(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-13
(45)【発行日】2024-09-25
(54)【発明の名称】発電用エンジンシステム及びマルチコプタ
(51)【国際特許分類】
F02D 41/04 20060101AFI20240917BHJP
B64C 27/08 20230101ALI20240917BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20240917BHJP
B64D 27/24 20240101ALI20240917BHJP
F02D 41/12 20060101ALI20240917BHJP
F02P 5/145 20060101ALI20240917BHJP
【ＦＩ】
F02D41/04
B64C27/08
B64C39/02
B64D27/24
F02D41/12
F02P5/145 C
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021143262
(22)【出願日】2021-09-02
(65)【公開番号】P2023036284
(43)【公開日】2023-03-14
【審査請求日】2023-12-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000116574
【氏名又は名称】愛三工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000291
【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】梶間 弘和
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 衛
【審査官】櫻田 正紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－１０１１０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０４－０９３７６７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１９－２０３４８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－２４０４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１８９５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０３２７３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｄ ４１／０４
Ｂ６４Ｃ ２７／０８
Ｂ６４Ｃ ３９／０２
Ｂ６４Ｄ ２７／２４
Ｆ０２Ｄ ４１／１２
Ｆ０２Ｐ ５／１４５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンと、前記エンジンへ吸気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータにより開閉動作する吸気量調節弁と、
前記エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、
前記エンジンの運転状態に応じて前記吸気量調節弁を開閉動作させるために前記ステップモータをステップ数に基づき制御するエンジン制御手段と
を備え、発電に使用される発電用エンジンシステムにおいて、
前記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段を更に備え、
前記エンジン制御手段は、前記吸気量調節弁を閉弁させるために前記ステップモータを制御するとき、前記エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、前記エンジンに供給される前記燃料と前記吸気との混合気の空燃比がリーンとなるように前記燃料供給手段を制御するリーン制御を実行し、
前記エンジン制御手段は、前記回転数検出手段により検出される現在の回転数と前記目標回転数との差が大きくなるほど、前記空燃比がよりリーンとなるように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記エンジンの暖機後は暖機前よりも前記空燃比がよりリーンとなるように前記燃料供給手段を制御する
ことを特徴とする発電用エンジンシステム。
【請求項2】
請求項１に記載の発電用エンジンシステムにおいて、前記エンジンに供給される前記燃料と前記吸気との混合気に点火するための点火手段を更に備え、
前記エンジン制御手段は、前記リーン制御を実行すると同時に、前記エンジンにおける前記混合気の点火時期を進角させるように前記点火手段を制御する進角制御を更に実行する
ことを特徴とする発電用エンジンシステム。
【請求項3】
エンジンと、
前記エンジンへ吸気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータにより開閉動作する吸気量調節弁と、
前記エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、
前記エンジンの運転状態に応じて前記吸気量調節弁を開閉動作させるために前記ステップモータをステップ数に基づき制御するエンジン制御手段と
を備え、発電に使用される発電用エンジンシステムにおいて、
前記エンジン制御手段は、前記吸気量調節弁を閉弁させるために前記ステップモータを制御するとき、前記エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、前記エンジンに供給される前記燃料と前記吸気との混合気の空燃比がリーンとなるように前記燃料供給手段を制御するリーン制御を実行し、
前記エンジンに供給される前記燃料と前記吸気との混合気に点火するための点火手段を更に備え、
前記エンジンは、一連の吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程を含むエンジンサイクルをもって動作し、
前記エンジン制御手段は、前記リーン制御の実行が確定した時点で前記エンジンサイクルに対する前記燃料の供給タイミングが既に決定されている場合に、前記エンジンにおける前記混合気の点火時期を遅角させるように前記点火手段を制御する遅角制御を更に実行する
ことを特徴とする発電用エンジンシステム。
【請求項4】
請求項１に記載の発電用エンジンシステムにおいて、
前記エンジン制御手段は、前記回転数検出手段により検出される前記現在の回転数と前記目標回転数との差が所定の第１基準値以上となる場合は、前記エンジンに対する前記燃料の供給をカットするように前記燃料供給手段を制御する燃料カット制御を更に実行する
ことを特徴とする発電用エンジンシステム。
【請求項5】
エンジンと、
前記エンジンへ吸気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータにより開閉動作する吸気量調節弁と、
前記エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、
前記エンジンの運転状態に応じて前記吸気量調節弁を開閉動作させるために前記ステップモータをステップ数に基づき制御するエンジン制御手段と
を備え、発電に使用される発電用エンジンシステムにおいて、
前記エンジン制御手段は、前記吸気量調節弁を閉弁させるために前記ステップモータを制御するとき、前記エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、前記エンジンに供給される前記燃料と前記吸気との混合気の空燃比がリーンとなるように前記燃料供給手段を制御するリーン制御を実行し、
前記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段を更に備え、
前記エンジン制御手段は、前記回転数検出手段により検出される現在の回転数と前記目標回転数との差が所定の第１基準値以上となる場合は、前記エンジンに対する前記燃料の供給をカットするように前記燃料供給手段を制御する燃料カット制御を更に実行し、
前記エンジン制御手段は、前記回転数検出手段により検出される前記現在の回転数と前記目標回転数との差が前記第１基準値以上、かつ、所定の第２基準値以下となる場合は、前記エンジンに対する前記燃料の供給を間欠的にカットするように前記燃料供給手段を制御する間欠燃料カット制御を更に実行する
ことを特徴とする発電用エンジンシステム。
【請求項6】
複数のロータと、前記各ロータを回転駆動するためのモータと、前記モータへ供給する電力を充放電可能に構成されるバッテリとを備え、前記各ロータを前記モータで回転させることにより飛行するマルチコプタにおいて、請求項１乃至５のいずれかに記載された発電用エンジンシステムと、
前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と
を備え、
前記発電機は、発電した電力を前記各モータへ供給可能に構成されると共に、前記バッテリへ充電可能に構成される
ことを特徴とするマルチコプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書に開示される技術は、例えば、マルチコプタなどの小型電動移動体に搭載される発電用エンジンシステム及びそれを備えたマルチコプタに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、発電用エンジンシステムに関する技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術が知られている。この技術は、車両に搭載され、車両で使用される電力を発電する発電機を駆動するための内燃機関（エンジン）に係り、エンジンに供給される吸気を調節する吸気弁システムに関する。この吸気システムは、吸気通路に設けられ、ステップモータにより駆動される弁体を備えたポペット式の弁装置（スロットル装置）と、スロットル装置の開度を制御するためにステップモータをステップ数に基づき制御する制御部（ＥＣＵ）とを備える。すなわち、この特許文献１には、ステップモータを駆動源とするポペット式のスロットル装置を備えた発電用エンジンシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－２０３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献１に記載の技術では、スロットル装置がステップモータを駆動源としていることから、直流モータを駆動源とするスロットル装置と比べ、応答性と分解能が良くなかった。そのため、エンジンの運転に応答遅れが生じるおそれがあった。特に、エンジンの減速又はアイドルへの移行時に、スロットル装置の応答性の遅さから、エンジンが過剰トルクになる傾向があった。ここで、エンジンの減速又はアイドルへの移行時に、この種の過剰トルクを抑制するために、エンジンの点火時期を遅角制御することが考えられる。しかし、点火時期を遅角制御したのでは、エンジンの燃費悪化を招くおそれがあった。
【0005】
この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステップモータを駆動源とする吸気量調節弁を備えた発電用エンジンシステムにおいて、吸気量調節弁を閉弁させるときにその動作に応答遅れがあっても、エンジンの燃費悪化を招くことなくエンジンの過剰トルクを抑制することを可能とした発電用エンジンシステム及びマルチコプタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、エンジンと、エンジンへ吸気が流れる吸気通路と、吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータにより開閉動作する吸気量調節弁と、エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、エンジンの運転状態に応じて吸気量調節弁を開閉動作させるためにステップモータをステップ数に基づき制御するエンジン制御手段とを備え、発電に使用される発電用エンジンシステムにおいて、前記エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段を更に備え、前記エンジン制御手段は、前記吸気量調節弁を閉弁させるために前記ステップモータを制御するとき、前記エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、前記エンジンに供給される前記燃料と前記吸気との混合気の空燃比がリーンとなるように前記燃料供給手段を制御するリーン制御を実行し、前記エンジン制御手段は、前記回転数検出手段により検出される現在の回転数と前記目標回転数との差が大きくなるほど、空燃比がよりリーンとなるように前記燃料供給手段を制御すると共に、前記エンジンの暖機後は暖機前よりも空燃比がよりリーンとなるように前記燃料供給手段を制御することを趣旨とする。
