JP2020101165A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒群毎に電子制御ユニットを備える内燃機関において、ある電子制御ユニットに異常が生じた場合に内燃機関の運転をより適切に制限できるようにする。【解決手段】内燃機関１０は、第１バンク（第１気筒群）１０ａ及び第２バンク（第２気筒群）１０ｂのそれぞれに対して備えられたＥＣＵ５０ａ及びＥＣＵ５０ｂを備える。第１バンク１０ａのＥＣＵ５０ａは、第１バンク１０ａに配置されたＡＢＶ２４ａ以外のデバイスと、第２バンク１０ｂに配置されたＡＢＶ２４ｂとを制御するように構成されている。一方、第２バンク１０ｂのＥＣＵ５０ｂは、第２バンク１０ｂに配置されたＡＢＶ２４ｂ以外のデバイスと、第１バンク１０ａに配置されたＡＢＶ２４ａとを制御するように構成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に関する。

例えば、特許文献１には、第１及び第２気筒群（バンク）のそれぞれに電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備える内燃機関が開示されている。この内燃機関では、各気筒群のデバイス（スロットル弁及び燃料噴射弁）は、これらが配置される気筒群のためのＥＣＵによって制御される。そのうえで、一方の気筒群用のＥＣＵが他方の気筒群用のＥＣＵの故障を検知した場合には、エンジン回転速度が所定の上限値を超えないように、一方の気筒群の運転が制御される。

特開２０１０−２４９０７９号公報

特許文献１に記載の内燃機関によれば、他方の気筒群用のＥＣＵの故障を検知したとしても、一方の気筒群（すなわち、故障が生じていない方のＥＣＵが属する気筒群）の運転が制限されるだけである。つまり、他方の気筒群の運転を変更するという対策を行うことはできない。このため、特許文献１に記載の技術は、複数のＥＣＵを備える内燃機関における一方のＥＣＵに故障等の異常が生じた場合の対策として十分とはいえない可能性がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、気筒群毎に電子制御ユニットを備える内燃機関において、ある電子制御ユニットに異常が生じた場合に内燃機関の運転をより適切に制限できるようにすることを目的とする。

本発明に係る内燃機関は、少なくとも第１及び第２気筒群を含む２つ以上の気筒群を備える。前記内燃機関は、前記２つ以上の気筒群のそれぞれに配置され、前記内燃機関のトルクを制御するためのトルクデバイスＡと、前記２つ以上の気筒群のそれぞれに配置され、前記内燃機関のトルクを制御するためのトルクデバイスＢと、前記２つ以上の気筒群のそれぞれに対して備えられた電子制御ユニットと、を備える。前記第１気筒群の前記電子制御ユニットは、前記第１気筒群に配置された前記トルクデバイスＡと、前記第２気筒群に配置された前記トルクデバイスＢとを制御するように構成されている。一方、前記第２気筒群の前記電子制御ユニットは、前記第２気筒群に配置された前記トルクデバイスＡと、前記第１気筒群に配置された前記トルクデバイスＢとを制御するように構成されている。

本発明に係る内燃機関によれば、例えば、第１気筒群の電子制御ユニットに何らかの異常が生じたとしても、この第１気筒群のトルクデバイスのうちのトルクデバイスＢについては、当該異常が生じていない第２気筒群の電子制御ユニットによって制御することができる。このことは、第２気筒群の電子制御ユニットに何らかの異常が生じた場合についても同様である。このため、本発明によれば、ある電子制御ユニットに異常が生じた場合に内燃機関の運転をより適切に制限できるようにすることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関の構成を説明するための図である。 本発明に関する参考例に係る内燃機関の構成を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関１０の構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、火花点火式エンジン（一例として、ガソリンエンジン）であり、車両に搭載され、その動力源とされる。また、内燃機関１０は、一例として過給エンジンである。

内燃機関１０は、２つ以上の気筒群を備える内燃機関の一例として、複数の気筒１２ａからなる第１バンク１０ａ（第１気筒群）と複数の気筒１２ｂからなる第２バンク１０ｂ（第２気筒群）とを有するＶ型エンジンとして構成されている。内燃機関１０は、図１に示すように、吸気系をバンク毎に個別に備えており、同様に排気系もバンク毎に個別に備えている。ここでは、第１バンク１０ａを例に挙げて、吸排気系の構成について説明する。

