(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関への燃料を供給する燃料供給手段と、クランク軸を回転させるクランク軸回転手段とを有し、
機関停止時または機関始動時に、前記燃料供給手段による燃料の供給を停止しかつ前記クランク軸回転手段により前記クランク軸を回転させて掃気を行う内燃機関の掃気制御装置であって、
前記内燃機関の吸気管内圧を制御する吸気制御弁と、前記吸気制御弁を開閉制御する弁制御手段と、前記吸気管内圧を検出する圧力検出手段とを有し、
前記弁制御手段は、機関停止時または機関始動時に、前記圧力検出手段により検出される前記吸気管内圧が大気圧より低い目標圧となるように前記吸気制御弁を制御し、
前記目標圧は、前記吸気管内圧に対応した燃料の揮発量と、前記吸気管内圧に対応した掃気量とから求められる燃料の離脱量に基づいた所定の値とすることを特徴とする内燃機関の掃気制御装置。
【請求項２】
前記弁制御手段は、前記圧力検出手段により検出される前記吸気管内圧が少なくとも前記目標圧に達するまで前記吸気制御弁を全閉状態に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の掃気制御装置。
【請求項３】
機関回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
前記クランク軸回転手段が、前記回転速度検出手段により検出された前記機関回転速度が前記目標圧に対応する所定値となるように前記クランク軸を回転制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の掃気制御装置。
【請求項４】
掃気量の積算値を算出する手段を備え、
前記掃気量の積算値が閾値を越えたら掃気制御を終了することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の掃気制御装置。
【請求項５】
掃気制御を行う掃気時間を算出する手段を備え、
前記掃気時間が閾値を越えたら掃気制御を終了することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の掃気制御装置。
【請求項６】
機関温度または外気温度を検出する温度検出手段と、前記機関温度または前記外気温度が低いほど前記閾値を大きくする閾値設定手段とを備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の掃気制御装置。
【請求項７】
触媒の活性の有無を判別する手段を備え、
前記機関停止時に前記触媒が活性していると判別された場合に掃気制御を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内燃機関の掃気制御装置。
【請求項８】
機関始動の失敗を判別する手段を備え、
前記機関始動時に前記始動が失敗したと判別された場合に掃気制御を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の内燃機関の掃気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の掃気制御装置に関し、特に、機関停止時または機関始動時に燃料を停止した状態でクランク軸を回転させる内燃機関の掃気制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の停止時に吸気管路に燃料が付着すると再始動時の始動性が悪くなる虞があるため、機関停止時に掃気を行うようにしたものがある。そのような掃気制御を行うようにした内燃機関の掃気制御装置において、掃気性能を上げるべく、掃気中に吸気制御弁としてのスロットルの全閉制御を止め、全開にて掃気を実施するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。また、機関停止直後に内燃機関をモータリングして、吸気管路内に発生する空気の流れにより吸気通路構成部材に付着している燃料を離脱させるようにしたものがある（例えば特許文献２）。また、アイドルストップ時における排ガスの浄化として、モータによりエンジンを回転させて新気をエンジンに送り込み、残留排気浄化制御中にはスロットルを全開とし、排気環流量調整弁は全閉とする等の制御を行うようにしたものがある（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６５８８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４０３０号公報
