JP2005180347A

JP2005180347A - エンジン鼓動制御方法及び装置並びに該装置を具備する自動二輪車

Info

Publication number: JP2005180347A
Application number: JP2003423643A
Authority: JP
Inventors: Soken Ichi; 聡顕市
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP4413602B2

Abstract

【課題】体感的な心地良さを演出することができるエンジンの鼓動感を人工的に創り出すことができるエンジン鼓動制御方法及び装置並びに該装置を具備する自動二輪車を提供する。
【解決手段】特定の鼓動感を人工的に得るようにエンジンEを制御する装置であって、前記特定の鼓動感に対応した燃焼パターンに基づいてエンジンEの燃焼を制御するＥＣＵ10を備える。
【選択図】図６

Description

本願発明は、エンジンの鼓動感の制御方法に関し、特に、心地良い鼓動感を人工的に得るためのエンジン鼓動制御方法及び装置並びに該装置を具備する自動二輪車に関する。

自動二輪車においては、ユーザは、エンジンの鼓動感を直接的に感じることができ、却ってこのような車種ごとに独特な鼓動感を楽しむことが自動二輪車の醍醐味のひとつとなっている。特に、Ｖツインエンジンを採用したアメリカンタイプの自動二輪車にあっては、なおさらこのＶツイン独特の重厚な鼓動感を感じたいというユーザの希望がある。

なお、ここでいう「鼓動感」とは、ユーザが、エンジンが発生する音（サウンドととも呼ばれ、特に排気音がその大部分を占める）を聴覚により感じる場合、及び／又は自動二輪車に跨ったときにシートなどを介して触覚（主に振動）により感じる場合の体感的な感じかたのことである。付け加えれば、「鼓動感」とは、機械的な高周波の振動や音ではなく、大地を駆ける馬や猛獣の鼓動を想像させるような、体で心地よく感じることができる程度の周波数の脈動のことである。

ところで、例えば、特許文献１には、マフラーの特殊な構造により好ましい排気音を生成する技術が開示されている。
実開昭55-15304号公報

しかしながら、走行性能の観点からエンジン性能の向上がユーザから要求される一方で、このような性能とは直接関係のない体感的な心地良さ（排気音などの搭乗者以外の者によっても体感されるため、乗り心地以外の感覚も含む）の観点からエンジンを設計すること、特に、特定の鼓動感を人工的に創り出すことは困難であった。

本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、エンジンの燃焼を制御することにより、体感的な心地良さを演出することができるエンジンの鼓動感を人工的に創り出すことができるエンジン鼓動制御方法及び装置並びに該装置を具備する自動二輪車を提供することを目的とする。

本願発明に係るエンジン鼓動制御方法は、特定の鼓動感を人工的に得るようにエンジンを制御する方法であって、前記特定の鼓動感に対応した燃焼パターンに基づいて前記エンジンの燃焼を制御することを特徴とする。

また、本願発明に係るエンジン鼓動制御装置は、特定の鼓動感を人工的に得るようにエンジンを制御する装置であって、前記特定の鼓動感に対応した燃焼パターンに基づいて前記エンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段を備えることを特徴とする。

上記発明によれば、特定の心地良さを感じるエンジンの鼓動感を、その燃焼パターンを制御することによって人工的に得ることができる。

上記発明においては、例えば、燃焼パターンを予め記憶しておき、この燃焼パターンに基づいてエンジンの燃焼を制御することが可能であるし、また、乱数を発生し、この乱数に基づいて特定の鼓動感に対応する燃焼パターンを生成し、そして、この燃焼パターンに基づいてエンジンの燃焼を制御することも可能である。

上記燃焼パターンは、燃焼の休止を含んでいてもよいし、また、少なくとも、燃料噴射量の減少、又は燃料噴射の休止を含んでいてもよいし、さらには、エンジンの燃料噴射及び／又は点火のパターンを含んでいてもよい。

