(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル内燃機関の排気タイミングを調整するために開度が変化させられる排気制御バルブと、各種の制御条件に対して前記排気制御バルブの位置を全閉位置と全開位置との間で制御するバルブ制御装置と、反転指令に応じて前記内燃機関の回転方向を反転させる制御を行う反転制御装置とを備えた２サイクル内燃機関用電子式制御装置において、
前記反転制御装置が前記内燃機関の回転方向を反転させる制御を行っている間前記排気制御バルブの位置を全閉位置に固定して該排気制御バルブの開閉動作を禁止するバルブ開閉動作禁止手段を具備してなる２サイクル内燃機関用電子式制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気制御バルブの制御と、機関の回転方向を反転させる制御とを行う２サイクル内燃機関用の電子制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２サイクル内燃機関においては、排気の脈動を利用することにより、吸入空気量を増加させて充填効率を増加させ、機関の出力を向上させることができる。そのため、出力の向上を図ることが必要とされる２サイクル内燃機関においては、排気ポートの上部を開閉する排気制御バルブと、機関の回転速度に応じて排気制御バルブを制御する排気制御バルブ制御手段とを設けて、機関の低速領域から高速領域まで排気脈動効果を得るように、排気制御バルブの位置を全閉位置と全開位置との間で制御するようにしている。
【０００３】
因みに、排気制御バルブの全閉位置は、排気タイミングを最も遅らせる位置（排気ポートの上部を完全に閉じた位置）であり、排気ポート全体を閉鎖する位置でないことは当然である。
【０００４】
排気制御バルブの制御装置としては、排気制御バルブを操作する電動アクチュエータと、排気制御バルブの位置を検出するバルブ位置センサとを設けて、バルブ位置センサにより検出されるバルブの位置を目標位置に一致させるようにアクチュエータを制御するものが知られている。
【０００５】
一般に、排気制御バルブの開度を大きくして、排気ポートの上部を開くと（排気タイミングを進めると）高速回転領域で大きな排気脈動効果を得て充填効率を高めることができ、これにより機関の出力を向上させることができる。
【０００６】
また排気制御バルブを全閉位置側に変位させて、排気ポートの上部を閉じると（排気タイミングを遅らせると）、低速回転領域で大きな排気脈動効果を得て、機関の充填効率を高めることができ、低速領域での機関の出力を向上させることができる。
【０００７】
この種の排気制御バルブを備えた内燃機関においては、排気制御バルブが閉じた状態または開いた状態が長く続くと、機関の排気中に含まれるカーボンや、排気ガス中に含まれる未燃焼ガスとオイルとが混合することにより形成されるタールなどの異物がバルブに付着して、バルブが動き難くなり、バルブの制御に支障を来すことがある。
【０００８】
そこで、排気制御バルブを備えた内燃機関においては、排気制御バルブを全開位置から全閉位置まで強制的に動かすクリーニング動作と、全閉位置から全開位置まで強制的に動かすクリーニング動作を行わせて、バルブに付着したカーボンやタールなどの異物を除去するようにしている。
【０００９】
このクリーニング動作は、例えば、電子式制御装置（ＥＣＵ）のタイマが一定の時間を計時する毎に行うか、または機関の減速時に回転速度の時間的変化率が設定値を超えたときに行うようにしている。
【００１０】
排気時期を制御する排気制御バルブのクリーニング動作をタイマにより管理する場合には、例えば、図４（Ａ）に示すような機関の回転速度Ｎの時間ｔに対する変化とは無関係に、同図（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ内のマイクロプロセッサ内のタイマが一定の時間Ｔａを計時する毎に、排気制御バルブを全開位置に強制的に動かす動作と、全閉位置に強制的に動かす動作とを行わせる。
【００１１】
機関の減速時の回転速度の時間的な変化率に応じてクリーニング動作を行わせる場合には、図４（Ｃ）に示すように、機関の回転速度Ｎが低下する際の回転速度Ｎの時間的変化率ΔＮ／Δｔの大きさが設定値を超えたときに排気制御バルブを全開位置に強制的に動かす動作と、全閉位置に強制的に動かす動作とを行わせる。
