JP4573173B2 - 可変気筒エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は可変気筒エンジンの制御装置に係り、特に、機関運転中に全気筒のうちの一部の気筒を機関運転状態に応じて休止状態又は運転状態に切り替える可変気筒エンジンの制御装置に関する。

エンジンの部分負荷運転時に、複数の気筒のうち一部の気筒の運転を休止して運転気筒数を減少させることにより、エンジン全体としての燃料消費率の向上を図った可変気筒エンジンが知られている（特許文献１等参照）。

一方、吸気通路内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、筒内燃焼室内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタとを備えたいわゆるデュアル噴射式のエンジンも知られている。例えば、低負荷運転時には筒内噴射により成層燃焼を実現して燃費の改善を図ると共に、高負荷運転時には吸気通路噴射により均質燃焼を実現して出力の増大を図る。

特開２０００−１７０５６０号公報

ところで、可変気筒エンジンにおいて、休止されていた気筒が運転ないし稼働するといった切り替えが発生した場合、当該気筒において燃料噴射が開始されるようになる。しかし当該気筒では、切り替え前に燃料噴射が行われていないことから、切り替え後に吸気通路噴射用インジェクタから燃料噴射がなされると、その噴射燃料の一部が吸気通路の壁面に顕著に付着し、その結果エンジン燃焼室内に供給される燃料量が、エンジン負荷等に応じて予定されている燃料量よりも少なくなる。これにより、切り替えの直後に一時的に空燃比がリーン化してしまうという、いわゆる過渡リーンの問題が発生する。この問題は、可変気筒エンジンをデュアル噴射式とした場合にも同様に起こり得る。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、デュアル噴射式の可変気筒エンジンにおいて、休止気筒が運転状態に切り替わった際の過渡リーンを抑制することができる可変気筒エンジンの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の第一の形態は、全気筒のうちの一部の気筒を機関運転状態に応じて休止状態又は運転状態に切り替える可変気筒エンジンの制御装置において、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、筒内燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、前記一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射期間が吸気弁の開弁期間と少なくとも一部重なるように、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射時期又は前記吸気弁の開弁時期の少なくとも一方を制御する切替制御手段とを備えたことを特徴とする。

この本発明の第一の形態によれば、一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、当該一部の気筒において、吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射期間が吸気弁の開弁期間と少なくとも一部重なるようにされるので、つまり同期噴射が行われるようになるので、吸気弁の開放時に吸気通路内に生成される吸気の流れを利用して、吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料を筒内燃焼室に積極的に流入させることができる。これにより噴射燃料の吸気通路壁面への付着を抑制すると共に筒内流入燃料量を増加し、過渡リーンを抑制することができる。

ここで、好ましくは、前記切替制御手段は、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射時期のみを制御する。

吸気弁の開弁時期を制御しなくて済むので装置構成や制御が簡単となり、また吸気弁の開弁時期を制御する場合に比べて応答性の向上が見込まれる。

好ましくは、前記切替制御手段は、前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射期間が前記吸気弁の開弁期間と重ならなくなるように、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射時期又は前記吸気弁の開弁時期の少なくとも一方を制御することを特徴とする。

例えば、基本状態において、吸気通路噴射用インジェクタの噴射期間が吸気弁の開弁期間より前に設定されている場合には、前記所定時間が経過したとき、同期噴射が終了され、噴射期間は元の吸気弁開弁期間より前の期間に復帰される。

好ましくは、前記吸気通路噴射用インジェクタ及び前記筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料噴射量の全燃料噴射量に対する噴射比率をそれぞれ機関運転状態に基づいて決定する手段と、前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率より多くなるように、前記噴射比率を変更する手段をさらに備える。

これによれば、吸気通路噴射量が基本量よりも増大されるので、その噴射燃料で、気筒休止中に吸気弁や吸気通路壁面等に堆積したデポジットを洗浄できる可能性がある。

好ましくは、前記所定時間は、吸気通路壁面温度及び吸入空気量の少なくとも一方に基づく値である。

本発明の第二の形態は、全気筒のうちの一部の気筒を機関運転状態に応じて休止状態又は運転状態に切り替える可変気筒エンジンの制御装置において、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、筒内燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、これら両インジェクタから噴射される燃料噴射量の全燃料噴射量に対する噴射比率をそれぞれ機関運転状態に基づいて決定する噴射比率決定手段と、前記一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、当該一部の気筒において、前記筒内噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率よりも多くなるように、前記噴射比率を制御する噴射比率制御手段とを備えたことを特徴とする。

