JP4290476B2 - 排気制御装置を備える車両 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に接続した排気管内の流路面積を制御する排気制御装置を備える車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、２輪車などの車両の内燃機関から排出する排気を通流させる排気管内に、内燃機関の排気バルブの間欠駆動に起因する脈動や慣性流が発生することが知られている。そして、このような排気管内での脈動や慣性流により内燃機関のトルク特性が変化することを防止するために、排気管の流路面積を制御する排気制御装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示されている排気制御装置は、２輪車の排気を制御するもので、エンジンの回転速度により排気管の膨張室の開口を開閉する弁の開度を制御する装置である。この排気制御装置は、エンジンの回転数に応じて開度特性のいずれかを選択して弁の目標開度を定め、この目標開度と現在の弁の開度とが一致するように弁を回動させるモータを制御する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５１６７６８号公報（第２頁、第３頁、第２図、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の排気制御装置を備える車両において、変速機が無段変速機である場合には、エンジン回転数とエンジンの負荷特性とは一致しないことがある。このため、エンジン回転数のみで排気制御装置の制御を行うと、必要のない領域で、上記の弁のような排気デバイスを駆動してしまうことがあり、所望のトルク特性を得られないことがある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは無段変速機を備える車両であっても全ての速度領域において所望のトルク特性が得られる排気制御装置を備える車両を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の請求項１にかかる発明は、内燃機関（例えば、実施形態のエンジン１）に接続した排気管（例えば、実施形態の排気管５）の流路面積を排気制御バルブ（例えば、実施形態の排気制御バルブ６）によって制御する排気制御装置とベルト式無段変速機とを備える車両において、前記排気制御バルブを駆動するアクチュエータ（例えば、実施形態のアクチュエータ１４）と、前記排気制御バルブの開度（例えば、実施形態のバルブ開度θＥＸ）を検出する開度検出手段（例えば、実施形態のバルブ開度センサ１５）と、前記内燃機関のスロットル開度（例えば、実施形態のスロットル開度θＴＨ）を検出するスロットル開度検出手段（例えば、実施形態のスロットル開度センサ１２）と、車両の車速（例えば、実施形態の車速Ｖｗ）を検出する車速検出手段（例えば、実施形態の車速検出手段１６）と、前記車速および前記スロットル開度に対して設定した前記排気制御バルブの目標開度加えて前記スロットル開度が前記車速に応じたエンジン出力を得られる開度よりも大きくなるとき、すなわち当該車両の傾斜角度の大きさ及び向きに基づき判定される当該車両の登坂時または前記内燃機関の吸気管内圧の大きさに基づき判定される前記内燃機関の高負荷時用に前記内燃機関の回転数（例えば、実施形態のエンジン回転数Ｎｅ）から得られる前記排気制御バルブの目標開度を記憶した記憶手段（例えば、実施形態の排気制御ユニット８）とを有し、前記記憶手段から得られる前記排気制御バルブの目標開度と、前記開度検出手段で検出する前記排気制御バルブの開度とを一致させるべく前記アクチュエータを駆動し、車速が２０ｋｍ／ｈから７０ｋｍ／ｈの場合であってスロットル開度が５０°以上の場合には排気制御バルブが５０％の開度に保たれ、車速が２０ｋｍ／ｈの場合でかつスロットル開度が２０°未満の場合には排気制御バルブが８０％の開度を目標開度とすることを特徴とする排気制御装置を備える車両。
【０００７】
このように構成した車両は、記憶手段にスロットル開度および車速に対応付けて記憶させた排気制御バルブの目標開度を、実際にスロットル開度検出手段で検出したスロットル開度と、車速検出手段で検出した車速とで検索し、そのときの排気制御バルブの目標開度を取得する。そして、この目標開度と、開度検出手段で検出する排気制御バルブの開度とが一致するように前記排気制御バルブを駆動させる制御信号をアクチュエータに出力する。
また、スロットル開度および車速に対して設定した目標開度に加えて、前記内燃機関の回転数と関連付けた目標開度も記憶してある。車両が登坂中であるときや、内燃機関が高負荷状態にあるときには、流路面積の目標値を内燃機関の回転数に応じて設定する。なお、登坂中であることの判定には、車両の傾斜角度を検出する傾斜角センサを用いることができる。更に、高負荷時であることの判定には、内燃機関に吸入量を検出するセンサや、吸気管の内圧センサを用いることができる。
この車両は、搭乗者が着座してハンドル操作を行って走行させる２輪車、または３輪バギー車、４輪バギー車などであり、内燃機関で発生させた駆動力を無段変速機で変速させた後に、駆動輪に伝達する構成を有し、内燃機関からの排気が通流する排気管の流路面積を上述の処理により制御するものである。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、前記スロットル開度および前記車速から前記排気制御バルブの目標開度を取得するモードと、前記回転数から前記排気制御バルブの目標開度を取得するモードとを手動により選択可能に構成したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成した車両は、排気制御バルブの目標開度を設定する際のパラメータを車両の挙動から自動的に判定するのではなく、搭乗者の操作により選択する構成を有する。なお、搭乗者が手動で選択する手段としては、ハンドルに取り付けたスイッチまたはレバーがあげられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の第一実施形態の基本的構成について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１のブロック図および図２の平断面図に示すような内燃機関であるエンジン１を備える車両２は、エンジン１のクランク軸２７の回転を、ベルト式無段変速機３を介して駆動輪Ｗｒを駆動させる２輪車または３輪バギーあるいは４輪バギーである。図１に示すように、この車両２のエンジン１には、混合気を導入する吸気管４と、燃焼後の混合気を排出する排気管５とを接続してあり、排気管５にはエンジン１から排出される排気の通流を、その流路面積を変化させることで制御する排気デバイスとして、排気制御バルブ６およびアクチュエータ１４を有する。なお、エンジン１の動作はエンジン制御ユニット７で制御し、排気制御バルブ６は排気制御ユニット８で制御する。
【００１５】
エンジン１に吸気を行わせる吸気管４には、エンジン１の吸入空気量を調整する吸気絞り弁であるスロットルバルブ９と、吸入空気に燃料を噴射するインジェクタ１０とを、空気の吸入方向に沿って順番に配設してある。スロットルバルブ９の開閉は、モータなどのアクチュエータ１１で制御しており、その開度はスロットル開度検出手段であるバルブ開度センサ１２で検出する。また、スロットルバルブ９の配設位置からインジェクタ１０の配設位置までの間には吸気管４内の圧力を検出する内圧センサ１３を取り付けてある。
【００１６】
エンジン１からの排気を通流させる排気管５には、エンジン１からマフラー（不図示）に至るまでの間に排気管５の流路面積を調整する排気制御バルブ６を設けてある。排気制御バルブ６としては、例えば、排気管５内に回動可能に軸支されたバタフライバルブを用いることができる。この場合の流路面積は、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸにより流路面積がゼロから所定の最大値まで連続的に変化する。排気制御バルブ６の設置位置は、エンジン１が多気筒型のエンジンである場合に、各気筒からの排気が合流する部分に配設することが望ましい。また、排気制御バルブ６の開閉は、モータなどのアクチュエータ１４により制御し、その開度は開度検出手段であるバルブ開度センサ１５で検出する。
【００１７】
