JP2001140664A - 気筒休止制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気筒休止切り替えエンジンにおいて、気筒の
吸排気バルブが完全に停止した後に気筒への燃料供給を
停止する。 【解決手段】運転状態に応じて複数の気筒の一部の運転
を休止する気筒休止機構、およびそれぞれの気筒に燃料
を供給する燃料供給装置を備えたエンジンの気筒休止制
御装置において、気筒の燃焼室内の圧力を検出する筒内
圧検出手段と、運転状態に基づいて前記気筒休止機構を
作動させる休止機構制御手段と、前記筒内圧検出手段か
らの信号に基づいて気筒休止の完了を検出する休止検出
手段と、を備え、前記燃料供給装置は、前記気筒休止の
完了が検出されることに応答して該気筒への燃料供給を
停止する。筒内圧検出手段からの信号に基づいて気筒休
止の完了を検出し、この検出に応じて気筒への燃料供給
を停止するので、気筒休止完了前に燃料供給が停止され
ることが防止される。休止検出手段は、上死点の前後の
筒内圧を比較し、両者がほぼ等しいことに基づいて気筒
休止の完了を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の気筒の全
部を作動させる全筒運転と気筒の一部の運転を休止する
休筒運転とを切り替える気筒休止機構を備えた気筒休止
エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】気筒休止機構は、たとえば特開平10-823
34号公報に記載されている。図２は、同公報の図４から
引用したもので、吸気バルブ20iを駆動するカムシャフ
ト12に単なる円形形状でリフトのない休止用カム15が設
けられている。ロッカーシャフト13にはオイルが通る油
路24が設けられており、ロッカーアーム37を同軸に貫通
するシリンダ16にスライド可能な２つの第１ピストン21
および第２ピストン22が備えられている。

【０００３】図２（Ａ）に示すように、第２ピストンが
シリンダ16とロッカーアーム37にまたがる位置にある状
態では、カムシャフトのカム14によるシリンダ16の揺動
運動が第２ピストンを介してロッカーアーム37に伝達さ
れ、吸気バルブ20iがカム14の形状にしたがって上下に
駆動される。

【０００４】吸気バルブ20iが設けられた気筒を休止さ
せるときには、休止機構が油圧装置を作動させ、図２
（Ｂ）に示されるように油路24iからシリンダ16にオイ
ルが送られて第１ピストン21をロッカーアーム37方向に
押しやる。こうして第１ピストンに押されて第２ピスト
ンが図２（Ｂ）に示す位置までスライドすると、ロッカ
ーアーム37は、シリンダ16の運動から切り離され、リフ
ト変位のないカム15によって停止位置に維持される。こ
の停止位置は、吸気バルブ20iを閉じた位置である。以
上、吸気バルブ20iを例に、バルブ休止の動きを説明し
たが、排気バルブについても全く同様である。

【０００５】気筒休止エンジンでは、休筒運転に切り替
えるときには、休止する気筒に対する燃料噴射を停止す
るが、休止機構が油圧で動作するので、エンジンの電子
制御ユニット（ＥＣＵ）が油圧装置のバルブのアクチュ
エータに駆動信号を送ってから、実際に気筒の吸排気バ
ルブが停止されるまでに時間の遅れを生じる。この遅れ
は、油圧装置のオイルの温度その他のパラメータの影響
を受けて変動する。従来のシステムでは、この時間遅れ
を予測して、この予測に基づいて休止対象の気筒への燃
料供給を停止することが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この時間遅れ
が、システムが予測した値より大きいときは、休止機構
の動きが完全には終わらないで、吸気バルブが開いた状
態でこの気筒への燃料供給が停止されることになる。す
ると、この気筒からは極めて希薄な排出ガスが出され、
これがエンジンの空燃比フィードバック制御システムに
よって検知され、空燃比をリッチ方向に制御するといっ
た誤動作をまねくおそれがある。

【０００７】したがって、休止対象となる気筒の吸排気
バルブが完全に停止したことを確認したうえで、この気
筒への燃料供給を停止する技術が求められている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、請求項１に記載の気筒休止制御装置は、運転状態に
応じて複数の気筒の一部の運転を休止する気筒休止機
構、およびそれぞれの気筒に燃料を供給する燃料供給装
置を備えたエンジンの気筒休止制御装置であって、気筒
の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、運転状
態に基づいて前記気筒休止機構を作動させる休止機構制
御手段と、前記筒内圧検出手段からの信号に基づいて気
筒休止の完了を検出する休止検出手段と、を備え、前記
燃料供給装置は、前記気筒休止の完了が検出されること
に応答して該気筒への燃料供給を停止するという構成を
とる。