【0007】
上記技術の構成によれば、エンジン制御手段は、吸気量調節弁を閉弁させるためにステップモータを制御するとき、エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、換言すると、吸気量調節弁の開度が目標の開度に到達するまでの間、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるようにリーン制御を実行する。従って、空燃比がリーン化した混合気の燃焼エネルギーはストイキの混合気の燃焼エネルギーより低下することになり、吸気量調節弁を閉弁させるときのエンジンの出力が抑制される。また、エンジン制御手段は、回転数検出手段により検出される現在の回転数と前記目標回転数との差が大きくなるほど、換言すると、吸気量調節弁の現在の開度と目標の開度との差が大きくなるほど、空燃比がよりリーンとなるように燃料供給手段を制御する。従って、吸気量調節弁の現在の開度と目標の開度との差の大きさに応じてリーン化した混合気が燃焼に供され、その燃焼エネルギーが低下する。
【0010】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気に点火するための点火手段を更に備え、エンジン制御手段は、リーン制御を実行すると同時に、エンジンにおける混合気の点火時期を進角させるように点火手段を制御する進角制御を更に実行することを趣旨とする。
【0011】
上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、エンジン制御手段は、エンジンでリーン制御を実行すると同時に、混合気の点火時期を進角させるように進角制御を更に実行する。従って、リーン制御によって混合気の燃焼エネルギーが低下すると共に、点火時期の進角制御によって混合気の失火限界が広げられる。
【0012】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、エンジンと、エンジンへ吸気が流れる吸気通路と、吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータにより開閉動作する吸気量調節弁と、エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、エンジンの運転状態に応じて吸気量調節弁を開閉動作させるためにステップモータをステップ数に基づき制御するエンジン制御手段とを備え、発電に使用される発電用エンジンシステムにおいて、エンジン制御手段は、吸気量調節弁を閉弁させるためにステップモータを制御するとき、エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるように燃料供給手段を制御するリーン制御を実行し、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気に点火するための点火手段を更に備え、エンジンは、一連の吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程を含むエンジンサイクルをもって動作し、エンジン制御手段は、リーン制御の実行が確定した時点でエンジンサイクルに対する燃料の供給タイミングが既に決定されている場合に、エンジンにおける混合気の点火時期を遅角させるように点火手段を制御する遅角制御を更に実行することを趣旨とする。
【0013】
上記技術の構成によれば、エンジン制御手段は、吸気量調節弁を閉弁させるためにステップモータを制御するとき、エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、換言すると、吸気量調節弁の開度が目標の開度に到達するまでの間、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるようにリーン制御を実行する。従って、空燃比がリーン化した混合気の燃焼エネルギーはストイキの混合気の燃焼エネルギーより低下することになり、吸気量調節弁を閉弁させるときのエンジンの出力が抑制される。また、エンジン制御手段は、リーン制御の実行が確定した時点でエンジンサイクルに対する燃料の供給タイミングが既に決定されている場合に、エンジンにおける混合気の点火時期を遅角させる遅角制御を更に実行する。従って、空燃比のリーン制御がタイミング的に間に合わなかった場合には、点火時期の遅角制御によって混合気の燃焼エネルギーが低下する。
【0014】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、エンジン制御手段は、回転数検出手段により検出される現在の回転数と所定の目標回転数との差が所定の第１基準値以上となる場合は、エンジンに対する燃料の供給をカットするように燃料供給手段を制御する燃料カット制御を更に実行することを趣旨とする。
【0015】
上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、エンジン制御手段は、エンジンの現在の回転数と目標回転数との差が所定の第１基準値以上となる場合は、エンジンに対する燃料の供給をカットする燃料カット制御を更に実行する。従って、現在の回転数と目標回転数との差が所定の第１基準値以上となり、空燃比のリーン制御により対応できない場合には、エンジンに対する燃料の供給をカットすることでエンジンの出力が空燃比のリーン制御よりも大きく抑制される。
【0016】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の技術は、エンジンと、エンジンへ吸気が流れる吸気通路と、吸気通路を流れる吸気量を調節するためにステップモータにより開閉動作する吸気量調節弁と、エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、エンジンの運転状態に応じて吸気量調節弁を開閉動作させるためにステップモータをステップ数に基づき制御するエンジン制御手段とを備え、発電に使用される発電用エンジンシステムにおいて、エンジン制御手段は、吸気量調節弁を閉弁させるためにステップモータを制御するとき、エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるように燃料供給手段を制御するリーン制御を実行し、エンジンの回転数を検出するための回転数検出手段を更に備え、エンジン制御手段は、回転数検出手段により検出される現在の回転数と目標回転数との差が所定の第１基準値以上となる場合は、エンジンに対する燃料の供給をカットするように燃料供給手段を制御する燃料カット制御を更に実行し、エンジン制御手段は、回転数検出手段により検出される現在の回転数と目標回転数との差が第１基準値以上、かつ、所定の第２基準値以下となる場合は、エンジンに対する燃料の供給を間欠的にカットするように燃料供給手段を制御する間欠燃料カット制御を更に実行することを趣旨とする。
【0017】
上記技術の構成によれば、エンジン制御手段は、吸気量調節弁を閉弁させるためにステップモータを制御するとき、エンジンの回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、換言すると、吸気量調節弁の開度が目標の開度に到達するまでの間、エンジンに供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるようにリーン制御を実行する。従って、空燃比がリーン化した混合気の燃焼エネルギーはストイキの混合気の燃焼エネルギーより低下することになり、吸気量調節弁を閉弁させるときのエンジンの出力が抑制される。また、エンジン制御手段は、エンジンの現在の回転数と目標回転数との差が所定の第１基準値以上となる場合は、エンジンに対する燃料の供給をカットする燃料カット制御を更に実行する。従って、現在の回転数と目標回転数との差が所定の第１基準値以上となり、空燃比のリーン制御により対応できない場合には、エンジンに対する燃料の供給をカットすることでエンジンの出力が空燃比のリーン制御よりも大きく抑制される。エンジン制御手段は、エンジンの現在の回転数と目標回転数との差が第１基準値以上、かつ、所定の第２基準値以上下となる場合は、エンジンに対する燃料の供給を間欠的にカットする間欠燃料カット制御を更に実行する。従って、現在の回転数と目標回転数との差が第１基準値以上、かつ、第２基準値以下となり、空燃比のリーン制御ではエンジンの出力抑制量が足りず、燃料カットでは出力抑制量が大き過ぎる場合には、エンジンに対する燃料の供給を間欠的にカットすることで混合気の燃焼が間欠的に中断され、程よいエンジンの出力抑制が可能となる。
【0018】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の技術は、複数のロータと、各ロータを回転駆動するためのモータと、モータへ供給する電力を充放電可能に構成されるバッテリとを備え、各ロータをモータで回転させることにより飛行するマルチコプタにおいて、請求項１乃至５のいずれかに記載された発電用エンジンシステムと、エンジンにより駆動されて発電する発電機とを備え、発電機は、発電した電力を各モータへ供給可能に構成されると共に、バッテリへ充電可能に構成されることを趣旨とする。
【0019】
上記技術の構成によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の技術の作用に加え、発電用エンジンシステムのエンジンにより発電機が駆動されて発電し、その発電した電力がマルチコプタを飛行させるために各モータへ供給される。また、その発電した電力がバッテリへ充電されて充電量が補充される。従って、エンジンが停止して発電機を駆動できなくなっても、バッテリに充電された電力を各モータへ供給することで、マルチコプタの飛行が可能となる。
【発明の効果】
【0020】
請求項１に記載の技術によれば、ステップモータを駆動源とする吸気量調節弁を備えた発電用エンジンシステムにおいて、吸気量調節弁を閉弁させるときにその動作に応答遅れがあっても、エンジンの燃費悪化を招くことなくエンジンの過剰トルクを抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を抑制することができる。また、吸気量調節弁の応答遅れの程度に合わせてエンジンの過剰トルクを抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を抑制することができる。
【0022】
請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、空燃比のリーン化限界を拡大することができ、エンジンの過剰トルクを更に抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を更に低減することができる。
【0023】
請求項３に記載の技術によれば、ステップモータを駆動源とする吸気量調節弁を備えた発電用エンジンシステムにおいて、吸気量調節弁を閉弁させるときにその動作に応答遅れがあっても、エンジンの燃費悪化を招くことなくエンジンの過剰トルクを抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を抑制することができる。また、空燃比のリーン制御がタイミング的に間に合わなかった場合でも、エンジンの過剰トルクを抑制することができる。
【0024】
請求項４に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、エンジンの過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジンの過剰トルクを抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を抑制することができる。
【0025】
請求項５に記載の技術によれば、ステップモータを駆動源とする吸気量調節弁を備えた発電用エンジンシステムにおいて、吸気量調節弁を閉弁させるときにその動作に応答遅れがあっても、エンジンの燃費悪化を招くことなくエンジンの過剰トルクを抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を抑制することができる。また、エンジンの過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジンの過剰トルクを抑制することができ、エンジンでの燃料消費量を抑制することができる。エンジンの過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジンの過剰トルクを過度な抑制を回避しながら程よく抑制することができ、エンストを回避しながらエンジンでの燃料消費量を抑制することができる。
