JP4977903B2 - 排気バルブ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気バルブ制御装置に係り、特に、外気温および冷却水温情報に基づいて排気バルブが氷結によって固着していることを推測し、エンジン出力を低下させることができる排気バルブ制御装置に関する。

従来から、排気装置に設けられた排気バルブをモータで開閉駆動する排気バルブ装置が知られている。このような排気バルブ装置によれば、エンジンの運転状態に応じて排気通路面積を変化させることで、高回転域での抵抗低減や排気脈動の利用が可能となり、全回転域において理想的なエンジン特性を得ることが可能となる。しかし、この排気バルブが正常に作動しなくなると、正常に作動することを前提として設定された点火時期や燃料噴射量が最適値から外れてしまう可能性がある。

特許文献１には、排気バルブが正常に作動しなくなると、エンジンを保護するためにエンジン出力を低下させるようにしたエンジン制御装置が開示されている。
特開２００５−５４６０６号公報

排気バルブをモータで駆動する構成として、モータの回転軸に排気バルブを直結するほか、ギヤ機構を介したり、２本のワイヤを介したりする等によって、開側および閉側の両方向に駆動する構成が知られている。このような駆動方法では、モータと排気バルブの動きが連動するので、特許文献１に開示されるように、モータがロックした際に流れるロック電流や、モータに過大な負荷が加わった際に流れる電流を検出することによって、排気バルブの異常を検知することができる。

しかしながら、排気バルブを１本のワイヤで駆動する方式、具体的には、排気バルブを弾発部材等で開方向に付勢しておき、排気バルブに連結した１本のワイヤをモータで引いて閉方向に駆動するようにした構成では、例えば、排気バルブが閉じた状態で固着してしまうと、排気バルブを開方向に駆動しようとした時に、モータは正常に作動してもワイヤが緩まるだけで排気バルブが開かないという現象が生じる可能性がある。この場合、モータの電流状態からは排気バルブの異常が検知できず、エンジン出力を低下させる制御を適切に実行することができない可能性があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、外気温および冷却水温情報に基づいて排気バルブが氷結によって固着していることを推測し、エンジン出力を低下させることができるを排気バルブ制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、車両の排気装置に設けた排気バルブをモータで開閉制御する排気バルブ制御装置において、エンジンの運転状態を制御すると共に、該運転状態に応じて排気バルブを駆動する制御部を具備し、前記制御部は、前記エンジンの停止時に前記排気バルブを閉じるように設定されていると共に、前記エンジンの再始動時に、外気温および冷却水温がそれぞれ所定値より小さく、かつエンジンが所定の高負荷状態とされると、前記エンジンの出力を低下させる処理を実行する点に第１の特徴がある。

また、前記制御部は、前記冷却水温から外気温を減算した値が所定値以下の場合に、前記エンジンの出力を低下させる点に第２の特徴がある。

また、前記排気バルブが、弾性部材によって常に開方向に弾発されており、排気バルブに連結された１本のワイヤをモータで引くことで閉方向に駆動されるように構成されている点に第３の特徴がある。

また、前記排気バルブが、前記排気装置の消音器内に収められたインナパイプの端部に設けられている点に第４の特徴がある。

さらに、前記エンジンの出力を低下させる処理は、点火時期のリタード処理である点に第５の特徴がある。

第１の特徴によれば、エンジンの運転状態を制御すると共に、該運転状態に応じて排気バルブを駆動する制御部を具備し、制御部は、エンジンの停止時に排気バルブを閉じるように設定されていると共に、エンジンの再始動時に外気温および冷却水温がそれぞれ所定値より小さく、かつエンジンが所定の高負荷状態とされると、エンジンの出力を低下させる処理を実行するので、寒冷時の氷結によって、排気バルブが閉じた状態で固着したり開きにくい状態にあると推測される際に、排気バルブが閉じたままエンジンが高負荷状態とされて排気圧力が高まってしまうことを防止できる。これにより、ノッキング等の発生を防いでエンジンを保護することが可能となる。

第２の特徴によれば、制御部は、冷却水温から外気温を減算した値が所定値以下の場合にエンジンの出力を低下させるので、冷却水温と外気温との差に基づいて、車両が寒冷外気中に長時間置かれていたことを判定し、エンジンを保護することが可能となる。

