(57)【要約】    【課題】  １つのセンサで正規の点火と捨て火を判別でき低コストな単気筒４サイクルエンジンを提供すること。    【解決手段】  クランク軸１０と、クランク軸１０に固定された回転数検出プーリー２０と、回転数検出プーリー２０からパルス信号波形３１を生成する１つのパルス発生器３０と、パルス信号波形３１からパルス整形波形４１を生成するパルス波形整形回路４０と、パルス整形波形４１から圧縮工程と排気工程の識別を行い点火制御を行う制御回路５０とから構成する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と、
前記クランク軸に固定され外周部分に複数の歯を備えた回転数検出プーリーと、
前記回転数検出プーリーの複数の前記歯からパルス信号を生成する１つのパルス発生器と、
前記パルス信号からパルス整形波形を生成するパルス波形整形回路と、
前記パルス整形波形から圧縮工程と排気工程の識別を行い点火制御を行う制御装置と、を備える単気筒４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記圧縮工程と前記排気工程の識別は、燃焼サイクル内でのパルス周期の違いから求める、ことを特徴とする請求項１に記載の単気筒４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記回転数検出プーリーの複数の前記歯は、円周方向の長さが他と異なる歯を備える、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の単気筒４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記回転数検出プーリーの複数の前記歯は、周期が他と異なる歯を備える、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の単気筒４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単気筒４サイクルエンジンの点火制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の単気筒４サイクルエンジンの点火制御では、クランク軸の回転数１回転に１回のクランク角検出用パルスと、フライホイールの歯車を計測する角速度検出用パルスの２つのパルス信号を用いて、クランク角の位置と角速度から点火タイミングを演算により導きだして、正確な点火時期制御、および、正規の点火と捨て火の判別をするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、クランク軸のクランク角検出パルスを、１回転あたり３パルス以上とし、３６０°の回転速度と１回転内での連続するパルスの間隔からクランク軸の角速度を補正して最適な点火時期を算出するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２２６３６７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の従来技術では点火時期制御および正規の点火と捨て火を判別するために、角速度を検出するためのセンサとクランク角を検出するセンサの２つのセンサが必要であり、センサの取り付けスペースの問題、センサが２つ必要なためコストが高くなる問題があった。
【０００５】
また、特許文献２の従来技術ではクランク角を複数パルスで検出する事により正確な点火時期制御は可能であるが、正規の点火と捨て火の判別が困難な問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、１つのセンサで正規の点火と捨て火を判別できる低コストな単気筒４サイクルエンジン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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、クランク軸と、前記クランク軸に固定され外周部分に複数の歯を備えた回転数検出プーリーと、前記回転数検出プーリーの複数の前記歯からパルス信号を生成する１つのパルス発生器と、前記パルス信号からパルス整形波形を生成するパルス波形整形回路と、前記パルス整形波形から圧縮工程と排気工程の識別を行い点火制御を行う制御装置と、を備える。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記圧縮工程と前記排気工程の識別は、燃焼サイクル内でのパルス周期の違いから求める、ことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、前記回転数検出プーリーの複数の前記歯は、円周方向の長さが他と異なる歯を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記回転数検出プーリーの複数の前記歯は、周期が他と異なる歯を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明では、圧縮工程と排気工程のパルス周期の違いから１つのパルス発生器により正規の点火と捨て火の判別が可能になる。したがってセンサの取り付けが１つでよいため従来の２つのセンサを用いる場合と比較して取り付けスペースが少なくなり、またセンサが１つのためコストを低減できる。
【００１２】
また、圧縮工程と排気工程の識別ができるため、正規の点火と捨て火を判定して、捨て火を除去する事により点火プラグを長寿命化することができる。特にコージェネレーションシステムの様に、連続運転時間が長く長期の寿命が要求されるエンジンに有効である。
【００１３】