吸気通路１４ａの入口付近には、エアクリーナ１６ａが設けられている。エアクリーナ１６ａよりも下流側の吸気通路１４ａには、ターボ過給機１８ａのコンプレッサ１８ａ１が配置されている。コンプレッサ１８ａ１は、排気通路２０ａに配置されたタービン１８ａ２により駆動される。吸気通路１４ａには、コンプレッサ１８ａ１をバイパスするエアバイパス通路２２ａが接続されている。エアバイパス通路２２ａは、エアバイパス弁（ＡＢＶ）２４ａによって開閉される。ＡＢＶ２４ａは、一例として電動式である。

コンプレッサ１８ａ１よりも下流側の吸気通路１４ａには、コンプレッサ１８ａ１により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２６ａが配置されている。インタークーラ２６ａの下流には、吸気通路１４ａを開閉する電子制御式のスロットル弁２８ａが配置されている。第１バンク１０ａの各気筒１２ａには、気筒１２ａ内に燃料を供給する燃料噴射弁（一例として筒内噴射弁）３０ａと気筒１２ａ内の混合気に点火するための点火プラグ３２ａとが備えられている。また、第１バンク１０ａは、各気筒１２ａの吸気弁３４ａを駆動する吸気可変動弁機構３６ａと、各気筒１２ａの排気弁３８ａを駆動する排気可変動弁機構４０ａとを備えている。

また、排気通路２０ａには、タービン１８ａ２をバイパスする排気バイパス通路４２ａが接続されている。排気バイパス通路４２ａは、ウェイストゲート弁（ＷＧＶ）４４ａによって開閉される。ＷＧＶ４４ａは、一例として電動式である。第２バンク１０ｂには、以上説明した第１バンク１０ａの構成要素１４ａ〜４４ａと同様の構成要素１４ｂ〜４４ｂが備えられている。

さらに、内燃機関１０は、内燃機関１０の運転を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０をバンク毎に備えている。ここでは、第１バンク１０ａを主に制御するための電子制御ユニットを第１バンク１０ａのＥＣＵ５０ａと称し、第２バンク１０ｂを主に制御するための電子制御ユニットを第２バンク１０ｂのＥＣＵ５０ｂと称する。これらのＥＣＵ５０ａとＥＣＵ５０ｂとは、相互に通信自在に構成されている。また、内燃機関１０の運転を制御するための図示省略される各種センサ（クランク角センサ、エアフローセンサ、過給圧センサ及びアクセルポジションセンサなど）からの情報は、ＥＣＵ５０ａとＥＣＵ５０ｂとの間で共有される。

本実施形態の内燃機関１０は、以下の特徴的な構成を有している。すなわち、第１バンク１０ａの運転を制御するためのデバイスとしては、ＡＢＶ２４ａ、スロットル弁２８ａ、燃料噴射弁３０ａ、点火プラグ３２ａを含む点火装置、可変動弁機構３６ａ、４０ａ、ＷＧＶ４４ａが該当する。これらの第１バンク１０ａのデバイスに関し、第１バンク１０ａのＥＣＵ５０ａは、ＡＢＶ２４ａ以外のデバイスを制御するように構成されている。一方、第２バンク１０ｂのＥＣＵ５０ｂは、第１バンク１０ａのＡＢＶ２４ａを制御するように構成されている。なお、第１バンク１０ａにおけるＡＢＶ２４ａ以外のデバイスは、本発明に係る「トルクデバイスＡ」の一例に相当し、ＡＢＶ２４ａは、本発明に係る「トルクデバイスＢ」の一例に相当する。

第２バンク１０ｂに関しても、上記と同様の構成を有している。すなわち、第２バンク１０ｂの運転を制御するためのデバイスとしては、ＡＢＶ２４ｂ、スロットル弁２８ｂ、燃料噴射弁３０ｂ、点火プラグ３２ｂを含む点火装置、可変動弁機構３６ｂ、４０ｂ、ＷＧＶ４４ｂが該当する。これらの第２バンク１０ｂのデバイスに関し、第２バンク１０ｂのＥＣＵ５０ｂは、ＡＢＶ２４ｂ以外のデバイスを制御するように構成されている。一方、第１バンク１０ａのＥＣＵ５０ａは、第２バンク１０ｂのＡＢＶ２４ｂを制御するように構成されている。なお、第２バンク１０ｂにおけるＡＢＶ２４ｂ以外のデバイスは、本発明に係る「トルクデバイスＡ」の他の例に相当し、ＡＢＶ２４ｂは、本発明に係る「トルクデバイスＢ」の他の例に相当する。

