JP2005188292A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サージタンクとレゾネータとを一体的に構成したインテークマニホールドにおいて、バックファイヤの発生によるレゾネータの破壊を回避する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、エンジンを始動させるためのスタータスイッチがオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、サージタンクとレゾネータとを連通状態と非連通状態とを切換える開閉バルブを作動させるアクチュエータに開閉バルブを閉じる制御信号を出力するステップ（Ｓ２００）と、エンジンが始動すると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、開閉バルブを作動させるアクチュエータに開閉バルブを開く制御信号を出力するステップ（Ｓ４００）とを含むプログラムを実行する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内燃機関の制御に関し、特に、サージタンクとレゾネータとを一体的に構成されたインテークマニホールドを有する内燃機関の始動時の制御に関する。

内燃機関における、吸気音の低減や、サージタンクに発生する打音を除去するため、また内燃機関のトルクアップのために、内燃機関における吸気系（インテークマニホールド）にレゾネータが設けられる。

これは、単一の管またはダクト内に生じる気柱振動の腹にレゾネータを設けて、気柱振動音を低減させるものである。すなわち、インテークマニホールドに気柱振動音を低減するためのレゾネータを設けて、吸気音を低減するにようにしている。

レゾネータが付いているインテークマニホールドにおいては、インテークマニホールドとレゾネータとが別体に設けられることが多い。インテークマニホールドは、サージタンク、複数の分配管および吸気ポート板を備える。サージタンクとレゾネータは、サージタンクの連結部とレゾネータの連結部とに嵌着された連結ホースによって連結されている。連結ホースの両端部はそれぞれクランプによって連結部に固定されている。車両に設けられた外気取り入れ口から取り込まれた空気は、エアクリーナーやスロットルボディー等からサージタンクへ導かれる。このとき、サージタンクにおいて発生する吸気音はレゾネータによって低減されるとともに、レゾネータによって吸入空気の脈動が平滑化される。サージタンクへ導入された空気は分配管から内燃機関の各燃焼室へ送られる。

このようなインテークマニホールドに関して、特開平１１−１１７８１９号公報（特許文献１）は、部品点数の増加及び組付け作業工数の増加を抑制し、製造コストを低減することができる樹脂製インテークマニホールドを開示する。この樹脂製インテークマニホールドは、樹脂材料からなる二つの分割体の少なくとも一方はサージタンクを構成するための収容部を有するとともに、両分割体は各分割面に溶着部を有し、それら各溶着部を突き合わせた振動溶着によって一体に接合形成される樹脂製インテークマニホールドであって、収容部には、サージタンク部およびレゾネータ部を区画するとともにサージタンク部とレゾネータ部とを連通する連通管部を構成するための対をなす仕切り壁が設けられている。

この樹脂製インテークマニホールドによると、二つの分割体の溶着部を突き合わせて振動溶着によって一体に接合形成される際、仕切り壁も溶着され、サージタンク、レゾネータおよび連通管が同時に形成される。その結果、部品点数の増加及び組付け作業工数の増加を抑制し、製造コストを低減することができる。

また、内燃機関の燃焼室内（筒内）に燃料を直接噴射するようにした火花点火式の内燃機関においては、筒内噴射用の主燃料噴射弁に加え、吸気通路内に燃料を噴射する補助燃料噴射弁を備えるものがある。このような内燃機関では、冷間始動時に、必要な燃料の一部を補助燃料噴射弁から噴射し、吸気通路内を流れる吸入空気と十分に混合させ、気化させた後にこれを機関燃焼室に導入させることにより、冷間時においても良好な機関始動性を確保するようにしている。このような場合において、主燃料噴射弁および補助燃料噴射弁から機関燃焼室内に供給される燃料のうちの一部しか実際の燃焼に供されないようになり、燃焼空燃比（実際に燃焼に供される燃料の量に対して機関燃焼室に導入される吸入空気の量の比）がリーン化する（増大する）場合がある。このように燃焼空燃比がリーン化すると、燃焼が緩慢になるために、混合気が点火されてからその燃焼が終了するまでの期間が増大するようになる。その結果、吸気バルブの開弁時期まで燃焼が継続され、同バルブが開弁した際に、機関燃焼室内に残った火炎が補助燃料噴射弁の燃料噴射によって形成された吸気通路内の混合気に着火してしまう可能性がある。こうした現象は、一般にバックファイヤと称され、吸気管等の吸気系部品の耐久性を低下させる一因となる。

