JP2004108314A - 可変サイクルエンジンにおける運転サイクルの切換制御 - Google Patents

Abstract

【課題】可変サイクルエンジンで、円滑な運転サイクルの切換を実現する。
【解決手段】回転数および要求負荷に応じて、２サイクル、４サイクル運転を切り換えるエンジンにおいて、運転サイクルの遷移を次の手順で行う。４サイクルから２サイクルへの切換は、４サイクルの爆発行程に続けて、２サイクルの初回燃焼に適した状態を整えるための遷移運転を経た後、２サイクル運転を開始する。２サイクルから４サイクルへは、切換判断の後、２サイクルの爆発行程が最初に行われる気筒を先頭に、４サイクルでの燃焼順序に従って切り換える。このように遷移させることにより、燃焼の安定化を図ることができ、円滑な切換を実現することができる。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転サイクルを変更可能なエンジンの運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンは、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程などの行程を繰り返し実行して運転する。エンジンの回転中に、これらの行程を実施するタイミングによって、エンジンの運転方法は、２サイクル運転、４サイクル運転などに分類される。ピストンエンジンの場合、２サイクル運転では、ピストンが上死点（以下、ＴＤＣと呼ぶ）から下死点（以下、ＢＤＣと呼ぶ）に至る期間に爆発行程、排気行程を行い、ＢＤＣからＴＤＣの間に吸気行程、圧縮行程を行う。４サイクル運転では、吸気行程（ＴＤＣからＢＤＣの間）、圧縮行程（ＢＤＣからＴＤＣの間）、爆発行程（ＴＤＣからＢＤＣの間）、排気行程（ＢＤＣからＴＤＣの間）で各行程を行う。各運転方法の特性を活かすため、エンジンの回転数、負荷で規定される運転領域に応じて、これらの運転方法を使い分けるいわゆる可変サイクルと呼ばれる技術も提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、低回転高負荷領域で２サイクル運転、低負荷領域で６サイクル運転、その他の領域で４サイクル運転に切り替える技術が開示されている。また、特許文献１では、サイクルの変更前後の出力が同等となるよう、吸気弁、排気弁の開閉タイミングを調整することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１０３０９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、サイクルの切換が判断された後、実際に、切換を実現するまでの遷移制御について十分考慮されていなかった。吸気量、燃料量、点火時期、圧力など、燃焼室内の条件は、回転数、負荷のみならず、サイクルによっても異なる。かかる相違を考慮せず、サイクルを切り換えると、燃焼の悪化や失火による過渡的な出力不足やトルクショックを生じたり、エミッションが増大したりする場合がある。本発明では、可変サイクルエンジンにおいて、サイクルの切り換え時における、これらの弊害を緩和することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明では、運転サイクルを変更可能な可変サイクルエンジンにおいて、サイクルを切り換える遷移制御によって、上記課題の少なくとも一部を解決する。本発明の制御対象となるエンジンは、吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行する。また、エンジンが２回転する間にこの４行程を実行する４サイクル運転、エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転の２通りの運転サイクルが実現可能である。両運転サイクルの切換は、例えば、回転数および負荷に関する要求値に基づいて判断することができる。
【０００７】
運転サイクルを変更可能とするため、本発明のエンジンは、吸気弁、排気弁の開閉タイミングを変更する可変動弁機構を備えることが好ましい。可変動弁機構としては、開閉タイミングを素早く切り換え可能な電磁弁を用いることが好ましい。また、２サイクル運転を含む可変サイクルを行う場合には、本発明のエンジンは、２サイクル運転中の吸気を円滑に行うために、吸気系統に過給器を備えることが好ましい。
【０００８】
本発明における遷移制御は、以下に示す種々の態様を採ることができる。第１の制御態様として、４サイクル運転から２サイクル運転への遷移時には、４サイクル運転における爆発行程に続けて、次に示す遷移運転を挟んで２サイクル運転に移行することができる。遷移運転では、エンジンが２回転する間に上述の４行程を実行するとともに、エンジンの燃焼室内の雰囲気が２サイクル運転における初回燃焼を達成可能な状態となるようエンジンの吸気量、排気量を制御する。こうすることにより、２サイクル運転の初回燃焼の安定化を図ることができ、円滑な遷移を実現することができる。
【０００９】
一般に２サイクル運転時には、燃焼室内に排気が残留しやすい傾向にあるため、例えば、上記遷移運転時には、４サイクル運転時よりも排気弁を早めに閉じたり、吸気弁と排気弁が共に開いているオーバラップ期間を増大させるなどの制御を適用することができる。また、２サイクル運転時には、ピストンが下死点から上死点に向かう半行程が吸気行程に相当するため、遷移運転時には、この行程に併せて吸気弁を早めに閉じるようにしてもよい。
【００１０】
