(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル内燃機関のデトネーションを抑止して機関の出力トルクを正常値に回復させるように前記内燃機関の点火位置と前記内燃機関への燃料供給量とを制御する２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法であって、
前記内燃機関のクランク軸が該機関のシリンダ内のピストンの上死点に相応する位置から一定の角度回転する間の区間を判定区間として定めておき、
前記内燃機関のシリンダ内で正常な燃焼が行われたときに前記判定区間において生じる前記クランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、前記判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーションの判定基準位置として求めておき、
前記クランク軸が前記判定区間を回転する間に生じる前記クランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、前記判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーション判定用ピーク位置として検出して、該判定用ピーク位置が前記判定基準位置よりも進角した位置であるときに前記内燃機関でデトネーションが発生したと判定し、
前記デトネーションが発生したと判定されたときに、先ず前記内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行い、次いで前記内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行って、前記デトネーションを抑止し、前記内燃機関の出力トルクを回復させることを特徴とする２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【請求項２】
ｎ個（ｎは１以上の整数）のシリンダを有する２サイクル内燃機関のデトネーションを抑止して機関の出力トルクを正常値に回復させるように前記内燃機関の点火位置と前記内燃機関への燃料供給量とを制御する２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法であって、
前記内燃機関のクランク軸が各シリンダ内のピストンの上死点に相応する位置から一定の角度回転する間の区間を各シリンダに対応する判定区間として定めておき、
前記内燃機関の各シリンダ内で正常な燃焼が行われたときに各シリンダに対応する判定区間において生じる前記クランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、前記判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置を各シリンダに対するデトネーションの判定基準位置として求めておき、
前記クランク軸が各シリンダに対応する判定区間を回転する間に生じる前記クランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、前記判定区間の最終位置に最も近い位置で生じたピーク位置をデトネーション判定用ピーク位置として検出して、いずれかのシリンダに対応する判定区間で検出された前記判定用ピーク位置がそのシリンダに対応する判定基準位置よりも進角した位置であるときに前記内燃機関のいずれかの気筒でデトネーションが発生したと判定し、
前記デトネーションが発生したと判定されたときに、先ず前記内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行い、次いで前記内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行って、前記デトネーションを抑止し、前記内燃機関の出力トルクを回復させることを特徴とする２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【請求項３】
前記点火位置遅角過程を行った後、前記クランク軸が設定された待ち回数だけ回転するのを待ってから前記燃料増量過程を行わせる請求項１または２に記載の２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【請求項４】
前記点火位置遅角過程を行った後、直ちに前記燃料増量過程を行わせる請求項１または２に記載の２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【請求項５】
前記燃料増量過程では、前記燃料の供給量を徐々に増加させる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【請求項６】
前記燃料増量過程では、前記燃料の供給量を目標値までステップ状に増加させる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【請求項７】
