second period T2, i.e., the second stroke, corresponds to the compression stroke. The order of the intake stroke, compression stroke, combustion stroke, and exhaust stroke of each cycle of the internal combustion engine 2 remains unchanged. If the second period T2, i.e., the second stroke, is the compression stroke, then the immediately preceding first period T1, i.e., the first stroke, is the intake stroke. In addition, the third period T3 following the second period T2, i.e., the third stroke, is the combustion stroke, and the following fourth period T4, i.e., the fourth stroke, is the exhaust stroke.

図9は、内燃エンジン2の制御に関する全体構成図である。図9を参照して、内燃エンジン2は制御ユニット30によって制御される。制御ユニット30はエンジン制御部52とメモリ54を有し、メモリ54に記憶された所定のプログラムに従ってエンジン制御を実行する。制御ユニット30には、発電機32の発電波形が入力されると共にエンジン制御に必要とされるエンジン温度センサなどのセンサ群56からの信号が入力される。なお、制御ユニット30、センサ群56の電源は発電機32である。 Figure 9 is an overall configuration diagram relating to the control of the internal combustion engine 2. Referring to Figure 9, the internal combustion engine 2 is controlled by a control unit 30. The control unit 30 has an engine control section 52 and a memory 54, and executes engine control according to a predetermined program stored in the memory 54. The control unit 30 receives the power generation waveform of the generator 32 as well as signals from a group of sensors 56, such as an engine temperature sensor, required for engine control. The power source for the control unit 30 and the group of sensors 56 is the generator 32.

図10は、圧縮行程の判定と点火制御の処理の一例を説明するためのフローチャートである。図10の処理の概要を説明すると、内燃エンジン2が起動すると発電機32は発電を開始する。次いで、アイドル運転のエンジン回転数が安定すると圧縮行程判定モードが実行される。圧縮行程判定モードは、発電機32の発電波形から圧縮行程を判定することを目的としている。 Figure 10 is a flowchart for explaining an example of the compression stroke determination and ignition control process. To give an overview of the process in Figure 10, when the internal combustion engine 2 starts, the generator 32 starts generating electricity. Next, when the engine speed during idle operation stabilizes, the compression stroke determination mode is executed. The purpose of the compression stroke determination mode is to determine the compression stroke from the power generation waveform of the generator 32.

図7を参照して、内燃エンジン2の各サイクルにおいて6つの山が出現する発電波形は、内燃エンジン2の起動から停止までの間、連続する。この連続した発電波形に基づいたときに、どの期間Tが圧縮行程であるか不明である。このことから、エンジン起動直後から内燃エンジン2の全ての行程で点火が行われる。そして、アイドル運転のエンジン回転数が安定すると、この全ての行程での点火の下で、圧縮行程判定モードが実行され、図7を参照して上述した発電波形の期間T1乃至T4のうち最も長い期間を求める。図10を参照して後に説明する具体例では、発電波形の期間T1乃至T4の対比ではなくて、各サイクルで発電波形に現れる6つの各山の割り込み間隔つまり各波形の周期iT1乃至iT6を対比しているが、エンジンの各行程に対応する発電波形の期間T1乃至T4の対比を採用するか、波形の各周期つまり割り込み間隔iT1乃至iT6の対比を採用するかは任意である。 Referring to FIG. 7, the power generation waveform in which six peaks appear in each cycle of the internal combustion engine 2 continues from start to stop of the internal combustion engine 2. Based on this continuous power generation waveform, it is unclear which period T is the compression stroke. For this reason, ignition is performed in all strokes of the internal combustion engine 2 immediately after the engine is started. Then, when the engine speed during idle operation stabilizes, the compression stroke determination mode is executed under ignition in all strokes, and the longest period among the periods T1 to T4 of the power generation waveform described above is found with reference to FIG. 7. In a specific example described later with reference to FIG. 10, instead of comparing the periods T1 to T4 of the power generation waveform, the interruption intervals of each of the six peaks that appear in the power generation waveform in each cycle, that is, the periods iT1 to iT6 of each waveform, are compared. However, it is optional whether to adopt a comparison of the periods T1 to T4 of the power generation waveform corresponding to each stroke of the engine or to adopt a comparison of each period of the waveform, that is, the interruption intervals iT1 to iT6.