【００１２】
またスクーターやスノーモービル等の操作の簡便さを重視する車両等においては、通常変速機に後退用のギアが設けられないため、内燃機関の力を借りて後進運転を行うことができなかったが、最近では、正逆両方向への回転が可能であるという２サイクル内燃機関の特徴を活かして、反転指令に応じて内燃機関の回転方向を反転させる反転制御を行うことにより、前進走行だけでなく、後進走行をも機関により行わせる試みがなされている。
【００１３】
機関の回転方向を反転させる反転制御は、例えば次のようにして行うことができる。
【００１４】
即ち、運転者が反転指令スイッチの操作など、反転指令を発生するための操作を行ったときに、機関の失火、燃料のカット、点火時期の遅角等により、機関の回転速度をアイドリング速度以下の十分に低い速度まで低下させて、機関のピストンの慣性力を低下させた後、過進角したタイミングで機関を点火することにより、上死点に向けて変位しているピストンの慣性力に打ち勝つ爆発力を生じさせて、ピストンを押し戻すことによりクランク軸の回転方向を反転させる。次いで、機関の回転方向が反転したことが確認された後に、反転した回転方向での機関の運転を維持するために適したタイミングで機関を点火することにより、反転した回転方向での機関の運転を継続させる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような反転制御を行うようにした２サイクル内燃機関において、反転制御を毎回確実に行わせるためには、過進角を行った際に適正な燃焼圧を安定に生じさせる必要がある。
【００１６】
ところが排気制御バルブが設けられた２サイクル内燃機関においては、排気制御バルブの位置により混合気の圧縮率が変化し、圧縮率が変化すると燃焼に最適な混合気の空燃比が変化するため、排気制御バルブの位置の変化に伴って、燃焼圧が変動する傾向がある。特に図４において、クリーニング動作時に排気制御バルブが全閉位置から全開位置まで変位する期間Ｔｏの間、及び排気制御バルブが全開位置から全閉位置まで変位する期間Ｔｃの間は、燃焼圧の変動幅が大きくなる。
【００１７】
そのため、反転制御を行う際に、たまたま排気制御バルブのクリーニング動作が行われていると、過進角したタイミングで点火動作を行わせた際にシリンダ内で生じる燃焼圧が安定せず、燃焼圧の不足により回転方向の反転に失敗する確率が高くなるという問題が生じる。
【００１８】
特に電子式燃料噴射装置により燃料を供給するようにした２サイクル内燃機関においては、排気制御バルブの位置の変化により圧縮率が変化しているときに、混合気の空燃比をその圧縮率の変化に適合させるように噴射量を細かく制御することは困難であるため、排気制御バルブの位置が変化しているときには燃料噴射量が曖昧になる傾向がある。そのため、反転制御時に排気制御バルブの位置が変化していると、過進角点火時に得られる燃焼圧が不安定になる傾向があり、燃焼圧の不足により反転制御に失敗する確率が高くなる。
【００１９】
本発明の目的は、排気制御バルブの位置を制御するバルブ制御装置と、機関の回転方向を反転させる制御を行う反転制御装置とを備えた２サイクル内燃機関用電子制御装置において、機関の回転方向を反転させる制御に失敗する確率を少なくすることにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２サイクル内燃機関の排気タイミングを調整するために開度が変化させられる排気制御バルブと、各種の制御条件に対して排気制御バルブの位置を全閉位置と全開位置との間で制御するバルブ制御装置と、反転指令に応じて内燃機関の回転方向を反転させる制御を行う反転制御装置とを備えた２サイクル内燃機関用電子式制御装置を対象とする。
【００２１】
本発明においては、前記の目的を達成するため、反転制御装置が内燃機関の回転方向を反転させる制御を行っている間排気制御バルブの開閉動作を禁止するバルブ開閉動作禁止手段を設けた。
【００２２】
このように、反転制御装置が回転方向を反転させる制御を行っているときに排気制御バルブの開閉動作を禁止する手段を設けておくと、反転制御時に過進角したタイミングで点火動作を行わせた際に発生する燃焼圧が変動するのを防ぐことができるため、機関の回転方向の反転に失敗するおそれを少なくすることができる。
