JP4972810B2 - 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、排気管の排気バルブを閉位置に突き当てて保持する際にモータの発熱を防止す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。

特許文献１には、４気筒エンジンの４本の排気管の集合部分に、モータで駆動する排気バルブを取り付けた排気バルブ装置が開示されている。
特許第２５１６７６８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。特許文献１に記載の構成でも、排気バルブが２本のワイヤを介して駆動されており、モータと排気バルブの動きは完全に連動する。したがって、排気バルブが所定の位置に存在するか否かは、モータに内蔵されたポテンショメータで検知することが可能である。

これに対し、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し、閉位置において排気管の開口端部に排気バルブが突き当たるようにした構成が知られている。このような構成は、排気バルブの角度を無段階に可変するのではなく、開位置と閉位置の２態様に切り換える制御に好適であり、低コストな排気バルブ装置を得ることができる。しかしながら、戻し側のワイヤがないため、ワイヤの伸びや機械部品の精度のばらつき等があると、ポテンショメータによるモータ位置のみでは排気バルブの位置にずれが生じる可能性があり、確実に閉位置に駆動するために突き当て処理を実行する必要がある。このとき、排気バルブが突き当った後も、閉方向へ駆動するために必要なパルス幅変調のデューティが供給され続けると、モータに余分な発熱が発生する可能性があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、排気管の排気バルブを閉位置に突き当てて保持する際にモータの発熱を防止することができる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、車両の排気管の端部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、前記排気バルブは、前記排気管の端部に突き当たる位置をその閉位置とし、前記モータにパルス幅変調の所定のデューティを与える排気バルブ制御部と、前記排気バルブを閉位置に前記所定のデューティで駆動する際に、前記排気バルブが排気管に突き当たったことを検知する閉位置到達判断部とを具備し、前記排気バルブ制御部は、前記閉位置到達判断部によって排気バルブが排気管に突き当たったことが検知されると、前記所定のデューティを、エンジンの運転中に閉位置で保持するために必要な値まで徐々に小さくする点に第１の特徴がある。

また、前記閉位置到達判断部は、前記モータの位置変化がない状態が所定時間継続されると、前記排気バルブが排気管に突き当たったと判断する点に第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、前記排気バルブに連結された１本のワイヤを前記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。

さらに、前記排気バルブ制御部は、前記排気バルブを閉位置に駆動する際に、実際の閉位置よりさらに閉側に移動した位置を駆動目標位置として設定する点に第４の特徴がある。

第１の特徴によれば、排気バルブは、排気管の端部に突き当たる位置をその閉位置とし、モータにパルス幅変調の所定のデューティを与える排気バルブ制御部と、排気バルブを閉位置に所定のデューティで駆動する際に、排気バルブが排気管に突き当たったことを検知する閉位置到達判断部とを具備し、排気バルブ制御部は、閉位置到達判断部によって排気バルブが排気管に突き当たったことが検知されると、所定のデューティをエンジンの運転中に閉位置で保持するために必要な値まで徐々に小さくするので、排気バルブを閉動作する際、排気管への突き当て後に、閉位置に保持するために必要なデューティより大きなデューティが与えられることでモータが余分な発熱が生じることを防ぐことができる。また、エンジンの運転中に閉位置で保持する際の消費電力を低減することが可能となる。さらに、排気バルブを閉方向へ駆動するために必要なデューティから、エンジンの運転中に閉位置で保持するために必要なデューティまで徐々に小さくし、デューティの移行をスムーズに実行できる。

第２の特徴によれば、閉位置到達判断部は、モータの位置変化がない状態が所定時間継続されると、排気バルブが排気管に突き当たったと判断するので、排気バルブが閉位置に到達したことを、簡単な手法によって検知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本のワイヤを前記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、排気バルブが閉位置に到達したことを、排気管への付き当て処理によって検知する必要のあ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、排気バルブ制御部は、排気バルブを閉位置に駆動する際に、実際の閉位置よりさらに閉側に移動した位置を駆動目標位置として設定するので、排気バルブ装置の構成部品の精度ばらつきやワイヤの伸び等が生じていても、排気バルブを確実に閉位置に到達させ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。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排気管としてのインナパイプ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発力を発生している。

