(57)【要約】【課題】パルサロータの出力信号に基づいて燃焼ガスの空燃比を推測検知することにより、空燃比を直接検知する酸素センサ等を不要とする空燃比推測検知装置を提供する。【解決手段】圧縮上死点に重なる第１所定区間τ１の第１クランク角速度ω１を算出すると共に、平均エンジン回転速度ＮｅＡから第１クランク角速度ω１を減じて第１変動量Δω１を算出し、また、燃焼下死点に重なる第２所定区間τ２の第２クランク角速度ω２を算出すると共に、第２クランク角速度ω２から第１クランク角速度ω１を減じて第２変動量Δω２を算出する。点火時期が、スロットル開度およびエンジン回転速度が一定で、かつ発生トルクが最大となる値（ＭＢＴ）である条件下において、エンジンの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と充填効率（ηｃ）との関係を示したＩＭＥＰ-ηｃマップ４３ａに示された直線の傾きと、Δω１／Δω２の傾きとを比較照合する。【選択図】図１
2011027061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸（５５）に同期して回転するクランクパルサロータ（５０）に設けられる複数のリラクタ（５２）の通過を検知するピックアップ（ＰＣ）からクランクパルスを供給される空燃比推測検知装置（３０）において、
前記クランクパルス出力に基づいて前記エンジンの平均エンジン回転速度（ＮｅＡ）を算出するＮｅＡ算出部（３８）と、
エンジンの圧縮上死点（ＴＤＣ）に重なる第１所定区間（τ１）の第１クランク角速度（ω１）を算出すると共に、前記平均エンジン回転速度（ＮｅＡ）から前記第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第１変動量（Δω１）を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点（ＢＤＣ）に重なる第２所定区間（τ２）の第２クランク角速度（ω２）を算出すると共に、前記第２クランク角速度から前記第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第２変動量（Δω２）を算出するΔω１，Δω２算出部（３２）とを具備し、
前記空燃比推測検知装置（３０）は、前記第１の変動量（Δω１）および第２の変動量（Δω２）の値に基づいて、燃焼ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を推測検知することを特徴とする空燃比推測検知装置。
【請求項２】
前記第１変動量（Δω１）と第２変動量（Δω２）との比を算出するΔω１／Δω２算出部（３３）と、
所定のエンジン回転速度毎に設けられる複数のＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）−ηｃ（充填効率）マップ群（４３）とを具備し、
前記空燃比推測検知装置（３０）は、平均エンジン回転速度（ＮｅＡ）と合致する１つのＩＭＥＰ−ηｃマップ（４３ａ）を選択した後、前記第１変動量（Δω１）および第２変動量（Δω２）の比から求められる直線の傾きと、ＩＭＥＰ−ηｃマップに示された直線の傾きとを比較照合することにより、空燃比（Ａ／Ｆ）を推測検知することを特徴とする請求項１に記載の空燃比推測検知装置。
【請求項３】
前記ＩＭＥＰ-ηｃマップ（４３ａ）は、エンジンの点火時期が、スロットル開度およびエンジン回転速度が一定で、かつエンジンの発生トルクが最大となる値（ＭＢＴ）とされている条件下において、エンジンの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と充填効率（ηｃ）との関係を示したマップであり、
前記空燃比推測検知装置（３０）は、前記第１変動量（Δω１）を前記充填効率（ηｃ）に対応させると共に、前記第２変動量（Δω２）を前記図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）に対応させることで直線の傾きを照合することを特徴とする請求項２に記載の空燃比推測検知装置。
【請求項４】