エンジン１の制御を統括的に行うエンジン制御ユニット７は、吸気側のスロットルバルブ９やインジェクタ１０の制御を行うと共に、空気と燃料からなる混合気への点火などを行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。このエンジン制御ユニット７に入力する情報としては、内圧センサ１３が検出した吸気管４内の圧力Ｐｂ、スロットルバルブ９のバルブ開度センサ１２で検出したスロットル開度θＴＨ、車速検出手段１６で検出した車速Ｖｗ、排気制御ユニット８を介して取得する排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸがあげられ、この他にも水温センサ１７で検出するエンジン１の冷却水の温度ＴＷや、クランク角センサ１８で検出するクランク軸２７（図２参照）の回転角度ＣＬＫなどもある。
【００１８】
ここで、エンジン制御ユニット７が出力する情報としては、エンジン１に吸入空気量に応じてインジェクタ１０から燃料を噴射させる制御信号や、排気制御ユニット８に出力するスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗがあげられる。また、この他にも、点火プラグ１９を放電させてエンジン１内の混合気に着火させるような制御信号も出力される。なお、各種の角度や温度の情報は、センサ側で演算した角度や温度の情報であっても良いし、エンジン制御ユニット７や排気制御ユニット８で演算して角度や温度が得られるような信号であっても良い。
【００１９】
排気管５の流路面積を制御する電子制御ユニットである排気制御ユニット８は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、所定の電気回路から構成してあり、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸを制御する。排気制御ユニット８に入力する情報としては、排気バルブの開度θＥＸと、エンジン制御ユニット７を経由して取得するスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗがあげられる。また、排気制御ユニット８が出力する情報としては、排気制御バルブ６を回動させるアクチュエータ１４を駆動させる制御信号と、エンジン制御ユニット７に出力する排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸとがある。
【００２０】
この排気制御ユニット８は、スロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗに基づいて排気制御バルブ６の目標開度を設定し、この目標開度と実際のバルブ開度θＥＸとが一致するようにアクチュエータ１４に対してフィードバック制御を行う。この際に、排気制御ユニット８は、ＲＯＭなどの記憶手段にあらかじめ登録してある目標値設定情報を用いる。目標値設定情報としては図３に構成を例示するマップ２０があげられる。マップ２０は、列方向に車速Ｖｗを所定の速度ごとに区切って配列すると共に、行方向にスロットル開度θＴＨを所定の角度ごとに区切って配列し、列方向の車速Ｖｗと行方向のスロットル開度θＴＨとで排気制御バルブ６の目標開度を特定できるように構築してある。図３の例では、車速Ｖｗが５０ｋｍで、スロットル角度θＴＨが５０°のときには、排気制御バルブ６の目標開度として５０％という値を得る。なお、この目標開度に応じて流路面積が定まるので、目標開度は流路面積の目標値に相当する。また、目標開度には、バルブ開度θＥＸの最大値を１００％とする目標開度率を用いる他に、角度や、アクチュエータ１４の駆動量など、流路面積を一義的に決定できる数値を用いることができる。
【００２１】
このような処理を行う排気制御ユニット８は、マップ２０を記憶する記憶手段、排気制御バルブ６のバルブ開度センサ１５の出力値から排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸを演算する開度演算手段、スロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗからマップを検索して目標開度を取得する検索手段、取得した目標開度に応じてアクチュエータ１４をフィードバック制御して排気制御バルブ６を駆動させる駆動制御手段を有する装置といえる。
【００２２】
なお、本実施形態の排気制御装置は、上記の排気制御バルブ６およびそのアクチュエータ１４ならびにバルブ開度センサ１５と、スロットル開度センサ１２と、車速検出手段１６と、排気制御ユニット８と含んで構成される。
【００２３】
次に、図２に基づいて本実施形態のエンジン１と、エンジン１のクランク軸２７の回転を駆動輪Ｗｒに伝達するベルト式無段変速機３について説明する。なお、図２は、エンジン１およびベルト式無段変速機３の平断面図であり、共に車体のフレーム（不図示）に固定してあるものとする。
【００２４】
図２に示すエンジン１は、駆動輪Ｗｒよりも前側において２本のシリンダ２１を略水平方向に延設させたシリンダブロック２２を有し、シリンダブロック２２の前方の端部を覆うようにシリンダヘッド２３ならびにシリンダヘッドカバー２４を固定してある。シリンダブロック２２のシリンダ２１のそれぞれには、ピストン２５を摺動可能に収容してある。ピストン２５は、コネクティングロッド２６を介してクランク軸２７に連結してある。クランク軸２７は、シリンダブロック２２に固定したクランクケース２８に軸支されている。シリンダヘッド２３には、吸気管４（図１参照）から混合気を吸入する際に開く吸気バルブ２９と、燃焼後の混合気を排気管５（図１参照）に排出する際に開く排気バルブ３０と、吸入した混合気に所定のタイミングで点火する点火プラグ３１とを、ピストン２６を臨む位置に配設してある。なお、図３には一方の気筒に吸気バルブ２９および排気バルブ３０を図示し、他方の気筒に点火プラグ３１を図示してあるが、各気筒に吸気バルブ２９、排気バルブ３０および点火プラグ３１が配設してあるものとする。
【００２５】
この吸気バルブ２９および排気バルブ３０の開閉は、動弁機構により行う。動弁機構は、シリンダヘッド２３内のカム軸３２と、バルブ２９，３０の取り付け位置に合わせてカム軸に一体的に形成したカム３２ａとを含んで構成される。カム軸３２は、その一端側に設けたカムチェーンスプロケット３２ｂと、クランク軸２７のクランクケース２８から突出した一端側に設けたドライブチェーンスプロケット２７ａとの間に架け渡したタイミングチェーン３３により、クランク軸２７に同期して回転させられる。なお、ドライブチェーンスプロケット２７ａを備えるクランク軸２７の一端側には発電機３４を構築するアウタロータ３４ａを装着してあり、クランクケース２８側に固定した発電機３４のインナーステータ３４ｂと協働してクランク軸２７の回転を電気エネルギに変換し、不図示のバッテリに受電できるようにしてある。
【００２６】
一端に発電機３４を備えるクランク軸２７の他端側は、クランクケース２８から突出し、ここにベルト式無段変速機３の駆動プーリ４１が取り付けられている。ベルト式無段変速機３は、クランク軸２７の他端から駆動輪Ｗｒの車軸５１までを連続して覆う変速機ケース４２を有し、ベアリング４３などでエンジン１に対して揺動可能に取り付けてある。変速機ケース４２は、クランクケース２８を挟むように配した基端部４２ａおよび基端部４２ｂを有する。クランク軸２７の他端側に配設した基端部４２ａからは車軸５１の他端を軸支するフォーク部４２ｃを延設させてあり、基端部４２ａに対向配置した基端部４２ｂからは車軸５１の一端を軸支するフォーク部４２ｄを延設させてある。さらに、基端部４２ａ，４２ｂどうしは連結部４２ｅ，４２ｆで連結してある。
【００２７】
このベルト式無段変速機３は、変速機ケース４２の基端部４２ａ内でクランク軸２７に取り付けた駆動プーリ４１と、変速機ケース４２のフォーク部４２ｃ側に軸支した従動軸４４に設けた従動プーリ４５との間に無端状のＶベルト４６を架け渡し、クランク軸２７の回転を、Ｖベルト４６、従動プーリ４５、従動軸に連動するギヤ列４７ａ，４７ｂ，４７ｃおよび中間軸４８からなる減速機構を介して、クランク軸２７と平行に軸支した車軸５１に伝達する構成を有する。
【００２８】
