JPH07332151A - エンジンの平均有効圧力検出方法、エンジンの平均有効圧力検出装置および燃焼圧力制御装置付きエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期にわたり安定的にエンジンの平均有効圧
力を検出する。 【構成】 圧縮行程でのクランク軸のクランク角速度を
積分して積分値を求める。膨張行程でのクランク軸のク
ランク角速度を積分して積分値を求める。前記膨張行程
での積分値から前記圧縮行程での積分値を差し引いた値
から平均有効圧力を求める。クランク軸の回転変動によ
り平均有効圧力が求められるので、燃焼圧力を直接検出
するセンサが不要になる。したがって、平均有効圧力を
検出する能力は、長期にわたって使用しても一定に維持
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン運転状態が最
適となるように燃焼圧力制御装置を制御するに当たり用
いるエンジンの平均有効圧力検出方法、エンジンの平均
有効圧力検出装置に関するものである。また、本発明
は、エンジン運転状態が最適となるように燃焼圧力を制
御する燃焼圧力制御装置付きエンジンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンをその運転状態が最適に
なるように制御する手法としては、エンジンの平均有効
圧力が最大となるように燃焼圧力制御装置（例えば点火
時期変更装置等）を制御する手法がある。この手法を採
る場合、燃焼圧力を検出するに当たっては、シリンダヘ
ッドにピエゾ式の圧力変動センサを検出部が燃焼室に臨
むように取付けて行っていた。

【０００３】そして、エンジンの平均有効圧力を検出す
るに当たっては、前記センサの圧力変動値を積分するチ
ャージアンプにより燃焼室の圧力を検出し、この検出圧
力値の燃焼１サイクルでの平均値を算出することによっ
て行っていた。

【０００４】すなわち、前記検出圧力値の燃焼１サイク
ルでの平均値がエンジンの平均有効圧力であり、燃焼圧
力制御装置として点火時期変更装置を採用する場合に
は、前記平均有効圧力が最大となるように点火時期を進
角させたり遅角させたりしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述したよ
うに圧力変動センサを燃焼室に臨ませる構成を採ると、
この圧力変動センサは直接高温の燃焼ガスに晒されてし
まう関係から、長期にわたって使用すると検出能力が低
下する可能性がある。

【０００６】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、長期にわたり安定的にエンジンの平
均有効圧力を検出する方法および平均有効圧力検出装置
を提供することを目的とする。また、燃焼圧力を直接検
出する手法を採らずに燃焼圧力を制御し、長期にわたっ
て安定したエンジン制御を行えるようにすることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るエンジンの
平均有効圧力検出方法は、圧縮行程にあるときのクラン
ク軸のクランク角速度をピストンが下死点から上死点へ
移動するまでの範囲にわたって積分して圧縮行程でのク
ランク角速度の積分値を求めると共に、膨張行程にある
ときのクランク軸のクランク角速度をピストンが上死点
から下死点へ移動するまでの範囲にわたって積分して膨
張行程でのクランク角速度の積分値を求め、この膨張行
程でのクランク角速度の積分値から前記圧縮行程でのク
ランク角速度の積分値を差し引いてなる値から平均有効
圧力を求めるものである。

【０００８】本発明に係るエンジンの平均有効圧力検出
装置は、クランク角度センサと、クランク角毎のクラン
ク角速度を求めるクランク角速度検出手段と、圧縮行程
でのクランク角速度の積分値を求めると共に膨張行程で
のクランク角速度の積分値を求めるクランク角積分値演
算手段と、前記膨張行程でのクランク角速度の積分値か
ら前記圧縮行程でのクランク角速度の積分値を差し引い
てなる値から平均有効圧力を求める平均有効圧力決定手
段とを備えたものである。

【０００９】本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエンジ
ンは、燃焼圧力を制御してエンジン運転状態を変更する
燃焼圧力制御装置と、クランク角度センサと、クランク
角毎のクランク角速度を求めるクランク角速度検出手段
と、圧縮行程でのクランク角速度の積分値を求めると共
に膨張行程でのクランク角速度の積分値を求めるクラン
ク角積分値演算手段と、前記膨張行程でのクランク角速
度の積分値から前記圧縮行程でのクランク角速度の積分
値を差し引いて積分値の変動分を求め、かつこの変動分
が最大になるように前記燃焼圧力制御装置をフィードバ
ック制御する制御手段とを備えたものである。

【００１０】

【作用】本発明に係るエンジンの平均有効圧力検出方法
および平均有効圧力検出装置によれば、クランク軸の回
転変動に基づいて平均有効圧力が求められるので、燃焼
圧力を直接検出するセンサが不要になる。

【００１１】本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエンジ
ンによれば、クランク軸の回転変動に基づいて燃焼圧力
制御装置が制御されるので、燃焼圧力を直接検出するセ
ンサを用いずに燃焼圧力が最大となるようにエンジン運
転状態が変更される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係るエンジンの平均有効圧力
検出方法を実施するための装置を図１ないし図３に示す
実施例によって詳細に説明する。図１は本発明に係るエ
ンジンの平均有効圧力検出方法を実施するための装置を
示すブロック図、図２はクランク角とクランク角速度と
の関係を示すグラフ、図３は平均有効圧力と積算回転変
動値との関係を示すグラフである。

