JP4041178B2 - 気筒休止エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒の全部を作動させる全筒運転と前記気筒の一部の作動を休止する休筒運転とを油圧制御により切り換える気筒休止機構を備えた気筒休止エンジンに関し、特に、全筒運転/休筒運転の切換時にトルクショックの発生を防止するための制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
全筒運転/休筒運転の切換時にトルクショックの発生を防止する技術が、特公昭63−21812号公報、特開昭62−103430号公報により公知である。
【0003】
図11は、スロットル開度の変化に対するエンジントルクの変化を、全筒運転時及び休筒運転時について示すものである。同図から明らかなように、両ラインの交点aでは、全筒運転及び休筒運転のスロットル開度及びエンジントルクが一致することから、前記特公昭63−21812号公報に記載されたものは、前記a点に対応する運転状態で全筒運転及び休筒運転を切り換えることによりトルクショックの発生を回避している。
【0004】
また前記特開昭62−103430号公報に記載されたものは、同じアクセル開度に対して全筒運転時のエンジントルクと休筒運転時のエンジントルクとが一致するように、図11のb点及びc点間でスロットル開度を制御することによりトルクショックの発生を回避している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特公昭63−21812号公報に記載されたものは、全筒運転時及び休筒運転時のエンジントルクが一致する特定の運転状態でしか全筒運転/休筒運転の切り換えを行うことができない問題がある。また前記特開昭62−103430号公報に記載されたものは、全筒運転/休筒運転の切換時にスロットル開度を制御してトルクショックの発生を回避しようとしても、スロットル開度の変化に対して吸気負圧の応答が遅れるため、トルクショックの発生を充分に回避することが難しいという問題がある。
【0006】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、全筒運転/休筒運転の切換時におけるトルクショックの発生を効果的に防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された発明では、全筒運転/休筒運転の切換時以外には、制御手段は吸入空気量検出手段で検出した実吸入空気量に基づいてエンジン出力を制御する。全筒運転/休筒運転の切換時には、制御手段は前記吸入空気量検出手段で検出した実吸入空気量に代えて、前記吸入空気量検出手段の検出遅れを補償するように予め設定した予測吸入空気量に基づいてエンジン出力を制御する。これにより、全筒運転及び休筒運転間の過渡時にエンジン出力を最適に制御してトルクショックの発生を回避することができる。特に、制御手段はエンジン回転数及び実吸入空気量からディレイ時間を算出し、全筒運転/休筒運転を油圧制御により切り換える気筒休止機構の作動油の状態から求めた切換応答時間とエンジンの機種により決められた定数との和よりも大きい時間的余裕がある最も近い♯1気筒の吸気TDCである全筒運転/休筒運転の切換ポイントから前記ディレイ時間だけ先行して実吸入空気量から予測吸入空気量への持ち換えを行うので、実吸入空気量の応答遅れをの影響を排除してトルクショックの発生を更に効果的に回避することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図1〜図10は本発明の一実施例を示すもので、図1は車両に搭載されたエンジンの平面図、図2は吸気系の概略構成図、図3は右バンクのシリンダヘッドの平面図、図4は図3の要部拡大図、図5はトリガーの作用説明図、図6はフローチャートの第1分図、図7はフローチャートの第2分図、図8は全筒運転→休筒運転切換時のタイムチャート、図9は休筒運転→全筒運転切換時のタイムチャート、図10は空燃比の変動を示すグラフである。