第３の特徴によれば、排気バルブが、弾性部材によって常に開方向に弾発されており、排気バルブに連結された１本のワイヤをモータで引くことで閉方向に駆動されるように構成されているので、モータの駆動状態に基づいて排気バルブの氷結状態を判断することができない構成を有する排気バルブ装置に好適な制御装置を得ることができる。

第４の特徴によれば、排気バルブが、排気装置の消音器内に収められたインナパイプの端部に設けられているので、外部から排気バルブに触れることができない構成の排気バルブ装置において、氷結時のエンジン保護を実行することが可能となる。

第５の特徴によれば、エンジンの出力を低下させる処理は点火時期のリタード処理であるので、エンジンに悪影響を与えず、かつ簡単な手法でエンジン出力を低下させてエンジンを保護することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る排気バルブ制御装置によって駆動される排気バルブ装置５の側面図である。また、図２は、排気バルブ装置５の一部断面正面図である。さらに、図３は、排気バルブ１２とこれを駆動するモータ２５との関係を示す模式図である。

排気バルブ装置５は、自動二輪車等の車両の排気装置の消音器１（マフラ）の内部に配設されている。エンジンの排気管（不図示）の後端部に連結される消音器１は、内部隔壁３やインナパイプ４，１０等の構造によって排気音を低減し、消音器１の後端部に設けられた排気口２から車両後方に排気ガスを排出する。本実施形態に係る排気バルブ装置５は、消音器１内の後方側に位置するインナパイプ１０に取り付けられており、インナパイプ１０に設けられた開閉自在な排気バルブ１２によって、排気流路面積を任意に変化させることができる。排気バルブ１２は、インナパイプ１０の開口部１１に当接する位置を閉位置とし、この閉位置において開口部１１をすべて塞ぐように構成されている。

略円形の排気バルブ１２は、２本の取付ボルト２３によって回動軸１８に固定されている。回動軸１８は、支持ステー２１，２２によってインナパイプ１０に接合されたベース部材２０に回動自在に軸支されており、その一端部にナット１９が締結されることで、回動プレート１３と一体的に回動するように構成されている。回動プレート１３に連結された円筒状のケース１６には、弾発部材としてのねじりコイルばね１７が収納されている。ねじりコイルばね１７は、その一端部１７ａがベース部材２０に係合されると共に、他端部１７ｂが回動プレート１３に係合されることで、排気バルブ１２を常に開方向に付勢する弾性力を発生している。

回動プレート１３には、一端部にタイコ１４が取り付けられたワイヤ１５が係合されており、前記ねじりコイルばね１７の弾性力に抗して、ワイヤ１５を車体前方側に引っ張ることで、排気バルブ１２を閉方向に駆動することができる。ワイヤ１５の他端部は、タイコ２７によってモータ２５の回動部材２６に係合されている。上記したような構成により、モータ２５を駆動してワイヤ１５を図示左方に引くと排気バルブ１２が閉方向に駆動され、他方、モータ２５を逆方向に駆動してワイヤ１５を図示右方に緩めると排気バルブ１２が開方向に駆動される、いわゆるワイヤ１本引き方式による排気バルブ駆動装置が得られる。

本実施形態に係るモータ２５には、減速機構を備えたサーボモータが使用されており、これを駆動するためのパルス幅変調のデューティを与えない状態でも、前記したねじりコイルばね１７の弾性力によって開方向に動くことはない。したがって、例えば、閉位置の状態で車両の電源がオフにされても、この閉位置が維持されることとなる。なお、前記モータ２５は、図示しない車両の車体側に設けられている。

なお、排気バルブ装置５が取り付けられるインナパイプ１０の位置は、消音器１内において任意に変更することができる。また、消音器１内に設けられるインナパイプは、排気ポートに接続された排気管に直結される１本のみでもよく、内部隔壁やインナパイプには消音用のパンチングホール等が設けられていてもよい。