仮に、上述したように、第2期間T2(図7)の時間が最も長ければ、この第2期間T2が圧縮行程であると判定する。圧縮行程判定モードで圧縮行程を判定し終わったら、通常のエンジン制御モード、つまり1サイクルに1回、所定の点火タイミングで点火するエンジン制御に変更される。通常運転モードでは、内燃エンジン2が吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の順に動作することから、この行程順番に基づいて、圧縮行程の順番が来たら、この圧縮行程を基準として点火タイミングが決定される。点火タイミングの決定において、前回の圧縮行程を基準に点火タイミングを決定しておくのがよい。この通常エンジン制御モードはエンジン停止まで継続して実行される。 If, as described above, the second period T2 (FIG. 7) is the longest, it is determined that the second period T2 is the compression stroke. Once the compression stroke has been determined in the compression stroke determination mode, the engine control mode is changed to the normal engine control mode, that is, engine control in which ignition is performed once per cycle at a predetermined ignition timing. In the normal operation mode, the internal combustion engine 2 operates in the order of intake stroke, compression stroke, combustion stroke, and exhaust stroke, and based on this stroke order, when the compression stroke comes, the ignition timing is determined with the compression stroke as the reference. When determining the ignition timing, it is best to determine the ignition timing with the previous compression stroke as the reference. This normal engine control mode is executed continuously until the engine is stopped.

圧縮行程判定モードにおいて、圧縮行程の判定は、図7に図示の発電波形に基づいて行ってもよいし、図8に図示の整形した波形に基づいて行ってもよい。なお、図8の波形は発電機から得られる略正弦波を正側のみについて整形した波形であるが、略正弦波の負側も整形して、正側及び負側の整形波形に基づいて圧縮行程の判定処理を実行するのが好ましい。したがって、「発電波形」の用語は、発電機32の出力である発電波形と、これを整形した整形波形とを含む用語であると理解されたい。 In the compression stroke determination mode, the compression stroke may be determined based on the power generation waveform shown in FIG. 7, or based on the shaped waveform shown in FIG. 8. Note that the waveform in FIG. 8 is a waveform in which only the positive side of the approximately sine wave obtained from the generator has been shaped, but it is preferable to also shape the negative side of the approximately sine wave and perform the compression stroke determination process based on the shaped waveforms on the positive and negative sides. Therefore, the term "power generation waveform" should be understood to include both the power generation waveform that is the output of the generator 32 and the shaped waveform obtained by shaping this.

図10を参照して、具体的に説明すると、内燃エンジン2が起動すると同期して全ての行程で点火が実行される(S1、S2)。そして、ステップS3でアイドル運転が安定したのを確認できたら、直ちに圧縮行程の判定処理が実行される(S4乃至S8)。 To explain this in more detail, with reference to FIG. 10, when the internal combustion engine 2 starts, ignition is performed synchronously in all strokes (S1, S2). Then, once it is confirmed in step S3 that the idle operation has stabilized, the compression stroke determination process is immediately performed (S4 to S8).

ステップS4において、内燃エンジン2の各サイクルの発電波形で6回現れる各山つまり波形の各周期に対して順に第1乃至第6のナンバリングが行われる。図11に示す時系列の丸で囲んだ1乃至6が第1乃至第6のナンバリングを意味している。このナンバリングは、エンジン2の一つのサイクルが終わるとリセットされる。図11は、前述した図7に対応している。図11を参照して、発電波形の周期つまり割り込み間隔iT1乃至iT6の各時間つまり各波形の周期の時間を計測し(S5)、これを割り込み順の番号と共にメモリ54(図9)に記憶する(S6)。次のステップS7において、メモリ54に記憶した割り込み間隔iT1乃至iT6つまり各周期毎の発電波形の周期の時間を比較して最も長い時間の割り込み間隔を求める(S7)。仮に、第3番目の割り込み間隔iT3つまり第3番目の波形周期が最も長い時間であれば、この第3番目の割り込み間隔iT3は図7で説明した第2行程に属しているから、この第2行程が圧縮行程であると判定する(S8)。これにより、内燃エンジン2の各サイクルにおいて、第3番目の割り込み信号が現れたときには、これは圧縮行程に相当すると他の行程から区別することができる。圧縮行程と判定した割り込み番号つまり周期番号はメモリ54に保存される。図12は、発電波形の6つの周期つまり割り込みの順に第1番から第6番を付番するナンバリングと各行程との関係を説明するための図である。 In step S4, the six peaks that appear in the power generation waveform in each cycle of the internal combustion engine 2, that is, each period of the waveform, are numbered in order from 1st to 6th. The circled numbers 1 to 6 in the time series shown in FIG. 11 represent the first to sixth numbering. This numbering is reset when one cycle of the engine 2 ends. FIG. 11 corresponds to FIG. 7 described above. Referring to FIG. 11, the period of the power generation waveform, that is, each time of the interruption intervals iT1 to iT6, that is, the period of each waveform, is measured (S5), and this is stored in memory 54 (FIG. 9) together with the interruption order number (S6). In the next step S7, the interruption intervals iT1 to iT6 stored in memory 54, that is, the period of the power generation waveform for each period, are compared to determine the longest interruption interval (S7). If the third interruption interval iT3, i.e., the third waveform period, is the longest, then this third interruption interval iT3 belongs to the second stroke described in FIG. 7, and so this second stroke is determined to be the compression stroke (S8). As a result, when the third interruption signal appears in each cycle of the internal combustion engine 2, this corresponds to the compression stroke and can be distinguished from other strokes. The interruption number, i.e., the period number, determined to be the compression stroke is stored in memory 54. FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the numbering, which assigns numbers 1 to 6 in the order of the six periods, i.e., interrupts, of the power generation waveform, and each stroke.

