JP2006132385A - 可変気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 減筒運転中において、運転気筒で失火が発生しても確実に機関停止を防止可能とする可変気筒内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 一部気筒を運転する減筒運転中においては、吸気弁及び排気弁を開弁させることなく残り気筒を休止させ、減筒運転の開始に際して、残り気筒では気筒内に混合気を形成して点火を実施せず排気弁を開弁させることなく休止させられ（ステップ１０２，１０３，１０４，１０５）、減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時(ステップ１０６）には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒では点火が実施されて運転が開始される（ステップ１０７，１０８，１０９）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一部気筒を運転させて残り気筒を休止させる減筒運転を実施可能な可変気筒内燃機関の制御装置に関する。

機関低負荷時等において、一部気筒でだけ運転を実施することにより、必要機関出力を維持するために運転される一部気筒では吸気量が増加されて出力が高められる。そのためにスロットル弁の開度は増加され、ポンピング損失が減少するために燃料消費を低減することができる。

このような減筒運転中において、運転気筒のうちの一気筒で失火が発生しても、運転気筒数が少ないために影響が大きく、機関回転数が大幅に低下して機関停止の可能性がある。それにより、減筒運転中において機関回転数が大幅に低下した時には減筒運転を禁止して全気筒での運転を実施することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１８００１７号公報 特開２０００−７３８５０号公報

減筒運転では、できる限り滑らかな運転を実現するために、等クランク角度毎に運転気筒での燃焼が実施されるように運転気筒が選択され、各運転気筒の点火時期に次いで点火時期を迎える気筒は休止気筒であることが多い。それにより、前述の背景技術において、減筒運転中に機関回転数の大幅な低下が検出された直後に全気筒への燃料噴射を開始しても、失火気筒の次に点火時期を迎える休止気筒では、気筒内に混合気が形成されていないために燃焼を開始することができない。こうして、失火気筒の次の気筒でも燃焼が実施されないと、機関回転数がさらに低下し、依然として機関停止の可能性がある。

従って、本発明の目的は、減筒運転中において、運転気筒で失火が発生しても確実に機関停止を防止可能とする可変気筒内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明による請求項１に記載の可変気筒内燃機関の制御装置は、一部気筒を運転して残り気筒を休止させる減筒運転を実施可能な可変気筒内燃機関の制御装置であって、前記減筒運転中においては、吸気弁及び排気弁を開弁させることなく前記残り気筒を休止させ、前記減筒運転の開始に際して、前記残り気筒では気筒内に混合気を形成して点火を実施せず排気弁を開弁させることなく休止させられ、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒では点火が実施されて運転が開始されることを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置は、一部気筒を運転して残り気筒を休止させる減筒運転を実施可能な可変気筒内燃機関の制御装置であって、各気筒には気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記減筒運転中においては、前記燃料噴射弁の圧縮行程噴射以外の燃料噴射によって前記一部気筒を運転し、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒では、前記燃料噴射弁により圧縮行程で燃料が噴射され、点火が実施されて運転が開始されることを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の可変気筒内燃機関の制御装置は、請求項１又は２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置において、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、前記一部気筒の運転を継続すると共に、休止中の全ての前記残り気筒で運転を開始することを特徴とする。

また、本発明による請求項４に記載の可変気筒内燃機関の制御装置は、請求項１又は２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置において、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、前記機関回転数の低下の要因である気筒を除くと共に運転を開始した前記気筒を含めて運転気筒を選択して前記減筒運転を実施することを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載の可変気筒内燃機関の制御装置は、請求項４に記載の可変気筒内燃機関の制御装置において、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、前記一部気筒を休止させると共に前記残り気筒を運転して前記減筒運転を実施することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の可変気筒内燃機関の制御装置によれば、一部気筒を運転する減筒運転中において、吸気弁及び排気弁を開弁させることなく残り気筒を休止させ、減筒運転の開始に際して、残り気筒では気筒内に混合気を形成して点火を実施せず排気弁を開弁させることなく休止させられるために、残り気筒では気筒内に混合気が形成されて保持される。それにより、減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒で点火を実施することにより、気筒内の混合気を燃焼させて確実に運転を開始することができる。こうして、機関回転数の低下の要因となった気筒に続いて休止気筒で燃焼を開始することができずに、機関回転数がさらに低下して機関停止することを確実に防止することができる。

