JP2001132484A - 内燃機関の可変気筒制御装置 - Google Patents

内燃機関の可変気筒制御装置

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JP2001132484A
JP2001132484A JP31455299A JP31455299A JP2001132484A JP 2001132484 A JP2001132484 A JP 2001132484A JP 31455299 A JP31455299 A JP 31455299A JP 31455299 A JP31455299 A JP 31455299A JP 2001132484 A JP2001132484 A JP 2001132484A
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intake
stroke
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変気筒制御システムにおいて、エミッショ
ン及びエンジン振動を悪化させることなく、燃費を効果
的に向上できるようにする。 【解決手段】 減筒運転中の休止気筒では、吸気弁１３
を全行程（吸気・圧縮・爆発・排気行程）で閉弁状態に
維持すると共に、排気弁１５を排気行程と吸気行程で開
弁し、圧縮行程と爆発行程で閉弁する。これにより、減
筒運転中の休止気筒では、排気ポート１４から圧力の高
い排ガスを筒内に吸入して圧縮・膨脹させた後、排気ポ
ート１４から排出する。全気筒運転から減筒運転に移行
する際には、休止気筒となる気筒ヘの最後の燃料噴射か
ら１燃焼サイクルが経過した後の吸気行程から減筒運転
の吸排気弁制御を開始する。また、減筒運転から全気筒
運転に移行する際には、休止気筒となっていた気筒ヘの
燃料噴射を開始した直後の吸気行程から全気筒運転の吸
排気弁制御を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン運転状態
に応じて一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒
で内燃機関を運転する減筒運転を行う内燃機関の可変気
筒制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エンジンの燃費を向上させる
ために、エンジン負荷が比較的小さい時に、一部の気筒
への燃料噴射を休止して残りの気筒でエンジンを運転す
るいわゆる減筒運転を行うようにしたものがある。この
ような可変気筒制御システムを搭載したエンジンでは、
図７に示す従来技術（１）のように、減筒運転中に、燃
料噴射が休止された気筒（休止気筒）の吸気弁１と排気
弁２を、全気筒運転と同じパターンで開閉動作させるよ
うにしたものが実用化されている。
【０００３】しかし、休止気筒の吸気弁１と排気弁２を
全気筒運転と同じパターンで開閉動作させると、休止気
筒では、吸気行程で吸気ポート３から吸入空気が吸入さ
れ、その吸入空気中の酸素が燃焼することなく、そのま
ま排気行程で排気ポート４から排出されることになる。
このため、休止気筒から排出される大量の酸素が排気管
内で高温の排ガスの窒素と反応して窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）が増加し、エミッションが悪化する欠点がある。ま
た、減筒運転中は、燃料の燃焼に必要な吸入空気量が少
なくなるため、吸気管の空気通路がスロットルバルブで
絞られて吸気管内の負圧が大きくなる。このような状態
で、減筒運転中に吸気弁１と排気弁２を全気筒運転と同
じパターンで開閉動作させると、負圧の大きい吸気ポー
ト２側から空気を吸入して、それより圧力の高い排気ポ
ート４側に排出することになるためポンプ損失が大きく
なり、減筒運転の燃費改善効果が少なくなる欠点もあ
る。
【０００４】そこで、図８に示す従来技術（２）のよう
に、減筒運転中に、休止気筒の吸気弁５と排気弁６を共
に全行程で閉弁状態に維持するようにしたものがある。
このものでは、休止気筒から吸入空気（酸素）が排出さ
れないため、排気管内でＮＯｘが増加せず、エミッショ
ンが悪化しない。しかも、休止気筒内のガスが出入りし
ないので、ピストン下降時と上昇時とで正負の仕事がバ
ランスしてポンプ損失がほぼ０になり、減筒運転の燃費
改善効果が損なわれることがない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術（２）のように、減筒運転中に休止気筒の吸気弁
