JP2016053348A

JP2016053348A - 内燃機関の排気管バルブシステム

Info

Publication number: JP2016053348A
Application number: JP2014180298A
Authority: JP
Inventors: 剛吉村松; Gokichi Muramatsu
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-04-14
Also published as: US20160069278A1; DE102015114355A1; US9863328B2

Abstract

【課題】構成の簡素化を図りつつ、排気系に対する優れた制御性能を実現する内燃機関の排気管バルブシステムを提供する。
【解決手段】複数の排気管バルブとこれらの排気管バルブの開閉操作を行うための操作手段であるアクチュエータユニット１３とを有し、操作手段は、ワイヤケーブル１４，１５を介して複数の排気管バルブにそれぞれ接続され、それらを開閉する少なくとも２つの操作部である第１プーリ１８及び第２プーリ１９を備え、少なくとも１つの操作部は、操作手段の所定の作動範囲においてそのケーブルを動作させない非作動領域を持つ。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば自動二輪車等の車両の内燃機関であるエンジンにおいて、エキゾーストパイプ内の排気制御を行う排気管バルブシステムに関するものである。

この種の車両において排気管の途中に排気管バルブを設け、排気通路を開閉することで排気効率を向上するようにした排気制御装置が配置される。例えば特許文献１には排気管に排気制御弁を設け、排気性能を向上しようとするものが開示されている。

自動二輪車等において排気管に、エンジンの異なる回転域で作動する２つの排気管バルブを設けることも可能である。従来、通常ではこのように２つの排気管バルブを設ける場合、それらの排気管バルブは電子制御されたアクチュエータによってそれぞれ駆動される。このように２つの排気管バルブをエンジン回転数に応じたより適正な排気制御が可能になる。

特許第４０１５３５３号公報

従来では、例えば上述の例のように２つの排気管バルブを設ける場合、各排気管バルブの駆動制御のために独立したアクチュエータを設けていた。このように複数のアクチュエータを設けると、装置構成が複雑化するばかりかコストも大幅に増加せざるを得ない。

本発明はかかる実情に鑑み、構成の簡素化を図りつつ、排気系に対する優れた制御性能を実現する内燃機関の排気管バルブシステムを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の排気管バルブシステムは、排気管の中間部に設けられた排気管バルブを開閉することで、排気管内の排気流量を調節する内燃機関の排気管バルブシステムであって、複数の前記排気管バルブとこれらの排気管バルブの開閉操作を行うための操作手段とを有し、前記操作手段は、ケーブルを介して複数の前記排気管バルブにそれぞれ接続され、それらを開閉する少なくとも２つの操作部を備え、少なくとも１つの操作部は、前記操作手段の所定の作動範囲においてそのケーブルを動作させない非作動領域を持つことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の排気管バルブシステムにおいて、前記操作部の非作動領域において、該操作部とそのケーブルとの接続が遮断されることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の排気管バルブシステムにおいて、前記非作動領域を持つ前記操作部とは別の操作部は、前記操作手段の全作動範囲においてそのケーブルを常時動作させることを特徴とする。

本発明によれば、開閉制御されるべき制御対象部位である排気管バルブを各別に制御するのではなく、単一のアクチュエータで制御する構造としたことにより、装置の部品点数を削減して装置構成を簡素化すると共に、コストダウンを図ることができる。

本発明に係る自動二輪車の全体構成を示す側面図である。本発明の実施形態におけるエンジンユニットまわりの具体的な構成例を示す側面図である。本発明の実施形態におけるエンジンユニットまわりの具体的な構成例を示す正面図である。本発明の実施形態における排気制御装置の制御対象の例を示す斜視図である。本発明の実施形態における排気制御装置の制御対象の例を示す斜視図である。本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットの斜視図である。本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットの側面図である。本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットの正面図である。本発明に係る操作部を示すそれぞれ斜視図、底面図及び斜視図である。本発明の実施形態における排気制御装置の動作例を順に示す図である。本発明の実施形態におけるエンジン回転数及び出力特性等の関係を示す図である。

