JP3733786B2

JP3733786B2 - 電磁駆動弁を有する内燃機関

Info

Publication number: JP3733786B2
Application number: JP14238299A
Authority: JP
Inventors: 功松本; 秀之西田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: EP1054148A2; EP1054148A3; US6332446B1; DE60000899T2; JP2000328972A; EP1054148B1; DE60000899D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動弁を有する内燃機関に係り、特に、一部の気筒の燃焼を休止させる休止気筒制御を実行可能な電磁駆動弁を有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平７−２７９６９７号公報に開示される如く、一部の気筒を休止させる休止気筒制御を実行し得る内燃機関が知られている。この内燃機関において休止気筒制御における気筒の休止は、燃料噴射及び点火を停止すると共に、吸気弁及び排気弁を閉弁保持することにより実現される。以下、休止気筒制御において休止させられる気筒を休止気筒と称し、また、休止気筒中にも燃焼が行われる気筒を作動気筒と称す。休止気筒制御によれば、休止気筒における燃料噴射の遮断及びポンピングロスの低減等により燃費を向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、休止気筒制御には、休止気筒が特定の気筒に固定される場合と、休止気筒が順次変更される場合とがある。休止気筒が固定される場合には、休止気筒の燃焼室のガスがピストンの摺動面を介してクランクケース側へ徐々に漏れることで、休止気筒の筒内圧は作動気筒の筒内圧に比べて低圧となる。この場合、作動気筒と休止気筒との間の筒内圧の相違に起因してトルク変動が生じ、内燃機関の振動が大きくなってしまう。また、休止気筒が順次変更される場合には、上記したガスの漏れに伴う休止気筒の筒内圧の低下はほとんど生じない。このため、休止気筒におけるピストンの上死点では、燃焼室内の既燃ガスが圧縮されることで筒内圧は燃焼時とほぼ等しい値まで上昇する。かかる休止気筒での筒内圧の上昇が、作動気筒での燃焼に伴う筒内圧の上昇と同時に生ずるタイミングと、同時に生じないタイミングとで、内燃機関全体の筒内圧の和は変動することとなる。この場合にも、内燃機関の出力トルクが変動することで内燃機関の振動は大きくなる。しかしながら、上記従来の内燃機関では、休止気筒制御の実行に伴う振動の増大については顧みられておらず、機関の振動を抑制するための対策は何ら講じられていない。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、休止気筒制御の実行中に内燃機関の振動を抑制し得る電磁駆動弁を有する内燃機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、吸気弁及び排気弁がそれぞれ電磁駆動弁により構成され、一部の気筒を休止させる休止気筒制御を実行可能な電磁駆動弁を有する内燃機関であって、
前記休止気筒制御の実行中に、休止気筒の筒内圧を制御する休止気筒筒内圧制御手段を備え、
前記休止気筒制御における休止気筒は順次変更され、
前記休止気筒筒内圧制御手段は、休止気筒のピストンの上死点において何れかの作動気筒が燃焼中である場合に、その休止気筒の筒内圧を減少させることを特徴とする電磁駆動弁を有する内燃機関により達成される。
【０００６】
請求項１記載の発明において、休止気筒筒内圧制御手段は、休止気筒の筒内圧を制御する。従って、本発明によれば、休止気筒制御の実行中に、休止気筒の筒内圧を制御することで、筒内圧の変動に起因する内燃機関の振動を抑制できる。なお、本明細書における気筒の休止とは、燃焼、燃焼ガスの排気、及び混合気の吸気の何れも行われることなくピストンが往復動する状態をいうものとする。
また、前記休止気筒制御における休止気筒は順次変更され、前記休止気筒筒内圧制御手段は、休止気筒におけるピストンの上死点において何れかの作動気筒の燃焼中である場合に、その休止気筒の筒内圧を減少させることとしてもよい。
この場合、休止気筒制御における休止気筒は順次変更される。従って、休止気筒の燃焼室からのガスの漏れはほとんど生じないため、休止気筒におけるピストンの上死点では筒内圧は燃焼時とほぼ同じ値まで上昇する。かかる休止気筒における筒内圧の上昇が、何れかの作動気筒の燃焼中に生ずると、燃焼に伴う筒内圧の上昇と休止気筒での筒内圧の上昇とが重畳することで、内燃機関の振動が増大する。これに対して、休止気筒筒内圧制御手段は、休止気筒のピストンの上死点において何れかの作動気筒の燃焼中である場合に、その休止気筒の筒内圧を減少させる。このため、作動気筒での燃焼に伴う筒内圧の上昇と休止気筒での圧縮による筒内圧の上昇とが同時に生ずることが防止され、これにより、内燃機関の振動が抑制される。また、休止気筒が順次変更されることで、休止気筒における潤滑油切れや温度低下が抑制され、休止気筒の作動の再開が円滑に行われる。
【０００７】