以上のように構成された内燃機関１０によれば、次のような効果を奏することができる。すなわち、内燃機関１０の運転中には、ＥＣＵ５０ａ又はＥＣＵ５０ｂに対して何らかの異常が生じ得る。ここでは、そのような異常発生の一例として、過給圧が大気圧以下となる自然吸気領域の使用中に、第１バンク１０ａのＥＣＵ５０ａが何らかの異常に起因してドライバの意図に反して最大トルクを発生させるように第１バンク１０ａを制御する例を想定する。

この想定例では、第１バンク１０ａのスロットル弁２８ａ、燃料噴射弁３０ａ及び点火装置（点火プラグ３２ａ）は、異常が生じているＥＣＵ５０ａからの指令に基づき、最大トルクを発生させるべく動作する。本実施形態の内燃機関１０によれば、第１バンク１０ａのＡＢＶ２４ａは、異常が生じていない第２バンク１０ｂのＥＣＵ５０ｂによって制御される。このため、ドライバの意図に反して第１バンク１０ａの過給圧を高めることを許容するようにＡＢＶ２４ａが作動する（閉じる）事態が回避される。換言すると、ドライバの意図に反して第１バンク１０ａの過給圧が高くならないようにＡＢＶ２４ａが開かれ、過給圧が解放される。このように、第１バンク１０ａにおけるＡＢＶ２４ａ以外の上記デバイスが最大トルクを発生させるべく作動しても、ドライバの意図に反して第１バンク１０ａの過給圧が上昇することはない。そして、第２バンク１０ｂの正常なＥＣＵ５０ｂによってＡＢＶ２４ａを開いておくことにより、第１バンク１０ａが発生するエンジントルクを例えば最大トルクの半分程度に抑えることが可能となる。また、もう一方の第２バンク１０ｂにおいては、ＡＢＶ２４ｂがドライバの意図に反して第２バンク１０ｂの過給圧を高めることを許容するように作動しても（閉じていても）、ＡＢＶ２４ｂ以外の残りのデバイスは、ＥＣＵ５０ｂによってドライバの意図に応じたエンジントルクを発生させるべく制御される。その結果、内燃機関１０全体で発生させるエンジントルクとしては、例えば最大トルクの１／４程度に抑えることができる。

以上のように、実施の形態１の内燃機関１０によれば、ＥＣＵ５０ａ又はＥＣＵ５０ｂに異常が生じた場合に、内燃機関１０の運転を適切に制限することができる。

２．実施の形態２
図２は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関６０の構成を説明するための図である。図２に示す内燃機関６０は、以下の点において、図１に示す内燃機関１０と相違している。

すなわち、内燃機関６０では、第１バンク１０ａのデバイスに関し、第１バンク１０ａのＥＣＵ６２ａは、実施の形態１と異なりＡＢＶ２４ａではなく、過給圧制御のためのＷＧＶ４４ａ以外のデバイスを制御するように構成されている。一方、第２バンク１０ｂのＥＣＵ６２ｂは、第１バンク１０ａのＷＧＶ４４ａを制御するように構成されている。なお、内燃機関６０の例では、第１バンク１０ａにおけるＷＧＶ４４ａ以外のデバイスは、本発明に係る「トルクデバイスＡ」の一例に相当し、ＷＧＶ４４ａは、本発明に係る「トルクデバイスＢ」の一例に相当する。

第２バンク１０ｂに関しても、上記と同様の構成を有している。すなわち、第２バンク１０ｂのデバイスに関し、第２バンク１０ｂのＥＣＵ６２ｂは、ＷＧＶ４４ｂ以外のデバイスを制御するように構成されている。一方、第１バンク１０ａのＥＣＵ６２ａは、第２バンク１０ｂのＷＧＶ４４ｂを制御するように構成されている。なお、内燃機関６０の例では、第２バンク１０ｂにおけるＷＧＶ４４ｂ以外のデバイスは、本発明に係る「トルクデバイスＡ」の他の例に相当し、ＷＧＶ４４ｂは、本発明に係る「トルクデバイスＢ」の他の例に相当する。

付け加えると、アクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度に基づくドライバの要求トルクは、第１バンク１０ａ及び第２バンク１０ｂのそれぞれに同じように与えられる。このため、第１バンク１０ａのＷＧＶ４４ａの制御（すなわち、過給圧の制御）をもう一方の第２バンク１０ｂのＥＣＵ６２ｂによって制御することは、通常時（非異常時）のエンジントルク制御において問題とならない。このことは、第２バンク１０ｂのＷＧＶ４４ｂの制御についても同様である。

