CN102301114A - 用于多汽缸内燃机的运转控制设备和运转控制方法 - Google Patents

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Abstract

在满足多汽缸内燃机的减缸运转执行条件时，估计设置于与在减缸运转期间不工作的汽缸相连的排气通道(81L)中的催化剂转换器(82L)的温度，当该温度低于预定的预热要求温度时，执行催化剂预热操作，根据该催化剂预热操作延迟汽缸的点火时刻并使催化剂转换器(82L)的温度升高。然后，在催化剂转换器(82L)的温度变为等于或高于预热要求温度之后，启动减缸运转。

Description

用于多汽缸内燃机的运转控制设备和运转控制方法
发明背景
技术领域
本发明涉及一种用于多汽缸内燃机的运转控制设备和运转控制方法。更具体地，本发明涉及一种被设计为延长能执行减缸运转的多汽缸内燃机中的减缸运转(cut-off cylinder operation)持续时间的改进，利用减缸运转，使得一些汽缸响应于内燃机的负载而不工作。
背景技术
存在以下多汽缸发动机：其中可以执行使一些汽缸不工作的减缸运转，并且能够改进在未向发动机施加负载时的燃料消耗率，例如在日本专利申请公布No.2005-351134(JP-A-2005-351134)、日本专利申请公布No.2001-227369(JP-A-2001-227369)和日本专利申请公布No.2001-182601(JP-A-2001-182601)中公开的内容。
例如，在具有额外输出的情形中，如在发动机的空转运转期间，施加至每个汽缸的负载是较小的。因此，进气-排气损失增大，燃烧效率可能下降。由于此原因，可以执行减缸运转，其中，停止向一些汽缸(例如，V型发动机中的一个汽缸组中的汽缸)的燃料供给，并使这些汽缸停止(不工作)，增加向被供给了燃料的工作汽缸(另一个汽缸组的汽缸)施加的负载，从而增加了燃烧效率。因此，能够改进燃料消耗率并能够降低消耗燃料的量。
JP-A-2005-351134披露了以下配置：其中从上述的减缸运转向全汽缸运转进行转换，当设置于连接到与已处于不工作状态的汽缸(不工作汽缸)相连接的排气系统中的催化剂的温度低于激活温度时，推迟该汽缸的燃烧冲程中的点火时刻。因此，催化剂温度迅速地升高，并且改进了废气排放。
JP-A-2001-227369公开了以下配置：其中在设置于与不工作汽缸相连的排气系统中的催化剂的温度低于预定温度(认为催化剂处于实际活性状态的温度)的情况下阻止减缸运转。换句话说，随着催化剂温度降低而向全汽缸运转过渡，从而防止由催化剂温度降至等于或低于激活温度的水平引起的全汽缸运转的恢复期间废气排放的品质下降。
JP-A-2001-182601公开了以下配置：其中当执行催化剂快速预热控制，并在此时通过停止一些汽缸中的燃料喷射执行减缸运转时，延迟点火并且废气温度升高。
然而，在可执行减缸运转的发动机被如下配置时可能在发动机中出现后面的问题：与在减缸运转期间处于不工作状态的汽缸(不工作汽缸)相连接的排气系统的催化剂(下文中该催化剂将被称作不工作汽缸催化剂)和与持续工作的汽缸(工作汽缸)相连接的排气系统的催化剂(下文中该催化剂将被称作工作汽缸催化剂)是彼此相互独立的，如JP-A-2005-351134和JP-A-2001-227369中所公开的内容。
换句话说，当满足减缸运转执行条件时，例如，由于发动机处于空转状态，即使不工作汽缸催化剂的温度等于或高于激活温度的下限(例如，450℃)，在催化剂温度不是充分高(至少比催化剂的激活温度的下限高50℃)的情况下，在减缸运转已启动后，催化剂温度在短时间内跌至激活温度的下限附近，且全汽缸运转必需恢复。
特别地，在以与全汽缸运转期间相同方式打开和关闭在减缸运转期间的不工作汽缸的进气阀和排气阀的发动机中，空气(与外部的空气约相同温度的空气)在减缸运转期间流至不工作汽缸催化剂。结果，催化剂温度每单位时间的减少量容易增大并且上述问题更加严重。
在这样的情况下，即减缸运转的持续时间变得极短，且可以执行减缸运转的发动机系统的优点难以被充分地利用。结果，很可能不会充分体现改进燃料消耗率的效果和减少燃料消耗量的效果。
该问题类似地出现在JP-A-2005-351134、JP-A-2001-227369和JP-A-2001-182601中所述的配置中。换句话说，在JP-A-2005-351134所述的配置中，通过在已做出从减缸运转向全汽缸运转的转变之后延迟点火时间来提高催化剂温度，这样的技术不能够通过延长使不工作汽缸催化剂的温度在减缸运转期间维持在激活温度的时间来延长减缸运转的持续时间。
在JP-A-2001-227369公开的配置中，当催化剂温度变得低于预定温度时，减缸运转被阻止，且该技术同样也未能延长使减缸运转状态的不工作汽缸催化剂的温度维持在激活温度的时间间隔。
