JP3985355B2

JP3985355B2 - 内燃機関の動弁装置

Info

Publication number: JP3985355B2
Application number: JP23592898A
Authority: JP
Inventors: 正司勝間田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-08-21
Also published as: JP2000064861A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置に係り、特に、電磁駆動弁により構成された排気弁を備える直噴式内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平９−１９５７３６号に開示される如く、内燃機関の排気弁又は吸気弁として構成された電磁駆動弁が公知である。この電磁駆動弁は、弁体と共に変位するアーマチャと、アーマチャの両側に配設された電磁石と、アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネとを備えており、電磁石とバネ力とを協働させることにより弁体を開閉駆動する。電磁石の非通電時には、アーマチャはバネにより２つの電磁石の間の中立位置に保持されている。アーマチャが中立位置に保持された状態では、弁体を速やかに駆動することはできない。このため、上記従来の電磁駆動弁においては、内燃機関の始動時に、各電磁石に交互に通電し、アーマチャ及び弁体からなる可動部とスプリングとのバネ−質量系の固有振動を励起することにより、弁体を全閉位置又は全開位置に変位させ保持することとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関として、筒内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関が知られている。直噴式内燃機関においては、燃料噴射弁は燃焼室内に露出している。このため、燃料噴射弁が燃焼室内の高温及び高圧に晒されることで、燃料噴射弁のシール部に劣化が生じ易く、燃焼室内に燃料が漏れることがある。内燃機関の停止時に燃焼室に燃料が漏れると、漏れた燃料が燃焼室に蓄積することにより、燃料が過剰リッチの状態となる。この場合、燃焼室において燃料の点火が行われ難くなり、内燃機関の始動性が低下してしまう。しかしながら、上記従来の電磁駆動弁においては、直噴式内燃機関が有する上記の問題については何ら考慮されていない。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、直噴式内燃機関において、機関停止中の燃料の漏れに起因する始動性の低下を防止することが可能な内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、筒内に直接燃料を供給する内燃機関の動弁装置において、
少なくとも排気弁を電磁駆動弁により構成すると共に、
内燃機関の始動時に、前記排気弁を排気工程以外の工程においても開弁保持する始動時開弁制御を実行する制御手段を設け、
前記排気弁を構成する電磁駆動弁は、非通電時に開弁状態に保持され、
前記制御手段は、内燃機関の始動時に、前記電磁駆動弁のバネ−質量系の固有振動を励起することにより前記排気弁を全閉とする始動時全閉制御を実行すると共に、
前記始動時開弁制御は、前記内燃機関の始動開始後、所定期間が経過した時点で前記始動時全閉制御が実行される前まで行われ、スタータスイッチがオンされたときに、吸気弁を初期駆動により全閉とし、前記排気弁を半開に保持した状態でクランキングを開始することにより実行され、
前記始動時全閉制御は、前記クランキング開始後、前記筒内の燃料が排出されたときに、初期駆動により前記排気弁を全閉とすることにより実行される内燃機関の動弁装置により達成される。
【０００６】
本発明において、内燃機関の始動時に、排気弁は排気工程以外の工程においても開弁保持される。このため、内燃機関の停止時に筒内に漏れた燃料は、始動時の排気工程及び圧縮工程において、排気弁を経て排気側へ速やかに排出される。その結果、筒内において燃料が過剰リッチになることが防止され、これにより、内燃機関の始動性が向上する。
また、本発明によれば、排気弁を構成する電磁駆動弁は非通電時に開弁状態に保持されるため、電磁駆動弁通電することなく始動時開弁制御を実現することができる。このため、電磁駆動弁の消費電力が抑制される。
