特開 2022-103808 エンジン及びエンジンを搭載した作業機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022103808

(43)【公開日】2022-07-08

(54)【発明の名称】エンジン及びエンジンを搭載した作業機

(51)【国際特許分類】

   F02P 5/15 20060101AFI20220701BHJP

【ＦＩ】

F02P5/15 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020218661

(22)【出願日】2020-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】509264132

【氏名又は名称】株式会社やまびこ

(71)【出願人】

【識別番号】000215187

【氏名又は名称】追浜工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100133411

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 龍郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067677

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 彰司

(74)【代理人】

【識別番号】100112416

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 定信

(72)【発明者】

【氏名】老松 章斗

(72)【発明者】

【氏名】川原 直人

【テーマコード（参考）】

3G022

【Ｆターム（参考）】

3G022FB11

3G022GA00

(57)【要約】

【課題】 センサなどの検出装置を追加することなく、簡便に回転数を検出できるエンジンやエンジンを搭載した作業機を提供する。
【解決手段】 エンジンの回転によって誘導される誘導電位に基づいて第１パルス信号を読み取って、点火の制御を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記第１パルス信号に基づく第２パルス信号を出力する。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの回転によって誘導される誘導電位に基づいて第１パルス信号を読み取って、点火の制御を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記第１パルス信号に基づく第２パルス信号を出力する、エンジン。

【請求項2】

前記第２パルス信号は、マイコンを介して出力される、請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

操作者が操作可能な停止スイッチを更に備え、前記第２パルス信号は、前記停止スイッチに接続される停止線に出力され、前記停止線に前記第２パルス信号が流され、操作者が停止スイッチを動作させると、第３パルス信号が変動して、点火の制御が無効化される、請求項１または２に記載のエンジン。

【請求項4】

前記制御装置は、点火の制御を実行する第１制御装置であって、
前記第２パルス信号は、第２制御装置に出力され、
該第２制御装置は、回転速度を検知して、エンジンにかかる負荷を下げる動作を実行させる、請求項１から３のいずれかに記載のエンジン。

【請求項5】

前記第１制御装置と、前記第２制御装置は、離れて配置される、請求項４に記載のエンジン。

【請求項6】

前記第２制御装置はエンジンの負荷を低減させる指令を出す、請求項４または５に記載のエンジンを搭載した作業機。

【請求項7】

自律型草刈りロボットである、請求項６に記載の作業機。

【請求項8】

手持ち式作業機である、請求項６に記載の作業機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

エンジン及びエンジンを搭載した作業機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの動作中に作業負荷などを取得するためにエンジンの回転数を検出する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許２６２２４６１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述した従来のエンジンは、クランクポジションセンサー等による回転を検出する構成を有するため、部品が増え、重量も増えるため、製造工程が煩雑になるとともに、コストが高くならざるを得なかった。

【0005】

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサなどの検出装置を追加することなく、簡便に回転数を検出できるエンジンやエンジンを搭載した作業機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によるエンジンの特徴は、
エンジンの回転によって誘導される誘導電位に基づいて第１パルス信号Ａを読み取って、点火の制御を行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第１パルス信号Ａに基づく第２パルス信号Ｃを出力することである。

【発明の効果】

【0007】

センサなどの検出装置を追加することなく、簡便に回転数を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施の形態によるエンジンの概略図である。

【図2】本実施の形態によるエンジンの点火装置の概略図である。

【図3】点火装置１６の回路ブロック図である。

【図4】制御用信号の例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜＜＜＜本実施の形態の概要＞＞＞＞

【0010】

＜＜第１の態様＞＞
第１の態様によれば、
エンジンの回転によって誘導される誘導電位に基づいて第１パルス信号Ａを読み取って、点火の制御を行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第１パルス信号Ａに基づく第２パルス信号Ｃを出力する、エンジン。

【0011】

第２のパルス信号Ｃを読み取ることで、エンジンの回転速度を取得することができる。

【0012】

＜＜第２の態様＞＞
第２の態様は、第１の態様において、
前記第２パルス信号Ｃは、マイコンを介して出力される。

【0013】

マイコンが第２パルス信号Ｃを生成するので、所望する波形を有する信号を生成することができる。

【0014】

＜＜第３の態様＞＞
第３の態様は、第１又は第２の態様において、
操作者が操作可能な停止スイッチを更に備え、
前記第２パルス信号Ｃは、前記停止スイッチに接続される停止線に出力され、前記停止線に前記第２パルス信号Ｃが流され、操作者が停止スイッチを動作させると、第３パルス信号Ｂが変動して、点火の制御が無効化される。

