JP3951856B2 - 火花点火式エンジンの制御装置 - Google Patents
火花点火式エンジンの制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3951856B2 JP3951856B2 JP2002235206A JP2002235206A JP3951856B2 JP 3951856 B2 JP3951856 B2 JP 3951856B2 JP 2002235206 A JP2002235206 A JP 2002235206A JP 2002235206 A JP2002235206 A JP 2002235206A JP 3951856 B2 JP3951856 B2 JP 3951856B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- intake
- air
- cylinders
- fuel ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善およびエミッション向上のために各気筒の燃焼状態を制御する制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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、例えば特開平10−274085号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって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。
【0003】
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に対して充分な浄化性能が得られないため、上記公報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触媒を用いる場合には、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に、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにCOを生成し、これによってNOxの離脱、還元を促進するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中におけるNOx浄化性能の確保のために上記リーンNOx触媒を排気通路に設ける必要がある。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域における排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三元触媒に加えて上記リーンNOx触媒が排気通路に設けられている。このリーンNOx触媒は、NOx吸着量をある程度確保するために比較的大容量が必要となり、また三元触媒と比べて高価であるので、コスト的に不利である。
【0005】
しかも、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の吸着量が増大するような所定の期間毎に、NOxの離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を頻繁に行う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善効果が目減りすることになる。
【0006】
さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合に、上記リーンNOx触媒が硫黄被毒を受け易く、この硫黄被毒の解消のために触媒の加熱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、これによって燃費改善効果の低減および耐久性の低下等を招くおそれがある。
【0007】
そこで、本出願人は、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るとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒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に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えることにより、リーン燃焼による燃費改善効果をもたせつつ、リーンNOx触媒を必要とせず三元触媒を用いるだけで、排気浄化性能を向上させることができる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2002−024548号)。
【0008】
本発明は、上記のような技術に基づき、さらに運転モードの切換時の制御を適正に実行する目的とした火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
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るとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒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に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる2気筒接続状態とし、上記通常運転モードでは各気筒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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせるとともに、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせ、かつ上記通常運転モードでは各気筒の空燃比をそれぞれ略理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように空燃比を制御する空燃比制御手段と、吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段とを備え、上記運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するものである。
【0010】
上記構成によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、2気筒接続状態で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て顕著な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に燃料が供給されて略理論空燃比とされた状態で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の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、エミッションの向上に有利となる。さらに、先行気筒から排出された高温のガスは気筒間ガス通路を通る間に適度に放熱されて温度調整され、かつ、このガス中の過剰空気と既燃ガスが均一に分散するようにミキシングされた状態で後続気筒に導入されることにより、多量のEGRに対しては理想的な状態となり、しかも比較的高温のガス中に燃料が噴射されて、燃料の気化が促進されるため、後続気筒において燃焼が良好に行われる。そして、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードの切換が行われる場合に、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による流通経路の切換が完了したことが確認された後に、この運転モードに対応した空燃比制御が実行されることになる。
【0011】
請求項2に係る発明は、上記請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置において、吸気の流量を検出する吸気量検出手段の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するものである。
【0012】
上記構成によれば、吸気通路に設けられた既存の吸気量検出手段の検出信号に応じ、吸気および排気の流通経路が切り換えられることによる吸気脈動の周期変化を検出することにより、上記流通経路の切換が実際に行われたか否かが正確に判別されることになる。
【0013】
請求項3に係る発明は、上記請求項2記載の火花点火式エンジンの制御装置において、運転モードの切換時に、吸気脈動の周期が短い側に変化したことが確認された場合に、2気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたと判別するものである。
【0014】
上記構成によれば、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態から各気筒独立状態に切り換えられて各気筒にそれぞれ新気が導入される状態となると、単位時間当たりの吸気脈動の回数が増大して吸気脈動の周期が短くなるため、この吸気脈動の周期変化に基づき、上記流通経路切換手段により2気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたことが正確に判別されることになる。
【0015】
