JP2012172591A - Intake air amount measuring device of crank chamber compression two stroke engine - Google Patents
Intake air amount measuring device of crank chamber compression two stroke engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012172591A JP2012172591A JP2011035425A JP2011035425A JP2012172591A JP 2012172591 A JP2012172591 A JP 2012172591A JP 2011035425 A JP2011035425 A JP 2011035425A JP 2011035425 A JP2011035425 A JP 2011035425A JP 2012172591 A JP2012172591 A JP 2012172591A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intake
- crank chamber
- pressure
- opening
- intake air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 claims abstract description 55
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 50
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 38
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 38
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 36
- 230000008859 change Effects 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 5
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 241000270281 Coluber constrictor Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- OQZCSNDVOWYALR-UHFFFAOYSA-N flurochloridone Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(N2C(C(Cl)C(CCl)C2)=O)=C1 OQZCSNDVOWYALR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Description
本発明はクランク室圧縮2サイクルエンジンの吸入空気量計測装置に係わり、クランク室の圧力検知によりエンジンの吸入空気量を求める計測装置である。 The present invention relates to an intake air amount measuring device for a crankcase compression two-cycle engine, and is a measuring device for obtaining the intake air amount of an engine by detecting the pressure in the crankcase.
現在世界各国で排気ガス規制が強化されておりクランク室圧縮2サイクルエンジンの燃料供給装置は気化器から電子燃料噴射装置に移行しつつある。電子燃料噴射装置ではエンジンの吸入空気量計測が必要であるが従来のクランク室圧縮2サイクルエンジンの電子燃料噴射装置では直接吸入空気量を計測する代わりにスロットル開度や吸気負圧とエンジン回転数に基く参照テーブルを用いて吸入空気量を推定する方式が採用されてきた。しかしこれらの方式ではスロットル開度や吸気負圧の僅かな変化で吸入空気量が大きく変化する運転域での吸入空気量の推定精度が悪いこと、参照テーブルはエンジンの定常運転時に適用されるもので加減速など過渡運転時には補正が必要なこと、また最近では国や地域毎に異なる排ガス規制値や騒音規制値に対処するため同一エンジン機種であっても仕向け地により排気系や吸気系の仕様が変わりそれら仕様毎に参照テーブルを作成しなければならないという問題がある。 Currently, exhaust gas regulations are being strengthened in countries around the world, and the fuel supply device of a crankcase compression two-cycle engine is shifting from a carburetor to an electronic fuel injection device. In the electronic fuel injection device, measurement of the intake air amount of the engine is necessary. However, in the electronic fuel injection device of the conventional crankcase compression two-cycle engine, instead of directly measuring the intake air amount, the throttle opening, intake negative pressure, and engine speed are measured. A method of estimating the intake air amount using a reference table based on the above has been adopted. However, with these methods, the estimation accuracy of the intake air amount is poor in the operating range where the intake air amount changes greatly due to a slight change in the throttle opening and intake negative pressure, and the reference table is applied during steady operation of the engine In transient operation such as acceleration / deceleration, it is necessary to make corrections. Recently, in order to deal with exhaust gas regulation values and noise regulation values that differ for each country and region, the specifications of the exhaust system and intake system depending on the destination even for the same engine model There is a problem that the reference table must be created for each specification.
クランク室圧縮2サイクルエンジンの電子燃料噴射装置において吸入空気量をスロットル開度や吸気負圧とエンジン回転数に基く参照テーブルを用いて推定する従来の方法では推定精度が悪くしかも過渡運転時には補正が必要であり電子燃料噴射装置によるエンジンの出力・排ガス性能の向上のためにはこれらの問題の解決が必要である。 In the conventional method of estimating the intake air amount using a reference table based on the throttle opening, the intake negative pressure and the engine speed in an electronic fuel injection device for a crankcase compression two-cycle engine, the estimation accuracy is poor and correction is made during transient operation. It is necessary to solve these problems in order to improve engine output and exhaust gas performance by electronic fuel injection devices.
本発明の吸入空気量計測装置はクランク室圧縮2サイクルエンジンにおいてクランク室内の圧力を検知することにより1サイクルあたりの吸入空気量を直接知るところに特徴がある。まず本発明の吸入空気量計測装置による計測原理を説明する。 The intake air amount measuring device of the present invention is characterized in that the intake air amount per cycle is directly known by detecting the pressure in the crank chamber in a crank chamber compression two-cycle engine. First, the measurement principle by the intake air amount measurement device of the present invention will be described.
