JP4574699B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数気筒の一部の気筒の吸気弁の作動を停止することにより該気筒の作動を停止させる気筒休止機構を備える内燃機関の制御装置に関し、特にアイドル運転時に作動気筒数を変更する制御を行うものに関する。

特許文献１は、機関のアイドル運転時に作動気筒数を変更する際に、機関の吸入空気量を変更するようにした制御装置を開示している。この装置によれば、作動気筒数の変更を指示する切換指示信号が出力された時点から所定時間経過した時点で吸入空気量制御弁の開度を変更する信号が出力される。これにより、作動気筒数の切換指示信号に対応して実際に作動気筒数が変更されるまでの遅れ時間に対応した時間だけ吸入空気量の変更時期が遅延され、作動気筒数の変更時期と吸入空気量の変更時期を一致させることができる。

実公平２−２２２２１号公報

特許文献１に示されるように作動気筒数の変更に伴って吸入空気量制御弁の開度をステップ状に変更する制御を行う場合、以下のような課題があった。

一部気筒の作動が停止した運転状態では、休止気筒の吸気弁の作動が停止されるため、スロットル弁下流側の吸気圧が全気筒運転を行っているときより高くなる。一部気筒運転から全気筒運転に切り換えるときに、スロットル弁開度をステップ状に切り換えてもスロットル弁下流側の吸気圧は直ぐには変化しないため、機関の吸入空気量が一時的に過剰となり、アイドル運転時の機関回転数が目標回転数を大きく超えて目標回転数に復帰するまでの時間が長くなるという課題があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関のアイドル運転時に作動気筒数を増加させるときの吸入空気量制御を適切に行い、アイドル回転数の変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、複数気筒の一部の気筒の吸気弁の作動を停止することにより該気筒の作動を停止させる気筒休止機構（２０）を備える内燃機関の制御装置において、前記機関のアイドル運転中に作動気筒数を増加させ、該増加後もアイドル運転を継続する運転制御手段と、前記機関に供給する空気量を制御する吸気制御弁（３）と、前記運転制御手段が作動気筒数を増加させる際に前記吸気制御弁の開度（ＴＨ）を変更する空気量制御手段とを備え、該空気量制御手段は、前記作動気筒数を増加させるときに、前記吸気制御弁の基本開度（ＴＨＣＢ）を増加前の作動気筒数に対応した第１基本開度（ＴＨＣＢＩＰ）から、増加後の作動気筒数に対応し、前記第１基本開度より大きい第２基本開度（ＴＨＣＢＩＡ）に切り換える切換手段と、前記作動気筒数を増加させるときに、前記基本開度（ＴＨＣＢ）を所定時間（ＴＴＲ０）に亘って閉弁方向に補正する補正手段とを有し、前記補正手段は、前記切換手段による前記基本開度（ＴＨＣＢ）の切換と同時に、前記基本開度（ＴＨＣＢ）を減少方向に補正する補正量（ＴＨＴＲ）を所定量（ＴＨＴＲ０）に設定し、その後前記補正量（ＴＨＴＲ）を徐々に減少させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、検出した回転数（ＮＥ）が目標回転数（ＮＥＯＢＪ）と一致するように前記機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）を制御する点火時期制御手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関のアイドル運転中に作動気筒数を増加させ、該増加後もアイドル運転を継続する制御が行われ、作動気筒数を増加させるときに、吸気制御弁の基本開度が増加前の作動気筒数に対応した第１基本開度から、増加後の作動気筒数に対応し、第１基本開度より大きい第２基本開度に切り換えられるとともに、基本開度が所定時間に亘って閉弁方向に補正される。したがって、機関に供給される空気量が一時的に過剰となることが回避され、アイドル回転数の変動あるいは機関出力トルクの変動を抑制することができる。さらに、基本開度の切換と同時に、基本開度の補正量が所定量に設定され、その後補正量を徐々に減少させる制御が行われる。作動気筒数の切換時点からの時間経過に伴って、吸気制御弁の下流側の吸気圧は増加した作動気筒数に適した値に近づいていくので、補正量を徐々に減少させることにより、空気供給量を適正値に維持することができる。

請求項２に記載の発明によれば、検出した回転数が目標回転数と一致するように点火時期が制御されるので、作動気筒数変更後の機関回転数の変動を確実に回避することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気管２を有し、吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３には、スロットル弁３の開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が設けられており、その検出信号が電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ１１が接続されており、アクチュエータ１１は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

