JP4464575B2

JP4464575B2 - ２サイクルエンジンの排気時期制御装置

Info

Publication number: JP4464575B2
Application number: JP2001090094A
Authority: JP
Inventors: 雄二江頭; 賢和塚田
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd; Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Kokusan Denki Co Ltd; Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002285873A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用の２サイクルエンジン（２ストローク内燃機関）の排気時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気脈動を利用して混合気の充填効率を増加させ、エンジン出力の増加を図る２サイクルエンジンにおいて、低速回転から高速回転まで排気脈動効果が得られるように排気時期制御バルブ（排気時期制御弁あるいは排気制御弁とも称する）により排気ポートの上部を開閉する排気時期制御装置が採用されている。すなわち、排気時期制御バルブで排気ポートの上部を開くと高速回転領域で排気脈動効果が得られる吸気比（吸入空量）が増加し、その結果充填効率が増加する。一方、排気時期制御バルブにより排気ポートの上部を閉じると低速回転領域で排気脈動効果が得られる吸気比（吸入空量）が増加し、その結果充填効率が増加する。
【０００３】
上記のように、エンジン性能向上のために、排気時期を可変させる排気時期制御バルブを設けた場合、排気時期制御バルブに燃焼後に排出されるカーボンや、未燃焼ガスとオイルが混合され形成されるタール等が付着する等して、排気時期制御バルブが動作に支障をきたす場合がある。
【０００４】
これに対して、排気時期制御バルブに付着するカーボンやタール等を除去する技術（セルフクリーニング）が種々に提案されている。すなわち、エンジン回転数が定回転領域の特定の範囲に入ると、全閉状態にある排気時期制御バルブを強制的に全開状態にし、付着したカーボンを掻き落とすようにした技術（特開昭６３−２５５５１３号公報参照）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記技術は、エンジン回転数が上昇過程にあると、セルフクリーニング時に所望のエンジン特性が得られず、ドライバビリティ（走行感）を悪化させる。また、セルフクリーニング回転領域をアイドリング回転近傍に設定した場合には、アイドリング回転が不安定であるときに当該領域を入ったり出たりするため、排気時期制御バルブがハンチングを始め、排気時期制御バルブの耐久性を下げる。その場合に、排気時期制御バルブがモータ駆動の場合に、排気時期制御バルブをハンチングの往復駆動させることになるため消費電力が増えてしまう問題が生じる。
【０００６】
また、イグニッションスイッチをオンしたときに一旦全開状態とし、その後、通常の制御を行うようにした技術がある（特開昭６２−３２２６２号公報参照）。しかしながら、この技術では、開閉動作が１回の走行中に１度しか行われないので、十分なセルフクリーニングが期待できないという問題がある。
【０００７】
また、減速過程において、バルブクリーニングをするためにエンジン回転数が第１の基準回転数を通過し、さらに、第１の基準回転数より低い第２の基準回転数を通過するとセルフクリーニングをする技術がある（特開平６−３０７２６３号公報参照）。
しかしながら、減速時毎にセルフクリーニングを行うため、排気時期制御バルブ開閉時に出るエンジン音の変化（充填効率が変わるため）によりドライバーを不快にさせる。また、該制御バルブをモータで駆動する場合に、消費電力が増加しおよびモータの耐久性で問題が生じる場合がある。
また、第１の基準回転数および第２の基準回転数の間隔が狭い場合においては、ドライバーが一定の回転数を保って走行していたときに、環境条件により起こるエンジン回転変動により、排気時期制御バルブがハンチングする可能性がある。