図13はピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮2サイクルエンジンの下死点からの1サイクルの作動を説明する図である。図13(a)の下死点から図13(b)の掃気口閉まではクランク室14は掃気通路16、掃気口13、シリンダ15、排気口12および図には示していない排気管を介して大気に連通している。つぎに図13(b)の掃気口閉から図13(c)の吸気口開まではクランク室14は密閉状態となり中の空気は断熱膨張する。図13(c)の吸気口開から図13(d)の上死点を過ぎ図13(e)の吸気口閉までは吸気期間でありクランク室14は吸気口11を介して吸気通路17と連通しており吸気通路17からクランク室14内に空気が流入しまた燃料インジェクタ8から噴射された燃料が吸気流によってクランク室14に運ばれる。ただもし途中にクランク室14の圧力が吸気通路17の圧力より高くなるとクランク室14内の空気は吸気通路17へ逆流する。この逆流現象を吸気吹き返しとよび通常、吸気口閉時期と吹き返し開始時期が一致するエンジン回転数で1サイクルあたりの吸入空気量は最大となり該回転数より低い回転数では吸気吹き返しが発生する。また図には示していないが図13(b)から図13(c)の間で排気口12が閉じられたあとシリンダ15内では充填された混合気が圧縮され図13(d)の上死点より少し前には点火プラグ10により点火され燃焼する。図13(e)の吸気口閉から図13(f)の掃気口開まではクランク室14は再び密閉状態となり中の空気は断熱圧縮される。図13(f)の掃気口開から再び図13(a)の下死点に戻るまではクランク室14内の圧縮空気が掃気通路16、掃気口13を通ってシリンダ15に流入し燃焼によって発生したシリンダ15内の燃焼ガスを掃気する。このときクランク室14は図13(a)から図13(b)までと同じく排気管を介して大気にまで連通している。
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of one cycle from the bottom dead center of a crankcase compression two-cycle engine of a piston valve intake system. From the bottom dead center of FIG. 13 (a) to the scavenging port closing of FIG. 13 (b), the
図14はリードバルブ吸気方式のクランク室圧縮2サイクルエンジンの下死点からの1サイクルの作動を説明する。ピストンバルブ吸気方式とリードバルブ吸気方式との構造上の相違はピストンバルブ吸気方式ではピストン2の側面がシリンダボディ1に設けた吸気口11を開閉するのに対しリードバルブ吸気方式ではクランク室14と吸気通路17の間に吸気通路17とクランク室14との圧力差により通気口を開閉するリードバルブ43が設けられておりクランク室14の圧力が吸気通路17の圧力より低いとリードが圧力差によって押し上げられ通気口が開いて空気が吸気通路17からクランク室14に流入するようになっている点でありピストンバルブ吸気方式に比べエンジン低速における吹き返しが低減できるという利点がある。図14(a)の下死点から図14(b)の掃気口閉まではクランク室14はほぼ大気圧となっておりリードバルブ43は閉じている。掃気口閉以降クランク室14内の空気が断熱膨張しクランク室14内の圧力が吸気通路17の圧力より低くなると図14(c)に示すようにリードバルブ43が開き空気がクランク室14に流入する。リードバルブ開の時期はエンジン回転数やスロットル開度など運転条件によって変わる。図14(c)のリードバルブ開から図14(d)の上死点を過ぎ図14(e)のリードバルブ閉までは吸気期間でありクランク室14はリードバルブ43の通気口を介して吸気通路17と連通しており吸気通路17からクランク室14内に空気が流入しまた燃料インジェクタ8から噴射された燃料が吸気流によってクランク室14に運ばれる。リードバルブ閉の時期はリードバルブ開の時期と同様運転条件によって変わる。リードバルブ閉以降は本明細書の段落0006の図13(e)の吸気閉以降の説明と同じ作動を行い、またシリンダ15内の作動も本明細書の段落0006の記載と同じである。なお以降の記載においてリードバルブ43の通気口を吸気口、通気口が開くクランク角時期を吸気口開、通気口が閉じるクランク角時期を吸気口閉と表現する。
FIG. 14 illustrates the operation of one cycle from the bottom dead center of a reed valve intake type crankcase compression two-cycle engine. The difference in structure between the piston valve intake system and the reed valve intake system is that, in the piston valve intake system, the side surface of the
図15にピストンバルブ吸気方式とリードバルブ吸気方式の吸気口開閉時期と掃気口開閉時期との関係を示す。ピストンバルブ吸気方式では吸気口開閉時期は上下死点に対し対称で固定であるのに対しリードバルブ吸気方式では吸気口開閉時期は上下死点に対し非対称でありしかもエンジン速度域により変化する。ただピストンバルブ吸気方式とリードバルブ吸気方式ともに吸気期間は常に掃気口が閉じている期間に包含される。 FIG. 15 shows the relationship between the intake port opening / closing timing and the scavenging port opening / closing timing of the piston valve intake system and the reed valve intake system. In the piston valve intake system, the opening and closing timing of the intake port is symmetrical and fixed with respect to the top and bottom dead center, whereas in the reed valve intake system, the opening and closing timing of the intake port is asymmetric with respect to the top and bottom dead center and changes depending on the engine speed range. However, in both the piston valve intake system and the reed valve intake system, the intake period is always included in the period in which the scavenging port is closed.
