JP4159915B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の気筒を有する内燃機関として、加速時には全気筒運転を行い、アイドル時や低速走行時には一部の気筒を休止させる減筒運転を行う内燃機関が知られている(特許文献1参照)。しかし、減筒運転時に休止する気筒が固定されていると気筒の使用頻度に差が発生し、気筒間でピストン、点火プラグ等の劣化に偏りが生じることがある。そこで、劣化の偏りを防止する方法として、所定時間減筒運転が継続したら休止している気筒を強制的に復帰させる方法が知られている(特許文献2参照)。また、奇数気筒をもつ4サイクルの内燃機関において、8ストロークに一回燃焼させるようにして、1サイクル中での爆発を一回休止させる気筒を順次移行させる方法も知られている(特許文献3参照)。
【0003】
【特許文献1】
実開昭60−133145号公報
【特許文献2】
特開2001−73821号公報
【特許文献3】
特開平6−66166号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、休止している気筒を強制的に復帰させると、減筒運転に適している状況でも減筒運転を中止してしまうので効率が悪い。また、8ストロークに一回燃焼させる方法では、偶数気筒をもつ内燃機関には適用できない。
【0005】
そこで、本発明は、偶数気筒の内燃機関において、休止対象となる気筒を特定の気筒に偏らせることなく減筒運転を行うことが可能な内燃機関を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の内燃機関は、所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う8気筒の4サイクル式内燃機関であって、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして270°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
【0007】
8気筒の4サイクル式内燃機関は、90°CA(クランク角を意味する。)間隔で全気筒に順次燃焼が生じるようにクランク角と各気筒とが対応付けられている。そこで、90°CA間隔で燃焼を生じさせる場合の燃焼順序1〜8に従って8つの気筒を互いに区別すれば、270°CA間隔で燃焼を生じさせる減筒運転時には1回の燃焼インターバルで2気筒が休止して1→4→7→2→5→8→3→6→1の順で全ての気筒に順次燃焼が生じることになる。従って、休止気筒が一部の特定気筒に偏ることがなく、減筒運転中における各気筒の筒内温度差が小さくなる。従って、減筒運転から運転を切替えたときに燃焼の悪化及び排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【0008】
本発明の内燃機関においては、8つの気筒が4気筒ずつ二つのバンクに分かれており、前記燃焼制御手段は前記減筒運転時の前記内燃機関に、一方のバンクの4つの気筒に前記270°間隔で順次燃焼を生じさせる第1の燃焼期間と、他方のバンクの4つの気筒に前記270°間隔で順次燃焼を生じさせる第2の燃焼期間とが繰り返されるように気筒間の燃焼順序を制御してもよい(請求項2)。この場合、各バンクにおいて、4つの気筒に270°CA間隔で順次燃焼が生じる期間と、全く燃焼が生じない期間とが交互に繰り返されるようになる。このため、各燃焼期間における一方のバンクと他方のバンクとから排出される排気の量及び温度に明確な差を形成でき、排気に関する各種の制御においてその差を役立てることが期待できる。
【0009】
また、本発明においては、8気筒以外の偶数気筒数の内燃機関においても、次のような構成により、減筒運転中の全ての気筒に順次燃焼を生じさせて上記の8気筒の内燃機関と同様の作用効果を得ることができる。
【0010】
すなわち、所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う12気筒の4サイクル式内燃機関においては、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして300°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えるようにすればよい(請求項3)。
【0011】
12気筒の4サイクル式内燃機関は、60°CA間隔で全気筒に順次燃焼が生じるようにクランク角と各気筒とが対応付けられており、60°CA間隔で燃焼を生じさせる場合の燃焼順序1〜12に従って12の気筒を互いに区別すれば、300°CA間隔で燃焼を生じさせる減筒運転時には1回の燃焼インターバルで4気筒が休止して1→6→11→4→9→2→7→12→5→10→3→8→1の順で全ての気筒に順次燃焼が生じることになる。
