JP2009544891A - １つの燃焼室の作用停止時に、熱エンジンの出力軸に印加されるトルクを管理する方法、および管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の燃焼室のうちの１つの燃焼室の作用停止または作用再開の際に、熱エンジンの出力軸のアンバランスを補償するように、出力軸に印加されるトルクを管理する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】 １つの燃焼室（５）を作用停止にする状態にあることを検出するステップと、この１つの燃焼室（５）の作用停止に先立って、出力軸に印加される合成トルク（ＣＲ）を、燃焼室の作用停止の後に、熱エンジンによって出力軸（９）に印加されるトルクである作用停止時トルク（ＣＤ）に近づくように変化させる補償トルク（ＣＭＴ）を、出力軸（９）に印加するように、出力軸に連結されている回転機械（１９）を制御するステップとを含んでいる。
【選択図】図７

Description

本発明は、１つの燃焼室の作用停止時に、熱エンジンの出力軸に印加されるトルクを管理する方法、および管理システムに関する。

自動車の熱エンジンは、通常、出力軸（すなわち、クランクシャフト）にトルクを印加するために、出力軸に連結されたピストンを備える燃焼室を有する複数のシリンダを備えている。出力軸は、車両の車輪を回転させるために、ギヤボックスを介して、車輪に連結されている。また、出力軸は、自動車で消費される電気を発生させるために、オルタネータなどの１つ以上の補助回転機械に連結されている。

さらに、１つ以上の燃焼室の作用の停止を管理するためのユニットを備えるエンジンも存在する。作用を停止させることができる燃焼室を有するそのようなエンジンは、通常、少なくとも８つの燃焼室を備えている。１つ以上の燃焼室の使用を停止させることによって、エンジン負荷が一定のときに、燃料消費量を節約することができる。しかし、１つ以上の燃焼室を停止させると、出力軸にアンバランスが生じるという不都合があり、これにより、相当に大きな振動および作動音を発生することとなる。しかし、燃焼室の数が多い場合には、このアンバランスは、それほど顕著でなくなる。そのため、燃焼室の作用停止は、排気量の大きなエンジンでのみ実行されている。

さらに、特許文献１により、出力軸に連結されているオルタネータスタータなどの回転機械を制御することによって、作用停止中、すなわち、作用停止の瞬間と作用再開の瞬間との間におけるアンバランスを低下させる技術は公知である。しかし、それによって得られる結果は、十分に満足できるものではない。

米国特許第６３８２１６３号明細書

したがって、１つ以上の燃焼室の作用停止、および／または作用再開の際に、熱エンジンの出力軸のアンバランスによる影響を弱めることができる方法、およびその管理システムを提供することは有益なことである。

本発明は、出力軸にトルクを印加するために、出力軸にピストンが連結されている複数の燃焼室を有する熱エンジンの出力軸に印加されるトルクを管理する方法であって、出力軸は、管理ユニットと組み合わされた回転機械に連結されている方法を提案するものである。この方法は、１つの燃焼室が作用停止状態にあることを検出するステップと、この１つの燃焼室の作用停止に先立って、出力軸に印加される合成トルクを、燃焼室の作用停止の後に、熱エンジンによって出力軸に印加されるトルクである作用停止時トルクに近づくように変化させる補償トルクを、出力軸に印加するように、回転機械を制御するステップとを含んでいる。

作用停止に先立って、出力軸に印加される合成トルクの変化を予知して、移行相を設けるという管理方法により、作用停止の瞬間、および作用再開の瞬間におけるトルクのジャンプが軽減されることが分かった。それによって、第１次の補償として、出力軸が受けるアンバランスが最小化される。

本発明の有利な一態様によれば、補償トルクは、燃焼室の使用を停止した後にも印加される。これによって、作用停止の瞬間において出力軸に印加されるトルクの、いかなる急激な変化も補償され、再び、燃焼室の作用停止中のアンバランスが最小化される。

本発明の別の有利な一態様によれば、この方法は、出力軸に、そのアンバランスを補償する補正トルクを印加するステップをさらに含んでいる。これによって、第２次の補償として、アンバランスを抑えるように管理して、燃焼室の実質的な作用停止相全体にわたって、合成トルクを安定させることができる。

