JP2011012610A - Control device for variable-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全筒運転と減筒運転とを切り替えることができる可変気筒内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a variable cylinder internal combustion engine capable of switching between full cylinder operation and reduced cylinder operation.
複数の気筒を備えた内燃機関において、所定の運転状態のときに、一部の気筒での燃焼を休止させることができる、可変気筒内燃機関が知られている。一部の気筒での燃焼を休止する気筒休止運転(減筒運転)と、全ての気筒で燃焼させる全筒運転とを切り替える気筒数制御を行うとき、切り替えショックが発生することがある。 2. Description of the Related Art A variable cylinder internal combustion engine that can stop combustion in some cylinders in a predetermined operating state in an internal combustion engine having a plurality of cylinders is known. When performing cylinder number control for switching between cylinder deactivation operation (reducing cylinder operation) in which combustion in some cylinders is deactivated and all cylinder operation in which combustion is performed in all cylinders, a switching shock may occur.
例えば、特許文献1は、そのような切り替えショックを防止するための、装置を開示する。この装置は、気筒休止運転と全筒運転とを切り替えるとき、機関回転速度と機関負荷とに基づいて算出される燃料噴射量を、筒内圧に基づいて補正するように構成されている。 For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for preventing such a switching shock. This device is configured to correct the fuel injection amount calculated based on the engine rotation speed and the engine load based on the in-cylinder pressure when switching between cylinder deactivation operation and all cylinder operation.
ところで、内燃機関の各種性能差や経時劣化等により、内燃機関の制御上の目標値の中には、固定値としてそのまま用い続けることが難しいものがある。その中には、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときの空気量制御に関する目標値も含まれ、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときの切り替えショックを適切に抑制するためには、そのような目標値を、適宜、更新することが望まれる。 By the way, due to various performance differences and deterioration with time of the internal combustion engine, there are some target values for control of the internal combustion engine that are difficult to continue to be used as fixed values. Among them, the target value related to air amount control when switching between all-cylinder operation and reduced-cylinder operation is also included, and in order to appropriately suppress the switching shock when switching between all-cylinder operation and reduced-cylinder operation, It is desirable to update such a target value as appropriate.
そこで、本発明の目的は、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときの制御上の目標値を内燃機関に適するように更新して、切り替えショックを適切に抑制することにある。 Therefore, an object of the present invention is to update a control target value when switching between all-cylinder operation and reduced-cylinder operation so as to be suitable for an internal combustion engine, and appropriately suppress a switching shock.
本発明による可変気筒内燃機関の制御装置は、全筒運転と減筒運転とを切り替え可能な可変気筒内燃機関の制御装置において、気筒内に流入する空気量を制御する空気量制御手段であって、全筒運転と減筒運転との一方から他方への切り替えを行うとき、切替前に1つの稼動気筒内に流入する空気量と切替後に1つの稼動気筒内に流入する空気量との比である空気量比が目標空気量比になるように空気量を制御する空気量制御手段を備え、該空気量制御手段は、前記目標空気量比を、切替前トルクと切替後トルクとの違いに基づいて、トルク変動を抑制するように更新する更新手段を備えることを特徴とする。 A control device for a variable cylinder internal combustion engine according to the present invention is an air amount control means for controlling the amount of air flowing into a cylinder in the control device for a variable cylinder internal combustion engine capable of switching between full cylinder operation and reduced cylinder operation. When switching from one of the all-cylinder operation and the reduced-cylinder operation to the other, the ratio of the amount of air flowing into one working cylinder before switching and the amount of air flowing into one working cylinder after switching Air amount control means for controlling the air amount so that a certain air amount ratio becomes the target air amount ratio, and the air amount control means changes the target air amount ratio between the pre-switching torque and the post-switching torque. Based on the above, an update means for updating to suppress torque fluctuation is provided.
好ましくは、筒内圧センサと、該筒内圧センサからの出力信号に基づいて、トルクを算出するトルク算出手段とを備える。このトルク算出手段は、前記切替前トルクと前記切替後トルクとを、それぞれ、算出することができる。 Preferably, an in-cylinder pressure sensor and torque calculation means for calculating torque based on an output signal from the in-cylinder pressure sensor are provided. The torque calculation means can calculate the pre-switching torque and the post-switching torque, respectively.
このような可変気筒内燃機関の制御装置は、全筒運転と減筒運転との一方から他方への切り替えを行うとき、前記空気量制御手段による空気量の制御に対応させて、トルク変動を抑制するように点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備えるとよい。 Such a control device for a variable cylinder internal combustion engine suppresses torque fluctuations corresponding to the control of the air amount by the air amount control means when switching from one to the other of all cylinder operation and reduced cylinder operation. It is preferable to further include an ignition timing control means for controlling the ignition timing.
さらに、上記した種々の可変気筒内燃機関の制御装置は、全筒運転と減筒運転との一方から他方への切り替えを行うとき、前記空気量比が前記目標空気量比になるように前記空気量制御手段が空気量を制御する前に、EGR率を所定EGR率以下にまで低減するEGR制御手段をさらに備えるとよい。 Furthermore, the control device for the various variable cylinder internal combustion engines described above is configured so that the air amount ratio becomes the target air amount ratio when switching from one to the other of all cylinder operation and reduced cylinder operation. Before the amount control means controls the air amount, it is preferable to further include an EGR control means for reducing the EGR rate to a predetermined EGR rate or less.
