JP2000240479A - 吸排気弁の異物噛み込みを検出し得る内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の吸排気弁に異物が噛み込まれたと
きに、その事実を確実に検出すると共に、機関が始動不
良等に陥ることがないように対応する。 【解決手段】 ポペット型の吸排気弁９，１０のシート
部に異物が噛み込まれたことを検出するために、機関の
振動、各気筒の圧縮行程における回転速度、始動時にス
タータに流れる電流値、吸排気管内の温度のうちの少な
くとも一つの変化量を検出する異物噛み込み検出手段の
一部にノックセンサ１９や回転数センサ１７等を備えて
いる。異物噛み込みが検出されると、マイクロコンピュ
ータ２０が点火時期進角、燃料噴射量減量、吸気量増
加、始動時や低速回転時の吸気弁タイミング進角、高速
回転時の吸気弁タイミング遅角、排気弁タイミングの進
角、のうちの少なくとも一つの制御を実行し、機関の出
力トルクを増大させて、機関停止や始動不良に陥ること
を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンエンジン
やディーゼルエンジンのような往復動式の内燃機関にお
けるポペット弁型の吸排気弁に異物が噛み込まれて完全
に閉弁することができなくなった場合に、その事実を確
実に検出することができる検出手段と、異物の噛み込み
が検出された場合に、それに対応して機関の運転を継続
するために作動される運転制御手段とを備えている内燃
機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平８−１００６９３号公報に記載さ
れているように、一般にガソリンエンジンやディーゼル
エンジンのようなポペット弁型の吸排気弁を有する往復
動式の内燃機関においては、長期間の運転によって燃焼
室の内面やピストンの表面にオイルや燃料の変成物であ
るデポジットが付着するが、それが剥がれたものや、そ
の他の異物が吸排気弁のシート部へ噛み込まれることに
よってシート部に隙間が生じ、吸排気弁が完全に閉弁す
ることができなくなった場合に、圧縮行程や膨張行程に
おいて高圧の筒内ガスが吸気通路や排気通路へ漏れ出る
ことによって、所謂「圧縮漏れ」が発生することがあ
る。

【０００３】このようにして圧縮漏れが発生すると筒内
圧力が低下するために機関の出力トルクが減少するだけ
でなく、定常運転中よりも異物の噛み込みが起こり易い
始動時においてはトルク上昇が得られないために始動不
能に陥ることもある。この問題に対応して従来は燃料や
オイルに清浄剤等を添加して、デポジットのような吸排
気弁に噛み込まれ易い異物がなるべく筒内に付着しない
ようにするとか、ポペット弁型の吸排気弁が開閉運動を
する際に同時にそのステムの回りに回転する構造とし
て、シート部に噛み込まれた異物をバルブ自体の回転に
よって排除する等の方法がとられている。

【０００４】また、前掲の特開平８−１００６９３号公
報には、デポジットのような異物が吸排気弁のシート部
に噛み込まれたことを検出するための方法として、バッ
テリー電圧の変動、吸気管圧力とその変動、所定の時間
内における始動完了の有無、連爆状態の成立の有無、膨
張行程における回転数の上昇の有無等を検出して、機関
の始動時において異物の噛み込みがあったか否かを判定
し、異物の噛み込みがあったと判定された場合には、そ
れに対応して燃料噴射弁からの燃料噴射量を減少させる
ように作動する燃料の供給制御装置を設けることが提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
においても内燃機関の吸排気弁のシート部における異物
噛み込みの検出、判定方法と、異物噛み込みが検出され
たときの対策については或る程度の解決手段が提示され
てはいるが、異物の噛み込みを直接に検出することが実
際には困難であるために、この問題については必ずしも
それらの手段だけで十分であるとは言えない面がある。
そこで、本発明はこれらの従来技術を補完する意味で、
更に確実な異物噛み込みの検出手段と、異物噛み込みが
検出された時に作動される有効な運転制御手段を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載されたような、吸排気弁における異物噛み込みを
検出してそれに対応することができる内燃機関を提供す
る。

【０００７】本発明の内燃機関においては、請求項１に
記載したように、それに設けられた異物噛み込み検出手
段が、機関の振動、いずれかの気筒の圧縮行程における
回転速度、クランキング時にスタータに流れる電流値、
吸排気管内の温度、のうちの少なくとも一つの状態量の
変化に基づいて異物の噛み込みの有無を判定する。そし
て、これらの状態量の異常な変化に基づいて、吸排気弁
のシート部に異物が噛み込まれたと判定されたときは、
直ちに運転制御手段を作動させて出力トルクを増大させ
る方向に機関を制御することにより、出力トルクの低下
による機関の停止や、クランキング時において始動不良
に陥ることを防止することができる。