請求項4に係る発明は、上記請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置において、各気筒に設けられた動弁系のリフト状態を変化させることにより、吸気および排気の流通経路を変化させるものである。
【0016】
上記構成によれば、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードの切換が迅速に行われるとともに、上記流通経路切換手段により各気筒に設けられた動弁系のリフト状態を変化させて流通経路を切り換える動作が完了したことが、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されることになる。
【0017】
請求項5に係る発明は、請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置において、吸気行程と排気行程とが重なる複数組の先行気筒および後続気筒が設けられるとともに、複数組うちの一組の先行気筒および後続気筒間で最初に流通経路の切換が行われたことが確認された時点を基準に、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するものである。
【0018】
上記構成によれば、複数組の先行気筒および後続気筒間で流通経路の切換が所定の順序で行われる場合に、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて最初の組の切換が行われたことが確認された時点で、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されることにより、この運転モードに対応した空燃比制御が迅速かつ適正に実行されることになる。
【0019】
請求項6に係る発明は、上記請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じたことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するものである。
【0020】
上記構成によれば、吸気脈動検出手段の検出誤差または検出信号のノイズ等に起因した誤判別が防止され、上記切換信号に基づく流通経路の切換が行われたことが正確に確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されることになる。
【0021】
請求項7に係る発明は、上記請求項6記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記流通経路の切換信号が流通経路切換手段に出力されたことが確認された後に、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備を開始するものである。
【0022】
上記構成によれば、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じて流通経路の切換が行われたことが確認された後に、この切換後の運転モードに対応した空燃比制御が迅速に実行されることになる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図2はエンジン本体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が形成されている。
【0024】
各気筒2の燃焼室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。
【0025】
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、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に、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、この燃料噴射弁9には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、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ように燃料供給系統が構成されている。
【0026】
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から分岐した分岐吸気通路16および排気通路20から分岐した分岐排気通路21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。
【0027】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる上記各気筒2A〜2Dの燃焼サイクルが、所定の位相差をもつように設定されており、4気筒エンジンにおいて、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、4番気筒2Dと呼ぶ場合には、図10に示すように、1番気筒2A、3番気筒2C、4番気筒2Dおよび2番気筒2Bの順にクランク角で180°ずつの位相差をもつように燃焼サイクルが設定されている。なお、図10において、EXは排気行程、INは吸気行程、Fは燃料噴射、Sは点火を表している。
【0028】
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)から吸気行程側の気筒(当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ)へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路22が設けられている。図10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)が重なるように設定された当実施形態の4気筒エンジンでは、1番気筒2Aと2番気筒2Bとが一対をなすとともに、4番気筒2Dと3番気筒2Cが一対をなし、1番気筒2Aおよび4番気筒2Dが先行気筒、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cが後続気筒となる。
【0029】
先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dには、それぞれ吸気通路15を介して供給された新気を導入するための一対の吸気ポート11,11と、既燃ガス(排気ガス)を排気通路20に排出するための第1排気ポート12aと、既燃ガスを後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2C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。
【0030】
また、後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cには、それぞれ吸気通路15を介して供給された新気を導入するための一対の第1吸気ポート11a,11aと、先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒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に排出するための排気ポート12とが配設されている。
【0031】
図1に示す例では、先行気筒である1番,4番気筒2A,2Dおよび後続気筒である2番,3番気筒2B,2Cには、その燃焼室4の左半部側に一対の吸気ポート11および第1吸気ポート11aがそれぞれ並列的に設けられている。また、上記1番,4番気筒2A,2Dの燃焼室4の右半部側には、第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bが並列的に設けられるとともに、2番,3番気筒2B,2Cの燃焼室4の右半部側には、第2吸気ポート11bおよび排気ポート12が並列的に設けられている。
【0032】
1番,4番気筒(先行気筒)2A,2Dにおける吸気ポート11および2番,3番気筒(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がアクチュエータ18によって駆動されることにより、吸入空気量が調節されるようになっている。なお、上記吸気通路15における集合部よりも上流に位置する共通吸気通路15a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。
【0033】
1番,4番気筒(先行気筒)2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび2番,3番気筒2B,2C(後続気筒)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、先行気筒である1番,4番気筒2A,2Dの第2排気ポート12bに気筒間ガス通路22の上流端が接続されるとともに、後続気筒である2番,3番気筒2B,2Cの第2吸気ポート11bに気筒間ガス通路22の下流端が接続されている。
【0034】
排気通路20における分岐排気通路21の下流側に位置する集合部には、理論空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段であるO2センサ23が設けられ、さらにその下流側に位置する排気通路20には、排気浄化用の三元触媒24が設けられている。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がλ=1)の付近にあるときにHC,COおよびNOxに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、上記O2センサ23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もので、特に理論空燃比付近で出力が急変するλO2センサにより構成されている。
