JP6181675B2 - 気筒休止状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁および排気弁をそれぞれ備えるとともに吸気行程が所定クランク角毎に連続して実施される複数の気筒を有し、これら気筒の一部が前記吸気弁および前記排気弁が閉弁し且つ燃焼が停止した休止状態とされる減筒運転を実施するエンジンに設けられて、前記気筒の休止状態を判定する気筒休止状態判定装置に関する。

従来より、燃費性能の向上等を目的として、複数の気筒を有するエンジンにおいて、その一部の気筒の吸気弁および排気弁を閉弁するとともに燃焼を停止させて休止状態とし、一部の気筒のみでエンジンを駆動する減筒運転を実施することが行われているとともに、気筒の休止状態を判定することが検討されている。ここで、吸気通路を流れる吸気の状態は、吸気弁、排気弁の開閉状態ひいては気筒の休止状態に応じて変化する。そのため、この吸気の状態に基づいて気筒の休止状態を判定することが検討されている。

例えば、特許文献１には、最大で３気筒が休止される６気筒エンジンにおいて、スロットル弁よりも上流に設けられて吸気通路を流れる空気の量を検出するエアフローメータの検出値を用いて、気筒の休止状態を判定する装置が開示されている。この装置では、エアフローメータで検出された吸気量の値をフーリエ変換して２４０度クランク角、３６０度クランク角、７２０度クランク角のそれぞれに対応する周波数成分のスペクトルを算出する。そして、これらスペクトルと、エンジン回転数と負荷とに基づいて予め設定された閾値とをそれぞれ比較して、気筒の休止状態を判定する。

特許第４７６７３１２号公報

前記特許文献１の装置では、比較的応答性の低いエアフローメータで検出された吸気量に基づいて気筒の休止状態を判定しているとともに、気筒の休止状態以外の他の運転条件によっても変化する吸気量のスペクトルの絶対値に基づいて判定を行っているため、気筒の休止状態の判定精度が十分に得られないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気筒の休止状態をより精度よく判定することのできる気筒休止状態判定装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、吸気弁および排気弁をそれぞれ備えるとともに吸気行程が所定クランク角毎に連続して実施される複数の気筒を有し、これら気筒の一部が前記吸気弁および前記排気弁が閉弁し且つ燃焼が停止した休止状態とされる減筒運転を実施するエンジンに設けられて、前記気筒の休止状態を判定する気筒休止状態判定装置であって、前記各気筒に接続される吸気通路のうちこれら気筒に供給される吸気が集合している部分に設けられて、この集合部分における吸気圧を検出可能な吸気圧検出手段と、前記吸気圧検出手段で検出された吸気圧の値に基づいて、全ての気筒の前記吸気弁および前記排気弁が開弁しているかどうかを判定する判定手段とを有し、前記判定手段は、前記圧力検出手段により検出された前記吸気圧をスペクトル解析して、前記所定クランク角の整数倍のクランク角に対応する１次周波数成分の強度である１次強度と、前記所定クランク角に対応する高調波成分の強度である高次強度とを算出し、前記高次強度と、前記１次強度に基づいて設定された全筒運転判定閾値とを比較して、前記高次強度が前記全筒運転判定閾値を越えた場合に、全ての気筒の前記吸気弁および前記排気弁が開弁していると判定するとともに、前記高次強度と、前記１次強度に基づいて設定された減筒運転判定閾値とを比較して、前記高次強度が前記減筒運転判定閾値より大きく且つ前記全筒運転判定閾値よりも小さい場合に、前記排気弁が開弁していないと判定することを特徴とする気筒休止状態判定装置を提供する（請求項１）。

この装置では、吸気の状態変化に応じて比較的顕著に変化する吸気圧に基づいて気筒の休止状態を判定しているため、吸気の状態変化ひいては気筒の休止状態をより精度よく検出、判定することができる上に、所定クランク角に対応する高調波成分の強度である高次強度と、上記所定クランク角の整数倍のクランク角に対応する１次周波数成分の強度である１次強度との相対関係に基づいて、吸気弁および排気弁の開弁状態すなわち気筒の休止状態を判定しているため、運転条件に応じて変化する吸気の状態変化の影響を受けることなくより精度よく気筒の休止状態を判定することができる。