駆動プーリ４１は、クランク軸２７に固着した固定プーリ半体４１ａと、遠心機構４９によりクランク軸２７の軸方向に摺動可能な可動プーリ半体４１ｂとを有し、対向する固定プーリ半体４１ａおよび可動プーリ半体４１ｂが形成する溝にＶベルト４６を巻き掛けてある。一方、従動プーリ４５は、従動軸４４に発進用の遠心クラッチ５０を介して取り付けた固定プーリ半体４５ａと、スプリング５２で固定プーリ半体４５ａに向けて付勢した可動プーリ半体４５ｂとからなり、固定プーリ半体４５ａと可動プーリ半体４５ｂとが形成する溝にＶベルト４６を巻き掛けてある。なお、クランク軸２７の回転速度が増大すると、駆動プーリ４１において、遠心機構４９の遠心ウエイトに遠心力が作用して可動プーリ半体４１ｂを固定プーリ半体４１ａ側に摺動させる。可動プーリ半体４１ｂが摺動した分だけ固定プーリ半体４１ａに近接して駆動プーリ４１の溝幅が減少するので、駆動プーリ４１とＶベルト４６との接触位置が駆動プーリ４１の半径方向外側にずれ、Ｖベルト４６の巻き掛け径が増大する。また、これに伴い、従動プーリ４５の固定プーリ半体４５ａおよび可動プーリ半体４５ｂの溝幅が増加する。このように、クランク軸２７の回転数に応じて連続的にＶベルト４６の巻き掛け径を変化させることで、ベルト式無段変速機３は、変速比を自動的に、かつ無段階に変化させる。
【００２９】
本実施形態の排気制御装置の基本的構成の作用について説明する。
まず、搭乗者が車両２のエンジン１を始動させると、エンジン制御ユニット７および排気制御ユニット８ならびにその他の備品に電力が供給される。エンジン制御ユニット７は、吸気管４内の内圧Ｐｂ、スロットル開度θＴＨ、車速Ｖｗ、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸ、冷却水の温度ＴＷや、クランク軸２７の回転角度ＣＬＫを取得し、燃料の噴射量および点火のタイミングを演算し、インジェクタ１０および点火プラグ１９に制御信号を出力する。また、エンジン１の始動により、図２のクランク軸２７に連動して回転するカム軸３２によりエンジン１の吸気バルブ２９が所定のタイミングで開閉し、混合気がエンジン１の燃焼室内に供給される。また、混合気を燃焼させた後には、カム軸３２の回転により排気バルブ３０が開いて、燃焼後の混合気が排気として図１の排気管５に排出される。そして、走行を開始すると、ベルト式無段変速機３は、エンジン回転数Ｎｅと駆動輪Ｗｒの回転数とに応じてＶベルト４６の巻き掛け径を変化させながら、クランク軸２７の回転を駆動輪Ｗｒに伝達し、駆動輪Ｗｒを所定の変速比で回転させる。
【００３０】
一方、排気制御ユニット８は、エンジン制御ユニット７を経由して取得するスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗをパラメータとしてマップ２０（図３参照）を検索して、排気制御バルブ６の目標開度を取得する。そして、この目標開度と実際の排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸとの偏差を演算し、この偏差がゼロになるようにアクチュエータ１４を駆動させる。例えば、中速や低速で走行し、エンジン回転数Ｎｅおよび変速比が小さいときに、車両２を加速させようとした場合、つまり車速Ｖｗが小さいか中程度（例えば、２０ｋｍ／ｈから７０ｋｍ／ｈ）で、スロットル開度θＴＨが比較的に大きいとき（例えば、５０°以上）には、排気制御バルブ６の目標開度として、いわゆる排気脈動効果が生じる中程度の値をマップ２０に格納してある。このため、排気制御バルブ６の開度が中程度に保たれ、排気管５内を逆流する排気の量が減少し、その分だけエンジン１が未燃の混合気を導入しやすくなり、エンジン１の出力を増大させることができる。なお、車速Ｖｗは小さいが、スロットル開度θＴＨが小さい場合（例えば、２０°未満）には、エンジン１からの排気が少ないので排気制御バルブ６の目標開度として、大きな値（例えば、８０％）をマップ２０に格納してある。また、車速Ｖｗが大きい場合（例えば、７０ｋｍ／ｈ以上）では、排気制御バルブ６の目標開度として、大きな値（例えば、８０％）をマップ２０に格納してある。
【００３１】
このように、搭乗者の操作意志を示すスロットル開度θＴＨと、車体の制御の結果として現れる車速Ｖｗとに着目して、最適なエンジン出力が得られる排気制御バルブ６の目標開度と車速Ｖｗおよびスロットル開度θＴＨとを対応付けた目標値設定情報（マップ２０）を排気制御ユニット８に持たせ、このマップ２０を参照して排気制御バルブ６の開度を制御するようにしたので、ベルト式無段変速機３を備える車両２においてエンジン回転数Ｎｅがエンジン１の負荷特性と一致しない場合であっても、不必要な領域で排気制御バルブ６が大きく駆動したり、必要な領域で駆動しなかったりすることを防止し、所望のトルク特性を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明の第一実施形態は上述構成に加えて以下の構成を備えている。なお、図４はこの実施形態の排気制御バルブの制御にかかる構成要素を主に図示してある。また、前述と同一の構成要素には同じ符号を付すと共に、重複する説明は省略する。
【００３３】
図４に示すように、車両２は、車両２の傾斜角度を検出する傾斜センサ６１を備えると共に、排気制御ユニット８が、傾斜角度θＳに応じた排気制御バルブ６の開度制御を行う構成を有する。したって、この実施形態の排気制御装置は、排気制御バルブ６およびそのアクチュエータ１４ならびにバルブ開度センサ１５と、スロットル開度センサ１２と、車速検出手段１６と、傾斜センサ６１と、排気制御ユニット８とを含んで構成される。
【００３４】
エンジン制御ユニット７は、吸気管４（図１参照）内の内圧Ｐｂ、冷却水の温度ＴＷ、クランク軸２７（図２参照）の回転角度ＣＬＫ、スロットル開度θＴＨ、車速Ｖｗ、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸに加えて、傾斜角度θＳについての情報を取得し、エンジン１に対して必要な制御を行うと共に、クランク軸２７の回転角度ＣＬＫから演算したエンジン回転数Ｎｅ、車速Ｖｗ、スロットル開度θＴＨ、傾斜角度θＳを排気制御ユニット８に出力する。
【００３５】
排気制御ユニット８は、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸに加えて、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θＴＨ、車速Ｖｗ、傾斜角度θＳを取得し、排気制御バルブ６を回動させるアクチュエータ１４の制御を行う。傾斜角度θＳから車両２が登坂中（登坂モード）であると判定したときには、図５に例示するテーブル６２を用いて目標開度を設定し、それ以外の場合（通常走行モード）の場合は、図２に例示するマップ２０を用いて目標開度を設定する。なお、このような排気制御ユニット８は、記憶手段、開度演算手段、傾斜角度および傾斜方向に応じて登坂モードまたは通常走行モードを選択するモード選択手段、選択したモードに応じて目標開度を検索する検索手段、および駆動制御手段を有する装置といえる。
【００３６】
図５に例示する登坂時に使用するテーブル６２は、エンジン回転角度Ｎｅをパラメータとする排気制御バルブ６の目標開度として目標開度率を設定したものである。このテーブル６２では、エンジン１の低回転域（例えば、１０００ｒｐｍから３０００ｒｐｍ）、中回転域（例えば、３０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍ）、高回転域（例えば、５０００ｒｐｍから８０００ｒｐｍ）のそれぞれの領域で、エンジン回転数Ｎｅの増加に伴って必要なエンジン出力が得られるように排気制御バルブ６の目標開度が増加傾向を有し、高回転域では全開に相当する開度に達する。増加傾向を有する目標開度の変化の割合としては、高回転域が最も大きく、次いで中回転域が大きく、低回転域が最も小さい。なお、この特性は、車両２のエンジン１の排気量や気筒数、排気管５の形状や長さにより適宜選択されるものとする。
【００３７】
次に、第一実施形態の作用について説明する。
まず、エンジン１が始動したら、排気制御ユニット８は、傾斜角度θＳから車両２の走行モードを判定する。傾斜角度θＳにより傾斜方向が車体の前側が後側に対して高くなる方向である場合には登坂モードとみなす。これに対して、傾斜角度θＳにより体の前側が後側に対して低くなる方向に傾斜していた場合には、下り坂を走行中と判定して通常走行モードとみなす。
【００３８】