本明細書の段落0006から段落0008で説明したとおりクランク室圧縮2サイクルエンジンでは掃気口が閉じている期間のクランク室は密閉されているか吸気口のみが開いて吸気通路と連通しているかのいずれかの状態にある。したがって掃気口が閉じている期間のクランク室内の空気量変化を計測すれば吸気口を通ってクランク室内に吸入された空気量を知ることができる。いまクランク室圧力をPc、クランク室容積をVc、クランク室内空気質量をGc、空気の比熱比をκ、ガス定数をR、吸気温度をTintとしクランク室への空気の出入りが断熱的に行われるものとするとクランク角θにおけるGcの単位クランク角あたりの変化率dGc/dθ(増加する場合を正)は熱力学理論を基に数式1で求めることができる。数式1でdVc/dθ、Vは設計値として与えることができる変数でありκ、Rは各々空気の物性値として与えることができる。また吸気温度Tintは空気が吸気通路からクランク室へ流入している場合つまり数式1の右辺の分子(Pc・dVc/dθ+Vc/κ・dPc/dθ)の演算値が正なら吸気通路で測った吸気温度であり空気がクランク室から吸気通路へ流出している場合つまり数式1の右辺の分子の演算値が負ならクランク室内の吸気温度である。
またクランク角θ1とθ2の間のクランク室内空気量変化δGは数式2のように数式1をθ1からθ2まで積分して求める。掃気口が閉じてから吸気口が開くまでの期間内にあるクランク角をθ1、吸気口が閉じてから掃気口が開くまでの期間内にあるクランク角をθ2としたとき、数式2によって求めたクランク室内空気量変化δGは1サイクルあたりの吸入空気量に等しくなる。
電子燃料噴射装置では1サイクル中に燃料噴射のパラメータ演算ほかの多くの演算を実行するため吸入空気量演算は極力簡素化することが求められる。いま図16に示すように1サイクル中にN個のクランク角点でクランク室圧力Pcを検知しクランク角点には下死点に近い順に1からNまで通し番号iを付すものとする。また番号1のクランク角位置は掃気口閉から吸気口開までの期間内、また番号Nのクランク角位置は吸気口閉から掃気口開までの期間内とする。クランク角番号iとi+1間のPcとVcを直線で補間するとクランク角番号iからi+1の間のクランク室内空気量変化δGiは数式3で求められる。
数式3の演算の際、(Pi+Pi+1)/2・((Vi+1−Vi)+(Vi+Vi+1)/(2・κ)・(Pi+1−Pi)の演算を先に行い演算結果をQとしたときQが正の場合空気は吸気通路からクランク室へ流入しているものとしてTintは吸気通路で測った吸気温度を用い、Qが負の場合空気はクランク室から吸気通路へ流出しているものとしてTintは吸気通路で測った吸気温度に補正値を加えたクランク室内の推定吸気温度を用いる。
In the calculation of
1サイクルあたりの吸入空気量Giaは数式4に示すとおりδGiをi=1からN−1まで積算して求める。
数式3、4を用いて1サイクルあたりの吸入空気量を求める場合、番号1のクランク角位置は掃気口閉から吸気口開までの期間内にあること、番号Nのクランク角位置は吸気口閉から掃気口開までの期間内にあること、また演算過程に吸気期間中の圧力や容積変化の影響が含まれるようN個のクランク角点の中に吸気期間内の少なくとも1点を含めることが必要である。
When calculating the amount of intake air per
以上説明したように本発明のクランク室圧縮2サイクルエンジンの吸入空気量計測装置はクランク室圧力検知によりエンジンの1サイクルあたりの吸入空気量を直接計測することができるのでスロットル開度や吸気負圧とエンジン回転数とからなる参照テーブルを用いて吸入空気量を推定する方式に比べ高精度である。 As described above, the intake air amount measuring device for a crankcase compression two-cycle engine according to the present invention can directly measure the intake air amount per one cycle of the engine by detecting the crankcase pressure. Compared with the method of estimating the intake air amount using a reference table consisting of the engine speed and the engine speed.
クランク室圧縮2サイクルエンジンにおいて1サイクルあたりの吸入空気量を計測するという目的をクランク室内圧力検知により実現した。図1〜12はこの発明による吸入空気量計測装置の実施例を示すものである。 The purpose of measuring the amount of intake air per cycle in a crankcase compression two-cycle engine was realized by detecting the pressure in the crankcase. 1 to 12 show an embodiment of an intake air amount measuring device according to the present invention.
