JP2001200736A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関１が過熱状態にあるか、または過熱状
態に至ることが予測されるとき、燃費の悪化を生じさせ
ることなく、内燃機関１の温度を低下させる手段を備え
た内燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】内燃機関１が過熱状態もしくは過熱状態に
なると予想される場合は、吸・排気弁２８ａ，２８ｂ，
２９ａ，２９ｂの開閉作動状態を変更することにより前
記内燃機関１の温度を低下させる。吸・排気弁２８ａ，
２８ｂ，２９ａ，２９ｂのバルブタイミングを変化させ
て気筒内への吸入空気量を低減させ、または一気筒内に
複数の吸気弁２８ａ，２８ｂを有するときは、その一部
２８ｂを閉状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関が過熱し
たとき、または内燃機関が過熱状態になると予想される
場合に内燃機関の温度を低下させる内燃機関の制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の過熱状態に気づかずに走行を
続け、内燃機関の破損を招来することを回避するため、
例えば特開平８−２４６９３２公報にエンジン過熱の発
生を防止又は遅らせることができるエンジンの制御装置
が開示されている。

【０００３】この装置は、エンジン温度検出手段と、検
出されたエンジン温度に基づいてエンジンが過熱状態に
至ることを予測する過熱予測手段と、過熱予測がされた
ときに、運転状態に応じた燃料量よりも多量の燃料をエ
ンジンに供給することでシリンダ、ピストン等を冷却
し、エンジン温度の上昇を停止または抑制する過熱抑制
手段と、を備えるものである。

【０００４】この装置によれば検出エンジン温度に基づ
いて、例えば検出エンジン温度が所定のしきい温度を超
えたとき、又は温度上昇速度が所定値以上の状態が所定
時間以上継続したときは、エンジンが過熱状態になるこ
とを予測し、余剰燃料を供給してシリンダ、ピストン等
を冷却してエンジンが過熱状態になるのを防止または遅
らせることができる。これらの場合、燃料噴射弁の開時
間を、最適燃料噴射量より過熱抑制用燃料量だけ過剰の
過熱抑制時燃料量に応じた時間に制御すること、及び燃
料噴射を継続しつつ点火のみを停止する気筒休止運転を
行うことが示されている。一方、内燃機関の過熱時に
は、点火遅角制御により燃焼室内における燃焼温度を下
げてエンジン出力を抑え、内燃機関の過熱を防ぐ方法も
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の余剰燃
料の供給による過熱抑制方法によれば、燃料消費量が増
加して燃費が悪くなるという問題があった。また点火遅
角制御では、点火時期の遅れによって燃料が十分に燃焼
しない状態で排出されるのでエミッションが悪化する欠
点がある。本発明は上述のような問題点に鑑みてされた
ものであり、内燃機関が過熱状態にあるか、または過熱
状態に至ることが予測されるとき、燃費や内燃機関の燃
焼状態を悪化させることなく、内燃機関の温度を低下さ
せる手段を備えた内燃機関の制御装置を提供することを
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次のような手段を採用した。すなわち、気筒
内に吸・排気弁を備えた内燃機関であって、内燃機関が
過熱状態もしくは過熱状態になると予想される場合は、
吸・排気弁の開閉作動状態を変更することにより、前記
内燃機関の温度を低下させる手段を備えたことを特徴と
する。

【０００７】本発明では、吸・排気弁の開閉作動状態を
変化させることでηｖ（１サイクル当たりの行程容積Ｖ
ｓに対して実際に吸入される空気の容積（Ｖａ)の比）
を小さくすることができ、気筒内での燃焼を抑制し内燃
機関の温度を低下させることができる。

【０００８】内燃機関の発熱量を減らしその温度を低下
させることは、吸気弁のリフト量を小さくして新気の吸
入量自体を減らすことの他、(1)吸気の開始時期を遅ら
せること、(2)吸気の終了時期を早めること、または(3)
排気の時期を早めること、及び(4)排気の終了時期を遅
くすること、等の方法によって達成できる。これらの方
法に対応して(1)吸気弁の開時期を遅くすること、(2)吸
気弁の閉時期を早くすること、または(3)排気弁の開時
期を早くすること、及び(4)排気弁の閉時期を遅くする
こと、等によって吸入空気量が減少し、または気筒内で
の燃料の燃焼時間が短縮されるので内燃機関の発熱量が
低下する。また以上の方法は可能な限りこれらを組み合
わせて実施してもよい。

