JP4186556B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒休止機構を有するエンジンの制御装置に関し、特に気筒の休止動作及び休止状態からの復帰動作における異常を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費向上などの観点から、比較的多数の気筒を有するエンジンにおいて、その一部の気筒を休止させる気筒休止機構を備えたエンジンが知られている。なお、一部の気筒が休止した状態を以下、「減筒状態」とも呼ぶ。気筒の休止は、一般的に、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの気筒休止指示に応答して、指定された気筒の排気弁及び吸気弁の少なくとも一方を閉じるとともに、当該気筒への燃料の供給を停止することにより行われる。
【０００３】
しかし、気筒休止指示がなされた後、何らかの原因で排気弁や吸気弁が正しく休止動作を行わない場合がある。例えば、弁の開閉を油圧回路により行うタイプの可変動弁機構では、弁を開閉駆動させる機構に対して油圧によりロックピンなどを挿入して弁の可動状態／休止状態を切り換えるものがある。そのような場合、油圧の変動やロックピンの挿入タイミングのずれなどにより、気筒休止指示の直後に弁を正しく休止状態にできないこともある。このような弁の状態の切り換え失敗は、油圧回路を使用する可変動弁機構に限らず生じうる。また、一旦休止させた気筒を作動状態に復帰させるときにも、同様の問題が起こりうる。即ち、復帰指示がなされたにもかかわらず、弁が直ちに動作を開始しないことがある。
【０００４】
減筒状態においては、休止中の気筒は弁が閉じているために吸排気はなされないとの前提の下で、作動する気筒数に対応した量の空気が他の気筒に供給される。よって、休止すべき気筒が作動していたり、復帰すべき弁が休止したままであったりというように、休止動作又は復帰動作の異常が生じると、正しく燃焼が行われず、エミッション異常が生じうる。また、失火やトルクの段差などによりドライバビリティが低下したり、混合比の異常により触媒の劣化が生じるなどの不具合が生じうる。
【０００５】
このような観点から、エンジンの吸気管内に圧力センサを設け、検出された吸気管内の圧力値に応じて気筒休止機構の動作異常を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９７９７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、気筒休止機構の動作異常は、厳密には吸気弁の動作不良、排気弁の動作不良、吸気弁と排気弁の両方の動作不良などの異なるパターンがあり、それぞれの状態においてエミッション、ドライバビリティ、触媒などに与える影響が異なる。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、気筒休止機構の動作異常に、吸気弁及び排気弁の動作不良を個別に検出し、異常状態毎に適した対策を行うことが可能な気筒休止機構付きエンジン制御装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、複数の気筒を有するエンジンの制御装置は、前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、前記処置手段は、前記減筒運転状態において、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には、他の気筒における燃料噴射量を減少させるとともに点火時期を早め、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁を開状態とする。
【００１０】
上記のエンジンの制御装置は、気筒休止時には、休止の対象となる気筒に対する燃焼噴射を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を閉じる。異常検出手段は、気筒休止機構による気筒の休止又は休止からの復帰時に、吸気弁又は排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する。ここで、異常には、吸気弁の異常と排気弁の異常があり、処置手段は前記排気弁の異常が検出された場合と、前記吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する。これにより、異常の状態に応じて、適切な処置が施され、異常による悪影響が発生することを効果的に防止することができる。
【００１１】
また、前記処置手段は、前記減筒運転状態において、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には、他の気筒における燃料噴射量を減少させるとともに点火時期を早め、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁を開状態とする。
【００１２】
気筒休止時において、吸気弁に異常がある場合でも排気弁が正常に休止していればその気筒については大きな問題はない。但し、燃焼ガスが他気筒にＥＧＲとして流れるなどの問題があるので、他気筒については、ＥＧＲの分を考慮して燃料噴射量や点火時期の調整を行う。これにより、他気筒の燃焼に悪影響が及ぶことを回避できる。一方、排気弁に異常がある場合、吸気弁も動作していると新気が排気側に流れてしまい排気側に悪影響が生じるので、吸気弁を閉じ、排気側への悪影響を防止する。
【００１３】
上記のエンジンの制御装置の一態様では、前記処置手段は、減筒運転状態において吸気弁又は排気弁の少なくとも一方に異常が検出された場合には、所定期間にわたって当該気筒の休止を禁止する。気筒休止時にその気筒に異常が検出された場合は、その気筒に何らかの故障や不安定要素がある可能性があるので、安全の面から、当該気筒の休止を所定期間にわたり禁止することが好ましい。
【００１４】
本発明の他の観点では、複数の気筒を有するエンジンの制御装置は、前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、前記処置手段は、減筒運転状態から通常運転状態への復帰時において、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には燃料噴射を禁止するとともに吸気弁を閉状態とし、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には燃料噴射を禁止する。
【００１５】
気筒の休止状態からの復帰時において、排気弁に異常があると、燃焼噴射により燃料が燃焼室に溜まったり、燃焼ガスが他気筒へ流れ出して大量ＥＧＲ状態を生じるなどの悪影響が生じるので、燃料噴射を禁止するとともに吸気弁を閉状態として、他気筒への影響を防止する。一方、吸気弁に異常がある場合は新気を吸入できない状態で燃料が過多となるので、燃料噴射を禁止する。
【００１６】
上記のエンジンの制御装置の一態様では、前記処置手段は、減筒運転状態から通常運転状態への復帰時に、休止している気筒の吸気弁又は排気弁の少なくとも一方に異常が検出された場合には、所定期間にわたって当該気筒の減筒運転状態からの復帰を禁止する。気筒休止状態からの復帰時にその気筒に異常が検出された場合は、その気筒に何らかの故障や不安定要素がある可能性があるので、安全の面から、当該気筒の復帰を所定期間にわたり禁止し、減筒状態を維持することが好ましい。
【００１７】
本発明の他の観点では、複数の気筒を有するエンジンの制御装置は、前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、前記処置手段は、減筒運転状態時又は減筒運転状態から通常運転状態への復帰時において、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁の作動状態と休止状態の間の状態移行を禁止し、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には排気弁の作動状態と休止状態の間の移行を許可したまま燃焼制御を行う。これにより、排気側の異常の場合には状態移行を禁止して、排気側へ大きな悪影響が生じることを防止することができる。
【００１８】
上記のエンジンの制御装置の他の一態様では、前記異常検出手段は、各気筒毎に吸気弁及び排気弁の動作状態を検出するリフトセンサとすることができる。これにより、各気筒の吸気弁及び排気弁の異常を個別に検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
