JP6157882B2 - 内燃エンジンのエンジン回転数制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、単気筒４サイクルエンジンのエンジン回転数を制御する内燃エンジンのエンジン回転数制御装置に関する。

自動二輪車に搭載される単気筒４サイクルエンジンは、軸トルクが発生する爆発行程や、抵抗となる圧縮行程を１気筒だけで行うため、多気筒エンジンとは異なり、アイドリング回転数が不安定となりやすい（爆発行程のピストン速度は速く、圧縮行程のピストン速度は遅くなるため）。
そこで、従来、クランクシャフトの回転位置を所定角度で検出するクランクセンサのクランクパルス信号を用いて、特許文献１にも開示されているように現サイクルの１回転前のクランクパルス信号のオフ時間と２回転前のクランクパルス信号のオフ時間とを検出し、これら時間差、すなわち偏差に基づき、点火プラグの点火時期を補正したり、インジェクタの燃料噴射量を補正したり、スロットルバルブの吸入空気量を補正したりして、アイドリング回転を安定化させることが行われている。

特開２００２−３１７７４１号公報

しかし、単気筒４サイクルエンジンは、２回転前のクランクパルス信号オフ時間や１回転前のクランクパルス信号オフ時間そのものが大きくばらつくことがある。こうしたばらつきが有ると、理想とする点火時期に到達しにくくなったり、理想とする燃焼噴射量や吸入空気量にしにくくなったりしやすい。このため、単気筒４サイクルエンジンでは、アイドルを目標回転数のアイドル回転数に安定させることは難しい。
そこで、本発明の目的は、簡単な制御で、エンジン回転数を速やかにアイドリング回転数で安定化させることが可能な内燃エンジンのエンジン回転数制御装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するためにエンジン回転数制御装置として、単気筒４サイクルエンジンのピストンが連結されたクランクシャフトの回転位置を所定の角度で検出してクランクパルス信号を発生するクランク角センサと、このクランク角センサのクランクパルス信号に基づき単気筒４サイクルエンジンの燃焼制御機器を制御する制御部とを備え、制御部が、クランクパルス信号の終端から１回転の領域を１行程するとともに、同１行程で燃焼制御機器が作動される行程を現行程とし、かつ予め単気筒エンジンのアイドリング運転におけるアイドリング回転数に基づき設定された、現行程の制御対象となる燃焼制御機器の実行直前における設定クランクパルス信号時間値を有し、単気筒エンジンのアイドリング運転時に現行程の制御対象となる燃焼制御機器の実行直前の設定クランクパルス信号時間値と対応する時期のクランクパルス信号時間を検出し、単気筒エンジンのアイドリング運転時における現行程の制御対象となる燃焼制御機器の実行を、予め設定された設定クランクパルス信号時間値に対する燃焼制御機器の実行直前のクランクパルス信号時間値の偏差に基づき制御することとした。

好ましくは、燃焼制御機器は、点火プラグであり、この点火プラグの点火時期が制御されることとした。
好ましくは、燃焼制御機器は、燃料を噴射するインジェクタであり、このインジェクタの燃料噴射量が制御されることとした。
好ましくは、燃焼制御機器は、吸入空気を制御するスロットルバルブであり、このスロットルバルブの吸入空気量が制御されることとした。

本発明によれば、現行程の制御対象となる燃焼制御機器は、常に焼制御機器の直前のクランクパルス信号時間と、目標となるアイドリング回転数に基づき設定された設定クランクパルス信号時間との偏差に基づき制御される。

それ故、単気筒４サイクルエンジンにおけるエンジン回転数は、たとえ大きくばらついていたとしても、速やかにアイドリング回転数で安定化させることができる。しかも、制御は簡単である。
特に点火プラグ、制御対象が、インジェクタ、スロットルバルブといった燃焼制御機器であると、効果的にエンジン回転数を安定させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るエンジン回転数制御装置が適用された内燃エンジンの概略を示す構成図。 エンジン回転数制御装置の構成を示すブロック図。 同エンジン回転数制御装置の制御を説明するフローチャート。 同エンジン回転数がアイドリング回転数に制御される状況を説明するタイミングチャート。 本発明の第２の実施形態の要部となるエンジン回転数制御装置の構成を示すブロック図。 同エンジン回転数制御装置の制御を説明するフローチャート。 本発明の第３の実施形態の要部となるエンジン回転数制御装置の構成を示すブロック図。 同エンジン回転数制御装置の制御を説明するフローチャート。