【0035】
上記気筒間ガス通路22には、排気ガス中における酸素濃度の変化(空燃比の変化)に対して出力がリニアに変化するリニアO2センサ25(リーン空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段)が設けられている。
【0036】
各気筒の吸・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とは、次のように構成されている。すなわち、1番,4番気筒2A,2D(先行気筒)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、2番,3番気筒2B,2C(後続気筒)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。
【0037】
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、これらの吸・排気弁がカムシャフトを有する動弁機構によりそれぞれ所定のタイミングで開閉するように駆動される。上記動弁機構のカムシャフトには、各吸・排気弁をリフトさせて開閉駆動する第1カム33と、各吸・排気弁をリフトさせることなく閉止状態に保持する一対の第2カム34との両方がそれぞれ設けられている。
【0038】
さらに、上記各吸・排気弁のうち先行気筒2A,2Dに設けられた第1排気弁32aおよび後続気筒2B,2Cに設けられた第1吸気弁31aに対しては、これらを作動状態から閉止状態に切り換える第1切換機構35aが設けられるとともに、先行気筒2A,2Dに設けられた第2排気弁32bおよび後続気筒2B,2Cに設けられた第2吸気弁31bに対しては、これらを閉止状態から作動状態に切り換える第2切換機構35bが設けられている。
【0039】
上記第1切換機構35aには、図3〜図5に示すように、動弁機構の第1カム33に対応した位置に設置されるセンタタペット61と、第2カム34に対応した位置に設置される一対の突部63を備えたサイドタペット62とが設けられ、このサイドタペット62の底部と、上記センタタペット61の底面との間には、センタタペット61の上面を第1カム33に圧接させる方向に付勢する一対の圧縮コイルばね64が配設されている。
【0040】
また、センタタペット61およびサイドタペット62の両突部63には、相対応したロック孔65,66がそれぞれ形成され、センタタペット61が図3に示す上昇位置にある場合に、上記両ロック孔65,66が連通状態となるように構成されている。また、上記センタタペット61のロック孔65内には、フランジ部67aを有するロックピン67がその軸方向に摺動可能に配設されている。上記サイドタペット62の両突部63の一方に設けられたロック孔66には、第1プランジャ75と、この第1プランジャ75を上記ロックピン67側に付勢する圧縮コイルばねからなる付勢部材76が収容される凹部を備えた第1ホルダ68が配設されるとともに、上記両突部63の他方に設けられたロック孔66には、第2プランジャ69を保持する第2ホルダ70が配設されている。
【0041】
上記センタタペット61のロック孔65内には、ロックピン67の両端部を支持する第1,第2ブッシュ71,72と、ロックピン67を基端部側(プランジャ69側)に付勢する圧縮コイルばねからなる付勢部材73とが配設されている。そして、通常時には、図3,図4に示すように、上記付勢部材73および付勢部材76の付勢力に応じてロックピン67のフランジ部67aが第2ブッシュ72の先端部に当接した原点位置に支持されることにより、上記ロックピン67がセッタータペット62のロック孔65と第2ホルダ70と離間に跨った状態で収容されるとともに、第1プランジャ75が上記第1ホルダー68と第1ブッシュ71との間に跨った状態で収容されて、上記センタタペット61とサイドタペット62とが連結状態に保持される。これによって上記第1カム33により駆動されるセンタタペット61の駆動力が、上記サイドタペット61を介して第1排気弁32aおよび第2吸気弁31aのステムエンド74に伝達されて、上記第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが開閉駆動されるようになっている。
【0042】
また、後述する作動油給排用の通路36aから上記第2プランジャ69の基端部と第2ホルダ70の底部との間に作動油が供給されると、上記付勢部材73の付勢力に抗してロックピン67が、矢印に示すように、第1プランジャ75側に押されてセンタタペット61のロック孔65内に収容された作動位置に変位するとともに、上記付勢部材76の付勢力に抗して第1プランジャ75が、矢印に示すように、第2ホルダ68側に押されてその内部に収容された作動位置に変位することにより、センタタペット61とサイドタペット62との連結が切り離される。これによって上記第1カム33の駆動力が、上記サイドタペット62を介して第1排気弁32aおよび第1吸気弁31a弁のステムエンド74に伝達されることが阻止されて、上記第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが閉止状態に保持されることになる。
【0043】
一方、上記第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bの動弁機構に設けられた第2切換機構35bは、図6に示すように、通常時に、ロックピン67がセンタタペット61のロック孔66内に収容されるとともに、プランジャ69が第2ホルダ70内に収容された原点位置に保持されることにより、センタタペット61とサイドタペット62との連結状態が切り離されている点を除いて上記第1切換機構35aと同様に構成されている。
【0044】
そして、通常時には、上記第2切換機構35bへの作動油の供給が停止されることにより、上記第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bが閉止状態に保持されるようなっている。また、後述する作動油給排用の通路37から上記プランジャ69の基端部と第2ホルダ70の底部との間に作動油が供給されて、プランジャ69の先端部がセンタタペット61のロック孔65内に侵入するとともに、上記プランジャ69により押されたロックピン67が上記付勢部材73の付勢力に抗して第1ホルダ68側に押され、矢印に示すように、ロックピン67の先端部が第1ホルダー68内に進入した作動位置に変位することにより、センタタペット61とサイドタペット62とが連結される。これによって上記第1カム33の駆動力がサイドタペット62を介して上記第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bのステムエンド74に伝達されることにより、上記第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bが開閉駆動されることになる。
【0045】
図7に示すように、上記第1排気弁32a用の第1切換機構35aと、第1吸気弁31a用の第1切換機構35a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、また上記第2排気弁32b用の第2切換機構35bと、第2吸気弁31b用の第2切換機構35b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がそれぞれ設けられている。
【0046】
図7は、エンジンの駆動、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(エンジンコントロールユニット)40には、エアフローセンサ19、O2センサ23およびリニアO2センサ25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45、アクセル開度(アクセルペダル踏込み量)を検出するアクセル開度センサ46およびエンジンの冷却水温度を検出する水温センサ47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、それぞれ制御信号が出力されるようになっている。
【0047】
上記ECU40は、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段41と、第1,第2切換機構35a,35bを制御する弁停止機構制御手段42と、エンジンの燃焼室4への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段43と、燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御手段44と、後述する運転モードの切換時に、各気筒2A〜2D内における空燃比の切換タイミングを制御する切換制御手段52とを備えている。
【0048】
運転状態判別手段41は、上記回転数センサ45およびアクセル開度センサ46等からの信号に基づき、エンジン回転数およびエンジン負荷等に対応したエンジンの運転状態を判別し、図8に示すような低負荷低回転側の運転領域Aにある場合には、後述する2気筒接続状態で特殊運転モードの運転制御を実行し、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある場合には、後述する各気筒独立状態で通常運転モードの燃焼制御を実行するように構成されている。