本発明は、気筒休止機構を備えるエンジンにおいて、一部気筒の休止時及び休止状態からの復帰時における動作異常を、吸気弁及び排気弁の位置検出などにより直接的に検出し、異常状態に適合した対策を施すことを特徴とする。
【００２１】
［エンジンの構成］
まず、本発明の適用対象となる、気筒休止機構を備えるエンジンについて説明する。図１は、気筒休止機構を備えるエンジン５０の概略構成を示す。なお、図１においては、本発明の制御に直接関係の無い要素を省略している。
【００２２】
図示のように、エンジン５０は複数の気筒を備える。図１の例では、エンジン５０は８気筒（＃１〜＃８）を備えており、気筒＃１と＃７、気筒＃２と＃８、気筒＃３と＃５、気筒＃４と＃６がそれぞれ組になって動作する。即ち、減筒状態においても、各組のうちの少なくとも一方の気筒は作動する。なお、８つの気筒の点火順序は、気筒＃１→＃８→＃４→＃３→＃６→＃５→＃７→＃２の順である。図１における左側の４気筒（＃１、＃３、＃５、＃７）を第１バンク、右側の４気筒（＃２、＃４、＃６、＃８）を第２バンクと呼ぶ。
【００２３】
各気筒からの排気ガスは排気通路５４に排出され、矢印８０の方向へ送られる。各排気通路５４にはＡ／Ｆセンサ５６が設けられており、排気ガスのＡ／Ｆ値を検出してＥＣＵ６０へ送る。排気通路５４のＡ／Ｆセンサ５６より下流側には、エミッションの浄化処理を行うための触媒５８が設けられている。
【００２４】
また、各気筒には、それぞれリフトセンサ６９が設けられている。リフトセンサ６９は、各気筒の吸気弁及び排気弁のリフト量を個別に検出する。よって、リフトセンサ６９により、吸気弁及び排気弁の開閉状態を気筒毎に検出することができる。リフトセンサ６９による各気筒の吸気弁及び排気弁のリフト量検出信号７３はＥＣＵ６０に入力される。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、図示しない各種センサからの出力に基づいてエンジン５０の全体動作を制御する。また、ＥＣＵ６０は、制御信号７２を各気筒の可変動弁機構に供給して、各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉制御を行う。
【００２６】
さらに、ＥＣＵ６０は、各気筒毎に設けられたリフトセンサ６９から、各気筒の吸気弁及び排気弁のリフト量検出信号を受け取り、それに基づいて各吸気弁及び排気弁が停止状態にあるか、作動（開閉動作）状態にあるかを判定する。ＥＣＵ６０は、リフト量検出信号を利用して、後に詳しく説明するように気筒休止機構の動作異常を検出し、異常状態に応じて適切な処置を実行する。
【００２７】
気筒の休止は、ＥＣＵ６０が、対象となる気筒の吸気弁及び排気弁を閉じるとともに、当該気筒の吸気通路への燃料噴射を停止することにより行われる。より具体的には、ＥＣＵ６０は、まず、可変動弁機構を制御して排気弁を閉じ、次に燃料噴射を停止し、次に可変動弁機構を制御して吸気弁を閉じる。これにより、通常、気筒休止中には燃焼室内には排気ガスが残留した状態となる。一方、気筒休止状態からの復帰時には、ＥＣＵ６０はまず排気弁を開け、次に燃料噴射を開始し、次に吸気弁を開ける。
【００２８】
［可変動弁装置］
次に、各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉を制御する可変動弁装置について説明する。図２及び図３に、油圧回路により制御される可変動弁装置の構造を示す。図２は、可変動弁装置の斜視図であり、図３はその側部断面図である。
【００２９】
図３に示されるように、可変動弁装置は、カム１１が設けられたカムシャフト１０を備えている。カム１１の下方には、ロッカシャフト２０に回動可能に軸支されたロッカアーム２１が設けられている。このロッカアーム２１の先端側には、アーム２２が前方へと突出する態様で形成されている。このアーム２２の先端は、一対の機関バルブ１３の上端と当接されており、バルブスプリングの付勢力によってそれらバルブ１３が閉弁される側に押圧されている。そして、ロッカシャフト２０を軸としたロッカアーム２１の回動にともない揺動されるアーム２２の押圧に基づき、機関バルブ１３は開閉駆動される。
【００３０】
図２及び図３に示されるように、ロッカアーム２１の上面には、カム１１に対応した可動カムフォロワ２３が配設されている。可動カムフォロワ２３は、ロッカアーム２１の上下方向に沿って形成された摺動孔３５（図３）内に摺動可能に配設されている。また、これら可動カムフォロワ２３は、コイルばね（図示略）の付勢力によってカム１１に向けて常時付勢されている。そのため、可動カムフォロワ２３は、カム１１とすべり接触をしつつ、その押圧を受けるようになる。
【００３１】
ロッカアーム２１の下方には、上記可動カムフォロワ２３が嵌入された摺動孔３５と交差するシリンダ穴３６が形成されている。シリンダ穴３６内には、ロッカアーム２１と可動カムフォロワ２３とを選択的に締結若しくは締結解除するロックピン３１が摺動可能に配設されている。
【００３２】
次に、ロックピン３１を中心として構成されるカム切り換え機構について、図４（ａ）及び４（ｂ）に基づき詳細に説明する。なお、図４（ａ）及び４（ｂ）３はロックピン３１付近の側部断面構造を示す断面図であり、図４（ａ）は締結解除時の態様を、図４（ｂ）は締結時の態様をそれぞれ示している。
【００３３】
先述したように、可動カムフォロワ２３はロッカアーム２１を上下に貫く摺動孔３５内に摺動可能に嵌入されている。さらにロッカアーム２１の下方には、この摺動孔３５と交差するシリンダ穴３６が形成されており、その内部にはロックピン３１が摺動可能に嵌入されている。ロックピン３１は、コイルばね３３によってロッカアーム２１の基端側、すなわち可動カムフォロワ２３から離間する方向に向けて常時付勢されている。
【００３４】
ロックピン３１には、その中央部から先端側にかけて溝３２が形成されている。この溝３２には、可動カムフォロワ２３の下端部が嵌入可能となっている。さらに、溝３２の先端側は、可動カムフォロワ２３の上下方向の摺動を許容すべく底面が切り欠かれている。一方、溝３２の中央部側（基端側）は、可動カムフォロワ２３の下端と当接可能なようにその底面が残されている。
【００３５】
シリンダ穴３６にあってロックピン３１によって区画されたロッカアーム２１の基端側の空間３４は、同ロックピン３１を動作させるための作動油が導入される油圧室となっている。この油圧室３４は、ロッカアーム２１内に形成された油通路４９と接続されている。さらにこの油通路４９は、ロッカシャフト２０内に形成された油通路４３と接続されており、これら油通路４３，４９を通じて行われる作動油の供給及び排出によって、油圧室３４内の油圧が調整される。そしてロックピン３１は、この油圧室３４内の油圧に基づく力と前記コイルばね３３の付勢力とのつり合いに応じてシリンダ穴３６内を移動し、図４（ａ）に示す位置と図４（ｂ）に示す位置との間を往復摺動する。
【００３６】
ロッカアーム２１と可動カムフォロワ２３との締結を解除する場合、上記油圧室３４内から作動油を排出して同室３４内の油圧を低下させる。その結果、ロックピン３１は、コイルばね３３の付勢力によってロッカアーム２１の基端側に向けて移動し、図４（ａ）に示す位置に位置するようになる。このとき、可動カムフォロワ２３の下端部は、ロックピン３１の溝３２の底面が切り欠かれた部分に位置しているため、その上下方向の摺動が許容される。
【００３７】
他方、ロッカアーム２１と可動カムフォロワ２３とを締結する場合、上記油圧室３４に作動油を供給して同油圧室３４内の油圧を上昇させる。その結果、ロックピン３１は、コイルばね３３の付勢力に抗してロッカアーム２１の先端側に移動し、図４（ｂ）に示す位置に位置するようになる。このとき、可動カムフォロワ２３の下端部は、ロックピン３１の溝３２の底面が残された部分に位置するようになる。このとき可動カムフォロワ２３が押し下げられると、その下端面と溝３２の底面とが当接する。
【００３８】
このときのカム１１の押圧は、可動カムフォロワ２３及びロックピン３１の当接を通じてロッカアーム２１にも直接的に伝達されるようになる。すなわち、このときの可動カムフォロワ２３とロッカアーム２１とは連結された状態となり、一体となって回動するようになる。そしてこの場合には、ロッカアーム２１はカム１１によって回動されるようになり、機関バルブ１３もカム１１によって開閉駆動されるようになる。
【００３９】
従って、ＥＣＵ６０は、可変動弁装置の油圧回路内に設けられた電磁弁などを制御して油圧室３４への作動油の供給を制御することにより、機関バルブ１３の作動及び停止を制御することができる。
【００４０】
［リフトセンサ］
次に、リフトセンサについて説明する。図５に、本実施形態に適用可能なリフトセンサの一例を示す。なお、このリフトセンサ６９は、作動トランス型のリフトセンサである。なお、図５に示すリフトセンサ６９は、各気筒の吸気弁及び排気弁に対してそれぞれ設けられる。