以下、本発明を図１〜図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は、自動二輪車に搭載される単気筒４サイクルエンジン全体の概略的な構成を示していて、図中１は、内燃エンジンであるところの単気筒４サイクルエンジンを示している（以下、単にエンジン１という）。

同エンジン１は、ピストン２を往復動可能に収めたシリンダブロック３と、ピストン２につながるクランクシャフト５やクランクシャフト５につながるフライホイール６を収めたクランクケース７と、吸・排気ポート１０ａ，１０ｂや同吸・排気ポート１０ａ、１０ｂを開閉する吸・排気バルブ１１ａ，１１ｂや点火プラグ１２（点火装置）を有したシリンダヘッド１３とを備えている。吸気ポート１０ａには、インジェクタ１５が装着された吸気管１６、アイドルスピードコントロールバルブ１７ａが付いたスロットルバルブ１７、エアフローメータ１８、エアクリーナ１９が順に接続される。

また例えばフライホール６には、例えば同フライホール６の外周部の一部に設けた突起歯２０と、同フライホイール６の周囲に配設した突起検出用のセンサ部２１とで構成されるクランク角センサ２２が装着されている。突起歯２０は、例えばピストン２の上死点から進角側の所定位置に配置、ここでは例えば点火時期がピストン２の上死点から３０°進角した位置に設定されている。このクランク角センサ２２から発するクランクパルス信号により、クランクシャフト５の回転位置が検出される。むろん、クランク角センサ２２からはクランクパルスのオフ信号やオン信号が発生する。

一方、２５は、例えばマイクロコンピュータで構成された制御部である。この制御部２５には、図示はしないが自動二輪車のアクセルグリップの開度信号（アクセル開度）やエンジン１の回転数（エンジン回転数）などが入力される。制御部２５には、点火プラグ１２、インジェクタ１５、スロットルバルブ１７、クランク角センサ２２など接続され、自動二輪車のアクセルグリップ（図示しない）の開度やエンジン回転数などで得られる自動二輪車の運転状態に基づき、燃焼制御機器であるところの点火プラグ１２やインジェクタ１５やスロットルバルブ１７などが制御される。すなわち、自動二輪車の運転状態に基づき、同運転に要求される点火プラグ１２の点火時期やインジェクタ１５の燃料噴射量やスロットルバルブ１７の吸入空気量などが求められ、同求められた値にしたがい点火プラグ１２、インジェクタ１５、スロットルバルブ１７などが制御されるようにしてある。

制御部２５には、この他に、エンジン回転数制御装置を構成する、エンジン１のアイドリング運転のとき、目標回転数のアイドリング回転数で、安定して運転させる機能が組み込まれている。

この安定化させる機能は、図４のタイミングチャートで示されるように、まず、クランク角センサ２２から出力されるクランクパルス信号の終端から１回転の領域を１行程とするとともに、当該点火プラグ１２、インジェクタ１５、スロットルバルブ１７ａといった点火、燃料噴射、吸気吸入の実行を含む行程をそれぞれ現行程αとする機能をもつ。

このうえで、制御部２５には、現行程の制御対象となる燃焼制御機器の実行直前のクランクパルス信号時間、ここでは、例えば図４中で示した現行程αの点火プラグ１３が作動（実行）する直前におけるクランクパルス信号オフ信号時間Ｔ0を検出する機能、予め目標回転数（アイドリング回転数）に基づき定めた設定クランクパルス信号時間値、例えば上記クランクパルス信号オフ信号時間Ｔ0と対応した上記点火プラグ１３の作動（実行）直前の時期における設定クランクパルス信号オフ時間値Ｔ（アイドリング回転数に基づき設定）を格納しておく機能、設定クランクパルス信号オフ時間値Ｔと上記検出したクランクパルス信号オフ時間値Ｔ0とを比較して偏差を算出する機能、算出した偏差にしたがい点火プラグ１３の点火時期を補正する機能、現行程αで点火プラグ１３を上記補正した点火時期で点火（実行）させる機能が設定されている。このため、制御部２５は、例えば図２に示されるように比較手段３０（偏差を算出する機能）や点火時期補正手段３１（補正する機能）を有して、エンジン回転数制御装置を構成している。

つまり、このエンジン回転数制御装置で行われる点火プラグ１３の点火時期の制御にて、アイドル回転を安定化させるようにしている。図３には、このエンジン回転数制御装置のアイドリング回転を安定化させる制御のフローチャートが示されている。