【０００９】この発明によると、筒内圧検出手段からの
信号に基づいて気筒休止の完了を検出し、この検出に応
じて気筒への燃料供給を停止するので、気筒休止完了前
に燃料供給が停止されることが防止される。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１の気筒
休止制御装置において、休止検出手段は、上死点の前後
の筒内圧を比較し、両者がほぼ等しいことに基づいて気
筒休止の完了を検出するという構成をとる。すなわち、
気筒の吸排気バルブが完全に閉じた状態（モータリン
グ）では、筒内圧は上死点でピークとなり、その前後で
対称になるという性質を利用して気筒休止の完了を検出
する。

【００１１】この発明によると、比較的に簡単な演算で
気筒休止の完了を確実に検出することができる。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１に気筒休止制
御装置において、休止検出手段は、上死点後の筒内圧が
予め定めた値以下であることに基づいて気筒休止の完了
を検出するという構成をとる。すなわち、気筒の吸排気
バルブが完全に閉じた状態では、気筒内での燃料の燃焼
は生じないから上死点後の筒内圧は、燃焼がある場合の
値に比べてかなり低い。したがって、上死点後の筒内圧
が予め定めた値に達しないことに基づいて気筒休止の完
了を検出することができる。

【００１３】請求項３の発明によると、簡単な演算で気
筒休止の完了を確実に検出することができる。

【００１４】さらに、請求項４の発明は、運転状態に応
じて複数の気筒の一部の運転を休止する気筒休止機構、
およびそれぞれの気筒に燃料を供給する燃料供給装置を
備えたエンジンの気筒休止制御装置であって、気筒の燃
焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、運転状態に
基づいて前記気筒休止機構を作動させる休止機構制御手
段と、前記筒内圧検出手段からの信号に基づいて吸排気
バルブの着座タイミングを検出するタイミング検出手段
と、を備え、前記休止機構制御手段は、前記タイミング
手段によって検出される吸排気バルブの着座タイミング
に基づいて前記気筒休止機構を作動させるタイミングを
決定するという構成をとる。

【００１５】この発明によると、吸排気バルブの現実の
着座タイミングに基づいて気筒休止機構を作動させるタ
イミングを決定するので、確実に吸気バルブおよび排気
バルブが共に着座し閉じた状態で気筒を休止させること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、この発明の
実施の形態を説明する。図１は、気筒休止を制御する電
子制御ユニット（ＥＣＵ）30の全体的なブロック図であ
る。ＥＣＵ30は、気筒休止専用のＥＣＵであってもよい
が、この実施形態では、エンジン系統を制御するＥＣＵ
に気筒休止機能が組み込まれている。ＥＣＵ30は、基本
的には演算を実行するプロセッサ、各種のデータを一時
記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領
域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、
プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する
各種のデータを格納する読み取り専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジ
ン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくべ
きものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備え
ている。不揮発性メモリは、ＥＥＰＲＯＭまたはバック
アップ機能付きのＲＡＭ（システムの電源が切られても
ＲＡＭへの電圧供給は維持される。）で実現することが
できる。

【００１７】図１は、このようなハードウェア構成のＥ
ＣＵ30を機能ブロックの形で示している。運転状態検出
部31は、ＥＣＵ30とエンジン系統の各部とのインターフ
ェイス部であり、エンジン系統の様々の箇所から送られ
てくる車両の運転状態を示す情報を受け取って、信号処
理を行い、アナログ情報はディジタル信号に変換し、こ
れらを運転制御演算部32に渡す。図では、運転状態検出
部31に入力される情報として、エンジン回転数Ｎｅ、吸
気管圧力Ｐｂ、エンジン水温Ｔｗ、スロットル弁開度θ
_TH、筒内圧Ｐｃが示されているが、これに限定されるも
のではなく、その他もろもろの情報が入力される。