この場合、請求項２に記載する如く、請求項１記載の電磁駆動弁を有する内燃機関において、
前記休止気筒筒内圧制御手段は、排気弁を開弁させることにより休止気筒の筒内圧を制御することとしてもよい。
請求項２記載の発明において、排気弁が開弁すると、燃焼室から排気側へガスが流出し、又は、排気側から燃焼室へガスが流入することで、筒内圧は変化する。従って、休止気筒筒内圧制御手段は、排気弁を開閉させることにより休止気筒の筒内圧を制御することができる。また、排気弁が開閉されることで、休止気筒から排気ガスが吸気管へ逆流し、又は、休止気筒制御の終了後に新気が排気管へ流出することが防止される。このため、休止気筒筒内圧制御手段が筒内圧を制御しても内燃機関の動作が影響を受けることはない。
【００１０】
また、請求項４に記載する如く、請求項３記載の電磁駆動弁を有する内燃機関において、
作動中の気筒の筒内圧を計測又は予測する作動気筒筒内圧検知手段を有し、
前記休止気筒筒内圧制御手段は、作動気筒の筒内圧に基づいて休止気筒の筒内圧を増加させることとしてもよい。
【００１３】
更に、請求項３に記載する如く、請求項１項記載の電磁駆動弁を有する内燃機関において、
前記休止気筒制御は、内燃機関を６サイクルで運転することにより実現されることとしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である内燃機関の構成図を示す。本実施例の内燃機関は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１０により制御される。内燃機関は、シリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シリンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されている。本実施例の内燃機関は、４つのシリンダを備える４気筒型内燃機関である。図１は、複数のシリンダのうち一のシリンダ１４を表す。
【００１５】
シリンダ１４の内部にはピストン１８が配設されている。ピストン１８は、シリンダ１４の内部を、図１における上下方向に摺動することができる。シリンダブロック１２の上部には、シリンダヘッド２０が固定されている。シリンダヘッド２０には、各シリンダ毎に吸気ポート２２および排気ポート２４が形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド２０の底面、ピストン１８の上面、およびシリンダ１４の側壁は、燃焼室２６を画成している。上述した吸気ポート２２および排気ポート２４は、共に燃焼室２６に開口している。吸気ポート２２の燃焼室２６側の開口端部、および、排気ポート２４の燃焼室２６側の開口端部には、それぞれバルブシート２８、３０が形成されている。燃焼室２６には、また、点火プラグ３２の先端が露出している。
【００１７】
シリンダヘッド２０には電磁駆動弁３８及び４０が組み込まれている。電磁駆動弁３８は吸気弁４２を備えている。吸気弁４２は、バルブシート２８に着座することにより吸気ポート２２と燃焼室２６との間を遮断し、また、バルブシート２８から離座することにより吸気ポート２２と燃焼室２６との間を導通させる。一方、電磁駆動弁４０は排気弁４４を備えている。排気弁４４は、バルブシート３０に着座することにより排気ポート２４と燃焼室２６との間を遮断し、また、バルブシート３０から離座することにより排気ポート２４と燃焼室２６との間を導通させる。
【００１８】
電磁駆動弁３８及び４０は、同一の構成を有している。以下、図２を参照して、それらの代表例として、電磁駆動弁４０の構成および動作について説明する。図２は、電磁駆動弁４０の全体構成を表す断面図を示す。
図２に示す如く、排気弁４４は、上方へ延びる弁軸４５を備えている。弁軸４５はシリンダヘッド２０の内部に固定されたバルブガイド４６により軸方向に変位可能に保持されている。電磁駆動弁４０は、また、弁軸４５の上方に設けられたアーマチャシャフト４８を備えている。アーマチャシャフト４８は、非磁性材料で構成されたロッド状の部材である。アーマチャシャフト４８の下端面は弁軸４５の上端面に当接している。
【００１９】
弁軸４５の上端部には、ロアリテーナ５０が固定されている。ロアリテーナ５０の下部にはロアスプリング５２が配設されている。ロアスプリング５２の下端は、シリンダヘッド２０に当接している。ロアスプリング５２は、ロアリテーナ５０およびアーマチャシャフト４８を、図２における上方へ向けて付勢している。
【００２０】
アーマチャシャフト４８の上端部には、アッパリテーナ５４が固定されている。アッパリテーナ５４の上部には、アッパスプリング５６の下端部が当接している。アッパスプリング５６の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパキャップ５７が配設されている。アッパスプリング５６の上端部は、アッパキャップ５７に螺着されたアジャストボルト５８に当接している。アッパスプリング５６は、アッパリテーナ５４およびアーマチャシャフト４８を、図２における下方へ向けて付勢している。
【００２１】
