JP2009156228A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動直後であっても、スロットル弁に付着する氷を速やかに溶解することができる内燃機関を提供する。
【解決手段】スロットル弁２０の開度を変更するステッピングモータ２０１には回転位置検出器２０２が組み込まれており、スロットル弁２０の開度は、回転位置検出器２０２によって検出される。制御コンピュータＣは、把握したエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、スロットル弁２０の開度θｙを指定してステッピングモータ２０１の回転位置を制御する。検出開度と指定開度とが一致しない場合、制御コンピュータＣは、排気弁２８の開閉タイミングを進角させるように、油圧供給調整機構４２を制御して排気側可変バルブタイミング機構４１の調整状態を規定する。これにより、燃焼室１１１内の既燃焼ガスが吸気ポート１２１を経由して吸気通路１８側へ吹き返される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼室に至る吸気通路上にスロットル弁が配設されている内燃機関に関する。

外気温度が低温の場合には、吸気通路内の空気に含まれる水分が氷結することがある。あるいは、排気ガスの一部を吸気通路へ還流させて排気ガスの浄化を行なう内燃機関では、還流排気ガス中に含まれる水分が、吸気通路内で低温の新気と混合し、氷結することがある。前述の氷結により、吸気通路上に配置されるスロットル弁、及びスロットル弁を収めた筐体をなすスロットルボディとの間に氷が付着すると、スロットル弁が固着し、適正に回動しなくなるおそれがある。

このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献１に開示のスロットル装置では、スロットルボディを外側パイプと内側パイプよりなる２重構造とし、ＥＧＲ通路の出口側が、外側パイプと内側パイプの間にてスロットル弁の全周にわたって設けられている。前記通路へ還流される排気ガスは、スロットルボディを暖めてスロットル弁に付着する氷を溶解するために利用される。
特開平１０−１６９４７４号公報

しかし、特許文献１に開示のスロットル装置では、エンジンの始動直後に、十分に機能するまでに時間がかかるという問題がある。具体的に詳述すると、エンジンの始動直後は、燃焼室より排出される排気ガスの温度自体が比較的低い。加えて、排気通路及びＥＧＲ通路をなす管路構造の壁面温度も低い為、排気通路及びＥＧＲ通路を経由して吸気通路に還流される迄に、排気ガス温度が更に低下する。このため、エンジン始動直後には前記通路へ還流された排気ガスの温度が低くなり、氷結によるスロットル弁の固着を解消するには時間が掛かる。

本発明は、内燃機関の始動直後であっても、スロットル弁に付着する氷を速やかに溶解することができる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は、燃焼室に至る吸気通路上にスロットル弁が配設されている内燃機関を対象とし、請求項１の発明は、前記燃焼室内の既燃焼ガスを前記吸気通路側へ吹き返す吹き返し手段と、前記スロットル弁の固着を検出する固着検出手段と、前記固着検出手段によって前記スロットル弁の固着が検出された場合には、前記吹き返し手段を吹き返し状態にして前記既燃焼ガスを前記吸気通路側へ吹き返すように制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。

燃焼室内の既燃焼ガスは高温であり、吸気通路側へ吹き返された既燃焼ガスの温度低下は少ない。そのため、内燃機関の始動直後であっても、スロットル弁に付着した氷は、速やかに溶解する。

好適な例では、前記固着検出手段は、前記スロットル弁の開度を指定する開度指定手段と、前記スロットル弁の開度を検出する開度検出手段とを備え、前記開度検出手段によって検出された検出開度が前記開度指定手段によって指定された指定開度に一致しない場合には、前記制御手段は、前記吹き返し手段を吹き返し状態にして前記既燃焼ガスを前記吸気通路側へ吹き返すように制御する。

検出された検出開度が指定された指定開度に一致しない場合には、吹き返し手段が吹き返し状態にされ、燃焼室内の既燃焼ガスが吸気通路側へ吹き返される。燃焼室内の既燃焼ガスは高温であり、吸気通路側へ吹き返された既燃焼ガスの温度低下は少ない。そのため、内燃機関の始動直後であっても、スロットル弁に付着した氷は、速やかに溶解する。

好適な例では、前記制御手段は、前記開度検出手段によって検出された検出開度が前記開度指定手段によって指定された指定開度に一致しない状態が所定時間継続した場合には、故障発生との判定を行なう。

ここにおける故障発生とは、氷結以外の原因によってスロットル弁が正常に動かなくなる場合のことを言う。このような判定は、氷結以外の原因による本来のスロットル弁の故障と、この故障とは異なる氷結によるスロットル弁の作動不良との区別を可能にする。