【0012】
所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う10気筒の4サイクル式内燃機関においては、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして216°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えるようにすればよい(請求項4)。
【0013】
10気筒の4サイクル式内燃機関は、72°CA間隔で全気筒に順次燃焼が生じるようにクランク角と各気筒とが対応付けられており、72°CA間隔で燃焼を生じさせる場合の燃焼順序1〜10に従って10の気筒を互いに区別すれば、216°CA間隔で燃焼を生じさせる減筒運転時には1回の燃焼インターバルで2気筒が休止して1→4→7→10→3→6→9→2→5→8→1の順で全ての気筒に順次燃焼が生じることになる。
【0014】
所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う6気筒の4サイクル式内燃機関においては、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして600°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えるようにすればよい(請求項5)。
【0015】
6気筒の4サイクル式内燃機関は、120°CA間隔で全気筒に順次燃焼が生じるようにクランク角と各気筒とが対応付けられており、120°CA間隔で燃焼を生じさせる場合の燃焼順序1〜6に従って6つの気筒を互いに区別すれば、600°CA間隔で燃焼を生じさせる減筒運転時には1回の燃焼インターバルで4気筒が休止して1→6→5→4→3→2→1の順で全ての気筒に順次燃焼が生じることになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、エンジンと略称することがある。)1に適用した実施形態を示している。エンジン1は左右のバンク3、4にそれぞれ4つずつ気筒2が設けられた、いわゆるV型8気筒エンジンである。なお、以下の説明において、図1に示すように各気筒2をそれぞれ#1〜#8の気筒番号によって互いに区別する。各バンク3、4には、それぞれ排気通路5、5が接続されている。各排気通路5には排気浄化用の触媒6及び触媒6の床温を検出する温度センサ7が設けられている。また、各気筒2には、燃料を気筒2内に噴射するインジェクタ8が設けられている。
【0017】
各インジェクタ8の動作はエンジンコントロールユニット(ECU)9により制御される。ECU9はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なROM、RAM等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ECU9は、エンジン1の運転状態に基づいて各気筒2の燃料噴射量を演算するとともに、その演算された量の燃料が各気筒2に対して所定のタイミングで供給されるようにクランク角センサ10の出力を参照しつつ各インジェクタ8の燃料噴射開始時期及び燃料噴射終了時期を制御する。ECU9によるインジェクタ8の動作制御は、各インジェクタ8から90°CAで燃料を噴射して各気筒2に90°CA間隔で燃焼を生じさせる通常燃焼モードと、所定の減筒運転条件が成立した場合に一部の気筒2の燃焼を休止させる減筒運転モードとの間で切り替えられる。
【0018】
図2はECU9がインジェクタ8の制御モードを切り替えるために実行する気筒燃焼制御ルーチンを示している。このルーチンはエンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【0019】
図2の気筒燃焼制御ルーチンにおいて、ECU9は、まずステップS1で減筒運転条件が成立しているか否かを判断する。減筒運転条件は、例えばエンジン1の所定の運転状態(例えばアイドル状態)が所定時間継続している場合に成立するように定められる。減筒運転条件が成立している場合はステップS2にてインジェクタ8の動作制御モードを減筒運転モードに設定する。つまり、エンジン1に対して270°CA間隔で燃焼が噴射されるように各インジェクタ2からの燃料噴射時期を設定する。その後、ステップS3に進み、アクセルペダルの開度が0%か否かを判断する。そして、0%であればステップS4に進み、温度センサ7が検出した触媒6の床温が一定温度以下か否かを判断する。床温が一定温度よりも高ければ今回のルーチンを終える。
【0020】
