JP2007534888A - 内燃機関の1グループのシリンダの動作の制御方法 - Google Patents

内燃機関の1グループのシリンダの動作の制御方法 Download PDF

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Abstract

内燃機関の1グループのシリンダの動作の制御方法において、吸気弁、排気弁、前記吸気および排気弁を選択的に有効化または無効化するために前記エンジンのあらかじめ決められた運転条件に応じて、弁の開動作を駆動する制御装置、前記シリンダの吸気および排気弁の無効化が同一のエンジンサイクル中に、2つの異なる適切なタイミングで行われること、すなわち
−前記シリンダの吸気弁の場合、前記シリンダのうちの一方の吸気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方の吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
−前記シリンダの排気弁の場合、前記シリンダのうちの一方の排気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方の排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
行われることを特徴とする制御方法。

Description

本発明は、マルチシリンダ内燃機関の1グループのシリンダの動作の制御方法および装置に関する。より詳細には本発明はエンジンの1グループのシリンダの弁の無効化または有効化に関する。
内燃機関、特に自動車すなわち陸上車両に装備されるエンジンは、大部分の時間、その公称出力のうちの一部までしか負荷がかけられない。大きなトルクを発生することが要求されないこのような動作段階では、エンジンはその効率に影響を及ぼすポンピング損失に直面し燃料の過度の消費の原因となる。これらのポンピング損失は、比較的低圧の吸気マニホールド内に存在する空気/燃料混合気を吸引し、吸気段階時、燃焼室に投入するために行う仕事量に相当する。
これらのポンピング損失を低減するための方法として、一部のシリンダの動作を無効にすることが知られている。動作が無効になったシリンダはその吸気および排気弁が閉じるので、ガス流が通過しなくなる。これらの無効になったシリンダはほとんど損失を発生しなくなるが、それはこれらのシリンダ内に閉じ込められている空気の圧縮および開放段階を交互に繰り返す空圧ばねのように作動するからである。一方、まだ有効なシリンダについては、より高いトルクを発生しなければならないため、マニホールド内において、より多い流量の吸気を必要とし、したがって分配器内の圧力が高くなり、エンジンのポンピングによる損失が減少する。
通常、無効化は、エンジンの動作条件に応じたシリンダの分配に作用する適当な機構によって行われる。
カムシャフトおよびアームによる分配の場合、アームの端部が載架する油圧タペットすなわち油圧ストッパーを操作することが知られている。特許FR2837871はそのような装置について記載している。
本発明は、より改良された弁の無効化または有効化方法および装置を提供することにより、エンジンの効率に対するシリンダの無効化の利点をさらに高めることを目的とする。
本発明による方法は、4ストロークサイクルマルチシリンダタイプの内燃機関の1グループのシリンダの動作の制御において、グループのシリンダのそれぞれが、少なくとも1つの燃料噴射装置、吸気弁、排気弁、サイクルの進行に従って弁の開動作を駆動する制御装置、ならびに前記吸気および排気弁を選択に有効化または無効化するために前記エンジンのあらかじめ決められた運転条件に応じてエンジン制御コンピュータにより制御される手段と協働する制御に関する。
本発明によれば、この方法は、前記グループのシリンダの吸気および排気弁の無効化が同一のエンジンサイクル中に、2つの異なる適切なタイミングで行われること、すなわち
−これらのシリンダの吸気弁の場合、シリンダのうちの一方の吸気弁の閉動作とシリンダのうちの他方の吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
−これらのシリンダの排気弁の場合、シリンダのうちの一方の排気弁の閉動作とシリンダのうちの他方の排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