在JP-A-2001-182601中公开的排气系统配置中，所有汽缸被连接至相同催化剂(因此，它不是使不工作汽缸催化剂和工作汽缸催化剂独立的配置)。结果，未遇到在执行减缸运转时一些催化剂的温度降低的上述问题。换句话说，这不是作为本发明目的的排气系统结构。
发明内容
本发明涉及一种能够执行减缸运转的多汽缸内燃机，并且提供用于多汽缸内燃机的运转控制设备和运转控制方法，其能够在减缸运转期间维持不工作汽缸催化剂的高温，并能够保证长时间的减缸运转。
本发明所基于的问题解决原理是，执行控制，使得与将要在减缸运转期间处于不工作状态的汽缸(预定的减缸)相连接的排气系统的催化剂温度被事先设置得较高，然后开始减缸运转。结果，使催化剂温度在减缸运转期间降低至激活温度的下限附近的时间间隔可以被延长，且减缸运转的持续时间可以被延长。
本发明的第一方面涉及一种用于多汽缸内燃机的运转控制设备，多汽缸内燃机具有设置于与多个汽缸之中的至少一个汽缸相连的第一排气通道中的第一催化剂和设置于与其他汽缸相连的第二排气通道中的第二催化剂，其中，在满足预定的减缸运转执行条件后可以执行使至少一个汽缸不工作的减缸运转。用于多汽缸内燃机的运转控制设备包括催化剂温度识别装置和催化剂预热操作执行装置。催化剂温度识别装置检测或估计第一催化剂的温度。催化剂预热操作执行装置在满足减缸运转执行条件时由催化剂温度识别装置检测到或估计出的第一催化剂的温度低于预定的预热要求温度的情况下，在执行减缸运转之前，执行用于将第一催化剂的温度增至等于或高于预热要求温度的温度的催化剂预热操作。
在减缸运转期间变为不工作的“至少一个汽缸”的表述，不仅表示单一汽缸，还表示多个汽缸(例如，V型发动机中的一排汽缸)。此外，可以通过将不仅两种类型(即第一催化剂和第二催化剂)还有三种或更多类型的催化剂设置于相互不同的排气通道中使它们被独立地布置。
根据上述具体特征，在执行全汽缸运转的过程中满足减缸运转执行条件时由催化剂温度识别装置检测或估计第一催化剂的温度。当第一催化剂的温度低于预定的预热要求温度时，首先，执行催化剂预热操作来使第一催化剂的温度升高至等于或高于预热要求温度的温度，而非在满足减缸运转执行条件后立即开始减缸运转。在通过执行催化剂预热操作使第一催化剂的温度被充分升高至等于或高于预热要求温度的温度后开始减缸运转。换句话说，由于减缸运转是在第一催化剂具有相对较高温度的状态下开始的，所以即使在减缸运转期间第一催化剂的温度逐渐降低，也能够延长该温度降至必需恢复全汽缸运转的温度(例如，激活温度的下限)所需的时间。结果，可以延长减缸运转的持续时间，能够执行减缸运转的发动机系统的优点能够被充分使用，并且能够充分体现改进燃料消耗率的效果和减少燃料消耗量的效果。
催化剂预热操作执行装置可以被配置为在执行减缸运转之前执行把在减缸运转期间变为不工作的至少一个汽缸的火花塞的点火时刻向延迟侧移动的催化剂预热操作，或不对火花塞进行点火的催化剂预热操作。
当执行延迟使火花塞的点火时刻的催化剂预热操作时，在前述的至少一个汽缸(在向减缸运转转换时不工作的汽缸)的燃烧过程中的燃烧开始时刻也被延迟，在这些汽缸中的燃烧被减缓，并呈现部分空气燃料混合物在排气通道(第一排气通道)中燃烧的状态。结果，可以通过显著升高排气系统内的气体温度来使第一催化剂的温度迅速升高。因此，第一催化剂的温度可以在短时间内充分升高至等于或高于预热要求温度的温度，且能够使在催化剂预热操作期间内供给的燃料有效参与第一催化剂的温度升高。结果，可以使得用于催化剂预热操作的燃料量相对较少并可以阻止燃料消耗量的显著增加。
在执行催化剂预热操作而未点燃火花塞的情况下，几乎包含在汽缸内的全部空气燃料混合物作为未燃气体进入排气通道(第一排气通道)，接收第一催化剂的热能，混合物燃烧(氧化反应)。在这种情况下，第一催化剂的温度也可以在短时间内充分地升高至等于或高于预热要求温度的温度。此外，在这种情况下，几乎可以使在催化剂预热操作时段内供给的所有燃料量参与第一催化剂的温度升高。结果，用于催化剂预热操作的燃料量可以降低至必需的最小值。因此，在执行未点燃火花塞的催化剂预热操作的情况下，在第一催化剂内必须存在一些热能。因此，该操作可以在已经检测或估计第一催化剂的温度之后并且已确认在第一催化剂内存在足以用于使空气燃料混合物燃烧的热能之后执行。
此外，催化剂预热操作在执行减缸运转之前可以延迟在减缸运转期间变为不工作的至少一个汽缸的火花塞的点火时刻并且逐渐地增加点火时刻的延迟量，从而，在由空气燃料混合物的燃烧产生的能量中，逐渐地减少参与产生内燃机中的扭矩的动能的量并逐渐地增加参与催化剂预热的热能的量。