【特許文献３】特開２００２−２５６９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、各特許文献では、吸気管内に掃気の流れを起こして、その掃気流れにより吸気管内に付着している燃料を取り除こうとしている。一方、吸気管内に付着している燃料を、吸気管内を減圧状態にして揮発させることに本発明者等は着目した。
【０００５】
それに対して、特許文献１のものでは、スロットルを全開にすると、掃気流量は増大するが、吸気管内圧力は低下しないため、減圧効果による付着燃料の気化は期待できない。また、特許文献２のものでは、スロットル開度が規定されていないため、最適な浄化を行うことができず、また推定制御となるため、精度の良い浄化制御を行うことができないという問題がある。また、特許文献３のものでは、排気浄化効率の向上を目指したものであるが、吸気管内に付着した燃料の離脱を積極的に行うものではなく、付着燃料の離脱が十分にできていなければ、排気浄化の改善も十分ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決して、効率の良い掃気制御を行うことができるばかりでなく、排気浄化の改善も可能な内燃機関の掃気制御装置を実現するために、本発明に於いては、内燃機関（１）への燃料を供給する燃料供給手段（４）と、クランク軸（７）を回転させるクランク軸回転手段（１１）とを有し、機関停止時または機関始動時に、前記燃料供給手段（４）による燃料の供給を停止しかつ前記クランク軸回転手段（１１）により前記クランク軸（７）を回転させて掃気を行う内燃機関の掃気制御装置であって、前記内燃機関（１）の吸気管内圧を制御する吸気制御弁（３）と、前記吸気制御弁（３）を開閉制御する弁制御手段（１２ｂ）と、前記吸気管内圧を検出する圧力検出手段（１０）とを有し、前記弁制御手段（１２ｂ）は、機関停止時または機関始動時に、前記圧力検出手段（１０）により検出される前記吸気管内圧が大気圧より低い目標圧となるように前記吸気制御弁（３）を制御し、前記目標圧は、前記吸気管内圧に対応した燃料の揮発量と、前記吸気管内圧に対応した掃気量とから求められる燃料の離脱量に基づいた所定の値とするものとした。
【０００７】
これによれば、掃気制御において吸気管内圧力を大気圧より低い目標圧となるように吸気制御弁を制御することから、吸気管内が減圧されるため、吸気管内に付着した燃料の揮発量を積極的に増大させることができる。
【０００８】
特に、前記弁制御手段（１２ｂ）は、前記圧力検出手段（１０）により検出される前記吸気管内圧が少なくとも前記目標圧に達するまで前記吸気制御弁（３）を全閉状態に制御すると良い。これによれば、吸気制御弁を掃気制御開始から全閉状態にすることにより、吸気管内圧を目標圧まで速やかに減圧させることができる。
【０００９】
また、機関回転速度を検出する回転速度検出手段（８）を備え、前記クランク軸回転手段（１１）が、前記回転速度検出手段（８）により検出された前記機関回転速度が前記目標圧に対応する所定値となるように前記クランク軸（７）を回転制御すると良い。これによれば、掃気流量をクランク軸の回転制御により制御することができ、減圧効果と流量確保との調整が可能となり、より一層確実に掃気することができる。
【００１０】
また、掃気量の積算値を算出する手段（１４・１２ｅ）を備え、前記掃気量の積算値が閾値を越えたら掃気制御を終了すると良い。あるいは、掃気制御を行う掃気時間を算出する手段（１２ｄ）を備え、前記掃気時間が閾値を越えたら掃気制御を終了すると良い。これらによれば、掃気するために必要な掃気量を閾値として設定しておき、掃気量の積算値が閾値に達するまで掃気を行うことから、付着燃料を確実に除去して、始動性を向上し得る。さらに、機関温度または外気温度を検出する温度検出手段（９）と、前記機関温度または前記外気温度が低いほど前記閾値を大きくする閾値設定手段（１２ａ）とを備えると良い。これによれば、温度が低いほど付着燃料が増大するため、そのような増大に応じて掃気量を増大する設定を行うことにより、状況に応じた適切な掃気を行うことができる。
【００１１】