燃料噴射弁６は図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。エンジン１の各気筒には点火プラグ１２が設けられており、点火プラグ１２にはＥＣＵ５から点火信号が供給される。

スロットル弁３の直ぐ下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ７が設けられており、吸気圧センサ７の下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ９が取り付けられいる。これらのセンサ７〜９の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ１７が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。

エンジン１は、複数気筒の一部の気筒（例えば全６気筒のうちの３気筒）の吸気弁の作動を停止することにより当該気筒の作動を休止させる気筒休止機構２０を備えている。気筒休止機構２０は、ＥＣＵ５に接続されている。ＥＣＵ５は、気筒休止機構２０に切換制御信号を供給し、エンジン１の運転状態に応じて全気筒を作動させる全筒運転と、一部気筒を休止させる一部気筒運転との切換制御を行う。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。ＥＣＵ５は、上述したセンサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁６の開弁時間の制御、点火プラグ１２の点火時期制御、作動気筒数の切換制御を行うとともに、アクセルペダル操作量ＡＰに応じてスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、検出したスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤに一致するようにアクチュエータ１１の駆動制御を行う。

エンジン１のアイドル運転中おいては、原則として一部気筒運転が行われるが、一部気筒運転が例えば１０分程度継続したときには、全筒運転への切換が行われる。休止気筒においてもピストンは作動しているために、休止気筒の燃焼室内に潤滑油が流入し易くなるからである。

図２はスロットル弁開度ＴＨと、エンジン１の出力トルクＴＲＱとの関係を示す図であり、実線Ｌ１が全筒運転に対応し、破線Ｌ２が一部気筒運転に対応する。図２に示す所定開度ＴＨ０より低開度側の領域Ｒ１では、スロットル弁開度ＴＨが同一であっても一部気筒運転の方が全筒運転よりも出力トルクＴＲＱが大きくなる。一方所定開度ＴＨ０より高開度側の領域Ｒ２では、スロットル弁開度ＴＨが同一であっても一部気筒運転の方が全筒運転よりも出力トルクＴＲＱが小さくなる。

本実施形態では、領域Ｒ１にアイドル運転時の基本スロットル弁開度ＴＨＣＢが設定されるので、一部気筒運転から全筒運転への切換時においては、出力トルクＴＲＱの変動を防止するために、基本スロットル弁開度ＴＨＣＢが一部気筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＰから全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡに切り換えられる。図２に示すように、一部気筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＰは、全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡより小さい値に設定される。

エンジン１のアイドル運転時においてスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤは、下記式（１）により算出される。
ＴＨＣＭＤ＝ＴＨＣＢ−ＴＨＴＲ＋ＴＨＦＢ （１）
ここで、ＴＨＣＢは、作動気筒数（一部気筒運転中か、全筒運転中か）に応じて設定される基本スロットル弁開度であり、ＴＨＴＲは一部気筒運転から全筒運転への切換直後に有効となる過渡補正項であり、ＴＨＦＢは検出されるエンジン回転数ＮＥがアイドル運転時の目標回転数ＮＥＯＢＪと一致するように設定されるフィードバック制御項である。

図３はエンジンのアイドル運転時における目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。

ステップＳ１１では気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「１」であるか否かを判別する。気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰは、図示しない作動気筒数制御処理においてエンジン運転状態に応じて設定される。アイドル運転中は通常はＦＣＹＬＳＴＰ＝１であって一部気筒運転が実行されるので、ステップＳ１２に進み、基本スロットル弁開度ＴＨＣＢを一部気筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＰに設定するとともに、過渡補正項ＴＨＴＲを「０」に設定する。

その後ステップＳ１９に進み、フィードバック制御項ＴＨＦＢを算出する。フィードバック制御項ＴＨＦＢのフィードバック制御ゲインは比較的小さな値に設定され、エンジン回転数ＮＥは、後述する点火時期のフィードバック制御に比べてより緩やかに目標回転数ＮＥＯＢＪへ収束するように制御される。したがって、作動気筒数の切換時においてはフィードバック制御項ＴＨＦＢはほとんど変化せず、点火時期のフィードバック制御によりエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＯＢＪに維持される。

ステップＳ２０では、基本スロットル弁開度ＴＨＣＢ、過渡補正項ＴＨＴＲ、及びフィードバック制御項ＴＨＦＢを式（１）に適用し、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する。

ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）、すなわち気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「０」に変更されると、ステップＳ１３に進み、本処理の前回実行時において気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「１」であったか否かを判別する。一部気筒運転から全筒運転へ移行した直後はステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ１４に進み、基本スロットル弁開度ＴＨＣＢを全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡに設定するとともに、過渡補正項ＴＨＴＲを所定初期値ＴＨＴＲ０（例えば２度）に設定する。ステップＳ１５ではダウンカウントタイマＴＭＴＲを所定時間ＴＴＲ０（例えば０．５秒）に設定してスタートさせる。その後前記ステップＳ１９に進む。

その後はステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）となるので、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１５でスタートしたタイマＴＭＴＲの値が「０」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）となるので、下記式（２）により過渡補正項ＴＨＴＲを減少させる。式（２）の右辺のＴＨＴＲは、過渡補正項の前回算出値であり、ＤＴＨ０は例えば０．０２度に設定される所定減算項である。
ＴＨＴＲ＝ＴＨＴＲ−ＤＴＨ０ （２）

ステップＳ１７実行後は、前記ステップＳ１９に進む。
一部気筒運転から全筒運転へ移行した時点から所定時間ＴＴＲ０が経過すると、ステップＳ１６の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ１８に進み、過渡補正項ＴＨＴＲを「０」に設定する。その後前記ステップＳ１９に進む。

図４は、エンジン１のアイドル運転時における点火時期制御処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの同期して実行される。

ステップＳ３１では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢＡに応じて基本点火時期ＩＧＭＡＰを算出し、ステップＳ３２では、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＯＢＪと一致するようにフィードバック補正項ＩＧＦＢを算出する。フィードバック補正項ＩＧＦＢは基本点火時期ＩＧＭＡＰを遅角方向に補正するときは、負の値に設定される。

ステップＳ３３ではフィードバック補正項ＩＧＦＢ以外の補正項ＩＧＣＲを算出し、ステップＳ３４では、基本点火時期ＩＧＭＡＰ、フィードバック補正項ＩＧＦＢ、及び補正項ＩＧＣＲを下記式（３）に適用し、点火時期ＩＧＬＯＧを算出する。
ＩＧＬＯＧ＝ＩＧＭＡＰ＋ＩＧＦＢ＋ＩＧＣＲ （３）

図５は図３及び図４の処理による制御を説明するためのタイムチャートであり、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ０に気筒休止フラグＦＣＹＬＳＴＰが「１」から「０」に変化した（一部気筒運転から全筒運転へ移行した）場合の制御動作例が示されている。

全筒運転開始時（時刻ｔ０）において基本スロットル弁開度ＴＨＣＢが一部気筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＰから全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡに変更されるとともに、過渡補正項ＴＨＴＲが所定値ＴＨＴＲ０に設定される。したがって、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤは、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ０において（ＴＨＣＢＩＡ−ＴＨＴＲ０）に設定され、その後漸増するように制御される。時刻ｔ０から所定時間ＴＴＲ０が経過すると（時刻ｔ１）、過渡補正項ＴＨＴＲは「０」に設定されるので、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤは全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡと一致し、その後はほぼその値に維持される。

点火時期ＩＧＬＯＧは、図５（ｃ）に示すように、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＥＯＢＪに維持すべく、遅角方向に補正される。これにより、図５（ｄ）に破線Ｌ１１で示すようにエンジン回転数ＮＥが増加することが防止される。

なお、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤの算出に過渡補正項ＴＨＴＲを適用しない場合には、図５（ｄ）に破線Ｌ１１で示す状態よりもさらにエンジン回転数ＮＥの増加量が大きくなる。すなわち、過渡補正項ＴＨＴＲのみで点火時期ＩＧＬＯＧの遅角補正を行わない場合でも改善効果が得られるが、点火時期ＩＧＬＯＧをフィードバック補正項ＩＧＦＢにより遅角補正することにより、図５（ｄ）に実線で示すようにエンジン回転数ＮＥをさらに安定化することができる。

以上のように本実施形態では、エンジン１のアイドル運転中に一部気筒運転から全筒運転へ移行するとき、換言すれば作動気筒数を増加させるときに、基本スロットル弁開度ＴＨＣＢが一部気筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＰから全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡに切り換えられるとともに、過渡補正項ＴＨＴＲにより所定時間ＴＴＲ０に亘って閉弁方向に補正される。したがって、作動気筒数増加時にエンジン１に供給される空気量が一時的に過剰となることが回避され、アイドル回転数の変動あるいはエンジン力トルクの変動を抑制することができる。