本願発明に係る制御の実現にあっては、エンジンの燃焼を積極的に制御することから、このエンジンは、ＥＦＩ方式であることが望ましい。

また、上記エンジンは、鼓動感においてユーザから特に要望の強いＶツインエンジンである場合に、特に利点がある。

このような特定の鼓動感に対応する燃焼パターンに基づいた制御は、フルタイムに実行するようにしてもよいし、また、パートタイムに実行するために、ユーザがこの制御のON/OFFを選択するか、又は異なる複数のパターンの中から何れか所望のパターンを選択することができるスイッチを装備させることも可能である。

なお、本願発明は、後で詳述するように、様々なタイプのエンジン、及びエンジン付きの車両に適用可能である。

以下、本願発明に係るエンジン鼓動制御方法及び装置並びに該装置を具備する自動二輪車について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

特に、Ｖツインエンジンの中には、もともとユーザにとって好ましい独特な鼓動感を発生するエンジンを備えた自動二輪車があり、このようなエンジンが好ましい鼓動感を発生するメカニズムはいままで厳密に解析されたことはなかった。本願発明者は、まず、図１（ａ）に示すように、このような独特な鼓動感を発生するＶツインエンジンの排気音圧を時系列的にサンプリングし（ここでは、２速、２０ｋｍ／ｈでの走行から加速し、７サイクル分、つまり前後気筒合計１４回分の燃焼に亘ってサンプリングした）、それを、図１（ｂ）に示すように、一般的なエンジンの排気音圧と同様にサンプリングしたデータと比較した。

図１（ｂ）においては、所定の時間内に６サイクル分をサンプリングできた。図１（ｂ）おける音圧波形から判るように、各サイクルにおける音圧レベルは、ほぼ一定の波形を繰り返しており、音圧レベルの「山」及び「谷」が明確となっている。この場合、波形上は、１２回分の「山」があったが、実際には、約６回分の音として聴覚により認識された。

一方、図１（ａ）においては同じ所定の時間内に１４回分の燃焼がサンプリングされたにも拘わらず、音圧波形を見ても判るように、各燃焼における音圧レベルが不規則であり、音圧レベルの「山」及び「谷」が不明確となっている。このため、１４回分の「山」があるべきであるにも拘わらず、実際には、図１（ａ）の場合よりもずっと少ない、約３〜４回分の音しか聴覚では認識できなかった。

つまり、図１（ａ）のサンプリングにおいては、図１（ｂ）のサンプリングよりも多い回数の燃焼があった筈であるにも拘わらず、実際には図１（ａ）のエンジン方が、より低いエンジン回転数で動作しているように体感されるのである。これは、各燃焼における音圧レベルが不規則であり、数回の排気音の合成音を１回の排気音と体感することから発生するらしいことが判った。

そこで、本願発明者は、これら図１（ａ）の音圧波形から音圧レベルが「中」程度の部分を図２（ａ）の「A」の範囲として示すように１燃焼分録音抽出し、これを連続して繰り返し再生してみた。しかしながら、これでは、排気音が等間隔となるため、Ｖツインエンジン独特の鼓動感とは程遠いもの（つまり、単気筒エンジンのようなサウンド）として聴覚では感じられた。次に、本願発明者は、図１（ａ）の音圧波形から音圧レベルが「中」，「中」と連続する部分を図２（ａ）の「B」の範囲として示すようにクランク軸２回転分又は図２（ａ）に示すようにクランク軸４回転分録音抽出し、これを連続して繰り返し再生してみた。今度は、排気音は不等感覚であるため、Ｖツインエンジンのようなサウンドが得られた（ただし、この場合の排気音は、４燃焼分でも２回の脈動として体感される）。さらに次に、本願発明者は、図１（ａ）の音圧波形から音圧レベルが「中」，「中」，「大」，「小」と変化する部分を図２（ｂ）に示すように録音抽出し、これを連続して繰り返し再生してみた。すると、今度は、「小」を区切りとした１連の音として聴覚では感じられ、４燃焼分でも１回の脈動として感じられる。つまり、音圧レベルが「中」，「中」，「中」，「中」…と一定レベルで連続するよりは、例えば、「中」，「中」，「大」，「小」…と変化する方が全体として実際よりも長い周期で１パターンが続くように感じられるのであり、これが、所謂「好ましい鼓動感」の要因となっていることが判った。