図1に本発明の第1の実施例を示す。第1の実施例は本発明の吸入空気量計測装置をピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮2サイクルエンジンに適用したものであり図1はエンジンのクランク軸直交方向の断面図である。図1においてクランク軸5とコンロッド4によるクランク機構によりピストン2はシリンダボディ1に形成されたシリンダ15内を上下に往復する。シリンダボディ1の側面には吸気口11と排気口12が各々1つと図2に示すとおり掃気口13が2つ設けられており排気口12は排気通路18を介して図には示さない排気管に連通しており排気管は大気に連通している。掃気口13は掃気通路16を介してクランク室14に連通している。吸気口11は吸入空気量調節のためのスロットルバルブ7をもつ吸気通路17を介して吸気クリーナボックス9に連通しており吸気クリーナボックス9は大気に連通している。シリンダボディ1の頂部は塞がれる形で燃焼室が形成されており点火プラグ10と燃料インジェクタ8が取り付けられている。燃料インジェクタ8はエンジン制御ユニット27の燃料噴射量演算部38で演算された噴射量に相当する燃料を別途決定された噴射時期にシリンダ15内に噴射し、また点火プラグ10は別途決定された上死点近傍の点火時期において電気火花を発生させシリンダ15内の圧縮混合気に着火する。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the intake air amount measuring device of the present invention is applied to a piston valve intake type crank chamber compression two-cycle engine, and FIG. 1 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the crankshaft of the engine. In FIG. 1, the
図2は図1に示すクランク室圧縮2サイクルエンジンのクランク軸方向の断面図である。クランクケースボディ6にはクランク軸5を支持するベアリング40が嵌合されその外側にはオイルシール41が取り付けられておりクランク室14の気密性が保たれている。またクランク軸5にはフライホイルに組み込んだ永久磁石とクランクケースボディ6側に固定された発電コイルの相互作用により発電を行うフライホイルマグネトー42が取り付けられており発電された電力の一部は点火系に供給されまた一部は図には示さない蓄電池に送られたあと電子燃料噴射系その他の電気系に供給される。以上が本実施例のエンジンの基本構造である。また本実施例に示すエンジンの1サイクルの作動は本明細書の段落0006に記載したとおりであり詳細は省略する。
FIG. 2 is a cross-sectional view in the crankshaft direction of the crankcase compression two-cycle engine shown in FIG. A bearing 40 that supports the
次にクランク室圧力を検知する方法について説明する。クランクケースボディ6の側面に圧力センサ19が取り付けられている。図3に圧力センサ取り付け部の詳細を示す。クランクケースボディ6から外に伸びる導圧パイプ46と圧力センサ19の先端はともに熱伝導性の低いゴムパイプ47に挿入されておりそれらがゴムパイプから抜けることを防止するためクリップ48で止められている。この取り付け方法により高温になりやすいクランクケースボディ6からの熱伝達を少なくして圧力センサ19の温度上昇を防ぐことができる。圧力センサ19の先端内部には導圧孔が形成されその閉端に受圧面49が設けられ受圧面49の歪みが電気信号に変換され増幅器33に送られる。圧力センサは歪みゲージ式や半導体歪みゲージ式、静電容量式などを用いるが計測対象となる掃気口閉期間のクランク室圧変動の周波数(1/s)は概略エンジンの1秒当たりの最大回転数に等しく吸排気圧や燃焼圧に比べると格段に低いため比較的安価なセンサを使うことができる。圧力センサは絶対圧計測タイプでもゲージ圧計測タイプでもよいが以降ゲージ圧計測タイプを用いるものとする。
Next, a method for detecting the crank chamber pressure will be described. A
次にエンジンクランク角位置を検出する方法について説明する。図2に示すようにフライホイルマグネトー42の外側にはクランク角割り出し用円板22が取り付けられフライホイルマグネトー42と一体で回転する。クランク角割り出し用円板22の外周の1つの回転面上にクランク角検出用突起24の突起列が並んでおりさらにそれとは異なる回転面上に下死点検出用突起23が1つ形成されている。さらにクランクケースボディ6にはクランク角センサ21と下死点センサ20がクランク角割り出し用円板22の回転により各突起列および突起が各センサの近傍を通過するような位置に取り付けられている。クランク角センサおよび下死点センサともに突起とセンサの距離が近づいた時に電気信号波形を発生するように仕組まれており図1に示すエンジン制御ユニット27のクランク角位置判定部35でその電気信号をクランク角信号として検出する。
Next, a method for detecting the engine crank angle position will be described. As shown in FIG. 2, a crank
図4に圧力検知を行うクランク角配値の例を示す。図4のクランク角番号0から6まで7つのクランク角で圧力検知を行うがそのうち吸気口開にある1番から吸気口閉にある5番までの5点の圧力データを用いて吸入空気量演算を行う。また下死点にある0番と吸気口閉にある5番と掃気口開にある6番の圧力データは吸入空気量演算部37での演算よりあとに実行される圧力センサ校正部39での演算に用いられる。またピストンバルブ吸気方式の場合1番と5番は厳密に吸気口開時および吸気口閉時でなくても各々吸気口開の少し前や吸気口閉の少し後でもよい。
FIG. 4 shows an example of a crank angle value for pressure detection. Pressure detection is performed at seven crank angles from
クランク室圧力やクランク角のほかに大気圧センサ25がエンジン周囲の大気圧を検知する。また吸気クリーナボックス9には吸気温度センサ26が吸気クリーナボックス内の空気温度を計測できるよう取り付けられている。
In addition to the crank chamber pressure and crank angle, the
次に第1の実施例におけるクランク室圧力センサ19で検知された圧力データから吸入空気量を求める手順について述べる。なお本発明の主体はデータ処理の手順にあるので以下の説明文中にあるエンジン制御ユニット27内の各演算部の回路構成や構造に関する詳細説明は省略する。
Next, a procedure for obtaining the intake air amount from the pressure data detected by the crank
図1に示すとおりまず圧力センサ19の出力信号は増幅器33で増幅された後エンジン制御ユニット27の入力ポート32に入力され、大気圧センサ25と吸気センサ26の出力は入力ポート28,29に入力されたあとA/D変換器34によりデジタル信号に変換される。また下死点センサ20およびクランク角センサ21の出力信号は各々入力ポート30,31に入力される。
As shown in FIG. 1, first, the output signal of the
