JP2000179383A - 単気筒4サイクルエンジン - Google Patents
単気筒4サイクルエンジンInfo
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Abstract
設けた単気筒4サイクルエンジンにおいて、排気行程に
おいて排出された排気ガスの酸素濃度を検出することに
より、排気ガスの脈動の影響を排除して検出精度を高め
る。 【解決手段】 クランクシャフトの1回転につき一対の
パルス信号a,bを発生する第1パルス発生器と、クラ
ンクシャフトの微小回転角毎にパルス信号c,dを発生
する第2パルス発生器とを設ける。パルス信号c,dの
間隔からクランクシャフトの角速度を検出し、前記角速
度が小さいときに出力されたパルス信号aは、圧縮行程
で出力されたものと判定して点火信号a1 として使用
し、前記角速度が大きいときに出力されたパルス信号a
は、排気行程で出力されたものと判定して酸素濃度検出
信号a2 として使用する。
Description
排気ガス浄化触媒間に設けられて排気ガスの酸素濃度を
検出する酸素濃度センサからの信号に基づいて燃料供給
量をフィードバック制御する制御手段を備えた単気筒4
サイクルエンジンに関する。
ジンの排気通路に白金−ロジウム等の貴金属系の排気ガ
ス浄化触媒を配置したものにおいて、排気ガス浄化触媒
の性能を最大限に発揮させるために、排気ガス浄化触媒
の上流側の排気通路に設けた酸素濃度センサで排気ガス
の酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいてエンジン
に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に近い範囲に
制御することが行われている。
ンダから所定のクランク角毎に順次排気ガスが排出され
る多気筒エンジンでは、排気通路中の排気ガスの流れの
脈動は比較的に小さく抑えられる。しかしながら、クラ
ンクシャフトの2回転につき1回の排気行程しか存在し
ない単気筒4サイクルエンジンでは排気通路内の排気ガ
スの流れに大きな脈動が発生し、その脈動によって排気
ガス浄化触媒を通過した排気ガスが排気通路内を逆流す
る場合がある。排気ガス浄化触媒は排気ガスを酸化する
作用があるため、排気ガス浄化触媒から逆流した排気ガ
スの酸素濃度は本来の値からずれてしまい、この誤った
酸素濃度を検出して燃料供給量のフィードバック制御を
行うと、適切な制御が行えなくなる虞がある。特に、近
年は排気ガス浄化触媒の活性化やエンジンのコンパクト
化を図るために排気ポートと排気ガス浄化触媒との距離
が接近する傾向にあり、従って排気ガス浄化触媒と酸素
濃度センサとの距離も近くなって前記排気ガスの脈動の
影響を受け易くなっている。
で、単気筒4サイクルエンジンにおいて、排気ガスの脈
動の影響を受けずに排気ガスの酸素濃度を的確に検出で
きるようにすることを目的とする。
に、請求項1に記載された発明によれば、排気ポートお
よび排気ガス浄化触媒間に設けられて排気ガスの酸素濃
度を検出する酸素濃度センサからの信号に基づいて燃料
供給量をフィードバック制御する制御手段を備えた単気
筒4サイクルエンジンであって、前記制御手段は、排気
行程で検出した前記酸素濃度に基づいて燃料供給量をフ
ィードバック制御することを特徴とする単気筒4サイク
ルエンジンが提案される。
あって排気ガスが排出されたときに酸素濃度センサで排
気ガスの酸素濃度を検出するので、排気ガスの脈動によ
り排気ガス浄化触媒側から逆流する酸化された排気ガス
の酸素濃度が誤検出されるのを防止することが可能とな
り、適切に検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて燃
料供給量を精密にフィードバック制御することができ
る。しかも排気ガスの脈動の影響を受け難くなるので排
気ガス浄化触媒を排気ポートの近くに配置することがで
き、高温の排気ガスを排気ガス浄化触媒に供給して排気
ガス浄化効果を高めるとともに、エンジンのコンパクト
化を図ることができる。
請求項1の構成に加えて、前記制御手段は排気行程およ
び圧縮行程を判別する行程判別手段を備えてなり、この
行程判別手段で判別した排気行程における前記酸素濃度
に基づいて燃料供給量をフィードバック制御することを
特徴とする単気筒4サイクルエンジンが提案される。
判別手段により排気行程および圧縮行程を判別するの
で、クランクシャフトの位相が相互に同じである排気行
程および圧縮行程を確実に判別することができる。
請求項2の構成に加えて、前記行程判別手段は、クラン
