JP2011080370A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】休筒運転制御時において、休筒気筒のフリクションを低下させることで、より燃費を向上させることのできる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】休筒運転制御時に休筒気筒のパワータード装置(30)を用いて、当該休筒気筒の吸気行程時に排気弁(16)を開弁することで、ポンピング損失を低減し、休筒気筒のフリクションを低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の制御装置に係り、詳しくは一部の気筒の燃料噴射を停止させた休筒運転時に、当該休筒気筒のフリクションを低減する技術に関する。

近年、複数の気筒を有する多気筒エンジンにおいて、低負荷運転時等に一部の気筒への燃料噴射を停止させ、残りの稼動気筒のみによりエンジンを駆動する所謂休筒運転制御が行われている。
これは、低負荷よりも高負荷の方が燃焼効率が高く、燃費率が向上することから、一部の気筒を休筒し、その分の仕事を稼動気筒により補うことで、当該稼動気筒を高負荷運転させるというものである。

例えば、そのような休筒運転を行うエンジンにおいて、休筒運転時に稼動気筒の燃焼を最大効率燃焼で行うよう機関出力を制御する燃料噴射休止制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

特公昭６４−６３３２号公報

しかしながら、一部の気筒を休筒し稼動気筒で高負荷運転を行うと、稼動気筒ではトルク増大により冷却損失も増大し、当該冷却損失分の燃料が余計に必要となるため、必ずしも燃費が改善されるとは限らない。つまり、単に休筒運転を行うだけでは実燃費は改善できない。
また、低負荷運転時における休筒運転では、稼動気筒により出力されるトルクに対し休筒気筒におけるフリクションの割合が大きく、当該休筒気筒のフリクションを稼動気筒により補うため、却って燃費が悪化する場合もある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、休筒運転時において、休筒気筒のフリクションを低減することで、休筒運転による燃焼効率の向上効果を効果的に享受でき、燃費を改善させることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の制御装置では、吸気通路との連通及び遮断を行う吸気弁、及び排気通路との連通及び遮断を行う排気弁が設けられた気筒を複数有する内燃機関と、前記各気筒に設けられ、該気筒内に燃料を供給する燃料噴射手段と、前記燃料噴射手段を制御し、前記各気筒のうち所定の気筒への燃料噴射を停止可能な燃料噴射制御手段と、少なくとも前記所定の気筒に設けられ、排気行程時以外にも前記排気弁を開弁可能な排気弁開弁手段と、前記燃料噴射制御手段により所定の気筒への燃料噴射が停止されている際に、該所定の気筒の吸気行程時に前記排気弁開弁手段により前記排気弁を開弁させる排気弁制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２では、請求項１において、前記排気弁開弁制御手段は、前記各気筒に設けられ、圧縮行程時に排気弁を開弁可能な圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキであることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の制御装置によれば、所定の気筒への燃料噴射を停止させる休筒運転時に、この所定の気筒（休筒気筒）において、排気弁開弁手段により吸気行程時に排気弁を開弁させる。
つまり、休筒気筒では、吸気行程時に吸気弁とともに排気弁が開弁され、吸気のポンピング損失が半減し、当該休筒気筒におけるフリクションを大幅に低減させることができる。

このように休筒気筒におけるフリクションを大幅に低減させることができることで、休筒気筒分の仕事を補う稼動気筒の負担も低減させることができる。
これにより、休筒運転による燃焼効率の向上効果を効果的に享受でき、より大きな燃費改善を図ることができる。
請求項２の内燃機関の制御装置によれば、排気弁開弁制御手段は、圧縮行程時に排気弁を開弁することで、気筒内の圧縮圧を開放し、エンジンブレーキ力を強化する圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキとする。

このように、圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキを用いて、休筒気筒の吸気行程時における排気弁の開弁を行うことで、圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキを備えた内燃機関に対し大きな設計変更を行うことなく、容易に休筒気筒のフリクション低減を行うことができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置における吸気弁及び排気弁の開弁時期及びバルブリフト量を示した図である。 吸気行程時に吸気弁とともに排気弁を開弁した場合と吸気弁のみを開弁した場合を示したＰＶ線図である。 エンジン回転速度に応じた各フリクション割合を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成図が示されている。
図１に示すエンジン１（内燃機関）は１気筒当たり２本ずつの吸排気弁を備えた多気筒ディーゼルエンジンであり、図１にはそのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置されて構成されている。
シリンダブロック２にはシリンダ（気筒）６が形成されており、当該シリンダ６内には上下摺動可能にピストン８が設けられている。
また、シリンダヘッド４には、シリンダ６と対応して下面に２つの排気開口部１０ａ、１０ｂが形成されており、当該排気開口部１０ａ、１０ｂからはエンジン１の側面に延びる排気ポート１０が形成されている。