用这样的配置，在满足减缸运转执行条件并且启动催化剂预热操作的情况下，在其初始阶段中，火花塞的点火时刻的延迟量相对较小，由空气燃料混合物的燃烧产生的能量的大部分成为参与产生内燃机中的扭矩的动能，而部分能量被用作参与催化剂预热(第一催化剂的加热)的热能。然后，随着火花塞的点火时刻的延迟量逐渐地增加，在由空气燃料混合物的燃烧产生的能量中参与产生内燃机的扭矩的动能的量逐渐地减少，而参与催化剂预热的热能的量逐渐地增加。在第一催化剂的温度变为等于或高于预热要求温度的情况下，停止催化剂预热操作并且启动减缸运转。这样，当从全汽缸运转向减缸运转进行切换时，内燃机的扭矩在催化剂预热操作期间逐渐地减少。因此，阻止了这样的运转模式切换期间的突然扭矩波动，并且几乎消除了在运转模式切换期间的振动(震动)的发生。换句话说，从全汽缸运转向减缸运转的切换能够被执行为使得机动车驾驶员不会意识到运转模式切换并且能够大大改进驾驶性能。这样，利用本问题解决方案，则有可能实现新型的从全汽缸运转向减缸运转的切换操作，在运转切换期间几乎不引起震动，并且还可以通过延长减缸运转的持续时间来达到改进燃料消耗率的效果和降低燃料消耗率的效果。
此外，催化剂预热操作执行装置还可以在执行减缸运转之前把在减缸运转期间变为不工作的至少一个汽缸的燃料供给时刻向延迟侧移动。
在这种情况下，空气燃料混合物还在第一排气通道或第一催化剂内燃烧。因此，第一催化剂的温度可以在短时间内充分升高至等于或高于预热要求温度的温度。
在第一催化剂的温度在减缸运转期间已降至预定的全汽缸运转恢复温度的情况下，可以从减缸运转向全汽缸运转进行切换。此外，全汽缸运转恢复温度可被设置为高于空气燃料混合物能够在第一催化剂转换器内燃烧的第一催化剂的激活温度的下限的温度，并被设置为低于预热要求温度的温度(第一催化剂的激活温度的下限)＜(全汽缸运转恢复温度)＜(预热要求温度)。
在如此设置温度的情况下(预热要求温度被设置得高于全汽缸运转恢复温度，全汽缸运转恢复温度被设置为高于第一催化剂的激活温度的下限)，既可以延长催化剂温度在减缸运转期间降低至激活温度的下限附近所需的时间，还可防止在从减缸运转向全汽缸运转进行切换时的废气排放的品质退化。
本发明的第二方面涉及一种用于多汽缸内燃机的运转控制方法，多汽缸内燃机具有设置于与多个汽缸之中的至少一个汽缸相连的第一排气通道中的第一催化剂和设置于与其他汽缸相连的第二排气通道中的第二催化剂，其中，可以执行使至少一个汽缸不工作的减缸运转。该运转控制方法包括：判断是否满足预定的减缸运转执行条件；检测或估计第一催化剂的温度；以及在满足减缸运转执行条件时已检测到或估计出的第一催化剂的温度低于预定的预热要求温度的情况下，在执行减缸运转之前，执行用于将第一催化剂的温度增至等于或高于预热要求温度的温度的催化剂预热操作。
根据本发明的第二方面，可以延长减缸运转的持续时间，可以充分利用能够执行减缸运转的发动机系统的优点，并且可以充分体现改进燃料消耗率的效果和降低燃料消耗量的效果。
根据本发明，当启动减缸运转时，执行控制，使与要在减缸运转期间处于不工作状态的汽缸相连接的排气系统的催化剂温度事先设置得较高，然后启动减缸运转。结果，可以延长催化剂温度在减缸运转期间降低至激活温度的下限附近所需要的时间。结果，可以延长减缸运转的持续时间，且可以充分体现改进燃料消耗率的效果和降低燃料消耗量的效果。
附图说明
根据参照附图对示例性实施例的如下描述，本发明的以上和其它特征和优点将变得明显，其中相同的附图标记用来表示相同的元件，在附图中：
图1示出了从沿机轴的中心轴线的方向看到的本实施例的V型发动机的内部结构的示意性配置；
图2是示意性示出发动机、进气-排气系统和控制系统的系统配置图；
图3是示出发动机的控制系统的框图；以及
图4是示出运转切换控制的操作序列的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的实施例。在本实施例中，说明了将本发明应用到安装有V型六汽缸汽油发动机作为内燃机的车辆的情况。
在说明向减缸运转进行切换期间所执行的控制(代表本发明的具体特点的控制)之前，先说明发动机以及控制块的一般配置。
图1示出了从沿机轴C的中心轴线的方向看到的本实施例的V型发动机E的内部构造的示意性结构。图2是示意性示出发动机E、进气-排气系统和控制系统的系统配置图。
如在这些图中所示，V型发动机E具有在汽缸体1上部中类似V形突出的一对汽缸组2L、2R。汽缸组2L、2R具有被布置于汽缸体1的上端部的汽缸盖3L、3R和附连到汽缸盖上端的顶盖4L、4R。多个汽缸5L、5R(例如，每汽缸组2L、2R中的三个汽缸)被以预定的插入角(例如，90°)安装在汽缸体1中，且活塞51L、51R被容纳在汽缸5L、5R内以使得汽缸能够在其中进行往复运动。活塞51L、51R经由连杆52L、52R耦接到机轴C，以使得能够向其传送动力。此外，曲轴箱6被安装在汽缸体1下面，且从汽缸体1内的下部至曲轴箱6的内部的空间起到曲柄室61的作用。在曲轴箱6下面还设有作为储油器的油盘62。
用于打开和关闭进气口31L、31R的进气阀32L、32R和用于打开和关闭汽缸组气口33L、33R的汽缸组气阀34L、34R分别结合在汽缸盖3L、3R中，并且阀32L、32R、34L和34R的打开和关闭操作通过布置在形成于汽缸盖3L、3R与顶盖4L、4R之间的凸轮室41L、41R中的凸轮轴35L、35R、36L、36R的旋转来进行。