【００２３】
上記バルブ開閉動作禁止手段は、反転制御装置が内燃機関の回転方向を反転させる制御を行っている間バルブの位置を全閉位置に固定して該排気制御バルブの開閉動作を禁止するように構成するのが好ましい。
【００２４】
機関を点火した際に生じる燃焼圧は、排気制御バルブの位置が全閉位置にあるときに最大になる。そのため、上記のように、反転制御時に排気制御バルブの位置を全閉位置に保つようにすると、反転制御時に発生する燃焼圧を大きくして、反転制御を確実に行わせることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図１及び図２を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の構成を示したもので、同図において１は２サイクル内燃機関である。この内燃機関は、掃気ポート１ａ及び排気ポート１ｂを有するシリンダ１ｃと、シリンダ１ｃ内に設けられたピストン１ｄと、クランクケース１ｅに接続された吸気管１ｆと、クランクケース１ｅと掃気ポート１ａとの間を接続する掃気通路１ｇと、排気ポート１ｂに接続された排気管１ｈと、吸気管１ｆに取り付けられたスロットルバルブ１ｉと、排気ポート１ｂの上部を開閉するように設けられた排気制御バルブ１ｊとを有している。シリンダ１ｃの上部には点火プラグ２が取り付けられ、吸気管１ｆにはインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）３が取り付けられている。
【００２６】
なおピストンが下死点に向けて下降する過程でクランクケース１ｅ内の圧力が上昇したときに吸気管１ｆを通して混合気が逆流するのを防止するためにリードバルブ等の逆流阻止手段が設けられるが、その図示は省略されている。
【００２７】
図示してないが、インジェクタ３には燃料タンクから燃料ポンプを介して燃料が与えられている。インジェクタ３は、後記するインジェクタ駆動回路から駆動電流が与えられた時にその弁を開いて吸気管１ｆ内に燃料Ｆを噴射する。インジェクタ３に与えられる燃料の圧力（燃圧）は圧力調整器により一定に保たれているため、インジェクタ３から噴射される燃料の量（噴射量）は燃料を噴射する時間（噴射時間）により決まる。
【００２８】
排気ポート１ｂの上部を開閉する排気制御バルブ１ｊは、排気のタイミングを調整するために設けられたもので、排気制御バルブ１ｊを開いていくと排気タイミングが早くなり、排気制御バルブ１ｊを閉じていてくと、排気タイミングが遅くなる。
【００２９】
機関の低速時には排気制御バルブ１ｊの開度を小さくして排気タイミングを遅らせると排気の脈動効果が大きく働いて充填効率が高くなる。また機関の高速時には排気制御バルブ１ｊの開度を大きくして排気タイミングを進めると排気脈動効果が大きく働いて充填効率が高くなる。
【００３０】
図示の例では、排気制御バルブ１ｊがモータ４により駆動されて全閉位置と全開位置との間を変位させられるようになっている。また 排気制御バルブ１ｊの開度情報を得るため、排気制御バルブ１ｊにバルブ位置センサ５が接続されている。このバルブ位置センサ５は排気制御バルブ１ｊの位置を検出する位置センサにより構成することができる。位置センサとしては、例えばポテンショメータを用いることができる。
【００３１】
またスロットルバルブ１ｉの開度を検出するためスロットルバルブ１ｉの回動軸にスロットルセンサ６が接続されている。スロットルセンサ６もポテンショメータ等からなる位置センサにより構成することができる。
【００３２】
内燃機関の吸気管１ｆには、スロットルバルブ１ｉよりも下流側で吸気管内圧力を検出する吸気圧センサ７が取り付けられている。本実施形態ではまた、吸気圧センサの他に、大気圧を検出する大気圧センサ８が機関に取り付けられている。
【００３３】
内燃機関にはまた、機関のクランク角情報を含むパルス信号を出力するパルサ（パルス信号発生器）１０が取り付けられている。パルサ１０は、例えば、機関のクランク角位置（クランク軸の回転角度位置）が上死点位置（ピストンが上死点に達したときのクランク角位置）よりも十分に進角した位置に設定された基準位置に一致したときに第１のパルスを発生し、クランク角位置が上死点位置よりも僅かに進角した位置に設定された始動時及び低速時の点火時期に相当する位置に一致したときに第１のパルスと極性が異なる第２のパルスを発生する。
