JP5086346B2 - 熱エンジンを、一時的な停止時に制御する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱エンジンを、一時的な停止時に制御する方法および装置に関する。

自動車用の４行程の熱エンジンは、通常、燃焼室を備える複数のシリンダを区画しているブロックを備えている。各燃焼室には、自動車の車輪を回転駆動するために、ギヤボックスを介して、車輪に連結しているクランクシャフトに連結したピストンが設けられている。各燃焼室には、開弁位置と閉弁位置との間を移動することができる弁を備えた吸気孔および排気孔が通じている。弁は、熱エンジンによって駆動されるカムシャフトの動きを介して、それらの２つの位置の間を移動する。

熱エンジンは、さらに、燃焼室に燃料を供給する燃料供給装置、およびこの燃料供給装置と、点火が制御されるエンジンの場合には、点火回路とに接続されたエンジン制御ユニットを備えている。車両内で用いられる電力は、熱エンジンによって駆動され、バッテリに接続されていて、車両のバッテリを充電するオルタネータによって供給される。エンジンは、バッテリに接続されており、かつクランクシャフトに固定された歯車と噛み合う出力歯車を有するスタータモータによって始動させられる。

オルタネータ機能とスタータモータ機能とを交互に果たすために、オルタネータスタータを用いることは公知である。

オルタネータスタータは、スタータモータとして作動するときには、エンジンを高速で始動させる。エンジンが自動車に装備されているとき、車両が静止する（例えば、交通渋滞または赤信号のために）たびに、意図的に、エンジンを一時的に停止させ、例えばギヤチェンジによって、運転者が車両を前進させようとするや否や、エンジンを再始動させることが可能である。熱エンジンが停止したとき、弁の移動に伴う雑音を少なくするために、アクチュエータは、弁を可能な限り迅速に静止させる。エンジンが停止したとき、雑音レベルは一般に比較的低いが、この雑音は、不快感を与えることがある。

さらに、エンジンを頻繁に始動させるのに伴い、バッテリ充電問題、したがって、バッテリの容量に関する問題が引き起こされる。

本発明は、熱エンジンの始動を容易にする方法および装置を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明は、ピストンが設けられており、かつ、開弁位置と閉弁位置との間で移動可能な吸気弁および排気弁が、それぞれ、設けられている吸気孔および排気孔が通じている各燃焼室を画定している複数のシリンダを区画しているブロックを有する４行程の熱エンジンを、一時的な停止の際に制御する方法であって、熱エンジンが一時的に停止する状態にあることを検出するステップと、熱エンジンが、一時的な停止に先立つ最後のエンジンサイクルの吸気行程を終えた時点以降、吸気弁の全てを閉弁位置に維持するように制御するステップとを含む方法を提供するものである。

これにより、吸気したシリンダは、クランクシャフトの最初の半回転で、始動トルクが印加される再始動時まで、空気で満たされ続ける。各排気弁も、一時的な停止に先立つ最後のエンジンサイクル時に、閉弁したままに保持されることが好ましい。

したがって、一時的な停止の際、通常は、排気行程の最後に空になるシリンダは、圧縮ガスで満たされ、その結果、エンジンの再始動の際に、この圧縮ガスの膨張によって、付加的なトルクが発生するという利益がもたらされる。

本発明の方法の有利な一態様によれば、燃料の直接噴射方式を用いているエンジンにおいて、排気弁の全てを閉弁位置に維持する前の直近の吸気行程時に、燃料噴射を停止させるステップを含んでいる。これによって、エンジンの再始動の際に、燃焼しなかった燃料の大気への吐出が防止される。

本発明の別の一態様によれば、ピストンが設けられており、かつ開弁位置と閉弁位置との間で移動可能な吸気弁および排気弁を、それぞれ、嵌め込まれた吸気孔および排気孔が通じている各燃焼室を画定している複数のシリンダを区画しているブロックを有する、４行程の熱エンジンを制御する装置において、熱エンジンは、さらに、燃焼室に燃料を供給するための燃料供給装置と、吸気弁および排気弁の各１つ当たり少なくとも１つの電磁アクチュエータとを備えている装置が提供される。この装置には、エンジンが一時的に停止する状態にあることを検出し、停止に先立つ最後のエンジンサイクルの吸気行程を終えた時点以降、吸気弁および排気弁を閉弁位置に維持するように制御する構成となされているる管理ユニットが設けられている。