前記第１所定区間（τ１）は、圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前に位置するクランクパルス（Ｐ１）の立ち下がり点（Ｃ１）から、圧縮上死点（ＴＤＣ）の直後に位置するクランクパルス（Ｐ２）の立ち下がり点（Ｃ２）までの期間であり、
前記第２所定区間（τ２）は、燃焼下死点（ＢＤＣ）の直前に位置するクランクパルス（Ｐ３）の立ち下がり点（Ｃ３）から、燃焼下死点（ＢＤＣ）の直後に位置するクランクパルス（Ｐ４）の立ち下がり点（Ｃ４）までの期間であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空燃比推測検知装置。
【請求項５】
前記クランクパルサロータ（５０）のリラクタ（５２）のうちの少なくとも１つが、圧縮上死点（ＴＤＣ）または燃焼下死点（ＢＤＣ）をまたぐように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空燃比推測検知装置。
【請求項６】
エンジンのクランク軸（５５）に同期して回転するクランクパルサロータ（５０）に設けられる複数のリラクタ（５２）の通過を検知するピックアップ（ＰＣ）からクランクパルスを供給される空燃比推測検知装置（３０）において、
エンジンの圧縮行程開始時の角速度と圧縮上死点近傍の角速度との差分により第１変動量（Δω１）を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点（ＢＤＣ）に重なる第２所定区間（τ２）の第２クランク角速度（ω２）を算出すると共に、前記第２クランク角速度（ω２）から前記第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第２変動量（Δω２）を算出するΔω１，Δω２算出部（３２）とを具備し、
前記空燃比推測検知装置（３０）は、前記第１の変動量（Δω１）および第２の変動量（Δω２）の値に基づいて、燃焼ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を推測検知することを特徴とする空燃比推測検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比推測検知装置に係り、特に、クランク軸と同期して回転するクランクパルサロータの出力信号に基づいて、燃焼ガスの空燃比を推測検知することができる空燃比推測検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンのクランク軸と同期回転するクランクパルサロータと、該パルサロータに設けられたリラクタの通過状態を検知するピックアップコイルとを備え、該ピックアップコイルから出力されるパルス信号に基づいて、エンジンの様々な状態を検知可能とする技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、クランクパルサロータのリラクタをエンジンの上死点近傍の位置に設け、パルサロータが１回転する時間とリラクタが通過する時間との比率を算出し、この比率の変動度合いに基づいてエンジンの負荷状態を検知する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１５５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、クランク軸の回転状態に基づいてエンジンの負荷状態を検知して適切な時期に点火動作を行うものであるが、環境対策を考えた場合、空燃比の検出ができる構成への応用が期待される。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、クランクパルサロータの出力信号に基づいて燃焼ガスの空燃比を推測検知することにより、空燃比を直接検知するための酸素センサ等の機器を不要とすることができる空燃比推測検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前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（５５）に同期して回転するクランクパルサロータ（５０）に設けられる複数のリラクタ（５２）の通過を検知するピックアップ（ＰＣ）からクランクパルスを供給される空燃比推測検知装置（３０）において、前記クランクパルス出力に基づいて前記エンジンの平均エンジン回転速度（ＮｅＡ）を算