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る実施形態が適用された内燃機関10を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関10は、シリンダブロック12に形成された燃焼室14の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒16内でピストン18を往復移動させることにより動力を発生する。なお、内燃機関10は、4サイクル機関(4ストローク機関)である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an
図1には1気筒のみが示されるが、内燃機関10は4気筒を有するエンジンとして構成されている。そして、内燃機関10は、4つの気筒16の全てで混合気の燃焼を生じさせる全筒運転と、一部の気筒を休止させて残った気筒16でのみ混合気の燃焼を生じさせる気筒休止運転(減筒運転)とを切り替えることができる内燃機関、すなわち可変気筒内燃機関である。内燃機関10では、減筒運転時、2つの気筒を休止させ、残った2つの気筒で混合気の燃焼を生じさせる。この休止させられる2つの気筒は、任意に選択および設定され得る。なお、以下では、休止状態にある気筒16を休止気筒と、稼動状態にある気筒を稼動気筒と称し得る。
Although only one cylinder is shown in FIG. 1, the
内燃機関10では、全ての気筒16に関して実質的に同じ構成を備えるので、ここでは任意の1つの気筒16に着目して内燃機関10の全体構成が説明される。各燃焼室14に臨む吸気ポートは、吸気弁Viにより開閉され、吸気マニホールド20に接続されている。この吸気マニホールド20上流側には、順に、サージタンク22および吸気管24が接続されている。吸気管24は、エアクリーナ26を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気管24の中途(サージタンク22とエアクリーナ26との間)には、(本実施形態では、アクチュエータ27により駆動される電子制御式スロットルバルブである)スロットルバルブ28が組み込まれている。それら、例えば、吸気ポート、吸気マニホールド20、サージタンク22、吸気管24のそれぞれは、吸気通路30の一部を区画形成する。
Since the
他方、各燃焼室14に臨む排気ポートは、排気弁Veにより開閉され、排気マニホールド32に接続され、この排気マニホールド32には下流側に排気管34が接続されている。排気管34には、三元触媒を含む前段触媒装置36およびNOx吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置38が接続されている。それら、例えば、排気ポート、排気マニホールド32、排気管34のそれぞれは、排気通路40の一部を区画形成する。
On the other hand, an exhaust port facing each combustion chamber 14 is opened and closed by an exhaust valve Ve and connected to an
内燃機関10には、排気通路40を流れる排気ガスの一部を吸気通路30に導く排気ガス還流(EGR)装置(EGR装置)42が設けられている。EGR装置42は、排気通路40を流れる排気ガスの一部を吸気通路30に導くようにEGR管44によって区画形成されたEGR通路46と、EGR通路46に設けられた(ここではアクチュエータ47によって駆動される電子制御式EGRバルブ)EGRバルブ48とを備える。なお、還流される排気ガス(EGRガス)冷却用のEGRクーラ50がEGR通路46に設けられている。
The
上記吸気弁Viおよび上記排気弁Veは、それぞれ、可変バルブタイミングおよび/または可変リフト機能を有する動弁機構によって開閉させられる。上記吸気弁Viの駆動機構52および上記排気弁Veの駆動機構54を含む動弁機構は、吸気弁Viおよび排気弁Veを、コンロッドを介してピストン18が連結されているクランクシャフトの回転に同期して、個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構である。また、動弁機構は、各吸排気弁Vi、Veを、それぞれ独立して、休止状態、例えば閉弁状態に維持することが可能な機構である。具体的には、吸気弁Viの駆動機構52および排気弁Veの駆動機構54は、それぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。つまり、吸気弁Viおよび排気弁Veはそれぞれ電磁駆動弁とされている。なお、吸気弁Viと排気弁Veとは同時に開くバルブオーバーラップを実現可能にされている。ただし、このような構成に代えて、吸気弁Viおよび上記排気弁Veの動弁機構として、例えば単一の弁に適用される複数種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構(VVT; Variable Valve Timing mechanism)を用いることもできる。
The intake valve Vi and the exhaust valve Ve are opened and closed by a valve operating mechanism having a variable valve timing and / or a variable lift function, respectively. The valve operating mechanism including the
更に、内燃機関10の各気筒16は、点火プラグ56を有する。点火プラグ56は、対応する燃焼室14に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
Further, each
更に、内燃機関10は、図1に示されるように、インジェクタ58を有し、インジェクタ58は、対応する燃焼室14に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。そして、内燃機関10では、各燃焼室14に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ58から各燃焼室14に向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。