【０００９】吸・排気弁のカムリフト量及び開閉時期を
変化させるには、例えばタイミングベルトで駆動される
部分とカムシャフトに固定される部分とを分割して、そ
の間に設けた内外周ヘリカルスプラインを油圧で軸方向
に移動させることにより両者の位相を異ならせるもの、
またカムと吸・排気弁との間に油圧室を設け、この油圧
室内の油量をソレノイドバルブ等で調整するもの、など
の種々の公知の可変動弁システムを採用することができ
る。

【００１０】一気筒内に複数の吸気弁を有する内燃機関
では、この複数の吸気弁の一部を閉状態にして吸入空気
量を低減させてもよい。例えば、一気筒内に吸気弁と排
気弁がそれぞれ２個ずつ設けられた４バルブエンジンで
は、片側の吸気弁の作動を停止し、これを閉状態に保持
することが考えられる。この場合は、吸入空気量を自由
に、かつ大幅に低減できる。なお、吸・排気弁の作動を
容易にコントロールするためには、クランクシャフトに
連動するカムシャフトの回転により作動し、クランクシ
ャフトの回転に同期して作動する吸・排気弁ではなく、
クランクシャフトの回転に同期せずに、独立してその作
動をコントロールできる電磁駆動弁を採用すれば、吸・
排気弁の開閉時期を自由に設定できる。電磁駆動弁とは
磁力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆
動式の動弁機構を備えたものである。

【００１１】本発明では、内燃機関が過熱状態もしくは
過熱状態になると予想される場合か否かは、通常は水温
が所定の温度値を超えたか否かで判断することができ
る。また電磁駆動弁を備えた内燃機関では、アクチュエ
ータを作動させるコイルの温度を測定して内燃機関の過
熱状態を判断することができる。さらにそのコイルに印
加される電流量、すなわちアクチュエータの作動のため
に消費される電流量と水温との相関関係を示すマップに
基づき、電流量を測定することによって水温を推定する
ことができるので、これに基づいて内燃機関の過熱状態
を検出することも可能である。

【００１２】上記のように構成された内燃機関の制御装
置では、内燃機関の温度が所定温度以上であるときは、
吸・排気弁の開閉動作を種々変更することで吸入空気量
を減少させ、または燃焼室での燃料の燃焼時間を短くし
て内燃機関の発生熱量を抑制し、走行状態を確保しつつ
内燃機関の温度の上昇を制限し、または内燃機関の温度
を下げることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の制
御装置を、電磁駆動弁を備えた内燃機関についての実施
の形態を説明する。この実施の形態では、複数の吸気弁
を備えた４サイクルエンジンにおいて、片側の吸気弁の
作動を停止させる場合について述べる。図１は、本発明
に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示すも
のであり、図２はその電磁駆動弁の配置状態を示す。図
１及び図２に示す内燃機関１は、４個の気筒２１を備え
るとともに、各気筒２１内に直接燃料を噴射する燃料噴
射弁３２を具備し、また各気筒２１に吸気弁２８ａ，２
８ｂと排気弁２９ａ，２９ｂをそれぞれ２個ずつ設けた
４サイクルのガソリンエンジンである。

【００１４】前記内燃機関１は、複数の気筒２１及び冷
却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、この
シリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッ
ド１ａとを備えている。前記シリンダブロック１ｂに
は、機関出力軸であるクランクシャフト２３が回転自在
に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１
内に摺動自在に装填されたピストン２２とコンロットを
介して連結されている。前記ピストン２２の上方には、
ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲
まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッ
ド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付
けられ、この点火栓２５には、この点火栓２５に駆動電
流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されてい
る。前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２
６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室
２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が燃焼室
２４に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。

【００１５】前記吸気ポート２６の各開口端は、シリン
ダヘッド１ａに進退自在に支持された吸気弁２８ａ，２
８ｂによって開閉されるようになっており、これら吸気
弁２８ａ，２８ｂは、シリンダヘッド１ａに設けられた
電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０とい
う）によって開閉駆動されるようになっている。前記排
気ポート２７の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退
自在に支持された排気弁２９ａ，２９ｂにより開閉され
るようになっており、これら排気弁２９ａ，２９ｂは、
シリンダヘッド１ａに設けられた電磁駆動機構３１（以
下、排気側電磁駆動機構３１という）によって開閉駆動
されるようになっている。