【0009】
図1に示すように、自動車の車体前部に縦置きに搭載されたエンジンEはV型6気筒エンジンであって、右バンクBR に♯1気筒C1 、♯2気筒C2 、♯3気筒C3 を備えるとともに、左バンクBL に♯4気筒C4 、♯5気筒C5 、♯6気筒C6 を備える。エンジンEの低負荷時には、右バンクBR の♯1気筒C1 、♯2気筒C2 、♯3気筒C3 の運転を休止して左バンクBL の♯4気筒C4 、♯5気筒C5 、♯6気筒C6 だけを運転する休筒運転が行われ、エンジンEの高負荷時には、♯1気筒C1 〜♯6気筒C6 の全てを運転する全筒運転が行われる。
【0010】
図2に示すように、#1気筒C1 〜#6気筒C6 に連なる吸気通路1にパルスモータよりなるアクチュエータ2で開閉駆動されるスロットルバルブ3が設けられる。スロットルバルブ3の上流側及び下流側を接続するバイパス通路4に、該スロットルバルブ3を迂回する補助空気の流量を制御するEACV5が設けられる。
【0011】
後述するオイルポンプ41が吐出するオイルの油圧POIL を検出する油圧検出手段S1 からの信号と、オイルポンプ41が吐出するオイルの油温TOIL を検出する油温検出手段S2 からの信号と、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数検出手段S3 からの信号と、吸気負圧Pbを検出する吸気負圧検出手段S4 からの信号とがマイクロコンピュータよりなる電子制御ユニットUに入力され、電子制御ユニットUは前記油圧POIL 、油温TOIL 、エンジン回転数Ne及び吸気負圧Pbに基づいて、EACV5の開度、点火プラグ6…の点火時期、燃料噴射弁7…の燃料噴射量及び後述するソレノイドバルブ45i,45eの作動を制御する。
【0012】
次に、図3及び図4に基づいて右バンクBR の♯1気筒C1 、♯2気筒C2 、♯3気筒C3 の動弁機構の構造を説明する。
【0013】
図3に示すように、右バンクBR の♯1気筒C1 、♯2気筒C2 、♯3気筒C3 にはそれぞれ気筒休止機構11…が設けられているが、その構造は同一であるため、代表として#1気筒C1 の気筒休止機構11について説明する。シリンダヘッドの長手方向に沿って配置されたカムシャフト12は、図示せぬクランクシャフトに接続されて該クランクシャフトの2分の1の回転数で駆動される。カムシャフト12の左右両側には、吸気ロッカーシャフト13iと排気ロッカーシャフト13eとが平行に支持される。
【0014】
図4から明らかなように、カムシャフト12には吸気カム14iと排気カム14eとが隣接して設けられており、それら吸気カム14i及び排気カム14eの両側にベース円のみを有する一対の休止用カム15,15が設けられる。吸気ロッカーシャフト13iには吸気ロッカーアーム16iと、その両側に位置する一対の休止用ロッカーアーム17,17とが揺動自在に枢支されており、吸気ロッカーアーム16iの基端に前記吸気カム14iに当接可能なローラ18iが設けられるとともに、休止用ロッカーアーム17,17の基端に休止用カム15,15に当接可能なローラ19,19が設けられる。そして一対の休止用ロッカーアーム17,17の先端は、#1気筒C1 の一対の吸気弁20i,20iのステムエンドに当接する。
【0015】
吸気ロッカーアーム16i及び一対の休止用ロッカーアーム17,17を同軸に貫通するシリンダ孔の内部に、各2個の第1ピストン21,21、第2ピストン22,22及びストッパピン23,23が摺動自在に支持される。第1ピストン21,21は吸気ロッカーアーム16iのシリンダ孔の内部に背中合わせに配置され、吸気ロッカーシャフト13iに内部に形成した油路24iから供給される油圧によって相互に離反する方向に駆動される。第1ピストン21,21の外側に配置された一対の第2ピストン22,22は、吸気ロッカーアーム16iのシリンダ孔及び休止用ロッカーアーム17,17のシリンダ孔に跨がる連結位置と、吸気ロッカーアーム16iのシリンダ孔から休止用ロッカーアーム17,17のシリンダ孔に押し出された連結解除位置との間を移動可能である。第2ピストン22,22の更に外側に配置されて休止用ロッカーアーム17,17のシリンダ孔内に収納された一対のストッパピン23,23は、それぞれスプリング25,25で第2ピストン22,22に当接する方向に付勢される。