また、第１の基準回転数および第２の基準回転数の間隔が広い場合においては、セルフクリーニング条件がエンジン回転数制御のみで行っているため、加減速でセルフクリーニングされる場合があり、ドライブフィーリングが損なわれる場合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した種々の問題点を解消するためなされたものであって、ユーザの乗り心地や加速性を損なわずに、排気時期制御バルブに付着したカーボンやタール等を確実に除去・離脱するようにクリーニング制御ができる２サイクルエンジンの排気時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため次の構成を有する。
本発明は、２サイクルエンジンの排気ポートのシリンダーヘッド側を排気時期制御バルブで開閉する排気時期制御装置において、
エンジン回転数の減速割合を求める手段と、
求められた減速割合に基づき所定時間内にエンジン回転数が所定回転数以上減速したときにエンジンが所定の減速状態であると判定する減速状態判定手段とを備えると共に、
前回の排気時期制御バルブの閉動作後から所定のインターバル時間経過した後に、
前記減速状態判定手段により所定の減速状態であると所定回数連続して判定され、
かつ、エンジン回転数がアイドル回転数を超えかつ通常運転時の排気時期制御バルブの閉動作回転数未満である所定のエンジン回転数範囲内であれば、
その時のエンジン回転数において排気時期制御バルブのバルブクリーニング制御を行う手段を有することを特徴とする２サイクルエンジンの排気時期制御装置である。
【００１０】
本発明によれば、減速状態が判定されたときにバルブクリーニング制御を行うため、エンジン回転数が上昇過程のときにバルブクリーニングしたときに比較して所望のエンジン特性を得つつバルブをクリーニングでき、ドライバビリティの悪化が生じることがない。
【００１１】
本発明において、所定の減速状態の判定を行う減速状態判定手段は、所定時間（Δｔ）内にエンジン回転数が所定回転数（ΔＮ）以上減速したときに前記減速状態であると判定するものである。
つまり、減速状態の判定を所定の減速割合（ΔＮ／Δｔ）に基づき行うものである。減速が所定よりも緩やかなときなどもふくめて減速毎にバルブクリーニング制御を行ったときでは排気時期制御バルブの開閉時にエンジン音の変化が出るが、上記のように所定の減速割合のときにバルブクリーニングを行うことにより、前記エンジン音の変化を防止することができ、運転者がエンジン音の変化で不快に感じることを適切に防止できる。
また、排気時期制御バルブをモータで駆動する場合において消費電力の増加を防止できかつモータの耐久性を損なうことが無くなる。
また、本発明では、減速の判定にインターバル時間を設けることにより、前記制御バルブに付着したカーボンやタール等の確実に離脱させるのに必要最低限度のバルブクリーニングだけを行い、排気バルブ開閉時に出るエンジン音の変化により運転者を不快にさせることを軽減することができる。また、モータの耐久性の向上および電力消費の低減に繋がる。
また、所定のエンジン回転数範囲内でバルブクリーニング制御を行うので、所定のエンジン回転数範囲が、下限回転数側を例えばアイドリング回転数以上とすればアイドリング時のバルブクリーニングを避ける（運転者の不快感をなくす）ことができ、また、上限回転数側を通常運転時の排気時期制御バルブの閉動作回転数未満に設定することで、無駄なバルブクリーニングを行わないようにできる（ドライバーの不快感軽減、モータの耐久性の向上、電力消費の削減を図れる）。

【００１２】
また、本発明において、上記排気時期制御バルブのクリーニング制御を行う手段は、所定の減速状態が所定回数連続して判定されたことを条件に排気時期制御バルブのバルブクリーニング制御を行う。
このように減速状態が連続判定されたことでバルブクリーニング制御を行えば、確実に減速中になってからクリーニング制御ができる。
また、減速状態が判定される毎にバルブクリーニング制御を行うのではなく所定回連続して判定されたときに、バルブクリーニング制御を行うため、環境の変化等で生じるエンジン回転数変動が生じてもバルブ開閉が頻繁に起こることがなくなり、不快音の発生など確実に防止できる。
【００１７】
なお、所定インターバル時間の加算条件としてエンジン回転数範囲を設けたことが好適である。このようにエンジン回転数範囲を設けるのが好適なのは、エンジン低回転側において、エンジン内部の温度が高回転側より低いため、カーボンやタールが付着しやすい。そのため、低回転側のインターバル時間を高回転側より短くしクリーニング感度を良くするのが好ましいからである。
また、低速減速時は、高速減速時に比べて、少ない回転数減少で減速と判定することが好ましい。例えば、高速側減速判定領域で−２００ｒｐｍ／５０ｍｓ以上の減速割合で減速と判定し、低速側減速判定領域で−１００ｒｐｍ／５０ｍｓ以上の減速割合で減速と判定することがより好ましい。
【００１８】
