(57)【要約】【課題】エンジン回転数の変動を是認し、回転数の変動に起因する点火点のズレを補正して点火時期を制御する技術が求められる。【解決手段】エンジンのクランク角度センサの出力パルスに基づき、点火周期のパルス信号及び基準周期のパルス信号から、エンジン回転数を算出する。前回の燃焼サイクルの基準周期から算出されたエンジン回転数Ne(-1)及び前回の燃焼サイクルの点火周期から算出されたエンジン回転数Neig(-1)より、エンジン回転数補正値ΔNe(-1)を算出し、今回の燃焼サイクルの基準周期から算出されたエンジン回転数Ne(0)に、ΔNe(-1)を加算し、今回の燃焼サイクルの点火点の予測エンジン回転数Neig(0)を算出する。このNeig(0)に基づき、今回の燃焼サイクルの点火点を補正し、点火時期を制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用内燃機関のエンジン回転数の変動に応じて点火点に対して点火時期を進角または遅角させる点火時期制御装置であって、
エンジンのクランク角度センサから得られる出力パルスに基づいて、点火点を含むパルス周期(点火周期という)のパルス信号、および点火周期の前の周期(基準周期という)のパルス信号、を検出するパルス検出手段と、
点火周期および基準周期からその周期におけるエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出手段と、
前回の燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)から算出されたエンジン回転数Ne(-1)、および前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)から算出されたエンジン回転数Neig(-1)により、今回の燃焼サイクルにおける点火時期の予測に用いるエンジン回転数補正値ΔNe(-1)を算出する手段と、
今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)から算出されたエンジン回転数Ne(0)に、前記エンジン回転数補正値ΔNe(-1)を加算し、今回の燃焼サイクルで予定される点火点における、予測エンジン回転数Neig(0)を算出する手段と、
前記予測エンジン回転数Neig(0)に基づき、今回の燃焼サイクルの点火点を補正する手段と、
を備える、前記点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
航空機レシプロエンジンの点火時期制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機レシプロエンジンでは、エンジンに点火を行う点火点を、現在のエンジン回転数が維持されると仮定して予測する。
【０００３】
図１ａは、クランク角度80°、50°においてクランク角度センサから得られるパルス信号11と、予測される点火点13を示したものである。図１ａに示すように、点火点の直前のクランク角度の測定でエンジン回転数が6000rpmであった場合には、点火点のエンジン回転数も6000rpmであると仮定して点火点13を予測している。
【０００４】
図１ａの例では、クランク角度50°におけるパルス信号の後縁から、点火点を求めるタイマがスタートされる。
【０００５】
図１ｂは、クランク角度80°、50°及び20°においてクランク角度センサから得られる実際のパルス信号19、実際の点火点15及び目標点火点17を示したものである。
【０００６】
図１ｂに示すように、計測後にエンジン回転数が6300rpmに変化しても、エンジンの点火を指示するタイマが既にスタートしているので、このエンジン回転数の変化を考慮することはできず、実際の点火点15と目標点火点17とのズレが発生してしまう。
【０００７】
航空機レシプロエンジンは、１つの燃焼サイクル内でのエンジン回転数の変動が約±200rpmと大きいため上記のような点火点のズレが発生していた。
【０００８】
エンジン回転数の変動が原因で、目標点火点より実際の点火点が早くなるとノッキングを発生させることがあり、目標点火点より実際の点火点が遅くなると爆発力の低下によるエンジン出力の低下が生じる。
【０００９】
点火点のズレを低減する方法としては、エンジン回転数の変動を小さくする方法が考えられる。例えば特許文献１および特許文献２においては、エンジンクランク軸にフライホイールを介在する事例が開示されている。
【００１０】
しかし、この方法によると上記問題は解決することができたとしても、エンジンの重量の増大及び大型化という新たな問題が生じる。
【００１１】
そこで、エンジン回転数の変動を是認したうえで、航空機レシプロエンジンの点火点のズレを補正し、点火時期を制御する手法が必要とされている。
【００１２】
航空機レシプロエンジンの点火時期の制御については、特許文献３及び特許文献４が挙げられる。特許文献３は、排気温度EGTに基づき点火エネルギ強度を決定し、この点火エネルギ強度に基づき点火コイルへの通電時間を決定するものである。
【特許文献１】米国特許第4,583,416号明細書
【特許文献２】米国特許第6,883,752号明細書
【特許文献３】米国特許第6,357,427号明細書
【特許文献４】特開昭62-55459号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
エンジン回転数の変動を是認したうえで、回転数の変動に起因する点火点のズレを補正して点火時期を制御する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の一形態では、航空機用内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【００１５】
エンジンのクランク角度センサから得られる出力パルスに基づいて、点火点を含むパルス周期(点火周期という)のパルス信号、および点火周期の前の周期(基準周期という)のパルス信号、を検出するパルス検出手段と、点火周期および基準周期からその周期におけるエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出手段とを備える。
【００１６】
更に、前回の燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)から算出されたエンジン回転数Ne(-1)、および前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)から算出されたエンジン回転数Neig(-1)により、今回の燃焼サイクルにおける点火時期の予測に用いるエンジン回転数補正値ΔNe(-1)を算出する手段と、今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)から算出されたエンジン回転数Ne(0)に、エンジン回転数補正値ΔNe(-1)を加算し、今回の燃焼サイクルで予定される点火点における、予測エンジン回転数Neig(0)を算出する手段と、こうして求められた予測エンジン回転数Neig(0)に基づき、今回の燃焼サイクルの点火点を補正する手段を、備える。