【００１３】これらの図において、１はエンジン（図示
せず）に取付けられたクランク角度センサで、このクラ
ンク角度センサ１は、クランク軸（図示せず）と共に回
転する歯車と対向する電磁ピックアップを備え、クラン
ク軸の回転角度を検出する構造になっている。すなわ
ち、このクランク角度センサ１は、電磁ピックアップが
前記歯車の歯を一つ越えるだけクランク軸が回転したと
きに検出信号を出力することになる。なお、本実施例で
はエンジンとして２サイクル単気筒型のものを採用した
例を示す。

【００１４】２はクランク軸の回転位置を検出するため
のクランク角検出手段である。このクランク角検出手段
２は、前記クランク角度センサ１の出力に基づいてピス
トン（図示せず）が下死点に達したときに圧縮行程が開
始されることを示す下死点検出信号を後述する演算ユニ
ットに出力し、かつピストンが上死点に達したときに膨
張行程が開始されることを示す上死点検出信号を演算ユ
ニットに出力するように構成されている。

【００１５】３はクランク軸が回転するときの角速度
（以下、この角速度をクランク角速度という）を検出す
るためのクランク角速度検出手段である。このクランク
角速度検出手段３は、前記クランク角度センサ１が出力
する検出信号の間隔からクランク角速度を求める構成に
なっている。

【００１６】４はクランク軸の回転変動に基づいてエン
ジンの平均有効圧力を求め、求めた平均有効圧力に基づ
いて燃焼圧力制御装置を制御するための演算ユニットで
ある。この演算ユニット４は、積分手段５と、積算回転
変動値算出手段６と、平均有効圧力決定手段７とを備え
ている。８は平均有効圧力マップ（図３）が記憶された
メモリ手段、９は燃焼圧力制御装置で、この燃焼圧力制
御装置９はエンジンの点火時期を進角させたり遅角させ
たりする構成になっている。

【００１７】前記演算ユニット４の積分手段５は、圧縮
行程にあるときのクランク軸のクランク角速度をピスト
ンが下死点から上死点へ移動するまでの範囲にわたって
積分して圧縮行程でのクランク角速度の積分値を求める
と共に、膨張行程にあるときのクランク軸のクランク角
速度をピストンが上死点から下死点へ移動するまでの範
囲にわたって積分して膨張行程でのクランク角速度の積
分値を求めるように構成されている。

【００１８】詳述すると、先ず、図２に示すようにピス
トンが下死点（ＢＤＣ）に位置して前記クランク角検出
手段２から下死点検出信号が入力されたときから、ピス
トンが上死点（ＴＤＣ）に位置してクランク角検出手段
２から上死点検出信号が入力されるまでのクランク角の
変化範囲にわたって、前記クランク角速度検出手段３が
クランク角毎に出力するクランク角速度を積算して圧縮
行程でのクランク角速度の積分値を求める。この積分値
は図２中に左下がりの平行斜線を施して示す範囲の面積
に相当する。

【００１９】そして、クランク角検出手段２から上死点
検出信号が入力されたときから次に下死点検出信号が入
力されるまでのクランク角の変化範囲にわたって、クラ
ンク角速度検出手段３が出力するクランク角速度を積算
して膨張行程でのクランク角速度の積分値を求める。こ
の積分値は図２中に右下がりの平行斜線を施して示す範
囲の面積に相当する。

【００２０】前記積算回転変動値算出手段６は、前記積
分手段５が求めた膨張行程でのクランク角速度の積分値
から圧縮行程でのクランク角速度の積分値を差し引いて
積算回転変動値ΔＮを求めるように構成されている。す
なわち、燃焼室で爆発が起きることによって生じるピス
トンを押し下げようとする真の力を、膨張行程でピスト
ンに加えられる力から圧縮行程でピストンを上昇させる
ためのフライホイール（図示せず）に蓄えられた力を差
し引くことによって求めている。

【００２１】前記平均有効圧力決定手段７は、前記積算
回転変動値算出手段６が求めた積算回転変動値ΔＮと対
応する平均有効圧力をメモリ手段８の平均有効圧力マッ
プから導き出すように構成されている。この平均有効圧
力マップは図３に示すように構成されている。このマッ
プは、積算回転変動値ΔＮに対する平均有効圧力を実験
等によって予め求めて作製したものである。図３から、
平均有効圧力と積算回転変動値ΔＮとは略比例関係にあ
ることが分かる。

【００２２】さらに、この平均有効圧力決定手段７は、
上述した手法に基づいて求めた平均有効圧力に応じて燃
焼圧力制御装置９を制御する構成になっている。すなわ
ち、平均有効圧力が最適、例えば最大となるように点火
時期がフィードバック制御されることになる。

【００２３】このように構成されたエンジンの平均有効
圧力検出装置によれば、エンジン運転中にピストンが下
死点に達すると積分手段５がクランク角速度を積算し始
め、ピストンが上死点に達した時点で、先ず圧縮行程で
のクランク角速度の積分値を積算回転変動値算出手段６
に出力する。このように積分値を出力した後は出力後直
ちにクランク角速度の積算を開始し、ピストンが下死点
に達したときに膨張行程でのクランク角速度の積分値を
積算回転変動値算出手段６に出力する。

【００２４】その後、積算回転変動値６が膨張行程での
クランク角速度の積分値から圧縮行程でのクランク角速
度の積分値を減算してその減算結果（積算回転変動値Δ
Ｎ）を平均有効圧力決定手段７に出力する。しかる後、
平均有効圧力決定手段７が平均有効圧力マップからこの
ときの平均有効圧力の値を導き出し、燃焼圧力制御装置
９を前記平均有効圧力値に応じて制御する。

