JP4577236B2 - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気制御用の弁体とアクチュエータとをワイヤなどの動力伝達部材にて連結し、排気通路の通路面積を可変とする排気構造を有する内燃機関の排気制御装置に関する。

例えば二輪自動車においては、エンジンの運転状態に応じて排気通路の通路面積を可変とする排気構造が採用されている。このような排気構造としては、その開度を調整可能な排気制御用の弁体が排気通路に配置され、ワイヤなどの動力伝達部材にて連結されたアクチュエータにより、その弁開度が調整されるものが知られている（例えば、特許文献１）。

かかる排気構造では、動力伝達部材としてのワイヤが外れたり、同ワイヤが切れるなどしてその連結が遮断された場合、排気制御用の弁体の開度を適正に調整することができなくなる。また、アクチュエータと動力伝達部材との取り付け部において、アクチュエータのギヤが欠損するなどの問題が生じるおそれがあった。
特開２００５−２４０７１４号公報

本発明の目的は、動力伝達部材の連結が遮断されたことを判断することのできる内燃機関の排気制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、内燃機関の排気通路の通路面積を可変とする排気制御用の弁体、弁体に動力伝達部材により連結され、動力伝達部材を介して弁体に駆動力を付与するアクチュエータ及び同アクチュエータの駆動量を検出する検出手段が設けられている。そして、排気通路の通路面積を所望とする面積にするべく、検出手段の検出値が目標値に一致するようにアクチュエータが操作され、弁体が作動する。かかる構成において、検出手段の検出値に基づいて動力伝達部材の連結が遮断されていることを判断する。

動力伝達部材が遮断されている場合にアクチュエータを操作すると、アクチュエータは排気制御用の弁体及び動力伝達部材に拘束されることなく作動するため、動力伝達部材が連結されている場合と比べて検出手段の検出値の変化態様が相違する。したがって、検出手段の検出値に基づいて動力伝達部材の連結が遮断されていることを判断することができる。

さらに、請求項１に記載の発明では、検出手段の検出値が予め規定した検出範囲内であるかを判定する。そして、検出範囲内でないと判定された場合に、動力伝達部材の連結が遮断されていると判断する。

排気制御用の弁体は、排気通路の通路面積を最小とする全閉位置と、同通路面積を最大とする全開位置との間で作動し、その弁体の作動範囲に対応したアクチュエータの駆動範囲が定まる。したがって、かかるアクチュエータの駆動範囲に基づき、アクチュエータの駆動量の正常動作範囲に相当する検出手段の検出値の範囲を予め規定し、検出手段の検出値がその予め規定した範囲内でない場合に、動力伝達部材の連結が遮断されていると判断するとよい。

検出手段においてアクチュエータの駆動量を検出することのできる検出可能範囲が定められている場合には、その検出可能範囲を、前述した動力伝達部材の連結が遮断されているかの判定を行う範囲としても良い。

また、請求項１に記載の発明では、検出手段の検出値が予め規定した検出範囲内でないと判定された場合に、位置センサの検出値が同検出範囲内に復帰するようにアクチュエータを操作する。そして、その結果、検出手段の検出値が検出範囲内に復帰した場合に、動力伝達部材の連結が遮断されていると判断する。

検出手段の検出値が前述した検出範囲外になる理由として、動力伝達部材の連結が遮断されている場合の他に、アクチュエータ等に異常が生じていることも考えられる。そこで、かかる異常と動力伝達部材の連結が遮断されていることを判別するために、検出手段の検出値が予め規定した検出範囲外になった際に、アクチュエータを操作して検出手段の検出値が同検出範囲に復帰するかを判定すると良い。動力伝達部材の連結が遮断されている場合には、排気制御用の弁体や動力伝達部材に拘束されることなくアクチュエータが作動するため、検出手段の検出値が予め規定した検出範囲内に復帰する。したがって、動力伝達部材の連結が遮断されていることを的確に判別できる。一方、アクチュエータを操作した結果、検出手段の検出値が検出範囲内に復帰しなかった場合には、アクチュエータに異常が生じていると判断する。