【００３４】
パルサ１０が発生する第１のパルスは、機関の点火時期の計測を開始するタイミングを定める基準信号や、燃料の噴射を開始するタイミングを定める信号として用いられる。またパルサ１０が発生する第２のパルスは、マイクロプロセッサにより演算された点火時期の計測を正確に行うことができない機関の低速時の点火時期を定める信号として用いられる。
【００３５】
内燃機関を制御するため、マイクロプロセッサや点火装置等を備えた電子式制御装置ＥＣＵが設けられている。図示のＥＣＵは、パルサ１０が発生するパルスから機関の回転速度を検出する回転速度検出手段１１と、パルサが発生するパルスから機関のクランク角情報を検出するクランク角情報検出手段１２と、点火制御装置１３と、点火回路１４と、燃料噴射制装置１５と、インジェクタ駆動回路１６と、運転者が操作する反転スイッチ１７により反転指令が与えられたときに機関の回転方向を反転させる制御を行わせる反転制御装置１８と、バルブ位置センサ５により検出される排気制御バルブ１ｊの位置を各種の制御条件により決まる目標位置に一致させるようにモータ４を制御するバルブ制御装置１９と、バルブ開閉動作禁止手段２０とを備えている。
【００３６】
これらの各部のうち、回転速度検出手段１１、クランク角情報検出手段１２、点火制御装置１３、燃料噴射量制御装置１５、反転制御装置１８、バルブ制御装置１９及びバルブ開閉動作禁止手段２０は、主として、ＥＣＵに設けられているマイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサに実行させる所定のプログラムとにより構成される。
【００３７】
また点火回路１４及びインジェクタ駆動回路１６は、ハードウェア回路により構成される。
【００３８】
各部を更に詳細に説明すると、回転速度検出手段１１は、パルサ１０の出力を入力として、該パルサ１０が発生するパルスの発生間隔（機関が所定の角度回転するのに要する時間）から機関の回転速度を演算するように構成される。回転速度検出手段１１により演算された回転速度情報は点火制御装置１３と燃料噴射制御装置１５とバルブ制御装置１９とに与えられる。
【００３９】
クランク角情報検出手段１２は、パルサ１０が発生するパルスを入力としてクランク角位置が基準位置に一致したこと及び始動時及び低速時の点火時期に相当する位置に一致したことを検出して、これらのクランク角情報を点火制御装置１３と燃料噴射制御装置１５とに与える。
【００４０】
点火制御装置１３は、マイクロプロセッサのＲＯＭに記憶された点火時期演算マップを用いて、回転速度検出手段１１により検出された機関の回転速度における点火時期を演算する。この点火時期は、パルサ１０が第１のパルスを発生する基準位置から点火時期に相当するクランク角位置までクランク軸が回転するのに要する時間（点火時期計測値）の形で演算される。
【００４１】
点火制御装置１３は、パルサ１０が第１のパルスを発生したことが検出されたときに演算した点火時期の計測値を点火タイマにセットして、該点火時期の計測を開始させ、点火タイマが点火時期計測値の計測を終了したときに（演算された点火時期が検出されたときに）点火回路１４に点火信号を与える。
【００４２】
点火回路１４はコンデンサ放電式の回路等の周知の回路からなっていて、点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を出力する。この高電圧は、点火プラグ２に印加されるため、該点火プラグ２の放電ギャップで火花放電が生じ、機関が点火される。
【００４３】
燃料噴射制御装置１５は、機関の回転速度とスロットルバルブの開度と燃料の基本噴射量を与える基本噴射量決定用変数との関係を与える基本噴射量決定用変数演算マップを記憶した基本噴射量決定用変数演算マップ記憶手段を備えていて、この記憶手段に記憶されたマップを用いて、回転速度検出手段１１により検出された機関の回転速度とスロットルセンサ６により検出されたスロットルバルブの開度とに対して、基本噴射量決定用変数を演算する。通常は、インジェクタ３に与えられる燃料の圧力が一定に保たれていて、燃料の噴射量はインジェクタから燃料を噴射する時間（噴射時間）により決まるため、噴射量決定用変数としては燃料の噴射時間が用いられる。基本噴射量に相応する噴射時間を基本噴射時間とする。