また、所定インターバル時間を低速側と高速側の２つの領域でそれぞれ独立して設定することが好適である。これにより、減速を検出する感度を必要に応じて設定できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づき本発明の実施形態等を詳細に説明する。
図１は実施形態に適用する２サイクルエンジンの排気時期制御装置の減速クリーニング制御のフローチャート、図２は同じく減速クリーニングのタイムチャート、図３は参考例１に適用する２サイクルエンジンの排気時期制御装置の減速クリーニング制御のフローチャート、図４は同じく減速クリーニングのタイムチャート、図５は参考例２に適用する２サイクルエンジンの排気時期制御装置の減速クリーニング制御のフローチャート、図６は同じくアクセルスイッチの例の説明図である。
【００２３】
実施形態の排気時期制御装置は、自動二輪車、四輪車その他の車両や移動機器に搭載された２サイクルエンジン、あるいはその他のものの原動機としての２サイクルエンジンに適用できるものである。また、２サイクルエンジンの排気ポートのシリンダーヘッド側を排気時期制御バルブで開閉するものであり、排気時期制御バルブは周知あるいは公知各種のものを適用できるものであり、バルブ構成についての説明は省略する。減速クリーニング制御の各種の信号検出、記憶、演算、出力、動作をさせる装置構成は既存あるいは新設の各種のものに適用できる。
【００２４】
実施形態では、排気時期制御装置においては、２サイクルエンジン回転数をエンジン回転数センサ等で検出し、検出されたエンジン回転数信号から電子制御ユニット（ＥＣＵ）によりエンジンの減速割合を求め、求められた減速割合に基づきエンジンが所定の減速状態であるか否かの判定を行い、所定の減速状態が判定されたときに排気時期制御バルブのアクチュエータを駆動して該バルブを全開状態にして減速時のバルブクリーニング制御を行う。
【００２５】
減速クリーニング制御は、図１に示すように、所定のインターバル時間が経過したか（ステップ１０）、かつ、エンジン回転数Ｎが所定範囲内（Ｎ₁≦Ｎ≦Ｎ₂）であるか（ステップ１１）、かつ、減速判定回数が所定ｎ回（ｎ≧１）以上あったか（ステップ１２）の各条件を全て満たしたときに減速クリーニングを実施する（ステップ１３）。一方、上記の条件を一つでも満たしていない場合は、減速クリーニングは行わない（ステップ１０〜１２の少なくともいずれかがＮｏ）。減速クリーニング終了後は、所定のインターバル時間カウンタをクリアして（ステップ１４）、インターバル時間を積算していく（ステップ１５）。同時に、排気時期制御バルブの通常時制御に移行する。
【００２６】
実施形態によれば、図２に示すように、減速状態が判定されたときにバルブクリーニング制御を行うため、エンジン回転数が上昇過程のときにバルブクリーニングしたときに比較して所望のエンジン特性を得つつバルブをクリーニングでき、ドライバビリティの悪化が生じることがない。
【００２７】
また、所定の減速状態の判定を行う手段は、所定時間（Δｔ）内にエンジン回転数が所定回転数（ΔＮ）以上減速したときに前記減速状態であると判定するものである。つまり減速状態の判定を所定の減速割合（ΔＮ／Δｔ）に基づき行う。減速が所定よりも緩やかなとき等も含めて減速毎にバルブクリーニング制御を行うので排気時期制御バルブの開閉時にエンジン音の変化が出るが、上記のように所定の減速割合のときにバルブクリーニングを行うことにより、前記エンジン音の変化を防止することができ、運転者がエンジン音の変化で不快に感じることを適切に防止できる。また、排気時期制御バルブをモータで駆動する場合において消費電力の増加を防止でかつモータの耐久性を損なうことが無くなる。
【００２８】
また、減速の判定にインターバル時間を設けている（ステップ１０）。実施形態では図２に示すように、インターバル時間は排気時期制御バルブが開（Ｏｐｅｎ）→閉（Ｃｌｏｓｅ）するタイミングで過去の積算時間をクリア（０に）する。このように、バルブクリーニング制御開始にインターバル時間を設けることにより、前記制御バルブに付着したカーボンやタール等の確実に離脱させるのに必要最低限度のバルブクリーニングだけを行い、排気バルブ開閉時に出るエンジン音の変化により運転者を不快にさせることを軽減することができる。また、モータの耐久性の向上および電力消費の低減を図れる。
【００２９】