より詳しくは、このように音圧レベルが「中」，「中」，「大」，「小」…と変化するために、「小」がその直前の「大」と連続しているように感じられ、全体として３拍子のように感じられるのである。したがって、ここでは、上記の「好ましい鼓動感」を構成する一連の音圧レベルの周期的な変化は、上述のような「中」，「中」，「大」，「小」…という３拍子のパターンのほかにも、例えば、「中」，「大」，「中」，「（休止）」，「中」，「（休止）」…というパターンなど、少なくとも、比較的大きい音圧レベルの落ち込みを１パターン（ここでは、これを「１鼓動周期」と呼ぶ）の中に組み入れたものであればよい。

次に、本願発明者は、このＶツインエンジンのアイドリング時（約７２０ｒ／ｍｉｎ）の排気音を図３に示すようにサンプリングした。エンジンが約７２０ｒ／ｍｉｎで回転しているため、１秒間で約１２回の排気音の鼓動が感じられる筈であるのだが、実際には、全体として約２回の「鼓動周期」、つまり合計６回の鼓動が体感された。図３の音圧波形から良く判るように、特に、前側の気筒の排気音は、サイクルごとにほぼ一定の音圧波形を示しているのに対して、後ろ側の気筒の排気音は、３サイクルに１回大きくなるが、他の２回は明確な波形を認識することができない。

さらに、次に、本願発明者は、このＶツインエンジンの約１２００ｒ／ｍｉｎ回転時の排気音を図４（ａ）に示すようにサンプリングした。エンジンが約１２００ｒ／ｍｉｎで回転しているため、上記と同様に、０．６秒間で約１２回の排気音の脈動が感じられる筈であるのだが、実際には、全体として約３回の「鼓動周期」、つまり合計９回の脈動が体感された。図４（ａ）の音圧波形から判るように、特に、後ろ側の気筒の排気音は、２サイクルに１回しか明確な波形を認識することができない。このように、排気音の「間（又は休止）」によって体感上の排気音回数が決まるのである。

ここでは、排気音についてのみ述べてきたが、上記鼓動感の要因としては、排気音は、エンジン及び自動二輪車全体の振動としても現われ、本願明細書においてはこれらを同義のものとして扱っている。

つまり、上記のような排気音の「間」を人為的に生成するために、図４（ｂ）に示すような、「好ましい鼓動感」のリズムに対応して燃焼を制御することにより、如何なるＶツインエンジンも「好ましい鼓動感」のエンジンに変えてしまうことができる。燃焼の制御は、例えば、気筒単位で燃焼を休止するような燃焼パターンを設定すればよいが、より具体的には、例えば、エンジンに供給される燃料の噴射タイミング及び／又は噴射量、さらには、点火タイミングを操作するような燃焼パターンを設定することにより実現可能である。このような燃焼パターンは、上記のような「好ましい鼓動感」に応じて様々に設定することができる。

ここでは、Ｖツインエンジンについてのみ述べているが、本願発明に係る方法を採用すれば、例えば、その他のタイプの２気筒、３気筒、及び４気筒のエンジンであっても同様の鼓動感を与えることが可能となる。

次に、本願発明に係る方法を採用した自動二輪車の実施の形態について具体的に説明する。

図５に示すように、本実施の形態の自動二輪車1は、所謂「アメリカンタイプ」の大型車であり、パイプ材からなる車体フレーム2の中央部には、ＥＦＩ方式のＶ型２気筒の４サイクルＯＨＶエンジンEが搭載され、フレーム2の前部には、比較的大きなキャスター角をもって略上下方向へ延びるステアリングコラム（図示せず）が軸支されている。このステアリングコラムの上端には、操舵用のバーハンドル3が固定されている一方、前記ステアリングコラムの下部は、一対のフロントフォーク4（図５においては左側フロントフォークのみを図示）を介して、これらの間に配設された操向用の前輪5に連結されている。これにより、フレーム2の後側上部に取り付けられたシートS上に運転者が跨ってハンドル3を握り、該ハンドル3を前記ステアリングコラム回りに回動させることによって前輪5を左右に操向することができるようになっている。