登坂モードと判定したときに、排気制御ユニット８は、エンジン制御ユニット７から取得するエンジン回転数Ｎｅでテーブル６２を検索し、得られる目標開度に排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸが一致するようにアクチュエータ１４に対してフィードバック制御を行う。また、通常走行モードと判定したときには、上記の基本的構成のように車速Ｖｗとスロットル開度θＴＨとから目標開度をマップ検索し、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸが目標開度に一致するようにフィードバック制御を行う。
【００３９】
このように、この実施形態の排気制御装置は、通常走行モードでは車速Ｖｗおよびスロットル開度θＴＨとから排気制御バルブ６の目標開度として最適な値を設定し、登坂時にはエンジン回転数Ｎｅに応じて排気制御バルブ６の目標開度を設定するようにした。これは、登坂時には、高負荷がかかることでベルト式無段変速機３の変速比が小さく設定され、エンジン回転数Ｎｅがエンジン１の負荷特性に近づくからである。さらに、登坂時には、スロットル開度θＴＨを大きくしても、通常走行時ほどには車速Ｖｗが大きくならないことがあるので、通常走行時を想定して作成したマップ２０を用いて排気制御バルブ６を制御するよりもエンジン回転数Ｎｅをパラメータとして排気制御バルブ６を制御した方が所望のエンジン出力を得やすいからである。
【００４０】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図６はこの実施形態の排気制御バルブの制御にかかる構成要素を主に図示してある。また、上記実施形態と同一の構成要素には同じ符号を付すと共に、重複する説明は省略する。
【００４１】
図６に示すように、車両２は、搭乗者が操作するハンドル（不図示）に通常走行モードと登坂モードとを手動で切り替える選択手段であるスイッチ７１を備える。なお、本実施形態の排気制御装置は、上記の排気制御バルブ６およびそのアクチュエータ１４ならびにバルブ開度センサ１５と、スロットル開度センサ１２と、スイッチ７１と、排気制御ユニット８と含んで構成される。
【００４２】
排気制御ユニット８は、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θＴＨ、および車速Ｖｗに加えてスイッチ７１からの出力信号Ｓｗを取得し、排気制御バルブ６を回動させるアクチュエータ１４の制御を行う。スイッチ７１からの出力信号Ｓｗが上記の登坂モードに相当する信号である場合には、図５に例示するテーブル６２を用いて排気制御バルブ６の目標開度を設定する。一方、スイッチ７１からの出力信号Ｓｗが通常走行モードに相当する信号である場合には、図２に例示するマップ２０を用いて排気制御バルブ６の目標開度を設定する。なお、このような排気制御ユニット８は、記憶手段、開度演算手段、搭乗者の選択に応じて登坂モードまたは通常走行モードを選択するモード選択手段、選択したモードに応じて目標開度を検索する検索手段、および駆動制御手段を有する装置といえる。
【００４３】
この排気制御装置による制御は、初期設定として図２に示すマップ２０を用いてスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗをパラメータとして、マップ検索を行って排気制御バルブ６の目標開度に設定し、これに従って排気制御バルブ６の開度制御を行う。そして、搭乗者がスイッチ７１を操作して登坂モードに切り替えたときには、図５に例示するテーブル６２を用いてエンジン回転数Ｎｅをパラメータとしてテーブル検索を行って排気制御バルブ６の目標開度を設定し、これに従って排気制御バルブ６の開度制御を行う。また、搭乗者の選択により登坂モードで排気制御バルブ６の開度制御をしているときに、スイッチ７１が通常走行モードに切り替えられたときには、通常走行モードで排気制御バルブ６の開度制御を行う。
【００４４】
このような車両２は、傾斜センサを備えなくても、上記した第一実施形態のように、登坂時に適切なエンジン出力を得ることができる。また、登坂モードはエンジン１に高負荷がかかるモードとみなすこともできるので、登坂時以外であってもエンジン１に高負荷がかかる場合には、搭乗者の選択によりエンジン回転数Ｎｅをパラメータとする排気制御バルブ６の開度制御を行うことが可能になる。
さらに、搭乗者の選択によりエンジン１の出力特性を変化させることが可能になる。
【００４５】
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されずに広く応用することが可能である。
第一実施形態において、傾斜角度θＳの代わりに吸気管４の内圧Ｐｂをエンジン制御ユニット７から排気制御ユニット８に入力し、内圧Ｐｂの大きさで通常走行モードと、登坂モードに相当する高負荷モードとを選択し、高負荷モードの場合に図５のテーブル６２を用いてエンジン回転数Ｎｅで排気制御バルブ６の開度制御を行っても良い。内圧Ｐｂを用いるのは、内圧Ｐｂはエンジン１に吸気される気体量により変化するので、内圧Ｐｂをモニタすることで吸入空気量、つまりエンジン１に必要とされる出力を推定することができるからである。
また、エンジン制御ユニット７と排気制御ユニット８とは、１つの電子制御ユニットから構成しても良い。
さらに、ベルト式無段変速機３の代わりに、トロイダル式の無段変速機や、コーン型の無段変速機を使用することもできる。また、静油圧式の無段変速機でも良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１によれば、スロットル開度および車両の速度をパラメータとして排気制御バルブの開度を調整することができるので、内燃機関の回転数と駆動輪の回転数とが必ずしも一致せずに、回転数からは負荷特性を特定できないときであっても、排気制御バルブを適切に稼動させて所望のトルク特性を得ることができ、走行特性を向上できる。この効果は、車両が低速走行しているときや、中速で走行しているときに顕著になる。
【００４７】
また、登坂時や、内燃機関に高い負荷がかかっているときの排気制御バルブの開度の制御を、内燃機関の回転数に従って行うことができるので、特定の条件下においても排気制御バルブを適切に稼動させることでき、所望のトルク特性を得ることができる。
そして、車両の走行状態や、搭乗者の嗜好に合わせて排気制御バルブの開度を制御できるので、良好な走行特性を有する車両が得られる。
【００４８】
請求項２によれば、傾斜角や、その他のセンサを用いて画一的にパラメータの選択ができない場合にも適切な制御が可能になるし、搭乗者の好みに応じたトルク特性を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における車両および排気制御装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の各実施形態におけるエンジンおよびベルト式無段変速機の平断面図である。
【図３】 スロットル開度および車速をパラメータとした場合の排気制御バルブの目標開度のマップを示す図である。
【図４】 本発明の第一実施形態における排気制御装置を示す図である。
【図５】 エンジンの回転数をパラメータとした場合の排気制御バルブの目標開度のテーブルを示す図である。
【図６】 本発明の第二実施形態における排気制御装置を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
２ 車両
３ ベルト式無段変速機
５ 排気管
６ 排気制御バルブ
８ 排気制御ユニット
１２スロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）
１４アクチュエータ
１５バルブ開度センサ（開度検出手段）
１６車速検出手段
２０マップ
６２テーブル
θＥＸ バルブ開度
θＴＨ スロットル開度
Ｖｗ車速
Ｎｅエンジン回転数
