JP2005090394A - Controller for spark ignition type engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a multi-cylinder spark ignition engine in which the combustion cycle of each cylinder is set to have a predetermined phase difference.
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、エンジンが低負荷低回転の領域にある場合等に、上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせことにより、超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a spark ignition engine, a technique for improving fuel consumption by performing combustion in a state where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in each cylinder is set to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio is known. A fuel injection valve that directly injects fuel into the room, and when the engine is in a low-load, low-rotation region, etc., fuel is injected from the fuel injection valve in the compression stroke, and stratified combustion is performed. The thing which implement | achieved combustion is known (for example, refer patent document 1).
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒(HC,COおよびNOxに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒)だけではリーン運転時にNOxを充分に浄化することができないため、特許文献1にも示されるように、酸素過剰雰囲気でNOxを吸着して酸素濃度低下雰囲気でNOxの離脱、還元を行うリーンNOx触媒を設けている。そして、このようなリーンNOx触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンNOx触媒のNOx吸着量が増大したときは、例えば特許文献1に示されるように、主燃焼用以外に追加燃料を膨張行程中で噴射することにより、排気ガスの空燃比をリッチ化するとともに、COを生成してNOxの離脱、還元を促進するようにしている。
上記のようなリーン運転を行う従来のエンジンでは、リーン運転中のNOx浄化性能を確保するために、高価なリーンNOx触媒を排気通路に設ける必要があり、コスト的に不利である。また、上記リーンNOx触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにNOx吸着量増大時に、NOxを離脱、還元させるために追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がある。さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンNOx触媒の硫黄被毒を解消するための触媒の加熱処理および還元材供給等のリジェネレーション処理が必要となり、これらによって燃費改善効果が低下する。 In a conventional engine that performs the lean operation as described above, it is necessary to provide an expensive lean NOx catalyst in the exhaust passage in order to ensure NOx purification performance during the lean operation, which is disadvantageous in terms of cost. Further, in order to maintain the purification performance of the lean NOx catalyst, as described above, when the NOx adsorption amount increases, the air-fuel ratio is temporarily enriched by supplying additional fuel or the like in order to desorb and reduce NOx. There is a need. In addition, when the fuel used contains a large amount of sulfur, it is necessary to perform a regeneration process such as a catalyst heating process and a reducing material supply to eliminate sulfur poisoning of the lean NOx catalyst. descend.
また、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温・高圧にして燃料を自己着火させるものであり、空燃比が超リーンの状態や多量のEGRが導入されている状態でも、このような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられて燃費改善に有利となる。 As another method for improving fuel efficiency, compression self-ignition has been studied. This compression self-ignition, like a diesel engine, causes the combustion chamber to self-ignite at a high temperature and high pressure at the end of the compression stroke. Even if the air-fuel ratio is extremely lean or a large amount of EGR is introduced, if such compression self-ignition is performed, the entire combustion chamber burns at once, so that slow combustion that does not contribute to work can be avoided. This is advantageous for improving fuel economy.
しかし、通常の火花点火式ガソリンエンジンでは、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮上死点付近で燃焼室内の温度、圧力が圧縮自己着火を生じさせ得る程度までには高められず、圧縮自己着火を行わせるには燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めるための格別の工夫が必要となるが、従来、高負荷領域でのノッキング(燃焼室内で火炎が伝播する前に混合気が自然着火することによる異常燃焼)を避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷領域で圧縮自己着火を生じさせる程度まで燃焼室内の温度または圧力を高めることが困難であった。 However, in a normal spark-ignition gasoline engine, forced ignition is required for combustion, and the temperature and pressure in the combustion chamber cannot be increased to the extent that compression self-ignition can occur near the compression top dead center. However, in order to perform compression self-ignition, special measures are required to greatly increase the temperature or pressure in the combustion chamber. Conventionally, however, knocking in a high load region (mixture before the flame propagates in the combustion chamber) However, it is difficult to increase the temperature or pressure in the combustion chamber to such an extent that compression self-ignition occurs in a partial load region where fuel consumption improvement is required, while avoiding abnormal combustion due to spontaneous ignition).
そこで、本出願人は、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用して大幅な燃費の改善効果をもたせるべく、エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態とするとともに、先行気筒では、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に設定して強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している(特願2002−185242号)。 Therefore, in order to achieve a significant fuel economy improvement effect by using both lean combustion and compression self-ignition, the applicant of the present invention has an exhaust stroke between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap in a partial load region of the engine. The burned gas discharged from a certain preceding cylinder is directly connected to the succeeding cylinder in the intake stroke via the inter-cylinder gas passage, and the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio in the preceding cylinder. A spark that is set to a lean air-fuel ratio to cause combustion by forced ignition, and in the subsequent cylinder, fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder and combustion is performed by compression self-ignition. A technology relating to a control device for an ignition engine has been filed (Japanese Patent Application No. 2002-185242).
上記のようにエンジンの部分負荷領域で特殊運転モードの制御状態とすることにより、先行気筒では、リーン空燃比での燃焼が行われて熱効率が高められるとともに、ポンピングロスが低減されるため、大幅な燃費の改善効果が得られ、かつ後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスと新たに供給された燃料とによって空燃比が理論空燃比に設定された状態で燃焼が行われることにより、ポンピングロスによる燃費の改善効果が得られる。また、先行気筒から気筒間ガス通路を介して後続気筒に高温の既燃ガスが導入されるため、圧縮行程で自己着火が可能な状態まで燃焼室内の温度が上昇して圧縮自己着火が行われることにより、大幅な燃費の改善効果とNOxの発生抑制効果とが得られ、しかも後続気筒からは理論空燃比で燃焼した既燃ガスのみが排出されるため、リーンNOx触媒を排気通路に設けることなく、三元触媒だけで排気の浄化性能が確保される。 By setting the control state of the special operation mode in the partial load region of the engine as described above, in the preceding cylinder, combustion at a lean air-fuel ratio is performed to increase the thermal efficiency, and the pumping loss is reduced. In the succeeding cylinder, combustion is performed in a state where the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio by the lean air-fuel ratio burned gas introduced from the preceding cylinder and the newly supplied fuel. By doing so, the effect of improving the fuel consumption due to the pumping loss can be obtained. In addition, since high-temperature burned gas is introduced from the preceding cylinder to the succeeding cylinder via the inter-cylinder gas passage, the temperature in the combustion chamber rises to a state where self-ignition is possible in the compression stroke, and compression self-ignition is performed. As a result, a significant fuel economy improvement effect and NOx generation suppression effect can be obtained, and since only the burned gas burned at the stoichiometric air-fuel ratio is discharged from the subsequent cylinder, a lean NOx catalyst is provided in the exhaust passage. In addition, exhaust purification performance is ensured with only a three-way catalyst.