本発明のさらなる別の一態様によれば、出力軸にトルクを印加するために、出力軸に連結されたピストンを備える複数の燃焼室を有する熱エンジンの少なくとも１つの燃焼室の作用停止を管理するシステムであって、出力軸に連結され、かつ管理ユニットと組み合っている回転機械を備えるシステムが提案される。管理ユニットは、燃焼室を作用停止にする状態にあることを検出し、燃焼室の作用停止に先立って、出力軸に印加される合成トルクを、燃焼室の作用停止の後に、熱エンジンによって出力軸に通常印加されるトルクである作用停止時トルクに近づくように変化させる補償トルクを、出力軸に印加するように、回転機械を制御する構成とされている。

したがって、この回転機械は、出力軸を加速または減速することによって、アンバランスを補償するための力を、出力軸に加える。

本発明の一特徴によれば、この回転機械は、トルクの一部を取り除くように、出力軸に連結されており、このトルクの一部を、アンバランスを補償するように、管理ユニットによって制御される。

したがって、この回転機械によって取り除かれるトルクの割合は、アンバランスを補償するように決定される。例えば、出力軸を減速させる必要がある場合には、比較的大きなトルクが取り除かれ、また、出力軸を加速させる必要がある場合には、比較的小さなトルクが取り除かれる。

さらに別の一特徴によれば、この回転機械は、出力軸に補足トルクを供給するように構成され、管理ユニットは、アンバランスの補償として、補足トルクを供給するように回転機械を制御するように構成されている。

この場合には、回転機械は、アンバランスに伴う出力軸の減速を補償するために、出力軸にトルクを供給して、出力軸を加速する。

有利な一実施形態によれば、この回転機械は、アンバランスを補償するために、出力軸に補足トルクを供給するように、または、出力軸から、トルクの一部を取り除くように、管理ユニットによって制御されるオルタネータスタータである。

この場合には、オルタネータスタータは、出力軸からトルクの一部を取り除くか、または、出力軸に補足トルクを供給するように操作され、それによって、アンバランスを補償する。オルタネータスタータは、アンバランスを、特に高速かつ有効に補償する。

出力軸の瞬間回転速度を測定するための検出器を、出力軸に関連づけ、かつ管理ユニットは、検出された瞬間回転速度にしたがって回転機械を制御するように、検出器に接続されていることが好ましい。これに代わり、またはこれに加えて、管理ユニットは、作用を停止させられた燃焼室に応じて、回転機械を制御するための制御規則を記憶しているメモリを備えていることが好ましい。

その場合には、回転機械の制御は、相当に簡単になる。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の非限定的な実施形態に関する以下の説明を読むことによって明白になると思う。

本発明による熱エンジンの斜視略図である。 図１の熱エンジンの部分断面略図である。 補償トルクの印加のない場合に、１つの燃焼室の作用停止中に熱エンジンの出力軸に印加される合成トルクを示す略図である。 本発明によって印加される補償トルクを示す略図である。 図４の補償トルクの印加中に得られる理論的な合成トルクの、図３と同様の略図である。 得られる実際の合成トルクの、図５と同様の略図である。 出力軸のアンバランスを補償する補正トルクを付加し、本発明による補償トルクを示す略図である。 図７の補償トルクの印加によって得られる合成トルクを示す略図である。

以下、添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明による熱エンジンは、１列に並んだ４つのシリンダ１、２、３、４を区画しているブロック１０を有している。各シリンダ１、２、３、４は、一端をシリンダヘッド６によって、他端をピストン７によって閉じられた燃焼室５を有している。ピストン７は、２つの最端位置（上死点と下死点）間で、シリンダ１、２、３、４内を摺動するようになっており、また連接棒８を介して、ブロック１０内に回転可能に取り付けられている出力軸９に連結されている。

シリンダヘッド６に設けられた吸気孔１１および排気孔１２は、各燃焼室５に通じている。吸気孔１１および排気孔１２には、それぞれ、電磁アクチュエータ１５および１６の作用によって、２つの位置、すなわち、開弁位置と閉弁位置との間を移動する吸気弁１３および排気弁１４が嵌合されている。

