JP2018159313A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バルブオーバーラップ状態を生ずる内燃機関の停止状態からの再始動を安定して行うことを可能とする。【解決手段】 燃焼室１３を開閉自在に閉塞する吸気バルブ１６ａ及び排気バルブ１６ｂの両方が開状態となるオーバーラップ状態が生ずるエンジン１０の、燃焼室１３へ空気を導入する吸気通路２０内を吸引する負圧ポンプ６１と、負圧ポンプ６１をエンジン１０の始動時に動作させる制御を行うＥＣＵ８０とを備えた、内燃機関の始動制御装置１。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等に用いられる内燃機関の始動制御装置に関する。

自動車の内燃機関は、シリンダヘッドの燃焼室内に、吸気ポートを開閉する吸気弁及び排気ポートを開閉する排気弁が設けられ、燃焼サイクルに応じて適宜開閉することによりピストンを駆動させるようにしているが、停止時に吸気弁と排気弁とが開状態となるバルブオーバーラップ状態が生ずることが問題となる。

すなわち、バルブオーバーラップ状態においては、排気ポート、燃焼室及び吸気ポートが連通するため、排気ポート側の排ガスが吸気ポート側に逆流し、吸気マニホールドを含む吸気通路が排ガスで充満する。内燃機関の再始動時には、燃焼室内に排ガスが導入されるが、排ガスの酸素濃度は低いため直ちに着火されず、吸気通路において排ガスが掃気され、酸素濃度の高い空気が導入されるまで内燃機関が始動しなくなるという不具合を招くこととなる。

このような不具合に対しては、例えば特許文献１に、可変動弁機構によりバルブオーバーラップ状態が継続する期間を可変とし、内燃機関の自動停止指示が出された場合には、吸気通路内と排気路内との圧力差が所定値より小さくなるまで、バルブオーバーラップの禁止を継続する制御を行うようにした技術が開示されている。

特開２００８−２１５２２４号公報

しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題があった。すなわち、特許文献１に記載の技術は、アイドリングストップのような、車両が一時的に停止した際の内燃機関の動作を制御するものであって、通常の車両停止時のように内燃機関を長時間停止した場合には不適であることが見いだされた。すなわち、例えば可変動弁機構として汎用される油圧を用いた機構の場合、各バルブの状態を保持することができず、バルブオーバーラップ状態が復元される恐れがあり、内燃機関の安定した再始動を行わせることが困難となってしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、バルブオーバーラップ状態を生ずる内燃機関の停止状態からの再始動を安定して行うことが可能な内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の側面は、燃焼室を開閉自在に閉塞する吸気バルブ及び排気バルブの両方が開状態となるバルブオーバーラップ状態が生ずる内燃機関の、前記燃焼室へ空気を導入する吸気通路内を吸引する吸引手段と、前記吸引手段を前記内燃機関の始動時に動作させる制御を行う制御手段とを備えた、内燃機関の始動制御装置である。

更に、本発明は、他の側面として、前記吸引手段は、前記燃焼室の前記吸気バルブより上流であって、前記吸気通路内へ導入される空気量を調節するスロットルよりも下流の位置から前記吸気通路内を吸引するものであってもよい。

以上のような本発明は、バルブオーバーラップ状態を生ずる内燃機関の停止状態からの再始動を安定して行うことが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置及びその周辺の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置の動作を示すタイミングチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。

図に示すように、本実施形態の内燃機関の始動制御装置１において、エンジン１０は、火花点火式の４ストロークエンジンを例に取り、複数の気筒を有する。各気筒の吸気ポート１１ａ近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１２が設けられる。気筒の吸気ポート１１ａ及び排気ポート１１ｂと連通する燃焼室１３の天井には、点火プラグ１４、カム１５ａに従動する一対の吸気バルブ１６ａ及びカム１５ｂに従動する一対の排気バルブ１６ｂが設けられ、燃焼室１３の下方には、クランクシャフト１７と接続され、シリンダ１８内を上下に往復運動するピストン１９が配置される。