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いるので、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。また、エンジン運転中においても、アイドリングを含む低中回転域等では、排気バルブ１２を閉位置に保持するように設定されている。しかし、本実施形態に係る排気バルブ装置５は、戻し側のワイヤがないため、ワイヤの伸びや機械部品の精度のばらつき等があると、ポテンショメータによるモータ位置と実際の排気バルブの位置との間にずれが生じる可能性がある。このため、確実に閉位置まで駆動するためには、図３に示すように、実際の閉位置Ａより所定角度θだけさらに閉側に回動した目標駆動位置Ｂを設定しておき、これに向かってモータ２５を駆動する途中でモータ２５が回動しなくなることで閉位置Ａに到達したと判断する、いわゆる「突き当て処理」を行う必要がある。このとき、排気バルブが突き当った後も、閉方向へ駆動するために必要なデューティが供給され続けると、モータに余分な発熱が発生してしまう。

また、エンジンの運転中に排気バルブ１２を閉位置に保持しようとする場合、排気バルブ１２には排気圧力がかかるので、閉位置に到達した後にデューティの供給を完全に停止してしまうと、モータ内の減速機構ギヤのバックラッシ等によって排気バルブ１２が少しだけ開いてしまう可能性があった。本実施形態に係る排気バルブ制御装置は、排気バルブの制御手法の工夫によって、上記した課題を解決できる点に特徴がある。

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。ＥＣＵ３０には、排気バルブ１２が閉位置に到達したか否かを判定する閉位置到達判定部３１と、所定タイミングからの時間を計測して閉位置到達判定部３１に伝達するタイマ３２と、モータに供給するデューティの移行が必要な状態であるか否かを判断するモータＤＵＴＹ（デューティ）移行状態判断部３３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３４とが含まれる。

排気バルブ制御部３４には、エンジン回転数センサ４２、スロットル開度センサ４３、ギヤポジション信号４４、モータデューティ移行状態判断部３３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、スロットル開度およびギヤポジション情報に基づいて、モータ２５に供給するデューティを算出する。モータ２５には、その回転角度を検知するポテンショメータが内蔵されており、該ポテンショメータからの情報は、排気バルブ制御部３４を介して閉位置到達判断部３１に伝達される。なお、本実施形態では、前記ギヤポジション信号４４をエンジン回転数と車速の比から算出しているが、ギヤポジションセンサによって検知する構成としてもよい。

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排気バルブ駆動制御の流れを説明する。ステップＳ１で、エンジンが排気バルブ１２を閉じるべき運転状態となって、閉動作用のデューティで排気バルブ１２の閉動作が開始されると、ステップＳ２では、２０ｍｓ前と比較してモータ２５の回転位置に変化がないか否かが判定される。この回転位置の変化は、モータ２５に内蔵されたポテンショメータによって検知される。ステップＳ２で否定判定されると、ステップＳ４に進んで閉動作を継続し、ステップＳ２の判定に戻る。なお、ステップＳ２の判定で使用する時間（２０ｍｓ）は、モータ２５の特性等に合わせて任意に変更することができる。

ステップＳ２で肯定判定されると、ステップＳ３に進んで、前記タイマ３２による時間計測が開始される。続くステップＳ５では、タイマ３２の計測開始から所定時間（例えば、１秒）が経過したか否かが判定される。このステップＳ５で肯定判定される、すなわち、モータ２５の回転位置に変化がない状態が所定時間継続されたと判定されると、ステップＳ６に進む。そして、ステップＳ６では、前記閉位置到達判定部３１によって、排気バルブ１２が閉位置Ａ（図３参照）に到達したことが判断される。