このような問題に関して、実開昭５９−１３７３６８号公報（特許文献２）は、エンジンのバックファイヤ発生時にエアクリーナへの火炎伝播を阻止するバックファイヤ逆止弁を備えた吸入空気装置を開示する。この吸入空気装置は、エンジンへの吸入空気通路のスロットルボディまたはキャブレタとエアクリーナケースとの間に逆止弁ボディを設け、この逆止弁ボディを境としてエンジン側通路とエアクリーナ側通路とを形成するとともに、この逆止弁ボディは、吸入空気通路を常態では開く方向にバネにより付勢されている逆止弁と、吸入空気脈動をおさえるダンピングチャンバを備えており、エンジン運転時には、この逆止弁を開くとともにバックファイヤ時は、爆発圧力および火炎が、逆止弁に付勢されるバネの過重に打ち勝ち、逆止弁を閉じて吸入空気通路を閉塞し、爆発圧力および火炎をエンジン側通路に閉じ込めることを特徴とする。

このバックファイヤ逆止弁を備えた吸入空気装置によると、エンジン運転時には、逆止弁を開くとともにエンジンの不調等によるバックファイヤ発生時にはその爆発圧力および火炎による圧力が、逆止弁に付勢されるバネの過重に打ち勝ち、逆止弁を閉じて吸入空気通路を閉塞して、爆発圧力および火炎をエンジン通路側に閉じ込めて、エアクリーナケースおよびエアクリーナエレメントへの火炎伝播を防止できる。
特開平１１−１１７８１９号公報 実開昭５９−１３７３６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された樹脂製インテークマニホールドは、始動時にエンジンのバックファイヤが発生すると、レゾネータに火炎が伝播して閉空間のレゾネータ内の圧力が急激に上昇する。このような場合においては、その圧力次第で、レゾネータが破壊される可能性も否定できない。

一方、特許文献２に開示されたバックファイヤ逆止弁は、エンジンへの吸入空気通路における、スロットルボディまたはキャブレタとエアクリーナケースとの間に設けられる。このため、スロットルボディと燃料室との間に設けられるサージタンク部およびレゾネータ部を収容した樹脂製インテークマニホールドにおいて、バックファイヤ発生時にレゾネータが高い圧力になることを回避することができない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、サージタンクとレゾネータとを一体的に構成したインテークマニホールドにおいて、内燃機関の始動時においてバックファイヤの発生があっても、レゾネータの破壊を回避できる内燃機関の始動制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の始動制御装置は、サージタンク内にレゾネータを含むインテークマニホールドを備えた内燃機関の始動を制御する。この始動制御装置は、サージタンクとレゾネータとの間を、連通状態および非連通状態のいずれかの状態に切換えるための切換手段と、内燃機関の始動または始動予測を検知するための検知手段と、内燃機関の始動または始動予測が検知されたことに応答して、切換手段を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、サージタンク内にレゾネータを含むインテークマニホールド内において、サージタンクとレゾネータとの間を、連通状態および非連通状態のいずれかの状態に切換える切換手段が設けられる。たとえば、連通路に設けられた開閉弁である。制御手段は、この開閉弁を制御して、サージタンクとレゾネータとの間を、連通状態および非連通状態のいずれかの状態に切換える。制御手段は、内燃機関の始動や始動予測を検知すると、この開閉弁を閉じるように制御して、サージタンクとレゾネータとの間を非連通状態にする。このため、内燃機関の始動時にバックファイヤが発生したとしても、サージタンクとレゾネータとの間は連通されていないので、バックファイヤの影響をレゾネータが受けることがない。その結果、サージタンクとレゾネータとを一体的に構成したインテークマニホールドにおいて、内燃機関の始動時においてバックファイヤの発生があっても、レゾネータの破壊を回避できる内燃機関の始動制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の始動制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、始動または始動予測が検知されたことに応答して、非連通状態にするように、切換手段を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、制御手段は、内燃機関の始動や始動予測を検知すると、切換手段（開閉弁）を制御して、サージタンクとレゾネータとの間を非連通状態にする。このため、内燃機関の始動時にバックファイヤが発生したとしても、サージタンクとレゾネータとの間は連通されていないので、バックファイヤの影響（圧力、火炎等）をレゾネータが受けることがない。