また、本発明による請求項２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置によれば、一部気筒を運転させる減筒運転中において、残り気筒では気筒内に混合気は形成されていない。しかしながら、減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒では、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁により圧縮行程で燃料が噴射されるために、気筒内には混合気が形成され、点火が実施されることにより運転を開始することができる。こうして、機関回転数の低下の要因となった気筒に続いて休止気筒で燃焼を開始することができずに、機関回転数がさらに低下して機関停止することを確実に防止することができる。

また、本発明による請求項３に記載の可変気筒内燃機関の制御装置によれば、請求項１又は２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置において、減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、一部気筒の運転を継続すると共に、休止中の全ての残り気筒で運転を開始するようになっており、機関回転数の低下の要因となった気筒の直後に点火時期となる休止気筒では燃焼が開始されると共に、運転気筒数が増大するためにさらに確実に機関停止を防止することができる。

また、本発明による請求項４に記載の可変気筒内燃機関の制御装置によれば、請求項１又は２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置において、減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、機関回転数の低下の要因である気筒を除くと共に運転を開始した気筒を含めて運転気筒を選択して減筒運転を実施するようになっており、機関回転数の低下の要因となった気筒の直後に点火時期となる休止気筒では燃焼が開始されて機関停止を確実に防止することができると共に減筒運転を持続して燃料消費を低減することができる。

また、本発明による請求項５に記載の可変気筒内燃機関の制御装置によれば、請求項４に記載の可変気筒内燃機関の制御装置において、減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、一部気筒を休止させると共に残り気筒を運転して減筒運転を実施するようになっており、機関回転数の低下の要因となった気筒の直後に点火時期となる休止気筒では燃焼が開始されて機関停止を確実に防止することができると共に減筒運転を持続して燃料消費を低減することができる。

図１は本発明による制御装置が取り付けられる可変気筒内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気通路であり、４はサージタンク２の上流側の吸気ダクトである。吸気ダクト４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁５が配置されている。スロットル弁５は、アクセルペダルに機械的に連動するものではなく、ステップモータ等のアクチュエータによって自由に開度設定可能なものである。

機関本体１において、６は吸気通路３と気筒内との連通及び遮断を可能とする吸気弁であり、７は排気通路８と気筒内との連通及び遮断を可能とする排気弁である。９はピストンであり、１０は点火プラグであり、１１は各気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。本可変気筒内燃機関において、吸気弁６及び排気弁７は、それぞれ、油圧式又は電磁式等のアクチュエータ１２，１３によって駆動され、吸気弁６及び排気弁７を閉弁させ続けることも可能となっている。燃料噴射弁１１は吸気行程で気筒内へ燃料を噴射し、圧縮行程末期の点火時期までに気筒内には均質混合気が形成されるようになっている。

機関低負荷時には、一般的に、スロットル弁５の開度は小さくされ、それにより、大きなポンピング損失が発生して燃料消費を悪化させる。本可変気筒内燃機関では、機関低負荷時等に、一部気筒を運転させると共に残り気筒を休止させる減筒運転が実施可能となっている。減筒運転において、一部気筒では必要機関出力を維持するために吸気量を増量して出力が高められる。こうして、スロットル弁５の開度が大きくされてポンピング損失が抑制され、燃料消費を改善することができる。