ところで、上記のようにエンジンの運転状態に応じて各気筒独立状態で燃焼が行われる通常運転モードと、先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま後続気筒に導入させる2気筒接続状態で燃焼が行われる特殊運転モードとに制御状態が切り換えられるエンジンでは、上記各気筒独立状態から2気筒接続状態にガス流通経路を切り換えるタイミングが問題となり、この切換過渡期にエミッション性能が低下したり、トルクショックが発生したりする等の弊害を生じることなく、上記ガス流通経路の切換を適正に実行することが望まれる。 By the way, as described above, combustion is performed in a normal operation mode in which combustion is performed in an independent state of each cylinder according to the operating state of the engine, and in a two-cylinder connection state in which burned gas discharged from the preceding cylinder is directly introduced into the succeeding cylinder. In an engine in which the control state is switched to the special operation mode to be performed, the timing of switching the gas flow path from each cylinder independent state to the two-cylinder connected state becomes a problem, and the emission performance deteriorates during this switching transition period, or the torque shock It is desirable to switch the gas flow path appropriately without causing any adverse effects such as occurrence of gas.
本発明は、このような技術に基づき、ガス流通経路の切換過渡期におけるエミッション性能の低下やトルクショックの発生等を防止しつつ、各気筒独立状態から2気筒接続状態にガス流通経路を適正に切り換えることができる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。 The present invention is based on such a technique, and the gas flow path is appropriately changed from the independent state of each cylinder to the connected state of the two cylinders while preventing the deterioration of the emission performance and the occurrence of torque shock in the transition period of the gas flow path. A control device for a spark ignition engine that can be switched is provided.
請求項1に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、各気筒にそれぞれ新気を導入させて各気筒を独立状態で燃焼させる通常運転モードの制御と、エンジンの部分負荷領域で排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態としつつ、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比として燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒にリーン空燃比の既燃ガスを導入させて新たに供給された燃料とともに後続気筒で燃焼させる特殊運転モードの制御と、エンジンの減速領域で各気筒への燃料の供給を停止する燃料カットモードの制御とを実行する運転モード制御手段を備え、上記通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換える際に、通常運転モードの運転領域から特殊運転モードの運転領域に移行した時点から予め設定された期間内に上記燃料カットモードの運転領域に移行したか否かを判定し、上記期間内に燃料カットモードの運転領域に移行したと判定された場合には、その時点で上記ガス流通経路の切換を実行し、上記期間内に燃料カットモードの運転領域に移行しなかったと判定された場合には、後続気筒のみを燃焼させる過渡運転モードを経て上記ガス流通経路の切換を実行するものである。 The invention according to claim 1 is a control apparatus for a multi-cylinder spark ignition engine in which the combustion cycle of each cylinder is set to have a predetermined phase difference, and each cylinder introduces fresh air to each cylinder. Control of the normal operation mode in which the cylinders are burned independently, and the burned gas discharged from the preceding cylinder in the exhaust stroke between the pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap in the partial load region of the engine is directly in the intake stroke A leaner state in which the air-fuel ratio of the preceding cylinder is larger than the stoichiometric air-fuel ratio while a two-cylinder connection state is established in which a gas discharged from the succeeding cylinder is introduced into a certain succeeding cylinder through an inter-cylinder gas passage and led to the exhaust passage. Combustion is performed as an air-fuel ratio, and a special operation mode is controlled in which burned gas having a lean air-fuel ratio is introduced from the preceding cylinder to the subsequent cylinder and burned in the subsequent cylinder together with newly supplied fuel. And an operation mode control means for executing fuel cut mode control for stopping the supply of fuel to each cylinder in the deceleration region of the engine, and connecting the two cylinders from the cylinder independent state to the special operation mode in the normal operation mode. When switching the gas flow path to a state, it is determined whether or not the fuel cut mode operation region has been shifted within a preset period from the time when the normal operation mode operation region is shifted to the special operation mode operation region. However, if it is determined that the fuel cut mode operation region has been shifted within the period, the gas flow path is switched at that time, and the fuel cut mode operation region is not shifted within the period. If it is determined that the gas flow path has been changed, the gas flow path is switched through a transient operation mode in which only the subsequent cylinders are combusted.
請求項2に係る発明は、上記請求項1に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、後続気筒のみを燃焼させる過渡運転モードの制御を実行する際には、後続気筒の空燃比を理論空燃比に設定し、この後続気筒から排出された排気ガスを浄化する三元触媒を排気通路に配設したものである。 According to a second aspect of the present invention, in the control device for the spark ignition engine according to the first aspect, when the control of the transient operation mode in which only the subsequent cylinder is burned is executed, the air-fuel ratio of the subsequent cylinder is set to the theoretical air-fuel ratio. A three-way catalyst that purifies the exhaust gas discharged from the succeeding cylinder is set at the fuel ratio and disposed in the exhaust passage.