クランク角位置判定部35では入力ポート30もしくは31においてクランク角信号を検出すると入力ポート28,29、および32の入力信号をサンプルし以降の処理を行う。クランク角位置判定部35とクランク室容積メモリ参照部36でのデータ処理を図5に示す。下死点信号が検出されるとクランク角番号iがゼロにセットされクランク角信号が検出されるたびにクランク角番号iに1が加算されていき再び下死点信号が検出されるとiはゼロにリセットされる。こうしてクランク角番号iの値によりクランク角位置を特定することができる。
When the crank angle
クランク室容積メモリ参照部36では圧力検知を行う各クランク角でのクランク室容積Viのほか吸入空気量演算部37で使用するクランク室容積差DVi、クランク室容積和AViやクランク室容積比RViの値が予め計算されて定数の配列メモリとして保存されておりクランク角位置判定部35で特定されたクランク角番号iを基に配列メモリにアクセスし値を取得する。なおクランク室容積とはあるクランク角において形成されるクランクケースボディ6やピストンより下のシリンダボディ1の内部の空隙の容積であり、上死点におけるクランク室容積をVTDC、シリンダボア面積をAbore、上死点からのピストン変位をSとすると数式5で求められる。VTDCはピストン2を上死点に置いた状態でクランク室、ピストンより下のシリンダ、掃気通路などを含めた全空間にオイルなどの液体を空隙なく充満させることで計測することができる。
図6に吸入空気量演算部37での処理のフローを示す。クランク角位置判定部35でクランク角番号がゼロと判定された時クランク角は下死点であり吸入空気量Giaはゼロにリセットされる。次に入力ポート32のクランク室圧力信号を圧力に換算する。圧力センサ19がゲージ圧測定タイプの場合入力ポート32の入力電圧をE(Volt)としセンサ感度/増幅率をC、大気圧下における入力ポート32の入力電圧をE0とするとクランク室内の絶対圧は数式6で求めることができる。数式6においてPatmは大気圧センサで検知した大気圧である。C、E0は予め校正された値を用いることができるがこれらの値はセンサの温度により変化したり長時間の使用により経時変化することがあるので圧力センサ校正部39で運転中に補正する。
クランク角番号を0からN+1の全N+2点とし、そのうち1からNまでの圧力データを吸入空気量演算に用いるものとする。クランク角番号iが2以上かつN以下の場合クランク角番号iにおける値Piと前回の番号i−1における値Pi−1、それら2つのクランク角番号におけるDV,AVの値、および吸気温度Tintを用いてクランク角番号iとi−1の間のクランク室内の空気量変化δGを数式3に示す演算により求めδGを吸入空気量Giaの値に積算していく。δGの演算において数式3のDVi・(Pi+Pi−1)+AVi・((Pi−Pi−1)の値をQとしてQの値をまず求めその値の正負によって吸気温度Tintの値を変える。すなわちQの値が正またはゼロならば空気はクランク室へ流入しておりTintの値には吸気温度の入力ポート29の値Tmをそのまま用い、Qの値が負ならば空気はクランク室から流出しておりTintの値にはクランク室内の空気温度の推定値としてTm+αの値を用いる。吹き返しが生じる時のクランク室内の空気温度はTmより高いのでαは正の値となる。
Assume that the crank angle numbers are all N + 2 points from 0 to N + 1, and pressure data from 1 to N is used for the intake air amount calculation. The value P i-1 at the crank angle number i is 2 or more and the value in the case of the following N crank angle number i P i and the previous number i-1, DV in those two crank angle number, AV value, and the intake air temperature Using T int , an air amount change δG in the crank chamber between the crank angle numbers i and i−1 is obtained by the calculation shown in
吸入空気量演算部37でクランク角番号Nにおける処理が終了したらクランク角番号N+1が検出される前に燃料噴射量演算部38での処理を行い燃料噴射量を決定する。図7に燃料噴射量演算部38での処理手順を示す。予めエンジン回転数RPMと1サイクルあたりの吸入空気量Giaの2変数から燃料噴射量を演算する式または参照テーブルが作成されているものとする。クランク角番号Nが検出された時、吸入空気量演算部37の演算結果として得られた吸入空気量Giaと別途検出されたエンジン回転数RPMを基に演算式を用いて燃料噴射量Gfを計算する。燃料噴射指令部では燃料噴射圧力、燃料噴射開始時期や噴射時間など燃料噴射に必要なパラメータの演算を行う。
When the processing at the crank angle number N is completed by the intake air
本実施例では現サイクルの吸入空気量を基に決めた適正量の燃料を現サイクルの掃気過程でエンジンに供給することができるためシリンダ内混合気の空燃比を高精度に制御できる。しかしもし燃料インジェクタ8の取り付け位置が吸気通路にある場合は燃料噴射量を決定してもクランク室内に供給できるのは次のサイクルの吸気過程となりこの利点が活かせない。したがって燃料インジェクタ8は図1に示すようにシリンダヘッドに取り付け燃料をシリンダ内に直接噴射するかクランクケースボディ6に取り付けクランク室14内に噴射するか掃気通路16内に噴射するかのいずれかの方法を用いる。
In this embodiment, since an appropriate amount of fuel determined based on the intake air amount in the current cycle can be supplied to the engine in the scavenging process in the current cycle, the air-fuel ratio of the in-cylinder mixture can be controlled with high accuracy. However, if the installation position of the
図8に吸入空気量演算、燃料噴射量演算、燃料噴射指令部演算および燃料噴射の実行順序を示す。吸気口閉以降、燃料噴射量演算と燃料噴射指令部演算を続けて実行し燃料噴射パラメータを極力早期に決定することで噴射可能期間を長くし運転条件によって変わるエンジンの要求に合わせた噴射パターン制御が可能となる。 FIG. 8 shows the execution order of intake air amount calculation, fuel injection amount calculation, fuel injection command unit calculation, and fuel injection. After the intake port is closed, fuel injection amount calculation and fuel injection command unit calculation are continuously executed to determine the fuel injection parameters as early as possible to lengthen the possible injection period and to control the injection pattern according to the engine requirements that change depending on the operating conditions Is possible.
