专利名称：工作机用的发动机转速控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工作机用内燃机(以下，称为“发动机”)的转速控制装置，特别涉及不设置调速器机构、即机械的调速单元而能够对发动机转速进行控制的工作机用的发动机转速控制装置。
背景技术：
在小型通用发动机等的工作机驱动用发动机中，一般使用调速器机构来对发动机转速进行适当地控制。例如，公知有如下的调速器机构，其利用与发动机转速对应的离心力使连杆机构动作，将该连杆机构的动作传递至节气门，来进行节气门开度调整。但是，例如作为手持型灌木切割机或鼓风机等的动力源而使用的发动机具有下述背景以较高速旋转来使用，因此用现有的调速器机构难以得到稳定的控制结果；或者要求工作机的小型轻量化；基于上述背景，不设置调速器机构的情况居多。
在不具备调速器机构的发动机中，通过作业者的手动操作进行化油器的节气门开度调整，来控制发动机转速。但是，由于作业者靠直觉进行调整，所以，在还想提高工作效率的意识的作用下，容易以大于等于实用的转速进行使用。另外，近年来，由于伴随排气限制而设定为稀薄燃烧，因此发动机自身最高转速变高，结合上述作业者的使用状况，存在所使用的发动机转速越来越高的趋势。如果发动机转速变高，与之伴随的运转噪音急剧变大，从振动和耐久性的角度来看也不利。
因此，从将最高转速限制为小于等于预定值的角度出发，例如在日本特开平7-317577号公报中提出如下的工作机，其通过对节气门操作杆的枢转运动(枢動)进行机械地限制，从而节气门不会达到全开位置。另外，在日本实开昭54-152813号公报中也提出如下的灌木切割机，其在节气门杆的端部设置调整用螺钉，能够使节气门杆全开时的发动机转速增减。
专利文献1日本特开平7-317577号公报专利文献2日本实开昭54-152813号公报在上述现有的工作机和灌木切割机中，通过对节气门操作杆的动作进行机械地限制，节气门不会达到全开位置，因此，可以限制发动机转速，以便不会达到限制噪音值。但是，通过对节气门开度进行限制，发动机在小于其最大输出功率的低的输出特性范围内使用，因而不能够最大限度地利用发动机固有的能力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供工作机用发动机转速控制装置，其能够尽可能有效地利用发动机固有的能力。
为了实现上述目的，本发明的第一方面在于，本发明的工作机用发动机转速控制装置，不设置机械的调速单元，而通过节气门开度操作装置的操作，对发动机转速进行调节来对应于负荷变动，其特征在于，具有点火时间决定单元，其在所述发动机转速大于等于预定转速的范围内，使发动机点火装置的点火时间的角度延迟，来抑制大于等于预定转速的发动机转速的上升，从而，不需要对应于所述发动机的负荷变动来对所述节气门开度操作装置进行操作，即可在所述预定转速附近继续旋转。
本发明的第二方面在于，节气门开度的上限，限制在比全开位置更靠关闭侧。
本发明的第三方面在于，设定所述节气门开度的上限，以使所述发动机的无负荷运转转速处于所述预定转速附近。
本发明的第四方面在于，所述发动机点火装置是使所述发动机转速和点火时间对应来进行管理的数字控制式点火装置。
根据第一方面，虽然是不设置机械的调速单元、即调速器机构，而通过节气门开度操作装置来控制转速的发动机，但在大于等于预定转速的范围内，不需要对节气门开度操作装置进行操作，即可使节气门开度保持一定(例如，全开)，能够将发动机转速维持于预先设定的转速附近。
在节气门全开的状态下，通过使点火时间的角度延迟，将转速维持在设定的转速附近，当负荷增大时，由于角度延迟的点火时间向提前角侧返回，因此，能够在将发动机转速维持于预定值的状态下与负荷变动对应。由于在节气门开度保持全开的状态下能够抑制转速上升，因而至少能够在到达所述预定转速附近之前充分发挥发动机的能力。在负荷极轻或无负荷时，可能会存在仅通过点火时间的角度延迟不能够抑制发动机转速的情况，仅在此时，可以利用节气门开度操作装置使节气门开度减小来充分对应。即，在作用某种程度负荷的状态下，可以几乎不需要对节气门开度进行调节操作。
根据第二方面，通过将节气门开度的上限限制在比全开位置更靠关闭侧，从而特别是能够从额定运转直到轻负荷范围，不需要调节节气门开度即可进行作业。