出するＮｅＡ算出部（３８）と、エンジンの圧縮上死点（ＴＤＣ）に重なる第１所定区間（τ１）の第１クランク角速度（ω１）を算出すると共に、前記平均エンジン回転速度（ＮｅＡ）から前記第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第１変動量（Δω１）を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点（ＢＤＣ）に重なる第２所定区間（τ２）の第２クランク角速度（ω２）を算出すると共に、前記第２クランク角速度（ω２）から前記第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第２変動量（Δω２）を算出するΔω１，Δω２算出部（３２）とを具備し、前記空燃比推測検知装置（３０）は、前記第１の変動量（Δω１）および第２の変動量（Δω２）の値に基づいて、燃焼ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を推測検知する点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、前記第１変動量（Δω１）と第２変動量（Δω２）との比を算出するΔω１／Δω２算出部（３３）と、所定のエンジン回転速度毎に設けられる複数のＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）−ηｃ（充填効率）マップ群（４３）とを具備し、前記空燃比推測検知装置（３０）は、平均エンジン回転速度（ＮｅＡ）と合致する１つのＩＭＥＰ−ηｃマップ（４３ａ）を選択した後、前記第１変動量（Δω１）および第２変動量（Δω２）の比から求められる直線の傾きと、ＩＭＥＰ−ηｃマップに示された直線の傾きとを比較照合することにより、空燃比（Ａ／Ｆ）を推測検知する点に第２の特徴がある。
【０００９】
また、前記ＩＭＥＰ-ηｃマップ（４３ａ）は、エンジンの点火時期が、スロットル開度およびエンジン回転速度が一定で、かつエンジンの発生トルクが最大となる値（ＭＢＴ）とされている条件下において、エンジンの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と充填効率（ηｃ）との関係を示したマップであり、前記空燃比推測検知装置（３０）は、前記第１変動量（Δω１）を前記充填効率（ηｃ）に対応させると共に、前記第２変動量（Δω２）を前記図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）に対応させることで直線の傾きを照合する点に第３の特徴がある。
【００１０】
また、前記第１所定区間（τ１）は、圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前に位置するクランクパルス（Ｐ１）の立ち下がり点（Ｃ１）から、圧縮上死点（ＴＤＣ）の直後に位置するクランクパルス（Ｐ２）の立ち下がり点（Ｃ２）までの期間であり、前記第２所定区間（τ２）は、燃焼下死点（ＢＤＣ）の直前に位置するクランクパルス（Ｐ３）の立ち下がり点（Ｃ３）から、燃焼下死点（ＢＤＣ）の直後に位置するクランクパルス（Ｐ４）の立ち下がり点（Ｃ４）までの期間である点に第４の特徴がある。
【００１１】
また、前記クランクパルサロータ（５０）のリラクタ（５２）のうちの少なくとも１つが、圧縮上死点（ＴＤＣ）または燃焼下死点（ＢＤＣ）をまたぐように形成されている点に第５の特徴がある。
【００１２】
さらに、エンジンのクランク軸（５５）に同期して回転するクランクパルサロータ（５０）に設けられる複数のリラクタ（５２）の通過を検知するピックアップ（ＰＣ）からクランクパルスを供給される空燃比推測検知装置（３０）において、エンジンの圧縮行程開始時の角速度と圧縮上死点近傍の角速度との差分により第１変動量（Δω１）を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点（ＢＤＣ）に重なる第２所定区間（τ２）の第２クランク角速度（ω２）を算出すると共に、前記第２クランク角速度（ω２）から前記第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第２変動量（Δω２）を算出するΔω１，Δω２算出部（３２）とを具備し、前記空燃比推測検知装置（３０）は、前記第１の変動量（Δω１）および第２の変動量（Δω２）の値に基づいて、燃焼ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を推測検知する点に第６の特徴がある。