第２の制御態様として、４サイクル運転から２サイクル運転への遷移時には、４サイクル運転における爆発行程、吸気行程のうち、遷移を判断した後、最初に実行される行程から２サイクル運転を開始させてもよい。第２の制御態様では、少なくとも一部の気筒について、先に説明した遷移運転を介さずにサイクルを切り換えることが可能となり、要求される出力を速やかに実現することができる利点がある。
【００１１】
爆発行程から２サイクル運転に切り換えるとは、燃焼が行われた後、排気弁および吸気弁を２サイクル運転に準じて制御することを意味する。この場合、燃焼自体は４サイクル運転に即した条件下で行われているため、燃焼の悪化を抑制して、２サイクル運転への移行を行うことができる。吸気行程から２サイクル運転に切り換えるとは、吸気行程において吸気弁の開き期間を４サイクルの時よりも短くし、２サイクル時に相当する吸気量を実現することを意味する。かかる切換でも、２サイクル運転に即した条件下で燃焼が行われるため、燃焼の悪化を抑制することができる。
【００１２】
後者の場合、４サイクル時には、ピストンが上死点から下死点に移動する際に吸気行程が行われるのに対し、２サイクル時には、下死点から上死点に移動する際に吸気行程が行われるという相違がある。従って、２サイクルへの切り換え直後の吸気行程では、２サイクル運転を定常的に行う時の吸気行程とは、弁の開閉タイミングが相違する。
【００１３】
第２の制御態様では、遷移運転を介さない気筒が存在するため、先に説明した第１の制御態様ほど良好な燃焼が得られない可能性がある。かかる場合には、上述の爆発行程から遷移する第２の制御態様を、制御対象となるエンジンの複数の気筒のうち一部に制限してもよい。こうすることにより、十分良好な燃焼が得られないことに起因するトルクショックなどの弊害を緩和することができる。
【００１４】
このように第２の制御態様を適用する気筒を制限する場合でも、少なくとも遷移の判断の後、最先に爆発行程を実行する気筒については、第２の制御態様を適用することが好ましい。こうすることにより、切換後の目標出力を速やかに実現できるという第２の制御態様の利点が確保される。
【００１５】
第３の制御態様として、２サイクル運転から４サイクル運転への遷移を行う場合には、エンジンの複数の気筒のうち、遷移を判断した後、２サイクル運転において最初に爆発行程を迎える気筒から順次遷移させることが好ましい。こうすることにより、燃焼自体は２サイクル運転に即した条件下で行われているため、遷移時の燃焼の悪化を抑制することができる。
【００１６】
更に、複数の気筒について、４サイクル運転時に爆発行程を実行する順序が決められている場合には、この順序が実現されるよう、各気筒の遷移順序を決定することが好ましい。こうすることにより、遷移時のトルクショックを緩和し、円滑に４サイクル運転に遷移させることができる。
【００１７】
第３の制御態様では、遷移時に遷移運転を挟んでもよいが、速やかに遷移を実現するため、各気筒について、２サイクル運転から４サイクル運転に直接遷移させることが好ましい。
【００１８】
以上で説明した第１〜第３の各制御態様において、運転サイクルの切換中の各気筒の目標出力は、遷移前後の各運転時におけるそれぞれの目標出力を補間する値とすることが好ましい。こうすることによって、遷移中のトルクショックを抑制することができる。各運転時における目標出力は、例えば、エンジンに要求される出力の目標値を、気筒数で除することによって設定される。運転サイクルの切換中とは、第１の制御態様における遷移運転が行われている期間、および２サイクル運転と４サイクル運転とが混在している期間を言う。目標出力は、トルク、吸入空気量、燃料噴射量など、各気筒の出力に関する種々のパラメータを用いて規定することができる。
【００１９】
目標出力の補間値は、例えば、全気筒について、統一的に遷移前の目標出力と遷移後の目標出力の平均値としてもよい。また、各気筒の目標出力を、遷移順序に従って、遷移前の目標出力から遷移後の目標出力に漸近させるよう変化させてもよい。こうすることにより、更に、円滑な移行を実現することができる。例えば、３気筒ある場合、各気筒の目標出力を、遷移前後の目標出力の偏差の１／３ずつ異なる値に設定することができる。
【００２０】
上述した第１〜第３の制御態様は、適宜、組み合わせて適用しても構わない。第１の制御態様と第２の制御態様とを、エンジンの運転状態や、要求値などに応じて使い分けても良い。例えば、要求出力の変化が比較的緩やかな場合には第１の制御態様を適用し、比較的急激である場合には第２の制御態様を適用してもよい。また、本発明は、制御装置としての態様に限らず、エンジンの運転を制御する制御方法として構成してもよい。上述の制御は、混合気に点火プラグで点火する燃焼方法（以下、火花点火と呼ぶ）を採る場合、自着火による燃焼方法を採る場合のいずれにも適用可能である。火花点火と自着火とが混在してもよい。例えば、自着火による２サイクル運転と、火花点火による４サイクル運転とを行う場合の切り換え制御に適用してもよい。サイクルによって燃焼方法が異なる場合には、特に、燃焼の悪化等による弊害が生じやすいため、本発明の有用性が高い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、以下の順序で説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．制御マップ：
Ｃ．運転制御：
Ｄ．４Ｃ→２Ｃ切換処理：
Ｅ．２Ｃ→４Ｃ切換処理：
Ｆ．４Ｃ→２Ｃ切換処理の変形例：
【００２２】
Ａ．装置構成：
図１は実施例としてのエンジンシステムを示す説明図である。本実施例のエンジンシステムは、車両に搭載された３気筒のガソリンエンジンと、その運転を制御する制御ユニット１００から構成される。図中では、説明の便宜上、ガソリンエンジンの各気筒に、＃１〜＃３の記号を付した。
