(57)【要約】【課題】急激な回転変動があった場合においても適切なタイミングで点火すること。【解決手段】点火時期制御装置（３０）は、クランクシャフト（１１）の回転角度から排気時及び圧縮時それぞれにおけるクランクシャフトの上死点前回転数を算出する上死点前回転数演算手段（３１）と、排気時の上死点前回転数について、所定の周期分遡った平均値を算出する排気時上死点前回転数平均値演算手段（３２）と、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数とに基づいて回転変動値を算出する回転変動値演算手段（３３）とを有し、回転変動値を基に点火時期を制御する構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気及び圧縮それぞれの工程において、ピストンの上死点前におけるクランクシャフトの所定区間の回転角度情報を取得する回転角度取得手段と、前記回転角度取得手段によって得られた前記クランクシャフトの前記回転角度情報を基に内燃機関の回転状態を判断して点火時期を調整する点火時期制御装置と、を備える内燃機関の点火制御システムにおいて、
前記点火時期制御装置は、
前記クランクシャフトの前記回転角度情報から排気時及び圧縮時それぞれにおける前記クランクシャフトの上死点前回転数を算出する上死点前回転数演算手段と、
排気時の上死点前回転数について、所定の周期分遡った平均値を算出する排気時上死点前回転数平均値演算手段と、
排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数とに基づいて回転変動値を算出する回転変動値演算手段とを有し、
前記回転変動値を基に点火時期を制御することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項２】
前記回転変動値演算手段は、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数との差を前記回転変動値とすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火制御システム。
【請求項３】
前記回転角度取得手段は、前記クランクシャフトと一体回転するクランクマグネトの外周に設けられた突起部を検出して前記回転角度情報を取得することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の点火制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火制御システムに関し、特に、４サイクルエンジンの内燃機関の点火制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、混合気の点火タイミングは、エンジンの回転数、すなわちクランクシャフトの回転速度（回転数）に応じて調整される。従来、内燃機関の点火制御方法として、クランクシャフトの圧縮上死点前の所定区間におけるクランクシャフト回転数を算出して点火のタイミングを調整する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の点火制御方法では、クランクシャフトの所定箇所が所定区間を通過するのに要する時間と、クランクシャフトの１回転に要する時間との比を算出し、圧縮工程時と排気工程時とで差を取ってクランクシャフトの回転変動を推定している。そして、この回転変動を基に内燃機関の負荷を推定し、内燃機関の点火タイミングを調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２９８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スロットル急開時の場合等、クランクシャフトの回転速度が急激に変化する場合には、サイクル毎に算出された値に偏りが生じてしまい、必ずしも最適な点火制御がなされないという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、エンジンに急激な回転変動があった場合においても適切なタイミングで点火することができる内燃機関の点火制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の点火制御システムは、排気及び圧縮それぞれの工程において、ピストンの上死点前におけるクランクシャフトの所定区間の回転角度情報を取得する回転角度取得手段と、前記回転角度取得手段によって得られた前記クランクシャフトの前記回転角度情報を基に内燃機関の回転状態を判断して点火時期を調整する点火時期制御装置と、を備える内燃機関の点火制御システムにおいて、前記点火時期制御装置は、前記クランクシャフトの回転角度から排気時及び圧縮時それぞれにおける前記クランクシャフトの上死点前回転数を算出する上死点前回転数演算手段と、排気時の上死点前回転数について、所定の周期分遡った平均値を算出する排気時上死点前回転数平均値演算手段と、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数とに基づいて回転変動値を算出する回転変動値演算手段とを有し、前記回転変動値を基に点火時期を制御することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、回転変動が圧縮時に対して比較的小さい排気時においては、所定の周期分遡って上死点前回転数の平均値が算出される。