【０００８】請求項２に記載された発明によれば、異物
噛み込み検出手段によって吸排気弁に異物が噛み込まれ
たことが検出された場合は、直ちに運転制御手段が作動
されて、点火時期の進角、燃料噴射量の減量、吸気量の
増加、始動時及び低速回転時における吸気弁の閉弁タイ
ミングの進角、高速回転時における吸気弁の閉弁タイミ
ングの遅角、同じく高速回転時における排気弁の開弁タ
イミングの進角のうちの少なくとも一つの制御を実行し
て、機関の出力トルクを増大させる。

【０００９】請求項３に記載された発明によれば、異物
噛み込み検出手段として振動センサを用いて機関の振動
を検出することにより、吸排気弁が異物を噛み込んだこ
とを判定する。この場合は機関の振動として特に吸排気
弁の着座に伴って発生する閉弁振動を検出する。そし
て、請求項４に記載された発明によれば、振動センサと
して特別のものを新設しないで、内燃機関に設けられて
いるノックセンサをそのまま利用することができる。

【００１０】具体的に、請求項５に記載された発明によ
れば、ノックセンサのような振動センサによって検出さ
れる機関の振動には多くのノイズが含まれているので、
検出された機関の全ての振動のうちで、経験的に吸排気
弁の閉弁振動が含まれている周波数帯域に属する振動の
みを分離することによって判定に供する。請求項６に記
載された発明によれば、吸排気弁の閉弁振動のタイミン
グの予測値と実測値とのズレ量に基づいて異物噛み込み
の有無を判定する。所定の大きさ以上の大きなズレ量が
４回以上連続して発生したときは、吸排気弁に異物噛み
込みがあったと判定することができる。

【００１１】請求項７に記載された発明においては、各
気筒の圧縮行程におけるクランクシャフトの回転速度の
変化量を検出して吸排気弁の異物噛み込みの有無を判定
する。圧縮行程においては回転速度の低下があるのが正
常であるが、異物の噛み込みによって圧縮漏れが生じる
と、クランクシャフトの仕事量が減少するために回転速
度の低下が少なくなる。この場合に、請求項８に記載さ
れた発明のように、各気筒の圧縮行程の上死点における
回転速度を気筒相互間で比較して異物噛み込みの有無を
判定すると、回転速度低下の程度の相違を鮮明に検出す
ることができる。

【００１２】請求項９に記載された発明においては、ク
ランキング時にスタータに流れる電流値に基づいて吸排
気弁における異物の噛み込みの判定を行うが、特に各気
筒の圧縮行程におけるスタータ電流値を検出して比較す
る。圧縮行程においては筒内の圧縮仕事の増加に伴って
スタータ電流値が増大するのが正常であるが、異物の噛
み込みによって圧縮漏れが生じると、スタータ電流値の
上昇が正常な気筒の圧縮行程に比べて小さくなるので、
それによって吸排気弁に異物の噛み込みが生じた事実
と、その気筒を判定することができる。

【００１３】請求項１０に記載された発明においては、
各気筒の圧縮行程または膨張行程における各気筒の吸気
管内または排気管内の温度のいずれか一つ以上を検出し
て、各気筒間で相互に比較することにより、吸排気弁に
おける異物噛み込みの有無を判定する。異物の噛み込み
によって吸排気弁に隙間が生じると、その気筒の圧縮行
程または膨張行程において筒内の高温のガスが吸気管内
または排気管内へ漏れ出るので、吸気管内または排気管
内の温度が異常に上昇する。従って、他の正常な気筒の
それらの温度と比較することによって、異常が認められ
た気筒の吸排気弁に異物の噛み込みがあると判定するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明が適用される往復動
式内燃機関の一例として、吸気ポート内燃料噴射式のガ
ソリンエンジンの一部を示すもので、図中、１はシリン
ダブロック、２はその内部に形成された一つのシリンダ
（気筒）、３はその中へ摺動可能に挿入されているピス
トン、４はピストン３とクランクシャフト５を連結する
コンロッド、６は全気筒に共通のシリンダヘッド、７は
その内部に形成された一つの気筒のための吸気ポート、
８は同じく排気ポート、９は同じく吸気弁、１０は排気
弁、１１は吸排気弁９および１０の図示しないカムシャ
フトに設けられたバルブタイミング可変機構、１２は吸
気ポート７に設けられた燃料噴射弁、１３は吸気ポート
７からその上流側のエアフローメータ１４まで延びる吸
気マニホルドを含む吸気通路であって、その一部には吸
気絞り弁（スロットル弁）１５が設けられている。

【００１５】運転者によって操作されるアクセルペダル
１６に関連して設けられた図示しないアクセル開度セン
サと、クランクシャフト５の一部に対向して設けられた
回転数センサ１７と、吸気マニホルドのような吸気通路
１３内に設けられた吸気温センサ１８と、シリンダブロ
ック１に取り付けられた振動センサ、この場合は機関の
ノッキングを検出するための既設のノックセンサ１９の
各出力信号が、エアフローメータ１４のそれと共にマイ
クロコンピュータ２０に入力されている。