【００１８】筒内圧Ｐｃは、この発明にしたがってそれ
ぞれの気筒に設けられた圧力センサの出力である。この
圧力センサについては後に図３を参照して説明する。

【００１９】運転制御演算部32は、運転状態検出部31か
ら渡されるデータに基づいてエンジンを制御するための
演算を行う。具体的には、運転状態に基づいて気筒が必
要とする燃料の量を計算し、燃料噴射制御部37に渡す。
燃料噴射制御部37は、渡されたデータに基づいて燃料噴
射時間および噴射タイミングを決定し、燃料噴射装置
（インジェクタ）49（図３）を駆動する。同様に点火制
御部38は、運転制御演算部32から渡されるデータに基づ
いて点火プラグ51（図３）を駆動する。

【００２０】ここで図３（Ａ）は、エンジンの１つの気
筒41の断面を図式的に示す図で、気筒41は、ピストン4
2、吸気バルブ43、排気バルブ44、点火プラグ51、およ
び燃料噴射装置49を備えている。吸気バルブ43および排
気バルブ44は、閉じる方向にバネでバイアスされてお
り、それぞれカム45および46によって開く方向に駆動さ
れる。図では簡単のためにカム45および46によって駆動
されるよう示されているが、図２の休止機構との対応で
いうと、吸気バルブ43は、カム14iによって駆動される
ロッカーアーム17によって駆動される。排気バルブ44も
同様の機構によって駆動される。

【００２１】この発明に従う気筒41では、点火プラグ51
には圧電素子32が埋め込まれ、気筒41の内部の圧力を検
出するようになっている。圧電素子32は点火プラグ51に
一体的に埋め込まれていてもよく、または圧電素子32を
ガスケット形状のものにし、点火プラグ51を気筒41に取
り付ける際に点火プラグ51と気筒41との間に挟むように
してもよい。圧電素子32は、気筒41の内部圧力に対応す
る電圧出力を発生する。

【００２２】再び図１にもどると、運転状態検出部31
は、圧電素子32の出力信号Ｐｃを受け取り、信号処理を
行って筒内圧サンプリング部33に渡す。ここでは説明の
便宜上、筒内圧サンプリング部33を運転状態検出部31と
は異なるブロックとして示したが、筒内圧サンプリング
部33は、運転状態検出部31に含め、処理結果のディジタ
ル・データを次の段であるバルブ着座検出部34および筒
内圧解析部35に渡すようにするのが好ましい。

【００２３】図１の実施形態に従うと、筒内圧サンプリ
ング部33は、筒内圧を示す信号を、たとえば１度間隔で
サンプリングしてディジタル・データに変換し、そのデ
ータをバルブ着座検出部34および筒内圧解析部35に渡
す。

【００２４】図４は、気筒41で吸入、圧縮、燃焼、排気
の４行程が行われるときの筒内圧の変化を示す図で、横
軸はクランクシャフトの回転角度、縦軸が圧電素子32の
出力電圧を示す。曲線ａが圧電素子32の出力を示し、曲
線ｂおよびｃは吸入バルブ43および排気バルブ44のリフ
トを示す。バルブリフト量は、たとえば7mmである。

【００２５】図４からわかるように、筒内圧は、吸入バ
ルブの着座時にステップ状に上昇し、その後ピストンの
上昇とともに上昇し（圧縮行程）、上死点をわずかにす
ぎたところで点火により最大になる。筒内圧は、燃焼行
程でピストンが押し下げられるにつれて低下し、排気バ
ルブのリフトが始まる瞬間にステップ状に一段と低下
し、その後は排気行程の間ほぼ一定の圧力に保たれる。

【００２６】図５は、気筒41で燃焼が生じない場合のモ
ータリングと呼ばれる４行程における筒内圧の変化を示
す。横軸、縦軸は図４と同じである。筒内圧は、吸入バ
ルブの着座とともに上昇を始め（圧縮行程）、上死点で
ピークに達し、上死点をすぎピストンが下降するにつれ
て低下する。このように筒内圧は上死点の前後でほぼ対
称になる。

【００２７】図１の筒内圧解析部35は、筒内圧サンプリ
ング部33でたとえばクランクシャフトの回転角度１度ご
とにサンプリングされディジタル化されたデータを分析
し、筒内圧の検知出力が上死点の前後で対称になってい
るかどうかを、たとえば上死点の前１０度における値と
上死点の後１０度における値を比較して判定する。筒内
圧の検知出力が上死点の前後で対称であることは、その
気筒で燃焼が生じていないことを意味するから、この判
定により、気筒が休止しているか活動しているかを判定
することができる。

