JP2004308560A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮自己着火運転及び火花点火運転を行うことができる内燃機関をより適切に制御し、圧縮自己着火運転を行うことができる運転領域を拡大することができる制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の要求トルクＰＭＥＣＭＤを算出し（Ｓ１１）、機関運転状態が圧縮自己着火運転を行うことができる機関運転領域にあり、かつ要求トルクＰＭＥＣＭＤが所定閾値ＰＴＨより小さいときは、＃１気筒及び＃４気筒を休止させ、一部気筒運転を行う（Ｓ１２、Ｓ１４〜Ｓ１６）。作動させる＃２気筒及び＃３気筒の要求トルクを２倍とし、その要求トルクに応じた量の燃料を噴射する。低負荷領域で１気筒当たりの燃料噴射量が増加し、混合気を確実に着火させることがきる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に複数の気筒を有し、圧縮自己着火運転及び火花点火運転を行うことができる内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に供給される混合気を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮自己着火運転によれば、空燃比がリーンな状態でも比較的安定した燃焼を実現し、しかも燃焼温度が比較的低いので、ＮＯｘの発生量を低減することができる。しかしながら、機関の全運転領域で安定した圧縮自己着火運転を行うことは困難であるため、機関運転状態に応じて圧縮自己着火運転と、火花点火運転とを切り換えるようにした内燃機関の制御装置が、特許文献１に示されている。
【０００３】
この特許文献１に示された制御装置によれば、機関の低・中負荷且つ低回転運転領域で圧縮自己着火運転が行われ、極低負荷運転領域、高負荷運転領域及び高回転運転領域では、火花点火運転が行われる。高負荷運転領域及び高回転運転領域では、主として大きな機関出力を得るために火花点火運転が行われる。極低負荷運転領域では、燃料供給量が少なく、圧縮自己着火が確実に行われなくなることから、火花点火運転が行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５２９１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
火花点火運転を行うと、圧縮自己着火運転に比べて燃費が悪くなるため、圧縮自己着火運転を行う運転領域を、より拡大することが望ましい。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、圧縮自己着火運転及び火花点火運転を行うことができる内燃機関をより適切に制御し、圧縮自己着火運転を行うことができる運転領域を拡大することができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数の気筒を有し、圧縮自己着火運転及び火花点火運転を行うことができる内燃機関の制御装置において、前記機関の要求トルク（ＰＭＥＣＭＤ）を算出する要求トルク算出手段と、前記要求トルク（ＰＭＥＣＭＤ）に応じて前記複数気筒の一部（＃１，＃４気筒）の作動を休止させるとともに、該作動を休止させる一部の気筒以外の作動気筒（＃２，＃３気筒）により、圧縮自己着火運転を行うように前記機関を制御する気筒休止制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、機関の要求トルクに応じて複数気筒の一部の作動を休止させるとともに、該作動を休止させる一部の気筒以外の作動気筒により、圧縮自己着火運転が行われる。一部の気筒を休止させることにより、作動気筒に供給すべき燃料量が増加し、混合気を確実に自己着火させることができる運転領域、すなわち圧縮自己着火運転を行うことができる運転領域を拡大することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒休止制御手段は、前記要求トルク（ＰＭＥＣＭＤ）が所定値（ＰＴＨ）より小さいときに、前記一部気筒（＃１，＃４気筒））の休止及び前記作動気筒（＃２，＃３気筒）による圧縮自己着火運転を実行することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、要求トルクが所定値より小さいときに、一部気筒の休止及び作動気筒における圧縮自己着火運転が実行される。したがって、圧縮自己着火運転可能な運転領域を低負荷側に拡大することができる。
【００１１】