【００２３】
制御ユニット１００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに備えられたプログラムに従って、ソフトウェア的にガソリンエンジンの動作を制御する。制御ユニット１００には、この制御を行うために種々の信号が入出力される。図中では、代表的なもののみを示した。入力信号としては、アクセル開度センサ２１によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量、回転数センサ２３によって検出されるエンジンの回転数などが含まれる。出力信号については、エンジンの構成と併せて順次説明する。
【００２４】
＃１の気筒を例にとって、エンジンの構造を説明する。エンジンは、燃焼室で燃料を燃焼させて動力を出力する。燃焼室に空気を吸入するための吸気管１７には、吸気弁１１が設けられている。空気は、吸気弁１１が開いている間、燃焼室に導入される。本実施例では、吸気弁１１の開閉は、制御ユニット１００からの制御信号に基づき、電磁駆動されるアクチュエータ１４によって制御される。
【００２５】
吸気管１７には、燃料を噴射するためのインジェクタ１６が設けられている。本実施例では、気筒内に直接燃料を噴射するいわゆる直噴タイプのエンジンを例示しているが、吸気管内に噴射するいわゆるポート噴射タイプのエンジンを用いても構わない。制御ユニット１００は、吸入空気量に応じてインジェクタ１６を制御し、正常な燃焼が行われるよう適量の燃料を噴射させる。
【００２６】
燃焼室内には、点火プラグ１３が設けられている。燃料と空気との混合気は、燃焼室内で圧縮された後、点火プラグ１３によって点火される。制御ユニット１００は、エンジンの回転数、要求負荷等に応じて、点火時期を制御する。
【００２７】
燃焼後の排気は、排気管１８から排出される。排気管１８には、排気弁１２が設けられている。排気弁１２の開閉は、電磁駆動されるアクチュエータ１５によって制御される。
【００２８】
煩雑化を避けるため、図示を省略したが、＃２〜＃３の気筒も、＃１と同様の構造である。
【００２９】
エンジンから出力される動力は、燃焼室への吸気量によって変動する。本実施例では、吸気量は、吸気管１７の負圧によって制御される。＃１〜＃３の吸気管は、上流でインテークマニホールド１１１に接続されている。インテークマニホールドの上流の吸気管内には、スロットル弁２２が設けられている。制御ユニット１００がスロットル弁２２の開度を制御すると、吸気管の負圧が変動し、吸入空気量が変動する。例えば、スロットル弁２２がほぼ全開の場合には、吸気管内は大気圧となり、燃焼室内に吸気されやすくなるため、吸気量が大きくなる。スロットル弁２２を絞ると、吸気管内は大気圧よりも低い負圧となるため、燃焼室への吸気量は抑制される。この他、吸気量は、スロットル弁２２の開度の他、吸気弁１１が開いている期間およびリフト量によっても制御可能である。スロットル弁２２の他、吸気弁１１を用いた吸気量制御を併用してもよい。
【００３０】
スロットル弁２２の上流側には、吸気管の圧力を大気圧よりも高めることによって、吸気を促進する過給器１１２が設けられている。過給器１１２には、ターボ、スーパーチャージャなど、種々のタイプを適用可能である。
【００３１】
Ｂ．制御マップ：
図２はエンジンの制御に利用される制御マップを示す説明図である。各マップは、制御ユニット１００に予め記憶されている。
【００３２】
本実施例のエンジンは、２サイクル、４サイクルの２種類を使い分けて運転する。本実施例のエンジンは、＃１〜＃３の３つの気筒を有しており、クランクシャフトを円滑に回転させるために、各気筒において燃焼を行う順序が次の通り設定されている。
４サイクル運転時…＃３→＃２→＃１；
２サイクル運転時…＃１→＃２→＃３；
【００３３】
制御ユニット１００には、エンジンの運転を制御するために、多種多様なマップを備えているが、図中には、運転サイクルの使い分けを実現するために使用されるマップを示した。エンジンの運転制御を行うメインルーチンに相当する運転制御部１０１は、エンジンの回転数、アクセル開度、エンジンの水温などのパラメータに基づき、各種マップを参照して、燃料噴射量、点火時期、バルブタイミング、吸気量などを制御する。
【００３４】
バルブ制御マップ１０６は、各サイクルでの運転時における吸気弁および排気弁の開閉タイミングの基準値を与えるマップである。吸気弁、排気弁の開閉タイミングは、各サイクルで固定ではなく、この基準値に対して、エンジンの回転数、要求負荷などに応じた補正が加えられる。
【００３５】
図中の各符号は、次の事項を意味する。
破線…吸気弁が開いている期間；　実線…排気弁が開いている期間；
ＴＤＣ…上死点；　ＢＤＣ…下死点；
Ｐｏ…爆発行程；　Ｅｘ…排気行程および掃気行程；
Ｉｎ…吸気行程；　Ｃｏ…圧縮行程；
★…点火または自着火；
【００３６】
４サイクルでは、ピストンがＴＤＣからＢＤＣに移行する行程、またはＢＤＣからＴＤＣに移行する行程に、ほぼ対応して、いずれかの燃焼行程を実行する。
【００３７】
２サイクルでは、爆発行程においてピストンがＴＤＣからＢＤＣに移行する途中で、排気弁を開き排気行程を開始する。燃焼ガスは高圧であるため、シリンダ容積が拡大している最中でも、排気弁を開くことにより、排気が行われる。次に、ＢＤＣ近傍で、排気弁を開いた状態で、吸気弁を開く。吸気管１７の圧力は過給器１１２によって十分高められているから、吸気弁を開くことにより、吸気が行われる。この吸気は燃焼ガスを排気する作用も奏するため、排気弁と吸気弁の双方が開いている期間を掃気行程と称することもある。本実施例では、排気行程と掃気行程とを併せて、単に排気行程と称するものとする。吸気弁が、ピストンがＢＤＣからＴＤＣに移行する途中で閉じることにより、吸気行程が完了し、圧縮行程が開始される。ＴＤＣ近傍で、混合気は、燃焼し、爆発行程が始まる。