【0015】

第２パルス信号Ｃを停止線に出力することができるので、第２パルス信号Ｃを取り出すための新たなリード線の追加を不要にすることができる。

【0016】

＜＜第４の態様＞＞
第４の態様は、第１ないし第３の態様において、
前記制御装置は、点火の制御を実行する第１制御装置であって、
前記第２パルス信号Ｃは、第２制御装置（外部装置）に出力され、
該第２制御装置は、回転速度（エンジンの負荷）を検知して、エンジンにかかる負荷を下げる動作を実行させる。

【0017】

＜＜第５の態様＞＞
第５の態様は、第４の態様において、
前記第１制御装置と、前記第２制御装置は、離れて配置される。

【0018】

＜＜第６の態様＞＞
第６の態様は、第４又は第５の態様において、
前記第１制御装置と、前記第２制御装置は、離れて配置される。
前記第２制御装置はエンジンの負荷を低減させる指令を出す。

【0019】

＜＜第７の態様＞＞
第７の態様は、第６の態様において、自律型草刈りロボットである。

【0020】

運転速度を変えることで、刃にかかる負荷を下げたり刃を停止させたりすることができる。自動的に負荷の低減を行ったり、警報を鳴らして使用者に報知したりすることができる。

【0021】

＜＜第８の態様＞＞
第８の態様は、第６の態様において、
手持ち式作業機である。

【0022】

自動的に作業工具の運転速度を落としたり、使用者に報知したりできる。

【0023】

＜＜＜＜本実施の形態の詳細＞＞＞＞
以下に、実施の形態の一例について図面に基づいて説明する。

【0024】

＜＜＜内燃エンジン２の構成＞＞＞
図１は、本実施の形態によるエンジンの概略図である。図１に示すように、内燃エンジン２は、好ましくは、２サイクルガソリンエンジンである。内燃エンジン２は、気化器７を有する。気化器７は、内燃エンジン２に流入させる混合気の量を調節するスロットルバルブ８を有する。スロットルバルブ８は、スロットルレバー又はチョークノブ（図示せず）等によって作動される。スロットルバルブ８は、従来から知られているものを用いることができる。

【0025】

内燃エンジン２は、シリンダ２ａと、クランクシャフト２ｂと、ピストン２ｃと、点火プラグ１０とを有する。ピストン２ｃは、シリンダ２ａ内に配置され、クランクシャフト２ｂに連結されている。点火プラグ１０は、シリンダ２ａの上部に配置されている。

【0026】

内燃エンジン２の圧縮ストロークにおいて、ピストン２ｃは、上死点位置２ｄまで上昇する。一般的に、ピストン２ｃが上死点位置２ｄに到達するよりも前のタイミングで、点火プラグ１０を有効に作動させてシリンダ２ａ内の混合気を燃焼させる。混合気の燃焼により、ピストン２ｃは、下向きの推進力を与えられる。

【0027】

内燃エンジン２は、作業機などに搭載されることができる。作業機は、例えば、自律型草刈りロボットや手持ち式作業機などにすることができる。

【0028】

＜＜＜点火装置１２の構成＞＞＞
図２は、本実施の形態による内燃エンジン２の点火装置の概略図である。図２に示すように、内燃エンジン２は、点火プラグ１０を作動させる点火装置１２を有する。内燃エンジン２のクランクシャフト（図示せず）には、連動可能にフライホイール１４ａが取付けられている。点火装置１２は、１対の磁石１４ｂと、鉄心１４ｃと、入力用コイル１４ｄとを有する。

【0029】

１対の磁石１４ｂは、フライホイール１４ａの外周に設けられている。鉄心１４ｃは、Ｕ字形の形状を有し、フライホイール１４ａの外周に隣接して配置されている。入力用コイル１４ｄは、鉄心１４ｃの周りに巻回されている。

【0030】

点火装置１２は、制御装置１６と、１次側コイル１８ａと、２次側コイル１８ｂと、を有する。制御装置１６は、入力用コイル１４ｄに接続されている。１次側コイル１８ａは、制御装置１６に接続されている。２次側コイル１８ｂは、点火プラグ１０に接続されている。