クシャフトの角速度を検出し、前記角速度の大きい方を
排気行程と判別することを特徴とする単気筒4サイクル
エンジンが提案される。
速度が排気行程で大きく圧縮行程で小さいことに鑑み、
排気行程を圧縮行程から確実に判別することができる。
請求項2の構成に加えて、前記行程判別手段は、クラン
クシャフトの1回転に要する時間を検出し、前記時間の
短い方を排気行程と判別することを特徴とする単気筒4
サイクルエンジンが提案される。
回転に要する時間が、排気行程を含むクランクシャフト
の1回転で小さく圧縮行程を含むクランクシャフトの1
回転で大きいことに鑑み、排気行程を圧縮行程から確実
に判別することができる。
請求項2の構成に加えて、前記行程判別手段は、吸気バ
ルブあるいは排気バルブを駆動するカムシャフトの位相
に基づいて排気行程を判別することを特徴とする単気筒
4サイクルエンジンが提案される。
トの1回転につき1回だけ発生するため、そのカムシャ
フトの位相に基づいて排気行程を確実に判別することが
できる。
施例を説明する。
で、図1は単気筒4サイクルエンジンの縦断面図、図2
は第1、第2パルス発生器の取付状態を示す図、図3は
図2の3−3線矢視図、図4は第1パルス発生器が出力
するパルスの説明図、図5は排気行程を判別する手法を
示すタイミングチャートである。
ンジンEは、クランクケース11を一体に備えたシリン
ダブロック12と、シリンダブロック12の上面に結合
されたシリンダヘッド13と、シリンダヘッド13の上
面に結合されたヘッドカバー14と、クランクケース1
1の下面に結合されたオイルパン15とを備える。シリ
ンダブロック12に形成したシリンダ16に摺動自在に
嵌合するピストン17は、コネクティングロッド18を
介してクランクシャフト19に連接される。シリンダヘ
ッド13には、ピストン17の頂面に臨む燃焼室20
と、燃焼室20に連なる吸気ポート21および排気ポー
ト22とが形成されており、吸気ポート21には吸気管
23が接続され、排気ポート22には排気管24が接続
される。動弁室25には吸気カムシャフト26により回
転する吸気カム261 および排気カムシャフト27によ
り回転する排気カム271 が設けられており、吸気カム
26 1 で吸気バルブ孔28を開閉する吸気バルブ29が
駆動されるとともに、排気カム271 で排気バルブ孔3
0を開閉する排気バルブ31が駆動される。
射する燃料噴射弁32が設けられる。また排気管24に
は排気ガスを浄化するための排気ガス浄化浄化触媒33
が設けられるとともに、排気ガス浄化浄化触媒33より
も上流側の排気管24に排気ガスの酸素濃度を検出する
酸素濃度センサ34が設けられる。またクランクシャフ
ト19の近傍には、エンジンEが排気行程にあることを
判別すべく、クランクシャフト19の回転に応じてパル
ス信号を発生する第1パルス発生器35および第2パル
ス発生器36が設けられる。本発明の制御手段を構成す
る電子制御ユニットUは行程判別手段37を備えてお
り、前記第1、第2パルス発生器35,36からのパル
ス信号に基づいて行程判別手段37が排気行程を判別し
たときに前記酸素濃度センサ34で検出した排気ガスの
酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比を所望の値に調整
すべく燃料噴射弁32からの燃料噴射量をフィードバッ
ク制御する。
では、クランクシャフト19が2回転する間に行われる
爆発行程、排気行程、吸気行程および圧縮行程のうち、
排気行程だけで排気ガスが排出されるため、排気管24
内の排気ガスの流れに脈動が発生し、排気ガス浄化触媒
33を通過した排気ガスが排気管24内を排気ポート2
2側に逆流する場合がある。排気ガス浄化触媒33を通
過した排気ガスは該排気ガス浄化触媒33の酸化作用で
酸素濃度が低下しているため、酸素濃度センサ34で前
記逆流する排気ガスの酸素濃度を検出して燃料噴射量の
フィードバック制御に用いると、適切な制御が行えなく
なる虞がある。上記問題を解消するには、排気管24内
に排気ガスが排出されたとき、つまり排気行程(バルブ
オーバーラップ領域を含まぬ実排気行程)において排気
ガスの酸素濃度を検出すれば良く、そのためには排気行
程を正確に判別する必要がある。
び作用について説明する。
の歯部411 …を備えたフライホイール41がクランク
シャフト19の軸端に固定される。ピニオン42を一体
に有するスタータモータ43の出力軸431 は進退可能
であり、エンジンEの始動時にスタータモータ43を駆
動すると、前記出力軸43が前進してピニオン42がフ
ライホイール41の歯部411 …に噛合することによ
