(57)【要約】【課題】コスト増、重量増等を極力抑えながら、ノッキングを的確に検出できるとともに、それを効果的に抑制・回避することができ、さらに所要の防水、防塵、断線対策等を低コストで合理的に実現することのできる、エンジンのノッキング検出装置を提供する。【解決手段】鉄芯３１、該鉄芯３１に巻装されたコイル３２、及び該コイル３２に取着された制御回路基板３４を備えた点火コイルユニット３０がシリンダ２１に取付固定されたフライホイールマグネト点火方式のエンジン２０においてノッキングを検出するためのノッキング検出装置であって、ノッキング検出用の加速度センサ５０が点火コイルユニット３０における鉄芯３１に取り付けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄芯、該鉄芯に巻装されたコイル、及び該コイルに取着された制御回路基板を備えた点火コイルユニットがシリンダに取付固定されたフライホイールマグネト点火方式のエンジンにおいてノッキングを検出するためのノッキング検出装置であって、
ノッキング検出用の加速度センサが前記点火コイルユニットにおける前記鉄芯又は前記制御回路基板に取り付けないし実装されていることを特徴とするエンジンのノッキング検出装置。
【請求項２】
前記加速度センサは、板状ないしシート状とされ、前記エンジンのクランクシャフトに直交する平面と平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項３】
前記加速度センサは、前記鉄芯又は前記制御回路基板の反シリンダ側の面上に取り付けないし実装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項４】
前記加速度センサは、前記制御回路基板に搭載されたマイクロコンピュータの側方に配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項５】
前記コイル、前記制御回路基板、及び前記加速度センサが樹脂モールドカバーにより被覆されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項６】
前記加速度センサは、前記鉄芯に直接取り付けられて前記制御回路基板に信号線を介して接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項７】
前記加速度センサは、前記制御回路基板の一側方に延設された実装板部に実装され、前記シリンダ又は前記鉄芯の振動を振動伝達部材を介して検知するようにされていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項８】
前記実装板部は、前記制御回路基板の一側方に幅狭のくびれ部を介して延設されていることを特徴とする請求項７に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【請求項９】
前記実装板部は、前記鉄芯に対面する位置まで延設され、前記実装板部と前記鉄芯との間に前記振動伝達部材が介装されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のエンジンのノッキング検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チェンソーや刈払機等の携帯型動力作業機、小型発電機、小型船舶等に使用される小型レシプロエンジンにおいてノッキング（不整燃焼）を検出するためのノッキング検出装置に係り、特に、フライホイールマグネト点火方式による点火を行うようにされたエンジンに好適なノッキング検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素等の温室効果ガスの削減、大気汚染抑制、自然環境保全等のため、チェンソーや刈払機等の携帯型動力作業機等に使用される単気筒の小型レシプロエンジンにおいても、排ガス規制に対応させること、すなわち、例えば空燃比の一層のリーン化等が要求されており、さらに、エタノールやバイオ燃料等のガソリン以外の含酸素燃料が混在使用されることもあって、この種の小型エンジンにおいてもノッキング（不整燃焼）が発生しやすくなっている。
【０００３】
