JP2002138932A - 二輪車用エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加速時の運転性の向上を図ることができる二
輪車用エンジンを提供すること。 【構成】 クランク軸の回転変動度が第１の設定値Ｔ１
よりも小さいときには減速状態と判断して点火時期を進
角し、回転変動度が第２の設定値Ｔ２よりも大きいとき
には加速状態と判断して点火時期を遅角し、回転変動度
が第１の設定値Ｔ１と第２の設定値Ｔ２の間にあるとき
には定常状態として判断して点火時期を維持するように
した二輪車用エンジンにおいて、加速初期には点火時期
を低負荷側に進角固定した後、所定の点火時期に遅角す
るようにする。本発明によれば、加速時にスロットルを
開けた瞬間にエンジンに供給される希薄な混合気の遅い
燃焼に対して点火時期を補正することができ、これによ
って要求される点火時期とのずれがなくなり、エンジン
出力の低下が防がれて加速時の運転性が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低負荷域において
点火時期を進角するようにした二輪車用エンジンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に内燃エンジンにおいては、吸気量
が少ない低負荷域では点火時の圧力が低いために混合気
の燃焼速度（火炎伝播速度）が遅く、このために点火時
期を進角させることが行われる。

【０００３】ところで、負荷によって点火時期を制御す
るエンジンにおいては、負荷の検出が必須であるが、こ
の負荷の検出には一般にスロットル開度センサ（ＴＰ
Ｓ）が用いられている。

【０００４】しかしながら、スロットル開度センサは高
価であり、特に小型の二輪車用エンジンにスロットル開
度センサを設けることはコスト的にもスペース的にもメ
リットが小さい。

【０００５】そこで、クランク軸の回転変動の大きさに
よってエンジン負荷を検出する方法が提案されており、
このような方法を採用するエンジンの燃料供給系には一
般にキャブレタが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、回転変動の
大きさによって負荷を検出する小型エンジンには鋭いレ
スポンスが要求されるため、フライホイールマスも小さ
く、低回転域での回転変動が元々大きい。このため、燃
費の改善を目的として混合気濃度をリーンに設定すると
回転変動が更に大きくなってしまい、回転変動の大きさ
によって負荷を検出し、低負荷域において点火時期を進
角するようにしたエンジンにおいては、回転変動が大き
い加速時には点火時期の進角が廃止され、運転性がこの
ような制御をしないエンジンのそれと同等となってしま
う。

【０００７】即ち、スロットルを急開することによる燃
料遅れによって加速初期の数サイクルの空燃比がリーン
になってしまい、加速時には負荷の増加によって回転変
動が大きくなるために点火時期は遅角側に設定される
が、空燃比がリーンになったことによって点火時期が要
求されるタイミングに対して遅れてしまうため、加速初
期のエンジンの運動性能が低下するという問題が発生す
る。この問題は、燃費の改善を目的とした空燃比のリー
ン化によって顕著になり、回転変動を利用して点火時期
を制御するエンジンにおいては燃料供給系にキャブレタ
を使用する限り避けられない問題であった。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、加速時の運転性の向上を図る
ことができる二輪車用エンジンを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、クランク軸の回転変動度が
第１の設定値Ｔ１よりも小さいときには減速状態と判断
して点火時期を進角し、回転変動度が第２の設定値Ｔ２
よりも大きいときには加速状態と判断して点火時期を遅
角し、回転変動度が第１の設定値Ｔ１と第２の設定値Ｔ
２の間にあるときには定常状態として判断して点火時期
を維持するようにした二輪車用エンジンにおいて、加速
初期には点火時期を低負荷側に進角固定した後、所定の
点火時期に遅角するようにしたことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、クランク軸の回転変動度を数サイクルの時
間平均によって計算し、計算された回転変動度によって
加速状態と判断されたときには回転変動度を計算するサ
イクル数を減速状態のそれよりも大きく設定するように
したことを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、点火時期を進角すべき最低限の回転
域を設定し、該回転域以外では点火時期の進角を行わな
いようにしたことを特徴とする。