さて本吸入空気量計測装置用のクランク室圧力センサ19には圧力感度や零点出力が予め校正されたものを使用することができるが圧力センサの圧力感度や零点移動量はセンサの温度により変化したり長時間の使用により経時変化することがある。そこでエンジン運転中に圧力感度や零点移動量を補正する。
As the crank
図9にピストンバルブ吸気方式のクランク室圧縮2サイクルエンジンのクランク室圧のクランク角変化を示す。図中SOは掃気口開、SCは掃気口閉、IOは吸気口開、ICは吸気口閉、TDCは上死点、BDCは下死点を意味する。掃気口が開いてクランク室内の空気がシリンダに送られるとクランク室圧は低下するが低速では下死点より前には掃気は終了し下死点から掃気口閉までの期間、クランク室内圧力はほぼ大気圧に近い圧力に保たれる。通常、発火運転時または始動の際の駆動運転時ともにエンジン最高出力回転数の1/4以下程度のエンジン回転速度域では下死点までに掃気が終了し下死点でのクランク室圧は概略大気圧に等しいとみなすことができる。また掃気口閉から吸気口開までの期間と吸気口閉から掃気口開までの期間はクランク室は密閉状態にありクランク室内の空気は断熱膨張もしくは断熱圧縮状態にある。 FIG. 9 shows changes in the crank angle of the crank chamber pressure of a piston chamber intake type crank chamber compression two-cycle engine. In the figure, SO is the scavenging port open, SC is the scavenging port closed, IO is the intake port open, IC is the intake port closed, TDC is the top dead center, and BDC is the bottom dead center. When the scavenging port is opened and the air in the crank chamber is sent to the cylinder, the crank chamber pressure decreases.At low speeds, scavenging ends before the bottom dead center, and during the period from the bottom dead center to the scavenging port closing, the crank chamber pressure is The pressure is kept close to atmospheric pressure. Normally, scavenging is completed by the bottom dead center in the engine speed range of about 1/4 or less of the engine maximum output speed during both the ignition operation and the driving operation at the start, and the crank chamber pressure at the bottom dead center is roughly It can be regarded as being equal to atmospheric pressure. Further, the crank chamber is in a sealed state during the period from the closing of the scavenging opening to the opening of the intake opening and the period from the closing of the intake opening to the opening of the scavenging opening, and the air in the crank chamber is in an adiabatic expansion or compression state.
本明細書の段落0033で説明したクランク室圧力のクランク角変化に見られる特徴を利用して次の方法で圧力センサの校正を行う。まず低速運転中の下死点におけるクランク室内圧力は大気圧に等しいことから下死点におけるクランク室圧力の入力ポート32の電圧Eをそのまま零点移動量E0とする。次に吸気口閉と掃気口開の2つのクランク角における入力ポート32の入力電圧の比率から次の手順でCを求める。
The pressure sensor is calibrated by the following method using the characteristics observed in the crank angle change of the crank chamber pressure described in paragraph 0033 of this specification. First, since the crank chamber pressure at the bottom dead center during low-speed operation is equal to the atmospheric pressure, the voltage E of the
2つのクランク角におけるクランク室内圧力をPc1、Pc2としクランク室容積をVc1,Vc2とするとクランク角2点間の圧力と容積の関係は断熱変化の式にしたがい数式7のとおりとなる。数式7においてVc1、Vc2、κは既知でありRVは予め求めておくことができる。また数式7よりCの補正値を求める数式8が得られる。