行われることを特徴とする。
本発明が対象とする方法の別の特徴によれば、前記吸気および排気弁の再有効化が同一のエンジンサイクル中に、2つの異なる適切なタイミングで行われること、すなわち
−これらのシリンダの吸気弁の場合、シリンダのうちの一方のシリンダの吸気弁の閉動作とシリンダのうちの他方のシリンダの吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
−これらのシリンダの排気弁の場合、シリンダのうちの一方のシリンダの排気弁の閉動作とシリンダのうちの他方のシリンダの排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
行われる。
本発明が対象とする方法の別の特徴によれば、動作が制御されるのが4ストロークサイクルマルチシリンダタイプの前記内燃機関の2つのシリンダであり、2つのシリンダの吸気および排気弁の無効化または有効化が、1グループの弁毎に順番に行われる。
本発明が対象とする方法の別の特徴によれば、被制御手段が、コンピュータによるその制御と弁の実質的な有効化または無効化との間に遅延時間を有し、前記手段の駆動を行う際この遅延時間を考慮する。
本発明が対象とする方法の別の特徴によれば、遅延時間の値がエンジンの動作点ならびに前記エンジンの老化に応じてマッピングされる。
本発明が対象とする方法の別の特徴によれば、遅延の測定値に対する誤差値が求められ、好ましくは前記誤差値がエンジンの動作点ならびに前記エンジンの老化に応じてマッピングされる。
本発明が対象とする方法の別の特徴によれば、シリンダの弁の無効化が、前記誤差値が、理論的タイミング、すなわち
−吸気弁の場合:前記シリンダのうちの一方のシリンダの吸気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方のシリンダの吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミング、
−排気弁の場合:前記シリンダのうちの一方のシリンダの排気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方のシリンダの排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミング、
の間の間隔の半分未満である時にしか行われない。
本発明は、本発明による方法を実施するための装置にも関する。
本発明が対象とする装置の特徴によれば、エンジン制御コンピュータが適当なプログラムを備え、このプログラムは、エンジンサイクルの進行中に、
−シリンダの吸気弁の場合、シリンダのうちの一方の吸気弁の閉動作とシリンダのうちの他方の吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
−シリンダの排気弁の場合、シリンダのうちの一方の排気弁の閉動作とシリンダのうちの他方の排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
シリンダの弁の有効化または無効化が行われるよう、シリンダの弁の有効化または無効化手段の制御を行うことができる。
本発明が対象とする装置の別の特徴によれば、被制御手段は、弁と制御機構の間に置かれたクラッチ解除可能な油圧タペット、ならびにエンジン制御コンピュータによって駆動される電磁弁によりそれぞれ制御される2つの油圧回路を備える。
本発明が対象とする装置の別の特徴によれば、被制御手段は、弁の開動作を駆動する電磁アクチュエータを備える。
本発明ならびにその長所は、非限定的例として示し、添付の図面を参照して行う一実施形態についての詳細な説明を検討することにより、よりよく理解されよう。
図1を参照すると、4サイクルで特に自動車に装備するための点火制御方式のエンジンを符号1で示した。本発明の対象となるシリンダの接続解除方法を利用するこのエンジン1は通常、それぞれ符号C1、C2、C3、C4を有する直列の4つのシリンダを含む。ここではシリンダC2のみについて詳細に記述した。
シリンダC2は、シリンダブロッククランクケース2内に設けられたボアー3を有する。このボアー3は、前記クランクケース2の上にあるシリンダヘッド4により、上端が閉じられている。ピストン5はシリンダ2のボアー3内に滑動可能に取り付けられている。このピストンは、図示しないコンロッドにより、同じく図示しないクランクシャフトに接続されている。ピストン5の上面6、ボアー3の上部、およびシリンダヘッド4に対面する下面は燃焼室7を画定している。