特に、高次強度と、１次強度に基づいて設定された全筒運転判定閾値とを比較して、高次強度が全筒運転判定閾値を越えた場合に、全ての気筒の吸気弁および排気弁が開弁していると判定するため、容易に気筒の休止状態を判定することができる。さらに、高次強度と、１次強度に基づいて設定された減筒運転判定閾値とを比較して、高次強度が減筒運転判定閾値より大きく且つ全筒運転判定閾値よりも小さい場合に、排気弁が開弁していないと判定するため、排気弁の故障等の異常を判定することもできる。

前記構成において、前記全筒運転判定閾値は、前記１次強度の１次関数として設定されることが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、気筒の休止状態を判定する精度を低下させることなく、判定基準である全筒運転判定閾値の設定が容易になる。

また、前記構成において、前記減筒運転判定閾値は、前記１次強度の１次関数として設定されることが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、排気弁の故障等の異常を判定する精度を低下させることなく、判定基準である減筒運転判定閾値の設定が容易になる。

また、本発明において、前記判定手段は、前記圧力検出手段で検出された吸気圧の複数の検出値に基づいて前記エンジンの運転状態の変化によって生じる吸気圧の変化傾向である吸気圧トレンドを算出し、前記圧力検出手段で検出された吸気圧から前記吸気圧トレンド分を除いた値に対してスペクトル解析を実施するのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、運転条件に応じて変化する吸気圧の変化であって気筒の休止状態以外の変化を除外して、気筒の休止状態に基づく吸気圧変化のみから気筒の休止状態を判定することができ、気筒の休止状態をより精度よく判定することができる。

前記構成において、前記判定手段は、前記圧力検出手段で検出された吸気圧の複数の検出値を最小二乗法により直線近似し、この近似した直線を前記吸気圧トレンドとするのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、吸気圧トレンドを容易に算出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、気筒の休止状態をより精度よく判定することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンシステムの概略図である。 （ａ）全筒運転時の吸気圧の変動を示したグラフである。（ｂ）減筒運転時の吸気圧の変動を示したグラフである。（ｃ）排気弁が閉弁している状態での吸気圧の変動を示したグラフである。 （ａ）全筒運転時のスペクトル解析結果を示したグラフである。（ｂ）減筒運転時のスペクトル解析結果を示したグラフである。 １次強度と２次強度との関係を示したグラフである。 （ａ）過渡時の吸気圧の変動を示したグラフである。（ｂ）トレンド除去後の吸気圧の変動を示したグラフである。 休止状態を判定するための手順を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の休止状態判定装置が適用されるエンジン１を含むエンジンシステム１００の概略図である。ここでは、エンジン１が、４サイクルのエンジンであって４気筒直噴エンジンである場合について説明する。

エンジンシステム１００は、少なくとも、エンジン１と、複数のインジェクタ５と、吸気圧センサ（吸気圧検出手段）２０と、エンジン１に対して各種制御を実施するコントローラ１０とを有する。

エンジン１は、前述のように、４サイクル４気筒直噴エンジンであり、４つの気筒２（第１気筒２ａ、第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ、第４気筒２ｄ）を有する。各気筒２は、各気筒２を連結するクランクシャフト（不図示）が２回転する間すなわち７２０°ＣＡに吸気、圧縮、膨張、排気の４つの行程を行い、各行程は１８０°ＣＡ毎に連続して各気筒２で実施される。本実施形態では、第１気筒２ａ、第３気筒２ｃ、第４気筒２ｄ、第２気筒２ｂの順で、各行程が１８０°ＣＡ毎に順に実施される。

各気筒２には、吸気弁３および排気弁４が設けられている。これら吸気弁３および排気弁４は、運転条件に応じて所定のタイミングで所定期間開弁する。ここで、エンジンシステム１００は、気筒２の一部が休止状態とされる減筒運転が実施されるよう構成されており、この減筒運転時には、休止される気筒の吸気弁３および排気弁４は全行程において閉弁される。具体的には、吸気弁３および排気弁４にそれぞれ設けられてカムシャフト８，９のカム（不図示）によって駆動されるタペットユニット（不図示）に、これら弁の状態を、開閉を許容された状態と、開弁を禁止された状態とに切り替える切替機構が設けられており、減筒運転時には、この切替機構が、コントローラ１０からの信号指令を受けて、吸気弁３および排気弁４の開弁を禁止する。この切替機構としては、例えば、油圧で駆動されるいわゆるロストモーション機構がある。