図10に圧力センサ校正部39でのC,E0の演算手順を示す。クランク室圧力信号入力電圧値をEとする。別途検出されたエンジン回転数RPMが設定されたエンジン回転数の閾値RPMsより低くしかも検出されたクランク角番号i=0(下死点)かi=N (吸気口閉)かi=N+1(掃気口開)である場合のみ以下の処理を行う。まずi=0ならEをそのまま零点移動量E0として保存する。またi=Nなら電圧EをE1として保存、またi=N+1なら電圧EをE2としたあと数式8による演算を行いCを求める。ここで求めたE0、Cは次に圧力センサ校正部39での補正演算処理が行われるまで更新されない。
FIG. 10 shows the calculation procedure of C and E 0 in the pressure
図11に本発明の第2の実施例を示す。第2の実施例は本発明の吸入空気量計測装置をリードバルブ吸気方式のクランク室圧縮2サイクルエンジンに適用したものであり図11はエンジンのクランク軸直交方向の断面図である。図11においてクランク軸5とコンロッド4によるクランク機構によりピストン2はシリンダボディ1に形成されたシリンダ15内を上下に往復する。シリンダボディ1の側面には排気口12が1つと掃気口13が2つ設けられており排気口12は排気通路18を介して図には示さない排気管に連通しており排気管は大気に連通している。掃気口13は掃気通路16を介してクランク室14に連通している。クランクケースボディ6にはリードバルブブロック44を挟む形で吸入空気量調節のためのスロットルバルブ7をもつ吸気通路17が取り付けられており吸気通路17はさらに吸気クリーナボックスを介して大気に連通している。リードバルブブロック44には中央に通気口が設けてあるが該通気口はエンジン停止時にはリードバルブ43により塞がれておりさらにリードバルブ43の背面にはリードバルブが過度にリフトすることにより破損しないようストッパ45が取り付けられている。エンジン運転中のリードバルブ43の動作は本明細書の段落0007の記載に記載のとおりであり吸気口開閉時期は本明細書の段落0008に記載のとおりである。シリンダボディ1の頂部は塞がれる形で燃焼室が形成されており点火プラグ10と燃料インジェクタ8が取り付けられている。燃料インジェクタ8はエンジン制御ユニット27の燃料噴射量演算部38で演算された噴射量に相当する燃料を別途決定された噴射時期にシリンダ15内に噴射し、また点火プラグ10は別途決定された上死点近傍の点火時期において電気スパークを発生させシリンダ15内の圧縮混合気を着火させる。
FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the intake air amount measuring device of the present invention is applied to a reed valve intake type crank chamber compression two-cycle engine, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the engine in the direction perpendicular to the crankshaft. In FIG. 11, the
図12に第2の実施例における圧力検知を行うクランク角配値の例を示す。図12のクランク角番号0からNまでの全N+1点のクランク角で圧力検知を行うがそのうち吸気口開にある1番から掃気口開時にあるN番までのN個のクランク角点の圧力データを用いて吸入空気量演算を行う。リードバルブ吸気方式ではリードの動作を何らかの方法で計測しない限り吸気口の開閉時期を正確に知ることは難しい。したがって吸入空気量演算のための圧力検知クランク角番号1の位置は上死点前で吸気口が確実に閉じているとみなせる掃気口閉じ終わりとし番号Nの位置は上死点後に同じく吸気口が確実に閉じているとみなせる掃気口開き始めとする。また0番とN−1番およびN番の合わせて3つの圧力データは燃料噴射量演算部38での演算よりあとに実行される圧力センサ校正部39での演算に用いる。
FIG. 12 shows an example of a crank angle arrangement for performing pressure detection in the second embodiment. Pressure detection is performed at all N + 1 crank angles from
第2の実施例におけるクランク角位置判定部35、クランク室容積メモリ参照部36、吸入空気量演算部37、および燃料噴射量演算部38での処理手順は第1の実施例と同様であるので省略する。ここでは圧力センサ校正部39での処理演算について説明する。ピストンバルブ吸気方式と同様リードバルブ吸気方式でも下死点でのクランク室圧は概略大気圧に等しいとみなすことができる。したがって低速運転での下死点におけるクランク室圧力の入力ポート32の電圧Eをそのまま零点移動量E0とする。また図15に示すように通常低速ではリードバルブの吸気口閉時期は上死点近傍であることは分かっている。この理由は低速ではリードバルブが開いてから上死点に達するまでの吸気時間が長くしたがって上死点近傍でクランク室圧力が吸気通路より高くなるからである。したがって低速では上死点後のしかも掃気口開に近いクランク角ではリードバルブは既に閉じておりクランク室は密閉状態であるとみなすことができる。したがって図12に示すクランク角番号のうち最後の2つであるN−1番とN番の圧力データを用いて圧力感度Cを求める。
The processing procedures in the crank angle
クランク室圧縮2サイクルエンジン用電子燃料噴射装置の吸入空気量計測に利用できる。 It can be used for measuring the intake air amount of an electronic fuel injection device for a crankcase compression two-cycle engine.