【００１６】ここで吸気側電磁駆動機構３０と排気側電
磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。なお、
吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは
同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構３０のみを
例に挙げて説明する。図３は吸気側電磁駆動弁３０の構
成を示す断面図である。図面において内燃機関１のシリ
ンダヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定
されるロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上部に
設けたアッパヘッド１１とを備える。前記ロアヘッド１
０には、各気筒２１に対応した吸気ポート２６が形成さ
れ、各吸気ポート２６の燃焼室２４側の開口端には、吸
気弁２８の弁体２８ａが着座する弁座１２が設けられて
いる。ロアヘッド１０には、各吸気ポート２６の内壁面
からこのロアヘッド１０の上面にかけて断面円形の貫通
孔が形成され、この貫通孔には、この貫通孔に挿通され
る吸気弁２８の弁軸２８ｂを進退自在に案内する筒状の
バルブガイド１３が挿入されている。

【００１７】またアッパヘッド１１は第１コア３０１及
び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付孔１
４が設けられ、このコア取付孔１４は前記バルブガイド
１３と軸心が同一となる位置にある。またコア取付孔１
４は下部が径大に形成され、その上部の径小部１４ａと
下部の径大部１４ｂを備えている。前記径小部１４ａに
は、軟磁性体からなる環状の第１コア３０１と第２コア
３０２とが所定の間隙３０３をおいて軸方向に直列に嵌
挿されている。これらの第１コア３０１の上端と第２コ
ア３０２の下端には、それぞれフランジ３０１ａとフラ
ンジ３０２ａが形成され、第１コア３０１は上方から、
また第２コア３０２は下方からそれぞれコア取付孔１４
に嵌挿され、フランジ３０１ａとフランジ３０２ａがコ
ア取付孔１４の縁部に当接することにより第１コア３０
１と第２コア３０２の位置決めがされて、前記間隙３０
３が所定の距離に保持される。さらに第１コア３０１の
上方には筒状のアッパキャプ３０５が設けられ、これは
その下端に形成したフランジ部３０５ａにボルト３０４
を貫通させてアッパヘッド１１の上面に固定される。こ
のときフランジ部３０５ａを含むアッパキャップ３０５
の下端が第１コア３０１の上面周縁部に当接し、これを
保持することで第１コア３０１がアッパヘッド１１に固
定される。

【００１８】一方、第２コア３０２の下部には環状のロ
アキャップ３０７が設けられ、その外周にはボルト３０
７が貫通し、前記径小部１４ａと径大部１４ｂの段部に
おける下向きの段差面に固定される。このときロアキャ
ップ３０７が第１コア３０２の下面周縁部に当接し、こ
れを保持することで第１コア３０１がアッパヘッド１１
に固定される。前記第１コア３０１の前記間隙３０３側
の面に形成した溝部内は、第１の電磁コイル３０８が装
着されており、他方、前記第２コア３０２の間隙３０３
側の面には同様に第２の電磁コイル３０９が装着され、
これらに第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３
０９は互いに向き合って配置されている。前記間隙３０
３の中間には、軟磁性体からなる環状のアーマチャ３１
１が配置されている。このアーマチャ３１１の中心から
上下方向に延出し、その上部の基端が前記第１コア３０
１の中心を通ってその上方のアッパキャップ３０５内ま
で至るとともに、その下方の先端部が第２コア３０２の
中心を通ってその下方の径大部１４ｂ内に至る円柱状の
アーマチャシャフト３１０が設けられ、このアーマチャ
シャフト３１０は軸方向に進退自在に保持されている。

【００１９】前記アッパキャップ３０５内に延出したア
ーマチャシャフト３１０の基端には円板状のアッパリテ
ーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャップ
３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が螺着
され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボルト
３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在して
いる。なお、前記アジャストボルト３１３と前記アッパ
スプリング３１４との当接面には、前記アッパキャップ
３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシート
３１５が介装されている。一方、前記大径部１２ｂ内に
延出したアーマチャシャフト３１０の先端部は、吸気弁
２８の弁軸２８ｂの基端部２８１と当接している。この
基端部２８ｄの外周には円盤状のロアリテーナ２８ｃが
接合されており、そのロアリテーナ２８ｃの下面とロア
ヘッド１０の上面との間には、ロアスプリング３１６が
介在している。

