JP4293273B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の動弁装置に関する。
従来、例えば日本特開２００４−１８３６１０号公報に記載されているように、個々の気筒に設けられた吸気弁、排気弁を電動モータにより駆動する技術が知られている。
しかしながら、上記従来の技術のように、各気筒の吸気弁、排気弁を電動モータで駆動する方法では、電動モータまたはモータの回転位置を検出するセンサなどに故障が発生することが懸念される。この場合、故障が発生していない気筒のみで内燃機関の運転を継続すると、爆発行程が不規則に行われるため、回転トルクに変動が生じてしまう。これにより、ドライバビリティが悪化したり、内燃機関の運転を継続することが困難になるという問題が生じる。
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、一部の気筒のみで内燃機関の運転を行う場合において、爆発行程を規則的に行うことで、ドライバビリティの悪化を抑えた状態で運転を行うことを目的とする。
第１の発明は、各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、前記複数のモータは、略等間隔のクランク角毎に爆発行程が行われる気筒群で構成される複数のグループ毎に前記弁体を駆動する内燃機関の動弁装置である。
略等間隔のクランク角毎に爆発行程が行われる気筒群で構成される複数のグループ毎に弁体を駆動するため、特定のグループに属する気筒のみで運転を行った場合であっても、不規則に爆発行程が行われることが無く、ドライバビリティが悪化してしまうことを抑止できる。
第２の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、前記複数のモータのそれぞれは、１つの前記グループの気筒の前記弁体のみを駆動するものである。
複数のモータのそれぞれは、１つのグループの気筒の弁体のみを駆動するため、各モータが２つ以上のグループの気筒の弁体を駆動することがない。従って、特定のグループに属する気筒の弁体のみを駆動し、他のグループに属する気筒の弁体を完全に停止することが可能となる。
第３の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、特定の気筒に異常が発生した場合は、少なくとも異常が発生した気筒が属する前記グループの全気筒の前記弁体の駆動を停止するものである。
特定の気筒に異常が発生した場合は、少なくとも異常が発生した気筒が属するグループの全気筒の弁体の駆動を停止するため、弁体の駆動が停止されていない他のグループの気筒により略等間隔に爆発行程を行うことが可能となる。従って、異常が発生していない気筒のみで運転を継続することができ、ドライバビリティの悪化を確実に抑止することができる。
第４の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、前記複数のモータは、前記グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つのグループに属する気筒数がより少なくなる前記グループ毎に前記弁体を駆動するものである。
グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つのグループに属する気筒数がより少なくなるグループ毎に弁体を駆動するため、異常発生により特定のグループの気筒のみで運転を行う場合の出力を低下させることができ、運転者に異常の発生を認知させることが可能となる。
第５の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、前記複数のモータは、前記グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つのグループに属する気筒数がより多くなる前記グループ毎に前記弁体を駆動するものである。
グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つのグループに属する気筒数がより多くなるグループ毎に弁体を駆動するため、異常発生により特定のグループの気筒のみで運転を行う場合に出力を高くすることができる。従って、通常時と同等に運転を行うことが可能となる。
第６の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、減筒運転を行う場合は、特定の前記グループに属する全ての気筒の前記弁体のみを駆動し、他の前記制御グループに属する気筒の前記弁体の駆動を停止するものである。
減筒運転を行う場合は、特定のグループに属する全ての気筒の弁体のみを駆動するため、略等間隔に爆発行程を行うことができる。従って、減筒運転を行う場合に、ドライバビリティが悪化してしまうことを抑止することができる。
第７の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、駆動が停止された前記弁体を全閉状態とするものである。
駆動が停止された弁体を全閉状態とするため、運転が停止された気筒で発生するポンピングロスを最小限に抑えることが可能となる。また、排気通路に温度の低い空気が流れることを抑えることができるため、排気浄化触媒の温度低下を抑止することが可能となる。
第８の発明は、各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、特定の気筒の前記弁体と、他の気筒の前記弁体とを独立して駆動可能な動弁手段を備え、内燃機関の運転状態に応じて、燃焼が行われる気筒数が段階的に可変されるものである。
燃焼が行われる気筒数が段階的に可変されるため、気筒数を増減する過程で滑らかにトルクを変化させることができ、ドライバビリティを向上することが可能となる。
第９の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、急加速時、又は急減速時には、燃焼が行われる気筒数が不連続に可変されるものである。
急加速時、又は急減速時には、燃焼が行われる気筒数が不連続に可変されるため、燃焼が行われる気筒数を加速要求、減速要求に応じた気筒数に瞬時に切り換えることが可能となる。
第１０の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、燃焼が行われていない気筒の前記弁体を閉じるものである。
燃焼が行われていない気筒の弁体を閉じることにより、ポンピングロスの発生を抑えることが可能となる。また、弁体の不要な動作がなくなるため、モータの消費電力を低減することができ、システムの効率を高めることができる。
第１１の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、前記動弁手段は、前記弁体のリフト量、作用角又は開閉タイミングを可変するものであり、燃焼が行われる気筒数が減少する場合は、気筒数を減少する直前に吸入空気量が減少するように前記弁体を駆動するとともに、気筒数を減少した直後に吸入空気量が増加するように前記弁体を駆動し、燃焼が行われる気筒数が増加する場合は、気筒数を増加する直前に吸入空気量が増加するように前記弁体を駆動するとともに、気筒数を増加した直後に吸入空気量が減少するように前記弁体を駆動するものである。
気筒数を増減するタイミングの直前に吸入空気量を制御し、且つ、気筒数を増減するタイミングの直後に吸入空気量を制御するため、気筒数を増減するタイミングでトルクに段差が生じてしまうことを抑止できる。従って、気筒数が変化する際にドライバビリティを良好にすることができる。
第１２の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、前記動弁手段は、燃焼を行う気筒数が可変された場合に、爆発行程が不等間隔で行われる場合は、燃焼が停止された気筒の直前に爆発行程が行われる気筒の前記弁体のリフト量、作用角又は開閉タイミングを可変して、当該気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させるものである。
爆発行程が不等間隔で行われる場合は、燃焼が停止された気筒の直前に爆発行程が行われる気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させるため、爆発行程の間隔が長くなる区間でトルクが一時的に低下してしまうことを抑止できる。従って、爆発行程が不等間隔で行われる場合であってもトルクを平準化することができ、ドライバビリティを良好にすることができる。
第１３の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、Ｖ型８気筒の内燃機関において、＃３気筒及び＃２気筒の燃焼が停止されて６気筒運転が行われる場合は、＃４気筒及び＃７気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させるものである。