好適な例では、前記制御手段は、前記吹き返し手段が吹き返し状態にある場合には、エンジン停止をもたらさないためのフェイルセーフ制御を行なう。
フェイルセーフ制御は、運転者の操作（アクセルペダルの踏み込み操作）内容よりも、エンジンの稼働継続を優先する制御である。このようなフェイルセーフ制御を行なうことによって、スロットル弁が故障している場合にも、エンジンが停止してしまうことはない。

好適な例では、前記吹き返し手段は、前記燃焼室に通じる排気ポートを開閉する排気弁と、前記排気弁の開閉タイミングを調整可能な排気側可変バルブタイミング機構とを備えており、前記既燃焼ガスの吹き返しは、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気弁の閉タイミングを上死点より進角させることによって行われる。

排気弁の閉タイミングが燃焼室内に既燃焼ガスを閉じ込め可能な進角位置まで変更されると、吸気通路と燃焼室との間が連通したときには、燃焼室内に閉じ込められた既燃焼ガスの一部が吸気通路側へ吹き返される。排気側可変バルブタイミング機構は、吹き返し手段を構成する機構として好適である。

好適な例では、前記吹き返し手段は、前記燃焼室に通じる排気ポートを開閉する排気弁と、前記排気弁の開閉タイミングを調整可能な排気側可変バルブタイミング機構と、前記燃焼室に通じる吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを調整可能な吸気側可変バルブタイミング機構とを備えており、前記既燃焼ガスの吹き返しは、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気弁の閉タイミングを上死点より進角させ、且つ前記吸気側可変バルブタイミング機構によって前記吸気弁の開タイミングを上死点より遅角させることによって行われる。

吸気弁の開タイミングを遅角させると、排気弁の閉タイミングを進角させるのみの場合に比べて吹き返し直前の燃焼室内の圧力が低くなる。つまり、吸気弁の開タイミングの遅角を調整して吹き返し直前の燃焼室内の圧力を調整することができる。吹き返し直前の燃焼室内の圧力が低いほど、既燃焼ガスの吹き返し圧力が低くなる。

本発明の内燃機関は、内燃機関の始動直後であっても、スロットル弁に付着する氷を速やかに溶解することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図２（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１０（内燃機関）を構成するシリンダブロック４９は、複数の気筒１１〔図１（ａ）に示すように本実施形態では４つ〕を備えており、シリンダブロック４９に連結されたシリンダヘッド１２には気筒１１毎に燃料噴射ノズル１３が取り付けられている。

図１（ａ）に示すように、燃料は、燃料ポンプ１４及びコモンレール１５を経由して燃料噴射ノズル１３へ供給され、燃料噴射ノズル１３は、各気筒１１内に燃料を噴射する。
シリンダヘッド１２にはインテークマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１６には吸気管１７が接続されており、吸気管１７にはエアクリーナ１７１が接続されている。吸気管１７及びインテークマニホールド１６は、吸気通路１８を構成する。吸気管１７の途中には、上流側より、過給機１９のコンプレッサ部１９１、インタークーラ５０、スロットル弁２０が配設されている。過給機１９は、排気ガス流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャーであり、インタークーラ５０は、過給により昇温した吸気を、エンジン冷却水との熱交換で冷却する熱交換器である。

スロットル弁２０は、吸気通路１８に吸入される空気流量を調整するためのものである。スロットル弁２０は、ステッピングモータ２０１によって開度変更される。ステッピングモータ２０１は、制御コンピュータＣの制御を受ける。ステッピングモータ２０１には回転位置検出器２０２が組み込まれており、スロットル弁２０の開度θｘは、開度検出手段としての回転位置検出器２０２によって検出される。回転位置検出器２０２によって検出されたスロットル開度θｘの情報は、制御コンピュータＣに送られる。なお、スロットル弁２０の開度が最小の場合においても、スロットル弁２０が吸気管１７を完全に閉じてしまうことはない。つまり、スロットル弁２０の開度が最小の場合においても、空気は、スロットル弁２０の周囲を通過可能である。

シリンダヘッド１２にはエキゾーストマニホールド２１が接続されている。エキゾーストマニホールド２１には排気管２２が接続されている。排気管２２上にはパティキュレートフィルタ２３が介在されている。気筒１１から排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールド２１、排気管２２及びパティキュレートフィルタ２３を経由して大気に放出される。エキゾーストマニホールド２１、排気管２２及びパティキュレートフィルタ２３は、排気通路を構成する。