り、クランクシャフト19がクランキングされる。
リラクタ44が固定されており、このリラクタ44に対
向するように前記第1パルス発生器35が固定部材45
に固定される。またフライホイール41の歯部411 …
に対向するように前記第2パルス発生器36が固定部材
46に固定される。
ら、電子制御ユニットUの行程判別手段37によって排
気行程を判別する手法を説明する。
ル41の回転方向は図2に矢印Rで示されている。フラ
イホイール41の外周のP点が第2パルス発生器36に
対向しているとき(図2参照)、クランクシャフト19
の位相が排気行程の終わりの上死点TDCeまたは圧縮
行程の終わりの上死点TDCcにあるとすると、リラク
タ44の取付位置は、その回転方向前縁44fが線分O
Pに対して回転方向Rの進み側に角度35°を成してお
り、その回転方向後縁44rが線分OPに対して回転方
向Rの進み側に角度10°を成している。従って、図4
に示すように、第1パルス発生器35は、排気行程の終
わりの上死点TDCeまたは圧縮行程の終わりの上死点
TDCcの35°手前位置で正極性パルス信号a…を出
力し、排気行程の終わりの上死点TDCeまたは圧縮行
程の終わりの上死点TDCcの10°手前位置で負極性
パルス信号b…を出力することになる。
部411 …を有していれば、クランクシャフト19が3
°回転する毎に第2パルス発生器36は対を成す正極性
パルス信号c…および負極性パルス信号d…を出力する
(図5参照)。本実施例のエンジンEは単気筒であるた
め、クランクシャフト19の角速度はクランク角の36
0°を周期として変動する。具体的には、燃焼ガスの圧
力でピストン17が駆動される爆発行程の終わり部分で
角速度は最大になり、かつピストン17が圧縮負荷を受
ける圧縮行程の終わり部分で角速度は最小になる。従っ
て、正極性パルス信号c…および負極性パルス信号d…
の出力間隔は不均一になり、クランクシャフト19の角
速度が大きい部分で前記間隔は短くなり、クランクシャ
フト19の角速度が小さい部分で前記間隔は長くなる。
吸気行程および圧縮行程はクランクシャフト19が2回
転する間に行われるため、第1パルス発生器35が発生
するパルス信号からクランクシャフト19の位相を検出
するだけでは排気行程および圧縮行程を判別することは
できない。なぜならば、第1パルス発生器35がリラク
タ44の前縁44fにより発生するパルス信号a…に
は、圧縮行程におけるものと排気行程におけるものとが
含まれているからである。
フライホイール41の歯部41…により発生する正極性
パルス信号c…および負極性パルス信号d…の時間間隔
に基づいて、クランクシャフト19の角速度を検出す
る。前記時間間隔はクランクシャフト19の角速度に反
比例するため、時間間隔が小さいときにクランクシャフ
ト19の角速度は大きくなり、時間間隔が大きいときに
クランクシャフト19の角速度は小さくなる。続いてリ
ラクタ44の前縁44fにより発生した正極性パルスa
…のうち、クランクシャフト19の角速度が小さいとき
(圧縮行程)に発生したものを判別して点火信号a1 …
として採用し、クランクシャフト19の角速度が大きい
とき(排気行程)に発生したものを判別して酸素濃度検
出信号a2…として採用する。
酸素濃度を検出するタイミングを、前記酸素濃度検出信
号a2 …の出力タイミングに基づいて制御すれば、排気
行程において排出された排気ガスの酸素濃度を検出して
燃料噴射量の制御を的確に行うことができる。また酸素
濃度センサ34の検出対象ガスが排気ガスの脈動の影響
を受け難くなるので、排気ガス浄化触媒33および酸素
濃度センサ34を排気ポート22に接近させることがで
きる。これにより、高温の排気ガスを排気ガス浄化触媒
33に供給して浄化効果を高め、しかもエンジンEをコ
ンパクト化することができる。
7がクランクシャフト19の角速度に基づいて排気行程
および圧縮行程を判別しているが、第2実施例はクラン
クシャフト19が1回転するのに要する時間に基づいて
排気行程および圧縮行程を判別するものである。
ら酸素濃度検出信号a2 までのクランクシャフト19の
1回転には、クランクシャフト19の角速度が大きい爆
発行程および排気行程が含まれるため、その1回転に要
する時間T2 は比較的に短くなる。一方、酸素濃度検出
信号a2 から点火信号a1 までのクランクシャフト19
の1回転には、クランクシャフト19の角速度が小さい
吸気行程および圧縮行程が含まれるため、その1回転に
要する時間T1 は比較的に長くなる。
れば、長い方の時間T1 が終わったときに出力される正
極性パルス信号a…が点火信号a1 であり、短い方の時