【0049】
弁停止機構制御手段42は、上記運転状態判別手段41において判別されたエンジンの運転領域A,Bに応じ、上記各コントロール弁37,39を開閉制御して第1,第2切換機構35a,35bを駆動制御することにより、吸気および排気の流通経路を後に詳述するように2気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換えるものであり、上記弁停止機構制御手段42により開閉駆動されるコントロール弁37,39を備えた駆動機構と、第1,第2切換機構35a,35b等とにより、吸気および排気の流通経路を2気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換える流通経路切換手段が構成されている。
【0050】
すなわち、低負荷低回転の運転領域Aでは、上記各コントロール弁37,39を閉止状態として、第1,第2切換機構35a,35bに作動油を供給することにより、第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aに対する駆動力の伝達が遮断されてこれらが閉止状態に保持されるとともに、第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bに対する駆動力の伝達が許容されてこれらが開閉駆動されることにより、吸気および排気の流通経路が図9に示す2気筒接続状態となる。
【0051】
また、高負荷高回転の運転領域Bでは、上記各コントロール弁37,39を閉止状態として、第1,第2切換機構35a,35bへの作動油の供給を停止することにより、上記第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aに対する駆動力の伝達が許容されてこれらが開閉駆動されるとともに、第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bに対する駆動力の伝達が遮断されてこれらが閉止状態に保持されることにより、吸気および排気の流通経路が図11に示す各気筒独立状態となる。
【0052】
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基づいてスロットル開度を制御する。この場合、低負荷低回転側の運転領域Aでは、後述のように後続気筒(2番、3番気筒2B,2C)に対する分岐吸気通路16からの吸気導入が遮断された状態で、先行気筒(1番、4番気筒2A,2D)から導入されるガス中の過剰空気が燃焼に供せられるように、先行気筒と後続気筒との2気筒分に相当する燃料を燃焼させるのに必要な量の空気が上記先行気筒に供給されるように、スロットル開度を調節する特殊運転モードの制御が実行される。
【0053】
上記燃料噴射制御手段44は、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もので、特に運転状態が図8中の運転領域Aにある特殊運転モードと、運転領域Bにある通常運転モードとに、燃料噴射の制御状態を変更するものであり、この燃料噴射制御手段44と、上記吸入空気量制御手段43とにより空燃比制御手段が構成されている。
【0054】
すなわち、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Aにある特殊運転モードでは、先行気筒(1番、4番気筒2A,2D)に対して、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比、例えば理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上となるように燃料噴射量が制御されるとともに、圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われるように噴射タイミングが設定される。一方、後続気筒(2番、3番気筒2B,2C)に対しては、上記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が供給されることにより、空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されるとともに、既燃ガスが多い状況下で着火、燃焼が可能なように噴射タイミングが設定され、例えば着火性確保のため圧縮行程で燃料が噴射されるようになっている。
【0055】
上記燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ19およびO2センサ23等からの出力に基づくフィードバック制御により行われる。具体的には、先行気筒2A,2Dで所定のリーン空燃比、後続気筒2B,2Cで理論空燃比となるように、エアフローセンサ19により検出される吸入空気量に応じてそれぞれの気筒に対する基本噴射量が演算されるとともに、気筒間ガス通路22に設けられたリニアO2センサ25からの出力に基づいて先行気筒2A,2Dに対する燃料噴射量がフィードバック補正され、さらに排気通路20に設けられたO2センサ23からの出力に基づいて後続気筒2B,2Cに対する燃料噴射量がフィードバック補正されるようになっている。
【0056】
また、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある通常運転モードでは、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、例えばこの運転領域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することにより均一燃焼を行わせるように噴射タイミングを設定する。
【0057】
切換制御手段52は、図8に示す低負荷低回転の運転領域Aと、高負荷高回転の運転領域Bとの間でエンジンの運転領域が変化したことが上記運転状態判別手段41において判別された場合に、上記エアフローセンサ19からなる吸気量検出手段により検出された吸気流量の変化状態と、回転数センサ45により検出されたエンジン回転数とに応じ、エンジンのクランク軸が一定回転する間に発生する吸気脈動の回数に対応した吸気脈動の周期を検出して上記流通経路の切換が行われた否かを判別する機能を有している。
【0058】
すなわち、先行気筒2A,2Dのみに新気が導入される2気筒接続状態では、エンジンのクランク軸が1回転する間に、2回の吸気脈動が発生するだけであるのに対し、各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気が導入される各気筒独立状態では、エンジンのクランク軸が1回転する間に、4回の吸気脈動が発生するので、この吸気脈動の発生回数に対応して吸気脈動の周期が約1/2に急変する。このため、上記切換制御手段52において吸気脈動の周期変化を検出することにより、上記流通経路切換手段による吸気および排気の流通経路の切換が行われたか否かが判別されるように構成されている。そして、上記流通経路切換手段によって吸気および排気の流通経路が切換られることにより、上記2気筒接続状態と各気筒独立状態との間で吸気経路の切換が行われたことが上記切換制御手段52において確認された時点を基準に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が実行されるようになっている。
【0059】
具体的には、図12に示すように、エンジンの運転状態が低負荷低回転の運転領域Aから高負荷高回転の運転領域Bに移行したことが運転状態判別手段41において判別された時点T1で、この運転状態判別手段41から流通経路切換手段に切換信号が出力された後、先行気筒である1番気筒2Aの吸・排気弁と、後続気筒である2番気筒2Bの吸・排気弁とが同時に閉止状態となる時点T2で、上記両気筒2A,2Bの流通経路の切換が開始される。そして、この流通経路の切換が実行されて上記2番気筒2B内に新気が導入された時点T3で発生する吸気脈動が検出されることにより、吸気通路の切換が行われたと上記切換制御手段52において判定され、この時点から各気筒2A〜2D内の略理論空燃比に対応した値とする通常運転モードの空燃比制御状態に移行する。
【0060】
なお、上記以外の先行気筒である4番気筒2Dおよび後続気筒である3番気筒2Cの流通経路が切り換えられるのは、両気筒2D,2Cの吸・排気弁が同時に閉止状態となる時点T4であり、上記切換制御手段52において吸気通路の切換が行われたと判定される時点T3と略同時期である。そして、上記流通経路の切換後に、3番気筒2Cに対する新気の導入が開始された時点T5で、上記特殊運転モードから通常運転モードの切換制御が終了する。また、上記運転状態判別手段41から流通経路切換手段への切換信号の出力時点T1から、スロットル弁17の開度を徐々に増大させることにより、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備を開始するように構成されている。
【0061】
また、図13に示すように、エンジンの運転状態が高負荷高回転の運転領域Bから低負荷低回転の運転領域Aに移行したことが運転状態判別手段41において判別された時点T11で、この運転状態判別手段41から流通経路切換手段に切換信号が出力された後、先行気筒である1番気筒2Aの吸・排気弁と、後続気筒である2番気筒2Bの吸・排気弁とが同時に閉止状態となる時点T12で、上記両気筒2A,2Bの流通経路の切換が開始される。そして、この流通経路の切換が実行されて上記2番気筒2B内に対する新気の導入が停止された時点T13における吸気脈動の消失が検出されることにより、吸気通路の切換が行われたと上記切換制御手段52において判定され、この時点から各気筒2A〜2D内の略理論空燃比に対応した値とする特殊運転モードの空燃比制御状態に移行する。
