JPH0654277B2 - ロ−タリピストンエンジンの筒内圧検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの筒内圧検出方法、特にロータリピス
トンエンジンの作動室内の圧力を検出する筒内圧検出方
法に関する。

（従来技術） エンジンの燃焼状態或は燃焼室のシール性能等を把握す
るために用いらえる筒内圧力線図は、各クランク角に対
応する筒内圧を逐一検出して線図化することにより作成
されるが、この筒内圧力線図は、エンジンの各行程のう
ちの吸気ポート及び排気ポートが共に閉鎖されている行
程、つまり圧縮行程と膨張行程とについて作成されるの
が通例である。そして、上記筒内圧力線図の作成時にお
ける筒内圧の検出は、例えば特開昭５３−４１６４８号
公報に示唆されているように、エンジンの燃焼室に面し
て設置された圧力センサによって行うことができるが、
その場合にレシプロエンジンにおいては、圧縮行程の開
始時から膨張行程の終了時までの全領域にわたってクラ
ンク角に対する筒内圧の変化を単一の圧力センサによっ
て検出することができる。

しかし、ロータリピストンエンジンの筒内圧力線図を作
成する場合には、作動室（燃焼室）がロータの回転に伴
って移動するため、圧縮行程の開始時から膨張行程の終
了時までの全領域における筒内圧の変化を単一の圧力セ
ンサで検出することは不可能である。つまり、第５図
（Ｉ）に示すように、ロータＡの一辺Ａ′によって画成
される作動室Ｂが吸気ポートＣから遮断されて圧縮行程
が開始される時から該作動室Ｂに圧力センサＤが面する
ように該センサＤを設置した場合、鎖線で示すようにロ
ータＡが略１２０゜（出力軸Ｅが略３６０゜）回転して
該ロータＡの上記辺Ａ′における後方のコーナー部Ａ″
がセンサＤを通過するまでは、該圧力センサＤによる作
動室Ｂ内の圧力検出が可能であるが、この鎖線で示す位
置からロータＡが更に略６０゜（出力軸Ｅが略１８０
゜）回転して当該作動室Ｂが排気ポートＦに通過するま
で、即ち膨張行程が終了するまでの間においては、セン
サＤが作動室Ｂに面しないので圧力検出が不可能とな
る。また、第５図（II）に示すように、ロータＡの一辺
Ａ′により画成される作動室Ｂが排気ポートＦに通じて
膨張行程が終了するまで該作動室Ｂに圧力センサＤが面
するように該センサＤを設置した場合は、鎖線で示すロ
ータＡの回転角で略１２０゜前の位置、即ち上記辺Ａ′
の前方のコーナー部ＡがセンサＤを通過した位置から
後は圧力検出が可能であるが、当該作動室Ｂが吸気ポー
トＣから遮断されてから上記の鎖線で示す位置までのロ
ータ回転角で略６０゜の間で圧力検出が不可能となるの
である。

このような問題に対処するためには、複数の圧力センサ
を適宜配設すると共に、これら複数の圧力センサの出力
値の変化を継ぎ合せることにより、圧縮行程の開始時か
ら膨張行程の終了時までの全領域にわたる筒内圧力線図
を作成することが考えられる。しかし、このような方法
による場合、各センサの出力値、つまり異なる領域にお
いて検出された複数の圧力波形を一つの圧力波形（筒内
圧力線図）にするための面倒な後処理計算が必要となっ
て所謂リアルタイム処理が困難となり、また複数のセン
サを用いることに伴って装置自体が複雑化するといった
問題が生じる。

（発明の目的） 本発明は、ロータリピストンエンジンの筒内圧検出方法
における上記のような問題に対処するもので、単一の筒
内圧センサにより検出された特定作動室の筒内圧の実測
値と、該実測値に簡単な計算を施して算出された計算値
とにより、上記エンジンの圧縮行程の開始時から膨張行
程の終了時までの全領域にわたる筒内圧を得るように
し、もって複数の筒内圧センサ及び複雑な計算を要しな
いロータリピストンエンジンの筒内圧検出方法を提供す
ることを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係るロータリピストンエンジンの筒内圧検出方
法は、上記目的達成のため次のように構成したことを特
徴とする。