【００４１】
図５において、リフトセンサ６９は、弁７１の軸７２とバルブスプリング６３との間の環状の空間に、弁７１と同一中心となるようにバルブガイド７４に取付けられ、且つその外周面にコイル７５を有するボビン７６と、ボビン７６内を弁７１の動作に合わせて上下動するように上端部をスプリングリテーナ６７に固定された円筒状の非磁性のコア６８とを含んで構成される。コイル７５は、一次コイルとその上に密着して巻回された二次コイルとからなり、かつ二次コイルの一部をダミーコイルとして外部に設けることによって、分離型作動トランスを構成している。このようにすることで、ボビン７６とコイル７５の全長を短くすることが可能である。この分離型差動トランスを高周波により励磁すると、コア６８がコイル７５のボビン７６内を移動する際の渦電流効果により大きな出力電圧が得られる。これにより、スプリングリテーナ６７、即ちこれと一体をなす弁７１の動作を高精度で測定することが出来る。
【００４２】
本実施形態では、リフトセンサ６９が、エンジン５０の各気筒の吸気バルブ及び排気バルブに装着され、それぞれが図１に示すようにリフト量を検出してリフト量検出信号７３をＥＣＵ６０へ供給する。なお、ここではリフトセンサとして作動トランス型のリフトセンサを例示したが、例えば静電容量型又は光波干渉式等の他のタイプのセンサを用いても良い。即ち、本発明では、各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉状態を独立して検出することができれば、どのような機構によるリフトセンサを使用することもできる。
【００４３】
［休止・復帰動作異常とその影響］
次に、気筒休止機構の動作異常と、その排気ガスに対する影響について説明する。図６に、気筒の休止動作時の動作異常状態と、各状態における気筒内の状態及びＡ／Ｆへの影響との関係を示す。休止動作時であるから、ＥＣＵ６０は排気弁及び吸気弁の両方を閉じた状態とするよう可変動弁装置を制御している。よって、排気弁及び吸気弁は閉じた状態で休止していれば正常であり、作動していれば異常である。なお、この場合、ＥＣＵ６０からの気筒休止指示に応じて、燃料噴射は停止していることを前提としている。
【００４４】
図６を参照すると、状態１−１は、排気弁は正しく閉じているが、吸気弁が作動（即ち、開閉動作）している状態である。よって、本来、休止対象となる気筒（以下、「休止気筒」とも呼ぶ。）の燃焼室内に閉じこめられるべき燃焼ガスが吸気側に逆流して他気筒へ流れ込むため、他気筒では大量のＥＧＲ（Exhausted Gas Recirculation）が生じ、Ａ／Ｆはリッチ状態となる。
【００４５】
状態１−２の場合は、吸気弁が閉じているので燃焼室への新気の吸入はなく、排気弁が開いているために排気ガスが排気側に排気される。排気ガスが排気されると燃焼室内は負圧が発生する。しかし、吸気弁が閉じているので他気筒に排気ガスが及んだり、休止気筒が他気筒分の新気を吸入してしまったりということはないので、休止気筒、他気筒ともに特に悪影響は生じない。
【００４６】
状態１−３の場合は、吸気弁及び排気弁の双方が作動しているため、通常の動作状態と同様であり、排気、吸気が繰り返される。この場合、休止すべき休止気筒は他気筒分の新気を吸入してしまうため、他気筒は吸入空気量が低下し、その結果、Ａ／Ｆはリッチ状態となる。また、休止状態を解除した直後は、休止気筒の燃焼室内にある新気がそのまま排気側へ排出されるため、一時的にリーン状態となる。
【００４７】
次に、休止していた気筒の復帰時の動作異常について説明する。図７は、休止していた気筒の復帰動作時の動作異常状態と、各状態における気筒内の状態及びＡ／Ｆへの影響との関係を示す。復帰時であるから、ＥＣＵ６０は排気弁及び吸気弁の両方を作動状態とするよう可変動弁装置を制御している。よって、排気弁及び吸気弁は作動して開閉を行っていれば正常であり、閉じた状態で停止していれば異常である。なお、この場合、休止状態からの気筒の復帰指示に応じて、燃料噴射及び点火を実行することを前提としている。
【００４８】
状態２−１の場合は、排気弁は正しく作動を開始したが、吸気弁が依然として休止状態にある。吸気弁が閉じているため、休止している気筒の分の新気が他気筒へ流れるため、Ａ／Ｆはリーン状態となる。また、燃料噴射の実行により吸気通路（ポート）内に燃料溜まりが発生する。よって、その後、吸気弁が正しく作動を開始したときには、吸気通路（ポート）内に溜まっていた過剰な燃料の影響によりＡ／Ｆは一時的にリッチ状態となる。
【００４９】
状態２−２の場合、排気弁が依然として休止したままであり、吸気弁は正しく作動している。燃料噴射及び点火が行われて燃焼室内には燃焼ガスが発生するが、排気弁が閉じたままであるので、排気がなされず、燃焼ガスは吸気側に逆流する。逆流した燃焼ガスは他気筒へ流れ込むため、大量ＥＧＲ状態となり、他気筒は吸入空気量が不足してＡ／Ｆはリッチ状態となる。
【００５０】
状態２−３の場合、排気弁、吸気弁ともに依然として閉じたままとなっている。よって、状態２−１の場合と同様に、吸気弁が閉じているため、休止している気筒の分の新気が他気筒へ流れ、Ａ／Ｆはリーン状態となる。また、燃料噴射の実行により吸気通路（ポート）内に燃料溜まりが発生する。よって、その後、吸気弁が正しく作動を開始したときには、吸気通路（ポート）内に溜まっていた過剰な燃料の影響によりＡ／Ｆは一時的にリッチ状態となる。
【００５１】
［動作異常判定処理］
次に、リフトセンサを利用した動作異常判定処理について説明する。
【００５２】
（休止動作異常判定処理）
まず、休止動作異常判定処理について説明する。図８に、休止動作異常判定処理のフローチャートを示す。なお、以下の処理は、基本的にＥＣＵ６０がリフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、休止の対象となっている気筒の吸気弁及び排気弁の動作状態（停止しているか、作動しているか）を検出し、その検出結果に基づいて各種の制御を行うものである。また、以下の処理は、所定の気筒休止条件が具備された場合に、ＥＣＵ６０が前述の可変動弁機構を制御して排気弁及び吸気弁の作動を停止し、燃料噴射を停止する指示を発した状態で、休止の対象となった当該気筒について実行される。
【００５３】
図８において、まず、ＥＣＵ６０は、リフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、休止の対象となった気筒の排気弁に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１）。排気弁が異常である、即ち、停止すべきである排気弁が作動している場合（ステップＳ１；Yes）、休止時の動作異常状態１−２又は１−３に該当する。図６に示すように、状態１−２の場合は特に悪影響はないが、状態１−３の場合は燃料噴射が停止されているにもかかわらず吸気弁及び排気弁の両方が作動しているため、吸気側からの新気がそのまま排気側へ流れ出して、Ａ／Ｆがリーン状態になる、触媒の劣化が促進するなどの影響が生じる。また、休止対象以外の気筒への吸入空気量が異常となって燃焼が正しく行われず、トルク段差などが生じることもある。よって、ＥＣＵ６０は減筒を中止し、通常運転を継続するように制御する。即ち、ＥＣＵ６０は、まず吸気弁の停止を禁止し（ステップＳ２）、さらに燃料噴射及び点火を実行する（ステップＳ３）。これにより、当該気筒の休止は中止される。そして、ＥＣＵ６０は、気筒を休止しようとしたところで動作異常が生じたので、現在のトリップ中は減筒を禁止するように設定する（ステップＳ４）。なお、「トリップ」とは、一度エンジンを起動してからエンジンを停止するまでの期間をいう。
【００５４】
一方、排気弁が正常に停止していることが検出された場合（ステップＳ１；No）、ＥＣＵ６０は吸気弁が正常に停止したか否かを判定する（ステップＳ５）。この判定も、当該気筒の吸気弁に対応するリフトセンサ６９からのリフト量検出信号を参照することにより行われる。吸気弁が異常である、即ち、停止すべきである吸気弁が作動している場合、休止時の動作異常状態１−１に該当する。
【００５５】
この場合、排気弁は停止しているが吸気弁が作動しているため、前回のサイクルにおける燃焼ガスが排出されずに燃焼室内に残り、それが吸気弁から吸気側に逆流する。よって、他気筒が大量ＥＧＲ状態となる。よって、ＥＣＵ６０は、まず、ＥＧＲ量に応じて休止気筒以外の通常運転気筒の燃料噴射量を減少させる（ステップＳ６）。これは、休止対象の気筒からのＥＧＲにより燃焼ガスが他気筒に回って、他気筒の新気の割合が低下するので、それに応じて燃料の噴射量を減少させるのである。次に、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲ量に応じて、通常運転気筒の点火時期を補正する（ステップＳ７）。具体的には、ＥＧＲの分だけ燃焼速度が遅くなるので、その分点火時期を早めるように点火時期を補正する。このように、ＥＣＵ６０はステップＳ６及びＳ７の処理により、休止異常が発生した気筒からの大量ＥＧＲが発生しても、他の通常動作気筒が正常に動作できるようにする。そして、ＥＣＵ６０は、現在のトリップ中は減筒を禁止する設定を行う（ステップＳ４）。
