JP4036375B2 - 可変気筒内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、燃料カットが行われる内燃機関の運転形態を、機関回転数を含む車両運転状態に応じて全気筒が稼働する全気筒運転と一部の気筒が休止する部分気筒運転とに切り換える気筒数制御手段を備える可変気筒内燃機関に関する。

可変気筒内燃機関では、部分気筒運転でのポンピングロスの低減などにより燃費性能が向上する一方で、全気筒運転が行われる場合に比べて、稼働している気筒で発生する機関トルクが大きくなるうえ、機関トルクの発生間隔（クランク角）が大きくなって、内燃機関の振動が大きくなる。そこで、この振動を抑制しつつ、燃費性能を向上させるための技術として、例えば特許文献１に開示された自動車用エンジンがある。このエンジンでは、エンジンの低速回転時の振動・騒音を抑制するために、アイドルスイッチのオン／オフに応じて休筒状態の設定条件を変えたマップが備えられ、エンジン回転数がアイドルスイッチのオン／オフに応じて設定される所定回転数以上である場合に休筒状態が設定される。そして、アイドルスイッチがオンのときの所定回転数は、アイドルスイッチがオフのときの所定回転数よりも低く設定される。
特開平５−１８００１６号公報

燃費性能を向上させるために減速時に燃料カットが行われる内燃機関では、燃料カットの終了後に燃料復帰が行われて、燃料供給が再開されことにより、内燃機関の振動・騒音が発生する。そして、燃料復帰時のこの振動・騒音は、部分気筒運転で燃料復帰が行われる場合に、前述の理由により、全気筒運転での燃料復帰の場合に比べて大きくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１，２記載の発明は、可変気筒内燃機関において、燃料復帰時の振動・騒音の低減を図ることを目的とする。さらに、請求項２記載の発明は、休筒領域の拡大を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、吸入空気を計量するスロットル弁と、機関回転速度を検出する回転速度センサと、一部の気筒が休止する部分気筒運転が行われる休筒領域を設定する休筒領域設定手段と、前記回転速度センサの検出結果に基づいて機関回転速度が前記休筒領域にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて稼働気筒数を設定する気筒数制御手段と、前記一部の気筒に設けられる気筒休止機構と、燃料カット後に燃料復帰を実行する燃料制御手段とを備え、前記気筒数制御手段が前記気筒休止機構を制御することにより、前記休筒領域以外で全気筒が稼働する全気筒運転と前記休筒領域での前記部分気筒運転とに運転形態が切り換えられる可変気筒内燃機関において、前記休筒領域の下限回転速度は、前記燃料復帰時の機関回転速度である復帰回転速度よりも所定値だけ大きい可変気筒内燃機関である。

これによれば、部分気筒運転が行われる休筒領域の下限回転速度は、燃料カット後に燃料復帰が行われる復帰回転速度よりも大きいことから、燃料復帰は、下限回転速度よりも低い機関回転速度領域である休筒領域以外の領域において、全気筒運転の状態で行われるので、部分気筒運転の状態で燃料復帰が行われる場合に比べて燃料復帰時の振動・騒音の発生が抑制される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の可変気筒内燃機関において、前記気筒休止機構は作動油により駆動される油圧式機構であり、前記所定値は前記作動油の温度または圧力に応じて異なる値に設定されるものである。

これによれば、燃料復帰時には休筒休止機構が確実に全気筒運転が可能な状態にあり、しかも所定値を作動油の温度または圧力に応じて極力小さい値に設定することができて、休筒領域が拡大される。

請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、全気筒運転の状態で燃料復帰が行われるので、燃料復帰時の振動・騒音の発生が抑制されて、内燃機関の振動・騒音が低減する。

請求項２記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、燃料復帰時における全気筒運転が確保され、しかも油圧式機構からなる気筒休止機構を備える可変気筒内燃機関における休筒領域が拡大されるので、部分気筒運転の運転域が拡大されて、燃費性能が一層向上する。

以下、本発明の実施形態を図１ないし図６を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された可変気筒内燃機関Ｅは、Ｖ型６気筒の４ストローク内燃機関であり、クランク軸Ｄの回転中心線が車幅方向を指向する横置き配置で車両に搭載される。

内燃機関Ｅは、第１気筒群を構成する前方の３つの気筒Ｃ１〜Ｃ３を有する第１バンクＢａと、第２気筒群を構成する後方の３つの気筒Ｃ４〜Ｃ６を有する第２バンクＢｂとを備える。内燃機関Ｅの一部の気筒であって休止可能気筒である複数の気筒Ｃ４〜Ｃ６には、それぞれ、気筒Ｃ４〜Ｃ６の稼働および休止を切り換える気筒休止手段としてのバルブ休止機構１が設けられ、バルブ休止機構１は、気筒数制御手段23（図２参照）によりその作動が制御される。

内燃機関Ｅの動弁装置は、クランク軸Ｄの動力により回転駆動されるカム軸に設けられた動弁カムを備え、該動弁カムにより気筒Ｃ１〜Ｃ６毎に各バンクＢａ，Ｂｂのシリンダヘッドに配置された吸気弁および排気弁を開閉する。そして、それ自体周知のバルブ休止機構１は、作動油により非作動状態および作動状態に切り換えられる油圧式機構により構成され、第２バンクＢｂに配置される前記動弁装置に設けられる。そして、バルブ休止機構１には、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）20により後記車両運転状態に応じて制御される油圧制御弁２が設けられた油路３が接続される。油路３は内燃機関Ｅにより駆動される油圧源としてのオイルポンプＰに接続され、油圧制御弁２がバルブ休止機構１に対する作動油の給排を制御することにより、バルブ休止機構１は、複数の気筒Ｃ４〜Ｃ６において、非作動状態または作動状態に切り換えられる。

バルブ休止機構１が非作動状態にあるとき、第２バンクＢｂの各気筒Ｃ４〜Ｃ６の吸気弁および排気弁は前記動弁カムにより所定の開閉時期で開閉作動されて、該気筒Ｃ４〜Ｃ６が稼働状態になり、バルブ休止機構１が作動状態にあるとき、各気筒Ｃ４〜Ｃ６の吸気弁および排気弁は休止状態になって閉弁状態に保たれ、該気筒Ｃ４〜Ｃ６が休止する。

それゆえ、内燃機関Ｅの運転形態は、稼働気筒数を制御する気筒数制御手段23（図２参照）により、バルブ休止機構１が非作動状態になって第２バンクＢｂの３気筒Ｃ４〜Ｃ６が稼働して、第１バンクＢａの３気筒Ｃ１〜Ｃ３と共に全気筒Ｃ１〜Ｃ６が稼働する全気筒運転と、バルブ休止機構１が作動状態になって第２バンクＢｂの３気筒Ｃ４〜Ｃ６が休止し、第１バンクＢａの３気筒Ｃ１〜Ｃ３が稼働する部分気筒運転とに切り換えられる。

内燃機関Ｅは、エアクリーナ５を通って各気筒Ｃ１〜Ｃ６に吸入される空気を計量するスロットル弁６と吸気を各気筒Ｃ１〜Ｃ６に分配する吸気マニホルド７とを有する吸気装置４と、吸入された空気に燃料を供給して混合気を形成する燃料供給手段としての燃料噴射弁８と、各気筒Ｃ１〜Ｃ６に属する燃焼室で混合気が点火栓９（図２参照）により点火されて燃焼して発生した燃焼ガスを排気ガスとして外部に排出するための排気マニホルド11を有する排気装置10とを備える。スロットル弁６は、ＥＣＵ20により制御されるアクチュエータである電動モータ12により駆動され、アクセル操作量および後記車両運転状態に応じて開度が制御される。

図２を併せて参照すると、バルブ休止機構１、燃料噴射弁８、点火栓９および電動モータ12は、ＥＣＵ20により制御される。ＥＣＵ20は、入出力インターフェース、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種の制御プログラムや各種のマップが記憶されたＲＯＭおよび各種のデータが一時的に記憶されるＲＡＭなどの記憶装置を備えるマイクロコンピュータで構成される。

機関回転速度などの内燃機関Ｅの機関運転状態と、車速などの機関運転状態以外の状態と、からなる車両運転状態を検出する運転状態検出手段30は、ＥＣＵ20に接続されるか、またはＥＣＵ20により構成される。
それゆえ、内燃機関Ｅの運転形態を切り換えるための制御装置は、運転状態検出手段30およびＥＣＵ20を備える。