【0026】
請求項６に記載の技術によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の技術の効果に加え、発電機で発電した電力をバッテリに充電補充できる分だけマルチコプタの航続距離や滞空時間を延ばすことができる。また、エンジンでの燃料消費量を抑制できることから、その分だけマルチコプタの航続距離及び滞空時間を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】第１実施形態に係り、マルチコプタの外観を示す斜視図。
【図2】第１実施形態に係り、マルチコプタの構成を示すブロック図。
【図3】第１実施形態に係り、発電用エンジンシステムとその関連機器の一部を示す概略構成図。
【図4】第１実施形態に係り、第１のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図5】第１実施形態に係り、目標回転数差に応じたリーン係数を算出するために参照されるリーン係数マップ。
【図6】第１実施形態に係り、空燃比に対するエンジンのトルクの関係を示すグラフ。
【図7】第１実施形態に係り、空燃比に対する燃料消費量の関係を示すグラフ。
【図8】第１実施形態に係り、空燃比に対する点火時期の関係を示すグラフ。
【図9】第２実施形態に係り、第２のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図10】第３実施形態に係り、第３のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図11】第３実施形態に係り、目標回転数差に応じたリーン係数進角量を算出するために参照されるリーン進角量マップ。
【図12】第４実施形態に係り、第４のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図13】第５実施形態に係り、第５のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図14】第５実施形態に係り、目標回転数差に応じた遅角量を算出するために参照される遅角量マップ。
【図15】第５実施形態に係り、第５のエンジン制御に関する各種パラメータの変化を示すタイムチャート。
【図16】第６実施形態に係り、第６のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図17】第６実施形態に係り、目標回転数差に対するエンジンの出力の関係を示すグラフ。
【図18】第６実施形態に係り、目標回転数差に対する燃料消費量の関係を示すグラフ。
【図19】第６実施形態に係り、目標回転数差に対する燃料噴射補正係数の関係を示すグラフ。
【図20】第６実施形態に係り、目標回転数差に対する点火時期補正量の関係を示すグラフ。
【図21】第７実施形態に係り、第７のエンジン制御の内容を示すフローチャート。
【図22】第７実施形態に係り、目標回転数差に応じた間引き回転数を算出するために参照される間引き回転数マップ。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、発電用エンジンシステム及びマルチコプタを具体化したいくつかの実施形態について説明する。
【0029】
＜第１実施形態＞
【0030】
先ず、第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0031】
［マルチコプタの構成等について］
図１に、この実施形態のマルチコプタ１の外観を斜視図により示す。図２に、マルチコプタ１の構成をブロック図により示す。以下に、マルチコプタ１の構成等について、図１、図２を参照して詳細に説明する。
図１に、この実施形態のマルチコプタ１の外観を斜視図により示す。図２に、マルチコプタ１の構成をブロック図により示す。以下に、マルチコプタ１の構成等について、図１、図２を参照して詳細に説明する。
【0032】
マルチコプタは、ヘリコプターの一種であり、３つ以上のロータを搭載した回転翼機のことである。この実施形態のマルチコプタ１は、機体１１と、エンジン発電ユニット１２とを備える。機体１１は、先端が二股に分かれた複数（この実施形態では４本）のアーム２１と、複数のアーム２１を放射状に片持ち支持するアームベース２２と、アームベース２２を支持する機体ベース２３と、各アーム２１の先端に設けられた複数（この実施形態では８個）のモータ２４と、各モータ２４により回転駆動される複数（この実施形態では８個）のロータ２５とを含む。このマルチコプタ１は、複数のロータ２５を対応する各モータ２４により同時に回転させることで飛行するようになっている。
【0033】
アームベース２２は、機体ベース２３の上に設けられる。アームベース２２の中には、バッテリ３１、燃料タンク３２、メインコントローラ３３、フライトコントローラ３４、パワーコントロールユニット３５、エレクトリックスピードコントローラ３６などが設けられる。また、アームベース２２には、外部を撮像または録画する撮像部３７が設けられる。撮像部３７は、カメラ及び録画メモリ等を含む。
【0034】
機体ベース２３の下側には、エンジン発電ユニット１２が懸架される。エンジン発電ユニット１２は、後述する発電用エンジンシステム１５（エンジン４１を含む）と、エンジン４１により駆動されて発電する発電機（ジェネレータ）４２とを含む。
【0035】
各モータ２４は、エレクトリックスピードコントローラ３６（インバータ（不図示）を含む）とパワーコントロールユニット３５を介してジェネレータ４２に電気的に接続される。この接続により、ジェネレータ４２で発電された電力とバッテリ３１から放電される電力が、パワーコントロールユニット３５とエレクトリックスピードコントローラ３６を介してモータ２４に供給されるようになっている。
【0036】
バッテリ３１は、電力を充放電可能な二次電池により構成される。バッテリ３１は、パワーコントロールユニット３５を介してジェネレータ４２に電気的に接続され、ジェネレータ４２で発電された電力を充電するようになっている。バッテリ３１は、パワーコントロールユニット３５とエレクトリックスピードコントローラ３６を介して各モータ２４に電気的に接続され、バッテリ３１から放電する電力を各モータ２４に供給するようになっている。バッテリ３１には、バッテリ３１の電流、電圧、温度をそれぞれ検出する各種センサ（図示略）が設けられ、これらセンサがその検出結果に関する電気信号をメインコントローラ３３へ送るようになっている。
【0037】
燃料タンク３２には、燃料（例えば、ガソリン）が貯留される。この燃料は、エンジン４１を駆動するために使用される。燃料タンク３２に設けられたレベルセンサ（図示略）は、燃料残量に関する電気信号をメインコントローラ３３へ送るようになっている。
【0038】
メインコントローラ３３は、小型のコンピュータとして構成され、マルチコプタ１に関する全ての動作を制御するようになっている。メインコントローラ３３は、風向取得部４５、回転制御部４６、風力取得部４７、機械制御部４８及びエンジン制御部５０を備える。ここで、例えば、エンジン制御部５０は、ジェネレータ４２での発電を制御するためにエンジン４１の動作を制御するようになっている。
【0039】
フライトコントローラ３４は、マルチコプタ１の飛行を制御する装置である。このフライトコントローラ３４は、マルチコプタ１の飛行に関する推力をメインコントローラ３３とエレクトリックスピードコントローラ３６へ指令する電気信号を送る一方で、メインコントローラ３３からバッテリ３１の充電状態に関する電気信号を受け取るようになっている。フライトコントローラ３４は、後述するリモコン３０から操縦者の操作指令に関する電気信号を受け取り、後述する各種センサ２８から検出結果に関する電気信号を受け取るようになっている。
【0040】
パワーコントロールユニット３５は、各モータ２４へ供給される電力を制御する装置である。このパワーコントロールユニット３５は、ジェネレータ４２で発電された電力を受給したり、バッテリ３１との間で電力の供給及び受給を行ったり、エレクトリックスピードコントローラ３６へ電力を供給したりするようになっている。パワーコントロールユニット３５は、メインコントローラ３３から充放電の切替指令に関する電気信号を受け取るようになっている。
【0041】
エレクトリックスピードコントローラ３６は、各モータ２４の回転数を制御する装置である。このエレクトリックスピードコントローラ３６は、パワーコントロールユニット３５を介して供給される電力を駆動電力として各モータ２４に供給するようになっている。エレクトリックスピードコントローラ３６は、フライトコントローラ３４から推力指令に関する電気信号を受け取るようになっている。
【0042】
エンジン発電ユニット１２は、エンジン４１を含む発電用エンジンシステム１５の一部及びジェネレータ４２などを備える。エンジン４１は、ジェネレータ４２の駆動源であって、この実施形態では、レシプロタイプの小型ガソリンエンジンより構成される。すなわち、エンジン４１は、各モータ２４又はバッテリ３１へ供給される電力をジェネレータ４２で発電するために、ジェネレータ４２を駆動するようになっている。また、後述する発電用エンジンシステム１５を構成する各種部品５７，６０，６２は、メインコントローラ３３のエンジン制御部５０から、発電を目的としたエンジン制御指令に関する電気信号を受け取るようになっている。
【0043】
この実施形態で、マルチコプタ１は、各種センサ２８とリモコン３０を備える。各種センサ２８は、マルチコプタ１の高度、姿勢、緯度や経度、加速度及び障害物などをそれぞれ検出するためのセンサを含む。リモコン３０は、マルチコプタ１の操縦者が持つ操作器であり、操縦者により操作されるジョイスティックからの操作に関する電気信号をマルチコプタ１へ送信したり、マルチコプタ１からの動作に関する電気信号を受信したりする送受信機などの機器を含む。
【0044】
この本実施形態のマルチコプタ１では、各モータ２４とバッテリ３１とエンジン４１によりシリーズ式のハイブリッドシステムが構成される。すなわち、このマルチコプタ１では、エンジン４１がジェネレータ４２による発電のみに使用され、各モータ２４が各ロータ２５を回転駆動するために使用され、バッテリ３１がジェネレータ４２で発電された電力を充放電するために使用される。このようにして、マルチコプタ１は、エンジン４１の動力によりジェネレータ４２を動作させて発電し、発電した電力で各モータ２４を動作させて各ロータ２５を回転させることで飛行するようになっている。また、このマルチコプタ１は、エンジン４１の動力によってジェネレータ４２で発電された電力のうち、各モータ２４へ供給されて余った余剰電力を、バッテリ３１に一旦蓄え、必要に応じてバッテリ３１から各モータ２４へ供給するようになっている。
【0045】
上記のように構成したマルチコプタ１は、各モータ２４に電力を供給し、複数のロータ２５をそれぞれ回転させることで各種飛行を実現するようになっている。すなわち、マルチコプタ１は、各ロータ２５の回転数を制御することで、各ロータ２５により発生する揚力をマルチコプタ１に作用する重力とバランスさせてホバリング飛行を実現する。マルチコプタ１は、各ロータ２５により発生する揚力をマルチコプタ１に作用する重力よりも大きくすることで、上昇飛行を実現し、各ロータ２５により発生する揚力をマルチコプタ１に作用する重力よりも小さくすることで、下降飛行を実現する。また、マルチコプタ１は、各ロータ２５の回転数を制御し、各ロータ２５により発生する揚力に不均衡を生じさせることで前進・後進・左右移動飛行を実現する。更に、マルチコプタ１は、相対回転する各ロータ２５の回転数に差を設けることで、旋回（回転）飛行を実現する。
【0046】
ここで、メインコントローラ３３は、パワーコントロールユニット３５へ充放電の切替指令に関する電気信号を送ることで、ジェネレータ４２で発電された電力の各モータ２４への供給とバッテリ３１への充電を制御すると共に、バッテリ３１に充電された電力の各モータ２４への放電を制御するようになっている。
【0047】
［発電用エンジンシステムについて］
次に、発電用エンジンシステム１５について説明する。図３に、この実施形態の発電用エンジンシステム１５とその関連機器の一部を概略構成図により示す。以下に、発電用エンジンシステム１５の構成について、図３を参照して詳細に説明する。
次に、発電用エンジンシステム１５について説明する。図３に、この実施形態の発電用エンジンシステム１５とその関連機器の一部を概略構成図により示す。以下に、発電用エンジンシステム１５の構成について、図３を参照して詳細に説明する。
【0048】