図２（ａ）に示すように、気筒１１にはピストン２４が往復動可能に収容されている。気筒１１内に燃焼室１１１を区画するピストン２４は、コネクティングロッド２５を介してクランク軸２６に連結されている。ピストン２４の往復運動は、コネクティングロッド２５を介してクランク軸２６の回転運動に変換される。

シリンダブロック４９に連結されたシリンダヘッド１２には吸気ポート１２１及び排気ポート１２２が形成されている。シリンダヘッド１２には吸気弁２７が吸気ポート１２１を開閉可能に設けられており、シリンダヘッド１２には排気弁２８が排気ポート１２２を開閉可能に設けられている。吸気ポート１２１にはインテークマニホールド１６の枝管が接続されており、排気ポート１２２にはエキゾーストマニホールド２１の枝管が接続されている。

シリンダヘッド１２の上方には吸気カム軸２９及び排気カム軸３０が配設されている。吸気カム軸２９には吸気カム３１が設けられており、排気カム軸３０には排気カム３２が設けられている。吸気カム３１は、吸気カムレバー３３を駆動可能であり、排気カム３２は、排気カムレバー３４を駆動可能である。

吸気通路１８内の空気は、ピストン２４が上死点から下死点に向かう行程の時に吸気ポート１２１が開いていると、燃焼室１１１へ吸入される。燃焼室１１１内の空気（新気）は、ピストン２４が下死点から上死点に向かう行程の時に吸気弁２７が吸気ポート１２１を閉じていると共に、排気弁２８が排気ポート１２２を閉じていると、圧縮される。ピストン２４が下死点から上死点に向かう圧縮行程においてピストン２４が上始点付近に達すると、燃料噴射ノズル１３から燃料が燃焼室１１１内の圧縮された高温の空気中に噴射される。圧縮された高温の空気中に噴射された燃料は、順次燃焼し、ピストン２４が上死点から下死点へと向かう。

燃焼室１１１内の既燃焼ガスは、ピストン２４が下死点から上死点に向かう行程の時に排気弁２８が排気ポート１２２を開いていると、エキゾーストマニホールド２１へ排出される。

制御コンピュータＣには、クランク角度検出器３５、アクセルセンサ３６、圧力検出器３７、エアフロメータ３８、水温検出器３９及び警告ランプ４０が信号接続されている。
クランク角度検出器３５は、クランク軸２６の回転角度（クランク角度）を検出する。クランク角度検出器３５によって検出されたクランク角度情報は、制御コンピュータＣへ送られる。制御コンピュータＣは、クランク角度検出器３５によって検出されたクランク角度の情報に基づいて、エンジン回転数を算出する。

アクセルセンサ３６は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出する。アクセルセンサ３６によって検出された踏み込み量検出情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、踏み込み量検出情報及びエンジン回転数情報に基づいて、燃料噴射ノズル１３における燃料噴射量を算出して制御する。制御コンピュータＣは、算出した燃料噴射量をエンジン負荷として把握する。又、制御コンピュータＣは、把握したエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて、スロットル弁２０の開度θｙを指定してステッピングモータ２０１の回転位置を制御する。つまり、制御コンピュータＣは、スロットル弁２０の開度が指定された開度θｙとなるようにステッピングモータ２０１の回転位置を制御する。クランク角度検出器３５、アクセルセンサ３６及び制御コンピュータＣは、スロットル弁２０の開度を指定する開度指定手段を構成する。

圧力検出器３７は、インテークマニホールド１６内の圧力（過給圧）を検出する。圧力検出器３７によって検出された過給圧の情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、エンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて、予め設定されたマップから目標過給圧を決定する。制御コンピュータＣは、圧力検出器３７によって検出される過給圧が目標過給圧になるように、過給機１９のタービン部１９２におけるベーン開度を制御する。

エアフロメータ３８は、吸気通路１８を流れる吸気の流量を検出する。エアフロメータ３８によって得られた吸気流量情報は、制御コンピュータＣへ送られる。制御コンピュータＣは、エアフロメータ３８によって得られた吸気流量情報、圧力検出器３７によって検出された過給圧情報、エンジン回転数情報等に基づいて、燃料噴射ノズル１３における最大燃料噴射量を制限する。

水温検出器３９は、エンジンを冷却するための冷却水の温度を検出する。制御コンピュータＣは、水温検出器３９によって得られた水温情報に基づいて暖機が完了したか否かを判断する。