本実施形態では、減筒運転時には、４気筒のうち２気筒が休止されて、２気筒だけでエンジン１が駆動される。具体的には、４気筒のうち第１気筒２ａと第４気筒２ｄとが休止される。また、減筒運転は、例えば、中回転低負荷領域にて実施される。

インジェクタ５は、各気筒２に取り付けられており、これら気筒２内に直接燃料を噴射する。これらインジェクタ５は、コントローラ１０からの指令に基づき、運転条件に応じて所定のタイミングで所定期間、各気筒２内に燃料を噴射する。減筒運転時には、これらインジェクタ５のうち休止される気筒２のインジェクタ３は、気筒２への燃料の噴射が禁止される。

吸気圧センサ２０は、エンジン１に吸気を導入する吸気通路内の吸気圧を検出するものであり、吸気通路のうち各気筒２に供給される吸気が集合している部分に設けられている。具体的には、吸気通路は、エンジン１に形成されて各気筒２に吸気をそれぞれ個別に導入する複数の吸気ポート６と、吸気ポート６に接続される吸気管７とからなる。吸気管７の下流側部分には、上流側から順にサージタンク７ａと、分配部７ｂとが設けられている。分配部７ｂには、各吸気ポート６に個別に連通する連通路が形成されている。一方、サージタンク７ａは、これら連通路全体と連通している。吸気管７内の吸気は、サージタンク７ａまでは集合して流れており、分配部７ｂにおいて初めて気筒別に分配される。吸気圧センサ２０は、このサージタンク７ａに取り付けられており、サージタンク７ａ内の吸気圧を検出する。

コントローラ１０は、前記のように、吸気弁３および排気弁４の切替機構およびインジェクタ３にそれぞれ指令信号を出力してこれらを制御するとともに、その他の各種制御を実施する。本実施形態では、このコントローラ１０が、本発明に係る判定手段として機能する。具体的には、コントローラ１０には、エンジン１を制御するための種々の制御部が設けられており、その一部である休止状態判定部１２が本発明に係る判定手段として機能する。なお、コントローラ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力を行う入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを有している。

休止状態判定部１２は、気筒２の休止状態を判定するためのものである。具体的には、この休止状態判定部１２は、減筒運転領域において減筒運転を実施している状態から、減筒運転領域を外れて全気筒２でエンジン１を駆動する全筒運転領域に入り全気筒運転を開始する際に、吸気弁３および排気弁４が休止状態から復帰して開弁しているかどうかを判定する。これは、減筒運転から全筒運転を開始する際に、前記切替機構における油圧の作動遅れ等の異常により吸気弁３および排気弁４が休止すなわち閉弁したままでインジェクタ５からこの吸排気弁３，４が閉弁した気筒２内に燃料が噴射された場合に生じるバックファイアの発生や失火等を回避するためである。すなわち、排気弁４が復帰していない（開弁していない）状態で、インジェクタ５からこの排気弁４が閉弁した気筒２内に燃料が噴射されると、気筒２内で生成した高温の燃焼ガスが吸気側に逆流する。また、吸気弁３が復帰していない（開弁していない）状態で、インジェクタ５からこの吸気弁３が閉弁した気筒内に燃料が噴射されると、吸気が不足して失火し、排ガス性能が悪化するおそれがある。そこで、このエンジンシステム１００では、休止状態判定部１２で、吸気弁３および排気弁４が休止状態から復帰して開弁しているかどうか、すなわち、全気筒２において吸気弁３および排気弁４が開弁しているかどうかを判定する。そして、全気筒２において吸気弁３および排気弁４が開弁していると判定された場合にのみ、インジェクタ５から休止状態にあった気筒２への噴射を開始させる。