以下、図面に基づき、本発明による内燃機関の排気管バルブシステムにおける好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る自動二輪車１００の側面図である。先ず図１を用いて、自動二輪車１００の全体構成について説明する。なお、図１を含め、以下の説明で用いる図においては、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒにより示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌにより示す。

図１において、鋼製あるいはアルミニウム合金材でなるメインフレーム１０１の前部には、ステアリングヘッドパイプ１０２によって左右に回動可能に支持された左右一対のフロントフォーク１０３が設けられる。これらのフロントフォーク１０３の上端にはハンドルバー１０４が固定され、ハンドルバー１０４の両端にグリップ１０５を有する。フロントフォーク１０３の下部には前輪１０６が回転可能に支持されると共に、前輪１０６上部を覆うようにフロントフェンダ１０７が固定される。前輪１０６には、これと一体回転するブレーキディスク１０８が付設される。

メインフレーム１０１はステアリングヘッドパイプ１０２の後部に接続され、更に後方に向けて左右一対が二又状に分岐し、それぞれが後下がりに傾斜して延出する。メインフレーム１０１の後部付近から、後上りに適度に傾斜してシートレール１０１Ａが延出し、後述するシートを支持する。なお、メインフレーム１０１やシートレール１０１Ａにより車体フレームが構成される。また、メインフレーム１０１の後部にはスイングアーム１０９が揺動可能に結合すると共に、両者間にリヤショックアブソーバ１１０が装架される。スイングアーム１０９の後端には後輪１１１が回転可能に支持される。後輪１１１は、後述するエンジンの動力を伝達するチェーン１１２が巻回されたドリブンスプロケット１１３を介して、回転駆動されるようになっている。後輪１１１の直近周囲にはその前上部付近を覆うインナフェンダ１１４が設けられると共に、そのインナフェンダ１１４の上方にはリヤフェンダ１１５が配置される。

メインフレーム１０１に搭載されたエンジンユニット１１６（図１、点線部）には、図示しない燃料供給装置からの燃料とエアクリーナからの空気とが混合されてなる混合気が供給される。エンジン内での燃焼後の排気ガスがエキゾーストパイプ１１７を通って排気される。本実施形態において、エンジンは例えば４サイクル多気筒、典型的には４気筒エンジンであってよい。それぞれの気筒のエキゾーストパイプ１１７はエンジンユニット１１６の下側にて結合し、その後車両右側に後部付近に支持されたマフラ１１８から排気される。

また、エンジンユニット１１６の上方には燃料タンク１１９が搭載され、燃料タンク１１９の後方にシート１２０が連設される。このシート１２０は、ライダシート１２０Ａとタンデムシート１２０Ｂとを含む。ライダシート１２０Ａ及びタンデムシート１２０Ｂに対応して、フートレスト１２１及びフートレストもしくはピリオンステップ１２２が配置される。なお、この例では車両左側において、前後方向略中央下部に図示しないプロップスタンドを有している。

更に図１において、１２３はヘッドランプ、１２４はスピードメータ、タコメータあるいは各種インジケータランプ等を含むメータユニット、１２５はステー１２６を介してハンドルバー１０４に支持されるバックミラーである。

車両外装において、フェアリング１２７及びサイドカウル１２８によって車両の主に前部及び側部が覆われ、車両後部にはサイドカバーあるいはシートカウル１２９が被着し、これらの外装部材により所謂、流線型を有する車両の外観フォルムが形成される。

なお、図１に示されるようにドーム状もしくは甲羅状を呈する燃料タンク１１９は、メインフレーム１０１の上側全体を上部から蓋うようにメインフレーム１０１上に搭載支持される。更にエンジンユニット１１６の上側には、吸気装置に清浄空気を供給するためのエアクリーナ１３０が配置される。エアクリーナ１３０によって清浄化された空気は吸気装置によって吸気され、その後図１のようにインテークパイプ１３１内にて燃料が混合され、混合気としてエンジンユニット１１６に供給される。

