JP2006283653A - 吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、気筒休止時の更なる出力向上を図ることによりさらなる燃費
向上を実現できる気筒数可変燃焼型内燃機関の吸気制御装置を提供すること。
【解決手段】 本発明は、多気筒内燃機関１で一部気筒の燃焼を休止させ得る気筒数可変
燃焼型内燃機関の吸気制御装置であり、気筒休止運転時に燃焼が停止されない気筒２の吸
気通路５上に、各気筒２毎に独立して開閉可能なパルス過給用開閉弁１２が設けられてい
る。気筒休止運転時にパルス過給用開閉弁１２を用いてパルス過給を行うことで吸入空気
量を増加させて気筒休止時の内燃機関出力を向上させ、気筒休止運転領域拡大による燃費
向上を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多気筒内燃機関で一部気筒の燃焼を休止させ得る気筒数可変燃焼型内燃機関
の吸気制御装置に関する。

多気筒内燃機関の低負荷運転時に一部気筒の燃焼を休止させて燃費向上を図る技術が既
に実用化されている。
特開昭６３−１４０８３５号公報

気筒休止型（気筒数可変燃焼型）の内燃機関において、気筒休止による更なる燃費向上
を図るには、気筒休止運転領域を拡大する必要があり、これが要望されていた。気筒休止
運転時の出力（トルク）を増大させれば、気筒休止運転領域を拡大することができる。従
って、本発明の目的は、気筒休止時の更なる出力向上を図ることによりさらなる燃費向上
を実現できる気筒数可変燃焼型内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。

本発明は、多気筒内燃機関で一部気筒の燃焼を休止させ得る気筒数可変燃焼型内燃機関
の吸気制御装置であり、気筒休止運転時に燃焼が停止されない気筒の吸気通路上に、各気
筒毎に独立して開閉可能なパルス過給用開閉弁を設けたことを特徴としている。

本発明の吸気制御装置によれば、気筒休止運転時にパルス過給用開閉弁を用いて、いわ
ゆるパルス過給を行うことで吸入空気量を増加させ、気筒休止時の内燃機関出力を向上さ
せることができる。

なお、パルス過給は、パルス吸気やインパルス過給（吸気）［impulse charge］などと
も言われることもある。パルス過給では、吸気バルブの上流側に各気筒毎に独立して開閉
可能な開閉弁を吸気行程の初期〜中期には閉じておいて開閉弁下流に負圧（又は低圧）を
生じさせておく。そして、吸気行程の中期〜後期に開閉弁を開くことで開閉弁上流からシ
リンダ内に勢いよく吸入空気を充填して吸入空気量を増加させる（過給する）。開閉弁は、シリンダ内への吸入空気が反射してシリンダから吸気通路側に逆流する前に閉じられる。

本実施形態で説明するエンジン１は、車両に搭載された６気筒Ｖ型エンジンである。エ
ンジン１は、三気筒ずつの二つの気筒群によって構成されており、各気筒群が一つのバン
クを形成している。図１には、各バンク毎に一つずつ、計二つの気筒（シリンダ２）が断
面図として示されている。なお、実際には、この二つのシリンダ２は紙面奥行方向にオフ
セットした位置にあるが、図１では説明を容易にするため二つのシリンダ２を同一平面上
に示してある。エンジン１は、図１中左側の気筒群（バンク）の燃焼を休止することが可
能な気筒休止型のエンジンでもある。図１中右側の気筒群（バンク）が非気筒休止側とな
る。

エンジン１は、インジェクタ３によってシリンダ２内のピストン４の上面に燃料を噴射
するいわゆる筒内噴射型のエンジンである。エンジン１は、吸気通路５を介してシリンダ
２内に吸入した空気をピストン４によって圧縮した後に燃料を噴射して混合気とし、これ
に点火プラグ７で着火させて燃焼させる。このときの燃焼によってシリンダ２内の圧力が
上昇し、これに伴ってピストン４が往復運動され、この往復運動がコネクティングロッド
８によって回転運動に変換されて出力として取り出される。吸気通路５は、スロットルバ
ルブ９の下流側で各バンクに分岐されている。

シリンダ２の内部と吸気通路５との間は、吸気バルブ１０によって開閉される。燃焼後
の排気ガスは排気通路６に排気される。シリンダ２の内部と排気通路６との間は、排気バ
ルブ１１によって開閉される。また、図１中右側の非休止気筒群（バンク）の各シリンダ
２の吸気通路５毎に、高応答性のパルス過給用のバルブ１２が配設されている。例えば、
各シリンダ２毎に吸気バルブ１０が二つあるような場合は、メインの吸気通路５から、各
シリンダ２毎に吸気通路５が分岐され（分岐部Ａ）、その下流で各吸気バルブ１０毎に分
岐される（分岐部Ｂ）ような場合は、分岐部Ａの下流で分岐部Ｂの上流にバルブ１２が配
設されることが好ましい。ただし、分岐部Ｂの下流に設けてもよいが、バルブ１２の数が
増えるため、コスト的に不利であり、配設スペース上の制約も受ける。