Further, as shown in FIG. 1, the
上述のスロットルバルブ28、EGRバルブ48、動弁機構に含まれる各駆動機構52、54、各点火プラグ56、各インジェクタ58等は、内燃機関10の制御装置として実質的に機能するECU60に電気的に接続されている。ECU60は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート等を含むものである。ECU60には、各種センサ類がA/D変換器等を介して電気的に接続されていて、例えば吸入空気量を検出するためのエアフローメータ62が接続されている。ECU60は、ROM等の記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサ類を用いて得られる検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、スロットルバルブ28、EGRバルブ48、各駆動機構52、54、各点火プラグ56、各インジェクタ58等を制御する。
The
図1に示されるように、ECU60に接続されるセンサ類には、クランクポジションセンサ64が含まれる。クランクポジションセンサ64は、クランクシャフトに固定されるロータプレート(シグナルプレート)等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号を微小時間ごとにECU60に与える。また、内燃機関10は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ66を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ66は、対応する燃焼室14に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、それぞれ、ECU60に電気的に接続されている。各筒内圧センサ66は、燃焼室14の圧力すなわち筒内圧力に応じた電気信号を出力する。各筒内圧センサ66からの出力信号は、所定時間(所定クランク角)おきにECU60に順次与えられ、圧力値にされた上で、クランク角度と関連付けて、ECU60の所定の記憶領域に所定量ずつ格納保持される。さらに、スロットルバルブ28の開度(スロットル開度)を検出するためのスロットル開度センサ67が設けられている。さらに、吸気通路30の圧力すなわち吸気圧を検出するために吸気圧センサ68が設けられている。さらに、内燃機関10でのノッキング発生を検出するためのノックセンサ70や、EGRバルブ48の開度(EGR開度)を検出するためのポジションセンサ71や、EGRクーラ50での冷却水の温度を検出するためのEGRクーラ水温センサ72や、内燃機関10の冷却水の温度を検出するための水温センサ(不図示)や、アクセルペダルの開度を検出するためのアクセルポジションセンサ(不図示)が設けられている。また、内燃機関10が搭載された車両の速度(車速)を検出するための車速センサも設けられている。さらに、空燃比センサ(A/Fセンサ)74が排気通路40に設けられている。A/Fセンサ74は、排気通路の排気ガス中の空燃比に応じた電気信号をECU60に出力する。また、排気通路40に、O2センサ76が設けられている。O2センサ76は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号をECU60に出力する。
As shown in FIG. 1, the sensors connected to the
ECU60のROMは、燃料噴射制御用のルーチン、吸気弁Viや排気弁Veの開閉タイミングを決定してそれらを制御するためのルーチン、点火時期制御用のルーチン、スロットルバルブ制御用のルーチン、内燃機関10の稼動気筒数を変更するためのルーチン等やそれらに用いられるマップ等のデータを記憶している。
The ROM of the
ECU60は、ROM等に記憶された上記種々のルーチン等のアプリケーションプログラムに従って、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、スロットル制御、可変気筒制御等を実行する。
The
可変気筒制御では、ECU60は、内燃機関10の運転状態に応じて稼動気筒数を変更する。ここでは、ECU60は、内燃機関10の運転状態が低負荷運転領域にあるときは稼動気筒数を減少させて内燃機関10を減筒運転させ、内燃機関10の運転状態が中高負荷運転領域にあるときは全ての気筒16を稼動させて内燃機関10を全筒運転させる。なお、減筒運転領域および全筒運転領域の境界、つまり減筒運転と全筒運転との一方から他方への切り替え時期は、このように定められることに限定されず、種々設定され得る。
In the variable cylinder control, the
なお、ここでは、稼動されていない気筒16、つまり休止気筒では、燃料噴射や点火が行われないことに加えて、吸気弁Viおよび排気弁Veが共に閉弁状態にされる。ただし、本発明は、休止気筒において、吸気弁Viおよび/または排気弁Veが開弁状態にされたり、稼動時と同様に開閉されたりすることを許容する。
Here, in the
なお、気筒16内に流入する空気量を制御する空気量制御手段は、ECU60の一部を含んで構成される。この空気量制御手段は、全筒運転と減筒運転との一方から他方への切り替えを行うときに制御上用いられる後述する目標空気量比を、切替前トルクと切替後トルクとの違いに基づいて、トルク変動を抑制するように更新する更新手段を備える。更新手段は、ECU60の一部を含んで構成される。また、筒内圧センサ66からの出力信号に基づいて、トルクを算出するトルク算出手段は、ECU60の一部を含んで構成される。なお、ここでは、トルク検出手段は、筒内圧センサ66およびそのようなトルク算出手段を含んで構成されるが、異なるように構成されてもよい。また、点火時期制御手段は、ECU60の一部を含んで構成される。さらに、EGR制御手段は、ECU60の一部を含んで構成される。
The air amount control means for controlling the amount of air flowing into the
以下に、全筒運転と減筒運転との切り替え制御に関して、詳細に説明される。 Hereinafter, switching control between all-cylinder operation and reduced-cylinder operation will be described in detail.