運転状態検出手段30は、車速を検出する車速センサ31と、アクセル操作量としてアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル操作量検出手段を構成すると共に機関負荷検出手段でもあるアクセルセンサ32と、スロットル弁６の開度を検出するスロットル開度センサ33と、内燃機関Ｅの機関回転速度を検出する回転速度センサ34と、機関回転速度の減少率および車速の減少率に基づいて内燃機関Ｅの減速を検出する減速検出手段35と、アクセルセンサ32の検出結果に基づいてスロットル弁６の全閉を検出する全閉センサ36と、バルブ休止機構１の作動油の温度および圧力をそれぞれ検出する温度センサ37および圧力センサ38とを備える。

ＥＣＵ20は、部分気筒運転が行われる運転領域である休筒領域Ｆ（図３参照）を設定する休筒領域設定手段21と、運転状態検出手段30の検出結果に基づいて前記車両運転状態が休筒領域Ｆにあるか否かを判定する判定手段22と、判定手段22の判定結果に基づいて稼働気筒数を設定する気筒数制御手段23と、運転状態検出手段30の検出結果に基づいて各燃料噴射弁８から供給される燃料量および供給時期を制御する燃料制御手段24と、運転状態検出手段30の検出結果に基づいて各点火栓９の点火時期および作動を制御する点火栓制御手段25とを備える。

図３を併せて参照すると、休筒領域設定手段21はＥＣＵ20の記憶装置に記憶された休筒領域マップに基づいて休筒領域Ｆを設定する。該休筒領域マップにより設定される基本休筒領域Ｆｏは、内燃機関Ｅの機関負荷と機関回転速度とをパラメータとして機関負荷領域および機関回転速度領域の各所定範囲に渡って、例えば内燃機関Ｅが、低負荷領域で、所定の低速回転領域または中速回転領域にある運転領域として設定される。

そして、基本気筒領域Ｆｏにおける、機関回転速度領域の低回転速度側での境界値となる下限回転速度Ｎｏは、エンジンストール防止の観点から設定される復帰回転速度Ｎra，Ｎrb（図４参照）を考慮して、車室内での静穏性および乗員の快適性を向上させる観点から、内燃機関Ｅが部分気筒運転で運転されるときに発生する振動・騒音が、乗員に著しい不快感を与えることがない目安となる振動・騒音レベル以上にならない機関回転速度として設定される。

気筒数制御手段23は、判定手段22により機関回転速度を含む前記車両運転状態が休筒領域Ｆにあると判定されると、部分気筒運転が行われるようにバルブ休止機構１を制御して、稼働気筒数を全気筒数未満の気筒数、ここでは全気筒数の半数である３気筒に設定し、前記車両運転状態が休筒領域Ｆ以外の運転領域あると判定されると、全気筒運転が行われるようにバルブ休止機構１を制御して、稼働気筒数を全気筒数に設定する。

燃料制御手段24により、気筒数制御手段23からの出力信号に応じて部分気筒運転時に気筒Ｃ４〜Ｃ６に属する燃料噴射弁８から燃料の供給が停止される。さらに、燃料制御手段24により、減速検出手段35により機関回転速度の減少率および車速の減少率少なくとも一方が所定値以上となる急減速が検出されると、各気筒Ｃ１〜Ｃ６の燃料噴射弁８からの燃料供給を停止する燃料カットを実行する。なお、この実施形態では、部分気筒運転時に燃料カットが行われるため、実質的には、気筒Ｃ１〜Ｃ３に属する燃料噴射弁８に対して燃料カットが実施される。そして、燃料カット後に、回転速度センサ34により検出される機関回転速度が燃料復帰を実行する復帰回転速度Ｎra，Ｎrb（図４参照）まで低下した時点で、後述するように各気筒Ｃ１〜Ｃ６の燃料噴射弁８からの燃料供給が再開される。また、点火栓制御手段25により、気筒数制御手段23からの出力信号に応じて部分気筒運転時に気筒Ｃ４〜Ｃ６に属する点火栓９の作動が停止される。

図３，図４を参照すると、復帰回転速度Ｎraは、スロットル弁６が全閉であるとき（全閉時）の復帰回転速度であり、復帰回転速度Ｎrbは、スロットル弁６が全閉でないとき（非全閉時）の復帰回転速度である。そして、両復帰回転速度Ｎra，Ｎrbは、内燃機関Ｅの燃料復帰時における変速機のシフト位置などの前記車両運転状態に基づいて設定される。具体的には、復帰回転速度Ｎraは、前記シフト位置をパラメータとしたマップにより設定される復帰回転速度Ｎrbから所定の補正値を差し引く補正を行うことにより設定される。