前記燃料増量過程では、前記内燃機関の排気温度が高い場合程燃料供給量の増加量を多くするように、排気温度に応じて燃料供給量の増加量を決定する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクル内燃機関のデトネーションを抑止するデトネーション抑止制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（ガソリン機関）においては、点火位置で点火プラグに火花が生じると、まず点火プラグの近傍の混合気が燃焼を開始し、その燃焼の火炎が燃焼室内を伝搬することにより燃焼が進行して、爆発行程が行われる。ところが、爆発行程において、燃焼室内が局部的に高温になると、火炎の伝搬による燃焼が行われる前に混合気が自然発火する現象が生じる。この現象はデトネーションと呼ばれ、燃焼室内の温度を局部的に異常上昇させたり、機関の出力トルクを低下させたりする原因になる。
【０００３】
特に、クランク軸が１回転する毎に爆発行程が行われる２サイクルガソリン機関においては、ピストンやシリンダに対する熱負荷が大きく、点火プラグの先端のアース電極部分等の温度が局部的に高くなり易いため、デトネーションが発生し易いことが知られている。デトネーションは、一旦発生すると連続的に発生し易く、それを放置すると、ピストンやシリンダの一部の温度が異常に上昇して溶融することがある。そのため、デトネーションが発生した場合には、直ちにそれを検知してその発生を抑止するための措置を講じる必要がある。
【０００４】
従来の２サイクル内燃機関では、デトネーションが発生し易い運転状況にあるときに、点火位置制御の誤差により生じる点火位置（点火が行われる時のクランク軸の回転角度位置）のばらつきや、空燃比制御の誤差による空燃比のばらつき、あるいは点火装置や燃料噴射装置の経時変化による点火位置や燃料噴射量のばらつき等を考慮して、予め内燃機関の点火位置を最大トルクが得られる最適進角位置ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque ）よりも遅らせるように点火装置を設計したり、空燃比を理想の空燃比よりもリッチ側に設定して混合気を過濃にしたり、あるいはこれらの双方を行うことにより、燃焼時の燃焼室内の最高温度を下げて、デトネーションの発生を防止するようにしていた。
【０００５】
ところが、点火位置を遅角したり、混合気を過濃にしたりすると、燃料消費量の増大を招いたり、排気ガス中に含まれる有害成分（一酸化炭素や炭化水素）の量を増大させたりするという問題が生じる。
【０００６】
近年、環境保護及び省資源の観点から、２サイクル内燃機関の燃費の向上と、排気ガスの浄化とを図ることが厳しく要求されるようになっているため、燃料消費量が多い内燃機関や、一酸化炭素や炭化水素の排出量が多い内燃機関を生産することは避ける必要がある。
【０００７】
２サイクル内燃機関の燃費を悪くしたり、一酸化炭素や炭化水素の排出量を増加させたりすることなく、デトネーションによる機関の損傷を防ぐためには、デトネーションの発生を直ちに検出できるようにしておいて、デトネーションが発生していない正常状態では、点火位置や燃料供給量の制御値を、燃料消費率を良好にするための最適値に設定して内燃機関を運転し、デトネーションの発生が検出されたときには、上記制御値を極端に燃料消費率を悪化させない範囲でデトネーションの発生を抑止し得る値に設定して内燃機関を運転するようにするのが好ましい。
【０００８】
デトネーションが発生したことを検出する方法としては、内燃機関の筒内圧力を検出する方法が知られている。図２は、２サイクル機関の回転速度を中速領域の一定値に固定した状態で、機関の燃焼状態が異なるときの筒内圧力Ｐの変化を、クランク軸の回転角度（クランク角）θに対して示したものである。同図（Ａ）は正常燃焼時の筒内圧力の変化を示し、同図（Ｂ）はデトネーションが発生した時の筒内圧力の変化を示している。また図２（Ｃ）は内燃機関が失火したときの筒内圧力の変化を示している。なお図２（Ａ）ないし（Ｃ）においてＴＤＣはピストンが上死点に達した時のクランク軸の回転角度位置（上死点位置という。）を示している。
【０００９】
図２（Ａ）から、燃焼室内で燃焼が正常に行われているときには、上死点位置ＴＤＣよりも角度θｎだけ遅れた位置で筒内圧力が最大になることが分かる。一般に角度θｎは１３°以上の値をとり、θｎがほぼ１３°に等しいときに内燃機関の機械効率が最大になる。これに対し、デトネーションが発生した時には、図２（Ｂ）に示したように、機械効率が最大になる上死点後１３°の位置よりも進んだ位置θｄ（＜θｎ）において筒内圧力が最大になる。また内燃機関がミスファイヤ（失火）した時には、図２（Ｃ）に示すように、筒内圧力が最大になる位置が上死点位置ＴＤＣに一致する。
【００１０】
図２より、筒内圧力が最大になる時のクランク角θｄを検出して、このクランク角θｄと正常燃焼時の筒内圧力の最大値を与えるクランク角θｎとの大小を判別することにより、デトネーションが発生しているか否かを検出することができることが分かる。
【００１１】