また、前記のような小型エンジンでは、重量軽減等を図るため、セルモータ（電動式）ではなくリコイルスタータ（手動式）によりエンジンを起動させるようになっていて、セルモータ駆動用や点火用のバッテリは搭載されていないことが多い。そのため、点火は、フライホイールマグネト点火方式が採用される。すなわち、フライホイール等に取り付けられたマグネット（永久磁石）がシリンダ側の所定部位に取付固定された点火コイルを横切る際に生じる起電力を利用して点火プラグに瞬間的に高電圧を印加することにより電極間で火花放電させて、クランクシャフトの回転に同期した点火を行うようにされている（例えば特許文献１、２等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８２０３２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３３０５号公報
【特許文献３】特開平０４−９４４４０号公報
【特許文献４】特開２０１５−７８６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記携帯型動力作業機等に使用される小型エンジンにおいて、ノッキングが発生すると、エンジンに不快な振動、騒音が発生し、エンジンが損傷、故障するおそれがあるとともに、運転フィーリング、操作性、作業性等が悪くなり、信頼性、商品価値が低下する。
【０００６】
ここで、自動車等に搭載される多気筒エンジンでは、通常、シリンダブロック等の不動部位にノッキングセンサを取付固定するとともに、車内の適当部位にマイクロコンピュータを内蔵したＥＣＵを設置し、ノッキングセンサから得られる信号に基づいて、ノッキング抑制・回避制御（点火時期制御、空燃比制御等）を行うようにされている（例えば特許文献３、４等を参照）。
【０００７】
しかしながら、前記のような小型エンジンでは、これまで、ノッキングセンサは採用されておらず、したがって、ノッキング抑制・回避制御は行われていない。その理由としては、自動車等に搭載されるエンジン用のノッキングセンサやＥＣＵは高価で大きく、さらに大型大容量のバッテリが必要となることもあって、前記小型エンジンに採用するには、コスト、重量、設置部位、設置スペース等の観点から無理があるとともに、使用環境（例えば携帯型動力作業機の種類、使用場所等）によっては、特別な対策（振動、防水、防塵、高熱対策等）が必要となるからである。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コスト増、重量増等を極力抑えながら、ノッキングを的確に検出できるとともに、それを効果的に抑制・回避することができ、さらに所要の防水、防塵、断線対策等を低コストで合理的に実現することのできる、エンジンのノッキング検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンのノッキング検出装置は、基本的には、鉄芯、該鉄芯に巻装されたコイル、及び該コイルに取着された制御回路基板を備えた点火コイルユニットがシリンダに取付固定されたフライホイールマグネト点火方式のエンジンにおいてノッキングを検出するためのもので、ノッキング検出用の加速度センサが前記点火コイルユニットにおける前記鉄芯又は前記制御回路基板に取り付けないし実装されていることを特徴としている。
【００１０】
前記加速度センサは、好ましくは、板状ないしシート状とされ、前記エンジンのクランクシャフトに直交する平面と平行に配置される。
【００１１】
前記加速度センサは、好ましくは、前記鉄芯又は前記制御回路基板の反シリンダ側の面上に取り付けないし実装される。
【００１２】
前記加速度センサは、好ましくは、前記制御回路基板に搭載されたマイクロコンピュータの側方に配設される。
【００１３】
好ましい態様では、前記コイル、前記制御回路基板、及び前記加速度センサが樹脂モールドカバーにより被覆される。
【００１４】
前記加速度センサは、好ましくは、前記鉄芯に直接取り付けられて前記制御回路基板に信号線を介して接続される。
【００１５】
前記加速度センサは、好ましくは、前記制御回路基板の一側方に延設された実装板部に実装され、前記シリンダ又は前記鉄芯の振動を振動伝達部材を介して検知するようにされる。
【００１６】
前記実装板部は、好ましくは、前記制御回路基板の一側方に幅狭のくびれ部を介して延設される。
【００１７】
前記実装板部は、好ましくは、前記鉄芯に対面する位置まで延設され、前記実装板部と前記鉄芯との間に前記振動伝達部材が介装される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るエンジンのノッキング検出装置では、フライホイールマグネト点火方式のエンジンにおいて、ノッキング検出用の加速度センサが、シリンダ側にしっかりと固定された点火コイルユニットにおける剛体の鉄芯に直接的もしくは振動伝達部材等を介して間接的に取り付けられるので、振動（加速度）検知感度が極めて高くなる。