第３の発明に係る内燃機関の始動制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、切換手段は、サージタンクとレゾネータとの間とを連通する連通路に設けられた開閉弁であって、制御手段は、開閉弁を閉じるように制御するための手段を含む。

第３の発明によると、制御手段は、内燃機関の始動や始動予測を検知すると、サージタンクとレゾネータとの間とを連通する連通路に設けられた開閉弁を閉じるように制御して、サージタンクとレゾネータとの間を非連通状態にする。このため、内燃機関の始動時にバックファイヤが発生したとしても、サージタンクとレゾネータとの間は連通されていないので、バックファイヤの影響（圧力、火炎等）をレゾネータが受けることがない。

第４の発明に係る内燃機関の始動制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、運転者による内燃機関の始動要求に基づいて、内燃機関の始動予測を検知するための手段を含む。

第４の発明によると、運転者がイグニッションスイッチをスタート位置にしたことを検知して、運転者による内燃機関の始動要求に基づいて、内燃機関の始動予測を検知することができる。なお、このようなイグニッションスイッチ以外にも、運転者の操作を含んで、エンジンの始動条件を満足している場合には、内燃機関の始動予測を検知するようにしてもよい。たとえば、アイドリングストップ車において、エンジンの再始動時の条件として運転者がブレーキペダルを踏んでいる状態から踏んでいない状態にされたことがあるが、これを運転者による内燃機関の始動要求として検知するようにしてもよい。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

本発明の実施の形態に係る樹脂製インテークマニホールドおよびその樹脂製インテークマニホールドを有する内燃機関（エンジン）の制御装置について説明する。

図１〜図３に示すように、樹脂製インテークマニホールド１００は、４気筒エンジン用のものである。なお、図１は樹脂製インテークマニホールドの側面図、図２はその上面図、図３は底面から見た分解斜視図である。

インテークマニホールド１００は、熱可塑性樹脂より成形されており、取り付け板２００、エアコネクタ３００、サージタンク４００、レゾネータ５００、連通管６００、分配管７００、吸気ポート板８００を含む。

取り付け板２００は、たとえば、スロットルバルブが軸支されたスロットルボディー等、吸気通路上流部品に接続される部分であり、この取り付け板２００はエアコネクタ３００を介して、サージタンク４００に接続されている。サージタンク４００には４本の分配管７００が接続されており、各分配管７００の末端部は等間隔に配置された吸気ポート孔９００を有した吸気ポート板８００に固定されている。そして、吸気ポート板８００は、吸気ポートを介してエンジンの燃焼室へ接続される。

サージタンク４００の側方には連通管６００を介してレゾネータ５００が一体に設けられている。したがって、車両に設けられた外気取り入れ口から取り込まれた空気は、エアクリーナーやスロットルボディー等からエアコネクタ３００を通じてサージタンク４００へ導かれる。サージタンク４００へ導入された空気は分配管７００から各燃焼室へ送られる。また、サージタンク４００は連通管６００を介してレゾネータ５００に連通されているので、サージタンク４００において発生する吸気音はレゾネータ５００によって低減されるとともに、レゾネータ５００によって吸入空気の脈動が平滑化される。

インテークマニホールド１００は、図３に示されるように、溶着部としての接合面１０００によって２つに分割された分割体としてのインテークマニホールド部品１１００，２１００より構成されている。インテークマニホールド部品１１００，２１００のそれぞれの接合面１０１０，１０２０の外周縁部にはリブ（溶着リブ）１２００，２２００が形成されている。