この発電用エンジンシステム（以下、単に「エンジンシステム」と言う。）１５は、単気筒で構成されるエンジン４１を備える。エンジン４１は、４サイクルのレシプロエンジンであり、燃焼室を含む１つの気筒５２及びクランクシャフト５３の他、周知の構成要素を含む。エンジン４１には、気筒５２に吸気を導入するためにエンジン４１へ吸気が流れる吸気通路５４と、気筒５２から排気を導出するための排気通路５５とが設けられる。吸気通路５４の入口には、エアクリーナ５６が設けられる。吸気通路５４の途中には、サージタンク５４ａが設けられ、そのサージタンク５４ａの上流側にはスロットル装置５７が設けられる。スロットル装置５７は、吸気通路５４を流れる吸気量を調節するために開閉動作する。スロットル装置５７は、ポペット式弁より構成され、弁座に対し往復駆動する弁体（図示略）と、その弁体を開度可変に駆動するためのステップモータ５８とを含む。この実施形態のエンジンシステム１５には、弁体の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサが設けられていない。スロットル装置５７は、弁体で流路を開閉することにより、吸気通路５４を流れる吸気量を調節するようになっている。スロットル装置５７は、この開示技術における吸気量調節弁の一例に相当する。一方、排気通路５５には、排気を浄化するための触媒５９が設けられる。
【0049】
吸気通路５４には、同通路５４に燃料を噴射するための１つのインジェクタ６０が設けられる。インジェクタ６０は、前述した燃料タンク３２から供給される燃料（ガソリン）を噴射するように構成される。燃料タンク３２及びインジェクタ６０は、この開示技術において、エンジン４１に燃料を供給するための燃料供給手段の一例を構成する。この実施形態のエンジン４１は、一連の吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程を含むエンジンサイクルをもって動作する。吸気通路５４では、エンジンサイクルの吸気行程で導入された吸気と、インジェクタ６０から吸気通路５４に噴射された燃料とにより可燃性の混合気が形成される。
【0050】
エンジン４１には、気筒５２に対応して１つの点火プラグ６１とイグニションコイル６２が設けられる。点火プラグ６１は、イグニションコイル６２から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。両部品６１，６２は、この開示技術において、エンジン４１の気筒５２に供給される燃料と吸気との混合気に点火するための点火手段の一例を構成する。気筒５２において、混合気は、エンジンサイクルの圧縮行程で点火プラグ６１のスパーク動作により爆発・燃焼し、その爆発行程が経過する。燃焼後の排気は、排気行程で気筒５２から排気通路５５へ排出される。排気は、触媒５９を流れて浄化され、外部へ排出される。これら一連のエンジンサイクルを７２０℃Ａのクランク角をもって周期的に繰り返すことで、エンジン４１のクランクシャフト５３が回転し、エンジン４１に出力が得られる。
【0051】
エンジン４１に対応して設けられる各種センサ等７１，７２，７３は、エンジン４１の運転状態を検出するための手段を構成する。エンジン４１に設けられたエンジン温センサ７１は、エンジン４１のシリンダブロックの温度をエンジン温度ＴＨＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン４１に設けられた回転数センサ７２は、クランクシャフト５３の回転数をエンジン回転数ＮＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク５４ａに設けられた吸気圧センサ７３は、サージタンク５４ａ（吸気通路５４）における吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。ここで、各種センサ等７１～７３のうち、回転数センサ７２は、この開示技術において、エンジン４１の回転数を検出するための回転数検出手段の一例に相当する。
【0052】
このエンジンシステム１５は、エンジン４１の運転を制御するための前述したエンジン制御部５０を含む。エンジン制御部５０には、各種センサ等７１～７３がそれぞれ接続される。また、エンジン制御部５０には、スロットル装置５７のステップモータ５８、各インジェクタ６０及びイグニションコイル６２がそれぞれ接続される。エンジン制御部５０は、この開示技術において、エンジン４１の運転状態に応じてスロットル装置５７を開閉動作させるためにステップモータ５８をステップ数に基づき制御するエンジン制御手段の一例に相当する。周知のようにエンジン制御部５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を含む。
【0053】
この実施形態で、エンジン制御部５０は、エンジン４１を運転するために、各種センサ等７１～７３からの電気信号に基いてスロットル装置５７（ステップモータ５８）、各インジェクタ６０及びイグニションコイル６２をそれぞれ制御するようになっている。
【0054】
ここで、この実施形態のスロットル装置５７は、弁体を開閉駆動するためにステップモータ５８が使用されるので、その開閉の応答性が遅く、吸気流量の分解能が低く、その分だけエンジン４１の出力を抑制又は低減させる時間が長くなり、燃料消費が多くなる。そこで、このエンジン制御部５０は、スロットル装置５７の応答性等の課題に対処するために、第１のエンジン制御を実行するようになっている。
【0055】
[第１のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第１のエンジン制御について説明する。図４に、第１のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。
次に、エンジン制御部５０が実行する第１のエンジン制御について説明する。図４に、第１のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。
【0056】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００で、エンジン４１へのアイドル要求（エンジン４１をアイドル運転させる要求）が有るか否かを判断する。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。
【0057】
ステップ１１０では、エンジン制御部５０は、回転数センサ７２から現在のエンジン回転数ＮＥを取得する。
【0058】
次に、ステップ１２０で、エンジン制御部５０は、目標エンジン回転数ＴＮＥを取得する。エンジン制御部５０は、例えば、バッテリ３１の充電残量に応じて目標エンジン回転数ＴＮＥを算出し、その算出結果を取得することができる。
【0059】
次に、ステップ１３０で、エンジン制御部５０は、現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差を目標回転数差ΔＮＥとして算出する。この目標回転数差ΔＮＥは、スロットル装置５７の現在の開度と目標の開度との差、延いてはステップモータ５８の現在のステップ数と目標ステップ数との差に相当する。
【0060】
次に、ステップ１４０で、エンジン制御部５０は、燃料の噴射量ＴＡＵを取得する。エンジン制御部５０は、例えば、エンジン温度ＴＨＥ、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭに基づき噴射量ＴＡＵを算出し、その算出結果を取得することができる。
【0061】
次に、ステップ１５０で、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが所定の第１の基準値ΔＮ１以上か否かを判断する。第１の基準値ΔＮ１は、例えば「１００ｒｐｍ」である。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１６０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を２００へ移行する。
【0062】
ステップ２００では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが所定の第５の基準値ΔＮ５よりも小さいか否かを判断する。第５の基準値ΔＮ５は、例えば「－２００ｒｐｍ」である。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ２１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を２３０へ移行する。
【0063】
ステップ２１０では、エンジン制御部５０は、スロットル装置５７をステップモータ５８で１stepだけ開弁させた後、処理をステップ２３０へ移行する。このステップ２１０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが、すなわち、現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの乖離が第１の基準値ΔＮ１より小さい範囲（不感帯）であることから、エンジン回転数ＮＥを上げるためにスロットル装置５７を１stepだけ開弁させるのである。
【0064】
一方、ステップ１６０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが所定の第２の基準値ΔＮ２以下か否かを判断する。第２の基準値ΔＮ２は、例えば「５００ｒｐｍ」である。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１７０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を２２０へ移行する。
【0065】
ステップ２２０では、エンジン制御部５０は、スロットル装置５７をステップモータ５８で１stepだけ閉弁させた後、処理をステップ２３０へ移行する。このステップ２３０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが、すなわち、現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの乖離が第２の基準値ΔＮ２より大きい場合に、エンジン回転数ＮＥを下げるためにスロットル装置５７を１stepだけ閉弁するのである。
【0066】
そして、ステップ２００、ステップ２１０又はステップ２３０から移行してステップ２３０では、エンジン制御部５０は、後述するリーン係数Ｋｒを「１.０」に設定した後、処理をステップ１８０へ移行する。
【0067】
一方、ステップ１６０から移行してステップ１７０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた空燃比のリーン係数Ｋｒを算出する。エンジン制御部５０は、例えば、図５に示すリーン係数マップを参照することにより、第２の基準値ΔＮ２以下の目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン係数Ｋｒを算出することができる。図５のマップにおいて、実線は、エンジン４１の冷間時のデータを示し、破線は、エンジン４１の暖機後（例えば、エンジン温度ＴＨＥが「６０℃」以上となる場合）のデータを示す。このマップでは、目標回転数差ΔＮＥが「０」より小さい負の値となる場合は、リーン係数Ｋｒが「１.０」となり、目標回転数差ΔＮＥが「０」より大きくなるほど、リーン係数Ｋｒが「１.０」より小さくなるように設定される。ここで、エンジン回転数ＮＥは、スロットル装置５７の開度、つまりはステップモータ５８のステップ数の大きさを反映している。従って、このマップでは、現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差が大きくなるほど、空燃比がよりリーンとなるように、リーン係数Ｋｒが設定されている。
【0068】
次に、ステップ１８０で、エンジン制御部５０は、噴射量ＴＡＵにリーン係数Ｋｒを乗算することで最終噴射量ＦＴＡＵを求める。
【0069】
そして、ステップ１９０で、エンジン制御部５０は、インジェクタ６０を最終噴射量ＦＴＡＵで制御する。すなわち、エンジン制御部５０は、噴射量ＴＡＵをリーン係数Ｋｒで補正した最終噴射量ＦＴＡＵに基づきインジェクタ６０を制御することで、エンジン４１の空燃比をリーンにするためのリーン制御を実行する。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0070】
上記した第１のエンジン制御によれば、エンジン制御部５０は、スロットル装置５７を閉弁させるためにステップモータ５８を制御するとき、エンジン４１の回転数が所定の目標回転数に到達するまでの間、換言すると、スロットル装置５７の開度が目標開度に到達するまでの間、エンジン４１に供給される混合気の空燃比がリーンとなるようにインジェクタ６０を制御するリーン制御を実行するようになっている。
【0071】