【００５６】
また、ステップＳ５において、吸気弁が正常に停止していることが検出された場合、当該気筒の休止動作は正常であるので、処理は終了する。
【００５７】
（復帰動作異常判定処理）
次に、復帰動作異常判定処理について説明する。図９に、復帰動作異常判定処理のフローチャートを示す。この処理も、ＥＣＵ６０がリフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、休止の対象となっている気筒の吸気弁及び排気弁の動作状態を検出し、その検出結果に基づいて各種の制御を行うものである。また、以下の処理は、所定の気筒復帰条件が具備された場合に、ＥＣＵ６０が前述の可変動弁機構を制御して排気弁及び吸気弁の作動を再開し、燃料噴射を開始する指示を発した状態で、復帰の対象となる気筒について実行される。
【００５８】
図９において、まず、ＥＣＵ６０は、リフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、復帰の対象である気筒の排気弁に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。排気弁が異常である、即ち、作動を開始すべき排気弁が依然として休止している場合（ステップＳ１１；Yes）、図７に示すように、復帰時の動作異常状態２−２又は２−３に該当する。このうち、状態２−２の場合は他気筒への大量ＥＧＲが発生し、他気筒の燃焼動作に悪影響が及ぶため、これを回避する必要がある。また、状態２−３の場合はポートに燃料溜まりが生じて燃料が過剰となり燃焼に異常が生じる場合もある。よって、ＥＣＵ６０は減筒状態を維持するように制御を行う。つまり、まず、ＥＣＵ６０は吸気弁の復帰を禁止し（ステップＳ１２）、さらに燃料噴射及び点火を禁止する（ステップＳ１３）。そして、現在のトリップ中は常時減筒運転とし、通常運転への復帰を行わないように設定する（ステップＳ１４）。こうして、他気筒への悪影響を回避する。
【００５９】
一方、排気弁が正常に作動した場合（ステップＳ１１；No）、次にＥＣＵ６０は吸気弁が正常に作動しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。この判定も、リフトセンサ６９からのリフト量検出信号に基づいて行われる。そして、吸気弁が異常、即ち依然として休止している場合（ステップＳ１５；Yes）、ＥＣＵ６０は当該サイクルでの燃料噴射が完了したか、言い換えれば、燃料噴射が吸気と同期しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。
【００６０】
燃料噴射が未だ行われていない場合（ステップＳ１６；No）、燃料噴射は吸気と同期している。この場合、燃焼を中止すべくＥＣＵ６０は燃料噴射及び点火を禁止し（ステップＳ１８）、現在のトリップ中には常時減筒運転に設定する（ステップＳ１９）。
【００６１】
一方、噴射が完了してしまった場合（ステップＳ１６；Yes）、燃料噴射は吸気と同期していないことになる。この場合、ＥＣＵは次のサイクルでの燃料噴射量を調整するように設定を行う。これは、今回のサイクルで燃焼を噴射したので、その燃料が燃焼室内に残っていることになり、次のサイクルでまた通常通り燃料を噴射すると燃料が過多となるからである。よって、今回の燃料噴射量を記憶しておき、次のサイクルでは不足分のみ燃料を噴射する、又は、不足していなければ燃料噴射は停止する。さらに、ＥＣＵ６０は、その後の燃料噴射時期を吸気時期と同期させるように設定する（ステップＳ１７）。そして、次のサイクルでステップＳ１５の判断を再度行う。
【００６２】
一方、ステップＳ１５で吸気弁が異常でない、つまり作動していると判定された場合、ＥＣＵ６０は、その判定はステップＳ１５における１回目の判定か否かを判定する（ステップＳ２０）。先に述べたように、ステップＳ１５で一度吸気弁異常が検出され、ステップＳ１６でYesと判定された場合、処理はステップＳ１５へ戻ることになる。よって、ステップＳ２０では、ＥＣＵ６０は１回目の判定であったか、２回目以降の判定であったかを判定する。
【００６３】
１回目の判定であった場合（ステップＳ２０；Yes）、排気弁及び吸気弁の双方が正常に作動しているので、処理は終了する。一方、２回目以降の判定であった場合（ステップＳ２０：No）、当初は吸気弁は正常に作動しなかったが、数サイクル後に正常に作動し始めたということになる。よって、現在は正常に作動しているのであるが、一度、復帰時に異常が検出されたので当該気筒には何らかの不具合がある可能性があるとして、現在のトリップ中は当該気筒の休止を禁止する（ステップＳ２１）。そして、処理を終了する。
【００６４】
なお、上記の例における動作異常検出後の処置は一例であり、これに限定されるものではない。即ち、減筒禁止や復帰禁止を設定するか否か、設定する場合にはその期間をどう決めるか（上記の例では現在のトリップ中としている）などは、他の様々な要因を考慮して決定することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明では、気筒休止時や気筒復帰時の吸気弁及び排気弁の動作異常を個別に検出し、動作異常の状態に応じて適切な処置を行う。これにより、吸気休止又は復帰時の異常によるエミッションの異常、ドライバビリティの悪化、触媒の劣化促進などの問題を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジンの概略構成を示す。
【図２】可変動弁装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示す可変動弁装置の側部断面構造を示す図である。
【図４】図２に示す可変動弁装置のカム切り換え機構の側部断面図である。
【図５】リフトセンサの一例を示す。
【図６】休止時の吸気弁及び排気弁の異常状態と、排気などへの影響の関係を示す図表である。
【図７】休止状態からの復帰時の吸気弁及び排気弁の異常状態と、排気などへの影響との関係を示す図表である。
【図８】休止動作異常判定処理のフローチャートである。
【図９】復帰動作異常判定処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１３ 機関バルブ
２１ ロッカアーム
２３ 可動カムフォロワ
３１ ロックピン
５０ エンジン
５３ 排気通路
５６ Ａ／Ｆセンサ
６０ ＥＣＵ
６９ リフトセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒休止機構を有するエンジンの制御装置に関し、特に気筒の休止動作及び休止状態からの復帰動作における異常を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費向上などの観点から、比較的多数の気筒を有するエンジンにおいて、その一部の気筒を休止させる気筒休止機構を備えたエンジンが知られている。なお、一部の気筒が休止した状態を以下、「減筒状態」とも呼ぶ。気筒の休止は、一般的に、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの気筒休止指示に応答して、指定された気筒の排気弁及び吸気弁の少なくとも一方を閉じるとともに、当該気筒への燃料の供給を停止することにより行われる。
【０００３】
しかし、気筒休止指示がなされた後、何らかの原因で排気弁や吸気弁が正しく休止動作を行わない場合がある。例えば、弁の開閉を油圧回路により行うタイプの可変動弁機構では、弁を開閉駆動させる機構に対して油圧によりロックピンなどを挿入して弁の可動状態／休止状態を切り換えるものがある。そのような場合、油圧の変動やロックピンの挿入タイミングのずれなどにより、気筒休止指示の直後に弁を正しく休止状態にできないこともある。このような弁の状態の切り換え失敗は、油圧回路を使用する可変動弁機構に限らず生じうる。また、一旦休止させた気筒を作動状態に復帰させるときにも、同様の問題が起こりうる。即ち、復帰指示がなされたにもかかわらず、弁が直ちに動作を開始しないことがある。
【０００４】
減筒状態においては、休止中の気筒は弁が閉じているために吸排気はなされないとの前提の下で、作動する気筒数に対応した量の空気が他の気筒に供給される。よって、休止すべき気筒が作動していたり、復帰すべき弁が休止したままであったりというように、休止動作又は復帰動作の異常が生じると、正しく燃焼が行われず、エミッション異常が生じうる。また、失火やトルクの段差などによりドライバビリティが低下したり、混合比の異常により触媒の劣化が生じるなどの不具合が生じうる。