また前記気筒休止制御手段は、前記作動気筒（＃２，＃３気筒）に供給する燃料量（ＩＮＪ）を、前記機関の気筒数（Ｎ）と、前記作動気筒の数（ｎ）との比率（Ｎ／ｎ）に応じて通常運転時の燃料量より増加させることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気管２を備え、吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。
【００１３】
燃料噴射弁６は、エンジン１の燃焼室（図示せず）内に直接燃料を噴射できるように気筒毎に設けられている。各燃料噴射弁６は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間（燃料噴射量）が制御される。
【００１４】
エンジン１の各気筒には、吸気弁及び排気弁（図示せず）がそれぞれ２個ずつ設けられている。吸気弁及び排気弁は、電磁駆動機構３０により駆動される電磁駆動弁であり、開弁時期及び閉弁時期を任意に設定することができる。電磁駆動型の吸排気弁は、例えば特開２０００−２８３３１６号公報などに示されている。
【００１５】
またエンジン１の各気筒には、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサ１４が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１６】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、吸気弁及び排気弁の開閉弁時期、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００１７】
エンジン１の各気筒毎に設けられた点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、点火プラグ１２の駆動信号、すなわち点火信号がＥＣＵ５から供給される。
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
【００１８】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、電磁駆動機構３０、点火プラグ１２、及び燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００１９】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、アクセルセンサ３１により検出されるアクセルペダル操作量ＡＰに応じてスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、スロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤに一致するようにアクチュエータ７の駆動制御を行う。
【００２０】
ＥＣＵ５は、アクセルペダル操作量ＡＰに応じてエンジン１の要求トルクＰＭＥＣＭＤを算出し、要求トルクＰＭＥＣＭＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、圧縮自己着火運転を行う運転条件（以下「ＨＣＣＩ条件」という（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ））が成立するときは、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングが、圧縮自己着火運転に適したものとなるように電磁駆動機構３０を制御するとともに、点火プラグ１２による点火を行わないようにする。一方ＨＣＣＩ条件が不成立のときは、点火プラグ１２による点火を行う火花点火運転を行う。火花点火運転では、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングが、火花点火運転に適したものとなるように電磁駆動機構３０が制御される。
【００２１】
図２は、エンジン制御処理の要部のフローチャートであり、この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスに同期して実行される。
ステップＳ１１では、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて図４（ａ）に示すＰＭＥＣＭＤテーブルを検索し、エンジンの１気筒当たりの要求トルクＰＭＥＣＭＤを算出する。ＰＭＥＣＭＤテーブルは、要求トルクＰＭＥＣＭＤがアクセルペダル操作量ＡＰにほぼ比例するように設定されている。次いで、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＥＣＭＤにより、ＨＣＣＩ条件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ１２）。ＨＣＣＩ条件は、図３に示すエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＥＣＭＤで決まる運転領域ＲＨＣＣＩで成立する。この運転領域ＲＨＣＣＩに含まれ、ハッチングを付した運転領域ＲＨＣＣＩＸは、本実施形態における一部気筒運転により、従来より拡大した領域である。