ここで、吸排気弁３，４の開閉状態が異なると吸気通路７および気筒２での空気の流れが変わるため、吸気通路７内の吸気の状態が変化する。そのため、吸気通路７内の吸気の状態変化に基づいて吸排気弁３、４の休止状態を判定することができると考えられる。この点に基づき、本発明者らは、吸排気弁３，４の休止状態をより精度よく判定できる方法について鋭意研究した結果、特に、吸気圧センサ２０で検出した吸気圧（以下、単に吸気圧という）に前記吸気の状態が顕著に現れ、この吸気圧と吸排気弁３，４の休止状態とに高い相関があることを突き止めた。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、所定のエンジン回転数において、吸排気弁３，４の状態すなわち気筒２の休止状態を変化させた際の吸気圧波形を示す。これら図において横軸はクランク角であり、縦軸は吸気圧センサ２０で検出した吸気圧である。図２（ａ）は、全筒運転時であって４気筒全ての吸排気弁３，４が適正に開弁した場合の吸気圧波形である。図２（ｂ）は、減筒運転時であって２気筒（第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ）のみの吸
排気弁３，４が開弁した場合の吸気圧波形である。図２（ｃ）は、休止される２気筒（第１気筒２ａ、第４気筒２ｄ）の吸排気弁３，４のうち吸気弁３のみが開弁し、排気弁４が閉弁している場合の吸気圧波形である。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を比較すると、図２（ａ）の全筒運転時であって吸排気弁３，４が適正に開弁した場合の吸気圧波形が明確に１８０°ＣＡの周期性を有しているのに対し、それ以外の吸気圧波形には、明確な１８０°ＣＡの周期性が見られない。また、図２（ｂ）の減筒運転時であって２気筒の吸排気弁３，４のみが開弁している場合の吸気圧波形には、約３６０°ＣＡの周期性が見受けられる。所定のエンジン回転数において、全筒運転時であって吸排気弁３，４が適正に開弁した場合の吸気圧波形と、減筒運転時であって２気筒のみの吸排気弁３，４が開弁した場合の吸気圧波形とについて、３６０°ＣＡを１周期とする周波数を基本周波数としてスペクトル解析を行った結果を、それぞれ図３（ａ）、（ｂ）に示す。これらの図は、横軸を基本周波数に対する次数とし、縦軸をスペクトル強度としたものである。この図３（ａ）、（ｂ）からも明らかなように、全気筒２の吸排気弁３，４が適正に開弁した場合の吸気圧波形は、主として２次すなわち１８０°ＣＡを１周期とする周波数成分からなり２次のスペクトル強度が最も大きくなる。一方、２気筒の吸排気弁３，４のみが開弁している場合の吸気圧波形は、主として１次すなわち３６０°ＣＡを１周期とする周波数成分からなり１次のスペクトル強度が最も大きくなる。

また、図４に、吸排気弁３，４の状態を変化させた際の、複数の吸気圧データについての１次のスペクトル強度（１次強度）ＳＰ１と２次のスペクトル強度（２次強度）ＳＰ２との相対関係を調べた結果を示す。この図４は、所定のエンジン回転数において調べた結果である。この図４において、◆で示したものは、全筒運転時であって全気筒２の吸排気弁３，４が適正に開弁した場合の結果であり、■と▲で示したものは、気筒の吸排気弁３、４のいずれかが閉弁している場合の結果である。詳細には、■で示したものは、減筒運転時の結果であって、２気筒の吸排気弁３，４のみが開弁し他の気筒の吸排気弁３，４が閉弁したままとされた場合の結果であり、▲で示したものは、２気筒の吸排気弁３，４のうち吸気弁３のみが適正に開弁し、排気弁４が閉弁したままとされた場合の結果である。

図４に示されるように、全筒運転時であって４気筒全ての吸排気弁３，４が適正に開弁した場合と、全筒運転以外の場合、すなわち、いずれかの気筒２の吸排気弁３，４の少なくとも一方が閉弁したままの場合、とでは、それぞれのスペクトル強度にある程度の変動幅があり、２次強度ＳＰ２について同じ範囲内の値が算出される場合がある一方、１次強度ＳＰ１に対する２次強度ＳＰ２の割合は、各場合で明確に異なっている。すなわち、全筒運転の場合では２次強度ＳＰ２が直線ｍ１であって１次強度ＳＰ１の１次関数で表される線よりも大きくなるのに対して、それ以外の場合ではこの直線ｍ１よりも小さくなる。この関係は、他のエンジン回転数、負荷でも同様である。また、全筒運転の場合と、それ以外の場合とを区切る直線ｍ１は、全エンジン回転数、負荷において、同じ直線をとることができる。

また、図４に示されるように、休止される２気筒の吸排気弁３，４のうち吸気弁３のみが開弁し、かつ、排気弁４が閉弁している場合には、▲印で示された吸気圧の２次強度ＳＰ２は、１次強度の１次関数で表される直線ｍ２よりも大きく、かつ、直線ｍ１で示された全筒運転判定閾値よりも小さい値となる。

