JP2001221073A - 内燃機関の逆回転防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンに逆回転が生じたときであれ、バック
ファイヤの発生をより確実に防止することのできる内燃
機関の逆回転防止装置を提供する。 【解決手段】この逆回転防止装置は、スタータモータ２
６の状態、及びクランク角センサ３３から出力される回
転数に対応した信号の挙動に基づいてエンジン１１が逆
回転しているか否かを判定している。そして、エンジン
１１が逆回転していると判定されるときには、電磁駆動
弁からなるエンジン１１の吸気弁２０及び排気弁２２を
強制的に閉弁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の逆回転防
止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、内燃機関の始動が完了す
る前、その始動動作の終了まぎわに同機関が逆回転する
ことがある。そして、この逆回転に至るメカニズムは、
概ね次のように考えられている。

【０００３】通常、内燃機関の点火時期は、それ以前に
おける同機関の回転状況に基づいて適正な時期が予測、
決定される。このため、機関の回転数が大きく変動する
ときには、点火時期が適正な時期から外れることがあ
る。例えば、内燃機関の回転数が急速に低下するときに
は、適正な点火時期よりも早いタイミングにて点火が行
われるようになり、その結果、当該機関の圧縮行程が終
了する前、すなわちピストンが上死点に達する前に点火
が行われるようになる。このとき、機関出力軸、すなわ
ちクランクシャフトには、こうした点火によって逆回転
方向の回転力が生じる。

【０００４】そして、機関の始動完了前、クランクシャ
フトにこのような逆回転方向の回転力が生じた状態で始
動動作が終了される場合には、その順回転方向の回転力
が小さく、かつ機関回転数が急速に低下する状態となる
ために、この順回転方向の回転力を上記逆回転方向の回
転力が上回るようになる。すなわち、内燃機関が逆回転
するようになる。

【０００５】一方、こうして機関が逆回転する場合に
は、排気通路内の空気が燃焼室内に吸入され、その後、
同燃焼室内の空気が吸気通路内に排出されることで、噴
射される燃料と燃焼室内の空気とが混合された可燃ガス
が吸気通路内に逆流されるようになる。更に、このとき
に点火が行われて燃焼室内に火種が作られる場合には、
吸気通路内にバックファイヤが生じ、同通路内に配設さ
れる部品の信頼性の低下を招くようになる。

【０００６】そこで従来は、例えば特開平１１−１１７
７８０号公報にみられるように、こうした逆回転の発生
を検出し、検出後における点火や燃料噴射を停止するこ
とによりバックファイヤの防止を図りつつ、当該機関を
停止させるようにした装置が提案されている。すなわち
この装置では、逆回転が生じた後の点火や燃料噴射を停
止することで、吸気通路内に可燃ガスが逆流したり、バ
ックファイヤが発生したりすることを防止するようにし
ている。また同時に、内燃機関における燃焼をも停止さ
せることで、クランクシャフトに対する駆動力の付与を
停止し、当該機関を停止させるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、逆回転が
検出されることに基づき点火や燃料噴射を停止すること
で、バックファイヤの防止を図りつつ、内燃機関を停止
させることは確かにできる。

【０００８】ただし、内燃機関の逆回転は上述のよう
に、同機関の圧縮行程においてピストンが上死点に到達
する前に点火が行われることにより発生するものであ
り、上記従来の装置のように機関が逆回転していること
を検出した後に点火を停止したとしても、該逆回転の発
生そのものの原因となった点火を停止することはできな
い。このため、上記逆回転が生じた直後には、燃焼室内
から吸気通路内に上記点火（爆発）に伴う燃焼ガスが排
出されることとなり、ひいてはバックファイヤ発生の懸
念もいまだ解消され得ないものとなっている。

【０００９】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、逆回転が生じたときであれ、バ
ックファイヤの発生をより確実に防止することのできる
内燃機関の逆回転防止装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。先
ず、請求項１記載の発明では、内燃機関の逆回転を判定
する判定手段と、前記判定手段により逆回転が判定され
ることに基づいて当該内燃機関の吸気ポートを強制的に
閉とする制御手段とを備えることとする。