請求項1に係る発明では、エンジンの部分負荷領域において上記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン燃焼による熱効率向上およびポンピングロス低減による燃費改善効果が得られ、かつ上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスとともに新たに供給された燃料の燃焼が行われるために、少なくともポンピングロス低減による燃費効果は得られる。また、先行気筒では大幅なリーン空燃比で燃焼が行われることによりNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制され、エミッション性能の向上に有利となる。そして、上記通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換える際に、設定期間内に燃料カットモードの運転領域に移行した場合には、この燃料カットモードの制御状態となった時点で上記ガス流通経路の切換が行われ、また設定期間内に燃料カットモードの運転領域に移行しなかった場合には、後続気筒のみを燃焼させる過渡運転モードを経て上記ガス流通経路の切換が行われるため、ガス流通経路の切換過渡期におけるエミッション性能の低下やトルクショックの発生等を抑制しつつ、上記ガス流通経路の切換を適正に実行することができる。 In the invention according to claim 1, by performing the combustion control in the special operation mode in the partial load region of the engine, the preceding cylinder can obtain an improvement in heat efficiency by lean combustion and an improvement in fuel consumption by reduction of pumping loss, and In the succeeding cylinder, the newly supplied fuel is burned together with the burned gas having the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder, so that at least the fuel efficiency effect by reducing the pumping loss can be obtained. Further, the preceding cylinder performs combustion at a large lean air-fuel ratio, so that the amount of NOx generated is suppressed to be relatively small. In the succeeding cylinder, a large amount of EGR is performed by introducing burned gas from the preceding cylinder. Therefore, the generation of NOx is sufficiently suppressed, which is advantageous for improving the emission performance. When the gas flow path is switched from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connection state in the special operation mode, if the fuel cut mode is shifted to the operation region within the set period, the fuel cut mode The gas flow path is switched when the control state is reached, and if the transition to the fuel cut mode operation region is not made within the set period, the above operation is performed through the transient operation mode in which only the subsequent cylinders are burned. Since the gas flow path is switched, the gas flow path can be switched appropriately while suppressing a decrease in emission performance and occurrence of a torque shock during a transition period of the gas flow path.
また、請求項2に係る発明では、通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換える際に、後続気筒の空燃比を理論空燃比に設定して後続気筒のみを燃焼させる過渡運転モードを経て上記ガス流通経路の切換を適正に実行することができるとともに、この後続気筒から理論空燃比で燃焼した排気ガスが排出されるため、この排気ガスを上記三元触媒により効果的に浄化することができる。 In the invention according to claim 2, when the gas flow path is switched from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connection state in the special operation mode, the air-fuel ratio of the subsequent cylinder is set to the stoichiometric air-fuel ratio and the subsequent The switching of the gas flow path can be performed properly through the transient operation mode in which only the cylinder is burned, and the exhaust gas burned at the stoichiometric air-fuel ratio is discharged from the subsequent cylinder. It can be effectively purified by the original catalyst.
図1は本発明の一実施形態による火花点火式のガソリンエンジンの概略構成を示し、図2はエンジン本体1の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体1は複数の気筒を有し、図示の実施形態では4つの気筒2A〜2Dを有している。各気筒2A〜2Dにはピストン3が嵌挿され、ピストン3の上方に燃焼室4が形成されるとともに、各気筒2A〜2Dに設けられた燃焼室4の頂部には点火プラグ7が装備され、そのプラグ先端が燃焼室4内に臨んでいる。この点火プラグ7には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路8が接続されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a spark ignition type gasoline engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows the structure of one cylinder of an engine body 1 and intake / exhaust valves provided for the cylinder. Show. In these drawings, the engine body 1 has a plurality of cylinders, and in the illustrated embodiment, has four
燃焼室4の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁9が設けられている。この燃料噴射弁9は、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述の燃料噴射制御手段から出力されるパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、図外の燃料ポンプおよび燃料供給通路等を備えるとともに、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得る燃料供給系統を介して、上記燃料噴射弁9に燃料が供給されるように構成されている。
A
また、各気筒2A〜2Dの燃焼室4に対して吸気ポート11、11a,11bおよび排気ポート12、12a,12bが開口し、これらのポートに吸気通路15、排気通路20等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁31、31a,31bおよび排気弁32、32a,32bにより開閉されるようになっている。
Further,
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる燃焼サイクルが各気筒2A〜2D毎に所定の位相差をもって行われるように構成され、4気筒エンジンの場合に、気筒列方向の一端側から1番気筒2A、2番気筒2B、3番気筒2Cおよび4番気筒2Dと呼ぶと、図5に示すように、上記燃焼サイクルが1番気筒2A、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bの順にクランク角で180°ずつの位相差をもって行われるようになっている。なお、図5において、EXは排気行程、INは吸気行程であり、また、Fは燃料噴射、Sは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮自己着火が行われることを表している。
A combustion cycle including intake, compression, expansion, and exhaust strokes is performed with a predetermined phase difference for each of the