アーマチャシャフト４８の外周には、アーマチャ６０が接合されている。アーマチャ６０は、軟磁性材料で構成された環状の部材である。アーマチャ６０の上方には、アッパコイル６２及びアッパコア６４が配設されている。また、アーマチャ６０の下方には、ロアコイル６６及びロアコア６８が配設されている。アッパコア６４およびロアコア６８は、共に磁性材料で構成された部材である。アーマチャシャフト４８は、アッパコア６４およびロアコア６８の中央部に、摺動可能に保持されている。また、アッパコイル６２及びロアコイル６６はＥＣＵ１０に接続する。ＥＣＵ１０は、アッパコイル６２及びロアコイル６６に所定の励磁電流を供給する。
【００２２】
アッパコア６４およびロアコア６８の外周には、外筒７４が配設されている。アッパコア６４およびロアコア６８は、両者間に所定の間隔が確保されるように、外筒７４により保持されている。アッパキャップ５７は、アッパコア６４の上端面に固定されている。また、アジャスタボルト５８は、アーマチャ６０の中立位置がアッパコア６４とロアコア６８の中央となるように調整されている。
【００２３】
次に、電磁駆動弁４０の動作について説明する。電磁駆動弁４０においてアーマチャ６０がアッパコア６４に当接した状態では、排気弁４４はバルブシート２８に着座する。この状態は、アッパコイル６２に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。以下、排気弁４４がバルブシート２８に着座した位置を排気弁４４の全閉位置と称す。
【００２４】
排気弁４４が全閉位置に維持されている状態で、アッパコイル６２に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング５６に付勢されることにより、アーマチャ６０が図２における下方へ向けて変位する。アーマチャ６０の変位量が所定値に達した時点で、ロアコイル６６に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ６０をロアコア６８側へ吸引する吸引力、すなわち、排気弁４４を図２において下方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２５】
アーマチャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、アーマチャ６０は、排気弁４４と共に、ロアスプリング５２の付勢力に抗して図２における下方へ向けて変位する。排気弁４４の変位は、アーマチャ６０がロアコア６８と当接するまで継続する。以下、アーマチャ６０がロアコア６８に当接した状態での排気弁４４の位置を全開位置と称す。この状態は、ロアコイル６６に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。
【００２６】
排気弁４４が全開位置に維持されている状態で、ロアコイル６６に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅すると、ロアスプリング５２に付勢されることにより、アーマチャ６０が図２における上方へ向けて変位する。アーマチャ６０の変位量が所定値に達した時点で、アッパコイル６２に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ６０をアッパコア６４側へ吸引する吸引力、すなわち、排気弁４４を図２において上方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２７】
アーマチャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、アーマチャ６０は、排気弁４４と共に、アッパスプリング５６の付勢力に抗して図２における上方へ向けて変位する。排気弁４４の変位は、アーマチャ６０がアッパコア６４と当接するまで、すなわち、排気弁４４が全閉位置に達するまで継続する。
上述の如く、電磁駆動弁４０によれば、アッパコイル６２に所定の励磁電流を供給することにより排気弁４４を全閉位置に向けて変位させることができると共に、ロアコイル６６に所定の励磁電流を供給することにより排気弁４４を全開位置に向けて変位させることができる。従って、電磁駆動弁４０によれば、アッパコイル６２とロアコイル６６とに交互に励磁電流を供給することにより、排気弁４４を、全開位置と全閉位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【００２８】
吸気弁４２を備える電磁駆動弁３８は、上述した電磁駆動弁４０と同様に作動する。従って、本実施例によれば、ＥＣＵ１０が、電磁駆動弁３８、４０のアッパコイル６２およびロアコイル６６に対して、それぞれ、適当なタイミングで交互に励磁電流を供給することにより、吸気弁４２及び排気弁４４を任意のタイミングで開閉駆動することができる。
【００２９】
再び図１を参照するに、内燃機関は吸気マニホールド８０を備えている。吸気マニホールド８０はサージタンク８２と各吸気ポート２２とを連通する複数の枝管を備えている。各枝管には、燃料噴射弁８３が配設されている。燃料噴射弁８３はＥＣＵ１０から付与される指令信号に応じて燃料を枝管内に噴射する。