【０００５】
このような観点から、エンジンの吸気管内に圧力センサを設け、検出された吸気管内の圧力値に応じて気筒休止機構の動作異常を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９７９７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、気筒休止機構の動作異常は、厳密には吸気弁の動作不良、排気弁の動作不良、吸気弁と排気弁の両方の動作不良などの異なるパターンがあり、それぞれの状態においてエミッション、ドライバビリティ、触媒などに与える影響が異なる。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、気筒休止機構の動作異常に、吸気弁及び排気弁の動作不良を個別に検出し、異常状態毎に適した対策を行うことが可能な気筒休止機構付きエンジン制御装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、複数の気筒を有するエンジンの制御装置は、前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、前記処置手段は、前記減筒運転状態において、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には、他の気筒における燃料噴射量を減少させるとともに点火時期を早め、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁を開状態とする。
【００１０】
上記のエンジンの制御装置は、気筒休止時には、休止の対象となる気筒に対する燃焼噴射を停止するとともに、吸気弁及び排気弁を閉じる。異常検出手段は、気筒休止機構による気筒の休止又は休止からの復帰時に、吸気弁又は排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する。ここで、異常には、吸気弁の異常と排気弁の異常があり、処置手段は前記排気弁の異常が検出された場合と、前記吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する。これにより、異常の状態に応じて、適切な処置が施され、異常による悪影響が発生することを効果的に防止することができる。
【００１１】
また、前記処置手段は、前記減筒運転状態において、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には、他の気筒における燃料噴射量を減少させるとともに点火時期を早め、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁を開状態とする。
【００１２】
気筒休止時において、吸気弁に異常がある場合でも排気弁が正常に休止していればその気筒については大きな問題はない。但し、燃焼ガスが他気筒にＥＧＲとして流れるなどの問題があるので、他気筒については、ＥＧＲの分を考慮して燃料噴射量や点火時期の調整を行う。これにより、他気筒の燃焼に悪影響が及ぶことを回避できる。一方、排気弁に異常がある場合、吸気弁も動作していると新気が排気側に流れてしまい排気側に悪影響が生じるので、吸気弁を閉じ、排気側への悪影響を防止する。
【００１３】
上記のエンジンの制御装置の一態様では、前記処置手段は、減筒運転状態において吸気弁又は排気弁の少なくとも一方に異常が検出された場合には、所定期間にわたって当該気筒の休止を禁止する。気筒休止時にその気筒に異常が検出された場合は、その気筒に何らかの故障や不安定要素がある可能性があるので、安全の面から、当該気筒の休止を所定期間にわたり禁止することが好ましい。
【００１４】
本発明の他の観点では、複数の気筒を有するエンジンの制御装置は、前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、前記処置手段は、減筒運転状態から通常運転状態への復帰時において、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には燃料噴射を禁止するとともに吸気弁を閉状態とし、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には燃料噴射を禁止する。
【００１５】
気筒の休止状態からの復帰時において、排気弁に異常があると、燃焼噴射により燃料が燃焼室に溜まったり、燃焼ガスが他気筒へ流れ出して大量ＥＧＲ状態を生じるなどの悪影響が生じるので、燃料噴射を禁止するとともに吸気弁を閉状態として、他気筒への影響を防止する。一方、吸気弁に異常がある場合は新気を吸入できない状態で燃料が過多となるので、燃料噴射を禁止する。
【００１６】
上記のエンジンの制御装置の一態様では、前記処置手段は、減筒運転状態から通常運転状態への復帰時に、休止している気筒の吸気弁又は排気弁の少なくとも一方に異常が検出された場合には、所定期間にわたって当該気筒の減筒運転状態からの復帰を禁止する。気筒休止状態からの復帰時にその気筒に異常が検出された場合は、その気筒に何らかの故障や不安定要素がある可能性があるので、安全の面から、当該気筒の復帰を所定期間にわたり禁止し、減筒状態を維持することが好ましい。
【００１７】
本発明の他の観点では、複数の気筒を有するエンジンの制御装置は、前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、前記処置手段は、減筒運転状態時又は減筒運転状態から通常運転状態への復帰時において、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁の作動状態と休止状態の間の状態移行を禁止し、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には排気弁の作動状態と休止状態の間の移行を許可したまま燃焼制御を行う。これにより、排気側の異常の場合には状態移行を禁止して、排気側へ大きな悪影響が生じることを防止することができる。
【００１８】
上記のエンジンの制御装置の他の一態様では、前記異常検出手段は、各気筒毎に吸気弁及び排気弁の動作状態を検出するリフトセンサとすることができる。これにより、各気筒の吸気弁及び排気弁の異常を個別に検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
本発明は、気筒休止機構を備えるエンジンにおいて、一部気筒の休止時及び休止状態からの復帰時における動作異常を、吸気弁及び排気弁の位置検出などにより直接的に検出し、異常状態に適合した対策を施すことを特徴とする。
【００２１】
［エンジンの構成］
まず、本発明の適用対象となる、気筒休止機構を備えるエンジンについて説明する。図１は、気筒休止機構を備えるエンジン５０の概略構成を示す。なお、図１においては、本発明の制御に直接関係の無い要素を省略している。
【００２２】
図示のように、エンジン５０は複数の気筒を備える。図１の例では、エンジン５０は８気筒（＃１〜＃８）を備えており、気筒＃１と＃７、気筒＃２と＃８、気筒＃３と＃５、気筒＃４と＃６がそれぞれ組になって動作する。即ち、減筒状態においても、各組のうちの少なくとも一方の気筒は作動する。なお、８つの気筒の点火順序は、気筒＃１→＃８→＃４→＃３→＃６→＃５→＃７→＃２の順である。図１における左側の４気筒（＃１、＃３、＃５、＃７）を第１バンク、右側の４気筒（＃２、＃４、＃６、＃８）を第２バンクと呼ぶ。
【００２３】
各気筒からの排気ガスは排気通路５４に排出され、矢印８０の方向へ送られる。各排気通路５４にはＡ／Ｆセンサ５６が設けられており、排気ガスのＡ／Ｆ値を検出してＥＣＵ６０へ送る。排気通路５４のＡ／Ｆセンサ５６より下流側には、エミッションの浄化処理を行うための触媒５８が設けられている。
【００２４】
また、各気筒には、それぞれリフトセンサ６９が設けられている。リフトセンサ６９は、各気筒の吸気弁及び排気弁のリフト量を個別に検出する。よって、リフトセンサ６９により、吸気弁及び排気弁の開閉状態を気筒毎に検出することができる。リフトセンサ６９による各気筒の吸気弁及び排気弁のリフト量検出信号７３はＥＣＵ６０に入力される。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、図示しない各種センサからの出力に基づいてエンジン５０の全体動作を制御する。また、ＥＣＵ６０は、制御信号７２を各気筒の可変動弁機構に供給して、各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉制御を行う。