【００４４】
燃料噴射制御装置１５は、このようにして演算した基本噴射時間に、吸気圧センサ７により検出された吸気管内圧力に対して演算された補正係数と、大気圧センサ８により検出された大気圧に対して演算された補正係数とを乗じることにより、実際の噴射時間を与えるデータを実噴射時間データとして演算する。
【００４５】
なお本実施形態では、吸気管内圧力と大気圧とに対してのみ補正係数を演算しているが、吸気温度や機関の冷却水温度などの更に他の制御条件に対して補正係数を演算する場合もある。
【００４６】
燃料噴射制御装置１５は、例えば、パルサ１０が基準位置で第１のパルスを発生したときに、演算された実噴射時間データを噴射タイマにセットして、該噴射タイマが実噴射時間の計時を行っている間噴射指令信号（噴射時間に相当する信号幅を有する矩形波信号）をインジェクタ駆動回路１６に与える。インジェクタ駆動回路１６は、噴射指令信号が与えられている間、インジェクタ３に駆動電流を与えて、該インジェクタから燃料を噴射させる。
【００４７】
またバルブ制御装置１９は、機関の回転速度やスロットルバルブの開度等の制御条件に対して排気制御バルブ１ｊの目標位置を演算して、バルブ位置センサ４が出力する位置検出信号Ｖｐから検出されるバルブの現在位置を目標位置に一致させるようにモータ４を制御する。
【００４８】
反転制御装置１８は、運転者が操作する反転スイッチ１７により、機関の回転方向を反転させることを指令する反転指令が与えられたときに、燃料噴射の停止、点火動作の停止（機関の失火）、点火時期の遅角などの方法により機関の回転速度をアイドリング速度よりも低い設定回転速度まで低下させる減速過程と、機関の回転速度が設定回転速度まで低下したときに過進角した点火時期に機関を点火して上死点に向けて変位しているピストンを押し戻すことにより機関の回転方向を反転させる回転方向反転過程と、機関の回転方向が反転したか否かを確認する反転動作確認過程とを行って、反転動作確認過程で回転方向が反転したことが確認された後に反転した回転方向での機関の回転を維持するために適したタイミングで点火動作を行わせることにより反転した回転方向での機関の運転を行わせる。
【００４９】
回転方向反転過程において過進角したタイミングで点火動作を行わせた際に、安定した燃焼圧を生じさせるため、本発明においては、バルブ開閉動作禁止手段２０が設けられている。このバルブ開閉動作禁止手段は、反転制御装置１８が機関の回転方向を反転させる反転制御を行っている間、排気制御バルブの動作を禁止する処理を行う手段である。
【００５０】
本実施形態においては、反転制御装置が反転指令を受信した後、反転制御を開始することを決定した直後に（減速過程を開始する前に）、バルブ制御装置１９にバルブ閉指令を与えて排気制御バルブ１ｊを全閉位置に変位させる。これにより排気制御バルブの位置を全閉位置に固定し、以後反転制御が終了するまでの間排気制御バルブの開閉動作を禁止する。排気制御バルブの位置を全閉位置に固定するには、例えば、排気制御バルブを制御する際に用いる制御条件の如何に係わりなく、排気制御バルブの目標位置を全閉位置とするようにすればよい。
【００５１】
排気制御バルブが設けられている２サイクル内燃機関においては、図３に示したように、排気制御バルブが全閉位置にあるときに、燃焼圧が最大になる。従って、上記のように、反転制御時に排気制御バルブの位置を全閉位置に固定するようにすると、反転制御時に過進角したタイミングで点火動作を行わせた際に大きな燃焼圧を生じさせることができるため、機関の回転方向を確実に反転させることができる。
【００５２】
図１に示した制御装置において、反転制御時にＥＣＵに設けられたマイクロプロセッサに実行させるプログラムの反転動作チェックルーチンのアルゴリズムを示すフローチャートの一例を図２に示した。図２に示した例では、反転スイッチが、押しボタンスイッチなどのモーメンタリスイッチからなっていて、機関の回転方向を反転させる際に反転指令スイッチが短時間の間オン状態にされるものとする。
【００５３】