【0062】
なお、上記以外の先行気筒である4番気筒2Dおよび後続気筒である3番気筒2Cの流通経路が切り換えられるのは、両気筒2D,2Cの吸・排気弁が同時に閉止状態となる時点T14であり、上記切換制御手段52において吸気通路の切換が行われたと判定される時点T13と略同時期である。
【0063】
以上のような当実施形態の制御装置によるエンジンの制御動作を、図14に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まずエンジンの運転状態が変化することにより上記運転状態判別手段41から流通経路切換手段の弁停止機構制御手段42に切換信号が出力されたか否かを判定する(ステップS1)。このステップS1でYESと判定された時点で、上記運転モード切替後の空燃比制御を実行するための準備を開始するとともに(ステップS2)、上記流通経路の切換タイミングとなった時点、つまり先行気筒および後続気筒の吸・排気弁が同時に閉止状態となった時点で、上記流通経路切換手段により吸気および排気の流通経路を切り換える切換制御を実行する(ステップS3)。
【0064】
次いで、上記エアフローセンサ19の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したか否かを上記切換制御手段52により判定し(ステップS4)、YESと判定された時点で、上記運転モード切換後の空燃比制御を実行する(ステップS5)。例えば、特殊運転モードから通常運転モードへの切換時には、各気筒2A〜2D内の空燃比がそれぞれ略理論空燃比に対応した値となるように、吸入空気量および燃料噴射量を制御する。また、通常運転モードから特殊運転モードへの切換時には、先行気筒2A,2Dの筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせ、後続気筒2B,2Cに先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせるように、吸入空気量および燃料噴射量を制御する。
【0065】
上記のようにして低負荷低回転側の運転領域Aにおける特殊運転モードでは、前述のように各コントロール弁37,39を開放状態とし、第1,第2切換機構35a,35bに対する作動油の供給を行うことにより、第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが閉止状態とされるとともに、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9に示すように、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に導入されるとともに、この後続気筒2B,2Cから排出される既燃ガスのみが三元触媒24を備えた排気通路20に導かれる2気筒接続状態とされることになる。
【0066】
この状態において、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9中の矢印a)、先行気筒2A,2DではリニアO2センサ25により検出される空燃比が所定リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定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10参照)。
【0067】
その後、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から排出された既燃ガスが気筒間ガス通路22を通って後続気筒2B,2Cに導入される(図9中の矢印bおよび図10中の白抜き矢印)。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、O2センサ23の出力に基づいて燃料噴射量が制御されつつ、適当なタイミング(例えば圧縮行程)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燃焼が行われる(図10参照)。後続気筒2B,2Cでの燃焼後の既燃ガスは、三元触媒24を備えた排気通路20に排出される(図9中の矢印c)。
【0068】
このように、先行気筒2A,2Dでは、大幅にリーンな空燃比での成層燃焼が行われることにより、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、これらの相乗効果で顕著に燃費が改善される。また、後続気筒2B,2Cでは、空気過剰状態の既燃ガスに対し燃料が供給されて理論空燃比に制御されつつ燃焼が行われることにより、先行気筒2A,2Dのようにリーン空燃比で成層燃焼が行われるものと比べると熱効率では多少劣るものの、ポンピングロス低減による燃費改善効果は充分に得られる。
【0069】
しかも、後続気筒2B,2Cから排気通路20に排出されるガスは理論空燃比であるため、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンNOx触媒を設ける必要がなく、三元触媒24だけで充分に排気浄化性能が確保される。そして、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、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンNOx触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【0070】
また、先行気筒2A,2Dでは理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上の大幅なリーンな空燃比とされることでNOxの発生量が比較的少なく抑えられとともに、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の向上に有利となる。
【0071】
上記後続気筒2B,2Cには先行気筒2A,2Dからの既燃ガスが気筒間ガス通路22を介して導入されるが、この気筒間ガス通路22で通路長に応じた放熱作用が得られるため、この通路長を適正値に設定することにより、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガスの温度を調整することが可能である。そして、このように既燃ガスの温度を調整するとともに、後続気筒2B,2Cに対する燃料噴射タイミングを適宜調整することにより、多量の既燃ガスが導入される後続気筒2B,2Cにおいても、着火、燃焼性を良好に保つことができる。
【0072】
なお、先行気筒2A,2Dから後続気筒2B,2Cに導入されるガス中の過剰酸素の割合が少なくなると後続気筒2B,2Cでの燃焼安定性が損なわれるが、先行気筒2A,2Dにおいて理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上の大幅にリーンな空燃比とすれば、後続気筒2B,2Cでの燃焼安定性は確保される。
【0073】
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、前述のように上記各コントロール弁37,39を閉止状態として、第1,第2切換機構35a,35bに対する作動油の供給を停止することにより、第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが閉止状態とされるとともに、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、実質的な吸気および排気の流通経路が図11に示すように、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、分岐吸気通路16を介して各気筒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各気筒独立状態とされる。
【0074】
上記のように各気筒2A〜2Dの燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒2A〜2Dをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒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に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジンの高負荷側ないし高回転側の運転領域Bでは、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態として各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気を導入させるとともに、各気筒2A〜2D内の空燃比を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を制御することにより、エンジンの運転状態に対応した出力性能を確保することができる。
【0075】
また、上記運転モードの切換時には、エアフローセンサ19からなる吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するように構成したため、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードの切換が行われる場合に、上記検出信号に応じて流通経路切換手段による流通経路の切換が完了したことが確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御が適正に実行されることになる。