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に接続した排気管内の流路面積を制御する排気制御装置を備える車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、２輪車などの車両の内燃機関から排出する排気を通流させる排気管内に、内燃機関の排気バルブの間欠駆動に起因する脈動や慣性流が発生することが知られている。そして、このような排気管内での脈動や慣性流により内燃機関のトルク特性が変化することを防止するために、排気管の流路面積を制御する排気制御装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示されている排気制御装置は、２輪車の排気を制御するもので、エンジンの回転速度により排気管の膨張室の開口を開閉する弁の開度を制御する装置である。この排気制御装置は、エンジンの回転数に応じて開度特性のいずれかを選択して弁の目標開度を定め、この目標開度と現在の弁の開度とが一致するように弁を回動させるモータを制御する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５１６７６８号公報（第２頁、第３頁、第２図、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の排気制御装置を備える車両において、変速機が無段変速機である場合には、エンジン回転数とエンジンの負荷特性とは一致しないことがある。このため、エンジン回転数のみで排気制御装置の制御を行うと、必要のない領域で、上記の弁のような排気デバイスを駆動してしまうことがあり、所望のトルク特性を得られないことがある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは無段変速機を備える車両であっても全ての速度領域において所望のトルク特性が得られる排気制御装置を備える車両を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の請求項１にかかる発明は、内燃機関（例えば、実施形態のエンジン１）に接続した排気管（例えば、実施形態の排気管５）の流路面積を排気制御バルブ（例えば、実施形態の排気制御バルブ６）によって制御する排気制御装置とベルト式無段変速機とを備える車両において、前記排気制御バルブを駆動するアクチュエータ（例えば、実施形態のアクチュエータ１４）と、前記排気制御バルブの開度（例えば、実施形態のバルブ開度θＥＸ）を検出する開度検出手段（例えば、実施形態のバルブ開度センサ１５）と、前記内燃機関のスロットル開度（例えば、実施形態のスロットル開度θＴＨ）を検出するスロットル開度検出手段（例えば、実施形態のスロットル開度センサ１２）と、車両の車速（例えば、実施形態の車速Ｖｗ）を検出する車速検出手段（例えば、実施形態の車速検出手段１６）と、前記車速および前記スロットル開度に対して設定した前記排気制御バルブの目標開度加えて前記スロットル開度が前記車速に応じたエンジン出力を得られる開度よりも大きくなるとき、すなわち当該車両の傾斜角度の大きさ及び向きに基づき判定される当該車両の登坂時または前記内燃機関の吸気管内圧の大きさに基づき判定される前記内燃機関の高負荷時用に前記内燃機関の回転数（例えば、実施形態のエンジン回転数Ｎｅ）から得られる前記排気制御バルブの目標開度を記憶した記憶手段（例えば、実施形態の排気制御ユニット８）とを有し、前記記憶手段から得られる前記排気制御バルブの目標開度と、前記開度検出手段で検出する前記排気制御バルブの開度とを一致させるべく前記アクチュエータを駆動し、車速が２０ｋｍ／ｈから７０ｋｍ／ｈの場合であってスロットル開度が５０°以上の場合には排気制御バルブが５０％の開度に保たれ、車速が２０ｋｍ／ｈの場合でかつスロットル開度が２０°未満の場合には排気制御バルブが８０％の開度を目標開度とすることを特徴とする排気制御装置を備える車両。
【０００７】
このように構成した車両は、記憶手段にスロットル開度および車速に対応付けて記憶させた排気制御バルブの目標開度を、実際にスロットル開度検出手段で検出したスロットル開度と、車速検出手段で検出した車速とで検索し、そのときの排気制御バルブの目標開度を取得する。そして、この目標開度と、開度検出手段で検出する排気制御バルブの開度とが一致するように前記排気制御バルブを駆動させる制御信号をアクチュエータに出力する。
また、スロットル開度および車速に対して設定した目標開度に加えて、前記内燃機関の回転数と関連付けた目標開度も記憶してある。車両が登坂中であるときや、内燃機関が高負荷状態にあるときには、流路面積の目標値を内燃機関の回転数に応じて設定する。なお、登坂中であることの判定には、車両の傾斜角度を検出する傾斜角センサを用いることができる。更に、高負荷時であることの判定には、内燃機関に吸入量を検出するセンサや、吸気管の内圧センサを用いることができる。
この車両は、搭乗者が着座してハンドル操作を行って走行させる２輪車、または３輪バギー車、４輪バギー車などであり、内燃機関で発生させた駆動力を無段変速機で変速させた後に、駆動輪に伝達する構成を有し、内燃機関からの排気が通流する排気管の流路面積を上述の処理により制御するものである。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、前記スロットル開度および前記車速から前記排気制御バルブの目標開度を取得するモードと、前記回転数から前記排気制御バルブの目標開度を取得するモードとを手動により選択可能に構成したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成した車両は、排気制御バルブの目標開度を設定する際のパラメータを車両の挙動から自動的に判定するのではなく、搭乗者の操作により選択する構成を有する。なお、搭乗者が手動で選択する手段としては、ハンドルに取り付けたスイッチまたはレバーがあげられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の第一実施形態の基本的構成について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１のブロック図および図２の平断面図に示すような内燃機関であるエンジン１を備える車両２は、エンジン１のクランク軸２７の回転を、ベルト式無段変速機３を介して駆動輪Ｗｒを駆動させる２輪車または３輪バギーあるいは４輪バギーである。図１に示すように、この車両２のエンジン１には、混合気を導入する吸気管４と、燃焼後の混合気を排出する排気管５とを接続してあり、排気管５にはエンジン１から排出される排気の通流を、その流路面積を変化させることで制御する排気デバイスとして、排気制御バルブ６およびアクチュエータ１４を有する。なお、エンジン１の動作はエンジン制御ユニット７で制御し、排気制御バルブ６は排気制御ユニット８で制御する。
【００１５】
エンジン１に吸気を行わせる吸気管４には、エンジン１の吸入空気量を調整する吸気絞り弁であるスロットルバルブ９と、吸入空気に燃料を噴射するインジェクタ１０とを、空気の吸入方向に沿って順番に配設してある。スロットルバルブ９の開閉は、モータなどのアクチュエータ１１で制御しており、その開度はスロットル開度検出手段であるバルブ開度センサ１２で検出する。また、スロットルバルブ９の配設位置からインジェクタ１０の配設位置までの間には吸気管４内の圧力を検出する内圧センサ１３を取り付けてある。
【００１６】
エンジン１からの排気を通流させる排気管５には、エンジン１からマフラー（不図示）に至るまでの間に排気管５の流路面積を調整する排気制御バルブ６を設けてある。排気制御バルブ６としては、例えば、排気管５内に回動可能に軸支されたバタフライバルブを用いることができる。この場合の流路面積は、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸにより流路面積がゼロから所定の最大値まで連続的に変化する。排気制御バルブ６の設置位置は、エンジン１が多気筒型のエンジンである場合に、各気筒からの排気が合流する部分に配設することが望ましい。また、排気制御バルブ６の開閉は、モータなどのアクチュエータ１４により制御し、その開度は開度検出手段であるバルブ開度センサ１５で検出する。
【００１７】
エンジン１の制御を統括的に行うエンジン制御ユニット７は、吸気側のスロットルバルブ９やインジェクタ１０の制御を行うと共に、空気と燃料からなる混合気への点火などを行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。このエンジン制御ユニット７に入力する情報としては、内圧センサ１３が検出した吸気管４内の圧力Ｐｂ、スロットルバルブ９のバルブ開度センサ１２で検出したスロットル開度θＴＨ、車速検出手段１６で検出した車速Ｖｗ、排気制御ユニット８を介して取得する排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸがあげられ、この他にも水温センサ１７で検出するエンジン１の冷却水の温度ＴＷや、クランク角センサ１８で検出するクランク軸２７（図２参照）の回転角度ＣＬＫなどもある。
【００１８】