まず、内燃機関10が全筒運転から減筒運転に切り替えられるときに関して図2および図3に基づいて説明する。以下では、内燃機関10が全筒運転から減筒運転に切り替えられるときの、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、気筒16内に流入する空気量を制御する空気量制御に実質的に対応するスロットル制御、可変気筒制御が複合的に説明される。なお、以下に説明される制御は、可能な限り、気筒16毎に適用されるとよい。
First, the case where the
図2は、全筒運転から減筒運転への切り替えに関するフローチャートであり、図3は、図2にしたがって切り替え制御を行ったときの各種値の変化を同一時間軸上に概念的に表したタイムチャートである。全筒運転を実行している状態で、図2のフローチャートに基づいて、内燃機関10では全筒運転から減筒運転への切り替えが実行される。
FIG. 2 is a flowchart relating to switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation, and FIG. 3 is a time conceptually showing changes in various values on the same time axis when switching control is performed according to FIG. It is a chart. In the state where the all-cylinder operation is being executed, the
ECU60は、メインルーチンにしたがって機関制御を行っているときに、全筒運転から減筒運転への上記の如き切り替え条件が満たされると、図2のルーチンに進む。なお、全筒運転から減筒運転への切り替えは、主に、機関回転速度と、機関負荷とに基づいて判断され、ここでは、上記のように、内燃機関10の運転状態が中高負荷運転領域から、低負荷運転領域へと移行したとき、実行される。機関負荷は、スロットル開度、アクセル開度、吸気圧等の少なくとも1つと対応付けられる。ただし、全筒運転から減筒運転への上記の如き切り替え条件が満たされると(図3でのt1時)、図2のルーチンに進む以外に、EGRバルブ48が閉じるように、アクチュエータ47に作動信号が出力される。
The
全筒運転から減筒運転への切り替え条件が満たされると、ステップS201で、目標トルクが設定される。目標トルクは、その切り替え条件が満たされたときの内燃機関10の出力トルクとされる。これは、全筒運転から減筒運転へ移行するとき、内燃機関10での出力に関してトルク変動を生じないようにするためである。内燃機関10での出力トルクは、筒内圧センサ66からの出力信号に基づいて算出され、ここでは、図示トルク(全気筒分の図示トルクの総計)とされる。なお、目標トルクである切り替え条件が満たされたときの内燃機関10の出力トルクは、切替前トルクとしても記憶される。
When the condition for switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation is satisfied, a target torque is set in step S201. The target torque is the output torque of the
そして、次ぐステップS203で、EGR率が所定EGR率以下か否かが判定される。ここでは、EGR率は、EGRバルブ48の開度(EGR開度)や吸排気弁Vi、Veのバルブタイミングから見積もられる。なお、EGR率は、筒内圧センサ66からの出力信号に基づいて算出されてもよい。また、所定EGR率は、零であってもよく、任意に定められ得、全筒運転から減筒運転への切り替えにより、トルクショックや失火が生じないように定められるとよい。EGR率が所定EGR率以下になるまで、ステップS203が繰り返される。 Then, in the next step S203, it is determined whether or not the EGR rate is equal to or less than a predetermined EGR rate. Here, the EGR rate is estimated from the opening degree of the EGR valve 48 (EGR opening degree) and the valve timings of the intake and exhaust valves Vi and Ve. The EGR rate may be calculated based on an output signal from the in-cylinder pressure sensor 66. The predetermined EGR rate may be zero, may be arbitrarily determined, and may be determined so as not to cause torque shock or misfire by switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation. Step S203 is repeated until the EGR rate becomes equal to or lower than the predetermined EGR rate.
EGR率が所定EGR率以下になったので、ステップS203で肯定判定されると、ステップS205が実行される。ステップS205では、スロットル開度が増大するようにスロットル制御が実行される。ここでは、スロットル開度が全開になるように、スロットルアクチュエータ27に作動信号が出力される(図3でのt2時)。そして、このようなスロットルバルブ28の開弁により、気筒16内に充填される空気量の増大が図られる。この空気量の増大は、気筒16内に流入する空気量が後述する目標空気量になるように、行われる。他方、このようにスロットルバルブ28が制御される前、好ましくは直前に、1つの気筒16内に充填される(あるいは充填されている)空気量(切替前空気量)が検出されて記憶される。気筒16内に充填される空気量の検出は、エアフローメータ62からの出力信号に基づいて、不図示のデータを検索したり、演算をしたりすることで実行される。なお、気筒16内に充填される空気量は、筒内圧センサ66からの出力信号に基づいて算出されてもよい。なお、このようにスロットルバルブ28が制御される前、好ましくは直前のトルクが上記の如く求められ、上述の切替前トルクとされてもよい。ただし、スロットルバルブ28が制御される前、好ましくは直前のトルクは、切り替え条件が満たされたときの内燃機関10の出力トルクに概ね等しい。
Since the EGR rate is equal to or lower than the predetermined EGR rate, if an affirmative determination is made in step S203, step S205 is executed. In step S205, throttle control is executed so that the throttle opening increases. Here, an operation signal is output to the throttle actuator 27 so that the throttle opening is fully opened (at time t2 in FIG. 3). By opening the
次ぐ、ステップS207では、点火時期が遅角される。これは、後述するステップS211に至るまで、継続して、点火時期を遅角させる点火時期制御が実行されることを意図している。点火時期は、上記ステップS205でスロットル制御が行われた結果、トルク増大つまりトルク変動が生じないように、所定遅角量分、遅角される。所定遅角量は、予め実験等に基づいて記憶されている総遅角量に基づいて定められる。具体的には、種々の切替前トルクに対する総遅角量のデータが記憶保存されている。好ましくは、さらにその総遅角量のデータは、上記の如き切替前空気量に対しても関係付けられている。そしてそのデータを、上記したように検出等された切替前トルクや切替前空気量で検索することで、所定の総遅角量は読み込まれる。読み込まれた所定の総遅角量は、全筒運転から減筒運転への切り替えに関しての、所定の切替期間(例えば燃焼サイクル、3回から4回分に相当)(図3のt2−t3間)での点火時期の遅角量の総量であるので、ここで、それは3等分あるいは4等分される。これにより、燃焼サイクル1回分の所定遅角量が導き出される。こうして、リニアに点火時期が遅角するように、点火時期制御が行われる。こうした所定遅角量の変化は、気筒16へ流入する空気量の変化に対応する。なお、この所定遅角量は、内燃機関10の出力トルクが上記目標トルクに一致するように、さらに、検出されるトルク等によって補正される。