また、第１のエンジン制御によれば、エンジン制御部５０は、回転数センサ７２により検出される現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差が大きくなるほど、空燃比がよりリーンとなるようにインジェクタ６０を制御するようになっている。
【0072】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、エンジン制御部５０は、スロットル装置５７を閉弁させるためにステップモータ５８を制御するとき、エンジン回転数ＮＥが所定の目標エンジン回転数ＴＮＥに到達するまでの間、換言すると、スロットル装置５７の開度が目標の開度に到達するまでの間、エンジン４１に供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるようにリーン制御を実行する。従って、空燃比がリーン化した混合気の燃焼エネルギーはストイキの混合気の燃焼エネルギーより低下することになり、スロットル装置５７を閉弁させるときのエンジン４１の出力が抑制される。このため、ステップモータ５８を駆動源とするスロットル装置５７を備えた発電用エンジンシステム１５において、スロットル装置５７を閉弁させるときにその動作に応答遅れがあっても、エンジン４１の燃費悪化を招くことなくエンジン４１の過剰トルクを抑制することができる。この結果、エンジン４１での燃料消費量を抑制することができる。
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、エンジン制御部５０は、スロットル装置５７を閉弁させるためにステップモータ５８を制御するとき、エンジン回転数ＮＥが所定の目標エンジン回転数ＴＮＥに到達するまでの間、換言すると、スロットル装置５７の開度が目標の開度に到達するまでの間、エンジン４１に供給される燃料と吸気との混合気の空燃比がリーンとなるようにリーン制御を実行する。従って、空燃比がリーン化した混合気の燃焼エネルギーはストイキの混合気の燃焼エネルギーより低下することになり、スロットル装置５７を閉弁させるときのエンジン４１の出力が抑制される。このため、ステップモータ５８を駆動源とするスロットル装置５７を備えた発電用エンジンシステム１５において、スロットル装置５７を閉弁させるときにその動作に応答遅れがあっても、エンジン４１の燃費悪化を招くことなくエンジン４１の過剰トルクを抑制することができる。この結果、エンジン４１での燃料消費量を抑制することができる。
【0073】
また、この実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、エンジン制御部５０は、回転数センサ７２により検出される現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差が大きくなるほど、換言すると、スロットル装置５７の現在の開度と目標の開度との差が大きくなるほど、空燃比がよりリーンとなるようにインジェクタ６０を制御する。従って、スロットル装置５７の現在の開度と目標の開度との差の大きさに応じてリーン化した混合気が燃焼に供され、その燃焼エネルギーが低下する。このため、スロットル装置５７の応答遅れの程度に合わせてエンジン４１の過剰トルクを抑制することができる。この結果、エンジン４１での燃料消費量を更に抑制することができる。
【0074】
図６～図８には、空燃比に対するエンジン４１のトルクの関係（図６）、空燃比に対する燃料消費量の関係（図７）及び空燃比に対する点火時期の関係（図８）をそれぞれグラフに示す。図６～図８において、破線は第１実施形態（Ｅ１）の場合を示し、バツ印が失火点ＭＦを示す。図６、図７に破線で示すように、第１実施形態（Ｅ１）では、空燃比が失火点ＭＦへ向けてリーン化するほど、エンジン４１のトルクが低下し、燃料消費量が低減することがわかる。
【0075】
更に、この実施形態のマルチコプタ１の構成によれば、発電用エンジンシステム１５のエンジン４１によりジェネレータ４２が駆動されて発電し、その発電した電力がマルチコプタ１を飛行させるために各モータ２４へ供給される。また、その発電した電力がバッテリ３１へ充電されて充電量が補充される。従って、エンジン４１が停止してジェネレータ４２を駆動できなくなっても、バッテリ３１に充電された電力を各モータ２４へ供給することで、マルチコプタ１の飛行が可能となる。このため、ジェネレータ４２で発電した電力をバッテリ３１に充電補充できる分だけマルチコプタ１の航続距離及び滞空時間を延ばすことができる。また、エンジン４１での燃料消費量を抑制できることから、その分だけマルチコプタ１の航続距離及び滞空時間を延ばすことができる。
【0076】
＜第２実施形態＞
【0077】
次に、第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【0078】
この実施形態では、第２のエンジン制御の点で第１実施形態の第１のエンジン制御と構成が異なる。
【0079】
[第２のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第２のエンジン制御について説明する。図９に、第２のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１７０の代わりにステップ１７５が設けられ、ステップ１７５とステップ１８０との間にステップ２４０が設けられ、ステップ２２０の後にステップ２３０の代わりにステップ２５０とステップ２６０が設けられる点で第１実施形態の図４に示すフローチャート（第１のエンジン制御）と構成が異なる。
次に、エンジン制御部５０が実行する第２のエンジン制御について説明する。図９に、第２のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１７０の代わりにステップ１７５が設けられ、ステップ１７５とステップ１８０との間にステップ２４０が設けられ、ステップ２２０の後にステップ２３０の代わりにステップ２５０とステップ２６０が設けられる点で第１実施形態の図４に示すフローチャート（第１のエンジン制御）と構成が異なる。
【0080】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００～１５０の処理を実行し、ステップ１５０の判断結果が肯定となる場合に、ステップ１６０の処理を実行する。そして、ステップ１６０の判断結果が肯定となる場合は、ステップ１７５にて、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた空燃比の第１リーン係数Ｋｒ１を算出する。エンジン制御部５０は、例えば、図５に示すリーン係数マップに準ずるマップを参照することにより、第２の基準値ΔＮ２以下の目標回転数差ΔＮＥに応じた第１リーン係数Ｋｒ１を算出することができる。
【0081】
次に、ステップ２４０で、エンジン制御部５０は、第１リーン係数Ｋｒ１をリーン係数Ｋｒとして設定した後、処理をステップ１８０へ移行する。
【0082】
一方、ステップ１６０の判断結果が否定となる場合は、ステップ２２０の処理を実行すると処理をステップ２５０へ移行する。
【0083】
そして、ステップ２５０では、エンジン制御部５０は、第２の基準値ΔＮ２より大きい目標回転数差ΔＮＥに応じた空燃比の第２リーン係数Ｋｒ２を算出する。
【0084】
次に、ステップ２６０で、エンジン制御部５０は、第２リーン係数Ｋｒ２をリーン係数Ｋｒとして設定した後、処理をステップ１８０へ移行する。
【0085】
従って、上記した第２のエンジン制御によれば、エンジン制御部５０は、第１のエンジン制御と異なり、ステップ１６０で、目標回転数差ΔＮＥが第２の基準値ΔＮ２より大きくなってスロットル装置５７を１stepだけ閉弁した場合は、その目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン係数Ｋｒを求め、そのリーン係数Ｋｒを最終噴射量ＦＴＡＵの算出に反映させて、インジェクタ６０からの燃料噴射量に反映させるようになっている。
【0086】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に加え、スロットル装置５７を１stepだけ閉弁した場合は、その分だけ目標回転数差ΔＮＥが減少することになる。従って、エンジン制御部５０は、減少した目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン係数Ｋｒを求め、そのリーン係数Ｋｒを最終噴射量ＦＴＡＵの算出に反映させる。このため、エンジン４１の空燃比をスロットル装置５７の開度減少に合わせてリーン化することができる。この結果、エンジン４１の過剰トルクをより好適に抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量をより好適に抑制することができる。
以上説明したこの実施形態の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に加え、スロットル装置５７を１stepだけ閉弁した場合は、その分だけ目標回転数差ΔＮＥが減少することになる。従って、エンジン制御部５０は、減少した目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン係数Ｋｒを求め、そのリーン係数Ｋｒを最終噴射量ＦＴＡＵの算出に反映させる。このため、エンジン４１の空燃比をスロットル装置５７の開度減少に合わせてリーン化することができる。この結果、エンジン４１の過剰トルクをより好適に抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量をより好適に抑制することができる。
【0087】
＜第３実施形態＞
【0088】
次に、第３実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0089】
この実施形態では、第３のエンジン制御の点で前記各実施形態の第１及び第２のエンジン制御と構成が異なる。
【0090】
[第３のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第３のエンジン制御について説明する。図１０に、第３のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１３０とステップ１４０との間にステップ３００が設けられ、ステップ１９０の後にステップ３１０～ステップ３３０が設けられ、ステップ２２０とステップ３３０との間に、ステップ２３０の代わりにステップ３４０～ステップ３６０が設けられる点で第１実施形態の図４に示すフローチャート（第１のエンジン制御）と構成が異なる。
次に、エンジン制御部５０が実行する第３のエンジン制御について説明する。図１０に、第３のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１３０とステップ１４０との間にステップ３００が設けられ、ステップ１９０の後にステップ３１０～ステップ３３０が設けられ、ステップ２２０とステップ３３０との間に、ステップ２３０の代わりにステップ３４０～ステップ３６０が設けられる点で第１実施形態の図４に示すフローチャート（第１のエンジン制御）と構成が異なる。
【0091】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００～ステップ１３０の処理を実行した後、ステップ３００で、混合気を点火させる基準点火時期ＡＯＰを取得する。エンジン制御部５０は、例えば、エンジン温度ＴＨＥ、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭに基づき基準点火時期ＡＯＰを算出し、その算出結果を取得することができる。
【0092】
その後、エンジン制御部５０は、ステップ１４０～ステップ１６０の処理を実行し、ステップ１６０の判断結果が肯定となる場合は、ステップ１７０～ステップ１９０の処理を実行した後、ステップ３１０へ移行する。そして、ステップ３１０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた点火時期のリーン進角量Ｋａを算出する。エンジン制御部５０は、例えば、図１１に示すリーン進角量マップを参照することにより、目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン進角量Ｋａを算出することができる。図１１のマップにおいて、実線は、エンジン４１の冷間時のデータを示し、破線は、エンジン４１の暖機後（例えば、エンジン温度ＴＨＥが「６０℃」以上となる場合）のデータを示す。このマップでは、目標回転数差ΔＮＥが「０」より小さい負の値となる場合は、リーン進角量Ｋａが「０」となり、目標回転数差ΔＮＥが「０」より大きくなるほど、リーン進角量Ｋａが「０」より大きくなるように設定される。このマップでも、現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差が大きくなるほど、エンジン４１における混合気の点火時期の進角量が多くなるように、リーン進角量Ｋａが設定されている。