Ｖ型８気筒の内燃機関では、＃３気筒の爆発行程の前に＃４気筒の爆発行程が行われ、＃２気筒の爆発行程の前に＃７気筒の爆発行程が行われるため、＃４気筒及び＃７気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることで、＃３気筒及び＃２気筒の燃焼を停止した場合であっても、トルクを平準化することが可能となる。
第１４の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、Ｖ型６気筒の内燃機関において、＃３気筒及び＃６気筒の燃焼が停止されて４気筒運転が行われる場合は、＃２気筒及び＃５気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させるものである。
Ｖ型６気筒の内燃機関では、＃３気筒の爆発行程の前に＃２気筒の爆発行程が行われ、＃６気筒の爆発行程の前に＃５気筒の爆発行程が行われるため、＃２気筒及び＃５気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることで、＃３気筒及び＃６気筒の燃焼を停止した場合であっても、トルクを平準化することが可能となる。
第１５の発明は、上述の改良された内燃機関の動弁装置において、直列４気筒の内燃機関において、＃３気筒の燃焼が停止されて３気筒運転が行われる場合は、＃１気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させるものである。
直列４気筒の内燃機関では、＃３気筒の爆発行程の前に＃１気筒の爆発行程が行われるため、＃１気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることで、＃３気筒の燃焼を停止した場合であっても、トルクを平準化することが可能となる。
図１は、本発明の各実施形態に係る内燃機関の動弁装置を備えたシステムの構成を示す模式図である。
図２は、実施の形態１において、吸気弁および動弁装置の周辺の構成を示す模式図である。
図３は、カムによって吸気弁が駆動される様子を示す模式図である。
図４は、内燃機関の機関回転数、出力トルクと、カムの駆動モードとの関係を示す模式図である。
図５は、カムシャフトに設けられた２種類のカムを詳細に示す模式図である。
図６は、実施の形態１における各気筒の制御グループを示す模式図である。
図７は、実施の形態２において、吸気弁および動弁装置の周辺の構成を示す模式図である。
図８は、実施の形態２における各気筒の制御グループを示す模式図である。
図９は、Ｖ型６気筒で構成される内燃機関において、一方のバンクにメカ式の可変動弁機構を設け、他方のバンクにモータによる動弁装置を設けた例を示す模式図である。
図１０は、実施の形態２において、吸気弁および動弁装置の周辺の構成を示す模式図である。
図１１は、実施の形態３における各気筒の制御グループを示す模式図である。
図１２は、実施の形態４で行われる制御を示す模式図である。
本発明をより詳細に説述するために、この発明のいくつかの実施の形態について添付の図面に従って説明する。尚、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する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の各実施形態に係る内燃機関の動弁装置を備えたシステムの構成を示す模式図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。また、排気通路１４には排気浄化触媒３２が配置されている。
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。
内燃機関１０には、燃焼室内（筒内）に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が設けられている。なお、燃料噴射弁３０は吸気ポートに向けて燃料を噴射するものであっても良い。また、内燃機関１０は、吸気弁３６および排気弁３８を備えている。吸気弁３６には、吸気弁３６を駆動するための動弁装置４８が接続されている。また、排気弁３８には、排気弁３８を駆動するための動弁装置５０が接続されている。
また、燃焼室内に噴霧された燃料に点火するため、内燃機関１０の筒内には点火プラグが設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。
図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサに加え、内燃機関１０の運転状態を把握すべく、ノッキングの発生を検知するＫＣＳセンサや、スロットル開度、機関回転数、排気温度、冷却水温度、潤滑油温度、触媒床温度などを検出するための各種センサ（不図示）が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、上述した燃料噴射弁３０、動弁装置４８，５０などが備える各アクチュエータ、センサが接続されている。
図２は、吸気弁３６および動弁装置４８の周辺の構成を示す模式図であって、主としてシリンダヘッドの周りの構成を示している。図２では、排気弁３８および動弁装置５０の図示を省略しているが、吸気側の動弁装置４８と排気側の動弁装置５０は基本的に同一の構成を有している。ここでは、内燃機関１０の個々の気筒に２つの吸気弁３６と２つの排気弁３８とが備わっているものとする。
本実施形態の内燃機関１０は４つの気筒（＃１〜＃４）を備えており、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。動弁装置４８は、２つの装置（動弁装置４８Ａ、動弁装置４８Ｂ）から構成されている。動弁装置４８Ａは＃２気筒および＃３気筒が備える吸気弁３６を駆動し、動弁装置４８Ｂは＃１気筒および＃４気筒が備える吸気弁３６を駆動する。
動弁装置４８Ａは、駆動源としての電動機（以下、モータと称する）５４Ａと、モータ５４Ａの回転運動を伝達する伝達機構としてのギヤ列５６Ａと、ギヤ列から伝達された回転運動を吸気弁３６の直線的な開閉運動に変換するカムシャフト５８Ａとを備えている。同様に、動弁装置４８Ｂは、モータ５４Ｂ、ギヤ列５６Ｂ、カムシャフト５８Ｂを備えている。ギヤ列５６Ｂの構成はギヤ列５６Ａと同様である。
モータ５４Ａ，５４Ｂには、例えば回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。モータ５４Ａ，５４Ｂには、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の位置検出センサが内蔵されている。カムシャフト５８Ａ、５８Ｂの外周部には、カムシャフト５８Ａ、５８Ｂに対して一体回転するカム駆動ギヤ６０と、やはりカムシャフト５８Ａ、５８Ｂに対して一体回転するカム６２とが設けられている。
ギヤ列５６Ａは、モータ５４Ａの出力軸５５に取り付けられたモータギヤ６４Ａの回転を中間ギヤ６６Ａを介してカムシャフト５８Ａのカム駆動ギヤ６０に伝達する。ギヤ列５６Ａはモータギヤ６４Ａとカム駆動ギヤ６０とが互いに等しい速度で回転するように構成されても良いし、モータギヤ６４Ａに対してカム駆動ギヤ６０を増速又は減速させるように構成されても良い。同様にして、ギヤ列５６Ｂは、モータ５４Ｂの出力軸に取り付けられたモータギヤ６４Ｂの回転を中間ギヤ６６Ｂ（図２において不図示）を介してカムシャフト５８Ｂのカム駆動ギヤ６０に伝達する。
図２に示すように、カムシャフト５８Ａは＃２，＃３気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ａに設けられた４つのカム６２により＃２，＃３気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。また、カムシャフト５８Ｂは２つに分割された状態で＃１，＃４気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｂに設けられた４つのカム６２により＃１，＃４気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。２つに分割されたカムシャフト５８Ｂはカムシャフト５８Ａの中心に設けられた貫通孔に挿通された連結部材５８Ｃにより接続され、一体的に回転するように構成されている。なお、説明の便宜上、図２では、カムシャフト５８Ａと２つのカムシャフト５８Ｂをそれぞれ分離した状態を示している。
図３は、カム６２によって吸気弁３６が駆動される様子を示す模式図である。カム６２はカムシャフト５８Ａ，５８Ｂと同軸の円弧状のベース円６２ｂの一部を半径方向外側に向かって膨らませてノーズ６２ａを形成した板カムの一種として形成されている。カム６２のプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。
図２に示すように、吸気弁３６はそれぞれ弁軸３６ａを備えている。各カム６２は吸気弁３６の弁軸３６ａの一端に設けられたリテーナ６８と対向する。各吸気弁３６はバルブスプリング（不図示）の圧縮反力によってカム６２側に付勢され、カム６２のベース円６２ｂとリテーナ６８が対向している場合は、吸気ポートのバルブシート（不図示）に吸気弁３６が密着して吸気ポートが閉じられる。