Next, in step S207, the ignition timing is retarded. This is intended to execute the ignition timing control for retarding the ignition timing until step S211 described later is reached. The ignition timing is retarded by a predetermined retardation amount so that torque increase, that is, torque fluctuation does not occur as a result of the throttle control performed in step S205. The predetermined retardation amount is determined based on a total retardation amount stored in advance based on experiments or the like. Specifically, data on the total retardation amount for various pre-switching torques is stored and saved. Preferably, the total retard amount data is also related to the air amount before switching as described above. The predetermined total retardation amount is read by searching the data with the pre-switching torque and the pre-switching air amount detected as described above. The predetermined total retardation amount read is a predetermined switching period (for example, equivalent to three to four combustion cycles) for switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation (between t2 and t3 in FIG. 3). Since this is the total retard amount of the ignition timing at, it is divided into three equal parts or four equal parts. Thereby, a predetermined retardation amount for one combustion cycle is derived. Thus, the ignition timing control is performed so that the ignition timing is retarded linearly. Such a change in the predetermined retardation amount corresponds to a change in the amount of air flowing into the
次ぐ、ステップS209では、気筒16へ流入する空気量が目標空気量に達したか否かが判定される。目標空気量は、上述の切替前空気量の約2倍の量とされる。これは、減筒運転へ移行することで稼動気筒数が2分の1の減らされることに対応している。例えば、減筒運転への移行で、稼動気筒数が4分の1に減る場合には、目標空気量は、切替前空気量の約4倍とされるとよい。具体的には、目標空気量は、上記したように検出された切替前空気量と、予め実験により定められて記憶されている所定値との積により求められる。ここでは、この所定値は、当初は2に定められていて、後述するように補正されて更新される。今までの説明から理解できるように、この所定値は、切替前に1つの稼動気筒16内に流入する空気量と切替後に1つの稼動気筒16内に流入する空気量との比である切替期間(図3のt2−t3間)前後の空気量比の目標値に対応する。なお、この空気量比の目標値を、目標空気量比と称する。気筒16へ流入する空気量は、上記の如く、エアフローメータ62からの出力信号に基づいて検出されたり、筒内圧センサ66からの出力信号に基づいて検出されたりすることができる。ステップS209で否定判定される場合、上記ステップS207およびステップS209が繰り返される。
Next, in step S209, it is determined whether or not the air amount flowing into the
ステップS209で肯定判定されると、ステップS211で、減筒運転への切り替えが実行される(図3のt3時)。全筒運転から減筒運転への切り替えは、休止される気筒16での燃料噴射を禁止することに加えて、ここでは上記のように吸排気弁Vi、Veを閉弁状態にすることによって達成される。そして、内燃機関10の出力トルクを上記目標トルクに維持するようにしつつ、運転状態に応じた内燃機関制御が実行される。具体的には、スロットル開度が目標スロットル開度に、点火時期が目標点火時期に、さらにEGR率が目標EGR率になるように、稼動状態が続く気筒16に関して種々の制御が実行される。これら目標値は、原則、全筒運転から減筒運転への切り替えにより、トルクショックが生じないように定められるが、目標スロットル開度は、気筒16へ流入する空気量が変化しないように、定められる(図3参照)。つまり、切替完了時の空気量が上記目標空気量に一致するように、スロットル制御が実行される。こうして、全筒運転から減筒運転への切り替えが完了する。
If an affirmative determination is made in step S209, switching to reduced-cylinder operation is executed in step S211 (at time t3 in FIG. 3). Switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation is achieved by closing the intake and exhaust valves Vi and Ve as described above in addition to prohibiting fuel injection in the
なお、以下に説明する各種値の学習および更新用に、全筒運転から減筒運転への切り替え直前の内燃機関10の出力トルクおよび切り替え後、好ましくは切り替え直後の内燃機関10の出力トルクが検出されて記憶される。以下では、切り替え直前の内燃機関10の出力トルクを直前トルクと称し、切り替え後の内燃機関10の出力トルクを切替後トルクと称する。また、全筒運転から減筒運転へ切り替えた後に、好ましくは直後に1つの稼動気筒16へ流入する空気量が検出されて記憶される。この空気量は、切替後空気量と称される。さらに、全筒運転から減筒運転への切り替えに関して遅角された点火時期の総遅角量が算出される。この総遅角量は、新総遅角量と称される。
For learning and updating various values described below, the output torque of the
全筒運転から減筒運転への切り替え後、ステップS207で読み込まれた所定の総遅角量や、ステップS209で目標空気量を設定するために用いられた所定値が、更新される。 After switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation, the predetermined total retardation amount read in step S207 and the predetermined value used to set the target air amount in step S209 are updated.
新総遅角量は、上記のように検出されて設定された切替前トルクと直前トルクとの違いに応じて補正される。新総遅角量は、切替前トルクと直前トルクとが一致するように、それらの違いに基づいて補正される。具体的には、切替前トルクと直前トルクとの比が、新総遅角量と補正後の新総遅角量との比と対応関係を有するように、補正後の新総遅角量が算出される。そして、ステップS207で読み込まれた所定の総遅角量に対応するデータは、その補正後の新総遅角量によって更新される(書き換えられる)。こうして更新されたデータに基づいて、次回以降の全筒運転から減筒運転への切り替え制御が実行される。 The new total retardation amount is corrected according to the difference between the pre-switching torque detected and set as described above and the immediately preceding torque. The new total retardation amount is corrected based on the difference between the torque before switching and the torque immediately before switching. Specifically, the new total retardation amount after correction is such that the ratio between the torque before switching and the immediately preceding torque has a corresponding relationship with the ratio between the new total retardation amount and the corrected new total retardation amount. Calculated. Then, the data corresponding to the predetermined total retardation amount read in step S207 is updated (rewritten) with the corrected new total retardation amount. Based on the data updated in this way, switching control from the all-cylinder operation to the reduced-cylinder operation from the next time is executed.