以上のように構成された内燃機関６０によっても、実施の形態１において上述したような効果を同様に奏することができる。すなわち、異常発生の一例として、実施の形態１と同様に、上記想定例を取り上げる。この想定例では、既述したように、第１バンク１０ａのスロットル弁２８ａ、燃料噴射弁３０ａ及び点火装置（点火プラグ３２ａ）は、異常が生じているＥＣＵ６２ａからの指令に基づき、最大トルクを発生させるべく動作する。本実施形態の内燃機関６０によれば、第１バンク１０ａのＷＧＶ４４ａは、異常が生じていない第２バンク１０ｂのＥＣＵ６２ｂによって制御される。このため、ドライバの意図に反して第１バンク１０ａの過給圧がＷＧＶ４４ｂの制御によって高められる事態が回避される。換言すると、ドライバの意図に反して第１バンク１０ａの過給圧が高くならないようにＷＧＶ４４ａが開かれることで、過給圧が低く抑えられる。また、第２バンク１０ｂにおいては、ＷＧＶ４４ｂがドライバの意図に反して第２バンク１０ｂの過給圧を高めるべく作動しても（すなわち、ＷＧＶ４４ｂが閉じられても）、ＷＧＶ４４ｂ以外の残りのデバイスは、ＥＣＵ６２ｂによってドライバの意図に応じたエンジントルクを発生させるべく制御される。その結果、内燃機関６０全体で発生させるエンジントルクを適切に抑制できる。

以上のように、実施の形態２の内燃機関６０によっても、ＥＣＵ６２ａ又はＥＣＵ６２ｂに異常が生じた場合に、内燃機関６０の運転を適切に制限することができる。

また、上述した実施の形態１及び２の内燃機関１０、６０の例に代え、第１バンク１０ａのＥＣＵは、第２バンク１０ｂのＡＢＶ２４ｂ及びＷＧＶ４４ｂの双方を制御するように構成され、かつ、第２バンク１０ｂのＥＣＵは、第１バンク１０ａのＡＢＶ２４ａ及びＷＧＶ４４ａの双方を制御するように構成されてもよい。すなわち、本発明に係る「トルクデバイスＢ」は複数であってもよい。

さらに、過給圧制御のためにクランク軸によって回転駆動される機械式コンプレッサ（機械式過給機）を気筒群毎に備える内燃機関の例では、第１気筒群のＥＣＵは、第１気筒群の機械式コンプレッサ以外のデバイスとともに、第２気筒群の機械式コンプレッサを制御するように構成され、かつ、第２気筒群のＥＣＵは、第２気筒群の機械式コンプレッサ以外のデバイスとともに、第１気筒群の機械式コンプレッサを制御するように構成されてもよい。

また、過給圧制御のために電動コンプレッサ（電動過給機）を気筒群毎に備える内燃機関の例では、第１気筒群のＥＣＵは、第１気筒群の電動コンプレッサ以外のデバイスとともに、第２気筒群の電動コンプレッサを制御するように構成され、かつ、第２気筒群のＥＣＵは、第２気筒群の電動コンプレッサ以外のデバイスとともに、第１気筒群の電動コンプレッサを制御するように構成されてもよい。

３．参考例
３−１．第１参考例
図３は、本発明に関する参考例に係る内燃機関７０の構成を説明するための図である。図３に示す内燃機関７０は、以下の点において、図１に示す内燃機関１０と相違している。すなわち、内燃機関７０の各バンク１０ａ、１０ｂの吸気通路７２ａ、７２ｂは、コンプレッサ１８ａ１、１８ａ２の下流に位置するインタークーラ７４付近の部位において合流した後に、再び各バンク１０ａ、１０ｂに向けて分岐している。また、この第１参考例では、第１バンク１０ａのＥＣＵ７６ａは、ＡＢＶ２４ａ及びＷＧＶ４４ａを含む第１バンク１０ａのすべてのデバイスを制御するように構成されている。このことは、第２バンク１０ｂのＥＣＵ７６ｂについても同様である。

そのうえで、内燃機関７０では、ＡＢＶ２４ａ、２４ｂは、本来の用途であるコンプレッサ前後の圧力比が大きくなり過ぎた場合だけでなく、要求過給圧が大気圧又はそれ以下の時にも開くように構成されている。なお、要求過給圧は、例えば、ドライバの操作によるアクセル開度に応じた要求トルクを実現するために必要な要求吸入空気量に応じた値として算出できる。