本实施例的发动机E的汽缸盖3L、3R具有分开的结构。更具体地，汽缸盖3L、3R由安装在汽缸体1上表面的主汽缸盖体37L、37R和附连在主汽缸盖体37L、37R上侧的凸轮轴壳体38L、38R配置而成。
与汽缸组2L、2R对应的进气歧管7L、7R被布置于在汽缸组2L、2R的内侧(汽缸组之间的侧)上的上部中，进气歧管7L、7R的下游端与进气口31L、31R相通。此外，进气歧管7L、7R与被汽缸组共用的缓冲罐71(参见图2)和设有节气阀72的进气管73相通。空气过滤器74被设于进气管73的上游。结果，从空气过滤器74引至进气管73的空气经由缓冲罐71被引至进气歧管7L、7R。
喷射器75L、75R被分别地设置在汽缸盖3L、3R的进气口31L、31R中，并且当燃料从喷射器75L、75R喷射时，获得空气燃料混合物(其中从进气歧管7L、7R引入的空气与从喷射器75L、75R喷射的燃料混合)，当进气阀32L、32R打开时，空气燃料混合物被引入燃烧室76L、76R。
火花塞77L、77R被布置于燃烧室76L、76R的顶部中。在燃烧室76L、76R中，由火花塞77L、77R的点火产生的空气燃料混合物的燃烧压力被传送至活塞51L、51R，引起活塞51L、51R的往复运动。活塞51L、51R的往复运动经由连杆52L、52R被传输至机轴C，转换为旋转运动，并作为发动机E的输出而被取出。凸轮轴35L、35R、36L、36R被由定时链传送、从机轴C输出的动力旋转驱动，此旋转打开和关闭阀32L、32R、34L、34R。
空气燃料混合物在燃烧后变为当阀34L、34R打开时被释放到排气歧管8L、8R的废气。排气管81L、81R连接到排气岐管8L、8R，且包含三效尾气净化催化剂的催化剂转换器82L、82R被附连至排气管81L、81R。当废气经过催化剂转换器82L、82R时，包含在废气中的碳化氢(HC)、一氧化碳(CO)和氧化氮成分(NOx)被净化。此外，排气管81L、81R的下游端侧被合并并连接至消声器83。
上述发动机E的运转状态由发动机电子控制单元(ECU)9控制。如图3所示，发动机ECU 9具有中央处理器(CPU)91、只读存储器(ROM)92、随机存取存储器(RAM)93和备份RAM 94。
ROM 92存储控制程序和在执行控制程序时涉及的映射。CPU 91基于存储在ROM 92中的控制程序和映射来执行计算。
RAM 93是临时存储CPU 91中获得的计算结果还有由传感器输入的数据的存储器。备份RAM 94是存储当发动机E停止时必须被保存的数据的非易失性存储器。这些ROM 92、CPU 91、RAM 93和备份RAM 94经由总线97彼此连接，并且还被连接至外部输入电路95和外部输出电路96。
水温传感器101、空气流量计102、进气温度传感器103、空燃比(A/F)传感器104a、氧气(O2)传感器104b、节气门位置传感器105、曲柄角传感器106、凸轮角传感器107、爆震传感器108、进气压力传感器109和加速器下压量传感器110连接到外部输入电路95。喷射器75L、75R、点火器111和驱动节气阀72的节气门马达72a连接到外部输出电路96。
水温传感器101对形成于汽缸体1中的水套11中流动的冷却水的温度进行检测，并将冷却水温度信号发送给发动机ECU 9。
空气流量计102检测进气量并将进气量信号发送给发动机ECU 9。
进气温度传感器103设置在空气过滤器74的下游，检测进气温度，并将进气温度信号发送给发动机ECU 9。
A/F传感器104a设置在催化剂转换器82L、82R的上游。例如，为此可以使用限流系统的氧浓度传感器。A/F传感器104a生成与在大的空燃比范围内的空燃比对应的输出电压并将电压信号发送给发动机ECU 9。
O2传感器104b设置在催化剂转换器82L、82R的下游。例如，可以使用电动势系统(密度电池系统)的氧浓度传感器。O2传感器104b判断废气中的空燃比是否是理想配比的空燃比，并将检测信号发送给发动机ECU 9。
节气门位置传感器105检测节气阀72的打开程度，并将节气门打开程度检测信号发送给发动机ECU 9。
曲柄角传感器106被布置在机轴C的附近，对机轴C的旋转角度(曲柄角CA)和转速(发动机转速NE)进行检测。更具体地，曲柄角传感器106输出针对每个预定曲柄角度(例如，30°)的脉冲信号。下面描述用曲柄角传感器106对曲柄角进行检测的方法的示例。因此，在与机轴C旋转一体化设置的转子(NE rotor)106a的外圆周表面上每30°形成外部齿，由电磁拾取器配置而成的曲柄角传感器106与外部齿相对地布置。当外部齿跟随机轴C的旋转经过曲柄角传感器106附近时，曲柄角传感器106生成输出脉冲。在一些情况中使用了以下NE转子106a：其中外部齿每10°在外圆周表面上形成。在这种情况下，通过在发动机ECU 9中的分频，由每30°CA生成输出脉冲。