図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、排気カム軸３０の端部側には公知の油圧式の排気側可変バルブタイミング機構４１が設けられている。排気側可変バルブタイミング機構４１は、クランク軸２６の回転駆動力を排気カム軸３０に伝達し、かつ油圧によって排気カム軸３０の回転位相を変更可能な構成となっている。

排気側可変バルブタイミング機構４１には油圧供給調整機構４２が油圧通路を介して接続されている。油圧供給調整機構４２は、排気カム軸３０の回転位相を調整している排気側可変バルブタイミング機構４１の調整状態を規定する。油圧供給調整機構４２は、制御コンピュータＣの制御を受ける。

吸気弁２７は、図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）に曲線Ｄ１で示す開閉タイミングで駆動される。排気弁２８は、例えば図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）に曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３で示す開閉タイミングで駆動される。これらの曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３で示す排気弁２８の開閉タイミングは、油圧供給調整機構４２を制御して排気側可変バルブタイミング機構４１の調整状態を規定することによってもたらされる。

排気弁２８が例えば図２（ｂ）に曲線Ｅ１で示す開閉タイミングで駆動される状態では、ピストン２４が上死点に達する前に排気弁２８が排気ポート１２２を閉じることはなく、既燃焼ガスが燃焼室１１１内に閉じ込められることはない。

排気弁２８が例えば図２（ｂ）に曲線Ｅ２で示す開閉タイミングで駆動される状態では、ピストン２４が上死点に達する前に排気弁２８が排気ポート１２２を閉じ、既燃焼ガスの一部が燃焼室１１１内に閉じ込められる。この場合の既燃焼ガスの閉じ込めは、窒素酸化物の発生を抑制するために行われるものである。以下においては、エンジン負荷とエンジン回転数との組（エンジン運転状態）に応じて行われる既燃焼ガスの閉じ込めを含む制御を「通常の内部ＥＧＲ制御」と言うことにする。通常の内部ＥＧＲ制御を行なうための排気弁２８の開閉タイミングは、運転状態を表すエンジン負荷とエンジン回転数との組に応じて予め特定されている。通常の内部ＥＧＲ制御は、暖機が完了した後に遂行される。

図３は、燃焼室１１１内の既燃焼ガスを吸気通路１８側へ吹き返す制御を行なう吹き返し制御プログラムを示すフローチャートであり、制御コンピュータＣは、図３のフローチャートで示す吹き返し制御プログラムに基づいて吹き返し制御を行なう。以下、図３に示すフローチャートに基づいて吹き返し制御を説明する。

制御コンピュータＣは、指定される開度θｙと、回転位置検出器２０２によって検出されたスロットル弁２０の開度θｘとが一致するか否かの判断を行なっている（ステップＳ１）。θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αである場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１の判断を繰り返す。αは、許容誤差を表し、本実施形態では、θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αである場合は、検出開度θｘが指定開度θｙに一致するものと見なされる。

θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、排気弁２８の開閉タイミングを進角させるように、油圧供給調整機構４２を制御して排気側可変バルブタイミング機構４１の調整状態を規定する（ステップＳ２）。ステップＳ２におけるＮＯの判断は、検出開度θｘと指定開度θｙとが一致しないという判断である。図２（ｄ）における曲線Ｅ３は、排気弁２８の進角された開閉タイミングを表し、排気弁２８の閉タイミングが上死点より進角されている。排気弁２８の開閉タイミングが曲線Ｅ３で示すように進角されると、ピストン２４が上死点に達する前に排気弁２８が排気ポート１２２を閉じ、既燃焼ガスの一部が燃焼室１１１内に閉じ込められる。吸気弁２７は、図２（ｄ）に曲線Ｄ１で示すように吸気ポート１２１を開閉し、吸気ポート１２１が開かれると、燃焼室１１１内の既燃焼ガスが吸気ポート１２１を経由して吸気通路１８側へ吹き返される。吸気通路１８側へ吹き返された既燃焼ガスは、スロットル弁２０付近を暖める。

排気側可変バルブタイミング機構４１及び排気弁２８は、燃焼室１１１内の既燃焼ガスを吸気通路１８側へ吹き返す吹き返し手段を構成する。排気弁２８の開閉タイミングが曲線Ｅ３で示すように進角された状態は、吹き返し手段の吹き返し状態である。