【００１９】
加えて、加速度センサと制御回路基板とはさほど離れていないので、加速度センサと制御回路基板とを比較的短い信号線等で接続することができる。そのため、コスト増、重量増等を極力抑えながら、ノッキングを的確に検出でき、その結果、ノッキングを効果的に抑制・回避することができる。
【００２０】
また、コイル、制御回路基板、加速度センサ等を樹脂モールドカバーにより気密的に被覆できるので、防水、防塵、断線対策等を低コストで合理的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るエンジンのノッキング検出装置の第１実施形態が適用されたエンジンを搭載したチェンソーの一例を示す部分切欠概略断面図。
【図２】第１実施形態の点火コイルユニットとフライホイールとを示す正面図。
【図３】第１実施形態の点火コイルユニット（樹脂モールドカバー無しの状態）を示す斜視図。
【図４】第１実施形態の点火コイルユニットの取付固定状態を示す斜視図。
【図５】本発明に係るエンジンのノッキング検出装置の第２実施形態で使用される点火コイルユニットを示す側方斜視図。
【図６】第２実施形態の点火コイルユニットの取付固定状態を示す正面斜視図。
【図７】横軸にクランク角度（時間）をとって、（Ａ）は正常燃焼時、（Ｂ）はノッキング発生時における筒内圧力とシリンダの振動（加速度）の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係るエンジンのノッキング検出装置の第１実施形態が適用されたエンジンを搭載したチェンソーの一例を示す部分切欠概略断面図である。
【００２４】
図示例のチェンソー１０自体は、よく知られているもので、動力源として、単気筒の小型空冷２サイクルガソリンエンジン２０（例えば、排気量２０ｃｃ〜３０ｃｃ程度）（以下、単にエンジン２０という。）が合成樹脂からなる本体ハウジング１２の中央部付近にシリンダ縦置きで搭載されている。本体ハウジング１２の前部側には、図示はされていないが、ソーチェンが掛け回されるガイドバーが取り付けられ、そのソーチェンをエンジン２０により回転駆動するようにされている。
【００２５】
本体ハウジング１２の後部には、後部ハンドル（不図示）が配設され、本体ハウジング１２の中央部付近外周には概略Ｃ字ないしループ状の前部ハンドル１７が配設されている。
【００２６】
エンジン２０は、例えばアルミダイキャストにより胴部と頭部が一体成型されたシリンダ２１と、その下部に気密的に連結された半円筒状のクランクケース１８とを備えている。
【００２７】
前記シリンダ２１の胴部内にはピストン２５が上下摺動自在に嵌挿され、シリンダ２１とクランクケース１８との境目部分を通るようにクランクシャフト２７が回転自在に軸支され、該クランクシャフト２７に連接ロッド２９を介して前記ピストン２５が連結されている。シリンダ２１におけるピストン２５の上方には燃焼室２４が形成され、この燃焼室２４内（筒内ともいう）に臨むようにシリンダ２１の頭部にキャップ２６ａ付きの点火プラグ２６が取り付けられている。シリンダ２１における燃焼室２４の外周には多数の冷却フィン２３が設けられている。
【００２８】
前記クランクシャフト２７の端部には、冷却ファンを兼用する羽根２８ａ付きのフライホイール２８が取り付けられ、このフライホイール２８の側部（図１中、左側）にはリコイルスタータ１５が連接されている。
【００２９】
そして、本例のエンジン２０では、フライホイールマグネト点火方式により点火を行うべく、フライホイール２８にマグネット４０が配設されるとともに、シリンダ２１には、点火コイルユニット３０が配設されている。
【００３０】
詳細には、フライホイール２８の外周部の所定位置には、断面矩形の横穴を有する収容部４２が設けられ、この収容部４２に、断面矩形で平面視扇形のマグネット４０がその外周側端面を露出させた状態で嵌め込まれて固定されている（図１に加えて図２も参照）。
【００３１】