【0016】
排気ロッカーアーム16e及び一対の休止用ロッカーアーム17,17を同軸に貫通するシリンダ孔の内部に、各2個の第1ピストン21,21、第2ピストン22,22及びストッパピン23,23が摺動自在に支持される。第1ピストン21,21は排気ロッカーアーム16eのシリンダ孔の内部に背中合わせに配置され、排気ロッカーシャフト13eに内部に形成した油路24eから供給される油圧によって相互に離反する方向に駆動される。第1ピストン21,21の外側に配置された一対の第2ピストン22,22は、排気ロッカーアーム16eのシリンダ孔及び休止用ロッカーアーム17,17のシリンダ孔に跨がる連結位置と、吸気ロッカーアーム16iのシリンダ孔から休止用ロッカーアーム17,17のシリンダ孔に押し出された連結解除位置との間を移動可能である。第2ピストン22,22の更に外側に配置されて休止用ロッカーアーム17,17のシリンダ孔内に収納された一対のストッパピン23,23は、それぞれスプリング25,25で第2ピストン22,22に当接する方向に付勢される。
【0017】
吸気ロッカーアーム16i及び排気ロッカーアーム16eを休止用ロッカーアーム17に結合或いは結合解除する第2ピストン22の移動は、吸気ロッカーアーム16i及び排気ロッカーアーム16eの揺動に連動して進退するトリガー27によって規制される。即ち、第2ピストン22が図5(A)に示す連結位置にあるとき、トリガー27は第1ピストン21の第1係止溝211 に係合して該第1ピストン21の移動を規制しており、従って第2ピストン22も前記連結位置に固定される。吸気ロッカーアーム16i及び排気ロッカーアーム16eの開弁方向へのリフト(吸気弁20i及び排気弁20eを開弁する方向への揺動)がトリガー外れリフトに達すると、トリガー27が矢印方向に後退して第1ピストン21…の第1係止溝211 から離脱し、第1ピストン21…は移動可能な状態になる。また、第2ピストン22が図5(B)に示す連結解除位置にあるとき、トリガー27は第1ピストン21の第2係止溝212 に係合して該第1ピストン21の移動を規制しており、従って第2ピストン22も前記連結解除位置に固定される。吸気ロッカーアーム16i及び排気ロッカーアーム16eの開弁方向へのリフトがトリガー外れリフトに達すると、トリガー27が矢印方向に後退して第1ピストン21…の第2係止溝212 から離脱し、第1ピストン21…は移動可能な状態になる。
【0018】
尚、図3において、吸気ロッカーシャフト13i及び排気ロッカーシャフト13e内に設けられた油路26i,26eは、油圧タペットに給油する油路である。
【0019】
上記構成により、吸気ロッカーシャフト13iの油路24iに油圧が供給されていないとき、スプリング25,25の弾発力で付勢された一対の第2ピストン22,22は図5(A)に示した連結位置にあり、吸気ロッカーアーム16iを一対の休止用ロッカーアーム17,17に一体に結合している。従って、カムシャフト12に設けた吸気カム14iにローラ18iを当接させた吸気ロッカーアーム16iが吸気ロッカーシャフト13i回りに揺動すると、それと一体に結合された一対の休止用ロッカーアーム17,17が揺動して吸気弁20i,20iを開閉駆動する。吸気弁20i,20iがリフトするとき、休止用ロッカーアーム17,17のローラ19,19は、ベース円よりなる休止用カム15,15から離反する。
【0020】