以上の知見に基づき、本発明者らは、吸気圧センサ２０で検出された吸気圧を３６０°ＣＡ毎にスペクトル解析して、３６０°ＣＡに対応する１次周波数成分のスペクトル強度である１次強度と、１８０度クランク角に対応する２次周波数成分のスペクトル強度である２次強度とを算出するとともに、１次強度と２次強度との関係を、図４の直線ｍ１に対応する１次強度の１次関数で設定された全筒運転判定閾値と比較することで、全筒運転が実施されているかどうか、すなわち、吸気弁３および排気弁４が休止状態から復帰して開弁しているかどうかを判定することで、気筒２の休止状態を精度よく判定できるようにした。また、１次強度ＳＰ１の１次関数であって直線ｍ２を表す関数を減筒運転判定閾値として設定して、吸気圧の２次強度が、この減筒運転判定閾値よりも大きく、かつ、全筒運転判定閾値よりも小さい場合に、排気弁４が開弁していない異常状態であると判定するようにした。なお、この判定は、減筒運転から全気筒運転への切替時に行われる。詳細には、減筒運転領域から全筒運転領域に入ると、コントローラ１０は、休止していた気筒２のインジェクタ５に対して噴射の禁止を維持しつつ、休止していた気筒２の吸排気弁３，４に対して開閉を許可し、この噴射が停止される一方吸排気弁３，４の開閉が許可された状態で前記判定を行う。そして、コントローラ１０は、この判定において全ての吸気弁３および排気弁４が開弁していると判定されて初めて、休止していた気筒２のインジェクタ５に対して噴射の開始を許可する。

さらに、本実施形態では、吸気圧センサ２０で検出された吸気圧からエンジン１の運転状態の変化に基づく吸気圧の変化分を除外して、この除外した値を用いてスペクトル解析を実施することで、前記判定をより精度よく行う。

前述のように、吸気圧と吸排気弁３，４の休止状態とは高い相関を有するが、エンジン１の運転状態が過渡状態にある場合には、吸排気弁３、４の休止状態に加えてエンジン１の運転状態によっても吸気圧が変化する。図５（ａ）に、全筒運転時においてエンジン１が過渡状態（エンジン１の回転が加速されている状態）にある場合の吸気圧波形を示す。この図５（ａ）に示されるように、エンジン１が回転数が増大する方向の過渡状態にある場合、吸気圧は全体として右上がり（時間とともに増大する方向）に変化し、３６０°ＣＡで２度出現するピーク値に比較的大きな差が生じる。そのため、この吸気圧波形を用いて単純にスペクトル解析を行うと、２次強度が小さく算出されてしまい、減筒運転状態であると誤判定されるおそれがある。

そこで、本実施形態では、前述のように、吸気圧センサ２０で検出された吸気圧からエンジン１の運転状態の変化によって生じた吸気圧の変化傾向を除外して、吸排気弁３，４の休止状態に伴う吸気圧の変化のみを抽出し、この抽出した値に対してスペクトル解析を実施する。具体的には、本実施形態では、吸気圧センサ２０で検出された複数の吸気圧を最小二乗法により直線近似して、この直線を、運転状態の変化によって生じた吸気圧の変化傾向である前記吸気圧トレンドとし、吸気圧センサ２０で検出された吸気圧からこの吸気圧トレンド分を除いた値に対してスペクトル解析を実施する。図５（ａ）に示した例では、吸気圧トレンドとして直線Ｌが算出され、吸気圧センサ２０で検出された吸気圧からこの吸気圧トレンド分を除くと、図５（ｂ）に示した波形となる。図５（ａ）と図５（ｂ）との比較から明らかなように、基本圧トレンド分を除去することで、全筒運転時の吸気圧の波形は、より明確に１８０°ＣＡ周期の波形になる。

図６のフローチャートを用いて、休止状態判定部１２による気筒の休止状態判定の具体的手順について説明する。

ステップＳ１において、休止状態判定部１２は、気筒休止状態判定条件が成立したかどうかを判定する。ここでは、前述のように、運転領域が減筒運転領域から全筒運転領域に変更されると、気筒休止状態判定条件が成立したとする。