また、シリンダヘッド４には、バルブスプリング１２、１４により閉弁側に付勢されて排気開口部１０ａ、１０ｂを閉塞している一対の排気弁１６、１８が摺動可能に設けられている。そして、当該両排気弁１６、１８は上端部分がリフタ２０により連結されている。
また、シリンダヘッド４の上部にはロッカシャフト２２が設けられており、当該ロッカシャフト２２にはロッカアーム２４が回転自在に支持されている。当該ロッカアーム２４の一端はリフタ２０の上部と当接されている。

さらに、シリンダヘッド４上部には、ピストン８の上下動に同期して回転するカムシャフト２６が設けられており、当該カムシャフト２６に形成されているカム２８はロッカアーム２４の他端と当接されている。
そして、当該カムシャフト２６の回転に伴い、排気行程時にカム２８がロッカアーム２４の他端を押し上げることで、ロッカアーム２４がロッカシャフト２２を支点に揺動し、ロッカアーム２４の一端がリフタ２０を押し下げることで、排気弁１６、１８が開弁される。

なお、図示しないが、吸気弁も同様に構成され、吸気行程時に吸気ポートを開放するよう構成されている。
また、当該エンジン１には、上述した通常の吸排気弁駆動に加えて、圧縮行程時に排気弁１６を開弁することで、シリンダ６内の圧縮圧を開放し、エンジンブレーキ力を強化する圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキであるパワータード装置３０（排気弁開弁手段）を備えている。

詳しくは、上記カムシャフト２６に、上記カム２８とは別にパワータード用カム３２が気筒毎に形成されている。そして、シリンダヘッド４上部には、当該パワータード用カム３２の近接位置に油圧発生機構３４のマスタピストン３６が設けられており、パワータード用カム３２は対応する気筒の圧縮行程上死点の直前で当該マスタピストン３６を押圧するよう形成されている。

当該マスタピストン３６は、マスタピストンハウジング３８のマスタシリンダ４０内に摺動可能に収納されている。そして、当該マスタピストン３６は、パワータード用カム３２により押圧され摺動することで、マスタシリンダ４０内に満たされている作動油を加圧し、油圧を発生させる。
また、マスタシリンダ４０は油路４２の一端と連通されており、当該油路４２の他端はシリンダヘッド４の排気弁１６の上側部分に設けられたコントロールバルブ４４に接続されている。

当該コントロールバルブ４４は、当該コントロールバルブ４４と同一のハウジング４６内に形成された油圧作動機構４８と油路５０を介して接続されている。さらに当該コントロールバルブ４４は、図示しないオイルポンプと接続されたソレノイドバルブ５２と油路５４を介して接続されている。つまり、コントロールバルブ４４は油圧発生機構３４側の油路４２、油圧作動機構４８側の油路５０、及びソレノイドバルブ５２側の油路５４の３つの油路と接続されている。

詳しくは、コントロールバルブ４４は、上側にドレン孔５６が形成され下側にソレノイドバルブ５２側の油路５４と接続された油入口５８が形成されたコントロールバルブシリンダ６０内に、弁ばね６２により下方に付勢された逆止弁を形成するチェックボール６４が内蔵された筒形の弁体６６と、当該弁体６６を上から油入口５６側へ付勢するリターンスプリング６８とを収納した構成をなしている。

