(57)【要約】【課題】機関の運転停止後に排気系から排気ガスを掃気することを、運転者に違和感を与えない状態でしかも確実に行う。【解決手段】イグニッションＯＦＦによって燃料の供給がカットされたら、クランク軸７の惰性回転が低下する前にモータ３０でクランク軸７を強制的に駆動し、ピストン５にポンプの仕事をさせて掃気する。掃気回転はスロットルバルブ２３を全開した状態で行う。クランク軸７を強制的に駆動するため掃気が確実である。掃気回転はイグニッションＯＦＦの回転に連続しているため、運転者に違和感や不安感を与えることはない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イグニッションスイッチＯＦＦによる機関停止に連続して、排気ガスを排気通路から排出する燃料カット状態での強制的な掃気回転が成される、
車両用内燃機関。
【請求項２】
前記掃気回転は、燃料カット時の回転数から徐々に回転数を落として行われる、
請求項１に記載した車両用内燃機関。
【請求項３】
前記掃気回転において回転数が予め設定した回転数まで低下すると駆動を停止する、
請求項１又は２に記載した車両用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は排気ガスが排出される排気通路を有しており、車両用内燃機関の場合はその長さがかなり長くなる。特に、大半の車両が採用しているフロントエンジン方式では排気通路の長さは相当に長くなってその容積もかなりの大きさになるが、機関の運転を停止すると排気通路に相当の量の排気ガスが残存したままになり、この排気ガスはかなりの時間が経過しないと抜け切らない。
【０００３】
そして、排気通路の終端は車両の後方に向けて開口させているのが多いが、すると、機関の運転を停止している状態で風が車両の後ろから吹くと、風が排気通路に入り込んで排気ガスを吸気通路の側に押しやるように作用することになる。
【０００４】
他方、４サイクル内燃機関では、排気行程から吸気行程に移行する段階で排気弁と吸気弁とが同時に開いているオーバーラップ状態が存在しており、多気筒内燃機関ではいずれかの気筒がオーバーラップ状態になっていることがある。すると、排気通路に溜まっていた排気ガスが、排気弁と吸気弁とがオーバーラップしている気筒を介して吸気通路に押し込まれることがある。
【０００５】
すると、次の運転の始動は吸気通路に新気が殆ど存在しない状態で行われるため、クランキングに長い時間が掛かってバッテリーの負担が増えたり、燃焼せずに気筒内面に付着していた燃料が新気の供給によって一気に燃焼して吹き上がり現象が発生したり、或いは、甚だしい場合は、点火プラグが燃料被りして始動できなくなるといった不具合が生じる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、機関の停止時にＩＳＣ（アイドル・スピード・コントロール）バルブを全開にした状態で燃料噴射量を増やすことで機関の回転数を一時的に高め、機関回転数が所定の高さに達したら燃料噴射を停止して、その後の惰性回転によるポンプ作用で排気ガスを排気通路から掃気することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５４４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は機関の惰性回転によって掃気しようとするものであるが、例えば低温環境下で僅かの時間しか運転してない場合などは、潤滑油の粘性が高くて回転に対する抵抗が高いため、確実に掃気されるまで機関の惰性回転が維持されるか否か問題であり、確実性に問題があると言える。
【０００９】
また、機関の停止操作をしたのに回転数が上昇して吹き上がり現象が生じるため、運転者には異常か故障ではないかと違和感や不安感を抱かせるおそれが高い。更に、高速回転させることで燃料消費量が増えるため、燃費の悪化は否めない。
【００１０】
本願発明は、このような現状に改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項明の内燃機関、請求項１に記載のとおり、イグニッションスイッチＯＦＦによる機関停止に連続して、排気ガスを排気通路から排出する燃料カット状態での強制的な掃気回転が成される。
【００１２】
この場合、掃気回転は、始動時の運転と同様にスタータを使用したり、発電用オルタネータをモータとして使用することで行える。掃気回転用の蓄力手段を設けておいて、例えば下り坂での走行やブレーキをかけたときの制動力を何らかのエネルギとして蓄え、これを開放して掃気回転を行うことも可能である。