一方、図１中左側の休止気筒群（バンク）の各シリンダ２の吸気通路５毎に、パルス過
給時に休止気筒群への吸気の流入を停止させるバルブ１３が配設されている。バルブ１３
の配設数や位置に関しては、上述したバルブ１２と同様である。なお、ここでは、吸気通
路５のバルブ１２，１３よりも下流の部分を吸気通路下流部５ａと呼ぶこととする。上述
したバルブ１２の分岐部Ａよりも上流で休止気筒群への吸気流入を停止させることができ
るなおであれば、その位置にバルブを設けても構わない。バルブ１３は気筒休止運転中に
閉じられ、吸入空気は全て非気筒休止側のシリンダ２に流入する。

本実施形態では、非気筒休止側にのみパルス過給用のバルブ１２が設けられていること
になる。これらのバルブ１２やバルブ１３や上述したスロットルバルブ９はそれぞれアク
チュエータによって開閉される。各アクチュエータは、エンジン１を総合的に制御するＥ
ＣＵ１４に接続されている。即ち、バルブ１２，バルブ１３，スロットルバルブ９は、Ｅ
ＣＵ１４によって制御される。ＥＣＵ１４には、エンジン回転数を検出する回転数センサ
１５や、アクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６なども接続さ
れている。

本実施形態のエンジンでは、気筒休止運転時にバルブ１２を吸気バルブ１０の開閉タイ
ミングに合わせて開閉させることでパルス過給を行う。バルブ（パルス過給弁）１２の開
閉タイミングと吸排気バルブ１０，１１のバルブリフト量との関係を図２に示す。なお、
バルブ１２は、全閉又は全開の選択的制御が行われている。図２に示されるように、バル
ブ１２は、吸気行程の初期〜中期には全閉状態にある。こうすることで、バルブ１２の下
流側に負圧（又は低圧）が生じる。そして、バルブ１２は、吸気行程の中期〜後期に全開
状態とされる。バルブ１２を開くことで、上述した負圧に吸引されることで、バルブ１２
の上流からシリンダ２内に勢いよく吸入空気が充填される（過給される）。バルブ１２は
、シリンダ２内への吸入空気が反射してシリンダ２から吸気通路側に逆流する前に閉じら
れる。

このときのクランク角（吸気ＴＤＣ時を０°）変化に伴う、パルス過給弁の開閉・吸気
ポート内圧力・シリンダ内への空気流量（積算量ではない）の変化を図３のグラフに示す
。クランク角がＴＤＣ０°を過ぎて吸気が始まると、ポート内圧力が下がる。最終的には
、インテークマニホールド内の平均圧力よりも下がる。この間、バルブ（パルス過給弁）
１２が閉じられているため、シリンダ２内への空気流量はほとんどない。そして、バルブ
（パルス過給弁）１２が開かれると、空気が一気に流れ込み、吸気通路下流部５ａ内の圧力が上昇する。これに伴ってシリンダ２内への空気流量が一気に上昇し過給される。パルス過給用のバルブ１２は常に全開状態とされてもよく、また、ＷＯＴ状態では、気筒単位、あるいは、全気筒単位で目標空気量となるようにパルス過給を実施してもよい。

上述したように、本発明の目的は、気筒休止運転の領域を拡大し、燃費を向上させるこ
とである。このため、気筒休止運転時にパルス過給を行い、気筒休止運転時のトルク（回
転数をかけることで出力となる）を向上させることで運転領域を拡大する（図４参照）。
本実施形態の場合、気筒休止運転でない通常運転時はパルス過給を用いないため、パルス
過給による通常運転時の全負荷領域の拡大はない。なお、パルス過給は、エンジンが高回
転になるほどその効果が薄れる。パルス過給弁の有／なしの気筒休止時トルク曲線が、高
回転側で接近するのはこのためである。

気筒休止運転とするか通常運転とするかは、アクセル開度センサ１６によって検出した
アクセル開度から要求トルクを算出し、この要求トルクとエンジン回転数センサ１５によ
って検出したエンジン回転数とに基づいて、図４のマップに基づいて気筒休止領域か否か
を判定し、この判定に基づいてエンジン１を制御する。なお、上述したように、高回転側
ではパルス過給の効果が薄れるため、ある回転数を閾値としてパルス過給を停止させるよ
うな制御を行う場合は、このあとにパルス過給運転領域であるか否かの判定も行う。