【００２２】
ステップＳ１２でＨＣＣＩ条件が成立していないときは、ステップＳ１３に進み、火花点火運転を行う。
ＨＣＣＩ条件が成立しているときは、要求トルクＰＭＥＣＭＤが所定閾値ＰＴＨより小さいか否かを判別する（ステップＳ１４）。所定閾値ＰＴＨは、図３に示すように、運転領域ＲＨＣＣＩＸの上縁に対応する。
【００２３】
ステップＳ１４でＰＭＥＣＭＤ＜ＰＴＨであるときは、＃１気筒及び＃４気筒の吸気弁及び排気弁を閉弁させる（ステップＳ１５）とともに、これらの気筒における燃料噴射を停止し（ステップＳ１６）、＃１気筒及び＃４気筒を休止状態とする（＃２気筒及び＃３気筒のみを作動させる一部気筒運転を行う）。次に作動を継続する＃２気筒及び＃３気筒の要求トルクを、ステップＳ１１で算出した要求トルクの２倍とする（ステップＳ１７）。すなわち、一部気筒運転中の１気筒当たりの要求トルクＰＣＭＤＶＳは、下記式（１）により決定される。
ＰＣＭＤＶＳ＝ＰＭＥＣＭＤ×２ （１）
【００２４】
ステップＳ１８では、要求トルクＰＣＭＤＶＳに応じて図４（ｂ）に示すＩＮＪテーブルを検索し、作動させる＃２気筒及び＃３気筒の基本燃料噴射量ＩＮＪを算出する。ＩＮＪテーブルは、基本燃料噴射量ＩＮＪが要求トルクＰＣＭＤＶＣＳにほぼ比例するように設定されている。次いで、要求トルクＰＣＭＤＶＳに応じて図４（ｃ）に示すＴＣＭＤテーブルを検索し、目標筒内温度ＴＣＭＤを算出する（ステップＳ１９）。ＴＣＭＤテーブルは、要求トルクＰＣＭＤＶＳが増加するほど目標筒内温度ＴＣＭＤが低下するように設定されている。
【００２５】
ステップＳ２０では、目標筒内温度ＴＣＭＤに応じて図５（ａ）に示すＣＡＥＣテーブル、及び同図（ｂ）に示すＣＡＩＯテーブルを検索し、作動させる＃２気筒及び＃３気筒の排気弁の閉弁時期ＣＡＥＣ及び吸気弁の開弁時期ＣＡＩＯを求める。ここで、排気弁の閉弁時期ＣＡＥＣは、図６に示すように、排気行程が終了する上死点（以下「排気ＴＤＣ」という）からの進角量として定義され、吸気弁の開弁時期ＣＡＩＯは、排気ＴＤＣからの遅角量として定義されている。図６において、縦軸は吸気弁及び排気弁のリフト量ＬＦＴを示し、破線が排気弁のリフト特性を示し、実線が吸気弁のリフト特性を示す。
【００２６】
図５（ａ）に示すＣＡＥＣテーブルは、目標筒内温度ＴＣＭＤが高くなるほど、閉弁時期ＣＡＥＣが進角するように設定されている。また同図（ｂ）に示すＣＡＩＯテーブルは、目標筒内温度ＴＣＭＤが高くなるほど、開弁時期ＣＡＩＯが遅角するように設定されている。すなわち、目標筒内温度ＴＣＭＤが高くなるほど、排気弁及び吸気弁のバルブタイミングにおける負のオーバラップ期間ＴＮＯＬが長くなるように、排気弁及び吸気弁のバルブタイミングが制御される。これにより、実際の筒内温度（燃焼室内の温度）が目標筒内温度ＴＣＭＤとほぼ一致するように制御される。
【００２７】
ステップＳ２１では、目標筒内温度ＴＣＭＤに応じて図５（ｃ）に示すＫＴＣＭＤテーブルを検索し、補正係数ＫＴＣＭＤを算出する。ＫＴＣＭＤテーブルは、目標筒内温度ＴＣＭＤが高くなるほど、補正係数ＫＴＣＭＤが大きくなるように設定されている。
【００２８】
ステップＳ２２では、下記式（２）に基本燃料噴射量ＩＮＪ及び補正係数ＫＴＣＭＤを適用し、燃料噴射量ＩＮＪＣＭＤを算出する。
ＩＮＪＣＭＤ＝ＩＮＪ×ＫＴＣＭＤ （２）
式（２）により基本燃料噴射量ＩＮＪを補正することにより、実際の筒内温度が目標筒内温度ＴＣＭＤとなるように燃料噴射量が制御される。
【００２９】
ステップＳ１４でＰＭＥＣＭＤ≧ＰＴＨであるときは、全気筒運転を行う。すなわち、先ずステップＳ３１に進み、各気筒の要求トルクをステップＳ１１で算出された要求トルクＰＭＥＣＭＤに設定し、次いで要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じて図４（ｂ）に示すＩＮＪテーブルを検索し、基本燃料噴射量ＩＮＪを求める（ステップＳ３２）。
【００３０】
ステップＳ３３では、要求トルクＰＭＥＣＭＤに応じて図４（ｃ）に示すＴＣＭＤテーブルを検索し、目標筒内温度ＴＣＭＤを算出する。ステップＳ３４では、目標筒内温度ＴＣＭＤに応じて図５（ａ）に示すＣＡＥＣテーブル、及び同図（ｂ）に示すＣＡＩＯテーブルを検索し、全気筒の排気弁の閉弁時期ＣＡＥＣ及び吸気弁の開弁時期ＣＡＩＯを求める。ステップＳ３５では、前記ステップＳ２１と同様に、目標筒内温度ＴＣＭＤに応じて補正係数ＫＴＣＭＤを算出し、次いで前記式（２）により、燃料噴射量ＩＮＪＣＭＤを求める。