ステップS1にて減筒運転条件が成立していない場合、ステップS3でアクセル開度が0%以外の場合、又はステップS4で触媒6の床温が一定温度以下の場合にはステップS5へ進み、インジェクタ8の動作制御モードを通常燃焼モードに設定する。つまり、エンジン1に対して90°CA間隔で燃料が噴射されるように各インジェクタ2からの燃料噴射時期を設定する。
【0021】
図3は通常燃焼モード及び減筒運転モードにおける気筒2の燃焼順序を示している。なお、参考のために減筒運転モードにおいて180°CA間隔で燃焼を生じさせた場合の燃焼順序も示している。図3のクランク角の欄以外の数値は気筒番号#1〜#8を示している。
【0022】
図3から明らかなように、本実施形態のエンジン1では通常燃焼モードにおいて、#1→#2→#7→#3→#4→#5→#6→#8の順で燃焼が生じるようにクランク軸の位相と各気筒2のピストンの位置とが対応付けられている。このような状態で減筒運転モードにて270°CA間隔で燃焼を実行した場合、#1→#3→#6→#2→#4→#8→#7→#5の順に全ての気筒2で燃焼が行われる。これに対して180°CA間隔で燃焼させた場合には#1、#4、#6、#7の4つの気筒2のみでしか燃焼が行われず、減筒運転の対象となる気筒が一部の気筒に偏る。
【0023】
また、図3の燃焼順序をバンク毎に区別して示せば図4の通りである。図4から明らかなように、本実施形態では、減筒運転モードにおいて、第1バンク3の各気筒2が連続して順次燃焼を行う第1バンク燃焼期間と、第2バンク4の各気筒2が連続して順次燃焼を行う第2バンク燃焼期間とが交互に繰り返されている。
【0024】
本発明によれば、減筒運転モードにおいて休止気筒が特定の気筒2に偏らず、全気筒2に順次燃焼が生じる。従って、各気筒2の筒内温度差を小さくすることができる。また、第1バンク燃焼期間と第2バンク燃焼期間とにおいて、各バンク3、4から排出される排気の量及び温度に明確な差を生じさせることができる。第1バンク燃焼期間では、第1バンクの気筒2が連続して順次燃焼するので、第1バンクから排出される排気の温度が高く、量も多くなる。第2バンク燃焼期間では、第1バンク燃焼期間とは反対に第2バンクから排出される排気の温度が高く、量も多くなる。このようにバンク毎に排気に明確な差を生じさせた場合、その差を排気の制御に役立てることが期待できる。例えば、燃焼が続く期間では排気を触媒に導いて排気処理を行うとともに触媒の活性を維持させ、休止が続く期間では排気(気筒を通過した空気)を触媒に導かないように迂回させて触媒の冷却を防止するといった制御が比較的容易に行える。
【0025】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。エンジン1はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンでもよい。また、気筒数も8気筒に限定されることなく、以下に示すように12気筒、10気筒、6気筒の偶数気筒の4サイクル式内燃機関に適用することができる。
【0026】
図5及び図6は本発明をV型12気筒の4サイクル式内燃機関に適用した実施形態を示す。この実施形態においては図5に示すように各気筒2を気筒番号#1〜#12によって区別する。図6に示すように、本実施形態では通常燃焼モードにおいて60°CA間隔で#1→#12→#5→#8→#3→#10→#6→#7→#2→#11→#4→#9の順に燃焼が生じるようにクランク角と各気筒のピストンの位置とが対応付けられている。このようなエンジン1において、減筒運転時に300°CA間隔で燃焼を生じさせた場合には、#1→#10→#4→#8→#2→#12→#6→#9→#3→#11→#5→#7の順で全ての気筒2に燃焼が生じる。
【0027】
図7及び図8は本発明をV型10気筒の4サイクル式内燃機関に適用した実施形態を示す。この実施形態においては図7に示すように各気筒2を気筒番号#1〜#10によって区別する。図8に示すように、本実施形態では通常燃焼モードにおいて72°CA間隔で#1→#6→#5→#10→#2→#7→#3→#8→#4→#9の順に燃焼が生じるようにクランク角と各気筒のピストンの位置とが対応付けられている。このようなエンジン1において、減筒運転時に216°CA間隔で燃焼を生じさせた場合には、#1→#10→#3→#9→#5→#7→#4→#6→#2→#8の順で全ての各気筒に燃焼が生じる。
【0028】
図9及び図10は本発明をV型6気筒の4サイクル式内燃機関に適用した実施形態を示す。この実施形態においては図10に示すように各気筒2を気筒番号#1〜#6で区別する。図10に示すように、本実施形態では通常燃焼モードにおいて120°CA間隔で#1→#5→#3→#6→#2→#4の順に燃焼が生じるようにクランク角と各気筒のピストンの位置とが対応付けられている。このようなエンジン1において、減筒運転時に600°CA間隔で燃焼を生じさせた場合には、#1→#4→#2→#6→#3→#5の順で全ての気筒に燃焼が生じる。