【0076】
したがって、特殊運転モードから通常運転モードの切換時に、何らかの原因で上記流通経路の切換操作が遅れて各気筒独立状態となっていないにも拘わらず、各気筒の空燃比をそれぞれ略理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる通常運転モードの空燃比制御が実行されることによる弊害、例えば後続気筒2B,2C内に導入される新気量が不足することに起因して失火が発生する等の弊害を効果的に防止し、上記流通経路が各気筒独立状態となったことが確認された後に、通常運転モードの燃焼制御を適正に実行することができる。
【0077】
また、通常運転モードから特殊運転モードの切換時に、上記流通経路の切換操作が遅れて2気筒接続状態となっていないにも拘わらず、先行気筒2A,2Dの空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせるとともに、後続気筒2B,2Cの空燃比を略理論空燃比に設定して燃焼を行わせる特殊運転モードの空燃比制御が実行されることによる弊害、例えば先行気筒2A,2Dおよび後続気筒2B,2C内の空燃比がリーン状態となることにより発生したNOxが排気通路20に導出される等の弊害を効果的に防止し、上記流通経路が2気筒接続状態となったことが確認された後に、特殊運転モードの燃焼制御を適正に実行することができる。
【0078】
また、上記実施形態では、吸気の流量を検出するエアフローセンサ19からなる吸気量検出手段の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するように構成したため、吸気通路15に設けられた既存の吸気量検出手段(エアフローセンサ19)の検出信号に応じて上記流通経路の切換が実際に行われたか否かを正確に判別することができる。しかも、上記エアフローセンサ19からなる吸気量検出手段、つまり吸気脈動検出手段は、音速で伝達される吸気脈動の変化状態を検出するものであるため、上記吸気脈動の周期を迅速に検出できるという利点がある。
【0079】
そして、上記実施形態に示すように、運転モードの切換時に、吸気脈動の周期が短い側に変化したことが確認された場合に、2気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたと判別するようにした構成によれば、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態から各気筒独立状態に切り換えられて各気筒にそれぞれ新気が導入される状態となると、単位時間当たりの吸気脈動の回数が増大して吸気脈動の周期が短くなるため、この吸気脈動の周期変化に基づき、上記流通経路切換手段により2気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたことを正確に判別することができる。
【0080】
また、上記のように弁停止機構制御手段42により各気筒に設けられた吸・排気弁を駆動する動弁系のリフト状態を変化させることにより、吸気および排気の流通経路を変化させるようにした構成によれば、上記特殊運転モードと通常運転モードとの間で運転モードを切り換える際に、上記流通経路を迅速に切り換えることができるとともに、この切換が行われたことが上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて確認された後に、上記切換後の運転モードに対応した空燃比制御を適正に実行することができる。
【0081】
さらに、上記実施形態では、吸気行程と排気行程とが重なる複数組の先行気筒および後続気筒が設けられたエンジンにおいて、上記複数組うちの一組の先行気筒および後続気筒間で最初に流通経路の切換が行われたことが確認された時点を基準に、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するように構成したため、複数組の先行気筒および後続気筒間で流通経路の切換が所定の順序で行われる場合に、上記吸気脈動検出手段の検出信号に応じて最初の組の切換が行われたことが確認された時点で、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行することにより、この運転モードに対応した空燃比制御を迅速かつ適正に実行することができる。
【0082】
また、上記実施形態に示すように、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じたことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別するように構成した場合には、吸気脈動検出手段の検出誤差または検出信号のノイズ等に起因した誤判別を防止して、上記切換信号に基づいて流通経路の切換が行われたことを正確に判別することができるとともに、この判別結果に応じて上記空燃比制御を適正に実行することができる。
【0083】
さらに、上記実施形態では、流通経路の切換信号が流通経路切換手段に出力されたことが確認された時点で、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備、例えばスロットル弁17の開度を変化させて吸気流量を調節する作業を開始するように構成したため、エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じて流通経路の切換が行われたことが確認された後に、この切換後の運転モードに対応した空燃比制御を迅速に実行できるという利点がある。
【0084】
なお、上記実施形態では、動弁機構に設けられた第1,第2切換機構35a,35bを用いて流通経路切換手段を構成しているが、図15に示すように、通路中に設けた開閉弁を用いて流通経路切換手段を構成してもよい。すなわち、図15において、後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cの各第1吸気ポート11aに通じる分岐吸気通路16に吸気側開閉弁48a,49aが設けられるとともに、先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dの各第1排気ポート12aに通じる分岐排気通路21に排気側開閉弁48b,49bが設けられ、さらに、1番気筒2Aと2番気筒2Bとの間および4番気筒2Dと3番気筒2Cとの間の各気筒間ガス通路22にガス通路開閉弁48c,49cが設けられている。
【0085】
そして、低負荷側ないし低回転側の運転領域Aでは、上記付勢部材の付勢力に抗して図外のソレノイドアクチュエータにより吸気側開閉弁48a,49bおよび排気側開閉弁48b,49bを作動位置である閉止位置に駆動するとともに、上記ガス通路開閉弁48c,49cを作動位置である開放位置に駆動する制御を実行することにより、各気筒独立状態となるように構成されている。
【0086】
また、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bおよびエンジンの始動時には、上記吸気側開閉弁48a,49bおよび排気側開閉弁48b,49bが図外のばね材等からなる付勢部材により原点位置である開放位置に保持されるとともに、上記ガス通路開閉弁48c,49cが原点位置である閉止位置に保持されることにより、各気筒独立状態となるように構成されている。
【0087】
運転領域AとBとの間での運転状態の移行時において各開閉弁の状態を切り換える時の切換作動は、図16中に示す切換可能期間内に行えばよい。つまり、一対の気筒の排気行程と吸気行程とが重なる期間中に各開閉弁の状態を切り換えると、後続気筒2B,2Cに先行気筒2A,2Dからの既燃ガスと新気とが入り混じって導入される等の不具合が生じるので、1番気筒2Aの排気行程と2番気筒2Bの吸気行程とが重なる期間を除いた期間内に開閉弁48a,48b,48cを切換作動させるとともに、4番気筒2Dの排気行程と3番気筒2Cの吸気行程とが重なる期間を除いた期間内に開閉弁48a,48b,48cを切換作動させるようにすればよい。
【0088】
こうして、開閉弁48a,49a,48b,49b,48c,49cとこれを制御する制御手段により流通経路切換手段が構成される。また、各気筒のポートに設けられた吸気弁31、第1,第2排気弁32a,32b、第1,第2吸気弁31a,31bおよび排気弁32は、いずれも、図外の動弁機構により常に開閉作動されるようになっている。各燃料噴射弁9からの燃料噴射の制御等は上記実施形態と同様である。なお、図15において、50は吸気通路15に設けられたスロットル弁である。
【0089】
この実施形態によっても、運転領域Aでは2気筒接続状態とされて、先行気筒2A,2Dで超リーン燃焼が行われ、この先行気筒2A,2Dから排出される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、後続気筒2B,2Cで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された状態で燃焼が行われ、この後続気筒2B,2Cから排出されるガスのみが三元触媒24を備えた排気通路20に導かれる。一方、運転領域Bでは、各気筒2A〜2Dの吸気ポートと排気ポートとが独立して、吸気通路15から各気筒の吸気ポートに新気が導入されるとともに各気筒の排気ポートから排出される排気ガスが上記排気通路20に導かれる。こうして、基本実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【0090】