間T 2 が終わったときに出力される正極性パルス信号a
…が酸素濃度検出信号a2 であると判別することができ
る。
第1パルス発生器35および第2パルス発生器36を用
いることができ、かつ第1実施例と同じ作用効果を奏す
ることができる。
述した第1実施例および第2実施例では、クランクシャ
フト19の位相を検出しているために排気行程および圧
縮行程を判別するための手段が必要となって構造が複雑
化していた。この問題を解決するには、クランクシャフ
ト19の2回転につき1回転する吸気カムシャフト26
あるいは排気カムシャフト27の位相をパルス発生器等
の手段で検出すれば良い。
と、排気カムシャフト27が1回転する間に排気行程は
1回発生するため、排気カムシャフト27の位相に基づ
いて排気行程を判別したときに酸素濃度センサ34で排
気ガスの酸素濃度を検出すれば、排気行程において排出
された排気ガスの酸素濃度を検出して燃料噴射量の制御
を的確に行うことができる。
器だけで排気行程を判別することが可能となるため、部
品点数の削減に寄与することができる。
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
濃度検出タイミングを排気行程の終わりの上死点TDC
eの35°手前位置に設定しているが、実排気行程中で
あれば任意のタイミングに設定することができる。また
実施例では点火タイミングおよび酸素濃度検出タイミン
グに共通の第1パルス発生器35を用いているが、酸素
濃度検出タイミングを検出するために専用のパルス発生
器を用いることも可能である。
明によれば、エンジンが排気行程にあって排気ガスが排
出されたときに酸素濃度センサで排気ガスの酸素濃度を
検出するので、排気ガスの脈動により排気ガス浄化触媒
側から逆流する酸化された排気ガスの酸素濃度が誤検出
されるのを防止することが可能となり、適切に検出され
た排気ガスの酸素濃度に基づいて燃料供給量を精密にフ
ィードバック制御することができる。しかも排気ガスの
脈動の影響を受け難くなるので排気ガス浄化触媒を排気
ポートの近くに配置することができ、高温の排気ガスを
排気ガス浄化触媒に供給して排気ガス浄化効果を高める
とともに、エンジンのコンパクト化を図ることができ
る。
制御手段に設けた行程判別手段により排気行程および圧
縮行程を判別するので、クランクシャフトの位相が相互
に同じである排気行程および圧縮行程を確実に判別する
ことができる。
クランクシャフトの角速度が排気行程で大きく圧縮行程
で小さいことに鑑み、排気行程を圧縮行程から確実に判
別することができる。
クランクシャフトの1回転に要する時間が、排気行程を
含むクランクシャフトの1回転で小さく圧縮行程を含む
クランクシャフトの1回転で大きいことに鑑み、排気行
程を圧縮行程から確実に判別することができる。
排気行程はカムシャフトの1回転につき1回だけ発生す
るため、そのカムシャフトの位相に基づいて排気行程を
確実に判別することができる。
ート
Claims (5)
- 【請求項1】 排気ポート(22)および排気ガス浄化
触媒(33)間に設けられて排気ガスの酸素濃度を検出
する酸素濃度センサ(34)からの信号に基づいて燃料
供給量をフィードバック制御する制御手段(U)を備え
た単気筒4サイクルエンジンであって、 前記制御手段(U)は、排気行程で検出した前記酸素濃
度に基づいて燃料供給量をフィードバック制御すること
を特徴とする単気筒4サイクルエンジン。 - 【請求項2】 前記制御手段(U)は排気行程および圧
縮行程を判別する行程判別手段(37)を備えてなり、
この行程判別手段(37)で判別した排気行程における
前記酸素濃度に基づいて燃料供給量をフィードバック制
御することを特徴とする、請求項1に記載の単気筒4サ
イクルエンジン。 - 【請求項3】 前記行程判別手段(37)は、クランク
シャフト(19)の角速度を検出し、前記角速度の大き
い方を排気行程と判別することを特徴とする、請求項2
に記載の単気筒4サイクルエンジン。 - 【請求項4】 前記行程判別手段(37)は、クランク
シャフト(19)の1回転に要する時間を検出し、前記
時間の短い方を排気行程と判別することを特徴とする、
請求項2に記載の単気筒4サイクルエンジン。 - 【請求項5】 前記行程判別手段(37)は、吸気バル
ブ(29)あるいは排気バルブ(31)を駆動するカム
シャフト(26,27)の位相に基づいて排気行程を判
別することを特徴とする、請求項2に記載の単気筒4サ
イクルエンジン。
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