本実施形態に係る排気バルブ制御装置は、主電源のオフ時に、前記排気バルブ１２を閉じるように設定している。これにより、車両が寒冷下に長時間停車されると、エンジン停止後の結露等による水分が氷結して、インナパイプ１０と排気バルブ１２との接合部が固着する可能性がある。前記したように、排気バルブ装置５は、戻し側のワイヤを有していないので、この氷結状態でモータ２５を駆動して排気バルブ１２を開方向に駆動しようとしても、ワイヤ１５が緩むだけで排気バルブ１２は開かないこととなる。この氷結状態で、エンジンが排気バルブ１２を開くべき運転状態、例えば、高回転状態とされると、排気圧力が高くなってエンジンにノッキング等が生じる可能性がある。本実施形態に係る排気バルブ制御装置は、上記したような排気バルブの氷結状態を推測して、これに対応したエンジン制御を実行できるように構成されている点に特徴がある。

図４は、本発明の一実施形態に係る排気バルブ制御装置の構成を示すブロック図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。制御部としてのＥＣＵ３０には、エンジンの冷却水温を検知する水温センサ４０および外気温を検知する外気温センサからの情報に基づいて排気バルブ１２の氷結状態を判断する氷結状態判断部３１と、エンジンの点火時期を算出する点火時期算出部３２と、点火プラグ等からなる点火装置４５を駆動制御する点火装置制御部３４と、所定タイミングからのエンジンの点火回数を計測する点火回数カウンタ３６と、排気バルブ１２に連結されたモータ２５を駆動制御する排気バルブ制御部３５とが含まれる。

点火時期算出部３２は、エンジン回転数センサ４２、スロットル開度センサ４３、点火マップ３３、氷結状態判断部３１からの情報が入力されており、エンジンの通常運転時には、エンジン回転数およびスロットル開度を点火マップ３３に適用することで、点火装置制御部３４に伝達する標準点火時期を算出する。また、排気バルブ制御部３５は、エンジンの通常運転中には、エンジン回転数センサ４２およびスロットル開度センサ４３からの情報に基づいて排気バルブ１２を所定開度に駆動すると共に、エンジンの停止時には排気バルブ１２を閉状態にするように設定されている。

以下、図５のフローチャートを合わせて参照して、本発明の一実施形態に係る寒冷時点火時期制御の流れを説明する。ステップＳ１で車両の主電源がオンにされると、ステップＳ２では、水温センサ４０で水温Ａを検知すると共に、外気温センサで外気温Ｂを検知する。そして、ステップＳ３でエンジンが始動されると、ステップＳ４では前記点火回数カウンタ３６によって点火回数のカウントが開始される。続くステップＳ５では、水温Ａが所定水温より低いか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、外気温Ｂが所定外気温より小さい（低い）か否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ７に進む。そして、ステップＳ７では、水温Ａから外気温Ｂを減算した値が、所定値としての氷結判定値より小さい（低い）か否かが判定されることとなる。

ここで、例えば、水温Ａが所定水温より低い摂氏１度であると共に、外気温Ｂが所定外気温より低い摂氏マイナス３度であり、さらに、氷結判定値が１０度に設定されている場合、Ａ−Ｂの値は氷結判定値より小さい４度となって、ステップＳ７が肯定判定されることとなる。ステップＳ７による判定は前記氷結状態判断部３１で実行され、エンジンの冷却水温と外気温との差が小さいことに基づいて、車両が寒冷環境下に長時間停車されていたことを判定するものである。そして、ステップＳ７で肯定判定されると、ステップＳ８において、排気バルブ１２が氷結して排気バルブに固着している可能性が高い状態であると判断し、ステップＳ９に進む。なお、ステップＳ７の判定は、水温Ａと外気温Ｂの比率に基づいて実行することもできる。

ステップＳ９では、エンジン回転数が所定回転数以上かつスロットル開度が所定開度以上であるか否かが判定される。ステップＳ９の判定は、エンジンが所定の高負荷状態にあるか否かを判定するものであり、例えば、所定回転数を５０００ｒｐｍ、スロットル開度を５０％等に設定することができる。この各数値の設定は、通常運転時であれば排気バルブ１２を開くように設定される値と対応させてもよい。なお、ステップＳ５，６，９で否定判定されると、それぞれ排気バルブが氷結している可能性が低い状態であるとして、一連の制御を終了する。