また、触媒の活性の有無を判別する手段（６ａ・１２ａ）を備え、前記機関停止時に前記触媒が活性していると判別された場合に掃気制御を実行すると良い。これによれば、排気浄化に影響のない状態で掃気を実行することができる。あるいは、機関始動の失敗を判別する手段（１２ａ）を備え、前記機関始動時に前記始動が失敗したと判別された場合に掃気制御を実行すると良い。これによれば、始動失敗時に付着した燃料が残ったままとなって再始動時に更に失敗してしまうことを回避し得る。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明によれば、吸気管内に燃料が付着していて、機関停止時または機関始動時に始動性が悪化することを防止することができ、特に、掃気のために機関を空転させることにより振動が発生する場合でも、減圧効果により掃気時間が短縮化されて、空転時間が短縮化されるため、商品性が向上する。また、減圧沸騰効果により付着燃料をより多く掃気できるため、始動時の排気浄化も向上されると共に、時間当たりの掃気量が多くなるため、掃気制御するために使われる電気機器の電力消費量が減り、結果として燃費が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用された内燃機関の掃気装置の要部を示す模式図である。
【図２】本発明に基づく制御要領の一例を示すフロー図である。
【図３】制御要領を示すタイムチャートである。
【図４】（ａ）は吸気管内圧に対す揮発量の変化を示す図であり、（ｂ）は掃気量の変化を示す図であり、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）を組み合わせたことによる付着燃料の離脱量の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関の掃気装置の要部を示す模式図である。内燃機関１は、公知のガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであって良く、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
内燃機関１に接続された吸気管２には、吸気管内圧を制御する吸気制御弁３と、例えばシリンダヘッドの吸気ポート近傍に設けられた燃料供給手段としての燃料噴射弁４とが配置されている。吸気制御弁３は、電子制御式のアクチュエータ３ａにより開閉駆動される。なお、吸気制御弁３は、公知のスロットル構造のものを用いることができるが、それに限られず、吸気管２内の圧力を変化させることができるものであれば良く、例えば吸気弁の最大リフト量を可変にする可変バルブ機構を用いても良い。また、それらを組み合わせても良い。
【００１６】
内燃機関１に接続された排気管５には排ガス内の有害物質の拡散を防止するキャタライザ６が設けられている。また、機関回転速度としてクランク軸７の回転速度を検出する回転速度検出手段である回転センサ８と、機関温度として例えば内燃機関１の冷却水温度または油温を検出する機関温度センサ９と、吸気管２の内圧を検出する圧力検出手段としての圧力センサ１０とが設けられている。なお、機関温度センサ９を、外気温度を検出し得る部位に設けて外気温度センサとして用いても良い。
【００１７】
また、クランク軸７には始動のためのスタータ１１が連結されている。なお、ハイブリッドカーの場合にはスタータを兼ねるモータが連結されていて良いが、以下の説明では通常の内燃機関に用いられているスタータとして説明する。
【００１８】
上記アクチュエータ３ａやスタータ１１の駆動制御を行いかつ掃気制御を行うための制御装置１２が設けられている。制御装置１２は、本掃気制御における開始停止等を含む全体の制御を行うようにプログラミングされたＣＰＵ１２ａを備え、公知のＩ／Ｏ回路や制御ＩＣやトランジスタによるドライバ回路等により構成されているものであって良い。
【００１９】
制御装置１２には、アクチュエータ３ａの駆動制御を行うためのスロットル制御部１２ｂと、回転センサ８からの信号により機関回転速度を算出すると共にスタータ１１の駆動制御を行う始動制御部１２ｃと、スロットル制御部１２ｂに接続されたタイマ１２ｄとが設けられている。また、制御装置１２には、外部からの入力信号として、上記した機関温度センサ９からの機関温度と、圧力センサ１０からの吸気管内圧と、キャタライザ６に設けられたキャタライザ温度センサ６ａからのキャタライザ温度と、イグニッションスイッチ１３からの機関運転信号とが入力している。
【００２０】
スロットル制御部１２ｂは、アクチュエータ３ａを介して吸気制御弁３の開度を制御するが、例えばアクチュエータ３ａに内蔵されている角度センサ（図示省略）からの信号を受けて吸気制御弁３の開度を検出し、ＣＰＵ１２ａからの開度目標値になるように例えばフィードバック制御を行う。始動制御部１２ｃは、イグニッションスイッチ１３から始動信号が入力した場合にスタータ１１に機関始動のための駆動制御信号を出力する。