【００２５】したがって、上述したエンジンの平均有効
圧力検出方法を実施する平均有効圧力検出装置によれ
ば、エンジンの平均有効圧力を求めるに当たってクラン
ク軸の回転変動を用いて行うので、燃焼圧力を直接検出
するセンサは不要である。このため、平均有効圧力を検
出する能力は、長期にわたって使用しても一定に維持さ
れることになる。

【００２６】なお、本実施例では積算回転変動値ΔＮか
ら平均有効圧力を求めるに当たり図３に示す平均有効圧
力マップを用いたが、平均有効圧力を求めるに当たって
は、積算回転変動値ΔＮにある定数を乗じてその都度算
出する手法を採ることもできる。

【００２７】次に、本発明に係る燃焼圧力制御装置付き
エンジンを図４〜図７によって詳細に説明する。図４は
本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエンジンの構成を示
す側面図で、同図はエンジンのシリンダヘッド部分を破
断して描いてある。図５は本発明に係る燃焼圧力制御装
置付きエンジンの制御動作を説明するためのフローチャ
ート、図６はスロットル開度、エンジン回転数が一定で
あることを検出する手法を説明するためのグラフ、図７
は点火時期と積算回転変動値ΔＮ、平均有効圧力との関
係を示すグラフである。

【００２８】図４〜図７において、符号１１は自動二輪
車に搭載される２サイクル単気筒エンジン、１２はこの
エンジン１１のクランクケース、１３はシリンダボデ
ィ、１４はシリンダヘッド、１５はピストン、１６は前
記ピストン１５にコンロッド１７を介して連結されたク
ランク軸である。また、１８はこのエンジン１１に接続
された気化器で、この気化器１８は自動二輪車のハンド
ル１９に設けられたスロットルグリップ２０を操作する
ことによりスロットル弁（図示せず）が開閉する従来周
知の構造のものである。

【００２９】２１は排気管、２２は前記排気管２１の下
流端に接続された排気サイレンサー、２３は点火プラ
グ、２４は前記点火プラグ２３に給電するためのイグニ
ッションコイルである。２５はスロットル開度センサ
で、このスロットル開度センサ２５は、前記スロットル
グリップ２０の回動角度からスロットル弁の開度を検出
し、後述するＥＣＵにスロットル開度信号を出力する構
造になっている。

【００３０】２６および２７はエンジン１１の回転数や
クランク角を検出するためのクランク角度センサであ
る。これらのクランク角度センサ２６，２７はクランク
ケース１２に固定され、何れもクランク軸１６と共に回
転する歯車２８の歯（図示せず）と対向する電磁ピック
アップを備えた従来周知の構造のものである。そして、
クランク角度センサ２６は、ピストン１５が上死点に達
したときに上死点検出信号を後述するＥＣＵに出力し、
かつピストン１５が下死点に達したときに下死点検出信
号をＥＣＵに出力する構造になっている。また、クラン
ク角度センサ２７はクランク軸１６が１度回転する度に
検出信号をＥＣＵに出力する構造になっている。

【００３１】２９は燃焼圧力制御装置として点火時期変
更装置を備えたＥＣＵである。このＥＣＵ２９は、前記
図１で示したクランク角速度検出手段３、積分手段５、
積算回転変動値算出手段６と、前記スロットル開度セン
サ２５からのスロットル開度信号に基づいてスロットル
開度を検出するスロットル開度検出手段と、前記クラン
ク角度センサ２６の出力に基づいてエンジン回転数を算
出するエンジン回転数算出手段と、後述する点火時期マ
ップや積算回転変動値マップが記憶されたメモリと、イ
グニッションコイル２４への給電時期を変更して点火時
期を変える点火時期変更手段（図示せず）と、この点火
時期変更手段での点火時期をフィードバック制御する制
御手段（図示せず）とから構成されている。

【００３２】そして、このＥＣＵ２９は、前記図１〜図
３で説明した実施例の積算回転変動値ΔＮを利用して点
火時期をフィードバック制御するように構成されてい
る。すなわち、積算回転変動値ΔＮと平均有効圧力とは
略比例関係にあるので、図７に示すように積算回転変動
値ΔＮが最大となるような点火時期（ＭＢＴ）に点火プ
ラグ２３での点火を行えば、平均有効圧力が極大値とな
るようなエンジン運転状態になる。

【００３３】詳述すると、ＥＣＵ２９はスロットル開度
およびエンジン回転数が略一定でエンジンが定常運転状
態にあるとき、先ず、圧縮行程にあるときのクランク軸
１６のクランク角速度をピストン１５が下死点から上死
点へ移動するまでの範囲にわたって積分して圧縮行程で
のクランク角速度の積分値を求める。その後、膨張行程
にあるときのクランク軸１６のクランク角速度をピスト
ン１５が上死点から下死点へ移動するまでの範囲にわた
って積分して膨張行程でのクランク角速度の積分値を求
め、次いで、前記膨張行程でのクランク角速度の積分値
から前記圧縮行程でのクランク角速度の積分値を差し引
いて積分値の変動分（積算回転変動値ΔＮ）を算出す
る。そして、この積算回転変動値ΔＮが最大となるよう
に点火時期をフィードバック制御するように構成されて
いる。