サージタンク８２の上流側には、吸気管８４が連通している。吸気管８４には、スロットルバルブ８６が配設されている。吸気管８４のスロットルバルブ８６より上流側の部位にはエアフローメータ８７が配設されている。エアフローメータ８７は、吸気管８４に吸入される空気の流量（以下、吸入空気量と称す）に応じた信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ８７の出力信号に基づいて吸入空気量を検出する。吸気管８４の上流側端部にはエアクリーナ８８が連通している。従って、吸気管８４にはエアクリーナ８８により濾過された外気が流入する。また、内燃機関の排気ポート２４には、排気通路９０が連通している。
【００３０】
内燃機関には、また、クランク角センサ９４が設けられている。クランク角センサ９４の出力信号はＥＣＵ１０に供給されている。ＥＣＵ１０はクランク角センサ９４の出力信号に基づいてクランク角ＣＡを検出する。
本実施例の内燃機関において、一部の気筒について、燃料噴射及び点火を停止することにより、その気筒を休止させる休止気筒制御を実現することができる。休止気筒制御によれば、休止気筒における燃料噴射の停止及びポンピングロスの低減により燃費の向上が図られる。本実施例の内燃機関では、休止気筒制御における休止気筒は例えば＃１気筒及び＃４気筒に固定されている。
【００３１】
従前の休止気筒制御においては、休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４は常に閉弁保持される。しかしながら、休止気筒が特定の気筒に固定されている場合に、休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４が常に閉弁保持されるものとすると、休止気筒の燃焼室２６からピストン１８の摺動面を介してクランクケース側へガスが徐々に漏出することにより、休止気筒の筒内圧は低圧となる。このため、作動気筒と休止気筒との間で筒内圧のピーク値に差異が生ずることに起因して、全ての気筒が作動する状態（以下、全気筒運転状態と称す）に比べて内燃機関の振動が増大してしまう。
【００３２】
これに対して、本実施例の内燃機関は、休止気筒の排気弁４４を所定時期に開弁させることにより、休止気筒の筒内圧の低下を防止して内燃機関の振動を抑制し得る点に特徴を有している。
先ず、図３及び図４を参照して、従前の如く休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４を常に閉弁保持した場合の各気筒の筒内圧の変化、及びそれに伴う内燃機関の振動を、全気筒運転状態と比較して説明する。
【００３３】
図３は、全気筒運転状態での＃４気筒の排気弁４４の開閉動作、＃３・＃４気筒の筒内圧の変化、及び、内燃機関の振動波形をそれぞれ（Ａ）〜（Ｃ）に示す図である。また、図４は、休止気筒制御の実行中に休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４を常に閉弁保持した場合について示す図３と同様の図である。
なお、図３（Ｂ）には、＃３・＃４気筒の筒内圧を代表的に示しているが、＃１・＃２気筒の筒内圧も、各気筒の行程に同期して＃３・＃４気筒とほぼ同じ変化を示す。同様に、図４（Ｂ）には、作動気筒として＃３気筒の筒内圧を、休止気筒として＃４気筒の筒内圧を、それぞれ代表的に示しているが、＃２気筒及び＃１気筒の筒内圧も、各気筒の行程に同期して＃３気筒及び＃４気筒の筒内圧とほぼ同様の変化を示す。また、図３（Ｃ）及び図４（Ｃ）に示す内燃機関の振動波形は、シリンダヘッド２０にクランク軸周りのローリング振動を計測する加速度ピックアップを取り付けて、その出力信号を表示したものであり、縦軸は加速度を表している。更に、図３及び図４において、横軸は、内燃機関のクランク角を＃４気筒のピストン１８の上死点（ＴＤＣ）及び下死点（ＢＤＣ）を基準として表示している。
【００３４】
図３（Ｂ）に示す如く、全気筒運転状態では、＃３気筒及び＃４気筒の筒内圧は各気筒の爆発時期に同期してほぼ同じピーク値まで上昇する。この場合、図３（Ｃ）に示す如く、内燃機関の振動は比較的小さく抑えられる。
一方、休止気筒制御の実行中に休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４を閉弁保持した場合には、上記の如く休止気筒の燃焼室２６からクランクケース側へガスが漏れることにより筒内圧は低下する。このため、図４（Ｂ）に示す如く、休止気筒である＃４気筒の筒内圧は、ピストン１８が上死点近傍に達した際に僅かに増加するのみであり、そのピーク値は極めて小さい。また、休止気筒制御の実行中に全気筒運転状態と同じ出力トルクを得るためには、作動気筒のそれぞれが発生すべきトルクは、全気筒運転状態において各気筒が発生するトルクよりも大きくなる。このため、図４（Ｂ）に示す如く、作動気筒である＃３気筒の筒内圧のピーク値は、全気筒運転状態でのピーク値に比べて大きくなっている。
【００３５】
このように、休止気筒制御において休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４を常に閉弁保持する場合には、休止気筒の筒内圧が減少し、かつ、作動気筒の筒内圧が増加することで休止気筒と作動気筒との間の筒内圧の差異が大きくなる。従って、内燃機関全体としてみると、全気筒運転状態では、筒内圧には１サイクルの間に４つのピークが１８０゜ＣＡ間隔で生ずるのに対して、休止気筒制御の実行中は、筒内圧には１サイクルの間に全気筒運転状態よりも大きな２つのピークが３６０゜ＣＡ間隔で生ずる。つまり、休止気筒制御の実行中は、全気筒運転状態に比べて大きな筒内圧のピークがより長い間隔で生ずることとなる。その結果、内燃機関の出力トルクの変動も大きくなり、図４（Ｃ）に示す如く、休止気筒制御の実行中における内燃機関の振動は、全気筒運転状態と比較して増加する。