特定の一実施形態においては、燃料供給装置は、各燃焼室に対して１つのインジェクタを有し、管理ユニットは、インジェクタの作動停止、および電磁アクチュエータによって制御される吸気弁および排気弁の静止を、各燃焼室に対して順次に実行させることによって、エンジンを一時的に停止させるように構成されている。

吸気弁および排気弁を閉弁位置に維持することによって、燃焼室内に逆圧が確立される。それによって、ピストンの移動が妨げられ、したがって、エンジンの停止が加速される。さらに、吸気行程の終わりに、吸気弁を、閉弁位置に静止させることによって、シリンダ内のガスは、そのまま保たれる。それによって、エンジンの再始動が促進される。

本発明の特定の、非限定的な実施形態に関する以下の説明を読むことによって、本発明の他の特徴および利点が、より明確になると思う。

本発明の制御装置を組み込んだ熱エンジンの斜視略図である。 図１のエンジンの部分断面略図である。 エンジンの動作サイクルを、時間の関数として示す図である。

以下、添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、熱エンジンは、１列に並んだ４つのシリンダ１、２、３、４を区画しているブロック１０を有している。シリンダ１と４は、シリンダ２および３を挟んでいる。各シリンダ１、２、３、４は、一端をシリンダヘッド６によって、他端をピストン７によって閉じられた燃焼室５を有している。ピストン７は、２つの最端位置（上死点と下死点）間で、シリンダ１、２、３、４内を摺動し、また連接棒８を介して、ブロック１０内に回転可能に据え付けられているクランクシャフト９に連結されている。

シリンダヘッド６内に設けられた吸気孔１１および排気孔１２は、各燃焼室５に通じている。吸気孔１１および排気孔１２には、それぞれ、電磁アクチュエータ１５および１６の作用によって、開弁位置と閉弁位置との間で移動する吸気弁１３および排気弁１４が嵌合されている。

点火プラグ１７が、シリンダヘッド６に嵌合され、かつ燃焼室５の内部に突出している。点火プラグ１７は、公知の点火回路（図示せず）に接続されている。

さらに、燃料供給装置のインジェクタ１８が、シリンダヘッド６に嵌め込まれている。

エンジンは、公知のように、ベルト２０を介してクランクシャフト９に連結されるオルタネータスタータ１９を備えている。オルタネータスタータ１９は、バッテリに接続され、電動機またはオルタネータとして作動するように構成されている公知のものである。オルタネータスタータ１９は、電動機として作動するとき、クランクシャフト９を回転駆動するために、バッテリから電力を供給されて、クランクシャフト９に補助トルクを供給する。したがって、オルタネータスタータ１９は、熱エンジンを始動させるために用いられる。オルタネータスタータ１９は、オルタネータとして作動するとき、バッテリを充電するために、クランクシャフト９によって駆動される。

エンジンは、さらに、オルタネータスタータ１９および電磁アクチュエータ１５、１６も含めたエンジンの作動を制御するための装置の一部である管理ユニット（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）を備えている。この管理ユニット２１は、具体的には、インジェクタ１８、電磁アクチュエータ１５および１６、点火回路、およびオルタネータスタータ１９に接続され、それらを制御する。管理ユニット２１は、公知のように、例えば、マイクロプロセッサ２２、およびマイクロプロセッサ２２によって実行されるプログラムを記憶している、付随のメモリ２３を備えている。

本明細書においては、管理ユニット２１は、さらに熱エンジンを装備している自動車が静止するときに、その熱エンジンを停止させるように、また、運転者がギヤチェンジする（手動ギヤボックスの場合）か、またはアクセルペダルを踏む（自動ギヤボックスの場合）や否や、エンジンを再始動させるように構成されている。

エンジンの作動を制御するための装置は、オルタネータスタータ１９および電磁アクチュエータ１５、１６に、例えばそれらの所要電力の関数として、電力を供給するために、キャパシタなどの付加的電力供給手段が接続されていることが好ましい。電力供給は、管理ユニット２１によって制御される。

公知のように、各シリンダの動作サイクルは、吸気行程、圧縮行程、膨張（燃焼）行程、および排気行程を含む４行程サイクルである。各行程は、１動作サイクルの４分の１、すなわち、クランクシャフトの半回転に対応している。