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒(当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ)から導出された既燃ガスを吸気行程側の気筒(当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ)に導くための気筒間ガス通路22が設けられている。当実施形態の4気筒エンジンでは、図5に示すように1番気筒2Aの排気行程(EX)と2番気筒2Bの吸気行程(IN)とが重なり、また4番気筒2Dの排気行程(EX)と3番気筒2Cの吸気行程(IN)が重なるので、1番気筒2Aおよび2番気筒2Bと、4番気筒2Dおよび3番気筒2Cとがそれぞれ一対をなし、1番気筒2Aおよび4番気筒2Dが先行気筒となり、かつ2番気筒2Bおよび3番気筒2Cが後続気筒となる。
Between the pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap, the burned gas derived from the cylinder on the exhaust stroke side when the exhaust stroke and the intake stroke overlap (this is referred to as a preceding cylinder in this specification) is taken into the intake stroke. An
各気筒2A〜2Dの吸・排気ポートと、これに接続される吸気通路15、排気通路20および気筒間ガス通路22は、具体的には次のように構成されている。先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dには、それぞれ新気を導入するための吸気ポート11と、既燃ガス(排気ガス)を排気通路20に送り出すための第1排気ポート12aと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第2排気ポート12bとが配設されている。また、後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cには、それぞれ新気を導入するための第1吸気ポート11aと、先行気筒2A,2Dからの既燃ガスを導入するための第2吸気ポート11bと、既燃ガスを排気通路20に送り出すための排気ポート12とが配設されている。
The intake / exhaust ports of each of the
図1に示す例では、先行気筒2A,2Dにおける吸気ポート11および後続気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11aが、1気筒当り2個ずつ、燃焼室に並列的に設けられる一方、先行気筒2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bならびに後続気筒2B,2Cにおける第2吸気ポート11bおよび排気ポート12が、燃焼室に並列的に設けられている。
In the example shown in FIG. 1, two
先行気筒2A,2Dにおける吸気ポート11および後続気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11aには、吸気通路15における気筒別の分岐吸気通路16の下流端が接続されている。各分岐吸気通路16の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁17が設けられており、この多連スロットル弁17は制御信号に応じてアクチュエータ18により駆動されることにより、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路15における集合部よりも上流の共通吸気通路には、吸気流量を検出するエアフローセンサ19が設けられている。
A downstream end of a
先行気筒2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび後続気筒2B,2Cにおける排気ポート12には、排気通路20における気筒別の分岐排気通路21の上流端が接続されている。また、1番気筒2Aと2番気筒2Bとの間および3番気筒2Cと4番気筒2Dとの間には、それぞれ気筒間ガス通路22が設けられている。そして、先行気筒2A,2Dの第2排気ポート12bに、上記気筒間ガス通路22の上流端が接続されるとともに、後続気筒2B,2Cの第2吸気ポート11bに、上記気筒間ガス通路22の下流端が接続されている。この気筒間ガス通路22は、互いに隣接する気筒間を接続する比較的短い通路であり、先行気筒2A,2Dから排出されるガスがこの通路22を通る間における放熱量が比較的小さく抑えられるようになっている。
An upstream end of a
排気通路20は、先行気筒2A,2Dの第1排気ポート12aに接続された分岐排気通路21が合流した先行気筒側排気通路20aと、後続気筒2B,2Cの排気ポート12に接続された分岐排気通路21が合流した後続気筒側排気通路20bとを有している。そして、上記先行気筒側排気通路20aおよび後続気筒側排気通路20bには、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するO2センサ23と、このO2センサ23の設置部の下流側において排気ガスを浄化する三元触媒24とがそれぞれ設けられている。この三元触媒24は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比(つまり空気過剰率λ=1)付近にあるときにHC,COおよびNOxに対して高い浄化性能を示す触媒である。
The
各気筒2A〜2Dの吸・排気ポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。すなわち、先行気筒2A,2Dにおける吸気ポート11、第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bにはそれぞれ吸気弁31、第1排気弁32aおよび第2排気弁32bが設けられ、また、後続気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11a、第2吸気ポート11bおよび排気ポート12にはそれぞれ第1吸気弁31a、第2吸気弁31bおよび排気弁32が設けられている。そして、各気筒2A〜2Dの吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト33,34等からなる動弁機構により所定のタイミングで開閉するように駆動される。
The intake / exhaust valves for opening and closing the intake / exhaust ports of the
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第1排気弁32a、第2排気弁32b、第1吸気弁31aおよび第2吸気弁31bに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構35が設けられている。この弁停止機構35は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えばカムシャフト33,34のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給された状態となると、カムの作動を弁に伝えて弁を開閉作動させ、油圧室から作動油が排出された状態となると、カムの作動を弁に伝えなくなることで弁を停止状態に維持するように構成されている。
Further, among these intake / exhaust valves, the
上記第1排気弁32aの弁停止機構35と第1吸気弁31aの弁停止機構35とに対する作動油給排用の通路36には、第1コントロール弁37が設けられ、また第2排気弁32bの弁停止機構35と第2吸気弁31bの弁停止機構35とに対する作動油給排用の通路38には、第2コントロール弁39が設けられている(図3参照)。
A
図3は、駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のECU(コントロールユニット)40には、エアフローセンサ19およびO2センサ23からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ47およびアクセルペダルの踏込み量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ48等からの信号も入力されている。また、上記ECU40から、各燃料噴射弁9、多連スロットル弁17のアクチュエータ18および上記第1,第2のコントロール弁37,39に対して制御信号が出力されるようになっている。
FIG. 3 shows the configuration of the drive and control system. In this figure, signals from the
ECU40は、後述するようにエンジンの低負荷ないし低回転側の部分負荷領域で、特殊運転モードの制御を実行するとともに、少なくとも上記部分負荷領域よりも高負荷ないし高回転側の運転領域で通常運転モードの制御を実行し、かつエンジンの減速領域で各気筒への燃料の供給を停止する燃料カットモードの制御を実行する運転モード制御手段を構成するものであり、運転状態判別手段41、弁停止機構制御手段42、吸入空気量制御手段43および燃焼状態制御手段44を備えている。
As will be described later, the
運転状態判別手段41は、上記回転数センサ47およびアクセル開度センサ48等からの出力信号に基づいて検出されたエンジンの運転状態に応じ、図4に示すようにエンジンの運転領域が、低負荷ないし低回転側の運転領域A(部分負荷領域)と、この部分負荷領域Aよりも高負荷側ないし高回転側の運転領域Bと、減速領域Cとの何れの領域にあるかを判別するものである。
As shown in FIG. 4, the operating state discriminating means 41 determines whether the engine operating range is a low load according to the operating state of the engine detected based on the output signals from the