【００２８】また、別の実施形態では、筒内圧解析部35
は、筒内圧の検知出力のピーク値が所定の値、たとえば
0.12ボルト以上に達するかどうかを判定し、筒内圧検知
出力のピーク値がこの値に達しなければその気筒は休止
していると判定する。

【００２９】図１のバルブ着座検出部34は、筒内圧サン
プリング部33からのデータを受け取り、筒内圧検知出力
のステップ状の変化を検出することにより吸気バルブお
よび排気バルブの着座を検出する。吸排気バルブの着座
タイミングはカム構造によってクランクシャフトの回転
角度に対して予め決められた関係にある。バルブ着座検
出部34は、バルブの現実の動きからその着座を検出する
働きをする。

【００３０】図１の休止機構制御部39は、運転制御演算
部32から気筒休止の指令を受け取ると、吸気バルブおよ
び排気バルブの両方が着座し閉じた状態、すなわち吸入
行程の後の圧縮行程において、ロッカーアーム１７がカ
ム14iによって駆動される図２（Ａ）の状態から、ロッ
カーアーム17がカム15によって静止状態になる図２
（Ｂ）の状態になるよう、休止機構を駆動する。一実施
形態では、休止機構制御部39は、クランクシャフトの回
転角度で示される予め決められたバルブの着座タイミン
グに基づいて休止機構を駆動する。また、もう一つの実
施形態では、休止制御部39は、バルブ着座検出部34が検
出する実際のバルブの動きに基づいて休止機構を駆動す
る。

【００３１】こうして休止機構を駆動した後、筒内圧解
析部35は、休止対象の気筒での燃焼が停止したかどうか
を筒内圧の変化から判定する。気筒の休止が検出される
と、筒内圧解析部35は、燃料噴射制御部37および点火制
御部38に信号を送り、その気筒に対する燃料噴射を停止
させ、点火を停止させる。こうして気筒休止が完了す
る。

【００３２】図６は、気筒休止時の制御のプロセスを示
す流れ図である。運転状態検出部31で検出される(101)
運転状態に基づいて、運転制御演算部32が気筒休止する
かどうかを決定し、気筒休止指示を出す(102)。気筒休
止指示が出されると、バルブ着座検出部34が筒内圧セン
サからの出力に基づいてバルブの着座タイミングを検出
する(103)。休止機構制御部39が運転制御演算部32から
の気筒休止指示およびバルブ着座検出部34からの検出信
号に基づいて休止機構を駆動する(104)。

【００３３】筒内圧解析部35が筒内圧センサ出力のサン
プリング・データを解析して対象となる気筒における燃
焼が停止したかどうかを検出する(105)。燃焼が停止、
すなわち気筒が休止していれば(106)、筒内圧解析部35
からの信号に基づいて燃料噴射制御部37が、その気筒に
対する燃料噴射を停止する(107)。また、点火制御部38
は、筒内圧解析部35からの信号に基づいてその気筒での
点火を停止する(108)。

【００３４】図７は、バルブタイミング検出ステップを
示す流れ図である。筒内圧サンプリング部33は、クラン
クシャフトの回転角度１度ごとに筒内圧センサの出力信
号をサンプリングする(201)。バルブ着座検出部34は、
筒内圧サンプリング部33から渡されるサンプリング値を
モニターし、今回値と前回値との差が所定の値より大き
いとき、バルブが着座したと判断する(202)。バルブの
着座タイミングは、クランクシャフトの回転角度と予め
決められた関係にあるので、バルブの着座タイミングを
クランクシャフトの回転位置に換算することができる(2
03)。こうして、現実のバルブの動きからクランクシャ
フト回転角度の表現によるバルブタイミングを得ること
ができる。この発明の位置実施形態では、休止機構制御
部39は、こうして得られるバルブタイミングに基づいて
休止機構を駆動する。

【００３５】以上に気筒休止のプロセスを説明したが、
休止からの復帰は基本的には上記と逆の手順によって実
行される。具体的には、運転制御演算部32は、検出され
る運転状態から、休止している気筒を復帰させるべきで
あると決定すると、休止機構制御部39に復帰指示信号を
送る。休止機構制御部39は、活動している他の気筒のバ
ルブタイミングから休止中の気筒のバルブタイミングを
判定し、休止機構を駆動して図２（Ｂ）の状態から図２
（Ａ）の状態に戻す。