吸気ロッカーシャフト13iの油路24iに油圧を供給すると、吸気ロッカーアーム16iがトリガー外れリフトまで揺動したときに、トリガー27,27が第1係止溝211 ,211 から外れて第1ピストン21,21、第2ピストン22,22及びストッパピン23,23がスプリング25,25に抗して図5(B)の位置に移動し、第2ピストン22,22が連結解除位置に達して吸気ロッカーアーム16iと休止用ロッカーアーム17,17との連結が解除される。その結果、吸気ロッカーアーム16iの揺動は休止用ロッカーアーム17,17に伝達されなくなり、ベース円のみを備えた休止用カム15,15にローラ19,19を当接させた休止用ロッカーアーム17,17は揺動を停止し、吸気弁20i,20iは閉弁状態に保持される。
【0021】
吸気ロッカーシャフト13iの油路24iから油圧を抜くと、吸気ロッカーアーム16iがトリガー外れリフトまで揺動したときに、トリガー27,27が第2係止溝212 ,212 から外れて第1ピストン21,21、第2ピストン22,22及びストッパピン23,23がスプリング25,25の弾発力で図5(A)の位置に移動し、第2ピストン22,22が連結位置に達して吸気ロッカーアーム16iと休止用ロッカーアーム17,17とが連結される。その結果、吸気ロッカーアーム16iの揺動が休止用ロッカーアーム17,17に伝達されるようになり、吸気ロッカーアーム16iの揺動に伴って吸気弁20i,20iは再び開閉駆動される。
【0022】
以上、吸気弁20i,20iの作動について説明したが、排気弁20e,20eの作動も実質的に同一であるため、その重複する説明は省略する。
【0023】
図3から明らかなように、エンジンEにより駆動されるオイルポンプ41は、エンジンE各部の潤滑系に連なる油路42と、気筒休止機構11…の油路24i,24eに連なる油路43と、油圧タペットの油路26i,26eに連なる油路44とに給油する。オイルポンプ41から延びる油路43から二股に分岐して吸気ロッカーシャフト13iの油路24i及び排気ロッカーシャフト13eの油路24eに連なる油路43i、43eに、それぞれソレノイドバルブ45i,45eが設けられる。ソレノイドバルブ45i,45eは常閉弁よりなり、ソレノイドを励磁すると開弁して気筒休止機構11…が作動し、#1気筒C1 〜#3気筒C3 の作動を休止することができる。
【0024】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【0025】
エンジンEは高負荷時の方が低負荷時よりも熱効率が高い運転が可能であるため、高負荷時には左右のバンクBL ,BR の#1気筒C1 〜#6気筒C6 の全てを運転する全筒運転を行い、低負荷時には右バンクBR の♯1気筒C1 、♯2気筒C2 、♯3気筒C3 の運転を休止して左バンクBL の♯4気筒C4 、♯5気筒C5 、♯6気筒C6 だけを運転することにより、前記♯4気筒C4 、♯5気筒C5 、♯6気筒C6 が負担する負荷の割合を増加させる休筒運転を行い、全体としてエンジンEの熱効率の向上を図ることができる。本実施例において休筒運転を行う領域は、エンジン回転数Neが1000rpm以上、3500rpm以下の領域とされる。
【0026】
次に、図6及び図7のフローチャート、並びに図8のタイムチャートを参照しながら、全筒運転→休筒運転の切換時の作用を説明する。
【0027】
先ずステップS1でエンジン回転数検出手段S3 によりエンジン回転数Neを検出し、エンジン回転数Neが1000rpm≦Ne≦3500rpmの領域の外から内に入れば全筒運転→休筒運転の切換条件が成立したと判断し、ステップS2で切換指令を出力する。続いて、ステップS3で油圧検出手段S1 及び油温検出手段S2 によりオイルポンプ41が吐出するオイルの油圧POIL 及び油温TOIL を検出し、油圧POIL 及び油温TOIL に基づいて切換応答時間A(クランク角換算)をマップ検索する。即ち、ソレノイドバルブ45i,45eが開弁して気筒休止機構11…に油圧が供給されたとき、気筒休止機構11…における油圧の立ち上がりがオイルの状態に応じて変化するため、ソレノイドバルブ45i,45eがONしてから気筒休止機構11…が作動するまでの時間遅れに相当する切換応答時間Aを油圧POIL 及び油温TOIL に基づいて設定する。