制御コンピュータＣは、ステップＳ１のＮＯの判断から所定時間ｔが経過したか否かを判断している（ステップＳ３）。所定時間ｔが経過した場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、指定開度θｙと検出開度θｘとが一致するか否かの判断を行なう（ステップＳ４）。θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合（ステップＳ４においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、警告ランプ４０を点灯させる（ステップＳ５）。所定時間ｔが経過した後においてもθｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない状況は、氷結が原因ではないスロットル弁２０の固着（スロットル弁２０の故障）の発生を示している。ステップＳ４におけるＮＯの判断は、氷結が原因ではないスロットル弁２０の故障発生の判定であり、制御コンピュータＣは、検出開度θｘが指定開度θｙに一致しない状態が所定時間ｔ継続した場合には、故障発生との判定を行なう。

θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αである場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、通常制御へ移行（ステップＳ６）すると共に、ステップＳ１へ移行する。所定時間ｔが経過した後にθｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αである状況は、氷結が原因であるスロットル弁２０の固着の発生を示している。ステップＳ４におけるＹＥＳの判断は、氷結が原因であるスロットル弁２０の固着発生の判定である。通常制御とは、図２（ｂ）あるいは図２（ｃ）のタイミングチャートで示す排気弁２８の開閉タイミング制御のことである。

前記した開度検出手段及び前記した開度指定手段は、スロットル弁２０の固着を検出する固着検出手段を構成する。開度指定手段を構成する制御コンピュータＣは、開度検出手段によって検出された検出開度θｘが開度指定手段によって指定された指定開度θｙに一致しない場合には、吹き返し手段を吹き返し状態にして既燃焼ガスを吸気通路１８側へ吹き返すように制御する制御手段である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）検出開度θｘが指定開度θｙに一致しない場合には、燃焼室１１１内の既燃焼ガスが吸気通路１８側へ吹き返される。燃焼室１１１内の既燃焼ガスは高温であり、吸気通路１８側へ吹き返された既燃焼ガスの温度低下は少ない。そのため、スロットル弁２０に付着している氷は、速やかに溶解する。

（２）エンジン始動直後においても燃焼室１１１内の既燃焼ガスは高温であり、吸気通路１８側へ吹き返された既燃焼ガスの温度低下は少ない。そのため、エンジン停止中にスロットル弁２０に付着した氷も、速やかに溶解する。

（３）検出開度θｘが指定開度θｙに一致しない状況が所定時間ｔ続く場合には、制御コンピュータＣは、故障発生との判定を行なう。ここにおける故障発生とは、氷以外の異物がスロッットル弁に付着してスロットル弁が正常に動かなくなったり、ステッピングモータ２０１の故障によってスロットル弁が正常に動かなくなる場合のことを言う。氷以外の異物としては、例えば、過給機が用いられている内燃機関であれば、過給機から洩れ出た油が付着して固化したものや、排気ガスの一部が吸気通路に還流される内燃機関であれば、排気ガス中の煤が付着して固化したもの等が挙げられる。

このような判定は、前記した異物の付着あるいはステッピングモータ２０１の故障に起因する本来のスロットル弁２０の故障と、この故障とは異なる氷結によるスロットル弁２０の作動不良との区別を可能にする。従って、制御コンピュータＣは、本来のスロットル弁２０の故障が発生したときにのみ警告ランプ４０を点灯させるため、氷結に起因する警告ランプ４０の誤作動は生じない。

（４）排気ガス浄化のために使用される排気側可変バルブタイミング機構４１は、吹き返し手段を構成する機構として好適である。
次に、図４のフローチャートで示す第２の実施形態を説明する。装置構成は、第１の実施形態と同じである。第１の実施形態におけるフローチャートと同じステップは、同じ符合を付し、その詳細説明は省略する。

ステップＳ１においてＮＯの場合（θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合）、制御コンピュータＣは、フェイルセーフ制御へ移行する（ステップＳ２ａ）。ここにおけるフェイルセーフ制御は、運転者の操作（アクセルペダルの踏み込み操作）内容よりも、エンジンの稼働継続を優先する制御であり、例えば、アクセルペダルの踏み込み操作に関係なく、燃料噴射量を所定量以下に制限したり、可変ノズル式ターボチャージャー型の過給機１９のタービン部１９２におけるベーン開度を全開にして過給圧を減らす制御である。前記所定量は、エアフロメータ３８によって検出された吸気流量に応じて予め特定されている最大燃料噴射量である。