【００１７】
この形態によると、航空機レシプロエンジンのエンジン回転数の変動による、点火点のズレを補正し、点火時期を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２ａは、航空機レシプロエンジンの前回の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルでのエンジン回転数の変動を示したものである。Ａが今回の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数の変動を表し、Ｂが前回の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数の変動を表す。
【００１９】
図２ｂは、図２ａのクランク角度の−90°から0°を拡大したものである。図２ｂを参照すると、前回の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数の変動Ｂと今回の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数の変動Ａとで、エンジン回転数の変動パターンが同じ（相似形）になる傾向があり、エンジン回転数の変動の傾斜が同じになる傾向になることがわかる。
【００２０】
本実施例では、この傾向に着目し、前回の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数、前回の燃焼サイクルにおける点火点のエンジン回転数及び今回の燃焼サイクルにおけるエンジン回転数に基づいて、今回の燃焼サイクルの点火点において予測されるエンジン回転数を推定し、この予測されるエンジン回転数に基づいてエンジンの点火時期の制御を行う。
【００２１】
図３は、点火時期制御システムの概略図であり、電子制御ユニット(ECU)21、電子スロットル23、吸気管圧力センサ(Pbセンサ)25、燃料噴射装置(インジェクタ)27、点火プラグ29、吸気管31、排気管33、エンジン35、クランク角度センサ(Caセンサ)37、およびクランク軸39を備える。
【００２２】
ECUは、コンピュータであり、プロセッサ、このプロセッサに作業領域を与えるランダム・アクセス・メモリ(RAM)、プロセッサが実行するプログラムを格納する読み取り専用メモリ(ROM)、航空機に備えられて各種のセンサからの信号を受け取る入力インターフェース、航空機の各部に指令信号および駆動信号を送り出す出力インターフェースを備える。
【００２３】
ECU21は、電子スロットル23の開度、インジェクタ27による燃料噴射および点火プラグ29の点火などを制御する。
【００２４】
図４を参照すると、検出ディスク51の周囲には、クランク軸の回転数を検出するために30°の間隔で検出歯53が取り付けられている。Caセンサ55は検出歯53を検出し、パルス信号を発生する。このパルス信号が、クランク角度パルス信号57である。クランク角度パルス信号57のパルスエッジ59から次のパルスエッジ61までをパルス周期とする。
【００２５】
図５は、本実施例のECUのブロック図である。このブロック図は、本発明の点火時期の制御に関する機能に限ってECUの機能を示している。
【００２６】
パルス検出手段103は、クランク角度センサから得られたクランク角度パルス信号Sを検出する。
【００２７】
エンジン回転数算出手段105は、クランク角度パルス信号Sに基づいてエンジン回転数を算出するものある。
【００２８】
図６は、前回の燃焼サイクル及び今回の燃焼サイクルの一部のクランク角度パルス信号71、前回の燃焼サイクルにおける点火点73及び今回の燃焼サイクルにおける点火点75を示したものである。クランク角度パルス信号71の上に、クランク角度を示す。
【００２９】
前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)は、前回の燃焼サイクルにおける点火点73を含むパルス周期であり、今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)は、今回の燃焼サイクルにおける点火点75を含むパルス周期である。
【００３０】
前回の燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)は,前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)の前のパルス周期であり今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)は、今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)の前のパルス周期である。
【００３１】
図６を参照すると、前回の燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)のエンジン回転数Ne(-1) は、前回の燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)から算出する。Ne(-1)は、
【数１】
2009115021.tif 000003
で求められる。ここで、Ne(-1)の単位はrpmであり、T(-1)の単位は秒(s)である。
【００３２】
前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)のエンジン回転数Neig(-1)は、前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)から算出する。Neig(-1)は、
【数２】
2009115021.tif 000004
で求められる。ここで、Neig(-1)の単位はrpmであり、Tig(-1)の単位は秒(s)である。
【００３３】
今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)のエンジン回転数Ne(0)は、今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)から算出する。Ne(0)は、
【数３】
2009115021.tif 000005
で求められる。ここで、Ne(0)の単位はrpmであり、T(0)の単位は秒(s)である。
【００３４】