また基本スロットル弁開度ＴＨＣＢの切換と同時に、過渡補正項ＴＨＴＲが所定値ＴＨＴＲ０に設定され、その後所定減算項ＤＴＨ０により漸減させる制御が行われる。作動気筒数の切換時点からの時間経過に伴って、スロットル弁３の下流側の吸気圧ＰＢＡは増加した作動気筒数に適した値に近づいていくので、過渡補正項ＴＨＴＲを徐々に減少させることにより、エンジン１の空気供給量を適正値に維持することができる。

また検出したエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＯＢＪと一致するように点火時期ＩＧＬＯＧが制御されるので、作動気筒数変更後のエンジン回転数ＮＥの変動を確実に回避することができる。

本実施形態では、スロットル弁３が吸気制御弁に相当し、クランク角度位置センサ１０が回転数検出手段に相当し、ＥＣＵ５及びアクチュエータ１１が空気量制御手段を構成し、ＥＣＵ５が切換手段、補正手段、及び点火時期制御手段を構成する。具体的には、図３の処理が空気量制御手段に相当し、図４の処理が点火時期制御手段に相当する。また図３のステップＳ１１〜Ｓ１４が切換手段に相当し、ステップＳ１４〜Ｓ１８が補正手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態ではエンジン１のアイドル運転時のスロットル弁開度を図２の領域Ｒ１に設定したが、領域Ｒ２に設定するようにしてもよい。その場合には、同一のスロットル弁開度ＴＨに対応する、全筒運転を行っているときの出力トルクが、一部気筒運転を行っているときの出力トルクより大きくなるため、図６（ｂ）に示すように、一部気筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＰは全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡより大きくなるように設定される。これ以外は上述した実施形態と同一であり、図３及び図４の処理をそのまま適用することができる。

この変形例では、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤは、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ０において（ＴＨＣＢＩＡ−ＴＨＴＲ０）に設定され、その後漸増して時刻ｔ１において全筒運転用基本値ＴＨＣＢＩＡと一致するように制御される。この変形例においても上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また上述した実施形態では、ＤＢＷ（Drive By Wire）型のスロットル弁３を使用し、スロットル弁３を吸気制御弁とし、アクチュエータ１１及びＥＣＵ５により空気量制御手段を構成したが、アクセルペダルと機械的にリンクしたスロットル弁を使用し、このスロットル弁をバイパスするバイパス通路、及び該バイパス通路を介して吸入される空気量を制御するバイパス空気量制御弁を設け、バイパス空気量制御弁をＥＣＵ５により制御することにより、吸入空気量を制御するようにしてもよい。その場合には、バイパス空気量制御弁が吸気制御弁に相当し、ＥＣＵ５により空気量制御手段が構成される。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 スロットル弁開度（ＴＨ）と機関出力トルク（ＴＲＱ）との関係を示す図である。 アイドル運転時にスロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。 アイドル運転時に点火時期制御を行う処理のフローチャートである。 図３及び図４の処理による制御動作を説明するためのタイムチャートである。 変形例における制御動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気管
３ スロットル弁（吸気制御弁）
５ 電子制御ユニット（運転制御手段、空気量制御手段、切換手段、補正手段、点火時期制御手段）
１１ アクチュエータ（空気量制御手段）
１２ 点火プラグ

Claims (2)

1. 複数気筒の一部の気筒の吸気弁の作動を停止することにより該気筒の作動を停止させる気筒休止機構を備える内燃機関の制御装置において、
   前記機関のアイドル運転中に作動気筒数を増加させ、該増加後もアイドル運転を継続する運転制御手段と、
   前記機関に供給する空気量を制御する吸気制御弁と、
   前記運転制御手段が作動気筒数を増加させる際に前記吸気制御弁の開度を変更する空気量制御手段とを備え、
   該空気量制御手段は、前記作動気筒数を増加させるときに、前記吸気制御弁の基本開度を増加前の作動気筒数に対応した第１基本開度から、増加後の作動気筒数に対応し、前記第１基本開度より大きい第２基本開度に切り換える切換手段と、
   前記作動気筒数を増加させるときに、前記基本開度を所定時間に亘って閉弁方向に補正する補正手段とを有し、
   前記補正手段は、前記切換手段による前記基本開度の切換と同時に、前記基本開度を減少方向に補正する補正量を所定量に設定し、その後前記補正量を徐々に減少させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   検出した回転数が目標回転数と一致するように前記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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