シリンダヘッド4は、少なくとも1つのパイプ8で形成される吸気ガスの吸気回路を備える。このパイプ8は、開口部9を塞ぐ閉位置とガスを吸気する開位置との間で作動することができる駆動弁10と協働する開口部9により、燃焼室7のルーフ内に開口する。弁10は駆動ロッド11および円錐台形の閉塞ヘッド12を備え、その傾斜した周囲面は、開口部9を閉じるための弁座を形成する開口部9の対応する表面と接触するようになる。
弁10の開動作は、アームとも呼ばれる旋回レバー16を介してカムシャフト15により支承されるカム14により、弁ばね13に対して行われる。このアームはバルブロッド11の端部に載架するとともに、油圧タペットすなわち油圧ストッパー17にも載架している。通常、ストッパー17は、アーム用の旋回点として用いられるともに、遊び補正としても用いられる。
シリンダヘッド4は、駆動ロッド21および閉塞ヘッド22を備える駆動弁20により閉じることができる開口部19により、燃焼室7のルーフ内に開口する少なくとも1つの排気パイプ18により形成される燃焼ガス排気回路も備える。
吸気と同様に、弁20の開動作は、アーム26を介してカムシャフト25により支承されるカム24により、弁ばね23に対して行われる。このアームはバルブロッド21の端部に載架するとともに、ストッパー17と同様の油圧タペットすなわちストッパー27にも載架している。
シリンダヘッド4は、適切な圧力がかかった燃料を外部取入口で受け入れ、弁10の上流側のシリンダC2の吸気回路内に開口する噴射ノーズを形成する端部を有する被制御噴射装置28で形成される燃料噴射手段を備える。シリンダヘッド4は点火プラグ29も備える。
噴射のタイミングおよび噴射される燃料の量に関する噴射装置28の制御は、エンジンの回転数、負荷、および図示しないクランクシャフト位置センサーからもたらされるシリンダ3内のピストン5の位置等の適当な情報を基に、エンジン制御コンピュータ30により行われる。
コンピュータ30は、エンジンの作動点に従いプラグ29の点火タイミングも制御する。
通常、シリンダの噴射および点火順は、C1、C3、C4、C2である。シリンダが順次点火されるこのこの点火順は、クランクシャフト、コンロッドおよびピストンで構成される図示しない可動要素の均衡を促進することを目的とする。
本発明に従い、エンジン1は、ある運転領域、特に部分的負荷運転時のポンピングによる損失を低減するためのシリンダの接続解除機構を備える。
この接続解除機構もまたエンジン制御コンピュータ30によって制御されており、エンジンがあらかじめ決められた条件で作動している時、4つのシリンダのうちの2つの接続を解除し(すなわち動作させないようにし)、2つのシリンダだけでエンジンを運転させることを目的とする。シリンダの接続解除はガスの吸気および排気弁の作動を無効にすることにより行う。
2つのシリンダによる縮小運転により発生する冷却によるシリンダヘッドおよびエンジンブロックの膨張の問題を軽減する場合、無効化されるのは中間シリンダC3およびC2であり、両端のシリンダC1およびC4は有効なままである。当然のことながら、エンジンの運転が前出のあらかじめ決められた作動範囲から外れると、この機構は無効になっていたシリンダの再接続を行う。
非限定的例として図示した接続解除機構は、クラッチを解除し弁の作動を無効にすること、すなわちカムシャフトの位置の如何に関わらず弁を閉位置の座に固定することができるようにした油圧ストッパー17および27を使用する。
このタイプのクラッチ解除可能型油圧ストッパーは2つのモード、すなわちストッパーがシリンダヘッド4内の定位置にロックされ、対応するアームの動作切り換え点となる第1モードと、ストッパーがその収納場所内で可動であり、組み合わされているカムの作用によるアームの動作切り換え点がバルブロッドの端部になり、バルブロッドがその座に固定されたままになる第2モードとで作動する。
図示する実施例によれば、ストッパー17および27のロックおよびロック解除操作は、圧力がかかっている2つの油圧回路、すなわちストッパー27を制御する回路31と、ストッパー17を制御する回路33、を経由して行われる。これらの回路31および33はそれぞれ電磁弁32および34により駆動される。