５と排気弁６を全行程で閉弁状態に維持すると、休止気
筒の圧縮時の筒内圧力の上昇量が少ないので、休止気筒
と燃焼気筒とで圧縮時の最大筒内圧力の差が大きくなっ
てしまい（図６参照）、エンジンのトルク変動が増大し
て、エンジン振動が大きくなってしまうという欠点があ
る。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、エミッション及びエ
ンジン振動を悪化させることなく、燃費を効果的に向上
することができる内燃機関の可変気筒制御装置を提供す
ることにある。
【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、本発明の請求項１の内燃機関の可変気筒制御装置
は、吸排気弁制御手段によって、減筒運転中に休止気筒
の吸気弁を全行程で閉弁状態に維持しながら、該休止気
筒の排気弁を排気行程と吸気行程で開弁して圧縮行程と
爆発行程で閉弁する減筒運転の吸排気弁制御を実行する
ようにしたものである。これにより、減筒運転中に、休
止気筒は、吸気行程で排気ポートから排ガスを気筒内に
吸入し、その排ガスを圧縮行程、爆発行程で圧縮・膨脹
させた後、排気行程で休止気筒内の排ガスを排気ポート
から排出する。
【０００８】この場合、減筒運転中に、休止気筒では、
吸気空気と比較して圧力の高い排ガスを吸入して圧縮す
るので、吸入空気を圧縮する場合と比較して、休止気筒
の最大筒内圧力を大きくすることができる。この結果、
休止気筒と燃焼気筒とで最大筒内圧力の差を小さくして
エンジンのトルク変動を低減することができ、エンジン
振動を小さくしてエンジンを滑らかに回転させることが
できる。しかも、休止気筒では、排気ポートから圧力の
高い排ガスを吸入して同じ排気ポートに排出するので、
ポンプ損失をほぼ０にすることができ、減筒運転の燃費
改善効果を向上することができる。更に、休止気筒から
吸入空気（酸素）が排出されないため、排気管内の酸素
濃度が増加することがなく、ＮＯｘが増加せず、エミッ
ションが悪化しない。
【０００９】ところで、全気筒運転から減筒運転に移行
する際に、休止気筒となる気筒に最後に燃料噴射を行っ
た直後に、上述した減筒運転の吸排気弁制御を開始する
と、休止気筒は、吸気行程になっても吸気弁が開弁され
ないため、減筒運転開始直前に噴射した燃料を気筒内に
吸入することができなくなってしまう。
【００１０】この対策として、請求項２のように、全気
筒運転から減筒運転に移行する際に、休止気筒となる気
筒への最後の燃料噴射から１燃焼サイクル（吸気・圧縮
・爆発・排気行程）が経過した後の吸気行程から減筒運
転の吸排気弁制御を開始するようにすると良い。このよ
うにすれば、減筒運転開始直前に噴射した燃料を確実に
気筒内に吸入して圧縮、爆発、排気した後に減筒運転を
開始することができ、全気筒運転から減筒運転へ最適な
タイミングで移行することができる。
【００１１】また、減筒運転から全気筒運転に移行する
際に、休止気筒の吸気行程直前に全気筒運転の吸排気弁
制御を開始すると、休止気筒となっていた気筒への燃料
噴射が行われずに該気筒の吸気行程で吸気弁が開弁され
てしまう。このため、該気筒内に吸気ポートから吸入空
気が吸入され、その吸入空気中の酸素が燃焼せずに排気
行程で排気ポートから排出されるので、排気管内の酸素
濃度が増加してＮＯｘが増加してしまい、エミッション
が悪化する。
【００１２】この対策として、請求項３のように、減筒
運転から全気筒運転に移行する際に、休止気筒となって
いた気筒への燃料噴射を開始した直後の吸気行程から全
気筒運転の吸排気弁制御を開始することが好ましい。こ
のようにすれば、全気筒運転の吸排気弁制御を開始する
際に、それまで休止気筒となっていた気筒の最初の吸気
行程から確実に燃料を気筒内に吸入して燃焼させること
ができる。この結果、全気筒運転開始直後に、排気管内
の酸素濃度が増加することがなく、ＮＯｘが増加せず、
エミッションが悪化しない。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図６に基づいて説明する。まず、図２に基づいてエ
ンジン全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエン
ジン１１の各気筒の吸気ポート１２には、電磁駆動式の
吸気弁１３が設けられ、各気筒の排気ポート１４には、
電磁駆動式の排気弁１５が設けられている。吸気弁１３