【0031】

＜＜＜制御装置１６の構成＞＞＞
図３は、制御装置１６の回路構成を示す回路ブロック図である。図３に示すように、制御装置１６は、コンデンサ２４と、スイッチング素子２６と、信号入力回路３２と、マイコン２０と、電源回路３０と、ストップ入力回路４０と、ストップ端子４６と、を有する。なお、図３では、前述した１次側コイル１８ａ及び２次側コイル１８ｂを点火コイル１８として示した。

【0032】

内燃エンジン２が動作すると、クランクシャフトが回転し、フライホイール１４ａに取付けられた１対の磁石１４ｂが、Ｕ字形の鉄心１４ｃの近くを通過する。それにより、入力用コイル１４ｄに電圧が誘導され、マイコン２０に供給される。

【0033】

＜＜電源の供給＞＞
入力用コイル１４ｄに誘導された電圧は、電源用電圧として、電源回路３０を介して、マイコン２０のＩＮ１端子からマイコン２０に供給される。電源回路３０は、整流回路や平滑回路などからなる（図示せず）。これにより、安定した電源電圧が、マイコン２０に供給される。

【0034】

＜＜制御用信号＞＞
入力用コイル１４ｄに誘導された電圧は、制御用信号Ａとして、信号入力回路３２を介して、マイコン２０のＩＮ２端子からマイコン２０に供給される。信号入力回路３２は、波形整形回路などからなる（図示せず）。これにより、制御用信号Ａが、マイコン２０に供給される。なお、制御用信号Ａは、クランクシャフトが１回転するごとに、１つ以上のパルスを含む信号である。制御用信号Ａは、後述する点火制御用信号Ｂを生成するための基準信号として機能する。

【0035】

＜ストップ入力回路４０＞
図３に示すように、マイコン２０は、マイコン２０のＯＵＴ２端子及びＩＮ３端子を介して、ストップ入力回路４０と接続されている。信号入力回路３２からマイコン２０に供給された制御用信号Ａを基に制御用信号Ｃを生成し、マイコン２０のＯＵＴ２端子からストップ入力回路４０に入力される。ストップ入力回路４０に入力された制御用信号Ｃは、マイコン２０のＩＮ３端子に出力される。すなわち、内燃エンジン２が通常動作をしているときには、マイコン２０のＯＵＴ２端子からストップ入力回路４０に入力された制御用信号Ｃは、そのまま、マイコン２０のＩＮ３端子に戻される。このように、制御用信号Ｃは、ストップ入力回路４０を経由して、マイコン２０に供給される。

【0036】

＜＜点火制御＞＞
マイコン２０は、信号入力回路３２を経由して供給された制御用信号Ａに基づいて、内燃エンジン２の回転数（回転速度）及び角度位置を検出し又は計算する。マイコン２０は、検出結果や計算結果に基づいて点火制御用信号Ｂを生成して、ＯＵＴ１端子からスイッチング素子２６に出力する。

【0037】

スイッチング素子２６は、例えば、サイリスタなどからなる。スイッチング素子２６は、マイコン２０のＯＵＴ１端子に接続されている。マイコン２０のＯＵＴ１端子から出力された点火制御用信号ＢがＬＯＷであるときには、スイッチング素子２６は非通電状態となる。マイコン２０のＯＵＴ１端子から出力された点火制御用信号ＢがＨＩＧＨであるときには、スイッチング素子２６は通電状態になる。

【0038】

マイコン２０から出力する点火制御用信号ＢをＬＯＷにして、スイッチング素子２６を非通電状態にすると、入力用コイル１４ｄに誘導された電圧により、コンデンサ２４は充電される。点火プラグ１０の点火タイミングになったときに、マイコン２０から出力する点火制御用信号ＢをＨＩＧＨにして、スイッチング素子２６を通電状態にして、コンデンサ２４を放電させ、点火コイル１８の１次側コイル１８ａに電流を流す。１次側コイル１８ａに流れる電流は、点火コイル１８の２次側コイル１８ｂに高電圧パルスを発生させ、それにより、点火プラグ１０を作動させる。

【0039】

内燃エンジン２が通常動作をしているときには、制御用信号Ｃのパルスがマイコン２０に供給される。制御用信号Ｃのパルスがマイコン２０に供給されているときには、マイコン２０は、パルスに応じて点火制御用信号Ｂを出力する（図４の通常動作時参照）。点火制御用信号Ｂは、スイッチング素子２６に供給され、点火プラグ１０が作動する。