【００３４】ここで、このＥＣＵ２９のさらに詳細な構
成の説明を含め、本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエ
ンジンの動作を図５に示すフローチャートによって説明
する。先ず、エンジン１１が始動されると、ＥＣＵ２９
はステップＰ₁ においてメモリをクリアし、ステップＰ
₂〜Ｐ₃においてスロットル開度が略一定かつ不整燃焼が
なくエンジン１１の平均回転数が略一定であるか否かを
判定する。

【００３５】スロットル開度が略一定であるか否かを判
定するに当たっては、エンジン１１が１サイクル運転さ
れる間のスロットル開度の平均値を、連続する５サイク
ル分求め、これら５つの平均値をさらに平均して５サイ
クル分の平均値を求める。この５サイクル分の平均値
を、エンジン１１が２５サイクル運転されるまで連続し
て計５回算出する。そして、５つの５サイクル分の平均
値がそれぞれ予め定めた値以下であるときに、ＥＣＵ２
９はスロットル開度が一定であると判定する。スロット
ル開度が一定であると判定するときの様子を図６（ａ）
に示す。

【００３６】図６（ａ）において横軸は時間、縦軸は実
際のスロットル開度，スロットル開度の平均値であり、
曲線ａはスロットル開度センサ２５によって検出された
実際のスロットル開度を示し、実線ｂはエンジン１１が
１サイクル運転される毎のスロットル開度の平均値を示
し、一点鎖線ｃは５サイクル分のスロットル開度の平均
値を示す。

【００３７】エンジン１１の平均回転数が略一定である
か否かを判定するに当たっては、エンジン１１が１サイ
クル運転される間のエンジン回転数の平均値を、連続す
る５サイクル分求め、これら５つの平均値をさらに平均
して５サイクル分の平均値を求める。この５サイクル分
の平均値を、エンジン１１が２５サイクル運転されるま
で連続して計５回算出する。そして、前記１サイクル毎
の平均値が予め定めた値以下であり、かつ５サイクル分
の平均値がそれぞれ予め定めた値以下であるときに限っ
て、ＥＣＵ２９はエンジン回転数が一定であると判定す
る。エンジン回転数が一定であると判定するときの様子
を図６（ｂ）に示す。

【００３８】図６（ｂ）において横軸は時間、縦軸はエ
ンジン回転数、エンジン回転数の平均値であり、曲線ｄ
はＥＣＵ２９のエンジン回転数算出手段が検出した実際
のエンジン回転数を示し、実線ｅはエンジン１１が１サ
イクル運転される毎のエンジン回転数の平均値を示し、
一点鎖線ｆは５サイクル分のエンジン回転数の平均値を
示す。

【００３９】例えば図６（ｃ）中にＮＧで示すようにエ
ンジン回転数の１サイクル毎の平均値が前記設定値以上
となる場合には、ＥＣＵ２９はエンジン回転数が一定で
ないと判定する。なお、図６（ｃ）においては、エンジ
ン回転数や平均値は図６（ｂ）と同一符号を付してあ
る。

【００４０】図５に示すフローチャートのステップＰ₂
においてスロットル開度が略一定でないと判定された場
合や、ステップＰ₃ においてエンジン１１の平均回転数
が略一定でないと判定された場合には、ＥＣＵ２９はス
テップＰ₄ に進み、このときのスロットル開度およびエ
ンジン回転数に基づいて不図示の点火時期マップからコ
ントロール値ｌｊを読み出し、このコントロール値ｌｊ
をもって点火時期変更手段を制御する。この点火時期マ
ップは、エンジン性能が十分に導き出されるような点火
時期をスロットル開度とエンジン回転数の両方をパラメ
ータとして割り付けて構成され、ＥＣＵ２９のメモリに
予め記憶させたものである。すなわち、この時点では、
エンジン１１は前記点火時期マップに基づいて運転され
て十分なエンジン性能を発揮することになる。

【００４１】また、ステップＰ₄ では、後述するフィー
ドバック制御を行うときに必要なｄ値に１を代入し、フ
ラッグｅを後述する積算回転変動値の極大化制御を行う
ときに備えて０を代入して整える。ステップＰ₄ での処
理が終了した後は、ステップＰ₂ に戻る。

【００４２】ステップＰ₂ でスロットル開度が略一定で
あると判定され、しかも、ステップＰ₃ でエンジン１１
の平均回転数が略一定であると判定されたときには、Ｅ
ＣＵ２９はステップＰ₅ にてフラッグｅが０であるか否
かを判定する。フラッグｅが０であるときには、ステッ
プＰ₆ に進んでそのときのスロットル開度、エンジン回
転数に基づいて不図示の積算回転変動値マップから積算
回転変動値を読み出してこの値を初期積算回転変動値Δ
Ｎ_-1とし、ステップＰ₇ に進む。前記積算回転変動値マ
ップは、燃焼圧力が最大となるときの積算回転変動値Δ
Ｎをスロットル開度とエンジン回転数の両方をパラメー
タとして割り付けて構成され、ＥＣＵ２９のメモリに予
め記憶させたものである。なお、ステップＰ₅ にてフラ
ッグｅが０でないと判定されたときには、ステップＰ₆
を迂回してステップＰ₇ に直接進む。