【００２１】
このように構成された掃気装置における制御要領について図２のフロー図および図３のタイムチャートを参照して以下に説明する。先ずステップＳＴ１で掃気制御が開始されたか否かを判別する。掃気制御の開始条件としては、１つは、通常の機関停止時かつその機関停止時にキャタライザ６が活性状態である場合とし、もう１つは、始動を失敗した時とすると良い。キャタライザ６の活性状態は、キャタライザ６に設けたキャタライザ温度センサ６ａにより検出されたキャタライザ温度に基づいてＣＰＵ１２ａにより判断することができるが、内燃機関１の動作（運転）時間から推定しても良い。キャタライザ活性状態を条件とするのは、キャタライザ活性状態で掃気することにより排気浄化が悪化するのを回避できるからである。
【００２２】
なお、機関停止時として走行中の信号待ちなどにおけるアイドルストップ状態を含んでも良く、また始動失敗時として、寒冷地や冬季などの始動時に相当するような機関温度が極低温で始動に失敗した時として良い。この始動失敗の検出例としては、燃料噴射信号または点火信号があり、かつ機関回転速度が所定値（例えばアイドリング相当）未満の状態が所定時間または所定回転数（回転した積算値）以上継続した場合として良い。または、燃料噴射信号または点火信号があり、かつ機関回転速度が所定値（例えばアイドリング相当）未満の状態でイグニッションスイッチ１３がオフにされ、かつ所定時間（付着燃料が自然に蒸発するに至らない時間）内にイグニッションスイッチ１３がオンにされた場合である。これら機関停止や始動失敗の判断手段としてはＣＰＵ１２ａが適用可能である。
【００２３】
ステップＳＴ１で掃気開始ではないと判定された場合にはステップＳＴ１を繰り返し、掃気開始と判定された場合にはステップＳＴ２に進み、掃気開始（図３のＴ１）とする。ステップＳＴ２では始動制御部１２ｃからスタータ１１に駆動信号を出力してクランク軸７を規定回転速度で回転させる。この規定回転速度は掃気のために必要な掃気流量となる程度の吸排気が行われる程度であって良く、その回転速度制御としてはフィードバック制御を行うと良い。また、規定回転速度に速やかにかつオーバシュートやハンチングすることなく立ち上げるために、例えばＰＩＤ制御を行うと良い。また、所定の一定回転速度でなくても良く、例えば予め設定されたマップによる経過時間に対する回転速度パターンにより変化する回転速度制御としても良い。
【００２４】
次のステップＳＴ３では、タイマ１２ｄの計時を開始する（図３のＴ１）。タイマ１２ｄの設定時間である閾値ＴＭ（図３参照）は掃気に必要な積算流量に至るまでの時間とする。なお、この閾値ＴＭは、機関温度または外気温度が低いほど大きくするように設定変更可能にすると良く、その閾値設定手段としてはＣＰＵ１２ａであって良い。
【００２５】
次のステップＳＴ４では、スロットル制御部１２ｂから全閉信号をアクチュエータ３ａに出力して吸気制御弁３を全閉状態にする（図３のＴ１）。これにより吸気管２内の吸気制御弁３の下流側が大気圧Ｐａに対して減圧され（図３参照）、減圧状態により吸気管２内に付着している燃料の揮発化が促進される。次のステップＳＴ５では、吸気管内圧Ｐが目標圧としての規定圧力Ｐｄに達したか否かを判別し、達していない（Ｐ＞Ｐｄ）場合にはステップＳＴ５を繰り返し、達した（Ｐ≦Ｐｄ）と判定された場合にはステップＳＴ６に進む。このステップＳＴ４・５の制御を行うことにより、掃気開始時に速やかに所定の減圧状態にすることができ、それにより揮発効果を最大限に生かすことができ、掃気に要する時間を短縮化し得る。
【００２６】
ステップＳＴ６では、吸気管内圧Ｐを規定圧力Ｐｄに保持するべく吸気制御弁３を適宜開閉するための制御を行う。このスロットル制御では、規定圧力Ｐｄに対する検出値（Ｐ）のフィードバック制御を行うと良い。また、図３に示されるように吸気制御弁３の開度を変化させる場合に、目標開度に速やかにかつオーバシュートやハンチングすることなく開閉させるために、例えばＰＩＤ制御を行うと良い。
【００２７】
なお、上記全閉制御及びこのフィードバック制御は必ずしも両方行う必要は無く、本フロー図のように制御すると良いという程度であり、例えばいずれか一方、さらには両方共行わなくても良い。その場合には、例えば少なくとも吸気管２を大気圧Ｐａに対して減圧状態にし得る程度の吸気制御弁３の閉じ量とし、また予め設定されたマップによる経過時間に対する開閉パターンによる開閉制御とすることができる。