【００３６】
図５は、本実施例の内燃機関において、全気筒運転状態から休止気筒制御を開始する場合の＃１気筒〜＃４気筒における吸気弁４２及び排気弁４４の開閉動作をそれぞれ（Ａ）〜（Ｄ）に示すタイムチャートである。なお、図５及び以下に示す同様のタイムチャートにおいて、" ＩＮ" 及び" ＥＸ" はそれぞれ吸気弁４２及び排気弁４４を表すものとする。また、横軸は内燃機関のクランク角を各気筒のピストン１８の上死点（ＴＤＣ）及び下死点（ＢＤＣ）で表示しており、各図中の最上段には爆発が行われる気筒の番号を表示している。図６は、図５に示すタイムチャートに従って休止気筒の吸気弁４２及び排気弁４４を開閉させた場合について示す上記図３及び図４と同様の図である。
【００３７】
本実施例では、休止気筒制御の実行中は、休止気筒である＃１気筒及び＃４気筒において点火が休止されると共に、図５（Ａ）及び（Ｄ）にそれぞれ斜線を付して示す如く、下死点（ＢＤＣ）より手前から所定期間にわたって排気弁４４が開弁される。内燃機関の運転中は、排気通路９０には大気圧にほぼ等しい圧力の排気ガスが充満している。このため、上記の如く排気弁４４が開弁されると、排気通路９０から燃焼室２６へ排気ガスが再吸入されることで、休止気筒の筒内圧はほぼ大気圧まで増加する。そして、ピストン１８が上死点に向けて変位する過程で排気弁４４が閉弁されると、その後、燃焼室２６へ再吸入された排気ガスが圧縮される。このため、図６（Ｂ）に示す如く、排気弁４４の閉弁後、休止気筒である＃４気筒の筒内圧が上昇して＃３気筒と＃４気筒との間の筒内圧の差異は小さくなる。その結果、図６（Ｃ）に示す如く、内燃機関の振動は、図５（Ｃ）に示す従前の休止気筒制御の場合に比べて小さく抑制される。
【００３８】
ところで、休止気筒においても上死点近傍では筒内圧は大気圧を上回る場合がある。このように筒内圧が大気圧を上回った状態で排気弁４４を開弁させても、排気通路９０から燃焼室２６へ排気ガスを再吸入することはできない。従って、休止気筒における排気弁４４の開弁タイミングは、筒内圧が大気圧以下になるまでピストン１８が上死点から下死点に向けて変位した時点となるように設定される。
【００３９】
また、休止気筒の筒内圧のピーク値は、排気弁４４が閉弁されるタイミングに依存する。すなわち、排気弁４４の閉弁タイミングが下死点に近いほど、再吸入された排気ガスが大きな度合いで圧縮されるために筒内圧のピーク値は大きくなる。排気弁４４の閉弁タイミングは、内燃機関の負荷に応じて、休止気筒の筒内圧によって生ずる加速度の変化が作動気筒の筒内圧によって生ずる加速度変化とほぼ一致するように設定される。
【００４０】
以下、本実施例において、ＥＣＵ１０が実行する具体的な処理について説明する。図７は、本実施例において休止気筒制御を実現すべくＥＣＵ１０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、その処理が終了する毎に繰り返し起動される。図７に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１００の処理が実行される。
【００４１】
ステップ１００では、休止気筒制御の開始要求が発せられているか否かが判別される。その結果、休止気筒制御の開始要求が発せられていなければ、今回のルーチンは終了される。一方、ステップ１００において休止気筒制御の開始要求が発せられていれば、次にステップ１０２の処理が実行される。
ステップ１０２では、＃１気筒及び＃４気筒の燃料噴射及び点火を禁止する処理が実行される。
【００４２】
ステップ１０４では、＃１気筒及び＃４気筒の吸気弁４２及び排気弁４４が閉弁される。この閉弁処理は、燃焼行程及び排気行程が終了した時点で実行される。
ステップ１０６では、作動気筒の筒内圧のピーク値Ｐ_MAXを推定する処理が実行される。作動気筒の筒内圧は、内燃機関の負荷にほぼ比例する。そこで、本ステップ１０６では、ピーク値Ｐ_MAXを吸入空気量に基づいて推定することとしている。ただし、作動気筒である＃２気筒又は＃３気筒に筒内圧センサを設け、筒内圧のピーク値Ｐ_MAXを直接検出することとしてもよい。
【００４３】
ステップ１０８では、作動気筒の筒内圧のピーク値Ｐ_MAXに基づいて、休止気筒における排気弁４４の閉弁タイミングＴ_closeが決定される。
ステップ１１０では、現時点が休止気筒における排気弁４４の開弁タイミングＴ_openであるか否かが判別される。なお、開弁タイミングＴ_openは、上記の如く、休止気筒の筒内圧が大気圧を下回るタイミングとなるように予め設定されている。ステップ１１０において、現時点が開弁タイミングＴ_openであれば、次にステップ１１２において＃１気筒及び＃４気筒の排気弁４４が開弁された後、ステップ１１４の処理が実行される。一方、ステップ１１０において、現時点が開弁タイミングＴ_openでなければ、次にステップ１１６の処理が実行される。
【００４４】