【発明の効果】
【００１３】
第１の特徴によれば、クランクパルス出力に基づいてエンジンの平均エンジン回転速度を算出するＮｅＡ算出部と、エンジンの圧縮上死点に重なる第１所定区間の第１クランク角速度を算出すると共に、平均エンジン回転速度から第１クランク角速度を減ずることで第１変動量を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点に重なる第２所定区間の第２クランク角速度を算出すると共に、第２クランク角速度から第１クランク角速度を減ずることで第２変動量を算出するΔω１，Δω２算出部とを具備し、空燃比推測検知装置は、第１の変動量および第２の変動量の値に基づいて、燃焼ガスの空燃比を推測検知するので、クランクパルス出力に基づいて、燃焼ガスの空燃比を推測検知することが可能となる。これにより、空燃比を直接検知する酸素センサ等を用いることなく、空燃比の推測値に基づいて、点火装置や燃料噴射装置を適切に制御することが可能となる。
【００１４】
第２の特徴によれば、第１変動量と第２変動量との比を算出するΔω１／Δω２算出部と、所定のエンジン回転速度毎に設けられる複数のＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）−ηｃ（充填効率）マップ群とを具備し、空燃比推測検知装置は、平均エンジン回転速度と合致する１つのＩＭＥＰ−ηｃマップを選択した後、第１変動量および第２変動量の比から求められる直線の傾きと、ＩＭＥＰ−ηｃマップに示された直線の傾きとを比較照合することにより、空燃比を推測検知するので、クランクパルス出力から算出された第１変動量および第２変動量と、予め実験等で導出されたＩＭＥＰ−ηｃマップとを比較照合することで、燃焼ガスの空燃比を正確に導出することが可能となる。
【００１５】
第３の特徴によれば、ＩＭＥＰ-ηｃマップは、エンジンの点火時期が、スロットル開度およびエンジン回転速度が一定で、かつエンジンの発生トルクが最大となる値とされている条件下において、エンジンの図示平均有効圧力と充填効率との関係を示したマップであり、空燃比推測検知装置は、第１変動量を充填効率に対応させると共に、第２変動量を図示平均有効圧力に対応させることで直線の傾きを照合するので、所定条件下において、第１変動量（Δω１）と充填効率（ηｃ）との対応関係（比例関係）が成立すると共に、第２変動量（Δω２）と図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）との対応関係（比例関係）が成立することを利用して、燃焼ガスの空燃比を推測検知することができる。
【００１６】
第４の特徴によれば、第１所定区間は、圧縮上死点の直前に位置するクランクパルスの立ち下がり点から、圧縮上死点の直後に位置するクランクパルスの立ち下がり点までの期間であり、第２所定区間は、燃焼下死点の直前に位置するクランクパルスの立ち下がり点から、燃焼下死点の直後に位置するクランクパルスの立ち下がり点までの期間であるので、圧縮上死点に重なる位置および燃焼下死点に重なる位置でのクランク角速度を正確に検知することが可能となる。
【００１７】
第５の特徴によれば、クランクパルサロータのリラクタのうちの少なくとも１つが、圧縮上死点または燃焼下死点をまたぐように形成されているので、第１所定区間の第１クランク角速度および第２所定区間の第２クランク角速度を単一のリラクタによって算出することが可能となり、リラクタの数を低減してクランクパルサロータの軽量化および小型化を図ることが可能となる。
【００１８】