【００３８】
４サイクルから２サイクルへの遷移運転（図中の「４Ｃ→２Ｃ遷移」）では、４サイクルと同様、エンジンが２回転する間に１回の割合で点火を行う。但し、吸気弁の開期間は、４サイクル時よりも短く設定されている。この開期間は、燃焼室内の混合気が２サイクル運転時の初回燃焼を実現可能な状態となるよう調整された期間である。本実施例では、排気弁は４サイクル時と同じ開期間としたが、吸気弁と同様に調整してもよい。
【００３９】
一般にガソリンエンジンにおける混合気の燃焼は、火花点火と自着火の２通りがある。火花点火とは、点火プラグで点火することにより、混合気を燃焼する方法である。自着火とは、混合気を圧縮してガソリンの発火点に至るまで高温にすることにより、混合気を発火させ、燃焼する方法である。自着火では、点火プラグによる点火は不要であるが、発火を促進する等の目的で補助的に点火プラグを使用してもよい。本実施例では、４サイクルは火花点火、２サイクルは自着火を適用するものとした。４サイクルから２サイクルへの遷移運転を行った直後は、遷移を確実に行わせるため、火花点火するものとした。遷移運転中に自着火に必要な混合気の状態および圧縮端温度を実現できる場合には、自着火させるものとしてもよい。
【００４０】
サイクルマップ１０２は、エンジンの回転数および負荷に応じて、運転サイクルを決定するためのマップである。本実施例では、中負荷、中回転数領域で２サイクル、その他の領域で４サイクルを適用するものとした。各領域の境界近傍でサイクルが頻繁に切り替わることを回避するため、各領域間には、ヒステリシスが設けられている。サイクルマップ１０２は、各サイクルでの特徴を考慮して、種々の設定が可能である。
【００４１】
燃料噴射量マップ１０３は、エンジンの回転数および負荷に応じて、燃料噴射量を決定するためのマップである。図中には、燃料噴射量一定の複数の曲線を示した。燃料噴射量には、理想的な空燃比を実現するよう、吸気量に応じた補正を考慮してもよい。燃料噴射量マップ１０３は、２サイクル、４サイクルに対して、個別に用意される。
【００４２】
点火時期マップ１０４は、エンジンの回転数および負荷に応じて、点火時期の基準値を与えるためのマップである。点火時期は、ＴＤＣからのクランクシャフトの進角量で与えることができる。点火時期には、この基準値から、ノッキングの有無等に基づく補正を加えてもよい。先に説明した通り、２サイクルでは自着火を適用しているため、点火時期マップ１０４は、４サイクルに対して用意される。
【００４３】
吸気量マップ１０５は、エンジンの回転数および負荷に応じて、吸気量を決定するためのマップである。吸気量マップ１０５は、２サイクル、４サイクルに対して、個別に用意される。
【００４４】
上述した各マップについては、エンジン水温などをパラメータに含めて、多次元的に設定してもよい。
【００４５】
Ｃ．運転制御：
図３は運転サイクルの切換タイミングを示す説明図である。エンジンの運転中に制御ユニット１００が繰り返し実行する処理である。この処理が開始されると、制御ユニット１００は、アクセル開度、回転数など制御に必要なパラメータ値を入力する（ステップＳ１０）。そして、これらのパラメータ値に基づき、サイクルマップ１０２を参照して、エンジンの運転サイクルを決定する（ステップＳ１２）。
【００４６】
こうして決定された運転サイクルと現状の運転サイクルとの異同に基づいて、制御ユニット１００は、運転サイクルの切換の要否を判断する（ステップＳ１４）。４サイクル運転中に、２サイクル運転を行うよう決定された場合には、「４Ｃ→２Ｃ切換処理」を実行する（ステップＳ２０）。２サイクル運転中に、４サイクル運転を行うよう決定された場合には、「２Ｃ→４Ｃ切換処理」を実行する（ステップＳ４０）。これらの処理内容については、後述する。切換不要と判断された場合には、これらの処理は、スキップされる。
【００４７】
こうして、運転サイクルが決まると、制御ユニット１００は、運転サイクル、アクセル開度、回転数に応じて、先に図２に示した各マップを参照して、エンジンの出力制御を行う（ステップＳ６０）。
【００４８】
Ｄ．４Ｃ→２Ｃ切換処理：
図４は４サイクル運転から２サイクル運転への切換シーケンスを例示する説明図である。＃１〜＃３の各気筒の運転状態の時間変化を示した。本実施例では、４サイクルから、図２で説明した遷移運転を経て２サイクルに遷移する。この遷移は、各気筒につき、４サイクルの爆発行程から開始される。
【００４９】
図示する通り、＃１〜＃３が４サイクル運転されている最中に、＃１気筒の排気行程の途中で切換指示が行われたものとする。この時、＃２気筒は圧縮行程の途中であり、＃３気筒は爆発行程の途中である。遷移運転への切り換えは、爆発行程から開始されるから、図の例では、＃３気筒で最も早く遷移運転が開始される。遷移運転の期間をハッチングで図示した。遷移運転中は、先に示した通り、吸気弁の開き期間の制御によって、２サイクル運転時の初回燃焼が安定して実現可能な状態に、燃焼室内の雰囲気が整えられる。４サイクルでは「＃３→＃２→＃１」の順序で燃焼が行われるから、遷移運転にも、この順序で移行する。こうしてエンジンが２回転する期間に相当する遷移運転が終了すると、各気筒はそれぞれ２サイクル運転に移行する。区間Ｄでは、燃焼順序は、「＃３→＃２→＃３→＃１→＃２→＃３」という変則的な順序となるが、その後は、２サイクル運転の正常な燃焼順序「＃１→＃２→＃３」が実現される。図４には、切換の一例を示したが、切換指示がいかなるタイミングで行われても、同様の考え方により、順次、運転サイクルを切り換えることができる。