アクチュエータを操作している際に検出手段の検出値が予め規定した検出範囲内でないと判定された場合には、検出手段の検出値が同検出範囲に復帰するようなアクチュエータの操作として、その判定時と逆方向に弁体が作動するようにアクチュエータを操作すると良い。動力伝達部材の連結が遮断されている場合には、前述したようにアクチュエータが拘束されておらず、検出手段の検出値が予め規定した検出範囲内に短時間で復帰する。このため、動力伝達部材の連結が遮断されていることを速やかに判断できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、アクチュエータがモータからなる回動式であり、且つ検出手段がその１回転ごとの角度位置を検出する構成であるため、弁体の変位方向が検出値を予め規定した検出範囲内でないと判定される前と同方向になるようにアクチュエータを操作する。アクチュエータが拘束されていない場合には、その出力軸が１回転し、その結果検出手段の検出値が検出範囲に復帰するため、動力伝達部材の連結が遮断されていることを判断できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、排気通路の通路面積を最小とする弁体の全閉位置に対応するアクチュエータの駆動量を学習する全閉位置学習又は同通路面積を最大とする弁体の全開位置に対応するアクチュエータの駆動量を学習する全開位置学習の少なくともいずれかを実施する際に、動力伝達部材の連結が遮断されていることを判断する。

全閉位置学習や全開位置学習では、排気制御用の弁体が全閉位置又は全開位置まで、すなわち同弁体が駆動可能な最大範囲まで作動するようにアクチュエータを駆動させるため、それらの学習と併せて、動力伝達部材の連結が遮断されていることの判断を効率的に行うことができる。また、特に全閉位置学習や全開位置学習は内燃機関の始動に際して実施されるため、内燃機関の停止中に動力伝達部材が外れたり、同動力伝達部材が切れるなどしていた場合に、その連結が遮断されていることを内燃機関の始動に際して検知することが可能である。

請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、動力伝達部材の連結が遮断されていると判断した場合に、アクチュエータの操作を禁止する。

前述したように、動力伝達部材の連結が遮断されている場合にアクチュエータを操作すると、動力伝達部材とアクチュエータとの取り付け部において、アクチュエータのギヤが破損するなどのおそれがある。このため、動力伝達部材の連結が遮断されていると判断した場合には、アクチュエータの操作を禁止すると良い。それ以降、アクチュエータを操作させないことにより、アクチュエータ等の保護を図ることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、判断結果を運転者に対して報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

動力伝達部材の連結が遮断されている場合、またアクチュエータに異常が生じている場合には、弁体の開度を適正に調整できなくなって、エンジン出力の低下及び排気音やドライビングフィーリングの悪化が生じる。したがって、動力伝達部材の連結が遮断されている場合などには警告灯を点灯させるなどして、その旨を運転者に報知すると良い。

特に、自動二輪車においては、排気音やドライビングフィーリングの変化が運転者に感知された場合、その運転者自身により、修理が行われることが考えられる。しかしながら、運転者により不適当な修理が行われると、アクチュエータのギヤが欠損するなどの問題が生じるおそれがあるため、警告灯を点灯させ、適切な修理を受ける旨を促すと良い。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、自動二輪車用エンジンを対象に排気制御システムを構築するものである。本排気制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢とし、排気流量制御などが実施される。先ずは、図１を用いて本排気制御システムの全体概略構成を説明する。

図１において、エンジン１０には排気管１１が接続されており、燃焼後の排ガスが排気管１１に排出される。排気管１１には図示しない排気浄化装置が設けられるとともに、その最下流部にはサイレンサ１２が設けられている。サイレンサ１２の上流部には、排気管１１の通路面積を調整する排気制御用のバタフライ式の弁体１３が設けられている。弁体１３は、モータ及びギヤユニット等からなるアクチュエータ１４により回動される。詳しくは、弁体１３の弁軸上にはプーリ（図示略）が設けられ、同プーリとアクチュエータ１４の出力軸とが動力伝達部材としてのワイヤ１５により連結されている。そして、アクチュエータ１４を駆動させると、その駆動力がワイヤ１５を介して弁体１３に伝達され、その結果、弁体１３の開度が調整される。また、アクチュエータ１４には、その駆動量として出力軸の角度位置を検出する位置センサ１６が設けられている。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭからなる周知のマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種制御プラグラムを実行することにより、エンジンの各種制御を実施するものである。特に本実施の形態では、排気管１１の通路面積を所望とする面積に調整する排気流量制御が実施される。

具体的に排気流量制御では、エンジン回転速度などのエンジン運転状態情報に基づき予め定めた制御マップ等から通路面積に相当する弁体１３の目標開度が決定されるとともに、その目標開度応じてアクチュエータ１４の出力軸の目標角度位置が算出される。そして、その目標角度位置と位置センサ１６により検出した実角度位置とに基づいてアクチュエータ１４が駆動される。すなわち、アクチュエータ１４のフィードバック制御が行われる。