他方、ステップS209で目標空気量を設定するために用いられた所定値つまり目標空気量比は、上記のように検出されて設定された切替前トルクと切替後トルクとの違い(切替期間前後のトルクの違い)に基づいて更新される。具体的には、まず、得られた切替前空気量と切替後空気量との比である空気量比が、切替期間前後のトルクの違いに応じて補正される。空気量比(切替前空気量/切替後空気量)は、対応関係にあるトルク比(切替前トルク/切替後トルク)が1になるように、換言するとトルク変動を抑制するように補正される。そして、ステップS209で目標空気量を設定するために用いられた所定値が、その補正後の空気量比の逆数によって更新される。つまり、目標空気量比は、切替期間前後のトルクの違いに基づいて更新される。こうして更新されたデータに基づいて、次回以降の全筒運転から減筒運転への切り替え制御が実行される。 On the other hand, the predetermined value used for setting the target air amount in step S209, that is, the target air amount ratio, is the difference between the pre-switching torque and the post-switching torque detected and set as described above (before and after the switching period). Updated based on the difference in torque). Specifically, first, an air amount ratio, which is a ratio between the obtained air amount before switching and air amount after switching, is corrected according to the difference in torque before and after the switching period. The air amount ratio (pre-switching air amount / post-switching air amount) is corrected so that the torque ratio (pre-switching torque / post-switching torque) having a corresponding relationship is 1, in other words, the torque fluctuation is suppressed. . Then, the predetermined value used for setting the target air amount in step S209 is updated by the reciprocal of the corrected air amount ratio. That is, the target air amount ratio is updated based on the difference in torque before and after the switching period. Based on the data updated in this way, switching control from the all-cylinder operation to the reduced-cylinder operation from the next time is executed.
なお、ここでは、EGR率は上記したようにt2時までに所定EGR率にまで下げられたが、図3に点線で示すようにt3時まで徐々に低減されてもよい。EGR率の低減速度等は、排気ガスのNOx濃度等をも考慮して設定されるとよい。 Here, the EGR rate is lowered to the predetermined EGR rate by t2 as described above, but may be gradually reduced to t3 as shown by the dotted line in FIG. The reduction rate of the EGR rate or the like may be set in consideration of the NOx concentration of the exhaust gas.
次に、減筒運転から全筒運転への切り替えに関して図4および図5に基づいて説明する。以下では、上記した全筒運転から減筒運転への切り替えに関する説明と同様に、減筒運転から全筒運転に切り替えるときの、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、スロットル制御、可変気筒制御が複合的に説明される。ただし、減筒運転から全筒運転への切り替えは、全筒運転から減筒運転への切り替えと同じ発明思想に基づいて実行される。それ故、概ね、それらを切り替えるときの制御は類似する。そこで、それらの切り替えでの相違点に着目して、以下、減筒運転から全筒運転への切り替えは、一部省略しつつ説明される。なお、以下に説明される制御は、可能な限り、気筒16毎に適用されるとよい。
Next, switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In the following, fuel injection control, ignition control, intake valve opening / closing control, exhaust valve opening / closing control, when switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation, as in the description related to switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation, The throttle control and variable cylinder control will be described in combination. However, switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation is performed based on the same inventive concept as switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation. Therefore, in general, the control when switching between them is similar. Therefore, focusing on the difference in switching between them, hereinafter, switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation will be described with some omissions. The control described below is preferably applied to each
図4は、減筒運転から全筒運転への切り替えに関するフローチャートであり、図5は、図4にしたがって切り替え制御を行ったときの各種値の変化を同一時間軸上に概念的に表したタイムチャートである。内燃機関10が減筒運転を実行している状態で、図4のフローチャートに基づいて、減筒運転から全筒運転への切り替えが実行される。
FIG. 4 is a flowchart relating to switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation, and FIG. 5 is a time conceptually showing changes in various values on the same time axis when switching control is performed according to FIG. It is a chart. In a state where the
ECU60は、メインルーチンにしたがって機関制御を行っているときに、減筒運転から全筒運転への上記の如き切り替え条件が満たされると、図4のルーチンに進む。ただし、減筒運転から全筒運転への上記の如き切り替え条件が満たされると(図5でのt11時)、図4のルーチンに進む以外に、EGRバルブ48が閉じるように、アクチュエータ47に作動信号が出力される。
The
減筒運転から全筒運転への切り替え条件が満たされると、ステップS401で、目標トルクが設定される。目標トルクは、上記ステップS201に関して説明したように、その切り替え条件が満たされたときの内燃機関10の出力トルクとされる。これは、減筒運転から全筒運転へ移行するとき、内燃機関10での出力に関してトルク変動を生じないようにするためである。なお、切り替え条件が満たされたときの内燃機関10の出力トルクである目標トルクは、同様に、切替前トルクとして記憶される。
When the switching condition from the reduced cylinder operation to the all cylinder operation is satisfied, the target torque is set in step S401. The target torque is the output torque of the
そして、次ぐステップS403で、上記ステップS203と同様に、EGR率が所定EGR率以下か否かが判定される。ここでは、EGR率の算出、見積もり等は、上記ステップS203に関して説明したとおりである。 Then, in step S403, it is determined whether or not the EGR rate is equal to or less than a predetermined EGR rate, as in step S203. Here, calculation, estimation, and the like of the EGR rate are as described for step S203 above.
