JP6716905B2

JP6716905B2 - 内燃機関及びその制御方法

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Publication number: JP6716905B2
Application number: JP2015249426A
Authority: JP
Inventors: 宏角田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
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Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2020-07-01
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Description

本発明は、内燃機関及びその制御方法に関し、より詳細には、減筒運転から全筒運転への切り替え時に生じる白煙を抑制しつつ、その減筒運転の運転域を拡大し、且つ気筒数が奇数でも減筒運転可能な内燃機関及びその制御方法に関する。

エンジン（内燃機関）には、燃費低減の施策として特定の気筒を休止する減筒運転を可能としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなエンジンにおいては、特定の気筒における燃料の噴射と吸排気バルブの作動を停止することで、それ以外の運転気筒を高負荷運転として燃費率を高めている。

しかし、燃料の噴射と吸排気バルブの作動とが停止した休止気筒においては、ピストンの降下時に燃焼室の内部が減圧される。つまり、長期間にわたって休止した気筒においては、その燃焼室の内部に潤滑油が溜まるという問題があった。

このように、燃焼室の内部に潤滑油が溜まった状態で、減筒運転から全筒運転に切り替えると、全筒運転の再開時にその潤滑油が排気ガスと共に排出される。このような場合には、エンジンの排気通路に触媒を備えていても、著しい白煙を生じることがある。

また、特定の気筒のみを休止する減筒運転では、等間隔、あるいは気筒バランスの良い組み合わせでしか実施できないという問題がある。例えば、８気筒エンジンの減筒運転としては、６気筒運転や４気筒運転が例示でき、６気筒エンジンの減筒運転としては、３気筒運転や２気筒運転が例示される。

つまり、特定の気筒のみを休止する減筒運転では、８気筒エンジンにおける７気筒運転や５気筒運転、６気筒エンジンにおける５気筒運転を実施できずに、減筒運転時のエンジンからの出力レンジが飛び飛びになるために、減筒運転の運転域が狭くなる問題があった。更に、５気筒エンジンや３気筒エンジンなどの気筒数が奇数のエンジンの場合に、特定の気筒のみを休止する減筒運転では、等間隔、あるいは気筒バランスの良い組み合わせが無いために、減筒運転を実施することができない。

特開２０１５−０８１５５５号公報

本発明の目的は、全ての気筒を等しく順次休止させることで、減筒運転から全筒運転への切り替え時に生じる白煙を抑制しつつ、その減筒運転の運転域を拡大し、且つ気筒数が奇数でも減筒運転可能な内燃機関及びその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明の内燃機関は、二つ以上の気筒数の気筒と、これらの気筒のそれぞれに配置される複数の燃料噴射弁と、これらの気筒のそれぞれに配置される吸気バルブ及び排気バルブからなる複数の吸排気バルブと、これらの吸排気バルブを開閉する動弁機構と、この動弁機構の作用を回避して、それらの吸排気バルブを閉状態に保持する休止機構と、を有してなる内燃機関において、前記燃料噴射弁と前記休止機構とを調節して、常に全ての前記気筒で燃焼サイクルが行われる全筒運転と、常に前記気筒数未満の気筒で燃焼サイクルが行われる減筒運転と、を切り替える制御を行う制御装置と各前記吸排気バルブが一旦開いた後に閉じた時を検出する検出装置とを備え、その減筒運転では、全ての前記気筒において燃焼サイクルが前記気筒数未満に設定された稼動回数にわたるまでの稼動状態と、燃焼サイクルの１回分の休止状態とが繰り返される間引き運転が行われており、稼働状態から休止状態に切り替えるときに、前記制御装置が、前記検出装置が検出した前記吸気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その燃料が噴射された後に前記検出装置が検出した前記排気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記排気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記排気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を１回分停止させる制御を行う構成にし、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える実施要求が生じた場合は、前記制御装置が、各前記気筒を予め設定された順番で順次、休止状態にしてその休止状態のタイミングを各前記気筒で異ならせ且つ各前記気筒で順番に生じさせることを特徴とするものである。

また、上記の目的を達成する本発明の内燃機関の制御方法は、二つ以上の気筒数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、動弁機構により開閉してそれらの気筒に吸気させる吸気バルブおよび排気させる排気バルブからなる複数の吸排気バルブを、その動弁機構の作用を回避して、閉状態に保持する休止機構とを調節して、常に全ての気筒で燃焼サイクルが行われる全筒運転と、常に前記気筒数未満の気筒で燃焼サイクルが行われる減筒運転と、を切り替える内燃機関の制御方法において、その減筒運転中に、全ての前記気筒において燃焼サイクルが前記気筒数未満に設定された稼動回数にわたるまでの稼動状態と、燃焼サイクルの１回分の休止状態とを繰り返す間引き運転を行い、稼働状態から休止状態に切り替えるときに、前記吸気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その燃料が噴射された後に前記排気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記排気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記排気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を１回分停止し、前記全筒運転と前記減筒運転とを切り換える実施要求が生じた場合は、各前記気筒を予め設定された順番で順次、休止状態にしてその休止状態のタイミングを各前記気筒で異ならせ且つ各前記気筒で順番に生じさせることを特徴とする方法である。

この間引き運転は、それぞれの気筒に注目した場合には、その気筒では燃焼サイクルが行われる稼動状態と燃焼サイクルが行われない休止状態とが繰り返し行われる運転である。また、一つの気筒の１燃焼サイクルの期間に関して各気筒の運転状態を見ると一つ又は幾つかの気筒が休止状態で、残りの気筒が稼動状態となる運転である。

