JP2001221080A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 ステップ２０において、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。続くステップ３
０においては、エンジンの自動停止とともに、燃料カッ
トを行う。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。

Description

【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１０−２５
２５１１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、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。

【０００９】また、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制御を行う。

【００１０】この結果、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
ながるとともに、請求項１に記載の発明と同様な効果も
得られる。

【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３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４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ＥＣＵ
１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１
７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２２
ａ、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１０
１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７
０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｚ Ｆターム(参考） 3G018 AA01 AA05 AB09 AB18 CA16 DA36 3G084 AA03 BA13 BA23 CA03 DA10 EB08 FA05 FA06 FA38 3G092 AA01 AA06 AA11 AB02 AC03 CB02 CB05 DA01 DA02 DA07 DE03S DF05 DG09 EA02 EA17 3G093 AA01 BA19 BA20 BA21 BA22 CA02 CA04 DA03 DA07 DB05 DB15 EA05 EA15 EC01 3G301 HA07 HA19 JA21 KA04 KA07 KA28 LB02 LC01 MA24 NC01 NC02 NE23 PA07Z PE03Z PE10A PF01Z PF05Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 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、を備えた内燃機関の制御装置にお
   いて、 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。
2. 【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、 さらに、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を有し、 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検出
   された場合には、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。
3. 【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。
4. 【請求項４】 請求項３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。