モータ５４Ａ、５４Ｂの回転運動がギヤ列５６Ａ，５６Ｂを介してカムシャフト５８Ａ，５８Ｂに伝達されると、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂと一体にカム６２が回転し、ノーズ６２ａがリテーナ６８を乗り越える間にリテーナ６８が押し下げられ、吸気弁３６がバルブスプリングに抗して開閉駆動される。
また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、カム６２の２つの駆動モードを示している。カム６２の駆動モードには、モータ５４Ａ、５４Ｂを一方向に連続回転させて図３（Ａ）に示すようにカム６２を最大リフト位置、すなわちカム６２のノーズ６２ａが相手側の部品（この場合はリテーナ６８）と接する位置を越えて正転方向（図３（Ａ）中の矢印方向）に連続的に回転させる正転駆動モードと、正転駆動モードにおける最大リフト位置に達する前にモータ５４Ａ、５４Ｂの回転方向を切り換えて図３（Ｂ）に示すようにカム６２を往復運動させる揺動駆動モードとがある。
正転駆動モードでは、クランクシャフトの回転に対してカム６２の回転速度を可変することで吸気弁３６の作用角が制御される。また、揺動駆動モードでは、カム６２の回転速度とともに、カム６２が揺動する角度範囲を制御することで、吸気弁３６の最大リフト量、作用角を制御することができる。
これにより、運転状態に応じた最適なリフト量、作用角で吸気弁３６を駆動することが可能となる。図４は内燃機関１０の機関回転数、出力トルクと、カム６２の駆動モードとの関係を示す模式図である。図４に示すように、カム６２の駆動モードは、機関回転数と出力トルクとに関連付けて使い分けられる。基本的に低回転域では揺動駆動モードが選択され、高回転域では正転駆動モードが選択される。これにより、低回転域では吸気弁３６のリフト量、作用角を少なくし、高回転域では吸気弁３６のリフト量、作用角を大きくする制御が行われ、機関回転数と出力トルクに応じた最適な空気量を機関筒内に送ることが可能となる。
図５は、カムシャフト５８Ａに設けられた２種類のカム６２を詳細に示す模式図である。図５に示すように、カムシャフト５８Ａには、＃２気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２と、＃３気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２とが１８０°の角度位置だけ離間して設けられている。４気筒の内燃機関ではクランク角７２０°の間に＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われるため、＃２気筒と＃３気筒の吸気行程はクランク角の３６０°毎に行われる。動弁装置４８Ａは、クランク角３６０°毎に＃２気筒用のカム６２と＃３気筒用のカム６２が、交互に＃２気筒の吸気弁３６と＃３気筒の吸気弁３６を駆動するようにカムシャフト５８Ａを回転または揺動させる。同様に、カムシャフト５８Ｂには＃１気筒、＃４気筒の吸気弁３６を駆動するための２種類のカム６２が設けられており、動弁装置４８Ｂは、カムシャフト５８Ｂを回転または揺動させることで、＃１気筒の吸気弁３６と＃４気筒の吸気弁３６を駆動する。
以上のように構成されたシステムにおいて、動弁装置４８，５０に何らかの異常が発生した場合、吸気弁３６、排気弁３８が正常に動作しなくなることが懸念される。例えば、モータ５４Ａ、５４Ｂが故障して正常な回転動作、揺動動作ができなくなった場合、モータ５４Ａ、５４Ｂが備える位置検出センサが故障した場合、または配線に断線等が発生した場合などには、特定の気筒の吸気弁３６のみが異常な動作を行うことが想定される。
４気筒の内燃機関では、クランク角１８０°毎に＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。この場合、例えば＃３気筒に異常が発生して＃３気筒の爆発行程が行われなくなると、正常時にはクランク角１８０°毎に行われる爆発行程が＃１気筒と＃４気筒の間だけクランク角３６０°間隔で行われることとなり、クランクシャフトの回転にトルク変動が生じてしまう。
動弁装置４８Ａ，４８Ｂ以外においても、例えば特定の気筒の燃料噴射弁３０、点火プラグなどに異常が発生した場合は、その気筒で爆発行程が行われなくなるため、クランクシャフトの回転にトルク変動が生じることが懸念される。
このため、本実施形態では、４つの気筒を２つの制御グループに分けている。図６は、４気筒の場合の制御グループを示す模式図である。図６に示すように、＃１及び＃４気筒は制御グループ（１）に属しており、＃２及び＃３気筒は制御グループ（２）に属している。
制御グループ（１）または制御グループ（２）に属する２つの気筒は、１サイクルでクランクシャフトが２回転（７２０°）する際に、同じクランク角の間隔毎（ここでは３６０°）に爆発工程が行われる気筒である。すなわち、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃４気筒は、クランクシャフトが２回転する際にクランク角３６０°毎に爆発行程を行い、制御グループ（２）に属する＃２気筒、＃３気筒は、クランクシャフトが２回転する際にクランク角３６０°毎に爆発行程を行う。
そして、本実施形態のシステムでは、特定の気筒に故障が発生した場合は、故障が発生した気筒の運転を停止するとともに、故障が発生した気筒が属する制御グループの他の気筒の運転を停止するように制御を行う。例えば、＃３気筒に故障が発生した場合は、＃３気筒の運転を停止するとともに、＃３気筒が属する制御グループ（２）の他気筒、すなわち＃２気筒の運転も停止する。そして、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃４気筒のみで運転を行う。
故障の発生は、例えばクランク角速度に対するカム角速度の制御が正常であるか否かに基づいて判断することができる。すなわち、カムシャフトの角速度をＶｃａｍとすると、下式が成立する場合に異常が生じていると判断できる。
｜Ｖｃａｍ０−Ｖｃａｍ｜＞ΔＶｘ
ここで、ΔＶｘは内燃機関１０のトルク変動、燃焼不良などの許容レベルに応じて定められる特性値である。また、Ｖｃａｍ０はクランクシャフトの角速度Ｖｃｒｋに応じて定められる値であり、速度制御変数をαとすると、Ｖｃａｍ０∞Ｖｃｒｋ＋αの関係がある。カムシャフトの角速度Ｖｃａｍは、カム角を検出する位置検出センサの出力電圧に基づいて求められる。
運転を停止する気筒においては、動弁装置４８，５０により吸気弁３６、排気弁３８の駆動が停止される。例えば、＃３気筒に故障が発生した場合、動弁装置４８Ａのモータ５４Ａを停止する。これにより、＃２及び＃３気筒の吸気弁３６の駆動が停止される。また、運転を停止する気筒においては、燃料噴射弁３０による燃料噴射、点火プラグによる着火も停止することが望ましい。これにより、異常発生時に不要な動作が行われることを回避できる。
この際、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃４気筒は、同じクランク角の間隔毎に爆発工程を行うため、＃１気筒、＃４気筒のみで運転を行った場合においても、爆発行程が不規則なタイミングで行われることがない。従って、クランクシャフトの回転トルクに変動が生じることを抑えることができ、特定の気筒に異常が発生した場合であっても、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えた状態で内燃機関１０を運転することが可能となる。
従って、異常発生時においても内燃機関１０が搭載された車両の運転を引き続き行うことができる。なお、一方の制御グループのみで運転が行われている場合は、警告ランプ等により運転者にその旨を認知させることが好適である。また、一方の制御グループのみで運転が行われる場合は、内燃機関１０の出力が低下するため、運転者は異常発生を認知することができる。
特に、本実施形態では、各気筒の吸気弁３６、排気弁３８を駆動するモータが制御グループ毎に完全に分離されているため、１つのモータが双方の制御グループに属する気筒を駆動することが無い。このため、一方の制御グループの気筒の吸気弁３６、排気弁３８のみを駆動し、他方の制御グループの吸気弁３６、排気弁３８を完全に停止することが可能である。
また、本実施形態のシステムにおいて、低負荷走行時などに減筒運転を行うことも可能である。減筒運転を行う場合は、制御グループ（１）、または制御グループ（２）の一方に属する全ての気筒の運転を停止し、他方の制御グループに属する気筒のみで運転を行う。これにより、一方の制御グループに属する気筒のみで等しいクランク角毎に爆発行程が行われるため、減筒運転を行う際にもクランクシャフトのトルク変動を最小限に抑えることが可能となる。そして、減筒運転を行うことで、燃費を向上させることが可能となる。
好適には、減筒運転を行う場合は、制御グループ（１）、制御グループ（２）を交互に作動させることが望ましい。一方の制御グループに属する気筒のみを長時間作動させた場合、減筒運転から通常の全気筒運転に復帰した場合に、運転が行われていなかったグループの気筒が冷却されて、始動性が低下したり、フリクションが増加することが懸念されるためである。また、各気筒が個別に触媒を備えている場合は、運転が行われていない気筒の触媒温度が低下する場合があるため、制御グループ（１）、制御グループ（２）を交互に作動させて、触媒温度を活性温度に維持することが好適である。