図２示したルーチンは、マイクロプロセッサ内のタイマが一定の時間を計時する毎に実行される。図２に示した反転動作チェックルーチンが開始されると、先ずステップ１において反転スイッチが閉じられたか否かを判定する。この判定の結果、反転スイッチが閉じられていないと判定されたときには、何もしないで（反転制御を行わないで）、このルーチンを終了する。
【００５４】
ステップ１において反転スイッチがオン状態にされたと判定されたときには、ステップ２に移行して反転動作を開始するための条件（反転条件）が成立しているか否かを判定する。反転動作を開始するための条件とは、安全のために成立していることを要求する条件で、例えば、機関の回転速度が設定値以下であること、ブレーキがかけられていること、アクセルグリップがスロットルバルブの開度を全閉位置にする位置に戻されていること、等の条件である。
【００５５】
ステップ２において反転条件が成立していないと判定されたときには、他のステップを実行しないでこのルーチンを終了する。
【００５６】
ステップ２において反転条件が成立していると判定されたときには、次いでステップ３に進んで反転制御を開始しするものとし、先ずステップ４において排気制御バルブを全閉位置に固定して、以後の排気制御バルブの動作を禁止するための処理を行わせる。このステップ４によりバルブ開閉動作禁止手段２０が構成される。
【００５７】
排気制御バルブの動作を禁止した後、ステップ５において反転動作を開始する。反転動作においては、先ず燃料噴射の停止、点火動作の停止（機関の失火）、点火時期の遅角などの方法により機関の回転速度をアイドリング速度よりも低い設定回転速度まで低下させる減速過程を行わせ、この減速過程により機関の回転速度が設定速度まで低下したことが確認されたときに過進角したタイミングで点火回路に点火信号を与えて、点火動作を行わせる。その後、ステップ６において機関の回転方向が反転したことが確認されたときにステップ７において反転した回転方向に機関を回転させるのに適したタイミングでの点火動作を開始させて反転制御を終了する。その後、ステップ８において排気制御バルブの動作の禁止を解除して、反転動作チェックルーチンを終了する。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、反転制御装置が回転方向を反転させる制御を行っている間排気制御バルブの開閉動作を禁止する手段を設けたので、反転制御時に過進角したタイミングで点火動作を行わせた際に発生する燃焼圧が変動するのを防いで、機関の回転方向の反転に失敗する確率を小さくすることができ、反転制御の成功の確率を高めることができる。
【００５９】
特に、本発明においては、反転制御装置が内燃機関の回転方向を反転させる制御を行っている間バルブの位置を全閉位置に固定して該排気制御バルブの開閉動作を禁止するようにバルブ動作禁止手段を構成したので、過進角したタイミングで機関を点火した際に生じる燃焼圧を大きくすることができ、反転制御を確実に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の全体的な構成を示す構成図である。
【図２】  図１に示した制御装置においてＥＣＵのマイクロプロセッサが実行するプログラムの反転動作チェックルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図３】  排気のタイミングを調整する排気制御バルブが設けられた２サイクル内燃機関において、排気制御バルブの位置と燃焼圧との関係を示した線図である。
【図４】  排気制御バルブを備えた２サイクル内燃機関において、排気制御バルブの開閉動作例を機関の回転速度の時間的変化とともに示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…２サイクル内燃機関、２…点火プラグ、１ｊ…排気制御バルブ、３…インジェクタ、ＥＣＵ…電子式制御装置、１０…パルサ、１１…回転速度検出手段、１３…点火制御装置、１４…点火回路、１５…燃料噴射制御装置、１６…インジェクタ駆動回路、１８…反転制御装置、１９…バルブ制御装置、２０…バルブ開閉動作禁止手段。
【図１】
0004032788.tif 000002
【図２】
0004032788.tif 000003
【図３】
0004032788.tif 000004
【図４】
0004032788.tif 000005