第６の特徴によれば、エンジンの圧縮行程開始時の角速度と圧縮上死点近傍の角速度との差分により第１変動量を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点に重なる第２所定区間の第２クランク角速度を算出すると共に、前記第２クランク角速度から前記第１クランク角速度を減ずることで第２変動量を算出するΔω１，Δω２算出部とを具備し、前記空燃比推測検知装置は、前記第１の変動量および第２の変動量の値に基づいて、燃焼ガスの空燃比を推測検知するので、クランクパルス出力に基づいて、燃焼ガスの空燃比を推測検知することが可能となる。これにより、空燃比を直接検知する酸素センサ等を用いることなく、空燃比の推測値に基づいて、点火装置や燃料噴射装置を適切に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比推測検知装置を含むＥＣＵ３０およびその周辺機器の構成を示すブロック図である。
【図２】１サイクル間におけるクランクパルス信号とクランク角速度ωの変動との関係を示したタイムチャートである。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】ＩＭＥＰ−ηｃマップの一例である。
【図５】Δω１−Δω２マップの一例である。
【図６】ＩＭＥＰとＡ／Ｆとの関係を示すグラフである。
【図７】Δω２とＡ／Ｆとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比推測検知装置を含むＥＣＵ３０およびその周辺機器の構成を示すブロック図である。また、図２は、１サイクル間におけるクランクパルス信号とクランク角速度ωの変動との関係を示したタイムチャートであり、図３は、図２の一部拡大図である。エンジンのクランク軸５５には、該クランク軸５５と同期回転するクランクパルサロータ５０が取り付けられている。本実施形態に係るクランクパルサロータ５０は、クランク軸５５と同期回転するロータ５１に１箇所の歯抜け部Ｈを除いて、計１１個のリラクタ５２を３０度間隔で設けた構成とされている。
【００２１】
ＥＣＵ３０内のクランクパルス検出部３１は、磁気ピックアップ式のパルス発生器ＰＣによってリラクタ５２の通過状態をパルス信号として検知することにより、クランク軸５５の回転位置および回転速度を検知することができる。クランクパルス検出部３１は、歯抜け部Ｈの通過を検知することでクランクパルサロータ５０の基準位置を検知し、リラクタ５２の配置に基づいてクランク軸１回転を♯０〜１０の計１１クランクステージで分割する。その後、吸気管に生じる吸気圧変動等に基づいた行程判別が確定すると、ステージの表裏判定（クランク軸が１サイクル中の１回転目または２回転目のいずれであるかの判定）が確定し、エンジンの１サイクル（７２０度）が♯０〜２１の計２２サイクルステージに分割される。なお、吸気圧変化に基づく行程判別は、例えば、検知された吸気圧の変動パターンと、実験等で求められた吸気圧の変動パターンとを照合することにより実行される。実験等で求められた変動パターンは、サイクルステージと関連づけられている。
【００２２】
ＥＣＵ３０には、クランクパルス検出部３１およびタイマ３７の出力信号に基づいて、所定の検知区間における平均エンジン回転速度ＮｅＡを算出するＮｅＡ算出部３８が含まれる。また、Δω１，Δω２算出部３２では、ＮｅＡ算出部３８で算出された平均エンジン回転速度ＮｅＡと、クランク軸５５の上死点位置に重なる第１所定区間で検知される第１クランク角速度ω１と、クランク軸５５の下死点位置に重なる第２所定区間で検知される第２クランク角速度ω２とに基づいて、クランク角速度の第１変動量Δω１および第２変動量Δω２の算出が行われる。本実施形態において、第１クランク角速度ω１は、圧縮上死点（ＴＤＣ）に重なる所定区間で検知され、また、第２クランク角速度ω２は、圧縮上死点の通過後に最初に到達する下死点（以下、燃焼下死点と示すこともある）に重なる所定区間で検知される。
【００２３】
図２および３を参照して、クランク角速度ωは、平均エンジン回転速度ＮｅＡが一定である場合でも、シリンダ内圧の変動によってエンジンの１サイクル、すなわち、圧縮、燃焼・膨張、排気、吸気の４行程に合わせて周期的な変動を繰り返している。具体的には、圧縮行程の後半区間では、シリンダ内圧の上昇による圧縮抵抗に起因するクランク角速度ωの減少が生じる。また、燃焼・膨張行程の区間では、燃焼によるシリンダ内圧の上昇によってクランク回転エネルギーが発生し、これに起因した増加が生じる。また、クランク角速度ωは、燃焼・膨張行程の終了時にピークを迎え、その後、エンジン内の機械的な摩擦抵抗、排気行程における既燃ガスの排出抵抗、吸入行程における吸入抵抗等のポンプ仕事により低下を続けて、再び吸入行程・圧縮行程に至るという変動を繰り返すこととなる。
