JP5591219B2 - 吸気バルブの可変作動およびシリンダで発生するトルクの差の補償のためシステムを備えた多気筒内燃エンジン、ならびに本エンジンで実施される制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、各シリンダごとに下記構成を備えたタイプの多気筒内燃エンジンに関する。
・燃焼チャンバ。
・前記燃焼チャンバに接続された、少なくとも１つの吸気通路および少なくとも１つの排気通路。
・前記吸気通路および前記排気通路に取り付けられた吸気バルブおよび排気バルブ。各バルブには、バルブを閉鎖位置に押し付ける個々の戻りバネが設けられる。
・個々のタペットを介して、吸気バルブを駆動するためのカムシャフト。
・各吸気バルブは、バルブのタペットに接続されたポンプバネに面した加圧流体チャンバを含む流体圧手段を介在させることによって、各タペットによって、各戻りバネの動作に抗して制御される。
・閉鎖状態と開放状態との間で制御可能なソレノイドバルブ。前記ソレノイドバルブは、吸気バルブを個々のタペットから分離し、個々の戻りバネによって吸気バルブを迅速に閉鎖する目的で、前記加圧流体チャンバを排出チャネルと連通させる。
・１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータの関数として、吸気バルブの開放時期、及び／又は閉鎖時期、及び／又はリフトを変化させるように前記ソレノイドバルブを制御するための電子制御手段。
・前記電子制御手段は、各シリンダに取り付けられたソレノイドバルブの差分制御のためにプログラム化されている。

上記タイプのエンジンが、本出願人の欧州特許公開ＥＰ １ ３７８ ６３８に記載されている。本出願人は、長年、上述したタイプの吸気バルブの可変作動システムを備えた内燃エンジンを開発しており、「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」の商標で販売している。出願人は、上述したタイプのシステムを備えたエンジンに関する様々な特許や特許出願を有している。こうしたシステムは、添付図面の図１を参照して以下に詳説しているように、１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータの関数として、吸気バルブの開放時期、及び／又は閉鎖時期、及び／又はリフトを変化させることを可能にする。

文献（ＥＰ １ ３７８ ６３８）において、本出願人は、上記「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」システムを用いて、エンジンを制御する方法を提案した。種々のエンジンシリンダに取り付けられた上記ソレノイドバルブが、差分化した方法で制御され、種々のエンジンシリンダで取り込まれるエア量の差をゼロにほぼ低減している。

さらに、本出願人が実施した実験および研究によれば、種々のエンジンシリンダの動作性能の均一性を保証せず、よってエンジンシャフトの回転速度の不規則性を排除していないことを考えると、エンジンを制御するこうした方法が全て満足されるものでないことが明らかになった。

本発明の目的は、種々のエンジンシリンダで発生するトルクの差の補償を達成でき、エンジンシャフトの回転速度の不規則性を最小値に低減できる上記タイプのエンジンを提供することである。

こうした目的を達成するために、本発明は、本説明の冒頭で示したタイプであって、上記の電子制御手段が、エンジンの動作時に各シリンダの動作性能を示す信号を受信し、エンジンの動作時に各シリンダで取り込まれるエア量を動的に変化させるようにプログラム化されており、前記ソレノイドバルブの差分制御によって、エンジンシリンダで発生するトルクを互いにほぼ同一に維持するようにしたことをさらに特徴とするエンジンを提供することを目的とする。

更なる特徴によれば、本発明に係るエンジンは、下記構成をさらに備える。
・エンジンの回転速度を検知するための手段。
・前記センサ手段が送信した信号を解析し、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す信号を、エンジンの動作時に動的に取得するように構成された第１電子モジュール。
・エンジンの動作時に、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す上記信号の関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第１補正を、閉ループ手順で動的に計算するように構成された第２電子モジュール。第１補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装される。

本発明の更なる特徴によれば、本エンジンは、下記構成をさらに備える。
・エンジン負荷を検知するための手段。
・以前に記憶した実験マップを用いて、エンジン回転速度およびエンジン負荷を示す信号の関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第２補正を、開ループ手順で静的に計算するように構成された第３電子モジュール。第２補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装される。
・前記第２電子モジュールおよび前記第３電子モジュールからの補正信号を受信し処理して、エンジンの各シリンダの吸気バルブの開口に対応したクランク角の値の変動を示す信号を送信する第４電子モジュール。

本発明はまた、上述したエンジンにおいて実施される制御方法を提供することも目的とする。

上記の特徴に起因して、本発明に係るエンジンは、「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」システムの動作柔軟性を活用して、シリンダが動作する流体力学条件の差に関係なく、種々のエンジンシリンダのほぼ一定の動作性能を容易に達成することが可能になる。従って、エンジンシャフトの回転速度の不規則性を実質的に排除できる。