つぎに、このフローチャートおよび図４に示すタイミングチャートを参照して、点火時期制御を用いたアイドリング回転の安定化について説明する。
今、自動二輪車のアクセルグリップ（図示しない）は初期位置に戻り、エンジン１のアイドル運転が行われるとする。
すると、ステップＳ１からスッテップＳ３へ進み、図４に示されるようにクランク角センサ２２から出力されるクランクパルス信号から、現行程αにおける点火プラグ１２による点火直前におけるクランクパルスオフ時間Ｔ0を検出する。ちなみにアイドル運転でないときは、ステップＳ２へ進み、運転状態に応じた点火時期制御、具体的にはアクセルグリップの開度（アクセル開度）とエンジン回転数とに応じた点火時期制御が行われる。

続くステップＳ４は、この点火直前におけるクランクパルス信号オフ時間Ｔ0と、予め定められた目標回転数（アイドリング回転数）に基づき設定された現行程αにおける設定クランクパルス信号オフ時間値Ｔとを比較し、偏差（時間差）を算出する。

続くステップＳ５は、算出された偏差に基づき現行程αの点火時期を補正する。すなわち、直前のクランクパルス信号オフ時間Ｔ0が設定クランプパルス信号オフ時間値Ｔより短い場合は、エンジン回転数が目標回転数（アイドリング回転数）に対し低い回転数となる傾向にあると想定されるので、偏差分、点火時期を進角させる補正を行い、燃焼出力を増加させる。反対に直前のクランクパルス信号オフ時間Ｔ0が設定クランプパルス信号オフ時間値Ｔより長い場合は、エンジン回転数が目標回転数（アイドリング回転数）に対し高い回転数となる傾向にあると想定されるので、偏差分、点火時期を遅角させる補正を行い、燃焼出力を低減させる。

この点火プラグ１２の点火時期の制御により、燃焼出力は補正される（ステップＳ６）。つまり、点火直前のクランクシャフト５の回転速度のばらつきは直後で補正され、直後の回転速度に反映されるから、アイドル回転は、ばらつきが収まりながら目標回転数（アイドリング回転数）に保たれる。

したがって、現行程αの制御対象となる点火プラグ１２の点火時期が、常に点火直前におけるクランクパルス信号オフ時間Ｔ0（クランクパルス信号時間）と、目標となる目標回転数（アイドリング回転数）に基づき設定された設定クランクパルス信号オフ時間値Ｔ（設定クランクパルス信号時間値）との偏差に基づき制御されることにより、点火直前のクランクシャフト５の回転速度のばらつきは、速やかに是正される。

それ故、単気筒４サイクルエンジンにおけるエンジン回転数は、たとえ大きくばらつくことがあっても、速やかに目標回転数（アイドリング回転数）で安定化させることができる。しかも、安定化の制御は、直前に検出したクランクパルス信号時間と、アイドリング回転数に基づき設定された設定クランクパルス信号時間値との偏差を用いる簡単な制御ですむ。特に点火プラグ１２の点火時期を制御すると、効果的にエンジン回転数を安定させることができる。

図５および図６は本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態は、点火プラグの点火時期を制御するのではなく、インジェクタの制御でエンジン回転数を目標回転数（アイドリング回転数）で安定化させるものである。

これは、現行程αのインジェクタ１５が実行する直前におけるクランクパルス信号時間、例えば図４中の一点鎖線で示される吸気行程直前におけるクランクパルス信号オフ時間Ｔ1を検出し、図５のブロック図および図６のフローチャートで示されるように目標回転数（アイドリング回転数）に基づき予め設定した設定クランクパルス信号時間値となる設定クランクパルス信号オフ時間値Ｔを対比して偏差を算出し、算出された偏差に基づきインジェクタ１５が噴射する燃料噴射量を補正して、目標回転数（アイドリング回転数）になるように制御したものである。

すなわち、直前のクランクパルス信号オフ時間Ｔ１が設定クランプパルス信号オフ時間値Ｔより短い場合は、エンジン回転数が目標回転数（アイドリング回転数）に対し低い回転数となる傾向にあると想定されるので、偏差分、インジェクタ１５の噴射燃料量を増加させ、燃焼出力を増加させる。反対に直前のクランクパルス信号オフ時間Ｔ１が設定クランプパルス信号オフ時間値Ｔより長い場合は、エンジン回転数が目標回転数（アイドリング回転数）に対し高い回転数となる傾向にあると想定されるので、偏差分、インジェクタ１５の噴射燃料量を減少させ、燃焼出力を低減させる。
このようにしても第１の実施形態と同様、エンジン回転数を目標回転数（アイドリング回転数）で安定化させることができる。