そして、ステップＳ９で肯定判定、すなわち、排気バルブ１２が氷結していると推測される状態でエンジンが高負荷状態になったと判定されると、ステップＳ１０に進んで、点火マップ３３によって導出される点火時期を、排気バルブが正常に作動していることを前提とする標準値からリタードさせる遅角処理を実行する。このリタード処理によれば、エンジン出力を速やかに低下させることができ、排気バルブの氷結に基づくノッキング等の発生を防止し、エンジンを保護することが可能となる。続くステップＳ１１では、点火回数が所定回数に到達したか否かが判定される。このステップＳ１１は、始動したエンジンが暖まって、エンジンや排気ガスの熱で排気バルブ１２の氷結状態が解消されたことを推測するものであり、前記所定回数は、例えば、１万回に設定することができる。

ステップＳ１１で肯定判定されるとステップＳ１２に進んで、リタード状態を解除すると共に、点火マップ３３に基づく点火時期制御に移行し、一連の制御を終了する。なお、ステップＳ１１で否定判定されると、ステップＳ１３で点火回数をインクリメントし、ステップＳ１０に戻ってリタード処理を継続する。

なお、水温Ａの所定水温、外気温Ｂの所定外気温、氷結判定値、エンジンが高負荷状態であると判断する条件、リタード処理におけるリタード量、点火回数の所定回数等の設定値は、エンジンの仕様等に合わせて種々の変形が可能である。また、前記ステップＳ７の判定は、エンジン回転数またはスロットル開度のいずれか一方の情報に基づいて行ってもよい。

上記したように、本発明に係る排気バルブ制御装置によれば、水温および外気温の情報に基づいて排気バルブが氷結状態にあることを推測してエンジン出力を低下させるので、排気バルブが閉状態で固着したことを検知する手段を持たない排気バルブ装置においても、排気バルブが閉じたままエンジンが高負荷状態とされてエンジンに悪影響を与えることを防止することが可能となる。

なお、排気バルブ装置の構造や配置、ＥＣＵの構成等は、上記した実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、エンジンの出力を低下させる処理は、点火時期のリタードに限られず、燃料噴射量や吸気量の変更によって実行してもよい。

本発明の一実施形態に係る排気バルブ装置の側面図である。 排気バルブ装置の一部断面正面図である。 排気バルブとモータとの関係を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る排気バルブ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る寒冷時点火時期制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…消音器、５…排気バルブ装置、１０…インナパイプ、１２…排気バルブ、１３…回動プレート、１５…ワイヤ、１７…ねじりコイルばね（弾性部材）、１８…回動軸、２５…モータ、３０…ＥＣＵ（制御部）、３１…氷結状態判断部、３２…点火時期算出部、３４…点火装置制御部、３５…排気バルブ制御部、４０…水温センサ、４１…外気温センサ、４２…エンジン回転数センサ、４３…スロットル開度センサ、４５…点火装置

Claims (4)

1. 車両の排気装置に設けた排気バルブ（１２）をモータ（２５）で開閉制御する排気バルブ制御装置において、
   エンジンの運転状態を制御すると共に、該運転状態に応じて排気バルブ（１２）を駆動する制御部（３０）を具備し、
   前記制御部（３０）は、前記エンジンの停止時に前記排気バルブ（１２）を閉じるように設定されていると共に、前記エンジンの冷間始動時に、外気温および冷却水温がそれぞれ所定値より小さく、かつエンジン回転数が所定回転数以上かつスロットル開度が所定開度以上とされると、前記エンジンの出力を低下させる処理を実行し、
   前記エンジンの出力を低下させる処理は、点火時期のリタード処理であり、該リタード処理の開始後に点火回数が所定回数に到達するとリタード処理を解除することを特徴とする排気バルブ制御装置。
2. 前記制御部（３０）は、前記冷却水温から外気温を減算した値が所定値より小さい場合に、前記エンジンの出力を低下させることを特徴とする請求項１に記載の排気バルブ制御装置。
3. 前記排気バルブ（１２）が、弾性部材（１７）によって常に開方向に弾発されており、排気バルブ（１２）に連結された１本のワイヤ（１５）をモータ（２５）で引くことで閉方向に駆動されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気バルブ制御装置。
4. 前記排気バルブ（１２）が、前記排気装置の消音器（１）内に収められたインナパイプ（１０）の端部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の排気バルブ制御装置。

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