更に、本発明において、制御手段は、内燃機関の始動時に、電磁駆動弁のバネ−質量系の固有振動を励起することにより排気弁を全閉とする始動時全閉制御を実行する。上記の如く、排気弁を構成する電磁駆動弁は非通電状態で開弁状態に保持されるため、始動時全閉制御が実行される前は、排気弁は開弁されている。従って、内燃機関の始動開始後、所定期間が経過した時点で始動時全閉制御を実行することで、電磁駆動弁に通電することなく始動時開弁制御を実現することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載する如く、請求項１記載の内燃機関の動弁装置において、吸気弁を電磁駆動弁により構成することとしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である内燃機関のシステム構成図を示す。本実施例のシステムは電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１０により制御される。内燃機関は、シリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シリンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されている。内燃機関は複数のシリンダを備えている。図１は、複数のシリンダのうち一のシリンダ１４を表す。ウォータジャケット１６には水温センサ１８が配設されている。水温センサ１８はウォータジャケット１６内の冷却水の水温に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。ＥＣＵ１０は水温センサ１８の出力信号に基づいて水温を検出する。
【００１２】
シリンダ１４の内部にはピストン２０が配設されている。ピストン２０は、シリンダ１４の内部を、図１における上下方向に摺動することができる。シリンダブロック１２の上部には、シリンダヘッド２２が固定されている。シリンダヘッド２２には、各気筒毎に吸気ポート２４および排気ポート２６が形成されている。
【００１３】
シリンダヘッド２２の底面、ピストン２０の上面、およびシリンダ１４の側壁は、燃焼室２８を画成している。上述した吸気ポート２４および排気ポート２６は、共に燃焼室２８に開口している。吸気ポート２４の燃焼室２８側の開口端部、および、排気ポート２６の燃焼室２８側の開口端部には、それぞれバルブシート３０及び３２が形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド２２には電磁駆動弁３８及び４０が組み込まれている。電磁駆動弁３８は弁体４２を備えている。弁体４２は内燃機関の吸気弁として機能する。すなわち、弁体４２は、バルブシート３０に着座することにより吸気ポート２４と燃焼室２８との間を遮断し、また、バルブシート３０から離座することにより吸気ポート２４と燃焼室２８との間を導通させる。以下、弁体４２を吸気弁４２とも称す。一方、電磁駆動弁４０は弁体４４を備えている。弁体４４は内燃機関の排気弁として機能する。すなわち、弁体４４は、バルブシート３２に着座することにより排気ポート２６と燃焼室２８との間を遮断し、また、バルブシート３２から離座することにより排気ポート２６と燃焼室２８との間を導通させる。以下、弁体４４を排気弁４４とも称す。本実施例の内燃機関において、吸気弁４２及び排気弁４４は、各シリンダ１４にそれぞれ２つずつ設けられている。
【００１５】
燃焼室２８には燃料噴射弁４６の噴射口が露出している。燃料噴射弁４６は、例えばニードル弁体を備える電磁式の噴射弁である。燃料噴射弁４６には、高圧供給通路４８を介して高圧燃料ポンプ５０の吐出側が接続されている。燃料噴射弁４６はＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じて、弁体を弁座から離座させることにより、高圧燃料ポンプ５０から供給された燃料を燃焼室２８内へ噴射する。すなわち、本実施例の内燃機関は直噴式内燃機関として構成されている。高圧供給通路４８には、燃料噴射弁４６に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ５２が配設されている。
【００１６】
高圧燃料ポンプ５０の吸入側には、低圧供給通路５４を介して低圧燃料ポンプ５６が接続されている。低圧燃料ポンプ５６は燃料タンク５８の内部に配設されている。低圧燃料ポンプ５６は燃料タンク５８から高圧燃料ポンプ５０へ低圧の燃料を供給する。高圧燃料ポンプ５０にはレギュレータ６０が設けられている。レギュレータ６０には、燃料タンク５８へ到るリターン通路６２が接続されている。レギュレータ６０は、高圧燃料ポンプ５０の吐出圧が所定値を越えた場合に開弁することで、過剰な燃料をリターン通路６２を介して燃料タンク５８へ戻す。
【００１７】
内燃機関の燃焼室２８には、点火プラグ６４の先端が露出している。点火プラグ６４は、ＥＣＵ１０から点火信号を供給されることにより、燃焼室２８内の燃料に点火する。
内燃機関は吸気マニホールド６６を備えている。吸気マニホールド６６はサージタンク６８と各吸気ポート２４とを連通する複数の枝管を備えている。各枝管には、スワールコントロールバルブ７０が配設されている。
【００１８】
サージタンク６８の上流側には、スロットルバルブ７２が配設されている。スロットルバルブ７２はアクセルペダルに連動して作動するように構成されている。スロットルバルブ７２の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ７４が配設されている。スロットルバルブ７２の近傍には、また、アイドルスイッチ７６が配設されている。アイドルスイッチ７６は、スロットルバルブ７２が全閉状態となった場合にオン状態となるスイッチである。また、サージタンク６８には、吸気圧センサ７８が配設されている。スロットル開度センサ７４、アイドルスイッチ７６、及び吸気圧センサ７８はＥＣＵ１０に接続されている。
