JP6174869B2 - エンジンの掃気装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン停止時のバルブオーバーラップによって排気側から吸気側に逆流する残留排気ガスを掃気するエンジンの掃気装置に関する。

一般に、エンジンにおいては、吸気充填効率の改善等を目的として、排気行程の終了間際に吸気ポートを開くようにバルブタイミングを設定している。このため、バルブオーバーラップ状態でエンジンが停止すると、残留した排気ガスが排気側から吸気側に逆流し、次回のエンジン始動時に酸素濃度が欠乏して始動不良を招く虞がある。

このようなエンジン始動性に関する技術として、例えば特許文献１には、エンジン停止時にスロットル開度を開側に制御して吸気量を増大させ、ピストンの圧縮反力によりピストン停止位置を上死点から避ける技術が提案されている。

特開２００４−１２４７５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような従来の技術では、エンジン停止時のバルブオーバーラップを完全に回避することはできない。このため、エンジン停止時に吸気側に逆流する残留排気ガスの影響による始動性悪化を防止することは困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン停止時のバルブオーバーラップによって排気側から吸気側に逆流する残留排気ガスを掃気し、始動性を向上することのできるエンジンの掃気装置を提供することを目的としている。

本発明によるエンジンの掃気装置は、エンジン停止時のバルブオーバーラップによって排気側から吸気側に逆流する残留排気ガスを掃気するエンジンの掃気装置であって、エンジンの運転中にマスターバックに負圧を供給するための電動ポンプと、前記電動ポンプの吸入側と前記マスターバックとを、前記電動ポンプの吸入側の圧力が前記マスターバックの圧力室の圧力よりも低いときにのみ開弁する逆止弁を介して接続する第１の負圧通路と、前記第１の負圧通路から分岐されて大気開放される第１の通路に介装された第１の開閉弁と、スロットル弁下流の吸気通路と前記マスターバックとを、前記スロットル弁下流の吸気通路の圧力が前記マスターバックの圧力室の圧力よりも低いときにのみ開弁する逆止弁を介して接続する第２の負圧通路と、前記電動ポンプの吐出側と前記スロットル弁下流の吸気通路とを接続する第２の通路に介装された第２の開閉弁とを備え、エンジン運転中は、前記第１の開閉弁を閉、前記第２の開閉弁を開の状態として、前記マスターバック内の圧力状態に応じて前記電動ポンプの作動を制御し、エンジン停止後に、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁とを開弁させて前記電動ポンプを作動させ、前記スロットル弁下流の吸気通路に強制的に空気を送り込んで前記残留排気ガスを掃気させる制御部とを備えるものである。

本発明によれば、エンジン停止時のバルブオーバーラップによって排気側から吸気側に逆流する残留排気ガスを掃気し、始動性を向上することができる。

エンジン系の概略構成図 エンジン停止時の排気ガス掃気処理を示すフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において符号１はエンジンであり、同図においては、燃料と空気との混合気に火花点火する火花点火式内燃エンジンの１つの気筒を示している。このエンジン１のシリンダヘッド２には、吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが気筒毎に備えられ、吸気ポート２ａに吸気弁３ａが配設されると共に、排気ポート２ｂに排気弁３ｂが配設されている。

また、エンジン１のシリンダブロック４に形成される各気筒のシリンダボア４ａには、ピストン５が摺動可能に挿入されてる。ピストン５は、コネクティングロッド６を介してエンジン１の出力軸であるクランク軸（図示省略）に連結されている。そして、ピストン５の頂面とシリンダボア４ａの壁面と吸気弁３ａ及び排気弁３ｂを含むシリンダヘッド２の下面とによって区画・囲繞される空間により、エンジン１の燃焼室７が形成されている。燃焼室７内には、シリンダヘッド２に配設される点火プラグ８の放電部が露呈されている。

また、エンジン１の各吸気ポート２ａに吸気マニホルド９が分岐された状態で連通され、吸気マニホルド９の各吸気ポート２ａの直上流に、インジェクタ１０が配設されている。吸気マニホルド９は上流側で集合されてエアチャンバ１１に連通され、エアチャンバ１１上流側の吸気通路１２に、スロットル弁１３が介装されている。吸気通路１２のスロットル弁１３上流側は、エアクリーナ１４に連通されている。一方、エンジン１の各排気ポート２ｂには、排気マニホルド２０が連通され、この排気マニホルド２０が合流されて図示しない排気通路からマフラに連通されている。

ここで、吸気マニホルド９には、ブレーキ用の負圧を供給する負圧通路３０が接続されている。負圧通路３０の終端は、ブレーキペダル（図示省略）の踏力を負圧を利用して増幅してマスターシリンダ（図示省略）へ伝達するマスターバック３２に、逆止弁３１を介して接続されている。逆止弁３１は、吸気マニホルド９内の圧力がマスターバック３２の圧力室の圧力よりも低いときにのみ開弁する方向に配設されている。