【００５０】
図５は「４Ｃ→２Ｃ切換処理」のフローチャートである。図４で説明した切換を実現するための処理内容を示した。制御ユニット１００は、この処理を＃１〜＃３の気筒それぞれについて実行する。
【００５１】
処理が開始されると、制御ユニット１００は、処理対象となっている気筒について、現状の運転サイクルについて判断する（ステップＳ２１）。４サイクル運転をしている場合には、爆発行程が完了した時点で、遷移運転への移行を行う（ステップＳ２３、Ｓ２５）。その他の行程中である場合には、４サイクル運転を継続する（ステップＳ２３、Ｓ２４）。
【００５２】
遷移運転をしている場合には、遷移運転が完了した時点で、２サイクル運転への移行を行う（ステップＳ２２、Ｓ２６）。未完了の場合には、遷移運転を継続する（ステップＳ２２、Ｓ２５）。本実施例では、遷移運転の期間をエンジン２回転に相当する期間と設定しているため、遷移運転を開始した後の回転数によって、遷移運転の完了を判断することができる。遷移運転の期間を予め規定せず、圧縮端温度に関するパラメータ、例えば、排気温度などが、２サイクル運転に適した条件を満足しているか否かによって、遷移運転の完了を判断してもよい。
【００５３】
制御ユニット１００は、以上の判断結果に基づき、４サイクル運転（ステップＳ２４）、遷移運転（ステップＳ２５）、２サイクル運転（ステップＳ２６）のいずれかを実行する。制御ユニット１００は、運転サイクルの遷移時におけるトルクショックを緩和するため、各気筒について、各運転時の目標出力を次の通り設定する。
【００５４】
４サイクル運転時、２サイクル運転時には、回転数、アクセル開度に応じて定まる総出力が得られるよう、各気筒の目標出力が均等に設定される。２サイクル運転時には４サイクル運転時の倍の頻度で爆発行程が実行されるから、２サイクル運転時の各気筒の目標出力は４サイクル運転時の概ね半分程度となる。遷移運転中の目標出力は、４サイクル運転時の目標出力（以下、「４サイクル出力」と呼ぶ）と、２サイクル運転時の目標出力（以下、「２サイクル出力」と呼ぶ）の補間値に設定する。本実施例では、補間値として、両者の平均値、即ち、「（４サイクル出力＋２サイクル出力）／２」を用いた。
【００５５】
補間値は、遷移運転中に目標出力が、４サイクル出力から２サイクル出力に漸近するように、各気筒で異なる値としてもよい。例えば、目標出力の変化量ΔＰを設定し、ｎ番目（ｎは自然数）に遷移運転を開始する気筒の目標出力を、「４サイクル出力＋ｎ×ΔＰ」と設定することができる。変化量ΔＰを、「（２サイクル出力−４サイクル出力）／気筒数」と設定すれば、最後に遷移運転を行う気筒の目標出力は、２サイクル出力と一致する。変化量ΔＰを、「（２サイクル出力−４サイクル出力）／（気筒数＋１）」と設定すれば、遷移運転が完了した後、次に爆発行程を実行する気筒から、目標出力が２サイクル出力と一致するようになる。
【００５６】
図４の区間Ｄにおける＃３気筒のように、遷移運転中に変則的な順序で２サイクル運転が行われる場合には、この２サイクル運転も遷移運転の一過程とみなして、目標出力を設定してもよい。例えば、区間Ｄにおける目標出力を次の通り設定することができる。
＃３（遷移運転）の目標出力＝４サイクル出力＋ΔＰ；
＃２（遷移運転）の目標出力＝４サイクル出力＋２×ΔＰ；
＃３（２サイクル運転）の目標出力＝４サイクル出力＋３×ΔＰ；
＃１（遷移運転）の目標出力＝４サイクル出力＋４×ΔＰ；
＃２、＃３（２サイクル運転）の目標出力＝２サイクル出力；
ΔＰ＝（２サイクル出力−４サイクル出力）／５；
【００５７】
Ｅ．２Ｃ→４Ｃ切換処理：
図６は２サイクル運転から４サイクル運転への切換シーケンスを例示する説明図である。＃１〜＃３の各気筒の運転状態の時間変化を示した。本実施例では、２サイクル運転における爆発行程から４サイクルに遷移する。２サイクル運転と４サイクル運転では、排気行程のタイミングが異なるため、２サイクル運転における排気行程が開始される前の状態にある気筒から切換を実行することが好ましい。本実施例では、かかる観点から、最初に切換を行う気筒（以下、切換気筒と呼ぶ）を決定する。また、その後の切換は、４サイクル運転における燃焼順序を考慮して設定する。
【００５８】
図示する通り、＃１〜＃３が２サイクル運転されている最中に、＃１気筒の圧縮行程の途中で切換指示が行われたものとする。この時、＃２気筒は吸気行程の途中であり、＃３気筒は爆発行程の途中である。上述の条件に従った切換を決定するため、本実施例では、切換指示が行われた時点のクランク角に基づいて切換気筒を決定するものとした。図の上方に示す通り、＃１気筒が上死点にある状態を基準として、２サイクル運転中のクランク角を０〜３６０度の範囲で定義する。「クランク角＜９０°」の状態では、排気行程が行われる直前の状態にある＃１気筒が切換気筒となる。「９０°≦クランク角＜２１０°」の状態では、＃２気筒が切換気筒となる。「２１０°≦クランク角＜３３０°」の状態では、＃３気筒が切換気筒となる。「３３０°≦クランク角＜３６０°」の状態では、再び＃１気筒が切換気筒となる。切換気筒を判断する基準となるクランク角は、気筒数、２サイクル運転時の排気行程の開始タイミングなどを考慮して、任意に設定可能である。
【００５９】