【００１３】
本願発明は様々に展開できる。その例として請求項２の発明では、前記掃気回転は、燃料カット時の回転数から徐々に回転数を落として行われるようになっている。また、請求項３の発明は、上記請求項１又は２において、前記掃気回転において回転数が予め設定した回転数まで低下すると駆動を停止するようになっている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明の掃気回転は強制的に行われるため、排気ガスを排気通路から確実に排除することができる。従って、次の始動も確実に行える。また、掃気回転は燃料をカットした状態で行われるため吹き上がり現象は発生せず、惰性回転が少し続くような状態で自然に回転を停止させることができる。このため、運転者に違和感や不安感を与えるようなことはない。                      
【００１５】
また、掃気回転はクランク軸を強制的に駆動して行われるためエネルギは必要であるが、これは、下り坂やブレーキング時に発電によって電気エネルギとして回収された車両の運動エネルギを使用するなどして、燃料の使用に起因しないエネルギを充てることが可能になるため、特許文献１のように必ず燃料を使用するものに比べて、燃費の悪化も防止可能である。また、掃気回転は、イグニッションＯＦＦ後の惰性回転時に行われるため、クランク軸の駆動トルクは僅かであり、仮に、燃料の使用に起因したエネルギを使用するとして、その使用量は僅かで足りる。
【００１６】
請求項２のように回転数を徐々に低下させると、運転者に違和感や不安感を与えない自然な状態で回転を停止させることが、より確実ならしめられる。また、内燃機関では、非常に低い回転域ではピストンの慣性運動が阻害されてクランク軸の角速度が大きく変動し、結果として大きな振動が発生することがあるが、請求項３の構成を採用すると、クランク軸の角速度が激しく変動する回転域に到る前に駆動を停止することで、クランク軸の回転を滑らかに停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る内燃機関の模式図である。説明図である。
【図２】３気筒内燃機関における運転停止のオーバーラップ状態を説明するための図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）とも制御例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
(1).内燃機関の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて内燃機関の概要を説明する。
【００１９】
実施形態の内燃機関は車両に搭載される４サイクル３気筒タイプであり、内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に重ね固定されたシリンダヘッド２、及び、シリンダヘッド２の上面に固定されたヘッドカバー３を備えている。
【００２０】
シリンダブロック１にはシリンダボア４が形成されてこれにピストン５が摺動自在に嵌まっており、ピストン５の往復動は連接棒６を介してクランク軸７の回転に変換される。シリンダヘッド２にはシリンダボア４に向けて開口した台錘状の凹所８が開口しており、凹所８の頂面に点火プラグ９の先端が露出している。
【００２１】
更に、シリンダヘッド２の凹所８には、一対ずつの吸気ポート１０と排気ポート１１とがクランク軸７の軸心を挟んだ両側に振り分けて開口しており、シリンダヘッド２には、吸気ポート１０を開閉する吸気弁１２と排気ポート１１を開閉する排気弁１３とが摺動自在に保持されている。
【００２２】
吸気弁１２及び排気弁１３はそれぞればね１４，１５で閉じ方向に付勢されており、これらをばね１４，１５に抗してカム１６，１７で押すことで弁１２，１３が開く。敢えて述べる必要はないが、カム１６，１７を設けたカム軸は、タイミングチェーンなど、クランク軸７によって駆動される連動部材によって駆動されており、従って、カム軸はクランク軸７と同期して回転する。
【００２３】
シリンダヘッド２の一側面には各吸気ポート１０に連通した吸気マニホールド１９が固定されており、吸気マニホールド１９に、エアクリーナ２０を始端とする吸気通路２１が接続されている。吸気通路２１には、吸気マニホールド１９に接続されたサージタンク２２と、その上流側に位置したスロットルバルブ２３とが介挿されている。サージタンク２２には燃料噴射ノズル２４を設けている。なお、燃料を燃焼室に噴出させる直噴式とすることも可能である。当然ながら、本願発明はディーゼル機関にも適用できる。