マスターバック３２は、吸気マニホルド９側の負圧通路３０に連通する負圧導入口に加え、マスターバック３２に負圧を供給する電動ポンプ４０の吸入側に接続される負圧通路３３に連通する負圧導入口を備えている。負圧通路３３には、電動ポンプ４０の吸入側の圧力がマスターバック３２の圧力室の圧力よりも低いときにのみ開弁する逆止弁３４が介装されている。尚、マスターバック３２は、周知の構成のものであり、特に限定されることなく任意の構成を採用することができる。

電動ポンプ４０は、例えばモータで回転駆動されるベーンポンプ等で構成される。本実施の形態においては、電動ポンプ４０は、マスターバック３２に負圧を供給するのみならず、後述するように、エンジン１の吸気弁３ａと排気弁３ｂが開いた状態で停止（バルブオーバーラップ停止状態）したときに排気系から吸気系に逆流する残留排気ガスを掃気するための掃気用ポンプとして利用される。

このため、電動ポンプ４０の吸入側と負圧通路３３との接続部から分岐する第１の通路としての通路４１を設け、この通路４１に第１の開閉弁としての開閉弁Ｖ１を介装した上で、通路４１の末端をエアクリーナ１４の直下流側に接続して大気開放とする。また、電動ポンプ４０の吐出側から第２の通路としての通路４２を延出してスロットル弁１３下流の吸気通路に接続し、この通路４２に第２の開閉弁としての開閉弁Ｖ２を介装する。本実施の形態においては、通路４２が接続されるスロットル弁１３下流の吸気通路を、吸気マニホルド９としている。

以上のエンジン１は、マイクロコンピュータを中心として構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって制御される。ＥＣＵ５０には、クランク軸の回転を検出するクランク角センサ５１やイグニッション（ＩＧＮ）スイッチ５２等の各種センサ・スイッチ類が接続されており、ＥＣＵ５０は、これらのセンサ・スイッチ類からの力信号を参照してエンジン１の運転状態を検出し、インジェクタ１０を介した燃料噴射制御、点火プラグ８を介した点火時期制御等の各種エンジン制御を実行する。

また、ＥＣＵ５０は、エンジン１が停止したとき、バルブオーバーラップにより排気ガスが吸気側に逆流し、次回エンジン始動時に酸素濃度が欠乏して始動不良を招かないよう、電動ポンプ４０及び開閉弁Ｖ１，Ｖ２を制御して排気ガスを強制的に掃気する。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン停止と判定したとき、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開弁させて電動ポンプ４０を強制的に作動させ、吸気マニホルド９内に空気を送り込む。これにより、バルブオーバーラップ停止状態で吸気系に逆流する残留排気ガスを掃気することができ、次回エンジン始動時の始動不良を防止することができる。

尚、エンジン１の運転中は、開閉弁Ｖ１を閉，開閉弁Ｖ２を開の状態として、通常のブレーキシステムで検知したマスターバック３２内の圧力状態に応じて、電動ポンプ４０の作動を制御する。

以下、ＥＣＵ５０によるエンジン停止時の排気ガス掃気処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。

図２に示す排気ガス掃気処理は、イグニッションスイッチ５２のＯＦＦ検出やクランク角信号等に基づくエンジン停止判定により、エンジン停止と判定されたときに実行される処理である。この排気ガス掃気処理が実行されると、最初のステップＳ１においてエンジン停止後の経過時間を計時するためのタイマＴＭ１をインクリメントする。

次に、ステップＳ２でタイマＴＭ１が設定値Ｔ１に達したか否かを調べる。設定値Ｔ１は、バルブオーバーラップ状態でエンジンが停止した場合、排気側から吸気側に排気ガスが逆流するまでの時間であり、エンジンの排気量、吸排気ポートの数及び径、最大となるバルブオーバーラップ量、吸排気系の管路構成等を考慮して、予め実験やシミュレーション等によって設定しておく。

そして、ステップＳ２において、ＴＭ１＜Ｔ１でエンジン停止後の経過時間が予め設定した時間に達していない場合には、ステップＳ１へ戻ってタイマＴＭ１のインクリメントによる計時を続ける。一方、ステップＳ２において、ＴＭ１≧Ｔ１となり、エンジン停止後の経過時間が設定時間に達した場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進んで電動ポンプ４０を駆動し、ステップＳ４で開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開弁させる。

尚、車両によっては（アイドルストップシステムを備える車両等）、タイマＴＭ１による計時を省略し、エンジン停止判定によって電動ポンプ４０を作動させ、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を開弁させるようにしても良い。