異常発生の場合と減筒運転の場合のいずれにおいても、制御クループ（１）、制御グループ（２）のうち、運転を停止しているグループの２気筒では、吸気弁３６、排気弁３８を全閉状態としておく。運転を停止している気筒の吸気弁３６、排気弁３８が開いていると、ピストン４４の上下動によって吸気通路１２、排気通路１４に空気の流れが生じ、ポンピングロスが発生するためである。吸気弁３６、排気弁３８を全閉状態としておくことで、吸気通路１２、排気通路１４に空気の流れが生じることがなく、ポンピングロスの発生を確実に抑止することができる。各吸気弁３６、排気弁３８にはバルブスプリング荷重が作用しているため、非通電時のモータ５４Ａ，５４Ｂの保持トルクを小さくしておき、異常が発生した気筒のモータ５４Ａ，５４Ｂへの通電を停止することで、バルブスプリング反力により、吸気弁３６、排気弁３８を閉じることが可能である。
また、運転を停止している気筒の吸気弁３６、排気弁３８を開いておくと、冷えた空気が排気通路１４に流れ、排気浄化触媒３２の温度が低下してしまう。運転を停止している気筒の吸気弁３６、排気弁１８を閉じることで、排気浄化触媒３２が冷却されることを抑止でき、排気浄化触媒３２を確実に活性温度に維持することが可能となる。
以上説明したように実施の形態１によれば、４気筒の内燃機関の各気筒を２つの制御グループに分け、それぞれの制御グループに属する気筒では、爆発行程が等しいクランク角幅で行われるようにしたため、特定の気筒に故障が発生した場合、または減筒運転を行う場合は、２つの制御グループの一方のみで運転を行うことで、等しいクランク角毎に爆発行程を行うことが可能となる。これにより、故障時または、減筒運転を行う場合において、一部の気筒のみで運転を行う場合においても、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えることが可能となる。
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、６気筒の内燃機関１０に本発明を適用したものである。図７は、実施の形態２の動弁装置４８、動弁装置５０の周辺の構成を示す模式図であって、主としてシリンダヘッド周りの構成を示している。本実施形態の内燃機関１０はＶ型の６気筒で構成され、＃１、＃３、＃５の３気筒が一方のバンク７０に配置され、＃２、＃４、＃６の３気筒が他方のバンク７２に配置されている。
バンク７０、バンク７２は、吸気弁３６を駆動する動弁装置４８、排気弁３８を駆動する動弁装置５０をそれぞれ備えている。ここでは、動弁装置４８の構成を中心に説明するが、動弁装置４８と動弁装置５０は基本的に同一の構成を有している。ここでは、内燃機関１０の個々の気筒に２つの吸気弁３６と２つの排気弁３８とが備わっているものとする。
Ｖ型６気筒の内燃機関１０では、＃１→＃２→＃３→＃４→＃５→＃６の順で爆発行程が行われる。バンク７０に配置された動弁装置４８は、２つの装置（動弁装置４８Ｃ、動弁装置４８Ｄ）から構成されている。また、バンク７２に配置された動弁装置４８は、２つの装置（動弁装置４８Ｅ、動弁装置４８Ｆ）から構成されている。動弁装置４８Ｃは＃１気筒および＃３気筒が備える吸気弁３６を駆動し、動弁装置４８Ｄは＃３気筒が備える吸気弁３６を駆動する。また、動弁装置４８Ｅは＃２気筒および＃４気筒が備える吸気弁３６を駆動し、動弁装置４８Ｆは＃６気筒が備える吸気弁３６を駆動する。
実施の形態１と同様に、動弁装置４８Ｃ，４８Ｄ，４８Ｅ，４８Ｆのそれぞれは、駆動源としてのモータ５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆを備えている。バンク７０において、モータ５４Ｃの回転運動はギヤ列５６Ｃを介してカムシャフト５８Ｃに伝達される。同様に、モータ５４Ｄの回転運動はギヤ列５６Ｄを介してカムシャフト５８Ｄに伝達される。
バンク７２においても同様に、モータ５４Ｅの回転運動はギヤ列５６Ｅを介してカムシャフト５８Ｅに伝達される。同様に、動弁装置４８Ｆにおいて、モータ５４Ｆの回転運動はギヤ列５６Ｆを介してカムシャフト５８Ｆに伝達される。
バンク７０において、カムシャフト５８Ｃは＃１，＃３気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｃに設けられた４つのカム６２により＃１，＃３気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。また、カムシャフト５８Ｄは＃５気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｄに設けられた２つのカム６２により＃５気筒の吸気弁３６が開閉駆動される。
バンク７２において、カムシャフト５８Ｅは＃２，＃４気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｅに設けられた４つのカム６２により＃２，＃４気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。また、カムシャフト５８Ｆは＃６気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｆに設けられた２つのカム６２により＃６気筒の吸気弁３６が開閉駆動される。
このように構成された本実施形態のシステムにおいても、正転駆動モードまたは揺動駆動モードにより各気筒の吸気弁３６が駆動される。従って、実施の形態１と同様に、各気筒の吸気弁３６のリフト量、作用角を自在に可変することが可能である。
図８は、実施の形態２における各気筒の制御グループを示す模式図である。図８に示すように、Ｖ型６気筒の内燃機関１０で構成される本実施形態のシステムでは、＃１，＃３，＃５気筒が制御グループ（１）に属しており、＃２，＃４，＃６気筒は制御グループ（２）に属している。制御グループ（１）または制御グループ（２）に属する３つの気筒は、１サイクルでクランクシャフトが２回転（７２０°）する際に、同じクランク角の間隔（ここでは２４０°毎）で爆発工程が行われる気筒である。すなわち、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃３気筒、＃５気筒は、クランクシャフトが２回転する際にクランク角２４０°毎に爆発行程を行い、制御グループ（２）に属する＃２気筒、＃４気筒、＃６気筒は、クランクシャフトが２回転する際にクランク角２４０°毎に爆発行程を行う。
そして、実施の形態１と同様に、特定の気筒で故障が発生した場合は、故障が発生した気筒の運転を停止するとともに、故障が発生した気筒が属する制御グループの他の気筒の運転を停止するように制御を行う。例えば、＃３気筒に故障が発生した場合は、＃３気筒の運転を停止するとともに、＃３気筒が属する制御グループ（１）の他気筒、すなわち＃１気筒、＃５気筒の運転も停止する。そして、制御グループ（２）に属する＃２気筒、＃４気筒、＃６気筒のみで運転を行う。
運転を停止する気筒においては、動弁装置４８，５０により吸気弁３６、排気弁３８の駆動が停止される。例えば、＃３気筒に故障が発生した場合、動弁装置４８Ｃのモータ５４Ｃ及び動弁装置４８Ｄのモータ５４Ｄを停止する。これにより、＃１、＃３及び＃５気筒の吸気弁３６の駆動が停止される。また、実施の形態１と同様、運転を停止する気筒においては、燃料噴射弁３０による燃料噴射、点火プラグによる着火も停止することが望ましい。これにより、異常発生時に不要な動作が行われることを回避できる。
この際、制御グループ（２）に属する＃２気筒、＃４気筒、＃６気筒は、同じクランク角の間隔毎に爆発工程を行うため、＃２気筒、＃４気筒、＃６気筒のみで運転を行った場合においても、爆発行程が不規則なタイミングで行われることがない。従って、クランクシャフトの回転トルクに変動が生じることを抑えることができ、特定の気筒に異常が発生した場合であっても、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えた状態で内燃機関１０を運転することが可能となる。これにより、異常発生時においても内燃機関１０が搭載された車両の運転を引き続き行うことができる。
本実施形態おいても、各気筒の吸気弁３６、排気弁３８を駆動するモータが制御グループ毎に完全に分離されているため、１つのモータが双方の制御グループに属する気筒を駆動することが無い。このため、一方の制御グループの気筒の吸気弁３６、排気弁３８のみを駆動し、他方の制御グループの吸気弁３６、排気弁３８を完全に停止することが可能である。
また、実施の形態１と同様に、減筒運転を行う際には、制御グループ（１）、または制御グループ（２）の一方に属する全ての気筒の運転を停止し、他方の制御グループに属する気筒のみで運転を行う。これにより、一方の制御グループに属する気筒のみで等しいクランク角毎に爆発行程を行うことができるため、減筒運転を行う際にもクランクシャフトのトルク変動を最小限に抑えることが可能となる。
