JPS61296232A - ロ−タリピストンエンジンの筒内圧検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は・ニシ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
るために用いられる筒内圧力線図は、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
らの吸気ポート及び排気ボ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が吸気ボート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、鎖線で示すように〇−
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一部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°気ボートＦに連通する
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（ｎ）に示ずように、ロータＡの一辺
Ａ′により画成される作動室Ｂが排気ボートＦに通じて
膨張行程が終了するまで該作動″ｇ！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′の前方のコーナ一部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
気ボート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而し
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、排気ボートが共にｒｒ１鎮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１８ｏ°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、即チＰＶ
　’＝Ｃ（Ｐ　：ｎ内圧、Ｖ：ＷＭ、ｎ、Ｑ：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＋　
、Ｐ２・・・と、これらの値を検出した際の作動室の容
積Ｖ１、Ｖ２・・・とを上記式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＋’、Ｖ２’・・・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Ｐ１’
、Ｐ２’・・・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図に示ず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の各コーナ一部
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、吸気ボート６及び排気ボート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ボー１−
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、吸気ボート６内の
吸気圧を検出する吸気圧センサ９からの吸気圧信号すと
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
施例では排気ボー１−７内のＩＪＩ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４１
によって画成される特定作動室５１が圧縮行程を開始す
る状態（吸気下死点）に璋した時、該作動室５１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
５１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５１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５１の筒内
圧の検出が連続的に行われる。尚、このように口・−夕
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５１
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、この曲線には、上記筒内圧センサ８から演算ユニッ
ト１ｏに入力される筒内圧信号ａに基づいて１ｑ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
る吸気圧信号す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）Ｐｘを、出力軸回転角がＯｏ、
即ち当該作動室５１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Ｏ
ｏ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５１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）ｊ軸３は５４ｏ°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５
４ｏ°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５１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５１に面しな
いので、該センサ８によってこの作動室５１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
図に鎖線に′で示すように、当該作動室５１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１１１）における
作動室５１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％式％（） 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。即ら、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２ｆｌ所の回転角α１．
Ｃ２に対応する筒内圧Ｐ＋　、Ｐ２を読み取ると共に、
このＰ＋、Ｐ２と、上記回転角α１．Ｃ２における作動
室の容積Ｖ＋　、Ｖ２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ｒｉｂ、
ｎ２・・・及び定数Ｃ＋。

Ｃ２・・・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α１゜Ｃ２，Ｃ３，
Ｃ４・・・に対応する筒内圧ＰＩ、Ｐ２゜Ｐ３．Ｐ４・
・・と、上記角度α１．Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４・・・におけ
る作動室の容積Ｖ＋　、Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４・・・とから
複数のｎｌ、ｎ２．ｎ３．ｎ４・・・及びＣ＋　、Ｃ２
、Ｃ３，Ｃ４・・・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５
４０°までの領域における各回転角α１′、α２′・・
・に対応する作動室の容積ｖ１′。

Ｖ２’・・・を上記（１）式ＰＶ’＝Ｃの容積Ｖに夫々
代入して、上記各回転角α１′、α２′・・・に対応す
る筒内圧Ｐ１’、Ｐ２’・・・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
線りを作成する。

このＪ−うに、第１図に示ず位置に筒内圧センサ８を設
けた場合、該セン１ノ８による実測が可能な領域、つま
り出力軸回転角がＯ”　　（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、実測が不
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
圧曲線にと、作動室５の容積変化とに基づいて筒内圧力
曲線り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
処理計ね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°
の近傍においで排気ボー１−７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γ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α０でブローダウンが生じるものとしで、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α０
以侵の筒内圧を曲線Ｍで示ずように排気圧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【ノられた排気圧センサ３１からの排気圧信＠０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２
４１によって画成された特定の作動室２５１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２
８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２
５１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２５１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
づる）は、上記筒内圧センサ２８によって作動室２５１
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２５１が
実線で示す状態となるまでの間（この間に出）Ｊ＠２３
は略３６０°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２５１が吸
気下死点にある時の出力軸回転角をＯ。

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Ｏｏ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１−ロ
ーブ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からの信号が示ず排気圧
（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Ｏｏから５４０°までの全領域にＪ３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実施例を示ずもので、第３図
は同じく筒内圧検出′ａ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（■）。 （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。 第＋［ 第２図 猷ｍ−回彰負一 第３１１！ｉ 第４１１ 第５１１ （Ｌ）（旧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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。