ステップＳ４においてＮＯの場合（θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合）、制御コンピュータＣは、フェイルセーフ制御を継続する（ステップＳ５ｂ）。ここにおけるフェイルセーフ制御は、ステップＳ２ａにおけるフェイルセーフ制御と、通常の内部ＥＧＲ制御を中止する制御とを含む。θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αである場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、フェイルセーフ制御を解除して通常制御へ移行（ステップＳ６ｅ）すると共に、ステップＳ１へ移行する。ステップＳ２ａにおけるフェイルセーフ制御は、検出開度θｘが指定開度θｙに一致しない状態が継続している間は行われる。つまり、制御コンピュータＣは、吹き返し手段が吹き返し状態にある場合にはステップＳ２ａにおけるフェイルセーフ制御を行なう。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。又、フェイルセーフ制御を行なうことによって、氷結状態におけるスロットル弁２０の作動不良が生じている場合、あるいはスロットル弁２０が故障している場合にも、エンジンが停止してしまうことはない。

次に、図５及び図６の第３の実施形態を説明する。図５においては第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、図６においては第２の実施形態のフローチャートと同じステップには同じ符合を用い、それらの詳細説明は省略する。

図５（ａ）に示すように、吸気カム軸２９の端部側には公知の油圧式の吸気側可変バルブタイミング機構４３が設けられている。吸気側可変バルブタイミング機構４３は、クランク軸２６の回転駆動力を吸気カム軸２９に伝達し、かつ油圧によって吸気カム軸２９の回転位相を変更可能な構成となっている。吸気側可変バルブタイミング機構４３には油圧供給調整機構４４が油圧通路を介して接続されている。油圧供給調整機構４４は、吸気カム軸２９の回転位相を調整している吸気側可変バルブタイミング機構４３の調整状態を規定する。油圧供給調整機構４４は、制御コンピュータＣの制御を受ける。

排気弁２８は、例えば図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３で示す開閉タイミングで駆動される。これらの曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３で示す排気弁２８の開閉タイミングは、油圧供給調整機構４２を制御して排気側可変バルブタイミング機構４１の調整状態を規定することによってもたらされる。吸気弁２７は、例えば図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に曲線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で示す開閉タイミングで駆動される。これらの曲線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で示す吸気弁２７の開閉タイミングは、油圧供給調整機構４４を制御して吸気側可変バルブタイミング機構４３の調整状態を規定することによってもたらされる。

吸気弁２７が例えば図５（ｂ）に曲線Ｄ２で示す開閉タイミングで駆動される状態では、ピストン２４が上死点に達する前に排気弁２８が排気ポート１２２を閉じ、ピストン２４が上死点に達してから下死点に向かっている途中に吸気弁２７が吸気ポート１２１を開く。従って、既燃焼ガスの一部が燃焼室１１１内に閉じ込められ、閉じ込められた既燃焼ガスの一部が吸気通路１８側へ吹き返される。この場合の既燃焼ガスの閉じ込め及び吹き返しは、窒素酸化物の発生を抑制するために行われるものである。以下においては、エンジン負荷とエンジン回転数との組（エンジン運転状態）に応じて行われる既燃焼ガスの閉じ込め及び吹き返しを含む制御を「通常の内部ＥＧＲ制御」と言うことにする。

図６のフローチャートにおけるステップＳ１においてＮＯの場合（θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合）、制御コンピュータＣは、フェイルセーフ制御へ移行する（ステップＳ２ａ）。そして、制御コンピュータＣは、排気弁２８の開閉タイミングを進角させるように、油圧供給調整機構４２を制御して排気側可変バルブタイミング機構４１の調整状態を規定し、且つ吸気弁２７の開閉タイミングを遅角させるように、油圧供給調整機構４４を制御して吸気側可変バルブタイミング機構４３の調整状態を規定する（ステップＳ２ｅ）。

図５（ｄ）における曲線Ｄ３は、吸気弁２７の遅角された開閉タイミングを表す。吸気弁２７の開タイミングが曲線Ｄ３で示すように上死点より遅角されると、ピストン２４が上死点に達してから下死点に向かっている途中に吸気弁２７が吸気ポート１２１を開く。従って、燃焼室１１１内の既燃焼ガスは、ピストン２４が上死点に達してから下死点に向かっている途中から吸気ポート１２１を経由して吸気通路１８側へ吹き返し開始される。吸気通路１８側へ吹き返された既燃焼ガスは、スロットル弁２０付近を暖める。

排気側可変バルブタイミング機構４１、吸気側可変バルブタイミング機構４３、排気弁２８及び吸気弁２７は、燃焼室１１１内の既燃焼ガスを吸気通路１８側へ吹き返す吹き返し手段を構成する。排気弁２８の閉タイミングが曲線Ｅ３で示すように上死点より進角され、且つ吸気弁２７の開タイミングが曲線Ｄ３で示すように上死点より遅角された状態は、吹き返し手段の吹き返し状態である。