また、所定のエンジン回転数範囲内（Ｎ₁≦Ｎ≦Ｎ₂）でバルブクリーニング制御を行う（ステップ１１）。このように減速クリーニング条件として、エンジン回転数範囲を設け、下限回転数側を例えばアイドリング回転数を超えるものとすればアイドリング時のバルブクリーニングを避ける（運転者の不快感をなくす）ことができ、また、上限回転数側を通常運転時のバルブ動作回転数以下に設定することで無駄なバルブクリーニングを行わないようにする（ドライバーの不快感軽減、モータの耐久性の向上、電力消費の削減を図れる）。
【００３０】
また、所定の減速状態が所定回数連続して判定されたことを条件に排気時期制御バルブのバルブクリーニング制御を行う（ステップ１２）。このように減速状態が連続判定されたことでバルブクリーニング制御を行えば、確実に減速中になってからクリーニング制御ができる。また、減速状態が判定される毎にバルブクリーニング制御を行うのではなく所定回連続して判定されたときに（種々に選択できるが、実施形態では例えば３回）、バルブクリーニング制御を行うため、環境の変化等で生じるエンジン回転数変動が生じてもバルブ開閉が頻繁に起こることがなくなり、不快音の発生など確実に防止できる。
【００３１】
次に、参考例１における減速バルブクリーニング制御を図３と図４とに基づき説明する。
【００３２】
参考例１では、所定のエンジン回転数範囲を低回転側と高回転側の２つの回転数領域で設定して減速クリーニング制御を行う。
【００３３】
参考例１の具体的手順は、図３のフローチャートと図４の制御タイミングに示すように、まず、２サイクルエンジンの回転数Ｎは低回転数領域（Ｎ_１≦Ｎ≦Ｎ_２）範囲内か否かを判断する（ステップ２０Ｌ）。低速回転数領域の範囲内であれば、低速側インターバル時間を経過したか否かを判定し（ステップ２１Ｌ）、該インターバル時間を経過していれば、低速側減速の所定判定回数以上で減速が判定されたことを条件に（ステップ２２Ｌ）減速クリーニングを実施し（ステップ２３）、インターバル時間をクリアする（ステップ２４）。
【００３４】
一方、ステップ２０でエンジン回転数Ｎが低回転数領域でないときには、高回転数領域（Ｎ₃≦Ｎ≦Ｎ₄）範囲内か否かを判定し（ステップ２０Ｈ）、高速回転数領域の範囲内であれば、高速側インターバル時間を経過したか否かを判定し（ステップ２１Ｈ）、該インターバル時間を経過していれば、高速側減速の所定判定回数以上で減速が判定されたことを条件に（ステップ２２Ｈ）減速クリーニングを実施し（ステップ２３）、インターバル時間をクリアする（ステップ２４）。
【００３５】
次いで、エンジン回転数Ｎが低速側のインターバル時間積算条件（Ｎlow）に合格したならば（ステップ２５：Ｙｅｓ）、低速側インターバル時間を積算する（ステップ２６）。一方、エンジン回転数Ｎが高速側のインターバル時間積算条件（Ｎhigh）に合格したならば（ステップ２７：Ｙｅｓ）、高速側インターバル時間を積算する（ステップ２８）。
【００３６】
この参考例１では、所定のエンジン回転数範囲を低回転側（Ｎ_１≦Ｎ≦Ｎ_２）と高回転側（Ｎ_３≦Ｎ≦Ｎ_４）の２つの回転数領域で設定して減速クリーニング制御を行う（ステップ２０Ｌ，２０Ｈ）。すなわち、エンジン回転数の減速（減少）割合は、高回転域の方が低回転域よりも大きく、このため、前記バルブクリーニング動作条件の一つである減速判定の感度（減速回転数変化量）がそれぞれ異なってくる。この感度が悪い場合、減速過程にいると判断できず、クリーニング動作を行えず、バルブの固着の可能性がある。このような現象を避けるために、参考例１では、減速クリーニング制御を行うのに、エンジン回転数Ｎ範囲を低回転用と高回転用の二つの領域に分け、それぞれ異なる減速判定感度を設定するものであり、また、参考例１では、低回転数側と高回転数側のおのおのに別のインターバル時間と減速判定回数を設けている。
【００３７】
すなわち、減速判定感度について、低速減速時は、高速減速時に比べて、少ない回転数減少で減速と判定する。例えば、高速側減速判定領域では−２００ｒｐｍ／５０ｍｓ以上の減速割合とし、低速側減速判定領域では−１００ｒｐｍ／５０ｍｓ以上の減速割合でそれぞれ減速と判断する。また、減速判定回数についても低速側で少なくするなどの設定をしても良い。
また、所定インターバル時間の加算条件としてエンジン回転数の低速側（低回転側）と高速側（高回転側）にそれぞれエンジン回転数範囲を設けている。エンジン低速側においては、エンジン内部の温度が高速側より低いため、カーボンやタールが付着しやすい。そのため、エンジン低速側のインターバル時間を高速側より短くしクリーニング感度を良くすることが好ましい。
【００３８】
また、所定インターバル時間を低速側と高速側の２つの領域でそれぞれ独立して設定するので、減速を検出する感度を必要に応じて設定できる。
なお、インターバル積算条件として低速側・高速側で回転数範囲を定めたが、回転数条件を付けなくても良い。又、回転数条件は低速側・高速側で共通に用いてもよい。