カム１５ａ及び１５ｂの回転角（カム角）はカム角センサ７２により検出され、後述するＥＣＵ８０へ出力される。また、吸気バルブ１６ａ側のカム１５ａは、カム角センサ７２からの出力を元に、ＥＣＵ８０からの制御により図示しない可変バルブタイミング機構により位相が調節可能となっている。

更に、クランクシャフト１７には図示しないフライホイールを介してスタータ７１が接続される。スタータ７１はエンジン１０の始動時に、ＥＣＵ８０からの制御により動作してクランクシャフト１７を回転させる。

次に、エンジン１０の吸気ポート１１ａ側には、外部から空気をとり入れ、吸気として各気筒の吸気ポートへ供給するための吸気通路２０が設けられ、吸気通路２０上には、上流から下流の順にエアクリーナ３０、エアクリーナ３０と配管２０ａにより接続されたサージタンク４０が設けられる。サージタンク４０とエンジン１０の吸気ポート１１ａとは配管２０ｂにより接続される。なお、配管２０ｂは吸気マニホールドを含んでいる。

更に、エアクリーナ３０とサージタンク４０との間の配管２０ａ内には電子スロットルバルブであるスロットルバルブ３１が設けられる。スロットルバルブ３１は後述するＥＣＵ８０の制御を受けて開度を調節して吸気ポート１１ａへ送り込む吸気の量を制御する手段である。また、スロットルバルブ３１の実際の開度はスロットルポジションセンサ３２により検出され、ＥＣＵ８０へ送られる。

次に、エンジン１０の排気ポート１１ｂ側には、複数の気筒における燃料の燃焼により発生した排気を外部へ排出するための排気通路２１が設けられる。排気通路２１上には、排気中の一酸化炭素、窒素酸化物等を除去するための三元触媒５０が配置されている。また、三元触媒５０が配置される空間内には、排気内の酸素量を検出するための酸素センサ５１が設けられており、酸素センサ５１により検出された酸素量はＥＣＵ８０へ送られる。

次に、サージタンク４０には、掃気配管６０を介して負圧ポンプ６１が接続される。掃気配管６０上には三方バルブ６４が配設される。三方バルブ６４は負圧ポンプ６１と掃気配管６０又はブレーキブースター６２のいずれか一方とを選択的に連通させるバルブである。ブレーキブースター６２は、ブレーキペダル６３からの入力をアシストして図示しないブレーキのマスタシリンダのピストンを押しこみ油圧を発生させる手段である。なお、ブレーキブースター６２は負圧ポンプ６１からの吸引によりマスタシリンダの油圧を増幅する。

次に、ＥＣＵ８０は、メモリ、ＣＰＵ等を備え、イグニッションスイッチ７０の操作等に対応して、インジェクタ１２、点火プラグ１４、スロットルバルブ３１、スタータ７１及び図示しない可変バルブタイミング機構の制御を行う手段である。更に、ＥＣＵ８０は、カム角センサ７２の検出量に基づき、スロットルバルブ３１、負圧ポンプ６１及び三方バルブ６４の制御を行う手段である。

以上の構成において、内燃機関の始動制御装置１は本発明の内燃機関の始動制御装置に相当し、エンジン１０は本発明の内燃機関に相当し、吸気通路２０は本発明の吸気通路に相当し、燃焼室１３、吸気バルブ１６ａ及び排気バルブ１６ｂはそれぞれ本発明の燃焼室、吸気バルブ及び排気バルブに相当する。更に、負圧ポンプ６１は本発明の吸引手段に相当し、ＥＣＵ８０は本発明の制御手段に相当する。

本実施の形態の内燃機関の始動制御装置１は、上記の構成を備えたことにより、バルブオーバーラップ状態が生じているエンジン１０の再始動時に、ＥＣＵ８０が負圧ポンプ６１を動作させて、サージタンク４０を介して排気通路２１及び燃焼室１３内のガスを掃気する。

以下、図２のフローチャート及び図３のタイミングチャートを参照して、ＥＣＵ８０の制御による、エンジン１０の始動時における内燃機関の始動制御装置１の動作を詳しく説明する。