凸轮角传感器107设置在进气凸轮轴35L、35R的附近，并通过与例如第一汽缸的上止点(TDC)对应地输出脉冲信号而被用为汽缸判断传感器。换句话说，凸轮角传感器107针对进气凸轮轴35L、35R的每次旋转输出脉冲信号。下面描述利用凸轮角传感器107检测凸轮角的方法的示例。因此，在与进气凸轮轴35L、35R旋转一体化设置的转子的外圆周表面上的一个位置形成外部齿，且由电磁拾取器配置成的凸轮角传感器107与该外部齿相对地布置。当外部齿跟随进气凸轮轴35L、35R的旋转经过凸轮角传感器107的附近时，凸轮角传感器107生成输出脉冲。上述转子以机轴C的一半速度进行旋转。因此，每当机轴旋转720°时，机轴C生成输出脉冲。换句话说，提供了每当某汽缸施加相同行程时(例如，当第一汽缸位于压缩上止点时)产生输出脉冲的配置。
针对每个汽缸组2L、2R提供爆震传感器108。它是利用压电系统(压电元件)或电磁系统(磁铁和线圈)来对传输至汽缸体1的发动机震动进行检测的震动式传感器。与汽缸体1的震动幅度对应的输出信号被发送至发动机ECU 9。
进气压力传感器109安装在缓冲罐71上，检测进气管73内的压力(进气管的内部压力)，并向发动机ECU 9发送进气压力信号。
加速器下压量传感器110输出与加速器踏板的下压量对应的检测信号。通过识别每单位时间加速器下压量的变化量可以识别加速器的运转速度。
然后，基于传感器101至110的输出信号，发动机ECU 9通过控制各种单元(诸如点火器111、喷射器75L、75R和节气门马达72a等)，来执行发动机E的包括点火时刻控制的各种类型的控制。
作为示例，在对点火时刻进行预校正以使点火时刻移至最佳扭矩(MBT)的最小点火提前角的情况下，当爆震传感器108检测到爆震时，实施控制来执行点火时刻的延迟校正和消除爆震，作为由点火器111确定的对火花塞77L、77R的点火时刻的基本控制。
此外，为控制喷射器75L、75R，基于发动机负载或发动机转速来计算目标空燃比，以及执行燃料点燃量的控制(喷射器75L、75R的开放时间的控制)以便基于由空气流量计102检测的进气量来获得目标空燃比。在这种情况下，基于A/F传感器104a和氧气传感器104b的输出来计算废气中的氧气浓度并进行空燃比反馈控制，根据空燃比反馈控制来控制由喷射器75L、75R确定的燃料喷射量以使得根据计算的氧浓度获得的实际空燃比与目标空燃比(例如，理想配比的空燃比)相匹配。
作为节气门马达72a的驱动控制，控制节气门马达72a的驱动量以便获得能够确保获得要求的发动机输出所需的进气量的节气阀72打开程度，该控制是基于由司机操作的加速器踏板的下压量来执行的。
发动机ECU 9还执行下述的减缸运转控制。下面将描述减缸运转。
在本实施例的V型发动机E中，可以执行减缸运转以从左汽缸组2L和右汽缸组2R中停止属于一个汽缸组(例如，左汽缸组2L)的一组汽缸(在本实施例中的三个汽缸)的运转。换句话说，在具有额外动力的情形下，例如在发动机E的空转运转期间，施加至每个汽缸的负载很小。因此，进气-排气负载增大并且燃烧效率下降。由于这个原因，在无负载的状态或低负载的状态中，执行减缸运转以停止一个汽缸组中的汽缸的燃料供给并使这些汽缸不工作。结果，被供给燃料的工作汽缸(另一个汽缸组的汽缸)上的负载增大并且运转效率提高，从而改进了燃料消耗率。
作为减缸运转的具体示例，基于根据来自曲柄角传感器106的输出信号和由节气门位置传感器105检测的节气阀72的打开程度计算的发动机转速，判断发动机E是在无负载状态还是在低负载状态(例如在空转状态)，当发动机处在无负载状态或低负载状态时，确定满足减缸运转执行条件。
在本实施例中，当执行减缸运转时，总是令左汽缸组2L的三个汽缸不工作。其原因可解释如下。这样，因为使用了以下配置：即燃料箱中产生的蒸发燃料被引入右汽缸组2R(图中未示出)的进气歧管7R，且该蒸发燃料需要被处理，所以右汽缸组2R的三个汽缸被维持在工作状态中。
这样的减缸运转模式不是限制性的，还有可能使得在前一次减缸运转中工作的汽缸组不工作，而使当对减缸运转进行转换时在前一次减缸运转中不工作的汽缸组工作。换句话说，每次启动减缸运转时，交替地切换不工作的汽缸组，从而确保汽缸之间的累积工作时间的均匀分布，延长发动机E的使用寿命。
在本实施例中，在减缸运转期间针对不工作汽缸的进气阀32L和排气阀34L所执行的打开和关闭操作与在全汽缸运转期间执行的操作相似。因此，可以在不必对不执行减缸运转的常规发动机进行重大的设计修改的情况下来构造本实施例的发动机E。
在减缸运转中，不工作汽缸的进气阀32L和排气阀34L可以被完全关闭。在这种情况下，可以减少由不工作汽缸中的活塞51L的往复运动引起的泵送损失，从而可以提高发动机E的效率。
下面将描述在全汽缸运转和减缸运转之间切换运转的作为本实施例的特定特征的运转控制。
因此，在满足上述的减缸运转执行条件的情况下，估计设置于与左汽缸组2L的三个汽缸(即，不工作汽缸)相连接的排气管(构成第一排气通道的排气管)81L中的催化剂转换器82L的温度，当该温度低于预定的预热要求温度时，在执行减缸运转之前，执行催化剂预热操作(催化剂预热操作是由催化剂预热操作执行装置来执行的)来提高催化剂转换器82L的温度。