【００４３】ステップＰ₇ では、ＥＣＵ２９は図１〜図
３で示した実施例で説明したようにクランク軸１６の回
転から積算回転変動値ΔＮを算出し、この値を現在の積
算回転変動値ΔＮ₀ とする。このようにΔＮ₀ を求めた
後は、ＥＣＵ２９はステップＰ₈にて積算回転変動値Δ
Ｎの変化を判定する。すなわち、ΔＮ₀−ΔＮ_-1／ΔＮ₀
からなる判定式の値を予め定めた値Ｃと比較し、ΔＮ₀
とΔＮ_-1の差が小さく前記判定式の結果の絶対値が設定
値Ｃ以下であるとき（現在の燃焼圧力が略極大値になっ
ているとき）には、ステップＰ₉ に進んで点火時期変更
手段での点火時期制御を行わずにステップＰ₂ に戻る。
このときには、フラッグｅに１を代入すると共に、ΔＮ
_-1の値を前記ステップＰ₇ で算出したΔＮ₀ の値に置き
換える。

【００４４】前記判定式の値が設定値Ｃより大きいとき
には、ステップＰ₁₀に進んで点火時期変更手段でのコン
トロール値ｌｊにフィードバック制御用変動値Δｌｊを
加算してこの値をもって点火時期変更手段を制御する。
なお、この変動値Δｌｊにはｄ値を乗じておく。そし
て、ステップＰ₉ に進む。前記判定式の値が正負逆にす
ると設定値Ｃより大きいときには、ステップＰ₁₁に進ん
でｄ値の正負を逆にし、さらに、ステップＰ₁₂にて点火
時期変更手段でのコントロール値ｌｊに、前記ｄ値を乗
じたフィードバック制御用変動値Δｌｊを加算し、この
値をもって点火時期変更手段を制御する。その後はステ
ップＰ₉ に進む。

【００４５】すなわち、ステップＰ₈ 以降の制御フロー
では、コントロール値ｌｊを制御して積算回転変動値Δ
Ｎの変化量を設定値Ｃ以下とするフィードバック制御が
行われ、ステップＰ₁₀においてコントロール値ｌｊの変
化を増加方向あるいは減少方向に固定継続するように
し、ステップＰ₁₁〜Ｐ₁₂においてコントロール値ｌｊの
変化を減少方向から増加方向へ、あるいは増加方向から
減少方向へ反転させるようにしている。このフィードバ
ック制御を行うことにより、エンジン１１は燃焼圧力が
最大となるような点火時期をもって点火されて運転され
ることになる。

【００４６】したがって、このように構成された燃焼圧
力制御装置付きエンジンによれば、クランク軸１６の回
転変動に基づいて点火時期変更手段が制御されるので、
燃焼圧力を直接検出するセンサを用いずに燃焼圧力が最
大となるように点火時期が変更される。すなわち、長期
にわたり安定したエンジン制御を行うことができる。

【００４７】なお、前記実施例では燃焼圧力制御装置と
して点火時期を変更するものを用いた例を示したが、制
御対象となる燃焼圧力制御装置は、図８〜図１３に示す
ように、排気時期を変える装置、排気ガスの脈動を利用
してシリンダ内への混合気の充填効率を制御する装置、
エンジンに供給される混合気の空燃比を制御する装置等
を適用することができる。

【００４８】図８は燃焼圧力制御装置として排気時期制
御装置を適用した他の実施例を示す構成図である。同図
において前記図４〜図７で説明したものと同一もしくは
同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略
する。

【００４９】図８において、符号３１はエンジン１１の
排気時期を制御するための排気制御弁で、この排気制御
弁３１は排気ポート３２の上端に回動自在に取付けら
れ、排気ポート３２における燃焼室側開口の実質的な上
縁の位置を上下に移動させることができるように構成さ
れている。３３はこの排気制御弁３１を駆動するための
アクチュエータで、このアクチュエータ３３はＥＣＵ２
９によって制御される構成になっている。

【００５０】このように構成した場合、燃焼圧力が最大
となるように排気時期がフィードバック制御されること
になる。したがって、排気制御弁３１を制御するために
エンジン１１の燃焼室内の圧力を圧力センサによって検
出しなくても、圧力センサを使用したときと同等の排気
時期制御を行うことができるので、長期にわたり安定し
たエンジン制御を行うことができる。

【００５１】図９〜図１２は燃焼圧力制御装置として排
気ガスの脈動を利用してシリンダ内への混合気の充填効
率を制御する排気制御装置を採用した他の実施例を示
す。これらの図において前記図４ないし図７で説明した
ものと同一もしくは同等部材については、同一符号を付
し詳細な説明は省略する。図９は排気管の上流部に排気
ブランチを設けた他の実施例を示す構成図、図１０は排
気管内に管長変更管を設けた他の実施例を示す構成図、
図１１は排気管の下流側細径部に開閉弁を設けた他の実
施例を示す構成図、図１２は排気管の上流部に電気式ヒ
ータを設けた他の実施例を示す構成図である。

【００５２】図９において、符号４１は排気管２１の上
流部に設けられた排気ブランチで、この排気ブランチは
ある一定の容積をもって形成されており、排気通路との
連通部に開閉弁４２が介装されている。４３は前記開閉
弁４２を開閉させるためのアクチュエータで、このアク
チュエータ４３はＥＣＵ２９によって制御される構成に
なっている。