また、当実施形態のような流通経路切換手段によれば、その構造が比較的簡単になるとともに、運転状態移行時における開閉弁の切換動作は図16中に示すような切換可能期間内に行えばよく、切換タイミングに著しく高い精度が要求されることはないので、制御も容易である。
【0091】
さらに、エンジンが停止状態となると、上記付勢部材の付勢力に応じて上記吸気側開閉弁48a,49a、排気側開閉弁48b,49bおよびガス通路側開閉弁48c,49cが自動的にそれぞれ原点位置に復帰して、上記吸気側開閉弁48a,49aおよび排気側開閉弁48b,49bが開放状態となるとともに、上記ガス通路側開閉弁48c,49cが閉止状態となるため、簡単な構成で吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態とし、エンジンの始動時には、上記駆動手段により各開閉弁を駆動して作動位置に変位させる駆動操作を必要とすることなく、各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気を導入してエンジンの始動性を容易に確保することができる。
【0092】
また、後続気筒2B,2Cで燃料を均一に分散させても着火性を確保し得る場合には、後続気筒2B,2Cに設ける燃料噴射弁は必ずしも気筒内に直接燃料を噴射する直噴タイプに限定されず、例えば気筒間ガス通路22を構成する後続気筒2B,2Cの吸気通路に、後続気筒2B,2Cに燃料を供給する燃料噴射弁を設けてもよい。この場合、後続気筒2B,2Cにおいては理論空燃比としつつ上記燃料噴射弁から吸気行程で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるようにする。
【0093】
このようにすると、先行気筒2A,2Dから後続気筒2B,2Cに導入されるガスが適度に放熱されるとともに過剰空気と既燃ガスがミキシングされた理想的な多量のEGRガス中に、このガスが後続気筒2B,2Cへ導入される過程で燃料が供給され、燃料の気化、さらにはこのガスとのミキシングが向上し、後続気筒2B,2Cにおいて多量のEGRが行われつつ燃焼性がさらに向上する。
【0094】
また、本発明の装置は4気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。そして、例えば6気筒等では1つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するとともに、両行程が部分的に重なり合う2つの気筒を先行、後続の一対の気筒とすればよい。
【0095】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ポンピングロスの低減等により燃費を大幅に改善するとともに、三元触媒だけで充分な排気浄化作用をもたせることができるとともに、三元触媒だけで充分な排気浄化作用が得られるようにするために、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒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に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された火花点火式エンジンにおいて、上記運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行するように構成したため、上記運転モードの切換時に、何らかの原因で上記流通経路の切換操作が遅れることに起因した種々の弊害の発生を防止し、上記流通経路が切り換えられたことが確認された後に、この切換後の運転モードに対応した燃焼制御を適正に実行することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図2】エンジン本体等の概略断面図である。
【図3】第1切換機構の具体的構成を示す正面断面図である。
【図4】第1切換機構の具体的構成を示す平面断面図である。
【図5】センタタペットおよびサイドタペットの具体的構成を示す斜視図である。
【図6】第2切換機構の具体的構成を示す正面断面図である。
【図7】制御系統のブロック図である。
【図8】運転領域を示す説明図である。
【図9】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図10】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期を示す説明図である。
【図11】高負荷高低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図12】特殊運転モードから通常運転モードへの切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図13】通常運転モードから特殊運転モードへの切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図14】運転モードの切換制御動作を示すフローチャートである。
【図15】吸・排気ポートおよび気筒間ガス通路等の構成の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図16】図14の実施形態による場合の運転状態移行時の開閉弁の切換可能期間を示す説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体
2A〜2D 気筒
9 燃料噴射弁
15 吸気通路
20 排気通路
22 気筒間ガス通路
35a,35b 第1,第2切換機構(流通経路切換手段)
41 運転状態判別手段
42 弁停止機構制御手段(流通経路切換手段)
43 吸入空気量制御手段(空燃比制御手段)
44 燃料噴射制御手段(空燃比制御手段)
52 切換制御手段
Claims (7)
- 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るとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒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に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる2気筒接続状態とし、上記通常運転モードでは各気筒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気および排気の流通経路を切り換える流通経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせるとともに、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比に対応した値に設定して燃焼を行わせ、かつ上記通常運転モードでは各気筒の空燃比をそれぞれ略理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように空燃比を制御する空燃比制御手段と、吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段とを備え、上記運転モードの切換時に、吸気脈動手段の検出信号に応じて流通経路切換手段による上記流通経路の切換が行われたか否かを判別するとともに、この流通経路の切換判別時点を基準にして切換後の運転モードに対応した空燃比制御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。
- 吸気の流量を検出する吸気量検出手段の検出信号に応じて吸気脈動の周期が急変したことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別することを特徴とする請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 運転モードの切換時に、吸気脈動の周期が短い側に変化したことが確認された場合に、2気筒接続状態から各気筒独立状態への切換が行われたと判別することを特徴とする請求項2記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 各気筒に設けられた動弁系のリフト状態を変化させることにより、吸気および排気の流通経路を変化させることを特徴とする請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- 吸気行程と排気行程とが重なる複数組の先行気筒および後続気筒が設けられるとともに、複数組うちの一組の先行気筒および後続気筒間で最初に流通経路の切換が行われたことが確認された時点を基準に、全て組の先行気筒および後続気筒に対して切換後の運転モードに対応した空燃比制御を実行することを特徴とする請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置。
- エンジンの運転状態が変化して流通経路切換手段に切換信号が出力され、かつ吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気脈動に変化が生じたことが確認された時点で、流通経路の切換が行われたと判別することを特徴とする請求項1記載の直噴エンジンの制御装置。
- 流通経路の切換信号が流通経路切換手段に出力されたことが確認された時点で、運転モード切換後の空燃比制御を実行するための準備を開始することを特徴とする請求項6記載の火花点火式エンジンの制御装置。