在下面的说明中，设置于与在减缸运转期间不工作的左汽缸组2L的三个汽缸相连接的排气管81L中的催化剂转换器82L将被称作第一催化剂转换器(第一催化剂)82L，设置于与即使在减缸运转期间仍持续工作的右汽缸组2R的三个汽缸相连接的排气管(构成第二排气通道的排气管)81R中的催化剂转换器82R被称作第二催化剂转换器(第二催化剂)82R。
图4是示出在全汽缸运转和减缸运转之间切换运转的运转切换控制的顺序的流程图。图4所示的例程以预定时段执行或针对机轴C的每个预定角度的旋转执行。
首先，在步骤ST1中，判断是否满足减缸运转执行条件。如上面所提到的，减缸运转执行条件的示例包括：发动机E是否处于无负载状态或低负载状态(例如空转运转)，以及还有由水温传感器101检测的冷却水温度是否等于或高于预定温度(例如，50°)。在本实施例中，第一催化剂转换器82L的温度条件不包括在该步骤ST1中确定的减缸运转执行条件中。换句话说，无论第一催化剂转换器82L的温度如何，当满足另一减缸运转执行条件时，在步骤ST1中判断为是(YES)。
在不满足减缸运转执行条件的情况下，在步骤ST1中判断为否(NO)，处理流程进行至步骤ST7并继续全汽缸运转。此外，在减缸运转的执行期间在步骤ST1中判断为NO的情况下，恢复全汽缸运转。
在满足减缸运转执行条件的情况下，在步骤ST1中判断为YES并且处理流程进行至步骤ST2。在步骤ST2中，判断发动机E的当前运转状态是否为全汽缸运转状态。换句话说，由于在此之前减缸运转执行条件未被满足，所以从进行全汽缸运转的状态来判断是否进入了满足减缸运转执行条件的状态，或者判断在执行下述催化剂预热操作和全汽缸运转的过程中是否尚未进行向减缸运转的转换。
在发动机E处于全汽缸运转模式并且在步骤ST2中判断为YES的情况下，处理流程进行至步骤ST3，并且判断第一催化剂转换器82L的温度是否低于预定的预热要求温度(T1)。换句话说，判断第一催化剂转换器82L的温度是否将要在极短时间内跌至激活温度的下限附近，以及若直接向减缸运转进行转换的话，是否必需快速切换为全汽缸运转模式。
比第一催化剂转换器82L的激活温度(例如，450℃)的下限高约150℃的温度被设置为预热要求温度(T1)。但是，这些值并非限定性的。
第一催化剂转换器82L的温度是基于当前的发动机运转状态来估计的。更具体地，用于根据发动机转速和发动机负载(节气阀打开程度等)来估计第一催化剂转换器82L的温度的催化剂温度估计映射存储于ROM92中，第一催化剂转换器82L的温度是通过把当前的发动机转速和发动机负载代入催化剂温度估计映射来估计的(用催化剂温度识别装置执行的催化剂温度估计操作)。此外，第一催化剂转换器82L的温度还可根据废气温度来估计。例如，可以将废气温度传感器设置在第一催化剂转换器82L的上游和下游，可以基于由这些废气温度传感器检测的废气温度来估计第一催化剂转换器82L的温度。还可以使用诸如电热调节器等适当装置来直接检测第一催化剂转换器82L的温度(用催化剂温度识别装置检测催化剂温度的操作)。
在第一催化剂转换器82L的温度等于或高于预热要求温度(在步骤ST3中判断为NO)的情况下，处理流程进行至步骤ST6，且在下述假设下执行减缸运转：即使直接向减缸运转转换，仍能够在第一催化剂转换器82L的温度降至激活温度的下限附近之前确保充足的时间。换句话说，停止向左汽缸组2L的汽缸的燃料喷射并令汽缸不工作。
在第一催化剂转换器82L的温度低于预热要求温度并且在步骤ST3中判断为YES的情况下，处理流程进行至步骤ST4并执行催化剂预热操作。催化剂预热操作包括在继续全汽缸运转(即，继续向这些汽缸的燃料喷射)的状态下延迟设置于左汽缸组2L的汽缸中的火花塞77L的点火时刻。
更具体地，点火时刻的延迟量逐渐增加。例如，机轴C每旋转10次，点火时刻被延迟1°CA(曲柄角的1°)。但是，该值并非限定性的，并可以通过测试或仿真被事先确定。
结果，在这些汽缸(在转换至减缸运转时变得不工作的汽缸：预定减缸)的燃烧过程中的燃烧开始时刻，燃烧减慢，并采用了其中部分空气燃料混合物在排气管81L中燃烧的状态。因此，通过使具有第一催化剂转换器82L的排气系统中的气体温度大大升高，可以使第一催化剂转换器82L的温度快速升高。
此外，在逐渐增加点火时刻的延迟量的情况下，在由汽缸中的空气燃料混合物的燃烧产生的能量中，参与发动机E中的扭矩产生的动能的量逐渐地减少，且参与第一催化剂转换器82L的预热的热能的量逐渐地增加。换句话说，在满足减缸运转执行条件且开始催化剂预热操作(在其最初阶段)的情况下，火花塞77L的点火时刻的延迟量相对较小，由空气燃料混合物的燃烧产生的大部分能量变为参与内燃机E的扭矩产生的动能，而部分能量被用作参与第一催化剂转换器82L的预热的热能。然后，由于火花塞77L的点火时刻的延迟量逐渐地增加，在由空气燃料混合物的燃烧产生的能量中，参与内燃机E的扭矩产生的动能的量逐渐地减少，而参与第一催化剂转换器82L的预热的热能的量逐渐地增加。因此，在催化剂预热操作中，发动机E的扭矩逐渐地减少，而第一催化剂转换器82L的预热能力逐渐提高。
