JP4903772B2

JP4903772B2 - 独立したシリンダを備えた多シリンダ内燃エンジン

Info

Publication number: JP4903772B2
Application number: JP2008309835A
Authority: JP
Inventors: ファビオ・ボレアン; パスクアレ・チェレス
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: US20090150051A1; JP2009138747A; EP2067968A1; EP2067968B1; ATE509196T1; US7753029B2; JP4875689B2; JP2009138746A

Description

本発明は、多気筒（多シリンダ）内燃エンジンであって、
空気を各エンジンシリンダに搬送するようにされた空気供給管、
前記管と前記各シリンダの燃焼室との間の連通を制御する各シリンダのための少なくとも１つの給気弁、
ここで各給気弁は前記燃焼室に決定された量の空気を流入させる駆動手段により制御され、前記駆動手段は各給気弁を他のシリンダから独立して可変駆動法により制御され得る、
所定量の燃料を前記燃焼室に噴射することを実行するようにされた各シリンダの噴射手段、
各給気弁の開放時間及びストロークを調整するために前記駆動手段を制御し、
前記決定された量の燃料を調整するために前記噴射手段を制御する、
ようにされた電子制御手段、
からなるタイプの多シリンダ内燃エンジンに関する。

従来型の内燃エンジンでは、運転状態の調整により吸気管内の流れの状態が変化する。特に、スロットル弁は供給管内の空気の流れの状態を制御し、供給管への流体力学的負荷流れをより多く又は少なくし、これに応じてエンジンがより大きな又は小さなトルクを生じるようにしている。

ある遷移時間が経過するとかならず、供給管制御システム（一般にスロットル弁）の操作から開始して、新たな所要トルクに対応する流れの状態に到達する。

このような遷移時間の影響、及びこれにより生じる避けられない遅延に備え、またシリンダの発生する迅速なトルク調整を補償するために、従来型の内燃エンジンは点火進角（spark advance）を最適値に比べて変化させる制御を実行する。このような最適点火進角弁は当業者により改良された燃焼性能を補償するものとして一般に認識されている。したがって、このタイプの適応能力は、エンジンの運転効率を著しく不利にし、いかなる場合にも、所要トルクの大幅な変化に対するエンジンの迅速な応答を保証しない。

本発明の目的は前述の欠点を解決することである。

本発明は、
運転中に供給管が実質的に一定圧力に維持されるように配置され、
エンジンが第１運転モードから第２運転モードに変化するように要求されたときに、前記電子制御手段が制御シーケンスを実行するようにされ、
前記制御シーケンスでは、
前記第２運転モードに対応する空気と燃料の量が推定（estimate）され、
エンジン速度と予め推定された前記空気と燃料の量に基づいて、前記エンジンの第２運転モードで要求される駆動時間が、前記噴射手段と前記駆動手段についてそれぞれ推定される。

また、本発明によれば、
前記制御シーケンスでは、
前記第２運転モードに対応する空気と燃料の量が推定され、
前記駆動時間に基づいて、前記第２運転モードに対応する燃焼を実行可能とするために、前記駆動時間の計算を開始してからシリンダが上死点状態に達するまでに必要な駆動遅延が推測される。

また、本発明によれば、
前記第２運転モードに対応する前記噴射手段及び前記駆動手段の駆動モードが、前記駆動時間の計算を開始してから、前記遅延が経過した後、最初に、燃焼過程に向かう予定になっている上死点状態になると認められるシリンダ以降のシリンダに割り当てられ、
前記第１運転モードに対応する前記噴射手段及び前記駆動手段の駆動モードが、前記駆動時間の計算を開始してから、前記遅延が経過する前に、燃焼過程に向かう予定になっている上死点状態になると認められるシリンダに割り当てられる。

本発明による燃焼エンジンの好ましい実施形態は、前記電子制御手段が、前記遅延をエンジン行程の数として推定する。

ここに記載された内燃エンジンは、トルク変更要求に迅速に応答することができ、供給されたトルクの「ほぼ瞬間的な」調整を保証することができる。シリンダに吸引された空気、及び同様に噴射された燃料の量は、実際に、エンジン行程の範囲内で段階を追って変更することができ、同時に空気／ガソリンチャージも要求される全ての空気ガソリン比でシーケンス制御方式により調整することもできる。