この電動ポンプ４０の作動及び開閉弁Ｖ１，Ｖ２の開弁により、エアクリーナ１４直下流側からの空気が通路４１を介して電動ポンプ４０に吸入され、電動ポンプ４０から吐出された空気が通路４２を介して吸気マニホルド９内に送り込まれる。これにより、エンジンがバルブオーバーラップ状態で停止して吸気マニホルド９内に排気ガスが逆流しても、逆流した排気ガスを掃気することができる。

ステップＳ４に続くステップＳ５では、電動ポンプ４０の作動時間を計時するためのタイマＴＭ２をインクリメントし、ステップＳ６でタイマＴＭ２が設定値Ｔ２に達したか否かを調べる。設定値Ｔ２は、電動ポンプ４０の作動によって排気ガスを掃気可能な時間を定めるものであり、電動ポンプ４０の性能、エンジンの排気量、吸排気ポートの数及び径、最大となるバルブオーバーラップ量、吸排気系の管路構成等を考慮して、予め実験やシミュレーション等によって設定しておく。

そして、ステップＳ６において、ＴＭ２＜Ｔ２で電動ポンプ４０による排気ガスの掃気時間が予め設定した時間に達していない場合には、ステップＳ５に戻ってタイマＴＭ２のインクリメントによる計時を続ける。一方、ステップＳ６において、ＴＭ２≧Ｔ２となり、排気ガスの掃気時間が設定時間に達した場合には、ステップＳ６からステップＳ７へ進んで電動ポンプ４０を停止させ、ステップＳ８で開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉弁させて排気ガスの掃気処理を完了する。

このように本実施の形態においては、エンジン運転中にブレーキシステムのマスタ−バック３２に負圧を供給するための電動ポンプ４０を利用し、エンジン停止時に、電動ポンプ４０の吸入側とマスターバック３２とを接続する通路から分岐されて大気開放される通路４１に介装した開閉弁Ｖ１と、電動ポンプ４０の吐出側と吸気マニホルド９とを接続する通路４２に介装した開閉弁Ｖ２とを開弁させて電動ポンプ４０を作動させることで、吸気マニホルド９内に強制的に空気を送り込む。

これにより、エンジン停止時のバルブオーバーラップによって排気側から吸気側に逆流する残留排気ガスを掃気し、始動性を向上することができる。しかも、既存のマスターバックに負圧を供給する電動ポンプを、エンジン停止時にバルブオーバーラップによって吸気側に逆流する排気ガスを掃気するための掃気用ポンプとして利用するため、コスト上昇を抑制しつつ、効果的に残留排気ガスを掃気することができる。

１ エンジン
３ａ 吸気弁
３ｂ 排気弁
９ 吸気マニホルド
１３ スロットル弁
３２ マスターバック
４０ 電動ポンプ
４１ 第１の通路
４２ 第２の通路
５０ 電子制御ユニット
Ｖ１ 第１の開閉弁
Ｖ２ 第２の開閉弁

Claims (4)

1. エンジン停止時のバルブオーバーラップによって排気側から吸気側に逆流する残留排気ガスを掃気するエンジンの掃気装置であって、
   エンジンの運転中にマスターバックに負圧を供給するための電動ポンプと、
   前記電動ポンプの吸入側と前記マスターバックとを、前記電動ポンプの吸入側の圧力が前記マスターバックの圧力室の圧力よりも低いときにのみ開弁する逆止弁を介して接続する第１の負圧通路と、
   前記第１の負圧通路から分岐されて大気開放される第１の通路に介装された第１の開閉弁と、
   スロットル弁下流の吸気通路と前記マスターバックとを、前記スロットル弁下流の吸気通路の圧力が前記マスターバックの圧力室の圧力よりも低いときにのみ開弁する逆止弁を介して接続する第２の負圧通路と、
   前記電動ポンプの吐出側と前記スロットル弁下流の吸気通路とを接続する第２の通路に介装された第２の開閉弁とを備え、
   エンジン運転中は、前記第１の開閉弁を閉、前記第２の開閉弁を開の状態として、前記マスターバック内の圧力状態に応じて前記電動ポンプの作動を制御し、エンジン停止後に、前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁とを開弁させて前記電動ポンプを作動させ、前記スロットル弁下流の吸気通路に強制的に空気を送り込んで前記残留排気ガスを掃気させる制御部と
   を備えることを特徴とするエンジンの掃気装置。
2. 前記制御部は、前記電動ポンプを予め設定した時間だけ作動させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの掃気装置。
3. 前記制御部は、エンジン停止後の経過時間が設定時間に達したとき、前記電動ポンプを作動させることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの掃気装置。
4. 前記スロットル弁下流の吸気通路を、吸気マニホルドとすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの掃気装置。

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