【００２０】このように構成された吸気側電磁駆動機構
３０では、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイ
ル３０９に励磁電流が印加されていないときは、アーマ
チャシャフト３１０がアッパスプリング３１４による下
方（すなわち、吸気弁２８を開弁させる方向）への付勢
力と、吸気弁２８がロアスプリング３１６による上方
（すなわち、吸気弁２８を閉弁させる方向）への付勢力
が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０及び吸
気弁２８が互いに当接して所定の位置に弾性支持された
状態、いわゆる中立状態に保持される。なお、アッパス
プリング３１４とロアスプリング３１６の付勢力は、前
記アーマチャ３１１の中立位置が前記間隙３０３におい
て前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間の
位置に一致するよう設定される。構成部品の初期公差や
経年変化等によってアーマチャ３１１の中立位置が前記
した中間位置からずれた場合には、アーマチャ３１１の
中立位置が前記した中間位置と一致するようアジャスト
ボルト３１３によって調整することができる。

【００２１】さらに前記アーマチャシャフト３１０及び
前記弁軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１
１が前記間隙３０３の中間位置に位置するときに、前記
弁体２８ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位
置（以下、中開位置と称する）となるように設定する。
前記した吸気側電磁駆動機構３０では、第１の電磁コイ
ル３０８に励磁電流が印加されると、第１コア３０１と
第１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、
このアーマチャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる
方向の電磁力が発生し、第２の電磁コイル３０９に励磁
電流が印加されると、第２コア３０２と第２の電磁コイ
ル３０９とアーマチャ３１１との間に前記アーマチャ３
１１を前記第２コア３０２側へ変位させる方向の電磁力
が発生する。したがって吸気側電磁駆動機構３０では、
第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに
交互に励磁電流が印加されることにより、アーマチャ３
１１が進退し、以て弁体２８ａが開閉駆動されることに
なる。その際、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁
コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミングと励磁
電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８ａ、２
８ｂの開閉タイミングを制御することが可能となる。ま
たこの吸気側電磁駆動機構３０は、２個ずつ設けた吸気
弁２８ａ，２８ｂの弁体２８１のそれぞれについて、後
述する駆動回路３０１，３１０による開閉制御によって
独立に開閉駆動が可能となっている。

【００２２】次に図１及び図２に戻り、前記内燃機関１
の各吸気ポート２６は、この内燃機関１のシリンダヘッ
ド１ａに取り付けられた吸気枝管３３の各枝管と連通し
ている。前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するた
めのサージタンク３４に接続されている。前記サージタ
ンク３４には吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸
気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス
３６と接続されている。前記吸気管３５には、この吸気
管３５内を流れる空気の質量（吸入空気質量）に対応し
た電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付け
られている。前記吸気管３５において前記エアフローメ
ータ４４より下流の部位には、この吸気管３５内を流れ
る吸気の流量を調整するスロットル弁３９が設けられて
いる。前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等か
らなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁３９
を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、前
記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力す
るスロットルポジションセンサ４１と、アクセルペダル
４２に機械的に接続されこのアクセルペダル４２の操作
量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセ
ンサ４３とが取り付けられている。

【００２３】前記サージタンク３４には、このサージタ
ンク３４の圧力に対応した電気信号を出力するバキュー
ムセンサ５０が取り付けられている。一方、前記内燃機
関１の各排気ポート２７は、前記シリンダヘッド１ａに
取り付けられた排気枝管４５の各枝管と連通している。
前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を介して排気管
４７に接続され、この排気管４７は、下流にて図示しな
いマフラーと接続されている。前記排気枝管４５には、
この排気枝管４５内を流れる排気の空燃比、言い換えれ
ば排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応した
電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられて
いる。

【００２４】前記排気浄化触媒４６は、例えば、この排
気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比近
傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水
素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ
x）を浄化する三元触媒、この排気浄化触媒４６に流入
する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に
含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入排気の空
燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸
蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄
化する吸蔵還元型ＮＯx触媒、この排気浄化触媒４６に
流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の
還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）
を還元・浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記
した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。

【００２５】前記した排気浄化触媒４６には、この排気
浄化触媒４６の床温に対応した電気信号を出力する触媒
温度センサ４９が取り付けられている。また、内燃機関
１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタ
イミングロータ５１ａと、このタイミングロータ５１ａ
近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピッ
クアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５
１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流
れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに
取り付けられた水温センサ５２とを備えている。このよ
うに構成された内燃機関１には、この内燃機関１の運転
状態を制御するための電子制御ユニット（Electronic C
ontrol Unit：ＥＣＵ、以下ＥＣＵという。）２０が併
設されている。