と排気弁１５は、それぞれ電磁駆動装置１６，１７によ
って駆動される。また、各気筒の吸気ポート１２の近傍
には、燃料を噴射する燃料噴射弁１８が設けられ、エン
ジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する
水温センサ１９や、エンジン回転数を検出するクランク
角センサ２０が取り付けられている。
【００１４】これら冷却水温センサ１９、クランク角セ
ンサ２０等の各種のセンサ出力は、エンジン制御回路
（以下「ＥＣＵ」と表記する）２１に入力される。この
ＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータを主体として構成
され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された燃料
噴射制御プログラム（図示せず）を実行することで、エ
ンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１８の燃料噴射量を
制御すると共に、点火制御プログラム（図示せず）を実
行することで、点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００１５】また、ＥＣＵ２１は、エンジン１１の燃費
を向上させるために、図３の可変気筒制御プログラムを
実行することで、エンジン運転状態に応じて全気筒運転
と減筒運転とを切り換えるようにしている。全気筒運転
では、全気筒（本実施形態では４気筒）に燃料を噴射し
てエンジン１１を運転し、減筒運転では、例えば４気筒
のうちの２気筒への燃料噴射を休止して残りの２気筒で
エンジン１１を運転する。更に、本実施形態では、図１
に示すように、減筒運転中に、休止気筒の吸気弁１３を
電磁駆動装置１６により全行程で閉弁状態に維持しなが
ら、休止気筒の排気弁１５を電磁駆動装置１７により排
気行程と吸気行程で開弁して圧縮行程と爆発行程で閉弁
する。そして、図４に示すように、全気筒運転から減筒
運転に移行する際に、休止気筒となる気筒への最後の燃
料噴射から１燃焼サイクル経過後の吸気行程から減筒運
転の吸排気弁制御を開始する。また、図５に示すよう
に、減筒運転から全気筒運転に移行する際に、前記休止
気筒となっていた気筒への燃料噴射を開始した直後の吸
気行程から全気筒運転の吸排気弁制御を開始する。
【００１６】以下、この可変気筒制御を実行する図３の
可変気筒制御プログラムの処理内容を説明する。本プロ
グラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行さ
れ、特許請求の範囲でいう吸排気弁制御手段としての役
割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステ
ップ１０１で、減筒運転実行条件が成立しているか否か
を判定する。ここで、減筒運転実行条件は、例えば、エ
ンジン回転数が中回転領域で、且つ低負荷・中負荷の定
常運転又は減速運転であることである。このステップ１
０１で、減筒運転実行条件が成立していると判定されれ
ば、ステップ１０２に進み、燃料噴射休止指令フラグを
オンして、休止気筒（例えば＃１気筒と＃４気筒）への
燃料噴射を休止する。この後、ステップ１０３で、全気
筒運転から減筒運転に移行する前か否かを判定し、既に
減筒運転に移行していれば、そのまま減筒運転を継続す
る（ステップ１０５）。
【００１７】もし、ステップ１０３で、減筒運転に移行
する前と判定されれば、減筒運転に移行するタイミング
を判定するために、ステップ１０４に進み、休止気筒と
なる気筒への最後の燃料噴射から１燃焼サイクル経過後
の吸気行程になったか否かを判定し、１燃焼サイクル経
過後の吸気行程になる前であれば、それまで待機する。
その後、最後の燃料噴射から１燃焼サイクル経過後の吸
気行程になった時点で、ステップ１０５に進み、減筒運
転を開始する。
【００１８】この減筒運転中は、休止気筒ヘの燃料噴射
を休止すると共に、休止気筒の吸気弁１３と排気弁１５
を、図１に示す減筒運転パターンで開閉制御する。つま
り、減筒運転中は、休止気筒の吸気弁１３を電磁駆動装
置１６により全行程（吸気・圧縮・爆発・排気行程）で
閉弁状態に維持すると共に、休止気筒の排気弁１５を電
磁駆動装置１７により排気行程から吸気行程の期間は連
続して開弁させ、圧縮行程から爆発行程の期間は連続し
て閉弁させる。尚、排気弁１５を排気行程と吸気行程で
それぞれカム機構等によりリフト動作させるようにして