【００２６】
さらに、ＥＣＵ６０は、各気筒毎に設けられたリフトセンサ６９から、各気筒の吸気弁及び排気弁のリフト量検出信号を受け取り、それに基づいて各吸気弁及び排気弁が停止状態にあるか、作動（開閉動作）状態にあるかを判定する。ＥＣＵ６０は、リフト量検出信号を利用して、後に詳しく説明するように気筒休止機構の動作異常を検出し、異常状態に応じて適切な処置を実行する。
【００２７】
気筒の休止は、ＥＣＵ６０が、対象となる気筒の吸気弁及び排気弁を閉じるとともに、当該気筒の吸気通路への燃料噴射を停止することにより行われる。より具体的には、ＥＣＵ６０は、まず、可変動弁機構を制御して排気弁を閉じ、次に燃料噴射を停止し、次に可変動弁機構を制御して吸気弁を閉じる。これにより、通常、気筒休止中には燃焼室内には排気ガスが残留した状態となる。一方、気筒休止状態からの復帰時には、ＥＣＵ６０はまず排気弁を開け、次に燃料噴射を開始し、次に吸気弁を開ける。
【００２８】
［可変動弁装置］
次に、各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉を制御する可変動弁装置について説明する。図２及び図３に、油圧回路により制御される可変動弁装置の構造を示す。図２は、可変動弁装置の斜視図であり、図３はその側部断面図である。
【００２９】
図３に示されるように、可変動弁装置は、カム１１が設けられたカムシャフト１０を備えている。カム１１の下方には、ロッカシャフト２０に回動可能に軸支されたロッカアーム２１が設けられている。このロッカアーム２１の先端側には、アーム２２が前方へと突出する態様で形成されている。このアーム２２の先端は、一対の機関バルブ１３の上端と当接されており、バルブスプリングの付勢力によってそれらバルブ１３が閉弁される側に押圧されている。そして、ロッカシャフト２０を軸としたロッカアーム２１の回動にともない揺動されるアーム２２の押圧に基づき、機関バルブ１３は開閉駆動される。
【００３０】
図２及び図３に示されるように、ロッカアーム２１の上面には、カム１１に対応した可動カムフォロワ２３が配設されている。可動カムフォロワ２３は、ロッカアーム２１の上下方向に沿って形成された摺動孔３５（図３）内に摺動可能に配設されている。また、これら可動カムフォロワ２３は、コイルばね（図示略）の付勢力によってカム１１に向けて常時付勢されている。そのため、可動カムフォロワ２３は、カム１１とすべり接触をしつつ、その押圧を受けるようになる。
【００３１】
ロッカアーム２１の下方には、上記可動カムフォロワ２３が嵌入された摺動孔３５と交差するシリンダ穴３６が形成されている。シリンダ穴３６内には、ロッカアーム２１と可動カムフォロワ２３とを選択的に締結若しくは締結解除するロックピン３１が摺動可能に配設されている。
【００３２】
次に、ロックピン３１を中心として構成されるカム切り換え機構について、図４（ａ）及び４（ｂ）に基づき詳細に説明する。なお、図４（ａ）及び４（ｂ）３はロックピン３１付近の側部断面構造を示す断面図であり、図４（ａ）は締結解除時の態様を、図４（ｂ）は締結時の態様をそれぞれ示している。
【００３３】
先述したように、可動カムフォロワ２３はロッカアーム２１を上下に貫く摺動孔３５内に摺動可能に嵌入されている。さらにロッカアーム２１の下方には、この摺動孔３５と交差するシリンダ穴３６が形成されており、その内部にはロックピン３１が摺動可能に嵌入されている。ロックピン３１は、コイルばね３３によってロッカアーム２１の基端側、すなわち可動カムフォロワ２３から離間する方向に向けて常時付勢されている。
【００３４】
ロックピン３１には、その中央部から先端側にかけて溝３２が形成されている。この溝３２には、可動カムフォロワ２３の下端部が嵌入可能となっている。さらに、溝３２の先端側は、可動カムフォロワ２３の上下方向の摺動を許容すべく底面が切り欠かれている。一方、溝３２の中央部側（基端側）は、可動カムフォロワ２３の下端と当接可能なようにその底面が残されている。
【００３５】
シリンダ穴３６にあってロックピン３１によって区画されたロッカアーム２１の基端側の空間３４は、同ロックピン３１を動作させるための作動油が導入される油圧室となっている。この油圧室３４は、ロッカアーム２１内に形成された油通路４９と接続されている。さらにこの油通路４９は、ロッカシャフト２０内に形成された油通路４３と接続されており、これら油通路４３，４９を通じて行われる作動油の供給及び排出によって、油圧室３４内の油圧が調整される。そしてロックピン３１は、この油圧室３４内の油圧に基づく力と前記コイルばね３３の付勢力とのつり合いに応じてシリンダ穴３６内を移動し、図４（ａ）に示す位置と図４（ｂ）に示す位置との間を往復摺動する。
【００３６】
ロッカアーム２１と可動カムフォロワ２３との締結を解除する場合、上記油圧室３４内から作動油を排出して同室３４内の油圧を低下させる。その結果、ロックピン３１は、コイルばね３３の付勢力によってロッカアーム２１の基端側に向けて移動し、図４（ａ）に示す位置に位置するようになる。このとき、可動カムフォロワ２３の下端部は、ロックピン３１の溝３２の底面が切り欠かれた部分に位置しているため、その上下方向の摺動が許容される。
【００３７】
他方、ロッカアーム２１と可動カムフォロワ２３とを締結する場合、上記油圧室３４に作動油を供給して同油圧室３４内の油圧を上昇させる。その結果、ロックピン３１は、コイルばね３３の付勢力に抗してロッカアーム２１の先端側に移動し、図４（ｂ）に示す位置に位置するようになる。このとき、可動カムフォロワ２３の下端部は、ロックピン３１の溝３２の底面が残された部分に位置するようになる。このとき可動カムフォロワ２３が押し下げられると、その下端面と溝３２の底面とが当接する。
【００３８】
このときのカム１１の押圧は、可動カムフォロワ２３及びロックピン３１の当接を通じてロッカアーム２１にも直接的に伝達されるようになる。すなわち、このときの可動カムフォロワ２３とロッカアーム２１とは連結された状態となり、一体となって回動するようになる。そしてこの場合には、ロッカアーム２１はカム１１によって回動されるようになり、機関バルブ１３もカム１１によって開閉駆動されるようになる。
【００３９】
従って、ＥＣＵ６０は、可変動弁装置の油圧回路内に設けられた電磁弁などを制御して油圧室３４への作動油の供給を制御することにより、機関バルブ１３の作動及び停止を制御することができる。
【００４０】
［リフトセンサ］
次に、リフトセンサについて説明する。図５に、本実施形態に適用可能なリフトセンサの一例を示す。なお、このリフトセンサ６９は、作動トランス型のリフトセンサである。なお、図５に示すリフトセンサ６９は、各気筒の吸気弁及び排気弁に対してそれぞれ設けられる。
【００４１】
図５において、リフトセンサ６９は、弁７１の軸７２とバルブスプリング６３との間の環状の空間に、弁７１と同一中心となるようにバルブガイド７４に取付けられ、且つその外周面にコイル７５を有するボビン７６と、ボビン７６内を弁７１の動作に合わせて上下動するように上端部をスプリングリテーナ６７に固定された円筒状の非磁性のコア６８とを含んで構成される。コイル７５は、一次コイルとその上に密着して巻回された二次コイルとからなり、かつ二次コイルの一部をダミーコイルとして外部に設けることによって、分離型作動トランスを構成している。このようにすることで、ボビン７６とコイル７５の全長を短くすることが可能である。この分離型差動トランスを高周波により励磁すると、コア６８がコイル７５のボビン７６内を移動する際の渦電流効果により大きな出力電圧が得られる。これにより、スプリングリテーナ６７、即ちこれと一体をなす弁７１の動作を高精度で測定することが出来る。
【００４２】
本実施形態では、リフトセンサ６９が、エンジン５０の各気筒の吸気バルブ及び排気バルブに装着され、それぞれが図１に示すようにリフト量を検出してリフト量検出信号７３をＥＣＵ６０へ供給する。なお、ここではリフトセンサとして作動トランス型のリフトセンサを例示したが、例えば静電容量型又は光波干渉式等の他のタイプのセンサを用いても良い。即ち、本発明では、各気筒の吸気弁及び排気弁の開閉状態を独立して検出することができれば、どのような機構によるリフトセンサを使用することもできる。
【００４３】
［休止・復帰動作異常とその影響］
次に、気筒休止機構の動作異常と、その排気ガスに対する影響について説明する。図６に、気筒の休止動作時の動作異常状態と、各状態における気筒内の状態及びＡ／Ｆへの影響との関係を示す。休止動作時であるから、ＥＣＵ６０は排気弁及び吸気弁の両方を閉じた状態とするよう可変動弁装置を制御している。よって、排気弁及び吸気弁は閉じた状態で休止していれば正常であり、作動していれば異常である。なお、この場合、ＥＣＵ６０からの気筒休止指示に応じて、燃料噴射は停止していることを前提としている。