【００１１】上記構成によれば、内燃機関の逆回転が判
定されたときに同機関の吸気ポートを強制的に閉じるよ
うにしたために、当該機関が逆回転するようになった直
後において、逆回転が発生する要因となった爆発に伴う
燃焼ガスが吸気通路に排出されることを防止することが
できる。従って、逆回転が生じたときであれ、バックフ
ァイヤの発生をより確実に防止することができる。更に
同構成によれば、逆回転の発生後の当該機関のポンピン
グロスを増大させることができる。従って、同機関を早
期に停止させることができる。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、前記制御
手段は、当該機関の吸気弁を強制的に閉弁せしめて前記
吸気ポートを閉とすることとする。上記構成によれば、
吸気弁を強制的に閉弁して吸気ポートを閉鎖するように
したために、逆回転判定時における同ポートの閉鎖をよ
り簡単かつ確実に実現することができる。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、請求項２
記載の内燃機関の逆回転防止装置において、前記吸気弁
は電磁駆動弁であるものとして構成する。上記構成によ
れば、吸気弁を任意のタイミングで開閉弁することがで
きるため、上記吸気ポートの強制閉鎖も極めて容易とな
る。またこの場合、同強制閉鎖のための何らの新たな機
構を設ける必要もない。

【００１４】また、請求項４記載の発明では、請求項１
乃至３の何れかに記載の内燃機関の逆回転防止装置にお
いて、前記制御手段は、前記判定手段により逆回転が判
定されるとき、当該機関の排気ポートも併せて強制的に
閉とすることとする。

【００１５】上記構成によれば、吸気ポートを閉じるこ
とに加えて、排気ポートをも強制的に閉じるようにした
ために、当該機関の圧縮仕事を更に大きくすることがで
きる。従って、当該機関を更に早期に停止させることが
できるようになる。

【００１６】また、請求項５記載の発明では、請求項４
記載の内燃機関の逆回転防止装置において、前記制御手
段は、当該機関の排気弁を強制的に閉弁せしめて前記排
気ポートを閉とすることとする。

【００１７】上記構成によれば、排気弁を強制的に閉弁
して排気ポートを閉鎖するようにしたために、逆回転判
定時における同ポートの閉鎖をより簡単かつ確実に実現
することができる。

【００１８】また、請求項６記載の発明では、請求項５
記載の内燃機関の逆回転防止装置において、前記排気弁
は電磁駆動弁であるものとして構成する。上記構成によ
れば、排気弁を任意のタイミングで開閉弁することがで
きるため、上記排気ポートの強制閉鎖も極めて容易とな
る。またこの場合、同強制閉鎖のための何らの新たな機
構を設ける必要もない。

【００１９】また、請求項７記載の発明では、請求項１
乃至６の何れかに記載の内燃機関の逆回転防止装置にお
いて、前記制御手段は、前記判定手段により逆回転が判
定されるとき、当該機関の点火動作及び燃料噴射動作を
併せて禁止することとする。

【００２０】上記構成によれば、逆回転が生じた後にお
ける当該機関の停止を確実に維持することができる。ま
た、請求項８記載の発明では、請求項１乃至７の何れか
に記載の内燃機関の逆転防止装置において、前記判定手
段は、当該機関の回転数が所定回転数以下であり、かつ
同機関の始動動作が完了していることを条件に同機関の
逆回転を判定するものであることとする。

【００２１】内燃機関が逆回転するときには、同機関の
回転数が一旦「０」となる。一方、機関の始動操作時に
は、同機関が順方向に強制駆動されるために上記逆回転
は生じない。このため上記構成によれば、内燃機関の逆
回転を容易にしかも正確に判定することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる内燃機関
の逆回転防止装置の一実施の形態について説明する。