図の例では、切換気筒は＃３気筒に設定される。従って、＃３気筒については、切換指示の直後から４サイクル運転が開始される。切換気筒以外の気筒の切換は、４サイクル運転時の燃焼順序「＃３→＃２→＃１」に従って行われる。＃２気筒は、切換指示の後、区間Ｄ１で２サイクル運転を行った後、４サイクル運転に切換られる。＃１気筒は、区間Ｄ２で２サイクル運転を行った後、４サイクル運転に切換られる。図６には、切換の一例を示したが、切換指示がいかなるタイミングで行われても、同様の考え方により、順次、運転サイクルを切り換えることができる。
【００６０】
図７は「２Ｃ→４Ｃ切換処理」のフローチャートである。図６で説明した切換を実現するための処理内容を示した。制御ユニット１００は、この処理を＃１〜＃３の気筒について、繰り返し実行する。
【００６１】
処理が開始されると、制御ユニット１００は、切換判断時のクランク角ＣＡを入力し（ステップＳ４１）、切換パターンを決定する（ステップＳ４２）。切換パターンとは、各気筒の切換順序を規定するパターンである。図中に、クランク角ＣＡと切換パターンとの関係を図示した。先に図６で説明した関係をテーブル化したものである。ステップＳ４１、Ｓ４２については、全気筒について行う必要はなく、いずれか一つの気筒について１回行えば足りる。従って、切換パターンが一旦設定された後は、ステップＳ４１，Ｓ４２を省略して差し支えない。
【００６２】
制御ユニット１００は、制御対象となっている気筒の運転サイクルを判断する（ステップＳ４３）。既に４サイクル運転されている場合には、運転サイクルを切り換えるための制御は不要と判断し、４サイクル運転制御を実行する（ステップＳ４５）。２サイクル運転されている場合、運転サイクルの切換タイミングに至るまでは（ステップＳ４４）、２サイクル運転制御を実行し（ステップＳ４６）、切換タイミングに至った後は、４サイクル運転制御を実行する（ステップＳ４５）。切換タイミングに至ったか否かは、切換パターンと他の気筒の運転サイクルに基づいて判断することができる。例えば、切換パターンが「＃２→＃１→＃３」である場合、＃２気筒が４サイクル運転を開始した時点で、＃１気筒は切換タイミングに至ったと判断することができる。また、＃１気筒が４サイクル運転を開始した時点で、＃３気筒は切換タイミングに至ったと判断することができる。
【００６３】
制御ユニット１００は、以上の判断結果に基づき、４サイクル運転（ステップＳ４５）、２サイクル運転（ステップＳ４６）のいずれかを実行する。全気筒が４サイクル運転への移行を完了するまでの間、各運転時の目標出力は、それぞれ４サイクル出力、２サイクル出力に設定してもよいが、「４Ｃ→２Ｃ切換処理」（図５参照）で説明したように、補間値に設定してもよい。
【００６４】
以上で説明した実施例のエンジンシステムによれば、２サイクル運転と４サイクル運転の切換時における燃焼の悪化を抑制し、円滑な切換を実現することができる。
【００６５】
Ｆ．４Ｃ→２Ｃ切換処理の変形例：
図８は変形例としての４サイクル運転から２サイクル運転への切換シーケンスを例示する説明図である。変形例では、運転サイクルの速やかな切換を実現するため、４サイクル運転における爆発行程または吸気行程のうち切換指示後に最初に実行される行程から、２サイクル運転への切り換えを実行する。爆発行程からの切り換えでは、遷移運転を挟まずに直接、２サイクル運転に移行する。
【００６６】
吸気行程からの切り換えでは、吸気行程において吸気弁の開き期間を４サイクルの時よりも短くし、２サイクル時に相当する吸気量を実現し、その後の爆発行程から完全に２サイクル運転に移行する。４サイクル時には、ピストンが上死点から下死点に移動する際に吸気行程が行われるのに対し、２サイクル時には、下死点から上死点に移動する際に吸気行程が行われため、吸気行程からの切換では、４サイクル運転、２サイクル運転のいずれとも異なるタイミングで吸気弁の開閉タイミングを制御する必要がある。以下、説明の便宜上、この変則的な開閉タイミングでの運転を遷移運転を呼ぶものとする。変形例では、遷移運転中の弁の開閉タイミングとして、実施例で図２に示した「４Ｃ→２Ｃ遷移」を適用するものとしたが、これと異なるタイミングとしてもよい。
【００６７】
図の例において、＃１気筒の吸気行程の途中で切換指示が出されたものとする。この時、＃２気筒は圧縮行程、＃３気筒は排気行程にある。＃１気筒については、切換指示の後、吸気行程よりも爆発行程が先に実行されるから、爆発行程から２サイクル運転に切り換えられる。＃２気筒についても同様である。＃３気筒については、吸気行程の方が先に実行されるから、吸気行程から２サイクル運転に切り換えられる。従って、＃３気筒については、図中にハッチングで示す区間Ｄｔで、遷移運転が行われる。
【００６８】
２サイクルへの切換を行うべき行程は、例えば、クランク角に基づいて判断することができる。図の上方に示す通り、上死点にある状態を基準として２回転分（０〜７２０°）の範囲で４サイクルにおけるクランク角を定義する。「４５０°≦クランク角＜６９０°」の状態（図中の区間Ｄｉ）にある時には、吸気行程が爆発行程よりも先に行われるとともに、遷移運転で吸気弁の制御することが可能であるため、吸気行程からの切換を行う。その他の状態にある時には、爆発行程から切換を行う。各気筒の上死点を基準としてクランク角を定義することにより、＃２，＃３気筒についても同様に切換を行うべき行程を判断することができる。
【００６９】
図９は変形例としての「４Ｃ→２Ｃ切換処理」のフローチャートである。図８で説明した切換を実現するための処理内容を示した。制御ユニット１００は、この処理を＃１〜＃３の気筒について、繰り返し実行する。
【００７０】
処理が開始されると、制御ユニット１００は、切換判断時のクランク角ＣＡを入力し（ステップＳ３１）、切換タイミングを決定する（ステップＳ３２）。図８で説明した通り、「４５０°≦ＣＡ＜６９０°」であれば、吸気行程からの切換、その他の場合には、爆発行程からの切換に設定される。