【００２４】
シリンダヘッド２の他側面には各排気ポート１１に連通した排気マニホールド２５が固定されており、排気マニホールド２５に、触媒ケース２６を有する排気通路２７が接続されている。触媒ケース２６は排気マニホールド２５の集合部に接続されており、その内部には三元触媒が内蔵されている。また、触媒ケース２６には酸素濃度検出センサ２８を設けている。
【００２５】
内燃機関は車両の前部に設けたエンジンルームに搭載しており、排気通路２７は車体の下面に沿って後ろに向けて延びており、終端２７ａは車体の後端寄りに位置して後ろ向きに開口している。排気通路２７のうち終端寄りの部位には消音器２９を設けている。
【００２６】
内燃機関はスタータ兼用（モータ兼用）のオルタネータ３０を有しており、オルタネータ３０はクランク軸７に設けたプーリ３１を介してベルト３２で駆動される。このため、オルタネータ３０にもベルト３２が巻き掛けされるプーリ３３を設けてねる。図では表示していないが、オルタネータ３０はブラケットを介してシリンダブロック１（又はチェーンケース）に取付けられている。
【００２７】
内燃機関は制御装置としてのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）３４を設けており、点火プラグ９、スロットルバルブ２３、燃料噴射ノズル２４、酸素濃度検出センサ２８が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ３４には、キー３５でＯＮ・ＯＦＦされるイグニッションスイッチ３６も接続される。更に、クランク軸７のうちシリンダブロック１（又はチェーンケース）から露出した端部には、外周に多数の突起を設けたロータ３６が固定されており、シリンダブロック１又はチェーンケースに、ロータ３７の突起を検知して回転数を演算する回転センサ３８を設けている。
【００２８】
(2).吸排気弁のオーバーラップの説明
４サイクルの内燃機関では、排気行程から吸気行程に移行するとき、排気弁と吸気弁とが少し開いたオーバーラップ状態が存在する。そして、多気筒内燃機関では、機関停止によっていずれかの気筒がオーバーラップ状態のままになることがあるが、３気筒内燃機関の場合、構造的な原因により、いずれかの気筒がオーバーラップして停止することが多い。この点を図２に基づいて説明する。
【００２９】
図２のうち（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ気筒の往復動サイクルを示しており、丸つき数字の１は膨張行程（爆発行程）、丸つき数字の２は排気行程、丸つき数字の３は吸気行程、丸つき数字の４は圧縮行程を示している。カーブの上端は上死点、下端は下死点である。
【００３０】
４サイクル３気筒では、各気筒のピストン５の位相は２４０°だけずれているが、各吸気弁１２と排気弁１３とを見ると、カム軸の１回転がクランク軸の２回転に相当しているため、吸気弁用のカム１６の位相と排気弁用のカム１７の位相とはそれぞれ１２０度ずつずれている。
【００３１】
そして、（Ａ１）（Ａ２）のように１つの気筒の吸気弁１２と排気弁１３とが開いたオーバーラップ状態では、他の２つの気筒は爆発行程と圧縮行程にあって（Ｂ１）（Ｂ２）（Ｃ１）（Ｃ２）のように吸気弁１２も排気弁１３も閉じているが、吸気弁１２及び排気弁１３は閉じた状態ではばね１４，１５に押されていて安定した姿勢でカム１６，１７に当接している。
【００３２】
このときの全体のばね力を見ると、オーバーラップ状態にある弁１２，１３を押している２個のばね１４，１５のばね力の合計よりも、他の２つの気筒の弁１２，１３を押している４個のばね１４，１５の全体の合計のばね力が大きく、従って、１つの気筒の弁１２，１３がオーバーラップして開いた状態は、最も安定した状態になっている。
【００３３】
そして、３つの気筒のピストン５がどのような位置で停止するかは一定していないが、３つの気筒のうち２つの気筒の吸気弁１２及び排気弁１３は閉じて他の１つの気筒の弁１２，１３は開いた状態が最も安定しているため、４個のばね１４，１５の付勢力がカム軸及びタイミングチェーンを介してクランク軸７に伝わって各ピストン５も動き、その結果、図２のように１つの気筒の弁１２，１３が開いた安定状態に移行するのである。
【００３４】
(3).制御の態様