休筒領域設定手段21は、全閉センサ36により検出されるスロットル弁６の全閉および非全閉、そして両復帰回転速度Ｎra，Ｎrbに応じて下限回転速度Ｎｏを補正することにより、スロットル弁６が全閉であるときの下限回転速度Ｎａおよびスロットル弁６が非全閉であるときの下限回転速度Ｎｂを設定して、スロットル弁６の全閉時の全閉時休筒領域Ｆａおよびスロットル弁６の非全閉時の非全閉時休筒領域Ｆｂする。

具体的には、スロットル弁６の開度に基づいて定まる機関トルクが大きいときほど、部分気筒運転での振動・騒音も大きくなることから、スロットル弁６が全閉でないときに比べて機関トルクが小さい運転状態であるスロットル弁６が全閉であるときの下限回転速度Ｎａは、スロットル弁６が全閉でないときの下限回転速度Ｎｂよりも小さく設定される。それゆえ、下限回転速度Ｎａにより規定される全閉時休筒領域Ｆａは、下限回転速度Ｎｂにより規定される非全閉時休筒領域Ｆｂに比べて、より低い機関回転速度領域を含む休筒領域Ｆになる。

そのために、下限回転速度Ｎａは、復帰回転速度Ｎraを基準にして、復帰回転速度Ｎraよりも所定値ΔNaだけ大きい値に設定され、下限回転速度Ｎｂは、復帰回転速度Ｎrbを基準にして、復帰回転速度Ｎrbよりも所定値ΔNbだけ大きい値に設定される。

そして、所定値ΔNa，ΔNbは、機関回転速度が下限回転速度Ｎａ，Ｎｂから復帰回転速度Ｎra，Ｎrbにそれぞれ達するまでに、休止状態にあるすべての気筒Ｃ４〜Ｃ６でバルブ休止機構１が作動状態から非作動状態への切換を完了するように、休筒領域設定手段21により設定される。したがって、切換時間が作動油の温度および圧力の影響を受けるバルブ休止機構１において、所定値ΔNa，ΔNbは、図５，図６に示される作動油の温度または圧力をパラメータとしたマップに基づいて、作動油の温度または圧力に応じて異なる値に設定される。具体的には、作動油の油路３に設けられる温度センサ37（図２参照）または圧力センサ38（図２参照）の検出結果に基づいて、図５に示されるように、作動油の温度が低くて粘度が大きいときほど作動油が切換のための部材を押す力が大きくなることから、作動油の温度が高くなるほど大きい値に設定され、また図６に示されるように、圧力が高くなるほど小さい値に設定される。

なお、所定値ΔNa，ΔNbが、作動油の温度または圧力に応じて設定される場合、それら各パラメータにより設定される最大の所定値ΔNa，ΔNbが採用される。また、下限回転速度Ｎａ，Ｎｂ、および復帰回転速度Ｎra，Ｎrbは、それぞれ、バルブ休止機構１の切換安定化、および燃料復帰時における内燃機関Ｅの作動安定化のために、所定幅のヒステリシス特性を持っている。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
判定手段22は、回転速度センサ34を含む運転状態検出手段30の検出結果に基づいて機関回転速度を含む前記車両運転状態が休筒領域Ｆにあるか否かを判定し、気筒数制御手段23は、その判定結果に基づいて、休筒領域Ｆ以外での全気筒運転と休筒領域Ｆでの部分気筒運転とに内燃機関Ｅの運転形態を切り換える。このとき、全閉時休筒領域Ｆａおよび非全閉時休筒領域Ｆｂにおける下限回転速度Ｎａ，Ｎｂは、それぞれ、スロットル弁６の全閉時およびスロットル弁６の非全閉時での燃料カット後の復帰回転速度Ｎra，Ｎrbよりも所定値ΔNa，ΔNbだけ大きいことにより、燃料復帰は、下限回転速度Ｎａ，Ｎｂよりも低い機関回転速度領域である休筒領域Ｆａ，Ｆｂ以外の領域において、全気筒運転の状態で行われるので、部分気筒運転の状態で燃料復帰が行われる場合に比べて燃料復帰時の振動・騒音の発生が抑制されて、内燃機関Ｅの振動・騒音が低減する。

下限回転速度Ｎａ，Ｎｂが、前記シフト位置などの車両運転状態に応じて変更される復帰回転速度Ｎra，Ｎrbを基準として設定されることにより、エンジンストールを防止しつつ燃料カットによる燃費性能を考慮して設定される復帰回転速度Ｎra，Ｎrbに対応して、部分気筒運転が行われる休筒領域Ｆを拡大することができて、この点でも燃費性能の向上に寄与できる。