【００４４】
図６を参照すると、状態１−１は、排気弁は正しく閉じているが、吸気弁が作動（即ち、開閉動作）している状態である。よって、本来、休止対象となる気筒（以下、「休止気筒」とも呼ぶ。）の燃焼室内に閉じこめられるべき燃焼ガスが吸気側に逆流して他気筒へ流れ込むため、他気筒では大量のＥＧＲ（Exhausted Gas Recirculation）が生じ、Ａ／Ｆはリッチ状態となる。
【００４５】
状態１−２の場合は、吸気弁が閉じているので燃焼室への新気の吸入はなく、排気弁が開いているために排気ガスが排気側に排気される。排気ガスが排気されると燃焼室内は負圧が発生する。しかし、吸気弁が閉じているので他気筒に排気ガスが及んだり、休止気筒が他気筒分の新気を吸入してしまったりということはないので、休止気筒、他気筒ともに特に悪影響は生じない。
【００４６】
状態１−３の場合は、吸気弁及び排気弁の双方が作動しているため、通常の動作状態と同様であり、排気、吸気が繰り返される。この場合、休止すべき休止気筒は他気筒分の新気を吸入してしまうため、他気筒は吸入空気量が低下し、その結果、Ａ／Ｆはリッチ状態となる。また、休止状態を解除した直後は、休止気筒の燃焼室内にある新気がそのまま排気側へ排出されるため、一時的にリーン状態となる。
【００４７】
次に、休止していた気筒の復帰時の動作異常について説明する。図７は、休止していた気筒の復帰動作時の動作異常状態と、各状態における気筒内の状態及びＡ／Ｆへの影響との関係を示す。復帰時であるから、ＥＣＵ６０は排気弁及び吸気弁の両方を作動状態とするよう可変動弁装置を制御している。よって、排気弁及び吸気弁は作動して開閉を行っていれば正常であり、閉じた状態で停止していれば異常である。なお、この場合、休止状態からの気筒の復帰指示に応じて、燃料噴射及び点火を実行することを前提としている。
【００４８】
状態２−１の場合は、排気弁は正しく作動を開始したが、吸気弁が依然として休止状態にある。吸気弁が閉じているため、休止している気筒の分の新気が他気筒へ流れるため、Ａ／Ｆはリーン状態となる。また、燃料噴射の実行により吸気通路（ポート）内に燃料溜まりが発生する。よって、その後、吸気弁が正しく作動を開始したときには、吸気通路（ポート）内に溜まっていた過剰な燃料の影響によりＡ／Ｆは一時的にリッチ状態となる。
【００４９】
状態２−２の場合、排気弁が依然として休止したままであり、吸気弁は正しく作動している。燃料噴射及び点火が行われて燃焼室内には燃焼ガスが発生するが、排気弁が閉じたままであるので、排気がなされず、燃焼ガスは吸気側に逆流する。逆流した燃焼ガスは他気筒へ流れ込むため、大量ＥＧＲ状態となり、他気筒は吸入空気量が不足してＡ／Ｆはリッチ状態となる。
【００５０】
状態２−３の場合、排気弁、吸気弁ともに依然として閉じたままとなっている。よって、状態２−１の場合と同様に、吸気弁が閉じているため、休止している気筒の分の新気が他気筒へ流れ、Ａ／Ｆはリーン状態となる。また、燃料噴射の実行により吸気通路（ポート）内に燃料溜まりが発生する。よって、その後、吸気弁が正しく作動を開始したときには、吸気通路（ポート）内に溜まっていた過剰な燃料の影響によりＡ／Ｆは一時的にリッチ状態となる。
【００５１】
［動作異常判定処理］
次に、リフトセンサを利用した動作異常判定処理について説明する。
【００５２】
（休止動作異常判定処理）
まず、休止動作異常判定処理について説明する。図８に、休止動作異常判定処理のフローチャートを示す。なお、以下の処理は、基本的にＥＣＵ６０がリフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、休止の対象となっている気筒の吸気弁及び排気弁の動作状態（停止しているか、作動しているか）を検出し、その検出結果に基づいて各種の制御を行うものである。また、以下の処理は、所定の気筒休止条件が具備された場合に、ＥＣＵ６０が前述の可変動弁機構を制御して排気弁及び吸気弁の作動を停止し、燃料噴射を停止する指示を発した状態で、休止の対象となった当該気筒について実行される。
【００５３】
図８において、まず、ＥＣＵ６０は、リフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、休止の対象となった気筒の排気弁に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１）。排気弁が異常である、即ち、停止すべきである排気弁が作動している場合（ステップＳ１；Yes）、休止時の動作異常状態１−２又は１−３に該当する。図６に示すように、状態１−２の場合は特に悪影響はないが、状態１−３の場合は燃料噴射が停止されているにもかかわらず吸気弁及び排気弁の両方が作動しているため、吸気側からの新気がそのまま排気側へ流れ出して、Ａ／Ｆがリーン状態になる、触媒の劣化が促進するなどの影響が生じる。また、休止対象以外の気筒への吸入空気量が異常となって燃焼が正しく行われず、トルク段差などが生じることもある。よって、ＥＣＵ６０は減筒を中止し、通常運転を継続するように制御する。即ち、ＥＣＵ６０は、まず吸気弁の停止を禁止し（ステップＳ２）、さらに燃料噴射及び点火を実行する（ステップＳ３）。これにより、当該気筒の休止は中止される。そして、ＥＣＵ６０は、気筒を休止しようとしたところで動作異常が生じたので、現在のトリップ中は減筒を禁止するように設定する（ステップＳ４）。なお、「トリップ」とは、一度エンジンを起動してからエンジンを停止するまでの期間をいう。
【００５４】
一方、排気弁が正常に停止していることが検出された場合（ステップＳ１；No）、ＥＣＵ６０は吸気弁が正常に停止したか否かを判定する（ステップＳ５）。この判定も、当該気筒の吸気弁に対応するリフトセンサ６９からのリフト量検出信号を参照することにより行われる。吸気弁が異常である、即ち、停止すべきである吸気弁が作動している場合、休止時の動作異常状態１−１に該当する。
【００５５】
この場合、排気弁は停止しているが吸気弁が作動しているため、前回のサイクルにおける燃焼ガスが排出されずに燃焼室内に残り、それが吸気弁から吸気側に逆流する。よって、他気筒が大量ＥＧＲ状態となる。よって、ＥＣＵ６０は、まず、ＥＧＲ量に応じて休止気筒以外の通常運転気筒の燃料噴射量を減少させる（ステップＳ６）。これは、休止対象の気筒からのＥＧＲにより燃焼ガスが他気筒に回って、他気筒の新気の割合が低下するので、それに応じて燃料の噴射量を減少させるのである。次に、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲ量に応じて、通常運転気筒の点火時期を補正する（ステップＳ７）。具体的には、ＥＧＲの分だけ燃焼速度が遅くなるので、その分点火時期を早めるように点火時期を補正する。このように、ＥＣＵ６０はステップＳ６及びＳ７の処理により、休止異常が発生した気筒からの大量ＥＧＲが発生しても、他の通常動作気筒が正常に動作できるようにする。そして、ＥＣＵ６０は、現在のトリップ中は減筒を禁止する設定を行う（ステップＳ４）。
【００５６】
また、ステップＳ５において、吸気弁が正常に停止していることが検出された場合、当該気筒の休止動作は正常であるので、処理は終了する。
【００５７】
（復帰動作異常判定処理）
次に、復帰動作異常判定処理について説明する。図９に、復帰動作異常判定処理のフローチャートを示す。この処理も、ＥＣＵ６０がリフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、休止の対象となっている気筒の吸気弁及び排気弁の動作状態を検出し、その検出結果に基づいて各種の制御を行うものである。また、以下の処理は、所定の気筒復帰条件が具備された場合に、ＥＣＵ６０が前述の可変動弁機構を制御して排気弁及び吸気弁の作動を再開し、燃料噴射を開始する指示を発した状態で、復帰の対象となる気筒について実行される。
【００５８】
図９において、まず、ＥＣＵ６０は、リフトセンサ６９の出力するリフト量検出信号に基づいて、復帰の対象である気筒の排気弁に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。排気弁が異常である、即ち、作動を開始すべき排気弁が依然として休止している場合（ステップＳ１１；Yes）、図７に示すように、復帰時の動作異常状態２−２又は２−３に該当する。このうち、状態２−２の場合は他気筒への大量ＥＧＲが発生し、他気筒の燃焼動作に悪影響が及ぶため、これを回避する必要がある。また、状態２−３の場合はポートに燃料溜まりが生じて燃料が過剰となり燃焼に異常が生じる場合もある。よって、ＥＣＵ６０は減筒状態を維持するように制御を行う。つまり、まず、ＥＣＵ６０は吸気弁の復帰を禁止し（ステップＳ１２）、さらに燃料噴射及び点火を禁止する（ステップＳ１３）。そして、現在のトリップ中は常時減筒運転とし、通常運転への復帰を行わないように設定する（ステップＳ１４）。こうして、他気筒への悪影響を回避する。