即ち、単一の筒内圧センサをロータハウジング内に面し
て設けると共に、該センサが特定作動室に面する筒内圧
の実測可能領域においては該センサにより作動室の筒内
圧を検出し、且つ該センサが当該作動室に面しない実測
不能領域においては、上記実測可能領域で筒内圧センサ
により検出した筒内圧値と既定の作動室の容積変化特性
とに基づいて筒内圧を算出する。

ところで、上記筒内圧の検出は、エンジンの各行程のう
ちの吸、排気ポートが共に閉鎖されている圧縮及び膨張
行程について行えば十分で、ロータリピストンエンジン
においては、ロータの回転角で略１８０゜の範囲（エン
ジン出力軸の回転角で表すと略５４０゜）で検出すれば
よいが、上記のように単一の筒内圧センサでは出力軸の
回転角で略３６０゜の範囲が実測可能領域となり、残り
の出力軸回転角で略１８０゜の範囲が実測不能領域とな
る。そこで、この実測不能領域においては上記センサに
よる実測値と作動室の出力軸回転角に対する容積変化の
特性とに基づいて筒内圧を演算するわけであるが、この
演算は具体的には以下に示すような方法で行われる。

つまり、上記実測不能領域における作動室内の混合気な
いし燃焼ガスの状態変化をポリトロープ変化、即ちＰＶ
^ｎ＝Ｃ（Ｐ：筒内圧、Ｖ：容積、n ，Ｃ：定数）の関係
式を満たすように変化するものとして、先ず上記実測可
能領域の少なくとも２個所で検出した筒内圧Ｐ_１、Ｐ_２
…と、これらの値を検出した際の作動室の容積Ｖ_１、Ｖ
_２…との上記式ＰＶ^ｎ＝Ｃにおける筒内圧Ｐと容積Ｖと
に夫々代入して定数n ，Ｃを求める。そして、実測不能
領域における各出力軸回転角に対応する既定の作動室の
容積Ｖ_１′，Ｖ_２′…を定数n ，Ｃが定められた上記式
ＰＶ^ｎ＝Ｃにおける容積Ｖに代入することにより、各出
力回転角に対する筒内圧Ｐ_１′，Ｐ_２′…を求めるので
ある。

尚、上記筒内圧センサとしては、圧電型センサや抵抗線
ひずみ型センサ等を使用することができるが、これらの
うち特に小型で応答性の良い圧電型センサを使用した場
合には、作動室内の絶対圧を検出することができないた
め、以下の実施例でも述べるように吸気圧ないし排気圧
による零点補正が必要となる。

（発明の効果） 以上のように本発明に係るロータリピストンエンジンの
筒内圧検出方法によれば、単一の筒内圧センサでは実測
不能な行程における筒内圧を、実測可能行程で検出した
筒内圧値と作動室の容積変化特性とに基づいて算出する
ようにしたので、複数のセンサを用いることなく、また
複雑な後処理計算を行うことなく、従ってリアルタイム
で圧縮及び膨張行程の全行程にわたる筒内圧を検出する
ことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示すようにロータリピストンエンジン１のハウ
ジング２には繭形の内周面２a が形成されていると共
に、該ハウジング２内に、出力軸３に支承された略三角
形状のロータ４が収納され、このロータ４の各コーター
部４a …４a により上記ハウジング２内が複数の作動室
５…５に画成されている。また、該ハウジング２内に
は、吸気ポート６及び排気ポート７が夫々開口されてい
ると共に、図示しない点火プラグがハウジング２におけ
る所定の位置に配設され、ロータ４の回転によって上記
各作動室５…５が吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を順
次行うようになっている。