この本発明の第二の形態によれば、前記一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、当該一部の気筒において、筒内噴射量が、機関運転状態に基づいて決定される基本量よりも多くされる。よって結果的に、吸気通路噴射量が基本量よりも少なくされ、切替直後の過渡リーンへの影響度が大きい吸気通路噴射量を少なくすることができる。こうして切替時の過渡リーンは抑制される。

好ましくは、前記噴射比率制御手段は、前記筒内噴射用インジェクタの噴射比率が１００％となるように前記噴射比率を制御する。

これによれば、切替直後に吸気通路噴射が行われないので、切替直後の燃料付着に起因する過渡リーンが発生することがない。

好ましくは、前記噴射比率制御手段は、前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記筒内噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率と等しくなるように、前記噴射比率を制御する。

これによれば、切替時から所定時間が経過したとき、筒内噴射用インジェクタの噴射比率が機関運転状態に基づいて決定される基本値に復帰される。

好ましくは、前記噴射比率制御手段は、前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率より多くなるように、前記噴射比率を制御する。

好ましくは、前記所定時間が、吸気通路壁面温度及び吸入空気量の少なくとも一方に基づく値である。

本発明によれば、デュアル噴射式可変気筒エンジンにおいて、休止気筒が運転状態に切り替わった際の過渡リーンを抑制することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明に係る可変気筒エンジンの制御装置の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本実施形態に係る可変気筒エンジンの制御装置を示す。エンジン１０は、４つの気筒２１を備えた４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。エンジン１０は、４つの気筒２１および冷却水路１３が形成されたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２の上部に固定されたシリンダヘッド１１とを備えている。シリンダブロック１２には、エンジン出力軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２とコネクティングロッド１９を介して連結されている。

クランクシャフト２３の端部には、その周縁に複数の歯が形成されたタイミングロータ（図示せず）が取り付けられ、タイミングロータ近傍のシリンダブロック１２には、電磁ピックアップ５１ｂが取り付けられている。これらタイミングロータと電磁ピックアップ５１ｂは、クランクポジションセンサ５１を構成する。

シリンダブロック１２には、冷却水路１３内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５２が取り付けられている。また、各気筒２１のピストン２２上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１１の壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。シリンダヘッド１１には、各気筒２１の燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが電気的に接続されている。

シリンダヘッド１１には、吸気ポート２６と排気ポート２７とが各気筒に対し二つずつ形成され、これら吸気ポート２６と排気ポート２７との開口端、すなわち、吸気ポート２６の出口と排気ポート２７の入口とはそれぞれ燃焼室２４に臨ませられている。そして、これら吸気ポート２６の出口と排気ポート２７の入口とをそれぞれ開閉する吸気弁２８と排気弁２９とが、各吸気ポート２６及び排気ポート２７に進退自在に設けられている。吸気弁２８と排気弁２９とは傘弁タイプのものであり、軸部２８ａ，２９ａの下端に略円錐状の弁体部２８ｂ，２９ｂを一体的に有して構成される。

図２に示すように、吸気弁２８及び排気弁２９が上昇位置にあって、それぞれバルブシートからなる吸気ポート２６の出口壁及び排気ポート２７の入口壁に弁体部２８ｂ，２９ｂが着座すると、吸気ポート２６の出口及び排気ポート２７の入口は閉じられ、吸気弁２８及び排気弁２９は閉弁状態となる。他方、この状態から吸気弁２８及び排気弁２９が軸部２８ａ，２９ａの軸方向に沿って下降され、吸気ポート２６の出口壁及び排気ポート２７の入口壁から弁体部２８ｂ，２９ｂが離れると、吸気ポート２６の出口及び排気ポート２７の入口は開かれ、吸気弁２８及び排気弁２９は開弁状態となる。