【００２６】前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジショ
ンセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフ
ローメータ４４、空燃比センサ４８、触媒温度センサ４
９、バキュームセンサ５０、クランクポジションセンサ
５１、水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介し
て接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力さ
れるようになっている。前記ＥＣＵ２０には、吸気側電
磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１のそれぞれ
の駆動回路３０１及び３１０が接続されている。これら
の駆動回路３０１、３１０以外の駆動回路には、イグナ
イタ２５a、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエ
ータ４０が電気配線を介して接続される。そしてＥＣＵ
２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてこれ
らのイグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、スロットル用
アクチュエータ４０、及び駆動回路３０１、３１０を介
して吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１
を制御することが可能になっている。

【００２７】ここで、ＥＣＵ２０は、図４に示すよう
に、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰ
Ｕ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップ
ＲＡＭ４０４と外部入力回路４０５と外部出力回路４０
６とを備える。前記外部入力回路４０５は、クランクポ
ジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を
出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号
をＣＰＵ４０１あるいはＲＡＭ４０３へ送信する。前記
外部入力回路４０５は、スロットルポジションセンサ４
１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ
４４、空燃比センサ４８、触媒温度センサ４９、バキュ
ームセンサ５０、水温センサ５２のようにアナログ信号
形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それ
らの出力信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ４０１や
ＲＡＭ４０３へ送信する。

【００２８】前記外部出力回路４０６は、前記ＣＰＵ４
０１から出力される制御信号をイグナイタ２５ａ、吸・
排気弁の駆動回路３０１及び３１０、燃料噴射弁３２、
及び警報５３へ送信する。前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴
射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴
射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸
気弁２８ａ，２８ｂの開弁時期を決定するための吸気弁
開閉弁時期制御ルーチン、排気弁２９ａ，２９ｂの開弁
時期を決定するための排気弁開閉弁時期制御ルーチン、
各気筒２１の点火栓２５の点火時期を決定するための点
火時期制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を決定す
るためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーシ
ョンプログラムに加え、吸気側電磁駆動機構３０及び排
気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量を決定す
るための励磁電流量制御ルーチン、吸気弁２８ａ，２８
ｂを所望のリフト量に制御するための吸気弁開弁量制御
ルーチン、排気弁２９ａ，２９ｂを所望のリフト量に制
御するための排気弁制御ルーチンを記憶している。

【００２９】前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運
転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示
す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸
気弁２８の開閉時期との関係を示す吸気弁開閉時期制御
マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２９の開閉時期
との関係を示す排気弁開閉時期制御マップ、内燃機関１
の運転状態と吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆
動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示す励磁
電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と各点火栓２
５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃
機関１の運転状態とスロットル弁３９の開度との関係を
示すスロットル開度制御マップ等である。

【００３０】前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号
やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号
に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ
４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジショ
ンセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き
換えられる。前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関
１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリで
あり、各種制御に係る学習値等を記憶する。前記ＣＰＵ
４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーシ
ョンプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、点火
制御等に加え、本発明の要旨となる吸気弁開閉制御、排
気弁開閉制御を実行する。このとき吸気弁開閉制御及び
排気吸気側電磁駆弁開閉制御は、駆動回路３０１、３１
０を介してそれぞれ２個ずつの吸気弁２８ａ，２８ｂ、
排気弁２９ａ，２９ｂについて独立して行うことができ
る。

【００３１】以下、本発明の第１の実施の形態に係る一
部の吸気弁の作動停止制御について説明する。前記４サ
イクルの内燃機関１は４バルブエンジンであり、一気筒
について吸気弁２８ａ，２８ｂと排気弁２９ａ，２９ｂ
がそれぞれ２個ずつ設けられている。吸気弁２８ａ，２
８ｂは第１の電磁コイル３０３に対する励磁電流の印加
によって閉状態となるが、所定の場合には、その一方の
吸気弁２８ｂのみを第１の電磁コイル３０３の励磁によ
って全閉状態に保持することが可能である。内燃機関１
が作動して車両が走行している間、水温センサ５２によ
り冷却水路１ｃの水温が計測され、計測された水温はＥ
ＣＵ２０に送られる。またクランクポジションセンサ５
１により機関回転数が計測され、これはＥＣＵ２０に送
られる。