さらに、本発明の特徴および利点は、非限定的な例としてだけ提供されている添付図面を参照して、下記の説明から明らかになろう。

本出願人の欧州特許ＥＰ ０ ８０３ ６４２ Ｂ１で説明したような「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」システムを備えたエンジンの断面図である。 本発明に係る多気筒エンジンの概略図である。 先行技術の場合と本発明の場合で、４気筒エンジンの種々のシリンダで示される平均有効圧力を示すダイアグラムである。 先行技術の場合と本発明の場合で、種々のエンジンシリンダの平均有効圧力の値の差（百分率）を示す追加のダイアグラムである。 本発明に係るエンジンの制御システム部を示すブロック図である。

本出願人は、長年、上述したタイプの吸気バルブの可変作動システムを備えた内燃エンジンを開発しており、「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」の商標で販売している。出願人は、上述したタイプのシステムを備えたエンジンに関する様々な特許や特許出願を有している。

添付図面の図１は、本出願人の欧州特許ＥＰ ０ ８０３ ６４２ Ｂ１で説明したような「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」システムを備えたエンジンの断面図を示す。

こうした図１を参照して、ここで図示したエンジンは、多気筒エンジン、例えば、直列４気筒エンジンを示すもので、シリンダヘッド１を含む。ヘッド１は、各シリンダごとに、ヘッド１のベース面３によって形成された空洞２を含む。空洞２は、燃焼チャンバを規定し、２つの吸気通路４，５および２つの排気通路６が接続される。２つの吸気通路４，５と燃焼チャンバ２との連通は、従来のマッシュルーム型で、それぞれヘッド１の本体内にスライド可能に搭載されたステム８を備えた２つの吸気バルブ７によって制御される。

各バルブ７は、ヘッド１の内側表面とバルブの端部保持キャップ１０との間に介在する戻りバネ９によって、閉鎖位置に戻される。２つの排気通路６と燃焼チャンバとの連通も従来型の２つのバルブ７０によって制御され、バルブ７０には、閉鎖位置に戻すための戻りバネ９が取り付けられる。

各吸気バルブの開口は、以下に記述するように、ヘッド１の支持機構の内部にある軸１２周りに回転可能に搭載され、吸気バルブ７の駆動のための複数のカム１４を備えたカムシャフト１１によって制御される。

吸気バルブ７を制御する各カム１４は、タペット１６のプレート１５と共に動作する。タペット１６は、軸１７に沿ってスライド可能に搭載されており、軸１７は、言及した従来技術文献で説明した例の場合、バルブ７の軸に対して約９０度に配向している。プレート１５は、取り付けられたばねによって、カム１４に当接しながら戻る。タペット１６は、予め組み立てられたアセンブリ２０の本体１９に保持されたブッシング１８内にスライド可能に搭載される。アセンブリ２０は、後述するように、吸気バルブの駆動に関連する全ての電気装置および流体圧装置を組み込んでいる。

タペット１６は、推力をバルブ７のステム８に伝達可能であり、タペット１６に面する圧力チャンバＣの中に存在する加圧流体（好ましくは、エンジン潤滑サーキットからの油）および、サブアセンブリ２０の本体に支持されたブッシング２２からなる円筒本体の中にスライド可能に搭載されたピストン２１を用いて、戻りバネ９の動作に抗してバルブの開放を行う。

更に図１に示す手法において、各吸気バルブ７と連結した加圧流体チャンバＣは、ソレノイドバルブ２４を通して排出チャネル２３と連通するように配置できる。ソレノイドバルブ２４は、ここで説明する機能に適合した公知のタイプのものでよく、例えば、アクセルの位置やエンジン回転数などのエンジンの動作パラメータを示す信号Ｓの関数として、符号２５で図示した電子的制御手段により制御される。

ソレノイドバルブ２４が開くと、チャンバＣはチャネル２３と連通し、よってチャンバＣ中に存在する加圧流体が該チャネルへ流入し、そして吸気バルブ７からカム１４のデカプリングおよびそれぞれのタペット１６のデカプリングが得られ、それによって吸気バルブ７は、戻りバネ９の動作の下で閉鎖位置に急速に戻るようになっている。従って、チャンバＣおよび排気チャネル２３の連通を制御することによって、各バルブ７の開放時間および行程(travel)を自在に変化させることができる。

種々のソレノイドバルブ２４の排出チャネル２３は、圧力アキュムレータ２７と連通した同じ長手方向のチャネル２６に接続される。これらのうちの１つだけが図１で観察できる。

ブッシング１８と関連した全てのタペット１６、ブッシング２２と関連したピストン２１、ソレノイドバルブ２４、および個々のチャネル２３、２６は、エンジン組み立ての速さと容易さという利点で、上述した予め組み立てられたアセンブリ２０の本体１９によって保持され確保される。

各シリンダと関連した排気バルブ７０は、図１に示した実施形態では、従来どおり、個々のタペット２９を介して個々のカムシャフト２８によって制御される。言及した従来技術文献の場合でも、排気バルブを制御する流体圧駆動システムの応用が一般には排除されてない。

更に図１を参照すると、ブッシング２２の内部に規定され、ピストン２１に面した可変容量チャンバ（図１ではその最小容量状態を示しており、ピストン２１がその上端停止位置にある）は、ブッシング２２の端壁に形成された開口３０を介して加圧流体チャンバＣと連通している。こうした開口３０は、ピストン２１の突端(end nose)３１と係合しており、バルブが閉鎖位置に接近している閉鎖中の段階においてバルブ７の動作の流体圧制動を提供する。可変容量チャンバ内の油が、突端３１とそれと係合する開口壁３０との間に存在する隙間を通って加圧流体チャンバＣの中に強制的に流れ込むためである。開口３０による連通に加えて、加圧流体チャンバＣおよびピストン２１の可変容量チャンバは、ピストン２１の本体内に確保され、逆止弁３２により制御された内部流路を介して互いに連通する。逆止弁３２は、加圧チャンバＣからピストン２１の可変容量チャンバへの流体の通過のみを許容する。

図１に示した公知のエンジンの通常動作の際、ソレノイドバルブ２４が加圧流体チャンバＣと排出チャネル２３との連通を排除している場合、前記チャンバ内に存在する油は、カム１４によって与えられたタペット１６の動きを、バルブ７の開口を制御するピストン２１に伝達する。バルブの開放動作の最初の段階において、チャンバＣから来る流体は、逆止弁３２を通過し、ピストン２１の管状の内部空洞に位置し可変容量チャンバと連通する追加の流路を通過して、ピストン２１の可変容量チャンバへ達する。ピストン２１の最初の変位後、突端３１は開口３０から出る。それに従って、チャンバＣから来た流体は、開口３０を通って可変容量チャンバへの中に直接に入り込むことができ、そしてフリーになる。

前述のようにバルブを閉鎖する反対の動作において、最終段階で、例えば、ソレノイドバルブ２４を開放し、バルブ７が閉鎖位置へ即座に復帰した後に、突端３１が開口３０へ入り、バルブの流体圧制動を生じさせ、バルブ本体の弁座への衝撃を回避している。

上述したシステムにおいて、ソレノイドバルブ２４が有効な場合、エンジンのバルブはカムの動作に追従する（フルリフト）。ソレノイドバルブを無効（開放）にすることによって、流体圧チャンバが空になり、各戻りバネの動作に従ってエンジンのバルブ閉鎖が達成され、バルブの早期の閉鎖が得られる。同様に、ソレノイドバルブの開放を遅延させることによって、バルブの遅延開放が得られる。一方、関連するカムが推進している間にソレノイドバルブを有効化および無効化することによって、バルブの遅延開放と早期開放との組合せが得られる。本出願人の欧州特許出願ＥＰ １ ７２６ ７９０ Ａ１の教示に従う代替手段によれば、各吸気バルブが、「マルチリフト」モード、すなわち、２回以上繰り返される開放および閉鎖の「サブサイクル」によって制御可能である。各サブサイクルにおいて、吸気バルブは開放し、そして完全に閉鎖する。電子制御ユニットは、１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータの関数として、吸気バルブの開放瞬間および／または閉鎖瞬間および／またはリフトについての変化を得ることができる。このことによって、いかなる動作状況下においても、エンジンの効率を最大にし、燃料消費を低減できる。

本発明に係るエンジンには、図２に概略的に示すように、図１を参照して説明したタイプの吸気バルブの可変作動システムが設けられる。ここで図２を参照すると、エンジンシャフトＣＳと、それぞれＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶで示している４つの直列シリンダとを備えた多気筒エンジン（図示した例の場合、４気筒エンジン）が、全体を符号Ｅで示されている。図２は、エンジンの各シリンダにつき単一の吸気バルブ７を概略的に示す。図面は、各吸気バルブ７の可変作動システムを制御するために、４つのエンジンシリンダに取り付けられたソレノイドバルブ２４を概略的に示している。明らかに、各シリンダに取り付けられた吸気バルブ７は１つより多くてもよい。ソレノイドバルブ２４は、エンジンシャフトＣＳの回転速度センサＳωから到来する信号ωに従って、およびエンジン負荷センサＳLから到来する信号Ｌに従って、電子制御ユニット２５によって制御される。

図５を参照して、エンジンの回転速度を示す信号Ｓωは、信号Ｓωの高周波解析を実行し、エンジンの動作時に、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す信号ΔTORQUEをそこから動的に取得する第１電子モジュールＥ１に送信される。システムは、エンジンの動作時に、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す上記信号ΔTORQUEの関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第１補正ΔAIRを、閉ループ手順で動的に計算するように構成された第２電子モジュールＥ２を備える。第１補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装される。

好ましい実施形態において、本発明に係るシステムは、以前に記憶した実験マップを用いて、エンジン回転速度およびエンジン負荷を示す信号ω，Ｌの関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第２補正Δ’AIRを、開ループ手順で静的に計算するように構成された第３電子モジュールＥ３をさらに備える。第３補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装される。

こうした好ましい実施形態の場合、システムは、前記第２電子モジュールＥ２および前記第３電子モジュールＥ３からの補正信号ΔAIR，Δ’AIRを受信し処理して、出力では、エンジンの各シリンダの吸気バルブの開口に対応したクランク角の値の変動を示す信号Δαを送信する第４電子モジュールＥ４をさらに備える。これにより流体の動的理由または単一コンポーネントの分散に起因した、種々のシリンダのトルク出力の分散が、最小値に減少したり、または完全に除去され、エンジンシャフトの回転速度での不規則性を抑制している。

図３と図４は、本発明に係るシステムの有益な効果を示す。図３は、本発明で提供される補償ありと、本発明で提供される補償なしの場合で、４つのエンジンシリンダで示される平均有効圧力の値を示す。ダイアグラムは、バルブの可変作動システムが介入せず、各吸気バルブのリフトが常に完全である、エンジンの高い体制(regime)状態に対応した「完全リフト」の場合も示している。エンジン動作のこうした状態では上述したタイプの補償は行われず、高い体制では各シリンダで発生したトルクの差が低いことを考えると、問題にならない。その代わり、こうした差が、エンジンの低い動作体制（「補償なし」の場合）では影響が出てくる。ダイアグラムは、本発明で提供される補償の実装がどのようにして、こうした差をかなり低減するかを示している。

図４のダイアグラムおよびこれに付随した表は、本発明の利点をより明確に示している。特に、表は、高い体制の動作状態（吸気バルブの完全リフトおよび補償システムの排除）において、シリンダによって示される平均有効圧力の変動は３％を超えないが、本発明に係るシステムは、低い体制で有利であり、百分率の差をゼロに実質的に低減でき、補償なしでは時々４％を超えていることを示す。

明らかに、本発明の原理に対する偏見なしで、構成の詳細および実施形態は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、単に例として説明し図示したものに対して幅広く変更してもよい。

Claims (2)

1. 多気筒内燃エンジンであって、各シリンダごとに、
   ・燃焼チャンバと、
   ・前記燃焼チャンバに接続された、少なくとも１つの吸気通路（４）および少なくとも１つの排気通路（６）と、
   ・前記吸気通路および前記排気通路に取り付けられた吸気バルブ（７）および排気バルブ（７０）であって、各バルブには、バルブを閉鎖位置に押し付ける個々の戻りバネ（９）が設けられた吸気バルブ（７）および排気バルブ（７０）と、
   ・個々のタペット（１６）を介して、吸気バルブ（７）を駆動するためのカムシャフト（１１）と、を備え、
   ・各吸気バルブ（７）は、バルブのタペット（１６）に面した加圧流体チャンバ（Ｃ）を含む流体圧手段を介在させることによって、個々のタペット（１６）によって、上記戻りバネ（９）の動作に抗して制御されようにした内燃エンジンであって、
   ・閉鎖状態と開放状態との間で制御可能なソレノイドバルブ（２４）であって、吸気バルブを個々のタペット（１６）から分離し、個々の戻りバネ（９）によって吸気バルブを迅速に閉鎖する目的で、前記加圧流体チャンバ（Ｃ）を排出チャネル（２３）と連通させるようにしたソレノイドバルブ（２４）と、
   ・１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータの関数として、吸気バルブの開放時期、及び／又は閉鎖時期、及び／又はリフトを変化させるように前記ソレノイドバルブ（２４）を制御するための電子制御手段（２５）と、
   ・エンジンの回転速度（ω）を検知するための手段（Ｓω）と、
   ・エンジン負荷（Ｌ）を検知するための手段（ＳL）とを備え、
   前記電子制御手段（２５）は、
   ・前記センサ手段（Ｓω）が送信した信号を解析し、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す信号（ΔTORQUE）を、エンジンの動作時に動的に取得するように構成された第１電子モジュール（Ｅ１）と、
   ・エンジンの動作時に、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す上記信号（ΔTORQUE）の関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第１補正（ΔAIR）を、閉ループ手順で動的に計算するように構成された第２電子モジュール（Ｅ２）であって、第１補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装されている第２電子モジュール（Ｅ２）と、
   ・以前に記憶した実験マップを用いて、エンジン回転速度（ω）およびエンジン負荷（Ｌ）を示す信号の関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第２補正（Δ’AIR）を、開ループ手順で静的に計算するように構成された第３電子モジュール（Ｅ３）であって、第２補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装されている第３電子モジュール（Ｅ３）と、
   ・前記第２電子モジュール（Ｅ２）および前記第３電子モジュール（Ｅ３）からの補正信号を受信し処理して、エンジンの各シリンダの吸気バルブの開口に対応したクランク角の値の変動を示す信号（Δα）を送信する第４電子モジュール（Ｅ４）とを備え、
   前記電子制御手段（２５）は、エンジンの動作時に各シリンダの動作性能を示す信号を受信し、エンジンの動作時に各シリンダで取り込まれるエア量を動的に変化させるようにプログラム化されており、前記ソレノイドバルブの差分制御によって、エンジンシリンダで発生するトルクを互いにほぼ同一に維持するようにしたことを特徴とするエンジン。
2. 多気筒内燃エンジンを制御する方法であって、
   前記エンジンは、各シリンダごとに、
   ・燃焼チャンバと、
   ・前記燃焼チャンバに接続された、少なくとも１つの吸気通路（４）および少なくとも１つの排気通路（６）と、
   ・前記吸気通路（４）および前記排気通路（６）に取り付けられた吸気バルブ（７）および排気バルブ（７０）であって、各バルブには、バルブを閉鎖位置に押し付ける個々の戻りバネ（９）が設けられた吸気バルブ（７）および排気バルブ（７０）と、
   ・個々のタペット（１６）によって、吸気バルブ（７）を駆動するためのカムシャフト（１１）と、を備え、
   ・各吸気バルブ（７）は、バルブのタペット（１６）に面した加圧流体チャンバ（Ｃ）を含む流体圧手段を介在させることによって、個々のタペット（１６）によって、上記戻りバネ（９）の動作に抗して制御され、
   ・閉鎖状態と開放状態との間で制御可能なソレノイドバルブ（２４）であって、吸気バルブを個々のタペット（１６）から分離し、個々の戻りバネ（９）によって吸気バルブを迅速に閉鎖する目的で、前記加圧流体チャンバ（Ｃ）を排出チャネル（２３）と連通させるようにしたソレノイドバルブ（２４）と、
   ・１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータの関数として、吸気バルブの開放時期、及び／又は閉鎖時期、及び／又はリフトを変化させるように前記ソレノイドバルブ（２４）を制御するための電子制御手段（２５）と、を備え、
   ・センサ手段（Ｓω）を用いて、エンジンの回転速度（ω）を検知するステップと、
   ・前記センサ手段（Ｓω）が送信した信号を解析し、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す信号（ΔTORQUE）を、エンジンの動作時に動的に取得するステップと、
   ・エンジンの動作時に、種々のシリンダで発生したトルクの差を示す上記信号の関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第１補正（ΔAIR）を、閉ループ手順で動的に計算するステップであって、第１補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装されるようにしたステップと、
   ・センサ手段（ＳL）を用いて、エンジン負荷（Ｌ）を検出するステップと、
   ・以前に記憶した実験マップを用いて、エンジン回転速度およびエンジン負荷を検出するための前記手段（ＳL，Ｓω）から送信される信号の関数として、一方のシリンダで取り込まれた、他のシリンダに対するエア量に関する第２補正（Δ’AIR）を、開ループ手順で静的に計算するステップであって、第２補正は、種々のシリンダで発生したトルクが互いにほぼ同一となるように実装されるようにしたステップと、
   ・前記第１補正および前記第２補正に関するデータを処理して、エンジンの各シリンダの吸気バルブの開口に対応したクランク角の値の変動を示す信号（Δα）を送信するステップと、を含み、
   エンジンの各シリンダの動作性能がエンジンの動作時に検出され、各シリンダで取り込まれるエア量がエンジンの動作時に動的に変化して、前記ソレノイドバルブの差分制御によって、エンジンシリンダで発生するトルクを互いにほぼ同一に維持するようにしたことを特徴とする方法。

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