この判定がＮＯの場合は、休止状態判定部１２は、そのまま処理を終了する。一方、この判定がＹＥＳの場合は、休止状態判定部１２は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、休止状態判定部１２は、以下に説明するステップＳ２〜ステップＳ１０の演算回数を表すカウンタＣを１にセットする。

ステップＳ２の後進むステップＳ３では、休止状態判定部１２は、吸気圧センサ２０で検出された吸気圧の値ｍａｐ＿ｒを、３６０°ＣＡ分読み込む。吸気圧センサ２０の検出値は、所定のサンプル角度毎にコントローラ１０に入力されている。そのため、休止状態判定部１２は、Ｎｓａｍｐｌｅ＝３６０／サンプル角度の数の吸気圧ｍａｐ＿ｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎｓａｍｐｌｅ）の値を読み込む。本実施形態では、吸気圧センサ２０の検出値
は３０°ＣＡ毎にサンプルされており、Ｎｓａｍｐｌｅ＝１２個のデータが読み込まれる。

次に、ステップＳ４において、休止状態判定部１２は、吸気圧トレンドを算出する。具体的には、ステップＳ２で読み込んだ吸気圧ｍａｐ＿ｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎｓａｍｐｌｅ）を最小二乗法により直線近似して、吸気圧トレンドを算出する。

次に、ステップＳ５において、休止状態判定部１２は、ステップＳ３で読み込んだ吸気圧ｍａｐ＿ｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎｓａｍｐｌｅ）から、吸気圧トレンド分を除去して、演算用吸気圧ｍａｐ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎｓａｍｐｌｅ）を算出する。具体的には、各角度の吸気圧ｍａｐ＿ｒ（ｋ）から、吸気圧トレンドの各角度での値を差し引く。

次に、ステップＳ６において、休止状態判定部１２は、ステップＳ５で算出した演算用吸気圧ｍａｐ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎｓａｍｐｌｅ）をスペクトル解析して、１次強度Ｓｐ１と２次強度Ｓｐ２とを算出する。具体的には、以下の式（１）でｎ＝１、２についてそれぞれスペクトル強度ＳＰｎを算出する。

次に、ステップＳ７において、休止状態判定部１２は、ステップＳ６で算出した１次強度Ｓｐ１から全筒運転判定閾値をａ１×Ｓｐ１＋ｂ１で算出し、ステップＳ６で算出した２次強度Ｓｐ２がこの全筒運転判定閾値より大きいかどうかを判定する。すなわち、図４に示す例において、１次強度Ｓｐ１と２次強度Ｓｐ２とが、直線ｍ１に対してどちらの領域に存在するかを判定する。前記式ａ１×Ｓｐ１＋ｂ１におけるａ１，ｂ１は定数であり
予め設定されている。これら定数は、例えば、ａ１＝２．８、ｂ１＝―１．５に設定される。

ステップＳ７での判定がＮＯであって、Ｓｐ２＞ａ１×Ｓｐ１＋ｂ１でない場合は、ステップＳ８に進み、適正な全筒運転が実施されておらず正常に開弁していない吸気弁３あるいは排気弁４が存在する、すなわち、吸排気弁３，４の少なくとも一方が異常であるとの判定を行って、処理を終了する。

ここで、本実施形態では、減筒運転時において、第１気筒２ａと第４気筒２ｄであって吸排気行程が３６０°ＣＡ離れて実施される２気筒が休止される。そのため、減筒運転領域から全筒運転領域に変更されてからの３６０°ＣＡ期間において、第１気筒２ａと第４気筒２ｄのいずれか一方の吸排気行程は終了していない、すなわち、一方の気筒の吸排気弁３，４に対して開弁指令自体が出されていない。そのため、３６０°ＣＡに対して１回前記演算を行っただけでは、一方の気筒の吸排気弁３，４が正常に開閉しているかどうかを判定することができない。そこで、本実施形態では、ステップＳ７での判定がＹＥＳであって、一方の気筒の吸排気弁３，４が正常であると判定された場合には、他方の気筒の吸排気弁３，４が正常であるかどうかを判定するべく、さらに３６０°ＣＡの吸気圧に対する判定を実施する。すなわち、前記のように、３６０°ＣＡの吸気圧に対する判定を連続して２回実施する。そして、各回においてステップＳ７での判定がＹＥＳとなった場合にのみ、第１気筒２ａと第４気筒２ｄとの吸排気弁３，４がいずれも正常に開閉しているとして処理を終了する。