【００１２】従って、請求項１記載の発明によれば、加
速初期には点火時期を低負荷側に進角固定するようにし
たため、加速時にスロットルを開けた瞬間にエンジンに
供給される希薄な混合気の遅い燃焼に対して点火時期を
補正することができ、これによって要求される点火時期
とのずれがなくなり、エンジン出力の低下が防がれて加
速時の運転性が高められる。そして、その後、空燃比が
設定された値に戻るに連れて点火時期も遅角側に戻され
るため、エンジンは正規の点火時期で運転されるように
なる。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、回転変動度
を計算するサイクル数を加速状態では増やすようにした
ため、加速時に回転変動度が増加したときには時間平均
値が小さく計算されるために点火時期の遅角のタイミン
グが遅らされることとなり、結果的に定常時よりも進角
側で運転されることになり、加速初期のエンジン出力の
低下が防がれて加速時の運転性が高められる。そして、
二輪車の車速が所望の値に達したためにスロットルを戻
したときには回転変動度が小さくなって定常状態と判断
されるため、回転変動度を計算するサイクル数が小さく
設定されて点火時期は直ちに進角される。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、点火時期を
進角すべき最低限の回転域（燃費が重視される走行領
域）以外では点火時期の進角を行わないようにしたた
め、回転変動が小さい高回転域での高精度な回転変動の
検出が不要となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は自動二輪車１の側面図であり、同図
において、２は車体前方上部に位置するヘッドパイプで
あり、該ヘッドパイプ２内にはステアリング軸３が回動
自在に挿通している。そして、このステアリング軸３の
上端にはハンドル４が取り付けられ、下端にはフロント
フォーク５が取り付けられ、フロントフォーク５の下端
には前輪６が回転自在に軸支されている。

【００１７】又、前記ヘッドパイプ２からはメインフレ
ーム７が車体後方に向かって斜め下方に延出しており、
該メインフレーム７の後部からは左右一対のシートレー
ルフレーム８が車体後方に向かって斜め上方に延出して
いる。そして、車体の前後方向略中央下部にはエンジン
９がブラケット１０を介して前記メインフレーム７に支
持されて配設されており、該エンジン９のシリンダヘッ
ド１１には、エアクリーナボックス１２から下方に延び
る吸気管１３が接続され、該吸気管１３の途中にはキャ
ブレタ１４が設けられている。

【００１８】一方、上記エンジン９の後方には、リヤア
ーム１５の前端がピボット軸１６にて上下揺動自在に枢
着されており、該リヤアーム１５の後端部には後輪１７
が回転自在に軸支されている。そして、後輪１７は、リ
ヤアーム１５の後端部と前記シートレールフレーム８の
中間部に介設された左右一対のリヤクッション１８を介
して車体側に懸架されている。尚、図中、１９はチェー
ンケースである。

【００１９】又、前記ヘッドパイプ２の後方であって、
前記シートレールフレーム８上にはタンデム型のシート
２０が配置されており、該シート２０の下方には燃料タ
ンク２１が配され、その下方にはバッテリ２２が配置さ
れている。

【００２０】ここで、前記エンジン９の構成の詳細を図
２〜図４に基づいて説明する。尚、図２はエンジン要部
の側断面図、図３は同エンジンの平断面図、図４は図３
の矢視Ａ−Ａ方向の図である。

【００２１】本実施の形態に係るエンジン９は空冷４サ
イクル単気筒エンジンであって、シリンダボディ２３に
設けられたシリンダ２４内にはピストン２５が摺動自在
に嵌挿され、該ピストン２５はコンロッド２６を介して
クランク軸２７に連結されている。尚、ピストン２５の
シリンダ２４内での往復直線運動はコンロッド２６によ
ってクランク軸２７の回転運動に変換される。