も良い（つまり排気行程から吸気行程へ移行する際に一
時的に排気弁１５が閉弁しても良い）。
【００１９】一方、ステップ１０１で、減筒運転実行条
件が不成立と判定されれば、ステップ１０６に進み、燃
料噴射休止指令フラグをオフして、それまで休止気筒で
あった気筒にも燃料噴射を再開する。この後、ステップ
１０７で、全気筒運転に移行する前か否かを判定し、既
に全気筒運転に移行していれば、そのまま全気筒運転を
継続する（ステップ１０９）。
【００２０】もし、ステップ１０７で、全気筒運転に移
行する前と判定されれば、全気筒運転に移行するタイミ
ングを判定するために、ステップ１０８に進み、休止気
筒となっていた気筒への燃料噴射を開始した直後の吸気
行程になったか否かを判定し、燃料噴射開始直後の吸気
行程になる前であれば、それまで待機する。その後、燃
料噴射開始直後の吸気行程になった時点で、ステップ１
０９に進み、全気筒運転を開始する。
【００２１】以上説明した実施形態によれば、減筒運転
中の休止気筒では、吸気弁１３を全行程で閉弁状態に維
持すると共に、排気弁１５を排気行程と吸気行程で開弁
して圧縮行程と爆発行程で閉弁することで、排気ポート
１４から排ガスを休止気筒内に吸入し、その排ガスを圧
縮・膨脹させた後、排気ポート１４から排出するように
している。このため、休止気筒では、吸気空気と比較し
て圧力の高い排ガスを吸入して圧縮することができ、吸
入空気を圧縮する場合に比べて最大筒内圧力を大きくす
ることができる。この結果、図６に示すように、従来技
術（２）の休止気筒の吸気弁５と排気弁６を全行程で閉
弁するシステムに比べて、休止気筒と燃焼気筒とで最大
筒内圧力の差を小さくしてエンジン１１のトルク変動を
低減することができ、減筒運転中でも、エンジン振動を
小さくしてエンジン１１をスムーズに回転させることが
できる。しかも、休止気筒では、排気ポート１４から圧
力の高い排ガスを吸入して同じ排気ポート１４に排出す
るので、ポンプ損失をほぼ０にすることができ、減筒運
転の燃費改善効果を向上することができる。更に、休止
気筒では、排ガスを吸入して排出するので、休止気筒か
ら吸入空気（酸素）が排出されなくなり、排気管内の酸
素濃度が増加することがなく、ＮＯｘが増加せず、エミ
ッションの悪化を防止することができる。
【００２２】ところで、全気筒運転から減筒運転に移行
する際に、燃料噴射休止指令フラグのオンと同時に、減
筒運転を開始すると、休止気筒となる気筒に燃料を噴射
した直後に燃料噴射休止指令フラグがオンされた場合、
その噴射燃料が気筒内に吸入される前に、減筒運転が開
始される。一旦、減筒運転が開始されると、休止気筒
は、吸気行程になっても吸気弁１３が開弁されないた
め、減筒運転開始直前に噴射した燃料を気筒内に吸入す
ることができなくなってしまう。
【００２３】その点、本実施形態では、全気筒運転から
減筒運転に移行する際には、休止気筒となる気筒ヘの最
後の燃料噴射から１燃焼サイクル経過後の吸気行程から
減筒運転を開始するようにしているので、もし、燃料噴
射直後に燃料噴射休止指令フラグがオンされても、減筒
運転開始直前に噴射した燃料を確実に筒内に吸入して圧
縮、爆発、排気した後に減筒運転を開始することがで
き、全気筒運転から減筒運転へ最適なタイミングで移行
することができる。
【００２４】但し、本発明は、燃料噴射休止指令フラグ
のオンと同時に、減筒運転を開始する構成としても良
く、この場合でも、従来の可変気筒制御と比較すれば、
減筒運転中のエミッション、エンジン振動、燃費を改善
することができる。
【００２５】また、減筒運転から全気筒運転に移行する
際に、燃料噴射休止指令フラグのオフと同時に、全気筒
運転を開始すると、休止気筒の吸気行程直前に燃料噴射
休止指令フラグがオフされた場合、休止気筒となってい
た気筒への燃料噴射が行われずに該気筒の吸気行程で吸
気弁１３が開弁されてしまう。このため、該気筒内に吸
気ポート１２から吸入空気が吸入され、その吸入空気中
の酸素が燃焼せずに排気行程で排気ポート１４から排出
されるので、排気管内の酸素濃度が増加して、ＮＯｘが
増加してしまい、エミッションが悪化してしまう。
【００２６】その点、本実施形態では、減筒運転から全
気筒運転に移行する際には、休止気筒となっていた気筒
ヘの燃料噴射を開始した直後の吸気行程から全気筒運転
を開始するようにしているので、燃料噴射休止指令フラ
グがオフされても、休止気筒に燃料噴射が行われていな
ければ、全気筒運転を開始せず、休止気筒ヘの燃料噴射
