JP2003343292A - ２サイクルエンジンの排気タイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットル開度センサを用いることなくエン
ジン負荷を算出し、エンジン負荷とエンジン回転速度と
に基づいてその運転状態で最適な排気タイミングとなる
可動弁のバルブ開度を算出してモータを駆動制御する２
サイクルエンジンの排気タイミング制御装置を提供す
る。 【解決手段】 シリンダ側壁の排気口近傍に設けた排気
タイミング制御用の可動弁３２と、可動弁を駆動するモ
ータユニット２８と、可動弁の開度を算出し、この算出
したバルブ開度に基づいてモータユニット２８を駆動制
御する制御ユニット３３とを備えた２サイクルエンジン
の排気タイミング制御装置において、制御ユニット３３
は、回転速度演算回路１９と、回転変動度合いを算出す
る回転変動度合い演算回路２０と、エンジン負荷を算出
する負荷演算回路２１と、可動弁の開度を算出するバル
ブ開度演算回路２４と、モータユニットを駆動する駆動
回路３４とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２サイクルエンジ
ンの排気タイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２サイクルエンジンにおいて、エンジン
回転数や負荷に応じて、シリンダブロック側壁に開口す
る排気ポートからの排気タイミングを可変とする排気タ
イミング制御装置が知られている（例えば特開昭54-158
514号公報）。この排気タイミング制御装置は、排気ポ
ート上縁部に半円断面の可動弁を設け、これをサーボモ
ータで動かして排気ポート開口上端の位置を変えること
により排気タイミングを連続的に変える構造である。

【０００３】従来の排気タイミング制御装置において
は、エンジン回転速度とともにエンジン負荷に対応した
スロットルの開度を検出して、これらの検出したエンジ
ン回転速度とスロットル開度に基づいて可動弁のバルブ
開度を算出し、このバルブ開度に基づいてサーボモータ
を駆動制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
排気タイミング制御装置においては、スロットル開度を
検出するためのスロットル開度センサを用いていたた
め、部品点数が増加し制御系の構造が複雑になるととも
に、部品自体が高価であるため車両コストの上昇を来た
していた。また、特に小型車両においては、エンジン周
りのスペースが限られるため部品設置レイアウトの問題
があり、スロットル開度センサの設置スペースが得られ
ない場合や、設置した場合には他の部品のレイアウトに
対し大きな制約となる場合があった。

【０００５】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、スロットル開度センサを用いることなくエンジン
負荷を算出し、このエンジン負荷とエンジン回転速度と
に基づいてその運転状態で最適な排気タイミングとなる
可動弁のバルブ開度を算出してモータを駆動制御する２
サイクルエンジンの排気タイミング制御装置の提供を目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、シリンダ側壁の排気口近傍に設けた排
気タイミング制御用の可動弁と、該可動弁を駆動するモ
ータユニットと、運転状態に応じて前記可動弁の開度を
算出するとともにこの算出したバルブ開度に基づいて前
記モータユニットを駆動制御する制御ユニットとを備え
た２サイクルエンジンの排気タイミング制御装置におい
て、前記制御ユニットは、エンジンの回転検出信号から
回転速度を算出する回転速度演算回路と、前記回転検出
信号から回転変動度合いを算出する回転変動度合い演算
回路と、前記回転変動度合いからエンジン負荷を算出す
る負荷演算回路と、算出されたエンジン負荷及び回転速
度に基づいて前記可動弁の開度を算出するバルブ開度演
算回路と、算出したバルブ開度に基づいて前記モータユ
ニットを駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする
２サイクルエンジンの排気タイミング制御装置を提供す
る。

【０００７】この構成によれば、エンジンの回転検出信
号から回転速度を算出するとともに、同じ回転検出信号
から回転変動度合いを算出し、この回転変動度合いから
エンジン負荷を算出するため、スロットル開度センサ等
のエンジン負荷検出専用のセンサを用いることなくエン
ジン負荷が求められる。このため、部品点数の削減及び
構造の簡素化を図るとともにコストを低減し、運転状態
に対応した最適な排気タイミングとなるように可動弁を
駆動制御してエンジン性能の向上を図ることができる。