【００７１】
制御ユニット１００は、制御対象となっている気筒の運転サイクルを判断する（ステップＳ３３）。既に２サイクル運転されている場合には、運転サイクルを切り換えるための制御は不要と判断し、２サイクル運転制御を実行する（ステップＳ３８）。４サイクル運転されている場合、爆発行程が開始される時点で、２サイクル運転への切換タイミングに至ったものと判断し、２サイクル運転制御を実行する（ステップＳ３５、Ｓ３８）。吸気行程が開始される時点で、遷移運転への切換タイミングに至ったものと判断し、遷移運転を実行する（ステップＳ３５、Ｓ３７）。その他の場合には、４サイクル運転を継続する（ステップＳ３５、Ｓ３６）。
【００７２】
吸気行程からの切換を行う気筒について、遷移運転がされている場合には（ステップＳ３３）、遷移運転が完了した時点で２サイクル運転に移行する（ステップＳ３４、Ｓ３８）。完了前は、遷移運転を継続する（ステップＳ３７）。
【００７３】
制御ユニット１００は、以上の判断結果に基づき、４サイクル運転（ステップＳ３６、遷移運転（ステップＳ３７）、２サイクル運転（ステップＳ３８）のいずれかを実行する。全気筒が２サイクル運転への移行を完了するまでの間、各運転時の目標出力は、それぞれ４サイクル出力または２サイクル出力に設定してもよいが、「４Ｃ→２Ｃ切換処理」（図５参照）で説明したように、補間値に設定してもよい。
【００７４】
変形例の切換処理によれば、少なくとも一部の気筒について、遷移運転が省略されるため、２サイクル運転に速やかに切り換えることができる。
【００７５】
変形例では、０°〜７２０°の範囲のうち、１／３に相当する区間を吸気行程からの切換に設定しているため、必ず１つの気筒は吸気行程からの切り換えが行われる。このように、一部の気筒について、遷移運転を介在させることにより、切換時のトルクショックを緩和することができる。変形例において、ステップＳ３２の判断を省略し、全気筒について爆発行程からの切換を行うものとしてもよい。
【００７６】
実施例における切換（図５）と、変形例の切換（図９）とを、使い分けても良い。例えば、アクセル開度の変化率が所定値以下の場合には、実施例の切換を適用し、所定値よりも大きい場合には、速やかな切換が要求されていると判断されるため、変形例の切換を適用してもよい。
【００７７】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、上述の制御は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。上述の制御は、２サイクル運転、４サイクル運転に加えて６サイクル運転を併用するエンジンにも適用可能である。実施例では、４サイクルを火花点火、２サイクルを自着火で燃焼させる場合を例示したが、本発明は、共に火花点火または自着火の場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのエンジンシステムを示す説明図である。
【図２】エンジンの制御に利用される制御マップを示す説明図である。
【図３】運転サイクルの切換タイミングを示す説明図である。
【図４】４サイクル運転から２サイクル運転への切換シーケンスを例示する説明図である。
【図５】「４Ｃ→２Ｃ切換処理」のフローチャートである。
【図６】２サイクル運転から４サイクル運転への切換シーケンスを例示する説明図である。
【図７】「２Ｃ→４Ｃ切換処理」のフローチャートである。
【図８】変形例としての４サイクル運転から２サイクル運転への切換シーケンスを例示する説明図である。
【図９】変形例としての「４Ｃ→２Ｃ切換処理」のフローチャートである。
【符号の説明】
１１…吸気弁
１２…排気弁
１３…点火プラグ
１４、１５…アクチュエータ
１６…インジェクタ
１７…吸気管
１８…排気管
２１…アクセル開度センサ
２２…スロットル弁
２３…回転数センサ
１００…制御ユニット
１０１…運転制御部
１０２…サイクルマップ
１０３…燃料噴射量マップ
１０４…点火時期マップ
１０５…吸気量マップ
１０６…バルブ制御マップ
１１１…インテークマニホールド
１１２…過給器

Claims (12)

1. 吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行して運転するエンジンの運転を制御する制御装置であって、
   前記エンジンの回転数および負荷に関する要求値を入力する要求値入力部と、
   前記エンジンが２回転する間に前記４行程を実行する４サイクル運転を行う４サイクル運転制御部と、
   前記エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転を行う２サイクル運転制御部と、
   前記要求値に基づいて前記４サイクル運転から前記２サイクル運転への遷移を行う遷移制御部とを備え、
   該遷移制御部は、
   前記４サイクル運転における爆発行程に続けて、該エンジンが２回転する間に前記４行程を実行するとともに、該エンジンの燃焼室内の雰囲気が２サイクル運転における初回燃焼を達成可能な状態となるよう該エンジンの吸気量、排気量を制御する制御装置。
2. 吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行して運転するエンジンの運転を制御する制御装置であって、
   前記エンジンの回転数および負荷に関する要求値を入力する要求値入力部と、
   前記エンジンが２回転する間に前記４行程を実行する４サイクル運転を行う４サイクル運転制御部と、