【００１６】また、マイクロコンピュータ２０からの制
御信号によって、前述のバルブタイミング可変機構１１
や燃料噴射弁１２、吸気絞り弁１５等が制御されるよう
になっており、点火プラグ２１の放電時期も決定される
ようになっている。なお、燃料タンク２２は図示しない
燃料ポンプによって加圧された燃料を燃料噴射弁１２へ
供給する。

【００１７】図２は、吸気弁９（または排気弁１０）と
環状のバルブシート２３との間に、燃焼室２４の壁面に
付着していて振動等によって剥がれたデポジットのよう
な異物２５が噛み込まれた状態を示している。異物２５
が噛み込まれたために、動弁カム２５が図示のような回
転位置にあって本来は吸気弁９が閉弁状態となるべきと
きでも、バルブスプリング２７の弾性力だけでは吸気弁
９が完全には閉弁することができないで隙間２８を生じ
る。

【００１８】この状態における吸排気弁９または１０の
リフト曲線は図３の（ａ）において細い線によって示し
たようになる。即ち、太い線によって示された異物の噛
み込みがない正常な状態のリフト曲線の閉弁状態に比べ
て、異物の噛み込みがあるときは異物に接触することに
よって時間εだけ早く吸排気弁が閉弁作動を停止するの
で、閉弁位置でも隙間２８の分だけリフトが残っている
状態となる。従って、吸排気弁がバルブスプリング２７
によって付勢されて移動しているときに、固定のバルブ
シート２３に着座して強制的に停止させられることによ
って発生する振動（閉弁振動）の発生タイミングも早く
なり、閉弁振動が図３の（ｂ）に示すように正常な場合
よりも時間ε’だけ早く発生する。

【００１９】図３（ｂ）に示したような閉弁振動は、本
発明の第１実施例においては、本来は機関のノッキング
状態発生を検出するためにシリンダブロック１に取り付
けられているノックセンサ１９によって検出される。ノ
ックセンサ１９は図３（ｂ）のような出力信号を発生す
るので、第１実施例においては、ノックセンサ１９の出
力信号をマイクロコンピュータ２０によって処理するこ
とにより、異物の噛み込みの有無を判定している。勿
論、ノックセンサ１９は一般的な振動センサであっても
よい。

【００２０】図４の下段に示したようなノックセンサ１
９の出力信号においては吸排気弁９または１０が閉弁す
るときに波高が急に高くなる。このように閉弁振動に対
応して間欠的に発生するきわめて顕著なパルスのタイミ
ング（時期）を一般的にＴ_m（ｍは発生する閉弁振動の
うちで基準とするものに付した正の整数の番号）とした
場合に、次回に発生する閉弁振動がノックセンサ１９に
よって実際に検出されてパルスを発生するタイミングＴ
_m+1 までの時間間隔ΔＴ_m+1 の長さを予測するために、
「検出時間間隔予測値ΔＹ_m+1 」を、今回の閉弁振動の
タイミングＴ_mと前回の閉弁振動のタイミングＴ_m-1 と
の間の時間間隔ΔＴ_m と、前回の閉弁振動のタイミング
Ｔ_m-1 と更にその前回の閉弁振動のタイミングＴ_m-2 と
の間の時間間隔ΔＴ_m-1 という２つの実測値に基づいて
次の式(1) のように定義する。 ΔＹ_m+1 ＝ΔＴ_m ＋（ΔＴ_m −ΔＴ_m-1 ） …(1) 現時点（タイミングＴ_m ）において、次回の閉弁振動が
検出されると予測されるタイミングである「検出予測値
Ｙ_m+1 」は、次の式(2) によって算出される。 Ｙ_m+1 ＝Ｔ_m ＋ΔＹ_m+1 …(2)

【００２１】従って、定義式(1) における検出時間間隔
予測値ΔＹ_m+1 と、次回の閉弁振動が実際に検出された
タイミングＴ_m+1 において算出される検出時間間隔ΔＴ
_m+1との間の差、即ち、次の式(3) の値を「ズレ量ΔＸ
_m+1 」と呼ぶことにする。 ΔＸ_m+1 ＝ΔＹ_m+1 −ΔＴ_m+1 …(3) このような予測値と実測値との間のズレは、吸排気弁９
または１０に異物２５の噛み込みが生じたときに発生す
るだけでなく、内燃機関が加速されたり、吸排気弁９ま
たは１０のバルブタイミングが変更された場合にも生じ
るし、ズレ量の大きさは一定ではないから、ズレが発生
したことを検出しただけでは異物の噛み込みが生じたも
のと判断することはできない。