また、シリンダ２１におけるフライホイール２８の外周（図示例では、フライホイール２８より上方の部位）には、前記マグネット４０と対面し得るように、点火コイルユニット３０が配設されている。点火コイルユニット３０は、図２〜図４に示される如くに、平面視Ｅ形の磁性鋼板が積層された鉄芯３１、該鉄芯３１の中央片部３１ａに巻装されたコイル３２（一次コイル、二次コイル）、及び該コイル３２における反シリンダ２１側（シリンダ２１側とは反対側）の面に絶縁体（不図示）を介して取着された点火用の制御回路基板３４を備えている。制御回路基板３４には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路等で構成されたマイクロコンピュータ３５が搭載されるとともに、スイッチング素子、小型小容量のバッテリとして機能するコンデンサ、端子等の他の必要な電子部品が実装されている。また、コイル３２及び制御回路基板３４部分は樹脂モールドカバー３７により気密的に被覆されている。この点火コイルユニット３０は、シリンダ２１の所定部位に設けられたボス２２、２２にＥ形の鉄芯３１の両端片部３１ｂ、３１ｂの自由端側端部に設けられた通し穴３１ｄ、３１ｄ部分がボルト３８、３８で締め付けられることにより、シリンダ２１にしっかりと固定されている。
【００３２】
なお、前記樹脂モールドカバー３７は、コイル３２及び制御回路基板３４部分（並びに、後述する加速度センサ５０及びフレキシブルケーブル５２部分）を覆う樹脂カバー内をモールド樹脂にて充填してモールド成形することにより構成される。
【００３３】
かかる点火コイルユニット３０を備えたエンジン２０では、フライホイール２８に設けられたマグネット４０がシリンダ２１に取付固定された点火コイルユニット３０を横切る際に生じる起電力を利用して瞬間的に高電圧を発生させ、この高電圧をケーブル３９を介して点火プラグ２６に印加することによりプラグギャップ間で火花放電させて、クランクシャフト２７の回転に同期した点火を行うようになっている。
【００３４】
上記構成に加えて、本例のエンジン２０では、点火コイルユニット３０における前記鉄芯３１の一方の端片部３１ｂの反シリンダ２１側の面上かつ制御回路基板３４に搭載されたマイクロコンピュータ３５の側方に当たる位置に、圧電素子が用いられたノッキング検出用の薄板状ないしシート状の加速度センサ５０が接着材等により取り付けられている。この場合、鉄芯３１は、クランクシャフト２７に直交する平面と略平行に配置されているので、前記加速度センサ５０もクランクシャフト２７に直交する平面と略平行に配置され、加速度センサ５０は、主として鉄芯３１におけるクランクシャフト２７に沿う方向（軸方向）の振動を検知するようになっている。
【００３５】
この加速度センサ５０と点火コイルユニット３０におけるマイクロコンピュータ３５の入力部とは、信号線としてのフラット形状のフレキシブルケーブル５２で接続されている。前記したコイル３２及び制御回路基板３４部分を被覆する樹脂モールドカバー３７の一側には、加速度センサ５０及びフレキシブルケーブル５２部分を覆う小被覆部３７ａが突設されている。
【００３６】
前記加速度センサ５０からは、シリンダ２１の振動、すなわち加速度に応じた信号が鉄芯３１を介して得られる。この加速度センサ５０から得られる信号に基づいて、マイクロコンピュータ３５で構成される制御部は、ノッキングが発生したか否かを判定し、ノッキングが発生したと判定された場合には、例えば、点火時期をリタード（遅角）させる処理等のノッキング抑制・回避制御を行う。
【００３７】
ここで、図７（Ａ）、（Ｂ）に、横軸にクランク角度（時間）をとって、（Ａ）は正常燃焼時、（Ｂ）はノッキング発生時における筒内圧力とシリンダの振動（加速度）の変化を示している。図からわかるように、正常燃焼時には、筒内圧力は、上死点に近づくに連れて上昇し、例えば上死点前１０°程度（ａ１）で点火すると、上死点後の例えば１０°程度で最大となる、きれいな山形状に変化する。また、振動（加速度センサ５０から得られる加速度）は、緩やかに波状に変化する。それに対し、ノッキング発生時は、筒内圧力は、点火直後から上死点後の例えば２０°程度まで激しく変化し、それに伴い、振動（加速度センサ５０から得られる加速度）も激しく変化する。本例のマイクロコンピュータ３５では、例えば、振動（加速度）が激しく変化する点火から上死点後の例えば２０°程度（ａ２）までをノッキング判定期間Ｔｓとし、このノッキング判定期間Ｔｓにおける振動（加速度）及びその変位量（振幅）と予め設定されているしきい値とを比較して、ノッキングが発生したか否かを判定するようにされる。
【００３８】
上記のように、本実施形態のノッキング検出装置では、フライホイールマグネト点火方式のエンジン２０において、薄板状ないしシート状のノッキング検出用の加速度センサ５０が、シリンダ２１側にしっかりと固定された点火コイルユニット３０における剛体の鉄芯３１に直接取り付けられるので、振動（加速度）検知感度が極めて高くなる。
【００３９】
