(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に設けられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉可能なバルブ駆動機構と、
このバルブ駆動機構に制御指令を付与し、前記吸気バルブ及び排気バルブの開閉動作を制御するバルブ駆動制御手段と、
前記吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、
所定の条件が成立した時に前記内燃機関を自動で停止させる自動制御手段と、を備え、
前記自動制御手段にて前記内燃機関が自動で停止させられた際に、前記開閉状態検出手段にて前記吸気バルブ及び排気バルブが共に開いていると検出された場合には、前記バルブ駆動制御手段が、前記排気バルブを閉じるように前記バルブ駆動機構に対して制御指令を付与することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記バルブ駆動制御手段が、前記開閉状態検出手段にて前記吸気バルブ及び排気バルブが共に開いていると判断された場合には、前記吸気バルブも閉じるように前記バルブ駆動機構に対して制御指令を付与することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記自動制御手段は、前記内燃機関を再始動させる機能を有し、
前記内燃機関が再始動した時には、前記バルブ駆動制御手段が、前記吸気バルブ及び排気バルブを前記内燃機関が自動で停止した時の状態に復帰させるように前記バルブ駆動機構に対して制御指令を付与することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の気筒に備えられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉制御する内燃機関の制御装置に関するものであり、特に、所定の条件が成立した時に内燃機関を自動で停止させる車両に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、荷物の積み下ろし時、交差点での車両の停止時等の一時的な車両の停止の際に環境への配慮及び燃費向上の目的で、自動的に内燃機関を停止させる車両が知られており、例えば、特開平１０−２５２５１１号公報等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関が停止した時の吸気バルブ及び排気バルブの開弁位置は、停止時のカム軸の回転位置に応じて種々の開弁状態を取りうる。
【０００４】
従って、未燃混合気（以下、未燃ガスと称す）が燃焼する前であって、排気バルブが開いている状態で内燃機関が停止した時は、該未燃ガスが排気管を介して大気中へ排出されて環境上悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
特に、上記従来技術に記載したような、自動的に内燃機関を停止させる車両においては、頻繁に内燃機関が自動で停止するため、自動停止のたびに未燃ガスが排出され好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、自動で内燃機関が停止した際の未燃ガスの排出を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明によれば、所定の条件が成立した時に内燃機関を自動で停止させる自動制御手段にて、内燃機関が自動で停止させられた際に、開閉状態検出手段にて吸気バルブ及び排気バルブが共に開いていると検出された場合には、バルブ駆動制御手段がバルブ駆動機構に制御指令を付与し、内燃機関の気筒に設けられた排気バルブを閉じる。
【０００８】
この結果、内燃機関の自動停止時に未燃ガスが排気管を介して大気中に排出されることを防ぐことができる。特に、所定の条件が成立した時に内燃機関を自動で停止させる車両においては、頻繁に内燃機関の自動停止が行われるので未燃ガスの排出を防止する観点においてはより有効なものとなる。また、内燃機関が自動で停止したときに常に排気バルブを閉じるというわけではなく、吸気バルブ及び排気バルブの両者が開いていると判断した場合にのみ排気バルブを閉じる動作を行うため、吸気バルブ及び排気バルブを駆動させるための消費電力の節約につながる。
【００１１】
さらに、吸気バルブが開いている場合には、燃焼室内に存在する未燃ガスが吸気管を介して大気中に排出される場合もあるが、請求項２に記載の発明によれば、開閉状態検出手段にて吸気バルブ及び排気バルブが共に開いていると検出された場合には、バルブ駆動手段がバルブ駆動機構に制御指令を付与することにより内燃機関の気筒に設けられた吸気バルブも閉じる制御を行う。
【００１２】
この結果、燃焼室内に存在する未燃ガスが吸気管を通して大気中に排出されることを防ぐことができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、自動制御手段が内燃機関を再始動させる機能を有し、この制御手段にて内燃機関が再始動した時に、バルブ駆動制御手段がバルブ駆動機構に制御指令を付与し、吸気バルブ及び排気バルブを内燃機関が停止した時の状態に復帰させる。
【００１４】