次に、図２及び図３は、この実施形態におけるエンジンユニット１１６まわりの具体的な構成例を示している。この例では並列４気筒としたエンジンユニット１１６において、前傾して配置されたシリンダブロック１３２の上側にシリンダヘッド１３３及びシリンダヘッドカバー１３４が順に結合し、一方、シリンダブロック１３２の下方にはクランクケース１３５が一体的に結合する。また、クランクケース１３５の下部にはオイルパン１３６が付設される。なお、エンジンユニット１１６の気筒配列は、左から右に向けて♯１気筒、♯２気筒、♯３気筒及び♯４気筒とする。エンジンユニット１１６は複数のエンジンマウントを介してメインフレーム１０１に懸架されることでメインフレーム１０１と一体的に結合し、それ自体でメインフレーム１０１の剛性部材として作用する。

ここで、♯１気筒のエキゾーストパイプ１１７と♯２気筒のエキゾーストパイプ１１７が合流部１３７で合流し、♯３気筒のエキゾーストパイプ１１７と♯４気筒のエキゾーストパイプ１１７が合流部１３８で合流する。更に、合流部１３７及び合流部１３８が相互に合流することで、♯１〜♯４気筒の４本のエキゾーストパイプ１１７がオイルパン１３６の略左下方にて単一の集合管１３９に集合する。集合管１３９は接続パイプ１４０を介してマフラ１１８に接続される。後述するように集合管１３９には、本発明の排気管バルブシステムに係る排気管バルブが装着される。

また、♯１及び♯４気筒の左右両端のエキゾーストパイプ１１７（１１７Ａ，１１７Ｄ）が連通管１４１を介して相互に連通する。この連通管１４１は、これら左右両端のエキゾーストパイプ１１７の後側に水平に架け渡される。♯２及び♯３気筒のエキゾーストパイプ１１７（１１７Ｂ，１１７Ｃ）が連通管１４２を介して相互に連通する。この連通管１４２は、♯２及び♯３気筒のエキゾーストパイプ１１７の間に挟まれるように架け渡され、連通管１４１に対して斜め前上方に位置して配置される。後述するように連通管１４１及び連通管１４２には、本発明の排気管バルブシステムに係る排気管バルブが装着される。

上述のようにエキゾーストパイプ１１７（１１７Ａ〜１１７Ｄ）から合流部１３７及び合流部１３８を経て、集合管１３９から接続パイプ１４０を介してマフラ１１８に至る排気系が構成される。そして、この排気系の排気制御を行うべく排気制御装置１０を含んでなる排気管バルブシステムを備える。排気制御装置１０はかかる排気系おける異なる部位にて排気制御を行う少なくも２種類の排気管バルブを有し、これらの排気管バルブを単一のアクチュエータにより開閉駆動する。

本実施形態において、本発明の適用部位はエキゾーストパイプ１１７と集合管１３９とし、具体的な制御対象として図４のように集合管１３９には排気管バルブ１１（第１の排気管バルブ）が装着され、また、図５のように連通管１４１及び連通管１４２には排気管バルブ１２（第２の排気管バルブ）が装着される。そして、これらの適用部位の排気制御を行うアクチュエータユニット１３を備える。この例ではアクチュエータユニット１３はメインフレーム１０１、より具体的には図２に示されるように左側のメインフレーム１０１を利用して、これに搭載支持される。アクチュエータユニット１３は後述するように、これらの排気管バルブ１１，１２の開閉操作を行うための本発明の操作手段として機能し、ワイヤケーブル１４，１５を介して複数の排気管バルブ１１，１２にそれぞれ接続され、それらを開閉する少なくとも２つの操作部を備える。排気管バルブ１１を回転駆動することで集合管１３９を開閉制御し、排気管バルブ１２を回転駆動することで連通管１４１及び連通管１４２を開閉制御することができるようになっている。