上記の圧縮行程判定処理(S4乃至S8)で圧縮行程を判定して、これに関連する割り込み番号つまり周期番号をメモリ54に記憶させたら、各サイクル毎に点火するのを止めて、通常エンジン制御モードに変更される(S9)。この通常エンジン制御モードは内燃エンジン2が停止するまで継続される。通常エンジン制御モードでは、メモリ54に記憶されている周期番号「第3番」に基づいて、以後の発電波形から該当する周期番号の割り込みが発生したら、これは圧縮行程に相当すると判断して点火が実行される。点火タイミングは、例えば前回の第3番目の割り込みの時のエンジン回転数を参酌して決定される。点火タイミングを決定する基準となるトリガーは、発電波形の山の立ち上がり、立ち下がり、正側又は負側の山ピークなど波形の特徴点を採用すればよい。 After the compression stroke is determined in the compression stroke determination process (S4 to S8) and the associated interrupt number, i.e., cycle number, is stored in memory 54, ignition is stopped for each cycle and the mode is changed to normal engine control mode (S9). This normal engine control mode continues until the internal combustion engine 2 is stopped. In the normal engine control mode, based on the cycle number "No. 3" stored in memory 54, if an interrupt with the corresponding cycle number occurs in the subsequent power generation waveform, it is determined that this corresponds to the compression stroke and ignition is performed. The ignition timing is determined, for example, by taking into consideration the engine speed at the time of the previous third interrupt. The trigger that serves as the basis for determining the ignition timing may be a characteristic point of the waveform, such as the rising edge, falling edge, or positive or negative side peak of the power generation waveform.

ロータの回転角度を機械的に検出するなどの物理的な検出要素無しに、今現在の内燃エンジン2が圧縮行程であることを認識して、この圧縮行程を基準に点火タイミングなどの制御を行うことができる。また、エンジン起動から圧縮行程判定処理が終わるまでエンジン2の各行程で点火するものの、圧縮行程を判定した後は、圧縮行程判定モードから通常エンジン制御モードに切り替えられてエンジン2の点火タイミングが訪れたときだけ点火するため、内燃エンジン2の全ての行程で点火し続けることによる弊害、つまり点火プラグの寿命が短命になることを防止し、また、エンジン2の逆回転を防止できる。更に、発電機32が生成した電気を使って全ての行程で点火するという無駄を省いて、発電機32の起電力を点火プラグ以外の電動デバイスの電源としても使用することができる。 Without any physical detection element such as mechanically detecting the rotation angle of the rotor, it is possible to recognize that the internal combustion engine 2 is currently in the compression stroke, and control the ignition timing and the like based on this compression stroke. In addition, although ignition occurs in each stroke of the engine 2 from engine start until the compression stroke determination process is completed, after the compression stroke is determined, the mode is switched from the compression stroke determination mode to the normal engine control mode and ignition occurs only when the ignition timing of the engine 2 arrives. This prevents the adverse effect of continuing ignition in all strokes of the internal combustion engine 2, i.e., shortening the life of the ignition plug, and also prevents reverse rotation of the engine 2. Furthermore, by eliminating the waste of using electricity generated by the generator 32 to ignite in all strokes, the electromotive force of the generator 32 can also be used as a power source for electric devices other than the ignition plug.