【0093】
次に、ステップ３２０で、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰにリーン進角量Ｋａを加算することで最終点火時期ＦＡＯＰを求める。
【0094】
そして、ステップ３３０で、エンジン制御部５０は、点火プラグ６１を最終点火時期ＦＡＯＰで制御する。すなわち、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰをリーン進角量Ｋａで補正した最終点火時期ＦＡＯＰに基づき点火プラグ６１を制御することで、エンジン４１の点火時期を進角させるための点火時期の進角制御を実行する。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0095】
また、ステップ２００、ステップ２１０又はステップ２２０から移行してステップ３４０では、エンジン制御部５０は、噴射量ＴＡＵを最終噴射量ＦＴＡＵとして設定する。
【0096】
次に、ステップ３５０で、エンジン制御部５０は、インジェクタ６０を最終噴射量ＦＴＡＵで制御する。
【0097】
次に、ステップ３６０で、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰを最終点火時期ＦＡＯＰとして設定した後、処理をステップ３３０へ移行する。
【0098】
上記した第３のエンジン制御では、エンジン制御部５０は、第１のエンジン制御の内容に加え、エンジン４１でリーン制御を実行すると同時に、混合気の点火時期を進角させるように点火プラグ６１を制御する進角制御を更に実行するようになっている。このように空燃比のリーン制御に加え点火時期の進角制御を実行するのは、リーン空燃比ほど要求点火時期が進角側にずれるので、点火時期を進角させることでエンジン４１でリーン空燃比による運転を可能にするためである。点火時期を進角するのは、進角しないと、リーン化による失火限界が狭くなり、リーン化によるエンジン４１の出力抑制可能な範囲が狭くなってしまうからである。
【0099】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第１実施形態と異なり次のような作用及び効果が得られる。すなわち、エンジン制御部５０は、リーン制御を実行すると同時に、エンジン４１における混合気の点火時期を進角させるように進角制御を更に実行する。従って、リーン制御によって混合気の燃焼エネルギーが低下すると共に、点火時期の進角制御によって混合気の失火限界が広げられる。このため、この実施形態では、第１実施形態と比べ、空燃比のリーン化限界を拡大することができ、エンジン４１の過剰トルクを更に抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量も更に低減することができる。
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第１実施形態と異なり次のような作用及び効果が得られる。すなわち、エンジン制御部５０は、リーン制御を実行すると同時に、エンジン４１における混合気の点火時期を進角させるように進角制御を更に実行する。従って、リーン制御によって混合気の燃焼エネルギーが低下すると共に、点火時期の進角制御によって混合気の失火限界が広げられる。このため、この実施形態では、第１実施形態と比べ、空燃比のリーン化限界を拡大することができ、エンジン４１の過剰トルクを更に抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量も更に低減することができる。
【0100】
図６～図８において、実線は第３実施形態（Ｅ３）を示す。図６～図８に示すように、第３実施形態（Ｅ３）では、空燃比をリーン化させると共に、点火時期を進角させることで、第１実施形態（Ｅ１）に比べ、リーン化による失火点ＭＦの限界が拡大され、燃焼を改善できることがわかる。更に、第１実施形態（Ｅ１）に比べ、エンジン４１のトルク（出力）が更に抑制可能となり、エンジン４１の燃料消費量が更に低減できることがわかる。
【0101】
＜第４実施形態＞
【0102】
次に、第４実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0103】
この実施形態では、第４のエンジン制御の点で第３実施形態の第３のエンジン制御と構成が異なる。
【0104】
[第４のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第４のエンジン制御について説明する。図１２に、第４のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１３０とステップ１４０との間にステップ３００が設けられ、ステップ１９０の後にステップ３１０～ステップ３３０が設けられ、ステップ２３０とステップ３２０との間にステップ３７０～ステップ３９０が設けられる点で第２実施形態における図９のフローチャート（第２のエンジン制御）と構成が異なる。
次に、エンジン制御部５０が実行する第４のエンジン制御について説明する。図１２に、第４のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１３０とステップ１４０との間にステップ３００が設けられ、ステップ１９０の後にステップ３１０～ステップ３３０が設けられ、ステップ２３０とステップ３２０との間にステップ３７０～ステップ３９０が設けられる点で第２実施形態における図９のフローチャート（第２のエンジン制御）と構成が異なる。
【0105】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００～ステップ１３０の処理を実行した後、ステップ３００で、混合気を点火させる基準点火時期ＡＯＰを取得する。エンジン制御部５０は、例えば、エンジン温度ＴＨＥ、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭに基づき基準点火時期ＡＯＰを算出し、その算出結果を取得することができる。
【0106】
その後、エンジン制御部５０は、ステップ１４０～ステップ１５０の処理を実行し、ステップ１５０の判断結果が肯定となり、ステップ１６０～ステップ１９０までの処理を実行すると処理をステップ３１０へ移行する。
【0107】
ステップ３１０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた点火時期のリーン進角量Ｋａを算出する。エンジン制御部５０は、例えば、図１１に示すリーン進角量マップを参照することにより、目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン進角量Ｋａを算出することができる。
【0108】
次に、ステップ３２０で、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰにリーン進角量Ｋａを加算することで最終点火時期ＦＡＯＰを求める。
【0109】
そして、ステップ３３０で、エンジン制御部５０は、点火プラグ６１を最終点火時期ＦＡＯＰで制御する。すなわち、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰをリーン進角量Ｋａで補正した最終点火時期ＦＡＯＰに基づき点火プラグ６１を制御することで、エンジン４１の点火時期を進角させるための点火時期の進角制御を実行する。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0110】
一方、エンジン制御部５０は、ステップ１００～ステップ１５０の処理を実行し、ステップ１５０の判断結果が否定となり、ステップ２００～ステップ２３０までの処理を実行すると処理をステップ３７０へ移行する。
【0111】
ステップ３７０では、エンジン制御部５０は、噴射量ＴＡＵにリーン係数Ｋｒを乗算することで最終噴射量ＦＴＡＵを求める。
【0112】
次に、ステップ３８０で、エンジン制御部５０は、インジェクタ６０を最終噴射量ＦＴＡＵで制御する。すなわち、エンジン制御部５０は、噴射量ＴＡＵをリーン係数Ｋｒで補正した最終噴射量ＦＴＡＵに基づきインジェクタ６０を制御することで、エンジン４１の空燃比をリーンにするためのリーン制御を実行する。
【0113】
次に、ステップ３９０で、エンジン制御部５０は、点火時期のリーン進角量Ｋａを「１.０」に設定した後、処理をステップ３２０へ移行する。
【0114】
従って、上記した第４のエンジン制御では、エンジン制御部５０は、第２のエンジン制御の内容に加え、エンジン４１でリーン制御を実行すると同時に、混合気の点火時期を進角させるように点火プラグ６１を制御する進角制御を更に実行するようになっている。このように空燃比のリーン制御に加え点火時期の進角制御を実行するのは、リーン空燃比ほど要求点火時期が進角側にずれるので、点火時期を進角させることでエンジン４１でリーン空燃比による運転を可能にするためである。点火時期を進角するのは、進角しないと、リーン化による失火限界が狭くなり、リーン化によるエンジン４１の出力抑制可能な範囲が狭くなってしまうからである。
【0115】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第３実施形態の作用及び効果に加え、スロットル装置５７を１stepだけ閉弁した場合は、その分だけ目標回転数差ΔＮＥが減少することになる。従って、エンジン制御部５０は、減少した目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン係数Ｋｒを求め、そのリーン係数Ｋｒを最終噴射量ＦＴＡＵの算出に反映させる。このため、エンジン４１の空燃比をスロットル装置５７の開度減少に合わせてリーン化することができる。この結果、エンジン４１の過剰トルクを好適に抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量を好適に抑制することができる。
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第３実施形態の作用及び効果に加え、スロットル装置５７を１stepだけ閉弁した場合は、その分だけ目標回転数差ΔＮＥが減少することになる。従って、エンジン制御部５０は、減少した目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン係数Ｋｒを求め、そのリーン係数Ｋｒを最終噴射量ＦＴＡＵの算出に反映させる。このため、エンジン４１の空燃比をスロットル装置５７の開度減少に合わせてリーン化することができる。この結果、エンジン４１の過剰トルクを好適に抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量を好適に抑制することができる。
【0116】
＜第５実施形態＞
【0117】
次に、第５実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0118】
この実施形態では、第５のエンジン制御の点で第３実施形態の第３のエンジン制御と構成が異なる。
【0119】
[第５のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第５のエンジン制御について説明する。図１３に、第５のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ３１０～ステップ３６０が削除され、ステップ１６０とステップ１７０との間にステップ４００～ステップ４５０が設けられ、ステップ２００～ステップ２２０とステップ１９０との間にステップ４６０～ステップ４８０が設けられる点で第３実施形態における図１０のフローチャート（第３のエンジン制御）と構成が異なる。
次に、エンジン制御部５０が実行する第５のエンジン制御について説明する。図１３に、第５のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ３１０～ステップ３６０が削除され、ステップ１６０とステップ１７０との間にステップ４００～ステップ４５０が設けられ、ステップ２００～ステップ２２０とステップ１９０との間にステップ４６０～ステップ４８０が設けられる点で第３実施形態における図１０のフローチャート（第３のエンジン制御）と構成が異なる。
【0120】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００～ステップ１６０の処理を実行し、ステップ１６０の判断結果が肯定とになる場合に処理をステップ４００へ移行する。
【0121】