【００２２】又、上記シリンダボディ２３の端部に被着
された前記シリンダヘッド１１には、図２に示すよう
に、燃焼室Ｓと吸気通路２８及び排気通路２９が形成さ
れており、吸気通路２８と排気通路２９が燃焼室Ｓにそ
れぞれ開口する吸気ポート２８ａと排気ポート２９ａは
吸気バルブ３０と排気バルブ３１によってそれぞれ適当
なタイミングで開閉されてシリンダ２４内で所要のガス
交換がなされる。

【００２３】即ち、上記吸気バルブ３０と排気バルブ３
１はシリンダヘッドに圧入されたバルブガイド３２，３
３にそれぞれ摺動自在に挿通保持されており、これらは
バルブスプリング３４，３５によってそれぞれ閉じ側に
付勢されている。

【００２４】又、シリンダヘット１１とこれに被着され
たヘッドカバー３６とで囲まれる空間内であって、吸気
バルブ３０と排気バルブ３１の間には、図２の紙面垂直
方向（車幅方向）に長いカム軸３７が回転自在に配され
ており、このカム軸３７に一体に形成された吸気カム３
７ａと排気カム３７ｂの各外周面にはロッカアーム３
８，３９の各一端が当接している。ここで、各ロッカア
ーム３８，３９はその中間部がロッカアーム軸４０，４
１によってそれぞれ回転自在に支持されており、これら
の他端は前記吸気バルブ３０と排気バルブ３１の各頂部
にそれぞれ当接している。

【００２５】更に、上記カム軸３７の一端には、図３に
示すように、スプロケット４２が取り付けられており、
このスプロケット４２とクランク軸２７に取り付けられ
た小径のスプロケット４３との間には無端状のチェーン
４４が巻装されている。

【００２６】而して、エンジン９が作動してクランク軸
２７が回転駆動されると、このクランク軸２７の回転は
スプロケット４３、チェーン４４及びスプロケット４２
を介してカム軸３７に伝達されて該カム軸３７がクラン
ク軸２７の１／２の速度で回転駆動され、このカム軸３
７に一体に形成された前記吸気カム３７ａと排気カム３
７ｂに当接する前記ロッカアーム３８，３９がロッカア
ーム軸４０，４１を中心として揺動するため、吸気バル
ブ３０と排気バルブ３１がそれぞれ適当なタイミングで
開閉されて前述のようにシリンダ２４内で所要のガス交
換がなされる。

【００２７】尚、図３に示すように、シリンダヘッド１
１の側部には点火プラグ４５が斜めに螺着されており、
該点火プラグ４５の電極部は燃焼室Ｓ内に臨んでいる。

【００２８】他方、図２に示すように、シリンダヘッド
１１の吸気側端面（上面）には、吸気通路２８に連なる
前記吸気管１３が取り付けられており、この吸気管１３
には前記キャブレタ１４が連結されている。

【００２９】ところで、上記キャブレタ１４は所謂ＶＭ
キャブレタであって、これのベンチュリ管状のミキシン
グチャンバー４６内に形成された吸気通路４７の一部に
は断面積が急縮小するスロート部が形成されている。
又、このミキシングチャンバー４６の上部にはボス部４
６ａが一体に形成されており、該ボス部４６ａにはピス
トン状の摺動式スロットルバルブ４８が上下摺動自在に
嵌挿されている。

【００３０】上記スロットルバルブ４８はスプリング４
９によって常時下方（絞り側）に付勢されており、その
下端には下方に向かって先細のジェットニードル５０が
結着されている。そして、このスロットルバルブ４８は
スロットルワイヤー５１を介して自動二輪車１のハンド
ル４（図１参照）に設けられた不図示のスロットルグリ
ップに接続されている。

【００３１】又、前記ミキシングチャンバー４６の下部
にはフロートチャンバー５２が設けられており、このフ
ロートチャンバー５２内には燃料が収容されるととも
に、メインノズル５３が同軸的に設けられている。尚、
メインノズル５３の上端部はミキシングチャンバー４６
の吸気通路４７のスロート部に開口しており、その内部
には前記ジェットニードル５０が進退自在に臨んでい
る。