これにより、排気時の上死点前回転数に偏りが生じても回転変動値に与える影響を抑えることができ、圧縮時に生じる回転変動をより正確に推定することができる。よって、スロットル急開時に短時間で圧縮空気量が急増する状態であっても、点火時期制御の応答性を維持することができる。このように、突発的な燃焼変動が生じても回転変動値の偏りを抑えることができ、点火制御の安定性が向上する。
【０００８】
また、上記内燃機関の点火制御システムにおいて、前記回転変動値演算手段は、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数との差を前記回転変動値とすることが好ましい。この場合、複雑な処理を必要とすることなく回転変動値を算出することができ、点火時期制御装置を簡略化することができる。
【０００９】
また、上記内燃機関の点火制御システムにおいて、前記回転角度取得手段は、前記クランクシャフトと一体回転するクランクマグネトの外周に設けられた突起部を検出して前記回転角度情報を取得することが好ましい。この場合、突起部に形状誤差があっても回転角度情報に影響を与えることがない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関の点火制御システムによれば、排気時の上死点前回転数の平均値を基にクランクシャフトの回転変動を推定することにより、エンジンに急激な回転変動があった場合においても適切なタイミングで点火することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムの模式図である。
【図２】本実施の形態に係る点火時期制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係るクランクマグネトの部分拡大図である。
【図４】本実施の形態に係るクランクマグネトから得られるクランクパルスを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムについて詳細に説明する。なお、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムは、以下に示す構成に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムは、例えば、自動二輪車に適用される。また、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムは、内燃機関の点火タイミングを制御するものであればどのような装置に適用されてもよく、他の車両等に適用可能である。
【００１３】
図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムの概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムの模式図である。図２は、本実施の形態に係る点火時期制御装置の構成例を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムは、クランクシャフト１１の所定範囲の回転数（回転速度）を算出し、算出した回転数を基にエンジン負荷を推定して点火制御のタイミングを制御するように構成されている。
【００１５】
エンジン１は、例えば、直動式のＤＯＨＣ（Ｄｏｕｂｌｅ  ＯｖｅｒＨｅａｄ  Ｃａｍｓｈａｆｔ）エンジンであり、不図示のクランクケース内にクランクシャフト１１、シリンダ１３及びシリンダヘッド１４等を備えて構成される。シリンダ１３内には、ピストン１５が上下に往復可能に収容されている。クランクシャフト１１とピストン１５とはコンロッド１６によって連結されており、ピストン１５が上下方向に往復運動することで、クランクシャフト１１がコンロッド１６を介して回転される。
【００１６】
シリンダヘッド１４は、燃焼室１４１を構成しており、シリンダヘッド１４には、吸気ポート及び排気ポートに対応して、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８が設けられている。また、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８に対応して、一対のカムシャフト１９が設けられている。クランクシャフト１１及び一対のカムシャフト１９には、不図示のカムチェーンが架け渡されており、クランクシャフト１１の回転は、カムチェーンを介して一対のカムシャフト１９に伝達される。
【００１７】