   前記エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転を行う２サイクル運転制御部と、
   前記要求値に基づいて前記４サイクル運転から前記２サイクル運転への遷移を行う遷移制御部とを備え、
   該遷移制御部は、
   前記４サイクル運転における爆発行程、吸気行程のうち、前記要求値に基づいて前記遷移を判断した後、最初に実行される行程から前記２サイクル運転を開始させる制御装置。
3. 請求項２記載の制御装置であって、
   前記エンジンは、複数の気筒を有しており、
   前記遷移制御部は、該複数の気筒の一部についてのみ、前記爆発行程での遷移を適用する制御装置。
4. 請求項２記載の制御装置であって、
   前記行程での遷移が適用される気筒は、前記判断の後、最先に爆発行程を実行する気筒を含む制御装置。
5. 複数の気筒を有し、気筒ごとに異なるタイミングで吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行して運転するエンジンの運転を制御する制御装置であって、
   前記エンジンの回転数および負荷に関する要求値を入力する要求値入力部と、
   前記エンジンが２回転する間に前記４行程を実行する４サイクル運転を行う４サイクル運転制御部と、
   前記エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転を行う２サイクル運転制御部と、
   前記要求値に基づいて前記２サイクル運転から前記４サイクル運転への遷移を行う遷移制御部とを備え、
   該遷移制御部は、前記要求値に基づいて前記遷移を判断した後、２サイクル運転において最初に爆発行程を迎える気筒から順次遷移させる制御装置。
6. 請求項５記載の制御装置であって、
   前記４サイクル運転制御部は、前記複数の気筒について、所定の順序で爆発行程を実行し、
   前記遷移制御部は、前記順序が実現されるよう、各気筒の遷移順序を決定する制御装置。
7. 請求項６記載の制御装置であって、
   前記遷移制御部は、各気筒について、前記２サイクル運転から４サイクル運転に直接遷移させる制御装置。
8. 請求項１〜６いずれか記載の制御装置であって、
   前記遷移制御部は、
   各気筒について、前記遷移前後の各運転時に対して前記要求値に基づいて定まるそれぞれの目標出力を補間する値を、遷移中の各気筒の目標出力に設定する制御装置。
9. 請求項５記載の制御装置であって、
   前記遷移制御部は、前記各気筒の目標出力を、遷移順序に従って、前記遷移前の目標出力から遷移後の目標出力に漸近させる制御装置。
10. 吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行して運転するエンジンの運転を制御する制御方法であって、
    前記エンジンの回転数および負荷に関する要求値を入力する要求値入力ステップと、
    前記エンジンが２回転する間に前記４行程を実行する４サイクル運転を行う４サイクル運転ステップと、
    前記エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転を行う２サイクル運転ステップと、
    前記要求値に基づいて前記４サイクル運転から前記２サイクル運転への遷移を行う遷移ステップとを備え、
    該遷移ステップは、
    前記４サイクル運転における爆発行程に続けて、該エンジンが２回転する間に前記４行程を実行するとともに、該エンジンの燃焼室内の雰囲気が２サイクル運転における初回燃焼を達成可能な状態となるよう該エンジンの吸気量、排気量を制御する制御方法。
11. 吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行して運転するエンジンの運転を制御する制御方法であって、
    前記エンジンの回転数および負荷に関する要求値を入力する要求値入力ステップと、
    前記エンジンが２回転する間に前記４行程を実行する４サイクル運転を行う４サイクル運転ステップと、
    前記エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転を行う２サイクル運転ステップと、
    前記要求値に基づいて前記４サイクル運転から前記２サイクル運転への遷移を行う遷移ステップとを備え、
    該遷移ステップは、
    前記４サイクル運転における爆発行程、吸気行程のうち、前記要求値に基づいて前記遷移を判断した後、最初に実行される行程から前記２サイクル運転を開始させる制御方法。
12. 複数の気筒を有し、気筒ごとに異なるタイミングで吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を繰り返し実行して運転するエンジンの運転を制御する制御方法であって、
    前記エンジンの回転数および負荷に関する要求値を入力する要求値入力ステップと、
    前記エンジンが２回転する間に前記４行程を実行する４サイクル運転を行う４サイクル運転ステップと、
    前記エンジンが１回転する間に前記４行程を実行する２サイクル運転を行う２サイクル運転ステップと、
    前記要求値に基づいて前記２サイクル運転から前記４サイクル運転への遷移を行う遷移ステップとを備え、
    該遷移ステップは、前記要求値に基づいて前記遷移を判断した後、２サイクル運転において最初に爆発行程を迎える気筒から順次遷移させる制御方法。

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