そして、ステップ４００では、エンジン制御部５０は、噴射タイマが未セットか否かを判断する。ここで、噴射タイマは、インジェクタ６０から毎回燃料を噴射する際に、その噴射開始タイミングと噴射終了タイミングを決定するためにエンジン制御部５０がセットする内部タイマのことである。すなわち、エンジン制御部５０は、ステップ１９０で、インジェクタ６０を最終噴射量ＦＴＡＵ（時間に換算される）で制御するときに、その噴射タイマによるカウントに基づき噴射開始タイミングと噴射終了タイミングを判断するようになっている。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は、今回の爆発行程でリーン制御及び進角制御が間に合うことから、処理をステップ４１０へ移行する。一方、エンジン制御部５０は、この判断結果が否定となる場合、すなわち噴射タイマが既にセットされた後は、今回の爆発行程でリーン制御及び進角制御が間に合わないことから、処理をステップ４４０へ移行する。
【0122】
そして、ステップ４１０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた点火時期のリーン進角量Ｋａを算出する。エンジン制御部５０は、例えば、図１１に示すリーン進角量マップを参照することにより、目標回転数差ΔＮＥに応じたリーン進角量Ｋａを算出することができる。
【0123】
次に、ステップ４２０で、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰにリーン進角量Ｋａを加算することで最終点火時期ＦＡＯＰを求める。
【0124】
次に、ステップ４３０で、エンジン制御部５０は、点火プラグ６１を最終点火時期ＦＡＯＰで制御する。この場合、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰをリーン進角量Ｋａで補正した最終点火時期ＦＡＯＰに基づき点火プラグ６１を制御することで、エンジン４１の点火時期を進角させるための点火時期の進角制御を実行することになる。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１７０へ移行する。
【0125】
一方、ステップ４００から移行してステップ４４０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた点火時期の遅角量Ｋａｒを算出する。エンジン制御部５０は、例えば、図１４に示す遅角量マップを参照することにより、目標回転数差ΔＮＥに応じた遅角量Ｋａｒを算出することができる。図１４のマップにおいて、実線は、エンジン４１の冷間時のデータを示し、破線は、エンジン４１の暖機後（例えば、エンジン温度ＴＨＥが「６０℃」以上となる場合）のデータを示す。このマップでは、目標回転数差ΔＮＥが「０」より小さい負の値となる場合は、遅角量Ｋａｒが「０」となり、目標回転数差ΔＮＥが「０」より大きくなるほど、遅角量Ｋａｒが「０」より大きくなるように設定される。このマップでも、現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差が大きくなるほど、エンジン４１における混合気の点火時期の遅角量Ｋａｒが多くなるように設定される。
【0126】
次に、ステップ４５０で、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰから遅角量Ｋａｒを減算することで最終点火時期ＦＡＯＰを求める。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ４３０へ移行する。
【0127】
そして、ステップ４３０で、エンジン制御部５０は、点火プラグ６１を最終点火時期ＦＡＯＰで制御する。この場合、エンジン制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰを遅角量Ｋａｒで減算補正した最終点火時期ＦＡＯＰに基づき点火プラグ６１を制御することで、エンジン４１の点火時期を遅角させる遅角制御を実行することになる。
【0128】
一方、ステップ２００、ステップ２１０又はステップ２２０から移行してステップ４６０では、Ｗ制御部５０は、基準点火時期ＡＯＰを最終点火時期ＦＡＯＰとして設定する。
【0129】
次に、ステップ４７０で、エンジン制御部５０は、点火プラグ６１を最終点火時期ＦＡＯＰで制御する。
【0130】
次に、ステップ４８０で、エンジン制御部５０は、噴射量ＴＡＵを最終噴射量ＦＴＡＵとして設定した後、処理をステップ１９０へ移行する。
【0131】
上記した第５のエンジン制御では、エンジン制御部５０は、第３のエンジン制御の内容に加え、燃料を噴射するためにインジェクタ６０を制御する際にセットする噴射タイマがセットされた後は、今回の爆発行程でのリーン制御が間に合わないことから、点火時期の遅角制御を実行することでエンジン４１の出力を抑制するようにしている。すなわち、エンジン４１は、一連の吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程を含むエンジンサイクルをもって動作する。そして、エンジン制御部５０は、リーン制御の実行が確定した時点で、エンジンサイクルに対する燃料の噴射タイミング（供給タイミング）が既に決定されている場合（噴射タイマがセットされた後）に、エンジン４１における混合気の点火時期を遅角させるようにインジェクタ６０を制御する遅角制御を更に実行するようになっている。
【0132】
図１５に、第５のエンジン制御に関する各種パラメータの変化をタイムチャートにより示す。図１５において、（Ａ）はクランク角の変化（７２０℃Ａを１サイクルとする）と、それに付随したエンジンサイクル（吸：吸気行程、圧：圧縮行程、爆：爆発行程、排：排気行程）、噴射Ｉ１～Ｉ６のタイミング（黒菱形で示す）及び点火のタイミング（星印で示す）を示す。図１５において、（Ｂ）はスロットル開度の変化を示し、実線で示す「ＲＴＡ」は実際のスロットル開度を示し、破線で示す「ＴＴＡ」は目標開度を示す。図１５において、（Ｃ）は空燃比の変化を示し、「ＳＩ」はストイキ（基準空燃比）を示し、「ＬＡ１，ＬＡ２」はそれぞれリーンを示す。図１５において、（Ｄ）は点火時期の変化を示す。図１５（Ａ）及び（Ｄ）において、「Ｂ１，Ｂ２」はそれぞれ基準を示し、「Ａ１，Ａ２」はそれぞれ進角を示し、「Ｄ１」は遅角を示す。
【0133】
図１５において、時刻ｔ１の前後では、噴射Ｉ１に対しストイキＳＩの空燃比が反映され、空燃比のリーン化が間に合わない。そこで、時刻ｔ２での点火には、点火時期の遅角Ｄ１が反映される。時刻ｔ３，ｔ５の前後では、噴射Ｉ２，Ｉ３に対しリーンＬＡ１の空燃比が反映され、空燃比のリーン化が間に合うことになる。時刻ｔ４，ｔ６での点火には、点火時期の進角Ａ１が反映される。時刻ｔ７，ｔ９の前後では、噴射Ｉ４，Ｉ５に対しリーンＬＡ２の空燃比が反映され、空燃比のリーン化が間に合うことになる。時刻ｔ８，ｔ１０での点火には、点火時期の進角Ａ２が反映される。そして、時刻ｔ１１の前後では、噴射Ｉ６に対しストイキＳＩの空燃比が反映され、時刻ｔ１２での点火には、点火時期の基準Ｂ２が反映される。
【0134】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第３実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得る。すなわち、エンジン制御部５０は、リーン制御の実行が確定した時点で噴射タイマがセットされた後に、すなわち、エンジンサイクルに対する燃料の噴射タイミングが既に決定されている場合に、エンジン４１における混合気の点火時期を遅角させる遅角制御を更に実行する。従って、空燃比のリーン制御がタイミング的に間に合わなかった場合には、点火時期の遅角制御によって混合気の燃焼エネルギーが低下する。このため、空燃比のリーン制御がタイミング的に間に合わなかった場合でも、エンジン４１の過剰トルクを抑制することができる。
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第３実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得る。すなわち、エンジン制御部５０は、リーン制御の実行が確定した時点で噴射タイマがセットされた後に、すなわち、エンジンサイクルに対する燃料の噴射タイミングが既に決定されている場合に、エンジン４１における混合気の点火時期を遅角させる遅角制御を更に実行する。従って、空燃比のリーン制御がタイミング的に間に合わなかった場合には、点火時期の遅角制御によって混合気の燃焼エネルギーが低下する。このため、空燃比のリーン制御がタイミング的に間に合わなかった場合でも、エンジン４１の過剰トルクを抑制することができる。
【0135】
＜第６実施形態＞
【0136】
次に、第６実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0137】
この実施形態では、第６のエンジン制御の点で前記各実施形態のエンジン制御と構成が異なる。
【0138】
[第６のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第６のエンジン制御について説明する。図１６に、第６のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１３０の後にステップ５００～ステップ５２０が設けられる点で第１実施形態～第５実施形態における第１のエンジン制御～第５のエンジン制御（図４、図９、図１０、図１２及び図１３に示すフローチャート）と構成が異なる。
次に、エンジン制御部５０が実行する第６のエンジン制御について説明する。図１６に、第６のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１３０の後にステップ５００～ステップ５２０が設けられる点で第１実施形態～第５実施形態における第１のエンジン制御～第５のエンジン制御（図４、図９、図１０、図１２及び図１３に示すフローチャート）と構成が異なる。
【0139】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００～ステップ１３０の処理を実行した後、ステップ５００へ移行する。
【0140】
そして、ステップ５００では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが所定の第３の基準値ΔＮ３以上か否かを判断する。第３の基準値ΔＮ３は、リーン制御では抑制できない目標回転数差に相当し、例えば「１０００ｒｐｍ」である。第３の基準値ΔＮ３は、この開示技術の第１基準値の一例に相当する。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ５１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を５２０へ移行する。
【0141】
そして、ステップ５１０では、エンジン制御部５０は、燃料カットを実行する。すなわち、インジェクタ６０からの燃料噴射を遮断する。つまり、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上となった場合は、リーン制御ではエンジン４１の出力を抑制できないことから、燃料カットを実行するのである。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0142】
一方、ステップ５２０では、エンジン制御部５０は、第１のエンジン制御～第５のエンジン制御のいずれかを実行する。ここでは、空燃比制御のベースとなるスロットル制御（スロットル装置５７の制御）を実行する。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0143】
上記した第６のエンジン制御では、エンジン制御部５０は、回転数センサ７２により検出される現在のエンジン回転数ＮＥと所定の目標エンジン回転数ＴＮＥとの差である目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上となる場合は、エンジン４１に対する燃料の供給をカットするようにインジェクタ６０を制御する燃料カット制御を更に実行するようになっている。
【0144】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第１～第５の実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得る。すなわち、エンジン制御部５０は、エンジン４１の現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上となる場合は、エンジン４１に対する燃料の供給をカットする燃料カット制御を更に実行する。従って、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上となり、空燃比のリーン制御により対応できない場合には、エンジン４１に対する燃料の供給をカットすることでエンジン４１の出力が空燃比のリーン制御よりも大きく抑制される。このため、エンジン４１の過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジン４１の過剰トルクを抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量を抑制することができる。