根据第三方面，能够和具有调速器机构的工作机用发动机转速控制装置同样地进行利用。即，不通过节气门开度的调节等，而仅通过点火时间调节就能够使发动机转速基本维持一定。
另外，节气门开度的上限被限制，以使所述预定转速大致为无负荷运转转速，从而能够在无负荷运转范围内，迅速地从稳定运转上升。因此，虽然是对节气门的上限进行限制的结构，但是与现有的节气门开度限制相比，输出功率损失小，能够设定为有效地发挥发动机的能力。
根据第四方面，对于工作机用驱动用发动机、所谓的通用发动机，通过根据作为负荷的工作机的特征来设定适合于发动机转速的点火时间，从而能够相对于各作业的负荷变动，以稳定的转速维持运转。
另外，由于点火时间的变更设定简单，并且即使在预定转速附近输出功率降低时，也能够继续进行点火动作而不会延长点火间隔，从而能够迅速地追随负荷的上升。
图1是表示本发明一实施方式的工作机用发动机转速控制装置的结构的框图。
图2是适于使用本发明一实施方式的工作机用发动机转速控制装置的灌木切割机的要部剖面图。
图3是设置于灌木切割机中的化油器的要部俯视图。
图4是节气门开度操作装置的剖面图。
图5是表示点火时间图一例的图。
图6是表示第一实施方式的节气门开度为全开时的各点火时间的发动机转速与发送机输出功率的关系的特性图。
图7是表示第二实施方式的节气门开度变化时的各点火时间的发动机转速与发送机输出功率的关系的特性图。
图8是灌木切割机的立体图。
图9是管理机的立体图。
符号说明1发动机；2传动轴；3离心式离合器；8化油器；9节气门拉索；9c内线；12节气门轴；15限制器(开度限制部件)；18节气门杆；29转速传感器；30点火时间图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明一实施方式进行详细说明。图8是安装了包含有本发明一实施方式的转速控制装置的发动机的灌木切割机的立体图，图2是发动机前部的剖面图，图3是化油器的俯视图。在图8中，灌木切割机100具有发动机1；从发动机1延伸且在前端具有切割刀片110的操作套管20；设置在操作套管20中途的手柄120；以及设置于手柄120的右侧端部的兼用作把手的操作装置16。另外，设有从操作装置16延伸至发动机的化油器8的节气门拉索9。发动机1为适用于灌木切割机100的小型(例如排气量25立方厘米)的空冷式四冲程单缸发动机。
在图2、3中，设置有贯通操作套管20内部并从发动机1延伸至切割刀片110的传动轴2。传动轴2经离心式离合器3，与发动机1的未图示的曲轴连接。离心式离合器3具有有底鼓4，该有底鼓4具有安装于曲轴的平衡块(未图示)在因离心力而向外侧位移时接触的内面，在该鼓4的底部固定着传动轴2。鼓4经由轴承7支撑在离合器箱6上，按压于鼓4的外周而对鼓4进行制动的制动靴5轴支于离合器壳6上。传动轴2嵌合于离合器壳6中，在操作套管20内延长至切割刀片100。
在发动机1的侧部安装有化油器8，在该化油器8上卡合着节气门拉索9。拉索9由下列部分构成沿着操作套管20延伸至节气门杆(后述)的第一外管9a；从化油器8朝与节气门杆相反一侧延伸的第二外管9b；以及内线9c。第一和第二外管9a、9b分别固定于托架10a、10b上。在第一外管9a和第二外管9b的端部分别形成有螺纹9d、9e，通过双螺母10d、10e紧固托架10a、10b。内线9c的一端固定于节气门杆，另一端经连杆机构(未图示)连接于制动靴5。
化油器8具有壳体11；安装于未图示的节气门上的节气门轴12；安装于节气门轴12的节气门臂13；以及转动自由地安装于臂13的端部的线连接部14。设置有限制器15，以便在节气门臂13向图3中的逆时针方向转动时，其端面抵接在限制器15上，限制节气门的全开位置。内线9c固定于连接部14，在利用节气门杆对内线9c进行牵拉时，节气门臂13摆动，节气门轴12转动。在节气门轴12转动的同时，内线9c的端部经由连杆机构使制动靴5动作，以离开鼓4。即，在节气门打开动作的同时，对鼓4即固定于鼓的传动轴2的制动解除。