制御コンピュータＣは、ステップＳ２ｅに続いてステップＳ４の判断を行なう。ステップＳ４においてＮＯの場合（θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合）、制御コンピュータＣは、所定時間ｔが経過している場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）には、警告ランプ４０を点灯させる（ステップＳ５）。つまり、制御コンピュータＣは、検出開度θｘが指定開度θｙに一致しない状態が所定時間ｔ継続した場合には、故障発生との判定を行なう。

ステップＳ４においてＹＥＳの場合（θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αである場合）、制御コンピュータＣは、フェイルセーフ制御を解除すると共に、通常制御へ移行（ステップＳ６ｅ）する。つまり、制御コンピュータＣは、吹き返し手段が吹き返し状態にある場合には、エンジン停止をもたらさないためのフェイルセーフ制御を行なう。

第３の実施形態では第２の実施形態と同様の効果が得られる。又、第３の実施形態では、吸気弁２７の開タイミングを調整できるため、吸気弁２７の開タイミングの遅角を調整して吹き返し直前時の燃焼室１１１内の圧力を調整することができる。つまり、吸気弁２７の開タイミングを遅角させれば、排気弁２８の閉タイミングを進角させるのみの場合に比べて吹き返し直前の燃焼室１１１内の圧力が低くなる。従って、既燃焼ガスの吹き返し量が第１，２の実施形態の場合と同じであっても、吸気通路１８側へ吹き返される既燃焼ガスの吹き返し圧力を低減するように調整することができる。これは、既燃焼ガスの吹き返しによって煤がスロットル弁２０に付着しないように吹き返し圧力を適正に制御できることを意味する。

次に、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図７（ｂ）に示すように、吸気カム軸２９には２度開き吸気カム４５及び吸気カム３１が設けられている。吸気カム３１は、吸気カムレバー３３を駆動可能であり、２度開き吸気カム４５は、２度開き吸気カムレバー４６を駆動可能である。吸気カム軸２９、吸気カム３１、吸気カムレバー３３、２度開き吸気カム４５及び２度開き吸気カムレバー４６は、吸気側可変動弁機構４７を構成する。２度開き吸気カムレバー４６は、吸気カムレバー３３から切り離し可能である。

図７（ａ）に示すように、吸気側可変動弁機構４７には油圧供給調整機構４８から油圧が供給可能である。油圧供給調整機構４８は、制御コンピュータＣの制御を受ける。油圧供給調整機構４８から吸気側可変動弁機構４７へ油圧が供給されると、２度開き吸気カムレバー４６が吸気カムレバー３３に連結され、２度開き吸気カムレバー４６は、２度開き吸気カム４５によって駆動される。図７（ｃ）における曲線Ｄ４，Ｄ１は、２度開き吸気カムレバー４６が吸気カムレバー３３に連結された状態で２度開き吸気カムレバー４６が駆動されたときの、吸気弁２７の開閉タイミングの一例を示す。

吸気弁２７が曲線Ｄ４，Ｄ１で示す開閉タイミングで開閉されると、ピストン２４が上死点に達する前に吸気弁２７が吸気ポート１２１を一旦開き、燃焼室１１１内の既燃焼ガスの一部が吸気通路１８側へ吹き返される。吸気通路１８側へ吹き返された既燃焼ガスは、スロットル弁２０付近を暖める。

２度開き吸気カム４５と２度開き吸気カムレバー４６とによって吸気弁２７が曲線Ｄ４，Ｄ１で示す開閉タイミングで開閉されるのは、図３，４，６のフローチャートにおけるステップＳ１におけるＮＯの場合（θｙ−α≦θｘ≦θｙ＋αでない場合）のときである。

吸気側可変動弁機構４７及び吸気弁２７は、燃焼室１１１内の既燃焼ガスを吸気通路１８側へ吹き返す吹き返し手段を構成する。曲線Ｄ４，Ｄ１で示すように吸気弁２７が吸気ポート１２１を２度開きする状態は、吹き返し手段の吹き返し状態である。

油圧供給調整機構４８から吸気側可変動弁機構４７へ油圧供給が停止されると、２度開き吸気カムレバー４６が吸気カムレバー３３から切り離される。これにより、２度開き吸気カムレバー４６が空揺動し、吸気カムレバー３３は、吸気カム３１によって駆動される。図７（ｃ）における曲線Ｄ１は、吸気カムレバー３３が駆動されたときの、吸気弁２７の開閉タイミングでもある。

第４の実施形態では、第１の実施形態における（１）〜（３）項と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。

