JP5292262B2 - エンジンの加減速状態判別装置 - Google Patents

Description

本発明は，エンジンの運転状態が加速状態にあるか，又は減速状態にあるかを判別する，エンジンの加減速状態判別装置の改良に関する。

エンジンにおいては，その加減速状態に応じてエンジンの燃料噴射量や点火時期の制御を行うことが一般に行われている（特許文献１参照）。

特開昭６３−１１３１３９号公報

その場合，エンジンの加減速状態の判別には，スロットル弁開度や吸気負圧等を用いていたので，それらを検出するための複数種類のセンサが必要であり，コスト高の傾向があった。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，スロットル弁開度や吸気負圧の検出に依存することなくエンジンの加減速状態を判別し得る廉価なエンジンの加減速状態判別装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，エンジンのクランク軸の１回転当たり多数のパルス信号を発生するクランクパルス発生装置と，前記パルス信号からエンジンの各行程におけるクランク軸の回転変動を演算する回転変動検出手段と，エンジンの所定の上死点前の行程での回転変動と，同上死点後の行程での回転変動との比較によりエンジンの加減速状態を判別する加減速判別手段とを備えることを第１の特徴とする。尚，前記回転変動検出手段は，後述する本発明の第１実施例中の角速度演算回路３２及び角加速度演算回路３３に，また第２実施例中のパルス周期演算回路４２及びパルス周期変動演算演算回路４３に対応する。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記回転変動検出手段では，上死点を挟んで並ぶ圧縮行程及び膨張行程での各回転変動を演算し，前記加減速判別手段では，前記圧縮行程及び膨張行程での各回転変動の相互比較により減速状態を判別することを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記回転変動検出手段では，上死点を挟んで並ぶ排気行程及び吸気行程での各回転変動を演算し，前記加減速判別手段では，排気行程及び吸気行程での各回転変動の相互比較により加速状態を判別することを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１の特徴に加えて，前記回転変動検出手段では，クランク軸の回転変動としてクランク軸の角加速度を演算することを第４の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１の特徴に加えて，前記回転変動検出手段では，前記パルス信号から隣接する行程の初期又は終期におけるパルス周期を演算し，それらに基づきクランク軸の回転変動としてパルス周期の変動率を演算することを第５の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，スロットル弁開度や吸気負圧の検出に依存することなくエンジンの加減速状態を判別し得る廉価なエンジンの加減速状態判別装置を提供することができる。

本発明の第２の特徴によれば，スロットル弁開度や吸気負圧の検出に依存することなくエンジンの減速状態を判別することができる。

本発明の第３の特徴によれば，スロットル弁開度や吸気負圧の検出に依存することなくエンジンの加速状態を判別することができる。

本発明の第４の特徴によれば，クランク軸の角速度から角加速度を演算することは簡単であるので，回転変動検出手段の負担を軽減することができる。

本発明の第５の特徴によれば，パルス信号から隣接する行程の初期又は終期におけるパルス周期を演算すること，並びにそれらに基づきパルス周期の変動率を演算することは簡単であるので，回転変動検出手段の負担を軽減することができる。

本発明の第１実施例に係るエンジンの加減速状態判別装置を備える自動二輪車の要部側面図。 上記エンジンの加減速状態判別装置における電子制御ユニットの回路図。 第１実施例の作用説明図。 本発明の第２実施例を示す電子制御ユニットの回路図。 第２実施例の作用説明図。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１〜図２に示す本発明の第１実施例の説明より始める。先ず図１において，自動二輪車用エンジンＥは四サイクル，単気筒型である。そのエンジン本体１は，シリンダ２ａを有するシリンダブロック２と，このシリンダブロック２の下端に連設されるクランクケース３と，シリンダブロック２の上端に接合されるシリンダヘッド４とで構成されており，シリンダ２ａにはピストン５が嵌装され，このピストン５にコンロッド６を介して連結するクランク軸７はクランクケース３に収容，支持される。シリンダヘッド４には，吸気ポート８及び排気ポート９が形成されると共に，それらを開閉し得る吸気弁１０及び排気弁１１が設けられる。