上述した排気流量制御により、弁体１３の開度が閉側に調整されると、排気管１１の通路面積が狭められるために排ガスの流速が大きくなる。この結果、排ガスはサイレンサ１２内にてさほど膨張されることなく大気に放出され、排気損失が比較的少なくなる。これにより、エンジン１０の低負荷・低回転時におけるエンジン出力の向上を図ることができる。一方で、弁体１３の開度が開側に調整されると、排ガスの流速が小さくなり、排ガスはサイレンサ１２内にて膨張させられた後に大気に放出される。これにより、エンジン１０の高負荷・高回転時において排気騒音が低減させることができる。すなわち、弁体１３の開度を調整することにより、エンジン１０の出力性能を任意に制御できる。

ところで、長期にわたる使用などによりワイヤ１５が外れたり、同ワイヤ１５が切れるなどして、ワイヤ１５の連結が遮断されることがある。この場合、弁体１３の開度を適正に調整することができなくなってエンジン出力の低下及び排気音やドライバフィーリングの悪化が生じるおそれがある。また、アクチュエータ１４とワイヤ１５との取り付け部において、アクチュエータ１４のギヤが欠損するなどの問題が生じるおそれがある。このため、ワイヤ１５の連結が遮断されていることを判断する必要がある。

図２は、アクチュエータ１４の出力軸の実角度位置と位置センサ１６の出力との関係を示す図である。図２に示すように、位置センサ１６は、所定の検出可能範囲において、アクチュエータ１４の出力軸の実角度位置に比例した電圧を出力するものである。すなわち、その電圧からアクチュエータ１４の出力軸の実角度位置を取得することができる。ここで、位置センサ１６の検出可能範囲内で弁体１３の回動範囲が設定されており、アクチュエータ１４は、通常、その検出可能範囲内で駆動される。

本実施の形態では、位置センサ１６の検出値に基づいて、ワイヤ１５の連結が遮断されていることを判断する。詳しくは、検出値が検出可能範囲外になった場合（正常に取得されなかった場合）に、ワイヤ１５の連結が遮断されているおそれがあるとし、その検出値が検出可能範囲に戻るように操作する。そして、検出値が検出可能範囲内に復帰した場合（正常に取得されるようになった場合）に、ワイヤ１５の連結が遮断されていると判断する。なお、このとき、位置センサ１６の検出値が検出可能範囲内に復帰しない場合には、アクチュエータ１４に異常が生じていると判断する。

本実施の形態では、排気流量制御において弁体１３の開度を望み通りに調整するために、エンジン１０の始動に際し、全閉位置学習を行うこととしている。全閉位置学習では、弁体１３の全閉位置に対応する位置センサ１６の検出値を取得するべく、弁体１３が駆動可能な最大範囲な全閉位置まで回動するようにアクチュエータ１４を駆動させており、その全閉位置学習時において、ワイヤ１５の連結が遮断されたことを判断することとする。また、全閉位置学習に限らず、全開位置に対応する位置センサ１６の検出値を取得するべく全開位置学習を行うこととし、全閉位置学習と同様に、その全開位置学習時においてワイヤ１５の連結が遮断されたことを判断するようにしても良い。

図３は、弁体１３の全閉位置学習処理の処理手順を示すフローチャートである。本全閉位置学習処理は、ＥＣＵ２０によりエンジン１０の始動に際して１回実行されるものである。この全閉位置学習において、位置センサ１６の検出値が位置センサ１６の検出可能範囲外になった場合には、後述する図４の異常時処理が実行される。

先ずステップＳ１０１では、弁体１３が閉側に回動するようにアクチュエータ１４を駆動させる。ステップＳ１０２では、位置センサ１６の検出値を取得する。そして、ステップＳ１０３において、取得した検出値が位置センサ１６の検出可能範囲内であるか否かを判定する。検出可能範囲内でなければ、ワイヤ１５の連結が遮断されているおそれがあるとして、ステップＳ１０４に移行し、後述する図４の異常時処理を行う。一方で検出可能範囲内であればステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０５では、位置センサ１６の検出値の前回値と今回値とが同じであるか否か判定する。すなわち、弁体１３の開度が全閉位置であれば、図示しないストッパにより弁体１３の回動が停止されるため、かかる判定により全閉位置であることを検知できる。ただし、本実施の形態では、全閉位置の検知をより確実に行うため、連続して複数回、検出値の前回値と現在値とが同じ場合に、その検出値を全閉位置とする。このため、本全閉位置学習処理ではカウンタＮを用いて判定回数をカウントしている。カウンタＮはＥＣＵ２０の電源投入時に０に初期化されている。位置センサ１６の検出値の前回値と今回値とが同じでなければ、今回の検出値は全閉位置ではないとし、ステップＳ１０６においてカウンタＮを０にした後、ステップＳ１０１に移行して弁体１３が閉側に回動するようにアクチュエータ１４を再び駆動させる。一方で、位置センサ１６の検出値の前回値と今回値とが同じであれば、ステップＳ１０７に移行してカウンタＮを１加算する。