【０００８】この場合、回転変動度合いとエンジン負荷
の関係が予め分かっているため、エンジン負荷の算出プ
ロセスを設けることなく、回転変動度合いと回転速度と
から可動弁のバルブ開度を算出してもよい。この場合に
は、回転変動度合い演算回路と負荷演算回路が一体で両
機能を備えた１つの回路構成となる。

【０００９】すなわち、本発明は、クランク軸の回転変
動の度合いがエンジン負荷によって変化するという本発
明者によって見出された現象を利用して、クランク軸回
転及びそのクランク軸の回転変動の度合いからスロット
ル開度センサ等を用いることなくエンジン負荷を算出す
るものである。この場合、さらにエンジン負荷に応じて
クランク軸回転変動の度合いが変化することが考えられ
るため、これを利用して、回転変動の度合いの変化によ
りエンジン負荷を算出してもよい。

【００１０】好ましい構成例では、前記モータユニット
は、サーボモータ及びその回転位置を検出するポテンシ
ョメータを備え、前記駆動回路は、前記ポテンショメー
タの検出結果から前記可動弁の開度を検出するバルブ開
度検出回路と、このバルブ開度検出回路で検出したバル
ブ開度と前記バルブ開度演算回路で算出したバルブ開度
とを比較する比較回路と、この比較回路の比較結果に基
づいて前記サーボモータを正転又は逆転させる正・逆転
指令回路とからなることを特徴としている。

【００１１】この構成によれば、ポテンショメータで現
在のバルブ開度を検出し、これと演算により求めた運転
状態に応じた目標とすべきバルブ開度とを比較し、その
差がなくなるようにサーボモータを正転又は逆転させて
最適な排気タイミングとなるようにフィードバック制御
することができる。

【００１２】さらに好ましい構成例では、クランク軸に
装着されたフライホイルに所定長さの突条を形成し、該
突条を検出するピックアップコイルを備え、該ピックア
ップコイルによりクランク軸の回転を検出し、前記回転
変動度合い演算回路は、該クランク軸回転検出信号中の
前記突条検出部の検出時間ｔ及び検出時間間隔に基づく
クランク軸の周期Ｔを算出し、この周期Ｔに対する前記
突条検出時間ｔの割合ｔ／Ｔを前記回転変動度合いＤと
して算出することを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、クランク軸の１回転の
周期Ｔに対し、クランク軸に同期回転するフライホイル
に設けた突条の検出時間ｔがクランク軸の回転変動に応
じて変化するため、この突条をピックアップコイルで検
出してその検出信号を解析し、ｔ／Ｔを回転変動度合い
Ｄとして算出することができる。この回転変動度合いＤ
によりエンジン負荷が求められる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る回転検出手
段の構成説明図である。エンジンのクランク軸１の端部
にフライホイル２が装着される。このフライホイル２
は、発電機のロータを構成するものであってもよい。フ
ライホイル２の外周上に所定長さ（例えば６０°の角度
範囲）の突条３が形成される。この突条３を検出するた
めのピックアップコイル４がエンジンケース側に固定さ
れる。このピックアップコイル４は、突条３が近接した
ときの磁界変化に基づくコイルの磁気抵抗の変化を検出
するものである。このピックアップコイルとして、従来
からある点火時期検出用のコイルを用いてもよい。

【００１５】フライホイル２が矢印方向に回転してピッ
クアップコイル４が突条３を検出すると、（Ｂ）に示す
ように突条部ａを有する回転検出信号ｂが得られる。実
際の信号は、突条３の先端で正のパルスが発生し、後端
で負のパルスが発生する。

【００１６】隣り合う２つの突条部ａの時間間隔（先端
から先端又は後端から後端）を計測して周期Ｔを検出す
る。この周期Ｔの逆数から回転速度が求まる。

【００１７】突条部ａの検出時間ｔと周期Ｔの比率ｔ／
Ｔを回転変動度合いＤとして算出する。この回転変動度
合いＤに基づいてエンジン負荷を算出する。エンジン負
荷はマイコンのメモリに格納したマップを用いて求め
る。このマップは、回転変動度合いとクランク回転速度
と、エンジン負荷との相関関係を予め実験等で求めてお
き、３次元マップを形成してメモリに格納する。