また、稼動状態は、燃焼サイクルが気筒数未満に設定された稼動回数にわたるまで、燃料噴射弁により燃料が噴射されると共に動弁機構により吸排気バルブが開閉される状態である。一方、休止状態は、燃焼サイクルがその稼動回数行われた後に燃焼サイクルの１回分、燃料噴射弁からの燃料の噴射が停止すると共に休止機構により吸排気バルブが閉状態に保持される状態である。更に、減筒運転中は、各気筒で休止状態になるタイミングが異なり、その休止状態が、各気筒で順番に生じるものである。

より具体的に説明すると、３気筒エンジンでは、各気筒が２回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う２気筒運転や、各気筒が１回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う１．５気筒運転が例示される。また、４気筒エンジンでは、各気筒が３回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う３気筒運転、各気筒が２回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う２．５気筒運転、各気筒が１回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う２気筒運転が例示される。

この内燃機関及びその制御方法によれば、減筒運転では、全ての気筒を間引き運転することで、特定の気筒のみを長い間休止することを回避して、全ての気筒を等しく順次休止させることができる。

これにより、休止中の気筒の燃焼室の内部に存在する潤滑油は、次の稼動時に燃焼するために、その潤滑油が燃焼室の内部に大量に溜まることを回避することができるので、減筒運転から全筒運転への切り替え時に生じる白煙を抑制することができる。

また、上記の内燃機関及びその制御方法によれば、間引き運転における休止間隔を拡縮することで、減筒運転時における一つの気筒の１燃焼サイクルの期間に関して稼動状態の気筒数を自在に変更することが可能になる。

これにより、減筒運転時の内燃機関の出力レンジの飛びを回避できるので、内燃機関の運転状態に応じて稼動状態の気筒数を可変できる。これにより、内燃機関の様々な運転状態で減筒運転を実施可能になるので、減筒運転の運転域が拡大して、減筒運転による燃費向上の効果をより高めることができる。

更に、上記の内燃機関及びその制御方法によれば、５気筒エンジンや３気筒エンジンな
どの気筒数が奇数のエンジンでも減筒運転を実施することが可能になる。

本発明の実施形態のエンジンを例示する構成図である。図１の動弁機構と休止機構とを例示する構成図であり、作動時の状態を示す。図１の動弁機構と休止機構とを例示する構成図であり、休止時の状態を示す。本発明の実施形態のエンジンの制御方法を例示するフロー図である。図１のエンジンの性能特性図である。図１のエンジンの減筒運転における各気筒の燃焼サイクルと休止とを例示する説明図であり、図４の（ａ）は３気筒エンジンにおける１．５気筒運転を示し、図４の（ｂ）は３気筒エンジンにおける２気筒運転を示す。３気筒エンジンにおける１．５気筒運転時の燃料噴射弁及び吸排気バルブの作動状況を例示する説明図である。３気筒エンジンにおける２気筒運転時の燃料噴射弁及び吸排気バルブの作動状況を例示する説明図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態からなるエンジン１０を例示している。このエンジン１０は、所定の気筒数Ｎｃ（ここでは３気筒）の気筒１１を有してなり、全筒運転Ｏａと減筒運転Ｏｒとを切り替え可能な多気筒エンジンである。なお、図中では、♯１が第一気筒を、♯２が第二気筒を、＃３が第三気筒をそれぞれ示している。

エンジン１０は、三つの気筒１１と、各気筒１１のそれぞれに配置され三つの燃料噴射弁１２、及び、一つの気筒１１に対して吸気用として二つ及び排気用として二つの計四つが配置される吸排気バルブ１３と、を有している。なお、この実施形態では、直列に配置された三つの気筒１１を有した直列３気筒エンジンが例示されるが、気筒数Ｎｃ、気筒配置、一気筒あたりの吸排気バルブ１３の配置数は特に限定されない。この他に、気筒数Ｎｃとしては、２気筒〜１６気筒などが例示される。また、気筒配置も同様に直列型に限定されずに、水平対向型、Ｖ型、Ｗ型などが例示される。また、吸排気バルブ１３の配置数としては、吸気用、排気用としてそれぞれ一気筒あたり一つずつでもよい。

各気筒１１は、シリンダブロック１４の長手方向に直列に配置されている。燃料噴射弁１２は、電子制御式であって、図示しないコモンレールに接続され、そのコモンレールから高圧の燃料が供給されている。吸排気バルブ１３は、動弁機構２０により開閉する一方で、場合により休止機構３０によりその動弁機構２０の作用が回避されて、閉状態に保持されている。

図２、３は動弁機構２０及び休止機構３０の構成を例示しており、図２は動弁機構２０により吸排気バルブ１３が開閉する状態を、図３は休止機構３０が吸排気バルブ１３を閉状態に保持した状態を、それぞれ例示している。

動弁機構２０は、吸排気バルブ１３を閉状態に付勢するバルブスプリング２６と、揺動自在に構成され、このバルブスプリング２６の付勢力に抵抗して吸排気バルブ１３を開状態にするロッカーアーム２４と、このロッカーアーム２４を揺動させるカム２３と、を備えている。