【0029】
なお、以上の実施形態ではV型エンジンについて説明したが、本発明による減筒運転中の燃焼の均等化は気筒レイアウトに拘わりなく適用可能である。例えば、直列型、水平対向型に各気筒がレイアウトされた場合でも図3、図6、図8及び図10の燃焼順序は実現可能である。
【0030】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、減筒運転モードにおける全気筒に等間隔で順次燃焼が生じる。従って、休止気筒の特定の気筒への偏りが防止され、各気筒の筒内温度差を縮小することができる。そのため、燃焼の間隔を切替えたときの燃焼の悪化及び排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【0031】
また、特にV型8気筒の内燃機関において各バンクの4つの気筒が連続して燃焼する燃焼期間を繰り返し実施させることにより、燃焼期間毎の各バンクからの排気に明確な差を生じさせることができ、その差を排気に関する各種の処理に役立てることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をV型8気筒の内燃機関に適用した実施形態を示す図。
【図2】内燃機関の燃焼を制御するためにECUが実行する気筒燃焼制御ルーチンを示すフローチャート。
【図3】V型8気筒エンジンにおいて、90°CA間隔、270°CA間隔、及び180°CA間隔で燃焼を行うときの各気筒の燃焼順序の一例を示す図。
【図4】図1の内燃機関において270°CA間隔で燃焼を行うときの各気筒の燃焼順序を示したタイムチャート。
【図5】V型12気筒エンジンの気筒番号の一例を示す図。
【図6】V型12気筒エンジンにおいて、60°CA間隔、及び300°CA間隔で燃焼を行うときの各気筒の燃焼順序の一例を示す図。
【図7】V型12気筒エンジンの気筒番号の一例を示す図。
【図8】V型10気筒エンジンにおいて、72°CA間隔、及び216°CA間隔で燃焼を行うときの各気筒の燃焼順序の一例を示す図。
【図9】V型6気筒エンジンの気筒番号の一例を示す図。
【図10】V型6気筒エンジンにおいて、120°CA間隔、及び600°CA間隔で燃焼を行うときの各気筒の燃焼順序の一例を示す図。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 気筒
3 第1バンク
4 第2バンク
9 エンジンコントロールユニット(燃焼制御手段)
Claims (5)
- 所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う8気筒の4サイクル式内燃機関であって、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして270°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
- 前記内燃機関は4気筒ずつ二つのバンクに分かれており、前記減筒運転時には、一方のバンクの4つの気筒に前記270°間隔で順次燃焼を生じさせる第1の燃焼期間と、他方のバンクの4つの気筒に前記270°間隔で順次燃焼を生じさせる第2の燃焼期間とが繰り返されるように気筒間の燃焼順序が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
- 所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う12気筒の4サイクル式内燃機関であって、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして300°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
- 所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う10気筒の4サイクル式内燃機関であって、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして216°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
- 所定の条件が満たされたときに減筒運転を行う6気筒の4サイクル式内燃機関であって、前記減筒運転時の前記内燃機関の燃焼をクランク角にして600°間隔で行わせる燃焼制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
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