JP3839119B2 - ４サイクルエンジンの行程判別装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として電子燃料噴射制御式の４サイクルエンジンに適用される行程判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子燃料噴射制御式の４サイクルエンジンでは、エンジンのクランクシャフトの位相をクランクセンサにより検出すると共にクランクシャフトの位相とカムシャフトの位相との相互関係から気筒の行程を判別し、燃料噴射のタイミングを決定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、カムシャフトの位相を検出するにはエンジンのシリンダヘッド内にカムセンサを設置せざるを得ず、エンジンが大型化してコストが高くなるという不具合がある。特に、二輪車では高さ方向の寸法に制約があるため、シリンダヘッドの大型化は問題である。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑み、カムシャフトの位相を検出することなく気筒の行程を判別し得るようにした装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、４サイクルエンジンのクランクシャフトの位相を検出する位相検出手段と、前記エンジンの複数の気筒に連なる吸気管内の吸気圧の合成値を検出する吸気圧検出手段と、検出されたクランクシャフトの位相と合成吸気圧との相互関係から気筒の行程判別を行う行程判別手段とを備える。
【０００６】
４サイクルエンジンの気筒では、クランクシャフトが２回転（７２０°の回転）する間に、吸気、圧縮、爆発及び排気の４行程が実行されるので、クランクシャフトの位相を検出しただけでは、吸気行程と爆発行程との判別や、圧縮行程と排気行程との判別ができない。本発明では、エンジンの気筒の吸気ポートに連なる吸気管内の吸気圧がクランクシャフトが２回転する間を１周期として変化することに着目し、クランクシャフトの位相と周期的に変化する吸気圧値との相互関係から、吸気行程と爆発行程とを判別し、圧縮行程と排気行程とを判別する。これにより、行程判別のためにカムシャフトの位相を検出する必要がなくなるので、エンジンの構造が簡素化し、エンジンの大型化が防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１は４サイクル４気筒の電子燃料噴射制御式エンジンであり、該エンジン１のクランクシャフト１ａにクランクパルサーロータ１ｂを取り付けると共に該ロータ１ｂに近接させて該ロータ１ｂと協働してクランク回転パルス信号を発生するクランクパルスジェネレータ１ｃを設置した。そして、図２に示されるように、エンジン１の各気筒１０ａ〜１０ｄの吸気ポートに連なる各吸気管１１ａ〜１１ｄに夫々別個の細管１２ａ〜１２ｄの一端を連通させ、第１細管１２ａの他端に第１吸気圧センサ１３ａを接続して第１吸気管内圧Ｐ1 を検出すると共に、他の第２乃至第４吸気管１１ｂ〜１１ｄに連通される第２乃至第４細管１２ｂ〜１２ｄの他端を合流させて該合流端に第２吸気圧センサ１３ｂを接続して、第２乃至第４吸気管内圧Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 を合成した合成吸気圧Ｐs を検出するようにした。
【０００８】
エンジン１の各気筒１０ａ〜１０ｄに関連する構成は概ね同様であるので、以下図１に示した第１気筒１０ａに関係する構成を参照しつつ各気筒１０ａ〜１０ｄに関連する構成を説明する。
【０００９】
各吸気管１１ａ〜１１ｄには、燃料噴射用のインジェクタ１４ａ〜１４ｄが設置されており、該インジェクタ１４ａ〜１４ｄを電子燃料噴射制御ユニット（以下、ＥＣＵと記す）に接続して該ＥＣＵによりインジェクタ１４ａ〜１４ｄの燃料噴射制御を行う。
【００１０】
ＥＣＵには、上記クランクパルスジェネレータ１ｃ、第１吸気圧センサ１３ａ及び第２吸気圧センサ１３ｂの他に各種センサが設置されている。具体的には各吸気管１１ａ〜１１ｄの上流の合流部に設置されるスロットルバルブ１５の開動軸に接続されたスロットル開度センサ１６、合流部のさらに上流のエアクリーナ１７内に設置される吸気温（吸入空気温度）センサ１８、各気筒１０ａ〜１０ｄを冷却する冷却水通路１９に設置される水温センサ２０及び車両の所定位置に設置される大気圧センサ２１が接続されている。そしてＥＣＵでは、第２吸気圧センサ１３ｂにより検出した吸気圧Ｐs に基づきインジェクタ１４ａ〜１４ｄの基本的な燃料噴射量を演算すると共に、スロットル開度センサ１６、吸気温センサ１８、水温センサ２０及び大気圧センサ２１からの信号に基づく補正を行い、状況により適合した燃料噴射量を演算している。
【００１１】