ここで、エンジン制御ユニット７が出力する情報としては、エンジン１に吸入空気量に応じてインジェクタ１０から燃料を噴射させる制御信号や、排気制御ユニット８に出力するスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗがあげられる。また、この他にも、点火プラグ１９を放電させてエンジン１内の混合気に着火させるような制御信号も出力される。なお、各種の角度や温度の情報は、センサ側で演算した角度や温度の情報であっても良いし、エンジン制御ユニット７や排気制御ユニット８で演算して角度や温度が得られるような信号であっても良い。
【００１９】
排気管５の流路面積を制御する電子制御ユニットである排気制御ユニット８は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、所定の電気回路から構成してあり、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸを制御する。排気制御ユニット８に入力する情報としては、排気バルブの開度θＥＸと、エンジン制御ユニット７を経由して取得するスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗがあげられる。また、排気制御ユニット８が出力する情報としては、排気制御バルブ６を回動させるアクチュエータ１４を駆動させる制御信号と、エンジン制御ユニット７に出力する排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸとがある。
【００２０】
この排気制御ユニット８は、スロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗに基づいて排気制御バルブ６の目標開度を設定し、この目標開度と実際のバルブ開度θＥＸとが一致するようにアクチュエータ１４に対してフィードバック制御を行う。この際に、排気制御ユニット８は、ＲＯＭなどの記憶手段にあらかじめ登録してある目標値設定情報を用いる。目標値設定情報としては図３に構成を例示するマップ２０があげられる。マップ２０は、列方向に車速Ｖｗを所定の速度ごとに区切って配列すると共に、行方向にスロットル開度θＴＨを所定の角度ごとに区切って配列し、列方向の車速Ｖｗと行方向のスロットル開度θＴＨとで排気制御バルブ６の目標開度を特定できるように構築してある。図３の例では、車速Ｖｗが５０ｋｍで、スロットル角度θＴＨが５０°のときには、排気制御バルブ６の目標開度として５０％という値を得る。なお、この目標開度に応じて流路面積が定まるので、目標開度は流路面積の目標値に相当する。また、目標開度には、バルブ開度θＥＸの最大値を１００％とする目標開度率を用いる他に、角度や、アクチュエータ１４の駆動量など、流路面積を一義的に決定できる数値を用いることができる。
【００２１】
このような処理を行う排気制御ユニット８は、マップ２０を記憶する記憶手段、排気制御バルブ６のバルブ開度センサ１５の出力値から排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸを演算する開度演算手段、スロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗからマップを検索して目標開度を取得する検索手段、取得した目標開度に応じてアクチュエータ１４をフィードバック制御して排気制御バルブ６を駆動させる駆動制御手段を有する装置といえる。
【００２２】
なお、本実施形態の排気制御装置は、上記の排気制御バルブ６およびそのアクチュエータ１４ならびにバルブ開度センサ１５と、スロットル開度センサ１２と、車速検出手段１６と、排気制御ユニット８と含んで構成される。
【００２３】
次に、図２に基づいて本実施形態のエンジン１と、エンジン１のクランク軸２７の回転を駆動輪Ｗｒに伝達するベルト式無段変速機３について説明する。なお、図２は、エンジン１およびベルト式無段変速機３の平断面図であり、共に車体のフレーム（不図示）に固定してあるものとする。
【００２４】
図２に示すエンジン１は、駆動輪Ｗｒよりも前側において２本のシリンダ２１を略水平方向に延設させたシリンダブロック２２を有し、シリンダブロック２２の前方の端部を覆うようにシリンダヘッド２３ならびにシリンダヘッドカバー２４を固定してある。シリンダブロック２２のシリンダ２１のそれぞれには、ピストン２５を摺動可能に収容してある。ピストン２５は、コネクティングロッド２６を介してクランク軸２７に連結してある。クランク軸２７は、シリンダブロック２２に固定したクランクケース２８に軸支されている。シリンダヘッド２３には、吸気管４（図１参照）から混合気を吸入する際に開く吸気バルブ２９と、燃焼後の混合気を排気管５（図１参照）に排出する際に開く排気バルブ３０と、吸入した混合気に所定のタイミングで点火する点火プラグ３１とを、ピストン２６を臨む位置に配設してある。なお、図３には一方の気筒に吸気バルブ２９および排気バルブ３０を図示し、他方の気筒に点火プラグ３１を図示してあるが、各気筒に吸気バルブ２９、排気バルブ３０および点火プラグ３１が配設してあるものとする。
【００２５】
この吸気バルブ２９および排気バルブ３０の開閉は、動弁機構により行う。動弁機構は、シリンダヘッド２３内のカム軸３２と、バルブ２９，３０の取り付け位置に合わせてカム軸に一体的に形成したカム３２ａとを含んで構成される。カム軸３２は、その一端側に設けたカムチェーンスプロケット３２ｂと、クランク軸２７のクランクケース２８から突出した一端側に設けたドライブチェーンスプロケット２７ａとの間に架け渡したタイミングチェーン３３により、クランク軸２７に同期して回転させられる。なお、ドライブチェーンスプロケット２７ａを備えるクランク軸２７の一端側には発電機３４を構築するアウタロータ３４ａを装着してあり、クランクケース２８側に固定した発電機３４のインナーステータ３４ｂと協働してクランク軸２７の回転を電気エネルギに変換し、不図示のバッテリに受電できるようにしてある。
【００２６】
一端に発電機３４を備えるクランク軸２７の他端側は、クランクケース２８から突出し、ここにベルト式無段変速機３の駆動プーリ４１が取り付けられている。ベルト式無段変速機３は、クランク軸２７の他端から駆動輪Ｗｒの車軸５１までを連続して覆う変速機ケース４２を有し、ベアリング４３などでエンジン１に対して揺動可能に取り付けてある。変速機ケース４２は、クランクケース２８を挟むように配した基端部４２ａおよび基端部４２ｂを有する。クランク軸２７の他端側に配設した基端部４２ａからは車軸５１の他端を軸支するフォーク部４２ｃを延設させてあり、基端部４２ａに対向配置した基端部４２ｂからは車軸５１の一端を軸支するフォーク部４２ｄを延設させてある。さらに、基端部４２ａ，４２ｂどうしは連結部４２ｅ，４２ｆで連結してある。
【００２７】
このベルト式無段変速機３は、変速機ケース４２の基端部４２ａ内でクランク軸２７に取り付けた駆動プーリ４１と、変速機ケース４２のフォーク部４２ｃ側に軸支した従動軸４４に設けた従動プーリ４５との間に無端状のＶベルト４６を架け渡し、クランク軸２７の回転を、Ｖベルト４６、従動プーリ４５、従動軸に連動するギヤ列４７ａ，４７ｂ，４７ｃおよび中間軸４８からなる減速機構を介して、クランク軸２７と平行に軸支した車軸５１に伝達する構成を有する。
【００２８】
駆動プーリ４１は、クランク軸２７に固着した固定プーリ半体４１ａと、遠心機構４９によりクランク軸２７の軸方向に摺動可能な可動プーリ半体４１ｂとを有し、対向する固定プーリ半体４１ａおよび可動プーリ半体４１ｂが形成する溝にＶベルト４６を巻き掛けてある。一方、従動プーリ４５は、従動軸４４に発進用の遠心クラッチ５０を介して取り付けた固定プーリ半体４５ａと、スプリング５２で固定プーリ半体４５ａに向けて付勢した可動プーリ半体４５ｂとからなり、固定プーリ半体４５ａと可動プーリ半体４５ｂとが形成する溝にＶベルト４６を巻き掛けてある。なお、クランク軸２７の回転速度が増大すると、駆動プーリ４１において、遠心機構４９の遠心ウエイトに遠心力が作用して可動プーリ半体４１ｂを固定プーリ半体４１ａ側に摺動させる。可動プーリ半体４１ｂが摺動した分だけ固定プーリ半体４１ａに近接して駆動プーリ４１の溝幅が減少するので、駆動プーリ４１とＶベルト４６との接触位置が駆動プーリ４１の半径方向外側にずれ、Ｖベルト４６の巻き掛け径が増大する。また、これに伴い、従動プーリ４５の固定プーリ半体４５ａおよび可動プーリ半体４５ｂの溝幅が増加する。このように、クランク軸２７の回転数に応じて連続的にＶベルト４６の巻き掛け径を変化させることで、ベルト式無段変速機３は、変速比を自動的に、かつ無段階に変化させる。