図２は、本発明による制御装置によって実施される減筒運転開始時の制御を示す第一フローチャートである。本フローチャートは、設定時間又は設定クランク角度毎に繰り返される。先ず、ステップ１０１において、機関運転状態に基づき減筒運転を開始するか否かが判断される。この判断が否定される時には、そのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１０２において、休止させる各気筒での吸気行程燃料噴射を実施した後に、休止させる各気筒での燃料噴射を停止する。減筒運転は、予め定められた一部気筒を運転させ、残り気筒を休止させる。減筒運転を振動の少ない滑らかなものにするために、等クランク角度毎に運転気筒での燃焼が実施されるようにすることが好ましく。例えば、点火順序が＃１−＃４−＃３−＃２である直列四気筒の内燃機関において半数の二気筒を休止させる場合には、＃１気筒と＃３気筒とを一部気筒として運転させ、＃２気筒と＃４気筒とを残り気筒として休止させる（運転気筒と休止気筒とを逆にしても良い）。また、例えば、Ｖ型多気筒内燃機関において半数の気筒を休止させる場合には、点火順序は二つのバンクで交互となるために、一方のバンクの気筒を一部気筒として運転させ、他方のバンクの気筒を残り気筒として休止させる。また、運転気筒数が休止気筒数より多い場合には、等クランク角度毎に休止気筒の特定行程（例えば、圧縮行程等）となるように休止気筒が選択されることが好ましい。いずれにしても、減筒運転においては、各運転気筒の次に点火順序となる気筒は休止気筒であることが多い。

ステップ１０２では、このように設定された休止させる気筒の全てにおいて、減筒運転の開始当初だけは、それぞれ、燃料噴射弁１１によって吸気行程での燃料噴射を実施する。次いで、ステップ１０３において、休止させる各気筒での吸気弁６の閉弁後にアクチュエータ１２によって吸気弁６の作動を停止させる。次いで、ステップ１０４において、休止させる各気筒での点火を停止する。次いで、ステップ１０５において、休止させる各気筒での排気弁７の開弁前にアクチュエータ１３によって排気弁７の作動を停止させる。このようにして、休止させる気筒の全てにおいて、気筒内には、吸気行程での燃料噴射によって均質混合気が形成され、点火は実施されず、また、その後は吸気弁６及び排気弁７が閉弁され続けるために、減筒運転中において気筒内の均質混合気は保持される。

次いで、ステップ１０６において、各運転気筒の膨張行程（好ましくは、膨張行程前半）時の機関回転数を検出し、検出された前回の機関回転数と今回の機関回転数との差ｄＮが設定値Ａより大きいか否かが判断される。この判断は肯定されるまで繰り返され、肯定されることなく、機関運転状態の変化によって減筒運転が中止されれば、休止中の気筒の全てにおいて、点火、吸気弁６及び排気弁７の作動、及び、吸気行程燃料噴射を開始する。この時、各休止気筒において、気筒内には混合気が形成されているために、初回に限り燃料噴射を実施する必要はない。

ステップ１０６の判断が肯定されると、今回の膨張行程の機関回転数は低く、今回の運転気筒では失火が発生しているか、又は、燃焼状態が非常に悪化していることとなる。次の点火順序が休止気筒であると、このままでは、さらに機関回転数が低下して機関停止の可能性がある。それにより、本フローチャートでは、ステップ１０７において、ステップ１０６の判断が肯定された直後に点火時期となる休止中の気筒での点火を開始する。前述したように、休止気筒の全てにおいて気筒内には既に混合気が形成されており、いずれの休止気筒においても点火によって燃焼を確実に開始することができる。また、ステップ１０８において、この点火を開始した気筒での吸気弁６及び排気弁７の作動を開始し、さらに、ステップ１０９において、この点火を開始した気筒での吸気行程燃料噴射を開始する。こうして、減筒運転中において機関回転数の大幅低下の要因となった運転気筒に換えて、点火順序がこの運転気筒の直後である休止気筒の運転を、機関回転数の大幅低下の直後から開始するようになっている。それにより、さらなる機関回転数の低下に伴う機関停止を確実に防止することができる。

ステップ１０６の判断は、燃焼時に発生するイオンを検出可能なイオンセンサ又は燃焼圧センサ等を各気筒に配置して、各運転気筒の失火及び燃焼状態を直接的に検出して、その直後の機関回転数の大幅低下を予測するようにしても良い。