通常、ストッパー17、27のうちのいずれか一方に結合された弁が開動作段階にある時は、対応するストッパーのロック解除操作は機能しなくなり、ストッパーのロック解除は、結合された弁がその座にある時しか行われない。
回路31および33はそれぞれ、2番のシリンダC2の排気弁20および吸気弁10を駆動するだけでなく、3番シリンダC3の対応する弁も駆動する。
そのようなストッパーはそれ自体が既知であるのでこれ以上詳細に説明することはしない。たとえば、そのようなクラッチ解除可能型ストッパーの実施形態を記述した書類FR2837871を参照することができよう。
したがって、図示する接続解除装置の実施形態によれば、シリンダC2およびC3の排気弁の無効化は、EVEとも呼ばれる被制御電磁弁32によって駆動される油圧回路31により行われる一方、シリンダC3およびC2の吸気弁の接続解除は、EVAとも呼ばれる被制御第2電磁弁32によって駆動される別の油圧回路31により行われる。
図2には、本発明による無効化方法の理解に有用なシリンダC2およびC3の弁の駆動プロセスのタイミングチャートを示した。
タイミングチャートは、シリンダC2およびC3内でのエンジンサイクルの進行中、弁が作動している時の弁の駆動を、クランクシャフトの半回転毎に記述したものである。1サイクルはクランクシャフト2回転分すなわち720°になる。便宜上、全てのタイミングをクランクシャフトの角度値で識別することにする。
吸気弁10は、新しく4工程サイクルを開始するC2の上死点PMH(180°)の直前のタイミングOA2で開くが、排気弁20はまだ開いている。この交差上死点PMH(180°)の直後のタイミングFE2で排気弁20は閉じるが、吸気弁は開いているので、下降するピストンはフレッシュガスを吸気することができる。この「吸気」行程は、実質上、タイミングFA2で吸気弁10の閉動作が行われる下死点PMB(360°)の後まで続く。
「吸気」行程に次いで、2つの行程、すなわち「圧縮」と「燃焼/開放」がある。「圧縮」行程では点火PMH(540°)までピストンが上昇するが、1サイクルのうちの「開放」行程はPMB(720°)までのピストンの下降に相当する。
下死点PMB(720°)の近傍では、タイミングOE2で排気弁が開く。「排気」行程中、PMH(900°)まで上昇するピストン5により、燃焼室7から燃焼ガスがほぼ全量除去される。次にサイクルは新しく「吸気」行程になる。
エンジンに移相装置式可変分配システム、あるいはリフトのタイミングを変えることができる他の機構が装備されている場合、これらのタイミングOE2、FE2、OA2、FA2は、圧縮行程の終了時、PMHの近傍で発生するプラグ29の点火タイミングALと同様、エンジン1の運転条件、特に回転数および負荷条件に応じて変化する。
本発明によれば、弁の無効化方法は、シリンダC2がPMBに到達する頃に燃焼ガスを燃焼室7内に閉じ込めることを行うよう構成される。これを行うために、ストッパー17および27のクラッチ解除は現在進行中のサイクルの「排気」段階の前、すなわち燃料空気混合気の吸気段階の開始点のOA2の後であって、排気弁の開動作の開始点OE2の前、に行われなければならない。
実際、出願人は、接続を解除したシリンダ内の高温の燃焼ガスが存在することにより、フレッシュガスが充填されているか空の接続が解除されたシリンダと比較して、エンジンのサイクルずれを大幅に軽減することが可能であったことを明らかにした。
したがって本発明によれば、ストッパー17の理論的有効ロック解除タイミングDET Eおよびストッパー27の理論的有効ロック解除タイミングDET Aは理論的タイミングFE2とOE3の間の時間のほぼ真中であって、想定する動作点に対応する連続する理論的タイミングFA2とOA3の間、言い換えれば、それぞれ(FE2−OE3)/2および(FA2−OA3)/2、すなわちほぼシリンダ3の圧縮のPMHおよびシリンダ2の圧縮のPMHであるとされる。
コンピュータ30は、油圧回路31および弁EVAの応答時間RET A、ならびに油圧回路33および弁EVEの応答時間RET Eを考慮して、タイミングDET EおよびDET Aより先んじて、タイミングTAおよびTEにて、すなわちTA+RET AがDET Aに等しくTE+RET EがDET Eになるよう、弁EVAおよびEVEの駆動を開始しなければならない。