尚、ＥＣＵにはアイドルミクスチャアジャスタ２２が接続されており、該アイドルミクスチャアジャスタ２２が備える各気筒１０ａ〜１０ｄに対応した可変抵抗器２２ａ〜２２ｄの電圧信号に基づきアイドル時におけるインジェクタ１４ａ〜１４ｄの燃料噴射量を制御している。またＥＣＵは、水温センサ２０からの電圧信号に基づき水温計２３を駆動すると共にインジケータ２４の表示を制御しており、クランクパルス信号から演算したエンジン回転数に基づきタコメータ駆動信号を生成してタコメータ２５を駆動している。
【００１２】
尚、「ＢＡＴ」は電源バッテリであり、「ＳＷ」は、ＥＣＵ、燃料ポンプＦＰ、吸気バルブセンサ２６及びスピードセンサ２７をオンオフする、電源バッテリＢＡＴのスイッチユニットである。メータ部２８のスピードメータ２９は該スピードセンサ２７からの信号により駆動される。
【００１３】
ところで、燃料噴射制御では、燃料噴射量と共に燃料噴射開始のタイミングを決定する必要がある。本発明では、吸気圧の変化がクランクシャフト１ａの２回転（７２０°の回転）を１周期として変化することに着目し、第２吸気圧センサ１３ｂにより、３つの吸気管１１ｂ〜１１ｄ内の吸気圧を合成した合成吸気圧Ｐs を検出し、該合成吸気圧Ｐs の変化とクランクシャフト１ａの位相とから各気筒１０ａ〜１０ｄの行程を判別し、各気筒１０ａ〜１０ｄに対応するインジェクタ１４ａ〜１４ｄにおける燃料噴射タイミングを決定している。
【００１４】
図３の（Ａ）〜（Ｄ）は、第１乃至第４吸気管１１ａ〜１１ｄ内の吸気圧Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 の変化を示すグラフであり、図４は、第２乃至第４吸気管１１ｂ〜１１ｄ内の吸気圧の合成吸気圧Ｐs の変化を示すものである。各グラフの縦軸は吸気圧、横軸は時間であり、横軸についてはクランクパルスジェネレータ１ｃから発せられるクランクパルス信号（以下、単にパルス信号と記す）の間隔を示した。尚、横軸に付した番号は、クランクシャフト１ａが１回転する間に発生される各パルス信号に連続的に１〜７まで付した番号である。また、各気筒１０ａ〜１０ｄのピストンが圧縮上死点に達するタイミングを＃１〜＃４で示した。例えば第１気筒１０ａの第１ピストンは、第１パルス信号が出力された直後の＃１のタイミングで圧縮上死点に達する。尚、第１気筒を起点とすれば、各気筒１０ａ〜１０ｄ内のピストンは＃１，＃２，＃４，＃３の順で圧縮上死点に達する。
【００１５】
以下、ＥＣＵによる各気筒の行程判別手順をフローチャート（図５参照）を参照しつつ説明する。
【００１６】
ＥＣＵは、クランクパルスジェネレータ１ｃから第１あるいは第５パルス信号を検知し（Ｓ１）、例えば第１パルス信号であれば、第２吸気圧センサ１３ｂからの合成吸気圧信号を信号Ｐs1としてメモリ（図示せず）に記憶する（Ｓ２）。そして、次の第２パルス信号検知時に（Ｓ３）、直前の第１パルス信号検知時に検出した合成吸気圧信号値Ｐs1と、１周期前の第１パルス信号検知時に検出した合成吸気圧信号値Ｐs1(b) との差の絶対値を求める（Ｓ４）。この値が所定値Ｘより大きければ、両信号値Ｐs1, Ｐs1(b) の値を比較する（Ｓ５）。比較の結果、直前の合成吸気圧信号Ｐs1の方が小さければ、この後最初にピストンが圧縮上死点に位置するのは第１気筒１０ａである（つまり図４の符号Ａに対応する状態である）と判別し（Ｓ６）、所定数のパルス信号をカウントした後、第１気筒１０ａに対応するインジェクタ１４ａに燃料噴射信号を送って（Ｓ７）、所定量の燃料を噴射させる。逆に直前の合成吸気圧信号Ｐs1の方が大きければ、該当気筒は第４気筒１０ｄである（符号Ｃに対応する状態である）と判別し（Ｓ８）、所定数のパルス信号カウント後、第４インジェクタ１４ｄに燃料噴射信号が送って（Ｓ９）、所定量の燃料を噴射させる。
【００１７】
また、ステップＳ１において第５パルス信号を検知したときも同様であり、まず第５パルス信号検知時の合成吸気圧信号を信号Ｐs5としてメモリに記憶し（Ｓ１１）、次の第６パルス信号検知時に（Ｓ１２）、該合成吸気圧Ｐs5と１回転前の第５パルス信号検知時に検出した合成吸気圧信号Ｐs5(b) との差の絶対値を求め（Ｓ１３）、該値が所定値Ｘより大きければ、両合成吸気圧Ｐs5, Ｐs5(b) を比較し（Ｓ１４）、その結果直前の合成吸気圧信号Ｐs5の方が小さければ、その後最初にピストンが圧縮上死点に位置するのは第２気筒１０ｂである（符号Ｂに対応する状態である）と判別して（Ｓ１５）、所定数のパルス信号カウント後、第２インジェクタ１４ｂに燃料噴射信号を送て（Ｓ１６）、所定量の燃料を噴射させる。逆に合成吸気圧信号Ｐs5の方が大きいければ、該当気筒は第３気筒１０ｃである（符号Ｄに対応する状態である）と判別して（Ｓ１７）、所定数のパルス信号カウント後、第３インジェクタ１４ｃに燃料噴射信号を送り（Ｓ１８）、所定量の燃料を噴射させる。
【００１８】