一対のカムシャフト１９が回転されることで、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は燃焼室１４１に向けて往復動される。このようにして、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８のそれぞれにおける開閉タイミングが調整される。また、燃焼室１４１の上方には、燃焼室１４１内の混合気に着火する点火装置２０（スパークプラグ）が設けられている。点火装置２０は、点火時期制御装置３０から送られる点火信号を基に所定のタイミングで点火する。
【００１８】
クランクシャフト１１には、クランクシャフト１１と一体回転するクランクマグネト１２が設けられている。クランクマグネト１２は、円盤形状を有しており、外周の一部分には径方向外側に突出した突起部１２１（リラクタ）が１つ形成されている。突起部１２１は、クランクマグネト１２の所定角度範囲を占める幅を有しており、ここで、突起部１２１の幅とは、突起部１２１の周方向の幅を示している。この幅は、ピストン１５の上死点前におけるクランクシャフト１１の所定区間の回転数を算出できる程度の大きさになっている。また、クランクマグネト１２の外周側には、突起部１２１に対向して、センサ部２１（回転角度取得手段）が固定配置されている。
【００１９】
センサ部２１は、排気及び圧縮それぞれの工程において、ピストン１５の上死点前におけるクランクシャフト１１の所定区間の回転角度情報を取得する。センサ部２１は、例えば、ＧＭＲ素子やＭＲ素子等によって構成される電磁式のクランク角センサで構成される。突起部１２１及びセンサ部２１は、ピストン１５が上死点に到達する前のクランクシャフト１１の所定区間の回転数を取得する位置に設けられている。すなわち、突起部１２１がセンサ部２１を通過した後に、ピストン１５が上死点に到達する。
【００２０】
クランクシャフト１１が回転して、センサ部２１に対向する突起部１２１がセンサ部２１を通過するときに、センサ部２１は突起部１２１を検出してクランクパルスを取得する。センサ部２１は、突起部１２１の読み始めのときに正のクランクパルスを取得し、突起部１２１がセンサ部２１を完全に通過するとき、すなわち、突起部１２１の読み終わりのときに負のクランクパルスを取得する（図４参照）。このように、突起部１２１から得られるクランクパルスは、クランクシャフト１１の回転角度情報を構成する。センサ部２１によって取得されたクランクパルスは、エンジン１内の各種動作を制御するＥＣＵ３（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）に送信される。
【００２１】
ＥＣＵ３は、エンジン１内の各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体で構成される。メモリには、エンジン１の各部を制御する制御プログラム等が記憶されている。ＥＣＵ３は、点火装置２０の点火時期を調整する点火時期制御装置３０を備えている。点火時期制御装置３０は、センサ部２１から取得したクランクシャフト１１の回転角度情報を基にエンジン１の回転状態を判断して点火時期を制御する。
【００２２】
図２に示すように、点火時期制御装置３０は、上死点前回転数演算手段３１と、排気時上死点前回転数平均値演算手段３２と、回転変動値演算手段３３と、エンジン負荷推定手段３４と、点火時期決定手段３５とを備えている。上死点前回転数演算手段３１は、クランクシャフト１１の回転角度情報から排気時及び圧縮時それぞれにおけるクランクシャフト１１の上死点前回転数を算出する。ここで、上死点前回転数とは、ピストン１５が上死点に到達する直前の所定区間（局所範囲）におけるクランクシャフト１１の回転数を示している。
【００２３】
排気時上死点前回転数平均値演算手段３２は、上死点前回転数演算手段３１によって算出された排気時の上死点前回転数について、所定の周期分遡って平均値を算出する。平均値を算出する際には、遡った周期内の全ての値をサンプリングしてもよい。また、遡った周期のうち、少なくとも２つ以上の任意の値を選択して平均値を算出してもよい。回転変動値演算手段３３は、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数に基づいて回転変動値を算出する。ここで、回転変動値とは、上死点前回転数の周期毎の変化の度合いを表しており、本実施の形態においては、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数との差を回転変動値としている。
【００２４】
エンジン負荷推定手段３４は、回転変動値演算手段３３によって算出された回転変動値を基にエンジン１の負荷を推定する。エンジン１の負荷は、ＥＣＵ３に予め記憶され、回転変動値とエンジン負荷との相関関係を示すグラフを基に推定される。点火時期決定手段３５は、エンジン負荷推定手段３４によって推定されたエンジン１の負荷を基に点火装置２０の点火時期を決定し、点火装置２０に点火信号を送信する。点火時期は、ＥＣＵ３内に予め記憶された３次元の点火マップによって決定される。３次元の点火マップは、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷及び点火時期の３つのパラメータの相関関係を示している。
【００２５】
本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムにおいては、クランクマグネト１２の突起部１２１から得られるクランクパルスを基に、エンジン１の圧縮時及び排気時におけるクランクシャフト１１の上死点前回転数が算出される。そして、圧縮時及び排気時それぞれの上死点前回転数を基に回転変動値が算出され、その回転変動値を基にエンジンの負荷を推定することで、点火装置２０の点火タイミングが決定される。
【００２６】
次に、図１から図４を参照して本実施の形態に係る内燃機関の点火制御方法について説明する。図３は、本実施の形態に係るクランクマグネトの部分拡大図である。図４は、本実施の形態に係るクランクマグネトから得られるクランクパルスを示すタイムチャートである。
【００２７】
図３及び図４に示すように、センサ部２１は、クランクシャフト１１（図１参照）が一回転する毎にクランクマグネト１２の突起部１２１を検出する。具体的には、クランクシャフト１１及びクランクマグネト１２が回転して、クランクマグネト１２の回転方向における突起部１２１の前端部分１２２がセンサ部２１を通過したときに、上側に突出したピーク波形（クランクパルス）を得る。そして、突起部１２１の後端部分１２３がセンサ部２１を通過したときに、下側に突出したピーク波形を得る。
【００２８】
突起部１２１の前端部分１２２から得られたピーク波形と突起部１２１の後端部分１２３から得られたピーク波形との間隔は、クランクシャフト１１が上死点前の所定区間を回転する時間を示しており、これら２つのピーク波形の間隔が、突起部１２１の幅に対応している。上述したように、突起部１２１がセンサ部２１の通過したときに得られる２つのピーク波形は、ピストン１５の上死点前におけるクランクシャフト１１の所定区間の回転角度情報を示している。
【００２９】
図１に示すように、４ストロークで動作するエンジン１においては、ピストン１５が下降する際に吸気バルブ１７が開き、吸気ポートを通じて混合気が燃焼室１４１に送り込まれる（吸気行程）。その後、吸気バルブ１７が閉じ、ピストン１５が上昇して混合気を圧縮する（圧縮行程）。ピストン１５が上死点近傍に到達すると、点火装置２０によって所定のタイミングで点火されることによって、圧縮された混合気が燃焼する（燃焼行程）。混合気の燃焼によって燃焼室内の圧力が増大するとピストン１５が下降する。ピストン１５の下降運動は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１１に伝達され、クランクシャフト１１が回転する。その後、ピストン１５が下死点まで下降して慣性によって再度上昇に転じる際に、排気バルブ１８が開いて排気ポートから燃焼ガスが排出される（排気行程）。
【００３０】
このように、１サイクルの間にピストン１５がシリンダ１３内を２往復して、クランクシャフト１１は２回転する。すなわち、ピストン１５は、圧縮工程時に一度上死点に到達した後、排気工程時にもう一度上死点に到達する。このため、クランクマグネト１２の突起部１２１から得られる回転角度情報（クランクパルス）は、排気時の回転角度情報と圧縮時の回転角度情報との２種類が存在する。これら２種類の回転角度情報は、クランクシャフト１１が１回転する毎に、それぞれ交互に取得される。なお、本実施の形態においては、１つの突起部１２１で排気時と圧縮時の回転角度情報を取得するため、クランクマグネト１２毎に突起部１２１の形状誤差が生じても、排気時と圧縮時の回転角度情報に影響を与えることがない。
【００３１】
また、圧縮時において、ピストン１５が上死点まで上昇するまでの間、ピストン１５は、ピストン１５及びシリンダ１３間の摩擦抵抗や混合気の圧縮に伴う抵抗を受ける。このため、クランクシャフト１１の回転速度が低下する。一方、排気時において、ピストン１５は、ピストン１５及びシリンダ１３間の摩擦抵抗を受けるものの、混合気の圧縮に伴う抵抗は存在しない。このため、圧縮時に比べ、ピストン１５が上昇するまでの間に、クランクシャフト１１の回転速度が低下する度合いは小さくなる。これらにより、図４に示すクランクパルスでは、排気時に比べ圧縮時の方が２つのピーク波形の間隔が大きくなっている。また、圧縮時と排気時におけるピーク波形の間隔の差が、クランクシャフト１１の回転変動に対応する。
【００３２】
センサ部２１で取得した回転角度情報は、点火時期制御装置３０の上死点前回転数演算手段３１に送信される。上死点前回転数演算手段３１は、ＥＣＵ３内に記憶された突起部１２１の幅情報を基に、排気時及び圧縮時それぞれの上死点前回転数を算出する。算出されたそれぞれの上死点前回転数は、ＥＣＵ３内のメモリに格納される。圧縮時の上死点前回転数Ｃは、クランクシャフト１１の回転毎に更新され、常に新しい値で点火時期が決定される。
【００３３】
一方、排気時の上死点前回転数については、排気時上死点前回転数平均値演算手段３２によって、所定の周期分（例えば、３周期分）遡って平均値が算出される。図４に示すように、排気時の上死点前回転数Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の平均値が算出される。そして、回転変動値演算手段３３によって、圧縮時の上死点前回転数Ｃと排気時の上死点前回転数の平均値との差が算出され、この差が回転変動値となる。本実施の形態においては、圧縮時の上死点前回転数Ｃと排気時の上死点前回転数の平均値との差をとることにより、複雑な処理を必要とすることなく回転変動値を算出することができる。このため、点火時期制御装置を簡略化することができる。
【００３４】
排気時の上死点前回転数Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、圧縮時の上死点前回転数に比べ燃焼変動による影響が小さい。このため、排気時の上死点前回転数においては、所定の周期分遡って平均値をとることにより、燃焼変動による圧縮時の上死点前回転数Ｃの回転変動をよりダイレクトに検出することができる。この結果、排気時の上死点前回転数に偏りが生じても、回転変動値の偏りを抑えることができる。そして、エンジン負荷推定手段３４によって、算出された回転変動値を基にエンジン１の負荷が推定され、点火時期決定手段３５によって、エンジン１の負荷及び回転数を基に点火時期が決定される。この点火時期を基に点火信号が点火装置２０に送信される。
【００３５】
圧縮時の上死点前回転数Ｃを基に決定された点火時期は、排気時の上死点前回転数Ｅ３を取得した直後の圧縮時の上死点前において反映される。点火時期制御装置３０内の各演算手段では、クランクシャフト１１の回転毎に演算を実施し、周期毎に点火時期が決定される。このように、エンジン１の点火時期を適切なタイミングで制御することができる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御システムによれば、回転変動が圧縮時に対して比較的小さい排気時においては、所定の周期分遡って上死点前回転数の平均値が算出される。これにより、排気時の上死点前回転数に偏りが生じても回転変動値に与える影響を抑えることができ、圧縮時に生じる回転変動をより正確に推定することができる。よって、スロットル急開時に短時間で圧縮空気量が急増する状態であっても、点火時期制御の応答性を維持することができる。このように、突発的な燃焼変動が生じても回転変動値の偏りを抑えることができ、点火制御の安定性が向上する。
【００３７】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００３８】
例えば、上記実施の形態においては、クランクマグネト１２に形成された突起部１２１でクランクシャフト１１の回転角度情報を取得する構成としたが、この構成に限定されない。ピストン１５の上死点前におけるクランクシャフト１１の回転角度情報を取得することができれば、回転角度情報をどのように取得してもよい。例えば、突起部１２１の代わりに凹部をクランクマグネト１２に形成し、この凹部を検出してクランクシャフト１１の回転角度情報を取得してもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態においては、１つの突起部１２１でクランクシャフト１１の回転角度情報を取得する構成としたが、この構成に限定されない。複数の突起部１２１でクランクシャフト１１の回転角度情報を取得してもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態においては、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数との差を回転変動値としたが、この構成に限定されない。回転変動値は、クランクシャフト１１の回転数の変化を示す値であれば、どのように算出されてもよい。例えば、排気時の上死点前回転数の平均値と圧縮時の上死点前回転数との比を回転変動値としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、本発明は、エンジンに急激な回転変動があった場合においても適切なタイミングで点火することができるという効果を有し、特に、４サイクルエンジンの内燃機関の点火制御システムに有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１  エンジン
１１  クランクシャフト
１２  クランクマグネト
１２１  突起部
１５  ピストン
２０  点火装置（スパークプラグ）
２１  センサ部（回転角度取得手段）
３  ＥＣＵ
３０  点火時期制御装置
３１  上死点前回転数演算手段
３２  排気上死点前回転数平均値演算手段
３３  回転変動値演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015190319.tif 000005
【図４】
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