JP3925550B2 - 燃料噴射式エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気制御装置に関し、特に、スロットルバルブを有する燃料噴射式エンジンの吸気制御装置に関するものである。

一般に、車載用エンジン等の内燃機関は、そのシリンダブロック内にピストンが往復移動可能に設けられ、ピストンはコンロッドを介して内燃機関のクランクシャフトに連結されている。そして、ピストンの往復移動は、コンロッドによりクランクシャフトの回転へと変換されるようになっている。

前記シリンダブロックにはシリンダヘッドが取付けられ、シリンダヘッドとピストンの頭部との間には燃焼室が設けられている。シリンダヘッドには燃焼室と連通する吸気通路及び排気通路が設けられている。この吸気通路には同通路を流れる空気の量を制御するスロットルバルブと、燃焼室に向う吸気通路内へ燃料を噴射するインジェクタとが設けられている。又、シリンダヘッドには、燃焼室内の混合ガスに点火するための点火プラグが設けられている。

そして、内燃機関の吸気行程においては、燃焼室へ向う吸気通路に空気が吸入されるとともに、インジェクタから燃料が噴射され、その空気と燃料とからなる混合ガスが燃焼室に充填される。その後、内燃機関の圧縮行程において、ピストンの移動により燃焼室内の混合ガスが圧縮される。圧縮された混合ガスは点火プラグにより点火されて爆発し、その爆発力によりピストンが前記と逆方向に移動して内燃機関は爆発行程に移る。その後、内燃機関の排気行程において、ピストンの移動により燃焼室内の排気ガスが排気通路を介して外部へ排出される。

このように構成されたエンジンにおいて、吸気制御は、近年、吸気通路にサブスロットルバルブを設けて、エンジンの運転状況に応じてサブスロットルバルブを開閉することで最適な吸気制御を行なう方式が知られている。

例えば、実開平３−１１６７４０号公報に開示されているように、吸気通路に第１の絞り弁と第２の絞り弁を配置して、機関温度に基づいて空気制御を行なうことで最適な吸気制御を行なうようにしたものが提案されている。この方式によると、吸気にバイパス通路を設けて吸気制御するので、第２の絞り弁が全閉される冷機時においてもエンジンストールの発生を防止することができる。
また、実公平５−３１２３１号公報に開示されているように、吸気通路に第１の絞り弁と第２の絞り弁を配置して、この二つの絞り弁をリンク機構により連動させて、第１の絞り弁が全開位置に達した状態で、第２の絞り弁を強制的に全閉状態にするようにしたものが提案されている。この方式によると、アクセルに連動する第１の絞り弁にトラブルが生じて制御不能となり、第１の絞り弁が全開位置に達した場合に、第２の絞り弁を強制的に全閉状態にしてエンジンを停止することができるので、安全を確保することができる。
実開平３−１１６７４０号公報 実公平５−３１２３１号公報

しかしながら、上述したような第２の絞り弁、いわゆるサブスロットルバルブを採用する方式においては、一般に、サブスロットルバルブの駆動用アクチュエータとしてモータが使用されており、このモータは、サブスロットルバルブを制御することだけに用いられているのが現状である。
また、前記サブスロットルバルブは、メインスロットルバルブが中〜高開度のエンジン運転状況時に効果を奏するもので、メインスロットルバルブが閉じている時は効果を奏し得ない。

また、エンジン始動時のＦＩＤ（ファーストアイドル）を冷却水とワックスによりバイパス通路面積を制御して行なう方式も知られているが、水温が上昇するまでエンジン回転数を高回転で維持した状態でアイドリング運転が行なわれ、制御性が悪いという問題点がある。さらに、バイパス通路を確保する必要があり、コストアップや重量増大になるという問題点がある。