【００５９】
一方、排気弁が正常に作動した場合（ステップＳ１１；No）、次にＥＣＵ６０は吸気弁が正常に作動しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。この判定も、リフトセンサ６９からのリフト量検出信号に基づいて行われる。そして、吸気弁が異常、即ち依然として休止している場合（ステップＳ１５；Yes）、ＥＣＵ６０は当該サイクルでの燃料噴射が完了したか、言い換えれば、燃料噴射が吸気と同期しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。
【００６０】
燃料噴射が未だ行われていない場合（ステップＳ１６；No）、燃料噴射は吸気と同期している。この場合、燃焼を中止すべくＥＣＵ６０は燃料噴射及び点火を禁止し（ステップＳ１８）、現在のトリップ中には常時減筒運転に設定する（ステップＳ１９）。
【００６１】
一方、噴射が完了してしまった場合（ステップＳ１６；Yes）、燃料噴射は吸気と同期していないことになる。この場合、ＥＣＵは次のサイクルでの燃料噴射量を調整するように設定を行う。これは、今回のサイクルで燃焼を噴射したので、その燃料が燃焼室内に残っていることになり、次のサイクルでまた通常通り燃料を噴射すると燃料が過多となるからである。よって、今回の燃料噴射量を記憶しておき、次のサイクルでは不足分のみ燃料を噴射する、又は、不足していなければ燃料噴射は停止する。さらに、ＥＣＵ６０は、その後の燃料噴射時期を吸気時期と同期させるように設定する（ステップＳ１７）。そして、次のサイクルでステップＳ１５の判断を再度行う。
【００６２】
一方、ステップＳ１５で吸気弁が異常でない、つまり作動していると判定された場合、ＥＣＵ６０は、その判定はステップＳ１５における１回目の判定か否かを判定する（ステップＳ２０）。先に述べたように、ステップＳ１５で一度吸気弁異常が検出され、ステップＳ１６でYesと判定された場合、処理はステップＳ１５へ戻ることになる。よって、ステップＳ２０では、ＥＣＵ６０は１回目の判定であったか、２回目以降の判定であったかを判定する。
【００６３】
１回目の判定であった場合（ステップＳ２０；Yes）、排気弁及び吸気弁の双方が正常に作動しているので、処理は終了する。一方、２回目以降の判定であった場合（ステップＳ２０：No）、当初は吸気弁は正常に作動しなかったが、数サイクル後に正常に作動し始めたということになる。よって、現在は正常に作動しているのであるが、一度、復帰時に異常が検出されたので当該気筒には何らかの不具合がある可能性があるとして、現在のトリップ中は当該気筒の休止を禁止する（ステップＳ２１）。そして、処理を終了する。
【００６４】
なお、上記の例における動作異常検出後の処置は一例であり、これに限定されるものではない。即ち、減筒禁止や復帰禁止を設定するか否か、設定する場合にはその期間をどう決めるか（上記の例では現在のトリップ中としている）などは、他の様々な要因を考慮して決定することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明では、気筒休止時や気筒復帰時の吸気弁及び排気弁の動作異常を個別に検出し、動作異常の状態に応じて適切な処置を行う。これにより、吸気休止又は復帰時の異常によるエミッションの異常、ドライバビリティの悪化、触媒の劣化促進などの問題を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジンの概略構成を示す。
【図２】可変動弁装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示す可変動弁装置の側部断面構造を示す図である。
【図４】図２に示す可変動弁装置のカム切り換え機構の側部断面図である。
【図５】リフトセンサの一例を示す。
【図６】休止時の吸気弁及び排気弁の異常状態と、排気などへの影響の関係を示す図表である。
【図７】休止状態からの復帰時の吸気弁及び排気弁の異常状態と、排気などへの影響との関係を示す図表である。
【図８】休止動作異常判定処理のフローチャートである。
【図９】復帰動作異常判定処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１３ 機関バルブ
２１ ロッカアーム
２３ 可動カムフォロワ
３１ ロックピン
５０ エンジン
５３ 排気通路
５６ Ａ／Ｆセンサ
６０ ＥＣＵ
６９ リフトセンサ
Claims (6)
- 複数の気筒を有するエンジンの制御装置において、
前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、
前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、
吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、
排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、
前記処置手段は、前記減筒運転状態において、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には、他の気筒における燃料噴射量を減少させるとともに点火時期を早め、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁を開状態とすることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 前記処置手段は、減筒運転状態において、休止している気筒の吸気弁又は排気弁の少なくとも一方に異常が検出された場合には、所定期間にわたって当該気筒の休止を禁止することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
- 複数の気筒を有するエンジンの制御装置において、
前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、
前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、
吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、
排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、
前記処置手段は、減筒運転状態から通常運転状態への復帰時において、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には燃料噴射を禁止するとともに吸気弁を閉状態とし、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には燃料噴射を禁止することを特徴とするエンジンの制御装置。 - 前記処置手段は、減筒運転状態から通常運転状態への復帰時に、休止している気筒の吸気弁又は排気弁の少なくとも一方に異常が検出された場合には、所定期間にわたって当該気筒の減筒運転状態からの復帰を禁止することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの制御装置。
- 複数の気筒を有するエンジンの制御装置において、
前記複数の気筒の全てを動作させる通常運転状態と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる減筒運転状態とを切り替える運転制御手段と、
前記減筒運転状態において、前記一部の気筒について燃料噴射を停止するとともに吸気弁及び排気弁を閉じる気筒休止機構と、
吸気弁及び排気弁の作動状態及び休止状態の切り換えにおける異常を検出する異常検出手段と、
排気弁の異常が検出された場合と、吸気弁の異常が検出された場合とで、異なる処置を実行する処置手段と、を備え、
前記処置手段は、減筒運転状態時又は減筒運転状態から通常運転状態への復帰時において、休止している気筒の排気弁に異常がある場合には吸気弁の作動状態と休止状態の間の状態移行を禁止し、休止している気筒の吸気弁に異常がある場合には排気弁の作動状態と休止状態の間の移行を許可したまま燃焼制御を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 前記異常検出手段は、各気筒毎に吸気弁及び排気弁の動作状態を検出するリフトセンサであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
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