【００５３】このように構成した場合、開閉弁４２が開
くことによって排気管２１の等価管長が伸び、閉じるこ
とによって等価管長が縮むことになる。このため、排気
管２１中を伝播する圧力波が排気管の下流端で反射して
エンジン１１へ戻る時期に遅れが生じたときには、前記
開閉弁４２を閉動作させて同調をとることができる。す
なわち、燃焼圧力が最大となるような等価管長が得られ
るよう開閉弁４２がフィードバック制御されることにな
る。

【００５４】したがって、開閉弁４２を制御するために
エンジン１１の燃焼室内の圧力を圧力センサによって検
出しなくても、圧力センサを使用したときと同等の排気
制御を行うことができるので、長期にわたり安定したエ
ンジン制御を行うことができる。なお、排気ブランチ４
１を利用して等価管長を変えるに当たっては、上述した
ように開閉弁を使用する代わりに、排気ブランチ４１内
にピストン型弁を移動自在に嵌挿させて排気ブランチ４
１の容積を変えるように構成してもよい。

【００５５】図１０において、符号４４は管長変更管
で、この管長変更管４４は、排気管２１における大径な
チャンバー部２１ａより下流側のテーパー部２１ｂに略
対応する形状のテーパー管からなり、前記テーパー部２
１ｂ内に排気の流れ方向に沿って進退自在に装着されて
いる。４５は前記管長変更管４４を進退させるためのア
クチュエータで、このアクチュエータ４５はＥＣＵ２９
によって制御される構成になっている。

【００５６】このように構成した場合、管長変更管４４
が図中実線で示すように下流側に位置しているときには
等価管長が長くなり、図中二点鎖線で示すように上流側
に位置しているときには等価管長が短くなる。このた
め、排気管２１中を伝播する圧力波が排気管の下流端で
反射してエンジン１１へ戻る時期に遅れが生じたときに
は、前記管長変更管４４を二点鎖線で示す位置に移動さ
せることにより同調をとることができる。すなわち、燃
焼圧力が最大となるような等価管長が得られるよう管長
変更管４４がフィードバック制御されることになる。

【００５７】したがって、管長変更管４４を制御するた
めにエンジン１１の燃焼室内の圧力を圧力センサによっ
て検出しなくても、圧力センサを使用したときと同等の
排気制御を行うことができるので、長期にわたり安定し
たエンジン制御を行うことができる。なお、管長変更管
４４の代わりに、テーパー部２１ｂ内にバタフライ型開
閉弁を介装し、圧力波が戻る時期に遅れが生じたときに
開閉弁を閉じるように構成しても前記実施例と同等の効
果を得ることができる。

【００５８】図１１において、符号４６は排気管２１の
下流側細径部２１ｃに介装された開閉弁で、この開閉弁
４６は下流側細径部２１ｃを開閉する構造になってい
る。４７は前記開閉弁４６を開閉させるためのアクチュ
エータで、このアクチュエータ４７はＥＣＵ２９によっ
て制御される構成になっている。

【００５９】このように構成した場合、開閉弁４６を閉
動作させることにより排気管２１内の背圧が高くなって
排気系の圧力が上昇し（温度が上昇し）、音速が速まる
ようになる。このため、排気管２１中を伝播する圧力波
が排気管の下流端で反射してエンジン１１へ戻る時期に
遅れが生じたときには、前記開閉弁４６を閉じることに
より同調をとることができる。すなわち、燃焼圧力が最
大となるような時期をもってエンジン１１に圧力波が戻
るように、開閉弁４６がフィードバック制御されること
になる。

【００６０】したがって、開閉弁４６を制御するために
エンジン１１の燃焼室内の圧力を圧力センサによって検
出しなくても、圧力センサを使用したときと同等の排気
制御を行うことができるので、長期にわたり安定したエ
ンジン制御を行うことができる。

【００６１】図１２において、符号４８は排気管２１の
上流部に設けられた電気式ヒータである。このヒータ４
８は排気管２１のエンジン側屈曲部２１ｄの外周面を覆
うよう構成になっており、可変抵抗４９を介してバッテ
リ５０に接続されている。また、前記可変抵抗４９は、
電気式ヒータ４８に給電する電力がＥＣＵ２９によって
増減されるように構成されている。

【００６２】このように構成した場合、電気式ヒータ４
８を発熱させることにより排気管２１内の排気ガスの温
度が上昇し、音速が速まるようになる。このため、排気
管２１中を伝播する圧力波が排気管の下流端で反射して
エンジン１１へ戻る時期に遅れが生じたときには、前記
電気式ヒータ４８に通電しこれを発熱させることにより
同調をとることができる。すなわち、燃焼圧力が最大と
なるような時期をもってエンジン１１に圧力波が戻るよ
うに、電気式ヒータ４８での発熱量がフィードバック制
御されることになる。

【００６３】したがって、電気式ヒータ４８を制御する
ためにエンジン１１の燃焼室内の圧力を圧力センサによ
って検出しなくても、圧力センサを使用したときと同等
の排気制御を行うことができるので、長期にわたり安定
したエンジン制御を行うことができる。

【００６４】図１３は燃焼圧力制御装置としてエンジン
に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置
を採用した他の実施例を示す構成図である。同図におい
て前記図４ないし図７で説明したものと同一もしくは同
等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。

