(57)【要約】【課題】クランク室圧縮２サイクルエンジンの１サイクルあたりの吸入空気量を計測する。【解決手段】クランク室圧力センサ１９を用いてクランク室１４内の圧力を掃気口閉じ終わりから吸気口開き始めまでの期間内の１点と吸気口閉じ終わりから掃気口開き始めまでの期間内の１点と吸気口開き始めから吸気口閉じ終わりまでの期間内の少なくとも１点を含むクランク角位置において検知し、該圧力データと該クランク角位置におけるクランク室容積と吸気温度に基き１サイクルあたりのエンジン吸入空気量の演算を行う。またエンジン低速運転中、下死点近傍の１点と掃気口閉じ終わりから吸気口開き始めまでの期間または吸気口閉じ終わりから掃気口開き始めまでの期間のいずれかの期間内の２点の合わせて３点のクランク角位置における圧力センサ１９の出力に基き圧力センサ１９の圧力感度と零点移動量の校正を行う。【選択図】図１
2012172591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク室圧縮２サイクルエンジンにおいてクランク室圧力の検知により吸入空気量を求めるという方法を用いるものであり、掃気口閉じ終わりから吸気口開き始めまでの期間内の１点と吸気口閉じ終わりから掃気口開き始めまでの期間内の１点と吸気口開き始めから吸気口閉じ終わりまでの期間内の少なくとも１点を含むクランク角位置において検知されたクランク室圧力とクランク室容積と吸気温度に基き吸入空気量の演算を行うことを特徴とするクランク室圧縮２サイクルエンジンの吸入空気量計測装置。
【請求項２】
前記クランク角位置のうち隣り合う２つのクランク角位置におけるクランク室圧力とクランク室容積に基き空気が吸気通路からクランク室に流入しているかクランク室から吸気通路に流出しているかを判定し該判定結果に基き前記吸気温度を補正したあと前記２つのクランク角位置におけるクランク室圧力とクランク室容積と前記吸気温度に基き前記２つのクランク角位置間における吸入空気量の演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の吸入空気量計測装置。
【請求項３】
クランク室圧力を検知する圧力センサの下死点近傍の１点と掃気口閉じ終わりから吸気口開き始めまでの期間または吸気口閉じ終わりから掃気口開き始めまでの期間のいずれかの期間内の２点の合わせて３点のクランク角位置における出力に基き前記圧力センサの圧力感度と零点移動量の校正を行うことを特徴とする請求項１に記載の吸入空気量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクランク室圧縮２サイクルエンジンの吸入空気量計測装置に係わり、クランク室の圧力検知によりエンジンの吸入空気量を求める計測装置である。
【背景技術】
【０００２】
現在世界各国で排気ガス規制が強化されておりクランク室圧縮２サイクルエンジンの燃料供給装置は気化器から電子燃料噴射装置に移行しつつある。電子燃料噴射装置ではエンジンの吸入空気量計測が必要であるが従来のクランク室圧縮２サイクルエンジンの電子燃料噴射装置では直接吸入空気量を計測する代わりにスロットル開度や吸気負圧とエンジン回転数に基く参照テーブルを用いて吸入空気量を推定する方式が採用されてきた。しかしこれらの方式ではスロットル開度や吸気負圧の僅かな変化で吸入空気量が大きく変化する運転域での吸入空気量の推定精度が悪いこと、参照テーブルはエンジンの定常運転時に適用されるもので加減速など過渡運転時には補正が必要なこと、また最近では国や地域毎に異なる排ガス規制値や騒音規制値に対処するため同一エンジン機種であっても仕向け地により排気系や吸気系の仕様が変わりそれら仕様毎に参照テーブルを作成しなければならないという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＨＯＮＤＡ  Ｒ＆Ｄ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｖｏｌ．４  (１９９２年)  「２ストロークレーサ用ＰＧＭ−ＦＩエンジンについて」