EGR率が所定EGR率以下になったので、ステップS403で肯定判定されると、ステップS405が実行される。ステップS405では、全ての気筒16が稼動されると共に、スロットル開度が小さくされる。全ての気筒16の稼動は、休止気筒の吸排気弁Vi、Veの開閉駆動を再開しつつ、休止気筒での燃料噴射や点火を再開することによって達成される。また、ここでは、スロットル開度が所定の小開度になるように、スロットルアクチュエータ27に作動信号が出力される(図5でのt12時)。そして、このようなスロットル開度縮小により、稼動気筒16内に流入する空気量の減少が図られる。この空気量の減少は、稼動気筒16内に流入する空気量が目標空気量になるように、行われる。他方、ステップS205に関連して説明したのと同様に、このようにスロットルバルブ28が制御される前、好ましくは直前の切替前空気量が検出されて記憶される。
Since the EGR rate has become equal to or less than the predetermined EGR rate, if an affirmative determination is made in step S403, step S405 is executed. In step S405, all the
次ぐ、ステップS407では、点火時期が遅角される。これは、ステップS405と密接に関連し、後述するステップS411に至るまで、継続して、点火時期を遅角させる点火時期制御が実行されることを意図している。ただし、ステップS407では、上記ステップS207の場合とは違って、点火時期は、所定の第2総遅角量分、不連続的に、遅角される。そして、その遅角量が所定第2遅角量分ずつ減少するように、点火時期が制御される。なお、所定の第2総遅角量および所定第2遅角量は、それぞれ上記所定の総遅角量および上記所定遅角量に対応する量であり、それら所定の総遅角量および所定遅角量と同様に定義されると共に、同様に学習、更新される。なお、所定の第2総遅角量は、減筒運転から全筒運転への切り替えに関する、所定の切替期間(例えば燃焼サイクル、3回から4回分に相当)(図5のt12−t13間)での点火時期の遅角量の総量であるので、ここで、それは3等分あるいは4等分される。これにより、燃焼サイクル1回分の所定第2遅角量が導き出される。 Next, in step S407, the ignition timing is retarded. This is closely related to step S405, and it is intended that ignition timing control for retarding the ignition timing is executed until step S411 described later is reached. However, in step S407, unlike in step S207, the ignition timing is retarded discontinuously by a predetermined second total retardation amount. Then, the ignition timing is controlled so that the retard amount decreases by a predetermined second retard amount. Note that the predetermined second total retardation amount and the predetermined second retardation amount are amounts corresponding to the predetermined total retardation amount and the predetermined retardation amount, respectively, and the predetermined total retardation amount and the predetermined retardation amount. It is defined in the same way as the angular amount, and learned and updated in the same way. The predetermined second total retardation amount is a predetermined switching period (e.g., corresponding to three to four combustion cycles) relating to switching from reduced cylinder operation to all cylinder operation (between t12 and t13 in FIG. 5). Since this is the total retard amount of the ignition timing at, it is divided into three equal parts or four equal parts. Thereby, the predetermined second retardation amount for one combustion cycle is derived.
次ぐ、ステップS409では、稼動気筒16へ流入する空気量が目標空気量に達したか否かが判定される。目標空気量は、上述の切替前空気量の約0.5倍の量とされる。これは、全筒運転へ移行することで稼動気筒数が2倍に増やされることに対応している。例えば、全筒運転への移行で、稼動気筒数が4倍に増える場合には、目標空気量は、切替前空気量の約0.25倍とされるとよい。ここでの、目標空気量の設定およびそのための所定値(目標空気量比に対応)の設定や学習、更新は、上記ステップS209での所定値のそれらと同様である。
Next, in step S409, it is determined whether or not the air amount flowing into the working
ステップS409で肯定判定されると、ステップS411で、全筒運転への完全な切り替えが実行される(図5のt13時)。既に全ての気筒16が稼動状態にされているので、スロットル開度が目標スロットル開度に、点火時期が目標点火時期に、さらにEGR率が目標EGR率になるように、全ての気筒16に関して種々の制御が実行される。ただし、これら目標値は、全筒運転から減筒運転への切り替えにより、トルクショックが生じないように定められる。こうして、減筒運転から全筒運転への切り替えが完了する。なお、このようなステップS411での減筒運転から全筒運転への完全な切り替え後のトルクが、切替後トルクとして検出されて、記憶される。またこのような切り替え後に、好ましくは直後に1つの稼動気筒16へ流入する空気量、つまり切替後空気量が検出されて記憶される。
If an affirmative determination is made in step S409, complete switching to all-cylinder operation is executed in step S411 (at time t13 in FIG. 5). Since all
なお、減筒運転から全筒運転へ切り替えるとき用いられる上記種々の値(目標空気量比を含む。)も、全筒運転から減筒運転へ切り替えるときに用いられる上記種々の値と同様に、更新される。 The various values (including the target air amount ratio) used when switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation are also the same as the various values used when switching from all-cylinder operation to reduced-cylinder operation. Updated.
なお、ここでは、EGR率は上記したようにt12時までに所定EGR率にまで下げられたが、図5に点線で示すようにt13時までに低減されてもよい。EGR率の低減速度等は、排気ガスのNOx濃度等を考慮して設定されるとよい。 Here, the EGR rate is lowered to the predetermined EGR rate by t12 as described above, but may be reduced by t13 as shown by the dotted line in FIG. The reduction rate of the EGR rate may be set in consideration of the NOx concentration of the exhaust gas.