【００６５】図１３において、符号５１は気化器１８に
設けられた燃料流量制御装置で、この燃料流量制御装置
５１は気化器１８のメインジェットから噴出する燃料の
流量をＥＣＵ２９からの制御信号に応じて制御する構造
になっている。また、５２はシリンダヘッド１４に取付
けられたノックセンサである。

【００６６】このように構成した場合、燃料流量制御装
置５１によって燃料流量を減少させて空燃比をリーン側
へ移行させることによって燃焼圧力が小さくなる。この
ため、排気管２１中を伝播する圧力波が排気管の下流端
で反射してエンジン１１へ戻る時期に遅れが生じたとき
には、前記燃料流量制御装置５１によって空燃比をリー
ン側へ移行させることにより同調をとることができる。
すなわち、燃焼圧力が最大となるような空燃比が得られ
るように燃料流量制御装置５１がフィードバック制御さ
れることになる。なお、この場合のＥＣＵ２９は、ノッ
クセンサ５２によってノッキングが検出されたときには
燃料流量制御装置５１により空燃比をリーン側へ移行さ
せるのを中止するように構成していおく。

【００６７】したがって、燃料流量制御装置５１を制御
するためにエンジン１１の燃焼室内の圧力を圧力センサ
によって検出しなくても、圧力センサを使用したときと
同等の排気制御を行うことができるので、長期にわたり
安定したエンジン制御を行うことができる。

【００６８】なお、上述した各実施例では２サイクル単
気筒エンジンを用いた例を示したが、４サイクル単気筒
エンジンであっても同等の効果を得ることができる。こ
のようにする場合、積算回転変動値はクランク軸の回転
を１サイクルとして以下のようにして求める。すなわ
ち、前記１サイクルを構成する吸入、圧縮、膨張、排気
の４行程のうち、圧縮行程でのクランク角速度の積分値
Ａを求め、その後、膨張行程でのクランク角速度の積分
値Ｂを求める。次に、前記Ｂ値から前記Ａ値を減算して
変動分（積算回転変動値Δｎ）を求める。なお、吸入行
程、排気行程では積分は実施しない。このようにして積
算回転変動値を求め、図３で示すと同様に平均有効圧力
を求めることができる。また、上記した積算回転変動値
を使い、図１、図３〜図５、図７、図９〜図１３に示す
２サイクル単気筒エンジンと同様のフィードバック制御
を実施してもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るエンジ
ンの平均有効圧力検出方法は、圧縮行程にあるときのク
ランク軸のクランク角速度をピストンが下死点から上死
点へ移動するまでの範囲にわたって積分して圧縮行程で
のクランク角速度の積分値を求めると共に、膨張行程に
あるときのクランク軸のクランク角速度をピストンが上
死点から下死点へ移動するまでの範囲にわたって積分し
て膨張行程でのクランク角速度の積分値を求め、この膨
張行程でのクランク角速度の積分値から前記圧縮行程で
のクランク角速度の積分値を差し引いてなる値から平均
有効圧力を求めるものであり、また、本発明に係るエン
ジンの平均有効圧力検出装置は、クランク角度センサ
と、クランク角毎のクランク角速度を求めるクランク角
速度検出手段と、圧縮行程でのクランク角速度の積分値
を求めると共に膨張行程でのクランク角速度の積分値を
求めるクランク角積分値演算手段と、前記膨張行程での
クランク角速度の積分値から前記圧縮行程でのクランク
角速度の積分値を差し引いてなる値から平均有効圧力を
求める平均有効圧力決定手段とを備えたため、クランク
軸の回転変動に基づいて平均有効圧力が求められるの
で、燃焼圧力を直接検出するセンサが不要になる。

【００７０】したがって、平均有効圧力を検出する能力
は、長期にわたって使用しても一定に維持されることに
なる。

【００７１】本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエンジ
ンは、燃焼圧力を制御してエンジン運転状態を変更する
燃焼圧力制御装置と、クランク角度センサと、クランク
角毎のクランク角速度を求めるクランク角速度検出手段
と、圧縮行程でのクランク角速度の積分値を求めると共
に膨張行程でのクランク角速度の積分値を求めるクラン
ク角積分値演算手段と、前記膨張行程でのクランク角速
度の積分値から前記圧縮行程でのクランク角速度の積分
値を差し引いて積分値の変動分を求め、かつこの変動分
が最大になるように前記燃焼圧力制御装置をフィードバ
ック制御する制御手段とを備えたため、クランク軸の回
転変動に基づいて燃焼圧力制御装置が制御されるので、
燃焼圧力を直接検出するセンサを用いずに燃焼圧力が最
大となるようにエンジン運転状態が変更される。

【００７２】したがって、燃焼圧力制御装置を制御する
ためにエンジンの燃焼室内の圧力を圧力センサによって
検出しなくても、圧力センサを使用したときと同等の排
気制御を行うことができるので、長期にわたり安定した
エンジン制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るエンジンの平均有効圧力検出方
法を実施するための装置を示すブロック図である。