またシリンダヘッド４には，吸気ポート８の上流端に連なる吸気道１２ａを有するスロットルボディ１２が取り付けられ，吸気道１２ａを開閉するスロットル弁１３の開度制御によりエンジンＥの吸気量の調整ができるようになっている。

さらにスロットルボディ１２には，スロットル弁１３より下流側で吸気ポート８に向けて燃料を噴射し得る燃料噴射弁１４が装着され，この燃料噴射弁１４には，燃料タンク１５内に配設される燃料ポンプ１６が燃料導管１７を介して接続される。

さらにまたシリンダヘッド４には点火プラグ１８が螺着され，それに点火コイル１９が接続される。

上記燃料ポンプ１６，燃料噴射弁１４及び点火コイル１９に，それらの作動を制御する電子制御ユニット２０が接続される。尚，符号２１は，電子制御ユニット２０の電源たるバッテリである。

上記エンジンＥにはクランクパルス発生装置２３が設けられる。このクランクパルス発生装置２３は，外周に多数の歯Ｎ０〜Ｎ１５を有してクランク軸７と一体となって回転するパルスロータ２４と，このパルスロータ２４の外周に対向してクランクケース３に固定されるピックアップ２５とで構成される。したがって，パルスロータ２４はエンジンＥの１サイクルにつき２回転することになる。

パルスロータ２４の外周には，図示例では，０番から１５番の歯Ｎ０〜Ｎ１５が２０°置きに配設され，０番の歯Ｎ０と１５番の歯Ｎ１５との間には，６０°（歯の２個分）の欠歯領域２６が設けられる。而して，クランク軸７の回転時，即ちパルスロータ２４の回転時，前記ピックアップ２５は，その直前をパルスロータ２４の各歯Ｎ０〜Ｎ１５が通過する度にパルス信号Ｐを発生し，ピックアップ２５の直前を欠歯領域２６の後で０番の歯Ｎ０が通過するときのクランク角位置がエンジンの上死点に対応し，そのときピックアップ２５が出力する上死点信号と，図示しない行程センサの出力信号とから，圧縮行程終りの上死点ＴＤＣ１（図３参照。以下，第１上死点ＴＤＣ１という。）か，排気行程終わりの上死点ＴＤＣ２（図３参照。以下，第２上死点ＴＤＣ２という。）かを判断することができる。

図２に示すように，電子制御ユニット２０には，バッテリ２１に接続される電源回路３０，この電源回路３０より給電されて前記燃料ポンプ１６を駆動する燃料ポンプ駆動回路３１，クランクパルス発生装置２３が発生するパルス信号Ｐからクランク軸７の角速度（以下，クランク角速度という。）を演算する角速度演算回路３２，この角速度演算回路３２で得たクランク角速度からクランク角加速度を演算する角加速度演算回路３３及び，角加速度演算回路３３で得たクランク角加速度からエンジンの加減速状態を判別する加減速判別回路３４が設けられる。

また電子制御ユニット２０には，前記燃料噴射弁１４を開閉する噴射弁駆動回路３７及び，燃料噴射量及び噴射時期を決定して噴射弁駆動回路３７を制御する燃料噴射量・時期決定回路３６が設けられ，この燃料噴射量・時期決定回路３６には，前記角速度演算回路３２及び加減速判別回路４３の出力信号が入力される。

さらに電子制御ユニット２０には，前記点火コイル１９を駆動する点火コイル駆動回路３９及び，点火時期を決定して点火コイル駆動回路３９を制御する点火時期決定回路３８が設けられ，この点火時期決定回路３８にも前記角速度演算回路３２及び加減速判別回路４３の出力信号が入力される。