更に、アクチュエータユニット１３について具体的に説明する。図６はアクチュエータユニット１３の斜視図、図７はその側面図、図８はその正面図である。アクチュエータユニット１３において、本体１６上には回転軸１７のまわりに回転可能に支持され、本発明の操作部として機能する第１プーリ１８及び第２プーリ１９を有し、これら第１プーリ１８及び第２プーリ１９によってワイヤケーブル１４，１５を巻き取るようになっている。第１プーリ１８及び第２プーリ１９のそれぞれ外周部にはワイヤケーブル１４，１５を巻回するためのガイド溝１８ａ，１９ａが形成されている。本体１６には駆動源である例えばステッピングモータが内蔵され、車載のＥＣＵによりエンジン回転数等との関係で該ステッピングモータが制御されるようになっている。これにより第１プーリ１８及び第２プーリ１９が所定タイミング、方向及び量(角度)で回転駆動される。

第１プーリ１８に巻回されるワイヤケーブル１４は２本１組で構成される。この場合、図９（Ａ），（Ｂ）に示すようにワイヤケーブル１４の端子２０はそれぞれ第１プーリ１８の係止穴２１に保持される。組をなすワイヤケーブル１４の２本のうち一方が巻き取られると、他方が繰り出されるようになっている。

集合管１３９に装着された排気管バルブ１１は、図４のように回転軸２２により回転可能に支持される。回転軸２２の詳細図示については省略するが、その一端側に従動プーリ２３が取り付けられ、アクチュエータユニット１３の作動によりこの従動プーリ２３が回転制御される。なお、図４のようにワイヤケーブル１４の他方の端子２４が従動プーリ２３の係止穴（図示せず）に保持されるようになっている。また、従動プーリ２３にはリターンスプリング２５が付帯しており、その弾力により回転軸２２を排気管バルブ１１の閉じ方向に付勢している。

第２プーリ１９に巻回されるワイヤケーブル１５は、図９（Ｃ）に示すようにその端子２６が第２プーリ１９の係止穴２７に保持される。ここで、係止穴２７は第２プーリ１９の周方向に沿って所定長さを有する長穴として形成され、端子２６は係止穴２７の長方向の両端部間で相対的に移動可能である。

前述したように連通管１４１及び連通管１４２に排気管バルブ１２が装着され、また、図５に示されるように連通管１４１及び連通管１４２の間に跨って連結パイプ２８が設けられ、この連結パイプ２８内に回転軸２９が回転可能に軸支される。連通管１４１及び連通管１４２にそれぞれ装着された排気管バルブ１２は、回転軸２９上に取り付けられる。つまり、２つの排気管バルブ１２は単一の回転軸２９により同軸に配置支持され、同期タイミングで作動するようになっている。回転軸２９の詳細図示については省略するが、その一端側、この例では連通管１４１側に従動プーリ３０が取り付けられ、アクチュエータユニット１３の作動によりこの従動プーリ３０が回転制御される。なお、図４に示されるようにワイヤケーブル１５の他方の端子３１が従動プーリ３０の係止穴（図示せず）に保持される。また、従動プーリ３０にはリターンスプリング３２が付帯しており、その弾力により回転軸２９を排気管バルブ１２の閉じ方向に付勢している。

次に、本発明の排気管バルブシステムにおける排気制御装置１０による排気制御の具体例を説明する。ここで、排気管バルブ１１及び排気管バルブ１２の基本動作において、集合管１３９の排気管バルブ１１は、エンジン始動時の最低開度が所定開度に設定されている。この最低開度はエンジン仕様等によっても異なり、ある程度自由度を持つ。一方、排気管バルブ１２はエンジン始動時には全閉しており、エンジン始動後、所定のエンジン回転数で次第に開いくようになっている。

エンジン始動後、図１０（Ａ）のようにアクチュエータユニット１３の回転軸１７が駆動され、第１プーリ１８及び第２プーリ１９とも矢印α（回転角度も意味する）のように回転する。本実施形態において、エンジン出力（ＰＳ）は例えば図１１に示す例のようにエンジン回転数（低中速域Ｉ及び高速域II）（Ｎｅ）に応じて変化する。このようなエンジン出力特性に対応させてアクチュエータユニット１３を駆動し、これにより排気管バルブ１１，１２が開閉される。エンジン回転の低中速域Ｉにおいて排気管バルブ１１は第１プーリ１８の回転でワイヤケーブル１４を介して、初期の最低開度から角度α回転して全開し、即ち開度１００％になる。