図３は、本発明による制御装置によって実施される減筒運転開始時の制御を示す第二フローチャートである。本フローチャートは、第一フローチャートと同様に、設定時間又は設定クランク角度毎に繰り返される。先ず、ステップ２０１において、機関運転状態に基づき減筒運転を開始するか否かが判断される。この判断が否定される時には、そのまま終了するが、肯定される時には、ステップ２０２において、休止させる各気筒での吸気行程燃料噴射及び点火を停止する。こうして、本フローチャートの制御では、休止させる気筒の全てにおいて、気筒内には均質混合気が形成されず、減筒運転中において気筒内に均質混合気が保持されることはない。また、減筒運転中において、休止気筒の吸気弁６及び排気弁７を作動停止させてはいない。それにより、本フローチャートの制御においては、吸気弁６及び排気弁７は一般的なカムにより駆動されるようにしても良い。

次いで、ステップ２０３において、第一フローチャートのステップ１０６と同様に、前回の機関回転数と今回の機関回転数との差ｄＮが設定値Ａより大きいか否かが判断される。この判断は肯定されるまで繰り返され、肯定されることなく、機関運転状態の変化によって減筒運転が中止されれば、休止中の気筒の全てにおいて、吸気行程燃料噴射及び点火を開始する。

ステップ２０３の判断が肯定されると、今回の運転気筒では失火が発生しているか、又は、燃焼状態が非常に悪化していることとなる。次の点火順序が休止気筒であると、このままでは、さらに機関回転数が低下して機関停止の可能性がある。それにより、本フローチャートでは、ステップ２０４において、ステップ２０３の判断が肯定された直後に点火時期となる（圧縮行程中又は直後に圧縮行程となる）休止中の気筒での圧縮行程燃料噴射を実施し、気筒内に混合気を形成する。次いで、ステップ２０５において、この圧縮行程燃料噴射を実施した気筒での圧縮行程燃料噴射直後の点火時期において点火を開始する。この圧縮行程燃料噴射に伴う燃焼は、燃料噴射から点火までの時間が短いために、燃料の気化状態がそれほど良好ではないために、ステップ２０６において、この圧縮行程燃料噴射を実施した気筒は、次回から吸気行程燃料噴射が開始される。こうして、減筒運転中において機関回転数の大幅低下の要因となった運転気筒に換えて、点火順序がこの運転気筒の直後である休止気筒の運転を機関回転数の大幅低下の直後から開始する。それにより、さらなる機関回転数の低下に伴う機関停止を確実に防止することができる。

このように、第一及び第二フローチャートによれば、減筒運転中において機関回転数の大幅低下の要因となった運転気筒（完全な失火が発生していない場合もあるが、以下、失火気筒と称する）の直後の点火順序の休止気筒を機関回転数の大幅低下の直後から運転開始させて機関停止を防止している。この時において、その他の休止気筒の運転も開始すれば、運転気筒数が増大するために、さらに確実に機関停止を防止することができる。この運転開始に際して、第二フローチャートの制御では、その他の休止気筒において、特に圧縮行程噴射を実施する必要はなく、吸気行程噴射を実施することが好ましい。また、第一フローチャートの制御では、全ての休止気筒には混合気が形成されているために、その他の休止気筒のそれぞれにおいても、初回に限り燃料噴射は不要である。

しかしながら、こうして全気筒運転（失火気筒では失火が持続する可能性もあるが）又は運転気筒数を増加させた減筒運転を開始すると、燃料消費が悪化するために、運転気筒数を維持した減筒運転を実施するようにしても良い。もちろん、第一及び第二フローチャートのように、失火気筒に換えて、直後の点火順序の休止気筒（減筒運転において失火気筒の次の点火順序が運転気筒の場合もある）だけを運転させて、運転気筒数を維持した減筒運転を実施するようにしても良い。すなわち、失火気筒を除くと共に運転を開始した休止気筒を含めて同数を運転気筒とする減筒運転が実施される。しかしながら、これでは、等クランク角度毎に運転気筒の燃焼が実施されず、又は、等クランク角度毎に休止気筒の特定行程とならないことが多い。