【００１８】エンジン負荷を算出する場合、マップのパ
ラメータとして回転変動度合いの変化を用いてもよい。
これは、前述のように回転変動度合いＤ＝ｔ／Ｔを算出
した後、同様に次の回転の突条部の検出時間ｔ’と周期
Ｔ’を計測し、その比率ｔ’／Ｔ’を算出する。これら
２つの回転変動度合いの差（ｔ／Ｔ−ｔ’／Ｔ’）を回
転変動度合いの変化Ｄ’として算出する。このＤ’に基
づいて、エンジン負荷を算出してもよい。

【００１９】図２は、本発明に係る排気タイミング制御
装置の回路構成図である。排気タイミング用制御用の可
動弁３２はプーリ３１を介してサーボモータ２９により
正逆回転駆動される。サーボモータ２９にはポテンショ
メータ３０が具わりモータの回転位置が検出される。サ
ーボモータ２９とポテンショメータ３０はモータユニッ
ト２８内に一体的に組み込まれる。

【００２０】サーボモータ２９は、制御ユニット３３に
より駆動制御される。この制御ユニット３３は、前述の
ピックアップコイル４（図１）が接続する波形成形回路
１８と、この波形成形回路１８が接続する回転速度演算
回路１９及び回転変動度合い演算回路２０と、回転変動
度合いに基づいてエンジン負荷を算出する負荷演算回路
２１と、回転速度及びエンジン負荷に応じてその運転状
態で最適な排気タイミングとなる可動弁３２の開度を算
出するバルブ開度演算回路２４と、算出したバルブ開度
に基づいてサーボモータ２８を駆動制御するモータ駆動
回路３４とにより構成される。モータ駆動回路３４は、
可動弁３２の現在の開度と演算した開度とを比較する比
較回路２５と、可動弁３２の現在の開度を検出するバル
ブ開度検出回路２６と、サーボモータ２９に正転・逆転
の駆動指令を送る正・逆転指令回路２７とにより構成さ
れる。

【００２１】波形成形回路１８は、ピックアップコイル
４からの検出信号に基づいて、前述の図１（Ｂ）で示し
たような回転検出信号ｂを形成する。回転速度演算回路
１９は、この回転検出信号ｂから回転速度Ｎを算出す
る。回転変動度合い演算回路２０は、回転検出信号ｂに
基づいて前述のように変動度合いＤを算出する。

【００２２】負荷演算回路２１は、算出した回転変動度
合いＤに基づいてエンジン負荷Ｌを算出する。エンジン
負荷は、予め実験等により求めたデータから、回転変動
度合いＤをパラメータとする１次元マップ又は回転変動
度合いＤと回転速度Ｎをパラメータとする２次元マップ
を作成し、このマップをＣＰＵのメモリに格納し、この
マップを用いて算出することができる。

【００２３】バルブ開度演算回路２４は、算出した回転
速度Ｎ及びエンジン負荷Ｌに基づいて、その運転状態に
おける最適な排気タイミングとなる可動弁３２の制御目
標となるバルブ開度を算出する。この目標とするバルブ
開度は、例えば予め実験等で求めたデータに基づき、回
転速度Ｎ及びエンジン負荷Ｌをパラメータとする２次元
マップを作成してＣＰＵのメモリに格納し、このマップ
から算出することができる。

【００２４】なお、回転変動度合いＤから一旦負荷Ｌを
求めることなく、回転変動度合いＤと回転速度Ｎとをパ
ラメータとしてこれらからバルブ開度を算出するマップ
を作成し、このマップに基づいてバルブ開度を求めても
よい。この場合には、回転変動度合い演算回路２０と負
荷演算回路２１は、両機能を備えた一体構成の１つの演
算回路となる。

【００２５】バルブ開度検出回路２６は、サーボモータ
２９のポテンショメータ３０により計測したモータ位置
からそのときの可動弁３２の開度を検出する。

【００２６】比較回路２５は、バルブ開度検出回路２６
で検出した現在のバルブ開度と前記バルブ開度演算回路
２４で算出した目標とすべきバルブ開度とを比較してそ
の差がゼロになるように可動弁３２の開又は閉方向のバ
ルブ動作量を求め、その動作量に対応したサーボモータ
２９の正転又は逆転の駆動量を算出する。