この結果、円滑なエンジンの再始動が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
【００１６】
なお、本実施形態は所定の条件が成立した時に、内燃機関（４気筒ガソリン噴射式４サイクルエンジン）を自動で停止及び再始動させる車両にて本発明を具体化したものである。
【００１７】
まず、図１において、本実施形態の全体構成図を示す。
【００１８】
なお、図１は４気筒のうち１気筒のみを抽出した図であり、実際は図示された気筒と同じ気筒が計４つ配設されているものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態は、電磁駆動により内燃機関（以下、エンジンと称す）の吸気バルブ２を開閉駆動させる吸気バルブ駆動機構４と、エンジンの排気バルブ３を開閉駆動させる排気バルブ駆動機構５と、その吸気バルブ駆動機構４と排気バルブ駆動機構５を制御するために吸気バルブ駆動信号と排気バルブ駆動信号を出力するとともに、エンジンの自動停止及び再始動の制御とを行う電子制御装置１（以下、ＥＣＵと称す。）を主要部として構成される。ここで、このＥＣＵ１が本発明のバルブ駆動制御手段及び自動制御手段に相当し、吸気バルブ駆動機構４及び排気バルブ駆動機構５が本発明のバルブ駆動機構に相当する。
【００２０】
また、エンジン６には円筒状のシリンダ１７が形成されており、同シリンダ１７内にはクランク軸９に連結されたピストン１８が図の上下方向に往復動可能に配設されている。そして、シリンダ１７の上部には、燃焼室１９内に連通する吸気管７と排気管８とが形成され、吸気管７には電磁駆動式のインジェクタ１０が配設されている。かかるインジェクタ１０はＥＣＵ１からの噴射信号に基づいて吸気管７内に燃料を噴射する。
【００２１】
さらに、シリンダ１７の上部には、吸気バルブ２及び排気バルブ３が配設されており、これら吸気バルブ２、排気バルブ３の開閉動作に伴い燃焼室１９と吸気管７及び排気管８との間が連通又は遮断される。また、燃焼室１９には、ＥＣＵ１からの点火信号に基づいて混合気に点火する点火プラグ２０が配設されている。
【００２２】
また、排気バルブ駆動機構５は、排気バルブ３に一体成形された板上の磁性体１０１と、この磁性体１０１を引きよせるためのコイル２１ａ、２１ｂと、上記磁性体１０１を中立位置へ保持するために設けられたバネ２２ａ、２２ｂとから構成されている。
【００２３】
ここで、排気バルブ３の開閉動作について説明する。排気バルブ３の全開から全閉に至るまでの制御は、コイル２１ａ、２１ｂへの通電量を調節することにより行われる。具体的には、排気バルブ駆動機構５の上部に備えられたコイル２１ａを通電させることにより磁場を発生させ、これにより磁性体１０１が下方向にかかるバネ２２ａ、２２ｂの弾性力にうち勝って上部に引き寄せられ、排気バルブ３が全閉状態となる。
【００２４】
そして、コイル２１ａへの通電を止めると、磁性体１０１の上下方向に取り付けられたバネ２２ａ、２２ｂの釣り合いから、磁性体１０１は中立位置に戻る。この中立位置では、排気バルブ３の開弁状態は半開きとなる。
【００２５】
一方、全開制御に関して言えば、排気バルブ駆動機構５の下部に備えられたコイル２１ｂを通電させることにより磁場を発生させ、これにより磁性体１０１が上方向にかかるバネ２２ａ、２２ｂの弾性力にうち勝って下部に引き寄せられることにより、排気バルブ３が全開状態となる。尚、吸気バルブ駆動機構４の構成及び吸気バルブ２の開閉動作は、排気バルブ駆動機構５の構成及び排気バルブ３の開閉動作と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２６】
次に、ＥＣＵ１は、各種の制御プログラムを実行するＣＰＵ（図示しない）や、制御データやマップ等を記憶するメモリ（図示しない）等を中心に構成される。そして、ＥＣＵ１には、車軸１３の回転を検出する車速センサ１４からの車速信号、フットブレーキ１６の踏み込み量を検出するブレーキストロークセンサ１５からのブレーキストローク信号、クランク軸９の回転角を検出するクランク角センサ１２からのクランク角信号、吸気管７内に配設され吸気管７内の圧力を検出する圧力センサ１１からの圧力信号とが入力される。そして、これら信号に基づいて周知のインジェクタ１０による燃料噴射の制御や点火プラグ２０による点火制御を実施し、さらに、エンジンの自動停止及び再始動の制御、吸気バルブ２及び排気バルブ３の制御を行う（詳細は後述する）。
【００２７】
次に、以上のように構成された本実施形態のエンジンの制御装置の動作について図２、図３を用いて説明する。
【００２８】
図２はＥＣＵ１にて実行されるの処理内容を説明するフローチャートであり、エンジンがアイドリング運転中に自動停止及び再始動を実行する際の処理内容を示すものである。
【００２９】
ステップ１０においては、アイドリング運転を実行するためにＥＣＵ１によってクランク軸９のクランク角に同期した吸気バルブ２と排気バルブ３との制御を行っている。
【００３０】
そして、ステップ２０において、車速が０であり、かつブレーキストロークが１５％より大きいか否かが判断される。即ち、車速センサ１４から車速０との車速信号、及びブレーキストロークセンサ１５からブレーキ１６の踏み込み量が総踏み込み量の１５％より大きくなったとのブレーキストローク信号がＥＣＵ１に入力された場合は、エンジンの自動停止を行うとともに、ステップ３０へ移行する。