そして、上記運転状態判別手段41における判別結果に基づき、低負荷ないし低回転側の部分負荷領域では、排気行程にある先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスを、そのまま吸気行程にある後続気筒2B,2Cに導入して燃焼させる特殊運転モードが選択されるとともに、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bでは、各気筒2A〜2Dをそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードが選択され、かつアクセル開度が全閉状態ないし略全閉状態となる減速領域Cでは、各気筒2A〜2Dに対する燃料の供給を停止する燃料カットモードが選択されるようになっている。
Then, based on the determination result in the operation state determination means 41, in the partial load region on the low load or low rotation side, the burned gas discharged from the preceding
弁停止機構制御手段42は、特殊運転モードでは気筒間ガス通路22を介して先行気筒2A,2Dの既燃ガスを後続気筒2B,2Cに導入させる2気筒接続状態とし、通常運転モードでは各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸・排気流通状態を変更すべく弁停止機構35を制御するもので、具体的には運転状態が運転領域A,Bのいずれにあるかに応じ、上記各コントロール弁37,39による作動油の給排を制御して弁停止機構35により各弁を次の状態とするように構成されている。
The valve stop mechanism control means 42 is in a two-cylinder connection state in which the burned gas of the preceding
運転領域A:第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aを停止状態
第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bを作動状態
運転領域B:第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aを作動状態
第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bを停止状態
Operating region A: the
Stop the
上記コントロール弁37,39によって弁停止機構35に対する作動油の給排を制御することにより通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒独立状態にガス流通経路を切り換える場合、この切換は、例えば図4の矢印に示すように、エンジンが高負荷ないし高回転側の運転領域Bから、低負荷ないし低回転側の部分負荷領域Aに移行した時点で直ちには行われず、この部分負荷領域Aに移行した時点から、エンジンが減速領域Cに移行したか否かが判定された後に行われる。上記部分負荷領域Aに移行した時点から予め設定された所定期間内にエンジンが減速領域Cに移行した判定された場合には、その時点で、燃料カットモードの制御が実行されるとともに、上記ガス流通経路の切換が実行される。一方、上記所定期間が経過してもエンジンが減速領域Cに移行しなかったと判定された場合には、後述するように後続気筒2B,2Cのみを燃焼させる過渡運転モードを経て上記ガス流通経路の切換が行われるように構成されている。
When switching the gas flow path from the cylinder independent state in the normal operation mode to the 2-cylinder independent state in the special operation mode by controlling the supply and discharge of the hydraulic oil to the
上記吸入空気量制御手段43は、アクチュエータ18を制御することによりスロットル弁17の開度(スロットル開度)を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードとされる部分負荷領域Aでは、後続気筒2B,2Cにおいて分岐吸気通路16からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒2A,2Dから導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比に対応した値とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の2気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気(2気筒分の燃料供給量に対して理論空燃比となる量の空気)が先行気筒2A,2Dに供給されるように、スロットル開度が調節される。
The intake air amount control means 43 controls the opening degree of the throttle valve 17 (throttle opening degree) by controlling the
上記燃焼状態制御手段44は、燃料噴射制御手段45と点火制御手段46とからなっており、燃料噴射制御手段45により、各気筒2A〜2Dに設けられた燃料噴射弁9からの燃料噴射量および噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段46によりエンジンの運転状態に応じた点火時期の制御および点火停止等の制御を行う。そして、特にエンジンが図4中の運転領域Aにある場合と運転領域Bにある場合とで燃焼状態の制御(燃料噴射の制御および点火の制御)が変更される。
The combustion state control means 44 is composed of a fuel injection control means 45 and an ignition control means 46. The fuel injection control means 45 causes the fuel injection amount from the
すなわち、エンジンが低負荷低回転側の部分負荷領域Aにある場合、特殊運転モードの制御状態として、先行気筒2A,2Dには、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。一方、後続気筒2B,2Cには、先行気筒2A,2Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定し、かつ圧縮自己着火を行わせるために強制点火を停止する。
That is, when the engine is in the partial load region A on the low-load and low-rotation side, as a control state in the special operation mode, the air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio in the preceding
一方、エンジンが高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある場合には、通常運転モードの制御状態として、各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば上記運転領域Bにおける大部分の領域で理論空燃比とし、全開負荷およびその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒2A〜2Dに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ、各気筒2A〜2Dとも強制点火を行わせるように制御する。
On the other hand, when the engine is in the operation region B on the high load side or the high rotation side, fuel injection is performed so that the air-fuel ratio of each
そして、エンジンが減速領域Cにある場合、つまりエンジン出力を必要としない惰行運転時や下り坂の走行時には、各気筒2A〜2Dに対する燃料の供給が停止される燃料カットモードの制御が実行される。この燃料カットモードの制御が実行されることにより、上記惰行走行時または下り坂の走行時には、エンジン本体1が駆動輪から逆駆動トルクを受けるとともに、駆動輪に対してエンジンブレーキが作用した状態となる。
When the engine is in the deceleration region C, that is, during coasting operation that does not require engine output or traveling downhill, fuel cut mode control is performed in which fuel supply to each of the
また、上記通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態への移行時に、予め設定された所定期間が経過してもエンジンが減速領域Cに移行しなかったと判定された場合には、ガス流通経路を各気筒独立状態に維持しつつ、先行気筒2A,2Dに対する燃料噴射を停止させるとともに、後続気筒2B,2Cの空燃比を理論空燃比に設定して後続気筒2B,2Cのみを燃焼させる過渡運転モードを、例えば1燃焼サイクルまたは2燃焼サイクル程度の期間に亘り実行した後、ガス流通経路を2気筒接続状態に切り換えて特殊運転モードの制御を実行する。
In addition, when it is determined that the engine has not shifted to the deceleration region C even after a predetermined period has elapsed during the transition from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connected state in the special operation mode. In this case, while maintaining the gas flow path in an independent state for each cylinder, the fuel injection to the preceding