を開始した直後の吸気行程から全気筒運転を開始する。
このため、全気筒運転を開始する際に、それまで休止気
筒となっていた気筒の最初の吸気行程から確実に燃料を
筒内に吸入して燃焼させることができ、全気筒運転開始
直後に、排気管内の酸素濃度が増加することがなく、Ｎ
Ｏｘが増加せず、エミッションが悪化しない。
【００２７】但し、本発明は、燃料噴射休止指令フラグ
のオフと同時に、全気筒運転を開始する構成としても良
く、この場合でも、従来の可変気筒制御と比較すれば、
減筒運転中のエミッション、エンジン振動、燃費を改善
することができる。
【００２８】尚、上記実施形態では、吸気弁１３と排気
弁１５を電磁駆動装置１６，１７で駆動するようにした
が、吸気弁１３と排気弁１５をカム機構で駆動するよう
にしても良い。カム機構の場合は、例えば減筒運転中に
休止気筒の吸気弁１３のロッカーアームを空振りさせて
閉弁状態に維持する機構と、休止気筒の排気弁１５を排
気行程と吸気行程で開弁させる機構を追加すれば良い。
【００２９】その他、本発明の適用範囲は、４気筒エン
ジンに限定されず、可変気筒制御する他の気筒数のエン
ジンに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における減筒運転中の休止
気筒の吸気弁・排気弁の各行程の動作を説明するための
図
【図２】エンジン全体の概略構成図
【図３】可変気筒制御プログラムの処理の流れを示すフ
ローチャート
【図４】全気筒運転から減筒運転に移行するタイミング
を説明するためのタイムチャート
【図５】減筒運転から全気筒運転に移行するタイミング
を説明するためのタイムチャート
【図６】本実施形態の減筒運転中の筒内圧力変化特性と
従来技術（２）の減筒運転中の筒内圧力変化特性とを比
較するための図
【図７】従来技術（１）の減筒運転中の休止気筒の吸気
弁・排気弁の各行程の動作を説明するための図
【図８】従来技術（２）の減筒運転中の休止気筒の吸気
弁・排気弁の各行程の動作を説明するための図
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気ポート、１３
…吸気弁、１４…排気ポート、１５…排気弁、１６，１
７…電磁駆動装置、１８…燃料噴射弁、２１…ＥＣＵ
（吸排気弁制御手段）。
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｃ 41/04 ３２０ 41/04 ３２０ Ｆターム(参考） 3G092 AA05 AA14 BB06 BB10 CA08 CA09 CB02 DA01 DA02 DA07 DA11 DG02 DG09 EA11 EA12 FA05 FA14 FA17 FA25 GA14 HA13X HE03Z HE08Z 3G301 HA01 HA07 JA02 JA04 JA25 JA33 JA37 KA11 KA26 KA27 LA07 LB02 LC01 MA19 MA24 MA25 PE03Z PE08Z PE10Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一部の気筒への燃料噴射を休止して残り
    の気筒で内燃機関を運転する減筒運転と全気筒に燃料を
    噴射して内燃機関を運転する全気筒運転とを行う内燃機
    関の可変気筒制御装置において、 減筒運転中に、燃料噴射が休止された一部の気筒（以下
    「休止気筒」という）の吸気弁を全行程で閉弁状態に維
    持しながら、該休止気筒の排気弁を排気行程と吸気行程
    で開弁して圧縮行程と爆発行程で閉弁する減筒運転の吸
    排気弁制御を実行する吸排気弁制御手段を備えているこ
    とを特徴とする内燃機関の可変気筒制御装置。
  2. 【請求項２】 前記吸排気弁制御手段は、全気筒運転か
    ら減筒運転に移行する際に、前記休止気筒となる気筒へ
    の最後の燃料噴射から１燃焼サイクル経過後の吸気行程
    から前記減筒運転の吸排気弁制御を開始することを特徴
    とする請求項１に記載の内燃機関の可変気筒制御装置。
  3. 【請求項３】 前記吸排気弁制御手段は、減筒運転から
    全気筒運転に移行する際に、前記休止気筒となっていた
    気筒への燃料噴射を開始した直後の吸気行程から全気筒
    運転の吸排気弁制御を開始することを特徴とする請求項
    １又は２に記載の内燃機関の可変気筒制御装置。
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