デトネーションを抑止する手段として効果的なのは、点火位置の遅角と、混合気の過濃化である。点火位置を遅角させると、排気管内の温度が上昇し、燃焼室内の温度が低下するため、デトネーションは直ちに止まる。点火位置を遅角させると、内燃機関の出力が低下するが、デトネーションが発生した直後の状態では内燃機関の出力が増加するので、点火位置を遅角させても運転者が内燃機関の出力の低下を実感することはほとんどない。しかし点火位置を遅角してからある程度時間が経過すると、出力が大きく低下して、運転者に力の無さを実感させることがある。これは、２サイクル内燃機関が排気の脈動を利用して充填効率を向上させていることに起因する。
【００１２】
即ち、２サイクル内燃機関の出力を向上させるためには、充填効率を高めて混合気の吹き抜けを抑制することが効果的であり、そのため、図３（Ａ）に示したように、掃気ポートＳｃが閉じてから排気ポートＥｘが閉じるまでのθo の区間、排気ポートの出口の圧力Ｐexが正圧になるように、内燃機関の排気管を設計している。
【００１３】
一般の２サイクル機関では、排気管の排気ポート寄りの部分にテーパをつけて、排気管の径をその末端に向けて徐々に大きくしていくことにより、図３（Ａ）に示したように、掃気ポートＳｃが開いた直後から掃気ポートＳｃが閉じるまでの区間排気ポートの出口圧力（図１のＱ点の圧力）を負圧として排気効率を高めている。また排気管の末端付近でその径を絞ることにより排気ポート側から伝搬してきた圧力波を反射させて、掃気ポートが閉じた後に、この反射波を排気ポートに到達させるように排気管の長さを設定することにより、掃気ポートＳｃが閉じてから排気ポートＥｘが閉じるまでのθo の区間排気ポートの出口圧力を正圧にして、混合気の吹き抜けを抑制するようにしている。
【００１４】
ところが、機関の点火位置θigを遅角させると、図４に示すように、排気ガスの温度が上昇する（燃焼室内の温度は低下する）ため、排気ガスの温度と圧力波の伝搬速度との関係を示す図５から明らかなように、排気管内での圧力波の伝搬速度が速くなり、図３（Ｂ）に示すように、排気ポートが開いている間に排気ポートの出口の圧力が負圧になってしまう。そのため、充填効率が悪くなって吹き抜ける混合気の量が多くなり、機関の出力が大幅に低下する。点火位置の遅角を開始した後時間が経過してからこのような現象（出力の低下）が生じるのは、排気管の熱容量により、圧力波の伝搬速度が変化するまでに時間がかかるためである。
【００１５】
デトネーションが発生した時に、混合気を過濃な状態にすると、点火位置を遅角させた場合と同様に、燃焼室内の温度が低下するため、デトネーションが抑止されるが、混合気を過濃な状態にすると、燃料消費量が増大し、排気ガス中の有害物質が増加する。したがって、混合気の過濃化は必要最小限にとどめる必要がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、２サイクル内燃機関においては、その筒内圧力を検出することにより、デトネーションの発生を検知することができるが、高温状態にある筒内の圧力を検出する圧力センサは非常に高価であるため、低廉であることが重視され、設計の際にコストの低減を図ることが厳しく要求される２サイクル内燃機関に、筒内圧力の検出によりデトネーションの発生を検出する方法を適用することは難しい。
【００１７】
また、デトネーションが発生したことが検出された時には、直ちにそれを抑止する手段を講じて機関を保護するとともに、機関の出力が低下するのを防ぐ必要がある。
【００１８】
本発明の目的は、高価な筒内圧力検出用のセンサを用いることなく、デトネーションの発生を確実に検出することができるようにするとともに、デトネーションが発生したときには直ちにそれを抑止する措置を講じることができるようにした２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２サイクル内燃機関のデトネーションを抑止するように内燃機関の点火位置と内燃機関への燃料供給量とを制御する２サイクル内燃機関のデトネーション抑止制御方法に係わるものである。
【００２０】
本発明においては、内燃機関のクランク軸が該機関のシリンダ内のピストンの上死点に相応する位置から一定の角度回転する間の区間を判定区間として定めておき、内燃機関のシリンダ内で正常な燃焼が行われたときに判定区間において生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーションの判定基準位置として求めておく。そして、クランク軸が上記判定区間を回転する間に生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーション判定用ピーク位置として検出して、該判定用ピーク位置が判定基準位置よりも進角した位置で生じたときに内燃機関でデトネーションが発生したと判定する。デトネーションが発生したと判定されたときには、先ず内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行い、次いで内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行って、デトネーションを抑止し、内燃機関の出力トルクを回復させる。
【００２１】