【００２４】
このクランク角速度ωの変動によれば、圧縮上死点の近傍で検知される第１クランク角速度ω１は平均エンジン回転速度ＮｅＡより小さくなり、また、燃焼下死点の近傍で検知される第２クランク角速度ω２は、平均エンジン回転速度ＮｅＡより大きくなる（平均エンジン回転速度ＮｅＡが３０００ｒｐｍであるときに、例えば、第１クランク角速度ω１＝２９００ｒｐｍ、第２クランク角速度ω２＝３１００ｒｐｍとなる）。
【００２５】
なお、クランク角速度ωの変動ピークは、エンジンの発生トルクが大きいほど大きくなり、その後の低下量は、吸入空気量が多いほど大きくなる。したがって、発生トルクが大きく、かつ吸入空気量が多いエンジンであるほど、クランク角速度ωの変動は大きくなる。さらに、この変動は、クランク軸の慣性力が小さい低回転域であるほど大きく、また、気筒数が少なく爆発間隔が大きいエンジンであるほど大きくなる。換言すれば、自動二輪車用の単気筒エンジンのように、クランク軸の慣性モーメントが比較的小さいエンジンでは、クランク角速度ωの変動が大きくなる傾向にある。
【００２６】
図１のブロック図に戻って、Δω１，Δω２算出部３２は、圧縮上死点近傍における第１クランク角速度ω１の第１変動量Δω１（平均エンジン回転速度ＮｅＡに対する変動量）と、燃焼下死点近傍における第２クランク角速度ω２の第２変動量Δω２（クランク角速度ω１に対する変動量）とを、それぞれ算出するものである。第１変動量Δω１は、Δω１＝ＮｅＡ−ω１の式で算出され、第２変動量Δω２は、Δω２＝ω２−ω１の式で算出される。
【００２７】
この第１変動量Δω１は、圧縮行程に起因するクランク軸５５の減速度合を示すものとなる。また、第２変動量Δω２は、燃焼・膨張行程に起因するクランク軸５５の加速度合を示すものとなる。次に、算出されたΔω１およびΔω２は、Δω１／Δω２算出部３３に伝達されて、ここでΔω１÷Δω２の値（Δω１とΔω２との比）が算出される。
【００２８】
空燃比導出部４０には、マップ照合部４１と、空燃比推測値導出部４２と、エンジン回転速度別ＩＭＥＰ-ηｃマップ群４３とが含まれる。エンジン回転速度別ＩＭＥＰ-ηｃマップ群４３には、所定のエンジン回転速度に対応する複数のＩＭＥＰ-ηｃマップ４３ａ（例えば、１０００ｒｐｍ毎に１０００〜１００００ｒｐｍ時までの１０個）が収納されている。ＩＭＥＰ-ηｃマップ４３ａは、予め行われた実験データに基づいて作成され、ＩＭＥＰ（Indicated Mean Effective Pressure：図示平均有効圧力）と、ηｃ（充填効率）と、燃焼ガス中の空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を示したマップである。
【００２９】
ここで、図４を参照して、ＩＭＥＰ−ηｃマップの構成を説明する。ＩＭＥＰ−ηｃマップは、それぞれ異なる空燃比に対応する、傾きの異なる複数の直線によって構成されている。これは、エンジン回転速度が一定で、点火時期がＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）に設定されており、かつ燃焼ガス中の空燃比（Ａ／Ｆ）が一定であるとき、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）およびηｃ（充填効率）に比例関係が成立することに起因するものである。
【００３０】
なお、点火時期におけるＭＢＴとは、スロットル開度が一定かつエンジン回転速度が一定の下で、かつ発生トルクが最大となる点火時期であり、予め実験等で導出される値である（例えば、３０００ｒｐｍ時は０度）。また、充填効率（Charging efficiency）ηｃは、所定気圧および所定温度において、吸気行程で燃焼室内に取り込むことができる吸入新気の質量に関する効率である。さらに、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）は、燃焼によって発生したシリンダ内の仕事量を行程体積で除した値（例えば、５００ｋＰａ）であり、排気量にかかわらず、仕事の発生度によってエンジンの性能を表すための指標のひとつである。
【００３１】