在这种情况下，点火时刻的最大延迟量被设置为使得变化以逐渐地减小的发动机E的扭矩的下限值(在催化剂预热操作期间发动机E的扭矩的下限值)几乎与在从全汽缸运转到减缸运转的下文描述的转变期间的发动机E的扭矩(在仅有三个汽缸在无负载状态或低负载状态工作的情况下的发动机E的扭矩)相匹配。
只要执行这样的催化剂预热操作并满足减缸运转执行条件，则重复步骤ST1至ST4的操作。在第一催化剂转换器82L的温度变得等于或高于预热要求温度的情况下，同时满足减缸运转执行条件，在步骤ST3中判断为NO且处理流程进行至步骤ST6。在步骤ST6中，在第一催化剂转换器82L的温度变得等于或高于预热要求温度时，停止催化剂预热操作并执行减缸运转。
在这种情况下，如在上文中所述，发动机E的扭矩在催化剂预热操作期间逐渐地减小。因此，阻止了从全汽缸运转模式向减缸运转模式的运转模式切换期间的突然扭矩波动，且几乎消除了在运转模式切换期间的振动(震动)的发生。换句话说，从全汽缸运转向减缸运转的切换能够被执行为使得驾驶员不会意识到运转模式切换并且驾驶性能能够大大提高。
如在上文中所述，在未满足减缸运转执行条件的情况下，例如，当在已经开始减缸运转后发动机负载增大时，在步骤ST1中判断为NO，处理流程进行至步骤ST7，执行全汽缸运转。换句话说，当减缸运转执行条件变为不满足的状态时，减缸运转模式被切换至全汽缸运转模式。
在执行减缸运转的状态下，在步骤ST2中判断为NO，处理流程进行至步骤ST5，并判断第一催化剂转换器82L的温度是否低于预定的全汽缸运转恢复温度(T2)。换句话说，判断第一催化剂转换器82L的温度是否已经降低至激活温度的下限附近。
比第一催化剂转换器82L的激活温度的下限(例如，450℃)高约50℃的温度被设置为全汽缸运转恢复温度(T2)。但是，这些值并非限定性的。
当第一催化剂转换器82L的温度等于或高于全汽缸运转恢复温度时(当在步骤ST5中判断为NO时)，继续减缸运转。
当第一催化剂转换器82L的温度低于全汽缸运转恢复温度且在步骤ST5中判断为YES时，处理流程进行至步骤ST7并执行全汽缸运转，以便避免在全汽缸运转恢复期间废气排放的品质下降。
如在上文中所述，在本实施例中，当在执行全汽缸运转的过程中满足减缸运转执行条件并且第一催化剂转换器82L的温度低于预定的预热要求温度时，首先，执行催化剂预热操作来使第一催化剂转换器82L的温度升高至等于或高于预热要求温度的温度，而非在满足减缸运转执行条件后立即开始减缸运转。在通过执行催化剂预热操作已使得第一催化剂转换器82L的温度被升高至等于或高于预热要求温度的温度后，开始减缸运转。因此，由于减缸运转是在第一催化剂转换器82L具有相对较高温度的状态下开始的，所以即使在减缸运转期间第一催化剂转换器82L的温度逐渐降低，也能够延长该温度降低至必需恢复全汽缸运转的温度(全汽缸运转恢复温度)所需的时间。结果，可以延长减缸运转的持续时间，能够执行减缸运转的发动机系统的优点能够被充分使用，并且能够充分体现改进燃料消耗率的效果和减少燃料消耗量的效果。
在本实施例中，由于发动机E的扭矩在催化剂预热操作期间逐渐地减小，所以有可能实现一种从全汽缸运转向减缸运转切换的新的切换操作，其在运转模式切换期间几乎不引起振动。
催化剂预热操作的变化示例将在下文中说明。在前述的实施例中，对在减缸运转期间处于不工作状态的汽缸(预定停止汽缸)的点火时刻进行延迟的操作被作为催化剂预热操作来执行。但是，替代地执行下述的催化剂预热操作也将属于本发明的技术范围。
首先，针对将在减缸运转中处于不工作状态的汽缸，不对火花塞77L执行点火。换句话说，在催化剂预热操作期间，只针对预定停止汽缸进行燃料供给，而不对火花塞77L执行点火。
结果，汽缸中容纳的空气燃料混合物的大部分作为未燃气体进入排气管81L，第一催化剂转换器82L的热能被混合物接收，然后混合物进行燃烧(氧化反应)。在这种情况下，类似于前述实施例的催化剂预热操作，第一催化剂转换器82L的温度也可以在短时间内被升高至等于或高于预热要求温度的温度。此外，在该情况下，可以引起在催化剂预热操作期内供给的几乎全部燃料量参与到第一催化剂转换器82L的温度升高。结果，用于催化剂预热操作的燃料量可以减少至必需的最小值。
因此，在执行不点燃火花塞77L的催化剂预热操作情况下，在第一催化剂转换器82L内必须存在一些热能。因此，在检测到或估计出第一催化剂转换器82L的温度且已经确认在第一催化剂转换器82L中存在足以燃烧空气燃料混合物的热能之后，执行该操作。换句话说，空气燃料混合物能够在第一催化剂转换器82L内燃烧的温度被设置为激活温度的下限(T3)。
作为催化剂预热操作的另一个变化的示例，当发动机E是直喷式汽油发动机时，从向在减缸运转中处于不工作状态的汽缸(预定停止汽缸)供给燃料的喷射器75L来控制燃料喷射时刻。