点火プラグ１７が、燃焼室５に通じるように、シリンダヘッド６に取付けられている。点火プラグ１７は、公知の点火回路に接続されている（図示せず）。

さらに、燃料供給デバイスのインジェクタ１８が、シリンダヘッド６に取付けられている。

エンジンは、公知のように、ベルト２０を介して出力軸９に連結されているオルタネータスタータ１９を備えている。オルタネータスタータ１９は、バッテリに接続され、電動機またはオルタネータとして作動することができる公知のデバイスである。オルタネータスタータ１９は、電動機として作動するとき、出力軸９を回転させるために、バッテリから電力が供給されて、出力軸９に補助トルクを供給する。したがって、オルタネータスタータ１９は、熱エンジンを始動させるために用いられる。オルタネータスタータ１９は、バッテリを充電するために、オルタネータとして作動するとき際には、出力軸９によって駆動される。

またこのエンジンは、インジェクタ１８、電磁アクチュエータ１５および１６、点火回路に接続され、かつオルタネータスタータ１９を制御するためにオルタネータスタータ１９に接続されている管理ユニット２１を備えている。管理ユニット２１は、例えば、マイクロプロセッサ２２、およびマイクロプロセッサ２２によって実行されるプログラムを記憶しているメモリ２３を備えている。管理ユニット２１は、この例においては、作用停止の瞬間ｔｄにおいて、燃焼室５の作用を停止させる状態にあること、および作用再開の瞬間ｔｒにおいて、作用再開を行う状態にあることを、公知の態様で検出するように構成されている。

出力軸９の瞬間速度を検出するための検出器２４が、ブロック１０に設けられている。検出器２４は、管理ユニット２１に接続されている。

エンジンが一定負荷状態にあるとき（すなわち、熱エンジンの速度が一定であり、かつ、出力軸９が定格速度で回転しているとき）、エンジン制御ユニットである管理ユニット２１は、シリンダ１、２、３、４のうちの１つまたは２つを停止させるべく命令する。得られる理論的な合成トルクは、図３に実線で示すように、定格トルクＣＮ（燃焼室の作用停止の前の値を有する）と、作用停止時トルクＣＤ（作用停止中の値を有する）との間で変化する。

定格トルクは、例えば、２００Ｎ・ｍの値を有し、一方、作用停止時トルクは、１９４Ｎ・ｍの値を有する。すなわち、６Ｎ・ｍの差が存在する。実際には、シリンダ１、２、３、４のうちの１つまたは２つが停止すると、出力軸９はアンバランスを引き起こす。それにより、図３に破線で示すように、出力軸９は、加速と減速を繰り返す。

本発明の第１の態様によれば、管理ユニット２１は、一方においては、作用停止の瞬間ｔｄの前に開始するある期間の間、および他方においては、作用再開の瞬間ｔｒの前に開始するある期間の間、出力軸に、補償トルクＣＭＴを印加するように、回転機械を制御する構成になされている。補償トルクＣＭＴは、出力軸に印加される、アンバランストルクを含む合成トルクを、作用停止時トルクＣＤに到達するまで、作用停止時トルクＣＤに向かって、好ましくは連続的かつ直線的に変化させるように印加される。

図４に示す実施形態においては、補償トルクＣＭＴは、瞬間ｔ０から、作用停止の瞬間ｔｄまで、減速を増加させる方向に連続的に変化するように印加され、その後、作用停止の瞬間ｔｄから、瞬間ｔ１における、補償トルクＣＭＴの印加の最後まで、加速を減少させる方向に連続的に変化するように印加される。したがって、定格トルクＣＮおよび作用停止時トルクＣＤに対して、上に与えた数値を用いると、補償トルクＣＭＴは、瞬間ｔ０と作用停止の瞬間ｔｄとの間では０から−３まで、また、作用停止の瞬間ｔｄと瞬間ｔ１との間では＋３から０まで、それぞれ、連続的かつ直線的に変化する。

負の値は、出力軸に印加される減速トルクを表わし、正の値は、出力軸に印加される加速トルクを表わす。対照的に、補償トルクは、燃焼室の作用再開の瞬間ｔｒに先立つ、ある瞬間ｔ２と、作用再開の瞬間ｔｒとの間で、０から＋３まで変化し、作用再開の瞬間ｔｒと、補償トルクの印加が停止する瞬間ｔ３との間で、−３から０まで変化する。一例として、瞬間ｔ０、ｔ１と、作用停止の瞬間ｔｄとの間の期間、および瞬間ｔ２、t３と、作用再開の瞬間ｔｒとの間の期間は、およそ１００ミリ秒である。