ステップ１１６では、現時点が排気弁４４の閉弁タイミングＴ_closeであるか否かが判別される。その結果、現時点が閉弁タイミングＴ_closeであれば、次にステップ１１８において＃１気筒及び＃４気筒の排気弁４４が閉弁された後、ステップ１１４の処理が実行される。一方、ステップ１１６において、現時点が閉弁タイミングＴ_closeでなければ、次にステップ１１４の処理が実行される。
【００４５】
ステップ１１４では、休止気筒制御の終了要求が発せられているか否かが判別される。その結果、終了要求が発せられていなければ、再び上記ステップ１０６の処理が実行される。一方、ステップ１１４において、休止気筒制御の終了要求が発せられていれば、次にステップ１２０において、＃１気筒及び＃４気筒の燃料噴射及び点火の禁止を解除する処理が実行された後、今回のルーチンは終了される。
【００４６】
上述の如く、本実施例の内燃機関では、休止気筒制御中に休止気筒の排気弁４４を開弁させることにより、休止気筒の筒内圧を増加させる。従って、本実施例によれば、休止気筒制御中に、休止気筒と作動気筒との間の筒内圧の差異を小さくして内燃機関の振動を抑制することができる。
なお、上記実施例では、ＥＣＵ１０が図７に示すルーチンのステップ１１０、１１２、１１６、１１８の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した休止気筒筒内圧制御手段が、ＥＣＵ１０が図７に示すルーチンのステップ１０６、１０８の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した作動気筒筒内圧検知手段が、それぞれ実現されている。
【００４７】
ところで、上記実施例では、休止気筒である＃１気筒及び＃４気筒について、ピストン１８が一往復する間に一回排気弁４４を開弁させるものとした。しかしながら、休止気筒における筒内圧の低下は気筒の休止後、直ちに生ずるものではないため、必ずしも毎回排気弁４４を開弁させる必要はない。例えば、図８に示す如く、ピストン１８が１往復する毎に＃１気筒及び＃４気筒とで交互に排気弁４４を開弁させることとしてもよい。あるいは、ピストン１８が数往復する毎に排気弁４４を開弁させることとしてもよい。
【００４８】
また、休止気筒の筒内圧を増加させる手段として、吸気弁４２を開弁させることにより燃焼室２６に新気を吸入させることも考えられる。しかし、休止気筒の燃焼室２６に新気を吸入させると、休止気筒の作動が開始される際に、新気がそのまま排気通路９０へ排出される。この場合、排気通路９０における空燃比がリーン側へ変化することで、触媒による排気ガスの浄化性能が低下する可能性がある。また、休止気筒の燃焼室２６に新気を吸入させる場合には、新気により筒内が冷却され、休止気筒の作動再開を円滑に行えない場合も生じ得る。これに対して、上記実施例では、燃焼室２６に既燃ガスを再吸入させるので、休止気筒の作動が開始される際には、この既燃ガスが再び排気通路９０へ排出され、排気通路９０の空燃比が影響を受けることはない。また、高温の既燃ガスが燃焼室２６に吸入されることで、休止気筒の冷却も防止される。このように、本実施例によれば、休止気筒制御の終了後の気筒の再始動時における不都合を回避しつつ、休止気筒制御中の内燃機関の振動を抑制することが可能となっている。
【００４９】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例は、休止気筒制御において休止気筒を順次変更する場合に、内燃機関の振動を抑制し得る点に特徴を有している。
図９は、各気筒において燃焼行程が終了する下死点から次の下死点までピストン１８が一往復する間、吸気弁４２及び排気弁４４を閉弁保持することにより気筒を順次休止させる場合の、＃１〜＃４気筒の吸気弁４２及び排気弁４４の開閉動作をそれぞれ（Ａ）〜（Ｄ）に示すタイムチャートである。図９に示す動作例は、内燃機関を６サイクルで運転することにより休止気筒制御を実現するものであり、従前より休止気筒制御において休止気筒を順次変更する手法として知られている。以下、内燃機関を６サイクル運転することにより休止気筒を順次変更する休止気筒制御を６サイクル休止気筒制御と称す。本実施例のシステムは、６サイクル休止気筒制御の実行中における内燃機関の振動を抑制するものである。先ず、図９を参照して、従前の６サイクル休止気筒制御における内燃機関の動作について説明する。
【００５０】
例えば図９（Ａ）に示す＃１気筒では、区間Ｔ１及びＴ２においてそれぞれ吸気行程及び圧縮行程が行われ、続く区間Ｔ３で燃焼行程が行われる。区間Ｔ３に続く区間Ｔ４及びＴ５では、吸気弁４２及び排気弁４４が閉弁保持されることで、＃１気筒は休止される。この休止区間Ｔ４及びＴ５では、それぞれ、ピストン１８が上死点及び下死点に向けて変位することにより、燃焼室２６は吸気ポート２２及び排気ポート２４の両方から遮断された状態で圧縮及び膨張される。そして、区間Ｔ５に続く区間Ｔ６で排気弁４４が開弁されることにより排気行程が行われた後、再び、吸気、圧縮、爆発、休止（圧縮）、休止（膨張）、及び排気の各行程が行われる。他の気筒でも同様に、燃焼行程が終了した直後、ピストン１８が下死点と上死点との間を一往復する間は、吸気弁４２及び排気弁４４が閉弁保持されることで、吸気、圧縮、爆発、休止（圧縮）、休止（膨張）、及び排気の各行程が実現されることとなる。すなわち、図９に示す６サイクル休止気筒制御では、内燃機関は吸気、圧縮、爆発、休止（圧縮）、休止（膨張）、及び排気の６サイクルで運転され、休止気筒は、燃焼順序に従って、＃１気筒、＃３気筒、＃２気筒、＃４気筒と順次変更されることになる。