【図２】 クランク角とクランク角速度との関係を示す
グラフである。

【図３】 平均有効圧力と積算回転変動値との関係を示
すグラフである。

【図４】 本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエンジン
の構成を示す側面図である。

【図５】 本発明に係る燃焼圧力制御装置付きエンジン
の制御動作を説明するためのフローチャートである。

【図６】 スロットル開度、エンジン回転数が一定であ
ることを検出する手法を説明するためのグラフである。

【図７】 点火時期と積算回転変動値ΔＮ、平均有効圧
力との関係を示すグラフである。

【図８】 燃焼圧力制御装置として排気時期制御装置を
適用した他の実施例を示す構成図である。

【図９】 排気管の上流部に排気ブランチを設けた他の
実施例を示す構成図である。

【図１０】 排気管内に管長変更管を設けた他の実施例
を示す構成図である。

【図１１】 排気管の下流側細径部に開閉弁を設けた他
の実施例を示す構成図である。

【図１２】 排気管の上流部に電気式ヒータを設けた他
の実施例を示す構成図である。

【図１３】 燃焼圧力制御装置としてエンジンに供給さ
れる混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置を採用し
た他の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…クランク角度センサ、４…演算ユニット、５…積分
手段、６…積算回転変動値算出手段、７…平均有効圧力
決定手段、９…燃焼圧力制御装置、１１…エンジン、１
６…クランク軸、１８…気化器、２１…排気管、２３…
点火プラグ、２５…スロットル開度センサ、２６，２７
…クランク角度センサ、２９…ＥＣＵ、３１…排気制御
弁、４１…排気ブランチ、４２…開閉弁、４４…管長変
更管、４６…開閉弁、４８…電気式ヒータ、５１…燃料
流量制御装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮行程にあるときのクランク軸のクラ
   ンク角速度をピストンが下死点から上死点へ移動するま
   での範囲にわたって積分して圧縮行程でのクランク角速
   度の積分値を求めると共に、膨張行程にあるときのクラ
   ンク軸のクランク角速度をピストンが上死点から下死点
   へ移動するまでの範囲にわたって積分して膨張行程での
   クランク角速度の積分値を求め、この膨張行程でのクラ
   ンク角速度の積分値から前記圧縮行程でのクランク角速
   度の積分値を差し引いてなる値から平均有効圧力を求め
   ることを特徴とするエンジンの平均有効圧力検出方法。
2. 【請求項２】 クランク角度センサと、このクランク角
   度センサの出力に基づいてクランク角毎のクランク角速
   度を求めるクランク角速度検出手段と、圧縮行程にある
   ときのクランク軸のクランク角速度をピストンが下死点
   から上死点へ移動するまでの範囲にわたって積分して圧
   縮行程でのクランク角速度の積分値を求めると共に、膨
   張行程にあるときのクランク軸のクランク角速度をピス
   トンが上死点から下死点へ移動するまでの範囲にわたっ
   て積分して膨張行程でのクランク角速度の積分値を求め
   るクランク角積分値演算手段と、前記膨張行程でのクラ
   ンク角速度の積分値から前記圧縮行程でのクランク角速
   度の積分値を差し引いてなる値から平均有効圧力を求め
   る平均有効圧力決定手段とを備えたことを特徴とするエ
   ンジンの平均有効圧力検出装置。
3. 【請求項３】 燃焼圧力を制御してエンジン運転状態を
   変更する燃焼圧力制御装置と、クランク角度センサと、
   このクランク角度センサの出力に基づいてクランク角毎
   のクランク角速度を求めるクランク角速度検出手段と、
   圧縮行程にあるときのクランク軸のクランク角速度をピ
   ストンが下死点から上死点へ移動するまでの範囲にわた
   って積分して圧縮行程でのクランク角速度の積分値を求
   めると共に、膨張行程にあるときのクランク軸のクラン
   ク角速度をピストンが上死点から下死点へ移動するまで
   の範囲にわたって積分して膨張行程でのクランク角速度
   の積分値を求めるクランク角積分値演算手段と、前記膨
   張行程でのクランク角速度の積分値から前記圧縮行程で
   のクランク角速度の積分値を差し引いて積分値の変動分
   を求め、かつこの変動分が最大になるように前記燃焼圧
   力制御装置をフィードバック制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする燃焼圧力制御装置付きエンジン。
4. 【請求項４】 請求項３記載の燃焼圧力制御装置付きエ
   ンジンにおいて、燃焼圧力制御装置を、エンジンの点火
   時期を変える構成とし、制御手段をクランク角速度の積
   分値の変動分が最大になるように点火時期を制御する構
   成としたことを特徴とする燃焼圧力制御装置付きエンジ
   ン。
5. 【請求項５】 請求項３記載の燃焼圧力制御装置付きエ
   ンジンにおいて、燃焼圧力制御装置を、エンジンの排気
   時期を変える構成とし、制御手段をクランク角速度の積
   分値の変動分が最大になるように排気時期を制御する構
   成としたことを特徴とする燃焼圧力制御装置付きエンジ
   ン。
6. 【請求項６】 請求項３記載の燃焼圧力制御装置付きエ
   ンジンにおいて、燃焼圧力制御装置を、排気ガスの脈動
   を利用してシリンダ内への混合気の充填効率を制御する
   構成とし、制御手段を、クランク角速度の積分値の変動
   分が最大になるように前記燃焼圧力制御装置を制御する
   構成としたことを特徴とする燃焼圧力制御装置付きエン
   ジン。
7. 【請求項７】 請求項３記載の燃焼圧力制御装置付きエ
   ンジンにおいて、燃焼圧力制御装置を、エンジンに供給
   される混合気の空燃比を制御する構成とし、制御装置
   を、クランク角速度の積分値の変動分が最大になるよう
   に前記燃焼圧力制御装置を制御する構成としたことを特
   徴とする燃焼圧力制御装置付きエンジン。