また、フレーム2の後部には、リアサスペンション6（一部のみを図示）を介して後輪7が連結されており、この後輪7は、エンジンEによって、後述する変速装置（トランスミッション），ベルト式駆動装置等を介して駆動されるようになっている。

さらに、シートSの下方には、エンジンEの燃焼を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）10が配置されている。ＥＣＵ10は、図６に示すように、燃焼パターン記憶部11を内部に備えており、エンジンEの前後気筒用の、燃料噴射装置21，22と、点火装置23，24とに接続されている。また、ＥＣＵ10は、車体の適切な位置に設けられたユーザが操作可能なON/OFFスイッチ14に接続されている。

図７のフローチャートに示すように、ＥＣＵ10は、まず、ON/OFFスイッチ14がONになっているか又はOFFになっているかを判断し（ステップS1-1）、ONになっている場合には、燃焼パターン記憶部11から、これに予め記憶されている燃焼パターンを読み込む（ステップS1-2）。燃焼パターン記憶部11に記憶されている燃焼パターンは、例えば、前述の図４（ｂ）にタイミングチャートで示したような各気筒に対応した燃焼／燃焼休止のデータである。本願発明における「燃焼休止」は、例えば、前述したように、燃料噴射及び／又は点火を操作することによって実施し、燃料噴射量を減少するだけであって、完全に燃焼を休止しない場合もここでの燃焼休止に含まれる。

次いで、ＥＣＵ10は、読み込んだ燃焼パターンに基づいて、燃料噴射装置21，22、及び／又は点火装置23，24に指令信号を発生し、燃焼を制御する（ステップS1-3）。

一方、ＥＣＵ10は、ON/OFFスイッチ14がOFFになっている場合には、記憶されている燃焼パターンに基づいた制御を行なわず、通常の燃焼制御を行なう（ステップS1-4）。

また、別の実施の形態においては、ＥＣＵ10は、図８に示すように、乱数発生部12と、燃焼パターン決定部13とを内部に備えおり、エンジンEの前後気筒用の、燃料噴射装置21，22と、点火装置23，24とに接続されている。また、ＥＣＵ10は、車体の適切な位置に設けられたユーザが操作可能なON/OFFスイッチ14に接続されている。

図９のフローチャートに示すように、ＥＣＵ10は、まず、ON/OFFスイッチ14がONになっているか又はOFFになっているかを判断し（ステップS2-1）、ONになっている場合には、乱数発生部12により乱数を発生させ（ステップS2-2）、発生させた乱数に基づいて燃焼パターンを決定する（ステップS2-3）。乱数に基づく燃焼パターンの決定は、例えば、１〜３の数字を乱数で発生させ、「１」が発生された場合には、２サイクル分の燃焼において最後の後ろ側の気筒の燃焼を休止させ、また、「２」が発生された場合には、同様に、後ろ側の気筒の燃焼を２サイクル分の間すべて休止させるようにするものである。燃焼パターンは、このように、例えば、２サイクルごとに決定してもよく、また、その他の時間的な長さごとに実施してもよい。

次いで、ＥＣＵ10は、決定した燃焼パターンに基づいて、燃料噴射装置21，22、及び／又は点火装置23，24に指令信号を発生し、燃焼を制御する（ステップS2-4）。

一方、ＥＣＵ10は、ON/OFFスイッチ14がOFFになっている場合には、記憶されている燃焼パターンに基づいた制御を行なわず、通常の燃焼制御を行なう（ステップS2-5）。

以上のように、本願発明に係るエンジン鼓動制御方法及び装置並びに該装置を具備する自動二輪車によれば、エンジンの燃焼を制御することにより、体感的な心地良さを演出することができるエンジンの鼓動感を人工的に創り出すことができる等、本願発明は優れた効果を奏する。