然して、上記ハウジング２には、作動室５の筒内圧を検
出する圧電型の筒内圧センサ８が設けられているが、こ
のセンサ８は、上記ロータ４がx 方向に回転するものと
して、実線で示すように一つの作動室が吸気ポート６か
ら遮断されて圧縮行程を開始する時、つまり吸気下死点
から該作動室５の筒内圧検出が可能なように位置されて
いる。

更に以上の構成に加えて、このエンジン１には、上記筒
内圧センサ８からの筒内圧信号a と、吸気ポート６内の
吸気圧を検出する吸気圧センサ９からの吸気圧信号b と
が入力される演算ユニット１０が備えられている。この
演算ユニット１０は、一つの作動室５が圧縮行程を開始
してから膨張行程を終了するまでの間における上記筒内
圧センサ８による実測が可能な領域、即ち該センサ８が
当該作動室５内に面する間においては、出力軸３の回転
角に対応する筒内圧（絶対圧）を求め、これに基づいて
この領域における筒内圧波形を作成すると共に、上記セ
ンサ８が当該作動室５内に面しなくなって実測が不可能
となる領域においては、上記実測可能領域で求めた筒内
圧に所定の計算処理を施すことにより、この実測不能領
域における出力軸３の回転角に対する筒内圧を算出し、
これにより圧縮行程の開始時から膨張行程の終了時まで
の筒内圧波形を完成するようになっている。尚、この実
施例では排気ポート７内の排気圧を検出する排気圧セン
サ１１が備えられ、該センサ１１からの排気圧信号c が
演算ユニット１０に入力されるようになっている。

次に、上記のように構成された装置による具体的な筒内
圧検出方法について説明する。

先ず、ロータ４がハウジング２内をx 方向に偏心回転し
て、第１図に実線で示すようにロータ４の１つの辺４_１
によって画成される特定作動室５_１が圧縮行程を開始す
る状態（吸気下死点）に達した時、該作動室５_１内に筒
内圧センサ８が面するので該センサ８による当該作動室
５_１の筒内圧の検出が開始される。そして、この状態か
ら鎖線（イ）で示すようにロータ４が更に略１２０゜回
転して当該作動室５_１が上記筒内圧センサ８を通り過ぎ
るまでの間、該筒内圧センサ８による作動室５_１の筒内
圧の検出が連続的に行われる。尚、このようにロータ４
が略１２０゜回転する間に出力軸３は略３６０゜回転
し、またこの間に混合気が点火プラグによって着火され
て膨張行程に移行する。

ここで、上記のようにして検出された一つの作動室５_１
の筒内圧を上記出力軸３の回転角に対応させて示すと、
第２図に実線で示す筒内圧曲線Ｋが得られることになる
が、この曲線Ｋは、上記筒内圧センサ８から演算ユニッ
ト１０に入力される筒内圧信号a に基づいて得られる圧
力波形を吸気センサ９から該ユニット１０に入力される
吸気圧信号b に基いて零点補正したものである。この補
正は、上記筒内圧センサ８として使用されている圧電型
センサが、作動室５内における圧力変動を正確に且つ確
実に検出できる反面、絶対圧を検出することができない
といった特性に対処するために行われるもので、圧電型
センサとは異なる種類の吸気圧センサ９によって検出さ
れた吸気圧（絶対圧）Ｐ_ｘ を、出力軸回転角が０゜、
即ち当該作動室５_１が吸気下死点にある時の筒内圧とし
て設定するものである。これにより、出力軸回転角が０
゜から３６０゜の範囲で各出力軸回転角に対する筒内圧
が絶対圧として得られることになる。

ところで、上記作動室５_１の筒内圧は、エンジン１の全
行程のうちの圧縮及び膨張行程（この２行程を行う間に
出力軸３は５４０゜回転する）について求められるわけ
であるが、その場合に出力軸回転角が３６０゜から５４
０゜までの領域、つまり上記ロータ４が第１図に鎖線
（イ）で示す状態から更に略６０゜回転して鎖線（ロ）
で示すように当該作動室５_１の膨張行程が終了するまで
の間は、上記筒内圧センサ８は当該作動室５_１に面しな
いので、該センサ８によってこの作動室５_１の筒内圧を
検出することができない。尚、この間にセンサ８は第２
図に鎖線Ｋ′で示すように、当該作動室５_１の後側の作
動室５における吸気下死点以後の筒内圧を検出すること
になる。