以上、4ストローク内燃エンジン2を例に本発明を説明したが、当業者であれば、本発明は2ストローク内燃エンジンにも適用可能であることは自明である。また、6つのコイル、6つの磁石を備えた発電機に基づいて実施例を説明したが、本発明は、6つに限定されず複数のコイル及び磁石を備えた発電機を備えた内燃エンジンに適用できる。コイル及び磁石の数は奇数であっても偶数であっても良いが、好ましくはノイズの発生を抑えるために偶数であるのがよい。本発明は、典型的には携帯作業機に搭載される単気筒エンジンに好適に適用することができる。 The present invention has been described above using a four-stroke internal combustion engine 2 as an example, but it will be obvious to those skilled in the art that the present invention can also be applied to two-stroke internal combustion engines. In addition, the embodiment has been described based on a generator with six coils and six magnets, but the present invention is not limited to six and can be applied to internal combustion engines with generators with multiple coils and magnets. The number of coils and magnets may be odd or even, but is preferably an even number to suppress noise generation. The present invention can be suitably applied to single-cylinder engines that are typically mounted on portable work machines.

2 実施例のエンジン(4ストロークエンジン)
30 制御ユニット
32 発電機
34 点火プラグ
38 電子スロットルバルブユニット
40 発電機のロータ
42 発電機のステータ
44 永久磁石
46 コイル
48 クランクシャフト
52 エンジン制御部
54 メモリ
56 センサ群
iT1乃至iT6 エンジンの1サイクルに相当する各波形の割り込み間隔(波形周期)
2. Engine of the embodiment (four-stroke engine)
30 Control unit 32 Generator 34 Spark plug 38 Electronic throttle valve unit 40 Generator rotor 42 Generator stator 44 Permanent magnet 46 Coil 48 Crankshaft 52 Engine control unit 54 Memory 56 Sensor group
iT1 to iT6: Interval between each waveform (waveform period) corresponding to one cycle of the engine

Claims (1)

シリンダに嵌挿されたピストンによって画成される燃焼室に配置された点火プラグと、
上死点と下死点との間のピストンの往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトと、
該クランクシャフトに機械的に連結されて該クランクシャフトの回転によって発電する発電機と、
該発電機で生成した電力を前記点火プラグに供給して燃焼室内の混合気を点火する作業機用内燃エンジンの圧縮行程を判定する方法であって、
前記発電機の発電波形において、前記内燃エンジンの一つのサイクルに相当する期間に含まれる各波形の周期時間を計測する周期時間計測工程と、
前記内燃エンジンの一つのサイクルに相当する期間に含まれる各波形の周期時間を比較して、最も長い周期時間の波形を求める最長周期波形特定工程と、
前記最も長い周期時間の波形が属する前記内燃エンジンの行程を圧縮行程と判定する圧縮行程判定工程とを有し、
更に、
前記内燃エンジンの一つのサイクルに相当する期間に含まれる各波形の周期をナンバリングする波形ナンバリング工程と、
前記波形ナンバリング工程の次に、前記最も長い周期時間の波形の番号をメモリに記憶する波形番号記憶工程とを有する作業機用内燃エンジンの圧縮行程判定方法。
a spark plug disposed in a combustion chamber defined by a piston inserted in a cylinder;
A crankshaft that converts the reciprocating motion of the piston between the top dead center and the bottom dead center into rotational motion and outputs the rotational motion;
a generator mechanically connected to the crankshaft to generate electricity by rotation of the crankshaft;
A method for determining a compression stroke of an internal combustion engine for a work machine in which electric power generated by a generator is supplied to the ignition plug to ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber, comprising:
a cycle time measuring step of measuring a cycle time of each waveform included in a period corresponding to one cycle of the internal combustion engine in a power generation waveform of the generator;
a longest period waveform identifying step of comparing the period times of the waveforms included in a period corresponding to one cycle of the internal combustion engine to determine the waveform with the longest period time;
a compression stroke determination step of determining that a stroke of the internal combustion engine to which the waveform with the longest cycle time belongs is a compression stroke,
Furthermore,
a waveform numbering step of numbering the periods of each waveform included in a period corresponding to one cycle of the internal combustion engine;
The compression stroke determination method for an internal combustion engine for a work machine includes a waveform number storage step of storing the number of the waveform having the longest cycle time in a memory, following the waveform numbering step .
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