○図３，４のフローチャートにおけるステップＳ２あるいは図６のフローチャートにおけるステップＳ２ｅから所定時間ｔ経過した後においても検出開度θｘと指定開度θｙとが一致しない場合には、スロットル弁２０の故障と判定するようにしてもよい。

○外部ＥＧＲ可能な内燃機関においては、フェイルセーフ制御は、外部ＥＧＲの遂行を中止する制御を含むようにしてもよい。
○排気側可変バルブタイミング機構及び吸気側可変バルブタイミング機構を電動モータによって駆動するようにしてもよい。

○スロットル弁２０を駆動するステッピングモータにおける電流の異常を検出してスロットル弁２０の固着を検出するようにした固着検出手段も可能である。
○燃料噴射ノズルを備えたガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

前記した実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〔１〕前記吹き返し手段は、吸気側可変動弁機構である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、内燃機関の概略構成図。（ｂ）は、排気側可変バルブタイミング機構を示す部分平面図。 （ａ）は、内燃機関の側断面図。（ｂ）は、通常運転時における排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。（ｃ）は、通常の内部ＥＧＲ制御時における排気弁及び吸入弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。（ｄ）は、吹き返し制御時における排気弁及び吸入弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。 吹き返し制御プログラムを示すフローチャート。 第２の実施形態を示す吹き返し制御プログラムを示すフローチャート。 第３の実施形態を示し、（ａ）は、内燃機関の側断面図。（ｂ）は、通常運転時における排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。（ｃ）は、通常の内部ＥＧＲ制御時における排気弁及び吸入弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。（ｄ）は、吹き返し制御時における排気弁及び吸入弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。 吹き返し制御プログラムを示すフローチャート。 第４の実施形態を示し、（ａ）は、部分平断面図。（ｂ）は、吸気側可変動弁機構を示す斜視図。（ｃ）は、吹き返し制御時における排気弁及び吸入弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…内燃機関としてのディーゼルエンジン。１１１…燃焼室。１２１…吸気ポート。１２２…排気ポート。１８…吸気通路。２０…スロットル弁。２０２…開度検出手段としての回転位置検出器。２７…吹き返し手段を構成する吸気弁。２８…吹き返し手段を構成する排気弁。３５…開度指定手段を構成するクランク角度検出器。３６…開度指定手段を構成するアクセルセンサ。４１…吹き返し手段を構成する排気側可変バルブタイミング機構。４３…吹き返し手段を構成する吸気側可変バルブタイミング機構。Ｃ…開度指定手段を構成する制御手段としての制御コンピュータ。ｔ…所定時間。θｘ…検出開度。θｙ…指定開度。

Claims (6)

1. 燃焼室に至る吸気通路上にスロットル弁が配設されている内燃機関において、
   前記燃焼室内の既燃焼ガスを前記吸気通路側へ吹き返す吹き返し手段と、
   前記スロットル弁の固着を検出する固着検出手段と、
   前記固着検出手段によって前記スロットル弁の固着が検出された場合には、前記吹き返し手段を吹き返し状態にして前記既燃焼ガスを前記吸気通路側へ吹き返すように制御する制御手段とを備えた内燃機関。
2. 前記固着検出手段は、前記スロットル弁の開度を指定する開度指定手段と、前記スロットル弁の開度を検出する開度検出手段とを備え、前記開度検出手段によって検出された検出開度が前記開度指定手段によって指定された指定開度に一致しない場合には、前記制御手段は、前記吹き返し手段を吹き返し状態にして前記既燃焼ガスを前記吸気通路側へ吹き返すように制御する請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御手段は、前記開度検出手段によって検出された検出開度が前記開度指定手段によって指定された指定開度に一致しない状態が所定時間継続した場合には、故障発生との判定を行なう請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記制御手段は、前記吹き返し手段が吹き返し状態にある場合には、エンジン停止をもたらさないためのフェイルセーフ制御を行なう請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記吹き返し手段は、前記燃焼室に通じる排気ポートを開閉する排気弁と、前記排気弁の開閉タイミングを調整可能な排気側可変バルブタイミング機構とを備えており、前記既燃焼ガスの吹き返しは、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気弁の閉タイミングを上死点より進角させることによって行われる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記吹き返し手段は、前記燃焼室に通じる吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを調整可能な吸気側可変バルブタイミング機構とを備えており、前記既燃焼ガスの吹き返しは、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気弁の閉タイミングを上死点より進角させ、且つ前記吸気側可変バルブタイミング機構によって前記吸気弁の開タイミングを上死点より遅角させることによって行われる請求項５に記載の内燃機関。

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