上記のように、３気筒の４サイクル内燃機関ではいずれか１つの気筒の弁１２，１３が開いた状態に停止する確率が高いが、イグニッションスイッチ３６をＯＦＦにした運転停止状態で排気通路２７の終端２７ａに向けて風が吹き込むと、排気通路２７やシリンダボア４に溜まっていた排気ガスが吸気ポート１０や吸気通路２１に流入して、次の始動時にトラブルが発生するおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、イグニッションスイッチ３６がＯＦＦになって燃料がカットされたら、クランク軸の回転を例えばオルタネータ３０での駆動に切り換えて、クランク軸７の回転を連続させることにより、ピストン５をポンプとして使用して排気ガスを排気通路２７の外に掃気する。
【００３６】
掃気回転への切り換えは、イグニッションスイッチ３６のＯＦＦと同時に行ってもよいし、弱化のタイムラグをおいてから行ってもよい。イグニッションスイッチ３６をＯＦＦにしても多少は惰性回転しているので、若干のタイムラグをおいてから掃気回転に移行しても、停止状態から回転させるのに比べてクランク軸７の駆動トルクは遥かに少なくてすむ。
【００３７】
また、吹き上がり現象は生じず、燃料による運転から掃気回転にスムースに移行するため、運転者に不安感や違和感を与えることはない。クランク軸７の掃気回転数は、排気マニホールド２５を含む排気系の容積とシリンダボア４の容積とから割り出したらよい。例えばシリンダボア４の総容量が１０００ｃｃの場合で排気系の容量が１０リットルある場合は、２０回転させたら略完全に掃気できる。
【００３８】
図３では、掃気回転の具体的な態様例を示している。このうち（Ａ）の例では、イグニッションＯＦＦ時の回転数Ｒ１（一般にはアイドル回転数）よりも僅かに低い回転数を維持してから、ある程度の時間（或いは積算回転量）に到ると回転数を急激に落として、最終的に回転を停止させている。
【００３９】
（Ｂ）に示す例では、イグニッションＯＦＦから回転数を徐々に落としていっている。従って、（Ｂ）は請求項２の具体例である。この図ではグラフは緩いカーブを描いているが、回転数を直線状に低下させてもよい。
【００４０】
（Ｃ）に示す例では、ある程度の時間（回転量）の間はイグニッションＯＦＦ時の回転数Ｒ１とほぼ同じ回転数を維持し、ある程度の時間を経過したら回転数を徐々に落としていき、予め設定した基準回転数Ｒ２に到ると通電をＯＦＦにして駆動力をＯＦＦにしている。従って、（Ｃ）は請求項３の具体例である。基準回転数Ｒ２は、機関に振動が発生する虞のある回数数より少し高い値に設定しておくのがよい。これにより、振動を発生させることなく機関を滑らかに回転停止させることができる。
【００４１】
（Ｄ）に示す例では、掃気回転の始期から回転数を徐々に落としていって、基準回転数Ｒ２に到ると駆動力をＯＦＦにしている。従って、（Ｄ）は請求項２と請求項３との組み合わせに相当する。いずれにしても、掃気回転中はスロットルバルブ２３を全開にしておくと、吸気抵抗を軽減できると共に、掃気用新気の量も増大できる。
【００４２】
本実施形態では、酸素濃度検出センサ２８で検知した酸素濃度が所定値に達した時点を基準にして、それから予め前提した回転数だけ掃気回転させることが可能である。これにより、掃気回転のためのエネルギを必要最小限度に抑えることができる。
【００４３】
掃気回転のためのエネルギとしては、実施形態のような始動用等のモータに限らず、空圧を溜める畜力装置、ぜんまい式等のばねを使用した畜力装置、回転体の慣性力を使用した畜力装置など、様々のものを使用できる。これらの畜力装置は、車両がブレーキをかけて停止するとの制動エネルギを回収して蓄力すると、燃費の悪化がなくて好適である。
【００４４】
掃気回転の時間を短くするにはクランク軸の回転数を高くしたらよいが、本願発明ではクランク軸は回転していても燃料の爆発はないため、イグニッションＯＦＦ時の回転数よりも高い回転数でクランク軸を回転させても、運転者に違和感を与えることはない。従って、素早い掃気も可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本願発明は、車両用内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
４  シリンダボア
５  ピストン
１０  吸気ポート
１１  排気ポート
１２  吸気弁
１３  排気弁
１４，１５  ばね
１６，１７  カム
２１  吸気通路
２３  スロットルバルブ
２５  排気マニホールド
２７  排気通路
３０  掃気用駆動手段の一例としてのモータ兼用オルタネータ
３４  ＥＣＵ
３５  イグニッションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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