【００５１】
図９からわかるように、＃３気筒の爆発は＃１気筒よりも１８０゜ＣＡだけ遅れて行われ、＃２気筒の爆発は＃３気筒よりも３６０゜ＣＡだけ遅れて行われる。また、＃４気筒の爆発は＃２気筒よりも１８０゜ＣＡだけ遅れて行われ、更に、＃１気筒の爆発は＃４気筒よりも３６０゜ＣＡだけ遅れて行われる。従って、１８０゜ＣＡ毎に各気筒で順次燃焼が行われる場合を基準とすると、＃１気筒→＃３気筒→＃２気筒→＃４気筒の燃焼順序において＃３気筒と＃２気筒との間、及び、＃４気筒と＃１気筒との間で、それぞれ、燃焼が休止されることとなる。
【００５２】
図１０（Ａ）は、図９に示すタイムチャートに従って内燃機関が運転された場合の６サイクルにわたる＃１〜＃４気筒の筒内圧の変化を、それぞれ実線、一点鎖線、二点鎖線、及び破線で示す。また、図１０（Ｂ）は、全気筒の筒内圧の和（以下、合成筒内圧と称す）の変化を示す。
上記第１実施例で述べたように、休止気筒における燃焼室２６からクランクケース側へのガスの漏れは徐々に生ずる。従って、６サイクル休止気筒制御のように、燃焼行程の後、直ちに気筒を休止させる場合には、休止気筒の燃焼室２６には既燃ガスがほとんど漏出することなく残存している。この場合、休止気筒においてピストン１８が上死点に向けて変位すると、既燃ガスが圧縮されることにより、上死点において筒内圧は爆発時とほぼ同じ値まで上昇する。このため、図１０（Ａ）に示す如く、各気筒の筒内圧は、燃焼行程が開始される上死点及びその次の上死点で最大値となるような変化を示すことになる。すなわち、各気筒の筒内圧には、６サイクル当たり２つのピークが現れる。
【００５３】
上記図９（Ｂ）及び（Ｃ）から分かるように、＃２気筒における爆発は、その時点での休止気筒である＃３気筒の上死点近傍のタイミングで行われる。また、図９（Ａ）及び（Ｄ）から分かるように、＃１気筒における爆発は、その時点での休止気筒である＃４気筒の上死点近傍のタイミングで行われる。このため、図１０（Ａ）の時点ｔ１の近傍では、＃２気筒の爆発に伴う筒内圧のピークと、その時点で休止気筒である＃３気筒の圧縮に伴う筒内圧のピークとがほぼ同時に現れる。同様に、図１０（Ａ）の時点ｔ４の近傍では、＃１気筒の爆発に伴う筒内圧のピークと、その時点で休止気筒である＃４気筒の圧縮に伴う筒内圧のピークとがほぼ同時に現れる。これに対して、時点ｔ２、ｔ３、ｔ５、ｔ６の近傍では、それぞれ、作動気筒である＃４気筒の爆発、休止気筒である＃２気筒の圧縮、作動気筒である＃３気筒の爆発、及び休止気筒である＃１気筒の圧縮による筒内圧のピークのみが生じ、他の気筒の筒内圧のピークは現れない。このため、図１０（Ｂ）に示す如く、合成筒内圧のピーク値は、２つの気筒の筒内圧上昇がほぼ同時に生ずる時点ｔ１、ｔ４の近傍と、一の気筒の筒内圧上昇のみが生ずる時点ｔ２、ｔ３、ｔ５、ｔ６の近傍とで変化し、その結果、内燃機関の振動は増大することになる。
【００５４】
これに対して、本実施例の内燃機関は、休止気筒における上死点が、他の気筒の爆発のタイミングと一致する場合には、その休止気筒の排気弁４４を開弁させて休止気筒における筒内圧の上昇を抑制することにより、内燃機関の振動を抑制する。
図１１は、本実施例における＃１〜＃４気筒の吸気弁４２及び排気弁４４の開閉動作をそれぞれ（Ａ）〜（Ｄ）に示すタイムチャートである。図１１（Ｃ）及び（Ｄ）にそれぞれ斜線を付して示す如く、＃３気筒及び＃４気筒では、燃焼行程が終了した後の休止期間中に排気弁４４が開弁される。
【００５５】
図１２（Ａ）は、図１１に示すタイムチャートに従って内燃機関が運転された場合の各気筒の筒内圧の変化を示す。また、図１２（Ｂ）は、合成筒内圧の変化を示す。＃３気筒及び＃４気筒の休止期間では、排気弁４４が開弁されることでピストン１８が上死点に向けて変位しても筒内圧は上昇しない。このため、図１２（Ａ）に示す如く、時点ｔ１の近傍での＃２気筒の爆発に伴う筒内圧の上昇時に、休止中の＃３気筒の筒内圧が上昇することが防止される。同様に、時点ｔ４の近傍での＃１気筒の爆発に伴う筒内圧の上昇時に、休止中の＃４気筒の筒内圧が上昇することが防止される。すなわち、各気筒における筒内圧のピークは、それぞれ単独に生ずることとなる。その結果、図１２（Ｂ）に示す如く、合成筒内圧のピーク値はほぼ一定に保たれ、内燃機関の振動が抑制される。
【００５６】
このように、本実施例では、６サイクル休止気筒制御において、休止気筒における上死点が、他の気筒における爆発のタイミングと重複する場合に、その休止気筒の排気弁４４を開弁することで、爆発に伴う筒内圧の上昇と休止気筒の筒内圧の上昇とが同時に生ずることが防止される。従って、本実施例によれば、６サイクル休止気筒制御の実行中における内燃機関の振動を抑制することができる。
【００５７】
また、休止気筒が特定の気筒に固定される場合は、休止気筒において温度低下や潤滑油切れが生じ、休止気筒の作動を円滑に再開できない場合がある。これに対して、６サイクル休止気筒制御によれば、休止気筒が順次変更されることで上記の不都合を回避することができる。