２サイクル内燃機関においては、図２に示したように、デトネーションが発生すると、筒内圧力の最大値を与えるクランク軸の回転角度位置が正常燃焼時に筒内圧力の最大値を与える回転角度位置よりも進むが、これに伴って、デトネーション発生時には、クランク軸の角加速度の極大値を与える回転角度位置が正常燃焼時よりも進角する。
【００２２】
図６（Ａ）は、２サイクル内燃機関の中速領域におけるクランク軸の角加速度ｄω／ｄｔのクランク角θに対する変化を示したもので、同図の曲線ａ及びｂはそれぞれ正常燃焼時及びデトネーション発生時を示し、曲線ｃは機関をミスファイア（失火）させたときの角加速度の変化を示している。また図６（Ｂ）の曲線ａないしｃは、同じ２サイクル内燃機関の筒内圧力Ｐのクランク角θに対する変化を、正常燃焼時と、デトネーション発生時と、ミスファイア時とについて示している。
【００２３】
これらの曲線から明らかなように、デトネーションが発生すると、クランク軸の角加速度のピーク値を与えるクランク角（ピーク位置）θpn（上死点ＴＤＣを基準にして測った角度）が、正常燃焼時の角加速度のピーク値を与えるクランク角（ピーク位置）θpnよりも小さくなる。（正常燃焼時よりも角加速度のピーク位置が進角する。）ことが分かる。
【００２４】
２サイクル内燃機関においては、機関の高速領域での出力の低下を防止するために、高速領域で点火位置を遅角させる制御を行わせることが多い。このような場合には、図８（Ｂ）に示すように、高速領域で機関が点火された後、クランク軸の角加速度に２つのピーク位置が生じる。一方、機関の高速領域でデトネーションが発生したときには、図８（Ｄ）に示したように、上死点ＴＤＣに近い位置でクランク軸の角加速度に１つのピーク位置が生じる。
【００２５】
このように、クランク軸の角加速度に２つのピーク位置が生じることがある条件下でもデトネーションを検出し得るようにするためには、機関が点火された後の一定の回転区間において発生するクランク軸の角加速度のピーク位置のうち、後から発生するピーク位置を検出に用いるようにする必要がある。
【００２６】
そこで、本発明においては、前述のように、内燃機関のクランク軸が該機関のシリンダ内のピストンの上死点に相応する位置から一定の角度回転する間の区間を判定区間として定めておき、内燃機関のシリンダ内で正常な燃焼が行われたときに判定区間において生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーションの判定基準位置として求めておく。そして、クランク軸が判定区間を回転する間に生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーション判定用ピーク位置として検出して、該判定用ピーク位置が判定基準位置よりも進角した位置であるときに内燃機関でデトネーションが発生したと判定する。
【００２７】
本発明によれば、筒内圧力を検出する高価なセンサを用いる必要がなく、クランク軸の回転速度の時間微分値を演算することにより角加速度を演算して、演算した角加速度の極大値を与える回転角度位置を判定基準位置と比較するだけでデトネーションの発生の有無を検出することができるため、２サイクル内燃機関のコストの大幅な上昇を招くことなく、デトネーションに対する対策を講じることができる。
【００２８】
なおクランク軸の角加速度は、クランク軸が微小角度回転する毎にパルスを発生するクランク角センサ（エンコーダ）の出力パルスの発生間隔からクランク軸が微小角度回転する間の角速度を演算して、角速度が演算される毎に、今回演算された角速度と前回演算された角速度との差分を演算することにより求めることができる。
【００２９】
なお上記判定区間は、機関の上死点と、上死点後４５°の位置との間の区間とすれば充分である。
【００３０】
本発明のように、デトネーションが発生したと判定されたときに、内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行わせると、燃焼室内の温度が低下するため、直ちにデトネーションを止めることができる。点火位置を遅角させると、所定の遅れ時間を伴って機関の出力トルクが低下する現象が現れる。そこで、本発明では、先ず点火位置を遅角させてデトネーションを停止させた後、内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行わせて内燃機関の出力トルクを回復させる。
【００３１】
このように、点火位置遅角過程を行わせてから燃料増量過程を行わせるようにすると、両者を同時に行う場合に比べて燃料消費量を少くすることができ、排気ガス中に含まれる有害物質の量を少くすることができる。
【００３２】