【００２３】はじめに、この実施の形態の逆回転装置の
構成並びにその概要について、図１を参照して説明す
る。図１に示されるように、この装置は、内燃機関とし
ての４サイクルガソリンエンジン（以下、「エンジ
ン」）１１を中心として構成されている。このエンジン
１１は、シリンダ１２内にピストン１３を備えている。
ピストン１３は、エンジン１１の出力軸であるクランク
シャフト１５にコンロッド１４を介して連結され、その
コンロッド１４によりピストン１３の往復運動がクラン
クシャフト１５の回転に置き換えられるようになってい
る。

【００２４】クランクシャフト１５の近傍には、その回
転角を検出するクランク角センサ３３が配設されてい
る。このクランク角センサ３３からは、クランクシャフ
ト１５の回転角（クランク角）の所定角度毎（例えば３
０°毎）にパルス信号ＰＬが出力される。

【００２５】一方、上記ピストン１３の上方に形成され
る燃焼室１８には、吸気通路１９及び排気通路２１が連
通されている。燃焼室１８と吸気通路１９との連通部
分、すなわち吸気ポートは吸気弁２０にて開閉され、ま
た、燃焼室１８と排気通路２１との連通部分、すなわち
排気ポートは排気弁２２にて開閉される。これら吸気弁
２０及び排気弁２２は、それぞれソレノイド２０ａ及び
２２ａの通電に応じて開閉される電磁駆動弁となってい
る。また、上記吸気通路１９には、同通路１９内に燃料
を噴射する燃料噴射弁２４が設けられている。更に、上
記燃焼室１８には、同燃焼室１８内に充填される燃料と
空気とからなる混合気に対して点火を行う点火プラグ２
３が取り付けられている。この点火プラグ２３による上
記混合気への点火は同プラグ２３の上方に設けられたイ
グナイタ２５によって調整される。

【００２６】また、エンジン１１には、同エンジン１１
を始動させたり、その稼働を継続させるために運転者に
よって操作されるイグニッションスイッチ３１が設けら
れている。更にエンジン１１には、同エンジン１１を始
動させるためのスタータモータ２６が設けられている。
そして、運転者によりイグニッションスイッチ３１の切
換位置が「スタート位置」に操作されることでスタータ
モータ２６が駆動され、エンジン１１が始動される。ま
た、始動が完了した後に同スイッチ３１の切換位置が
「オン位置」に操作されることでエンジン１１の稼働が
継続される。

【００２７】また、上記スタータモータ２６にはその動
作状態を検知するスタータスイッチ３２が設けられてい
る。スタータスイッチ３２からは、スタータモータ２６
が作動しているときには「オン」、また停止していると
きには「オフ」といった態様でスタータ信号ＳＴＡが出
力される。

【００２８】また一方、この装置には、例えばマイクロ
コンピュータを有して構成される電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）３０が設けられており、このＥＣＵ３０に上記パル
ス信号ＰＬ及びスタータ信号ＳＴＡが取り込まれる。ま
た、ＥＣＵ３０は、エンジン１１の稼働中において、上
記パルス信号ＰＬに基づいてそのときどきのエンジン回
転数や行程を演算し、その演算結果に基づいて上記吸気
弁２０（ソレノイド２０ａ）、排気弁２２（ソレノイド
２２ａ）、点火プラグ２３（イグナイタ２５）、及び燃
料噴射弁２４の駆動を制御する。

【００２９】ところで、エンジン１１は上述のように、
４サイクルエンジンとして構成されており、その運転に
際しては、次の４つの行程（サイクル）を繰り返し実行
する。

【００３０】先ず吸気行程では、排気弁２２が閉弁され
るとともに吸気弁２０が開弁され、かつ上記燃料噴射弁
２４により吸気通路１９内に燃料が噴射される。また、
この行程においてピストン１３は下降運動する。このた
め、ピストン１３の下降による燃焼室１８内の圧力低下
によって吸気通路１９内の空気と燃料とが燃焼室１８内
に吸入され、その結果、同燃焼室１８内に燃料と空気と
からなる混合気が充填される。

【００３１】また圧縮行程では、上記吸気弁２０が閉弁
される。また、同行程においてはピストン１３が上昇運
動する。このため、ピストン１３の上昇による燃焼室１
８内の圧力上昇によって上記混合気が昇圧、昇温され
る。