以上のような当実施形態の装置の作用を、図5〜図7を参照しつつ説明する。上記低負荷低回転側の部分負荷領域Aでは、上記弁停止機構制御手段42および吸入空気量制御手段43等からなる運転モード制御手段により、特殊運転モードの制御が実行されて第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが停止状態、第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bが作動状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図6に示すようになり、先行気筒(1番,4番気筒)2A,2Dから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路22を介して後続気筒(2番,3番気筒)2B,2Cに導入される(図6中の矢印b)とともに、この後続気筒2B,2Cから排出されるガスのみが排気通路20に導かれる(図6中の矢印c)ような2気筒接続状態とされる。
The operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described with reference to FIGS. In the partial load region A on the low load and low rotation side, the
この2気筒接続状態において、先行気筒2A,2Dにそれぞれ吸気行程で吸気通路15から新気が導入され(図6中の矢印a)、先行気筒2A,2Dでは空燃比が理論空燃比よりも大きな値、例えば理論空燃比の略2倍となるように燃料噴射量が制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定の点火時期に点火が行われて、リーン空燃比での成層燃焼が行われる(図5参照)。
In this two-cylinder connected state, fresh air is introduced into the preceding
また、先行気筒2A,2Dの吸気行程と後続気筒2B,2Cの排気行程が重なる期間に、先行気筒2A,2Dから導出された既燃ガスがガス通路22を通って後続気筒2B,2Cに導入される(図5中の白抜き矢印および図6中の矢印b)。そして、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射された後、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮自己着火が行われる。
Further, burned gas derived from the preceding
この場合、先行気筒2A,2Dから排出された高温の既燃ガスが気筒間ガス通路22を通って後続気筒2B,2Cに直ちに導入されるため、後続気筒2B,2Cでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。しかも、上記既燃ガスは先行気筒2A,2Dから排出されて後続気筒2B,2Cに導入されるまでの間に充分にミキシングされて均一に分布し、さらに吸気行程で噴射された燃料も圧縮行程終期までの間に燃焼室全体に均一に分散するため、理想的な同時圧縮自己着火条件を満たすような均一な混合気の分布状態が得られる。そして、同時圧縮自己着火により燃焼が急速に行われ、これによって熱効率が大幅に向上する。
In this case, since the high-temperature burned gas discharged from the preceding
このように、先行気筒2A,2Dでは、リーンでの成層燃焼により熱効率が高められるとともに、成層燃焼を行わない通常のエンジンと比べて吸気負圧が小さくなることでポンピングロスが低減され、一方、後続気筒2B,2Cでは、空燃比が略理論空燃比とされつつ、均一な混合気の分布状態で圧縮自己着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、先行気筒2A,2Dから押出された既燃ガスが送り込まれるため先行気筒2A,2Dよりもさらにポンピングロスが低減される。これらの作用により、燃費が大幅に改善される。
In this way, in the preceding
また、先行気筒2A,2Dでは理論空燃比の略2倍もしくはそれに近いリーン空燃比とされることでNOx発生量が比較的少なく抑えられる。一方、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となるとともに、同時圧縮自己着火による急速燃焼が行われると、可及的に酸素と窒素との反応が避けられることから、NOxの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッション性能の向上に有利となる。しかも、後続気筒2B,2Cでの圧縮自己着火が先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスの熱を利用して達成されるため、燃焼室内の温度を上昇させる加熱手段を用いたりエンジンの圧縮比を極端に高くしたりする等の格別の工夫を講じることなく、容易に圧縮自己着火を行わせることができる。
In addition, in the preceding
また、少なくとも後続気筒2B,2Cの圧縮自己着火行われる部分負荷領域Aで、後続気筒2B,2Cから排出される排気ガス中の酸素濃度を、理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように後続気筒2B,2Cの空燃比を制御するように構成したため、先行気筒2A,2Dでリーンな空燃比で燃焼を行わせつつ、理論空燃比で燃焼した後続気筒2B,2Cの既燃ガスのみを排気通路20に導出させることができる。したがって、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンNOx触媒を設けることなく、三元触媒24だけで充分に排気浄化性能を確保することができる。そして、上記リーンNOx触媒を設ける必要がないことから、リーンNOx触媒のNOx吸蔵量増大時におけるNOxの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りを避けることができるとともに、リーンNOx触媒が硫黄被毒するという問題を生じることもない。
Further, at least in the partial load region A where the subsequent self-ignition of the
一方、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bでは通常運転モードとされ、前述のように第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが作動状態、第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bが停止状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路は図7に示すようになり、各気筒2A〜2Dの吸気ポート11,11aおよび排気ポート12a,12が独立した状態となり、吸気通路15から各気筒2A〜2Dの吸気ポート11,11aに新気が導入されるとともに、各気筒2A〜2Dの排気ポート12,12aから排気通路20に既燃ガスが排出される。この場合には、各気筒2A〜2Dの空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量および燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保されることになる。
On the other hand, in the operation region B on the high load side or the high rotation side, the normal operation mode is set. As described above, the
そして、上記のように各気筒2A〜2Dが所定の順序で個別に燃焼する通常運転モードの各気筒独立状態から、先行気筒2A,2Dの既燃ガスが気筒間ガス通路22を介して後続気筒2B,2Cに導入されて新たに供給された燃料とともに燃焼する特殊運転モードの2気筒接続状態への切換を行う際には、エンジンが高負荷ないし高回転側の運転領域Bから上記部分負荷領域Aに移行した時点から予め設定された期間内に、燃料カットモードの制御が実行される減速領域Cに移行したか否かが判定され、この減速領域Cに移行したことが確認された場合には、その時点で上記ガス流通経路の切換が実行される。
From the cylinder independent state in the normal operation mode in which the
上記のように通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態への切換を行う際に、予め設定された期間内に燃料カットモードの制御が実行される減速領域Cに移行したと判定された時点で、ガス流通経路を各気筒独立状態から2気筒接続状態に切り換えるように構成したため、中途半端な時期に切換が行われることに起因したエミッション性能の低下や、切換過渡期にエンジン出力が顕著に変動することに起因したトルクショックの発生等の問題を生じることなく、上記ガス流通経路の切換を適正に実行できるという利点がある。 As described above, when switching from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connected state in the special operation mode, the mode shifts to the deceleration region C where the control of the fuel cut mode is executed within a preset period. When it is determined that the gas flow path is switched from the independent state of each cylinder to the connected state of the two cylinders, the emission performance is deteriorated due to switching at a halfway time, or the switching transition period. In addition, there is an advantage that the gas flow path can be switched properly without causing problems such as generation of torque shock due to significant fluctuations in engine output.