本発明は、一般にｎ個（ｎは１以上の整数）のシリンダを有する２サイクル内燃機関に適用することができる。ｎ個のシリンダを有する２サイクル内燃機関に適用する場合には、内燃機関のクランク軸が各シリンダ内のピストンの上死点に相応する位置から一定の角度回転する間の区間を各シリンダに対応する判定区間として定めておき、内燃機関の各シリンダ内で正常な燃焼が行われたときに各シリンダに対応する判定区間において生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置に最も近い位置で生じるピーク位置を各シリンダに対するデトネーションの判定基準位置として求めておく。そして、クランク軸が各シリンダに対応する判定区間を回転する間に生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置に最も近い位置で生じたピーク位置をデトネーション判定用ピーク位置として検出して、いずれかのシリンダに対応する判定区間で検出された判定用ピーク位置がそのシリンダに対応する判定基準位置よりも進角した位置で生じたときに内燃機関のいずれかの気筒でデトネーションが発生したと判定する。
【００３３】
デトネーションが発生したと判定されたときには、先ず内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行い、次いで内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行って、デトネーションを抑止し、内燃機関の出力トルクを回復させる。
【００３４】
上記燃料増量過程は、点火位置遅角過程を行った後直ちに行わせてもよいが、点火位置を遅角させた後、実際に機関の出力が低下するまでの間には所定の遅れ時間があり、また点火位置遅角過程を行った後遅れ時間なしで燃料を増量すると、排気管温度が下がってしまって充填効率が低下するため、点火位置遅角過程を行った後、直ちに燃料増量過程を行うのではなく、クランク軸が設定された待ち回数だけ回転するのを待ってから上記燃料増量過程を行わせるようにするのが好ましい。
【００３５】
上記燃料増量過程では、燃料の供給量を徐々に増加させるようにしてもよく、燃料の供給量を目標値までステップ状に増加させるようにしてもよい。
【００３６】
２サイクル機関では、点火位置の如何に係わりなく、軸トルクの最大値を与える排気温度がほぼ一定になる。また燃料の供給量を増加させて混合気の濃度を高くすればする程排気温度が低下していく傾向になる。これらのことから、燃料増量過程においては、排気温度が高い場合ほど燃料供給量を多くするように、排気温度に応じて燃料供給量の増加量を決定するのが好ましい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用する２サイクル内燃機関１と、その制御装置の構成とを概略的に示したものである。図１に示した内燃機関１は、クランクケース１ａと該クランクケースに接続されたシリンダ１ｂと、シリンダ１ｂの頭部を閉じるシリンダヘッド１ｃと、シリンダ１ｂ内に嵌合されたピストン１ｄと、ピストン１ｄにクランク機構を介して連結されたクランク軸１ｅと、クランクケース１ａに設けられた吸気口に接続されたスロットルボディ１ｆとを有しており、シリンダ１ｂには、掃気ポートＳｃと排気ポートＥｘとが設けられている。スロットルボディ１ｆ内にはスロットルバルブ１ｇとリードバルブ１ｈとが設けられ、スロットルバルブ１ｇの操作軸にその開度を検出するスロットル開度センサ２が取り付けられている。排気ポートＥｘには排気管１ｉが接続され、シリンダヘッド１ｃには、点火プラグ３と、インジェクタ（電磁式燃料噴射弁）４とが取り付けられている。点火プラグ３は点火装置５の非接地側の出力端子に接続され、インジェクタ４の非接地側の駆動信号入力端子はインジェクタ駆動回路６の非接地側の出力端子に接続されている。
【００３８】
機関のクランク軸１ｅには、フライホイール６が取り付けられ、該フライホイールの外周には周方向に伸びる円弧状の突起からなるリラクタ６ａが設けられている。クランク軸１ｅにはまた一定の歯数を有するリングギア７が取り付けられ、図示しない始動用電動機により駆動されるピニオンギアをリングギア７に噛み合わせることにより、クランク軸１ｅを回転させて機関を始動させるようになっている。
【００３９】
フライホイール６の外周側には、パルサ８が配置され、リングギア７の外周側にクランク角センサ９が配置されている。パルサ８は、フライホイール６の外周のリラクタ６ａに対向する磁極部を先端に有する鉄心と、該鉄心に巻回されたパルサコイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えた周知のもので、機関のクランクケース１ａ等に設けられた取り付け部に固定されている。
【００４０】
パルサ８は、その鉄心の磁極部にリラクタ６ａが対向し始める際（リラクタ６ａの回転方向の前端側のエッジを検出した際）、及びリラクタ６ａが該磁極部との対向を終了する際（リラクタ６ａの回転方向の後端側のエッジを検出した際）にそれぞれ極性が異なる対のパルス信号を発生する。パルサ８が発生する対のパルス信号のうち、リラクタ６ａの回転方向の前端側のエッジを検出した時に発生するパルス信号は、機関の上死点より十分に進角した位置に設定された基準クランク角度位置で発生するようになっている。パルサ８が基準クランク角度位置で発生するパルス信号は、波形整形回路１０によりマイクロコンピュータが認識し得る信号に変換された後、基準クランク角の情報を与える基準信号として、マイクロコンピュータのＣＰＵ１１に与えられている。
【００４１】