なお、本実施形態では、第１気筒２ａと第４気筒２ｄのいずれか一方のみが異常であり他方は正常である場合でも、安全性をより高めるべく、インジェクタ５によるこれら気筒への燃料噴射を禁止する。そのため、１回目の演算においてステップＳ７での判定がＮＯとなった場合には、２回目の演算を行うことなく、演算を終了するようにしている。ただし、吸排気弁３，４の一時的な復帰遅れがある場合は、これら弁３，４が遅れて正常に復帰する場合があるため、所定回数演算を繰り返し、連続して異常と判定された場合に、異常と確定するようにしても良い。

以上のように、本実施形態に係るエンジンシステム１００では、吸排気弁３，４の開閉状態によって変化する吸気の状態変化に応じて顕著に変化する吸気圧に基づいて、吸排気弁３，４の開閉状態すなわち気筒の休止状態を判定しているため、気筒の休止状態をより精度よく検出、判定することができる。しかも、この判定を、３６０°ＣＡを１次の周期として吸気圧をスペクトル解析して得られた１次強度と２次強度との絶対値を所定の閾値とそれぞれ比較するのではなく、これら強度の相対関係に基づいて、気筒の休止状態を判定している。そのため、この判定を精度よく行うことができる。

具体的には、前述のように、また、図４に示すように、運転状態が全筒運転とそれ以外の運転とで異なっているにも関わらず、２次強度の存在領域が重複する場合がある。また、エンジン回転数等の運転条件が異なり吸気圧の値（平均値）が異なると、各強度の絶対値は変化するため、例えば、エンジン回転数が異なる場合には、全筒運転時と他の運転時とにおいて１次強度が存在する領域が重複する場合がある。そのため、これら１次強度と２次強度のいずれか一方の絶対値での判定では、全筒運転時とそれ以外の運転時とが正確に判定されない。これに対して、本実施形態では、１次強度と２次強度とを、これら各値の絶対値を所定の閾値とそれぞれ比較するのではなく、これら強度の相対関係に基づいて、気筒の休止状態を判定している。そのため、この判定を精度よく行うことができる。

また、本実施形態では、前記判定を行うための全筒運転判定閾値が、１次強度の１次の関数で設定されており、この設定を容易に行うことができる。特に、エンジン回転数や負
荷等の運転条件によらずに、一定の関数が用いられており、この関数の設定が容易になるとともに、コントローラ３０に記憶させるデータ数を小さく抑えることができる。

さらに、前記実施形態では、エンジン１の運転状態によって変化する吸気圧の変化傾向である吸気圧トレンドを算出して、この吸気圧トレンドを検出した吸気圧から除外して、前記判定に用いる強度を算出している。そのため、運転条件に応じて変化する吸気の状態変化に基づく吸気圧の変化であって気筒の休止状態以外の変化を除外して、気筒の休止状態の差に基づく吸気圧変化のみから気筒の休止状態を判定することができ、気筒の休止状態をより精度よく判定することができる。

ここで、前記実施形態では、吸気圧トレンドを、最小二乗法を用いて直線近似した場合について説明したが、吸気圧トレンドの算出方法はこれに限らない。ただし、最小二乗法を用いて直線近似する方法は、比較的容易であるため、吸気圧トレンドを容易に算出することができる。

また、図６のフローチャートでは、２次強度が所定の全筒運転判定閾値よりも大きいかどうかを判定し、全気筒２において吸排気弁３，４が適正に開弁しているかどうかを判定する手順までを実施する場合について示したが、本装置では、前記のように、これに加えて排気弁４のみの異常を判定、検出する。すなわち、図４に示されるように、また、前記のように、休止される２気筒の吸排気弁３，４のうち吸気弁３のみが開弁し、かつ、排気弁４が閉弁している場合には、▲印で示された吸気圧の２次強度ＳＰ２は、１次強度の１次関数で表される直線ｍ２よりも大きく、かつ、直線ｍ１で示された全筒運転判定閾値よりも小さい値となる。そこで、１次強度ＳＰ１の１次関数であって直線ｍ２を表す関数を減筒運転判定閾値として設定して、吸気圧の２次強度が、この減筒運転判定閾値よりも大きく、かつ、全筒運転判定閾値よりも小さい場合に、排気弁４が開弁していない異常状態であると判定する。このようにすれば、排気弁４の故障等の異常を判定、検出して、エンジン１をより安全に稼働させることができる。減筒運転判定閾値の関数は、１次強度をＳＰ１、２次強度をＳＰ２として、例えば、ＳＰ２＝０．５×ＳＰ１＋０と設定される。