ステップＳ１０８では、カウンタＮが２より大きいか否かを判定する。カウンタＮが２以下であれば、ステップＳ１０１において再び弁体１３が閉方向に回動するようにアクチュエータ１４を駆動させる。一方で、カウンタＮが２より大きければ、位置センサ１６の検出値の今回値を全閉位置と記憶した後、本全閉位置学習処理を終了する。

図４は、異常時処理の処理手順を示すフローチャートであり、本異常時処理は、図３の全閉位置学習処理のほか排気流量制御などにおいて位置センサ１６の検出値が検出可能範囲外になった場合に実行される。本異常時処理では、位置センサ１６の検出値が検出可能範囲外になる直前の回動方向と逆方向に弁体１３が回動するようにアクチュエータ１４を駆動させ、その結果、位置センサ１６の検出値が検出可能範囲に復帰した場合に、ワイヤ１５の連結が遮断されていると判断する。また、その場合、アクチュエータ１４の出力軸を予め定めた所定角度位置にて停止させる。

ステップＳ２０１では、弁体１３がそれまでと逆方向に回動するようにアクチュエータ１４を駆動させる。すなわち、全閉位置学習時において弁体１３を閉方向に回動させた際に位置センサ１６の検出値が検出可能範囲外になった場合には、弁体１３が開方向に回動するようにアクチュエータ１４を駆動させる。ステップＳ２０２では、位置センサ１６の検出値を取得する。そして、ステップＳ２０３において、検出値が検出可能範囲内に復帰したか否かを判定するとともに、ステップＳ２０４において、検出値が所定角度位置であるか否かを判定する。

位置センサ１６の検出値が検出可能範囲内であり、且つ所定角度位置である場合には、ワイヤ１５の連結が遮断されているとして、ステップＳ２０５に移行する。そして、ステップＳ２０５において、ワイヤ１５の連結が遮断されている旨の故障診断情報（ダイアグコード等）をＥＣＵ２０内のＥＥＰＲＯＭやバックアップＲＡＭ等よりなるバックアップ用メモリに記憶するとともに、警告灯２１を点灯させ、運転者に異常が生じている旨を報知する。また、アクチュエータ１４の駆動許可状態を不許可とし、以後、アクチュエータ１４を駆動させないようにする。

一方で、位置センサ１６の検出値が検出可能範囲内でないか又は所定角度位置でない場合には、ステップＳ２０６に移行する。そして、ステップＳ２０６において、検出可能範囲外である経過時間として本異常時処理の処理時間を取得し、ステップＳ２０７において、その処理時間が所定時間以上経過しているか否かを判定する。所定時間以上経過していなければ、ステップＳ２０１に移行し、検出値を検出可能範囲に復帰させるべく、アクチュエータ１４を再び駆動させる。一方で、所定時間以上経過している場合には、アクチュエータ１４に異常が生じているとして、ステップＳ２０８に移行する。そして、ステップＳ２０８において、アクチュエータ１４に異常が生じている旨の故障診断情報（ダイアグコード等）をＥＣＵ２０内のバックアップ用メモリに記憶するとともに、警告灯２１を点灯させる。また、アクチュエータ１４の駆動許可状態を不許可とし、以後、アクチュエータ１４を駆動させないようにする。

以上、詳述した実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

位置センサ１６の検出値が検出可能範囲内でないと判定された場合に、その検出値が検出可能範囲内に復帰するようにアクチュエータ１４を操作するとともに、その結果、検出値が検出可能範囲内に復帰したかを判定し、復帰している場合にワイヤ１５の連結が遮断されていると判断するようにした。これは、通常時にはアクチュエータ１４は位置センサ１６の検出可能範囲内で駆動されるのに対し、ワイヤ１５の連結が遮断されている場合には位置センサ１６の検出値がその検出可能範囲外になることに基づいている。したがって、位置センサ１６の検出値に基づきワイヤ１５の連結が遮断されていることが検知可能である。特に、検出値が検出可能範囲内でないと判定された際に同検出値が検出可能範囲に復帰するかを判定したことにより、ワイヤ１５の連結が遮断されていることがより的確に検知される。

全閉位置学習時において位置センサ１６の検出値が検出可能範囲外になった場合に異常時処理としてワイヤ１５の連結が遮断されていることの判断を行うようにした。これにより、弁体１３の駆動可能な最大範囲である全閉位置まで回動するようにアクチュエータ１４が駆動される際に、その全閉位置学習と併せてワイヤ１５の連結が遮断されていることの判断が効率良く行われる。