クランク角センサ９は、パルサと同様の構造を有するもので、リングギア７の各歯の回転方向の前端側のエッジ及び後端側のエッジをそれぞれ検出した時に極性が異なる対のパルスを発生する。クランク角センサ９がリングギアの各歯を検出した時に発生する対のパルスのうち、一方の極性のパルスが波形整形回路１２によりマイクロコンピュータが認識し得る波形の信号に変換された後、クランク角度の情報を与えるクランク角信号としてＣＰＵ１１に与えられている。
【００４２】
ＣＰＵ１１にはまた、スロットル開度センサ２の出力が入力されると同時に、大気圧を検出するセンサの出力や機関の冷却水温度を検出する温度センサの出力等が入力され、これらのセンサから得られる情報が、インジェクタ４からの燃料噴射量や内燃機関の点火位置を制御するための制御条件として用いられる。
【００４３】
ＣＰＵ１１は図示しないＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、内燃機関の１回転当りの平均回転速度を演算するとともに、演算した回転速度における点火位置を演算し、演算された点火位置が検出された時に点火回路５に点火信号Ｖｉを与える。
【００４４】
点火回路５は、二次コイルの非接地側端子が点火プラグ３に接続された点火コイルと、点火信号に応答して点火コイルの一次電流を制御する一次電流制御回路とからなっていて、点火信号が与えられた時に点火コイルの一次電流に急激な変化を生じさせることにより点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を誘起させる。この点火用高電圧により点火プラグ３に発生する火花放電により機関が点火される。
【００４５】
ＣＰＵ１１はまた、大気圧、機関の冷却水温度、スロットルバルブ開度、機関の回転数等の制御条件に対してインジェクタから燃料を噴射する時間（燃料噴射時間）を演算して、演算した燃料噴射時間に相当するパルス幅を有する矩形波状の噴射信号Ｖｊをインジェクタ駆動回路６に与える。インジェクタ駆動回路６は、噴射信号Ｖｊに応答してインジェクタ４のソレノイドに駆動電流を流し、演算された燃料噴射時間の間該インジェクタ４の弁を開く。インジェクタ４には、図示しない燃料ポンプから燃料が与えられるとともに、圧力調整器により、インジェクタに与えられる燃料の圧力が一定に保たれているため、インジェクタから噴射される燃料の量は燃料噴射時間により決まる。
【００４６】
図１に示した２サイクル機関の爆発行程において燃焼室内の温度が局部的に高くなると、点火プラグ３による着火により生じた火炎の伝搬による燃焼が行われる前に、混合気に着火してデトネーションが発生する。デトネーションが発生すると、燃焼室内の温度が異常に上昇するため、デトネーションが継続するとピストンやシリンダが溶融して孔があくなどの問題が生じる。
【００４７】
前述のように、燃焼室内の圧力の変化を検出すれば、デトネーションを検出することができるが、燃焼室内の圧力を検出するセンサは高価であるため、安価であることを重視する２サイクル機関には採用できない。
【００４８】
そこで、本発明においては、正常燃焼時とデトネーション発生時とで、クランク軸の角加速度がピーク値に達する位置（ピーク位置）が相違することに着目してデトネーションを検出する。
【００４９】
図７は、機関の中速回転領域における筒内圧力Ｐのクランク角θに対する変化とクランク軸の角加速度ｄω／ｄｔのクランク角θに対する変化とを、正常燃焼時とデトネーション発生時とについて示したもので、同図において（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ正常燃焼時の筒内圧力Ｐ及び角加速度ｄω／ｄｔを示し、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれデトネーション発生時の筒内圧力Ｐ及び角加速度ｄω／ｄｔを示している。
【００５０】
また図８は、機関の高速回転領域における筒内圧力Ｐのクランク角θに対する変化とクランク軸の角加速度ｄω／ｄｔのクランク角θに対する変化とを、正常燃焼時とデトネーション発生時とについて示したもので、同図において（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ正常燃焼時の筒内圧力Ｐ及び角加速度ｄω／ｄｔを示し、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれデトネーション発生時の筒内圧力Ｐ及び角加速度ｄω／ｄｔを示している。
【００５１】
これらの図より、内燃機関のクランク軸が該機関のシリンダ内のピストンの上死点ＴＤＣに相応する位置から一定の角度回転する間の区間を判定区間θｘとして定めて、内燃機関１のシリンダ内で正常な燃焼が行われたときに判定区間θｘにおいて生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置θxeに最も近い位置で生じるピーク位置θpnをデトネーションの判定基準位置として求めておき、クランク軸が判定区間θｘを回転する間に生じるクランク軸の角加速度の少くとも１つのピーク位置のうち、判定区間の最終位置θxeに最も近い位置で生じるピーク位置をデトネーション判定用ピーク位置θpxとして検出すると、該判定用ピーク位置θpxが判定基準位置よりも進角した位置で生じたときに内燃機関でデトネーションが発生したと判定することができることが分かる。上記判定区間は、上死点から上死点後４５°の位置までの区間とすれば充分である。