【0028】
続いて、ステップS4において、#1気筒C1 の吸気TDCから進み側に測ったクランク角で与えられるトリガ外しタイミングα(エンジンEの機種により決められた定数)を読み出し、更にステップS5において、エンジン回転数検出手段S3 で検出したエンジン回転数Neと、吸気負圧検出手段S4 で検出した実吸気負圧Pbとに基づいてディレイ時間B(クランク角換算)をマップ検索する。ディレイ時間Bは、吸気負圧検出手段S4 で検出した実吸気負圧Pbに代えて予め設定した予測吸気負圧Pbを使用するタイミングを規定するものである。
【0029】
続いて、ステップS6において、前記ステップS2における切換指令の出力から最も近い#1気筒C1 の吸気TDCまでのクランク角Xを算出する。そして、ステップS7でX>A+αであれば、つまり、最初に#1気筒C1 のトリガが外れるまでに切換応答時間Aよりも長い時間的余裕があれば、最初の#1気筒C1 の吸気TDCを切換ポイントと決定し、ステップS9で現時点(切換指令出力時)からX−(A+α)だけ経過したイミングをソレノイドバルブ45i,45eのON/OFFポイントとし、ステップS10でソレノイドバルブ45i,45eを駆動する。
【0030】
一方、前記ステップS7でX≦A+αであれば、つまり、最初に#1気筒C1 のトリガが外れるまでの時間的余裕が切換応答時間Aよりも短ければ、ステップS7でX>A+αになるまで、ステップS8でX←X+720°を繰り返し実行する。そしてX>A+αになる最も近い#1気筒C1 の吸気TDCを切換ポイントと決定し、ステップS9で現時点(切換指令出力時)からX−(A+α)だけ経過したタイミングをソレノイドバルブ45i,45eのON/OFFポイントとし、ステップS10でソレノイドバルブ45i,45eを駆動する。その結果、トリガー外しポイントP2 において気筒休止機構11に対する油圧を立ち上げ、切換ポイントP1 から#1気筒C1 →#2気筒C2 →#3気筒C3 の順に規則性を持って全筒運転→休筒運転の切り換えを開始することができる。
【0031】
このようにして、切換ポイントP1 が決定されると、ステップS11で切換ポイントP1 よりも前記ディレイ時間Bだけ先行した持ち換えポイントP3 において、吸気負圧検出手段S4 で検出した実吸気負圧Pbに代えて、予め設定された予測吸気負圧PbをセンシングPbとし、ステップS13で実吸気負圧Pbが予測吸気負圧Pbに一致するまで、ステップS12でセンシングPb(即ち、予測吸気負圧Pb)に基づいて燃料噴射量Ti及び点火時期θigの制御を行う。つまり、切換ポイントP1 において、EACV5をONするとともに燃料噴射量Ti及び点火時期θigを制御して全筒運転→休筒運転の切り換えに伴うトルクショックの発生を回避するが、その際に実吸気負圧Pbではなく、予め設定された予測吸気負圧Pbに基づいて燃料噴射量Ti及び点火時期θigを制御することにより、全筒運転→休筒運転の切換時における実吸気負圧Pbの応答遅れの影響を排除し、空燃比の変動を抑えてトルクショックの発生を一層効果的に防止することができる。そしてステップS13で実吸気負圧Pbと予測吸気負圧Pbとが一致すると、ステップS14で再び予測吸気負圧Pbから実吸気負圧Pbに持ち換えて通常の制御に復帰する。
【0032】
図10(A)は全筒運転→休筒運転の切換時における空燃比の変動を示すもので、予測吸気負圧Pbを用いない従来のものに比べて、予測吸気負圧Pbを用いた本発明のものの空燃比の変動幅が減少していることが分かる。
【0033】
図9には休筒運転→全筒運転切換時のタイムチャートが示されており、切換応答時間A及びディレイ時間Bの取り方は上述した実施例と実質的に同一である。但し、休筒運転→全筒運転切換時にはEACV5の制御が行われない点で、全筒運転→休筒運転切換時の制御と異なっている。図10(B)は休筒運転→全筒運転の切換時における空燃比の変動を示すもので、予測吸気負圧Pbを用いない従来のものに比べて、予測吸気負圧Pbを用いた本発明のものの空燃比の変動幅が減少していることが分かる。