换句话说，延迟从该喷射器75L的燃料喷射时刻。例如，在燃料喷射时刻被延迟至约等于火花塞77L的点火时刻的时刻的情况下，由于在预定停止汽缸中存在延迟，所以燃烧开始时刻移至延迟侧。此外，当燃料喷射时刻被延迟至超过火花塞77L的点火时刻时，在汽缸内不进行燃烧。在任一种情况下，空气燃料混合物在排气管81L和第一催化剂转换器82L中燃烧。因此，第一催化剂转换器82L的温度可以快速地升高，可以表现出类似于上述实施例的效果。
在开始催化剂预热操作之后，燃料喷射时刻的延迟量可以逐渐地增加。例如，机轴C每旋转10次，点火时刻被延迟1°CA(曲柄角的1°)。然而，该值并非限定性的且能够通过测试或仿真事先确定。
在上述实施例中，说明了把本发明应用到用于机动车的V型发动机E的情况。然而，本发明并不限于该应用，可以被应用到用于机动车的水平对置发动机和用于机动车的直线发动机。此外，本发明不仅能够应用于汽油发动机，也适用于柴油发动机。在应用至柴油发动机的情况下，由于该类型的发动机通常不具有火花塞，所以催化剂预热操作是通过把从喷射器的燃料喷射时刻控制到延迟侧来执行的。此外，本发明也尤其不受限于发动机中的汽缸数量、燃料喷射系统还有发动机E的规格。
在上述实施例中，随着催化剂预热操作而逐渐地延迟预定停止汽缸的点火时刻。但是，本发明并不受限于该配置，可以在催化剂预热操作开始的同时将预定停止汽缸的点火时刻大大地移至延迟侧以及维持这样的点火时刻(维持到第一催化剂转换器82L的温度达到预热要求温度)。
本发明可被应用于在能够执行减缸运转的机动车发动机中从全汽缸运转模式切换至减缸运转模式期间进行的控制。
虽然已参考本发明的示例实施例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明并不限于所描述的实施例或构造。相反地，本发明意在覆盖各种修改和等同设置。另外，虽然以多种组合和配置示出示例实施例的各种部件，但包括更多、更少或仅单个部件的其他组合和配置也落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种用于多汽缸内燃机的运转控制设备，所述多汽缸内燃机具有设置于与多个汽缸之中的至少一个汽缸相连的第一排气通道中的第一催化剂和设置于与其他汽缸相连的第二排气通道中的第二催化剂，其中，在满足预定的减缸运转执行条件时通过减缸运转来使所述至少一个汽缸不工作，其特征在于，所述运转控制设备包括：
催化剂温度识别装置，用于检测或估计所述第一催化剂的温度；和
催化剂预热操作执行装置，用于在满足所述减缸运转执行条件时由所述催化剂温度识别装置检测到或估计出的所述第一催化剂的温度低于预定的预热要求温度的情况下，在执行所述减缸运转之前，执行用于将所述第一催化剂的温度增至等于或高于所述预热要求温度的温度的催化剂预热操作。
2.根据权利要求1所述的用于多汽缸内燃机的运转控制设备，其中，
所述催化剂预热运转执行装置被配置为在执行所述减缸运转之前执行把在所述减缸运转期间变为不工作的所述至少一个汽缸的火花塞的点火时刻向延迟侧移动的催化剂预热操作，或不对所述火花塞进行点火的催化剂预热操作。
3.根据权利要求2所述的用于多汽缸内燃机的运转控制设备，其中，
所述催化剂预热操作在执行所述减缸运转之前延迟在所述减缸运转期间变为不工作的所述至少一个汽缸的所述火花塞的点火时刻并且逐渐地增加所述点火时刻的延迟量，从而，在由空气燃料混合物的燃烧产生的能量中，逐渐地减少参与产生所述内燃机中的扭矩的动能的量并逐渐地增加参与所述催化剂预热的热能的量。
4.根据权利要求1所述的用于多汽缸内燃机的运转控制设备，其中，
所述催化剂预热操作执行装置被配置为在执行所述减缸运转之前执行把在所述减缸运转期间变为不工作的所述至少一个汽缸的燃料供给时刻向延迟侧移动的催化剂预热操作。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于多汽缸内燃机的运转控制设备，其中，
在所述第一催化剂的温度在所述减缸运转期间已降至预定的全汽缸运转恢复温度的情况下，从所述减缸运转向全汽缸运转进行切换，以及
所述全汽缸运转恢复温度被设置为高于所述空气燃料混合物能够在第一催化剂转换器内燃烧的所述第一催化剂的激活温度的下限的温度，并被设置为低于所述预热要求温度的温度。
6.一种用于多汽缸内燃机的运转控制方法，所述多汽缸内燃机具有设置于与多个汽缸之中的至少一个汽缸相连的第一排气通道中的第一催化剂和设置于与其他汽缸相连的第二排气通道中的第二催化剂，其中，通过减缸运转来使所述至少一个汽缸不工作，所述方法的特征在于包括：
判断是否满足预定的减缸运转执行条件；
检测或估计所述第一催化剂的温度；以及
在满足所述减缸运转执行条件时已检测到或估计出的所述第一催化剂的温度低于预定的预热要求温度的情况下，在执行所述减缸运转之前，执行用于将所述第一催化剂的温度增至等于或高于所述预热要求温度的温度的催化剂预热操作。
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