【００３２】図５は制御が実行される範囲を示してお
り、水温Ｔｗが制御範囲Ａにあるときは本制御が実行さ
れる。この制御範囲Ａは、例えば水温Ｔｗが１００℃か
ら１１０℃の範囲に属する場合であり、通常、内燃機関
１がオーバーヒート状態であると判断される水温Ｔｗが
１２０℃から１３０℃に至る一歩手前である。クライテ
リアとは限界を表し、これは制御範囲Ａのうちの最低ラ
インを示す。本制御は水温Ｔｗがこのクライテリアに達
する点Ｂを超えたときには直ちに実行される。本制御が
実行されると、ＥＣＵ２０は各気筒内の一方の吸気弁２
８ｂの作動を停止して、これを全閉状態に保持する。し
たがって燃焼室２４内への空気の流入量が減少し、ＥＣ
Ｕ２０によってその吸入空気量に見合った燃料が燃料噴
射弁３２から燃焼室２４内に供給されるので燃焼室２４
内の発熱量が少なくなり、内燃機関１の出力が所定範囲
に保持され、運転者がアクセルペダルを操作しても内燃
機関１の回転数は一定数以上には上昇しなくなる。よっ
てオーバーヒート状態が回避される。

【００３３】このように燃料の基本噴射量は吸入空気量
に比例し、燃焼室２４内には吸入空気量に見合った燃料
が供給されて理論空燃比が維持される。よって燃焼効率
が悪化することがなく、燃料の無駄使いが避けられる。
また点火遅角による発熱量の制御と異なり、燃焼状態が
良好に保持されるのでエミッションの悪化等の内燃機関
１へのダメージはない。さらにＥＣＵ２０は警報５３に
信号を送り、警報ランプ５４を点灯させる。なお吸気弁
２８ｂを停止することに併せて、作動している吸気弁２
８ａの開閉タイミングを変更することも可能である。例
えば、吸気弁２８ａが閉じられるタイミングを早くする
ことで、いわゆる吹き返しが生じて吸入空気量が減少し
内燃機関１の発生熱量をさらに減少させることができ
る。さらに吸気弁２８ｂの作動が休止すると、そのアク
チュエータ（吸気側電磁駆動機構３０）が作動しないた
めに消費電力を減らすことができる。

【００３４】次に上述の内燃機関１の制御を図６のフロ
ーチャートを用いて説明する。図６は本実施の形態にお
ける内燃機関の制御のフローチャートであり、内燃機関
１の冷却水温度が所定温度を超えた場合には吸気弁２８
ｂの作動を停止して、これを全閉状態に保持する制御ル
ーチンである。本ルーチンは内燃機関１のスタート後、
ＥＣＵ２０によって所定時間毎に繰り返して実行され
る。ステップ（以下、Ｓという）１では、ＥＣＵ２０に
は、水温センサ５２からの現在の水温Ｔｗ、クランクポ
ジションセンサ５１からの内燃機関１の回転数ｎｅがそ
れぞれ入力され、内燃機関１の動作状態が検出される。
Ｓ２では、内燃機関１の回転数ｎｅが所定の回転数以下
（例えば、１５００ｒｐｍ）であればこの制御は実行し
ない。

【００３５】他方、内燃機関１の回転数ｎｅが所定の回
転数以上であればＳ３に移行し、水温ＴｗをＥＣＵ２０
に記憶されているクライテリアの数値と比較する。ＥＣ
Ｕ２０が水温Ｔｗがクライテリアの数値よりも小さいと
判断するときは、Ｓ４に移行し運転者への警報ランプ５
４は点灯することなく、Ｓ５に進み吸気バルブは予め決
定されたマップから演算されたタイミングで開閉作動
し、通常の作動状態の制御が維持されて本ルーチンを抜
ける（リターン）。

【００３６】一方、Ｓ３でＥＣＵ２０により水温Ｔｗが
クライテリアの数値より大きいと判断されるときは、Ｓ
７に進み警報ランプ５４が点灯し、オーバーヒートの危
険と本制御を実行することを運転者に警告する。運転者
は、内燃機関１の回転数の低下、及びアクセルペダルを
踏み込む操作をしても内燃機関１の回転数が一定数以
上、上昇しないことを認識できる。