また、制御クループ（１）、制御グループ（２）のうち、運転を停止しているグループの気筒では、吸気弁３６、排気弁３８を全閉状態としておく。これにより、ポンピングロスの発生を抑えるとともに、排気浄化触媒３２の温度低下を抑止することができる。
図９は、Ｖ型６気筒で構成される内燃機関において、バンク７０の各気筒の吸気弁３６、排気弁３８を駆動する機構としてメカ式の可変動弁機構を設け、バンク７２の各気筒の吸気弁３６、排気弁３８を図７と同様に動弁装置４８，５０で駆動する例を示している。図９では＃１及び＃２気筒のみを図示しているが、バンク７０，７２における各気筒の配置は図７と同様である。バンク７０では、通常のタイミングベルト７４によりカムシャフトを駆動している。
図９に示すように、一方のバンク７０の各気筒の吸気弁３６、排気弁３８をメカ式の可変動弁機構で駆動した場合においても、図８と同様にして各気筒を２つの制御グループ（１），（２）に分け、特定の気筒に故障が発生した場合、または減筒運転を行う場合は、２つの制御グループ（１），（２）の一方のみで運転を行う。これにより、メカ式の可変動弁機構に故障が発生した場合は、動弁装置４８，５０によりバンク７２に属する制御グループ（２）の各気筒の運転を行うことができる。また、動弁装置４８，５０に故障が発生した場合は、メカ式の可変動弁機構でバンク７０に属する制御グループ（１）の各気筒の運転を行うことができる。これにより、一方のバンクの気筒によりクランクシャフトのトルク変動を最小限に抑えた状態で運転を行うことが可能となる。
全ての気筒の吸気弁３６をメカ式の可変動弁機構で駆動した場合、例えばタイミングベルト７４が切れるなどの故障が発生した場合は全気筒が停止してしまうが、図９に示すように一方のバンク７２の吸気弁３６、排気弁３８を動弁装置４８，５０で駆動している場合は、バンク７２の気筒を作動させることで運転を継続することができる。
また、吸気弁３６のリフト量を可変すると作用角が共に可変するタイプのメカ式の可変動弁機構（いわゆる位相連成タイプ）では、メカ機構をミラー配置してＶ型の内燃機関の双方のバンクに配置した場合、ベルト駆動またはチェーン駆動されるカムシャフトの回転方向は双方のバンクで同一となるため、リフト量の変化に伴う作用角の変化の様子が双方のバンクで異なり、単純にメカ機構をミラー配置するのみでは双方のバンクで同一の機能を構成できない場合がある。図９の構成によれば、一方のバンク７２では、動弁装置４８により吸気弁３６をモータ駆動しているため、このような弊害の発生を抑止できる。
ところで、同じクランク角の間隔毎に爆発行程が行われる気筒で制御グループを構成する際に、４気筒の機関では、制御グループを構成する選択肢は実施の形態１で説明した１つのパターンしか存在しない。しかし、６気筒の機関では制御グループを３つに分け、＃１及び＃４気筒を制御グループ（１）とし、＃２及び＃５気筒を制御グループ（２）とし、＃３及び＃６気筒を制御グループ（３）とすることも可能である。この場合においても、各制御グループに属する気筒では、クランクシャフトが２回転する際に、同じクランク角の間隔毎（ここでは３６０°）に爆発行程が行われる。従って、制御グループ（１）〜（３）のいずれか１つに属する気筒のみを運転することで、爆発行程が不規則に行われることを抑止でき、クランクシャフトのトルク変動を抑えることができる。
このうように、制御グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、例えば１つの制御グループに属する気筒数がより少なくなるように制御グループを構成する。これにより、１つの制御グループに属する気筒のみで運転を行った場合に、出力を低下させることができ、異常発生時に運転者に異常を認知させることが可能となる。
また、制御グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つの制御グループに属する気筒数がより多くなるように制御グループを構成しても良い。これにより、１つの制御グループに属する気筒のみで運転を行った場合に出力を高くすることができ、通常時と同等に運転を行うことが可能となる。
また、異常発生時には、１つの制御グループに属する気筒数がより少なくなるように制御グループを構成して、１つの制御グループに属する気筒のみで運転を行うことで運転者に異常の発生を認知させ、その後の再始動時には通常運転に近い運転を可能とするために、１つの制御グループに属する気筒数がより多くなるように制御グループを構成し直して、異常気筒が属していない制御グループの気筒で運転を行うようにしても良い。
以上説明したように実施の形態２によれば、Ｖ型６気筒の内燃機関１０の各気筒を２つの制御グループに分け、それぞれの制御グループに属する気筒では、爆発行程が等しいクランク角幅で行われるようにしたため、特定の気筒に故障が発生した場合、または減筒運転を行う場合は、２つの制御グループの一方のみで運転を行うことで、等しいクランク角毎に爆発行程を行うことが可能となる。これにより、故障時または、減筒運転を行う場合において、一部の気筒のみで運転を行う場合においても、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えることが可能となる。
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、８気筒の内燃機関１０に本発明を適用したものである。図１０は、実施の形態３の動弁装置４８、動弁装置５０の周辺の構成を示す模式図であって、主としてシリンダヘッド周りの構成を示している。本実施形態の内燃機関１０はＶ型の８気筒で構成され、＃２、＃４、＃６、＃８の４気筒が一方のバンク８０に配置され、＃１、＃３、＃５、＃７の４気筒が他方のバンク８２に配置されている。
バンク８０、バンク８２は、吸気弁３６を駆動する動弁装置４８、排気弁３８を駆動する動弁装置５０をそれぞれ備えている。ここでは、動弁装置４８の構成を中心に説明するが、動弁装置４８と動弁装置５０は基本的に同一の構成を有している。ここでは、内燃機関１０の個々の気筒に２つの吸気弁３６と２つの排気弁３８とが備わっているものとする。
Ｖ型８気筒の内燃機関１０では、＃１→＃８→＃４→＃３→＃６→＃５→＃７→＃２の順で爆発行程が行われる。バンク８０に配置された動弁装置４８は、２つの装置（動弁装置４８Ｇ、動弁装置４８Ｈ）から構成されている。また、バンク８２に配置された動弁装置４８は、２つの装置（動弁装置４８Ｉ、動弁装置４８Ｊ）から構成されている。動弁装置４８Ｇは＃２気筒および＃８気筒が備える吸気弁３６を駆動し、動弁装置４８Ｈは＃４気筒および＃６気筒が備える吸気弁３６を駆動する。また、動弁装置４８Ｉは＃１気筒および＃７気筒が備える吸気弁３６を駆動し、動弁装置４８Ｊは＃３気筒および＃５気筒が備える吸気弁３６を駆動する。
実施の形態１と同様に、動弁装置４８Ｇ，４８Ｈ，４８Ｉ，４８Ｊのそれぞれは、駆動源としてのモータ５４Ｇ，５４Ｈ，５４Ｉ，５４Ｊを備えている。バンク８０において、モータ５４Ｇの回転運動はギヤ列５６Ｇを介してカムシャフト５８Ｇに伝達される。同様に、モータ５４Ｈの回転運動はギヤ列５６Ｈを介してカムシャフト５８Ｈに伝達される。
バンク８２においても同様に、モータ５４Ｉの回転運動はギヤ列５６Ｉを介してカムシャフト５８Ｉに伝達される。同様に、モータ５４Ｊの回転運動はギヤ列５６Ｊを介してカムシャフト５８Ｊに伝達される。
バンク８０において、カムシャフト５８Ｇは２つに分割された状態で＃２，＃８気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｇに設けられた４つのカム６２により＃２，＃８気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。２つに分割されたカムシャフト５８Ｇはカムシャフト５８Ｈの中心に設けられた貫通孔に挿通された連結部材により接続され、一体的に回転するように構成されている。また、カムシャフト５８Ｈは＃４，＃６気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｈに設けられた４つのカム６２により＃４，＃６気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。
また、バンク８２において、カムシャフト５８Ｉは２つに分割された状態で＃１，＃７気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｉに設けられた４つのカム６２により＃１，＃７気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。２つに分割されたカムシャフト５８Ｉはカムシャフト５８Ｊの中心に設けられた貫通孔に挿通された連結部材により接続され、一体的に回転するように構成されている。また、カムシャフト５８Ｊは＃３，＃５気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｊに設けられた４つのカム６２により＃３，＃５気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。