【非特許文献２】ヤマハ発動機  技報  ２００４−３  Ｎｏ．３７  （２００４年）  「ガソリン直噴２ストローク船外機  ＨＰＤＩ  Ｚ３００，ＶＺ３００」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クランク室圧縮２サイクルエンジンの電子燃料噴射装置において吸入空気量をスロットル開度や吸気負圧とエンジン回転数に基く参照テーブルを用いて推定する従来の方法では推定精度が悪くしかも過渡運転時には補正が必要であり電子燃料噴射装置によるエンジンの出力・排ガス性能の向上のためにはこれらの問題の解決が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の吸入空気量計測装置はクランク室圧縮２サイクルエンジンにおいてクランク室内の圧力を検知することにより１サイクルあたりの吸入空気量を直接知るところに特徴がある。まず本発明の吸入空気量計測装置による計測原理を説明する。
【０００６】
図１３はピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮２サイクルエンジンの下死点からの１サイクルの作動を説明する図である。図１３（ａ）の下死点から図１３（ｂ）の掃気口閉まではクランク室１４は掃気通路１６、掃気口１３、シリンダ１５、排気口１２および図には示していない排気管を介して大気に連通している。つぎに図１３（ｂ）の掃気口閉から図１３（ｃ）の吸気口開まではクランク室１４は密閉状態となり中の空気は断熱膨張する。図１３（ｃ）の吸気口開から図１３（ｄ）の上死点を過ぎ図１３（ｅ）の吸気口閉までは吸気期間でありクランク室１４は吸気口１１を介して吸気通路１７と連通しており吸気通路１７からクランク室１４内に空気が流入しまた燃料インジェクタ８から噴射された燃料が吸気流によってクランク室１４に運ばれる。ただもし途中にクランク室１４の圧力が吸気通路１７の圧力より高くなるとクランク室１４内の空気は吸気通路１７へ逆流する。この逆流現象を吸気吹き返しとよび通常、吸気口閉時期と吹き返し開始時期が一致するエンジン回転数で１サイクルあたりの吸入空気量は最大となり該回転数より低い回転数では吸気吹き返しが発生する。また図には示していないが図１３（ｂ）から図１３（ｃ）の間で排気口１２が閉じられたあとシリンダ１５内では充填された混合気が圧縮され図１３（ｄ）の上死点より少し前には点火プラグ１０により点火され燃焼する。図１３(e)の吸気口閉から図１３（ｆ）の掃気口開まではクランク室１４は再び密閉状態となり中の空気は断熱圧縮される。図１３（ｆ）の掃気口開から再び図１３（ａ）の下死点に戻るまではクランク室１４内の圧縮空気が掃気通路１６、掃気口１３を通ってシリンダ１５に流入し燃焼によって発生したシリンダ１５内の燃焼ガスを掃気する。このときクランク室１４は図１３（ａ）から図１３（ｂ）までと同じく排気管を介して大気にまで連通している。
【０００７】
図１４はリードバルブ吸気方式のクランク室圧縮２サイクルエンジンの下死点からの１サイクルの作動を説明する。ピストンバルブ吸気方式とリードバルブ吸気方式との構造上の相違はピストンバルブ吸気方式ではピストン２の側面がシリンダボディ１に設けた吸気口１１を開閉するのに対しリードバルブ吸気方式ではクランク室１４と吸気通路１７の間に吸気通路１７とクランク室１４との圧力差により通気口を開閉するリードバルブ４３が設けられておりクランク室１４の圧力が吸気通路１７の圧力より低いとリードが圧力差によって押し上げられ通気口が開いて空気が吸気通路１７からクランク室１４に流入するようになっている点でありピストンバルブ吸気方式に比べエンジン低速における吹き返しが低減できるという利点がある。図１４（ａ）の下死点から図１４（ｂ）の掃気口閉まではクランク室１４はほぼ大気圧となっておりリードバルブ４３は閉じている。掃気口閉以降クランク室１４内の空気が断熱膨張しクランク室１４内の圧力が吸気通路１７の圧力より低くなると図１4（ｃ）に示すようにリードバルブ４３が開き空気がクランク室１4に流入する。リードバルブ開の時期はエンジン回転数やスロットル開度など運転条件によって変わる。図１４（ｃ）のリードバルブ開から図１４（ｄ）の上死点を過ぎ図１４（ｅ）のリードバルブ閉までは吸気期間でありクランク室１４はリードバルブ４３の通気口を介して吸気通路１７と連通しており吸気通路１７からクランク室１４内に空気が流入しまた燃料インジェクタ８から噴射された燃料が吸気流によってクランク室１４に運ばれる。リードバルブ閉の時期はリードバルブ開の時期と同様運転条件によって変わる。リードバルブ閉以降は本明細書の段落０００６の図１３(e)の吸気閉以降の説明と同じ作動を行い、またシリンダ１５内の作動も本明細書の段落０００６の記載と同じである。なお以降の記載においてリードバルブ４３の通気口を吸気口、通気口が開くクランク角時期を吸気口開、通気口が閉じるクランク角時期を吸気口閉と表現する。
【０００８】