【００３１】
以上のように本実施形態では、要求トルクＰＭＥＣＭＤが所定閾値ＰＴＨより小さいときは、＃１気筒及び＃４気筒を休止させ、＃２気筒及び＃３気筒を作動させる一部気筒運転を行う。そして、作動させる＃２気筒及び＃３気筒の要求トルクを２倍にして、１気筒当たりの燃料噴射量を増加させるようにしたので、安定した着火を実現し、圧縮自己着火運転を行うエンジン運転領域を拡大することができる。
【００３２】
本実施形態では、電磁駆動機構３０が気筒休止制御手段に一部を構成し、ＥＣＵ５が要求トルク算出手段及び気筒休止制御手段の一部を構成する。より具体的には、図２のステップＳ１１が要求トルク算出手段に相当し、同図のステップＳステップＳ１４〜Ｓ２２が気筒休止制御手段に相当する。
【００３３】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、４気筒エンジンの例を示したが、気筒数はこれに限るものではない。例えば６気筒エンジンにおいて、一部気筒運転を行う場合は、３気筒を休止させ、３気筒を作動させる一部気筒運転や、２気筒を休止させ、４気筒を作動させる一部気筒運転を行うようにしてもよい。いずれの場合も、作動させる一部の気筒の要求トルクＰＣＭＤＶＳは、下記式（３）により算出される。
ＰＣＭＤＶＳ＝ＰＭＥＣＭＤ×Ｎ／ｎ （３）
【００３４】
ここで、Ｎは全気筒数、ｎは一部気筒運転における作動気筒数である。すなわち、作動気筒の要求トルクＰＣＭＤＶＳは、全気筒運転における１気筒当たりの要求トルクＰＭＥＣＭＤに作動気筒数ｎに対する全気筒数Ｎの比率（Ｎ／ｎ）を乗算することにより得られる。
式（３）を用いることにより、一部気筒運転において全気筒運転と同一のエンジン出力トルクを得ることができる。
また作動させる一部の気筒の要求トルクＰＣＭＤＶＳは、下記式（４）により算出するようにしてよい。
ＰＣＭＤＶＳ＝ＰＭＥＣＭＤ×ＫＣＳＣＭＤ （４）
ここでＫＣＳＣＭＤは、エンジン１の運転パラメータに応じて設定される「１．０」より大きい補正係数であり、例えば上記比率Ｎ／ｎに近い値に設定される。
【００３５】
また燃料噴射弁６は、吸気管２と燃焼室とを連通する吸気ポート（図示せず）に設けるようにしてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、機関の要求トルクに応じて複数気筒の一部の作動を休止させるとともに、該作動を休止させる一部の気筒以外の作動気筒により、圧縮自己着火運転が行われる。一部の気筒を休止させることにより、作動気筒に供給すべき燃料量が増加し、混合気を確実に自己着火させることができる運転領域、すなわち圧縮自己着火運転を行うことができる運転領域を拡大することができる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、要求トルクが所定値より小さいときに、一部気筒の休止及び作動気筒による圧縮自己着火運転が実行される。したがって、圧縮自己着火運転可能な運転領域を低負荷側に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関の制御処理の要部を示すフローチャートである。
【図３】圧縮自己着火運転を実行する機関運転領域を示す図である。
【図４】図２の処理で使用されるテーブルを示す図である。
【図５】図２の処理で使用されるテーブルを示す図である。
【図６】吸気弁及び排気弁のリフト特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（要求トルク算出手段、気筒休止制御手段）
６ 燃料噴射弁
３０ 電磁駆動機構（気筒休止制御手段）
３１ アクセルセンサ

Claims (2)

1. 複数の気筒を有し、圧縮自己着火運転及び火花点火運転を行うことができる内燃機関の制御装置において、
   前記機関の要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
   前記要求トルクに応じて前記複数気筒の一部の作動を休止させるとともに、該作動を休止させる一部の気筒以外の作動気筒により、圧縮自己着火運転を行うように前記機関を制御する気筒休止制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記気筒休止制御手段は、前記要求トルクが所定値より小さいときに、前記一部気筒の休止及び前記作動気筒による圧縮自己着火運転を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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