また、ワイヤ１５の連結が遮断されていると判断した際に、アクチュエータ１４の出力軸を所定角度位置にて停止させるとともにそれ以降アクチュエータ１４を駆動させないようにしたことにより、アクチュエータ１４の保護が図られる。さらに、警告灯２１を点灯させ、ワイヤ１５の連結が遮断されている旨を報知するようにしたことにより、運転者に修理を受ける旨の警告が促される。

なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、以下のように実施しても良い。

上記実施の形態では、図４に示した異常時処理のステップＳ２０１において、それまでと逆向きにアクチュエータ１４を駆動させるようにしたが、これに限らない。それまでと同じ方向にアクチュエータ１４をさらに駆動させる構成としても良い。ワイヤ１５の連結が遮断されている場合には、アクチュエータ１４の出力軸が１回転し、その結果、位置センサ１６の検出値が検出可能範囲内に復帰するためである。したがって、検出値が帰した判定された場合に、ワイヤ１５の連結が解除されていると判断できる。

上記実施の形態では、位置センサ１６の検出値がその検出可能範囲外になった場合に、図４の異常時処理を実行するようにしたが、これに限らない。アクチュエータ１４の出力軸の角度位置として許容する正常動作範囲を予め規定しておき、検出値がその正常動作範囲外になった場合に、図４と同様の異常時処理を実行する構成としても良い。この場合、異常時処理のステップＳ２０３において、位置センサ１６の検出値が規定した正常動作範囲であるか否かを判定する。

上記実施の形態では、バタフライ式の弁体１３を用いたが、ロータリ式の弁体を用いた構成としても良く、さらに、これらの回動式の弁体に限られるものではない。アクチュエータ１４としてモータ及びギヤユニットからなる回動式のものを用いたが、これに限らず、直動式のリニアアクチュエータなどであっても良い。また、動力伝達部材としてワイヤ１５を用いたが、かかる部材は任意であり、ワイヤに制限されるものではない。

排気制御システムの全体概略構成図である。 アクチュエータの出力軸の実角度位置と位置センサの出力との関係を示す図である。 全閉位置学習処理の処理手順を示すフローチャートである。 異常時処理の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、１１…排気通路としての排気管、１３…弁体、１４…アクチュエータ、１５…動力伝達部材としてのワイヤ、１６…検出手段としての位置センサ、２０…ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路の通路面積を可変とする排気制御用の弁体と、該弁体に動力伝達部材により連結され、該動力伝達部材を介して前記弁体に駆動力を付与するアクチュエータと、該アクチュエータの駆動量を検出する検出手段とを備え、
   前記通路面積を所望とする面積にするべく、前記検出手段の検出値が目標値に一致するように前記アクチュエータを操作して前記弁体を作動させる内燃機関の排気制御装置において、
   前記検出手段の検出値に基づいて前記動力伝達部材の連結が遮断されていることを判断する判断手段を備え、
   前記判断手段は、前記検出手段の検出値が予め規定した検出範囲内であるかを判定する手段を有し、該手段により前記検出手段の検出値が前記検出範囲内でないと判定された場合に、前記検出手段の検出値が前記検出範囲内に復帰するように前記アクチュエータを操作する手段を有し、該手段により前記アクチュエータを操作した結果、前記検出手段の検出値が前記検出範囲内に復帰した場合に前記動力伝達部材の連結が遮断されていると判断し、前記検出手段の検出値が前記検出範囲内に復帰しなかった場合に前記アクチュエータに異常が生じていると判断することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
2. 前記アクチュエータがモータからなる回動式であり、且つ前記検出手段がその１回転ごとの角度位置を検出する構成であり、
   前記判断手段は、前記検出手段の検出値が前記検出範囲内に復帰するように、前記弁体の変位方向が前記検出値を前記検出範囲内でないと判定する前と同方向になるように前記アクチュエータを操作することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
3. 前記通路面積を最小とする前記弁体の全閉位置に対応する前記検出手段の検出値を学習する全閉位置学習、又は前記通路面積を最大とする前記弁体の全開位置に対応する前記検出手段の検出値を学習する全開位置学習の少なくともいずれかを実施する際に、前記判断手段は、前記動力伝達部材の連結が遮断されていることを判断す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制御装置。
4. 前記判断手段により前記動力伝達部材の連結が遮断されていると判断した場合に、前記アクチュエータの操作を禁止することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気制御装置。
5. 前記判断手段の判断結果を運転者に対して報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気制御装置。

Images