図１５にピストンバルブ吸気方式とリードバルブ吸気方式の吸気口開閉時期と掃気口開閉時期との関係を示す。ピストンバルブ吸気方式では吸気口開閉時期は上下死点に対し対称で固定であるのに対しリードバルブ吸気方式では吸気口開閉時期は上下死点に対し非対称でありしかもエンジン速度域により変化する。ただピストンバルブ吸気方式とリードバルブ吸気方式ともに吸気期間は常に掃気口が閉じている期間に包含される。
【０００９】
本明細書の段落０００６から段落０００８で説明したとおりクランク室圧縮２サイクルエンジンでは掃気口が閉じている期間のクランク室は密閉されているか吸気口のみが開いて吸気通路と連通しているかのいずれかの状態にある。したがって掃気口が閉じている期間のクランク室内の空気量変化を計測すれば吸気口を通ってクランク室内に吸入された空気量を知ることができる。いまクランク室圧力をＰｃ、クランク室容積をＶｃ、クランク室内空気質量をＧｃ、空気の比熱比をκ、ガス定数をＲ、吸気温度をＴｉｎｔとしクランク室への空気の出入りが断熱的に行われるものとするとクランク角θにおけるＧｃの単位クランク角あたりの変化率ｄＧｃ／ｄθ（増加する場合を正）は熱力学理論を基に数式１で求めることができる。数式１でｄＶｃ／ｄθ、Ｖは設計値として与えることができる変数でありκ、Ｒは各々空気の物性値として与えることができる。また吸気温度Ｔｉｎｔは空気が吸気通路からクランク室へ流入している場合つまり数式１の右辺の分子（Ｐｃ・ｄＶｃ／ｄθ＋Ｖｃ／κ・ｄＰｃ／ｄθ）の演算値が正なら吸気通路で測った吸気温度であり空気がクランク室から吸気通路へ流出している場合つまり数式１の右辺の分子の演算値が負ならクランク室内の吸気温度である。
【数１】
2012172591.tif 000003
【００１０】
またクランク角θ１とθ２の間のクランク室内空気量変化δＧは数式２のように数式１をθ１からθ２まで積分して求める。掃気口が閉じてから吸気口が開くまでの期間内にあるクランク角をθ１、吸気口が閉じてから掃気口が開くまでの期間内にあるクランク角をθ2としたとき、数式２によって求めたクランク室内空気量変化δＧは１サイクルあたりの吸入空気量に等しくなる。
【数２】
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【００１１】
電子燃料噴射装置では１サイクル中に燃料噴射のパラメータ演算ほかの多くの演算を実行するため吸入空気量演算は極力簡素化することが求められる。いま図１６に示すように１サイクル中にＮ個のクランク角点でクランク室圧力Ｐｃを検知しクランク角点には下死点に近い順に１からＮまで通し番号ｉを付すものとする。また番号１のクランク角位置は掃気口閉から吸気口開までの期間内、また番号Ｎのクランク角位置は吸気口閉から掃気口開までの期間内とする。クランク角番号ｉとｉ＋１間のＰｃとＶｃを直線で補間するとクランク角番号ｉからｉ＋１の間のクランク室内空気量変化δＧｉは数式３で求められる。
【数３】
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【００１２】
数式３の演算の際、（Ｐｉ＋Ｐｉ＋１）／２・(（Ｖｉ＋１−Ｖｉ）＋（Ｖｉ＋Ｖｉ＋１）／（２・κ）・（Pｉ＋１−Pｉ）の演算を先に行い演算結果をＱとしたときＱが正の場合空気は吸気通路からクランク室へ流入しているものとしてＴｉｎｔは吸気通路で測った吸気温度を用い、Ｑが負の場合空気はクランク室から吸気通路へ流出しているものとしてＴｉｎｔは吸気通路で測った吸気温度に補正値を加えたクランク室内の推定吸気温度を用いる。
【００１３】
１サイクルあたりの吸入空気量Ｇｉａは数式４に示すとおりδＧｉをｉ=1からＮ−１まで積算して求める。
【数４】
2012172591.tif 000006
【００１４】
数式３、４を用いて１サイクルあたりの吸入空気量を求める場合、番号１のクランク角位置は掃気口閉から吸気口開までの期間内にあること、番号Ｎのクランク角位置は吸気口閉から掃気口開までの期間内にあること、また演算過程に吸気期間中の圧力や容積変化の影響が含まれるようＮ個のクランク角点の中に吸気期間内の少なくとも１点を含めることが必要である。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明のクランク室圧縮２サイクルエンジンの吸入空気量計測装置はクランク室圧力検知によりエンジンの１サイクルあたりの吸入空気量を直接計測することができるのでスロットル開度や吸気負圧とエンジン回転数とからなる参照テーブルを用いて吸入空気量を推定する方式に比べ高精度である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