次に，この実施例の作用について説明する。

エンジンＥの運転中，クランク軸７の回転角度位置に応じてクランクパルス発生装置２３からパルス信号Ｐが発生し，それらからクランク軸７の角速度を求めたものを図３に示す。図３中，Ｃは定常運転時，Ｄは減速運転時，Ａは加速運転時のクランク軸７の角速度変動曲線であり，減速運転時Ｄでは，前記第１上死点ＴＤＣ１の前後でのクランク軸７の角速度の変動が定常運転時より大きく，また加速運転時Ａでは，前記第２上死点ＴＤＣ２の前後でのクランク軸７の角速度の変動が定常運転時より小さく，これらを利用してエンジンＥの加減速状態の判別を行う。

即ち，先ず図２の角速度演算回路３２では，前記パルス信号Ｐから圧縮行程，膨張行程，排気行程及び吸気行程でのクランク軸７の角速度（以下，クランク角速度という。）π／ｔ１，π／ｔ２，π／ｔ３，π／ｔ４とを演算し，それらから各行程の所要時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４を算出する。その際，圧縮行程及び排気行程では，前述のように歯の２個分の欠歯領域２６が存在するので，２個の仮想パルスをプラスして演算する。

次いで，角加速度演算回路３３では，圧縮行程でのクランク角速度π／ｔ１と前行程でのクランク角速度π／ｔ４との差をｔ１で除した値，即ち圧縮行程角加速度ＴＣ０を演算し，また膨張行程でのクランク角速度π／ｔ２と前行程でのクランク角速度π／ｔ１との差をｔ２で除した値，即ち膨張行程角加速度ＴＣ１を演算し，また排気行程でのクランク角速度π／ｔ３と前行程でのクランク角速度π／ｔ２との差をｔ３で除した値，即ち排気行程角加速度ＴＣ２を演算し，吸気行程でのクランク角速度π／ｔ４と前行程でのクランク角速度π／ｔ３との差をｔ４で除した値，即ち吸気行程角加速度ＴＣ３を演算する。

その結果，加減速判別回路３４では，圧縮行程角加速度ＴＣ０と膨張行程角加速度ＴＣ１とを比較して，ＴＣ０＞ＴＣ１であれば減速状態と判別し，ＴＣ０＜ＴＣ１であれば減速状態ではないと判別する。また吸気行程角加速度ＴＣ３と排気行程角加速度ＴＣ２との比（ＴＣ３／ＴＣ２）を角加速度比ＴＣとして算出し，（今回のＴＣ）≒（前回又は次回のＴＣ）であれば定常状態と判別し，（ＴＣ）＞（定常時のＴＣ）であれば加速状態と判別する。

加減速判別回路３４で判別された減速状態，定常状態及び加速状態の信号は，燃料噴射量・時期決定回路３６や点火時期決定回路３８に送られる。そして，減速状態では，燃料噴射弁１４の燃料噴射を停止又は噴射量を減量すべく燃料噴射量・時期決定回路３６が噴射弁駆動回路３７を制御し，加速状態では，燃料噴射弁１４の燃料噴射量を増量すると共に噴射時期を早めるべく燃料噴射量・時期決定回路３６が噴射弁駆動回路３７を制御すると同時に，ノッキングを回避するため点火プラグ１８の点火時期を遅角すべく点火時期決定回路３８が点火コイル駆動回路３９を制御する。

こうしてエンジンＥの燃料噴射量及び時期並びに点火時期が，その減速，定常及び加速の状態に応じて制御されるので，ドライバビリティ，低燃費性，排エミッションの低減に寄与し得る。しかも減速，定常及び加速の状態の判別が，エンジンＥによる駆動されるクランクパルス発生装置２３が発生するパルス信号Ｐを演算することで行うことができ，従来のスロットル開度センサや吸気負圧センサを使用するものに比して構成が簡単で安価であるのみならず，ドライバに違和感を与えることがない。

次に，図４及び図５に示す本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例は，電子制御ユニット２０において，パルス周期演算回路４２が前実施例の角速度演算回路３２に代えて設けられ，またパルス周期変動演算回路４３が前記実施例の角加速度演算回路３３に代えて設けられる。その他の構成は，前実施例と略同様であるので，図４及び図５中，前実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