然して、上記演算ユニット１０は、この領域（出力軸回
転角が３６０゜から５４０゜までの領域）における作動
室５_１内の気体（燃焼ガス）がポリトロープ変化をする
ものとして、次式 ＰＶ^ｎ＝Ｃ （Ｉ） に基づいて筒内圧を算出するが、この時の具体的な計算
方法を示すと以下のようになる。即ち、先ず上記筒内圧
センサ８からの筒内圧信号a に基づいて求められた筒内
圧曲線Ｋから、出力軸回転角３６０゜の近傍（できるだ
け３６０゜に近い方が良い）の２個所の回転角α_１，α
_２に対応する筒内圧Ｐ_１，Ｐ_２を読み取ると共に、この
Ｐ_１，Ｐ_２と、上記回転角α_１，α_２における作動室の
容積Ｖ_１，Ｖ_２とを上記（Ｉ）式における筒内圧Ｐと容
積Ｖとに代入してポリトロープ指数n 及び定数Ｃを決定
する。ここで、このポリトロープ指数n 及び定数Ｃは、
上記筒内圧力曲線Ｋを複数回にわたって求めると共に、
この複数の筒内圧力曲線に対して上記と同様の演算を行
うことにより複数個のポリトロープ指数n _１，n _２…及
び定数Ｃ_１，Ｃ_２…を求め、これらの値から代表値n ，
Ｃを算出することにより決定してもよく、また一つの筒
内圧力曲線Ｋから求めた多数個所の回転角度α_１，
α_２，α_３，α_４…に対応する筒内圧Ｐ_１，Ｐ_２，
Ｐ_３，Ｐ_４…と、上記角度α_１，α_２，α_３，α_４…に
おける作動室の容積Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４…とから複
数のn _１，n _２，n _３，n _４…及びＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，
Ｃ_４…を求め、これらの値から代表値n ，Ｃを算出する
ことにより決定してもよい。

このようにして指数n と定数Ｃとの値が決まると、上記
演算ユニット１０は、出力軸回転角が３６０゜から５４
０゜までの領域における各回転角α_１′，α_２′…に対
応する作動室の容積Ｖ_１′，Ｖ_２′…を上記（Ｉ）式Ｐ
Ｖ^ｎ＝Ｃの容積Ｖに夫々代入して、上記各回転角
α_１′，α_２′…に対応する筒内圧Ｐ_１′，Ｐ_２′…を
夫々算出する。そして、この演算結果から第２図に破線
で示す筒内圧曲線Ｌを作成する。

このように、第１図で示す位置に筒内圧センサ８を設け
た場合、該センサ８による実測が可能な領域、つまり出
力軸回転角が０゜（吸気下死点）から３６０゜までの領
域においては、該センサ８からの筒内圧信号a に基づい
て筒内圧曲線Ｋが得られると共に、実測か不可能な領
域、つまり出力軸回転角が３６０゜から５４０゜までの
領域においては、実測可能領域で得られた筒内圧曲線Ｋ
と、作動室５の容積変化とに基づいて筒内圧力曲線Ｌが
得られることになる。従って、圧縮及び膨張行程の全領
域（出力軸０゜から５４０゜までの領域）における筒内
圧が単一のセンサからの出力信号に基づいて求められる
ことになり、複数のセンサを用いて上記筒内圧を求める
場合と比較して検出装置が簡素化され、また後処理計算
等が不要となってリアルタイム処理が可能となる。