【0034】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0035】
例えば、実施例では吸入空気量検出手段として吸気負圧検出手段S4 を例示したが、エアフローセンサ等の他の吸入空気量検出手段を用いることができる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に記載された発明によれば、制御手段が、油圧制御による全筒運転/休筒運転の切換時に、吸入空気量検出手段で検出した実吸入空気量に代えて、前記吸入空気量検出手段の検出遅れを補償するように予め設定した予測吸入空気量に基づいてエンジン出力を制御するので、全筒運転及び休筒運転間の過渡時にエンジン出力を最適に制御してトルクショックの発生を回避することができる。特に、制御手段はエンジン回転数及び実吸入空気量からディレイ時間を算出し、全筒運転/休筒運転の切換ポイントから前記ディレイ時間だけ先行して実吸入空気量から予測吸入空気量への持ち換えを行うので、実吸入空気量の応答遅れをの影響を排除してトルクショックの発生を更に効果的に回避することができる。しかも全筒運転/休筒運転の切換ポイントを、気筒休止機構の作動油の状態から求めた切換応答時間とエンジンの機種により決められた定数との和よりも大きい時間的余裕がある最も近い♯1気筒の吸気TDCとして決定するので、作動油の状態に応じて変化する切換応答時間や個々のエンジンの特性を考慮して全筒運転/休筒運転の切換ポイントを的確に決定し、如何なる運転状態であっても何時も特定気筒から切換を開始するという規則性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 車両に搭載されたエンジンの平面図
【図2】 右バンクのシリンダヘッドの平面図
【図3】 図2の要部拡大図
【図4】 図3の要部拡大図
【図5】 トリガーの作用説明図
【図6】 フローチャートの第1分図
【図7】 フローチャートの第2分図
【図8】 全筒運転→休筒運転切換時のタイムチャート
【図9】 休筒運転→全筒運転切換時のタイムチャート
【図10】 空燃比の変動を示すグラフ
【図11】 全筒運転時及び休筒運転時におけるスロットル開度及びエンジントルクの関係を示すグラフ
【符号の説明】
11 気筒休止機構
A 切換応答時間
B ディレイ時間
C1 〜C6 気筒
S4 吸気負圧検出手段(吸入空気量検出手段)
U 電子制御ユニット(制御手段)
α トリガ外しタイミング(定数)
Claims (1)
- 複数の気筒(C1 〜C6 )の全部を作動させる全筒運転と前記気筒(C1 〜C6 )の一部の作動を休止する休筒運転とを油圧制御により切り換える気筒休止機構(11)と、吸入空気量検出手段(S4 )で検出した実吸入空気量に基づいてエンジン出力を制御する制御手段(U)とを備えた気筒休止エンジンの制御装置において、
前記制御手段(U)は、全筒運転/休筒運転の切換時に、前記吸入空気量検出手段(S4 )で検出した実吸入空気量に代えて、前記吸入空気量検出手段(S 4 )の検出遅れを補償するように予め設定した予測吸入空気量に基づいてエンジン出力を制御するとともに、エンジン回転数及び実吸入空気量からディレイ時間(B)を算出し、気筒休止機構(11)の作動油の状態から求めた切換応答時間(A)とエンジン(E)の機種により決められた定数(α)との和よりも大きい時間的余裕がある最も近い♯1気筒(C 1 )の吸気TDCである全筒運転/休筒運転の切換ポイントから前記ディレイ時間(B)だけ先行して実吸入空気量から予測吸入空気量への持ち換えを行うことを特徴とする、気筒休止エンジンの制御装置。
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