図７および図８は本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態は、点火プラグの点火時期やインジェクタの燃料噴射量を制御するのではなく、吸入空気量の制御でエンジン回転数を目標回転数（アイドリング回転数）で安定化させるものである。

これは、現行程αの吸気行程が実行する直前におけるクランクパルス信号時間、例えば図４中の一点鎖線で示される吸気行程直前におけるクランクパルス信号オフ時間Ｔ1を検出し、図７のブロック図および図８のフローチャートで示されるように目標回転数（アイドリング回転数）に基づき予め設定した設定クランクパルス信号時間値となる設定クランクパルス信号オフ時間値Ｔを対比して偏差を算出し、算出された偏差に基づきスロットルバルブ１７のアイドリングスピードコントロールバルブ１７ａの開度を制御し、同バルブ１７ａを通過する吸入空気量を補正して、目標回転数（アイドリング回転数）になるように制御したものである。

すなわち、直前のクランクパルス信号オフ時間Ｔ１が設定クランプパルス信号オフ時間値Ｔより短い場合は、エンジン回転数が目標回転数（アイドリング回転数）に対し低い回転数となる傾向にあると想定されるので、偏差分、アイドリングスピードコントロールバルブ１７ａの開度を増加させ、燃焼出力を増加させる。反対に直前のクランクパルス信号オフ時間Ｔ１が設定クランプパルス信号オフ時間値Ｔより長い場合は、エンジン回転数が目標回転数（アイドリング回転数）に対し高い回転数となる傾向にあると想定されるので、偏差分、アイドリングスピードコントロールバルブ１７ａの開度を減少させ、燃焼出力を低減させる。

このようにしても第１、２の実施形態と同様、エンジン回転数を目標回転数（アイドリング回転数）で安定化させることができる。第１〜３の実施形態を適宜に組み合わせても構わない。
但し、図５〜図８において、第１の実施形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略した。

また、上述した第１〜３の実施形態では、検出した直前のクランクパルス信号オフ時間と設定クランクパルス信号オフ時間値（目標回転数に基づき設定）と対比する例を挙げたが、これに限らず、図４中の一点鎖線で示されるように現行程の点火、燃料噴射、吸気吸入（制御対象）の直前のクランクパルス信号オン時間Ｔ３やクランクパルス信号オン時間Ｔ４（いずれもクランクパルス信号時間）を検出し、目標回転数（アイドリング回転数）に基づき設定された設定クランクパルス信号オン時間値（設定クランクパルス信号時間値）との偏差にしたがい制御対象機器を制御しても（点火時期、燃料噴射量、吸入空気量など）、上述した第１〜３の実施形態と同様の効果を奏する。

なお、本発明は上述実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。

１ 単気筒４サイクルエンジン
２ ピストン
５ クランクシャフト
２５ 制御部

Claims (4)

1. 単気筒４サイクルエンジンのピストンが連結されたクランクシャフトの回転位置を所定の角度で検出してクランクパルス信号を発生するクランク角センサと、このクランク角センサのクランクパルス信号に基づき前記単気筒４サイクルエンジンの燃焼制御機器を制御する制御部とを備え、
   前記制御部が、
   前記クランクパルス信号の終端から１回転の領域を１行程するとともに、同１行程で前記燃焼制御機器が作動される行程を現行程とし、
   かつ予め前記単気筒エンジンのアイドリング運転におけるアイドリング回転数に基づき設定された、現行程の制御対象となる燃焼制御機器の実行直前における設定クランクパルス信号時間値を有し、
   前記単気筒エンジンのアイドリング運転時に前記現行程の前記制御対象となる燃焼制御機器の実行直前の前記設定クランクパルス信号時間値と対応する時期のクランクパルス信号時間を検出し、
   前記単気筒エンジンのアイドリング運転時における前記現行程の制御対象となる前記燃焼制御機器の実行を、前記予め設定された設定クランクパルス信号時間値に対する前記検出された前記燃焼制御機器の実行直前のクランクパルス信号時間値の偏差に基づき制御する
   ことを特徴とする内燃エンジンのエンジン回転数制御装置。
2. 前記燃焼制御機器は、点火プラグであり、この点火プラグの点火時期が制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンのエンジン回転数制御装置。
3. 前記燃焼制御機器は、燃料を噴射するインジェクタであり、このインジェクタの燃料噴射量が制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンのエンジン回転数制御装置。
4. 前記燃焼制御機器は、吸入空気を制御するスロットルバルブであり、このスロットルバルブの吸入空気量が制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンのエンジン回転数制御装置。

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