尚、膨張行程の終了時、つまり出力軸回転角が５４０゜
の近傍において排気ポート７と作動室５とが連通した
時、筒内圧がブローダウンして排気ポート７内の排気圧
に等しくなる。そこで、より緻密な筒内圧曲線を得るた
めに、第２図に示すように、排気ポート７が開き始める
角度α_０でブローダウンが生じるものとして、排気ポー
ト７に設けられた排気圧センサ１１から演算ユニット１
０に入力される排気圧信号c に基づいて、上記角度α_０
以後の筒内圧を曲線Ｍで示すように排気圧Ｐy としても
よい。

次に本発明の第２実施例を第３，４図に基づいて説明す
る。

第３図に示すようにロータリピストンエンジン２１は、
ハウジング２２に設けられて作動室２５…２５の筒内圧
を検出する筒内圧センサ２８を有すると共に、該筒内圧
センサ２８からの筒内圧信号d と排気ポート２７に設け
られた排気圧センサ３１からの排気圧信号e とが入力さ
れる演算ユニット３０を備えているが、この実施例にお
いては、ロータ２４がx 方向に回転するものとして、該
ロータ２４が実線で示す状態、つまり１つの辺２４_１に
よって画成された特定の作動室２５_１が排気ポート２７
に連通して膨張行程が終了するまで該作動室２５_１の筒
内圧検出が開始できるように上記筒内圧センサ２８が設
置されている。従って、この場合は、ロータ２４が、同
図に鎖線（ハ）で示す状態、つまり上記作動室２５_１が
吸気下死点にある状態から略６０゜回転して鎖線（ニ）
で示すように当該作動室２５_１内にセンサ２８が面する
までの間（この間に出力軸２３は略１８０゜回転する）
は、上記筒内圧センサ２８によって作動室２５_１の筒内
圧を実測できないことになる。そして、それ以後、ロー
タ２４が更に略１２０゜回転して作動室２５_１が実線で
示す状態となるまでの間（この間に出力軸２３は略３６
０゜回転する）が筒内圧の実測が可能となる。

従って、この実施例においては、特定作動室２５_１が吸
気下死点にある時の出力軸回転角を０゜とすると、該回
転角が１８０゜から５４０゜までの領域では、上記演算
ユニット３０に入力される筒内圧信号d に基づいて第４
図に実線で示す筒内圧力曲線Ｎが得られると共に、上記
回転角が０゜から１８０゜までの領域においては、作動
室２５内の気体（混合気）がポリトロープ変化するもの
として、演算ユニット３０が第１実施例と同様の所定の
演算処理を行うことにより、破線で示す筒内圧力曲線Ｏ
が得られることになる。尚、この場合においては、排気
圧センサ３１からの信号が示す排気圧（絶対圧）Ｐz
を、膨張行程の終了時、つまり出力軸回転角が５４０゜
の時の筒内圧とすることにより、該回転角が０゜から５
４０゜までの全領域における筒内圧が絶対圧として得ら
れることになる。このようにして、この第２実施例にお
いても、圧縮及び膨張行程の全行程における筒内圧が単
一の筒内圧センサからの出力信号に基づいて求められる
ことになる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の第１実施例を示すもので、第１図
は筒内圧検出装置の概略構成図、第２図は上記装置によ
り求められた筒内圧力線図である。第３，４図は本発明
の第２実施例を示すもので、第３図は同じく筒内圧検出
装置の概略構成図、第４図は筒内圧力線図である。ま
た、第５図（Ｉ），（II）は夫々従来の問題点を示す概
略説明図である。 １，２１……ロータリピストンエンジン、５，２５……
作動室、８，２８……筒内圧センサ、１０，３０……演
算ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作動室の筒内圧を検出するロータリピスト
   ンエンジンの筒内圧検出方法であって、ロータハウジン
   グ内に面する単一の筒内圧センサを備え、該センサが特
   定作動室に面する実測可能領域の間、該センサにより当
   該作動室の筒内圧を検出すると共に、該センサが当該作
   動室に面しない実測不能領域においては、上記実測可能
   領域で検出した筒内圧値と、既定の作動室容積変化特性
   とに基づいて筒内圧を算出することを特徴とするロータ
   リピストンエンジンの筒内圧検出方法。