【００３９】
参考例２に係るバルブクリーニング制御を図５、図６に基づき説明する。
【００４０】
参考例２は、運転者のアクセル操作がスロットルバルブを開にするものでないことの検出手段を有している車両においては、この検出手段によりアクセル操作がスロットルバルブを開状態にするものでないことを検出したときに、排気時期制御バルブのバルブクリーニング制御を行うものである。図５に示すように、減速クリーニング制御においては、インターバル時間を経過したか（ステップ３０）、エンジン回転数Ｎが所定範囲内（Ｎ_１≦Ｎ≦Ｎ_２）か否か（ステップ３１）、ドライバーがスロットルを閉じている（全閉位置でもよい）か（ステップ３２）の条件を全て満たしたときに減速クリーニング制御を行う（ステップ３３）。そして、インターバル時間をクリアして（ステップ３４）、インターバル時間を積算している（ステップ３５）。
【００４１】
運転者（ドライバー）の減速過程をより強く認識するためにスロットルバルブの全閉位置（アクセルを開けていない）を検出する検出手段を有して、この検出手段によりアクセル操作がスロットルバルブの開状態にしていないことを検出できる。例えば検出手段としては、図６に示すように、運転者がスロットル開方向に力を掛けたか否かを検出するアクセルスイッチ５０を設け、運転者のアクセル操作がスロットルを開ける方向に力が加えられていないときに排気時期制御バルブのバルブクリーニングを行う。なお、図１の減速判定回数を加味して併用してもよい。
【００４２】
また、他の検出手段としては、スロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサを有する車両において、このスロットルセンサの出力信号が所定開度以下の信号であるときに運転者のアクセル操作がスロットルバルブを開状態にするものでないことを検出するようにもできる。
【００４３】
また、検出手段としてスロットルバルブのアイドル位置を検出可能なアイドルスイッチを有する車両において、アイドルスイッチがアイドル位置を検出したときに排気時期制御バルブのバルブクリーニングを行うこともできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、エンジン回転数上昇時にはバルブクリーニング制御が行われないため、いかなる走行環境時にもエンジン特性が損なわれることがない。また、必要最低限のバルブクリーニングしか行わないため、バルブ開閉時に起こるエンジン音の変化が、ドライバーに不快感を与えることを軽減できる。したがって、ユーザの乗り心地や加速性を損なわずに、排気時期制御バルブに付着したカーボンやタール等を確実に除去・離脱するようにクリーニング制御ができる。また、バルブ駆動をモータで行っている場合にはモータにかかる負担を軽減し、電力消費を押えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に適用する２サイクルエンジンの排気時期制御装置の減速クリーニング制御のフローチャートである。
【図２】同じく、減速クリーニングのタイムチャートである。
【図３】参考例１に適用する２サイクルエンジンの排気時期制御装置の減速クリーニング制御のフローチャートである。
【図４】同じく減速クリーニングのタイムチャートである。
【図５】参考例２に適用するサイクルエンジンの排気時期制御装置の減速クリーニング制御のフローチャートである。
【図６】同じくアクセルスイッチの例の説明図である。
【符号の説明】
５０アクセルスイッチ
Ｎエンジン回転数
Ｎ_１（低回転域）下限エンジン回転数
Ｎ_２（低回転域）上限エンジン回転数
Ｎ_３（高回転域）下限エンジン回転数
Ｎ_４（高回転域）上限エンジン回転数

Claims

２サイクルエンジンの排気ポートのシリンダーヘッド側を排気時期制御バルブで開閉する排気時期制御装置において、
エンジン回転数の減速割合を求める手段と、
求められた減速割合に基づき所定時間内にエンジン回転数が所定回転数以上減速したときにエンジンが所定の減速状態であると判定する減速状態判定手段とを備えると共に、
前回の排気時期制御バルブの閉動作後から所定のインターバル時間経過した後に、
前記減速状態判定手段により所定の減速状態であると所定回数連続して判定され、
かつ、エンジン回転数がアイドル回転数を超えかつ通常運転時の排気時期制御バルブの閉動作回転数未満である所定のエンジン回転数範囲内であれば、
その時のエンジン回転数において排気時期制御バルブのバルブクリーニング制御を行う手段を有することを特徴とする２サイクルエンジンの排気時期制御装置。