一方、ステップＳ４，Ｓ１３で求めた差の絶対値が所定値Ｘより小さければ、グループ噴射ルーチン（Ｓ１９）を実行する。このルーチンは、上死点が圧縮上死点か排気上死点かを判別できない場合は、上死点を検知すれば常に所定数のパルス信号カウント後に燃料噴射を行うものである。したがって、クランクシャフトに対するピストンの動きが同じ気筒については、燃料噴射のタイミングが全て一致するので、このような気筒を１つのグループとして取り扱い燃料噴射タイミングを決定している。本実施形態では、第１気筒１０ａと第４気筒１０ｄが１つのグループであり、第２気筒１０ｂと第３気筒１０ｃとが別の１つのグループである。したがって、例えばステップＳ４を経てステップＳ１９を実行する場合は、第２パルス信号検知時から所定数のパルス信号カウント後、第１及び第４気筒１０ａ，１０ｄに対応する第１，第４インジェクタ１４ａ，１４ｄに燃料噴射信号を送り、所定量の燃料を噴射させる。また、ステップＳ１３を経てステップＳ１９を実行する場合は、第６パルス信号検知時から所定数のパルス信号カウント後、第２及び第３気筒１０ｂ，１０ｃに対応する第２，第３インジェクタ１４ｂ，１４ｃに燃料噴射信号を送り、所定量の燃料を噴射させる。尚、燃料噴射量は、所定の演算により適宜の量に補正される。また、所定値Ｘは、検出される合成吸気圧Ｐs の値のばらつきが小さければ小さい値に設定しても誤判別が生ずることはないが、ばらつきが大きければ大きい値に設定しなければ誤判別が生ずやすい。尚、行程判別できない場合というのは、例えば、エンジン回転数が一定の回転数以上であるときや、スロットルの開度が一定の開度以上であるときなど、ノイズの発生等により合成吸気信号を検出できないような場合に生ずる。
【００１９】
また本実施形態では、３つの気筒１０ｂ〜１０ｄに連なる吸気管１１ｂ〜１１ｄ内の圧力を合成して得た合成吸気圧Ｐs が周期的に変化することを利用して各インジェクタ１４ａ〜１４ｄの燃料噴射のタイミングを決定したが、ある１つの気筒に連なる吸気管の内圧（図３（Ａ）参照）や、異なるグループの気筒に連なる吸気管の内圧の合成吸気圧（例えば第１吸気管の内圧Ｐ1 と第２吸気管の内圧Ｐ2 とを合成した合成吸気圧，図６参照）もクランクシャフトの７２０°の回転を１周期として変化するので、これらの吸気圧を利用して各気筒の行程判別を行い、インジェクタ１４ａ〜１４ｄの燃料噴射タイミングを決定することも可能である。例えば第１吸気管１４ａの内圧Ｐ1 を利用するのであれば、第３及び第７パルス信号検知時の吸気圧信号値を比較して行程判別を行い、また図６に示される合成吸気圧を利用するのであれば、第１及び第５パルス信号検知時の吸気圧信号値を比較して行程判別を行うことが考えられる。また、気筒判別用の吸気圧センサ１つでマップ検索を行うようにすれば吸気圧センサが１つの仕様での制御が可能である。
【００２０】
そして、上記実施形態は、直近の２つの合成吸気圧値を比較して各気筒の行程判別を行うものであり、検出した合成吸気圧信号の値が多少ばらついても正確に行程判別できるという利点を有するが、ばらつきがない場合は直前に検出した合成吸気圧値だけを用いて吸気圧の変化の周期との関係を判断し、クランクシャフトの位相との相互関係から各気筒の行程判別を行うことも可能である。また、上記実施形態は、本発明に係る行程判別装置を４気筒エンジンに適用したものであるが、本発明に係る行程判別装置は、単気筒から６気筒の各エンジンに幅広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の行程判別装置の構成を示す構成図
【図２】 吸気管に接続される細管と吸気圧センサとの接続を示すブロック図
【図３】 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は各気筒に連なる吸気管の内部の吸気圧の変化を示すグラフ
【図４】 合成吸気圧の変化を示すグラフ
【図５】 行程判別手順を示すフローチャート
【図６】 ２つの気筒に連なる吸気管内圧力を合成した圧力の変化を示すグラフ
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクシャフト
１ｃ クランクパルスジェネレータ（回転検出手段）
１０ａ〜１０ｄ 気筒
１１ａ〜１１ｄ 吸気管
１３ａ，１３ｂ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
ＥＣＵ 電子燃料噴射制御ユニット（行程判別手段）

Claims (1)

1. ４サイクルエンジンのクランクシャフトの位相を検出する位相検出手段と、
   前記エンジンの複数の気筒に連なる吸気管内の吸気圧の合成値を検出する吸気圧検出手段と、
   検出されたクランクシャフトの位相と合成吸気圧との相互関係から気筒の行程判別を行う行程判別手段と、
   を備えることを特徴とする４サイクルエンジンの行程判別装置。

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