動弁機構２０は、吸気用の吸排気バルブ１３と排気用の吸排気バルブ１３とを別々のカムシャフト２１で開閉するツインカム式のカム機構（ＤＯＨＣ）である。この動弁機構２０においては、クランクシャフト１５から無端状のベルトやチェーンなどの動力伝達機構２２を介して伝達された回転動力によってカムシャフト２１が回転する。このときに、クランクシャフト１５が２回転したときに、カムシャフト２１は１回転している。そして、そのカムシャフト２１の回転により、断面が卵型のカム２３が回転することで、ロッカーアーム２４がてこの原理で作動して、吸排気バルブ１３を開閉している。

なお、動弁機構２０は、吸排気バルブ１３を開閉可能な構成であればよく、上記の構成に限定されない。カム機構としては、吸気用及び排気用の吸排気バルブ１３を一つのカムシャフトで開閉するシングル式のカム機構（ＳＯＨＣ）でもよい。また、カム機構の他に、この動弁機構２０としては、電磁ソレノイドにより直接的に吸排気バルブ１３を開閉する電磁式の機構も例示される。

休止機構３０は、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射が停止した気筒１１の各吸排気バルブ１３を閉状態に保持する、つまり、動弁機構２０の作用をキャンセルする機構である。詳細な構成については後述するが、この休止機構３０は、ロッカーアームブラケット３１、ラッシュアジャスタ３２、ピストン３３、逆止弁３４、電磁ソレノイド３５、ニードル３６、及びオイルギャラリ３９を備えている。

この休止機構３０においては、電磁ソレノイド３５によってニードル３６を駆動し、そのニードル３６の先端部でチェックボール３４ａを押し下げてラッシュアジャスタ３２内の油圧室３２ｂを開放することで、カム２３からロッカーアーム２４を経由して吸排気バルブ１３へ伝達される作用を回避して、吸排気バルブ１３を閉状態に保持している。なお、動弁機構２０が電磁式の機構の場合には、その動弁機構２０がこの休止機構３０の機能を代替してもよい。

本発明においては、図１に示すように、エンジン１０が、燃料噴射弁１２と休止機構３０とを調節して、常に全ての気筒１１で、燃焼サイクルが行われる全筒運転Ｏａと、常に気筒数Ｎｃ未満の気筒１１で燃焼サイクルが行われる減筒運転Ｏｒと、を切り替える制御を行う制御装置４０を備えて構成される。そして、この制御装置４０は、その減筒運転では、全ての気筒１１において稼動状態と休止状態を繰り返す間引き運転を行う制御をする。

つまり、制御装置４０は、その減筒運転Ｏｒの期間では、全ての気筒１１で稼動状態と休止状態が繰り替し行われる制御を行う。また、一つの気筒１１の１燃焼サイクルの期間に関して各気筒１１の運転状態を見ると一つ又は幾つかの気筒１１を休止状態にし、残りの気筒１１を稼動状態にする制御を行う。

制御装置４０は、各種処理を行うＣＰＵ、その各種処理を行うために用いられるプログラムや処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成される。この制御装置４０は、信号線を介して燃料噴射弁１２、動弁機構２０の油圧アクチュエータ２５、及び休止機構３０に接続されると共に、エンジン回転数センサ４１、アクセル開度センサ４２、検出装置としてのカム角センサ（上死点センサ）４３などのセンサ類に接続される。また、この制御装置４０の内部記憶装置に記憶された実行プログラムとしては、以下にフロー図で説明される切替制御プログラムが例示される。

カム角センサ４３は、吸気用のカムシャフト２１、及び排気用のカムシャフト２１のそれぞれに設けられている。このカム角センサ４３は、カムシャフト２１が１回転するごとに、各気筒１１における下死点及び上死点、つまり、吸排気バルブ１３が一旦開いた後に閉じたタイミングを検出している。具体的に、吸気用のカム角センサ４３は吸気行程後の下死点を検出している。一方、排気用のカム角センサ４３は排気行程後の上死点を検出している。

また、このカム角センサ４３は、第一気筒＃１を判別可能に構成されており、その第一気筒＃１を基準として、第二気筒＃２、第三気筒＃３のそれぞれの下死点及び上死点を検出している。

次に、エンジン１０の制御方法について、図４のフロー図を参照しながら制御装置４０の機能として、以下に説明する。なお、この制御方法は、エンジン１０が始動すると開始され、停止すると終了する。また、以下では、３気筒エンジンにおける減筒運転Ｏｒとして、Ｏｒ２が２気筒運転を、Ｏｒ１が１．５気筒運転を示している。

まず、ステップＳ１０では、制御装置４０が、エンジン１０の運転状態を決定する。このステップＳ１０では、エンジン回転数センサ４１及びアクセル開度センサ４２の検出値に基づいてエンジン１０の運転状態を決定するとよい。

具体的には、制御装置４０が、アクセル開度から運転者の要求を受取り、そのときのエンジン回転及び出力トルクから最適な運転状態を決定する。また、安定した制御を行うために、水温、吸気温によりその運転状態を補正してもよい。

図５は、エンジン回転数と出力トルクとに基づいたエンジン１０の性能特性を示している。このエンジン１０の性能特性図は、予め実験や試験により作成されており、制御装置４０の内部記憶装置に記憶されている。エンジン１０の運転状態は、アクセル開度とこの性能特性図とに基づいて決定される。