【0040】

図４は、制御用信号Ｃの例を示すタイミングチャートである。通常動作時における制制御用信号Ｃと、停止操作時におけるＬＯＷ信号とを示す。停止操作時については、後述する。

【0041】

＜＜停止制御＞＞
図３に示すように、停止線４２を介してストップスイッチ４４が接続されている。停止線４２は、ストップ端子４６を有する。停止線４２は、ストップ入力回路４０を介して、マイコン２０のＯＵＴ２端子及びマイコン２０のＩＮ３端子に接続されている。

【0042】

ストップスイッチ４４は、操作者が操作することができるオンオフスイッチである。ストップスイッチ４４は、操作者の操作に応じて、内燃エンジン２を停止させるためのスイッチである。操作者が、ストップスイッチ４４を操作することで、内燃エンジン２を停止させることができる。

【0043】

前述したように、停止線４２は、マイコン２０のＯＵＴ２端子に接続されている。マイコン２０のＯＵＴ２端子からストップ入力回路４０に入力された制御用信号Ｃは、停止線４２に出力される。内燃エンジン２が通常動作をしているときには、停止線４２に制御用信号Ｃが出力される。停止線４２のストップ端子４６に外部の装置を接続することによって、制御用信号Ｃを検出することができる。このようにすることで、停止線４２を活用して、センサなどの検出装置を追加することなく、エンジンの回転数を算出し、作業負荷などを判断することができる。

【0044】

＜短絡回路＞
ストップ入力回路４０は、短絡回路を有する（図示せず）。ストップスイッチ４４は、停止線４２を介して短絡回路に接続されている。操作者がストップスイッチ４４を操作することで、短絡回路によって停止線４２が短絡されて、停止線４２の信号はＬＯＷとなる。前述したように、停止線４２は、ストップ入力回路４０を介してマイコン２０のＩＮ３端子に接続されており、ストップスイッチ４４の操作によって、マイコン２０のＩＮ３端子に出力される信号はＬＯＷとなる（図４の停止操作時参照）。マイコン２０は、ＬＯＷの制御用信号Ｃが入力されることで、点火制御用信号Ｂの生成を停止し、これにより、点火プラグ１０の作動が停止される。

【0045】

＜作業機＞
内燃エンジン２が搭載される作業機は、特許４２４３９４５に開示されているような自律式芝刈ロボットであり、GPSで位置を検出して、ユーザーが決めたルートに沿って、芝刈り作業を行う。内燃エンジン２に設置された制御装置１６によりパルス信号が形成されて、作業中にエンジンの回転数が閾値以下またはゼロとなった際に内燃エンジン２の負荷を下げるために、外部装置の制御装置が該信号を受け取り、作業機を停止させたり、後方へ動作させたりして、内燃エンジン２の負荷を下げる。また、自律式芝刈りロボットなので、自動的に作業機を停止させたり、自動的に後方へ移動させたりする。また、この場合に、外部装置は作業機に設置されてもよく、作業機とは別体にしてもよい。また、外付けにして安全装置として汎用性をもたしてもよい。

【0046】

＜他の作業機＞
内燃エンジン２が搭載される作業機は、特開２０１１－１０６４５７に開示されている手持式作業機（チェンソー）であり、作業者が手で支持して刃物で木材等を切断する。内燃エンジン２に設置された制御装置１６によりパルス信号が形成されて、作業中にエンジンの回転数が閾値以下またはゼロとなった際に内燃エンジン２の負荷を下げるために、外部装置の制御装置が該信号を受け取り、作業機を自動的に停止させたり、作業者に表示させたりする。また、この場合に、外部装置は作業機に設置されてもよく、作業機とは別体にしてもよい。また、外付けにして安全装置として汎用性を持たしてもよい。

【0047】

＜＜＜＜実施の形態の範囲＞＞＞＞
上述したように、本実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記載及び図面は、限定するものと理解すべきでない。ここで記載していない様々な実施の形態等が含まれる。

【符号の説明】

【0048】

２ 内燃エンジン
３ 刃付きチェーン（作動部）
４ 遠心クラッチ（クラッチ）
７ 気化器（燃料量、空気量、及び／又は混合気量制御装置）
８ スロットルバルブ
８ａ 通常アイドル位置
８ｂ ファストアイドル位置
８ｃ 加速位置
１６ 制御装置
２０ マイコン
４０ ストップ入力回路
４２ 停止線
４４ ストップスイッチ
４６ ストップ端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】