このように構成された本実施形態のシステムにおいても、正転駆動モードまたは揺動駆動モードにより各気筒の吸気弁３６が駆動される。従って、実施の形態１と同様に、各気筒の吸気弁３６のリフト量、作用角を自在に可変することが可能である。
図１１は、実施の形態３における各気筒の制御グループを示す模式図である。図１１に示すように、Ｖ型８気筒の内燃機関１０で構成される本実施形態のシステムでは、＃１，＃４，＃６，＃７気筒が制御グループ（１）に属しており、＃２，＃３，＃５，＃８気筒は制御グループ（２）に属している。制御グループ（１）または制御グループ（２）に属する４つの気筒は、１サイクルでクランクシャフトが２回転（７２０°）する際に、同じクランク角の間隔（ここでは１８０°毎）で爆発工程が行われる気筒である。すなわち、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃４気筒、＃６気筒、＃７気筒は、クランクシャフトが２回転する際にクランク角１８０°毎に爆発行程を行い、制御グループ（２）に属する＃２気筒、＃３気筒、＃５気筒、＃８気筒は、クランクシャフトが２回転する際にクランク角１８０°毎に爆発行程を行う。
そして、実施の形態１と同様に、特定の気筒で故障が発生した場合は、故障が発生した気筒の運転を停止するとともに、故障が発生した気筒が属する制御グループの他の気筒の運転を停止するように制御を行う。例えば、＃３気筒に故障が発生した場合は、＃３気筒の運転を停止するとともに、＃３気筒が属する制御グループ（２）の他気筒、すなわち＃２気筒、＃５気筒、＃８気筒の運転も停止する。そして、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃４気筒、＃６気筒、＃７気筒のみで運転を行う。
運転を停止する気筒においては、動弁装置４８，５０により吸気弁３６、排気弁３８の駆動が停止される。例えば、＃３気筒に故障が発生した場合、動弁装置４８Ｇのモータ５４Ｇ及び動弁装置４８Ｊのモータ５４Ｊを停止する。これにより、＃２、＃３、＃５及び＃８気筒の吸気弁３６の駆動が停止される。また、実施の形態１と同様、運転を停止する気筒においては、燃料噴射弁３０による燃料噴射、点火プラグによる着火も停止することが望ましい。これにより、異常発生時に不要な動作が行われることを回避できる。
この際、制御グループ（１）に属する＃１気筒、＃４気筒、＃６気筒、＃７気筒は、同じクランク角の間隔毎に爆発工程を行うため、＃１気筒、＃４気筒、＃６気筒、＃７のみで運転を行った場合においても、爆発行程が不規則なタイミングで行われることがない。従って、クランクシャフトの回転トルクに変動が生じることを抑えることができ、特定の気筒に異常が発生した場合であっても、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えた状態で内燃機関１０を運転することが可能となる。これにより、異常発生時においても内燃機関１０が搭載された車両の運転を引き続き行うことができる。
本実施形態おいても、各気筒の吸気弁３６、排気弁３８を駆動するモータが制御グループ毎に完全に分離されているため、１つのモータが双方の制御グループに属する気筒を駆動することが無い。このため、一方の制御グループの気筒の吸気弁３６、排気弁３８のみを駆動し、他方の制御グループの吸気弁３６、排気弁３８を完全に停止することが可能である。
また、実施の形態１と同様に、減筒運転を行う際には、制御グループ（１）、または制御グループ（２）の一方に属する全ての気筒の運転を停止し、他方の制御グループに属する気筒のみで運転を行う。これにより、一方の制御グループに属する気筒のみで等しいクランク角毎に爆発行程を行うことができるため、減筒運転を行う際にもクランクシャフトのトルク変動を最小限に抑えることが可能となる。
また、制御クループ（１）、制御グループ（２）のうち、運転を停止しているグループの気筒では、吸気弁３６、排気弁３８を全閉状態としておく。これにより、ポンピングロスの発生を抑えるとともに、排気浄化触媒３２の温度低下を抑止することができる。
８気筒の機関では制御グループを４つに分け、＃１及び＃６気筒を制御グループ（１）とし、＃８及び＃５気筒を制御グループ（２）とし、＃４及び＃７気筒を制御グループ（３）とし、＃３及び＃２気筒を制御グループ（４）とすることも可能である。この場合においても、各制御グループに属する気筒では、クランクシャフトが２回転する際に、同じクランク角の間隔毎（ここでは３６０°）に爆発行程が行われる。従って、制御グループ（１）〜（４）のいずれか１つに属する気筒のみを運転することで、爆発行程が不規則に行われることを抑止でき、クランクシャフトのトルク変動を抑えることができる。
以上説明したように実施の形態３によれば、Ｖ型８気筒の内燃機関１０の各気筒を２つの制御グループに分け、それぞれの制御グループに属する気筒では、爆発行程が等しいクランク角幅で行われるようにしたため、特定の気筒に故障が発生した場合、または減筒運転を行う場合は、２つの制御グループの一方のみで運転を行うことで、等しいクランク角毎に爆発行程を行うことが可能となる。これにより、故障時または、減筒運転を行う場合において、一部の気筒のみで運転を行う場合においても、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えることが可能となる。
なお、上述した各実施形態では、４気筒、６気筒、８気筒の内燃機関１０に本発明を適用した例を示したが、その他の気筒においても、同様に制御グループを構成することで、一部の気筒のみで運転を行った際に等しいクランク角毎に爆発行程を行うことが可能となる。各気筒の配置についても、直列、Ｖ型、水平対向などの各配置に適用することが可能である。
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４の内燃機関の動弁装置の構成は、上述した各実施形態と同様である。図１２は、実施の形態４で行われる制御を示す模式図である。図１２に示すように、本実施形態では、機関回転数及び負荷に応じて、燃焼を停止する気筒数が可変される。内燃機関１０が８気筒の場合、高回転、高負荷域の運転では、８気筒全てで燃焼が行われる。そして、機関回転数、負荷が低下するに従って、６気筒運転、４気筒運転、２気筒運転が行われる。このように、機関回転数、負荷の低下に応じて爆発行程が行われる気筒数を段階的に低下させることで、燃焼気筒数を増減させる過程でスムーズにトルクを変化させることができ、ドライバビリティを向上することができる。また、必要最小限の気筒のみで燃焼を行うことで、燃費を向上することができる。従って、例えば８気筒運転から４気筒運転に切り換える場合に比べて、切り換え時のトルク段差を大幅に低減することができる。
なお、加減速が急に行われる場合は、不連続に燃焼気筒数を可変し、途中の気筒数をとばして瞬時に目標の気筒数へ切り換えることが好適である。例えば４気筒運転から急加速を行う場合は、６気筒運転をとばして８気筒運転に切り換えるようにする。
以上のような制御において、燃焼を行う気筒数が変化するとトルクが若干変化するため、気筒数を切り換えるタイミングでは、内燃機関１０のトルクに多少の段差が生じる場合が想定される。例えば、６気筒運転よりも８気筒運転の方がトルクが大きいため、８気筒運転と６気筒運転の間で気筒数を増減する場合は、増減のタイミングでトルクに若干の段差が生じることが想定される。
このため、本実施形態では、気筒数を増減するタイミングの前後で吸気弁３６のリフト量、作用角、開閉タイミングを制御することで、気筒数の切り換え時のトルク段差の発生を抑えるようにしている。本実施形態の動弁装置の構成は、上述した各実施形態と同様であるため、運転状態に応じた最適なリフト量、作用角、開閉タイミングで吸気弁３６を駆動することができる。
例えば、８気筒運転から６気筒運転に切り換える際には、８気筒運転の状態で、機関回転数及び負荷の低下に伴って吸入空気量が減少するように吸気弁３６を制御する。これにより、６気筒運転に移行する直前の段階でトルクを低下させることができ、機関回転数、負荷が更に低下して６気筒運転に移行した際に、トルクに段差が生じてしまうことを抑止できる。
また、６気筒運転に移行した直後は、吸入空気量が通常よりも増加するように吸気弁３６を制御する。これにより、６気筒運転に切り換わった直後のトルクを十分に増加させることができ、よりトルクの大きい８気筒運転から６気筒運転に切り換わった際にトルクに段差が生じてしまうことを抑止できる。
同様に、６気筒運転から８気筒運転へ切り換える際にも、切り換えタイミングの直前で吸入空気量を増加させて、６気筒運転の状態で十分にトルクを増加させておく。これにより、よりトルクの大きい８気筒運転に切り換えた際にトルクに段差が生じてしまうことを抑止できる。また、８気筒運転に切り換えた直後は、吸入空気量が減少するように吸気弁３６を制御することで、よりトルクの大きい８気筒運転に切り換えた直後にトルクに段差が生じてしまうことを抑止できる。
加減速を急激に行う場合も、同様の手法で吸気弁３６を制御する。例えば、６気筒運転をとばして８気筒運転から４気筒運転へ切り換える際には、切り換え直前の８気筒運転の状態で吸入空気量が減少するように吸気弁３６を制御し、４気筒運転に切り換えた直後は、吸入空気量が通常よりも増加するように吸気弁３６を制御する。これにより、燃焼気筒数を不連続に可変し、燃焼気筒数が急激に増減した場合であっても、トルクに段差が生じることを抑止できる。