この間、ワイヤケーブル１５の端子２６が第２プーリ１９の係止穴２７内で実質的に静止しており、第１プーリ１８及び第２プーリ１９が角度α回転後、図１０（Ｂ）のように係止穴２７の一端側（第２プーリ１９の回転方向後方側）に当接する。更に、アクチュエータユニット１３の回転軸１７が駆動され、この状態から第１プーリ１８及び第２プーリ１９とも矢印β（回転角度も意味する）のように回転する。エンジン回転の高速域IIにおいて、図１０（Ｃ）のように排気管バルブ１２は第２プーリ１９の回転でワイヤケーブル１５を介して開き始めると共に、排気管バルブ１１は全開状態に維持される。

本発明において、一方の操作部である第１プーリ１８はアクチュエータユニット１３の全作動範囲においてワイヤケーブル１４を常時動作させる。他方の操作部である第２プーリ１９は、アクチュエータユニット１３の所定の作動範囲（角度α）においてワイヤケーブル１５との接続が遮断され、つまりワイヤケーブル１５を動作させない非作動領域を持つ。

このように本発明によれば、特別な操作手段の動作制御や特定の操作部の動作を制限するためのストッパ機構等を設けることなく、この例では２つの排気管バルブ１１，１２をそれぞれ段階的に容易且つ的確に制御することができる。このため簡素な構成でありながら、適時に適量の排気流量調節が可能になり、エンジンでの燃焼状態を有効に改善できて出力及び燃料性能等を向上することができる。また、複数の排気管バルブ１１，１２を単一のアクチュエータユニット１３により操作可能であるため、装置の部品点数を減らして整備性や生産性等を向上する等の効果がある。

上述のようにエンジン回転数に応じて排気管バルブ１１，１２の開度を制御する。これらの排気管バルブ１１，１２を開閉する際の開閉速度は、アクチュエータユニット１３のステッピングモータの駆動制御によって、遅速を適宜調整することができる。また、特に第２プーリ１９の係止穴２７の大きさ（長さ）や位置等は適宜変更可能であり、本例では排気管バルブ１２の開閉タイミング等を必要に応じて設定可能である。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態では制御対象として２つの排気管バルブ１１，１２を制御する場合を説明したが、上記と同様に構成された第３、第４のプーリを増設することで第３、第４の制御対象を設定することも可能である。
また、本発明の排気制御装置は、２気筒あるいは４気筒以上の多気筒エンジンに対しても適用可能である。

１０排気制御装置、１１，１２排気管バルブ、１３アクチュエータユニット、１４，１５ワイヤケーブル、１６本体、１７回転軸、１８第１プーリ、１９第２プーリ、２０端子、２１係止穴、２２回転軸、２３従動プーリ、２４端子、２５リターンスプリング、２６端子、２７係止穴、２８連結パイプ、２９回転軸、３０従動プーリ、３１端子、３２リターンスプリング。

Claims

排気管の中間部に設けられた排気管バルブを開閉することで、排気管内の排気流量を調節する内燃機関の排気管バルブシステムであって、
複数の前記排気管バルブとこれらの排気管バルブの開閉操作を行うための操作手段とを有し、
前記操作手段は、ケーブルを介して複数の前記排気管バルブにそれぞれ接続され、それらを開閉する少なくとも２つの操作部を備え、
少なくとも１つの操作部は、前記操作手段の所定の作動範囲においてそのケーブルを動作させない非作動領域を持つことを特徴とする内燃機関の排気管バルブシステム。
前記操作部の非作動領域において、該操作部とそのケーブルとの接続が遮断されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気管バルブシステム。
前記非作動領域を持つ前記操作部とは別の操作部は、前記操作手段の全作動範囲においてそのケーブルを常時動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気管バルブシステム。