一方、従来のエンジンの問題点として、エンジンの冷間始動時の際にＦＩＤレバーを手動で操作する方式の場合、暖機運転終了後でもレバーを戻し忘れてＦＩＤ状態のまま放置して通常運転を行なってしまう場合があり、エンジンや環境にとって好ましくないという問題点がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、吸気制御におけるサブスロットルバルブの制御とＦＩＤ制御とを両立して、簡単な構成でファーストアイドルの自動制御を実現できる燃料噴射式エンジンの吸気制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、燃料噴射式エンジンの吸気制御装置に係り、燃料を噴射するためのインジェクタを備えた燃料噴射式エンジンであって、前記インジェクタが取付けられるスロットルボディに、運転者の操作するスロットルグリップにより開閉するメインスロットルバルブと、エンジンの運転状況に応じてモータ駆動により開閉するサブスロットルバルブとを備える燃料噴射式エンジンの吸気制御装置において、前記エンジンは、エンジンの冷却水温を検出する水温センサと、該水温センサからの検出値を入力するとともに前記サブスロットルバルブを開閉制御する電子制御装置とを備え、前記電子制御装置は、エンジン始動時に入力された水温が設定値より低い場合に、一定時間の間、前記サブスロットルバルブをモータ駆動により開き、このサブスロットルバルブの開方向への回転を前記メインスロットルバルブに伝達してメインスロットルバルブを所定角度開くことを特徴とする。

以上、説明したように本発明の請求項１に記載の燃料噴射式エンジンの吸気制御装置によれば、エンジンが、エンジンの冷却水温を検出する水温センサと、該水温センサからの検出値を入力するとともに前記サブスロットルバルブを開閉制御する電子制御装置とを備え、前記電子制御装置は、エンジン始動時に入力された水温が設定値より低い場合に、前記サブスロットルバルブをモータ駆動により開き、このサブスロットルバルブの開方向への回転を前記メインスロットルバルブに伝達してメインスロットルバルブを所定角度開くので、メインスロットルバルブが閉じた状態にあるとき、前記サブスロットルバルブをモータ駆動により開くことにより、前記メインスロットルバルブを微小角度開かせる。

したがって、エンジン始動時に入力された水温が設定値より低いエンジンの冷間始動時に一定時間の間サブスロットルバルブをモータ駆動により開き、このサブスロットルバルブの開方向への回転を前記メインスロットルバルブに伝達して、メインスロットルバルブを微小角度だけ開かせることができる。これにより、メインスロットルバルブを強制的に微小角度開放することができるので、メインスロットルバルブを全閉状態から微小角度開いた状態として自動的にファーストアイドル制御を行なうことができる。

よって、従来のエンジンの冷間始動時に使用しているチョークバルブ、チョークレバー及び作動ケーブルを廃止することができる。これにより、手動でチョークレバーを作動させる煩わしさがなくなるとともに、チョークの戻し忘れを防止することができる。さらに、また、機関冷間時の始動作業を確実に行なうことができる。

さらに、冷却水温度を検出する水温センサとサブスロットルバルブを開閉制御する電子制御装置を設けたことで、エンジン始動時の冷却水温を検出してファーストアイドルを一定時間行うことができるため、確実にエンジンの始動性の向上を図ることができるとともに、チョークの戻し忘れを回避することができるという優れた効果を奏する。

また、本発明によれば、高回転域においてスロットルグリップを閉動作してメインスロットルバルブが全閉状態となった場合でも、サブスロットルバルブを開くことによりメインスロットルバルブが微小角度開状態を維持するので、燃焼室内へ供給する空気量を増加させて、予め混合気がリッチになることを防止でき、未燃ガスの発生を抑制することができる。すなわち、排気途上での不整燃焼の発生を抑制することができる。従って、エンジン（機関）高回転域での減速時において、排気途上での不整燃焼の発生を抑制することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図６は発明を実施する形態の一例であって、図１は本発明の実施形態に係る燃料噴射式エンジンの吸気制御装置を採用したエンジンが搭載された自動二輪車の全体の構成を示す全体側面図、図２は前記エンジンの構成を示す部分断面側面図、図３は前記吸気制御装置におけるスロットルボディの構成を示す平面図、図４は図３のＡ矢視図、図５は図３のＢ矢視図、図６は図３のＣ−Ｃ断面矢視図である。