【００３２】ところで、図３に示すように、前記クラン
ク軸２７の一端には遠心クラッチ５７が設けられ、他端
にはフライホイールマグネトー５８が取り付けられてい
る。ここで、遠心クラッチ５７のアウターケース５９に
は小径のギヤ６０が一体に形成されている。

【００３３】又、前記フライホイールマグネトー５８
は、複数のコイル６１をカバー６２に固定して成るステ
ータ６３と、クランク軸２７の端部に固定されてコイル
６１の周囲を覆うドラム状のロータ６４とで構成されて
おり、図４に示すように、ロータ６４の外周側の所定位
置には回転センサ６５が固設されている。

【００３４】他方、図３に示すように、クランクケース
６６内には中間軸６７と出力軸６８が前後に平行を成し
て回転自在に配されており、中間軸６７の一端には多板
式のクラッチ６９が設けられており、このクラッチ６９
のクラッチアウター７０は中間軸６７に対して回転自在
に支承され、これには前記ギヤ６０に噛合するギヤ７１
が取り付けられている。そして、クラッチ６９のクラッ
チインナー７２は、中間軸６７と一体に回転するよう該
中間軸６７にスプライン嵌合されている。

【００３５】又、中間軸６７と出力軸６８には変速操作
によって選択的に噛合する複数の変速ギヤ７３〜７８が
設けられており、出力軸６８のクランクケース６６外へ
突出する端部には小径のドライブスプロケット７９が取
り付けられている。そして、このドライブスプロケット
７９と前記後輪１７（図１参照）に取り付けられた不図
示の大径のホイールスプロケットの間には無端状の不図
示のチェーンが巻装されており、このチェーンは前記チ
ェーンケース１９（図１参照）によって覆われている。

【００３６】而して、エンジン９が始動されてクランク
軸２７が回転駆動されると、その回転数は前記回転セン
サ６５によって検出されるが、このクランク軸２７の回
転数が一定値以上に達すると遠心クラッチ５７がＯＮさ
れ、該クランク軸２７の回転はギヤ６０，７１を経てク
ラッチ６９のクラッチアウター７０に伝達され、該クラ
ッチアウター７０が回転駆動される。

【００３７】クラッチ６９がＯＮ状態にあるとき、クラ
ッチアウター７０の回転はクラッチインナー７２を経て
中間軸６７に伝達され、該中間軸６７の回転は変速ギヤ
７３〜７８によって変速されて出力軸６８に伝達され
る。そして、この出力軸６８の回転はドライブスプロケ
ット７９、不図示のチェーン及びホイールスプロケット
を介して後輪１７に伝達され、該後輪１７が回転駆動さ
れて自動二輪車１が所定の速度で走行せしめられる。
尚、変速操作はクラッチ６９をＯＦＦした状態でなされ
る。

【００３８】ところで、本実施の形態に係るエンジン９
においては、クランク軸２７の回転は回転センサ６５に
よって検出されるが、検出されたクランク軸２７の回転
は不図示のエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣ
Ｕと略称する）に送信され、ＥＣＵではクランク軸２７
の回転変動度が計算され、この計算された回転変動度に
よってエンジン９の負荷が求められる。

【００３９】ここで、回転変動度とは、図４に示すフラ
イホイールマグネトー５８のロータ６４の外周に突設さ
れた突起６４ａの角度αの１回転の間の時間割合である
と定義される。尚、回転変動度にはバラツキが発生する
ため、何回転かの値を平均することによって安定した回
転変動度を求めることができる。

【００４０】図５に回転変動度とエンジントルク（負
荷）との関係をエンジン回転数をパラメータとして示す
が、同図に示すように回転変動度は回転数が高くなるに
従って小さくなる。そして、低回転では負荷（トルク）
による回転変動度の変化が大きいため、目的とする低回
転域では回転変動度によって負荷の変化を表すことがで
きることが分かる。