以上のように構成された内燃機関７０によっても、実施の形態１において上述したような効果を同様に奏することができる。すなわち、異常発生の一例として、実施の形態１と同様に、上記想定例を取り上げる。この想定例では、既述したように、第１バンク１０ａのスロットル弁２８ａ、燃料噴射弁３０ａ及び点火装置（点火プラグ３２ａ）は、異常が生じているＥＣＵ７６ａからの指令に基づき、最大トルクを発生させるべく動作する。内燃機関７０によれば、第２バンク１０ｂのＡＢＶ２４ａは、異常が生じていない同じ第２バンク１０ｂのＥＣＵ７６ｂによって制御される。したがって、過給が要求されていない場合（つまり、要求過給圧が大気圧以下となる場合）には、ＡＢＶ２４ｂが開かれる。その結果、吸気通路７２ａと吸気通路７２ｂとはコンプレッサ１８ａ１、１８ａ２の下流において連通しているので、過給圧が大気圧に抑えられる。そして、既述したように、第１バンク１０ａが発生するエンジントルクを例えば最大トルクの半分程度に抑えることが可能となり、内燃機関１０全体で発生させるエンジントルクとしては、例えば最大トルクの１／４程度に抑えることができる。以上のように、第１参考例に係る内燃機関７０によっても、ＥＣＵ７６ａ又はＥＣＵ７６ｂに異常が生じた場合に、内燃機関７０の運転を適切に制限することができる。

３−２．第２参考例
この第２参考例は、図３に示すハードウェア構成を有する内燃機関７０を対象としている点において第１参考例と同じであり、以下の点において第１参考例と相違している。すなわち、第２参考例によれば、ＡＢＶ２４ａ、２４ｂは、要求過給圧が大気圧又はそれ以下であり、かつ、実過給圧が大気圧以上になった時に開くように構成されている。

上述の第１参考例によれば、要求過給圧が大気圧以下の場合には常にＡＢＶ２４ａ、２４ｂが開いた状態になる。このため、ドライバがアクセルペダルを踏み込んで加速を要求しても、ＡＢＶ２４ａ、２４ｂが閉じるまでの間は過給圧が上昇しなくなり、過給レスポンスが低下することがある。これに対し、第２参考例によれば、ＡＢＶ２４ａ、２４ｂは、要求過給圧が大気圧以下の場合、かつ、実過給圧が大気圧以上になった場合に開くように制御される。これにより、過給レスポンスの低下を抑制しつつ、ＥＣＵ７６ａ又はＥＣＵ７６ｂの異常発生時に内燃機関７０の運転を適切に制限することができる。

なお、上述した第１参考例及び第２参考例は、バンク毎にＥＣＵ７６ａ、７６ｂを備える内燃機関７０の他に、内燃機関の全気筒の制御を行うメインＥＣＵと当該メインＥＣＵの処理を監視するためのサブＥＣＵとを備える内燃機関にも同様に適用することができる。

以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１０、６０、７０ 内燃機関
１０ａ 第１バンク（第１気筒群）
１０ｂ 第２バンク（第２気筒群）
１２ａ、１２ｂ 気筒
１４ａ、１４ｂ、７２ａ、７２ｂ 吸気通路
１８ａ１、１８ｂ１ ターボ過給機のコンプレッサ
１８ａ２、１８ｂ２ ターボ過給機のタービン
２０ａ、２０ｂ 排気通路
２２ａ、２２ｂ エアバイパス通路
２４ａ、２４ｂ エアバイパス弁（ＡＢＶ）
２６ａ、２６ｂ、７４ インタークーラ
２８ａ、２８ｂ スロットル弁
３０ａ、３０ｂ 燃料噴射弁
３２ａ、３２ｂ 点火プラグ
３６ａ、３６ｂ 吸気可変動弁機構
４０ａ、４０ｂ 排気可変動弁機構
４２ａ、４２ｂ 排気バイパス通路
４４ａ、４４ｂ ウェイストゲート弁（ＷＧＶ）

Claims (1)

1. 少なくとも第１及び第２気筒群を含む２つ以上の気筒群を備える内燃機関であって、
   前記２つ以上の気筒群のそれぞれに配置され、前記内燃機関のトルクを制御するためのトルクデバイスＡと、
   前記２つ以上の気筒群のそれぞれに配置され、前記内燃機関のトルクを制御するためのトルクデバイスＢと、
   前記２つ以上の気筒群のそれぞれに対して備えられた電子制御ユニットと、
   を備え、
   前記第１気筒群の前記電子制御ユニットは、前記第１気筒群に配置された前記トルクデバイスＡと、前記第２気筒群に配置された前記トルクデバイスＢとを制御するように構成され、
   前記第２気筒群の前記電子制御ユニットは、前記第２気筒群に配置された前記トルクデバイスＡと、前記第１気筒群に配置された前記トルクデバイスＢとを制御するように構成されている
   ことを特徴とする内燃機関。

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