【００３７】次にＥＣＵ２０によりＳ８において閉じら
れるべき吸気弁が決定され、Ｓ９で本制御が実行され
る。すると電磁コイル３０３が常時通電状態となり、各
気筒の吸気弁２８ｂの作動が停止してこれらが全閉状態
に保持される。よって内燃機関１の吸気量が減り、ＥＣ
Ｕ２０によってこれに見合った燃料が燃料噴射弁３２か
ら燃焼室２４に供給されるので発熱量の上昇が抑制さ
れ、内燃機関１の回転数が一定以下に保持される。この
ようにして本ルーチンを抜ける（リターン）。上述のル
ーチンによれば、水温Ｔｗがクライテリアに達したとき
は燃焼室２４の吸入空気量が減少し、内燃機関１の回転
数の抑制と共に燃焼室２４内の発熱量が減るのでオーバ
ーヒートが回避される。このとき供給される燃料は吸気
量に合致したものに調整されるので、燃費や燃焼状態の
悪化を招くことがない。なお、図６に示すフローチャー
トにおいてはＳ２の判断は必ずしも要求されないので、
これを省略してもよい。

【００３８】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。この実施の形態では吸気弁２８ａ、２８ｂの作
動のタイミングを調整することで燃焼室２４内への吸気
量を減少させるものである。ハードウェアの構成要素は
第１の実施の形態において図１、図２に示したものと同
様である。この実施の形態では吸気弁２８ａ，２８ｂが
閉じるタイミングを通常よりも早めることにより、流入
吸気量を減少させる。吸気弁２８ａ，２８ｂを電磁駆動
弁とすることで開閉時期を自由に設定できるが、一般
に、内燃機関１の出力に影響が大きいのは、吸気弁を閉
じるタイミングであるので、これを早めることで効率よ
い制御が可能となる。

【００３９】また、吸・排気弁の両方が開いているバル
ブオーバーラップを多くし、いわゆる内部ＥＧＲ量を大
きくして、排気ガス再循環による燃焼温度の低下を併用
してもよい。上述のように吸気弁を閉じる時期を早める
ことによって燃焼室内へ流入する吸気量は通常よりも減
少するので、ＥＣＵ２０によってそれに見合った燃料が
燃焼噴射弁３２から燃焼室２４内に供給されて内燃機関
１の発熱量が抑制される。なお吸気弁２８ａ，２８ｂを
開くタイミングを通常よりも遅くすることによっても燃
焼室２４内に流入する吸気量を減少させることができる
が、この場合はポンピングロスの発生が多くなる。

【００４０】図７は第２の実施の形態の内燃機関１の制
御のフローチャートであり、水温Ｔｗが所定値を超えた
ときは、吸気弁が閉じるタイミングを早めることにより
気筒内への吸気量を少なくする制御ルーチンである。本
ルーチンは内燃機関１のスタート後、ＥＣＵ２０によっ
て所定時間毎に繰り返して実行される。ステップ（以
下、Ｓという）１０は、ＥＣＵ２０は、水温センサ５２
により現在の水温Ｔｗを、クランクポジションセンサ５
１により内燃機関１の回転数ｎｅをそれぞれ計測して内
燃機関１の動作状態を検出する。Ｓ１１では、内燃機関
１の回転数ｎｅが所定の回転数以下（例えば、１５００
ｒｐｍ）であればこの制御は実行しない。なおＳ１１は
必須のものではないので、省略してもよい。

【００４１】一方、内燃機関１の回転数ｎｅが所定の回
転数以上であれば、Ｓ１２に移行し、水温ＴｗをＥＣＵ
２０に記憶されているクライテリアの数値と比較する。
ＥＣＵ２０が水温Ｔｗがクライテリアの数値以下である
と判断するときは、Ｓ１３に移行し運転者への警報ラン
プ５４は点灯することなく、Ｓ１４に進み吸気バルブは
予め決定されたマップから演算されたタイミングで開閉
作動し、Ｓ１５で通常の作動状態の制御が維持されて本
ルーチンを抜ける（リターン）。一方、Ｓ１２でＥＣＵ
２０により水温Ｔｗがクライテリアの数値より大きいと
判断されるときは、Ｓ１６に進み警報ランプ５４が点灯
し、オーバーヒートの危険と本制御を実行することが運
転者に警告される。次にＳ１７においてＥＣＵ２０によ
り吸気弁の開閉タイミングが決定され、Ｓ１８で本制御
が実行される。すると各気筒について吸気弁２８ａ，２
８ｂが閉じるタイミングが早くなり、燃焼室２４への吸
入空気量が減る。このときこれに見合った燃料が燃料噴
射弁３２から供給されて内燃機関１内の発熱量が抑制さ
れ、内燃機関１の回転数が一定以下に保持される。この
ようにして本ルーチンを抜ける（リターン）。