图4是包含节气门杆的操作装置的剖面图。操作装置16具有手柄壳17；摆动自由地轴支于手柄壳17的节气门杆18；以及为了锁定节气门杆18而轴支于手柄壳17的锁定杆19。节气门杆18和锁定杆19通过弹簧21、22分别朝箭头A1、A2方向施力。节气门杆18具有用于与线连接而延长的臂18a，在该臂18a上利用安装部件23固定着内线9c的一端。在动作时，用手把持锁定杆19和手柄壳17，来解除臂18a的前端与锁定杆19的前端19a的卡合。如果用手把持节气门杆18和手柄壳17，则内线9c被牵拉，节气门轴12转动，节气门打开。如果松开握持节气门杆18的手，则借助于弹簧21，节气门杆18朝箭头A方向转动复位，内线9c朝关闭节气门的方向动作。
图1是表示发动机转速控制装置结构的图。发动机1的输出轴与由该发动机1驱动的飞轮发电机连接。从该飞轮发电机的发电线圈24输出的电流由整流电路25整流。整流后的电流输入给调节器26，而被调节为预定电压。即，调节器26将线圈24的输出电压调整为，适于作为CPU 27的工作电压和点火线圈28的一次电压。
转速传感器29根据由整流电路25整流后的波形，在发电机每转一圈时输出脉冲信号。在CPU 27中，根据该脉冲信号的周期算出代表发电机的频率、即发动机1的转速的值。与根据转速传感器29的输出脉冲而由CPU 27算出的发动机转速相关地，设置设定点火时间(用曲轴角度表示)的点火时间图30。CPU 27检索点火时间图30，读出与所输入的发动机转速对应的点火时间。CPU 27也可以构成为，不是从点火时间图检索点火时间，而是使用预先设定的发动机转速的函数公式来计算点火时间。总之，发动机转速与点火时间的关系是通过使用数字数据的数字运算处理来进行。
发动机1的曲轴角度，能够通过对转速传感器29的输出脉冲定时，附加与转速传感器29的配置位置对应的常数来进行检测。当从点火时间图30读出的曲轴角度和从曲轴角度传感器31输入的当前的曲轴角度一致时，CPU 27对点火线圈28输出点火指示。点火线圈28响应该点火指示，使与火花塞32连接的二次线圈产生高压，使火花塞32点火。
图5是表示点火时间图的一例的图。如图所示，点火时间设定为，伴随发动机的转速而阶梯地提前角度。提前角量用以上止点为基准的曲轴角度表示。最大提前角量设定为25°。另外，当发动机转速达到预定的切换转速(在该例中为7000rpm)时，使提前角量的角度延迟至5°。这样，通过在达到预定转速的时刻使点火时间的角度延迟，从而能够如下面具体说明的那样，适当地维持发动机转速。
图6是表示节气门开度为全开时的各点火时间的发动机转速与发动机输出功率的关系的特性图。在该图中可以了解到，存在点火时间越靠近角度延迟侧，输出功率和转速就越降低的倾向。在这种特性的发动机中，在点火时间为BTDC(上止点前)25°、节气门的开度(以下仅称“节气门开度”)为全开、运转中发动机转速增大到7000rpm时，点火时间按照所述点火时间图而角度延迟至BTDC5°。虽因角度延迟而使输出功率降低，但发动机转速被抑制为7000rpm，因此，即使将节气门开度保持为全开状态，如果负荷相当于大于等于0.5KW，也能够将转速维持于7000rpm。
例如，当用灌木切割机负荷大时，例如在杂草密集地等作业的情况下，使节气门开度为全开，以高输出功率使发动机运转。而在杂草少负荷轻时，用现有的装置，则发动机转速变高，发动机噪音增大，因此，通常需要进行减小节气门开度的操作。
与此相对，根据本实施方式，可以继续进行将节气门开度保持为全开状态的作业，因此，如果负荷增大，发动机转速变为小于7000rpm，则由于点火时间的提前角量按照图5的图恢复至25°，因此能够获得大的输出功率。这样，将节气门开度保持为全开状态，预想负荷变动的割草作业就可以在稳定的状态下进行，因此能够大幅度地降低作业劳力。另外，在负荷明显减轻时，或者接近无负荷时，通过进行减小节气门开度的操作，就能够如后所述那样，稳定地维持接近无负荷之前的转速。
另外，为了将点火时间暂时保持为BTDC 25°，并通过节气门开度的调整，将发动机转速维持在大致7000rpm，需要使节气门开度降低例如80％。在图6中，标注成节气门开度θTH20％来表示使节气门开度降低80％的特性。根据该特性可以了解，与使点火时间的角度延迟成提前角量为5°时相比，输出功率大幅度下降。因此，由于输出功率没有余量，所以当负荷再次急剧增加时，即使急剧打开节气门也不能追随，成为导致发动机失速的原因等，不能够进行充分的作业。