【００２２】そこで閉弁振動のタイミングを検出すると
共に、予測タイミングとのズレ量を算出することによっ
て異物の噛み込みを正確に判定するために、機関の回転
変動等によっても小さな値のズレ量が発生することを考
慮して、ノイズを排除するための閾値αを比較的大きな
値として設定する。そして、一般的なズレ量ΔＸ_m のう
ちで閾値αを越えている比較的大きなものだけを取り上
げて異物噛み込みの有無の判定を行う。しかしそれで
も、内燃機関に大きなノッキングが発生したり、内燃機
関が加速されたり、吸排気弁のバルブタイミングが変更
されたような場合にはズレ量ΔＸ_m が、比較的大きく設
定された閾値αでもそれを越える場合があり得るので、
判定の際にはそれらを排除しなければならない。そのた
めに機関における次のような性質に着眼してその性質を
利用する。

【００２３】まず、ノッキングの発生によるズレ量ΔＸ
_m の増大については、ノックセンサ１９の出力信号を、
図示しないバンドパスフィルタ回路を通すことによって
処理する。一般に機関のノッキングは７．８〜８．１ｋ
Hzの周波数帯域の振動を伴っているのに対して、吸排気
弁の閉弁振動は３〜４ｋHzの周波数帯域に分布してお
り、両者の周波数帯域は明らかに異なっている。従っ
て、ノックセンサ１９の出力信号の中で３〜４ｋHzの周
波数帯域に属するものだけを通過させるバンドパスフィ
ルタを使用すれば、機関のノッキングによるノイズを確
実に排除することができる。

【００２４】次に、ノックセンサ１９によって一定以上
の高さの閉弁振動のパルスが図４に示したように検出さ
れた場合には、図５に示すように、連続して爆発する各
気筒に対応する閉弁振動のタイミング毎にマイクロコン
ピュータ２０が算出する白丸によって示した検出時間間
隔の予測値Ｙ_m が、黒丸によって示した実測値ΔＴ_mと
重なって、全て一定の高さの直線上に並ぶようになる。
従って、この場合は予測値と実測値との間のズレ量ΔＸ
_m は、前述のように設定された大きめの閾値αよりも全
て小さくなるので、マイクロコンピュータ２０は、この
機関について吸排気弁９および１０のシート部には異物
の噛み込みがない正常な運転状態であると判定すること
ができる。

【００２５】これと反対に、図６に示すようにノックセ
ンサ１９によって検出される閉弁振動のパルスのタイミ
ングのうちで、タイミングＴ_m から後に予測された各回
の閉弁振動のタイミングの時間間隔の予測値ΔＹ_m+1,Δ
Ｙ_m+2,ΔＹ_m+3,ΔＹ_m+4 …と、ノックセンサ１９によっ
て検出された実際のタイミングの時間間隔ΔＴ_m+1,ΔＴ
_m+2,ΔＴ_m+3,ΔＴ_m+4 …との間のズレ量ΔＸ_m+1,ΔＸ
_m+2,ΔＸ_m+3,ΔＸ_m+4 …がいずれも大きくなって、４回
以上連続して閾値αを越えた場合には、同じ領域におい
て図７に示すように黒丸と白丸が一致することがなくな
る。このような状態が検出された場合は、マイクロコン
ピュータ２０はタイミングＴ_m から後に吸排気弁９また
は１０に異物の噛み込みが生じたものと判定することが
できる。

【００２６】また、機関の加速あるいは減速時や、バル
ブタイミング可変機構１１を作動させて吸排気弁９また
は１０のバルブタイミングを変更した時にもズレ量ΔＸ
_m が閾値αを越えることがあるが、その場合でもズレ量
ΔＸ_m が連続して４回以上も閾値αを越えることはな
く、図８および図９に示すように、大抵の場合は変化の
直後に１回ずれる程度で収束する。勿論、機関の加速あ
るいは減速やバルブタイミングの変更に加えて、吸排気
弁９または１０に異物の噛み込みがあったときには、図
１０および図１１に示すように、ズレ量ΔＸ_m が連続し
て４回以上閾値αを越えるようになる。また、図１２お
よび図１３に示すように、機関の加速あるいは減速やバ
ルブタイミングの変更が行われたが、タイミングＴ_m+1
以降は定常運転の状態に移行したような場合でも、同じ
タイミングＴ_m+1 において異物の噛み込みがあると、ズ
レ量ΔＸ_m は連続して４回以上閾値αを越える。