さらに、シリンダヘッド１１には、吸気弁２８を開閉駆動するための吸気弁アクチュエータが設けられている。本実施形態において、吸気弁アクチュエータは、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して吸気弁２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０と称する）からなる。この吸気側電磁駆動機構３０は、各吸気弁２８に対し一つずつ設けられ、合計で吸気弁２８と同数（８個）設けられている。各吸気側電磁駆動機構３０には、該吸気側電磁駆動機構３０に励磁電流を印加するための駆動回路３０ａ（以下、吸気側駆動回路３０ａと称する）が電気的に接続されている。ただし図では簡略化のため一つの吸気側駆動回路３０ａとその電気的接続関係のみを示す。また、シリンダヘッド１１には、同様に、排気弁２９を開閉駆動するための排気弁アクチュエータが設けられている。本実施形態において、排気弁アクチュエータは、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電磁駆動機構３１と称する）からなる。この排気側電磁駆動機構３１は、各排気弁２９に対し一つずつ設けられ、合計で排気弁２９と同数（８個）設けられている。各排気側電磁駆動機構３１には、該排気側電磁駆動機構３１に励磁電流を印加するための駆動回路３１ａ（以下、排気側駆動回路３１ａと称する）が電気的に接続されている。ただし図では簡略化のため一つの排気側駆動回路３１ａとその電気的接続関係のみを示す。このように全ての吸気弁２８及び排気弁２９は個々に開閉駆動可能である。本実施形態において、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉は気筒単位で行われる。

さらに、エンジン１０のシリンダヘッド１１には、４つの枝管を有する吸気マニフォルド３３が接続され、吸気マニフォルド３３の各枝管は、各気筒２１の吸気ポート２６と連通している。シリンダヘッド１１における吸気マニフォルド３３との接続部位の近傍には、吸気通路内、特に吸気ポート２６内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ３２が取り付けられている。

図２に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ３２は、その噴射された燃料噴霧Ｆが円錐状をなして吸気弁２８の弁体部２８ｂに到達するように構成されている。また、吸気通路噴射用インジェクタ３２は、その燃料噴霧Ｆが、弁体部２８ｂに到達するまでの間はできるだけ吸気ポート２６の壁面２６ａに接触せず、到達時には弁体部２８ｂの上面外周部に到達するように構成されている。より具体的には、吸気通路噴射用インジェクタ３２の先端に設けられた燃料を噴射するための噴孔がそのような位置や向きに配置されている。なお、図１に示すように、本実施形態の吸気通路噴射用インジェクタ３２は、１気筒当たり２本の吸気ポート２６のうち、１本のみに燃料噴射を行うようになっている。

他方、シリンダヘッド１１には、気筒２１内の燃焼室２４に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ３４が取り付けられている。筒内噴射用インジェクタ３４は、その先端３４ａが気筒２１内に臨ませられ、その先端３４ａに燃料の噴射口をなす微小な噴孔が設けられる。吸気ポート２６は、燃焼室２４内に流入した空気がタンブル流を発生するように形成されている。ピストン２２頂面の凹部２２ａは筒内噴射用インジェクタ３４側に位置するピストン２２の周縁部から中央部に向かって延び、また点火プラグ２５の下方において上方に延びるように形成されている。

吸気マニフォルド３３には、吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３６と接続されている。吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる空気の流量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。吸気管３５においてエアフローメータ４４より下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁３９が設けられている。スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じてスロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付けられている。また、アクセルペダル４２の操作量（踏み込み量）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３が設けられる。吸気管３５、吸気マニフォルド３３及び吸気ポート２６は吸気通路を構成する。

一方、前記エンジン１０のシリンダヘッド１１には、４本の枝管がエンジン１０の直下流において１本の集合管に合流するよう形成された排気マニフォルド４５が接続され、排気マニフォルド４５の各枝管が各気筒２１の排気ポート２７と連通している。排気マニフォルド４５は、排気浄化触媒４６を介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。また、排気マニフォルド４５には、該排気マニフォルド４５内を流れる排気、言い換えれば、排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられている。

上述のように構成されたエンジン１０には、該エンジン１０の運転状態を制御するための制御手段としての電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１００が併設されている。

ＥＣＵ１００には、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。さらに、ＥＣＵ１００には、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、筒内噴射用インジェクタ３４、吸気通路噴射用インジェクタ３２、スロットル用アクチュエータ４０等が電気配線を介して接続される。ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、そのときどきにおけるエンジン運転状態を演算し、その演算結果に基づいて筒内噴射用インジェクタ３４、吸気通路噴射用インジェクタ３２、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、或いはスロットル用アクチュエータ４０等を制御することが可能になっている。

ここで、ＥＣＵ１００は、双方向性バスによって相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えると共に、入力ポートに接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）を備えたマイクロコンピュータで構成されている。Ａ／Ｄコンバータは、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２等のようなアナログ形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されており、上記各センサのアナログ形式の出力信号をデジタル形式の信号に変換した後に入力ポートへ送信する。また、出力ポートは、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、筒内噴射用インジェクタ３４、吸気通路噴射用インジェクタ３２、スロットル用アクチュエータ４０等と電気配線を介して接続され、その制御信号をそれぞれへ送信する。