下面，对第二实施方式进行说明。如上所述那样使节气门开度达到最大，适用于较高负荷的作业。另外，为了适合于轻负荷的作业，在对应于转速而使点火时间的角度延迟的基础上，需要限制最大节气门开度。节气门开度的限制，例如可以通过改变设置于所述化油器8的限制器15和节气门臂13的相对位置来实现。
图7是表示限制节气门开度时的特性的图。在该图中，当将节气门开度限制为60％、而使输出功率降低40％时(节气门开度θTH60％)，与使节气门开度为全开时的特性A相比，输出功率降低。但是，与为了将发动机转速维持于7000rpm而如现有那样使节气门开度降低80％时(节气门开度θTH20％)相比，输出功率仍有余量。因而，能够在该余量范围内稳定地作业。即，通过对应于工作机选择适当的设定，而能够有效地利用发动机固有的能力。
节气门开度的限制位置，不限于固定的，也可以设定适应于负荷的限制位置。既可以用进给丝杠改变设置于化油器8的所述限制器15的位置，也可以更换成改变了尺寸的限制器15。
包含上述转速控制装置的工作机用发动机，不限于灌木切割机，也适用于管理机。图9为表示管理机一例的立体图。在管理机40中，设置具有反冲起动器41的发动机42，发动机42的输出传递至下方的工作部轴43。在工作部轴43上，安装有多个耕耘爪44。手柄支柱45从发动机42的框架向后上方延伸，其前端分成两岔而形成手柄46，在手柄前端设置把手47、47。在手柄支柱45上设置朝上下延伸的支柱48，在支柱48的上端设置用于抬起并搬运管理机40的把手49，支柱的下端部50发挥调整耕耘高度用的阻力棒的作用。
在右手柄上设置节气门杆51，节气门拉索52与未图示的化油器连接。在左手柄的把手47上设置发动机停止开关53。从发动机停止开关53引出的开关线54与发动机42内的燃料切断器和点火停止装置连接。
管理机40由于构成为，耕耘爪兼用作车轮，一边用作业爪进行耕耘一边前进，因而负荷变动大。并且，作业者必须对应于土地的土壤状态牵拉或推压手柄、在对负荷量进行大调整的作业环境中使用，因此，能够与负荷变动无关而稳定地维持转速的上述转速控制装置，特别适合作为这种工作机用发动机的转速控制装置。
在上述实施方式中，将本发明使用于管理机或灌木切割机的发动机中，但是本发明不限于此，总之，能够广泛地适用于不安装调速器机构而通过节气门开度操作装置的操作来调整转速的类型的工作机驱动用发动机。
权利要求
1.工作机用的发动机转速控制装置，其不设置机械的调速单元，而通过节气门开度操作装置的操作，对发动机转速进行调节来对应于负荷变动，其特征在于，具有点火时间决定单元，其在所述发动机转速大于等于预定转速的范围内，使发动机点火装置的点火时间的角度延迟，来抑制大于等于预定转速的发动机转速的上升，从而，不需要相对于所述发动机的负荷变动来对所述节气门开度操作装置进行操作，即可在所述预定转速附近继续旋转。
2.如权利要求1所述的工作机用的发动机转速控制装置，其特征在于，所述节气门开度的上限限制在比全开位置更靠关闭侧。
3.如权利要求2所述的工作机用的发动机转速控制装置，其特征在于，设定所述节气门开度的上限，以使所述发动机的无负荷运转转速处于所述预定转速附近。
4.如权利要求1～3任一项所述的工作机用的发动机转速控制装置，其特征在于，所述发动机点火装置是使所述发动机转速和点火时间对应来进行管理的数字控制式点火装置。
全文摘要
对于无调速器机构的工作机用发动机，即使不进行节气门开度的调节操作，也能够与负荷变动无关地稳定维持转速，并且对转速进行控制，以使发动机的能力最大限度地发挥出来。由于发动机(1)没有调速器机构，因而作业者调整节气门开度来控制发动机转速。在点火时间图(30)中，存储有利用发动机转速的函数设定点火时间(提前角量)的图。CPU(27)根据由转速传感器(29)检测到的发动机转速对点火时间图(30)进行检索，决定点火时间。图(30)设定为，在大于等于要限制的发动机转速时，使点火时间的角度比此前延迟。如果发动机转速为例如在大于等于7000rpm，则进行角度延迟控制，在小于7000rpm时，对于对应于转速的点火时间进行控制。
文档编号F02D43/00GK1886592SQ20048003534
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月19日 优先权日2003年12月2日
发明者玉本龙平, 米山正行, 山村诚, 金井充善 申请人:本田技研工业株式会社