はじめに、利用者がイグニションを動作し、イグニッションスイッチ７０がＯＮとなると（Ｓ１０）、ＥＣＵ８０は、カム角センサ７２をモニタし、カム１５ａ及び１５ｂのカム角から、吸気バルブ１６ａ及び排気バルブ１６ｂが共に開状態となるバルブオーバーラップ状態が生じているかどうかを判定する（Ｓ１１）。

バルブオーバーラップ状態が生じていると判断された場合は、ＥＣＵ８０は、負圧ポンプ６１と掃気配管６０とが接続されるよう三方バルブ６４を切換えるとともに、負圧ポンプ６１を動作させ（Ｓ１２）、次いでスロットルバルブ３１を開放するよう動作させる（Ｓ１３）。ここで、図３に示すように、ステップＳ１０〜Ｓ１３の動作は、イグニッションスイッチ７０がＯＮとなった時刻ｔ１にて略一致したタイミングで行われる。なお、スロットルバルブ３１の開放の態様は、図３に示すように開放量が可変であるとしたが、固定した値にて開放するようにしてもよい。

スロットルバルブ３１が開放された状態で負圧ポンプ６１が動作すると、排気通路２１側では、開放された吸気バルブ１６ａ及び排気バルブ１６ｂを介して、燃焼室１３及び排気ポート１１ｂに滞留する排気ガスが、配管２０ｂ及びサージタンク４０を介して掃気配管６０から負圧ポンプ６１を経て外部へ排出される。一方で、吸気通路２０側では、負圧ポンプ６１の吸引により、エアクリーナ３０及びスロットルバルブ３１を介して外気がサージタンク４０に導入される。

ＥＣＵ８０は所定時間経過後（Ｓ１４）、図３に示す時刻ｔ２にてスタータ７１を駆動させ（Ｓ１５）、更に、ステップＳ１４から予め定めた時間が経過した時刻ｔ３にて負圧ポンプ６１を停止させる（Ｓ１６）とともにスロットルバルブ３１を所定の開口量にて開口してエンジン１０の再始動動作を完了し、通常運転に移行させる。

上記の動作において、ステップＳ１３〜Ｓ１４の工程により燃焼室１３及び排気ポート１１ｂに滞留する排気ガスは配管２０ｂ及びサージタンク４０を介して掃気配管６０から負圧ポンプ６１を経て外部へ掃気され、外気が吸気通路２０から導入される。これにより、燃焼室１３内における酸素濃度は図３の実線に示すように掃気がなされない場合の点線に比して高く保たれ、燃料の着火が容易となる環境が整えられ、エンジン１０を安定して始動することが可能となる。

なお、図３に示すように、スタータ７１が動作を始める時刻ｔ２は、ステップＳ１４の判定に基づき、負圧ポンプ６１の動作後、燃焼室１３及び排気ポート１１ｂに滞留する排気ガスがある程度掃気されたと判断される時刻とすることが好ましい。例として、負圧ポンプ６１の起動時刻ｔ１から、スタータ７１の動作開始時刻ｔ２までの間は、０．１〜０．数ｓｅｃとなり、これがステップＳ１４における所定時間として定められる。

なお、ステップＳ１１においてバルブオーバーラップが生じていないと判定された場合は、直ちにステップＳ１５へ移行して、スタータ７１を動作させるようにしてもよい。この場合、負圧ポンプ６１の停止に関するステップＳ１６は省略される。

このように、本発明の実施の形態の内燃機関の始動制御装置１によれば、バルブオーバーラップ状態が生じているエンジン１０の再始動時に、ＥＣＵ８０が負圧ポンプ６１を動作させて、サージタンク４０を介して排気通路２１及び燃焼室１３内のガスを掃気することにより、燃焼室１３内の酸素濃度の低下を抑制して、燃料の着火が容易となる環境が整えられエンジン１０を安定して再始動させることが可能となる。

更に、本実施の形態において、排気ガスを掃気するための負圧ポンプ６１は、ブレーキブースター６２を補助する構成として、従来の車両に備えられたもので、掃気の動作はソフトウェア制御として実行される。これにより、車両やエンジン周囲に付加的な部品等を設けることなく実現することができ、簡易な構成にて、バルブオーバーラップ状態が生じているエンジン１０を安定して再始動させることが可能となる。