このように、本実施形態に係る排気バルブ制御装置では、排気バルブ１２を閉位置まで駆動する際に、目標駆動位置Ｂ（図３参照）に向かって駆動してゆき、モータ２５の回転位置に変化がなくなってから所定時間が継続されることで、排気バルブ１２が閉位置に到達したことを判断するように構成されている。これにより、戻し側のワイヤを持たない、ワイヤ１本引き方式による排気バルブ駆動装置においても、排気バルブ１２を確実に閉位置に駆動することが可能となる。

そして、ステップＳ７では、モータ２５に供給するデューティを、排気バルブ１２の閉動作に必要な閉動作用デューティ値から、アイドリング等でエンジンが運転中でも排気バルブ１２が開かないようにするために必要なバルブ保持用デューティ値まで徐々に移行させて、一連の制御を終了する。このステップＳ７の処理によれば、インナパイプ１０への突き当て処理後に、閉位置に保持するために必要なデューティより大きなデューティが与えられて、モータが余分な発熱が生じることを防ぐことができる。なお、ステップＳ７の処理は、突き当て処理が終了した時点で、モータ２５に供給するデューティをバルブ保持用デューティに切り換えるようにしてもよい。

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、排気バルブを閉位置に駆動する際に、モータの回転位置に変化がない状態で所定時間が経過することで、排気バルブが閉位置に到達したことを判断するので、ワイヤ１本引き方式による排気バルブ駆動装置でも排気バルブを確実に閉位置に駆動することが可能となる。また、閉位置に到達したことを検知すると、モータに供給するデューティを、閉動作用デューティからバルブ保持用デューティに移行するので、モータが余分な発熱が生じることを防ぐと共に、閉位置を保持している間のモータの消費電力を低減することができる。

なお、排気バルブ装置の構造や配置、モータの構造、ＥＣＵの構成、閉位置への到達を判断するための所定時間、閉動作用デューティとバルブ保持用デューティとの比率等は、上記した実施形態に限られず、種々の変更が可能である。

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排気バルブ駆動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、３１…閉位置到達判定部、３２…タイマ、３３…モータＤＵＴＹ（デューティ）移行状態判断部、３４…排気バルブ制御部

Claims (3)

1. 車両の排気管（１０）の端部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、
   前記排気バルブ（１２）は、前記排気管（１０）の端部に突き当たる位置をその閉位置とし、
   前記モータ（２５）にパルス幅変調の所定のデューティを与える排気バルブ制御部（３４）と、
   前記排気バルブ（１２）を閉位置に前記所定のデューティで駆動する際に、前記排気バルブ（１２）が排気管（１０）に突き当たったことを検知する閉位置到達判断部（３１）とを具備し、
   前記排気バルブ制御部（３４）は、前記閉位置到達判断部（３１）によって排気バルブ（１２）が排気管（１０）に突き当たったことが検知されると、前記所定のデューティを、エンジンの運転中に閉位置で保持するために必要な値まで徐々に小さくし、
   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、前記排気バルブ（１２）に連結された１本のワイヤ（１５）を前記モータ（２５）で引くことで閉方向に駆動されるように構成されており、
   前記排気管（１０）が、消音器（１）の内部に配設されるインナパイプであり、
   前記排気バルブ（１２）の全閉位置での角度が、前記インナパイプの流路方向に対して傾斜しており、
   前記排気バルブ（１２）が、主電源のオフ時およびエンジンのアイドリングを含む低中回転域で閉位置に保持されることを特徴とする排気バルブ制御装置。
2. 前記閉位置到達判断部（３１）は、前記モータ（２５）の位置変化がない状態が所定時間継続されると、前記排気バルブ（１２）が排気管（１０）に突き当たったと判断す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. 前記排気バルブ制御部（３４）は、前記排気バルブ（１２）を閉位置に駆動する際に、実際の閉位置（Ａ）よりさらに閉側に移動した位置を駆動目標位置（Ｂ）として設定す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。

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