以上説明したように、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときに、切替前に1つの稼動気筒内に流入する空気量と切替後に1つの稼動気筒内に流入する空気量との比である空気量比が目標空気量比になるように、気筒16内に流入する空気量が制御される。この空気量の制御では、目標空気量比が、固定値とされず、切替期間(図3のt2−t3間、図5のt12−t13間)前後のトルクの違いに基づいて更新される。そして、更新された目標空気量比を用いて、次回以降の全筒運転と減筒運転との切替が実行される。そして、この空気量制御によるトルク変動抑制をより適切に実行可能にするように、EGR制御や点火時期制御が組み合わされる。
As described above, when switching between all-cylinder operation and reduced-cylinder operation, the ratio of the amount of air flowing into one working cylinder before switching and the amount of air flowing into one working cylinder after switching. The amount of air flowing into the
このように本実施形態では、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときに制御上用いられる値が、実際の内燃機関10の切り替え制御により得られた各種値を用いて更新される。したがって、例えば、気筒間で吸入特性にバラツキがあっても、デポジットの堆積により内燃機関の特性に変化が生じても、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときのトルク変動を適切に抑制し続けることが可能になる。したがって、全筒運転と減筒運転との間での切り替えにより、運転者等に、違和感や不快感を抱かせることを防ぐことが可能になる。
As described above, in the present embodiment, the value used in the control when switching between the all cylinder operation and the reduced cylinder operation is updated using various values obtained by the actual switching control of the
なお、全筒運転と減筒運転とを切り替えるときの上記種々の値、例えば上記ステップS209、S409に関連して説明された所定値つまり目標空気量比は、減筒運転時の稼動気筒数が複数変化する内燃機関では、減筒運転時の稼動気筒数に応じて変えられるとよい。例えば、全気筒数が4つである内燃機関で、2つの気筒のみを用いて減筒運転を行う場合と、1つの気筒のみを用いて減筒運転を行う場合とでは、所定値などの上記種々の値は、それぞれの場合ごとに定められるとよい。 Note that the above-mentioned various values when switching between all-cylinder operation and reduced-cylinder operation, for example, the predetermined value described in relation to steps S209 and S409, that is, the target air amount ratio, is the number of operating cylinders during reduced-cylinder operation. In an internal combustion engine that changes a plurality of times, it may be changed according to the number of operating cylinders during the reduced-cylinder operation. For example, in an internal combustion engine in which the total number of cylinders is four, when a reduced cylinder operation is performed using only two cylinders, and when a reduced cylinder operation is performed using only one cylinder, the predetermined value or the like Various values may be determined for each case.
なお、上記実施形態では、内燃機関は、火花点火形式の内燃機関であったが、圧縮着火形式の内燃機関であってもよい。また、内燃機関の気筒数や気筒配列等は、任意である。なお、本発明は、全筒運転と減筒運転とを切り替え可能な2気筒以上の気筒を有する種々の内燃機関に適用され得る。 In the above embodiment, the internal combustion engine is a spark ignition type internal combustion engine, but may be a compression ignition type internal combustion engine. Further, the number of cylinders and the cylinder arrangement of the internal combustion engine are arbitrary. The present invention can be applied to various internal combustion engines having two or more cylinders capable of switching between full cylinder operation and reduced cylinder operation.
なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。 In addition, although the present invention has been described with a certain degree of specificity in the above-described embodiments and modifications thereof, the present invention is not limited to these, and the spirit and scope of the invention described in the scope of the claims. It should be understood that various modifications and changes can be made without leaving. That is, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents.
10 内燃機関
14 燃焼室
28 スロットルバルブ
48 EGRバルブ
56 点火プラグ
66 筒内圧センサ
Vi 吸気弁
Ve 排気弁
DESCRIPTION OF
Claims (4)
気筒内に流入する空気量を制御する空気量制御手段であって、全筒運転と減筒運転との一方から他方への切り替えを行うとき、切替前に1つの稼動気筒内に流入する空気量と切替後に1つの稼動気筒内に流入する空気量との比である空気量比が目標空気量比になるように空気量を制御する空気量制御手段を備え、
該空気量制御手段は、前記目標空気量比を、切替前トルクと切替後トルクとの違いに基づいて、トルク変動を抑制するように更新する更新手段を備えることを特徴とする可変気筒内燃機関の制御装置。 In a control device for a variable cylinder internal combustion engine capable of switching between full cylinder operation and reduced cylinder operation,
Air amount control means for controlling the amount of air flowing into a cylinder, and when switching from one to the other of all-cylinder operation and reduced-cylinder operation, the amount of air that flows into one working cylinder before switching And air amount control means for controlling the air amount so that the air amount ratio, which is the ratio of the air amount flowing into one working cylinder after switching, becomes the target air amount ratio,
The air amount control means includes an update means for updating the target air amount ratio so as to suppress torque fluctuation based on a difference between the pre-switching torque and the post-switching torque. Control device.
該筒内圧センサからの出力信号に基づいて、トルクを算出するトルク算出手段と
を備え、
該トルク算出手段は、前記切替前トルクと前記切替後トルクとを、それぞれ、算出することを特徴とする請求項1に記載の可変気筒内燃機関の制御装置。 An in-cylinder pressure sensor;
Torque calculating means for calculating torque based on an output signal from the in-cylinder pressure sensor,
2. The control device for a variable cylinder internal combustion engine according to claim 1, wherein the torque calculating means calculates the pre-switching torque and the post-switching torque, respectively.
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