【００２８】
このように、吸気管２内の減圧と規定圧力Ｐｄにする開閉制御とを合わせて制御することにより、減圧効果による揮発量と、開度の大きさによる掃気流量との適切な組み合わせによる付着燃料の掃気を行うことができる。
【００２９】
図４に、横軸に吸気管内圧Ｐを取り、図４（ａ）では付着燃料の揮発量の変化を、図４（ｂ）では掃気流量の変化を、図４（ｃ）では揮発量と掃気流量とを組み合わせた場合の付着燃料の離脱量の変化をそれぞれ示す。なお、本実施形態では、吸気弁の最大リフト量を固定しているエンジンを前提として説明しており、その場合には、吸気管内圧はスロットル開度と機関回転速度とに依存し、図４では、機関回転速度を所定回転速度に固定した状態における変化を示している。したがって、図４の横軸はスロットル開度も表している。
【００３０】
図４に示されるように、揮発量は吸気管内圧Ｐが低い程減圧効果により大きいが、掃気流量は吸気制御弁３の開度の大きさに比例するため吸気管内圧Ｐが高い程大きい。両者を組み合わせた場合の付着燃料の管壁からの離脱量は図４（ｃ）に示されるようにある値（Ｐｄ）でピークとなることから、その値を目標圧としての規定圧力Ｐｄとすることにより、最大効率で付着燃料の掃気を行うことができる。本発明により、この作用効果を生かすことができ、その結果、掃気時間に要する時間を短縮でき、空転時間の短縮化による商品性の向上などが達成される。なお、規定圧力Ｐｄは機関の状態により変えると良く、そのパラメータとしては機関温度や大気圧等が考えられる。また、上記ステップＳＴ２で設定される規定回転速度は、上記規定圧力Ｐｄを設定した機関回転速度（所定回転速度）に対応する。
【００３１】
次のステップＳ７ではタイマ１２ｄによる計時がタイムアップした（図３のＥＮＤ）か否かを判別し、タイムアップするまではステップＳＴ６・７を繰り返す。ステップＳＴ７でタイムアップしたと判定された場合にはステップＳＴ８に進み、そこでクランク軸７の回転駆動を停止して本制御を終了する。
【００３２】
なお、掃気後として、機関停止時の場合にはイグニッションスイッチ１３のオン操作またはアイドルストップ解除までは引き続き機関停止とし、始動失敗時の場合には掃気後に始動開始制御を行う（スタータ１１でクランク軸７を回転させ、燃料噴射・点火を行う）。
【００３３】
なお、上記した図２におけるフローでは掃気開始時（Ｔ１）をクランク軸７の回転開始時としたが、例えば吸気管内圧Ｐが規定圧力Ｐｄに達した時（図３のＴ２）からとしても良い。また、タイマ１２ｄの計時開始を図３のＴ１から開始としたが、そのタイミングに限られるものではなく、図３のＴ２から開始するようにしても良い。その開始時Ｔ２は、吸気管内圧Ｐが規定圧力Ｐｄに達したことが検出された時とすることができる。
【００３４】
また、掃気制御を行う時間をタイマ１２ｄにより設定した時間（閾値ＴＭ）としたが、タイマ計時時間による閾値ＴＭに変えて、掃気中の流量を積算して算出した積算流量Ｑを設定するようにしても良い。この積算流量Ｑの算出としては、吸気管２に図１に示されるようにエアフローメータ１４を設けると共に制御装置１２に流量積算部１２ｅを設けて、流量を検出しかつ積算すると良い。
【００３５】
一方、圧力センサ１０と各シリンダの上死点通過数とを用いて求めることができる。その場合の式は下式のようになる。
Ｑ＝Σ（ＣＬ）＊Ｐ＊Ｐａ
ここで、Σ（ＣＬ）は行程容積（π＊（ボア径／２）^2＊ストローク）の積算値であり、Ｐは圧力センサ１０により検出された吸気管内圧であり、Ｐａは大気圧センサ１５により検出された大気圧である。なお、吸気管内圧Ｐは上死点通過毎に検出された値とし、大気圧Ｐａは積算流量Ｑを決めた時に検出された値とする。
【符号の説明】
【００３６】
１  内燃機関
３  吸気制御弁
４  燃料噴射弁（燃料供給手段）
６ａ  キャタライザ温度センサ（触媒活性の判別手段）
７  クランク軸
８  回転センサ（回転速度検出手段）
９  機関温度センサ（温度検出手段）
１０  圧力センサ（圧力検出手段）
１１  スタータ（クランク軸回転手段）
１２ａ  ＣＰＵ（閾値設定手段・触媒活性の判別手段・機関始動失敗の判別手段）
１２ｂ  スロットル制御部（弁制御手段）
１２ｅ  流量積算部（掃気量の積算値を算出する手段）
１４  エアフローメータ（掃気量の積算値を算出する手段）
【図１】
0005525275.tif 000002
【図２】
0005525275.tif 000003
【図３】
0005525275.tif 000004
【図４】
0005525275.tif 000005