【００５２】
機関が複数の気筒を有しているときには、前述のように、各気筒に対して判定区間を設定して、上記と同様の判定を行うことにより、いずれかの気筒においてデトネーションが発生したことを検出することができる。
【００５３】
クランク軸の角加速度のクランク角に対する特性は、機関の１回転当りの平均回転数やスロットルバルブ開度により変化する。したがって、デトネーションの検出をより適確に行わせるためには、機関の平均回転速度とスロットルバルブ開度とをパラメータとして判定基準位置を求めるようにするのが好ましい。
【００５４】
機関の平均回転速度とスロットルバルブ開度の検出値とをパラメータとして判定基準位置を求めるには、例えば、機関の種々の平均回転速度とスロットルバルブ開度とに対してデトネーションの判定基準位置を求める実験を行うことにより、平均回転速度とスロットルバルブ開度と判定基準位置との間の関係を与える判定基準位置演算用の３次元マップを作成してマイクロコンピュータのＲＯＭに記憶させておくとともに、機関の平均回転速度とスロットルバルブ開度とを検出する手段を設けて、検出された平均回転速度及びスロットルバルブ開度と判定基準位置演算用マップとにより各平均回転速度及びスロットルバルブ開度に対する判定基準位置を演算するようにすればよい。
【００５５】
機関の平均回転速度は、クランク軸が微小角度回転する毎にパルスを発生するクランク角センサの出力パルスから演算してもよく、機関の特定の回転角度位置でパルスを発生するパルサの出力から演算するようにしてもよい。
【００５６】
また判定基準位置は、機関の上死点を基準にして定めるようにしてもよく、パルサが特定のパルスを発生する位置を基準にして定めるようにしてもよい。
【００５７】
上記のようにして、デトネーションが発生したと判定されたときには、先ず内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行い、次いで内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行って、デトネーションを抑止し、内燃機関の出力トルクを回復させる。
【００５８】
上記のように、デトネーションが発生したと判定されたときに、内燃機関の点火位置を遅角させる点火位置遅角過程を行わせると、燃焼室内の温度が低下するため、直ちにデトネーションを止めることができる。点火位置を遅角させると、所定の遅れ時間を伴って機関の出力トルクが低下する現象が現れる。そこで、本発明では、点火位置を遅角させてデトネーションを停止させた後、内燃機関への燃料供給量を増加させる燃料増量過程を行わせて内燃機関の出力トルクを回復させる。
【００５９】
点火位置を遅角させると排気温度が上昇し、これにより排気管内での圧力波の伝搬速度が上昇するため、排気ポートが開いている区間で排気ポートの出口圧力が負圧になる状態が生じて充填効率が低下し、機関の出力トルクが低下する。しかし、排気管の熱容量のため、点火位置の遅角により排気温度が上昇しても、排気管の温度は、直ちには変化せず、排気温度の上昇よりも所定の時間遅れて上昇する。そのため、点火位置の遅角により排気温度が上昇しても、排気管内での圧力波の伝搬速度は直ちには上昇せず、所定の時間遅れを持って上昇していく。したがって、点火位置を遅角させた後、実際に機関の出力が低下するまでの間には所定の遅れ時間がある。
【００６０】
上記燃料増量過程は、点火位置遅角過程を行った後直ちに行わせてもよいが、上記のように、点火位置の遅角により機関の出力が低下する傾向になるまでに所定の遅れ時間があり、また点火位置遅角過程を行った後遅れ時間なしで燃料を増量させると、排気管の温度か下がってしまって充填効率が低下する可能性が高くなるため、点火位置遅角過程を行った後、直ちに燃料増量過程を行うのではなく、クランク軸が設定された待ち回数だけ回転するのを待ってから燃料増量過程を行わせるようにするのが好ましい。
【００６１】
上記燃料増量過程では、燃料の供給量を徐々に増加させるようにしてもよく、燃料の供給量を目標値までステップ状に増加させるようにしてもよい。
【００６２】
２サイクル機関では、図９に示したように、点火位置θigの如何に係わりなく、軸トルクの最大値を与える排気温度ｔexがほぼ一定になる。また燃料の供給量Ｌf を増加させて混合気の濃度を高くすればする程排気温度ｔexが低下していく傾向になる。これらのことから、燃料増量過程においては、排気温度が高い場合ほど燃料供給量を多くするように、排気温度に応じて燃料供給量の増加量を決定するのが好ましいことが分かる。
【００６３】
このようにすると、無用の燃料を消費することなく、点火位置の遅角による排気温度の上昇に伴う機関の出力低下を補償することができるため、排気ガス中に含まれる有害成分の増加量を最小限に抑えつつ、デトネーション抑止制御時の機関の出力の低下を防ぐことができる。
【００６４】