更に、負圧ポンプ６１の動作は、カム１５ａ及び１５ｂのカム角の検出に基づき、バルブオーバーラップ状態が生じているかどうかを判定した後に行うようにしている。これにより、負圧ポンプ６１が無駄に動作することを防ぎ、電力消費や、負圧ポンプ６１の動作に起因する暗騒音の発生を軽減することが可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態の内燃機関の始動制御装置１によれば、バルブオーバーラップ状態を生ずるエンジン１０の停止状態からの再始動を安定して行うことが可能となるという効果を奏する。

しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

上記の説明においては、負圧ポンプ６１と連通する掃気配管６０は、吸気通路２０上のサージタンク４０に連通して配設されるものとしたが、吸気バルブ１６ａの配設箇所より上流であって、スロットルバルブ３１よりも下流の位置であれば、任意の位置に設けてよい。特に、インジェクタ１２の近傍である吸気マニホールドが気筒毎に分枝した配管上に掃気配管６０を設ける構成とした場合、掃気の動作をエンジン１０の気筒毎に行わせて、エンジンの再始動を省力的に実現することが可能となる。

更に、上記の説明においては、バルブオーバーラップの発生は、カム１５ａ及び１５ｂのカム角の検出に基づくものとしたが、クランクシャフト１７の回転角（クランク角）の検出に基づくものとしてもよい。

更に、上記の説明においては、ステップＳ１１としてイグニッションスイッチ７０をＯＮした後にバルブオーバーラップの発生の判定を行うものとしたが、ステップＳ１１の動作は、エンジン１０の停止時に行うようにしてもよい。これにより、エンジン１０の再始動時に速やかに掃気の動作を実行させることが可能となる。

更に、ステップＳ１１を省略して、エンジンの再始動時には常時掃気の動作を実行させるものとしてもよい。この場合、燃焼室１３の掃気が必ず行われることとなり、エンジン１０の起動時の安定性を更に向上させることが可能となる。

更に、本発明は、例えば、ガソリンエンジン自動車の他、ハイブリッド自動車、二輪車、船舶他、内燃機関により動作する任意の輸送機器及び当該機器に用いられる任意の構成の内燃機関において実施してもよい。

以上のように、本発明は、内燃機関の始動制御装置であって、燃焼室を開閉自在に閉塞する吸気バルブ及び排気バルブの両方が開状態となるオーバーラップ状態が生ずる内燃機関の、前記燃焼室へ空気を導入する吸気通路内を吸引する吸引手段と、前記吸引手段を前記内燃機関の始動時に動作させる制御を行う制御手段とを備えたものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。

したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、バルブオーバーラップ状態を生ずる内燃機関の停止状態からの再始動を安定して行うことが可能になるという効果を奏し、例えばガソリン自動車等の車両への適用において有用である。

１ エンジンの始動制御装置
１０ エンジン
１１ａ 吸気ポート
１１ｂ 排気ポート
１２ インジェクタ
１３ 燃焼室
１４ 点火プラグ
１５ａ、１５ｂ カム
１６ａ 吸気バルブ
１６ｂ 排気バルブ
１７ クランクシャフト
１８ シリンダ
１９ ピストン
２０ 吸気通路
２０ａ、２０ｂ 配管
２１ 排気通路
３０ エアクリーナ
３１ スロットルバルブ
３２ スロットルポジションセンサ
４０ サージタンク
５０ 三元触媒
５１ 酸素センサ
６０ 掃気配管
６１ 負圧ポンプ
６２ ブレーキブースター
６３ ブレーキペダル
６４ 三方バルブ
７０ イグニッションスイッチ
７１ スタータ
７２ カム角センサ
８０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 燃焼室を開閉自在に閉塞する吸気バルブ及び排気バルブの両方が開状態となるオーバーラップ状態が生ずる内燃機関の、前記燃焼室へ空気を導入する吸気通路内を吸引する吸引手段と、
   前記吸引手段を前記内燃機関の始動時に動作させる制御を行う制御手段とを備えた、
   内燃機関の始動制御装置。

Images