【００４１】而して、本実施の形態では、点火プラグ４
５による点火時期はＥＣＵによって制御されるが、ＥＣ
Ｕは低負荷域においては点火時期を進角する。ここで、
エンジン９の点火時期の負荷と回転速度に対する制御マ
ップを図６に示すが、本実施の形態では、点火時期を進
角すべき最低限の回転域（図６においてＡにて示す領域
Ａ）を設定し、この回転域以外では点火時期の進角を行
わないようにした。

【００４２】又、ＥＣＵは、１回転毎にクランク軸２７
の回転変動を検出し、回転変動度が第１の設定値Ｔ１よ
りも小さいときには減速状態と判断して点火時期を進角
し、回転変動度が第２の設定値Ｔ２よりも大きいときに
は加速状態と判断して点火時期を遅角し、回転変動度が
第１の設定値Ｔ１と第２の設定値Ｔ２の間にあるときに
は定常状態として判断して点火時期を維持するよう制御
するが、加速初期には点火時期を低負荷側に進角固定し
た後、所定の点火時期に遅角する制御を行う。以下、そ
の制御手順を図７に示すフローチャートに基づいて説明
する。

【００４３】図７に示すように、制御が開始されると
（ステップＳ１）、クランク軸２７の回転数が回転セン
サ６５によって検出され（ステップＳ２）、検出された
回転数が設定範囲内にあるか否かが判定される（ステッ
プＳ３）。検出された回転数が設定範囲（図６の領域
Ａ）外にあるときには、点火時期が最も遅角側に設定さ
れる（ステップＳ４）。

【００４４】一方、検出された回転数が設定範囲内にあ
るときには回転変動度が算出され（ステップＳ５）、エ
ンジン９の運転状態が判定される（ステップＳ６）。即
ち、回転変動度が第１の設定値Ｔ１よりも小さいときに
は減速状態と判断し（ステップＳ７，Ｓ８）、点火時期
を進角する（ステップＳ９）。又、回転変動度が第２の
設定値Ｔ２（＞Ｔ１）よりも大きいときには加速状態と
判断し（ステップＳ１０，Ｓ１１）、加速初期には点火
時期を決められたサイクル数だけ低負荷側に進角固定し
た後、所定の点火時期に遅角する（ステップＳ１２）。

【００４５】そして、回転変動度が第１の設定値Ｔ１と
第２の設定値Ｔ２の間にあるときには定常状態とし（ス
テップＳ１３，Ｓ１４）、点火時期を維持する（ステッ
プＳ１５）。

【００４６】而して、以上の各運転状態に応じて点火時
期がそれぞれ設定されると点火時期が決定され（ステッ
プＳ１６）、以後、同様の処理が継続してなされる（ス
テップＳ１７→ステップＳ２）。

【００４７】以上のように、本実施の形態では、加速初
期には点火時期を低負荷側に進角固定するようにしたた
め、加速時にスロットルバルブ４８を開けた瞬間にキャ
ブレタ１４からエンジン９に供給される希薄な混合気の
遅い燃焼に対して点火時期を補正することができ、これ
によって要求される点火時期とのずれがなくなり、エン
ジン９の出力低下が防がれて加速時の運転性が高められ
る。そして、その後、空燃比が設定された値に戻るに連
れて点火時期も遅角側に戻されるため、エンジン９は正
規の点火時期で運転されるようになる。

【００４８】尚、加速初期に点火時期を進角するとノッ
キングが発生する可能性があるが、一般にノッキングは
理論空燃比付近で最も発生し易く、燃費を重視して混合
気濃度を薄く設定したエンジン９においてスロットルバ
ルブ４８を開けた瞬間は混合気濃度が更に希薄になるた
め、ノッキングの発生は殆ど問題にならない。