クランク室圧縮２サイクルエンジンにおいて１サイクルあたりの吸入空気量を計測するという目的をクランク室内圧力検知により実現した。図１〜１２はこの発明による吸入空気量計測装置の実施例を示すものである。
【実施例１】
【００１７】
図１に本発明の第１の実施例を示す。第１の実施例は本発明の吸入空気量計測装置をピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮２サイクルエンジンに適用したものであり図１はエンジンのクランク軸直交方向の断面図である。図１においてクランク軸５とコンロッド４によるクランク機構によりピストン２はシリンダボディ１に形成されたシリンダ１５内を上下に往復する。シリンダボディ１の側面には吸気口１１と排気口１２が各々１つと図２に示すとおり掃気口１３が２つ設けられており排気口１２は排気通路１８を介して図には示さない排気管に連通しており排気管は大気に連通している。掃気口１３は掃気通路１６を介してクランク室１４に連通している。吸気口１１は吸入空気量調節のためのスロットルバルブ７をもつ吸気通路１７を介して吸気クリーナボックス９に連通しており吸気クリーナボックス９は大気に連通している。シリンダボディ１の頂部は塞がれる形で燃焼室が形成されており点火プラグ１０と燃料インジェクタ８が取り付けられている。燃料インジェクタ８はエンジン制御ユニット２７の燃料噴射量演算部３８で演算された噴射量に相当する燃料を別途決定された噴射時期にシリンダ１５内に噴射し、また点火プラグ１０は別途決定された上死点近傍の点火時期において電気火花を発生させシリンダ１５内の圧縮混合気に着火する。
【００１８】
図２は図１に示すクランク室圧縮２サイクルエンジンのクランク軸方向の断面図である。クランクケースボディ６にはクランク軸５を支持するベアリング４０が嵌合されその外側にはオイルシール４１が取り付けられておりクランク室１４の気密性が保たれている。またクランク軸５にはフライホイルに組み込んだ永久磁石とクランクケースボディ６側に固定された発電コイルの相互作用により発電を行うフライホイルマグネトー４２が取り付けられており発電された電力の一部は点火系に供給されまた一部は図には示さない蓄電池に送られたあと電子燃料噴射系その他の電気系に供給される。以上が本実施例のエンジンの基本構造である。また本実施例に示すエンジンの１サイクルの作動は本明細書の段落０００６に記載したとおりであり詳細は省略する。
【００１９】
次にクランク室圧力を検知する方法について説明する。クランクケースボディ６の側面に圧力センサ１９が取り付けられている。図３に圧力センサ取り付け部の詳細を示す。クランクケースボディ６から外に伸びる導圧パイプ４６と圧力センサ１９の先端はともに熱伝導性の低いゴムパイプ４７に挿入されておりそれらがゴムパイプから抜けることを防止するためクリップ４８で止められている。この取り付け方法により高温になりやすいクランクケースボディ６からの熱伝達を少なくして圧力センサ１９の温度上昇を防ぐことができる。圧力センサ１９の先端内部には導圧孔が形成されその閉端に受圧面４９が設けられ受圧面４９の歪みが電気信号に変換され増幅器３３に送られる。圧力センサは歪みゲージ式や半導体歪みゲージ式、静電容量式などを用いるが計測対象となる掃気口閉期間のクランク室圧変動の周波数（１／ｓ）は概略エンジンの１秒当たりの最大回転数に等しく吸排気圧や燃焼圧に比べると格段に低いため比較的安価なセンサを使うことができる。圧力センサは絶対圧計測タイプでもゲージ圧計測タイプでもよいが以降ゲージ圧計測タイプを用いるものとする。
【００２０】
次にエンジンクランク角位置を検出する方法について説明する。図２に示すようにフライホイルマグネトー４２の外側にはクランク角割り出し用円板２２が取り付けられフライホイルマグネトー４２と一体で回転する。クランク角割り出し用円板２２の外周の１つの回転面上にクランク角検出用突起２４の突起列が並んでおりさらにそれとは異なる回転面上に下死点検出用突起２３が１つ形成されている。さらにクランクケースボディ６にはクランク角センサ２１と下死点センサ２０がクランク角割り出し用円板２２の回転により各突起列および突起が各センサの近傍を通過するような位置に取り付けられている。クランク角センサおよび下死点センサともに突起とセンサの距離が近づいた時に電気信号波形を発生するように仕組まれており図１に示すエンジン制御ユニット２７のクランク角位置判定部３５でその電気信号をクランク角信号として検出する。
【００２１】