【００３１】
一方、ステップ２０において否定判断された場合は、ステップ１０に戻り、肯定判別がされるまでステップ１０及びステップ２０の処理が繰り返し行われる。
【００３２】
続くステップ３０においては、エンジンを自動停止させるために、燃料カットを行う。ここでいう燃料カットとは、ＥＣＵ１がインジェクタ１０に対し燃料噴射駆動信号を出力しないことを表す。駆動信号を出力しないので、吸気管内に燃料が噴射される事は無い。
【００３３】
そして、燃料カットが行われた後はステップ４０に移行し、吸気バルブ駆動機構４及び排気バルブ駆動機構５により、吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にする制御を行う。
【００３４】
ここで、エンジンの自動停止時の吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にする制御について図３を用いて説明する。
【００３５】
図３（ａ）は、吸気バルブ及び排気バルブの開度の遷移を示す図であり、図３（ｂ）は、各気筒の燃焼行程を示す図であり、図３（ｃ）は、クランク角カウンタのカウント値を示す図であり、これら（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は横軸を同一時間とするタイムチャートで表現されている。
【００３６】
図３（ｂ）は、エンジン６の各気筒の運転動作を、「排気」、「吸気」、「圧縮」、「膨張」の各燃焼行程に対応させて表現しているが、各気筒が「排気」行程から「吸気」行程に遷移する時にバルブオーバラップ５０（図中の矢印の期間に相当する）が生じる。このバルブオーバラップ５０とは、一番気筒のバルブ開度（バルブリフト量）を表した図３（ａ）に示すように、吸気管７及び排気管８が共に燃焼室１９に連通している状態をいう。この状態においては「排気」行程の終盤で吸気管内の未燃ガスが、燃焼室１９を介して排気管８へと流動し、大気中に放出される。従って、エンジンの自動停止が行われ、この状態においてエンジンが停止すると、該未燃ガスが大気中へと排出されることになる。
【００３７】
従って、本実施形態では、このバルブオーバラップが生じているか否かをクランク角カウンタにより検出し、吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉する制御を行う。
【００３８】
即ち、図３（ｃ）に示すように、吸気バルブ２及び排気バルブ３の開閉度を、クランク角カウンタ１２（本発明の開閉状態検出手段に相当する）に読み込まれるクランク角信号から計算する。具体的には、１番気筒の圧縮上死点からクランク軸９が２回転すると、クランク角カウンタが０から２３までカウントアップされる。そして、該クランク角カウンタは１番気筒の圧縮上死点でカウンタ値をゼロにリセットする。このカウンタ値が０、６、１２、１８の場合には、それぞれ１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の圧縮上死点を示すことになる。
【００３９】
このように、クランク角カウンタ１２によるカウンタ値はバルブ位置を指しているため、エンジン自動停止中のカウンタ値が１０〜１３（図中のＣ）である場合には、１番気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３が開いている状態（オーバーラップ）と判断できるので、この１番気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にするような制御が行われる。
【００４０】
同様にカウンタ値が２２〜１（図中のＡ）である場合には、４番気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にし、カウンタ値が１６〜１９（図中のＤ）である場合には、３番気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にし、カウンタ値が４〜７（図中のＢ）である場合は、２番気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にするような制御が行われる。
【００４１】
また、特定の気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にするような制御が行われている場合には、他の気筒の吸気バルブ２及び排気バルブ３は共に開弁した状態ではないため、エンジン自動停止時のバルブ開度の状態を保つように通電状態が保たれている。
【００４２】
なお、本実施形態は、吸気バルブ２と排気バルブ３とがともに開いている場合に吸気バルブ２及び排気バルブ３を全閉にする制御を行っているが、これに限定されるものではない。即ち、吸気バルブ２と排気バルブ３とがともに開いている場合に排気バルブ３のみを閉じる制御を行うことも可能である。
【００４３】
次に、図２のフローチャートの説明に戻る。ステップ５０では、ブレーキストロークが１５％以下となったか否かを判断する。即ち、ブレーキストロークセンサ１５からフットブレーキ１６の踏み込み量が総踏み込み量の１５％以下とのブレーキストローク信号がＥＣＵ１に入力された場合は、エンジンの再始動を行うとの判断がなされ、ステップ６０に移行する。