【００２９】
本実施形態の排気制御装置の基本的構成の作用について説明する。
まず、搭乗者が車両２のエンジン１を始動させると、エンジン制御ユニット７および排気制御ユニット８ならびにその他の備品に電力が供給される。エンジン制御ユニット７は、吸気管４内の内圧Ｐｂ、スロットル開度θＴＨ、車速Ｖｗ、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸ、冷却水の温度ＴＷや、クランク軸２７の回転角度ＣＬＫを取得し、燃料の噴射量および点火のタイミングを演算し、インジェクタ１０および点火プラグ１９に制御信号を出力する。また、エンジン１の始動により、図２のクランク軸２７に連動して回転するカム軸３２によりエンジン１の吸気バルブ２９が所定のタイミングで開閉し、混合気がエンジン１の燃焼室内に供給される。また、混合気を燃焼させた後には、カム軸３２の回転により排気バルブ３０が開いて、燃焼後の混合気が排気として図１の排気管５に排出される。そして、走行を開始すると、ベルト式無段変速機３は、エンジン回転数Ｎｅと駆動輪Ｗｒの回転数とに応じてＶベルト４６の巻き掛け径を変化させながら、クランク軸２７の回転を駆動輪Ｗｒに伝達し、駆動輪Ｗｒを所定の変速比で回転させる。
【００３０】
一方、排気制御ユニット８は、エンジン制御ユニット７を経由して取得するスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗをパラメータとしてマップ２０（図３参照）を検索して、排気制御バルブ６の目標開度を取得する。そして、この目標開度と実際の排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸとの偏差を演算し、この偏差がゼロになるようにアクチュエータ１４を駆動させる。例えば、中速や低速で走行し、エンジン回転数Ｎｅおよび変速比が小さいときに、車両２を加速させようとした場合、つまり車速Ｖｗが小さいか中程度（例えば、２０ｋｍ／ｈから７０ｋｍ／ｈ）で、スロットル開度θＴＨが比較的に大きいとき（例えば、５０°以上）には、排気制御バルブ６の目標開度として、いわゆる排気脈動効果が生じる中程度の値をマップ２０に格納してある。このため、排気制御バルブ６の開度が中程度に保たれ、排気管５内を逆流する排気の量が減少し、その分だけエンジン１が未燃の混合気を導入しやすくなり、エンジン１の出力を増大させることができる。なお、車速Ｖｗは小さいが、スロットル開度θＴＨが小さい場合（例えば、２０°未満）には、エンジン１からの排気が少ないので排気制御バルブ６の目標開度として、大きな値（例えば、８０％）をマップ２０に格納してある。また、車速Ｖｗが大きい場合（例えば、７０ｋｍ／ｈ以上）では、排気制御バルブ６の目標開度として、大きな値（例えば、８０％）をマップ２０に格納してある。
【００３１】
このように、搭乗者の操作意志を示すスロットル開度θＴＨと、車体の制御の結果として現れる車速Ｖｗとに着目して、最適なエンジン出力が得られる排気制御バルブ６の目標開度と車速Ｖｗおよびスロットル開度θＴＨとを対応付けた目標値設定情報（マップ２０）を排気制御ユニット８に持たせ、このマップ２０を参照して排気制御バルブ６の開度を制御するようにしたので、ベルト式無段変速機３を備える車両２においてエンジン回転数Ｎｅがエンジン１の負荷特性と一致しない場合であっても、不必要な領域で排気制御バルブ６が大きく駆動したり、必要な領域で駆動しなかったりすることを防止し、所望のトルク特性を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明の第一実施形態は上述構成に加えて以下の構成を備えている。なお、図４はこの実施形態の排気制御バルブの制御にかかる構成要素を主に図示してある。また、前述と同一の構成要素には同じ符号を付すと共に、重複する説明は省略する。
【００３３】
図４に示すように、車両２は、車両２の傾斜角度を検出する傾斜センサ６１を備えると共に、排気制御ユニット８が、傾斜角度θＳに応じた排気制御バルブ６の開度制御を行う構成を有する。したって、この実施形態の排気制御装置は、排気制御バルブ６およびそのアクチュエータ１４ならびにバルブ開度センサ１５と、スロットル開度センサ１２と、車速検出手段１６と、傾斜センサ６１と、排気制御ユニット８とを含んで構成される。
【００３４】
エンジン制御ユニット７は、吸気管４（図１参照）内の内圧Ｐｂ、冷却水の温度ＴＷ、クランク軸２７（図２参照）の回転角度ＣＬＫ、スロットル開度θＴＨ、車速Ｖｗ、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸに加えて、傾斜角度θＳについての情報を取得し、エンジン１に対して必要な制御を行うと共に、クランク軸２７の回転角度ＣＬＫから演算したエンジン回転数Ｎｅ、車速Ｖｗ、スロットル開度θＴＨ、傾斜角度θＳを排気制御ユニット８に出力する。
【００３５】
排気制御ユニット８は、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸに加えて、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θＴＨ、車速Ｖｗ、傾斜角度θＳを取得し、排気制御バルブ６を回動させるアクチュエータ１４の制御を行う。傾斜角度θＳから車両２が登坂中（登坂モード）であると判定したときには、図５に例示するテーブル６２を用いて目標開度を設定し、それ以外の場合（通常走行モード）の場合は、図２に例示するマップ２０を用いて目標開度を設定する。なお、このような排気制御ユニット８は、記憶手段、開度演算手段、傾斜角度および傾斜方向に応じて登坂モードまたは通常走行モードを選択するモード選択手段、選択したモードに応じて目標開度を検索する検索手段、および駆動制御手段を有する装置といえる。
【００３６】
図５に例示する登坂時に使用するテーブル６２は、エンジン回転角度Ｎｅをパラメータとする排気制御バルブ６の目標開度として目標開度率を設定したものである。このテーブル６２では、エンジン１の低回転域（例えば、１０００ｒｐｍから３０００ｒｐｍ）、中回転域（例えば、３０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍ）、高回転域（例えば、５０００ｒｐｍから８０００ｒｐｍ）のそれぞれの領域で、エンジン回転数Ｎｅの増加に伴って必要なエンジン出力が得られるように排気制御バルブ６の目標開度が増加傾向を有し、高回転域では全開に相当する開度に達する。増加傾向を有する目標開度の変化の割合としては、高回転域が最も大きく、次いで中回転域が大きく、低回転域が最も小さい。なお、この特性は、車両２のエンジン１の排気量や気筒数、排気管５の形状や長さにより適宜選択されるものとする。
【００３７】
次に、第一実施形態の作用について説明する。
まず、エンジン１が始動したら、排気制御ユニット８は、傾斜角度θＳから車両２の走行モードを判定する。傾斜角度θＳにより傾斜方向が車体の前側が後側に対して高くなる方向である場合には登坂モードとみなす。これに対して、傾斜角度θＳにより体の前側が後側に対して低くなる方向に傾斜していた場合には、下り坂を走行中と判定して通常走行モードとみなす。
【００３８】
登坂モードと判定したときに、排気制御ユニット８は、エンジン制御ユニット７から取得するエンジン回転数Ｎｅでテーブル６２を検索し、得られる目標開度に排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸが一致するようにアクチュエータ１４に対してフィードバック制御を行う。また、通常走行モードと判定したときには、上記の基本的構成のように車速Ｖｗとスロットル開度θＴＨとから目標開度をマップ検索し、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸが目標開度に一致するようにフィードバック制御を行う。
【００３９】
このように、この実施形態の排気制御装置は、通常走行モードでは車速Ｖｗおよびスロットル開度θＴＨとから排気制御バルブ６の目標開度として最適な値を設定し、登坂時にはエンジン回転数Ｎｅに応じて排気制御バルブ６の目標開度を設定するようにした。これは、登坂時には、高負荷がかかることでベルト式無段変速機３の変速比が小さく設定され、エンジン回転数Ｎｅがエンジン１の負荷特性に近づくからである。さらに、登坂時には、スロットル開度θＴＨを大きくしても、通常走行時ほどには車速Ｖｗが大きくならないことがあるので、通常走行時を想定して作成したマップ２０を用いて排気制御バルブ６を制御するよりもエンジン回転数Ｎｅをパラメータとして排気制御バルブ６を制御した方が所望のエンジン出力を得やすいからである。