この前回の燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)のエンジン回転数Ne(-1)、前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)のエンジン回転数Neig(-1)及び今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)のエンジン回転数Ne(0)が、予測エンジン回転数(Neig(0))予測手段107に送られる。
【００３５】
予測エンジン回転数予測手段107は、前述のエンジン回転数に基づいて予測エンジン回転数Neig(0)を予測するものである。
【００３６】
図７を参照すると、予測エンジン回転数予測手段107は、エンジン回転数算出手段105から前回燃焼サイクルにおける基準周期T(-1)のエンジン回転数Ne(-1)を取得し(S201)、次にエンジン回転数算出手段105から前回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(-1)のエンジン回転数Neig(-1)を取得して(S203)、エンジン回転数の変動を求めるため、エンジン回転数補正値ΔNe(-1)を算出する(S205)。ΔNe(-1)は、ΔNe(-1)＝Neig(-1)-Ne(-1) で求められる。
【００３７】
さらに、エンジン回転数算出手段105から今回の燃焼サイクルにおける基準周期T(0)のエンジン回転数Ne(0)を取得し(S207)、エンジン回転数補正値ΔNe(-1)を用いて、予測エンジン回転数Neig(0)を算出する(S209)。Neig(0)は、Neig(0)＝Ne(0)＋ΔNe(-1) で求められる。
【００３８】
これにより、Neig(0)が算出される。
【００３９】
次に、今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)算出手段109について説明する。
【００４０】
今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)算出手段109は、予測エンジン回転数Neig(0)に基づいて、今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)を算出するものである。Tig(0)は、Tig(0)＝{1/(Neig(0)/60)}×(30/360)で求められる。ここで、Tig(0)の単位は秒(s)であり、Neig(0)の単位はrpmである。
【００４１】
以上により、今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)が算出される。
【００４２】
次に、タイミング角度TAの算出について説明する。
【００４３】
図５に示すように、エンジン回転数算出手段105は、クランク角度パルス信号に基づいて１サイクル前の360°平均回転数Neaveを算出し、目標点火角度BTDCA特定手段111にNeaveを送る。
【００４４】
目標点火角度BTDCA特定手段111では、事前に準備した点火点マップに、現在の吸気管圧力PB及び１サイクル前の360°平均回転数Neaveを入力して、目標点火角度BTDCAを決定する。目標点火角度BTDCA特定手段111は、目標点火角度BTDCAをタイミング角度TA算出手段113に送る。
【００４５】
タイミング角度TA算出手段113では、目標点火角度BTDCAに基づいてタイミング角度TAを算出する。
【００４６】
図８は、今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)及びその前後のクランク角度パルス信号81、点火点87、上死点85及び点火タイマ時間Mを示したものである。
【００４７】
図８を参照すると、目標点火角度BTDCAは、点火点87から上死点(TDC)85との間のクランク角度であり、点火パルスエッジ角度BTDCigは、パルスエッジ83からTDC85との間のクランク角度である。
【００４８】
タイミング角度TAは、TA＝BTDCig−BTDCAで求められる。こうして、タイミング角度(TA)が算出される。
【００４９】
最後に、点火タイマ時間Mの算出手段115について説明する。
【００５０】
図５を参照すると、パルス間時間算出手段109から今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)が、タイミング角度算出手段113からタイミング角度TAが、タイマ時間M算出手段115に送られる。
【００５１】
点火タイマ時間Mはエンジンの点火点を求めるタイマであり、図８に示すように、パルスエッジ83から点火点87との間のクランク軸の回転にかかる時間(s)から、タイマ起動処理にかかる時間(s)を調整したものである。点火タイマ時間Mは、M＝Tig(0)×(TA°/30°)−タイマ起動処理時間で算出される。
【００５２】
点火タイマ時間Mに基づく点火タイミング信号が、イグナイタに送信され、イグナイタで点火用電流をコントロールして点火コイル(イグニッションコイル)の１次側コイル／２次側コイルを制御し、ディストリビュータを介して点火プラグ29に点火電圧が印加される。
【００５３】
以上に、この発明を特定の実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】(ａ) (ｂ)は、従来の点火点の設定および従来の点火点の設定における目標点火点とのズレを示す図。
【図２】(ａ) (ｂ)は、各燃焼サイクルのエンジン回転数及び各燃焼サイクルのエンジン回転数の傾向を示す図。
【図３】この発明の実施例における点火時期制御装置の全体を示す図。
【図４】クランク角度センサ及びクランク軸を示す図。
【図５】この発明の実施例における電子制御ユニット(ECU)の機能ブロック図。
【図６】前回及び今回の燃焼サイクルのクランク角度パルス信号を示す図。
【図７】この発明の実施例における予測エンジン回転数の予測のフローチャート。
【図８】今回の燃焼サイクルにおける点火周期Tig(0)及びその前後のクランク角度パルス信号及び点火タイマ時間Mを示す図。
【符号の説明】
【００５５】
21  電子制御ユニット(ECU)
25  吸気管圧力センサ(Pbセンサ)
29  点火プラグ
35  エンジン
37  クランク角度センサ(Caセンサ) 
39 クランク軸
【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】
2009115021.tif 000011
【図７】
2009115021.tif 000012
【図８】
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