図３を参照すると、各シリンダの行程は、吸気に対してＡＤＭ、圧縮に対してＣＯＭ、膨張（燃焼）に対してＤＥＴ、および、排気に対してＥＣＨと示されており、それぞれ、クランクシャフトの半回転に対応している。「Ａ」は燃料の点火、「Ｉ」は噴射を表わしている。公知のように、ピストンは、圧縮行程および排気行程の最後に上死点（「ＰＭＨ」）位置に、吸気行程および膨張行程の最後に下死点位置にある。さらに公知のように、シリンダ１、３、４、２は、１／４動作サイクルずつずれて、同じ行程を行なう。

通常の動作モード（図３の期間Ｐ１）では、各シリンダ１、２、３、４において、次のようになる。
− 吸気弁１３は、シリンダの動作サイクルの吸気行程中、開弁されているように制御され、
− 排気弁１４は、シリンダの動作サイクルの排気行程中、開弁されているように制御され、
− 点火プラグ１７は、圧縮行程の最後に、火花を発生させるように制御され、
− インジェクタ１８は、吸気行程中、燃料を噴射するように制御される。

運転者が、点火スイッチを切らずに、車両が止まるまで車両を減速させると、管理ユニット２１は、熱エンジンを、一時的に停止するように制御する。

熱エンジンは、各シリンダ１、２、３、４への燃料噴射の停止によって停止する（期間Ｐ２）。したがって、吸気行程が、燃焼室５への燃料の供給なしに行われる。管理ユニット２１は、吸気弁１３を、空気供給に十分なほどに長く開弁し、次いで、閉弁するように、電磁アクチュエータ１５を制御する。そうすると、排気弁１４は、閉弁されたままであるから、空気は、燃焼室５内に閉じ込められる。燃料噴射は、シリンダ１、シリンダ３、シリンダ４、シリンダ２の順に停止する。説明を容易にするために、シリンダ２が使用停止になった時点で、エンジンは停止するものとする。ただし、その前に逆圧が確立すれば、エンジンは恐らく停止する。

運転者が、車両を前進させるためにギヤチェンジすると、管理ユニット２１は、エンジンを始動させるために、吸気しているシリンダへの燃料噴射を実行させるとともに、クランクシャフト９を回転駆動するように、オルタネータスタータを制御し、他のシリンダに対して通常のサイクルを開始させる。

空気と燃料との混合が、吸気弁の上流で行われるエンジンの場合には、点火回路の使用停止によって、エンジンは停止する。その場合には、吸気行程にあるシリンダ内に、混合ガスが、再始動の際にすぐに用いられるように用意される。

次に、本発明の熱エンジンの別の１つの可能な動作モードについて説明する。

エンジンが一定負荷状態にあるとき（すなわち、熱エンジンの速度が一定であり、かつ、クランクシャフト９が定格速度で回転しているとき）、管理ユニット２１は、シリンダ１、２、３、４のうちの１つまたは２つを非作動状態とさせる。シリンダ１、２、３、４のうちの１つまたは２つが非作動状態となると、クランクシャフト９はアンバランスを引き起こす。それにより、クランクシャフト９の加速と減速の繰り返しをもたらす。

クランクシャフト９の瞬間速度を検出するために、ブロック１０上に据え付けられており、かつ管理ユニット２１に接続されている検出器２４は、管理ユニット２１に、クランクシャフト９の瞬間速度を表わす信号を伝達する。次に、管理ユニット２１は、オルタネータスタータ１９が次のようにするように、オルタネータスタータ１９を制御する。

− クランクシャフト９が加速しているときには、クランクシャフト９を、その定格速度に戻すために、クランクシャフト９から、そのトルクの相対的に大きな割合を取り除き、
− クランクシャフト９が減速しているときには、クランクシャフト９を、その定格速度に戻すために、クランクシャフト９から、そのトルクの相対的に小さな割合を取り除くか、または、クランクシャフト９に、補足トルクを供給する。

取り除かれるトルクの割合、および供給される補足トルクは、クランクシャフト９の瞬間速度と、エンジンの回転速度の定格としてあるべき回転速度である定格回転速度との差の関数として、管理ユニット２１によって決定される。