【００４０】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図６はこの実施形態の排気制御バルブの制御にかかる構成要素を主に図示してある。また、上記実施形態と同一の構成要素には同じ符号を付すと共に、重複する説明は省略する。
【００４１】
図６に示すように、車両２は、搭乗者が操作するハンドル（不図示）に通常走行モードと登坂モードとを手動で切り替える選択手段であるスイッチ７１を備える。なお、本実施形態の排気制御装置は、上記の排気制御バルブ６およびそのアクチュエータ１４ならびにバルブ開度センサ１５と、スロットル開度センサ１２と、スイッチ７１と、排気制御ユニット８と含んで構成される。
【００４２】
排気制御ユニット８は、排気制御バルブ６のバルブ開度θＥＸ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θＴＨ、および車速Ｖｗに加えてスイッチ７１からの出力信号Ｓｗを取得し、排気制御バルブ６を回動させるアクチュエータ１４の制御を行う。スイッチ７１からの出力信号Ｓｗが上記の登坂モードに相当する信号である場合には、図５に例示するテーブル６２を用いて排気制御バルブ６の目標開度を設定する。一方、スイッチ７１からの出力信号Ｓｗが通常走行モードに相当する信号である場合には、図２に例示するマップ２０を用いて排気制御バルブ６の目標開度を設定する。なお、このような排気制御ユニット８は、記憶手段、開度演算手段、搭乗者の選択に応じて登坂モードまたは通常走行モードを選択するモード選択手段、選択したモードに応じて目標開度を検索する検索手段、および駆動制御手段を有する装置といえる。
【００４３】
この排気制御装置による制御は、初期設定として図２に示すマップ２０を用いてスロットル開度θＴＨおよび車速Ｖｗをパラメータとして、マップ検索を行って排気制御バルブ６の目標開度に設定し、これに従って排気制御バルブ６の開度制御を行う。そして、搭乗者がスイッチ７１を操作して登坂モードに切り替えたときには、図５に例示するテーブル６２を用いてエンジン回転数Ｎｅをパラメータとしてテーブル検索を行って排気制御バルブ６の目標開度を設定し、これに従って排気制御バルブ６の開度制御を行う。また、搭乗者の選択により登坂モードで排気制御バルブ６の開度制御をしているときに、スイッチ７１が通常走行モードに切り替えられたときには、通常走行モードで排気制御バルブ６の開度制御を行う。
【００４４】
このような車両２は、傾斜センサを備えなくても、上記した第一実施形態のように、登坂時に適切なエンジン出力を得ることができる。また、登坂モードはエンジン１に高負荷がかかるモードとみなすこともできるので、登坂時以外であってもエンジン１に高負荷がかかる場合には、搭乗者の選択によりエンジン回転数Ｎｅをパラメータとする排気制御バルブ６の開度制御を行うことが可能になる。
さらに、搭乗者の選択によりエンジン１の出力特性を変化させることが可能になる。
【００４５】
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されずに広く応用することが可能である。
第一実施形態において、傾斜角度θＳの代わりに吸気管４の内圧Ｐｂをエンジン制御ユニット７から排気制御ユニット８に入力し、内圧Ｐｂの大きさで通常走行モードと、登坂モードに相当する高負荷モードとを選択し、高負荷モードの場合に図５のテーブル６２を用いてエンジン回転数Ｎｅで排気制御バルブ６の開度制御を行っても良い。内圧Ｐｂを用いるのは、内圧Ｐｂはエンジン１に吸気される気体量により変化するので、内圧Ｐｂをモニタすることで吸入空気量、つまりエンジン１に必要とされる出力を推定することができるからである。
また、エンジン制御ユニット７と排気制御ユニット８とは、１つの電子制御ユニットから構成しても良い。
さらに、ベルト式無段変速機３の代わりに、トロイダル式の無段変速機や、コーン型の無段変速機を使用することもできる。また、静油圧式の無段変速機でも良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１によれば、スロットル開度および車両の速度をパラメータとして排気制御バルブの開度を調整することができるので、内燃機関の回転数と駆動輪の回転数とが必ずしも一致せずに、回転数からは負荷特性を特定できないときであっても、排気制御バルブを適切に稼動させて所望のトルク特性を得ることができ、走行特性を向上できる。この効果は、車両が低速走行しているときや、中速で走行しているときに顕著になる。
【００４７】
また、登坂時や、内燃機関に高い負荷がかかっているときの排気制御バルブの開度の制御を、内燃機関の回転数に従って行うことができるので、特定の条件下においても排気制御バルブを適切に稼動させることでき、所望のトルク特性を得ることができる。
そして、車両の走行状態や、搭乗者の嗜好に合わせて排気制御バルブの開度を制御できるので、良好な走行特性を有する車両が得られる。
【００４８】
請求項２によれば、傾斜角や、その他のセンサを用いて画一的にパラメータの選択ができない場合にも適切な制御が可能になるし、搭乗者の好みに応じたトルク特性を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における車両および排気制御装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の各実施形態におけるエンジンおよびベルト式無段変速機の平断面図である。
【図３】 スロットル開度および車速をパラメータとした場合の排気制御バルブの目標開度のマップを示す図である。
【図４】 本発明の第一実施形態における排気制御装置を示す図である。
【図５】 エンジンの回転数をパラメータとした場合の排気制御バルブの目標開度のテーブルを示す図である。
【図６】 本発明の第二実施形態における排気制御装置を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
２ 車両
３ ベルト式無段変速機
５ 排気管
６ 排気制御バルブ
８ 排気制御ユニット
１２スロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）
１４アクチュエータ
１５バルブ開度センサ（開度検出手段）
１６車速検出手段
２０マップ
６２テーブル
θＥＸ バルブ開度
θＴＨ スロットル開度
Ｖｗ車速
Ｎｅエンジン回転数
Claims (2)
- 内燃機関に接続した排気管の流路面積を排気制御バルブによって制御する排気制御装置とベルト式無段変速機とを備えた車両において、
前記排気制御バルブを駆動するアクチュエータと、前記排気制御バルブの開度を検出する開度検出手段と、前記内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車速および前記スロットル開度に対して設定した前記排気制御バルブの目標開度に加えて前記スロットル開度が前記車速に応じたエンジン出力を得られる開度よりも大きくなるとき、すなわち当該車両の傾斜角度の大きさ及び向きに基づき判定される当該車両の登坂時または前記内燃機関の吸気管内圧の大きさに基づき判定される前記内燃機関の高負荷時用に前記内燃機関の回転数から得られる前記排気制御バルブの目標開度を記憶した記憶手段とを有し、前記記憶手段から得られる前記排気制御バルブの目標開度と、前記開度検出手段で検出する前記排気制御バルブの開度とを一致させるべく前記アクチュエータを駆動し、
車速が２０ｋｍ／ｈから７０ｋｍ／ｈの場合であってスロットル開度が５０°以上の場合には排気制御バルブが５０％の開度に保たれ、車速が２０ｋｍ／ｈの場合でかつスロットル開度が２０°未満の場合には排気制御バルブが８０％の開度を目標開度とすることを特徴とする排気制御装置を備える車両。 - 前記スロットル開度および前記車速から前記排気制御バルブの目標開度を取得するモードと、前記回転数から前記排気制御バルブの目標開度を取得するモードとを手動により選択可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気制御装置を備える車両。
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