加えて、加速度センサ５０と制御回路基板３４とはさほど離れていないので、加速度センサ５０と制御回路基板３４とを比較的短い信号線としてのフレキシブルケーブル５２で接続することができる。そのため、コスト増、重量増等を極力抑えながら、ノッキングを的確に検出でき、その結果、ノッキングを効果的に抑制・回避することができる。
【００４０】
また、樹脂モールドカバー３７により、コイル３２、制御回路基板３４、加速度センサ５０、及びフレキシブルケーブル５２部分が気密的に被覆されているので、防水、防塵、断線対策等を低コストで合理的に実現することができる。
【００４１】
図５、図６は、本発明に係るエンジンのノッキング検出装置の第２実施形態で使用される点火コイルユニット３０Ａを示す。なお、第２実施形態の点火コイルユニット３０Ａの基本構成は上記した第１実施形態の点火コイルユニット３０とほぼ同じであるので、以下では、本例の点火コイルユニット３０Ａと上記した第１実施形態の点火コイルユニット３０との相違点のみを説明する。
【００４２】
本例の点火コイルユニット３０Ａでは、制御回路基板３４の一側方（特に、制御回路基板３４に搭載されたマイクロコンピュータ３５の側方に当たる位置）に狭幅のくびれ部３４ａを介して比較的小さい矩形状の実装板部３４ｂが延設されている。この実装板部３４ｂは、点火コイルユニット３０Ａにおける鉄芯３１の一方の端片部３１ｂに対面する位置まで延設されており、この実装板部３４ｂ（の反シリンダ２１側の面上）に加速度センサ５０Ａが実装されている。加速度センサ５０Ａとマイクロコンピュータ３５とは制御回路基板３４上に形成されたプリント配線等により接続されている。この場合、実装板部３４ｂに実装された加速度センサ５０ＡはＥ形の鉄芯３１の一方の端片部３１ｂの真向かいに位置し、クランクシャフト２７に直交する平面と略平行に配置されている。そして、加速度センサ５０Ａにシリンダ２１の振動を伝えるべく、実装板部３４ｂと鉄芯３１の一方の端片部３１ｂとの間に、例えば樹脂、無機材、金属等から作製された円柱状の振動伝達部材５５が介装されている。この振動伝達部材５５は、例えば、一端面が鉄芯３１側に接着等により固着され、他端面は実装板部３４ｂに軽く圧接するようにされている。
【００４３】
このような構成を有する点火コイルユニット３０Ａ等が採用された第２実施形態のノッキング検出装置においても、振動（加速度）検知感度が第１実施形態のものより若干低くなる可能性があるものの、上記した第１実施形態と略同様の作用効果が得られる。また、この第２実施形態では、加速度センサ５０Ａが制御回路基板３４上に実装されるので、加速度センサ５０Ａとマイクロコンピュータ３５とをケーブルで接続する手間が省けるとともに、ケーブルの断線等の不具合が生じ難いという利点が得られる。
【００４４】
なお、上記実施形態においては、ノッキングが発生したと判定された場合には、例えば、点火時期をリタード（遅角）させる処理等のノッキング抑制・回避制御を行うようにされているが、このような制御は必ずしも必要ではなく、単に警告ランプを点灯させる等の注意喚起のみを行うようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、動力源として小型空冷２サイクルガソリンエンジンを搭載したチェンソーを例示して説明したが、本発明は、４サイクルガソリンエンジンを搭載したチェンソーのほか、エンジンカッター、ヘッジトリマー、刈払機、パワーブロワ等の携帯型動力作業機、小型発電機、小型船舶等に使用される小型レシプロエンジンにも利用し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    チェンソー
２０    エンジン
２１    シリンダ
２２    ボス
２４    燃焼室
２５    ピストン
２７    クランクシャフト
２８    フライホイール
３０    点火コイルユニット（第１実施形態）
３０Ａ  点火コイルユニット（第２実施形態）
３１    鉄芯
３２    コイル
３４    制御回路基板
３４ａ  くびれ部
３４ｂ  実装板部
３５    マイクロコンピュータ
３７    樹脂モールドカバー
３８    ボルト
４０    マグネット
５０    加速度センサ（第１実施形態）
５０Ａ  加速度センサ（第２実施形態）
５２    フレキシブルケーブル（信号線）
５５    振動伝達部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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