したがって、オルタネータスタータ１９は、１つ以上のシリンダの使用停止によって生じる、クランクシャフト９のアンバランスの補償を可能にする。

メモリ２３は、使用を停止されたシリンダに応じて、オルタネータスタータ１９を制御する、いくつかの制御規則を有している。検出器２４によって検出された速度によって、またはメモリ２３に記憶されている制御規則の１つによって、オルタネータスタータ１９を制御することができる。さらに、アンバランスに対する補償を好適にするために、これらの２つの制御モードを組み合わせることも可能である。

当然ながら、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、請求項に定められている本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を加えることが可能である。

具体的には、本発明は、任意のタイプのエンジン、例えば、ディーゼルエンジン、直接噴射式エンジン、または間接噴射式エンジンなどの、点火が制御されないエンジンにも適用可能である。シリンダ数は、４つ以外であってもよい。

エンジンの一時的な停止時に、エンジンの停止を速めるための逆圧は確立されないが、雑音の問題を解決するために、吸気弁や排気弁を、開弁位置または中間位置に静止させることができる。

以上、本発明を、全ての吸気弁および排気弁を、それぞれ、１つの電磁アクチュエータによって個々に制御することができるエンジンに関連付けて説明したが、本発明は、部分的にしか、吸気弁や排気弁を停止させないアクチュエータを装備したエンジンにも同様に適用しうる。

１、２、３、４ シリンダ
５ 燃焼室
６ シリンダヘッド
７ ピストン
８ 連接棒
９ クランクシャフト
１０ ブロック
１１ 吸気孔
１２ 排気孔
１３ 吸気弁
１４ 排気弁
１５、１６ 電磁アクチュエータ
１７ 点火プラグ
１８ インジェクタ
１９ オルタネータスタータ
２０ ベルト
２１ 管理ユニット
２２ マイクロプロセッサ
２３ メモリ
２４ 検出器

Claims (4)

1. ピストン（７）を備え、かつ開弁位置と閉弁位置との間で移動可能な吸気弁（１３）および排気弁（１４）が、それぞれ設けられた吸気孔（１１）および排気孔（１２）を備える燃焼室（５）を画定している複数のシリンダを区画しているブロックを有する４行程の熱エンジンを、一時的な停止の際に制御する方法であって、
   前記熱エンジンは、さらに、オルタネータスタータ（１９）を備え、前記排気弁（１４）も、停止に先立つ前記最後のエンジンサイクルの際に、開弁されたままに維持され、前記吸気弁（１３）および排気弁（１４）は、一時的な停止の際に、前記シリンダが圧縮ガスで満たされるように制御され、
   前記熱エンジンが、一時的に停止する状態にあることを検出するステップと、前記熱エンジンが、停止に先立つ最後のエンジンサイクルの吸気行程を終えた時点以降、前記吸気弁の全てを閉弁位置に維持するように制御するステップとを含んでいることを特徴とする方法。
2. 燃料の直接噴射方式を用いたエンジンにおいて、前記排気弁の全てを閉弁位置に維持する前の直近の吸気行程時に、燃料噴射を停止させるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ピストン（７）を備え、かつ開弁位置と閉弁位置との間で移動可能な吸気弁（１３）および排気弁（１４）が、それぞれ設けられた吸気孔（１１）および排気孔（１２）を備える燃焼室（５）を画定している複数のシリンダを区画しているブロック（１０）を有する、４行程の熱エンジンを制御する装置であって、
   前記排気弁（１４）も、停止に先立つ前記最後のエンジンサイクルの際に、開弁されたままに維持され、前記吸気弁（１３）および排気弁（１４）は、一時的な停止の際に、前記シリンダが圧縮ガスで満たされるように制御され、
   前記熱エンジンは、さらに、燃料を供給するための燃料供給装置と、前記吸気弁および排気弁の各々１つ当たり少なくとも１つの電磁アクチュエータと、オルタネータスタータ（１９）とを備え、
   前記エンジンが一時的に停止する状態にあることを検出し、かつ停止に先立つ最後のエンジンサイクルの吸気行程を終えた時点以降、前記吸気弁および排気弁を閉弁位置に維持するように制御する構成となされている管理ユニット（２１）を備えていることを特徴とする装置。
4. 前記エンジンは、各排気弁（１４）を駆動するための電磁アクチュエータ（１６）を備え、前記管理ユニット（２１）は、前記エンジンの一時的な停止時に、該電磁アクチュエータ（１６）を制御して、各排気弁（１４）を閉弁位置に維持させるように構成されている、請求項３に記載の装置。

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