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第１～第５の実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得る。すなわち、エンジン制御部５０は、エンジン４１の現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上となる場合は、エンジン４１に対する燃料の供給をカットする燃料カット制御を更に実行する。従って、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上となり、空燃比のリーン制御により対応できない場合には、エンジン４１に対する燃料の供給をカットすることでエンジン４１の出力が空燃比のリーン制御よりも大きく抑制される。このため、エンジン４１の過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジン４１の過剰トルクを抑制することができ、エンジン４１での燃料消費量を抑制することができる。
【0145】
図１７～図２０には、目標回転数差ΔＮＥに対するエンジン４１の出力の関係（図１７）、目標回転数差ΔＮＥに対する燃料消費量の関係（図１８）、目標回転数差ΔＮＥに対する燃料噴射補正係数の関係（図１９）及び目標回転数差ΔＮＥに対する点火時期補正量の関係（図２０）をそれぞれグラフに示す。図１７～図２０において、破線は対比例を示し、実線は本実施形態を示す。図１７～図２０において、破線で示す対比例は、目標回転数差ΔＮＥが増加すると、燃料噴射補正係数が「１.０」のままで一定となり（図１９）、点火時期補正量が「基準」から遅角側へ増加する（図２０）。この結果、燃焼消費量は高いまま一定となり（図１８）、エンジン４１の出力は低下する（図１７）ことがわかる。これに対し、図１７～図２０において、実線で示す本実施形態では、目標回転数差ΔＮＥが増加すると、空燃比のリーン化により燃料噴射補正係数が「１.０」から低下し（図１９）、点火時期補正量は「基準」から進角側へ増加する（図２０）。また、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上になると、燃料カットによる間引き制御により、燃料噴射補正係数の低下が下げ止まり、かつ、微増した一定値となり（図１９）、点火時期補正量も下げ止まり、かつ、微増した一定値となる（図２０）。この結果、エンジン４１の出力が低下する（図１７）と共に、燃焼消費量はリーン化による出力抑制時の燃費改善により低下する（図１８）ことがわかる。
【0146】
＜第７実施形態＞
【0147】
次に、第７実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0148】
この実施形態では、第７のエンジン制御の点で第６実施形態の第６のエンジン制御と構成が異なる。
【0149】
第６の実施形態では、エンジン４１の過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合に、燃料カット制御を実行することで、その過剰トルクを抑制することができる。しかしながら、燃料カット制御を続けたのでは、エンジン４１の出力を過剰に抑制し、エンストする懸念がある。そこで、第７実施形態では、以下に説明する第７のエンジン制御を実行することにした。
【0150】
[第７のエンジン制御について]
次に、エンジン制御部５０が実行する第７のエンジン制御について説明する。図２１に、第７のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ５１０の代わりにステップ５３０～ステップ５６０が設けられる点で第６実施形態における図１６のフローチャート（第６のエンジン制御）と構成が異なる。
次に、エンジン制御部５０が実行する第７のエンジン制御について説明する。図２１に、第７のエンジン制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ５１０の代わりにステップ５３０～ステップ５６０が設けられる点で第６実施形態における図１６のフローチャート（第６のエンジン制御）と構成が異なる。
【0151】
処理がこのルーチンへ移行すると、エンジン制御部５０は、ステップ１００～ステップ５００の処理を実行し、ステップ５００の判断結果が肯定となる場合に処理をステップ５３０へ移行する。
【0152】
ステップ５３０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが所定の第４の基準値ΔＮ４より小さいか否かを判断する。第４の基準値ΔＮ４は、第３の基準値ΔＮ３よりも大きく、リーン制御では抑制できない目標回転数差に相当し、例えば「１５００ｒｐｍ」である。第４の基準値ΔＮ４は、この開示技術の第２基準値の一例に相当する。エンジン制御部５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理を５４０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を５６０へ移行する。
【0153】
そして、ステップ５４０では、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥに応じた間引き回転数ＮＴを算出する。この間引き回転数ＮＴは、間欠的に燃料カットを実行するための間隔を意味し、エンジン４１の回転数で規定される。エンジン制御部５０は、例えば、図２２に示す間引き回転数マップを参照することにより、目標回転数差ΔＮＥに応じた間引き回転数ＮＴを算出することができる。このマップでは、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３から第４の基準値ΔＮ４へ増加するにつれて、間引き回転数ＮＴが最大値から「１」へ向けて小さくなるように設定される。
【0154】
次に、ステップ５５０で、エンジン制御部５０は、間引き回転数ＮＴ毎に燃料カットを実行する。すなわち、エンジン制御部５０は、エンジン４１が間引き回転数ＮＴだけ回転する毎にインジェクタ６０からの燃料噴射を遮断する。換言すると、エンジン制御部５０は、エンジン４１に対する燃料の供給を間欠的にカットするようにインジェクタ６０を制御する「間欠燃料カット制御」を実行するのである。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0155】
一方、ステップ５３０から移行してステップ５６０では、エンジン制御部５０は、完全燃料カットを実行する。すなわち、エンジン制御部５０は、毎回の噴射タイミングでインジェクタ６０からの燃料噴射を遮断する。その後、エンジン制御部５０は、処理をステップ１００へ戻す。
【0156】
上記した第７のエンジン制御によれば、第６のエンジン制御と異なり、エンジン制御部５０は、検出される現在のエンジン回転数ＮＥと目標エンジン回転数ＴＮＥとの差である目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上、かつ、第４の基準値ΔＮ４より小さくなる場合は、エンジン４１に対する燃料の供給を間欠的にカットするようにインジェクタ６０を制御する間欠燃料カット制御を更に実行するようになっている。
【0157】
[発電用エンジンシステム及びマルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第６実施形態とは異なり、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上、かつ、第４の基準値ΔＮ４以下となる場合は、エンジン４１に対する燃料の供給を間欠的にカットする間欠燃料カット制御を更に実行する。従って、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上かつ、第４の基準値ΔＮ４以下となり、空燃比のリーン制御ではエンジン４１の出力抑制量が足りず、燃料カットでは出力抑制量が大き過ぎる場合には、エンジン４１に対する燃料の供給を間欠的にカットすることで混合気の燃焼が間欠的に中断され、程よいエンジン４１の出力抑制が可能となる。このため、エンジン４１の過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジン４１の過剰トルクを過度な抑制を回避しながら程よく抑制することができ、エンストを回避しながらエンジン４１での燃料消費量を抑制することができる。
以上説明したこの実施形態の発電用エンジンシステム１５の構成によれば、第６実施形態とは異なり、エンジン制御部５０は、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上、かつ、第４の基準値ΔＮ４以下となる場合は、エンジン４１に対する燃料の供給を間欠的にカットする間欠燃料カット制御を更に実行する。従って、目標回転数差ΔＮＥが第３の基準値ΔＮ３以上かつ、第４の基準値ΔＮ４以下となり、空燃比のリーン制御ではエンジン４１の出力抑制量が足りず、燃料カットでは出力抑制量が大き過ぎる場合には、エンジン４１に対する燃料の供給を間欠的にカットすることで混合気の燃焼が間欠的に中断され、程よいエンジン４１の出力抑制が可能となる。このため、エンジン４１の過剰トルクが空燃比のリーン化により対応できる出力抑制レベルを超えている場合でも、エンジン４１の過剰トルクを過度な抑制を回避しながら程よく抑制することができ、エンストを回避しながらエンジン４１での燃料消費量を抑制することができる。
【0158】
［別の実施形態について］
なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【0159】
（１）前記第７実施形態では、パターン２の燃料カット制御を、パターン１のリーン制御、パターン３のストイキ制御を経た３周期毎に実行することで間欠燃料カット制御を実行したが、パターン２の燃料カット制御を、他のパターン１を経た２周期毎に実行したり、他のパターン３を経た２周期毎に実行したりすることで間欠燃料カット制御を実行することもできる。
【0160】
（２）前記各実施形態では、発電用エンジンシステム１５を、ジェネレータ４２とバッテリ３１を備え、エンジン４１をジェネレータ４２の駆動源として使用したハイブリッド式小型モビリティとしてのマルチコプタ１に具体化したが、マルチコプタ以外のハイブリッド式小型モビリティ（例えば、シングルロータヘリ、飛行機、船舶、自動車、列車等）に具体化することもできる。
【産業上の利用可能性】
【0161】
この開示技術は、発電機とバッテリを備え、エンジンを発電機の駆動源として使用したハイブリッド式小型モビリティ（例えば、マルチコプタ）に適用することができる。
【符号の説明】
【0162】
１ マルチコプタ
１５ 発電用エンジンシステム
２４ モータ
２５ ロータ
３１ バッテリ
３２ 燃料タンク（燃料供給手段）
３３ メインコントローラ（電力制御手段）
４１ エンジン
４２ ジェネレータ（発電機）
５０ エンジン制御部（エンジン制御手段）
５４ 吸気通路
５７ スロットル装置（吸気量調節弁）
５８ ステップモータ
６０ インジェクタ（燃料供給手段）
６１ 点火プラグ（点火手段）
６２ イグニションコイル（点火手段）
７２ 回転数センサ（回転数検出手段）
ＮＥ エンジン回転数
ＴＮＥ 目標エンジン回転数
ΔＮＥ 目標回転数差
ΔＮ３ 第３の基準値（第１基準値）
ΔＮ４ 第４の基準値（第２基準値）
ＡＯＰ 点火時期
１５ 発電用エンジンシステム
２４ モータ
２５ ロータ
３１ バッテリ
３２ 燃料タンク（燃料供給手段）
３３ メインコントローラ（電力制御手段）
４１ エンジン
４２ ジェネレータ（発電機）
５０ エンジン制御部（エンジン制御手段）
５４ 吸気通路
５７ スロットル装置（吸気量調節弁）
５８ ステップモータ
６０ インジェクタ（燃料供給手段）
６１ 点火プラグ（点火手段）
６２ イグニションコイル（点火手段）
７２ 回転数センサ（回転数検出手段）
ＮＥ エンジン回転数
ＴＮＥ 目標エンジン回転数
ΔＮＥ 目標回転数差
ΔＮ３ 第３の基準値（第１基準値）
ΔＮ４ 第４の基準値（第２基準値）
ＡＯＰ 点火時期
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】