そして、コントロールバルブ４４は、オイルポンプからソレノイドバルブ５２を介して圧送される作動油が油入口５８から流入されると、弁ばね６２に抗してチェックボール６４が押し上げられるとともに弁体６６が上昇し、ソレノイドバルブ５２側の油路５４、油圧発生機構３４側の油路４２、及び油圧作動機構４８側の油路５０が連通状態となる。
ソレノイドバルブ５２は作動油源であるオイルポンプから油路５４を介し、各気筒のコントロールバルブ４４、油路４２、５０、油圧作動機構４８、及び油圧発生機構３４への作動油を供給する機能と、当該作動油を排出する機能を有している。なお、当該ソレノイドバルブ５２により作動油を排出していくと、コントロールバルブ４４内のチェックボール６４及び弁体６６が下がることで油入口５８が閉塞され、それ以降は油圧発生機構３４側の油路４２と連通状態となったドレン孔５６より、油圧発生機構３４から発生した油圧が抜けるよう構成されている。

また、コントロールバルブ４４と同一のハウジング４６内に形成されている油圧作動機構４８は、油路５０と連通されているスレーブシリンダ７０内に上下摺動可能に設けられたスレーブピストン７２と、当該スレーブピストン７２を上方に付勢するスレーブスプリング７４とから構成されている。
スレーブピストン７２の下端は、リフタ２０に設けられたピン部材７６の上端と当接しており、当該ピン部材７６の下端は排気弁１６の上端と当接している。当該ピン部材７６はリフタ２０に対し上下摺動可能に支持されており、リフタ２０の上下運動とは別に作動することが可能に構成されている。

そして、油圧作動機構４８は、スレーブシリンダ７０内が加圧されると、スレーブピストン７２がスレーブスプリング７４に抗して下方に押し下げられ、ピン部材７６を介して排気弁１６を開弁する。
以上の構成がパワータード装置３０における圧縮圧開放機能のための構成である。
さらに各気筒に設けられたパワータード装置３０のうち、一部の気筒のパワータード装置３０にはパワータード用カム３２に加えて吸気開放用カム８０が設けられている。本実施形態では、６気筒のうちの図１に示す１気筒がこの吸気開放用カム８０を備えたパワータード装置３０とする。

当該吸気開放用カム８０は吸気行程時にマスタピストン３６を押圧するよう形成されており、マスタピストン３６を押圧するカムとしてパワータード用カム３２と切り替わる機構を有している。
また、車両には、エンジン１をはじめとした各種制御を行うＥＣＵ８２が搭載されている。ＥＣＵ８２は、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、エンジン１の運転制御等に関連した様々な制御量の演算を行うとともに、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行う。

例えば、当該ＥＣＵ８２には、上記パワータード装置３０の制御を行うパワータード制御部８２ａ（排気弁制御手段）や、燃料噴射制御を行う燃料噴射制御部８２ｂ（燃料噴射制御手段）が形成されている。
以下、当該ＥＣＵ８２において実行される制御について詳しく説明する。
まず、ＥＣＵ８２は、パワータード制御部８２ａが上記ソレノイドバルブ５２、及びパワータード用カム３２と吸気開放用カム８０との切替機構と電気的に接続されている。そして、運転者の操作によりパワータードモードに設定されているときには、上記パワータード装置３０を用いた圧縮圧開放制御を行う。

当該圧縮圧開放制御は、マスタピストン３６を押圧するカムをパワータード用カム３２にしておき、車両の減速を検知したときにソレノイドバルブ５２を制御してコントロールバルブ４４へと作動油を供給する。これにより、コントロールバルブ４４では、３つの油路４２、５０、５４が連通状態となり、圧縮行程上死点の直前にマスタピストン３６がパワータード用カム３２により押圧されることで、マスタシリンダ４０により発生する油圧がコントロールバルブ４４に伝達される。当該コントロールバルブ４４では、マスタシリンダ４０の油圧によりチェックボール６２が押し下げられてソレノイドバルブ５２側の油路５４が遮断され、マスタシリンダ４０の油圧は油圧作動機構４８に伝達される。そして、油圧作動機構４８では、伝達された油圧によりスレーブピストン７２が押し下げられ、ピン部材７６を介して排気弁１６が開弁する。これにより、シリンダ６内の圧縮空気が排気ポート１０へと流出し、膨張行程においてピストン６の下降を妨げる力が発生してエンジンブレーキの増大作用が得られる。