本実施形態は、図１に示すように、自動二輪車１において、車体フレーム２の前頭部には、前輪３を軸支するフロントフォーク４が、ハンドルバー５によって左右回動自在に設けられ、一方、前記車体フレーム２の中央部に架設されたピボット軸７には、後方に延びて後輪８を軸支するスイングアーム９が上下回動自在に支持されており、このスイングアーム９はその基端部に設けられたサスペンション機構（図示省略）によって緩衝懸架されている。

前記車体フレーム２は、ヘッドパイプ２ａから車体前後方向後斜め下方に向けて延設される車体幅方向左右一対のメインフレーム２ｂを有し、前記車体フレーム２の前方下部には、前記メインフレーム２ｂの間にシリンダヘッド３１を配置するようにエンジン３０が懸架されている。このエンジン３０の動力はチェーン１１によって前記後輪８に伝達される。

前記エンジン３０は、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ（図示省略）と、該水温センサからの検出値を入力するとともに後記するサブスロットルバルブ５２を開閉制御する電子制御装置（図示省略）とを有する吸気制御装置１００を備えたものである。前記電子制御装置は、エンジン始動時に入力された水温が設定値より低い場合に、サブスロットルバルブ５２を一定時間全開にするようにしている。

前記エンジン３０の上部にはエアクリーナ１２が配置されている。前記エアクリーナ１２の後方には燃料ポンプ１６が配置されている。該エンジン３０の前部には、該エンジン３０の下方に向かい該エンジン３０の下側を回り込んで後方に延びる排気パイプ１３が連結され、さらに、該エンジン３０下側より車体幅方向右側に沿って後方に向かい延設され、後輪８に隣接して排気マフラ１４が連結されている。

また、前記車体フレーム２の前方より後方に向かい、前記ハンドルバー５の前方に配置されるメータ類や電装部品を覆うとともに、前記エンジン３０および周辺部品の側方および下側を覆うように、前側カウリング２０が該車体フレーム２と一体的に構成されている。前側カウリング２０は合成樹脂の型成型品である。

前記エンジン３０の前方にはラジエータ１７が設けられており、このラジエータ１７はエンジン３０の側部に設けられた冷却水ポンプ１８に冷却水ホース１９を介して接続されている。前記エンジン３０の上部には燃料タンク２１が設置され、この燃料タンク２１の後部に着座シート２２が着脱可能に載置されている。この着座シート２２の下部および後部周囲は、後部フレームカバー２３によって覆われている。前記後部フレームカバー２３は合成樹脂の型成型品である。

前記エンジン３０は４気筒式４サイクルエンジンであって、図２に示すように、シリンダブロック３２内で、ピストン３３が往復移動可能に設けられ、該ピストン３３はコンロッド３４を介してエンジン３０の出力軸であるクランクシャフト３５に連結されている。前記ピストン３３の往復移動は、このコンロッド３４によりクランクシャフト３５の回転へと変換されるようになっている。シリンダブロック３２の上端には、シリンダヘッド３１が設けられている。

前記シリンダヘッド３１とピストン３３との間には燃焼室３６が設けられ、該シリンダヘッド３１には燃焼室３６と連通する吸気ポート３７及び排気ポート３８が設けられている。それら吸気ポート３７及び排気ポート３８には、それぞれ吸気バルブ３９及び排気バルブ４０が設けられている。

前記シリンダヘッド３１には、吸気バルブ３９及び排気バルブ４０を開閉駆動するための吸気カムシャフト４１及び排気カムシャフト４２が回転可能に支持されている。前記吸気カムシャフト４１及び排気カムシャフト４２は、タイミングベルト（図示省略）を介してクランクシャフト３５に連結され、該タイミングベルトによりクランクシャフト３５の回転が吸気カムシャフト４１及び排気カムシャフト４２へ伝達されるようになっている。そして、前記吸気カムシャフト４１が回転すると、吸気バルブ３９が開閉駆動されて、吸気ポート３７と燃焼室３６とが連通／遮断される。又、排気カムシャフト４２が回転すると、排気バルブ４０が開閉駆動されて、排気ポート３８と燃焼室３６とが連通／遮断されるようになっている。

前記吸気ポート３７及び排気ポート３８には、それぞれインテークマニホールド４５及びエキゾーストマニホールド４６が接続されている。このインテークマニホールド４５内及び吸気ポート３７内は吸気通路４７となっており、エキゾーストマニホールド４６内及び排気ポート３８内は排気通路４８となっている。前記吸気通路４７はエンジン３０の後方に向かい設けられ、前記排気通路４８はエンジン３０の前方に向かい設けられている。インテークマニホールド４５の上流部には、スロットルボディ５０が配置されている。

前記スロットルボディ５０は、図２〜図６に示すように、各気筒に対応して４体が並列して配置されており、前記スロットルグリップ７０の動作に連動して開閉するメインスロットルバルブ５１と、エンジンの運転状況に応じてモータ駆動により開閉するサブスロットルバルブ５２と、燃料を噴射するための燃料噴射弁５３が設けられている。前記サブスロットルバルブ５２は、メインスロットルバルブ５１よりも空気流れ方向上流側に配置されており、前記燃料噴射弁５３は、前記メインスロットルバルブ５１の空気流れ方向下流側に配置されている。

前記メインスロットルバルブ５１は、スロットルボディ５０に回動自在に取付けられる回動軸５５に一体的に取付けられている。前記回動軸５５のスロットルボディ５０外周の一側端部５５ａには、図４に示すように、メインスロットルバルブ５１を動作するためのメインスロットルプーリ５６が該回動軸５５と一体的に設けられている。また、前記回動軸５５のスロットルボディ５０外周の他側端部５５ｂには、メインスロットルバルブ５１の動作状態を確認するためのスロットルポジションセンサ５７が設けられている。

前記メインスロットルプーリ５６は、運転者の操作するスロットルグリップ７０の動作に連動して押し引きされるスロットルワイヤ（図示省略）を介して作動して、メインスロットルバルブ５１を開閉するようにされている。このメインスロットルバルブ５１の開度調節により燃焼室３６内へ吸入される空気の量が調節されるようになっている。

前記サブスロットルバルブ５２は、スロットルボディ５０に回動自在に取付けられる回動軸５８に一体的に取付けられている。前記回動軸５８のスロットルボディ５０外周の一側端部５８ａには、前記サブスロットルバルブ５２の動作を伝達するためのカムレバー６０が配置されている。また、前記回動軸５８のスロットルボディ５０外周の他側端部５８ｂは、前記サブスロットルバルブ５２の駆動用モータ５４に連結されている。前記モータ５４は、メインフレーム２ｂ内側面のエンジン３０の吸気通路４７が配置される位置よりも後方に設置されている。

前記スロットルボディ５０の外周一側部には、前記メインスロットルプーリ５６に隣接して該メインスロットルプーリ５６を回動するためのストッパカム６１が回動自在に設置されるとともに、前記ストッパカム６１と前記カムレバー６０との間に中間カム６４が回動自在に隣接設置されている。

前記ストッパカム６１は、中間カム６４の一部と対向する位置に当接部６１ａが突出形成されるとともに、前記メインスロットルプーリ５６に一体的に形成されたストッパ部５６ａと対向する位置にメインスロットルバルブ動作部６１ｂが突出形成されている。前記メインスロットルバルブ動作部６１ｂには、ファーストアイドル調整ボルト６１ｃが取付けられ、該ファーストアイドル調整ボルト６１ｃの突出量に応じて前記ストッパ部５６ａとの当接位置を設定することで、冷間始動時におけるファーストアイドル制御時のメインスロットルバルブ５１の開度を調整するようにされている。

前記メインスロットルプーリ５６のストッパ部５６ａと対向してバルブ位置調整ボルト６６が設けられ、メインスロットルバルブ５１の全閉時に前記ストッパ部５６ａと前記該バルブ位置調整ボルト６６とが当接して、メインスロットルバルブ５１の開度を調整するようにされている。

前記中間カム６４は、その外周の一端部６４ａが前記カムレバー６０と略平行に突出形成されるとともに、前記ストッパカム６１の当接部６１ａと当接するカム動作部６４ｂが円弧状に突出形成されている。その一端部６４ａとカムレバー６０の一端部６０ａとがリンクバー６２を介して揺動自在に連結されている。すなわち、カムレバー６０とリンクバー６２と中間カム６４とでリンク機構６５が構成されている。

次に、本実施形態に係る吸気制御装置のメインスロットルバルブ５１とサブスロットルバルブ５２の動作について図面を参照して説明する。
図７の（ａ）はサブスロットルバルブが全閉状態のときのリンク機構の状態を示すスロットルボディ構成図、（ｂ）はサブスロットルバルブが全開状態のときのリンク機構の動作を示すスロットルボディ構成図である。

まず、エンジンが停止時は、図７の（ａ）に示すように、サブスロットルバルブ５２が全閉状態であり、前記サブスロットルバルブ５２は図上で略水平に配置されている。また、中間カム６４のカム動作部６４ｂはストッパカム６１の当接部６１ａと接しない位置に配置されている。
この時、メインスロットルバルブ５１は全閉状態であり、ストッパ部５６ａはバルブ位置調整ボルト６６と当接した状態でメインスロットルバルブ５１を位置決めしている。
前記ストッパ部５６ａとファーストアイドル調整ボルト６１ｃとは当接していない。

次に、エンジン冷間始動時は、図７の（ｂ）に示すように、サブスロットルバルブ５２が全開状態となり、前記サブスロットルバルブ５２は反時計回りに略９０度回転して図上に示す略垂直状態に開放される。それに伴ないカムレバー６０が反時計回りに略９０度揺動するとともに、リンクバー６２がカムレバー６０側に引き寄せられる。そして、中間カム６４の一端部６４ａがカムレバー６０側に反時計回りに揺動することで該中間カム６４が回転して、カム動作部６４ｂが反時計回りに図上に示す略右上りに揺動する。

この時、前記カム動作部６４ｂは当接部６１ａと当接し、さらに上方に回動することでストッパカム６１は時計回りに略１５度回動する。そして、メインスロットルバルブ動作部６１ｂはストッパ部５６ａ側に時計回りに揺動し、ファーストアイドル調整ボルト６１ｃとストッパ部５６ａとが当接し、さらに、該ストッパ部５６ａを反時計回りに微小角度揺動する。これにより、メインスロットルバルブ５１は反時計回りに微小角度開放する方向に回転する。
このようにして、エンジン冷間始動時にサブスロットルバルブ５２を全開にすることにより、メインスロットルバルブ５１をファーストアイドルに必要な微小角度（例えば、略１度）開放することができる。

そして、エンジン始動後、所定時間アイドリング運転を行なった後は、サブスロットルバルブ５２は、時計回りに回転されて再び略水平な位置に戻される。それに伴ない、中間カム６４が時計回りに揺動するとともにカム動作部６４ｂと当接部６１ａとの当接が解除され、リターンスプリング６７の付勢力を受けてストッパカム６１が反時計回りに戻される。そして、ファーストアイドル調整ボルト６１ｃが戻されることにより、ストッパ部５６ａがバルブ位置調整ボルト６６に当接するまで時計回りに戻される。このようにして、メインスロットルバルブ５１を通常の運転状態にすることができる。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、メインスロットルバルブ５１とサブスロットルバルブ５２とをリンク機構６５により連動するようにしたので、簡単な構成でファーストアイドルに必要な角度だけメインスロットルバルブ５１を開くことができる。
また、ストッパカム６１にファーストアイドル調整ボルト６１ｃを設けたので、ファーストアイドル時のメインスロットルバルブ５１の開放角度の細かい調整を行なうことができる。
さらに、前記ファーストアイドル調整ボルト６１ｃの調整により、メインスロットルバルブの開放開度のみならず、開放開始時期をも任意に設定できる。

また、本実施形態によれば、エンジン始動時のエンジン状態を水温センサにより検出して、ファーストアイドルを一定時間行なうようにしたので、チョークレバーを必要とすることなく、しかも、エンジンの始動性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、スロットルボディ５０の一側部にカムレバー６０、ストッパカム６１および中間カム６４を隣接して集約したので、各構成部品を大型化することなくスロットルボディ全体を小型化でき、しかも、バルブの作動性を良好にできる。
また、サブスロットルバルブ駆動用のモータとスロットルポジションセンサをスロットルボディの同一側に配置したので、電装関係のハーネスを一まとめにでき作業性を向上できるとともに、装置回りを簡素化できる。

また、本実施形態によれば、ストッパカム６１によるメインスロットルバルブ５１の強制回動量は、ファーストアイドル制御中のアイドリング運転時にサブスロットルバルブ５２を全開に維持した状態で任意に行なうことができる。アイドリング時には、メインスロットルバルブ５１が閉じているので、サブスロットルバルブ５２を全開にしても影響を受けることがない。したがって、この状態でカムによる強制回動量を微調整することができる。

尚、本実施形態では、メインスロットルバルブとサブスロットルバルブとの連動機構にリンク機構を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、連動機構にチェーンを利用して各スロットルバルブを連動するようにしたものや、ギヤを利用して各スロットルバルブの動作を伝達するようにしたものであっても良い。

本発明の実施形態に係る燃料噴射式エンジンの吸気制御装置を採用したエンジンが搭載された自動二輪車の全体の構成を示す全体側面図である。 前記エンジンの構成を示す部分断面側面図である。 前記吸気制御装置におけるスロットルボディの構成を示す平面図である。 図３のＡ矢視図である。 図３のＢ矢視図である。 図３のＣ−Ｃ断面矢視図である。 （ａ）はサブスロットルバルブが全閉状態のときのリンク機構の状態を示すスロットルボディ構成図、（ｂ）はサブスロットルバルブが全開状態のときのリンク機構の動作を示すスロットルボディ構成図である。

符号の説明

１ 自動二輪車
２ 車体フレーム
３０ エンジン
５０ スロットルボディ
５１ メインスロットルバルブ
５２ サブスロットルバルブ
５３ 燃料噴射弁（インジェクタ）
５４ モータ
５５ メインスロットルバルブの回動軸
５６ メインスロットルプーリ
５７ スロットルポジションセンサ
５８ サブスロットルバルブの回動軸
６０ カムレバー
６１ ストッパカム
６２ リンクバー
６４ 中間カム
６５ リンク機構
７０ スロットルグリップ
１００ 吸気制御装置

Claims (1)

1. 燃料を噴射するためのインジェクタを備えた燃料噴射式エンジンであって、前記インジェクタが取付けられるスロットルボディに、運転者の操作するスロットルグリップにより開閉するメインスロットルバルブと、エンジンの運転状況に応じてモータ駆動により開閉するサブスロットルバルブとを備える燃料噴射式エンジンの吸気制御装置において、
   前記エンジンは、エンジンの冷却水温を検出する水温センサと、該水温センサからの検出値を入力するとともに前記サブスロットルバルブを開閉制御する電子制御装置とを備え、
   前記電子制御装置は、エンジン始動時に入力された水温が設定値より低い場合に、一定時間の間、前記サブスロットルバルブをモータ駆動により開き、このサブスロットルバルブの開方向への回転を前記メインスロットルバルブに伝達してメインスロットルバルブを所定角度開くことを特徴とする燃料噴射式エンジンの吸気制御装置。

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