スロットル弁６の全閉および非全閉に応じて休筒領域Ｆａ，Ｆｂが設定され、全閉時休筒領域Ｆａの下限回転速度Ｎａは、非全閉時休筒領域Ｆｂの下限回転速度Ｎｂよりも小さく設定されることにより、スロットル弁６の全閉時は、より低い機関回転速度領域まで休筒領域Ｆが拡大されるので、部分気筒運転での運転領域が拡大されて、燃費性能が向上する。

バルブ休止機構１は作動油により駆動される油圧式機構であり、所定値ΔNa，ΔNbは作動油の温度または圧力に応じて異なる値に設定されることにより、燃料復帰時にはバルブ休止機構１が確実に全気筒運転が可能な状態にあり、しかも所定値ΔNa，ΔNbを作動油の温度または圧力に応じて極力小さい値に設定することができるため、燃料復帰時における全気筒運転が確保され、しかも油圧式機構からなるバルブ休止機構１を備える内燃機関Ｅにおける休筒領域Ｆが拡大されるので、部分気筒運転の運転域が拡大されて、燃費性能が一層向上する。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
全閉センサ36は、スロットル弁６の全閉位置を検出するものであってもよい。また、内燃機関Ｅは、Ｖ型以外の、また６気筒以外の多気筒内燃機関であってもよい。

本発明に係る可変気筒内燃機関の概略図である。 図１の内燃機関の運転形態を切り換えるための制御装置の主要構成部を示すブロック図である。 図１の内燃機関の休筒領域を設定するマップを示す図である。 図１の内燃機関において、休筒領域の下限回転速度と燃料復帰が実行される復帰回転速度との関係を説明する図である。 図１の内燃機関のバルブ休止機構を作動させる作動油の温度に応じて、下限回転速度と復帰回転速度との差に相当する所定値を設定するマップを示す図である。 図１の内燃機関のバルブ休止機構を作動させる作動油の圧力に応じて、下限回転速度と復帰回転速度との差に相当する所定値を設定するマップを示す図である。

符号の説明

１…バルブ休止機構、２…油圧制御弁、３…油路、４…吸気装置、５…エアクリーナ、６…スロットル弁、７…吸気マニホルド、８…燃料噴射弁、９…点火栓、10…排気装置、11…排気マニホルド、12…電動モータ、13…、14…、20…ＥＣＵ、21…休筒領域設定手段、22…判定手段、23…気筒数制御手段、24…燃料制御手段、25…点火栓制御手段、30…運転状態検出手段、31…車速センサ、32…アクセルセンサ、33…スロットル開度センサ、34…回転速度センサ、35…減速検出手段、36…全閉センサ、37…温度センサ、38…圧力センサ、
Ｅ…可変気筒内燃機関、Ｄ…クランク軸、Ｃ１〜Ｃ６…気筒、Ｂａ，Ｂｂ…バンク、Ｐ…オイルポンプ、Ｆ…休筒領域、Ｆｏ…基本休筒領域、Ｆａ…全閉時休筒領域、Ｆｂ…非全閉時休筒領域、Ｎｏ，Ｎａ，Ｎｂ…下限回転速度、Ｎra，Ｎrb…復帰回転速度、ΔNa，ΔNb…所定値。

Claims (2)

1. 吸入空気を計量するスロットル弁と、機関回転速度を検出する回転速度センサと、一部の気筒が休止する部分気筒運転が行われる休筒領域を設定する休筒領域設定手段と、前記回転速度センサの検出結果に基づいて機関回転速度が前記休筒領域にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて稼働気筒数を設定する気筒数制御手段と、前記一部の気筒に設けられる気筒休止機構と、燃料カット後に燃料復帰を実行する燃料制御手段とを備え、前記気筒数制御手段が前記気筒休止機構を制御することにより、前記休筒領域以外で全気筒が稼働する全気筒運転と前記休筒領域での前記部分気筒運転とに運転形態が切り換えられる可変気筒内燃機関において、
   前記休筒領域の下限回転速度は、前記燃料復帰時の機関回転速度である復帰回転速度よりも所定値だけ大きいことを特徴とする可変気筒内燃機関。
2. 前記気筒休止機構は作動油により駆動される油圧式機構であり、前記所定値は前記作動油の温度または圧力に応じて異なる値に設定されることを特徴とする請求項１記載の可変気筒内燃機関。

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