本発明は、そのような変更が有効に行われることを保証する。特に、本発明によるエンジンでは、前述の起動遅延は、新たな運転条件が最初にシリンダに割り当られるように考慮され、該シリンダは、初めて、エンジン運転変更要求に従って、そのような新たな運転条件を有効に満足することができる。本発明によるエンジンでは、トルク変更要求と一致すると、点火進角（spark advance）を「低減」する必要がなく、これによりエンジンの一定の最適運転性能を保証することができる。

本発明のさらなる特徴及び利点は非限定的な実施例として与えられた添付図面を参照する以下の詳細な説明から明らかである。

低速の第１運転モードにおける内燃エンジンシリンダの駆動図を示す。高速の第２運転モードにおける内燃エンジンシリンダの駆動図を示す。駆動時間の増加を生じるエンジン状態の変化（遷移負荷又は速度）が存在する場合における本発明による内燃エンジンの駆動図を示す。公知技術によるエンジンの概略断面図であり、エンジン弁の可変駆動システムの動作原理を示す。

本発明はシリンダの吸気弁を他のシリンダから独立して可変駆動モードにより制御するようにされた駆動手段を備えた内燃エンジンに言及している。

この型式の内燃エンジンは、例えば、図４に概略的に示され、同一出願人による幾つかの特許の法定主題である弁の可変動作システムを備えた内燃エンジンにより象徴される。

図４を参照すると、参照符号１は全体として弁（吸気弁又は排気弁のいずれかとすることができる）を示し、該弁は内燃エンジンヘッド３に形成された各管２（吸気又は排気）と関連している。弁１はスプリング４によりその閉塞位置（図４を参照すると上方）に向かって復帰する一方、弁軸の上端に作用するピストン５により強制的に開放する。ピストン５はチャンバ６内にある油圧を通してピストン７により制御される。ピストン７はカムシャフト１０のカム９と協働する皿８を支持している。皿８はカム９と摺動接触状態にスプリング１１により保持されている。圧力チャンバ６はパイプ１２に接続することができ、該パイプ１２はソレノイド弁１５のシャッタ１４を介して蓄圧器１３と連通している。ソレノイド弁１５はエンジン動作状態に応じて電子制御手段（不図示）により制御される。ソレノイド弁１５が開放すると、チャンバ６内にある油圧が排出され、弁１が戻りスプリング４の効果により迅速に閉塞する。ソレノイド弁１５が閉塞すると、チャンバ６内の油はピストン７の運動をピストン５に伝達しその結果弁１に伝達する。したがって、弁１の位置はカム９によって決定される。換言すれば、カム９は通常、カム形状に依存するサイクルに従って弁１の開放を制御するが、必要なときはいつでもソレノイド弁１５を開放することを「不能（disabled）」にし、従ってピストン７と弁１の間の接続を妨害することができる。

したがって、前述したように、各吸気弁の開放時間とストロークを調整するための作動する前述のソレノイド弁を制御することにより、各シリンダは吸引空気量を制御することができ、これによりシリンダに要求される動作状態に応じて他のシリンダの動作状態から独立して変更することができる。

本発明による内燃エンジンはまた、各シリンダに噴射手段（不図示）を備え、該噴射手段はある量の燃料をシリンダの燃焼室内に噴射するようになっている。このような噴射手段はここに記載した技術分野で通常使用されている如何なる型式のものにもすることができる。

前記ソレノイド弁の前記制御を実行し、またシリンダの燃焼室内で行われる燃料噴射の時間を調整し、導入される燃料の量を調整するために噴射手段を制御する電子制御手段がまた設けられている。

図１は、４シリンダを備え、１０００ｒｐｍの回転速度で動作するここで考慮されえている型式の内燃エンジンのシリンダＣＹＬ１内の燃焼工程を開始するために行われる当業者に既に公知である動力学を示す。