【００３２】また爆発行程では、点火プラグ２３により
点火が行われ、上記混合気が着火、爆発される。この爆
発によってピストン１３には下向きの駆動力が付与さ
れ、同ピストン１３が下降運動するようになる。すなわ
ち、クランクシャフト１５に回転力が付与される。

【００３３】そして排気行程では、排気弁２２が開弁さ
れる。また、同行程においてはピストン１３は上昇運動
する。このピストン１３の上昇によって燃焼室１８内の
燃焼後のガスが排気通路２１に排出される。

【００３４】こうした「吸気行程」→「圧縮行程」→
「爆発行程」→「排気行程」といった順序にて各行程の
動作が繰り返されることにより、エンジン１１に駆動力
が付与され続けてその運転が継続される。

【００３５】ただしこうしたエンジン１１には前述のよ
うに、その始動が完了する前の始動動作終了まぎわに、
出力軸であるクランクシャフト１５に逆回転が生じるこ
とがある。そして、エンジン１１にこうして逆回転が生
じる場合には、バックファイヤが生じることがあること
も前述した通りである。

【００３６】そこで、本実施の形態の逆回転防止装置で
は、電磁駆動弁として構成される上記吸気弁２０及び排
気弁２２を通じて図２に示す処理（以下、「強制閉弁処
理」）を実行することにより、こうした逆回転に起因す
るバックファイヤの発生を防止するようにしている。

【００３７】以下、図２を参照して、この強制閉弁処理
にかかる動作を詳細に説明する。なお、この処理は、所
定間隔毎（例えば、１６ｍｓ毎）の割り込み処理とし
て、ＥＣＵ３０にて実行される。

【００３８】先ず、この強制閉弁処理においては、その
ステップＳ１０１において、エンジン１１が逆回転して
いる可能性があるか否かが判断される。ちなみに、上述
したエンジン１１を逆回転させる爆発が生じると、その
クランクシャフト１５の回転が順方向から逆方向に移行
するに際して回転数が一旦「０」まで急激に下降する。
そしてその後、逆方向の回転が開始されることで同回転
数は上昇する。すなわち、エンジン１１の回転数がごく
小さくなったとき、若しくは「０」になったときには、
同エンジン１１が逆回転している可能性があると判断す
ることができる。もっとも、始動時、スタータモータ２
６が駆動されている場合には（上記スタータ信号ＳＴＡ
が「オン」）、上記クランクシャフト１５がスタータモ
ータ２６により順回転方向に強制駆動されており、こう
した逆回転は生じない。そこで本実施の形態にあって
は、上記スタータ信号ＳＴＡが「オフ」であるときであ
って、かつエンジン回転数が所定回転数Ｎ１（例えば、
２００回転／分）以下であるときに、エンジン１１が逆
回転している可能性があると判断する。

【００３９】そして、このステップＳ１０１において、
エンジン１１が逆回転している可能性はないと判断され
る場合には（ステップＳ１０１にて「ＮＯ」）、一旦本
処理が終了される。

【００４０】一方、ステップＳ１０１において、エンジ
ン１１が逆回転している可能性があると判断される場合
には（ステップＳ１０１にて「ＹＥＳ」）、処理はステ
ップＳ１０２に移行し、このステップＳ１０２におい
て、上記吸気弁２０及び排気弁２２が強制的に閉弁され
る。

【００４１】その後、処理はステップＳ１０３に移行
し、このステップＳ１０３において、点火プラグ２３及
び燃料噴射弁２４の駆動が停止された後、本処理が一旦
終了される。なお、点火プラグ２３や燃料噴射弁２４の
駆動が停止されることにより、エンジン１１の停止状態
が確実に維持される。

【００４２】図３は、本実施の形態の装置における上記
エンジン１１の逆回転時の強制閉弁態様についてその具
体例を示したものであり、以下、図３を参照して上述し
た強制閉弁処理が具体的にどのように行われるかを更に
詳述する。