パルス周期演算回路４２では，クランクパルス発生装置２３が発生するパルス信号Ｐから圧縮行程，膨張行程，排気行程及び吸気行程のそれぞれの初期又は終期におけるパルス周期ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４を演算する。図示例では，各行程の初期のパルス周期を演算する。

次いで，パルス周期変動演算回路４３では，圧縮行程でのｓ１と次行程でのｓ２とのパルス周期差ＳＣ１，膨張行程でのｓ２と次行程でのｓ３とのパルス周期差ＳＣ２，排気行程でのｓ３と次行程のｓ４とのパルス周期差ＳＣ３，吸気行程でのｓ４と次行程でのｓ１とのパルス周期差ＳＣ４を演算する。そして，加減速判別回路３４では，ＳＣ１＞ＳＣ２であれば減速状態と判別し，ＳＣ１＜ＳＣ２であれば減速状態ではないと判別する。また吸気行程でのｓ４と次行程でのｓ１とのパルス周期差ＳＣ４と，排気行程でのｓ３と次行程のｓ４とのパルス周期差ＳＣ３の比（ＳＣ４／ＳＣ４）をパルス周期変動率ＳＣとして取り，（今回のＳＣ）≒（前回又は次回のＳＣ）であれば定常状態と判別し，（ＳＣ）＞（定常時のＳＣ）であれば加速状態と判別する。以後の作用は前実施例と同様であるので，その説明は省略する。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，クランクパルス発生装置２３をエンジンＥの動弁カムに連結して，エンジンＥの１サイクルにつきパルスロータ２４を１回転させるようにしてもよい。

Ｅ・・・・・エンジン
７・・・・・クランク軸
２３・・・・クランクパルス発生装置
３２，３３・・・回転変動検出手段
３２・・・・角速度演算回路
３３・・・・角加速度演算回路
４２，４３・・・回転変動検出手段
４２・・・・パルス周期演算演算
４２・・・・パルス周期変動演算演算

Claims (5)

1. エンジン（Ｅ）のクランク軸（７）の１回転当たり多数のパルス信号（Ｐ）を発生するクランクパルス発生装置（２３）と，前記パルス信号（Ｐ）からエンジン（Ｅ）の各行程におけるクランク軸（７）の回転変動を演算する回転変動検出手段（３２，３３；４２，４３）と，エンジン（Ｅ）の所定の上死点（ＴＤＣ１，ＴＤＣ２）前の行程での回転変動と，同上死点（ＴＤＣ１，ＴＤＣ２）後の行程での回転変動との比較によりエンジン（Ｅ）の加減速状態を判別する加減速判別手段（３４）とを備えることを特徴とする，エンジンの加減速状態判別装置。
2. 請求項１記載のエンジンの加減速状態判別装置において，
   前記回転変動検出手段（３２，３３）では，上死点（ＴＤＣ１）を挟んで並ぶ圧縮行程及び膨張行程での各回転変動を演算し，前記加減速判別手段（３４）では，圧縮行程及び膨張行程での各回転変動の相互比較により減速状態を判別することを特徴とする，エンジンの加減速状態判別装置。
3. 請求項１記載のエンジンの加減速状態判別装置において，
   前記回転変動検出手段（３２，３３）では，上死点（ＴＤＣ２）を挟んで並ぶ排気行程及び吸気行程での各回転変動を演算し，前記加減速判別手段（３４）では，排気行程及び吸気行程での各回転変動の相互比較により加速状態を判別することを特徴とする，エンジンの加減速状態判別装置。
4. 請求項１記載のエンジンの加減速状態判別装置において，
   前記回転変動検出手段（３２，３３）では，クランク軸（７）の回転変動としてクランク軸（７）の角加速度を演算することを特徴とする，エンジンの加減速状態判別装置。
5. 請求項１記載のエンジンの加減速状態判別装置において，
   前記回転変動検出手段（４２，４３）では，前記パルス信号から隣接する行程の初期又は終期におけるパルス周期を演算し，それらに基づきクランク軸（７）の回転変動としてパルス周期の変動率を演算することを特徴とする，エンジンの加減速状態判別装置。

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