【００２７】正・逆転指令回路２７は、比較回路２５で
算出されたサーボモータの駆動量に応じてサーボモータ
２９を駆動する。

【００２８】図３は本発明に係る２サイクルエンジンの
シリンダ部分の縦断面図であり、図４はその可動弁部分
を示すＡ−Ａ断面図である。

【００２９】シリンダブロック４０の上部にシリンダヘ
ッド４１がスタッドボルト４２で固定される。シリンダ
ブロック４０のシリンダ側壁４３内にシリンダボア４４
が形成されピストン４５が挿通する。４６はコンロッ
ド、４７は冷却水ジャケットである。シリンダボア４４
の上部でピストン４５の上面側に燃焼室４８が形成され
る。燃焼室４８に臨んでシリンダヘッド４１に点火プラ
グ４９が装着される。

【００３０】シリンダ側壁４３に吸気口５０が開口す
る。吸気口５０に連通して吸気通路５１が形成される。
吸気通路５１上に気化器５２が設けられる。気化器５２
下流側近傍の吸気通路５１にスロットルバルブ５３が装
着される。

【００３１】点線で示す５４は従来設けられていたエン
ジン負荷を検出するためのスロットル開度センサを示
す。本実施形態では前述のように、エンジン回転速度か
らエンジン負荷を算出するため、このスロットル開度セ
ンサ５４は省略されている。

【００３２】シリンダ側壁４３の吸気口５０と対向する
側で吸気口５０より上側の位置に排気口５５が開口す
る。排気口５５に連通して排気通路５６が形成される。
排気口５５の上縁部に断面が略半円状の排気タイミング
制御用の可動弁３２が装着される。

【００３３】可動弁３２は、図４に示すように、シリン
ダボア４４の円周面に沿って中央部がくびれた略つづみ
形状で、その断面が略半円形状である。この可動弁３２
はその回転軸５８がベアリング５９を介してシリンダブ
ロック側に支持される。回転軸５８の端部にプーリ３１
が連結される。プーリ３１はワイヤ６１を介してサーボ
モータ２９（図２）に連結される。

【００３４】図５は上記実施形態の作動制御機構の構成
説明図である。また、図６及び図７は、それぞれ図５の
モータユニットの側面図及びそのＢ−Ｂ断面図である。

【００３５】図５に示すように、モータユニット２８の
駆動軸６４上に駆動プーリ６２が備わり、これにワイヤ
６１が巻き掛けられる。ワイヤ６１は２本の外管６３を
通して可動弁側のプーリ３１に連結される。前述のよう
に、クランク軸のフライホイル２に設けた突条３を検出
するピックアップコイル４が制御ユニット３３に接続さ
れる。この制御ユニット３３が、前述の図２で説明した
ように、ピックアップコイル４からの信号に基づいてモ
ータユニット２８を駆動制御する。制御ユニット３３
は、実際にはモータユニット２８のケース６５内に組み
込まれる。

【００３６】図６に示すように、モータユニット２８の
ケース６５内にサーボモータ２９が装着される。サーボ
モータ２９の出力軸はギヤケース６６内の減速ギヤ（不
図示）を介して駆動軸６４に連結される。駆動軸６４の
端部に、図７に示すように、ピニオン６７が固定され、
このピニオン６７に噛み合ってポテンショメータ３０が
設けられる。このポテンショメータ３０により駆動軸６
４の回転位置が検出される。この駆動軸６４は、これに
固定された駆動プーリ６２及びワイヤ６１を介して可動
弁３２を開閉動作させるプーリ３１に連結される。した
がって、ポテンショメータ３０により可動弁３２のバル
ブ開度が検出される。

【００３７】上記構成において、制御ユニット３３で演
算された駆動量に基づきサーボモータ２９を正転又は逆
転駆動すると、駆動軸６４上の駆動プーリ６２が回転
し、これに応じてワイヤ６１を介してプーリ３１が回転
する。これにより、このプーリ３１に結合された回転軸
５８（図４）上の可動弁３２が回転して開閉動作し、排
気口５５（図３）の上端位置を変えて排気タイミングを
制御する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、エンジンの回転検出信号から回転速度を算出すると
ともに、同じ回転検出信号から回転変動度合いを算出
し、この回転変動度合いからエンジン負荷を算出するた
め、スロットル開度センサ等のエンジン負荷検出専用の
センサを用いることなくエンジン負荷が求められる。こ
のため、部品点数の削減及び構造の簡素化を図るととも
にコストを低減し、運転状態に対応した最適な排気タイ
ミングとなるように可動弁を駆動制御してエンジン性能
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るクランク軸回転検出手段の構成
図。