すなわち、エンジンが高負荷ないし高回転側の運転領域Bにおける通常運転モードの各気筒独立状態B1から、図4の矢印に示すように、エンジン出力の要求が低い低負荷ないし低回転側の部分負荷領域Aにおける特殊運転モード領域の2気筒接続状態に移行する際に、吸気量制御の応答遅れが生じることによってリーンな空燃比で燃焼した既燃ガスが排気通路20に導出され易い傾向がある。上記切換過渡期に、リーンな空燃比で燃焼した既燃ガスが排気通路20に導出されると、三元触媒24によるHC,COおよびNOxの浄化性能が充分に発揮されず、エミッション性能が低下することが避けられないという問題がある。
That is, from the cylinder independent state B1 in the normal operation mode in the operation region B on the high load or high rotation side of the engine, as shown by the arrow in FIG. When shifting to the two-cylinder connected state in the special operation mode region in the region A, there is a tendency that burned gas burned at a lean air-fuel ratio is easily led to the
また、上記弁停止機構35を適正に作動させてガス流通経路の切換をスムーズに行うためには、各気筒2A〜2Dの吸・排気弁が全て閉止状態となった時点、つまり先行気筒2A,2Dが圧縮行程になるとともに、後続気筒2B,2Cが膨張行程になった時点で、上記第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aを作動状態から停止状態に移行させ、かつ第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bを停止状態から作動状態に移行させることにより、ガス流通経路の切換を行う必要がある。そして、上記条件の成立時点で、各気筒独立状態から2気筒接続状態にガス流通経路を切り換えると、各気筒独立状態の燃焼が終了した後に後続気筒2B,2Cの燃焼が間引かれた状態が介在されることとなって、この切換過渡にトルクショックが生じることが避けられないという問題がある。
Further, in order to operate the
例えば図8に示すように、先行気筒である1番気筒2Aが膨張行程にある時点t0で、通常運転モードの燃焼制御が実行される運転領域Bから、特殊運転モードの燃焼制御が実行される部分負荷領域Aに移行したことが確認された場合に、上記1番気筒2Aが圧縮行程となるとともに、後続気筒である2番気筒2Bが膨張行程となった時点t1で、両気筒2A,2Bの弁停止機構35によるガス流通経路の切換を行うと、この切換時点t1の後に2番気筒2Bが吸気行程になった時点t2で、1番気筒2Aから理論空燃比で燃焼した既燃ガスが2番気筒2B内に導入されることになるため、この2番気筒2Bに新たな燃料を供給して燃焼させることができず、2番気筒2Bの燃焼が間引かれることが避けられない。また、上記時点t0で圧縮行程にある4番気筒(先行気筒)2Dが膨張行程、排気行程および吸気行程を経て再び圧縮行程となるとともに、3番気筒(後続気筒)2Cが膨張行程となった時点t2で、両気筒2A,2Bの弁停止機構35によるガス流通経路の切換を行うと、その後に3番気筒2Cが吸気行程になった時点t3で、この3番気筒2Cに新たな燃料を供給して燃焼させることができず、3番気筒2Cの燃焼が間引かれることが避けられない。
For example, as shown in FIG. 8, the combustion control in the special operation mode is executed from the operation region B in which the combustion control in the normal operation mode is executed at the time point t0 when the
このため、各気筒2A〜2Dがそれぞれ理論空燃比で所定の順序で燃焼し、各気筒2A〜2Dで新気が全て消費されることにより、図8に模式的に示すように、大きな出力トルクが連続して発生する通常運転モードの燃焼状態から、気筒間ガス通路20を介して先行気筒2A,2Dと後続気筒2B,2Cとが接続された2気筒接続状態で、各気筒2A〜2Dで消費される新気が上記通常運転モードの略半分になることにより、出力トルクが小さくなる特殊運転モードの制御状態に切り換えられる過渡期に、後続気筒2B,2Cの燃料が間引かれる状態が介在することになる(図8の破線参照)。これにより、上記切換過渡期にエンジンの出力トルクが顕著に低下して乗員が違和感を受けるトルクショックが発生するという問題がある。
Therefore, each
これに対して上記のように通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態への切換時において、設定期間内に燃料カットモードの制御状態が実行される減速領域Cに移行したことが確認された時点で、上記切換を実行するように構成した場合、つまりエンジン出力を必要としない惰行運転時や下り坂の走行時等において各気筒2A〜2Dに対する燃料の供給が停止された状態で、ガス流通経路の切換を行うように構成した場合には、この切換過渡期に、吸気量制御の応答遅れ等に起因してリーンの空燃比で燃焼した既燃ガスが排気通路20に導出されるのを防止して三元触媒24による排気ガスの浄化性能が充分に発揮させることができるとともに、エンジンの出力トルクが顕著に変動するトルクショック等を一切生じることなく、上記ガス流通経路の切換を適正に実行できるという利点がある。
On the other hand, when switching from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connected state in the special operation mode as described above, the mode shifts to the deceleration region C where the control state of the fuel cut mode is executed within the set period. When it is confirmed that the above switching is performed, that is, in the coasting operation that does not require the engine output or the downhill traveling, the fuel supply to each of the
また、上記通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換える際において、予め設定された期間内に燃料カットモードの制御状態が実行される減速領域Cに移行しなかったと判定された場合には、図9に示すように、上記期間が経過した時点T0から、先行気筒2A,2Dに対する燃料噴射を停止するとともに、後続気筒2B,2Cに対する燃料噴射および点火を行うことにより、後続気筒2B,2Cのみを燃焼させる過渡運転モードの制御が、例えば1燃焼サイクルの間に亘り実行された後に、上記ガス流通経路が各気筒独立状態から2気筒接続状態に切り換えられる。
Further, when the gas flow path is switched from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connection state in the special operation mode, the fuel cut mode control state is executed within a preset period. If it is determined that the engine has not shifted, the fuel injection to the preceding
具体的には、上記期間が経過するまで通常運転モードが継続されるとともに、この期間が経過した時点T0で、排気弁32が常時作動状態に維持された後続気筒2B,2Cのみを燃焼させる過渡運転モードが所定期間に亘って実行された後、先行気筒である1番気筒2Aが圧縮行程となるとともに、後続気筒である2番気筒2Bが膨張行程となった時点T1で、両気筒2A,2Bの弁停止機構35によるガス流通経路の切換が行われ、かつ4番気筒(先行気筒)2Dが圧縮行程となるとともに、3番気筒(後続気筒)2Cが膨張行程となった時点T2で、両気筒2A,2Bの弁停止機構35によるガス流通経路の切換が行われる。これにより、図9に模式的に示すように、大きな出力トルクが連続して発生する通常運転モードの制御状態から出力トルクが段階的に低下した後に、特殊運転モードの制御状態に移行することになる。
Specifically, the normal operation mode is continued until the above period elapses, and at the time T0 when this period elapses, only the succeeding
したがって、図8に示すように、後続気筒2B,2Cのみを燃焼させる過渡運転モードを介在させることなく、通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換えた場合のように、ガス流通経路の切換過渡期に出力トルクが顕著に低下するという事態を生じることなく、上記特殊運転モードの制御状態にスムーズに移行させることができるという利点がある。なお、図9に示す実施形態では、過渡運転モードが終了した後に膨張行程となる後続気筒、つまり3番気筒2Cに対する燃料噴射を停止することにより、その燃焼を間引くようにしている。これにより、上記過渡運転モードから特殊運転モードへの移行後に、エンジン出力が一時的に増大するのを防止してトルクショックの発生を、より効果的に防止できるという利点がある。