ＲＯＭには、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、吸気弁２８および排気弁２９の開閉時期や気筒の運転および休止を決定するための制御ルーチン等、エンジン１０を制御するのに必要な制御ルーチンが記憶されている。またＲＯＭは、これらのアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。この制御マップは、例えば、エンジン１０の運転状態と燃料噴射量および燃料噴射時期との関係を示す燃料供給制御マップ、運転気筒数の制御等のためにエンジン１０の運転状態と吸気弁２８および排気弁２９の開閉やそのタイミングとの関係を示す吸排気弁開閉・タイミング制御マップ、エンジン１０の運転状態と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、エンジン１０の運転状態とスロットル弁３９の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。

ＲＡＭには、各センサの出力信号やＣＰＵの演算結果等が記憶される。該演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転速度等である。ＲＡＭに記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が所定数の信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。なお、バックアップＲＡＭは、エンジン１０の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。

ＣＰＵは、上記した各種センサの出力信号に基づいて、そのときどきにおけるエンジン運転状態を演算すると共に、その演算結果に基づいて、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従い、筒内噴射用インジェクタ３４、吸気通路噴射用インジェクタ３２、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、或いはスロットル用アクチュエータ４０等を制御する。これによりＣＰＵは燃料噴射制御、点火制御、吸気弁および排気弁の開閉制御、スロットル制御等の周知の制御を実行すると共に、後に詳述するような本発明の要旨となる気筒運転切替時の制御を実行する。

本実施形態において、前述の各マップは、エンジン１０の運転状態を表すパラメータである回転速度及び負荷から燃料噴射量等の各値を算出するようになっている。回転速度及び負荷はそれぞれクランクポジションセンサ５１及びエアフローメータ４４の出力値からＥＣＵ１００により算出される。

本実施形態のエンジン１０では燃焼形態を「成層燃焼」と「均質燃焼」と、その中間である「弱成層燃焼」とに切り換え可能である。成層燃焼運転時には、ＥＣＵ１００は、筒内噴射用インジェクタ３４のみを開弁駆動して、燃料をエンジン１０の圧縮行程中に燃焼室２４内に噴射させる。こうした燃料噴射により燃焼室２４内に形成される混合気は、例えばリーンバーンの場合、その燃焼室２４全体における平均空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値に設定される。エンジン１０の圧縮行程中に燃焼室２４内に噴射された燃料は、ピストン２２の頂部に設けられた凹部２２ａにより案内されて点火栓２５の周りに集められる。このように点火栓２５の周りに比較的リッチな混合気層を形成すると共に、このリッチな混合気層の周りに空気層を形成することによって、点火栓２５の周りでは混合気の空燃比が着火に適したものとなり良好な混合気への着火がなされると共に、燃焼室２４内の混合気全体では平均空燃比をリーン側の値にして燃費を向上することができる。

均質燃焼運転時には、ＥＣＵ１００は、例えば吸気通路噴射用インジェクタ３２のみを吸気行程前に開弁駆動して、燃料を前述したように吸気ポート２６内に噴射させる。こうした燃料噴射に基づき燃焼室２４内に形成される混合気は、その空燃比が理論空燃比と等しい値若しくは理論空燃比よりもリッチ側の値に設定される。なお、このような吸気通路噴射に替えて又はこれに加えて、吸気行程中に筒内噴射用インジェクタ３４を開弁駆動して筒内噴射を行ってもよい。

弱成層燃焼運転時には、ＥＣＵ１００は、前記均質燃焼運転時と同様に吸気通路噴射用インジェクタ３２及び（又は）筒内噴射用インジェクタ３４を開弁駆動すると共に、前記成層燃焼運転時と同様に筒内噴射用インジェクタ３４を開弁駆動する。これにより、燃料は、まず吸気行程で吸気と共に燃焼室２４内に流入し、燃焼室２４内に均一且つ希薄な混合気を形成する。その後、圧縮行程で筒内噴射がなされると、点火栓２５の周りに比較的リッチな混合気層が形成され、このリッチな混合気層の周りに希薄混合気層が形成される。リッチな混合気層の着火により火種が作られて燃焼室２４内の混合気全体が燃焼する。こうして、１気筒で１噴射サイクル中に噴射される全燃料噴射量が、吸気通路噴射用インジェクタ３２と筒内噴射用インジェクタ３４とから噴き分けられる。