【図２】 本発明に係る排気タイミング制御装置の制御
系のブロック回路図。

【図３】 本発明の実施形態のエンジンの断面図。

【図４】 図３のＡ−Ａ断面図。

【図５】 図３の実施形態の作動制御機構の構成説明
図。

【図６】 図５のモータユニットの側面図。

【図７】 図６のＢ−Ｂ断面図。

【符号の説明】

１：クランク軸、２：フライホイル、３：突条、４：ピ
ックアップコイル、１８：波形成形回路、１９：回転速
度演算回路、２０：回転変動度合い検出回路、２１：負
荷演算回路、２４：バルブ開度演算回路、２５：比較回
路、２６：バルブ開度検出回路、２７：正・逆転指令回
路、２８：モータユニット、２９：サーボモータ、３
０：ポテンショメータ、３１：プーリ、３２：可動弁、
３３：制御ユニット、３４：モータ駆動回路、４０：シ
リンダブロック、４１：シリンダヘッド、４２：スタッ
ドボルト、４３：シリンダ側壁、４４：シリンダボア、
４５：ピストン、４６：コンロッド、４７：冷却水ジャ
ケット、４８：燃焼室、４９：点火プラグ、５０：吸気
口、５１：吸気通路、５２：気化器、５３：スロットル
バルブ、５４：スロットル開度センサ、５５：排気口、
５６：排気通路、５８：回転軸、５９：ベアリング、６
１：ワイヤ、６２：駆動プーリ、６３：外管、６４：駆
動軸、６５：ケース、６６：ギヤケース、６７：ピニオ
ン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G092 AA01 AA03 AA11 DA02 DA08 DC12 DG08 FA50 HA06Z HA11Z HA13X HA13Z HE02Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ側壁の排気口近傍に設けた排気タ
   イミング制御用の可動弁と、 該可動弁を駆動するモータユニットと、 運転状態に応じて前記可動弁のバルブ開度を算出すると
   ともにこの算出したバルブ開度に基づいて前記モータユ
   ニットを駆動制御する制御ユニットとを備えた２サイク
   ルエンジンの排気タイミング制御装置において、 前記制御ユニットは、エンジンの回転検出信号から回転
   速度を算出する回転速度演算回路と、前記回転検出信号
   から回転変動度合いを算出する回転変動度合い演算回路
   と、前記回転変動度合いからエンジン負荷を算出する負
   荷演算回路と、算出されたエンジン負荷及び回転速度に
   基づいて前記可動弁の開度を算出するバルブ開度演算回
   路と、算出したバルブ開度に基づいて前記モータユニッ
   トを駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする２サ
   イクルエンジンの排気タイミング制御装置。
2. 【請求項２】前記モータユニットは、サーボモータ及び
   その回転位置を検出するポテンショメータを備え、 前記駆動回路は、前記ポテンショメータの検出結果から
   前記可動弁の開度を検出するバルブ開度検出回路と、こ
   のバルブ開度検出回路で検出したバルブ開度と前記バル
   ブ開度演算回路で算出したバルブ開度とを比較する比較
   回路と、この比較回路の比較結果に基づいて前記サーボ
   モータを正転又は逆転させる正・逆転指令回路とからな
   ることを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジ
   ンの排気タイミング制御装置。
3. 【請求項３】クランク軸に装着されたフライホイルに所
   定長さの突条を形成し、該突条を検出するピックアップ
   コイルを備え、該ピックアップコイルによりクランク軸
   の回転を検出し、 前記回転変動度合い演算回路は、該クランク軸回転検出
   信号中の前記突条検出部の検出時間ｔ及び検出時間間隔
   に基づくクランク軸の周期Ｔを算出し、この周期Ｔに対
   する前記突条検出時間ｔの割合ｔ／Ｔを前記回転変動度
   合いＤとして算出することを特徴とする請求項１または
   ２に記載の２サイクルエンジンの排気タイミング制御装
   置。