Priority Applications (13)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002235206A JP3951856B2 (ja) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | 火花点火式エンジンの制御装置 |
EP03703109A EP1362176B1 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Spark ignition engine control device |
DE60300437T DE60300437T2 (de) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Einrichtung zur regelung einer funkgezündeten brennkraftmaschine |
CNB03802487XA CN100368671C (zh) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | 火花点火发动机的控制装置 |
EP03703108A EP1366279B1 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Control device for spark-ignition engine |
KR10-2003-7014146A KR20040074592A (ko) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치 |
PCT/JP2003/000962 WO2003064838A1 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Spark ignition engine control device |
KR10-2003-7014141A KR20040074591A (ko) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치 |
US10/472,523 US7182050B2 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Control device for spark-ignition engine |
US10/472,563 US7219634B2 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Spark ignition engine control device |
DE60309098T DE60309098T8 (de) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Einrichtung zur regelung einer funkgezündeten brennkraftmaschine |
PCT/JP2003/000961 WO2003064837A1 (en) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | Control device for spark-ignition engine |
CNB038024594A CN100363609C (zh) | 2002-01-31 | 2003-01-31 | 火花点火发动机的控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002235206A JP3951856B2 (ja) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004076617A JP2004076617A (ja) | 2004-03-11 |
JP3951856B2 true JP3951856B2 (ja) | 2007-08-01 |
Family
ID=32019784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002235206A Expired - Fee Related JP3951856B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-08-12 | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3951856B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101874155B (zh) * | 2007-11-30 | 2012-07-18 | 本田技研工业株式会社 | 废气再循环器件、阀门切换器件和凸轮切换器件 |
-
2002
- 2002-08-12 JP JP2002235206A patent/JP3951856B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004076617A (ja) | 2004-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3963144B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
EP1408222B1 (en) | Spark-ignition engine controller | |
JP3956783B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
KR20040074591A (ko) | 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치 | |
JP3846393B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP4259255B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3951856B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP4045867B2 (ja) | 火花点火式エンジンの運転モード検出装置および同制御装置 | |
JP3711939B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP4285091B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3815402B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3826850B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3979196B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3826858B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3711941B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3951852B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP3951855B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3894083B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP4123122B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP2006283670A (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP4107180B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3972744B2 (ja) | 火花点火式4サイクルエンジンの制御装置 | |
JP3888261B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
JP3951829B2 (ja) | 火花点火式4サイクルエンジンの制御装置 | |
JP4158670B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050307 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070403 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070416 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120511 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130511 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140511 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |