(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室及び回転クランクシャフトを有する内燃エンジンの動作パラメータであるエンジンの吸気流量を制御するための出力信号を発生する装置で、前記エンジンが、交互に生じる非パワーサイクル回転とパワーサイクル回転とを有する型であり、かつクランクシャフトの回転速度は非パワーサイクル中に低下し、非パワーサイクル中のクランクシャフトの回転に要する時間はパワーサイクル中の場合より長くなる型であり、非パワーサイクル回転中に燃料が前記エンジンの燃焼室に供給されて点火されるものにおいて、
選択したエンジン回転の周期的なエンジン速度を求める手段と、
前記非パワーサイクル回転の１つの周期的エンジン速度と後続するパワーサイクル回転の周期的エンジン速度との差値、及び前記パワーサイクル回転の周期的エンジン速度と後続する非パワーサイクル回転の周期的エンジン速度との差値を求める手段と、
前記求められた差値のうち大きい方の値の関数として前記出力信号を発生する手段と、を備えた装置。
【請求項２】
前記周期的エンジン速度を求める手段は、回転中の所定の角度位置におけるクランクシャフトを検知し、検知に応じて信号を発生する検知手段と、連続的なエンジン回転中に連続的に発生する信号間の時間周期を測定する計時手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記検知手段は前記クランクシャフトに動作接続された可変レラクタンス速度センサーを備えたことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記検知手段はマグネトを備えたことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記計時手段と前記差値を求める手段はマイクロプロセッサを備えたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記エンジンは燃料を燃焼室へ供給するための燃料噴射系を有し、前記動作パラメータはエンジンの吸気流量であり、前記装置は燃焼室へ供給される燃料の量を求める手段をさらに備え、燃料の量が前記出力信号の少なくとも部分的に関数であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記動作パラメータはエンジンの吸気流量であり、吸気流量の値は、前記出力信号に慣性係数を掛け、その積を最も新しく求めた最新サイクルの継続時間で割った値の関数であることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記装置はフィルタ手段をさらに備え、前記慣性係数は測定エンジン速度をフィルタ処理した複数のサンプルの統計的分析によって算出された値に比例していることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記フィルタ手段はデジタルフィルタ手段であり、前記統計的分析は、前記サンプルを前記デジタルフィルタ手段に通して処理し、安定状態の動作条件下にあるエンジン運転時に所定周波数を越える高周波数の変動速度内容だけを通過させた後、得られた前記サンプルに関する速度標準偏差値を計算することを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記所定周波数は約５Ｈｚから約３０Ｈｚの範囲内にあることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記安定状態の動作条件は、暖機後所定の速度で動作しているエンジンに負荷が加わってない状態であることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記慣性係数は、予め求められた多数の速度標準偏差値の補間を前記標準偏差の計算値を用いて行うことによって求められ、前記予め求められた標準偏差値は各々所定の動作条件下で求められたものであることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記予め求められた標準偏差値は３つの所定の動作条件下で測定され、これら３つの動作条件の各々が前記エンジンのクランクシャフトに作用印加される異なる質量値を有することを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記質量値の１つはゼロであり、別の１つは前記クランクシャフトに取り付けられた１枚の金属ディスクによって与えられる値であり、第３番目は前記クランクシャフトに取り付けられた２枚の金属ディスクによって与えられる値であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記ゼロの質量値に対する慣性係数は１で、前記動作条件はさらに所定の速度で且つ広開スロットルでエンジンを運転することを含むことを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記出力信号はエンジンに供給される吸気流量の大きさに比例し、前記差値を求める手段はマイクロプロセッサを備え、このマイクロプロセッサは、エンジンに供給される燃料の量を制御する燃料系用信号の値を求めるための参照テーブルの各値を記憶するメモリ手段を有していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記エンジンは燃料噴射系を有する型であり、前記燃料系用信号は燃料噴射系によって燃焼室へ供給される燃料の量を制御することを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
回転クランクシャフトを有する内燃エンジンの動作パラメータであるエンジンの吸気流量を制御するための出力信号を発生する装置で、前記エンジンが交互に生じるパワーサイクル回転と非パワーサイクル回転とを有する型であり、かつクランクシャフトの回転速度は非パワーサイクル中に低下し、非パワーサイクル中のクランクシャフトの回転に要する時間はパワーサイクル中の場合より長くなる型であり、非パワーサイクル回転中に燃料が燃料噴射系によって燃焼室内へ噴射され点火されるものにおいて、
１つがパワーサイクル回転である３つの連続したエンジン回転の周期的なエンジン速度を求める手段と、
前記パワーサイクル回転の周期的エンジン速度と前後する非パワーサイクル回転の各々の周期的エンジン速度との差値を求める手段と、
前記エンジンの回転慣性を表す系の慣性係数を求める手段と、
前記求められた差値のうち大きい方と、前記エンジンの求められた系慣性係数との関数として前記出力信号を発生する手段と、を備えた装置。
【請求項１９】
前記出力信号はエンジンに供給される吸気流量の大きさに比例し、前記差値を求める手段はマイクロプロセッサを備え、このマイクロプロセッサは、前記燃料噴射系によってエンジンに供給される燃料の量を制御する燃料系用信号の値を求めるための参照テーブルの各値を記憶するメモリ手段を有していることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記動作パラメータはエンジンの吸気流量であり、吸気流量の値は前記出力信号を最後に求めた最新サイクルの継続時間で割った値の関数であり、前記出力信号は前記大きい方の差値に前記系慣性係数を掛けた積からなることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２１】
前記系慣性係数は測定エンジン速度をフィルタ処理した複数のサンプルに関する標準偏差の計算値に比例していることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記装置はデジタルフィルタ手段を含み、前記速度標準偏差の計算値は、前記サンプルを前記デジタルフィルタ手段に通して処理し、安定状態の動作条件下にあるエンジン運転時に所定周波数を越える高周波数の変動速度内容だけを通過させることによって求められることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記系慣性値は、予め求められた多数の速度標準偏差値の補間を前記速度標準偏差の計算値を用いて行うことによって求められ、前記予め求められた標準偏差値は各々所定の動作条件下で求められたものであることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
前記予め求められた標準偏差値は３つの所定の動作条件下で測定され、これら３つの動作条件のうち２つは前記エンジンのクランクシャフトに加えられた異なる質量値をそれぞれ有するものであり、第３番目は前記エンジンのクランクシャフトに加えられる質量値がゼロであることを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記２つの質量値のうち１つは前記クランクシャフトに取り付けられた１枚の金属ディスクによって与えられる値であり、別の１つは前記クランクシャフトに取り付けられた２枚の金属ディスクによって与えられる値であることを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記ゼロの質量値に対する慣性係数は１であり、前記動作条件はさらに所定の高速度でエンジンを運転することを含むことを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
メモリ手段を有する処理手段及びエンジン速度検知手段を含むエンジン運転システム有する内燃エンジンの動作パラメータであるエンジンの吸気流量を制御するための出力信号を発生する方法で、前記エンジンが交互に生じるパワーサイクル回転と非パワーサイクル回転とを有する型であり、かつクランクシャフトの回転速度は非パワーサイクル中に低下し、非パワーサイクル中のクランクシャフトの回転に要する時間はパワーサイクル中の場合より長くなる型であり、非パワーサイクル回転中に燃料が燃焼室に供給されて点火されるものにおいて、
選択したエンジン回転の周期的なエンジン速度を求めるステップと、
パワーサイクル回転の周期的エンジン速度と前後する非パワーサイクル回転の周期的エンジン速度との差値を求めるステップと、
前記求められた差値のうち大きい方の値を求めるステップと、
前記エンジンの回転慣性を表す系慣性値を求めるステップと、
前記求められた差値のうち大きい方の値の関数として第１の信号を発生するステップと、
前記系慣性値の関数である係数によって前記第１の信号を変更して、前記出力信号を発生するステップと、を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、４サイクルエンジンの点火タイミングと空気／燃料比を制御するエンジン管理システムに係わる。本発明のシステムは、エンジン速度センサー、エンジン温度センサー及び排気酸素センサーからの各入力を用いる。
【０００２】
【従来の技術】
比較的小型である５−１０馬力から、１００馬力を越えるはるかに大型の４サイクルエンジンを含め、あらゆる種類及びサイズの内燃エンジンに関する制御システムの開発において多くの改良が成されてきた。比較的大型の４サイクルエンジンは、例を挙げれば溶接あるいは非常用発電機装置などの産業用途に使われることもあり、これらの用途では加わる負荷の変化やその他の起こり得る変動に拘わらず、エンジンが円滑に所望の速度で動作することが重要である。エンジン制御の分野において進歩は成されているが、上記のようなエンジンの制御を改善し、各種の作動条件下でエンジンが効率的且つ効果的に動作するのを保証することが引き続き求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の第一の目的は、信頼性があり効率的且つ効果的なエンジンの運転が得られるように、４サイクルエンジンの点火タイミングと空気／燃料比を制御する改良型エンジン管理システムを提供することにある。
【０００４】
本発明の別の目的は、排出物を減少し、始動性を向上させ、エンジンの燃費を最適化する改良型電子エンジン管理システムを提供することにある。
【０００５】
本発明の更に別の目的は、発生する変動に対して迅速な過渡応答を有するような改良型エンジン管理システムを提供することにある。この点は、少なくとも部分的に、印加負荷を測定し、これを運転中の燃料流量要求を求めるのに用いるという方法によって達成される。
【０００６】
更に細目の目的は、参照テーブルを有するメモリを含む処理手段を用いて、エンジンの動作パラメータに基づく燃料流量要求を求めることにある。
【０００７】
また別の目的は、空気流自体を測定する以外の手段を用い、非常に信頼性が高くしかも安価にエンジンの吸気流量を求められるような改良型エンジン管理システムを提供することにある。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、エンジンに加わる負荷を効果的に測定することによって、エンジンの吸気流量を効果的に求めるような改良型エンジン管理システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、エンジンの回転慣性を考慮したエンジンの吸気流量に対する補正係数を用い、より精確な燃料流量マッピング機能が得られるようにした改良型エンジン管理システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、個々のサイズ、種類及び用途のあらゆるエンジンについて、実験室でのテストを行ってそれら各エンジンに関する慣性特性を発生させることによって、系の慣性を求められるようにした改良システムを提供することにある。実地現場で求められるエンジンの回転速度測定値を用いて、各エンジン毎に慣性係数が調整される。これによって、使用中に慣性係数を精確に求められるようになると共に、時間及び使用につれてエンジン特性が変化しても慣性係数を修正可能なように定期的に求めることができる。
【００１１】
上記及びその他の目的は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
広い概念で言えば、本発明は処理手段を具備し、エンジンと動作接続された各センサーからの各種信号を用いて、過渡応答が極めて迅速になる態様でエンジンに関する適切な空気／燃料比を与えることを目的とした４サイクルエンジン用の改良型エンジン管理システムに係わる。その結果、エンジンは様々な過渡的状態にあるときでも、効率的且つ円滑に動作可能となる。
【００１３】
本発明を実施したエンジン管理システムは、マグネト（磁石発電機）、可変レラクタンス（磁気抵抗）増分速度検出器、あるいはタコメータ（回転速度計）から得られる回転速度情報を用いて、各クランクシャフトまたはエンジン回転の継続時間を求めるものである。これらの継続時間から、周期速度が求められる。可変レラクタンス増分速度検出器は、所望であれば、各回転の一部における瞬間的な速度を求めるのに使用可能である。このような選択された回転速度を比較することによって、本システムはエンジンの吸気流量を実際に物理的に測定せずに、推定のエンジン吸気流量を求めることができる。また、推定の吸気流量と共に、エンジンに関する測定した系の回転慣性値を用いることによって、本システムは適切な作動を得るためにエンジンに供給されるべき燃料の量を精確に求めることができる。
【００１４】
特定種類のエンジンに関する慣性係数は、実験室における実際のテストによって求められ、その結果が特定種類に属するすべてのエンジンについて最初に用いられるデフォルト値となる。一方本システムは、所定の条件下における実際の運転中に多数のサイクルから得られた速度情報の統計分析によって、定期的に慣性係数を修正するように固有適応する。すなわち本システムは、多数の回転にわたって取られた多数のエンジン速度のサンプルに対して標準偏差計算あるいは変分計算などの統計分析を利用し、また統計分析を用いて所定の慣性係数間の補間を行い、推定の空気流量を補償するのに使われる慣性係数値を与える。
【００１５】
更に本システムは実験室計算の結果として得られた参照テーブルを用い、これらの参照テーブルが調整後の推定空気流量の関数として燃料流量値を与える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面、特にまず図１を参照すれば、４サイクルエンジンに関連した本発明のシステム全体の概略図が示してあり、本システムは吸気弁１２を有する燃焼室１０、排気弁１４、ピストン１６、点火プラグ１８、及びクランクシャフト２２に連結されたロッド２０を備えている。またエンジンは吸気路２４を有し、そこにスロットル２６が配置されている。燃料は噴射器２８によって燃焼室１０に供給され、噴射器２８は燃料フィルタ３０、圧力調整器３２及び電気式燃料ポンプ３４を経てガス（燃料）タンク３６に接続されている。なお、電気式燃料ポンプ３４は、任意選択として圧力調整器の機能を含むこともできる燃料式ポンプで置き換え可能である。点火プラグ１８は、点火コイル３８あるいはマグネト（磁石発電機）によって点弧される。点火コイル３８の代わりにマグネトを用いる場合は、速度センサー５６の必要がなくなる点が理解されるべきである。また、マグネトは通常エンジンメーカーによって提供されており、その場合には通例、スパーク発生の角度位置を制御する点火回路を含んでいる。
【００１７】
本発明を実施した電子制御ユニット（ＥＣＵ）は４０で示してあり、エンジンの動作を制御するため各種センサーに対して延びた接続ラインを備えている。より詳しく言えば、制御ユニット４０はライン４８を介して温度センサー４６からの入力を受け取る。酸素センサー５０は排気マニホールド内に装着され、検知した酸素に関する信号をライン５２を介して制御ユニット４０に与える。歯付きギヤ５４がクランクシャフト２２に動作連結されており、速度及び標準マークセンサー５６が速度情報をライン５８を介して制御ユニット４０に与える。制御ユニット４０は、燃料噴射器２８を制御するためそこまで延びた出力ライン６２を有し、また燃料ポンプ３４を制御するためそこまで延びた出力ライン６０を有している。同様に、出力ライン６４が点火コイル３８へと延び、点火のタイミングを制御する。さらに、診断テストなどを行ったり、マイクロプロセッサとの交信を行うため、シリアル通信ライン６６が制御ユニット４０から延びている。
【００１８】
制御ユニット４０は図２にも、各入出力ライン及び各センサーの識別を含めて示してある。制御ユニット４０はマイクロプロセッサ７０を有し、マイクロプロセッサ７０は各センサーからの入力信号を調整回路７２による調整後に受け取ると共に、燃料噴射器２８及び点火コイル３８を制御する出力駆動回路７４に出力を与える。また図示のごとく、ライン７８を介して各回路及びマイクロプロセッサ７０に適切な供給電圧を与える電圧調整器７６も設けられている。
【００１９】
本発明の重要な観点によれば、エンジン吸気流量（以下簡単に吸気流量と呼ぶ）は実際に直接測定されるのでなく、エンジン速度の測定値及びエンジンの回転慣性の関数として精確に求められる。４サイクルエンジンの場合、パワーサイクル中のクランクシャフトの回転と、それに続く非パワーサイクル中のクランクシャフトの回転とがあることがよく知られている。つまり、エンジンの通常運転時には、パワーサイクルと非パワーサイクルが交互に存在する。連続する回転の速度変化は、エンジンへの吸気流量を測定する以外に、クランクシャフトまたはマグネトに付設されたセンサーを用いて求められる。センサーは、各エンジン回転中におけるエンジンのフライホイールまたはクランクシャフトの同じ回転位置での信号を与え、この信号がマイクロプロセッサ７０に送られ、そこで連続する信号間の時間周期を測定する。個々の速度（ＲＰＭ表示）は、各回転の測定された継続時間を用いて計算される。マイクロプロセッサ７０はこうした計時機能を果たすのに特に適しているが、所望であれば別個の計時回路によって同様の機能を果たしてもよいことが理解されるべきである。また、回転位置の信号を与えるセンサーは、例えば可変レラクタンス速度センサー、ホール効果センサー、タコメータ、各種の光回路、及びマグネトを含め、多くの周知手段によって得られる。
【００２０】
無負荷状態の通常運転時においても、クランクシャフトの回転速度は非パワーサイクル中に低下し、非パワーサイクル中のクランクシャフトの回転に要する時間はパワーサイクル中の場合より長くなる。パワーサイクル中と非パワーサイクル中での速度の差をここでは速度デルタと呼び、あるパワーサイクルに関する速度デルタの計算値には、前の先行する非パワーサイクルに対して求めたものと、後の後続する非パワーサイクルに対して求めたものの２種類がある。
【００２１】
本発明の重要な観点によれば、速度デルタは各パワーサイクル毎に、先行する非パワーサイクルに対してと共に後続する非パワーサイクルに対しても計算され、そのうち大きい方の速度デルタが本システムで使われる。吸気流量信号を求めるためには、大きい方の速度デルタを用いるのが極めて望ましいことが見いだされた。発生する可能性のある過渡状態の種類によっては、先行する非パワーサイクルに対する速度デルタが後続する非パワーサイクルに対する速度デルタと同様に使われることもある。
【００２２】
本発明のシステムの動作時には、図３のフローチャートに示した処理が、計時機能を実行するのに使われるクランクシャフトセンサーまたはマグネトからのトリガー信号を用いてマイクロコントローラで行われる。したがって、トリガー割込が発生し（ブロック１００）、エンジン速度が計算され（ブロック１０２）、ハイパスフィルタ処理される（ブロック１０３）。この時点で、測定された新たな速度が前の速度と比較される（ブロック１０４）。新たな速度が前の速度より小さい場合は、パワーサイクル速度（前速度）と後続サイクル速度（新速度）について速度デルタが計算され（ブロック１０６、１０８）、次いで推定の吸気流量信号が計算されてフィルタ処理される（ブロック１１０）。新たな速度が前の速度より大きい場合は（ブロック１０４）、パワーサイクル速度（新速度）と先行サイクル速度（前速度）について速度デルタが計算され（ブロック１１２、１１４）、次いで推定の吸気流量信号が計算されてフィルタ処理される（ブロック１１６）。これら２つの計算値から大きい方の信号が選択され（ブロック１１８）、エンジンに与えられるべき燃料の量を参照テーブルを使って求めるのに用いられる。
【００２３】
大きい方の速度デルタ計算値は、ある過渡状態では先行非パワーサイクル速度デルタ計算において生じ、また別の過渡状態では後続非パワーサイクル速度デルタ計算において生じることが見いだされた。この点は、それぞれ異なる過渡状態について連続するパワー及び非パワー両サイクル中の速度変化を表したチャートである図５−９に示してある。すなわち、図５は、スロットル角度が瞬間的に増大し、吸気流量が瞬間的に増大し、クランクシャフトの出力負荷が一定である過渡状態で、速度がどのように変化するかを示している。この過渡状態では、パワーサイクル（速度）と先行する非パワーサイクル（速度）との速度デルタが大きい方の値となり、これが求める吸気流量信号の中で使われる。図６には、スロットルが瞬間的に完全に閉じ、吸気流量が瞬間的に停止し、クランクシャフトの負荷が一定である過渡状態が示してある。この過渡状態での速度デルタは、両方の計算値について同じである。図７には、スロットル角度が瞬間的に減少し、吸気流量が瞬間的に減少し、クランクシャフトの負荷が一定である過渡状態が示してある。この過渡状態では、大きい方の速度デルタが後続する非パワーサイクルに対して生じることが示されている。図８に示した過渡状態においては、スロットル角度が一定で、吸気流量が一定であるが、クランクシャフトにかかる出力負荷が瞬間的に減少する。この例では、大きい方の速度デルタがパワーサイクルと先行する非パワーサイクルとで生じる。図９のチャートに示した過渡状態においては、スロットル角度が一定で、吸気流量が一定であるが、出力負荷が瞬間的に増大する。この例では、大きい方の速度デルタがパワーサイクルと後続する非パワーサイクルとから求めたものとなる。
【００２４】
上記の各チャートから、適切な量の燃料がエンジンに供給されるのを保証するためには、パワーサイクルについて両方の速度デルタを計算するのが重要であることが明らかである。パワーサイクルについて一方の速度デルタしか計算しないと、減少した吸気流量信号が求められ、参照テーブルにマッピングする際、エンジンに供給される燃料の量が充分に得られなくなり、従ってエンジンの動作が不均一になってしまう。各パワーサイクル毎に両方の速度デルタのうち大きい方を選ぶことによって、充分にリッチな燃料／空気比がエンジンに与えられ、均一なエンジン動作が保証される。
【００２５】
本発明の重要な観点によれば、エンジンの速度変化は、低周波数の変動と高周波数の変動によって生じていることが一般に知られている。速度変化の周波数内容が図１０に示してあり、図中線１２０で示したような大きい縦の変化が低周波数の変動を表しており、これは例えば機械的な速度制御ガバナー及びそれに付設のリンク機構に起因したランダムなスロットルの動きなどの変化によって引き起こされると考えられる。他方高周波数の変動は、周期的な燃焼及びシャフト負荷を介して誘起される速度デルタに加え、乱流や混合気の調整などに起因した燃焼の変動によるものと考えられる。
【００２６】
吸気流量信号の忠実度に係わる改良は、速度デルタを計算する前に、まず速度サンプルをハイパスフィルタ処理することによって得られる。速度デルタの情報は回転度数の半分に対応する周波数成分中に含まれていることが見いだされた。速度デルタの大きさは、その成分の大きさと直接的に関連している。つまり、フィルタを各ンジン回転毎にトリガーし、ハイパスフィルタの遮断周波数をサンプリング周波数（サンプリング周波数は回転周波数に等しい）の１／４に設定しておけば、サンプリング周波数の半分に対応する成分すなわち速度デルタが得られる。従って、ハイパスフィルタ処理した後の速度サンプル間の差を取ることによって速度デルタが得られる。
【００２７】
本発明の更に別の重要な観点によれば、燃料流量を求めるため参照テーブルへマッピングするのに使われる吸気流量信号は、ある任意のパワーサイクルについて計算される２つの速度デルタのうち大きい方に確実に比例し、また吸気流量信号はエンジンの慣性についても調整もしくは補償される。すなわち、吸気流量信号を求めるのに次の式が使われる。
【００２８】
0004236225.tif 000002
慣性係数は、本発明のエンジン管理システムが適用されるエンジンの各種類毎に求められる補償係数である。慣性係数の範囲は実験室で求められる。この範囲から、実際に使われる値は実地現場で自動的に選択可能である。より詳しく言えば、慣性係数は各種類のエンジンをテストすることにより、実験室で求めることができる。ここでエンジンの種類とは、エンジンのメーカー及び馬力、さらにエンジンの回転もしくは系慣性に影響を及ぼす特有の構成が識別されることを意味している。例えば、慣性係数の範囲はある特定メーカーの２５馬力エンジンについて求めることができ、その範囲は同じメーカーの５０馬力エンジンについての範囲とほぼ間違いなく異なるものとなる。しかし、ある特定のエンジンに関する範囲がいったん求められれば、その範囲をマイクロプロセッサに付設のメモリ内に入れて、上記の式から吸気流量信号を求めるのに使用可能である。
【００２９】
慣性係数の範囲を求めるためには、エンジンを所定の動作条件下でさまざまな負荷状態にして実験室でテストするのが好ましい。より詳しく言えば、エンジンは無視し得る程度の慣性の水力ブレーキ動力計に連結するのが好ましい。そしてエンジンを、２８００ｒｐｍのエンジン速度で広開スロットル（ＷＯＴ）など、標準的な所定の動作条件下で作動する。もちろん、所定の変動で維持可能である限り、その他の動作速度を用いてもよいことが理解されるべきである。このようにしてそのエンジンに関する速度デルタが測定され、記録される。次に、１枚の慣性ディスクをクランクシャフトに連結してテストを繰り返すと、慣性の増加に対応して減少した速度デルタが得られる。さらに２枚目の慣性ディスクもクランクシャフトに連結して再びテストを繰り返すと、より大きくなった慣性に対応して一層減少した速度デルタが得られる。次いで、慣性係数を１に設定して吸気流量信号を計算するが、一例としてベースラインの慣性について計算された吸気流量信号を１００とした。この場合、１枚の慣性ディスクのときは７３，２枚の慣性ディスクのときは５６と計算された。エンジンは同一の動作点、すなわち２８００ｒｐｍで広開スロットルという条件で作動しているので、吸気流量信号は同じになるべきである。これは慣性係数を調整することによって果たされる。つまり、ベースライン用の慣性係数が「１」に指定されているので、慣性ディスク１枚の場合の慣性係数は１００／７３の比を掛けて１．３４となる。同様に、慣性ディスク２枚の場合の慣性係数は１００／５６の比を掛けて１．７９となる。このように慣性係数を設定することで、吸気流量信号は３つのテストすべてについて１００となる。
【００３０】
燃料噴射系を駆動するための参照マップで吸気流量信号を変数として用い、あらゆる動作点で、基本の慣性について較正された適切な量の燃料がエンジン内に噴射されるようになるのが望ましい。ある与えられたエンジンの場合、上記３つの慣性テストに関連して慣性係数を実地現場で自動的に調整することが望まれる。製造されたエンジン毎の変化や、あるいはエンジンが実地現場で運転されるにつれ時間の経過と共に生じる変化を補償するのに、アルゴリズムを定期的に実行して、慣性係数の範囲の精確な補間を行えることが見いだされた。
【００３１】
選択の問題ではあるが、慣性係数の自動調整は、エンジンの始動時にその都度行ったり、あるいは頻度はもっと少なくなるにしても他の何らかの規準に基づいて行うこともできる。慣性係数の自動調整は、例えば無負荷状態、速度２８００ｒｐｍでの暖機運転時など、安定な動作点において行うのが好ましい。
【００３２】
また、実験室における基本慣性測定による速度サンプル、さらに１枚及び２枚の慣性ディスクを取り付けた測定による速度サンプルに対して、標準偏差計算を行うのが望ましい。この計算の結果、無負荷で速度２８００ｒｐｍにおける基本エンジン慣性の場合の標準偏差値は、例えば３０となる。同じ無負荷と速度の条件下で１枚の慣性ディスクをクランクシャフトに取り付けた場合、標準偏差値は２０となり、さらに同じ動作点で２枚の慣性ディスクをクランクシャフトに取り付けると、標準偏差値は１０となる。
【００３３】
上記の標準偏差値が実験室で得られたものとすると、それらの標準偏差値に合致した慣性係数は以下の表のようになる。
【００３４】
0004236225.tif 000003
従って、実地現場で測定された速度の標準偏差が例えば１５であれば、本自動化手順に基づいて使われる慣性係数は補間によって次のように計算される。
【００３５】
0004236225.tif 000004
基本エンジン慣性の各ケースに関するパワースペクトル密度もしくはデータの周波数内容を調べた結果、基本エンジン慣性に１枚の慣性ディスクを加えた場合と基本エンジン慣性に２枚の慣性ディスクを加えた場合に、データは低周波数と高周波数両方の内容から成り、高い方の周波数データの分布もしくは幅が系慣性の量と逆数の関係にあることが見いだされた。吸気流量信号の慣性補償を目的とした標準偏差の精確な測定は、ほぼ１０Ｈｚの遮断周波数を有するデジタルフィルタを用いて速度データをハイパスフィルタ処理することによって得られる。但し、遮断周波数は５から３０Ｈｚの範囲内とし得る。このように、慣性係数の自動化補償は、多数の速度サンプルを蓄積し、これらのサンプルをフィルタ処理した後標準偏差の計算を行い、測定速度の標準偏差を求めることによって達成でき、その標準偏差を慣性係数の補間に用いることができる。
【００３６】
速度サンプルは各回転毎に測定され、標準偏差の計算に用いられるサンプルの数はかなり変化してもかまわないが、数が多いほど統計的に信頼性は高まる。この点について、２０程度の少ないサンプルを用いたり、あるいは２０００程度の多いサンプルを用いることが考えられる。デフォルト慣性係数の調整はエンジンの動作にとって不可欠ではないので、速度サンプルを非常に短い時間で蓄積する必要はないが、調整が成されればそれに応じて慣性係数が改善されることとなる。慣性係数が調整されるまで、デフォルト値はリッチな燃料／空気比を保証している。
【００３７】
慣性係数を調整するためのフローチャートが図４に示してあり、その手順はエンジンの始動後マイクロプロセッサの電源が投入されることから始まる（ブロック１３０）。エンジン始動後の経過時間が記録され、慣性係数がデフォルト値に設定される（ブロック１３２）。次いでプロセッサは、始動後の経過時間が「学習可能時間」より大きいかどうか、平均速度が「最小速度」より大きく、「最大速度」より小さいかどうか、推定の吸気流量が「学習時の最大吸気流量」より小さいかどうかを調べる（ブロック１３４）。これらの条件がすべて満たされていれば、サンプルが蓄積され、フィルタ処理される（ブロック１３６）。フィルタ処理の完了後、フィルタ処理された速度を記憶し（ブロック１３８）、それらサンプルについてプロセッサが標準偏差の計算を行う（ブロック１４０）。次いでプロセッサは得られた標準偏差を、実験室のテストで測定された各慣性に関する標準偏差の計算値と比較し、それによって相対的な慣性が求められる（ブロック１４２）。この相対的な慣性を用い、各慣性に対応して実験室で収集されたデータを補間することによって慣性係数の補間が行われ（ブロック１４４）、求めるべき慣性係数が得られる。
【００３８】
上記した慣性係数は、燃料流量をマッピングするのに使われる吸気流量信号を得るとき使用するのに特に適しているが、例えば電子ガバナーの動作においても慣性係数は有用であり、速度修正を行えば、エンジン速度の制御系が望ましくないオーバーシュートやアンダーシュートを起こしにくくなることも理解されるべきである。
【００３９】
以上の説明から、本発明のエンジン管理システムは多くの望ましい属性を有することが分かる。すなわち本システムは、フィルタ処理した速度サンプルから得られた２つの速度デルタ計算値のうち大きい方を用いるので、信頼性があり滑らかなエンジンの運転をもたらすと共に、エンジンの系慣性を高い信頼度で測定し、慣性係数を用いて速度デルタを補償することができる。その結果得られた修正後の吸気流量信号を燃料流量のマッピングで変数として用いることで、運転中燃料噴射系が適切な量の燃料を供給できるようになる。
【００４０】
以上本発明の各種実施例を図示し説明したが、当業者にとってはそれ以外の変更、置換及び代替も自明であることが理解されるべきである。そのような変更、置換及び代替は、特許請求の範囲の記載から判断されるべきである発明の精神及び範囲から逸脱することなく成し得るものである。
【００４１】
本発明の各特徴は、特許請求の範囲の各項に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】部分的に断面で示した４−サイクルエンジンの概念化平面図で、各構成部分が本発明を実施したエンジン管理システムの一部と関連させて機能的に示してある。
【図２】本発明を実施したエンジン管理システムのブロック図で、各種の入力センサー及び装置と、図式的に示したエンジン各部を制御するための出力信号が一緒に示してある。
【図３】本発明を実施したエンジン管理システムの空気流量判定部の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明を実施したエンジン管理システムのシステム慣性実地現場調整判定部の動作を示すフローチャート。
【図５】過渡動作時のエンジン事象度数対それに対応した速度デルタ計算値を示すチャートで、特にスロットル角度が瞬間的に増大し、エンジンの吸気流量が瞬間的に増大し、シャフトの出力負荷が一定である状態を示す。
【図６】過渡動作時のエンジン事象度数対それに対応した速度デルタ計算値を示すチャートで、特にスロットルが瞬間的に完全に閉じ、エンジンの吸気流量が瞬間的に停止し、シャフトの出力負荷が一定である状態を示す。
【図７】過渡動作時のエンジン事象度数対それに対応した速度デルタ計算値を示すチャートで、特にスロットル角度が瞬間的に減少し、エンジンの吸気流量が瞬間的に減少し、シャフトの出力負荷が一定である状態を示す。
【図８】過渡動作時のエンジン事象度数対それに対応した速度デルタ計算値を示すチャートで、特にスロットル角度が一定で、エンジンの吸気流量が一定で、シャフトの出力負荷が瞬間的に減少する状態を示す。
【図９】過渡動作時のエンジン事象度数対それに対応した速度デルタ計算値を示すチャートで、特にスロットル角度が一定で、エンジンの吸気流量が一定で、シャフトの出力負荷が瞬間的に増大する状態を示す。
【図１０】高周波数及び低周波数両方の内容を含む変動の結果として、時間に対するエンジン速度の変化を示した図。
【符号の説明】
１０  燃焼室
１８  スパークプラグ
２２  クランクシャフト
２６  スロットル
２８  燃料噴射器
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４６  温度センサー
５０  酸素センサー
５６  速度センサー
７０  マイクロプロセッサ
【図１】
0004236225.tif 000005
【図２】
0004236225.tif 000006
【図３】
0004236225.tif 000007
【図４】
0004236225.tif 000008
【図５】
0004236225.tif 000009
【図６】
0004236225.tif 000010
【図７】
0004236225.tif 000011
【図８】
0004236225.tif 000012
【図９】
0004236225.tif 000013
【図１０】
0004236225.tif 000014