【００４４】
一方、ステップ５０において否定判断された場合には、ステップ３０に戻り、肯定判別がされるまでステップ３０からステップ５０までの処理が繰り返し行われる。
【００４５】
そして、ステップ６０においては、ステップ４０でエンジンの自動停止時に全閉した吸気バルブ２及び排気バルブ３をエンジンの自動停止時のバルブ位置に戻す。この吸気バルブ２及び排気バルブ３をエンジンの自動停止時の位置に戻す制御は、エンジンの自動停止時のカウンタ値をもとに、その値に相当するバルブ位置まで戻すよう行われる。
【００４６】
ここで、全閉に制御したバルブをエンジン停止時のバルブ位置に戻す時は、吸気バルブ２と排気バルブ３の両方が開いた状態となる。しかしながら、エンジン停止時のバルブ位置に戻した直後には、後述するようにエンジンの再始動のためにスタータモータが駆動するので、両バルブが開いた状態は数百ｍｓ以内と短時間である。したがって、吸気管７内又は燃焼室１９内に滞留していた未燃ガス１００が排気管８を通して大気中に排出されることはほとんどない。即ち、数百ｍｓ以内に排気バルブ３は閉じられ、バルブオーバラップは終了する。
【００４７】
続くステップ７０においては、燃料カットを終了する。これは、ステップ３０では、ＥＣＵ１がインジェクタ１０に対し燃料噴射駆動信号を出力していなかったが、ステップ７０においては例えば、クランク角２回転毎に所定の計算式により算出した量の燃料を噴射するとの信号を送るようにすることを意味する。
【００４８】
そして、燃料カットを終了するとともに、続くステップ８０においてスタータモータ（図示しない）を駆動させる。即ち、ステップ５０においてエンジンの再始動の判断がされるとステップ６０、ステップ７０の処理が行われるとともに、ＥＣＵ１からエンジンの再始動を行うための駆動信号がスタータモータに送られ、さらにスタータモータによるクランキングが開始される。
【００４９】
ここで、バルブオーバラップが終了した次の行程は吸気行程となるため、再度吸気管７内の混合気が燃焼室１９内に吸入される。従って、吸気行程が終了した時点では、燃焼室１９内にはエンジン自動停止時に大気中への排出を防止した未燃ガス１００と本吸気行程で吸気した混合気とが満たされることになる。そして、圧縮行程、膨張行程を経て、エンジン自動停止中に大気中への排出を防止した未燃ガスは燃焼室１９内で確実に燃焼される。さらに、この燃焼後のガスは、排気行程により燃焼室１９内から排気管８に掃き出され、図示しない触媒コンバータにより浄化された後大気中に放出される。
【００５０】
こうしてスタータモータによるクランキングが開始されるとステップ９０においてクランク角に同期した吸気バルブ２と排気バルブ３の制御が行われ、通常の走行中におけるアイドリング状態となる。
【００５１】
以上のように本実施形態によれば、クランク角カウンタ１２にて吸気バルブ２及び排気バルブ３が共に開いていると判断された場合には、図４に示すように、吸気バルブ２及び排気バルブ３を閉じる。
【００５２】
この結果、内燃機関の自動停止時に未燃ガス１００が排気管８を介して大気中に排出されることを防ぐことができる。さらに、未燃ガス１００は、吸気管７を介しても大気中に放出される場合があるが、かかる吸気管７からの排出も防ぐことができる。特に、所定の条件が成立した時に内燃機関を自動で停止させる車両においては、頻繁に内燃機関の自動停止が行われるので未燃ガス１００の排出を防止する観点においてはより有効なものとなる
さらに、内燃機関が自動で停止したときに常に吸気バルブ２及び排気バルブ３を閉じるというわけではなく、クランク角カウンタ１２にて吸気バルブ２及び排気バルブ３の両者が開いていると判断した場合にのみ全閉する制御を行う。
【００５３】
この結果、吸気バルブ２及び排気バルブ３を駆動させるための消費電力を節約することができる。
【００５４】
また、自動制御手段にて内燃機関が再始動した時に、吸気バルブ２及び排気バルブ３を内燃機関が停止した時の状態に復帰させる。
【００５５】
この結果、円滑なエンジンの再始動が可能となる。
【００５６】
なお、上記実施形態においては、電磁駆動式のバルブ駆動機構を開示したが、これに限定されるものではなく、空気圧駆動式或いは油圧駆動式のバルブ駆動機構を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】エンジン自動停止時の吸気バルブ及び排気バルブを全閉にする制御を説明するタイムチャートであり、（ａ）  バルブドリフト量の遷移を示す説明図  （ｂ）各気筒の燃焼行程を示した説明図  （ｃ）  クランク角カウンタによるカウント値を示した説明図  である。
【図４】バルブオーバラップした状態でエンジンが自動停止した際の未燃ガスの排出の抑制を示した説明図である。
【符号の説明】
１…電子制御装置、２…吸気バルブ、３…排気バルブ、４…吸気バルブ駆動機構、５…排気バルブ駆動機構、６…エンジン、７…吸気管、８…排気管、９…クランク軸、１２…クランク角カウンタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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