エンジンの運転条件、特に圧力および回転数パラメーターならびに特に油圧回路の部品の老化に応じて、油圧回路31および弁EVAの応答時間RET A、ならびに油圧回路33および弁EVEの応答時間RET Eをマッピングする。
部品の製造分散および老化を考えた場合、タイミングRET AおよびRET Eの決定には誤差が含まれており、この誤差自身はデルタRET AおよびデルタRET Eの値により推定することができる。したがって一般的な場合、コンピュータがタイミングT(DET−RET)にロック解除を開始すると、時間幅[DET−デルタRET;DET+デルタRET]内で実際の有効ロック解除が生じる。
たとえば、[FE2;OE3]および[FA2;OA3]の範囲内で実際の有効ロック解除が生じるといった前出の説明を考慮すると、油圧回路は、クランクシャフト180°よりもはるかに小さなデルタRET AおよびデルタRET Eの値で応答するよう構成することが重要であり、これは10msが3000rpmに相当し、20msが1500rpmに相当する。反対に、クランクシャフト180°よりもはるかに小さなデルタRET AおよびデルタRET Eの値を全ての接続解除範囲内で保持することが可能でない場合、もはや当初の範囲内では接続解除が行われず、180°よりも小さなデルタRET AおよびデルタRET Eを保証することができる範囲内でしか行われない。
したがって、エンジン制御コンピュータ30が使用するマップはこれら種々の値の全体を考慮して、シリンダC2およびC3の接続解除の指令を行う。
弁の再有効化の管理もほぼ同様である。たとえばまず燃焼済ガスの排出を行った後、吸気時に燃焼済ガスを過度に排出しないよう、燃料または空気の混合気を再度導入するのがよい。これを行うためには、吸気より前に排気をひらかなければならない。
したがって本発明によれば、ストッパー17および27それぞれの理論的実ロックタイミングVET AおよびVET Eは、タイミングFA2とOA3およびタイミングFE2とOE3の間の時間の真中、すなわちほぼシリンダ2および3の圧縮のPMHであって、クランクシャフト540°と360°の近傍であると決められる。
したがって弁の再有効化は、エンジン制御コンピュータにより弁の無効化時と同じようにして制御される。したがって、被制御電磁弁の駆動に関して上で説明したことが全く同様に適用されるので、これ以上詳細に記述することはしない。しかしながら、有効化に相当する値とは異なる再有効化に特有な遅延値を考慮することが望ましいこともあることに留意されたい。
もちろん本発明は、上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明から逸脱することなく多くの変更および改造をこれらの実施形態に施すことができる。
したがって本発明は、電磁分配を有するエンジンにも適用される。この場合、停止させるシリンダの弁を無効化するよう制御されるのは弁を駆動するアクチュエータである。
このように本発明はエンジンの合計シリンダ数の如何(4、5、6、7、8等)に関わらず、また接続を解除するシリンダ数の如何(1、2、3、4等)に関わらず適用される。
本発明による方法を実施するための内燃機関の概略部分断面図である。 本発明による方法の詳細を説明するタイミングチャートである。

Claims (10)

  1. 4ストロークサイクルマルチシリンダタイプの内燃機関の1グループのシリンダ(C2、C3)の動作の制御方法において、前記グループのシリンダ(C2、C3)のそれぞれが、少なくとも1つの燃料噴射装置、吸気弁、排気弁、サイクルの進行に従って弁の開動作を駆動する制御装置、ならびに前記吸気および排気弁を選択的に有効化または無効化するために前記エンジンのあらかじめ決められた運転条件に応じてエンジン制御コンピュータにより制御される手段と協働する方法であって、前記シリンダ(C2、C3)の吸気および排気弁の無効化が同一のエンジンサイクル中に、2つの異なる適切なタイミングで行われること、すなわち
    前記シリンダ(C2、C3)の吸気弁の場合、前記シリンダのうちの一方(C2)の吸気弁(FA2)の閉動作と前記シリンダのうちの他方(C3)の吸気弁(OA3)の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