なお、ＭＢＴの成立要件には、エンジンに理論空燃比の混合気が供給されている場合であることが加えられてもよい。
【００３２】
図１のブロック図に戻って、マップ照合部４１は、ＮｅＡ算出部３８で算出された平均エンジン回転速度ＮｅＡの値に基づいて、エンジン回転速度別ＩＭＥＰ-ηｃマップ群４３から、エンジン回転速度が合致するマップ４３ａを１つ選択する。そして、このＩＭＥＰ-ηｃマップ４３ａに示された複数の直線の傾きと、Δω１／Δω２算出部３３で算出された傾きとを比較照合する。そして、空燃比推測値導出部４２は、Δω１／Δω２の傾きに合致する直線に対応する空燃比を、空燃比の推測値として導出する。
【００３３】
本実施形態に係る空燃比推測装置は、Δω１／Δω２の値が示す傾きと、ＩＭＥＰ−ηｃマップに示された傾きとを比較照合することにより、空燃比の推測値を導出するものである。このような推測値の導出を可能とする根拠は、第１に、エンジン回転速度が一定の条件下では、圧縮行程におけるクランク角速度の減速度合と充填効率ηｃとの相関関係（比例関係）が成立することにある。これは、圧縮行程におけるクランク角速度の減速度合が、筒内の圧縮圧力抵抗に起因するためである。そして、第２の根拠は、エンジン回転速度が一定の条件下では、燃焼・膨張行程中のクランク角速度の加速度合が燃焼によるトルク（図示平均有効圧力）との相関関係（比例関係）が成立することにある。これは、燃焼・膨張行程中のクランク角速度の加速度合が筒内の燃焼圧力に起因するためである。
【００３４】
また、通常、エンジンの出力は、吸入空気質量と空燃比（Ａ／Ｆ）と点火時期とによって決定される。ここで、点火時期を常に適正な値に設定すると、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）とηｃ（充填効率）との関係は、空燃比によってのみ決定される。
【００３５】
以上より、第１変動量Δω１が算出されればηｃが推測可能となり、同様に、第２変動量Δω２が算出されればＩＭＥＰが推測可能となる。これにより、点火時期をある適正な値、具体的にはＭＢＴとすれば、所定のエンジン回転速度毎にＩＭＥＰとηｃとＡ／Ｆとの関係が定まることとなる。ＩＭＥＰ−ηｃマップは、この関係を実験によってデータ化したものである。
【００３６】
そして、第１変動量Δω１および充填効率ηｃに比例関係が成立することと、第２変動量Δω２およびＩＭＥＰに比例関係が成立することによれば、Δω１、Δω２および空燃比（Ａ／Ｆ）の関係は、図５に示すΔω１−Δω２マップに示すことができる。したがって、第１変動量Δω１および第２変動量Δω２がそれぞれ算出されれば、Δω１÷Δω２で算出される傾きを求め、この傾きを、エンジン回転速度が合致するＩＭＥＰ−ηｃマップに示された直線の傾きと比較照合することにより、空燃比（Ａ／Ｆ）の推測値を導出することが可能となる。
【００３７】
図６は、ＩＭＥＰとＡ／Ｆとの関係を示すグラフである。図示平均有効圧力と空燃比との関係は、エンジン回転速度ＮｅＡおよび充填効率ηｃが一定で、かつ点火時期をＭＢＴとしたときに図示のようになる。ＩＭＥＰは、Ａ／Ｆが１２〜１３のときに最大値を記録する上向きに凸状の曲線となる。また、図７は、Δω２とＡ／Ｆとの関係を示すグラフであり、エンジン回転速度およびΔω１が一定で、かつ点火時期をＭＢＴとしたとき、Δω２は、Ａ／Ｆが１２〜１３のときに最大値を記録する上向きに凸状の曲線となる。
【００３８】
図１のブロック図に戻って、空燃比推測値導出部４２で導出された推測空燃比は、点火装置５０を駆動制御する点火制御部３５および燃料噴射装置６１を駆動制御する燃料噴射制御部３６に伝達される。これにより、ＥＣＵ３０は、酸素センサ等を用いることなく、推測空燃比を用いて点火装置３５や燃料噴射装置６１等を適切に制御することが可能となる。なお、空燃比を用いたフィードバック制御は、空燃比の変動に応じて、点火装置の進角量を変更したり、燃料噴射の噴射タイミングを変更することで実行される。
【００３９】
再度、図２および３を参照して、前記Δω１，Δω２算出部３２におけるΔω１およびΔω２の算出手順を説明する。クランク角速度ωは、クランク軸５５が圧縮上死点（ＴＤＣ）の位置にある、すなわち、クランク角度が０度のときに最も小さくなる。したがって、圧縮行程によって生じるクランク軸５５の減速度合は、クランク角速度の第１変動量Δω１（平均エンジン回転速度ＮｅＡ−第１クランク角速度ω１）によって表される。