特に、図１は、エンジン行程に相当する間隔にさらに分割されている時間軸を示す。エンジン行程はここでは、１つのシリンダにおける上死点状態と、続いて上死点状態となる他のエンジンシリンダにおける上死点状態との間に経過する時間を意味する。さらに、図１は、考慮しているシリンダの電子制御手段、吸気弁及び噴射手段のそれぞれの作動行程を示す。

図１に見ることができるように、所定の燃焼過程（process）に相当するシリンダＣＹＬ１での特定の運転条件の要求と、当該シリンダでの当該過程を開始させるトリガ（triggering）との間に、電子制御手段の動作、吸気弁及び噴射手段の駆動をそれぞれ実行する動作時間により、必ず起動遅延（activation delay）があり、これにより同一のシリンダは前述の燃焼過程のトリガに対する所定の点火進角（ignition advance）状態に達する。

このような起動遅延は、エンジン行程を単位として取り扱うことによって都合よく処理することができる。このため、電子制御手段の動作はエンジン行程の連続に基づいて連結され、一方シリンダの燃焼過程は、トリガ瞬間を参照するのではなく、燃焼中のシリンダで到達した上死点状態を参照して考慮される。

図１の特定の実施例では、このような起動遅延は、前述のように処理され、約３エンジン行程（約９０ｍｓに相当する）に等しい。

図２は、図１と類似の図を示し、ここではエンジンはこの場合、６０００ｒｐｍの回転速度を提供する。前述した起動遅延はこの場合、７エンジン行程（約３５ｍｓに相当する）に等しい。

このエンジンがシリンダで供給されるトルクを要求トルクまで「瞬間的」に採用することができるようにするために、本発明は前述した電子制御手段が以下に説明する制御シーケンスを実行するように配置されるようにしている。

この制御シーケンスの主なねらいは、新たな動作条件のシリンダへの第１割当て（first assignment）をそれに相当する起動遅延に基づいて調整し、このような運転条件がこれが最初に割り当てられるシリンダで有効に実行されるようにする。

この制御シーケンスを記載するために、以下のように図３を参照する。図３は、前述した型式のエンジンで、ＣＹＬ２で（括弧内に）示すシリンダの上死点状態と、ＣＹＬ１で（括弧内に）示すシリンダの上死点状態との間の動作点（速度又は負荷）で、変更が行われる場合を考慮している。

図３に見ることができるように、シリンダの動作条件の起動遅延は、トルクを増加する要求の前においては、３エンジン行程と等しい。

このようなシーケンスの第１ステップは、電子制御手段がシリンダ内の新たな動作条件を確立するために必要な吸気弁及び噴射手段のぞれぞれの起動時間を計算するようにしている。

したがって、電子制御手段は、前述した起動時間に基づいて、エンジン動作モードに相当するシリンダの起動遅延の推定（estimate）を実行する。前述したように、このような遅延は、エンジン動作を実行する要求（直後の上死点状態と一致するように電子制御手段により考慮される）と、新たなエンジン動作条件に相当する燃焼過程の有効な実行のための第１上死点状態の適用されている（in vigor）運転モードによるシリンダ動作の達成と、の間で経過する時間範囲に相当する。この遅延はエンジン行程を単位とする数として推定される。

この遅延は、前述したように、電子制御手段の動作、吸気弁及び噴射手段の起動を実行するのに必要な時間によるものである。このため、この遅延が経過することにより、同一のシリンダは、新たな動作状態の燃焼過程のトリガに対して、この遅延分だけ遅れて上死点状態となることで、最適な前進（advance）点火状態となる。

このような遅延を計算すると、電子制御手段は、新たな運転条件（新たな空気／ガソリン負荷に相当する）を、計算された遅延が経過し、すなわち、このような遅延を構成するエンジン行程に続いて、最初に、燃焼過程の実行のための上死点状態となり得ると認められるシリンダ以降のシリンダに割り当てるようになっている。

図３には、シリンダＣＹＬ１とＣＹＬ２の両方に対して、また電子制御手段に対して、時間軸によって特定される動作期間の間における、各噴射手段と各吸気弁の駆動図が示されている。

第１エンジン動作モード（時間軸上の駆動時間の変化の前）において、両シリンダは、噴射手段と吸気弁のそれぞれのＩＮＪ（０）とＥＶ（０）として図に示された駆動モードを仮定している同一の動作条件で動作する。

駆動時間変化があったとき、電子制御手段は、新たな要求トルクを生成することができる燃焼過程を確立するのに適合した、吸気弁と噴射手段の駆動運転に必要な時間を推定する。

したがって、電子制御手段がシリンダの新たな運転条件に対応する起動遅延を計算し、これに基づいて、新たな条件に相当する運転条件をどのシリンダに割り当ているかを推定する。

図３の実施例の新たな運転条件に相当する起動遅延は、４エンジン行程に等しい。

図３に概略示すように、シリンダ２については、駆動時間の変化の直後の燃焼過程で生じるべき上死点状態において、要求されたトルクを生成するようにされた前述の燃焼過程は、実行され得ない。実際に、図３からは、そのような変化の瞬間から、そのようなシリンダＣＹＬ２の上死点状態に達する前には３エンジン行程のみが続き、一方新たな運転条件の遅延は４エンジン行程に等しいことを理解することができる。

したがって、駆動時間変化の瞬間から開始して、燃焼過程で生じるべきシリンダＣＹＬ２の上死点状態を達成するために、利用可能な時間は、新たな運転条件を確立するために当該シリンダの噴射手段と吸気弁を同期して駆動するのに不十分である。

換言すれば、図２に概略示すように、要求トルクを生成することができる燃焼過程を確立するようにされた駆動、詳しくは噴射手段の駆動段階は、トルク要求時前に開始するべきである。この条件は、図３に、禁止記号によって除外されているように示されているシリンダＣＹＬ２の噴射手段の駆動に関する部分により、概略示されている。

したがって、新たな運転条件により運転する最初のシリンダであるシリンダＣＹＬ２の不適合性を決定するものは、新たな噴射動作に必要な時間であることが分かる。

一方、これに対してシリンダＣＹＬ１は新たな運転条件により運転することを受容する最初の１シリンダであるであることが分かる。実際には、駆動時間の変化の瞬間から開始して、燃焼過程に向かうようになっているシリンダＣＹＬ１の上死点まで、４エンジン行程が互いに続行し、それは新たな運転条件を実行するのに必要な時間に実際に相当する。

前述した推定に続いて、電子制御手段は、噴射手段とシリンダＣＹＬ１の吸気弁の駆動手段に、新たな運転条件に相当する駆動モードを割り当てる。図３では、これらの新たな駆動モードはそれぞれＩＮＪ（−１）とＥＶ（−１）で示されている。図３に示す横方向に設けられた矢印は、電子制御手段がＣＹＬ２が新たな運転条件で運転される第１シリンダであると受容されていないことを確認すると、シリンダＣＹＬ１の新たな駆動手段と噴射手段に自動的にそのような新たな駆動モードを割り当てる事実を示している。

シリンダＣＹＬ２の噴射手段と吸気弁の駆動手段の駆動モード、すなわち、シリンダＣＹＬ２の運転条件は、トルク増加要求に先立つものと同じであり続けるように、制御される。このような駆動モードは、それぞれＩＮＪ（ＯＬＤ）とＥＶ（ＯＬＤ）で示され、前に定義されたＩＮＪ（０）とＥＶ（０）と同じである。

古い運転条件（駆動モードＩＮＪ（ＯＬＤ）とＥＶ（ＯＬＤ）を備える）でシリンダＣＹＬ２により実行される最後のサイクルに続いて、電子制御手段は最後に、シリンダＣＹＬ２に新たな運転条件での運転を割り当てる。これに関連する駆動モードはモードＩＮＶ（−１）とＥＶ（−１））である。

新たな運転条件の起動遅延はその前の起動遅延に比べてエンジン行程を単位として増加するので、電子制御手段は、電子制御手段が古い運転条件に介入する行程の１つ前の行程の種々のシリンダの新たな運転条件の実施のための制御の動作を開始する。このような介入の変化は、シリンダＣＹＬ１とＣＹＬ２の両方に対して、それらが新たな運転条件で動作するステップと一致するように、図３に水平矢印を使用して概略的に示されている。

図３は、シリンダの新たな運転条件が起動遅延の増加を引き起こす例を示し、当該起動遅延は特定の場合の実施例では３エンジン行程に等しい値から４エンジン行程に等しい値まで変化する。この場合、あるエンジン行程内で２つのそれぞれのプログラムが電子制御手段により２つの特徴シリンダ（distinctive cylinder）で実行される。これらのシリンダのうち、第１のシリンダ（図３の場合にはシリンダＣＹＬ２）は、新たな運転条件で既に運転することができず、このために古い条件が割り当てられているシリンダによって代表される。一方、第２のシリンダ（図３の場合にはシリンダＣＹＬ１）は、前述のことに関して、新たな運転条件が割り当てられている第１の「有用な」シリンダによって代表される。

これに対し、要求された新たな運転条件に相当する起動遅延が古い条件の起動遅延よりも低い反対の場合には、古い運転条件が予め割り当てられている同一のシリンダは、新たな運転条件により直ちに運転できるように、電子制御手段によりプログラムされている。

当然ながら、単なる例示として記載され開示された本発明の精神の範囲内で、本発明の範囲から逸脱することなく、構成の詳細と実施形態についての種々の修正が可能である。

１弁
２管
３内燃エンジンヘッド
４スプリング
５ピストン
６チャンバ
７ピストン
８皿
９カム
１０カムシャフト
１１スプリング
１２パイプ
１３蓄圧器
１４シャッタ
１５ソレノイド弁

Claims

多シリンダ内燃エンジンであって、
空気を各エンジンシリンダに搬送するようにされた空気供給管、
前記管と前記各シリンダの燃焼室との間の連通を制御する各シリンダのための少なくとも１つの給気弁、
ここで各給気弁は前記燃焼室に決定された量の空気を供給する駆動手段により制御され、前記駆動手段は各給気弁を他のシリンダから独立して可変駆動モードにより制御するようにされており、
前記駆動手段は、
各吸気管（２）と各シリンダの燃焼室の間の連通を制御するために、弁（１）を閉鎖位置に向かって押す復帰ばね手段（４）、
それぞれの弁リフター（７）を介して前記エンジンのシリンダ（２０）の各吸気弁を駆動する少なくとも１つのカム軸（１０）であって、各吸気弁（１）は前記カム軸（１０）の各カム（９）により制御される、
ここで、前記弁リフター（７）の各々は、圧力流体室（６）を含む液圧手段の介入を介して、前記復帰ばね手段（４）の付勢に抗して吸気弁（１）を制御し、
前記弁（１）を各弁リフター（７）から分離し、各復帰ばね手段（４）による前記弁（１）の迅速閉鎖を引き起こすために、前記各吸気弁（１）に関連する前記圧力流体室（６）は、ソレノイド弁（１５）を使用して排出チャンネル（１２）に接続するようにされている、
所定量の燃料を前記燃焼室に噴射することを実行するようにされた各シリンダの噴射手段、
各給気弁の開放時間及びストロークを調整するために前記駆動手段を制御し、
前記決定された量の燃料を調整するために前記噴射手段を制御する、
ようにされたシリンダの運転条件の電子制御手段、
からなり、
前記エンジンは、
運転中に供給管が一定圧力に維持されるように配置され、
エンジンが第１運転モードから第２運転モードに変化するように要求されたときに、前記電子制御手段が制御シーケンスを実行するようにされ、
前記制御シーケンスでは、
前記第２運転モードに対応する空気と燃料の量が推定され、
エンジン速度と予め推定された前記空気と燃料の量に基づいて、前記エンジンの第２運転モードで要求される駆動時間が、前記噴射手段と前記駆動手段についてそれぞれ推定され、
前記駆動時間に基づいて、前記第２運転モードに対応する燃焼を実行可能とするために、前記駆動時間の計算を開始してからシリンダが上死点状態に達するまでに必要な駆動遅延が推測され、
前記第２運転モードに対応する前記噴射手段及び前記駆動手段の駆動モードが、前記駆動時間の計算を開始してから、前記遅延が経過した後、最初に、燃焼過程に向かう予定になっている上死点状態になると認められるシリンダ以降のシリンダに割り当てられ、
前記第１運転モードに対応する前記噴射手段及び前記駆動手段の駆動モードが、前記駆動時間の計算を開始してから、前記遅延が経過する前に、燃焼過程に向かう予定になっている上死点状態になると認められるシリンダに割り当てられる、
ことを特徴とする多シリンダ内燃エンジン。
前記電子制御手段は、前記遅延をエンジン行程の数として推定するようにされている、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
多シリンダ内燃エンジンの運転方法であって、
空気を各エンジンシリンダに搬送するようにされた空気供給管、
前記管と前記各シリンダの燃焼室との間の連通を制御する各シリンダのための少なくとも１つの給気弁を含み、
ここで各給気弁は前記燃焼室に決定された量の空気を流入させる駆動手段により制御され、前記駆動手段は各給気弁を他のシリンダから独立して可変駆動モードにより制御することを受容可能であり、
前記駆動手段は、
各吸気管（２）と各シリンダの燃焼室の間の連通を制御するために、弁（１）を閉鎖位置に向かって押す復帰ばね手段（４）、
それぞれの弁リフター（７）を介して前記エンジンのシリンダ（２０）の各吸気弁を駆動する少なくとも１つのカム軸（１０）であって、各吸気弁（１）は前記カム軸（１０）の各カム（９）により制御される、
ここで、前記弁リフター（７）の各々は、圧力流体室（６）を含む液圧手段の介入を介して、前記復帰ばね手段（４）の付勢に抗して吸気弁（１）を制御し、
前記弁（１）を各弁リフター（７）から分離し、各復帰ばね手段（４）による前記弁（１）の迅速閉鎖を引き起こすために、前記各吸気弁（１）に関連する前記圧力流体室（６）は、ソレノイド弁（１５）を使用して排出チャンネル（１２）に接続するようにされている、
前記エンジンは、
所定量の燃料を前記燃焼室に噴射することを実行するようにされた各シリンダの噴射手段、
各給気弁の開放時間及びストロークを調整するために前記駆動手段を制御し、
前記特定の量の燃料を調整するために前記噴射手段を制御する、
ようにされたシリンダの運転条件の電子制御手段、を含み、
前記方法は、
運転中に供給管を実質的に一定圧力に維持するように備え、
エンジンが第１運転モードから第２運転モードへの運転変更要求を受けたときに、前記方法は制御シーケンスを実行するように備え、
前記制御シーケンスでは、
前記第２運転モードに対応する空気と燃料の量が推定され、
エンジン速度と予め推定された前記空気と燃料の量に基づいて、前記エンジンの第２運転モードで要求される駆動時間が、前記噴射手段と前記駆動手段についてそれぞれ推定され、
前記駆動時間に基づいて、前記第２運転モードに対応する燃焼を実行可能とするために、前記駆動時間の計算を開始してからシリンダが上死点状態に達するまでに必要な駆動遅延が推測され、
前記第２運転モードに対応する前記噴射手段及び前記駆動手段の駆動モードが、前記駆動時間の計算を開始してから、前記遅延が経過した後、最初に、燃焼過程に向かう予定になっている上死点状態になると認められるシリンダ以降のシリンダに割り当てられ、
前記第１運転モードに対応する前記噴射手段及び前記駆動手段の駆動モードが、前記駆動時間の計算を開始してから、前記遅延が経過する前に、燃焼過程に向かう予定になっている上死点状態になると認められるシリンダに割り当てられる、
ことを特徴とする多シリンダ内燃エンジンの運転方法。
前記方法は、前記遅延をエンジン行程の数として推定することを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。