【００１９】
内燃機関の排気ポート２６には、排気管８０が連通している。排気管８０には、Ｏ₂センサ８２が配設されている。Ｏ₂センサ８２はＥＣＵ１０に接続されている。排気管８０には、触媒装置８４を介してマフラー８６が連通している。内燃機関から排出される排気ガスは、触媒装置８４によって浄化され、更にマフラー８６により消音された後大気中に排出される。
【００２０】
排気管８０には、また、ＥＧＲ通路８８の一端が連通している。ＥＧＲ通路８８の他端は上記したサージタンク６８に連通している。ＥＧＲ通路８８には、ＥＧＲバルブ９０が配設されている。
内燃機関にはクランク角センサ９２が設けられている。クランク角センサ９２の出力信号はＥＣＵ１０に供給されている。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ９２の出力信号に基づいて、クランク角ＣＡを検出する。内燃機関は、また、スタータモータ９４を備えている。スタータモータ９４の出力軸はクランクシャフトに連結されている。ＥＣＵ１０からスタータモータ９４に駆動信号が供給されることで、内燃機関のクランキングが行われる。
【００２１】
ＥＣＵ１０には、また、イグニッションスイッチ９６及びスタータスイッチ９８が接続されている。イグニッションスイッチ９６がオンされると、ＥＣＵ１０及びその他の電気部品に電源が供給される。また、後述する如く、スタータスイッチ９８がオンされると、その後、ＥＣＵ１０は所定のタイミングでスタータモータ９４を始動させる。
【００２２】
次に、電磁駆動弁３８及び４０の構成及び動作を説明する。なお、電磁駆動弁３８及び４０は、同一の構成を有しているため、それらの代表例として、電磁駆動弁４０について説明する。図２は、電磁駆動弁４０の全体構成を表す断面図である。
図２に示す如く、排気弁４４は弁軸１００に連結されている。弁軸１００はシリンダヘッド２２の内部に固定されたバルブガイド１０２により軸方向に変位可能に保持されている。電磁駆動弁４０は、また、弁軸１００の上端部に固定されたプランジャシャフト１０４を備えている。プランジャシャフト１０４は、非磁性材料で構成されたロッド状の部材である。プランジャシャフト１０４の下端部には、ロアリテーナ１０６が固定されている。ロアリテーナ１０６の下部にはロアスプリング１０８が配設されている。ロアスプリング１０８の下端は、シリンダヘッド２２に当接している。ロアスプリング１０８は、ロアリテーナ１０６およびプランジャシャフト１０４を、図２における上方へ向けて付勢している。
【００２３】
プランジャシャフト１０４の上端部には、アッパリテーナ１１０が固定されている。アッパリテーナ１１０の上面には、アッパースプリング１１２の下端部が当接している。アッパースプリング１１２の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ１１４が配設されている。アッパースプリング１１２の上端部は、アッパーキャップ１１４に螺着されたアジャストボルト１１５に当接している。アッパースプリング１１２は、アッパリテーナ１１０およびプランジャシャフト１０４を、図２における下方へ向けて付勢している。
【００２４】
プランジャシャフト１０４の外周には、プランジャ１１６が接合されている。プランジャ１１６は、軟磁性材料で構成された環状の部材である。プランジャ１１６の上方には、第１電磁コイル１１８及び第１コア１２０が配設されている。また、プランジャ１１６の下方には、第２電磁コイル１２２及び第２コア１２４が配設されている。第１コア１２０および第２コア１２４は、共に磁性材料で構成された部材である。プランジャシャフト１０４は、第１コア１２０および第２コア１２４の中央部に、軸方向に摺動可能に保持されている。
【００２５】
第１コア１２０および第２コア１２４の外周には、外筒１２６が配設されている。第１コア１２０および第２コア１２４は、両者間に所定の間隔が確保されるように、外筒１２６により保持されている。また、上述したアッパーキャップ１１４は、第１コア１２０の上端面に固定されている。上述したアジャスタボルト１１５は、プランジャ１１６の中立位置が第１コア１２０と第２コア１２４の中央となるように調整されている。
【００２６】
第１コイル１１８及び第２コイル１２２は、ＥＣＵ１０が備える駆動制御回路１２８に接続されている。ＥＣＵ１０は、駆動制御回路１２８により、所定のタイミングで第１コイル１１８及び第２コイル１２２に励磁電流を供給する。
電磁駆動弁４０において、プランジャ１１６が第１コア１２０に当接した状態では、排気弁４４はバルブシート３２に着座する。この状態は、第１電磁コイル１１８に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。以下、排気弁４４がバルブシート３２に着座した位置を、排気弁４４の全閉位置と称す。
【００２７】
排気弁４４が全閉位置に維持されている状態で、第１電磁コイル１１８に供給されていた励磁電流が遮断されると、プランジャ１１６に作用していた電磁力が消滅する。プランジャ１１６に作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング１１２に付勢されることにより、プランジャ１１６が図１における下方へ向けて変位する。プランジャ１１６の変位量が所定値に達した時点で、第２電磁コイル１２２に適当な励磁電流が供給されると、今度はプランジャ１１６を第２コア１２４側へ吸引する吸引力、すなわち、排気弁４４を図２において下方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２８】
プランジャ１１６に対して上記の吸引力が作用すると、プランジャ１１６は、排気弁４４と共に、ロアスプリング１０８の付勢力に抗して図２における下方へ向けて変位する。排気弁４４の変位は、プランジャ１１６が第２コア１２４と当接するまで継続する。以下、プランジャ１１６が第２コア１２４に当接した状態での排気弁４４の位置を全開位置と称す。この状態は、第２電磁コイル１２２に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。
【００２９】
排気弁４４が全開位置に維持されている状態で、第２電磁コイル１２２に供給されていた励磁電流が遮断されると、プランジャ１１６に作用していた電磁力が消滅する。プランジャ１１６に作用していた電磁力が消滅すると、ロアスプリング１０８に付勢されることにより、プランジャ１１６が図１における上方へ向けて変位する。プランジャ１１６の変位量が所定値に達した時点で、第１電磁コイル１１８に適当な励磁電流が供給されると、今度はプランジャ１１６を第１コア１２０側へ吸引する吸引力、すなわち、排気弁４４を図２において上方へ変位させる吸引力が発生する。
【００３０】
プランジャ１１６に対して上記の吸引力が作用すると、プランジャ１１６は、排気弁４４と共に、アッパスプリング１１２の付勢力に抗して図２における上方へ向けて変位する。排気弁４４の変位は、プランジャ１１６が第１コア１２０と当接するまで、すなわち、排気弁４４が全閉位置に達するまで継続する。
上述の如く、電磁駆動弁４０によれば、第１電磁コイル１１８に所定の励磁電流を供給することにより排気弁４４を全閉位置に向けて変位させることができると共に、第２電磁コイル１２２に所定の励磁電流を供給することにより排気弁４４を全開位置に向けて変位させることができる。従って、電磁駆動弁４０によれば、第１電磁コイル１１８と第２電磁コイル１２２とに交互に励磁電流を供給することにより、排気弁４４を、全開位置と全閉位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【００３１】
本実施例において、吸気弁４２を備える電磁駆動弁３８は、上述した電磁駆動弁４０と同様に作動する。従って、本実施例によれば、電磁駆動弁３８，４０がそれぞれ備える第１電磁コイル１１８および第２電磁コイル１２２に対して、適当なタイミングで交互に励磁電流をすることにより、吸気弁４２および排気弁４４を所要のタイミングで開閉駆動することができる。
【００３２】
上述の如く、本実施例の電磁駆動弁３８、４０において、弁体４２、４４が全閉位置から全開位置へ向けて変位する場合、弁体４２、４４はアッパスプリング１１２の付勢力により開弁側へ駆動され、適当なタイミングで第２電磁コイル１２２に通電されることにより、全開位置まで吸引される。また、弁体４２、４４が全開位置から全閉位置へ向けて変位する場合には、弁体４２、４４はロアスプリング１０８の付勢力により閉弁側へ駆動され、適当なタイミングで第１電磁コイル１１８に通電されることにより、全閉位置まで吸引される。従って、弁体４２、４４が全閉位置又は全開位置にある場合には、第１電磁コイル１１８又は第２電磁コイル１２２が発する電磁力とアッパスプリング１１２又はロアスプリング１０８が発する付勢力とを協働させることで、第１電磁コイル１１８及び第２電磁コイル１２２に供給すべき励磁電流を小さく抑制しつつ、弁体４２、４４を速やかに開閉駆動することができる。また、弁体４２、４４が全閉位置又は全開位置にある場合には、プランジャ１１６は第１コア１２０又は第２コア１２４に吸着されている。従って、弁体４２、４４を全閉位置又は全開位置に保持するために第１電磁コイル１１８又は第２電磁コイル１２２へ供給すべき励磁電流は小さく抑制されている。
【００３３】
このように、本実施例の電磁駆動弁３８、４０によれば、弁体４２、４４がいったん全閉位置又は全開位置まで移動されれば、その後は、小さな消費電力で弁体４２、４４を開閉駆動させ、あるいは、全閉位置又は全開位置に保持することができる。
しかしながら、イグニッションスイッチ９６がオフの状態では、電磁駆動弁３８、４０の第１電磁コイル１１８及び第２コイル１２２の何れにも通電されていない。従って、イグニッションスイッチ９６がオンされた時点では、弁体４２、４４はアッパスプリング１１２及びロアスプリング１０８により、全閉位置と全開位置との間の中立位置（以下、半開位置と称す）に保持されている。この半開位置では、プランジャ１１６と第１電磁コイル１１８及び第２電磁コイル１２２とが離間しており、かつ、プランジャに作用するアッパスプリング１１２及びロアスプリング１０８の付勢力は釣り合っている。このため、弁体４２、４４が半開位置にある場合には、何れのスプリングの付勢力も利用できない状態で、第１電磁コイル１１８及び第２電磁コイル１２２から離間したアーマチャ１１６を吸引しなければならず、弁体４２、４４を速やかに駆動することはできない。従って、内燃機関の円滑な始動を確保するためには、内燃機関を始動するにあたって、弁体４２、４４を半開位置から全閉位置又は全開位置まで変位させ、その位置に保持しておくことが必要である。
【００３４】
図３は、本実施例において、弁体４２、４４を半開位置から全閉位置又は全開位置まで駆動すべく第１電磁コイル１１８及び第２電磁コイル１２２に供給される励磁電流の２種類の波形パターンを示すタイムチャートである。図３において、（ａ）は励磁電流の第１の波形パターン（パターンＡ）を、（ｂ）は励磁電流の第２の波形パターン（パターンＢ）をそれぞれ示している。
【００３５】
図３（ａ）に示す如く、パターンＡの電流波形は、「０」と所定値Ｉ_iniとの間を所定の周期Ｔで変化するＮ_ini個のパルスを有し、最終的には「０」に保持されるパルス波形である。また、図３（ｂ）に示す如く、パターンＢの電流波形は、パターンＡより位相が１８０゜遅れた状態で、０と所定値Ｉ_iniとの間を所定の周期Ｔで変化するＮ_ini個のパルスを有し、最終的には所定の保持電流ＩH に保持されるパルス波形である。上記した所定の周期Ｔは、電磁駆動弁３８、４０の可動部（すなわち、プランジャ１１６，及び、弁体４２又は４４、弁軸１００、プランジャシャフト１０４、プランジャ１１６等のプランジャ１１６と一体に運動する部分）の質量と、アッパスプリング１１２及びロアスプリング１０８のばね定数によって定まるバネ−質量系の固有振動周期に等しい値に設定されている。また、パルス数Ｎ_iniは、後述する如く、プランジャ１１６の共振振動の振幅を、弁体４２、４４が全閉位置又は全開位置に達するまで増大させるのに十分な値に設定されている。
【００３６】
本実施例において、イグニッションスイッチがオンされた後、各電磁駆動弁３８、４０について、図３に示すタイミングで、パターンＡの励磁電流が第１電磁コイル１１８又は第２電磁コイル１２２の一方に付与され、パターンＢの励磁電流が第２電磁コイル１１８又は第２電磁コイル１２２の他方に付与される。このため、中立状態にあるアーマチャ１１６には開弁側へ向かう電磁力と、閉弁側へ向かう電磁力とが、交互にその固有振動周期に等しい周期Ｔで作用する。かかる電磁力がアーマチャ１１６に作用することで、アーマチャ１１６の固有振動が励起される。その結果、アーマチャ１１６の振動振幅は次第に増大し、弁体４２、４４が全開位置又は全閉位置に達する（すなわち、アーマチャ１１６が第１コア１２０又は第２コア１２４に当接する）ようになる。そして、最終的にはパターンＡの電流値がゼロに保持されると共に、パターンＢの電流値が保持電流ＩＨに保持されることで、アーマチャ１１６は、第１電磁コイル１１８及び第２電磁コイル１２２のうちパターンＢの励磁電流が供給された側の電磁コイルに吸引保持される。すなわち、弁体４２、４４は、パターンＢの励磁電流が何れの電磁コイルに付与されるかに応じて全閉位置又は全開位置に保持されることとなる。なお、本実施例において、上記の如く電磁駆動弁３８、４０の各電磁コイルにパターンＡ又はＢの励磁電流を供給することにより、弁体４２、４４を全閉位置又は全開位置まで変位させ保持するための処理を、以下、「初期駆動」と称す。
【００３７】
ところで、上述の如く、本実施例の内燃機関は直噴式内燃機関として構成されており、燃料噴射弁４６の噴射口は燃焼室２８内に露出している。燃焼室２８内は、吸気行程においては負圧となり、圧縮行程においては高圧となる。また、燃焼室２８は燃焼行程において高温状態となる。従って、燃料室２８に露出する燃料噴射弁４６は、大きな圧力変化及び大きな温度変化に晒される。このため、燃料噴射弁４６の弁体と弁座との間のシール性が劣化し易く、燃料が燃料噴射弁４６から燃焼室２８内に漏れる場合がある。
【００３８】
内燃機関の停止中に燃焼室２８に燃料が漏れると、この燃料は排出されることなく燃焼室２８に蓄積する。この場合、内燃機関の始動時には、燃焼室２８において燃料が過剰リッチとなることに起因して点火が生じ難くなり、内燃機関の始動性が低下してしまう。
これに対して、本実施例のシステムは、内燃機関の始動時に、燃焼室２８に蓄積した燃料を排出させることにより、内燃機関の始動性を向上し得る点に特徴を有している。以下、図４を参照して、本実施例の上記特徴部について説明する。
【００３９】
図４は、本実施例において、内燃機関の始動時に実現される吸気弁４２及び排気弁４４の開閉状態を示すタイムチャートである。図４に示すタイムチャートは、ＥＣＵ１０が所定のタイミングで、電磁駆動弁３８、４０の各電磁コイルに励磁電流を供給すると共にスタータモータ９４を始動させることにより実現される。なお、図４（及び、以下に示す同様のタイムチャート）において、クランキング開始後については、クランク角ＣＡの上死点（ＴＤＣ）及び下死点（ＢＤＣ）をそれぞれ実線及び破線の目盛りで示している。
【００４０】
図４では、時刻ｔ₀においてイグニッションスイッチ９６がオンされている。従って、時刻ｔ₀以前においては、電磁駆動弁３８、４０に通電されないため、上記の如く、吸気弁４２及び排気弁４４は共に半開位置に保持されている。
時刻ｔ₁において、スタータスイッチ９８がオンされると、吸気弁４２が初期駆動により全閉位置へ駆動され、一方、排気弁４４は半開位置に維持される。ＥＣＵ１０は、スタータスイッチ９８がオンされた直後にスタータモータ９４を始動させるのではなく、吸気弁４２が初期駆動により全閉位置まで変位した後のタイミングｔ₂において、スタータモータ９４を始動させる。このため、本実施例では、吸気弁４２が全閉位置に保持され、かつ、排気弁４４が半開位置に保持された状態で、クランキングが行われてピストン２０が上下動することになる。そして、ピストン２０が上向きに変位する際に、燃料噴射弁４６から漏れて燃焼室２８内に蓄積していた燃料が、排気弁４４を経て排気ポート２６側へ排出される。なお、吸気弁４２が全閉とされた後にクランキングが開始されることで、燃焼室２８内の燃料が吸気ポート２４側へ排出されることが防止されている。
【００４１】
ＥＣＵ１０は、クランキングの開始後、燃焼室２８内の燃料が十分に排出されたと判断される適当なタイミング（図４では時刻ｔ₃）で、排気弁４４を初期駆動により全閉位置へ変位させる。本実施例において、燃焼室２８内に蓄積した燃料を排出させるべく、内燃機関の始動時に、一定期間、吸気弁４２を全閉位置に保持しつつ排気弁４４を半開位置に保持する上記制御を、「始動時開弁制御」と称す。始動時開弁制御が終了すると、以後、クランク角ＣＡに同期して吸気弁４２及び排気弁４４が開閉されると共に、点火プラグ６４による点火、及び、燃料噴射弁４６による燃料噴射が行われることで、内燃機関が始動する。
【００４２】
なお、クランク角ＣＡに同期した吸気弁４２及び排気弁４４の開閉が開始される時点では、燃焼室２８内にある程度の量の燃料が存在していると考えられる。従って、燃料噴射弁４６による燃料噴射を、点火プラグ６４による点火が開始されるサイクルよりも後のサイクルで開始することとしてもよい。
上述の如く、本実施例では、燃焼室２８内で点火が行われる前に、始動時開弁制御により排気弁４４が半開位置に保持された状態でピストン２０が上下動することにより、内燃機関の停止時に燃焼室２８に漏出して蓄積した燃料を排気ポート２６側へ排出させることができる。すなわち、本実施例によれば、始動時開弁制御により排気弁４４を開弁保持することで、排気行程のみならず、圧縮行程においても燃料を排出させることができる。従って、本実施例のシステムによれば、内燃機関の始動時に燃焼室２８内に存在している燃料を速やかに排出させることができ、これにより、燃料が過剰リッチになることに起因して内燃機関の始動性が低下するのを防止することができる。
【００４３】
また、上述の如く、排気弁４４は、電磁駆動弁４０に通電されない状態で半開位置に保持される。すなわち、本実施例によれば、電磁駆動弁４０に通電することなく排気弁４４を半開位置に保持できるので、電磁駆動弁４０の消費電力を抑制しつつ始動時開弁制御を実現することができる。
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例のシステムは、図１〜図３に示すシステム構成において、内燃機関の始動時に吸気弁４２及び排気弁４４を図５に示すタイミングで開閉することにより実現される。
【００４４】
図５は、本実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁４２及び排気弁４４の開閉状態を示すタイムチャートである。図５において、上記図４の場合と同様に、時刻ｔ₀においてイグニッションスイッチ９６がオンされ、時刻ｔ₁において、スタータスイッチ９８がオンされている。本実施例においては、時刻ｔ₁においてスタータスイッチ９６がオンされると、吸気弁４２が初期駆動により全閉位置まで駆動されると同時に、排気弁４４が初期駆動により全開位置まで駆動される。そして、吸気弁４２が全閉位置に、排気弁４４が全開位置に、それぞれ達した後の時刻ｔ₂において、スタータモータ９４が始動され、クランキングが開始されることで、燃焼室２８内に蓄積した燃料が排気弁４４を経て排出される。そして、ＥＣＵ１０は、燃焼室２８内の燃料が十分に排出されたと判断されるタイミング（時刻ｔ₃）に達すると、以後、クランク角ＣＡに同期して吸気弁４２及び排気弁４４を開閉させると共に、点火プラグ６４による点火、及び、燃料噴射弁４６による燃料噴射を行うことで、内燃機関を始動させる。本実施例においては、燃焼室２８内に蓄積した燃料を排出させるべく、内燃機関の始動時に、一定期間、吸気弁４２を全閉位置に保持しつつ、排気弁４４を全開位置に保持する上記制御を、「始動時開弁制御」と称す。
【００４５】
上述の如く、本実施例では、始動時開弁制御は排気弁４４を全開とすることにより実現される。従って、本実施例によれば、始動時開弁制御において排気弁４４が半開位置に保持される上記第１実施例の場合と比較して、燃料の排出をより速やかに行うことができる。
次に、本発明の第３実施例について説明する。本実施例のシステムは上記図１〜図３に示すシステム構成において、内燃機関の始動時に吸気弁４２及び排気弁４４を図６に示すタイミングで開閉することにより実現される。
【００４６】
図６は、本実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁４２及び排気弁４４の開閉状態を示すタイムチャートである。図６において、上記図４及び図５の場合と同様に、時刻ｔ₀においてイグニッションスイッチ９６がオンされ、時刻ｔ₁において、スタータスイッチ９８がオンされている。本実施例では、時刻ｔ₁においてスタータスイッチ９８がオンされると、吸気弁４２は初期駆動により全閉位置へ駆動され、一方、排気弁４４は半開位置に保持される。そして、吸気弁４２が全閉位置に達した後の時刻ｔ₂において、スタータモータ９４が始動され、クランキングが開始される。その後、吸気弁４２はクランク角ＣＡに同期して吸気行程において開弁するよう開閉駆動され、一方、排気弁４４は引き続き半開位置に保持される。このため、上記第１実施例と同様に、排気弁４４が半開とされた状態でピストン２０が上下動することで、燃焼室２８に蓄積した燃料が排気弁４４から排気ポート２６側へ排出される。この場合、吸気弁４２が開弁されるのは吸気行程（すなわち、ピストン２０が下向きに変位する行程）であるため、吸気弁４２の開弁時に燃料が吸気ポート２４側に排出されることはない。
【００４７】
ＥＣＵ１０は、燃焼室２８内の燃料が十分に排出されたと判断されるタイミング（時刻ｔ₃）において、排気弁４４を初期駆動により全閉位置へ変位させる。以後、クランク角ＣＡに同期して吸気弁４２及び排気弁４４が開閉駆動されると共に、点火プラグ６４による点火、及び、燃料噴射弁４６による燃料噴射が行われることで、内燃機関が始動する。本実施例においては、燃焼室２８内に蓄積した燃料を排出すべく、内燃機関の始動時に、一定期間、吸気弁４２を開閉駆動しつつ排気弁４４を半開位置に保持する上記制御を、「始動時開弁制御」と称す。
【００４８】
上述の如く、本実施例においても、始動時開弁制御により排気弁４４が半開位置に保持されることによって、燃焼室２８に蓄積した燃料が排出されるため、内燃機関の始動性を向上することができる。また、本実施例では、吸気弁４２が吸気行程において開弁されるため、吸気弁４２が始動時開弁制御の実行中に全閉位置に保持される場合と比較して、始動時開弁制御の実行中のピストン２０の上下動に伴う燃焼室２８内の圧力変化が低減される。このため、本実施例では、始動時開弁制御の実行時における内燃機関の振動や騒音を小さく抑制することが可能となっている。
【００４９】
次に、本発明の第４実施例について説明する。本実施例のシステムは上記図１〜図３に示すシステム構成において、内燃機関の始動時に吸気弁４２及び排気弁４４を図７に示すタイミングで開閉することにより実現される。
図７は、本実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁４２及び排気弁４４の開閉状態を示すタイムチャートである。図７において、上記図４〜図６の場合と同様に、時刻ｔ₀においてイグニッションスイッチ９６がオンされ、時刻ｔ₁においてスタータスイッチ９８がオンされている。本実施例では、時刻ｔ₁においてスタータスイッチ９８がオンされると、排気弁４４が初期駆動により全開位置へ駆動され、その後、時刻ｔ₁'において、吸気弁４２が初期駆動により全閉位置へ駆動される。ただし、排気弁４４及び吸気弁４２の初期駆動を同時に実行してもよい。そして、排気弁４４が全開位置に、吸気弁４２が全閉位置に、それぞれ達した時刻ｔ₂において、クランキングが開始される。クランキングが開始されると、吸気弁４２はクランク角ＣＡに同期して吸気行程において開弁するよう開閉駆動され、一方、排気弁４４は引き続き全開位置に保持される。このため、上記第２実施例と同様に、排気弁４４が全開とされた状態でピストン２０が上下動することで、燃焼室２８に蓄積した燃料が排気弁４４から排気側へ排出される。この場合、上記第３実施例の場合と同様に、吸気弁４２が開弁されるのは吸気行程であるため、燃料が吸気弁４２を経て吸気ポート２４側に排出されることはない。
【００５０】
ＥＣＵ１０は、燃焼室２８内の燃料が十分に排出されたと判断されるタイミング（時刻ｔ₃）に達すると、以後、クランク角ＣＡに同期して吸気弁４２及び排気弁４４を開閉させると共に、点火プラグ６４による点火、及び、燃料噴射弁４６による燃料噴射を行うことで、内燃機関を始動させる。本実施例においては、燃焼室２８内に蓄積した燃料を排出すべく、内燃機関の始動時に、一定期間、吸気弁４２を開閉駆動しつつ排気弁４４を全開位置に保持する上記制御を、「始動時開弁制御」と称す。
【００５１】
本実施例においても、上記第１〜第３実施例と同様に、始動時開弁制御により、燃焼室２８において燃料が過剰リッチになることが防止されるため、内燃機関の始動性を向上することができる。また、本実施例では、上記第３実施例と同様に、吸気弁４２が吸気行程において開弁されることで、始動時開弁制御の実行中における内燃機関の振動や騒音を小さく抑制することが可能となっている。
【００５２】
なお、上記第３及び第４実施例では、それぞれ、始動時開弁制御の実行中の吸気行程において、吸気弁４２が開弁されることにより吸気ポート２４から燃焼室２８へ新気が吸入される。このため、始動時開弁制御の実行中に、排気ポート２６側へ排出された燃料が燃焼室２８へ吸い戻されることが防止される。これに対して、上記図４及び図５にそれぞれ対応する第１及び第２実施例では、始動時開弁制御の実行中は、吸気弁４２が閉弁位置に保持される。このため、始動時開弁制御の実行中に、排気ポート２６側へ排出された燃料が吸気行程において少量ながら排気ポート２６から燃焼室２８へ吸い戻されることも考えられる。しかし、燃料が排気ポート２６側から吸い戻される際には、燃料は多量の空気と混合されることで希薄化し、更に、燃焼室２８からの排出及び燃焼室２８への吸入が繰り返される過程で燃料が霧化するため、燃料の点火性は良好に維持される。従って、上記第１及び第２実施例において、排出された燃料が燃焼室２８に吸い戻されるとしても、それに起因して内燃機関の始動性が低下することはない。