なお、上記第２実施例では、ＥＣＵ１０が図１１（Ｃ）及び（Ｄ）に示すタイミングで＃１気筒及び＃４気筒の排気弁４４を開弁させることにより特許請求の範囲に記載した休止気筒筒内圧制御手段が実現されている。
【００５８】
ところで、上記図１１に示すタイムチャートでは、＃３気筒及び＃４気筒において、休止中の全期間にわたって排気弁４４を開弁させるものとしたが、休止気筒の排気弁４４の開閉タイミングは、内燃機関の振動が最小限に抑制されるように実験的に定められることが好ましい。
また、休止気筒の筒内圧を減少させる手段として、吸気弁４２を開弁させることも考えられる。しかし、吸気弁４２を開弁させると、休止気筒内の既燃ガスが吸気管８４からあの気筒へまわりこみ、作動気筒の動作に悪影響を与えてしまう。これに対して、本実施例では、休止気筒の筒内圧を減少させる手段として排気弁４４を開弁させることで、かかる不都合を回避することが可能となっている。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、休止気筒制御の実行中における内燃機関の振動を抑制することができる。また、休止気筒が順次変更される場合に休止気筒制御の実行中における内燃機関の振動を抑制することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、内燃機関の動作に影響を与えることなく、休止気筒制御の実行中における内燃機関の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電磁駆動弁の制御装置が適用された内燃機関の構成図である。
【図２】内燃機関が備える電磁駆動弁の全体構成を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、全気筒運転状態における＃４気筒の排気弁の開閉状態を示す図である。
図３（Ｂ）は、全気筒運転状態における＃３・＃４気筒の筒内圧の時間変化を示す図である。
図３（Ｃ）は、全気筒運転状態における内燃機関の振動波形を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、従前の休止気筒制御における＃４気筒の排気弁の開閉状態を示す図である。
図４（Ｂ）は、従前の休止気筒制御における＃３・＃４気筒の筒内圧の時間変化を示す図である。
図４（Ｃ）は、従前の休止気筒制御における内燃機関の振動波形を示す図である。
【図５】本実施例において全気筒運転状態から休止気筒制御を開始する場合の各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図６】図６（Ａ）は、本実施例の休止気筒制御における＃４気筒の排気弁の開閉状態を示す図である。
図６（Ｂ）は、本実施例の休止気筒制御における＃３・＃４気筒の筒内圧の時間変化を示す図である。
図６（Ｃ）は、本実施例の休止気筒制御における内燃機関の振動波形を示す図である。
【図７】本実施例において休止気筒制御を実現すべくＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図８】本実施例の変形例において全気筒運転状態から休止気筒制御を開始する場合の各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図９】従前の６サイクル休止気筒制御における各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）は、従前の６サイクル休止気筒制御における各気筒の筒内圧の時間変化を示す図である。
図１０（Ｂ）は、従前の６サイクル休止気筒制御における合成筒内圧の時間変化を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例に係わる６サイクル休止気筒制御における各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉動作を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２（Ａ）は、本実施例の６サイクル休止気筒制御における各気筒の筒内圧の時間変化を示す図である。
図１２（Ｂ）は、本実施例の６サイクル休止気筒制御における合成筒内圧の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ＥＣＵ
３８、４０電磁駆動弁
４４排気弁

Claims

吸気弁及び排気弁がそれぞれ電磁駆動弁により構成され、一部の気筒を休止させる休止気筒制御を実行可能な電磁駆動弁を有する内燃機関であって、
前記休止気筒制御の実行中に、休止気筒の筒内圧を制御する休止気筒筒内圧制御手段を備え、
前記休止気筒制御における休止気筒は順次変更され、
前記休止気筒筒内圧制御手段は、休止気筒のピストンの上死点において何れかの作動気筒が燃焼中である場合に、その休止気筒の筒内圧を減少させることを特徴とする電磁駆動弁を有する内燃機関。
請求項１記載の電磁駆動弁を有する内燃機関において、
前記休止気筒筒内圧制御手段は、排気弁を開閉させることにより休止気筒の筒内圧を制御することを特徴とする電磁駆動弁を有する内燃機関。
請求項１記載の電磁駆動弁を有する内燃機関において、前記休止気筒制御は、内燃機関を６サイクルで運転することにより実現されることを特徴とする電磁駆動弁を有する内燃機関。