図９は、燃料供給量Ｌf と排気温度の関係及び燃料供給量Ｌf と軸トルクとの関係を点火位置をパラメータとして示している。図９において、曲線ａ，ｂ及びｃはそれぞれ点火位置θigを上死点前１８°、上死点前１２°及び上死点前６°とした時の排気温度と燃料供給量との関係を示し、曲線ｐ，ｑ及びｒはそれぞれ、点火位置θigを上死点前１８°、上死点前１２°及び上死点前６°とした時の燃料流量と軸トルクτとの関係を示している。
【００６５】
図９から明らかなように、２サイクル機関では、点火位置θigの如何に係わりなく、軸トルクτの最大値を与える排気温度ｔexがほぼ一定になる。また燃料の供給量Ｌf を増加させて混合気の濃度を高くすればする程排気温度ｔexが低下していく傾向になる。これらのことから、上記燃料増量過程においては、排気温度が高い場合ほど燃料供給量を多くするように、排気温度に応じて燃料供給量の増加量を決定するのが好ましいことが分かる。
【００６６】
このようにすると、無用の燃料を消費することなく、点火位置の遅角による排気温度の上昇に伴う機関の出力低下を補償することができるため、排気ガス中に含まれる有害成分の増加量を最小限に抑えつつ。デトネーション抑止制御時の機関の出力の低下を防ぐことができる。
【００６７】
図１０は、本発明によるデトネーション抑止制御を説明するための線図で、同図において図１０において曲線ａは、点火位置を上死点前１８°とした時の排気温度と燃料供給量Ｌf との関係を示し、曲線ｂは、点火位置を上死点前１２°としたときの排気温度と燃料供給量Ｌf との関係を示している。また曲線ｐは点火位置を上死点前１８°の位置とした時の機関の軸トルクτと燃料供給量Ｌf との関係を示し、曲線ｑは点火位置を上死点前１２°の位置とした時の軸トルクと燃料流量Ｌf との関係を示している。更に図１０において、Ａ点はデトネーションが発生した時の動作点を示し、Ｂ点はデトネーションを抑止するために点火位置を近くさせた時の動作点を示している。またＣ点は、点火位置を遅角させた後、燃料の供給量を増加させて混合気を過濃にする燃料増量過程を行わせた際の最終的な動作点を示している。動作点をＡからＢを経てＣへと変化させた場合、実際の排気温度は曲線ｅのように変化し、実際の軸トルクは図示の曲線ｆのように変化する。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、デトネーションが発生したことが検出された時に、先ず点火位置を遅角させてデトネーションを抑止するようにしたので、デトネーションが継続して機関が損傷を受けるのを防ぐことができる。また本発明によれば、点火位置を遅角させてデトネーションを抑止した後に、燃料の供給量を増加させて、機関の出力トルクを回復させるようにしたので、燃料消費率を悪化させることなく、かつ機関の出力の低下を招くことなく、デトネーションを抑止する制御を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる２サイクル内燃機関とその制御装置の構成を概略的に示した構成図である。
【図２】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ２サイクル内燃機関の正常燃焼時、デトネーション発生時及びミスファイア時の筒内圧力とクランク軸の回転角との関係を示す線図である。
【図３】（Ａ）は２サイクル内燃機関が高速領域で正常燃焼しているときの排気ポートの出口圧力とクランク角との関係を示した線図である。（Ｂ）は２サイクル内燃機関の点火位置を高速領域で遅角させたときの排気ポートの出口圧力とクランク角との関係を示した線図である。
【図４】２サイクル機関の排気ガス温度と点火位置との関係及び軸トルクと点火位置との関係を示した線図である。
【図５】２サイクル機関の排気管内の圧力波の伝搬速度と排気ガス温度との関係を示した線図である。
【図６】２サイクル機関のクランク軸の角加速度とクランク角との関係及び２サイクル機関の筒内圧力とクランク角との関係を示した線図である。
【図７】２サイクル機関の中速領域における筒内圧力とクランク角との関係及びクランク軸の角加速度とクランク角との関係を正常燃焼時とデトネーション発生時とについて示した線図である。
【図８】２サイクル機関の高速領域における筒内圧力とクランク角との関係及びクランク軸の角加速度とクランク角との関係を正常燃焼時とデトネーション発生時とについて示した線図である。
【図９】２サイクル機関の排気温度と燃料供給量との関係及び軸トルクと燃料供給量との関係を点火位置をパラメータにとって示した線図である。
【図１０】本発明に係わるデトネーション抑止制御を説明するための線図である。
【符号の説明】
１…２サイクル内燃機関、１ａ…クランクケース、１ｂ…シリンダ、１ｃ…シリンダヘッド、１ｄ…ピストン、１ｇ…スロットルバルブ、１ｉ…排気管、２…スロットル開度センサ、３…点火プラグ、４…インジェクタ、５…点火回路、６…インジェクタ駆動回路、１１…ＣＰＵ。
【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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