本実施形態では、このような噴き分け制御がＥＣＵ１００によって実行される。１噴射サイクル中に噴射すべき全燃料噴射量をＱとした場合、筒内噴射量Ｑｄはα×Ｑ、吸気通路噴射量Ｑｐは（１−α）×Ｑで表される。αは全燃料噴射量Ｑに対する筒内噴射量の割合で、０〜１（０〜１００％）の値を持つ。結局、筒内噴射及び吸気通路噴射のそれぞれの噴射比率（全燃料噴射量Ｑに対する各噴射量の比）はα及び（１−α）となる。

ＥＣＵ１００は、機関運転状態（回転速度及び負荷）に基づき、図３に示すマップに従って噴射比率を制御する。このマップにおいて、中・高負荷側且つ低・中速側となる領域Ａは、噴き分け領域であって、αの値が３５〜７０％に設定される。残りの領域は噴き分けが行われず筒内噴射のみが行われる領域であって、αの値が１００％に設定される。

ここで、吸気通路噴射用インジェクタ３２から吸気通路噴射が行われる場合、基本的には、吸気通路噴射の噴射期間が吸気弁２８の開弁期間と重ならないように設定されている。つまり非同期噴射が実行される。より具体的には、図４に示すように、吸気通路噴射の噴射期間ＰＩ１が吸気弁２８の開弁期間ＩＮより前に設定される。このように吸気通路噴射を早めに行うのは、燃料と空気との混合を促進して混合気の均質性を確保するためである。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態（回転速度及び負荷）に基づき、ＲＯＭに記憶された所定のマップに従って、運転気筒数を制御する気筒制御を実行する。例えばエンジン運転中、エンジン１０の運転状態が低負荷側の領域あるときは、全気筒（４気筒）のうち所定の一部の気筒（例えば２気筒）を休止し、残りの気筒を運転させる減筒運転を実行する。このとき、休止気筒においては、燃料噴射及び点火を休止すると共に、例えば吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａへの開弁指令を停止して吸気弁２８及び排気弁２９を閉弁状態に維持する。他方、運転気筒においては燃料噴射及び点火を実行すると共に、吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａへの開弁指令及び閉弁指令を実行して吸気弁２８及び排気弁２９を所定のタイミングで開閉させる。このような減筒運転により燃費の向上が促進される。

他方、エンジン１０の運転状態が高負荷側の領域にあるときは、運転気筒数が増加させられる。本実施形態では全気筒運転が実行される。この全気筒運転により必要十分な出力を確保することができる。このように本実施形態に係る可変気筒エンジンの制御装置では、エンジン運転状態に応じて一部の気筒を休止状態又は運転状態に切り替える気筒切替が実行される。なお以下、当該一部の気筒を「休止可能気筒」という。

さて、以上のように構成された本実施形態に係る可変気筒エンジン１０においては、前述したように、休止可能気筒において休止状態から運転状態への切り替えが発生し、吸気通路噴射用インジェクタ３２から吸気通路噴射が開始されたとき、空燃比が一時的にリーン化するという過渡リーンの問題がある。これを図９に基づいて説明する。図は当該休止可能気筒における空燃比（（ａ）図）、燃料噴射量（（ｂ）図）、筒内流入燃料量（（ｃ）図）の推移を示す。また時刻ｔ０において休止状態から運転状態への切り替えが発生したとする。切り替え前は、吸気通路噴射が行われていないことから、吸気ポート２６の壁面２６ａへの燃料付着量は、吸気通路噴射が行われている場合に比べて少ないか或いは皆無である。そして運転状態への切り替えに伴って吸気通路噴射が開始されると、噴射燃料の一部が吸気ポート２６の壁面２６ａに顕著に付着し（付着量をＣで示す）、その結果筒内に流入される燃料量が、予め予定されていた燃料量よりも少なくなる。これにより切り替え直後に一時的に空燃比がリーン化してしまう。なお、吸気通路噴射開始後、吸気ポート壁面２６ａに実際に付着している燃料量は次第に多くなり、これに伴って、噴射された燃料のうち吸気ポート壁面２６ａに付着する量は次第に少なくなり、筒内流入燃料量は次第に多くなる。

かかる過渡リーンの問題を解決すべく、本実施形態に係る可変気筒エンジンの制御装置では、減筒運転から全気筒運転に切り替わるとき、休止可能気筒の吸気通路噴射用インジェクタ３２の燃料噴射期間が吸気弁２８の開弁期間と少なくとも一部重なるように、即ち同期噴射を行うように、吸気通路噴射用インジェクタ３２の噴射時期（噴射開始時期）がＥＣＵ１００によって制御される。このとき吸気通路噴射の噴射時期は、マップから得られる基本値（図４のＰＩ１の開始時期）から変更される。この噴射時期制御の態様としては、図４にＰＩ２で示すように、吸気通路噴射用インジェクタ３２の噴射期間の一部のみが吸気弁２８の開弁期間ＩＮと重なるようにしてもよいし、図４にＰＩ３で示すように、吸気通路噴射用インジェクタ３２の噴射期間の全部が吸気弁２８の開弁期間ＩＮと重なるようにしてもよい。いずれにしても、このような同期噴射を行うことで、吸気弁２８の開放時に吸気ポート２６内に生成される吸気の流れを利用して、吸気通路噴射用インジェクタ３２から噴射された燃料を筒内に積極的に流入させることができる。これにより噴射燃料の吸気ポート壁面２６ａへの付着を抑制すると共に筒内流入燃料量を増加し、過渡リーンを抑制することができる。

本実施形態では、エンジン運転状態が図３に示した噴き分け領域Ａにあるときに気筒切替が発生した場合のみ、このような噴射時期の制御が行われる。なぜならこの場合のみ、切り替え後に吸気通路噴射が開始されるからである。

また本実施形態では吸気通路噴射用インジェクタ３２の噴射時期のみを制御するが、この噴射時期制御に加えて或いはこれに替えて、同期噴射が行われるように吸気弁２８の開弁時期を制御してもよい。この場合、吸気弁２８の開弁時期は早められる。これによっても同様に過渡リーンを抑制することができる。なお、過渡リーンを抑制するためには、例えば図４に示される噴射期間ＰＩ３のように、吸気通路噴射用インジェクタ３２の噴射期間全体が吸気弁２８の開弁期間と重なるようにするのが望ましい。また、図５に示すように、吸気通路噴射の噴射時期が遅いほど、吸気ポート壁面２６ａに付着する燃料量が少なくなるので、吸気通路噴射の噴射時期は遅い方が好ましい。

図６は、本実施形態における切替制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵ１００により所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０においては、減筒運転から全気筒運転への切替え要求が有ったか否かが判断される。すなわち、エンジン運転状態（回転速度及び負荷）が気筒切替マップの減筒運転領域にあるか、または全気筒運転領域にあるかが判断され、エンジン運転状態が全気筒運転領域にあるとき、切替え要求有りと判断される。

ステップＳ１０の判定がＮｏの場合、すなわち切替え要求無しと判断された場合は本ルーチンが終了される。他方、ステップＳ１０の判定がＹｅｓの場合、すなわち切替え要求有りと判断された場合は、ステップＳ１１に進み、吸気通路噴射の噴射時期が、同期噴射が行われるような噴射時期に制御される。

この後、ステップＳ１２に進み、全気筒運転が実行される。次いでステップＳ１３では、ステップＳ１０で切替え要求有りと判断された時から所定時間τが経過したか否かが判断される。この所定時間τは、一定値（例えば１秒）或いは、回転速度及び負荷に基づいて決定してもよいが、好ましくは、吸気通路壁面温度（又はその代表値）及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて決定される。本実施形態では、図７に示されるマップに従い、吸気ポート壁面２６ａの温度の代表値としての、水温センサ５２により検出される冷却水温（横軸）と、エアフローメータ４４の検出値に基づく吸入空気量（縦軸）との両方に基づいて、所定時間τが決定される。所定時間τは、水温が高くなるほど短くなる。これは水温が高くなるほど、噴射された燃料のうちの付着分が少なくなるからである。また所定時間τは、吸入空気量が多くなるほど長くなる。これは吸入空気量が多いほど、燃料噴射量が多くなり、噴射された燃料のうちの付着分が多くなるからである。

このステップＳ１３で、判定がＮｏの場合、即ち所定時間τが経過してない場合は、本ルーチンを終える。他方、判定がＹｅｓの場合、即ち所定時間τが経過した場合は、ステップＳ１４に進み、吸気通路噴射の噴射時期をマップから得られる基本時期に戻す。これにより同期噴射は終了され、吸気通路噴射の噴射期間は吸気弁２８の噴射期間より前の期間（図３のＰＩ１）に戻される。以上で本ルーチンが終了される。

ここでステップＳ１４において、吸気通路噴射の噴射時期の基本時期への復帰に併せて、吸気通路噴射の噴射比率（１−α）を、図３の噴射比率マップから得られる基本値よりも多くする制御を行ってもよい。即ち、気筒休止中に、吸気弁２８の傘部２８ｂや吸気ポート２６の壁面２６ａに付着していた燃料がエンジンの高温で加熱され、デポジットとなっている可能性がある。このように吸気通路噴射の噴射比率（１−α）を基本値よりも多くする制御を行うと、吸気通路噴射量が基本量よりも増大され、その噴射燃料でデポジットを洗浄できる可能性がある。この吸気通路噴射の噴射比率（１−α）を増加する制御も、前記所定時間τの経過時から所定時間だけ行うのが望ましい。

次に、過渡リーン抑制のための切替制御の別の形態を図８に基づいて説明する。ここで示されるルーチンもＥＣＵ１００により所定時間毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ２０において、前述のステップＳ１０同様、減筒運転から全気筒運転への切替え要求が有ったか否かが判断される。判定がＮｏの場合、すなわち切替え要求無しと判断された場合は本ルーチンが終了される。

他方、判定がＹｅｓの場合、すなわち切替え要求有りと判断された場合は、ステップＳ２１に進み、筒内噴射の噴射比率αが、図３に示される噴射比率マップから得られる基本値よりも多くなるように、噴射比率が制御される。本実施形態ではこのとき、筒内噴射の噴射比率αが１００％となるように噴射比率が制御される。

これによれば、気筒切替直後に吸気通路噴射量がマップに基づく基本量よりも少なくなるので、気筒切替直後の燃料付着に起因する過渡リーンへの影響度を少なくすることができる。特に本実施形態では、気筒切替直後に吸気通路噴射が行われないので、当然に、上述したような気筒切替直後の燃料付着に起因する過渡リーンが発生することがない。但し、この後吸気通路噴射が行われたときに燃料付着が生じ、空燃比がリーン化する可能性は完全には拭いきれない。しかしながらそれでも、気筒切替直後には休止から運転に切り替わった気筒において吸排気弁の作動、燃料噴射、点火などが一斉に再開されるので、制御が不安定な状態にあり、こうした状態が過渡リーンを生じさせる一つの原因とも考えられる。本実施形態の筒内噴射比率増大制御によれば、このような不安定要因を一つ減らすか或いは後回しにすることができ、これによって過渡リーンの抑制に貢献することが可能である。

さて、次のステップＳ２２では、前述のステップＳ１２同様、全気筒運転が実行される。次いでステップＳ２３では、前述のステップＳ１３同様、減筒運転から全気筒運転への切替時から所定時間τが経過したか否かが判断される。所定時間τが経過してない場合は本ルーチンが終了され、所定時間τが経過している場合は、ステップＳ２４に進み、筒内噴射の噴射比率αが、図３に示される噴射比率マップから得られる基本の噴射比率と等しくなるように、筒内噴射の噴射比率αが制御される。これにより吸気通路噴射と筒内噴射とのそれぞれの噴射比率は、図３の噴射比率マップから得られる基本値に戻される。以上で本ルーチンが終了される。

この別の形態も同様に、エンジン運転状態が図３に示した噴き分け領域Ａにあるときに切り替えが発生した場合のみ、かかる筒内噴射比率増大制御が行われる。また前記同様、ステップＳ２４において、吸気通路噴射の噴射比率（１−α）が図３の噴射比率マップから得られる基本値よりも多くなるように（即ち、筒内噴射の噴射比率αがマップから得られる基本値よりも少なくなるように）、噴射比率が制御されてもよい。これによれば、吸気通路噴射量が基本量よりも増大され、その噴射燃料で吸気弁２８の傘部２８ｂ等に堆積したデポジットを洗浄できる可能性がある。この吸気通路噴射の噴射比率を増大する制御も、前記所定時間τの経過時から所定時間だけ行うのが望ましい。

ステップＳ２１で、筒内噴射比率を１００％より少ない値としてもよい。この場合、吸気通路噴射が実行されることになるが、このときその吸気通路噴射を前記同様に同期噴射としてもよい。

このように、本実施形態に係る可変気筒エンジンの制御装置によれば、休止可能気筒において、休止状態から運転状態への切り替えがあったとき、空燃比がリーン化するのを防止することができる。

以上から分かるとおり、本実施形態では、ＥＣＵ１００が切替制御手段、噴射比率制御手段及び噴射比率決定手段を構成する。

本発明の実施形態は上記のもの以外にも様々なものが考えられる。例えば、エンジンは４気筒以外の多気筒エンジンであってもよく、ガソリン以外のアルコール、気体燃料等を用いるエンジンであってもよい。一部気筒を休止させる手段ないし機構としては、上記のような電磁駆動機構に限定されず、油圧機構や空圧機構等でもよく、さらには、吸気流入を吸気弁の上流で遮断するものであってもよい。

本発明に係る可変気筒エンジンの制御装置の一実施形態を示すシステム平面図である。 同側面断面図であり、特に筒内の燃焼室周辺を詳細に示す。 噴射比率マップである。 吸気通路噴射の噴射期間と吸気弁の開弁期間とを示すタイミング図である。 吸気通路噴射の噴射時期と吸気ポート壁面への燃料付着量との関係を示すグラフである。 本実施形態における切替制御のルーチンを示すフローチャートである。 所定時間の算出マップである。 本実施形態における切替制御の別の形態のルーチンを示すフローチャートである。 気筒切替時の各値の推移を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
２１ 気筒
２４ 燃焼室
２６ 吸気ポート
２６ａ 吸気ポートの壁面
２８ 吸気弁
３０ 吸気側電磁駆動機構
３１ 排気側電磁駆動機構
３２ 吸気通路噴射用インジェクタ
３４ 筒内噴射用インジェクタ
４４ エアフローメータ
５１ クランクポジションセンサ
５２ 水温センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ＰＩ１ 基本の吸気通路噴射期間
ＰＩ２，ＰＩ３ 気筒切替時の吸気通路噴射期間
ＩＮ 吸気弁の開弁期間
α 筒内噴射の噴射比率
１−α 吸気通路噴射の噴射比率
τ 所定時間

Claims (7)

1. 全気筒のうちの一部の気筒を機関運転状態に応じて休止状態又は運転状態に切り替える可変気筒エンジンの制御装置において、
   吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、
   筒内燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、
   前記一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射期間が吸気弁の開弁期間と少なくとも一部重なるように、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射時期又は前記吸気弁の開弁時期の少なくとも一方を制御する切替制御手段と、
   前記吸気通路噴射用インジェクタ及び前記筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料噴射量の全燃料噴射量に対する噴射比率をそれぞれ機関運転状態に基づいて決定する手段と、
   前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率より多くなるように、前記噴射比率を制御する手段と、
   を備えたことを特徴とする可変気筒エンジンの制御装置。
2. 前記切替制御手段は、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射時期のみを制御することを特徴とする請求項１記載の可変気筒エンジンの制御装置。
3. 前記切替制御手段は、前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射期間が前記吸気弁の開弁期間と重ならなくなるように、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射時期又は前記吸気弁の開弁時期の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１記載の可変気筒エンジンの制御装置。
4. 前記所定時間が、吸気通路壁面温度及び吸入空気量の少なくとも一方に基づく値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変気筒エンジンの制御装置。
5. 全気筒のうちの一部の気筒を機関運転状態に応じて休止状態又は運転状態に切り替える可変気筒エンジンの制御装置において、
   吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、
   筒内燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、
   これら両インジェクタから噴射される燃料噴射量の全燃料噴射量に対する噴射比率をそれぞれ機関運転状態に基づいて決定する噴射比率決定手段と、
   前記一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、当該一部の気筒において、前記筒内噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率よりも多くなるように、前記噴射比率を制御する噴射比率制御手段と、
   を備え、
   前記噴射比率制御手段は、前記一部の気筒の休止状態から運転状態への切替時から所定時間が経過したとき、当該一部の気筒において、前記吸気通路噴射用インジェクタの噴射比率が前記機関運転状態に基づいて決定された噴射比率より多くなるように、前記噴射比率を制御する
   ことを特徴とする可変気筒エンジンの制御装置。
6. 前記噴射比率制御手段は、前記一部の気筒が休止状態から運転状態に切り替わるとき、前記筒内噴射用インジェクタの噴射比率が１００％となるように前記噴射比率を制御することを特徴とする請求項５記載の可変気筒エンジンの制御装置。
7. 前記所定時間が、吸気通路壁面温度及び吸入空気量の少なくとも一方に基づく値であることを特徴とする請求項５又は６記載の可変気筒エンジンの制御装置。

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