【００４０】
また、クランク角速度ωは、クランク軸５５が燃焼下死点の位置にある、すなわち、クランク角度が１８０度のときに最も大きくなる。したがって、燃焼・膨張行程によるクランク軸５５の加速度合は、圧縮上死点から燃焼下死点までのクランク角速度の第２変動量Δω２（第２クランク角速度ω２−第１クランク角速度ω１）によって表される。
【００４１】
本実施形態では、第１クランク角速度ω１を、圧縮上死点直前に位置するクランクパルスＰ１の立ち下がり点Ｃ１から、圧縮上死点直後に位置するクランクパルスＰ２の立ち下がり点Ｃ２までの３０度区間（第１所定区間）の通過時間τ１によって算出している。また、第２クランク角速度ω２は、燃焼下死点直前に位置するクランクパルスＰ３の立ち下がり点Ｃ３から、燃焼下死点直後に位置するクランクパルスＰ４の立ち下がり点Ｃ４までの３０度区間（第２所定区間）の通過時間τ２によって算出している。
【００４２】
そして、第１変動量Δω１は、平均エンジン回転速度ＮｅＡからクランク角速度ω１を減ずることで算出され、第２変動量Δω２は、第２クランク角速度ω２から第１クランク角速度ω１を減ずることで算出される。変動量Δω１，Δω２が算出されると、前記したηｃ−ＩＭＥＰマップとの比較照合が行われ、空燃比の推測値が導出可能となる。
【００４３】
上記したように、本発明に係る空燃比推測検知装置によれば、所定条件下において、第１変動量Δω１と充填効率ηｃとの比例関係が成立すると共に、第２変動量Δω２と図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）との比例関係が成立することに着目することにより、クランクパルサ信号から検知されるクランク角速度に基づいて、燃焼ガス中の空燃比を推測検知することが可能となる。これにより、空燃比を直接検知するための酸素センサ等の機器を用いることなく、点火装置および燃料噴射装置等を、空燃比の変動を考慮して適切に制御することが可能となる。
【００４４】
なお、クランクパルサロータやパルス発生器の構成や形状、ＩＭＥＡ−ηｃマップの形態や個数、ＥＣＵ内の構成等は、上記した実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、Δω１およびΔω２を、それぞれ圧縮上死点および燃焼下死点をまたぐ期間で算出していたが、その算出位置は、エンジンの排気量や形態等に合わせて、それぞれ進角方向または遅角方向に所定角度だけずらしてもよい。また、ω１およびω２を算出する期間の長さも、クランクパルサロータのリラクタの形状等に応じて任意に変更可能である。また、クランクパルサロータのリラクタを、圧縮上死点および燃焼下死点をまたぐように形成し、この各リラクタの通過時間に基づいてΔω１およびΔω２を算出することもできる。
【００４５】
さらに、エンジンの圧縮行程開始時の角速度と圧縮上死点近傍の角速度との差分により第１変動量（Δω１）を算出し、一方、エンジンの燃焼下死点（ＢＤＣ）に重なる第２所定区間（τ２）の第２クランク角速度（ω２）を算出すると共に、第２クランク角速度（ω２）から第１クランク角速度（ω１）を減ずることで第２変動量（Δω２）を算出するΔω１，Δω２算出部を具備するようにしてもよい。
【００４６】
本発明に係る空燃比推測検知装置は、クランク角速度の変動に基づいてエンジンの負荷を推測検知する負荷検知装置と併用したり、また、自動二輪車用エンジンに限られず、種々の形態のエンジンに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
３０…ＥＣＵ（空燃比推測検知装置）、３１…クランクパルス検出部、３２…Δω１，Δω２算出部、３３…Δω１／Δω２算出部、３５…点火制御部、３６…燃料噴射制御部、３７…タイマ、３８…ＮｅＡ算出部、４０…空燃比導出部、４１…マップ照合部、４２…空燃比推測値導出部、４３…エンジン回転数別ＩＭＥＰ−ηｃマップ群、４３ａ…ＩＭＥＰ−ηｃマップ、５０…クランクパルサロータ、５２…リラクタ、ＰＣ…パルス検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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