【００４３】エンジン１１が上記「排気行程」に至る
と、図３（ｂ）に示されるように、タイミングｔ１にお
いて、排気弁２２が開弁されて燃焼室１８内の燃焼ガス
が排気通路２１に排出される。

【００４４】その後、エンジン１１が上記「吸気行程」
に至ると、タイミングｔ２において、排気弁２２が閉弁
されるとともに、図３（ａ）に示されるように、吸気弁
２０が開弁される。その結果、吸気通路１９内の空気と
同通路１９内にて噴射された燃料とが燃焼室１８内に吸
入されて、同室１８内に混合気が充填される。

【００４５】そして、エンジン１１が上記「圧縮行程」
に至ると、タイミングｔ３において、吸気弁２０が閉弁
され、燃焼室１８内の混合気が圧縮されて昇温される。
ただし、この「圧縮行程」中に上記爆発が生じると、図
３（ｃ）に示されるように、エンジン回転数が急速に低
下するようになり、タイミングｔ４において、エンジン
１１が逆回転するようになる。そして、この場合には周
知のように、エンジン１１の逆回転に伴って上述した各
行程も逆順となり、この「圧縮行程」の後、「吸気行
程」に移行して吸気弁２０が開かれようとする。

【００４６】ところが本実施の形態にあっては、その後
のタイミングｔ５において、エンジン回転数が所定回転
数Ｎ１以下であり、かつスタータ信号ＳＴＡが「オフ」
であることに基づいてエンジン１１が逆回転しているこ
とが判断され、その後のタイミングｔ６，ｔ７におい
て、図３（ａ）に示されるように、一点鎖線Ｌ１のよう
に開かれようとする吸気弁２０が強制的に閉弁されると
ともに、一点鎖線Ｌ２のように開かれようとする排気弁
２２が強制的に閉弁される。しかも、このときには同時
に、エンジン１１に対する燃料噴射及び点火も停止され
る。こうした処理を経て、エンジン１１に逆回転が生じ
た場合であれ、それに伴うバックファイヤの発生は防止
され、その後、同エンジン１１は速やかに停止されると
ともに、その停止状態が確実に維持されるようになる。

【００４７】以上詳述したように、本実施の形態の装置
によれば、以下に示すような多くの優れた効果が得られ
るようになる。 （１）エンジン１１が逆回転している旨判断されるとき
において、エンジン１１の吸気弁２０を強制的に閉弁す
るようにしたことで、逆回転が発生する原因となった爆
発に伴う燃焼ガスが吸気通路１９に排出されることを防
止することができる。従って、この燃焼ガスに起因して
生じるバックファイヤを防止することができる。また、
こうしたバックファイヤの発生が防止されることで、吸
気系部品の信頼性の低下も併せて防止される。

【００４８】（２）また、吸気弁２０を閉弁するように
したことで、エンジン１１のポンピングロスが急激に増
大されるようになる。すなわち、同エンジン１１を早期
に停止させることができるようになる。

【００４９】（３）また、吸気弁２０を閉弁することに
加えて、排気弁２２をも強制的に閉弁するようにしたこ
とで、エンジン１１の圧縮仕事が更に増えるようにな
り、同エンジン１１の停止をより早期に図ることができ
るようになる。

【００５０】（４）更には、エンジン１１の燃料噴射動
作及び点火動作をも停止するようにしたことで、同エン
ジン１１の停止状態を確実に維持することができるよう
にもなる。

【００５１】（５）吸気弁２０及び排気弁２２を電磁力
により任意のタイミングで駆動可能な電磁駆動弁にて構
成したことで、吸気ポート及び排気ポートの強制閉鎖に
かかる上記制御を容易に実現することができる。また、
そのための新たな機構を設ける必要もない。

【００５２】（６）エンジン１１の回転数が所定回転数
Ｎ１以下であり、かつスタータ信号ＳＴＡが「オフ」さ
れているときにエンジン１１が逆回転していると判断す
るようにしたために、エンジン１１の逆回転を容易にし
かも正確に判断することができる。