以上説明したように実施の形態４によれば、気筒数を増減する際には、切り換えのタイミングに合わせて吸気弁３６のリフト量、作用角、開閉タイミングを最適に制御するため、切り換えの際にトルクに段差が生じてしまうことを抑止できる。従って、気筒数を切り換える際にドライバビリティが悪化してしまうことを抑止することができる。
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。実施の形態５は、減筒運転を行った場合に、爆発行程が不等間隔で行われる場合は、吸気弁３６を制御することによりトルクを平準化するものである。実施の形態４の内燃機関の動弁装置の構成は、上述した各実施形態と同様であり、各気筒毎に最適なリフト量、作用角、開閉タイミングで吸気弁３６を駆動することができる。
最初に、内燃機関１０の気筒数が８気筒の場合の制御について説明する。実施の形態３で説明したように、Ｖ型８気筒の内燃機関１０では、＃１→＃８→＃４→＃３→＃６→＃５→＃７→＃２の順で爆発行程が行われる。８気筒の内燃機関１０で６気筒運転を行う場合は、＃３気筒と＃２気筒の爆発行程が停止される。従って、６気筒運転を行う場合は、＃１→＃８→＃４→＃６→＃５→＃７の順で爆発行程が行われる。
８気筒運転の場合、クランク角７２０°で８回の爆発行程が行われるため、クランク角９０°間隔で１回の爆発行程が行われる。６気筒運転の際には、＃３気筒の爆発行程が停止されるため、＃４気筒の爆発行程から＃６気筒の爆発行程までのクランク角が１８０°となる。また、＃２気筒の爆発行程が停止されるため、＃７気筒の爆発行程から＃１気筒の爆発行程までのクランク角が１８０°となる。一方、その他の爆発行程の間では、クランク角９０°毎に爆発行程が行われる。
従って、＃４気筒の爆発行程が行われた後、＃６気筒の爆発行程が行われるまでの間に、一時的にトルクの低下が生じる。同様に、＃７気筒の爆発行程が行われた後、＃１気筒の爆発行程が行われるまでの間に、一時的にトルクの低下が生じる。
このため、本実施形態では、６気筒運転を行う場合に、＃４気筒の吸気工程と＃７気筒の吸気行程では、一時的に吸気弁３６のリフト量、又は作用角を増加させ、または、吸気弁３６の開閉タイミングを吸入空気量がより多くなるタイミングに可変する。これにより、＃４気筒、＃７気筒の吸入空気量を他の気筒よりも多くすることができる。そして、吸入空気量の増加に応じて、＃４気筒、＃７気筒の燃料噴射量を増量する制御を行う。
これにより、＃４気筒と＃７気筒の爆発行程で発生するトルクを他の気筒の爆発行程で発生するトルクよりも大きくすることができる。従って、＃４気筒の爆発行程が行われた後、＃６気筒の爆発行程が行われるまでの間、および＃７気筒の爆発行程が行われた後、＃１気筒の爆発行程が行われるまでの間に、一時的にトルクが低下してしまうことを抑止することができ、トルクの平準化を図ることができる。これにより、不等間隔で爆発行程が行われる場合においても、ドライバビリティを良好にすることが可能となる。
例えば点火遅角等の方法により特定の気筒のトルクを低減させてトルクを平準化した場合は、燃費が悪化するなどの弊害が想定されるが、以上のような手法によれば、トルクを増加させて平準化するため、燃費の悪化を抑止することができる。
４気筒運転の場合は、８気筒のうちの４気筒の燃焼を停止し、クランク角１８０°毎に爆発行程が行われるように気筒を停止する。この場合、＃１→＃４→＃６→＃７の順でクランク角１８０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行うか、若しくは、＃８→＃３→＃５→＃２の順で爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合は、クランク角１８０°毎に等間隔で爆発行程が行われるため、一時的なトルクの低下が生じることがなく、特定の気筒の吸入空気量を増加させる制御は不要である。
同様に、２気筒運転を行う場合は、８気筒のうちの６気筒の燃焼を停止し、クランク角３６０°毎に爆発行程が行われるように気筒を停止する。この場合、＃１→＃６の２気筒、＃８→＃５の２気筒、＃４→＃７の２気筒、又は＃３→＃２の２気筒のいずれか２気筒で爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合においても、クランク角３６０°毎に等間隔で爆発行程が行われるため、一時的なトルクの低下が生じることがなく、特定の気筒の吸入空気量を増加させる制御は不要である。
次に、内燃機関１０の気筒数が６気筒の場合の制御について説明する。内燃機関１０が６気筒の場合も、機関回転数及び負荷に応じて、燃焼を行う気筒数が可変される。高回転、高負荷域の運転では、６気筒全てで燃焼が行われる。そして、機関回転数、負荷が低下すると、４気筒運転、３気筒運転、２気筒運転と順次に燃焼気筒数が減少するように制御が行われる。
実施の形態２で説明したように、Ｖ型６気筒の内燃機関１０では、＃１→＃２→＃３→＃４→＃５→＃６の順で爆発行程が行われる。６気筒の内燃機関１０で４気筒運転を行う場合は、＃３気筒と＃６気筒の爆発行程が停止される。従って、４気筒運転を行う場合は、＃１→＃２→＃４→＃５の順で爆発行程が行われる。
６気筒運転の場合、クランク角７２０°で６回の爆発行程が行われるため、クランク角１２０°間隔で１回の爆発行程が行われる。４気筒運転の際には、＃３気筒の爆発行程が停止されるため、＃２気筒の爆発行程から＃４気筒の爆発行程までのクランク角が２４０°となる。また、＃６気筒の爆発行程が停止されるため、＃５気筒の爆発行程から＃１気筒の爆発行程までのクランク角が２４０°となる。一方、その他の爆発行程は、クランク角１２０°毎に行われる。
従って、＃２気筒の爆発行程が行われた後、＃４気筒の爆発行程が行われるまでの間に一時的にトルクの低下が生じ、また、＃５気筒の爆発行程が行われた後、＃１気筒の爆発行程が行われるまでの間に一時的にトルクの低下が生じる。
このため、６気筒の内燃機関１０で４気筒運転を行う場合は、＃２気筒及び＃５気筒の吸気行程で一時的に吸気弁３６のリフト量、又は作用角を増加させ、または、吸気弁３６の開閉タイミングを吸入空気量がより多くなるタイミングに可変する。これにより、＃２気筒、＃５気筒の吸入空気量を他の気筒よりも多くすることができる。そして、吸入空気量の増加に応じて、＃２気筒、＃５気筒の燃料噴射量を増量する制御を行う。
これにより、＃２気筒と＃５気筒の爆発行程で発生するトルクを他の気筒の爆発行程で発生するトルクよりも大きくすることができる。従って、＃２気筒の爆発行程が行われた後、＃４気筒の爆発行程が行われるまでの間に、一時的にトルクが低下してしまうことを抑止することができる。また、＃５気筒の爆発行程が行われた後、＃１気筒の爆発行程が行われるまでの間に、一時的にトルクが低下してしまうことを抑止することができる。従って、１サイクルを通してトルクの平準化を図ることができ、ドライバビリティを良好にすることが可能となる。
６気筒の内燃機関１０で３気筒運転の場合は、６気筒のうちの３気筒の燃焼を停止し、クランク角２４０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合、一方のバンクで＃１→＃３→＃５の順でクランク角２４０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行うか、若しくは、他方のバンクで＃２→＃４→＃６の順でクランク角２４０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合は、クランク角２４０°毎に等間隔で爆発行程が行われるため、一時的なトルクの低下が生じることがなく、特定の気筒の吸入空気量を増加させる制御は不要である。
同様に、２気筒運転を行う場合は、６気筒のうちの４気筒の燃焼を停止し、クランク角３６０°毎に爆発行程が行われるように気筒を停止する。この場合、＃１→＃４の２気筒、＃２→＃５の２気筒、又は＃３→＃６の２気筒のいずれか２気筒で爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合においても、クランク角３６０°毎に等間隔で爆発行程が行われるため、一時的なトルクの低下が生じることがなく、特定の気筒の吸入空気量を増加させる制御は不要である。
次に、内燃機関１０の気筒数が４気筒の場合の制御について説明する。内燃機関１０が４気筒の場合も、機関回転数及び負荷に応じて、燃焼を行う気筒数が可変される。高回転、高負荷域の運転では、４気筒全てで燃焼が行われる。そして、機関回転数、負荷が低下すると、３気筒運転、２気筒運転の順で燃焼気筒数が減少するように制御が行われる。
実施の形態１で説明したように、４気筒の内燃機関１０では、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。４気筒の内燃機関１０で３気筒運転を行う場合は、＃３気筒の爆発行程が停止される。従って、３気筒運転を行う場合は、＃１→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。