【００２７】従って、マイクロコンピュータ２０がノッ
クセンサ１９の出力信号に基づいて演算を行って、ズレ
量ΔＸ_m が連続して４回以上閾値αを越えることを条件
として異物噛み込みの判定を行えば、小さな振動の検出
によるノイズを排除することができるだけでなく、閾値
αを越える比較的大きい検出時間間隔のズレ量ΔＸ_mを
生じる機関の加速あるいは減速や、バルブタイミングの
変更による紛らわしいノイズをも排除して、異物の噛み
込みを正確に判定することができる。

【００２８】図１４および図１５は第１実施例の変形例
としての第２実施例を示すもので、前述の第１実施例に
おいてはノックセンサ１９の出力信号に基づいて、吸排
気弁９または１０の閉弁振動が発生するタイミングを時
間的に予測および検出して、それらの間のズレ量から異
物噛み込みの有無を判定しているが、第２実施例におい
てもノックセンサ１９のような振動センサが出力する閉
弁振動の信号に基づいて異物噛み込みの有無を判定する
点は同じである。しかし、基準として時間の代わりにク
ランクシャフト５の回転角度、即ちクランク角Ｃを使用
している点が異なっている。この場合のクランク角Ｃは
通常の機関に殆ど必ず設けられている回転数（回転角）
センサ１７によって検出される。また、図１４において
は、４気筒の機関の点火順が＃１−＃３−＃４−＃２で
あり、＃３気筒の吸排気弁９または１０の閉弁時に異物
の噛み込みが生じて、その閉弁振動の発生時期が進角し
たものとして表示している。

【００２９】第１実施例についての詳細な説明から明ら
かなように、第２実施例において基準をクランク角Ｃと
しても、マイクロコンピュータ２０は第１実施例の場合
と類似の手法によって異物の噛み込みを判定することが
できる。但し、この実施例では、図１４に示したよう
に、正常な場合は一般的にクランク角Ｃにおいて発生す
る各気筒の閉弁振動が、異物噛み込みのあった＃３気筒
のところでずれて進角するために、図１５に示したよう
に、＃３気筒の吸排気弁９または１０の閉弁振動のタイ
ミングがｍ以降において毎回クランク角ΔＣだけずれる
ので、それを検出することによって、マイクロコンピュ
ータ２０は＃３気筒の吸排気弁９または１０に異物の噛
み込みがあったものと判定する。

【００３０】図１６は本発明の第３実施例を示すもの
で、この場合は回転数センサ１７によって検出されるク
ランクシャフト５の回転数（回転速度）の出力信号をマ
イクロコンピュータ２０によって監視していて、その時
間的な変化から吸排気弁９または１０のシート部におけ
る異物噛み込みを判定するものである。前述の従来技術
においては、膨張行程における回転速度の変化（増加）
があるか否かによって判定する例を挙げているが、本発
明では圧縮行程における回転速度の変化（減少）がある
か否かによって吸排気弁９または１０に異物噛み込みが
あったか否かを判定している点が異なる。

【００３１】つまり、従来技術の場合は、膨張行程にお
いて燃焼による筒内圧の上昇が異物噛み込みによる圧力
抜けによって阻害される結果、回転速度が予測通りに上
昇しないという点に着目して異物噛み込みの有無を判定
しているのに対して、本発明の場合は、異物噛み込みに
よって圧縮行程において圧縮漏れが生じたときは圧縮圧
力が上昇しないために、クランクシャフト５がする圧縮
仕事が小さくなる結果、異物噛み込みを生じた気筒の圧
縮行程における回転速度の低下が、他の気筒のそれより
も少なくなるか、あるいは予測値よりも少なくなること
に着目して、各気筒の圧縮行程におけるクランクシャフ
ト５の回転速度の低下の程度をマイクロコンピュータ２
０によって監視することにより、他の気筒における回転
速度の低下の程度あるいは正常な場合の所定値と比較し
ているのである。

【００３２】従って、例えば＃３気筒の吸排気弁９また
は１０に異物噛み込みがあった場合には、図１６に示す
ように、＃３気筒の圧縮上死点におけるクランクシャフ
ト５の回転速度が少なくとも他の気筒のそれよりも高く
なるから、マイクロコンピュータ２０は正確に＃３気筒
の吸排気弁９または１０における異物噛み込みを判定す
ることができる。

【００３３】図１７は本発明の第４実施例を示すもの
で、この場合は、特定の気筒における吸排気弁９または
１０のシート部における異物噛み込みの事実を、機関の
始動時（クランキング時）に通電して駆動されるスター
タ（始動用電動機）における電流値（スタータ電流値）
を検出し、マイクロコンピュータ２０によってその時間
的変化を監視していて、特定の気筒が圧縮行程となると
きにスタータ電流値の異常な低下が検出された場合は、
その気筒の吸排気弁９または１０に異物噛み込みが生じ
たものと判定するのである。