1 シリンダボディ
2 ピストン
3 ピストンピン
4 コンロッド
5 クランク軸
6 クランクケースボディ
7 スロットル
8 燃料インジェクタ
9 吸気クリーナボックス
10 点火プラグ
11 吸気口
12 排気口
13 掃気口
14 クランク室
15 シリンダ
16 掃気通路
17 吸気通路
18 排気通路
19 クランク室圧力センサ
20 下死点センサ
21 クランク角センサ
22 クランク角割り出し用円板
23 下死点検出用突起
24 クランク角検出用突起
25 大気圧センサ
26 吸気温度センサ
27 エンジン制御ユニット
28 大気圧入力部
29、 吸気温度入力部
30 下死点信号入力部
31 クランク角信号入力部
32 クランク室圧力信号入力部
33 増幅器
34 A/D変換器
35 クランク角位置判定部
36 クランク室容積メモリ参照部
37 吸入空気量演算部
38 圧力センサ校正部
39 燃料噴射量演算部
40 ベアリング
41 オイルシール
42 フライホイルマグネトー
43 リードバルブ
44 リードバルブブロック
45 ストッパ
46 導圧パイプ
47 ゴムパイプ
48 クリップ
49 受圧面
P 圧力
V 容積
Gc クランク室内空気質量
δG クランク室内空気質量の変化
Gia 1サイクルあたりの吸入空気量
Tint 吸気温度
Tm 吸気温度計測値
α 吸気温度補正値
κ 比熱比
R 空気のガス定数
Patm 大気圧
θ クランク角
N クランク角点の数
DV 容積差に関する定数
AV 容積和に関する定数
RV 容積比に関する定数
Abore シリンダボア面積
S 上死点からのピストン変位
C 圧力センサの圧力感度
E0 零点移動量
RPM エンジン回転数
RPMs エンジン回転数閾値
添え字c クランク室
添え字i i番目のデータ
添え字TDC 上死点
DESCRIPTION OF
P pressure V volume G c crank chamber air mass δG change in crank chamber air mass G ia intake air amount per cycle T int intake air temperature
T m Intake temperature measurement value α Intake temperature correction value κ Specific heat ratio
R Air gas constant P atm atmospheric pressure θ Crank angle N Number of crank angle points DV Constant related to volume difference AV Constant related to volume sum RV Constant related to volume ratio A bore cylinder bore area S Piston displacement from top dead center C Pressure sensor pressure Sensitivity E 0 Zero point travel
RPM engine speed RPM s engine speed threshold Subscript c Crank chamber Subscript i i-th data Subscript TDC top dead center
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011035425A JP2012172591A (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Intake air amount measuring device of crank chamber compression two stroke engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011035425A JP2012172591A (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Intake air amount measuring device of crank chamber compression two stroke engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012172591A true JP2012172591A (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46975726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011035425A Withdrawn JP2012172591A (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Intake air amount measuring device of crank chamber compression two stroke engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012172591A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014058921A (en) * | 2012-09-18 | 2014-04-03 | Hitachi Koki Co Ltd | Engine and engine working machine |
| JP2014226165A (en) * | 2013-05-17 | 2014-12-08 | ヤマハ株式会社 | Golf club and shaft flexure measurement system |
| US10697386B2 (en) | 2015-12-08 | 2020-06-30 | Continental Automotive France | Method and device for determining the air flow rate entering the intake manifold of a two-stroke engine |
| CN112096526A (en) * | 2020-09-02 | 2020-12-18 | 济南天易迅达电气科技有限公司 | External air supply method for scavenging system of free piston power mechanism |
-
2011
- 2011-02-22 JP JP2011035425A patent/JP2012172591A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014058921A (en) * | 2012-09-18 | 2014-04-03 | Hitachi Koki Co Ltd | Engine and engine working machine |
| JP2014226165A (en) * | 2013-05-17 | 2014-12-08 | ヤマハ株式会社 | Golf club and shaft flexure measurement system |
| US10697386B2 (en) | 2015-12-08 | 2020-06-30 | Continental Automotive France | Method and device for determining the air flow rate entering the intake manifold of a two-stroke engine |
| CN112096526A (en) * | 2020-09-02 | 2020-12-18 | 济南天易迅达电气科技有限公司 | External air supply method for scavenging system of free piston power mechanism |
| CN112096526B (en) * | 2020-09-02 | 2022-09-13 | 济南天易迅达电气科技有限公司 | External air supply method for scavenging system of free piston power mechanism |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4465665B2 (en) | Control device and control method for internal combustion engine | |
| KR930008512B1 (en) | Fuel control device of internal combustion engine | |
| US6810855B2 (en) | 4-Stroke engine control device and control method | |
| CN101220779B (en) | Intake quantity sensing device of internal combustion engine | |
| US8265853B2 (en) | Cylinder pressure measurement system and method | |
| KR890005511A (en) | Fuel property detection device of internal combustion engine | |
| CN101135276A (en) | In-cylinder pressure detection device and method of internal combustion engine | |
| US6983738B2 (en) | Engine control system | |
| US20070240679A1 (en) | Control Apparatus and Control Method for Engine | |
| JP5331613B2 (en) | In-cylinder gas amount estimation device for internal combustion engine | |
| JP2012172591A (en) | Intake air amount measuring device of crank chamber compression two stroke engine | |
| TW559640B (en) | Device and method for detection of atmospheric pressure of engine | |
| JP5337065B2 (en) | EGR rate estimation detection device | |
| JP2007231883A (en) | Air-fuel ratio control device for internal combustion engine | |
| KR100757741B1 (en) | Detection Method of Ignition Time of Diesel Engine Using Pressure in Combustion Chamber | |
| JP4747977B2 (en) | In-cylinder pressure sensor calibration device | |
| JP5263185B2 (en) | Air-fuel ratio estimation system | |
| JP2005351150A (en) | Crank angle measuring device and measuring method | |
| JP6267279B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
| JP2564933B2 (en) | Fuel control device for internal combustion engine | |
| JP4269931B2 (en) | In-cylinder pressure measuring device and in-cylinder pressure measuring method | |
| JP4244851B2 (en) | Engine internal EGR amount estimation device | |
| JP5263184B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
| KR100405680B1 (en) | Method for calculating air mass in gasoline direct injection engine | |
| JP4172359B2 (en) | Control device for internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |