JP4104518B2 - Variable cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、すべての気筒が稼働する全気筒運転と一部の気筒が休止する部分気筒運転とに運転形態が切り換えられる可変気筒内燃機関に関する。 The present invention relates to a variable cylinder internal combustion engine whose operation mode is switched between full cylinder operation in which all cylinders are operated and partial cylinder operation in which some cylinders are deactivated.
一部の気筒が休止される休筒運転中に、休止気筒を稼働させる可変気筒エンジンとして、特許文献1に開示されたものが知られている。このエンジンは、それぞれ3つの気筒を有する第1,第2バンクを備えるV型6気筒エンジンであり、第1バンクを構成する気筒には、吸排気バルブを駆動状態と駆動停止状態とに切り換えるバルブ切換手段が設けられ、全筒運転では、第1,第2バンクのすべての気筒が稼働し、休筒運転では、第1バンクの3つの気筒が休止する。ところが、バルブ切換手段により吸排気弁が駆動停止状態になる休止気筒では、気筒稼働時の吸気行程および爆発行程に相当する行程、すなわちピストンが上死点から下死点まで移動する下降行程で、燃焼室内とクランク室内との圧力差が大きくなり、クランク室内のオイルが燃焼室内に吸い込まれる現象、いわゆるオイル上がりが発生して、燃焼室内のオイル量が増加するため、休止気筒が稼働状態に復帰したとき、燃焼室内の増加したオイルが燃焼して、排気エミッションの悪化を招来する。そこで、この従来技術では、休筒運転時に休止気筒でのオイル上がりによる燃焼室内のオイル量を予測して、予測されたオイル量が所定値に達したとき、休筒運転から一時的に全筒運転に復帰することで、オイル上がりによる排気エミッションの悪化を防止するようにしている。
ところで、休止状態となる気筒では、燃焼が行われないことから、燃焼が行われる空間である燃焼空間を形成する部材(例えば気筒)の温度が低下するので、該休止気筒が稼働されるときに該温度低下のために燃料の燃焼性が悪化し、HCやCOの発生量が増加して、排気エミッションが悪化する。また、前記従来技術では、例えば内燃機関が低負荷運転状態で、かつ車両がほぼ一定の車速で走行するクルーズ運転状態などの休筒運転が行われる運転時に、休筒運転が一時的に中断されて全筒運転に復帰するため、休止気筒が稼働する際に発生するトルク段差により内燃機関に振動が発生することがある。また、一時的であるにせよ全筒運転を行うため、休筒運転による燃費の改善が徹底されない憾みがある。そして、前記従来技術では、一時的に全筒運転に復帰するときには、すべての休止気筒が同時に稼働するため、発生するトルク段差が大きくなると共に、燃費の悪化の程度も大きくなっていた。 By the way, in a cylinder that is in a dormant state, since combustion is not performed, the temperature of a member (for example, a cylinder) that forms a combustion space that is a space in which combustion is performed decreases. Due to the temperature decrease, the combustibility of the fuel deteriorates, the amount of HC and CO generated increases, and the exhaust emission deteriorates. Further, in the prior art, for example, when the internal combustion engine is in a low-load operation state and the operation is performed such as a cruise operation state in which the vehicle travels at a substantially constant vehicle speed, the idle cylinder operation is temporarily interrupted. Therefore, the internal combustion engine may vibrate due to a torque step generated when the idle cylinder operates. Moreover, since all-cylinder operation is performed even if it is temporary, there is a grudge that fuel consumption improvement due to idle cylinder operation is not thoroughly implemented. In the conventional technique, when all cylinders are temporarily returned to operation, all the idle cylinders are operated simultaneously, so that the generated torque step is increased and the degree of deterioration of fuel consumption is also increased.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項1−3記載の発明は、休止状態になる気筒での温度低下による排気エミッションの悪化を防止すると共に、部分気筒運転が継続された状態で、休止状態の気筒が稼働状態になる際のトルク段差に起因する振動を抑制し、しかも部分気筒運転による燃費の改善効果の低下を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the invention according to the first to third aspects prevents the exhaust emission from deteriorating due to a temperature drop in a cylinder that is in a resting state, and allows the partial cylinder operation to be performed. in continuous state to suppress vibration caused by the torque step during the cylinder resting state is in the operational state, yet you intended to suppress a reduction in the effect of improving the fuel economy due to the partial cylinder operation.
請求項1記載の発明は、気筒休止機構が設けられた休止可能気筒と、前記気筒休止機構を制御して前記休止可能気筒を稼働状態および休止状態に切り換えることにより稼働気筒の気筒数を制御する気筒数制御手段とを備え、前記気筒数制御手段によりすべての気筒が稼働する全気筒運転と一部の気筒が休止する部分気筒運転とに運転形態が切り換えられる可変気筒内燃機関において、前記気筒休止機構は、吸気弁および排気弁の開閉作動を休止して前記吸気弁および前記排気弁を閉弁状態に保つバルブ休止機構であり、前記気筒数制御手段は、部分気筒運転中に、部分気筒運転を継続しつつ、部分気筒運転時に休止されるすべての前記休止可能気筒のそれぞれを稼働状態および休止状態に交互に切り換え、かつ前記休止可能気筒のそれぞれにおける稼動状態から休止状態への切換または休止状態から稼動状態への切換を当該休止可能気筒の排気行程から吸気行程に移る時期に行う可変気筒内燃機関である。 The invention according to claim 1 controls the number of operating cylinders by controlling a cylinder capable of being deactivated and switching the cylinder capable of being deactivated and deactivated by controlling the cylinder deactivation mechanism. and a cylinder number control unit, all the cylinders in the variable-cylinder internal combustion engine operating mode is switched to the partial cylinder operation to all cylinder operation and some cylinders is paused running by the cylinder number control means, said cylinder deactivation The mechanism is a valve deactivation mechanism that deactivates the opening and closing operations of the intake valve and the exhaust valve and keeps the intake valve and the exhaust valve in a closed state, and the cylinder number control means performs the partial cylinder operation during the partial cylinder operation. while continuing the switched alternately each of all of said deactivatable cylinders are deactivated during the partial cylinder operation to the operating state and resting state, and to each of said deactivatable cylinders The switching from the switching or hibernation from kicking operating state to the resting state to the operating state is a variable-cylinder internal combustion engine for performing the time move to the intake stroke from the exhaust stroke of the deactivatable cylinders.
これによれば、部分気筒運転中は、休止状態になる各休止可能気筒が、休止状態および稼働状態を交互に繰り返すので、部分気筒運転中に休止気筒が休止状態のみを継続する場合に比べて、燃焼が行われる燃焼空間を形成する部材の温度低下が抑制されて、該温度低下による燃焼性の低下が抑制され、HCやCOの発生が減少する。また、部分気筒運転中は、休止状態の休止可能気筒が稼働状態に切り換えられたときも、部分気筒運転が継続される結果、少なくとも1つの休止可能気筒は休止状態にあるので、一時的に全筒運転に復帰するときすべての休止気筒が同時に稼働する前記従来技術に比べて、稼働状態および休止状態の切換時に発生するトルク段差の大きさが減少する。 According to this, during the partial cylinder operation, each of the cylinders that can be deactivated repeats the deactivated state and the activated state alternately, so that compared with the case where the deactivated cylinder continues only the deactivated state during the partial cylinder operation. The temperature drop of the member forming the combustion space where the combustion is performed is suppressed, the decrease in combustibility due to the temperature decrease is suppressed, and the generation of HC and CO is reduced. Further, during the partial cylinder operation, even when the deactivated cylinder in the deactivated state is switched to the activated state, as a result of the partial cylinder operation being continued, at least one deactivated cylinder is in the deactivated state. Compared to the prior art in which all the idle cylinders operate simultaneously when returning to the cylinder operation, the magnitude of the torque step generated when switching between the active state and the idle state is reduced.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の可変気筒内燃機関において、部分気筒運転中において前記各休止可能気筒を稼働状態および休止状態に切り換える時期を前記休止可能気筒毎に設定すると共に切換信号を前記気筒数制御手段に出力する切換時期設定手段を備え、前記気筒数制御手段は前記切換信号に基づいて前記各休止可能気筒を稼働状態および休止状態に交互に切り換えるものである。 According to a second aspect of the present invention, in the variable cylinder internal combustion engine according to the first aspect, the timing for switching the restable cylinders to the operating state and the resting state during partial cylinder operation is set for each of the restable cylinders and a switching signal. Switching timing setting means for outputting to the cylinder number control means , and the cylinder number control means alternately switches each of the restable cylinders between an operating state and a resting state based on the switching signal .
請求項3記載の発明は、請求項2記載の可変気筒内燃機関において、前記切換時期設定手段は、前記各休止可能気筒毎の吸気上死点を検出するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the variable cylinder internal combustion engine according to the second aspect, the switching timing setting means detects an intake top dead center for each of the cylinders that can be deactivated .
請求項1記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、部分気筒運転中に休止状態のみを継続する場合に比べて、気筒の温度低下が抑制されるので、気筒の温度低下に起因する燃焼性の低下が抑制されて、HCやCOの発生が抑制されるので、この点でも排気エミッションの悪化が防止される。さらに、部分気筒運転中は部分気筒運転が継続されるので、一時的に全気筒運転に復帰する前記従来技術に比べて、休止可能気筒の稼働状態への切り換え時に発生するトルク段差の大きさが減少して、トルク段差による内燃機関の振動が抑制され、しかも部分気筒運転による燃費の改善効果の低下が抑制される。 According to invention of Claim 1, the following effect is show | played. That is, since the temperature drop of the cylinder is suppressed as compared with the case where only the resting state is continued during the partial cylinder operation, the decrease in the combustibility due to the temperature decrease of the cylinder is suppressed, and HC and CO are generated. Therefore, the exhaust emission is prevented from deteriorating. Furthermore, since the partial cylinder operation is continued during the partial cylinder operation, the magnitude of the torque step generated when the restable cylinder is switched to the operating state is smaller than that in the conventional technique in which the operation is temporarily returned to the full cylinder operation. As a result, the vibration of the internal combustion engine due to the torque step is suppressed, and the reduction in the fuel efficiency improvement effect due to the partial cylinder operation is suppressed.
請求項2記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、切換時期設定手段からの切換信号に基づいて、休止可能気筒について、順次、稼働状態および休止状態の切換が行われる。
According to invention of
請求項3記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、前記切換時期設定手段により各休止可能気筒毎に吸気上死点が検出される。
According to invention of
以下、本発明の実施形態を図1ないし図6を参照して説明する。
図1,図2を参照すると、本発明が適用された可変気筒内燃機関Eは、所定数の気筒、ここでは4つの気筒C1〜C4が、直列に配置された4ストローク1サイクル内燃機関であり、クランク軸5が車幅方向に指向する横置き配置で、車両としての自動二輪車に搭載される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 and 2, a variable cylinder internal combustion engine E to which the present invention is applied is a four-stroke one-cycle internal combustion engine in which a predetermined number of cylinders, here, four cylinders C1 to C4 are arranged in series. The
内燃機関Eは、4つの気筒C1〜C4が一体成形されたシリンダブロック1と、シリンダブロック1の上端部に結合されるシリンダヘッド2と、シリンダヘッド2の上端部に結合されるヘッドカバー3と、シリンダブロック1の下端部に結合されるクランクケース4とから構成される機関本体Eaを備える。
The internal combustion engine E includes a cylinder block 1 in which four cylinders C1 to C4 are integrally formed, a
各気筒C1〜C4のシリンダ孔6にはピストン7がそれぞれ往復動可能に嵌合する。各ピストン7は、クランクケース4に回転可能に支持されるクランク軸5にコンロッド8を介して連結され、後述する燃焼空間内で発生する燃焼ガスの圧力により駆動されて、クランク軸5を回転駆動する。気筒C1〜C4毎に、シリンダヘッド2の下面にシリンダ軸線の方向でシリンダ孔6に対向する位置に形成された凹部からなる燃焼室10と、ピストン7と燃焼室10との間のシリンダ孔6からなる可変容積室であるシリンダ室とにより、燃焼空間11が構成される。それゆえ、燃焼空間11を形成する部材である燃焼空間形成部材は、各気筒C1〜C4、シリンダヘッド2およびピストン7から構成される。
Pistons 7 are fitted in the cylinder holes 6 of the respective cylinders C1 to C4 so as to be able to reciprocate. Each piston 7 is connected to a
シリンダヘッド2には、気筒C1〜C4毎に、燃焼室10に開口する1対の吸気口12a(図2にはその一方が示されている。)を有する吸気ポート12および燃焼室10に開口する1対の排気口13a(図2にはその一方が示されている。)を有する排気ポート13が形成され、また後述する動弁装置25により開閉作動させられて、1対の吸気口12aをそれぞれ開閉する1対の吸気弁14および1対の排気口13aをそれぞれ開閉する1対の排気弁15が支持される。燃焼空間11内の混合気に点火する点火栓Sは、シリンダヘッド2に装着されて各燃焼室10の中心部に臨んでいる。
The
さらに、内燃機関Eは、各吸気ポート12の入口12bが開口するシリンダヘッド2の吸気側の側壁2aに接続される吸気装置16と、各排気ポート13の出口13bが開口するシリンダヘッド2の排気側の側壁2bに接続される排気装置(図示されず)とを備える。吸気装置16は、吸入空気を各吸気ポート12に導く互いに独立した吸気管(図示されず)と、該各吸気管を流れる吸入空気に燃料を供給する燃料供給装置としての燃料噴射弁17と、前記各吸気管の吸気上流端部に接続されるスロットルボディ18に設けられてエアクリーナ20から各気筒C1〜C4に吸入される空気を計量するスロットル弁19とを備える。各スロットル弁19は、後述するECU50により制御されるアクチュエータである電動モータ21により駆動されて、運転者によるアクセル操作量や内燃機関Eおよび車両の運転状態に応じて開閉作動する。また、前記排気装置は、各気筒C1〜C4の前記燃焼空間11で混合気が点火栓Sにより点火されて燃焼して発生し、燃焼室10から排気ポート13に排出された燃焼ガスを排気ガスとして内燃機関Eの外部に放出する。
Further, the internal combustion engine E includes an
図2を参照すると、各気筒C1〜C4において、いずれもポペット弁から構成される吸気弁14および排気弁15は、シリンダヘッド2に圧入されて固定される弁ガイド22に摺動可能に挿通される弁ステム14a,15aを有し、該弁ステム14a,15aの軸線方向に往復動可能にシリンダヘッド2に支持される。そして、吸気弁14および排気弁15は、弁バネ23より閉弁方向に常時付勢される。
Referring to FIG. 2, in each of the cylinders C1 to C4, an
シリンダヘッド2とヘッドカバー3とにより形成される動弁室24内には、各気筒C1〜C4の両吸気弁14および両排気弁15を、クランク軸5の回転位置に応じて所定のタイミングで開閉する動弁装置25が配置される。動弁装置25は、シリンダヘッド2に回転可能に支持され1対のカム軸である吸気カム軸26および排気カム軸27と、吸気カム軸26に一体に設けられて吸気弁14をそれぞれ開閉する動弁カムである吸気カム26aと、排気カム軸27に一体に設けられて排気弁15をそれぞれ開閉する動弁カムである排気カム27aと、吸気カム26aが摺接すると共に吸気カム26aの開弁力を吸気弁14に伝達可能なバルブリフタ28と、排気カム27aが摺接すると共に排気カム27aの開弁力を排気弁15に伝達可能なバルブリフタ29と、内燃機関Eおよび車両の運転状態に応じて特定運転状態で吸気弁14および排気弁15の開閉作動を休止するバルブ休止機構30とを備える。そして、吸気カム軸26および排気カム軸27は、タイミングチェーンを有する伝動機構を介してクランク軸5に連動してその1/2の回転速度で回転駆動される。
In the
吸気弁14および排気弁15を開閉作動させる動弁装置25に設けられるバルブ休止機構30は、バルブリフタ28と吸気弁14との間およびバルブリフタ29と排気弁15との間に設けられて、回転する吸気カム26aおよび排気カム27aにそれぞれ押圧されて往復動するバルブリフタ28,29から吸気弁14および排気弁15への開弁力の伝達および非伝達を切り換える。各バルブ休止機構30は、前記特定運転状態で作動状態になって、バルブリフタ28,29の往復運動にかかわらず吸気弁14および排気弁15の開閉作動を休止して、各気筒C1〜C4の1対の吸気弁14および1対の排気弁15を閉弁状態に保ち、前記特定運転状態以外の運転状態で非作動状態になって、バルブリフタ28,29の往復運動に応じて吸気弁14および排気弁15の開閉作動を可能にする。
A
各バルブ休止機構30は同一構造を有するので、以下、図3,図4を参照して、バルブリフタ28と吸気弁14との間に設けられるバルブ休止機構30について説明する。バルブ休止機構30は、バルブリフタ28の内側に摺動可能に嵌合される円筒状のピンホルダ31と、ピンホルダ31に往復動可能に嵌合されるスライドピン32と、作動油の油圧により往復動するスライドピン32を付勢する戻しバネ33と、スライドピン32の軸線まわりの回転を阻止するストッパピン34と、を備える。
Since each
ピンホルダ31は、バルブリフタ28の内周面に面接触する外周面を有するリング部31aと、該リング部31aを直径方向に連結する連結部31bと、連結部31bの中央部から上方に突出してバルブリフタ28の天井壁にシム35を介して押圧する押圧部31cとが一体成形された部材である。リング部31aの外周面には、全周に渡って油路としての環状溝31dが形成され、連結部31bには、バルブリフタ28の軸線と直交する軸線を有して環状溝31dに開放する開放端31e1および底壁31fにより閉塞された閉塞端31e2を有する有底の収容孔31eと、ピンホルダ31の中心軸線を軸線として吸気弁14の弁ステム14aの先端部14a1が挿通可能であると共に上端が収容孔31eに開放する貫通孔31gとが形成され、押圧部31cには、ピンホルダ31の中心軸線を軸線として吸気弁14の弁ステム14aの先端部14a1が挿通可能であると共に、上端がシム35により閉塞され下端が収容孔31eに開放する貫通孔31hが形成される。
The
スライドピン32が収容孔31eに嵌合したピンホルダ31には、開放端31e1側でスライドピン32とバルブリフタ28との間に、環状溝31dに通じる油圧室36が形成され、閉塞端31e2側でスライドピン32と底壁31fとの間に、油圧室36の容積を減少する方向にスライドピン32を付勢する戻しバネ33が収納されるバネ室37が形成される。弁バネ23を囲んで配置されたバネ38は、ピンホルダ31の押圧部31cをシム35を介してバルブリフタ28に押圧させると共に、ピンホルダ31を介してバルブリフタ28の押圧部31cが吸気カム26aに接触するように、バルブリフタ28を付勢する。さらに、バルブリフタ28が嵌合する支持孔39aが形成されたシリンダヘッド2の支持部39の内周面には、油路としての環状溝40が全周に渡って形成され、該環状溝40がピンホルダ31の環状溝31dに常時連通している。
In the
スライドピン32の軸線方向での中間部には、弁ステム14aの先端部14a1が貫通可能であると共に両貫通孔31g,31hに同軸に連なることが可能な貫通孔32aが設けられる。貫通孔32aは、貫通孔31g側で、貫通孔31gに対向してスライドピン32の外周面に形成される平坦な当接面32bに開口する。当接面32bは、スライドピン32の軸線方向に沿って貫通孔31gの径よりも長く形成され、貫通孔31gは、当接面32bにおいて戻しバネ33寄りに開口する。
A through
スライドピン32は、スライドピン32の一端に作用する油圧室36の油圧による駆動力と、戻しバネ33によりスライドピン32の他端に作用するバネ力との大きさに応じて軸線方向に移動する。そして、作動油が供給される油圧室36の油圧が低圧になるとき、スライドピン32は、戻しバネ33のバネ力により、貫通孔31gに挿通されている弁ステム14aの先端部14a1が貫通孔32aおよび貫通孔31hを挿通可能な、図3に示される休止位置を占める。そして、油圧室36の油圧が高圧になるとき、スライドピン32は、油圧の駆動力により、貫通孔32aが貫通孔31g,31hからずれて、先端部14a1が当接面32bに当接する作動位置を占める。
The
そして、吸気弁14および排気弁15については、スライドピン32が前記休止位置を占めるとき、吸気カム26aおよび排気カム27aから作用する開弁方向の押圧力によってバルブリフタ28,29が摺動するのに応じてピンホルダ31およびスライドピン32はバルブリフタ28,29とともに吸気弁14および排気弁15に向けてそれぞれ移動するが、弁ステム14aの先端部14a1および弁ステム15aの先端部15a1がそれぞれ貫通孔32aおよび貫通孔31hに入り込むために、吸気カム26aおよび排気カム27aの開弁力が吸気弁14および排気弁15に作用することはなく、吸気弁14および排気弁15は閉弁状態に保たれて休止する。また、スライドピン32が前記作動位置を占めるとき、弁ステム14a,15aの先端部14a1,15a1はスライドピン32の当接面32bに当接し、吸気カム26aおよび排気カム27aの開弁力がバルブリフタ28,29、ピンホルダ31およびスライドピン32を介して吸気弁14および排気弁15にそれぞれ伝達されるので、吸気カム26aおよび排気カム27aの回転に応じて吸気弁14および排気弁15がそれぞれ開閉作動する。
As for the
ストッパピン34は、収容孔31eの開放端31e1側でピンホルダ31に設けられる1対の装着孔31m,31nに圧入されて、油圧室36に開放して設けられるスリット32cを貫通する。このため、スリット32cを貫通したストッパピン34は、スライドピン32の軸線方向への移動を許容すると共に、スリット32cの底部に当接することによりスライドピン32の油圧室36側への最大移動量を規定する。
The
図1を併せて参照すると、バルブ休止機構30のスライドピン32を移動させるための駆動機構41は、クランク軸5の動力により駆動されるオイルポンプ42から吐出された潤滑油を作動油とする油圧作動式のものであり、例えば気筒C1〜C4毎にシリンダヘッド2に形成されて環状溝40に連通する制御油路P1〜P4と、オイルポンプ42からの作動油が供給される1対の供給油路43,44と、制御油路P1〜P4と供給油路43,44との間に設けられる制御弁45〜48とを備える。制御弁45〜48は、内燃機関Eおよび車両の運転状態に応じて気筒数制御手段61により制御されて、油圧室36の油圧が低圧または高圧になるように、制御油路P1〜P4を流れる作動油の油圧を制御する。それゆえ、バルブ休止機構30は駆動機構41を介して気筒数制御手段61により制御される。
Referring also to FIG. 1, the drive mechanism 41 for moving the
そして、各気筒C1〜C4において、1対の吸気弁14および1対の排気弁15のバルブ休止機構30のスライドピン32が前記休止位置を占めるとき、吸気弁14および排気弁15は、吸気カム26aおよび排気カム27aにより駆動されることなく閉弁状態になるため、該気筒C1〜C4は休止状態になる。また、バルブ休止機構30のスライドピン32が前記作動位置を占めるとき、吸気弁14および排気弁15はバルブ休止機構30を介してそれぞれ吸気カム26aおよび排気カム27aにより、所定の開閉時期で開閉される。それゆえ、バルブ休止機構30は、各気筒C1〜C4の稼働状態および休止状態を切り換える気筒休止機構を構成する。
In each cylinder C1 to C4, when the
図1,図5を参照すると、第1気筒C1、第2気筒C2、第4気筒C4、第3気筒C3の点火順序で点火される内燃機関Eは、点火時期が連続しない複数の気筒C1,C4の気筒列から構成される第1気筒群と、点火時期が連続しない別の複数の気筒C2,C3の気筒列から構成される第2気筒群とに分けられる。そして、各気筒C1〜C4には、気筒休止機構としてのバルブ休止機構30が設けられることから、内燃機関Eのすべての気筒C1〜C4は、バルブ休止機構30の非作動および作動により、稼働状態および休止状態に切り換えられる休止可能気筒から構成される。
Referring to FIGS. 1 and 5, the internal combustion engine E ignited in the firing order of the first cylinder C1, the second cylinder C2, the fourth cylinder C4, and the third cylinder C3 includes a plurality of cylinders C1, It is divided into a first cylinder group constituted by C4 cylinder rows and a second cylinder group constituted by cylinder rows of different cylinders C2 and C3 whose ignition timing is not continuous. Since each cylinder C1 to C4 is provided with a
バルブ休止機構30、燃料噴射弁17、点火栓Sおよび電動モータ21は、電子制御ユニット(以下、「ECU」という。)50により制御される。ECU50は、入出力インターフェース、中央演算処理装置(CPU)、各種の制御プログラムや各種のマップが記憶されたROMおよび各種のデータが一時的に記憶されるRAMなどの記憶装置を備えるマイクロコンピュータで構成される。
The
ECU50には、内燃機関Eの機関負荷を検出する負荷検出手段51、車両の車速を検出する車速検出手段52、さらに機関回転速度を検出する回転速度検出手段などから構成されて、内燃機関Eおよび車両の運転状態を検出する運転状態検出手段53からの信号が入力される。
The
図6を併せて参照すると、内燃機関Eの制御装置は、ECU50と、運転状態検出手段53とを備える。そして、ECU50は、運転状態検出手段53の検出結果に基づいて稼働気筒数を制御すべくバルブ休止機構30の作動を制御する気筒数制御手段61、部分気筒運転時に休止されるすべての気筒C1〜C4をそれぞれ稼働状態および休止状態に切り換える時期を設定する切換時期設定手段62、各気筒C1〜C4の燃料噴射弁17の作動を制御する燃料噴射弁制御手段63、および各気筒C1〜C4の点火栓Sの作動を制御する点火栓制御手段64の各機能を備える。
Referring also to FIG. 6, the control device for the internal combustion engine E includes an
気筒数制御手段61は、稼働気筒数を運転状態検出手段53により検出される運転状態に応じた気筒数に設定する。前記特定運転状態が、例えばクルーズ運転状態、すなわち負荷検出手段51および車速検出手段52の検出結果に基づいて、内燃機関Eが低負荷運転状態であり、かつ車両がほぼ一定の車速で走行する運転状態にあるときは、内燃機関Eが部分気筒運転で運転されるように、稼働気筒数を全気筒数未満の気筒数、例えば全気筒数の半数に設定する一方、内燃機関Eの高負荷時および加速時、車両の加速走行時など、内燃機関Eの高出力が求められる運転状態のときには、全気筒運転されるように稼働気筒数を全気筒数に設定する。 The cylinder number control means 61 sets the number of operating cylinders to the number of cylinders corresponding to the operation state detected by the operation state detection means 53. The specific operation state is, for example, a cruise operation state, that is, an operation in which the internal combustion engine E is in a low load operation state based on detection results of the load detection means 51 and the vehicle speed detection means 52 and the vehicle travels at a substantially constant vehicle speed. When the engine is in a state, the number of operating cylinders is set to less than the total number of cylinders, for example, half of the total number of cylinders, so that the internal combustion engine E is operated by partial cylinder operation, When the engine is in an operating state where high output of the internal combustion engine E is required, such as during acceleration or when the vehicle is accelerating, the number of operating cylinders is set to the total number of cylinders so that all cylinders are operated.
それゆえ、気筒数制御手段61により、内燃機関Eの運転形態は、すべての気筒C1〜C4のバルブ休止機構30が非作動状態になって、すべての気筒C1〜C4が稼働状態になる全気筒運転と、一部の気筒C1,C4;C2,C3のバルブ休止機構30が作動状態になって、該一部の気筒C1,C4;C2,C3が休止状態になり、残りの気筒C2,C3;C1,C4が稼働状態になる部分気筒運転とに切り換え可能である。そして、ここでは、部分気筒運転により運転されるとき、気筒数制御手段61は、全気筒数の半数である2気筒を休止状態にすると共に、全気筒運転から部分気筒運転に移行するときには、第1気筒群の気筒C1,C4を稼働状態に維持し、第2気筒群の気筒C2,C3を休止状態にする。
Therefore, the operation mode of the internal combustion engine E by the cylinder number control means 61 is such that all the cylinders C1 to C4 are in the operating state because the
燃料噴射弁制御手段63は、運転状態に応じて燃料噴射量算出手段(図示されず)に基づいて算出された燃料量が噴射されるように燃料噴射弁17を制御すると共に、気筒数制御手段61からの出力信号に応じて部分気筒運転時に休止状態になる気筒C1〜C4の燃料噴射弁17の作動を停止する。また、点火栓制御手段64は、点火時期演算手段(図示されず)に基づいて算出された点火時期に混合気に点火するように点火栓Sを制御すると共に、気筒数制御手段61からの出力信号に応じて部分気筒運転時に休止状態になる気筒C1〜C4の点火栓Sの作動を停止する。
The fuel injection valve control means 63 controls the
気筒C1〜C4毎に設けられる切換時期設定手段62は、気筒数制御手段61から部分気筒運転信号が入力されるとき作動し、全気筒運転信号が入力されるときその作動を停止する。具体的には、全気筒運転から部分気筒運転へ移行する際に、各切換時期設定手段62には部分気筒運転信号が入力される。部分気筒運転信号が入力された後、各切換時期設定手段62は、切換時期が予め設定された所定切換時期に達したことを検出すると、切換信号を気筒数制御手段61に出力する。気筒数制御手段61は、切換信号が入力されたとき、どの休止可能気筒の切換時期設定手段62からの切換信号かを判別する。そして、稼働状態にある休止可能気筒の切換時期設定手段62からの切換信号が入力されたとき、気筒数制御手段61は、該気筒を休止状態にする信号を出力して、その結果、該気筒が稼働状態から休止状態になる。一方、休止状態にある休止可能気筒の切換時期設定手段62からの切換信号が入力されたとき、気筒数制御手段61は、該気筒を稼働状態にする信号を出力して、その結果、該気筒が休止状態から稼働状態になる。
The switching timing setting means 62 provided for each of the cylinders C1 to C4 operates when a partial cylinder operation signal is input from the cylinder number control means 61, and stops its operation when an all cylinder operation signal is input. Specifically, when shifting from full cylinder operation to partial cylinder operation, a partial cylinder operation signal is input to each switching timing setting means 62. After the partial cylinder operation signal is input, each switching
そして、気筒数制御手段61は、部分気筒運転中に、各切換時期設定手段62からの切換信号に基づいて、部分気筒運転を継続しつつ、部分気筒運転時に休止されるすべての休止可能気筒のそれぞれが、稼働状態および休止状態に、前記所定切換時期により設定された間隔で周期的に切り換えられるように、バルブ休止機構30を制御する。
The number-of-cylinders control means 61 continues all of the cylinders that can be deactivated during the partial cylinder operation while continuing the partial cylinder operation based on the switching signal from each switching timing setting means 62 during the partial cylinder operation. The
この所定切換時期は、休止状態にある気筒での前記燃焼空間形成部材の温度低下およびオイル上がり量による排気エミッションの悪化を防止する観点から適宜設定されており、例えば機関回転速度や機関温度をパラメータとして異なる値がマップの形態でECU50のROMに記憶されている。
The predetermined switching timing is appropriately set from the viewpoint of preventing the temperature of the combustion space forming member from decreasing in the idle cylinder and the deterioration of exhaust emission due to the amount of oil rising. For example, the engine speed and the engine temperature are parameters. Are stored in the ROM of the
なお、切換時期設定手段62は、切換信号を出力した後にリセットされ、また全気筒運転信号が入力されたときは、リセットされて、その作動が停止する。 The switching timing setting means 62 is reset after outputting the switching signal, and when the all-cylinder operation signal is input, it is reset and its operation stops.
各切換時期設定手段62は、この実施形態では、気筒C1〜C4毎に、部分気筒運転信号が出力された時点からの内燃機関Eの回転回数を計数する回転回数検出手段から構成される。ここで、前記回転回数検出手段は、例えば、クランク軸5またはカム軸26,27の、各気筒C1〜C4に対応する特定の回転位置を検出することにより、気筒C1〜C4毎に内燃機関Eの回転回数を計数する。
In this embodiment, each switching timing setting means 62 is constituted by a rotation number detection means for counting the number of rotations of the internal combustion engine E from the time when the partial cylinder operation signal is output for each of the cylinders C1 to C4. Here, the rotation number detecting means, for example, by detecting a specific rotational position
以下、図5を参照して、部分気筒運転中に休止される気筒C1〜C4の稼働状態および休止状態の切換について説明する。ここで、各切換時期設定手段62を構成する前記回転回数検出手段は、例えば吸気カム軸26における特定回転位置として、ピストン7の吸気上死点に相当する回転位置を検出し、また、前記所定切換時期は、前記回転回数がN回(内燃機関EのNサイクルに相当する。)となるように設定されているものとする。ここで、Nは、1または2以上の自然数である。なお、図5において、「吸」は吸気行程を、「圧」は圧縮行程を、「爆」は爆発行程を、「排」は排気行程を示し、大きい文字は、稼働状態にある気筒C1,C2,C3,C4の各行程を示し、小さい文字は、休止状態にある気筒C1,C2,C3,C4における各行程に対応する行程を示す。
Hereinafter, with reference to FIG. 5, switching between the operating state and the inactive state of the cylinders C1 to C4 that are inactive during the partial cylinder operation will be described. Here, the rotation number detection means constituting each switching timing setting means 62 detects, for example, a rotation position corresponding to the intake top dead center of the piston 7 as a specific rotation position in the
例えば、第1気筒C1の吸気上死点直前に部分気筒運転信号が各切換時期設定手段62に入力されたとすると、各切換時期設定手段62は、部分気筒運転入力後の各気筒C1〜C4の吸気上死点を計数して、回転回数がN回になって所定切換時期に達したときに、切換信号を気筒数制御手段61に出力する。そして、切換時期設定手段62では、切換信号の出力と同時に、それまで計数されていた回転回数がリセットされて、再度計数が開始され、その後、所定切換時期が検出されたとき切換信号を出力する。そして、これら一連の作動が、部分気筒運転中、所定切換時期の周期で繰り返される。 For example, assuming that the partial cylinder operation signal is input to each switching timing setting means 62 immediately before the intake top dead center of the first cylinder C1, each switching timing setting means 62 is set to each cylinder C1 to C4 after the partial cylinder operation input. The intake top dead center is counted, and when the number of rotations reaches N and the predetermined switching timing is reached, a switching signal is output to the cylinder number control means 61. The switching timing setting means 62 resets the number of rotations counted up to the same time as the output of the switching signal, starts counting again, and then outputs the switching signal when a predetermined switching timing is detected. . These series of operations are repeated at a predetermined switching timing period during partial cylinder operation.
それゆえ、第1気筒C1については、部分気筒運転信号が入力された後、切換時期設定手段62により所定切換時期(1回目)になったことが初めて検出されると、気筒数制御手段61は、第1気筒C1を休止状態にし、次に所定切換時期(2回目)が検出されたとき、稼働状態にする。そして、部分気筒運転中は、切換時期設定手段62により所定切換時期が検出されるたびに、休止状態および稼働状態が交互に切り換えられる。 Therefore, for the first cylinder C1, after the partial cylinder operation signal is input, when the switching timing setting means 62 detects for the first time that the predetermined switching timing (first time) is reached, the cylinder number control means 61 The first cylinder C1 is put into a resting state, and then is put into an operating state when a predetermined switching timing (second time) is detected. During partial cylinder operation, each time the predetermined switching time is detected by the switching time setting means 62, the resting state and the operating state are alternately switched.
また、第2気筒C2については、部分気筒運転信号が入力された後、切換時期設定手段62により所定切換時期(1回目)になったことが初めて検出されると、気筒数制御手段61は、第2気筒C2を稼働状態にし、次に所定切換時期(2回目)が検出されたとき、休止状態にする。そして、部分気筒運転中は、切換時期設定手段62により所定切換時期が検出されるたびに、稼働状態および休止状態が交互に切り換えられる。 For the second cylinder C2, after the partial cylinder operation signal is input, when the switching timing setting means 62 detects for the first time that the predetermined switching timing (first time) is reached, the cylinder number control means 61 The second cylinder C2 is put into an operating state, and then is brought into a resting state when a predetermined switching time (second time) is detected. During partial cylinder operation, every time the predetermined switching time is detected by the switching time setting means 62, the operating state and the resting state are alternately switched.
さらに、第4気筒C4については、第1気筒C1に対して点火時期の位相に対応して、回転回数で1/2回転遅れた時期に切換信号が出力され、第3気筒C3については、第2気筒C2に対して点火時期の位相に対応して、回転回数で1/2回転遅れた時期に切換信号が出力されて、気筒数制御手段61により、それぞれ、部分気筒運転中は、休止状態および稼働状態が交互に切り換えられる。 Further, for the fourth cylinder C4, a switching signal is output at a time delayed by 1/2 of the number of rotations corresponding to the phase of the ignition timing with respect to the first cylinder C1, and for the third cylinder C3, In response to the phase of the ignition timing for the two cylinders C2, a switching signal is output at a timing delayed by a half revolution in the number of revolutions, and the cylinder number control means 61 is in a pause state during partial cylinder operation, respectively. And the operating state is switched alternately.
このようにして、部分気筒運転中は、部分気筒運転が継続されつつ、すべての気筒C1〜C4が休止状態および稼働状態に交互に、前記所定切換時期により設定された間隔で周期的に切り換えられる。そして、気筒数制御手段61は、気筒C1〜C4のそれぞれにおける稼動状態から休止状態への切換または休止状態から稼動状態への切換を当該気筒C1〜C4の排気行程から吸気行程に移る時期に行う。 Thus, during the partial cylinder operation, while part partial cylinder operation is continued, alternately to all cylinders C1~C4 hibernate and operating conditions, cyclically switched at set intervals by the prescribed switching period It is done. Then, the cylinder number control means 61 performs switching from the operating state to the inactive state or switching from the inactive state to the operating state in each of the cylinders C1 to C4 at a time when the cylinder C1 to C4 shifts from the exhaust stroke to the intake stroke. .
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
内燃機関Eは、バルブ休止機構30が設けられた気筒C1〜C4と、バルブ休止機構30を制御して気筒C1〜C4を稼働状態および休止状態に切り換えることにより稼働気筒の気筒数を制御する気筒数制御手段61とを備え、気筒数制御手段61によりすべての気筒C1〜C4が稼働する全気筒運転と一部の気筒C2,C3;C1,C4が休止する部分気筒運転とに運転形態が切り換えられる可変気筒内燃機関Eにおいて、気筒数制御手段61は、部分気筒運転中に、部分気筒運転を継続しつつ、部分気筒運転時に休止されるすべての休止可能気筒である気筒C1〜C4のそれぞれを、休止状態および稼働状態に交互に、前記所定切換時期により設定された間隔で周期的に稼働状態および休止状態に交互に切り換えることにより、部分気筒運転中は、休止状態になる各気筒C2,C3;C1,C4が、休止状態および稼働状態を交互に繰り返すので、部分気筒運転中に休止気筒が休止状態のみを継続する場合に比べて、休止状態にある気筒C2,C3;C1,C4のオイル上がりによるオイル量が減少するので、全気筒運転への復帰時に、燃焼空間11内でオイルが燃焼することによる排気エミッションの悪化が防止される。また、燃焼が行われる前記燃焼空間形成部材の温度低下が抑制されて、該温度低下による燃焼性の低下が抑制され、HCやCOの発生が減少するので、この点でも排気エミッションの悪化が防止される。また、部分気筒運転中は、休止状態の気筒C2,C3;C1,C4が稼働状態に切り換えられたときも、部分気筒運転が継続される結果、少なくとも1つの気筒C1〜C4は休止状態にあるので、一時的に全筒運転に復帰するときすべての休止気筒が同時に稼働する前記従来技術に比べて、稼働状態および休止状態の切換時に発生するトルク段差の大きさが減少するので、トルク段差による内燃機関Eの振動が抑制され、しかも部分気筒運転による燃費の改善効果の低下が抑制される。
Next, operations and effects of the embodiment configured as described above will be described.
The internal combustion engine E includes cylinders C1 to C4 provided with a
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した形態について、変更した構成に関して説明する。
切換時期設定手段62は、部分気筒運転信号が各切換時期設定手段62に入力されてからの時間を検出する計時手段により構成されてもよい。このとき、図5に示される例において、第1気筒群を構成する第1,第4気筒C1,C4が同時に稼働状態(または休止状態)から休止状態(または稼働状態)に切り換えられると同時に、第2気筒群を構成する第2,第3気筒C2,C3が同時に休止状態(または稼働状態)から稼働状態(または休止状態)に切り換えられる。これにより、制御弁45〜48の代わりに、気筒群毎に設けられる制御弁71,72(図1に二点鎖線で示される)が使用されるので、部分負荷運転時に休止される休止可能気筒において、複数の休止可能気筒が、気筒群毎に同時に休止状態および稼働状態を交互に繰り返すように切り換えられことになり、その切換のための機構は、休止可能気筒毎に設ける必要がなく、同時に稼働状態および休止状態に切り換えられる気筒群毎に設けられれば十分であるので、バルブ休止機構30により稼働状態および休止状態を切換のための構造が簡単になる。また、設定時間は、機関回転速度が増加するにつれて短くなる値に、また機関温度に応じて異なる値に設定されることが好ましい。さらに、バルブ切換機構は、油圧式以外の機構で構成されてもよい。
Hereinafter, the shape condition with a partial modification of the embodiment described above, will be described with respect to modified configuration.
The switching timing setting means 62 may be constituted by time measuring means for detecting the time from when the partial cylinder operation signal is input to each switching timing setting means 62. At this time, in the example shown in FIG. 5, the first and fourth cylinders C1 and C4 constituting the first cylinder group are simultaneously switched from the operating state (or the inactive state) to the inactive state (or the operating state) The second and third cylinders C2 and C3 constituting the second cylinder group are simultaneously switched from the resting state (or operating state) to the operating state (or resting state). Thereby, instead of the
前記実施形態では、多気筒内燃機関のすべての気筒が休止可能気筒から構成されたが、全気筒の一部の気筒が休止可能気筒から構成されて、それら一部の気筒について本発明が適用されてもよい。また、多気筒内燃機関は、直列4気筒であったが、V型であってもよく、さらに4気筒以外の多気筒内燃機関であってもよい。さらに、内燃機関は、船外機等の船舶推進装置、その他の機器に使用されるものであってもよい。 In the above-described embodiment, all cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine are composed of cylinders that can be deactivated. However, some cylinders of all the cylinders are composed of cylinders that can be deactivated, and the present invention is applied to these some cylinders. May be. The multi-cylinder internal combustion engine is an in-line 4-cylinder, but may be a V-type, and may be a multi-cylinder internal combustion engine other than the 4-cylinder. Further, the internal combustion engine may be used for a marine vessel propulsion apparatus such as an outboard motor, or other equipment.
1…シリンダブロック、2…シリンダヘッド、3…ヘッドカバー、4…クランクケース、5…クランク軸、6…シリンダ孔、7…ピストン、8…コンロッド、10…燃焼室、11…燃焼空間、12…吸気ポート、13…排気ポート、14…吸気弁、15…排気弁、16…吸気装置、17…燃料噴射弁、18…スロットルボディ、19…スロットル弁、20…エアクリーナ、21…電動モータ、22…弁ガイド、23…弁バネ、24…動弁室、25…動弁装置、26,27…カム軸、28,29…バルブリフタ、30…バルブ休止機構、31…ピンホルダ、32…スライドピン、33…戻しバネ、34…ストッパピン、35…シム、36…油圧室、37…バネ室、38…バネ、39…支持部、40…環状溝、41…駆動機構、42…オイルポンプ、43,44…供給油路、45〜48…制御弁、50…ECU、51…スロットル弁開度検出手段、52…車速検出手段、53…運転状態検出手段、61…気筒数制御手段、62…切換時期設定手段、71,72…制御弁、
E…内燃機関、C1〜C4…気筒、S…点火栓、P1〜P4…制御油路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block, 2 ... Cylinder head, 3 ... Head cover, 4 ... Crankcase, 5 ... Crankshaft, 6 ... Cylinder hole, 7 ... Piston, 8 ... Connecting rod, 10 ... Combustion chamber, 11 ... Combustion space, 12 ... Intake Port, 13 ... Exhaust port, 14 ... Intake valve, 15 ... Exhaust valve, 16 ... Intake device, 17 ... Fuel injection valve, 18 ... Throttle body, 19 ... Throttle valve, 20 ... Air cleaner, 21 ... Electric motor, 22 ... Valve Guide, 23 ... Valve spring, 24 ... Valve chamber, 25 ... Valve valve, 26,27 ... Camshaft, 28,29 ... Valve lifter, 30 ... Valve stop mechanism, 31 ... Pin holder, 32 ... Slide pin, 33 ... Return Spring, 34 ... stopper pin, 35 ... shim, 36 ... hydraulic chamber, 37 ... spring chamber, 38 ... spring, 39 ... support part, 40 ... annular groove, 41 ... drive mechanism, 42 ... oil pump, 43, 44 ... supply Oil passage, 45 to 48 ... control valve, 50 ... ECU, 51 ... throttle valve opening detection means, 52 ... vehicle speed detection Stage, 53 ... operating condition detecting means, 61 ... cylinder number control means, 62 ... switching period setting means, 71 and 72 ... control valve,
E ... Internal combustion engine, C1-C4 ... Cylinder, S ... Spark plug, P1-P4 ... Control oil passage.
Claims (3)
前記気筒休止機構は、吸気弁および排気弁の開閉作動を休止して前記吸気弁および前記排気弁を閉弁状態に保つバルブ休止機構であり、
前記気筒数制御手段は、部分気筒運転中に、部分気筒運転を継続しつつ、部分気筒運転時に休止されるすべての前記休止可能気筒のそれぞれを稼働状態および休止状態に交互に切り換え、かつ前記休止可能気筒のそれぞれにおける稼動状態から休止状態への切換または休止状態から稼動状態への切換を当該休止可能気筒の排気行程から吸気行程に移る時期に行うことを特徴とする可変気筒内燃機関。 A cylinder capable of being deactivated, and a cylinder number control means for controlling the number of activated cylinders by controlling the cylinder deactivated mechanism to switch the deactivated cylinder between an activated state and a deactivated state; In the variable cylinder internal combustion engine in which the operation mode is switched between full cylinder operation in which all cylinders are operated and partial cylinder operation in which some cylinders are deactivated by the cylinder number control means,
The cylinder deactivation mechanism is a valve deactivation mechanism that deactivates the opening and closing operations of the intake valve and the exhaust valve to keep the intake valve and the exhaust valve in a closed state,
The number-of-cylinders control means alternately switches all of the restable cylinders that are suspended during partial cylinder operation to an active state and a halt state while continuing the partial cylinder operation during the partial cylinder operation , and the pause A variable-cylinder internal combustion engine characterized by performing switching from an operating state to a resting state or switching from a resting state to an operating state in each of the possible cylinders at a time when the exhaustable stroke of the restable cylinder shifts to an intake stroke .
前記気筒数制御手段は前記切換信号に基づいて前記各休止可能気筒を稼働状態および休止状態に交互に切り換えることを特徴とする請求項1記載の可変気筒内燃機関。 A switching timing setting means for setting the timing for switching each of the restable cylinders to the operating state and the resting state during the partial cylinder operation for each of the restable cylinders, and for outputting a switching signal to the cylinder number control means;
2. The variable cylinder internal combustion engine according to claim 1, wherein the cylinder number control means switches the restable cylinders alternately between an operating state and a resting state based on the switching signal .
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