【００３４】従って、具体的にはマイクロコンピュータ
２０は各気筒の圧縮行程の上死点におけるスタータ電流
値を比較していて、図１７に示したように、本来は全て
の気筒の圧縮上死点において同様に増加すべきスタータ
電流値が、＃３気筒だけ増加しなかった場合は、＃３気
筒の吸排気弁９または１０に異物噛み込みがあり、＃３
気筒だけに圧縮漏れが生じた結果、クランクシャフト５
がする＃３気筒に対する圧縮仕事が小さくなったものと
考えられるので、＃３気筒の吸排気弁９または１０に異
物の噛み込みが生じたものと判定するのである。

【００３５】図１８は本発明の第５実施例を示すもの
で、この場合は機関のいずれかの気筒の吸気弁９への異
物噛み込みを判定する。図１８は機関の定常運転状態に
おいて吸気マニホルドのような吸気通路１３に設けられ
た吸気温センサ１８が検出するガス温度の時間的な変化
を示している。吸気マニホルド内のガス温度は、微視的
には図１８に示すように、吸気弁９が開弁して気筒内へ
空気を吸入する吸気行程において低下し、特に吸気行程
の中期において最低となる。

【００３６】しかしながら、例えば＃３気筒の吸気弁９
に異物の噛み込みが生じると、＃３気筒の圧縮行程や膨
張行程において高温となった圧縮ガスや燃焼ガスが吸気
弁９の隙間２８から吸気ポート７や吸気マニホルドを含
む吸気通路１３内へ逆流するので、＃３気筒の圧縮行程
や膨張行程に対応する時期に吸気温センサ１８の検出す
る吸気通路１３内の温度が異常に上昇する。従って、吸
気温センサ１８の出力信号が異常に上昇する時期が＃３
気筒の圧縮行程および膨張行程に当たっていることか
ら、マイクロコンピュータ２０は、＃３気筒の吸気弁９
に異物の噛み込みがあったものと判定することができ
る。

【００３７】図１９は本発明の第６実施例を示すもの
で、この場合は機関のいずれかの気筒の排気弁１０への
異物噛み込みを第５実施例と類似の手法によって判定す
る。即ち、排気ポート８あるいはそれに接続される排気
マニホルドには図示しない排気温センサが設けられてお
り、排気温センサの出力信号も他のセンサ類と同様にマ
イクロコンピュータ２０に入力される。図１９は機関の
定常運転状態において、排気温センサによって検出され
る排気ガス温度の時間的な変化を示している。

【００３８】機関の正常な運転状態の場合、排気マニホ
ルド内の排気ガス温度は微視的には図１９に示すよう
に、どれかの気筒の排気弁１０が開弁して気筒内の燃焼
ガスが排気ポート８から排気マニホルドへ排出される排
気行程において上昇する。しかしながら、例えば＃３気
筒の排気弁１０に異物の噛み込みが生じると、＃３気筒
の膨張行程においても高温、高圧となった燃焼ガスが排
気弁１０の隙間から排気ポート８へ漏れ出るので、排気
マニホルドの温度が破線で示すように異常に上昇する。
従って、排気マニホルドの温度が異常に上昇する時期か
ら、マイクロコンピュータ２０は＃３気筒の排気弁１０
における異物の噛み込みを判定することができる。

【００３９】以上の説明における第１実施例から第６実
施例までの各実施例は、いずれも吸排気弁９または１０
に異物の噛み込みが生じたときに、各種のセンサの出力
信号に基づいてマイクロコンピュータ２０が異物噛み込
みの事実を検出、判定するための手法を示したものであ
る。そして、本発明の内燃機関においては、これらの実
施例に示されたいずれかの手法によって吸排気弁９また
は１０における異物の噛み込みが検出されると、それに
対応してマイクロコンピュータ２０は機関の出力トルク
が増加する方向の運転制御を実行する。それによって、
吸排気弁９または１０に異物の噛み込みがあっても出力
トルクの低下を抑制して運転の継続を可能とし、始動時
には機関が始動不良に陥ることを防止することができ
る。

【００４０】この際にマイクロコンピュータ２０によっ
て実行される機関の運転制御を列挙すると、ガソリンエ
ンジン等の火花点火式機関においては、まず点火プラグ
２１へ高電圧を印加する時期を早めること、即ち点火時
期を進角させることである。点火時期の進角によって出
力トルクが増大することは良く知られている。次に、デ
ィーゼルエンジンのような筒内噴射圧縮点火機関を含め
て燃料噴射弁（１２）へ供給する燃料量を減少させて燃
料噴射量を減量することである。これは、吸排気弁９ま
たは１０における異物噛み込みによって筒内の空気量が
減少している状態において通常の量の燃料噴射を行う
と、燃料過多となって出力トルクが低下するため、反対
に燃料噴射量を減少させて適正な空燃比として出力トル
クを増大させるものであり、前述の従来技術においても
この手法をとっている。