    前記シリンダ(C2、C3)の排気弁の場合、前記シリンダのうちの一方(C2)の排気弁(FE2)の閉動作と前記シリンダのうちの他方(C3)の排気弁(OE3)の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
    行われることを特徴とする制御方法。
  2. 吸気および排気弁の再有効化が同一のエンジンサイクル中に、2つの異なる適切なタイミングで行われること、すなわち
    吸気弁の場合、前記シリンダのうちの一方のシリンダの吸気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方のシリンダの吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
    排気弁の場合、前記シリンダのうちの一方のシリンダの排気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方のシリンダの排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
    行われることを特徴とする請求項1に記載の制御方法。
  3. 動作が制御されるのが4ストロークサイクルマルチシリンダタイプの前記内燃機関の2つのシリンダであること、および2つのシリンダの吸気および排気弁の無効化または有効化が、1グループの弁毎に順番に行われることを特徴とする請求項1から2のいずれか一項に記載の制御方法。
  4. 前記被制御手段が、前記コンピュータによるその制御と前記弁の実質的な有効化または無効化との間に遅延時間を有すること、および前記手段の駆動を行う際この遅延時間を考慮することを特徴とする請求項1から2のいずれか一項に記載の制御方法。
  5. 前記遅延時間の値がエンジンの動作点ならびに前記エンジンの老化に応じてマッピングされることを特徴とする請求項4に記載の制御方法。
  6. 前記遅延の測定値に対する誤差値が求められ、好ましくは前記誤差値がエンジンの動作点ならびに前記エンジンの老化に応じてマッピングされることを特徴とする請求項4から5のいずれか一項に記載の制御方法。
  7. 前記シリンダの前記弁の無効化が、前記誤差値が、理論的タイミング、すなわち
    吸気弁の場合、前記シリンダのうちの一方のシリンダの吸気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方のシリンダの吸気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミング、
    排気弁の場合、前記シリンダのうちの一方のシリンダの排気弁の閉動作と前記シリンダのうちの他方のシリンダの排気弁の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミング、
    の間の間隔の半分未満である時にしか行われないことを特徴とする請求項6に記載の制御方法。
  8. 前記エンジン制御コンピュータが適当なプログラムを備え、前記プログラムが、エンジンサイクルの進行中に、
    前記シリンダ(C2、C3)の吸気弁の場合、前記シリンダのうちの一方(C2)の吸気弁(FA2)の閉動作と前記シリンダのうちの他方(C3)の吸気弁(OA3)の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
    前記シリンダ(C2、C3)の排気弁の場合、前記シリンダのうちの一方(C2)の排気弁(FE2)の閉動作と前記シリンダのうちの他方(C3)の排気弁(OE3)の開動作の理論的タイミングの間の時間のほぼ真中に相当するタイミングで、
    前記シリンダの弁の有効化または無効化が行われるよう、前記シリンダの弁の有効化または無効化手段の制御を行うことができることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
  9. 前記被制御手段が、クラッチ解除可能な油圧タペット、ならびにエンジン制御コンピュータによって駆動される電磁弁によりそれぞれ制御される2つの油圧回路を備えることを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 前記被制御手段が、弁の開動作を駆動する電磁アクチュエータを備えることを特徴とする請求項8に記載の装置。
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