さらに、前記実施形態においては、エンジン１が４気筒エンジンの場合であって、吸気行程が１８０°ＣＡであり、このクランク角の２倍の３６０度クランク角に対応する周波数を基本周波数すなわち１次周波数とし、この１次周波数成分の強度である１次強度と、この基本周波数の第２高調波である１８０度クランク角に対応する２次周波数成分の強度すなわち２次強度との相対関係により吸排気弁の開閉状態を判定するとしたが、本件は、エンジンが３気筒エンジンやＶ６気筒エンジンにおいても適用可能である。エンジンがこれら３気筒エンジン等の場合には、吸気行程が１２０度クランク角毎に行われるため、この１２０度クランク角の２倍の２４０度クランク角または３倍の３６０度クランク角に対応する周波数成分を１次周波数成分として、その強度を１次強度とし、１２０度クランク角に対応する高調波成分の強度である高次強度（１次周波数成分を２４０度クランク角とした場合には２次の強度となり、１次周波数成分を３６０度クランク角とした場合には３次の強度となる）との相対関係により吸排気弁の開閉状態を判定すればよい。

２ 気筒
３ 吸気弁
４ 排気弁
１０ コントローラ
１２ 休止状態判定部（判定手段）
２０ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）

Claims (5)

1. 吸気弁および排気弁をそれぞれ備えるとともに吸気行程が所定クランク角毎に連続して実施される複数の気筒を有し、これら気筒の一部が前記吸気弁および前記排気弁が閉弁し且つ燃焼が停止した休止状態とされる減筒運転を実施するエンジンに設けられて、前記気筒の休止状態を判定する気筒休止状態判定装置であって、
   前記各気筒に接続される吸気通路のうちこれら気筒に供給される吸気が集合している部分に設けられて、この集合部分における吸気圧を検出可能な吸気圧検出手段と、
   前記吸気圧検出手段で検出された吸気圧の値に基づいて、全ての気筒の前記吸気弁および前記排気弁が開弁しているかどうかを判定する判定手段とを有し、
   前記判定手段は、前記圧力検出手段により検出された前記吸気圧をスペクトル解析して、前記所定クランク角の整数倍のクランク角に対応する１次周波数成分の強度である１次強度と、前記所定クランク角に対応する高調波成分の強度である高次強度とを算出し、前記高次強度と、前記１次強度に基づいて設定された全筒運転判定閾値とを比較して、前記高次強度が前記全筒運転判定閾値を越えた場合に、全ての気筒の前記吸気弁および前記排気弁が開弁していると判定するとともに、前記高次強度と、前記１次強度に基づいて設定された減筒運転判定閾値とを比較して、前記高次強度が前記減筒運転判定閾値より大きく且つ前記全筒運転判定閾値よりも小さい場合に、前記排気弁が開弁していないと判定することを特徴とする気筒休止状態判定装置。
2. 請求項１に記載の気筒休止状態判定装置において、
   前記全筒運転判定閾値は、前記１次強度の１次関数として設定されることを特徴とする気筒休止状態判定装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の気筒休止状態判定装置において、
   前記減筒運転判定閾値は、前記１次強度の１次関数として設定されることを特徴とする気筒休止状態判定装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の気筒休止状態判定装置において、
   前記判定手段は、前記圧力検出手段で検出された吸気圧の複数の検出値に基づいて前記エンジンの運転状態の変化によって生じる吸気圧の変化傾向である吸気圧トレンドを算出し、前記圧力検出手段で検出された吸気圧から前記吸気圧トレンド分を除いた値に対してスペクトル解析を実施することを特徴とする気筒休止状態判定装置。
5. 請求項４に記載の気筒休止状態判定装置において、
   前記判定手段は、前記圧力検出手段で検出された吸気圧の複数の検出値を最小二乗法により直線近似し、この近似した直線を前記吸気圧トレンドとすることを特徴とする気筒休止状態判定装置。