【００５３】なお、上記実施の形態の装置は、以下のよ
うにその構成を変更して実施することも可能である。・
上記実施の形態では、エンジン１１が逆回転している可
能性があるときに、吸気弁２０及び排気弁２２を閉弁す
るようにしたが、吸気弁２０のみを閉弁するようにして
もよい。こうした構成によっても、逆回転が生じる原因
となった爆発に伴う燃焼ガスによるバックファイヤを防
止することができるとともに、エンジン１１のポンピン
グロスを急激に増大してその早期の停止を図ることがで
きる。また、この場合には、吸気弁２０のみに電磁駆動
弁を用いるようにしてもよい。

【００５４】・上記実施の形態では、吸気弁２０及び排
気弁２２を電磁力により駆動される電磁駆動弁として構
成したが、両弁２０，２２を任意のタイミングにて閉弁
することができる構成であればどのような構成でもよ
い。

【００５５】・また、吸気ポートあるいは排気ポートを
強制閉鎖する手段はそれら吸、排気弁には限られない。
すなわち、適宜のシャッター機構や保護弁等を別途設け
る構成としてもよい。またその場合、上記吸、排気弁と
しては従来のカム駆動式のものを用いることもできる。

【００５６】・上記実施の形態では、エンジン回転数と
スタータ信号ＳＴＡとに基づいてエンジン１１が逆回転
していることを検出するようにしたが、こうした検出方
法は基本的に任意である。

【００５７】・上記実施の形態では、エンジン１１が逆
回転している可能性があるときに、その燃料噴射及び点
火をも停止する構成としたが、同構成についてはこれを
割愛することもできる。この場合においても、エンジン
１１に逆回転が生じたときのバックファイヤの発生を確
実に防止しつつ、その停止を図ることはできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる内燃機関の逆回転防止装置の
一実施の形態についてその概略構成を示すブロック図。

【図２】同実施の形態の強制閉弁処理の手順を示すフロ
ーチャート。

【図３】同実施の形態の装置による強制閉弁処理の具体
的な処理態様を示すタイミングチャート。

【符号の説明】

１１…エンジン、１２…シリンダ、１３…ピストン、１
４…コンロッド、１５…クランクシャフト、１８…燃焼
室、１９…吸気通路、２０…吸気弁、２１…排気通路、
２２…排気弁、２３…点火プラグ、２４…燃料噴射弁、
２５…イグナイタ、２６…スタータモータ、３０…ＥＣ
Ｕ、３１…イグニッションスイッチ、３２…スタータス
イッチ、３３…クランク角センサ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の逆回転を判定する判定手段と、 前記判定手段により逆回転が判定されることに基づいて
   当該内燃機関の吸気ポートを強制的に閉とする制御手段
   とを備えることを特徴とする内燃機関の逆回転防止装
   置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、当該機関の吸気弁を強制
   的に閉弁せしめて前記吸気ポートを閉とする請求項１記
   載の内燃機関の逆回転防止装置。
3. 【請求項３】前記吸気弁は電磁駆動弁である請求項２記
   載の内燃機関の逆回転防止装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関
   の逆回転防止装置において、 前記制御手段は、前記判定手段により逆回転が判定され
   るとき、当該機関の排気ポートも併せて強制的に閉とす
   ることを特徴とする内燃機関の逆回転防止装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、当該機関の排気弁を強制
   的に閉弁せしめて前記排気ポートを閉とする請求項４記
   載の内燃機関の逆回転防止装置。
6. 【請求項６】前記排気弁は電磁駆動弁である請求項５記
   載の内燃機関の逆回転防止装置。
7. 【請求項７】請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関
   の逆回転防止装置において、 前記制御手段は、前記判定手段により逆回転が判定され
   るとき、当該機関の点火動作及び燃料噴射動作を併せて
   禁止することを特徴とする内燃機関の逆回転防止装置。
8. 【請求項８】請求項１乃至７の何れかに記載の内燃機関
   の逆転防止装置において、 前記判定手段は、当該機関の回転数が所定回転数以下で
   あり、かつ同機関の始動動作が完了していることを条件
   に同機関の逆回転を判定するものであることを特徴とす
   る内燃機関の逆回転防止装置。