理論的な合成トルクを、図５に示してあるが、作用停止および作用再開によって、アンバランスが生じるために、図３に認められるアンバランスは、図６に示されているように低下する。

図７に示す好適な一実施形態においては、合成トルクが、図５に示されている合成トルクの理論値に近づくように、補償トルクに補正トルクが重畳されている。実際には、検出器２４によって、出力軸の回転速度の変化を測定し、この回転速度の変化を、出力軸に印加される合成トルクの変化に変換し、管理ユニット２１によって補正トルクを計算し、そして、合成トルクの変化が、求められたトルクに対して逆位相になるように、補正トルクを、オルタネータスタータ１９を介して印加することによって、補償される。

回転速度の検出と補正トルクの計算との間に時間遅れがあるため、補正後の合成トルクは、理論的な合成トルクと完全に同一ではないが、それでも、アンバランスは、図８に示すように最小化され、したがって、残留アンバランスは、乗車者には感知されない。

実際には、検出器２４は、管理ユニット２１に、出力軸の瞬間速度を表わす信号を伝達する。次に、管理ユニット２１は、オルタネータスタータ１９を制御して、オルタネータスタータ１９を次のように作用させる。
− 出力軸９が加速しているときには、出力軸９を、その定格速度に戻すように、出力軸９から、そのトルクを大きな割合で取り除く。
− 出力軸９が減速しているときには、出力軸９を、その定格速度に戻すように、出力軸９から、そのトルクを小さな割合で取り除くか、または出力軸９に、追加のトルクを供給する。

取り除かれるトルクの割合、および供給される補足トルクは、この例では、出力軸９の瞬間速度と、エンジンの定格回転速度との差の関数として、エンジン制御ユニットである管理ユニット２１によって決定される。

したがって、オルタネータスタータ１９は、１つ以上のシリンダの作用停止によって生じる、出力軸９のアンバランスを補償することができる。

本明細書において、メモリ２３は、作用が停止されたシリンダに応じて、オルタネータスタータ１９を制御する、いくつかの制御規則を有している。検出器２４によって検出された速度によって、またはメモリ２３に記憶されている制御規則の１つによって、オルタネータスタータ１９を制御することができる。さらに、アンバランスに対する補償を最適にするために、これらの２つの制御モードを組み合わせることも可能である。

したがって、管理ユニット２１、検出器２４、およびオルタネータスタータ１９は、エンジンのシリンダのアンバランスを確実に補償するように、シリンダの作用停止を管理するためのシステムの構成成分をなしている。

任意選択的に、出力軸の回転速度による、独立した制御と組み合わせて、オルタネータスタータの予測的制御（例えば、トルクプロファイルによる）を可能にするために、検出器２４に代えて、または、検出器２４と組み合わせて、角度位置センサを、エンジンに設けるのが有利である場合もある。

当然ながら、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求項に定められている本発明の範囲から逸脱することなく、種々の実施形態を採ることが可能である。

具体的には、オルタネータスタータではなく、出力軸からトルクの一部を取り除くことができる。また、出力軸に補足トルクを供給することができる、任意の他の回転機械を用いることも可能である。したがって、用いる回転機械は、通常のオルタネータであってもよい。さらに、オルタネータスタータは、ギヤボックスを介して、出力軸に連結していてもよい。

さらに、本発明は、任意のタイプのエンジン、例えば、バンケル型ロータリーエンジン、またはディーゼルエンジンなどの、点火が制御されないエンジンにも適用可能である。シリンダ数は、４つ以外であってもよい。

バルブを作動させる部品は、カムシャフトであってもよい。

上記説明においては、持続時間の等しい２つの期間に分割して、補償トルクを印加するようにしているが、作用停止の瞬間ｔｄに関連付けた別の分割にしたがって、補償を実行することもできる。しかし、上述の説明における分割が、アンバランスを解消するために最適である。