図４に圧力検知を行うクランク角配値の例を示す。図４のクランク角番号０から６まで７つのクランク角で圧力検知を行うがそのうち吸気口開にある１番から吸気口閉にある５番までの５点の圧力データを用いて吸入空気量演算を行う。また下死点にある０番と吸気口閉にある５番と掃気口開にある６番の圧力データは吸入空気量演算部３７での演算よりあとに実行される圧力センサ校正部３９での演算に用いられる。またピストンバルブ吸気方式の場合１番と５番は厳密に吸気口開時および吸気口閉時でなくても各々吸気口開の少し前や吸気口閉の少し後でもよい。
【００２２】
クランク室圧力やクランク角のほかに大気圧センサ２５がエンジン周囲の大気圧を検知する。また吸気クリーナボックス９には吸気温度センサ２６が吸気クリーナボックス内の空気温度を計測できるよう取り付けられている。
【００２３】
次に第１の実施例におけるクランク室圧力センサ１９で検知された圧力データから吸入空気量を求める手順について述べる。なお本発明の主体はデータ処理の手順にあるので以下の説明文中にあるエンジン制御ユニット２７内の各演算部の回路構成や構造に関する詳細説明は省略する。
【００２４】
図１に示すとおりまず圧力センサ１９の出力信号は増幅器３３で増幅された後エンジン制御ユニット２７の入力ポート３２に入力され、大気圧センサ２５と吸気センサ２６の出力は入力ポート２８，２９に入力されたあとＡ／Ｄ変換器３４によりデジタル信号に変換される。また下死点センサ２０およびクランク角センサ２１の出力信号は各々入力ポート３０，３１に入力される。
【００２５】
クランク角位置判定部３５では入力ポート３０もしくは３１においてクランク角信号を検出すると入力ポート２８，２９、および３２の入力信号をサンプルし以降の処理を行う。クランク角位置判定部３５とクランク室容積メモリ参照部３６でのデータ処理を図５に示す。下死点信号が検出されるとクランク角番号ｉがゼロにセットされクランク角信号が検出されるたびにクランク角番号ｉに１が加算されていき再び下死点信号が検出されるとｉはゼロにリセットされる。こうしてクランク角番号ｉの値によりクランク角位置を特定することができる。
【００２６】
クランク室容積メモリ参照部３６では圧力検知を行う各クランク角でのクランク室容積Ｖｉのほか吸入空気量演算部３７で使用するクランク室容積差ＤＶｉ、クランク室容積和ＡＶｉやクランク室容積比ＲＶｉの値が予め計算されて定数の配列メモリとして保存されておりクランク角位置判定部３５で特定されたクランク角番号ｉを基に配列メモリにアクセスし値を取得する。なおクランク室容積とはあるクランク角において形成されるクランクケースボディ６やピストンより下のシリンダボディ１の内部の空隙の容積であり、上死点におけるクランク室容積をＶＴＤＣ、シリンダボア面積をＡｂｏｒｅ、上死点からのピストン変位をＳとすると数式５で求められる。ＶＴＤＣはピストン２を上死点に置いた状態でクランク室、ピストンより下のシリンダ、掃気通路などを含めた全空間にオイルなどの液体を空隙なく充満させることで計測することができる。
【数５】
2012172591.tif 000007
【００２７】
図６に吸入空気量演算部３７での処理のフローを示す。クランク角位置判定部３５でクランク角番号がゼロと判定された時クランク角は下死点であり吸入空気量Ｇｉａはゼロにリセットされる。次に入力ポート３２のクランク室圧力信号を圧力に換算する。圧力センサ１９がゲージ圧測定タイプの場合入力ポート３２の入力電圧をＥ（Ｖｏｌｔ）としセンサ感度／増幅率をＣ、大気圧下における入力ポート３２の入力電圧をＥ０とするとクランク室内の絶対圧は数式６で求めることができる。数式６においてＰａｔｍは大気圧センサで検知した大気圧である。Ｃ、Ｅ０は予め校正された値を用いることができるがこれらの値はセンサの温度により変化したり長時間の使用により経時変化することがあるので圧力センサ校正部３９で運転中に補正する。
【数６】
2012172591.tif 000008
【００２８】
クランク角番号を０からＮ＋１の全Ｎ＋２点とし、そのうち１からＮまでの圧力データを吸入空気量演算に用いるものとする。クランク角番号ｉが２以上かつＮ以下の場合クランク角番号ｉにおける値Ｐｉと前回の番号ｉ−１における値Ｐｉ−１、それら２つのクランク角番号におけるＤＶ，ＡＶの値、および吸気温度Ｔｉｎｔを用いてクランク角番号ｉとｉ−１の間のクランク室内の空気量変化δＧを数式３に示す演算により求めδＧを吸入空気量Ｇｉａの値に積算していく。δＧの演算において数式３のＤＶｉ・（Ｐｉ＋Ｐｉ−１）＋ＡＶｉ・（（Ｐｉ−Ｐｉ−１）の値をＱとしてＱの値をまず求めその値の正負によって吸気温度Ｔｉｎｔの値を変える。すなわちＱの値が正またはゼロならば空気はクランク室へ流入しておりＴｉｎｔの値には吸気温度の入力ポート２９の値Ｔｍをそのまま用い、Ｑの値が負ならば空気はクランク室から流出しておりＴｉｎｔの値にはクランク室内の空気温度の推定値としてＴｍ＋αの値を用いる。吹き返しが生じる時のクランク室内の空気温度はＴｍより高いのでαは正の値となる。
【００２９】
吸入空気量演算部３７でクランク角番号Ｎにおける処理が終了したらクランク角番号Ｎ＋１が検出される前に燃料噴射量演算部３８での処理を行い燃料噴射量を決定する。図７に燃料噴射量演算部３８での処理手順を示す。予めエンジン回転数ＲＰＭと１サイクルあたりの吸入空気量Ｇｉａの２変数から燃料噴射量を演算する式または参照テーブルが作成されているものとする。クランク角番号Ｎが検出された時、吸入空気量演算部３７の演算結果として得られた吸入空気量Ｇｉａと別途検出されたエンジン回転数ＲＰＭを基に演算式を用いて燃料噴射量Ｇｆを計算する。燃料噴射指令部では燃料噴射圧力、燃料噴射開始時期や噴射時間など燃料噴射に必要なパラメータの演算を行う。
【００３０】
本実施例では現サイクルの吸入空気量を基に決めた適正量の燃料を現サイクルの掃気過程でエンジンに供給することができるためシリンダ内混合気の空燃比を高精度に制御できる。しかしもし燃料インジェクタ８の取り付け位置が吸気通路にある場合は燃料噴射量を決定してもクランク室内に供給できるのは次のサイクルの吸気過程となりこの利点が活かせない。したがって燃料インジェクタ８は図１に示すようにシリンダヘッドに取り付け燃料をシリンダ内に直接噴射するかクランクケースボディ６に取り付けクランク室１４内に噴射するか掃気通路１６内に噴射するかのいずれかの方法を用いる。
【００３１】
図８に吸入空気量演算、燃料噴射量演算、燃料噴射指令部演算および燃料噴射の実行順序を示す。吸気口閉以降、燃料噴射量演算と燃料噴射指令部演算を続けて実行し燃料噴射パラメータを極力早期に決定することで噴射可能期間を長くし運転条件によって変わるエンジンの要求に合わせた噴射パターン制御が可能となる。
【００３２】
さて本吸入空気量計測装置用のクランク室圧力センサ１９には圧力感度や零点出力が予め校正されたものを使用することができるが圧力センサの圧力感度や零点移動量はセンサの温度により変化したり長時間の使用により経時変化することがある。そこでエンジン運転中に圧力感度や零点移動量を補正する。
【００３３】
図９にピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮２サイクルエンジンのクランク室圧のクランク角変化を示す。図中ＳＯは掃気口開、ＳＣは掃気口閉、ＩＯは吸気口開、ＩＣは吸気口閉、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点を意味する。掃気口が開いてクランク室内の空気がシリンダに送られるとクランク室圧は低下するが低速では下死点より前には掃気は終了し下死点から掃気口閉までの期間、クランク室内圧力はほぼ大気圧に近い圧力に保たれる。通常、発火運転時または始動の際の駆動運転時ともにエンジン最高出力回転数の１／４以下程度のエンジン回転速度域では下死点までに掃気が終了し下死点でのクランク室圧は概略大気圧に等しいとみなすことができる。また掃気口閉から吸気口開までの期間と吸気口閉から掃気口開までの期間はクランク室は密閉状態にありクランク室内の空気は断熱膨張もしくは断熱圧縮状態にある。
【００３４】
本明細書の段落００３３で説明したクランク室圧力のクランク角変化に見られる特徴を利用して次の方法で圧力センサの校正を行う。まず低速運転中の下死点におけるクランク室内圧力は大気圧に等しいことから下死点におけるクランク室圧力の入力ポート３２の電圧Ｅをそのまま零点移動量Ｅ０とする。次に吸気口閉と掃気口開の２つのクランク角における入力ポート３２の入力電圧の比率から次の手順でＣを求める。
【００３５】
２つのクランク角におけるクランク室内圧力をＰｃ１、Ｐｃ２としクランク室容積をＶｃ１，Ｖｃ２とするとクランク角２点間の圧力と容積の関係は断熱変化の式にしたがい数式７のとおりとなる。数式７においてＶｃ１、Ｖｃ２、κは既知でありＲＶは予め求めておくことができる。また数式７よりＣの補正値を求める数式８が得られる。
【数７】
2012172591.tif 000009
【数８】
2012172591.tif 000010
【００３６】
図１０に圧力センサ校正部３９でのＣ，Ｅ０の演算手順を示す。クランク室圧力信号入力電圧値をＥとする。別途検出されたエンジン回転数ＲＰＭが設定されたエンジン回転数の閾値ＲＰＭｓより低くしかも検出されたクランク角番号ｉ＝０(下死点)かｉ＝Ｎ (吸気口閉)かi=Ｎ＋１(掃気口開)である場合のみ以下の処理を行う。まずｉ＝０ならＥをそのまま零点移動量Ｅ０として保存する。またｉ＝Ｎなら電圧ＥをＥ１として保存、またｉ＝Ｎ＋１なら電圧ＥをＥ２としたあと数式８による演算を行いＣを求める。ここで求めたＥ０、Ｃは次に圧力センサ校正部３９での補正演算処理が行われるまで更新されない。
【実施例２】
【００３７】
図１１に本発明の第２の実施例を示す。第２の実施例は本発明の吸入空気量計測装置をリードバルブ吸気方式のクランク室圧縮２サイクルエンジンに適用したものであり図１１はエンジンのクランク軸直交方向の断面図である。図１１においてクランク軸５とコンロッド４によるクランク機構によりピストン２はシリンダボディ１に形成されたシリンダ１５内を上下に往復する。シリンダボディ１の側面には排気口１２が１つと掃気口１３が２つ設けられており排気口１２は排気通路１８を介して図には示さない排気管に連通しており排気管は大気に連通している。掃気口１３は掃気通路１６を介してクランク室１４に連通している。クランクケースボディ６にはリードバルブブロック４４を挟む形で吸入空気量調節のためのスロットルバルブ７をもつ吸気通路１７が取り付けられており吸気通路１７はさらに吸気クリーナボックスを介して大気に連通している。リードバルブブロック４４には中央に通気口が設けてあるが該通気口はエンジン停止時にはリードバルブ４３により塞がれておりさらにリードバルブ４３の背面にはリードバルブが過度にリフトすることにより破損しないようストッパ４５が取り付けられている。エンジン運転中のリードバルブ４３の動作は本明細書の段落０００７の記載に記載のとおりであり吸気口開閉時期は本明細書の段落０００８に記載のとおりである。シリンダボディ１の頂部は塞がれる形で燃焼室が形成されており点火プラグ１０と燃料インジェクタ８が取り付けられている。燃料インジェクタ８はエンジン制御ユニット２７の燃料噴射量演算部３８で演算された噴射量に相当する燃料を別途決定された噴射時期にシリンダ１５内に噴射し、また点火プラグ１０は別途決定された上死点近傍の点火時期において電気スパークを発生させシリンダ１５内の圧縮混合気を着火させる。
【００３８】
図１２に第２の実施例における圧力検知を行うクランク角配値の例を示す。図１２のクランク角番号０からＮまでの全Ｎ＋１点のクランク角で圧力検知を行うがそのうち吸気口開にある１番から掃気口開時にあるＮ番までのＮ個のクランク角点の圧力データを用いて吸入空気量演算を行う。リードバルブ吸気方式ではリードの動作を何らかの方法で計測しない限り吸気口の開閉時期を正確に知ることは難しい。したがって吸入空気量演算のための圧力検知クランク角番号１の位置は上死点前で吸気口が確実に閉じているとみなせる掃気口閉じ終わりとし番号Ｎの位置は上死点後に同じく吸気口が確実に閉じているとみなせる掃気口開き始めとする。また０番とＮ−１番およびＮ番の合わせて３つの圧力データは燃料噴射量演算部３８での演算よりあとに実行される圧力センサ校正部３９での演算に用いる。
【００３９】
第２の実施例におけるクランク角位置判定部３５、クランク室容積メモリ参照部３６、吸入空気量演算部３７、および燃料噴射量演算部３８での処理手順は第１の実施例と同様であるので省略する。ここでは圧力センサ校正部３９での処理演算について説明する。ピストンバルブ吸気方式と同様リードバルブ吸気方式でも下死点でのクランク室圧は概略大気圧に等しいとみなすことができる。したがって低速運転での下死点におけるクランク室圧力の入力ポート３２の電圧Ｅをそのまま零点移動量Ｅ０とする。また図１５に示すように通常低速ではリードバルブの吸気口閉時期は上死点近傍であることは分かっている。この理由は低速ではリードバルブが開いてから上死点に達するまでの吸気時間が長くしたがって上死点近傍でクランク室圧力が吸気通路より高くなるからである。したがって低速では上死点後のしかも掃気口開に近いクランク角ではリードバルブは既に閉じておりクランク室は密閉状態であるとみなすことができる。したがって図１２に示すクランク角番号のうち最後の２つであるＮ−１番とＮ番の圧力データを用いて圧力感度Ｃを求める。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
クランク室圧縮２サイクルエンジン用電子燃料噴射装置の吸入空気量計測に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】吸入空気量計測装置の実施方法を示した説明図である。（第１の実施例）
【図２】第１の実施例を適用した多気筒エンジンの平面図である。
【図３】クランク室圧力センサの取り付け方法を示した説明図である。
【図４】圧力検知クランク角の配置を示した説明図である。
【図５】データ処理方法を示す説明図である。
【図６】データ処理方法を示す説明図である。
【図７】クランク室圧力変化の例を示す説明図である。
【図８】データ処理方法を示す説明図である。
【図９】データ処理方法を示す説明図である。
【図１０】データ処理方法を示す説明図である。
【図１１】吸入空気量計測装置の実施方法を示した説明図である。（第２の実施例）
【図１２】第２の実施例における圧力検知クランク角の配置を示した説明図である。
【図１３】ピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮式２サイクルエンジンの作動を示す説明図である。
【図１４】リードバルブ吸気方式のクランク室圧縮式２サイクルエンジンの作動を示す説明図である。
【図１５】クランク室圧縮式２サイクルエンジンの吸気および掃気のタイミングの関係を示す説明図である。
【図１６】圧力検知クランク角の配置を示した説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１          シリンダボディ
２          ピストン
３          ピストンピン
４          コンロッド
５          クランク軸
６          クランクケースボディ
７          スロットル
８          燃料インジェクタ
９          吸気クリーナボックス
１０        点火プラグ
１１        吸気口
１２        排気口
１３        掃気口
１４        クランク室
１５        シリンダ
１６        掃気通路
１７        吸気通路
１８        排気通路
１９        クランク室圧力センサ
２０        下死点センサ
２１        クランク角センサ
２２        クランク角割り出し用円板
２３        下死点検出用突起
２４        クランク角検出用突起
２５        大気圧センサ
２６        吸気温度センサ
２７        エンジン制御ユニット
２８        大気圧入力部
２９、      吸気温度入力部
３０        下死点信号入力部
３１        クランク角信号入力部
３２        クランク室圧力信号入力部
３３        増幅器
３４        Ａ／Ｄ変換器
３５        クランク角位置判定部
３６        クランク室容積メモリ参照部
３７        吸入空気量演算部
３８        圧力センサ校正部
３９        燃料噴射量演算部
４０        ベアリング
４１        オイルシール
４２        フライホイルマグネトー
４３        リードバルブ
４４        リードバルブブロック
４５        ストッパ
４６        導圧パイプ
４７        ゴムパイプ
４８        クリップ
４９        受圧面
P          圧力
Ｖ         容積
Ｇｃ        クランク室内空気質量
δＧ      クランク室内空気質量の変化
Ｇｉａ    １サイクルあたりの吸入空気量
Ｔｉｎｔ        吸気温度
Tm          吸気温度計測値
α        吸気温度補正値
κ         比熱比
R          空気のガス定数
Ｐａｔｍ      大気圧
θ        クランク角
Ｎ          クランク角点の数
ＤＶ        容積差に関する定数
ＡＶ        容積和に関する定数
ＲＶ        容積比に関する定数
Ａｂｏｒｅ      シリンダボア面積
Ｓ          上死点からのピストン変位
Ｃ          圧力センサの圧力感度
Ｅ０        零点移動量    
ＲＰＭ      エンジン回転数
ＲＰＭｓ    エンジン回転数閾値
添え字ｃ  クランク室
添え字ｉ    ｉ番目のデータ
添え字ＴＤＣ    上死点
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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