インテークマニホールド部品１１００は、サージタンク４００、レゾネータ５００および連通管６００を構成するための収容部１６００と、分配管７００を構成する分配管部７１０とから構成される。インテークマニホールド部品２１００は、サージタンク４００、レゾネータ５００および連通管６００を構成するための収容部２６００と、分配管７００を構成する分配管部７２０とから構成される。収容部２６００にはエアコネクタ３００が設けられ、分配管部７２０の末端部には吸気ポート板８００が設けられている。

図３に示すように、インテークマニホールド部品１１００の収容部１６００には、収容部１６００の内周面から中間部まで延びる一対の仕切り壁１７００，１８００が設けられている。これらの仕切り壁１７００，１８００は、平面内に設けられるとともに、異なる方向に互いに対向するように延びている。これらの仕切り壁１７００，１８００によって収容部１６００内に、サージタンク部１３００、レゾネータ部１４００が区画されている。また、これらの仕切り壁１７００，１８００の対向部分によって連通管部１５００が形成されている。

インテークマニホールド部品２１００の収容部２６００には。仕切り壁１７００，１８００に対応するように一対の仕切り壁が設けられている。これらの仕切り壁も平板状に設けられるとともに、異なる方向に互いに対向するように延びている。図３に示すように、これらの仕切り壁によって収容部２６００内にサージタンク部２３００、レゾネータ部２４００が区画されるとともに、これらの仕切り壁の対向部分によって連通管部２５００が形成されている。

インテークマニホールド部品１１００，２１００を接合させる際には、接合面１０１０，１０２０が対応するように当接させる。次に、リブ１２００，２２００を溶着治具で直接押さえて、接合面１０００に対して垂直方向に荷重を加える。そして、この状態で、同接合面１０００に対して水平方向に振動を加える。

このようにして、インテークマニホールド部品１１００，２１００の接合面１０１０，１０２０に荷重と振動が加えられると、その摩擦により溶着リブ１２００，２２００が溶けて互いに溶着される。こうして、インテークマニホールド１００が一体的になるように接合される。この際、仕切り壁１７００，１８００も、対向する仕切り壁にそれぞれ溶着され、サージタンク４００、レゾネータ５００および連通管６００が同時に形成される。

図４を参照して、このような樹脂製インテークマニホールド１００の連通管部１５００に設けられる、サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とを連通状態にしたり、非連通の状態にしたりする開閉バルブ３０００について説明する。

この開閉バルブ３０００は、空気圧や電気モータなどのアクチュエータで、その開閉状態が変更される、たとえばバタフライ式の開閉弁である。この開閉バルブ３０００が閉じた状態になると、サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とは非連通の状態に、開閉バルブ３０００が開いた状態になると、サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とは連通の状態になる。

図５を参照して、この開閉バルブ３０００を制御する制御ブロック図について説明する。図５は、この開閉バルブ３０００を制御する制御ブロック図の一例である。以下の説明では、この開閉バルブ３０００がエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２００により制御されるものとして説明するがこれに限定されるものではない。

エンジンＥＣＵ３２００は、エンジン３３００の全体を制御するとともに、エンジン３３０の始動時には開閉バルブ３０００を閉じるように制御する。エンジンＥＣＵ３２００は、スタータスイッチ３４００からの信号が入力されるとともに、アクチュエータ３１００へ制御信号を出力する。スタータスイッチ３４００は、車両の運転者により操作されるイグニッションスイッチのスタート位置を検知するスイッチである。なお、エンジンＥＣＵ３２００からエンジン３３００へのエンジン始動指令信号を用いてエンジン３３００が始動されることを検知したり、その他のセンサでエンジン３３００の始動を検知したり、エンジン３３００の始動を予測したりするようにしてもよい。

図６を参照して、エンジンＥＣＵ３２００で実行される開閉バルブ３０００の制御に関するプログラムの制御構造を説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、エンジンＥＣＵ３２００は、スタータスイッチ３４００がオンにされたか否かを判断する。スタータスイッチ３４００がオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻される。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３２００は、アクチュエータ３１００へ開閉バルブ３０００を閉じる指令信号を出力する。

Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ３２００は、エンジン３３００が始動したか否かを判断する。この判断は特に限定されないが、たとえば、エンジン３３００の回転数を検知して、その回転数に基づいてエンジン３３００が始動したか否かを判断するようにすればよい。エンジン３３００が始動すると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３００へ戻される。

Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ３２００は、アクチュエータ３１００へ開閉バルブ３０００を開く指令信号を出力する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置の動作について説明する。

運転者が車両に乗って、イグニッションスイッチをスタート位置まで回すと（Ｓ１００にてＹＥＳ）、アクチュエータ３１００に制御信号が出力されて（Ｓ２００）、開閉バルブ３０００が閉じられる。これにより、サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とは非連通の状態になる。

この状態で、エンジン３３００が始動して、たとえバックファイヤが発生しても、サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とが非連通の状態であるので、閉空間で形成されるレゾネータ部１４００に火炎、衝撃、圧力が伝播することがない。

エンジン３３００の回転数が上昇する等によりエンジン３３００が始動したと判断されると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、アクチュエータ３１００に制御信号が出力されて（Ｓ４００）、開閉バルブ３０００が開かれる。これにより、サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とは連通の状態になる。サージタンク部１３００とレゾネータ部１４００とは連通の状態になると、レゾネータ部１４００により吸気音を低減できるようになる。

以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置によると、エンジンの始動時には、始動要求を検知したり始動を検知したりして、サージタンクとレゾネータの連通部に設けられた開閉弁を閉じる。このため、エンジンの始動時に発生することがあるバックファイヤによるレゾネータへの圧力伝播を回避することができる。エンジンの始動後は、この開閉弁を開くので、レゾネータにより吸気音を低減させることができる。

なお、イグニッションスイッチをスタート位置の手前まで回すと、Ｓ１００にてＹＥＳと判断するようにしてもよい（エンジン３３００の始動の予測）。

また、アイドリングストップ車において、エンジンの再始動時の条件として規定された、運転者がブレーキペダルを踏んでいる状態から踏んでいない状態や運転者がアクセルペダルを踏んでいない状態から踏んでいる状態にされると、これを運転者による内燃機関の始動要求として検知して、Ｓ１００にてＹＥＳと判断するようにしてもよい（エンジン３３００の再始動または再始動の予測）。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るインテークマニホールドの側面図である。 本発明の実施の形態に係るインテークマニホールドの上面図である。 本発明の実施の形態に係るインテークマニホールドの分解斜視図である。 サージタンクとレゾネータとの連通部における開閉バルブを示す図である。 本発明の実施の形態に係るインテークマニホールドを有するエンジンの制御ブロック図である。 図５のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ インテークマニホールド、２００ 取り付け板、３００ エアコネクタ、４００ サージタンク、５００ レゾネータ、６００ 連通管、７００ 分配管、８００ 吸気ポート板、９００ 吸気ポート孔、１０００，１０１０，１０２０ 接合面、１１００，２１００ インテークマニホールド部品、１２００，２２００ リブ、１３００，２３００ サージタンク部、１４００，２４００ レゾネータ部、１５００，２５００ 連通管部、１７００，１８００ 仕切り壁、２６００ 収容部、３０００ 開閉バルブ、３１００ アクチュエータ、３２００ エンジンＥＣＵ、３３００ エンジン、３４００ スタータスイッチ。

Claims (4)

1. サージタンク内にレゾネータを含むインテークマニホールドを備えた内燃機関の始動制御装置であって、
   前記サージタンクと前記レゾネータとの間を、連通状態および非連通状態のいずれかの状態に切換えるための切換手段と、
   前記内燃機関の始動または始動予測を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関の始動または始動予測が検知されたことに応答して、前記切換手段を制御するための制御手段とを含む、内燃機関の始動制御装置。
2. 前記制御手段は、前記始動または始動予測が検知されたことに応答して、前記非連通状態にするように、前記切換手段を制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記切換手段は、前記サージタンクと前記レゾネータとの間とを連通する連通路に設けられた開閉弁であって、
   前記制御手段は、前記開閉弁を閉じるように制御するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記検知手段は、運転者による前記内燃機関の始動要求に基づいて、前記内燃機関の始動予測を検知するための手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。

Images