【００４２】上述のルーチンによれば、水温Ｔｗがクラ
イテリアに達したときは燃焼室２４に流入する吸気量が
減少し、燃焼室２４内の発熱量が減るので内燃機関１の
回転数が抑制されてオーバーヒートが回避される。第１
の実施の形態と同様に、空燃比は良好に保持されるの
で、燃費の悪化や内燃機関１の燃焼状態の悪化を招くこ
とはない。また上記の実施の形態では吸気弁の数を２個
としたが、特にこれに限定されることなく、例えば吸気
弁を３個とした場合でも本発明は成立する。勿論、排気
弁の数も限定されるものではない。

【００４３】本制御のその他の実行内容として、吸気弁
のリフト量を小さくして吸入空気量を減らすことが採用
できる。例えば、通常の作動状態でリフト量が８ｍｍで
あれば、これをより小さいリフト量（例えば７０％）に
制御する。この制御は、所定の場合にはＲＡＭ４０２に
記憶されている吸気弁２８ａ，２８ｂを所望のリフト量
に制御するための吸気弁開弁量制御ルーチンを変更する
ことによって実現できる。またこの制御は、前記吸気弁
２８ｂの閉状態保持、または吸気弁２８ａ，２８ｂの開
閉タイミングの調節と併せて実施することもできる。さ
らに前記リフト量の変更は、電磁駆動式の吸・排気弁を
採用しない場合であっても、各種の公知の可変動弁シス
テムにより実施することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関が過熱状態に
あるか、または過熱状態に至ることが予測されるとき、
燃焼室内の燃焼状態を良好に保持しつつ内燃機関の発熱
量を低減してオーバーヒートを回避することができる。
その結果、燃費の悪化を招くことがなく、また燃焼状態
が良好であるので内燃機関に負荷を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の概略構成を示す図

【図２】本発明の内燃機関の吸・排気弁及びその周辺の
構成を示す図

【図３】吸気側電磁駆動機構の構成を示す図

【図４】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図５】本発明の制御が実行される範囲を示す図

【図６】片方の吸気弁を閉状態に維持する制御ルーチン
を示すフローチャート図

【図７】吸気弁の閉時期を早める制御ルーチンを示すフ
ローチャート図

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２０ ＥＣＵ ２８ａ，２８ｂ 吸気弁 ２９ａ，２９ｂ 排気弁 ３０ 吸気電磁駆動機構 ３１ 排気電磁駆動機構 ３２ 燃料噴射弁 ５１ クランクポジションセンサ ５２ 水温センサ ５３ 警報 ５４ 警報ランプ ３０１，３１０ 駆動回路 ３０３ 第１の電磁コイル ３０４ 第２の電磁コイル ３０５ プランジャ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３４５ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３４５Ｅ (72)発明者 勝間田 正司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 四重田 啓二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 西田 秀之 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） 3G084 BA04 BA13 BA23 CA00 DA37 FA07 FA10 FA20 FA29 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA11 BA01 CB02 DA01 DA02 DA07 DA11 DA14 DC03 DG02 DG08 DG09 EA03 EA08 EA13 EC10 FA15 FA21 FA24 FA38 FB05 FB06 HA01X HA01Z HA06X HA06Z HA13X HD02Z HD05Z HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA09 HA19 JA02 JA32 JB07 JB10 LA03 LA07 LB04 LC01 LC04 MA12 MA24 NC04 NE11 PA01Z PA11Z PD02Z PD12Z PE01Z PE03Z PE08Z PE10Z PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒内に吸・排気弁を備えた内燃機関の制
   御装置であって、内燃機関が過熱状態もしくは過熱状態
   になると予想される場合は、前記吸・排気弁の開閉作動
   状態を変更することにより内燃機関の温度を低下させる
   手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】吸・排気弁の開閉タイミングを変化させて
   気筒内への吸入空気量を低減することにより内燃機関の
   温度を低下させる請求項１に記載の内燃機関の制御装
   置。
3. 【請求項３】前記内燃機関は一気筒内に複数の吸気弁を
   備え、これらの複数の吸気弁の一部を閉状態に保持して
   吸入空気量を低減するものである請求項１または２に記
   載の内燃機関の制御装置。