【００３６】この発明の一実施形態においては、ロッカ
ーアームとカムとの連結を回復させた後、バルブ着座検
出部34がその気筒での現実のバルブ着座を検出すること
に応じて、燃料噴射制御部37がその気筒での燃料噴射を
開始し、点火制御部38がその気筒での点火を開始する。

【００３７】以上にこの発明を特定の実施例について説
明したが、この発明はこのような実施例に限定されるも
のではない。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明によると、筒内圧検出手
段からの信号に基づいて気筒休止の完了を検出し、この
検出に応じて気筒への燃料供給を停止するので、気筒休
止完了前に燃料供給が停止されることが防止される。

【００３９】また、請求項２の発明によると、比較的に
簡単な演算で気筒休止の完了を確実に検出することがで
きる。

【００４０】請求項３の発明によると、簡単な演算で気
筒休止の完了を確実に検出することができる。

【００４１】請求項４の発明によると、吸排気バルブの
現実の着座タイミングに基づいて気筒休止機構を作動さ
せるタイミングを決定するので、確実に吸気バルブおよ
び排気バルブが共に着座し閉じた状態で気筒を休止させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施形態の気筒休止制御装置
の全体的な機能ブロック図。

【図２】この発明の一つの実施形態で用いられるバルブ
休止機構の一部断面図。

【図３】この発明の一つの実施形態で用いられる筒内圧
検出装置の配置を示す図。

【図４】活動中の気筒の４サイクルにおける筒内圧と、
バルブのリフトとの関係を示す図。

【図５】休止中の気筒の４サイクルにおける筒内圧と、
バルブのリフトとの関係を示す図。

【図６】気筒休止制御の流れを示すフローチャート。

【図７】バルブタイミング検出の流れを示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

30 電子制御ユニット 31 運転状態検出部 34 バルブ着座検出部 35 筒内圧検出部 39 休止機構制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｚ ３０１Ｈ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｓ Ｆターム(参考） 3G084 BA13 BA16 CA03 DA04 FA10 FA11 FA13 FA20 FA21 FA33 3G092 AA14 BB01 BB18 CA07 CB04 CB05 DE01S HA05X HA06X HA13X HC01X HE01X HE03X HE08X 3G301 HA07 JA14 KA08 KA26 LB02 MA11 MA24 PA07A PA11A PA16A PC01A PE04A PE08A PE09A

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転状態に応じて複数の気筒の一部の運転
   を休止する気筒休止機構、およびそれぞれの気筒に燃料
   を供給する燃料供給装置を備えたエンジンの気筒休止制
   御装置であって、 気筒の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、 運転状態に基づいて前記気筒休止機構を作動させる休止
   機構制御手段と、 前記筒内圧検出手段からの信号に基づいて気筒休止の完
   了を検出する休止検出手段と、を備え、 前記燃料供給装置は、前記気筒休止の完了が検出される
   ことに応答して該気筒への燃料供給を停止するようにし
   た気筒休止制御装置。
2. 【請求項２】前記休止検出手段は、上死点の前後の筒内
   圧を比較し、両者がほぼ等しいことに基づいて気筒休止
   の完了を検出する請求項１に記載の気筒休止制御装置。
3. 【請求項３】前記休止検出手段は、上死点の後の筒内圧
   が予め定めた値以下であることに基づいて気筒休止の完
   了を検出する請求項１に記載の気筒休止制御装置。
4. 【請求項４】運転状態に応じて複数の気筒の一部の運転
   を休止する気筒休止機構、およびそれぞれの気筒に燃料
   を供給する燃料供給装置を備えたエンジンの気筒休止制
   御装置であって、 気筒の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、 運転状態に基づいて前記気筒休止機構を作動させる休止
   機構制御手段と、 前記筒内圧検出手段からの信号に基づいて吸排気バルブ
   の着座タイミングを検出するタイミング検出手段と、を
   備え、 前記休止機構制御手段は、前記タイミング手段によって
   検出される吸排気バルブの着座タイミングに基づいて前
   記気筒休止機構を作動させるタイミングを決定するよう
   にした気筒休止制御装置。