Therefore, as shown in FIG. 8, the gas flow path is switched from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connection state in the special operation mode without interposing the transient operation mode in which only the
また、上記実施形態では、排気通路20に設けられた先行気筒側排気通路20aおよび後続気筒側排気通路20bにそれぞれ三元触媒24を設けたため、上記通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換える際において、後続気筒2B,2Cのみを燃焼させる過渡運転モードの制御が実行された場合に、燃料カット状態となる先行気筒2A,2Dからそのまま導出された新気と、後続気筒2B,2Cから導出された既燃ガスとが混ざり合った状態で三元触媒24に導入されるのを防止することができる。したがって、上記過渡運転モードの制御時に、三元触媒24に導入される既燃ガスが酸素過剰となることに起因してHC,COおよびNOxに対する浄化性能が低下するという事態の発生を防止し、エミッション性能を効果的に確保できるという利点がある。
In the above embodiment, since the three-
なお、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々の変更可能であり、例えば弁停止機構35を用いて2気筒接続状態と各気筒独立状態とにガス流通経路を切り換えるようにした上記基本実施形態に代え、吸・排気通路および気筒間ガス通路に開閉弁を設けてこれらの通路の開閉により2気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換えるようにしてもよい。
The specific configuration of the apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed. For example, the gas flow path is switched between the two-cylinder connected state and each cylinder independent state using the
また、上記実施形態では、特殊運転モードとされる運転領域Aの全域で、後続気筒2B,2Cを圧縮自己着火により燃焼させるようにしているが、特殊運転モードとされる運転領域Aのうちの一部、例えば燃焼室内の温度、圧力が圧縮自己着火可能な状態に達しにくい極低速低負荷の領域では、後続気筒2B,2Cに対して所定の点火時期に点火プラグ7による点火を行わせ、強制点火により燃焼させるようにし、あるいはエンジン温度が低いときに、後続気筒2B,2Cを強制点火により燃焼させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the
1 エンジン本体
2A,2D 先行気筒
2B,2C 後続気筒
22 気筒間ガス通路
24 三元触媒
35 弁停止機構
40 ECU(運転モード制御手段)
41 運転状態判別手段
42 弁停止機構制御手段
43 吸入空気量制御手段
44 燃焼状態制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine
41 Operating state discriminating means 42 Valve stop mechanism control means 43 Intake air amount control means 44 Combustion state control means
Claims (2)
各気筒にそれぞれ新気を導入させて各気筒を独立状態で燃焼させる通常運転モードの制御と、エンジンの部分負荷領域で排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出されるガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態としつつ、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比として燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒にリーン空燃比の既燃ガスを導入させて新たに供給された燃料とともに後続気筒で燃焼させる特殊運転モードの制御と、エンジンの減速領域で各気筒への燃料の供給を停止する燃料カットモードの制御とを実行する運転モード制御手段を備え、
上記通常運転モードの各気筒独立状態から特殊運転モードの2気筒接続状態にガス流通経路を切り換える際に、通常運転モードの運転領域から特殊運転モードの運転領域に移行した時点から予め設定された期間内に上記燃料カットモードの運転領域に移行したか否かを判定し、
上記期間内に燃料カットモードの運転領域に移行したと判定された場合には、その時点で上記ガス流通経路の切換を実行し、
上記期間内に燃料カットモードの運転領域に移行しなかったと判定された場合には、後続気筒のみを燃焼させる過渡運転モードを経て上記ガス流通経路の切換を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 A control device for a multi-cylinder spark ignition engine in which the combustion cycle of each cylinder is set to have a predetermined phase difference,
Control of normal operation mode in which fresh air is introduced into each cylinder and each cylinder is burned in an independent state, and from the preceding cylinder in the exhaust stroke between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap in a partial load region of the engine The preceding cylinder is in a two-cylinder connection state in which the burned gas discharged is introduced into the subsequent cylinder in the intake stroke as it is through the inter-cylinder gas passage, and the gas discharged from the subsequent cylinder is led to the exhaust passage. The combustion is performed with a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and the burned gas of lean air-fuel ratio is introduced from the preceding cylinder to the succeeding cylinder and burned in the succeeding cylinder together with newly supplied fuel. Comprising an operation mode control means for performing operation mode control and fuel cut mode control for stopping the supply of fuel to each cylinder in the deceleration region of the engine;
When the gas flow path is switched from the cylinder independent state in the normal operation mode to the two-cylinder connection state in the special operation mode, a period set in advance from the time when the normal operation mode is changed to the operation region in the special operation mode. It is determined whether or not the operating range of the fuel cut mode has been entered within,
If it is determined that the fuel cut mode operation region has been shifted to within the period, the gas flow path is switched at that time,
A spark ignition method characterized in that, when it is determined that the fuel cut mode operation region has not been shifted within the period, the gas flow path is switched through a transient operation mode in which only the subsequent cylinders are burned. Engine control device.
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