また、ＥＣＵ８２の燃料噴射制御部８２ｂは各気筒に設けられた燃料噴射弁８４と接続されており、当該燃料噴射弁８４を用いた燃料噴射制御を行う。
詳しくは、ＥＣＵ８２は、通常の燃料噴射制御として、車両の運転状態等に応じて各気筒の燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定し、当該設定に基づき各燃料噴射弁８４による燃料噴射を実行する。

また、ＥＣＵ８２は通常の燃料噴射制御に加えて、エンジン１の低負荷運転時には吸気開放用カム８０を有するパワータード装置３０が設けられた一部の気筒（以下、休筒気筒という）について燃料噴射を停止する休筒運転制御を行う。
さらに、ＥＣＵ８２は、この休筒運転制御時には、パワータード制御部８２ａにより当該休筒気筒のパワータード装置３０を用いた吸気開放制御も行う。

当該吸気開放制御は、休筒運転制御時の休筒気筒において、マスタピストン３６を押圧するカムを吸気開放用カム８０に切り替えた上で、上記ソレノイドバルブ５２によりコントロールバルブ４４へと作動油を供給する。これにより、休筒気筒の吸気行程時に、吸気開放用カム８０によりマスタピストン３６が押圧されると、マスタシリンダ４０で発生する油圧が油圧作動機構４８へと伝達されて、排気弁１６が開弁する。

詳しくは、図２に本実施形態における吸気弁及び排気弁の開弁時期及びバルブリフト量が示されており、同図に示すように、休筒気筒では、吸気行程時に吸気弁及び排気弁１６が開弁され、ピストン８は吸気のポンピング損失をほとんど受けずに下降することとなる。
さらに、図３には吸気行程時に吸気弁とともに排気弁を開弁した場合と吸気弁のみを開弁した場合を示したＰＶ線図が示されており、同図に示すように、当該吸気開放制御を行うことで、吸気行程における筒内圧力の低下が吸気弁のみを開弁した場合よりも減少する。したがって、当該図３において斜線部の面積で示される当該休筒気筒における仕事量は吸気行程のポンピング損失分低減される。

このことは図４に示すエンジン回転速度に応じた各フリクション割合を示した図からも明らかなように、１気筒当たりのフリクションのうち約半分近くを占めていたポンピング損失が半減することで、１気筒全体としてのフリクションが大幅に低減される。
以上のように休筒気筒におけるフリクションを大幅に低減させることができることで、休筒気筒分の仕事を補う稼動気筒の負担も低減させることができる。

これにより、休筒運転による燃焼効率の向上効果を効果的に享受でき、より大きな燃費改善を図ることができる。
また、圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキであるパワータード装置３０を用いて、休筒気筒の吸気行程時における排気弁１６の開弁を行うことで、当該エンジン１において大きな設計変更を行うことなく、容易に休筒気筒のフリクション低減を行うことができる。

以上で本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、パワータード装置３０は１気筒当たり２つ設けられている排気弁１６、１８のうち一方の排気弁１６のみを開弁可能な構成であるが、両排気弁を開弁可能なパワータード装置であっても構わない。

１ エンジン（内燃機関）
８ ピストン
１６、１８ 排気弁
２６ カムシャフト
２８ カム
３０ パワータード装置（排気弁開弁手段）
３２ パワータード用カム
３４ 油圧発生機構
４４ コントロールバルブ
５２ ソレノイドバルブ
８０ 吸気開放用カム
８２ ＥＣＵ
８２ａ パワータード制御部（排気弁制御手段）
８２ｂ 燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
８４ 燃料噴射弁

Claims (2)

1. 吸気通路との連通及び遮断を行う吸気弁、及び排気通路との連通及び遮断を行う排気弁が設けられた気筒を複数有する内燃機関と、
   前記各気筒に設けられ、該気筒内に燃料を供給する燃料噴射手段と、
   前記燃料噴射手段を制御し、前記各気筒のうち所定の気筒への燃料噴射を停止可能な燃料噴射制御手段と、
   少なくとも前記所定の気筒に設けられ、排気行程時以外にも前記排気弁を開弁可能な排気弁開弁手段と、
   前記燃料噴射制御手段により所定の気筒への燃料噴射が停止されている際に、該所定の気筒の吸気行程時に前記排気弁開弁手段により前記排気弁を開弁させる排気弁制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気弁開弁制御手段は、前記各気筒に設けられ、圧縮行程時に排気弁を開弁可能な圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。