Ｖツインエンジンの排気音圧を時系列にサンプリングしたデータを示すグラフであり、（ａ）は、「好ましい鼓動感」を発生するＶツインエンジンの排気音であり、（ｂ）は、一般的なＶツインエンジンの排気音である。（ａ）は、図１（ａ）から「中」程度の音圧レベルの部分を抽出して２サイクル分に連続させた場合の波形を示し、（ｂ）は、図１（ａ）から「中」，「中」，「大」，「小」程度と連続した音圧レベルの部分を２サイクル分に抽出して場合の波形を示している。「好ましい鼓動感」を発生するＶツインエンジンのアイドリング時（約７２０ｒ／ｍｉｎ）の排気音圧を時系列的にサンプリングしたデータをグラフである。（ａ）は、「好ましい鼓動感」を発生するＶツインエンジンの走行時（約１２００ｒ／ｍｉｎ）の排気音圧を時系列的にサンプリングしたデータをグラフであり、（ｂ）は、これに対応する燃焼タイミングを示すタイミングチャートである。本願発明の実施の形態に係る方法を採用した自動二輪車の全体構成を示す左側面図である。図１に示した自動二輪車の燃焼パターン制御系を示すブロック図である。図６に示した燃焼パターン制御系におけるＥＣＵの制御手順を示すフローチャートである。図１に示した別の実施の形態に係る自動二輪車の燃焼パターン制御系を示すブロック図である。図８に示した燃焼パターン制御系におけるＥＣＵの制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

1 自動二輪車
2 車体フレーム
3 バーハンドル
4 フロントフォーク
5 前輪
6 リアサスペンション
7 後輪
10 ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
11 燃焼パターン記憶部
12 乱数発生部
13 燃焼パターン決定部
14 ON/OFFスイッチ
21，22 燃料噴射装置
23，24 点火装置

Claims

特定の鼓動感を人工的に得るようにエンジンを制御する方法であって、
前記特定の鼓動感に対応した燃焼パターンに基づいて前記エンジンの燃焼を制御することを特徴とするエンジン鼓動制御方法。
特定の鼓動感を人工的に得るようにエンジンを制御する装置であって、
前記特定の鼓動感に対応した燃焼パターンに基づいて前記エンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段を備えることを特徴とするエンジン鼓動制御装置。
前記燃焼パターンを記憶する燃焼パターン記憶手段をさらに備え、
前記燃焼制御手段は、前記燃焼パターン記憶手段に記憶された燃焼パターンに基づいて前記エンジンの燃焼を制御する
ことを特徴とする請求項２記載のエンジン鼓動制御装置。
乱数を発生する乱数発生手段と、
該乱数発生手段により発生された乱数に基づいて前記特定の鼓動感に対応する燃焼パターンを生成する燃焼パターン生成手段と
をさらに備え、
前記燃焼制御手段は、前記燃焼パターン生成手段により生成された燃焼パターンに基づいて前記エンジンの燃焼を制御する
ことを特徴とする請求項２記載のエンジン鼓動制御装置。
前記燃焼パターンは、燃焼の休止を含んでいることを特徴とする請求項３又は４記載のエンジン鼓動制御装置。
前記燃焼パターンは、少なくとも、燃料噴射量の減少、又は燃料噴射の休止を含んでいることを特徴とする請求項５記載のエンジン鼓動制御装置。
前記燃焼パターンは、エンジンの燃料噴射及び／又は点火のパターンを含んでいることを特徴とする請求項３又は４記載のエンジン鼓動制御装置。
前記エンジンは、ＥＦＩ方式であることを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載のエンジン鼓動制御装置。
前記エンジンは、Ｖツインエンジンであることを特徴とする請求項２乃至８の何れかに記載のエンジン鼓動制御装置。
ユーザによる操作が可能なスイッチをさらに備え、
前記燃焼制御手段は、前記スイッチの操作に応じて、前記燃焼パターンに基づいた前記エンジンの燃焼を制御のON/OFFを切り換えることを特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載のエンジン鼓動制御装置。
上記請求項２乃至１０の何れかに記載のエンジン鼓動制御装置を具備することを特徴とする自動二輪車。