図５の表に、気筒休止運転とパルス過給の組み合わせの効果を排気量・出力・トルクや
バルブの配置の観点から検討した結果を示す。表中の一番上のデータが、基本となるエン
ジン構成（ベースエンジン）でパルス過給を一切行わないもので、「燃費効果／コストア
ップ」の欄以外はこのエンジンを基準にしている。ただし、「コストアップ」の欄は、ベ
ースエンジンを０％、最下段の上述した実施形態のエンジンを１００％としている。また
、「燃費効果／コストアップ」の欄は、最下段の上述した実施形態のエンジンを１００％
としてこれを基準としている。「燃費効果／コストアップ」の値は、大きいほどコスト対
効果が高いことになる。

表中上から２番目は、ベースエンジンに対して全気筒についてパルス過給用のバルブを
設けたもののデータであり、気筒休止時のみでなく非気筒休止（通常運転）時もパルス過
給を行う。このため、最大トルクや最大出力が１００％以上となっている。表中上から２
，３番目は、全気筒についてパルス過給用のバルブを設け、かつ、最大出力や最大トルク
がベースエンジンと同じになるように、排気量を下げたものである。この二つは、排気量
を下げることによる燃費向上を検討するために挙げられている。表中最下段が、上述した
実施形態のエンジンと同一構成となるもので、非気筒休止側にのみパルス過給用のバルブ
を設け（気筒休止側に気筒休止時に吸入空気を流入されないバルブも設ける）、気筒休止
時のみパルス過給を行うもののデータである。

ここで、パルス過給用のバルブを全気筒に設けて同一出力となるように排気量を下げた
場合（図５表中上から三番目）についてであるが、上述したように高回転側でのパルス過
給効果が薄いため、トルク×回転数で決まる出力が同一となるように排気量を下げたとき
の燃費向上効果はあまり大きくない。また、バルブ数が増えるため、コスト対効果の値も
あまり大きくない。なお、最大出力を同一とする場合、最大トルクを含めてトルクが全般
的に向上するため、トランスミッションのギヤ比をアップすれば燃費向上効果が見込める
。ただし、逆に気筒休止運転領域が相対的に狭くなるため、結果として燃費向上効果はギ
ヤ比アップによる向上分と気筒休止運転領域減の相殺分とで決まる。

次に、パルス過給用のバルブを全気筒に設けて同一出力となるように排気量を下げた場
合（図５表中上から四番目）についてであるが、排気量低減による燃費向上効果も少なく
、気筒休止時のトルクも下がって気筒休止運転領域を拡大することにはならない。最大出
力も大きく下がってしまう。さらに、コスト対効果の値も小さい。排気量を同一とし、全
気筒にパルス過給弁を設ける場合（図５表中上から四番目）は、燃費効果は高いが、パル
ス過給用のバルブ数が多くなるため、コスト対効果は非休止気筒のみにパルス過給弁を設
ける場合（図５表中最下段）が最もよい。これは、非休止気筒のみにパルス過給弁を設け
る場合（図５表中最下段）が、全運転領域中に占める気筒休止運転領域を最もよく拡大で
きるからである。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の内
燃機関はＶ型エンジンに本発明を適用したものであったが、直列エンジンなどの他の形式
のエンジンに適用してもよい。また、その気筒数も限定されない。また、上述した実施形
態のような自然吸気の内燃機関だけでなく、ターボチャージャのような過給機を用いる内
燃機関に本発明を適用してもよい。

本発明の吸気制御装置の一実施形態を有するエンジン構成図である。 バルブタイミングとパルス過給弁の開弁タイミングとの関係を示す説明図である。 クランクアングルとパルス過給弁開度・インテークポート圧力・インテークポート平均圧力・シリンダへの空気流量との関係を示すグラフである。 エンジン回転数と出力トルク（非気筒休止時・気筒休止時）をの関係を示すグラフである。 気筒休止運転とパルス過給との組み合わせの効果を示す表である。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、２…シリンダ（気筒）、３…インジェクタ、４…ピストン
、５…吸気通路、６…排気通路、７…点火プラグ、８…コネクティングロッド、９…スロ
ットルバルブ、１０…各吸気バルブ、１１…排気バルブ、１２…パルス過給用開閉弁（バ
ルブ）、１３…バルブ、１４…ＥＣＵ、１５…回転数センサ、１６…アクセル開度センサ
。

Claims (2)

1. 多気筒内燃機関で一部気筒の燃焼を休止させ得る気筒数可変燃焼型内燃機関の吸気制御
   装置において、
   気筒休止運転時に燃焼が停止されない気筒の吸気通路上に、各気筒毎に独立して開閉可
   能なパルス過給用開閉弁を設けたことを特徴とする吸気制御装置。
2. 前記パルス過給用開閉弁が、気筒休止運転時に燃焼が停止されない気筒の吸気通路上に
   のみ設けられることを特徴とする請求項１に記載の吸気制御装置。

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