４気筒運転の場合、クランク角７２０°で４回の爆発行程が行われるため、クランク角１８０°間隔で１回の爆発行程が行われる。３気筒運転の際には、＃３気筒の爆発行程が停止されるため、＃１気筒の爆発行程から＃４気筒の爆発行程までのクランク角が３６０°となる。一方、その他の爆発行程は、クランク角１８０°毎に行われる。
従って、＃１気筒の爆発行程が行われた後、＃４気筒の爆発行程が行われるまでの間に一時的にトルクの低下が生じる。
このため、４気筒の内燃機関１０で３気筒運転を行う場合は、＃１気筒の吸気行程で一時的に吸気弁３６のリフト量、又は作用角を増加させ、または、吸気弁３６の開閉タイミングを吸入空気量がより多くなるタイミングに可変する。これにより、＃１気筒の吸入空気量を他の気筒よりも多くすることができる。そして、吸入空気量の増加に応じて＃１気筒の燃料噴射量を増量する制御を行う。
これにより、＃１気筒の爆発行程で発生するトルクを他の気筒の爆発行程で発生するトルクよりも大きくすることができる。従って、＃１気筒の爆発行程が行われた後、＃４気筒の爆発行程が行われるまでの間に、一時的にトルクが低下してしまうことを抑止することができる。従って、１サイクルを通してトルクの平準化を図ることができ、ドライバビリティを良好にすることが可能となる。
４気筒の内燃機関１０で２気筒運転を行う場合は、４気筒のうちの２気筒の燃焼を停止し、クランク角３６０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合、＃１気筒と＃４気筒でクランク角３６０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行うか、若しくは、＃２気筒と＃３気筒でクランク角３６０°毎に爆発行程が行われるように気筒停止を行う。この場合は、クランク角３６０°毎に等間隔で爆発行程が行われるため、一時的なトルクの低下が生じることがなく、特定の気筒の吸入空気量を増加させる制御は不要である。
以上説明したように実施の形態５によれば、減筒運転を行う場合に、爆発行程が等間隔に行われない場合は、爆発行程の間隔が広がる区間の手前で爆発行程が行われる気筒の吸入空気量が増加するように、吸気弁３６のリフト量、作用角、又は開閉タイミングを制御するため、トルクの平準化を図ることが可能となる。従って、減筒運転の際にドライバビリティが悪化してしまうことを抑止できる。
以上のように、この発明にかかる内燃機関の動弁装置は、特定の気筒のみで運転を行った場合であっても、ドライバビリティが悪化してしまうことを抑止でき、多種の内燃機関に有用である。

Claims (15)

  1. 各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、かつ、前記複数のモータは、各気筒が備える吸気弁を開閉駆動するための複数の吸気用モータを含み、当該複数の吸気用モータの少なくとも１つは、開弁期間が重ならない複数の気筒によって構成される気筒群に対して共用される内燃機関の動弁装置であって、
    前記複数のモータは、略等間隔のクランク角毎に爆発行程が行われる気筒群で構成される複数のグループ毎に前記弁体を駆動することを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  2. 各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、
    前記複数のモータは、略等間隔のクランク角毎に爆発行程が行われる気筒群で構成される複数のグループ毎に前記弁体を駆動するものであって、
    前記複数のモータのそれぞれは、１つの前記グループに属する気筒の前記弁体のみを駆動するように配置されていることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  3. 特定の気筒に異常が発生した場合は、少なくとも異常が発生した気筒が属する前記グループの全気筒の前記弁体の駆動を停止することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の動弁装置。
  4. 前記複数のモータは、前記グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つのグループに属する気筒数がより少なくなる前記グループ毎に前記弁体を駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
  5. 前記複数のモータは、前記グループの構成に複数の選択肢が存在する場合は、１つのグループに属する気筒数がより多くなる前記グループ毎に前記弁体を駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
  6. 減筒運転を行う場合は、特定の前記グループに属する全ての気筒の前記弁体のみを駆動し、他の前記制御グループに属する気筒の前記弁体の駆動を停止することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の動弁装置。
  7. 駆動が停止された前記弁体を全閉状態とすることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
  8. 各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、かつ、前記複数のモータは、各気筒が備える吸気弁を開閉駆動するための複数の吸気用モータを含み、当該複数の吸気用モータの少なくとも１つは、開弁期間が重ならない複数の気筒によって構成される気筒群に対して共用される内燃機関の動弁装置であって、
    特定の気筒の前記弁体と、他の気筒の前記弁体とを独立して駆動可能な動弁手段を備え、
    内燃機関の運転状態に応じて、燃焼が行われる気筒数が段階的に可変されることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  9. 各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、
    特定の気筒の前記弁体と、他の気筒の前記弁体とを独立して駆動可能な動弁手段を備え、
    内燃機関の運転状態に応じて、燃焼が行われる気筒数が段階的に可変され、
    前記動弁手段は、前記弁体のリフト量、作用角又は開閉タイミングを可変するものであり、
    燃焼が行われる気筒数が減少する場合は、気筒数を減少する直前に吸入空気量が減少するように前記弁体を駆動するとともに、気筒数を減少した直後に吸入空気量が増加するように前記弁体を駆動し、
    燃焼が行われる気筒数が増加する場合は、気筒数を増加する直前に吸入空気量が増加するように前記弁体を駆動するとともに、気筒数を増加した直後に吸入空気量が減少するように前記弁体を駆動することを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  10. 各気筒が備える弁体を複数のモータにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置であって、
    特定の気筒の前記弁体と、他の気筒の前記弁体とを独立して駆動可能な動弁手段を備え、
    内燃機関の運転状態に応じて、燃焼が行われる気筒数が段階的に可変され、
    前記動弁手段は、燃焼を行う気筒数が可変された場合に、爆発行程が不等間隔で行われる場合は、燃焼が停止された気筒の直前に爆発行程が行われる気筒の前記弁体のリフト量、作用角又は開閉タイミングを可変して、当該気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  11. 急加速時、又は急減速時には、燃焼が行われる気筒数が不連続に可変されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
  12. 前記動弁手段は、燃焼が行われていない気筒の前記弁体を閉じることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
  13. Ｖ型８気筒の内燃機関において、＃３気筒及び＃２気筒の燃焼が停止されて６気筒運転が行われる場合は、＃４気筒及び＃７気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることを特徴とする請求項８又は１０記載の内燃機関の動弁装置。
  14. Ｖ型６気筒の内燃機関において、＃３気筒及び＃６気筒の燃焼が停止されて４気筒運転が行われる場合は、＃２気筒及び＃５気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることを特徴とする請求項８又は１０記載の内燃機関の動弁装置。
  15. 直列４気筒の内燃機関において、＃３気筒の燃焼が停止されて３気筒運転が行われる場合は、＃１気筒の吸入空気量を他の気筒に対して相対的に増加させることを特徴とする請求項８又は１０記載の内燃機関の動弁装置。
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