【００５３】
また、上記第１〜第４実施例における始動時開弁制御では、同一気筒に設けられた２つの排気弁４４を共に半開位置又は全開位置に保持するものとしたが、これに限らず、一方の排気弁４４を半開位置に保持し、他方の排気弁４４を全開位置に保持することとしてもよい。上述の如く、排気弁４４を半開位置に保持する場合には、電磁駆動弁４０の消費電力が抑制されるという利益を得ることができ、一方、排気弁４４を全開位置に保持する場合には、燃焼室２８から燃料をより速やかに排出できるという利益を得ることができる。従って、同一気筒内の排気弁４４の全開及び半開の組み合わせは、これら２つの利益を勘案して定めればよい。同様に、同一気筒内に３以上の排気弁を備える内燃機関においては、同一気筒内の全ての排気弁を全開又は半開にしてもよく、あるいは、一部の排気弁を全開とし、他の排気弁を半開とすることとしてもよい。
【００５４】
なお、内燃機関によっては、高温状態で停止された場合に、燃焼室内に漏れた燃料が速やかに気化することで、燃料が過剰リッチになることに起因する始動性低下の問題が生じないものもある。従って、かかる内燃機関においては、水温が所定値以上の高温時には、上記の始動時開弁制御を行うことなく、スタータスイッチがオンされた後、直ちに点火を行うこととしてもよい。
【００５５】
なお、上記第１〜第４実施例においては、初期駆動により排気弁４４を全閉位置へ駆動する制御が請求項に記載した始動時全閉制御に相当し、また、ＥＣＵ１０が始動時開閉制御を実行し、また、初期駆動により排気弁４２を全閉位置へ駆動することにより請求項に記載した制御手段が実現されている。
【００５６】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１及び５記載の発明によれば、内燃機関の停止中に筒内に漏れた燃料を内燃機関の始動時に筒内から速やかに排出させることができるので、内燃機関の始動性を向上させることができる。
また、請求項２記載の発明によれば、始動時開弁制御において排気弁を全開とすることで、燃料を筒内からより速やかに排出させることができる。
【００５７】
更に、請求項３及び４記載の発明によれば、電磁駆動弁に通電することなく始動時開弁制御を実現できるので、電磁駆動弁の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本実施例のシステムが備える電磁駆動弁の全体構成を表す断面図である。
【図３】初期駆動において電磁駆動弁に供給される励磁電流のパターンを示す図である。
【図４】本実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁及び排気弁の開閉状態を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁及び排気弁の開閉状態を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第３実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁及び排気弁の開閉状態を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第４実施例において内燃機関の始動時に実現される吸気弁及び排気弁の開閉状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ＥＣＵ
３８、４０電磁駆動弁
４２弁体（吸気弁）
４４弁体（排気弁）

Claims

筒内に直接燃料を供給する内燃機関の動弁装置において、
少なくとも排気弁を電磁駆動弁により構成すると共に、
内燃機関の始動時に、前記排気弁を排気工程以外の工程においても開弁保持する始動時開弁制御を実行する制御手段を設け、
前記排気弁を構成する電磁駆動弁は、非通電時に開弁状態に保持され、
前記制御手段は、内燃機関の始動時に、前記電磁駆動弁のバネ−質量系の固有振動を励起することにより前記排気弁を全閉とする始動時全閉制御を実行すると共に、
前記始動時開弁制御は、前記内燃機関の始動開始後、所定期間が経過した時点で前記始動時全閉制御が実行される前まで行われ、スタータスイッチがオンされたときに、吸気弁を初期駆動により全閉とし、前記排気弁を半開に保持した状態でクランキングを開始することにより実行され、
前記始動時全閉制御は、前記クランキング開始後、前記筒内の燃料が排出されたときに、初期駆動により前記排気弁を全閉とすることにより実行されることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
前記吸気弁を電磁駆動弁により構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁装置。