それにより、特に、運転気筒数と休止気筒数が同じである場合には、等クランク角度毎に運転気筒の燃焼が実施されるように、運転気筒と休止気筒とは点火順序において交互となっていることが多く、この場合には、運転されていた一部気筒と休止されていた残り気筒とを入れ換えて、残り気筒を運転気筒とし、一部気筒を休止気筒とすれば、等クランク角度毎に運転気筒の燃焼が実施されるようになる。第一フローチャートの制御では、この場合において、一部気筒を休止させる際には、前述同様に、各気筒内に混合気を形成し、減筒運転中に混合気を保持することが好ましい。

また、減筒運転において、運転気筒数が休止気筒数より多い場合には、失火気筒を除くと共に運転を開始した休止気筒を含めて、等クランク角度毎に休止気筒の特定行程となるように運転気筒を選択して、減筒運転を実施することが好ましい。また、運転気筒数が休止気筒数より少ない場合には、失火気筒を除くと共に運転を開始した休止気筒を含めて、等クランク角度毎に運転気筒の燃焼が実施されるように運転気筒を選択して、減筒運転を実施することが好ましい。

第一フローチャートの制御においては、燃料噴射弁を各吸気通路３に配置して、吸気同期噴射又は吸気非同期噴射により気筒内へ燃料を供給するようにしても良い。この場合においては、減筒運転の開始に際して、各休止気筒では、吸気弁６の閉弁後に吸気弁６の作動を停止すると共に燃料噴射を停止することとなる。それにより、減筒運転中において、各休止気筒に同様に混合気を保持することができる。

第一フローチャートの制御において、休止気筒の吸気弁６及び排気弁７は、減筒運転中において閉弁させたままとする必要があり、吸気弁６及び排気弁７は、アクチュエータにより駆動することとしたが、このアクチュエータに換えて、例えば、吸気弁用カム及び排気弁用カムのそれぞれのカムシャフトに対する固定を解除する等して、又は、カムシャフト自身が回転しないようにする等して、吸気弁用カム及び排気弁用カムを無効化させる機構によって、吸気弁６及び排気弁７を閉弁させ続けるようにしても良い。

本発明による制御装置が取り付けられる可変気筒内燃機関を示す概略図である。 本発明による制御装置によって実施される減筒運転開始時の制御を示す第一フローチャートである。 本発明による制御装置によって実施される減筒運転開始時の制御を示す第二フローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
３ 吸気通路
６ 吸気弁
７ 排気弁
８ 排気通路
１１ 燃料噴射弁
１２，１３ アクチュエータ

Claims (5)

1. 一部気筒を運転して残り気筒を休止させる減筒運転を実施可能な可変気筒内燃機関の制御装置であって、前記減筒運転中においては、吸気弁及び排気弁を開弁させることなく前記残り気筒を休止させ、前記減筒運転の開始に際して、前記残り気筒では気筒内に混合気を形成して点火を実施せず排気弁を開弁させることなく休止させられ、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒では点火が実施されて運転が開始されることを特徴とする可変気筒内燃機関の制御装置。
2. 一部気筒を運転して残り気筒を休止させる減筒運転を実施可能な可変気筒内燃機関の制御装置であって、各気筒には気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記減筒運転中においては、前記燃料噴射弁の圧縮行程噴射以外の燃料噴射によって前記一部気筒を運転し、前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、その直後に点火時期を迎える休止中の気筒では、前記燃料噴射弁により圧縮行程で燃料が噴射され、点火が実施されて運転が開始されることを特徴とする可変気筒内燃機関の制御装置。
3. 前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、前記一部気筒の運転を継続すると共に、休止中の全ての前記残り気筒で運転を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置。
4. 前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、前記機関回転数の低下の要因である気筒を除くと共に運転を開始した前記気筒を含めて運転気筒を選択して前記減筒運転を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変気筒内燃機関の制御装置。
5. 前記減筒運転中に設定値以上の機関回転数の低下が発生した時又は設定値以上の機関回転数の低下が予測される時には、前記一部気筒を休止させると共に前記残り気筒を運転して前記減筒運転を実施することを特徴とする請求項４に記載の可変気筒内燃機関の制御装置。

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