また、捨て火のタイミングでの点火コイルおよび点火プラグへの通電を行わないことにより、エネルギーロスを低減することができる。特にコージェネレーションシステムの様に、省エネルギー性が要求される機器において運転中のエネルギーロス低減できる。また、クランク軸で検出したパルスを１サイクル（２回転（７２０°ＣＡ））分監視し、パルス間隔の平均からエンジン回転数とクランク軸の角度を算出することで、１サイクルでの回転変動が大きい単気筒４サイクルエンジンにおいて、精度の良い点火時期を得る事ができる。
【００１４】
また、本発明では１個のパルス信号からエンジン回転数とクランク角を同時に検出することができ、エンジン回転数制御と点火時期制御を実現できる。
【００１５】
また、正規の点火と捨て火の判定を毎３６０°ＣＡにて行い、負荷変動や失火により急激な回転変動があった場合には、捨て火判定を解除して毎３６０°ＣＡに点火を行い、再び回転が安定したところで捨て火判定を行うことで、誤判定によるエンジン停止を防止できる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、圧縮工程と排気工程の燃焼サイクル内でのパルス周期の違いに着目して、圧縮工程時間＞排気工程時間、圧縮工程時間―排気工程時間＞判定基準時間差、となることを演算により判別することで、１つのパルス発生器で正規の点火と捨て火の判別が可能になる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、回転数検出プーリーの複数の歯に、円周方向の長さが他と異なる長歯または短歯を備えることで、連続する２パルスのＤＵＴＹ比（パルス幅／周期）を計算して長パルスと短パルスを識別し、長パルスの次の短パルスの立ち上がりがエンジン始動時の最適点火位置となる様に調整し、エンジン回転数により最適な点火タイミングを演算により補正することができる。例えば、クランク軸を１回転あたり４パルス以上の等間隔のパルス（内１パルスは他のパルスとＤＵＴＹ比が異なる）で検出する。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、回転数検出プーリーの複数の歯に、周期が他と異なる歯を備えることで、ＤＵＴＹ比は同じでも、パルス周期が他のパルス周期と１箇所だけ異なるため、エンジン始動時の最適点火位置となる様に調整し、エンジン回転数により最適な点火タイミングを演算により補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する
図１は、本発明の単気筒４サイクルエンジン１の説明図である。単気筒４サイクルエンジン１は、点火プラグ２と、バルブ３と、シリンダ４内を往復運動するピストン５と、ピストン５からの往復運動を回転運動に変換するクランク軸１０と、クランク軸１０に固定された回転数検出プーリー２０と、回転数検出プーリー２０からパルス信号を生成する１つのパルス発生器３０を備える。
【００２０】
図２は、回転数検出プーリー２０の詳細を示す説明図である。回転数検出プーリー２０は、クランク軸１０に固定され外周部分に３つの短歯２１と、円周方向の長さが短歯２１より長い１つの長歯２２を備える。
【００２１】
図３は、パルス発生器３０で発生するパルス信号波形３１と、パルス波形整形回路４０（図７）で整形されたパルス整形波形４１を示す図である。クランク軸１０が回転するとパルス発生器３０は、回転検出プーリー２０の短歯２１、長歯２２が近づいた時に正電圧３２を発生し、回転検出プーリーの短歯２１、長歯２２が離れた時に負電圧３３を発生する。パルス信号波形３１をパルス整形回路４０にてパルス整形波形４１に変換する。このパルス整形波形４１の周期およびＤＵＴＹ比から長歯と短歯を判別する。
【００２２】
図４は、図２の回転数検出プーリー２０の変形例を示す説明図である。回転数検出プーリー２０ａの外周部分に３つの長歯２２と、１つの短歯２１を備える構成である。
【００２３】
図５は、図２の回転数検出プーリー２０の変形例を示す説明図である。回転数検出プーリー２０ｂの外周部分に４つ同じ周期の短歯２１と、周期の異なる１つの短歯２４を備える。図４、図５においても、図２の回転検出プーリーと同様の効果が得られる。
【００２４】
図６は、単気筒４サイクルエンジン１の圧縮工程、燃焼工程、排気工程、吸気工程におけるパルス整形波形を示す説明図である。単気筒４サイクルエンジンの各工程とパルス整形波形の特徴でもある１回の燃焼サイクル内（７２０°ＣＡ）での回転の違いを利用して、圧縮工程と排気工程の識別を行う。圧縮工程ではシリンダ４内のガスをピストン５で圧縮するため、クランク軸１０の回転は遅くなる。排気工程では、バルブ３が開いているためガスの圧縮がなく、クランク軸１０の回転は圧縮工程と比べて速くなる。長歯２２の立ち上がりパルスから短歯２１の立ち上がりパルスまでの時間計測から、圧縮工程か排気工程かを判別し、圧縮工程と判別した場合は正規の点火を行い、排気工程と判別した場合は捨て火として点火は行わない。
【００２５】
同時に、１サイクル（７２０°ＣＡ）のパルス周期を平均化してエンジン回転数を算出する事により１サイクル内での速度の違いによる影響を除去したエンジン回転数を算出して回転数制御および点火時期の補正に利用する。
【００２６】
図７は、制御装置５０の制御フローである。Ｓ１のパルス発生器３０のパルス信号波形４１はＳ３でパルス信号波形４１の周期からエンジン回転数検出が行われ、Ｓ４でエンジン回転数制御が行われ、Ｓ５でスロットル制御が行われる。Ｓ９でパルス整形波形４１からクランク角度検出を行い、Ｓ１０で点火タイミング検出を行う。Ｓ６で、Ｓ３で検出したエンジン回転数と、Ｓ９で検出したクランク角度から、クランク角の角速度を検出し、圧縮工程か排気工程かが判別される。Ｓ７で、Ｓ１０で検出した点火タイミングと、Ｓ４の回転数制御と、Ｓ６で検出したクランク角の角速度と、圧縮工程か排気工程かの判別と、を総合的に判断して点火タイミング補正演算を行い、Ｓ８にて、圧縮工程において正規の点火を行う。