１、２、３、４ シリンダ
５ 燃焼室
６ シリンダヘッド
７ ピストン
８ 連接棒
９ 出力軸
１０ ブロック
１１ 吸気孔
１２ 排気孔
１３ 吸気弁
１４ 排気弁
１５、１６ 電磁アクチュエータ
１７ 点火プラグ
１８ インジェクタ
１９ オルタネータスタータ
２０ ベルト
２１ 管理ユニット
２２ マイクロプロセッサ
２３ メモリ
２４ 検出器
ＣＤ 作用停止時トルク
ＣＭＴ 補償トルク
ＣＮ 定格トルク
ＣＲ 合成トルク
ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３ 瞬間
ｔｄ 作用停止の瞬間
ｔｒ 作用再開の瞬間

Claims (17)

1. 出力軸（９）にトルクを印加するために、前記出力軸（９）に連結されたピストン（７）を備える複数の燃焼室（５）を有する熱エンジンにおける前記出力軸に印加されるトルクを管理する方法であって、前記出力軸（９)は、さらに、管理ユニット（２１）と組み合わされた回転機械に連結されており、１つの燃焼室（５）を作用停止にする状態にあることを検出するステップと、前記１つの燃焼室（５）の作用停止に先立って、前記出力軸に印加される合成トルク（ＣＲ）を、前記燃焼室の作用停止の後に、前記熱エンジンによって前記出力軸（９）に印加されるトルクである作用停止時トルク（ＣＤ）に近づくように変化させる補償トルク（ＣＭＴ）を、前記出力軸（９）に印加するように、前記回転機械（１９）を制御するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 前記補償トルク（ＣＭＴ）は、前記燃焼室の作用を停止した後にも印加されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記回転機械は、前記合成トルク（ＣＲ）が概ね連続的に変化するように制御されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記回転機械は、前記合成トルク（ＣＲ）が概ね直線的に変化するように制御されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記回転機械は、前記作用停止の瞬間（ｔｄ）において、前記合成トルクが、前記作用停止の前の定格トルク（ＣＮ）と、前記作用停止時トルク（ＣＤ）との間の平均値になるように制御されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 前記出力軸（９）に、そのアンバランスを補償する補正トルクを印加するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記燃焼室の作用再開に先立って、前記出力軸に印加される合成トルクを、前記定格トルクに近づくように変化させる作用再開補償トルクを、前記出力軸（９）に印加するように、前記回転機械を制御するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記作用再開補償トルクを、前記燃焼室の使用を再開した後にも印加することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記回転機械は、前記合成トルクが概ね連続的に変化するように制御されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
10. 前記回転機械は、前記合成トルクが概ね直線的に変化するように制御されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 出力軸（９）にトルクを印加するために、出力軸（９）に連結したピストン（７）が設けられている複数の燃焼室を有する熱エンジンの１つの燃焼室（５）の作用停止を管理するシステムであって、前記出力軸（９）に連結され、かつ、管理ユニット（２１）と組み合わされている回転機械（１９）を備えるシステムにおいて、前記管理ユニット（２１）は、前記１つの燃焼室（５）を作用停止にする状態にあることを検出し、前記１つの燃焼室（５）の作用停止に先立って、前記出力軸に印加される合成トルク（ＣＲ）を、前記１つの燃焼室の作用停止の後に、前記熱エンジンによって前記出力軸（９）に印加されるトルクである作用停止時トルク（ＣＤ）に近づくように変化させる補償トルク（ＣＭＴ）を、前記出力軸（９）に印加するように、前記回転機械を制御する構成とされていることを特徴とするシステム。
12. 前記補償トルクは、前記燃焼室の使用を停止した後にも印加されることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記回転機械（１９）は、前記合成トルクが概ね連続的に変化するように制御されることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記回転機械は、前記合成トルクが概ね直線的に変化するように制御されることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記回転機械は、前記作用停止の瞬間（ｔｄ）において、前記合成トルクが、前記作用停止の前の定格トルク（ＣＮ）と、前記作用停止時トルク（ＣＤ）との平均値になるように制御されることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記管理ユニット（２１）は、前記出力軸（９）に、そのアンバランスを補償する補正トルクを印加するように構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記管理ユニット（２１）は、前記燃焼室の作用再開に先立って、前記出力軸に印加される合成トルクを、前記定格トルクに近づくように変化させる作用再開補償トルクを、前記出力軸（９）に印加するように、前記回転機械を制御する構成とされていることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。

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