【００４１】次に、ガソリンエンジン等に設けられてい
る吸気絞り弁１５の開度を大きくするというような方法
で吸気量を増加させることである。これは、異物噛み込
みによって生じる隙間２８から空気が漏れ出る結果、筒
内の空気量が減少するのを補って、筒内の空燃比が燃料
過多に傾くのを補正するもので、空燃比を適正な値の方
へ近づけて出力トルクを増大させる効果がある。また、
これによって少なくとも吸気絞り弁１５よりも下流側の
吸気通路１３内の吸気圧が高くなるので、筒内から隙間
２８を通じて吸気通路１３側へ漏れ出る空気の量が減少
する。

【００４２】さらに、バルブタイミング可変機構１１を
制御して始動時および低速回転時における吸気弁９の閉
弁のタイミングを進角させることにより吹き返しを低減
させたり、高速回転時において吸気弁９の閉弁タイミン
グを遅角させることにより慣性過給等の動的効果を得た
り、高速回転時において排気弁１０の開弁タイミングを
進角させて排気効率を高めることがいずれも有効であ
る。すなわち、これらはいずれも筒内の空気量を確保し
て、出力トルクの低下を防ぐ働きをする。

【００４３】従って、以上列挙した運転制御の手法の少
なくとも一つ、あるいは二つ以上を適宜に組み合わせて
実行することによって、機関の出力トルクを確実に増大
させることができ、機関停止や始動不良に陥ることを防
止して、前述の本発明の目的を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される内燃機関のシステム構成を
示す縦断正面図である。

【図２】吸排気弁のシート部における異物の噛み込み状
態を示す縦断正面図である。

【図３】（ａ）は吸排気弁のバルブリフトの時間的変化
を示す線図、（ｂ）は振動センサの出力信号における振
動波形の時間的変化を示す線図である。

【図４】吸排気弁に異物噛み込みのない正常な機関の定
常運転状態における閉弁振動の検出状態を示す線図であ
る。

【図５】吸排気弁に異物噛み込みのない正常な機関の定
常運転状態における閉弁振動の検出時間間隔予測値と実
測値との関係を示す線図である。

【図６】第１実施例に関連して、吸排気弁に異物噛み込
みがある異常な機関の定常運転状態における閉弁振動の
検出状態を示す線図である。

【図７】吸排気弁に異物噛み込みがある異常な機関の定
常運転状態における閉弁振動の検出時間間隔予測値と実
測値との関係を示す線図である。

【図８】吸排気弁に異物噛み込みのない正常な機関の加
速またはバルブタイミングを変更する運転状態における
閉弁振動の検出状態を示す線図である。

【図９】吸排気弁に異物噛み込みのない正常な機関の加
速またはバルブタイミングを変更する運転状態における
閉弁振動の検出時間間隔予測値と実測値との関係を示す
線図である。

【図１０】吸排気弁に異物噛み込みがある異常な機関の
加速またはバルブタイミングを変更する運転状態におけ
る閉弁振動の検出状態を示す線図である。

【図１１】吸排気弁に異物噛み込みがある異常な機関の
加速またはバルブタイミングを変更する運転状態におけ
る閉弁振動の検出時間間隔予測値と実測値との関係を示
す線図である。

【図１２】吸排気弁に異物噛み込みがある異常な機関の
加速またはバルブタイミングを変更する運転状態におけ
る閉弁振動の検出状態を示す線図である。

【図１３】吸排気弁に異物噛み込みがある異常な機関の
加速またはバルブタイミングを変更する運転状態におけ
る閉弁振動の検出時間間隔予測値と実測値との関係を示
す線図である。

【図１４】第２実施例に関連して、吸排気弁に異物噛み
込みがある異常な機関の運転状態における閉弁振動の検
出状態を示すクランク角線図である。

【図１５】吸排気弁に異物噛み込みがある機関の特定の
気筒における吸排気弁の閉弁タイミングを示す線図であ
る。

【図１６】第３実施例に関連して、吸排気弁に異物噛み
込みがある異常な機関の運転状態における回転速度の変
化と、それに対応する各気筒の行程を示す線図である。

【図１７】第４実施例に関連して、吸排気弁に異物噛み
込みがある異常な機関の始動時の運転状態におけるスタ
ータ電流値の変化と、それに対応する各気筒の行程を示
す線図である。

【図１８】第５実施例に関連して、吸排気弁に異物噛み
込みがある異常な機関の運転状態における吸気マニホル
ド内の吸気温度の変化と、それに対応する各気筒の行程
を示す線図である。

【図１９】第６実施例に関連して、吸排気弁に異物噛み
込みがある異常な機関の運転状態における排気マニホル
ド内のガス温度の変化と、それに対応する各気筒の行程
を示す線図である。

【符号の説明】

７…吸気ポート ９…吸気弁 １０…排気弁 １３…吸気通路 １７…回転数センサ １８…吸気温センサ １９…ノックセンサ ２０…マイクロコンピュータ ２３…バルブシート ２５…異物 ２８…隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｚ (72)発明者 斎藤 公孝 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 佐藤 靖之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 岸 宏尚 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G022 DA01 GA01 GA05 GA06 GA08 GA10 GA12 GA13 GA14 3G084 BA02 BA04 BA13 BA17 BA23 CA01 DA00 EB22 FA02 FA07 FA10 FA25 FA27 FA34 FA36 3G092 AA01 AA05 AA11 AB02 BA01 BA09 BB01 DA01 DA02 DA08 DE01S EA01 EA02 EA03 EA04 EA08 EB04 EB07 FA00 GA17 GA18 HA01X HA01Z HA04Z HA06X HA12Z HA13X HB01X HC04Z HC05Z HC09X HD01Z HE02Z HF05Z HF08Z 3G301 HA01 HA19 JA00 LA03 LA07 LB02 MA11 NB07 NE01 NE06 NE11 NE12 NE23 PA01A PA01Z PA10Z PA11A PC06Z PC08Z PD11Z PE02Z PE09A PE10A PF03Z PG02Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポペット型の吸排気弁のシート部に異物
   が噛み込まれたときにそれを検出することができる異物
   噛み込み検出手段と、前記異物噛み込み検出手段によっ
   て異物の噛み込みが検出されたときに出力トルクを増大
   させる方向に作動する運転制御手段とを備えていると共
   に、前記異物噛み込み検出手段が、機関の振動、いずれ
   かの気筒の圧縮行程における回転速度、クランキング時
   にスタータに流れる電流値、吸排気管内の温度、のうち
   の少なくとも一つの状態量の変化に基づいて異物の噛み
   込みの有無を判定することを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記吸排気弁が異物
   を噛み込んだことが前記異物噛み込み検出手段によって
   検出されたときに、前記運転制御手段が、点火時期の進
   角、燃料噴射量の減量、吸気量の増加、始動時及び低速
   回転時における吸気弁の閉弁タイミングの進角、高速回
   転時における吸気弁の閉弁タイミングの遅角、同じく高
   速回転時における排気弁の開弁タイミングの進角、のう
   ちの少なくとも一つの制御を実行することによって、前
   記機関の出力トルクを増大させる方向に作動することを
   特徴とする内燃機関。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記吸排気
   弁が異物を噛み込んだことを前記異物噛み込み検出手段
   が前記機関の振動に基づいて検出、判定する場合に、前
   記吸排気弁の着座に伴って発生する開弁振動を検出する
   ことを特徴とする内燃機関。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記異物噛み込み検
   出手段が、前記機関のノッキングによる振動を検出する
   ノックセンサを利用して構成されていることを特徴とす
   る内燃機関。
5. 【請求項５】 請求項３または４において、前記異物噛
   み込み検出手段が、検出される前記機関の振動のうちで
   所定の周波数帯域に属する振動のみを分離することによ
   って、前記吸排気弁の着座に伴って発生する振動を検出
   することを特徴とする内燃機関。
6. 【請求項６】 請求項３ないし５のいずれかにおいて、
   前記吸排気弁の着座に伴って発生する振動のタイミング
   のズレ量に基づいて、前記吸排気弁が異物を噛み込んだ
   ことを検出、判定することを特徴とする内燃機関。
7. 【請求項７】 請求項１または２において、前記吸排気
   弁が異物を噛み込んだことを前記異物噛み込み検出手段
   が検出する各気筒の圧縮行程におけるクランクシャフト
   の回転速度に基づいて判定する場合に、前記各気筒の圧
   縮行程における回転速度の変動量を検出して比較するこ
   とを特徴とする内燃機関。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記異物噛み込み検
   出手段が検出する前記各気筒の圧縮行程の上死点におけ
   る回転速度を比較して、異物噛み込みの有無を判定する
   ことを特徴とする内燃機関。
9. 【請求項９】 請求項１または２において、前記吸排気
   弁が異物を噛み込んだことを前記異物噛み込み検出手段
   が始動のためのクランキング時にスタータに流れる電流
   値に基づいて判定する場合に、各気筒の圧縮行程におけ
   るスタータ電流値を検出して比較することを特徴とする
   内燃機関。
10. 【請求項１０】 請求項１または２において、前記吸排
    気弁が異物を噛み込んだことを前記異物噛み込み検出手
    段が吸排気管内の温度に基づいて判定する場合に、各気
    筒の圧縮行程または膨張行程における前記各気筒の吸気
    管内または排気管内の温度のいずれか一つを検出して、
    各気筒間で比較することによって判定することを特徴と
    する内燃機関。