【００２７】
図８は、エンジンの状態判別処理の制御フローである。                    エンジン始動時の初期点火において排気工程で気筒内の未燃ガスに着火してエンジンが逆回転してしまうことを防止するために、スタータによる回転数が規定回転数を超えるまでは点火を行わないように制御する。Ｓ１１でスタータ始動後１サイクル（７２０°ＣＡ）が経過したか判断し、１サイクル以上の場合、Ｓ１２でエンジン回転数を算出する。Ｓ１３でエンジン回転数が点火許可回転数以上か判断し、点火許可回転数以下の場合は点火をしないで（Ｓ１４）処理を終了する。点火許可回転数以上の場合（Ｓ１５）点火を許可し、Ｓ１６で捨て火判定処理を行う。
【００２８】
図９は、捨て火判定処理フローである。負荷の変動や失火などにより急激にエンジン回転数が変動した場合には圧縮工程と排気工程の各速度の差を明確に識別できない場合があるため、エンジンの燃焼サイクルが２サイクル（１４４０°ＣＡ）の間の回転変動量が規定値を超えた場合には捨て火判定を解除して毎サイクル（３６０°ＣＡ）毎に点火を行い、誤判定によるエンジン停止を防止する。Ｓ２１でエンジン回転変動が規定以上が判断し、規定以上である場合には、Ｓ２２で捨て火判定を解除する。Ｓ２１でエンジン回転変動が規定以下の場合、Ｓ２３で圧縮工程時間と排気工程時間の時間差が規定以上か判断する。規定以上の場合、Ｓ２４で捨て火判定有りとして捨て火の制御を行う。規定以下の場合はＳ２２捨て火判定を解除して、誤判定によるエンジン停止を防止する。
【００２９】
本願発明では、圧縮工程と排気工程のパルス周期の違いから１つのパルス発生器により正規の点火と捨て火の判別が可能になる。したがってセンサの取り付けスペースが１つでよいため従来の２つのセンサを用いる場合と比較して取り付けスペースが少なくなり、またセンサが１つのためコストを低減できる。
【００３０】
また、圧縮工程と排気工程の識別ができるため、正規の点火と捨て火を判定して、捨て火を除去する事により点火プラグ２を長寿命化することができる。また、捨て火のタイミングでの点火コイルおよび点火プラグ２への通電を行わないことにより、エネルギーロスを低減することができる。また、パルス発生器３０で検出したパルスを１サイクル（２回転（７２０°ＣＡ））分監視し、パルス間隔の平均からエンジン回転数とクランク軸１０の角度を算出することで、１サイクルでの回転変動が大きい単気筒４サイクルエンジン１において、精度の良い点火時期を得る事ができる。
【００３１】
また、本発明では１個のパルス信号からエンジン回転数とクランク角を同時に検出することができ、エンジン回転数制御と点火時期制御を実現できる。
【００３２】
また、正規の点火と捨て火の判定を毎３６０°ＣＡにて行い、負荷変動や失火により急激な回転変動があった場合には、捨て火判定を解除して毎３６０°ＣＡに点火を行い、再び回転が安定したところで捨て火判定を行うことで、誤判定によるエンジン停止を防止できる。
【００３３】
また、圧縮工程と排気工程の燃焼サイクル内でのパルス周期の違いに着目して、圧縮工程時間＞排気工程時間、圧縮工程時間―排気工程時間＞判定基準時間差、となることを演算により判別することで、１つのパルス発生器３０で正規の点火と捨て火の判別が可能になる。
【００３４】
また、回転数検出プーリー２０の短歯２１と長歯２２のＤＵＴＹ比（パルス幅／周期）を計算して長パルスと短パルスを識別し、長パルスの次の短パルスの立ち上がりがエンジン始動時の最適点火位置となる様に調整し、エンジン回転数により最適な点火タイミングを演算により補正することができる。例えば、クランク軸を１回転あたり４パルス以上の等間隔のパルス（内１パルスは他のパルスとＤＵＴＹ比が異なる）で検出する。
【００３５】
また、回転数検出プーリー２０に、周期が異なる短歯２３を備えることで、ＤＵＴＹ比は同じでも、パルス周期が他のパルス周期と１箇所だけ異なるため、エンジン始動時の最適点火位置となる様に調整し、エンジン回転数により最適な点火タイミングを演算により補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の単気筒４サイクルエンジンの説明図である。
【図２】回転数検出プーリーの詳細を示す説明図である。
【図３】パルス発生器で発生するパルス信号波形と、パルス波形整形回路で整形されたパルス整形波形を示す図である。
【図４】図２の回転数検出プーリーの変形例を示す説明図である。
【図５】図２の回転数検出プーリーの変形例を示す説明図である。
【図６】単気筒４サイクルエンジン１の圧縮工程、燃焼工程、排気工程、吸気工程におけるパルス整形波形を示す説明図である。
【図７】制御装置の制御フローである。
【図８】エンジンの状態判別処理の制御フローである。
【図９】捨て火判定処理フローである。
【符号の説明】
【００３７】
１  単気筒４サイクルエンジン
１０  クランク軸
２０  回転数検出プーリー
２１  短歯
２２  長歯
３０  パルス発生器
３１  パルス信号波形
４０  パルス波形整形回路
４１  パルス整形波形
５０  制御回路
【図１】
2009236036.tif 000003
【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】
2009236036.tif 000009
【図８】
2009236036.tif 000010
【図９】
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