エンジン１０の運転状態としては、エンジン回転数が低回転側で且つ出力トルクが低出力側の低負荷Ｌ１、エンジン回転数が高回転側で且つ出力トルクが高出力側の高負荷Ｌ３、及びそれらの領域の間に介在する中負荷Ｌ２のいずれかが例示される。なお、３気筒エンジンでは、低負荷Ｌ１〜高負荷Ｌ３の三つの負荷を判別するが、４気筒エンジンや６気筒エンジンなど気筒数Ｎｃが多いほどのその数が増えるものとする。

また、この負荷の他に、このエンジン１０の運転状態を示すパラメータとしては、アクセル開度の変化率が好ましく例示される。アクセル開度の変化率は、単位時間当たりあるいは単位走行距離当たりのアクセル開度センサ４２の検出値の変化量で示される。

次いで、ステップＳ２０では、制御装置４０が、エンジン１０の運転状態が巡航状態か否かを判定する。このステップＳ２０では、アクセル開度の変化率が予め設定された閾値未満の場合に巡航状態であると判定し、閾値以上の場合に巡航状態でないと判定する。この巡航状態としは、エンジン１０を搭載した車両が高速道路などを走行する場合が例示される。このステップＳ２０で、エンジン１０の運転状態が巡航状態であると判定した場合は、ステップＳ３０へ進む。一方、巡航状態でないと判定した場合は、ステップＳ７０へ進む。

また、このステップＳ２０の別例としては、車速の変化率やオートクルーズモードの有無などが例示される。

次いで、ステップＳ３０では、制御装置４０が、エンジン１０の運転状態が低負荷Ｌ１か否かを判定する。このステップＳ３０で、エンジン１０の運転状態が低負荷Ｌ１であると判定した場合は、ステップＳ４０へ進む。一方、低負荷Ｌ１でないと判定した場合は、ステップＳ５０へ進む。

図６の（ａ）は３気筒エンジンにおける１．５気筒運転Ｏｒ１を、図６の（ｂ）は２気
筒運転Ｏｒ２をそれぞれ示している。

次いで、ステップＳ４０では、制御装置４０が、全ての気筒１１において１．５気筒運転Ｏｒ１を実施する。この１．５気筒運転Ｏｒ１は、図６の（ａ）に示すように、各気筒１１が１回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う減筒運転Ｏｒである。このステップＳ４０が完了するとスタートへ戻る。

一方、ステップＳ５０では、制御装置４０が、エンジン１０の運転状態が中負荷Ｌ２か否かを判定する。このステップＳ５０で、エンジン１０の運転状態が中負荷Ｌ２であると判定した場合は、ステップＳ６０へ進む。一方、中負荷Ｌ２でない、つまり高負荷Ｌ３であると判定した場合は、ステップＳ７０へ進む。

次いで、ステップＳ６０では、制御装置４０が、全ての気筒１１において２気筒運転Ｏｒ２を実施する。２気筒運転Ｏｒ２は、図６の（ｂ）に示すように、各気筒１１が２回の燃焼サイクルの後に１回の休止を行う減筒運転Ｏｒである。このステップＳ６０が完了するとスタートへ戻る。

一方、ステップＳ７０では、制御装置４０が、全ての気筒１１において全筒運転Ｏａを実施する。全筒運転Ｏａは常に全ての気筒１１が燃焼サイクルを行う運転である。このステップＳ７０が完了するとスタートへ戻る。

この制御方法では、例えば、アクセルペダルの踏み込みが大きな場合は、加速であり、燃費より出力を優先させるために全筒運転Ｏａにする。一方、アクセルペダルの変化率の少ない巡航運転では、燃費優先としそのエンジン回転、出トルクで最適となる減筒運転Ｏｒを決め、切り替える。このときの切り替えは、切換直前の出力トルクと切換直後の出力トルクとが同トルクとなるように燃料供給量を決定するとよい。切替ポイントは同じ燃費率になることから、トータルの燃料噴射量が変わらないように各気筒１１に供給する燃料噴射量を決定する。

ここで減筒運転Ｏｒについて詳しく説明する。図６に示すように、減筒運転Ｏｒは、全ての気筒１１が稼動状態と休止状態とが繰り返し行わる間引き運転されて、燃焼サイクルを行っている気筒１１が常に気筒数Ｎｃ未満になる運転である。

更に詳しく説明すると、その間引き運転は、それぞれの気筒１１（例えば、第一気筒＃１）に注目した場合には、その第一気筒＃１では燃焼サイクルが行われる稼動状態と燃焼サイクルが行われない休止状態とが繰り返し行われる運転である。また、第一気筒＃１の１燃焼サイクルの期間に関して第二気筒＃２及び第三気筒＃３の運転状態を見ると、各気筒１１の一つ又は幾つかが休止状態で、残りが稼動状態となる運転である。

稼動状態とは、気筒１１における燃焼サイクルが気筒数Ｎｃ未満に設定された稼動回数Ｎａにわたるまで、燃料噴射弁１２により燃料が噴射されると共に動弁機構２０により吸排気バルブ１３が開閉される状態である。つまり、この稼動状態の気筒１１では、燃焼サイクルとして吸気行程、圧縮行程、膨張行程（燃焼行程）、及び排気行程が順に行われる。

休止状態とは、気筒１１における燃焼サイクルがその稼動回数Ｎａ行われた後に燃焼サイクルの１回分、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射が停止すると共に休止機構３０により吸排気バルブ１３が閉状態に保持される状態である。つまり、この休止状態の気筒１１では、燃焼サイクルが行われていない。

また、減筒運転Ｏｒにおいては、間引き運転における各気筒１１の休止状態のタイミングが各気筒１１で異なり、且つその休止状態が各気筒１１で順番に生じる。

この稼動状態における稼動回数Ｎａは気筒数Ｎｃ未満に設定されており、この実施形態では３回未満、つまり、２回及び１回に設定される。この他、例えば、８気筒エンジンでは稼動回数Ｎａが７回〜１回に設定され、６気筒エンジンでは稼動回数Ｎａが５回〜１回に設定され、４気筒エンジンでは稼動回数Ｎａが３回〜１回に設定される。

このように、稼動回数Ｎａが可変可能に構成されることで、エンジン１０の気筒数Ｎｃや気筒配置に限定されずに、減筒運転Ｏｒが可能になるので、５気筒エンジンや３気筒エンジンなどの気筒数が奇数でも減筒運転Ｏｒを実施することが可能になる。

また、稼動回数Ｎａを可変することで、各気筒１１における休止状態の間隔が拡縮自在になる。これにより、減筒運転Ｏｒにおける一つの気筒１１の１燃焼サイクルの期間に着目した場合に、その期間における稼動状態にある気筒数が調節自在になる。

図６を参照して具体的に説明すると、１．５気筒運転Ｏｒ１における間引き運転では、稼動回数Ｎａは１回に設定される。そして、この１．５気筒運転Ｏｒ１においては、第一気筒＃１、第三気筒＃３、及び第二気筒＃２の順番で休止状態が発生する。一方、２気筒運転Ｏｒ２における間引き運転では、稼動回数Ｎａは２回に設定される。そして、この２気筒運転Ｏｒ２においては、第一気筒＃１、第二気筒＃２、及び第三気筒＃３の順番で休止状態が発生する。

図７、８は、減筒運転Ｏｒにおける燃料噴射弁１２及び吸排気バルブ１３の作動状況を示しており、図７は１．５気筒運転Ｏｒ１の状況を、図８は２気筒運転Ｏｒ２の状況をそれぞれ示している。なお、「リクエスト」は制御装置４０の実施要求を、「吸気カム１Ｘ」は第一気筒＃１の判別を、「吸気カム３Ｘ」は各気筒１１の吸気行程後の下死点を、「＃１吸気バルブ」は第一気筒＃１の吸気用の吸排気バルブ１３の開閉状況と、その各休止機構３０の動作状況とを、「排気カム１Ｘ」は第一気筒＃１の判別を、「排気カム３Ｘ」は各気筒１１の排気行程後の上死点を、「＃１燃料噴射弁」は第一気筒＃１の燃料噴射弁１２の燃料の噴射状況を、それぞれ示している。また、「＃１吸気バルブ」においては、三角形が吸排気バルブ１３の開閉状況を示し、矩形波が制御装置４０からの休止信号を示している。

制御装置４０は、検出装置としてのカム角センサ４３の検出値を監視して、減筒運転Ｏｒにおける各気筒１１の休止状態を制御している。

時間ｔ１で、ステップＳ４０の実施要求が生じると、その時間ｔ１から第一気筒＃１における吸気行程を経た後の下死点を示す時間ｔ２から１．５気筒運転Ｏｒ１が開始される。１．５気筒運転Ｏｒ１では、第一気筒＃１、第三気筒＃３、及び、第二気筒＃２の順に休止状態が生じる。一方、２気筒運転Ｏｒ２では、第一気筒＃１、第二気筒＃２、及び第三気筒＃３の順に休止状態が生じる。そして、時間ｔ９で、ステップＳ７０の実施要求が生じると、その時間ｔ９から第一気筒＃１における吸気行程を経た後の下死点を示す時間ｔ１０から第一気筒＃１の間引き運転が終了して、全筒運転Ｏａが開始される。

この間引き運転の終了時には、時間ｔ９で休止状態になっている全ての気筒１１の休止状態が完了した後に、全筒運転Ｏａが開始される。つまり、一つの気筒１１における燃料の噴射の停止と吸排気バルブ１３の閉状態の保持とはセットで終了する。

このように、全筒運転Ｏａから減筒運転Ｏｒへ、あるいは減筒運転Ｏｒから全筒運転Ｏ
ａへの切り替えを、稼動状態における吸気行程後の下死点から開始するようにすることで、気筒１１か稼動状態の中途から休止状態に、あるいは休止状態の中途から稼動状態に切り換わることが回避される。つまり、吸排気バルブ１３の開閉中や、燃焼サイクルの中途での切り替えが回避されることで、全筒運転Ｏａから減筒運転Ｏｒへ、あるいは減筒運転Ｏｒから全筒運転Ｏａへの切り替え時にエンジン１０の出力や排気ガスの排出が不安定になることが回避される。

気筒１１の稼動状態では、吸気用の吸排気バルブ１３が吸気行程で開き、燃料噴射弁１２から燃料が膨張行程で噴射され、排気用の吸排気バルブ１３が排気行程で開く。一方、休止状態では、吸気用の吸排気バルブ１３が稼動状態における吸気行程のタイミングで閉状態に、燃料噴射弁１２から燃料の噴射が稼動状態における膨張行程のタイミングで停止され、吸排気バルブ１３が稼動状態における排気行程のタイミング閉状態に保持される。

１．５気筒運転Ｏｒ１について図７を参照しながら具体的に説明する。

吸気用の吸排気バルブ１３の休止機構３０においては、時間ｔ３から１回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ４まで作動が停止して、動弁機構２０の作用をキャンセルせずに吸気用の吸排気バルブ１３を開閉可能に保持する。そして、時間ｔ４から１回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ５まで作動して、動弁機構２０の作用をキャンセルして吸気用の吸排気バルブ１３を閉状態に保持する。ここで、時間ｔ３、ｔ４は気筒１１の稼動状態における吸気行程後の下死点を、時間ｔ５は稼動状態における膨張行程後の下死点を経た後の気筒１１の休止状態における吸気行程後の下死点をそれぞれ示している。つまり、吸気用の吸排気バルブ１３は、気筒１１が稼動状態から休止状態になるときに、その稼動状態における吸気行程後の下死点（時間ｔ４）から数えて２回目の下死点（時間ｔ５）まで閉状態に保持される。

排気用の吸排気バルブ１３の休止機構３０においては、時間ｔ６から１回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ７まで作動が停止して、動弁機構２０の作用をキャンセルせずに排気用の吸排気バルブ１３を開閉可能に保持する。そして、時間ｔ７から１回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ８まで作動して、動弁機構２０の作用をキャンセルして排気用の吸排気バルブ１３を閉状態に保持する。ここで、時間ｔ６、ｔ７は気筒１１の稼動状態における排気行程後の上死点を、時間ｔ８は稼動状態における圧縮行程後の上死点を経た後の気筒１１の休止状態における排気行程後の上死点をそれぞれ示している。つまり、排気用の吸排気バルブ１３は、気筒１１が稼動状態から休止状態になるときに、その稼動状態における排気行程後の上死点（時間ｔ７）から数えて２回目の上死点（時間ｔ８）まで閉状態に保持される。

燃料噴射弁１２においては、時間ｔ５から時間ｔ６までの間で燃料の噴射が停止する。つまり、燃料噴射弁１２の燃料の噴射は、稼動状態における吸気行程後の下死点から数えて２回目の下死点（時間ｔ５）から、稼動状態における排気行程後の上死点から数えて２回目の上死点（時間ｔ６）まで停止する。

２気筒運転Ｏｒ２について図８を参照しながら具体的に説明する。

吸気用の吸排気バルブ１３の休止機構３０においては、時間ｔ３から２回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ４まで作動が停止して、動弁機構２０の作用をキャンセルせずに吸気用の吸排気バルブ１３を開閉可能に保持する。そして、時間ｔ４から１回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ５まで作動して、動弁機構２０の作用をキャンセルして吸気用の吸排気バルブ１３を閉状態に保持する。つまり、吸気用の吸排気バルブ１３は、気筒１１が稼動状態から休止状態になるときに、その稼動状態における吸気行程後の下死点（時間ｔ４）から
数えて２回目の下死点（時間ｔ５）まで閉状態に保持される。

排気用の吸排気バルブ１３の休止機構３０においては、時間ｔ６から２回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ７まで作動が停止して、動弁機構２０の作用をキャンセルせずに排気用の吸排気バルブ１３を開閉可能に保持する。そして、時間ｔ７から１回分の燃焼サイクルを経た時間ｔ８まで作動して、動弁機構２０の作用をキャンセルして排気用の吸排気バルブ１３を閉状態に保持する。つまり、排気用の吸排気バルブ１３は、気筒１１が稼動状態から休止状態になるときに、その稼動状態における排気行程後の上死点（時間ｔ７）から数えて２回目の上死点（時間ｔ８）まで閉状態に保持される。

このように、気筒１１を稼動状態から休止状態にする際に、吸気用の吸排気バルブ１３をその稼動状態における吸気行程後の下死点から数えて２回目の下死点まで、排気用の吸排気バルブ１３をその稼動状態における排気行程後の上死点から２回目の上死点まで、それぞれ休止機構３０により閉状態に保持することが望ましい。

つまり、吸排気バルブ１３が閉じたタイミングで休止動作に入り、吸排気バルブ１３が開くタイミングよりも前にその休止動作を終えることができるので、吸排気バルブ１３の開閉中に休止動作になることを回避できる。これにより、休止動作によって吸排気バルブ１３の着座音が生じたり、吸排気バルブ１３が破損したりすることを回避できる。

以上のような制御を行うようにしたことで、特定の気筒１１のみを長期間にわたって休止することを回避して、全ての気筒１１を順次休止させることができる。これにより、休止状態の気筒１１の燃焼室の内部に存在する潤滑油は、次の稼動状態のときに燃焼するために、その潤滑油が燃焼室の内部に大量に溜まることを回避することができるので、減筒運転Ｏｒから全筒運転Ｏａへの切り替え時に生じる白煙を抑制することができる。

また、減筒運転Ｏｒ中の間引き運転における休止間隔を拡縮する、つまり上記の例では１．５気筒運転Ｏｒ１と２気筒運転Ｏｒ２とを切り替えることで、減筒運転Ｏｒ時における稼動状態の気筒１１の数を自在に変更することが可能になる。これにより、減筒運転Ｏｒ時におけるエンジン１０の出力レンジを飛び飛びにせずに、円滑に変化させることができるので、減筒運転Ｏｒの運転域を拡大することができる。

稼動状態の気筒１１の数と出力レンジとは正の相関になる。例えば、８気筒エンジンにおける減筒運転が７気筒運転〜２気筒運転まで順に切り替え可能であれば、その出力レンジは８気筒運転を１００％として、１００％、８５％、７５％、６２％、５０％、３７％、２５％と緩やかに変化する。一方、従来技術の特定の気筒を休止する場合は、８気筒運転、６気筒運転、及び４気筒運転の三つとなり、その出力レンジは１００％、７５％、５０％と急激に変化することになる。

つまり、減筒運転Ｏｒ時における稼動状態の気筒１１の数を自在に変更することが可能になることで、出力レンジの飛びを回避できるので、エンジン１０の運転状態に応じて稼動状態の気筒数を可変できる。これにより、エンジン１０の様々な運転状態で減筒運転Ｏｒを実施できるので、減筒運転Ｏｒの運転域が拡大して、減筒運転Ｏｒによる燃費向上の効果をより高めることができる。

加えて、従来技術の特定の気筒のみを休止する場合は、不等間隔の燃焼や、気筒バランスによる振動により、車室内でのこもり音、シートやフロアの共振が悪化するおそれがある。一方、固定気筒でなく全ての気筒１１を間引き運転することで、振動源が絶えず変化し、共振による振幅の増幅を抑制することができるので、快適性を大幅に損ねることなく燃費を向上させることが可能になる。

更に、従来技術の特定の気筒のみを休止する技術では減筒運転が不可能であった５気筒エンジンや３気筒エンジンなどの気筒数Ｎｃが奇数のエンジン１０でも減筒運転Ｏｒを実施することが可能になる。

前述したように、休止機構３０としては、動弁機構２０の作用をキャンセルして、吸排気バルブ１３を閉状態に保持する機構であれば特に限定されないが、高速応答性を有したものが望ましい。例えば、３気筒エンジンが２５００ｒｐｍで回転している場合に、１つの吸排気バルブは、７２０°Ａ（ＡＴＤＣ）毎に駆動される。つまり、吸排気バルブが閉じてから開くまでは、おおよそその半分であり、３６０°Ａ、即ち５０ｍｓｅｃｃ前後でその動作を完了させる必要がある。

そこで、制御装置４０からの信号に対して高速応答性を実現する休止機構３０としては、図２、３に示す構成が好ましく例示される。

この休止機構３０は、ロッカーアームブラケット３１、ラッシュアジャスタ３２、ピストン３３、逆止弁３４、電磁ソレノイド３５、ニードル３６、及びオイルギャラリ３９を備えて構成される。

ロッカーアームブラケット３１は、ロッカーアーム２４の一端部とピン連結されてロッカーアーム２４の揺動で上下動可能に構成される。ラッシュアジャスタ３２は、シリンダ３２ａを有すると共に、このシリンダ３２ａ内にロッカーアーム２４の他端部と吸排気バルブ１３とを常時接触させる油圧力を付与する油圧室３２ｂが設けられる。ピストン３３は、油圧室３２ｂと逆止弁３４を介して連通可能な油圧室３３ａを有し、その上端部がロッカーアームブラケット３１の下部に固定されると共に、その下端部がシリンダ３２ａ内に摺動自在に挿入される。逆止弁３４は、ピストン３３の下部に設けられると共に、油圧室３２ｂを開放させるチェックボール３４ａを有する。電磁ソレノイド３５は、電磁コイル３５ａ及び、その電磁コイル３５ａで作動されるプランジャ３５ｂを有し、その電磁コイル３５ａが制御装置４０に接続される。ニードル３６は、プランジャ３５ｂに設けられ、ロッカーアームブラケット３１及びピストン３３の筒内を通して延びると共に、その先端部でチェックボール３４ａを押し下げて油圧室３２ｂを開放可能に構成される。オイルギャラリ３９からは油圧室３２ｂ及び油圧室３３ａに作動油が供給される。

この休止機構３０においては、図２に示すように、制御装置４０からの休止信号が停止すると、プランジャ３５ｂがスプリング３５ｃにより元の位置へと戻り、ニードル３６が上方に移動する。このニードル３６の移動によりチェックボール３４ａがスプリングに付勢されて油圧室３２ｂと油圧室３３ａとの連通を遮断する。この連通の遮断によって油圧室３２ｂの油圧が上昇すると共に、スプリング３８によりピストン３３が上方へ付勢され、ピストン３３の移動が規制される。これにより、カム２３の作用を受けたロッカーアーム２４の一端部は固定され、ロッカーアーム２４がカム２３の作用で揺動して、ロッカーアーム２４の他端部が下方に移動することで、吸排気バルブ１３が開く。

一方、図３に示すように、制御装置４０からの休止信号により、電磁コイル３５ａに磁力が発生し、その磁力によるプランジャ３５ｂの下方作動によって、ニードル３６が下方に移動する。このニードル３６の移動によりチェックボール３４ａが押し下げされ、ラッ
シュアジャスタ３２の油圧室３２ｂとピストン３３の油圧室３３ａとが連通する。この連通によって油圧室３２ｂの油圧が低下して、ピストン３３の上下動が許容される。このピストン３３の上下動に伴って、ロッカーアームブラケット３１の上下動も許容されるので、カム２３の作用を受けたロッカーアーム２４の一端部が下方に移動可能になる。これにより、動弁機構２０からの作用をキャンセルして、吸排気バルブ１３を閉状態に保持する。

休止機構３０がこのように構成されることで、制御装置４０の休止信号に対して高速に応答することが可能になる。これにより、エンジン回転数が高回転、すなわちカムシャフト２１が高回転になっても、気筒１１の稼動状態と休止状態とを円滑に切り替えることができるので、この実施形態のような３気筒のエンジン１０の減筒運転Ｏｒの制御に有利になる。

また、動弁機構２０は、カムシャフト２１にカムプロフィールの異なる二種類のカム２３を有して構成されることが望ましい。このカムプロフィールとしては、全筒運転Ｏａに用いられるカムプロフィールと、減筒運転Ｏｒに用いられて、全筒運転Ｏａと比較して吸排気バルブ１３の開閉時間が長い遅延カムプロフィールとが好ましくは例示される。

これらのカムプロフィールが異なる二種類のカム２３は、制御装置４０の制御信号によって作動する油圧アクチュエータ２５によりカムシャフト２１が軸方向にスライド移動することで、選択的に切り替えられている。

このように、全筒運転Ｏａと減筒運転Ｏｒとを切り替える際に、動弁機構２０によりカムプロフィールを切り替えるようにすることで、減筒運転Ｏｒにおいて、空気量が少ない領域で吸排気効率を上げたり、アトキンソンサイクルとしてサイクル効率を上げたりすることができる。

なお、この実施形態のエンジン１０においては、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ前後までを１．５気筒運転Ｏｒ１で、３０００ｒｐｍ前後までを２気筒運転Ｏｒ２で、過給が必要な運転状態や加速運転状態を全筒運転Ｏａで運転する。これにより、稼動状態の気筒１１の全てが高負荷運転となり、燃費率が高まることで、燃費を向上することができる。特に、５気筒や３気筒などの奇数の気筒数Ｎｃのエンジン１０に好適である。

１０エンジン
１１気筒
１２燃料噴射弁
１３吸排気バルブ
２０動弁機構
３０休止機構
４０制御装置
Ｎｃ気筒数
Ｏａ全筒運転
Ｏｒ減筒運転

Claims

二つ以上の気筒数の気筒と、これらの気筒のそれぞれに配置される複数の燃料噴射弁と、これらの気筒のそれぞれに配置される吸気バルブ及び排気バルブからなる複数の吸排気バルブと、これらの吸排気バルブを開閉する動弁機構と、この動弁機構の作用を回避して、それらの吸排気バルブを閉状態に保持する休止機構と、を有してなる内燃機関において、
前記燃料噴射弁と前記休止機構とを調節して、常に全ての前記気筒で燃焼サイクルが行われる全筒運転と、常に前記気筒数未満の気筒で燃焼サイクルが行われる減筒運転と、を切り替える制御を行う制御装置と各前記吸排気バルブが一旦開いた後に閉じた時を検出する検出装置とを備え、
その減筒運転では、全ての前記気筒において燃焼サイクルが前記気筒数未満に設定された稼動回数にわたるまでの稼動状態と、燃焼サイクルの１回分の休止状態とが繰り返される間引き運転が行われており、
稼働状態から休止状態に切り替えるときに、前記制御装置が、前記検出装置が検出した前記吸気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その燃料が噴射された後に前記検出装置が検出した前記排気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記排気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記排気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を１回分停止させる制御を行う構成にし、
前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える実施要求が生じた場合は、前記制御装置が、各前記気筒を予め設定された順番で順次、休止状態にしてその休止状態のタイミングを各前記気筒で異ならせ且つ各前記気筒で順番に生じさせることを特徴とする内燃機関。
前記制御装置が、前記間引き運転における前記稼動回数を当該内燃機関の運転状態に応じて可変する制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関。
前記間引き運転における前記稼動回数が、当該内燃機関の運転状態がエンジン回転数及び出力トルクが高い状態からエンジン回転数及び出力トルクが低い状態に向って少なくなる請求項２に記載の内燃機関。
前記動弁機構が、前記吸気バルブを開閉する前記全筒運転に用いられるカムプロフィールおよび前記減筒運転に用いられるカムプロフィールと、前記排気バルブを開閉する前記全筒運転に用いられるカムプロフィールおよび前記減筒運転に用いられるカムプロフィールと、を有してなり、
前記制御装置が、前記全筒運転と前記減筒運転とを切り替える際に、前記動弁機構によりそれらのカムプロフィールを切り替えるように構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記気筒数が奇数である請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
二つ以上の気筒数の気筒のそれぞれに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、動弁機構により開閉してそれらの気筒に吸気させる吸気バルブおよび排気させる排気バルブからなる複数の吸排気バルブを、その動弁機構の作用を回避して、閉状態に保持する休止機構とを調節して、常に全ての気筒で燃焼サイクルが行われる全筒運転と、常に前記気筒数未満の気筒で燃焼サイクルが行われる減筒運転と、を切り替える内燃機関の制御方法において、
その減筒運転中に、全ての前記気筒において燃焼サイクルが前記気筒数未満に設定された稼動回数にわたるまでの稼動状態と、燃焼サイクルの１回分の休止状態とを繰り返す間引き運転を行い、
稼働状態から休止状態に切り替えるときに、前記吸気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記吸気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その燃料が噴射された後に前記排気バルブが一旦開いた後に閉じた時から一回分の燃焼サイクルが経過するまで前記休止機構により前記排気バルブの閉状態を保持し、前記休止機構により前記排気バルブの閉状態の保持が開始された後に前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を１回分停止し、
前記全筒運転と前記減筒運転とを切り換える実施要求が生じた場合は、各前記気筒を予め設定された順番で順次、休止状態にしてその休止状態のタイミングを各前記気筒で異ならせ且つ各前記気筒で順番に生じさせることを特徴とする内燃機関の制御方法。