【００４９】又、本実施の形態では、点火時期を進角す
べき最低限の回転域（燃費が重視される走行領域）以外
では点火時期の進角を行わないようにしたため、回転変
動が小さい高回転域での高精度な回転変動の検出が不要
となり、低コストを実現することができる。

【００５０】ところで、以上の実施の形態では１回転毎
にクランク軸２７の回転変動を検出して回転変動度を算
出するようにしたが、クランク軸２７の回転変動度を数
サイクルの時間平均によって計算し、計算された回転変
動度によって加速状態と判断されたときには回転変動度
を計算するサイクル数を減速状態のそれよりも大きく設
定するようにしても前記と同様の効果が得られる。尚、
この場合の制御手順を図８に示す（図８のステップ１２
参照）。

【００５１】つまり、回転変動度を計算するサイクル数
を加速状態では増やすようにしたため、加速時に回転変
動度が増加したときには時間平均値が小さく計算される
ために点火時期の遅角のタイミングが遅らされることと
なり、結果的に定常時よりも進角側で運転されることに
なり、加速初期のエンジン９の出力低下が防がれて加速
時の運転性が高められる。そして、自動二輪車１の車速
が所望の値に達したためにスロットルバルブ４８を戻し
たときには回転変動度が小さくなって定常状態と判断さ
れるため、回転変動度を計算するサイクル数が小さく設
定されて点火時期は直ちに進角される。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、クランク軸の回転変動度が第１の設定値Ｔ１よ
りも小さいときには減速状態と判断して点火時期を進角
し、回転変動度が第２の設定値Ｔ２よりも大きいときに
は加速状態と判断して点火時期を遅角し、回転変動度が
第１の設定値Ｔ１と第２の設定値Ｔ２の間にあるときに
は定常状態として判断して点火時期を維持するようにし
た二輪車用エンジンにおいて、加速初期には点火時期を
低負荷側に進角固定した後、所定の点火時期に遅角する
ようにしたため、当該二輪車用エンジンの加速時の運転
性の向上を図ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンを搭載する自動二輪車の
側面図である。

【図２】本発明に係るエンジン要部の側断面図である。

【図３】本発明に係るエンジンの平断面図である。

【図４】図３の矢視Ａ−Ａ方向の図である。

【図５】回転変動度とエンジントルク（負荷）との関係
をエンジン回転数をパラメータとして示す図である。

【図６】エンジンの点火時期の負荷と回転速度に対する
制御マップである。

【図７】本発明に係る二輪車用エンジンにおける点火時
期の制御手順を示すフローチャートである。

【図８】本発明に係る二輪車用エンジンにおける点火時
期の制御手順の別形態を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 自動二輪車 ９ エンジン（二輪車用エンジン） １４ キャブレタ ２７ クランク軸 ６５ 回転センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井坂 義治 静岡県磐田市新貝2500番地ヤマハ発動機株 式会社内 Ｆターム(参考） 3G022 CA04 CA05 CA09 DA01 DA02 DA03 FA01 GA05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸の回転変動度が第１の設定値
   Ｔ１よりも小さいときには減速状態と判断して点火時期
   を進角し、回転変動度が第２の設定値Ｔ２よりも大きい
   ときには加速状態と判断して点火時期を遅角し、回転変
   動度が第１の設定値Ｔ１と第２の設定値Ｔ２の間にある
   ときには定常状態として判断して点火時期を維持するよ
   うにした二輪車用エンジンにおいて、 加速初期には点火時期を低負荷側に進角固定した後、所
   定の点火時期に遅角するようにしたことを特徴とする二
   輪車用エンジン。
2. 【請求項２】 クランク軸の回転変動度を数サイクルの
   時間平均によって計算し、計算された回転変動度によっ
   て加速状態と判断されたときには回転変動度を計算する
   サイクル数を減速状態のそれよりも大きく設定するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の二輪車用エンジ
   ン。
3. 【請求項３】 点火時期を進角すべき最低限の回転域を
   設定し、該回転域以外では点火時期の進角を行わないよ
   うにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の二輪車
   用エンジン。