JP6681310B2 - 気筒休止エンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

気筒休止エンジンの制御装置及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御装置及び制御方法に関する。
特許文献1には、全筒運転と休筒運転との間での切り替え時に、吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量に代えて、予め設定した予測吸入空気量に基づいてエンジン出力(燃料噴射量制御及び点火時期制御)を制御する、気筒休止エンジンの制御装置が開示されている。
特開平10−103097号公報
全筒運転と休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンにおいて、休筒運転から全筒運転への切り替え時で休止気筒を再稼働させるときに、点火時期の制御や燃料噴射量の制御などの燃焼制御が全気筒で一律に実施されると(換言すれば、再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒とで同じ燃焼制御が実施されると)、燃費、排気性状、運転性が損なわれる場合があった。
つまり、休筒運転での休止気筒では燃焼室壁温が休止期間の継続に伴って低下するため、再稼働時には、継続稼働気筒に比べて吸気ポートの壁面などに付着する燃料量が多くなる。
このため、休筒運転から全筒運転への切り替え時に、再稼働気筒の燃料噴射量を継続稼働気筒の燃料噴射量と同等に設定すると、再稼働気筒において空燃比がリーン化して失火し、更に、失火によって燃焼しなかった燃料が次サイクルに持ち越されることで次サイクルでの空燃比が逆にリッチ化する可能性があった。
このように、再稼働気筒の空燃比が目標空燃比からずれると、排気性状が悪化し、また、加速に伴って休筒運転から全筒運転に切り替えられる場合は加速性能が低下するという問題が生じる。
また、休止気筒では燃焼室壁温が休止期間の継続に伴って低下し、燃焼室壁温が低い場合には、高い場合より点火時期を進角させてもノッキングなどの異常燃焼の発生を抑止できる。
しかし、休筒運転から全筒運転への切り替え時に、冷却水温度などに基づき全気筒一律に点火時期を設定すると、継続稼働気筒に適合する点火時期、つまり、再稼働気筒の燃焼室壁温よりも高い燃焼室壁温に適合する点火時期に設定されることになる。このため、休筒運転から全筒運転への切り替え時に、再稼働気筒の点火時期が過剰に遅角されて熱効率が低下し、燃費性能を低下させるという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、再稼働気筒について適切な燃焼制御を実施でき、以って、燃費、排気性状、運転性を向上させることができる、気筒休止エンジンの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
そのため、本願発明に係る気筒休止エンジンの制御装置は、全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御装置であって、休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒との燃焼室壁温の違いに応じて、前記再稼働気筒と前記継続稼働気筒とで点火時期又は燃料噴射量を異ならせる燃焼制御手段を備え、前記燃焼制御手段は、前記気筒休止エンジンの負荷が高いほど前記再稼働気筒の点火時期又は燃料噴射量を前記継続稼働気筒の点火時期に速く近づける。
また、本願発明に係る気筒休止エンジンの制御方法は、全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御方法であって、休筒運転で休止される気筒の燃焼室壁温を求める第1ステップと、休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒の点火時期又は燃料噴射量を、前記再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒との燃焼室壁温の違いに応じて補正する第2ステップと、前記再稼働気筒の点火時期の補正量又は前記再稼働気筒の燃料噴射量の補正量を、前記気筒休止エンジンの負荷が高いほど速く減少させる第3ステップと、を含む。
上記発明によると、休止運転中に休止気筒の燃焼室壁温が低下することに対応させて、休止状態から再稼働させる気筒の燃焼制御を実施でき、休筒運転から全筒運転に切り替えるときの燃費、排気性状、運転性を向上させることができる。
本発明の実施形態における気筒休止エンジンのシステム構成図である。 本発明の実施形態における燃焼制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における燃料噴射量及び点火時期の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における再稼働気筒での燃焼室壁温及び冷却水温度と燃料噴射量の増量補正値との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒でのエンジン回転速度と燃料噴射量の増量補正値との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒での燃焼室壁温及び冷却水温度と点火時期の進角補正値との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒でのエンジン回転速度と点火時期の進角補正値との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒での燃料噴射量の増量補正値の減少割合とエンジン負荷との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒での燃料噴射量の増量補正時間とエンジン負荷との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒での点火時期の進角補正値の減少割合とエンジン負荷との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における再稼働気筒での点火時期の進角補正時間とエンジン負荷との相関を示す線図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本願発明に係る制御装置及び制御方法を適用する気筒休止エンジンの一態様を示す。
図1に示す車両用エンジン(内燃機関)1は、左右2つのバンクからなる6気筒V型エンジンであって、低負荷時などにおいて左バンク1Aの3気筒の稼働を停止させて右バンク1Bの3気筒を稼働させる休筒運転を行い、高負荷時には6気筒の全てを稼働させる全筒運転を行う、気筒休止エンジンである。
なお、休筒運転で休止させる左バンク1Aには、休筒運転時に左バンク1Aの各気筒の吸気弁6及び排気弁11を閉じた状態に保持する気筒休止機構31を設けてある。
エンジン1の各気筒の燃焼室2は、吸気ダクト3、吸気マニホールド4a,4b、吸気ポート5を介して大気側と連通している。
燃焼室2(シリンダ)の吸気口2aは吸気弁6で開閉される。
燃料噴射弁8は、吸気マニホールド4a,4bのブランチ部40a,40b、つまり、各気筒の吸気弁6上流の吸気通路に配され、各気筒の吸気弁6上流の吸気通路内に燃料を噴射する。つまり、エンジン1はポート噴射式エンジンである。
但し、エンジン1はポート噴射式エンジンに限定されず、燃料噴射弁が燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式エンジンに本願発明に係る制御装置及び制御方法を適用することができる。
燃焼室2内に吸引された燃料は、点火プラグ9による火花点火によって着火燃焼し、このときの爆発力がピストン7を押し下げ、該押し下げ力によってクランク軸10が回転駆動される。
また、燃焼室2の排気口2bは、排気弁11で開閉され、燃焼室2内の排気ガスは排気弁11を介して排気ポート12に排出される。
吸気弁6及び排気弁11は、クランク軸10からの回転力が伝達されるカム軸(図示省略)に一体的に設けたカムによって軸方向に往復動して開閉動作する。
なお、エンジン1は、吸気弁6及び/又は排気弁11のバルブ作動角の中心位相や最大バルブリフト量を可変とする可変動弁機構を備えることができる。
排気ポート12には、排気マニホールド13a,13bの各ブランチ部が接続され、更に、排気マニホールド13a,13bの各集合部は排気ダクト14に接続される。
排気ダクト14には、排気を浄化するための触媒を備えた触媒コンバータ15が介装されている。
また、吸気ダクト3には、モータでスロットルの開度を変化させる電子制御スロットル16が配され、電子制御スロットル16はエンジン1の吸入空気量を調整する。
制御装置としてのエンジン・コントロール・モジュール(ECM)21は、プロセッサやメモリなどを含んで構成されるマイクロコンピュータを備える。
そして、ECM21は、エンジン1の運転条件を検出する各種センサの出力信号を入力し、メモリに格納されているプログラムに従ってプロセッサが演算処理を実施し、燃料噴射弁8、点火プラグ9に点火エネルギーを供給する点火モジュール(図示省略)、電子制御スロットル16などのエンジン1の制御対象デバイスに操作信号を出力する。ここで、ECM21は、燃料噴射弁8による燃料噴射量(噴射パルス幅)及び点火プラグ9による点火時期をバンク毎に異なる値に制御する機能を備えている。
各種センサとして、アクセル開度ACCを検出するアクセル開度センサ22、エンジン1の冷却水の温度TWを検出する水温センサ23、エンジン1が搭載される車両の走行速度VSPを検出する車速センサ24、クランク軸10が単位角度だけ回転する毎の単位クランク角信号POS及び基準クランク角位置毎の基準クランク角信号REFを出力するクランク角センサ25、各バンクの排気マニホールド13a,13bの集合部にそれぞれ配置され排気中の酸素濃度に基づいて各バンクの空燃比AFを検出する空燃比センサ26a,26b、エンジン1の吸入空気流量QAを検出するエアフローセンサ27、電子制御スロットル16の開度TVOを検出するスロットル開度センサ28、電子制御スロットル16下流側の吸気通路内の圧力(吸気管負圧)PBを検出する圧力センサ(負圧センサ)29などが設けられている。
ECM21は、休筒運転で休止される休止気筒であって休筒運転から全筒運転に切り替えられるときに休止状態から再稼働させる再稼働気筒の燃焼制御を、休筒運転で稼働される継続稼働気筒の燃焼制御と異ならせる機能(燃焼制御手段)をソフトウエアとして備えている。
なお、エンジン1では、休筒運転から全筒運転に切り替えられるときに、左バンク1Aの3気筒が再稼働気筒に該当し、右バンク1Bの3気筒が継続稼働気筒に該当する。
但し、休止気筒が、右バンク1Bの3気筒と左バンク1Aの3気筒との間で切り替えられる構成とすることができ、係る休止気筒の切り替えが行われるエンジン1では、全筒運転に切り替えられる直前の休筒運転で休止されていた気筒が再稼働気筒に該当し、直前の休筒運転で稼働されていた気筒が継続稼働気筒に該当することになる。
再稼働気筒では休筒運転中に燃焼室壁温が低下し、継続稼働気筒の燃焼室壁温よりも低くなる。そして、休筒運転から全筒運転への移行初期に、再稼働気筒についての適正な燃焼制御と継続稼働気筒についての適正な燃焼制御とが燃焼室壁温の違いによって異なるようになる。
このため、ECM21は、休筒運転から全筒運転への移行時に、継続稼働気筒に適合する燃焼制御を、再稼働気筒の燃焼室壁温に応じて変更して再稼働気筒に適合させる処理を実施する。詳細には、ECM21は、再稼働気筒の燃焼室壁温に応じて、点火時期及び燃料噴射量を再稼働気筒と継続稼働気筒とで異ならせる燃焼制御を実施する。
ECM21による点火時期及び燃料噴射量の制御の一態様を図2のフローチャートにしたがって説明する。
まず、ECM21は、ステップS101で、全気筒(6気筒全て)を稼働させる全筒運転でエンジン1を運転させる。
次のステップS102で、ECM21は、エンジン1の燃焼室壁温TCYL(℃)を推定する。
ECM21は、冷却水温度TW、吸入空気量、エンジン負荷、エンジン回転速度などの運転条件に基づいて、エンジン1の全筒運転状態での燃焼室壁温TCYLを推定する。
なお、燃焼室壁温TCYLの推定方法として、例えば特開2014−156849号公報などに開示される公知の推定方法を適宜採用できる。
ここで、全筒運転では各気筒の燃焼室壁温TCYLが同等になるので、ECM21がステップS102で推定する燃焼室壁温TCYLは、各気筒に共通の推定値となる。
また、燃焼室壁温TCYLの応じた信号を出力する壁温センサを設け、ECM21は、ステップS102で壁温センサの出力信号を入力し、壁温センサの出力信号に基づき燃焼室壁温TCYLを検出する構成とすることができる。
なお、壁温センサとしては、例えば、点火プラグ9に一体的に設けられる温度センサを用いることができ、また、特開2010−048133号公報に開示されるように燃焼室を囲むシリンダブロックに温度センサを配する構成とすることができる。
次のステップS103で、ECM21は、全筒運転から休筒運転への切り替え条件が成立しているか否かを、アクセル開度(スロットル開度)、エンジン負荷、エンジン回転速度などのエンジン運転条件に基づいて検出する。
全筒運転から休筒運転への切り替え条件が成立していない場合、つまり、全筒運転の実施条件が継続している場合、ECM21は、ステップS102に戻って燃焼室壁温TCYLの推定処理を継続し、燃焼室壁温TCYLを更新する。
一方、全筒運転から休筒運転への切り替え条件が成立すると、ECM21は、ステップS104に進み、気筒休止機構31を制御して左バンク1Aの3気筒の吸排気弁6,11が閉状態に保持されるようにしかつ左バンク1Aの3気筒への燃料供給を停止させることで左バンク1Aの3気筒を休止させる。
これにより、エンジン1は、全気筒が稼働する全筒運転から、左バンク1Aが休止し右バンク1Bが稼働を継続する休筒運転に切り替わる。
エンジン1の休筒運転状態において、ECM21は、ステップS105に進み、休止気筒(左バンク1Aの3気筒)の燃焼室壁温TCYLDEを推定する。
ECM21は、休止気筒の燃焼室壁温TCYLDEを、例えば、全筒運転から休筒運転に切り替わる直前の燃焼室壁温TCYL、冷却水温度TW、休止運転開始からの経過時間などに基づいて推定する。
つまり、燃焼室壁温TCYLDEは、全筒運転から休筒運転に切り替わる直前の燃焼室壁温TCYLを初期値として休止運転開始からの経過時間が長くなるほど低くなり、また、経過時間に対する燃焼室壁温TCYLDEの温度低下速度は冷却水温度TWが低いときほど速くなる。したがって、ECM21は、一態様として、全筒運転から休筒運転に切り替わる直前の燃焼室壁温TCYL、冷却水温度TW、休止運転開始からの経過時間などに基づいて休止気筒の燃焼室壁温TCYLDEを推定することができる。
但し、ECM21は、燃焼室壁温TCYLDEを休止気筒に設けた壁温センサの出力信号に基づき直接的に求めることができる。
次いで、ECM21は、ステップS106に進み、休筒運転から全筒運転への切り替えに備えて、再稼働気筒(現状休止されている左バンク1Aの3気筒)についての燃料噴射量の補正値TICYLDEを演算する。
ECM21がステップS106で演算する燃料噴射量の補正値TICYLDEは、継続稼働気筒の燃料噴射量を基準値としたときの再稼働気筒の燃料噴射量の増量分である。
ECM21は、休筒運転から全筒運転への切り替えから所定期間内では、再稼働気筒(左バンク1Aの3気筒)と継続稼働気筒(右バンク1Bの3気筒)とで燃料噴射量を個別に制御し、再稼働気筒の燃料噴射量を継続稼働気筒の燃料噴射量よりも増量する。
休筒運転で稼働が停止される休止気筒では、休止期間中に燃焼室壁温が低下し、稼働を再開させるときに燃料噴射弁8から噴射される燃料のうち吸気ポート5の壁面などに付着する燃料量が増える。このため、継続稼働気筒と同じ量の燃料が再稼働気筒に噴射されると(換言すれば、全気筒に同量の燃料が噴射されると)、再稼働気筒において空燃比が目標よりもリーンになって失火する可能性がある。
そこで、ECM21は、休筒運転から全筒運転に切り替えた時点から、再稼働気筒の燃焼室壁温が継続稼働気筒の燃焼室壁温と同等の温度に上昇するまで間において、再稼働気筒の燃料噴射量を継続稼働気筒の燃料噴射量よりも増量し、再稼働気筒の空燃比がリーン化することを抑制する。
ECM21は、ステップS106において、再稼働気筒についての燃料噴射量(噴射パルス幅)の補正値TICYLDEを、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDE(℃)、冷却水温度TW(℃)、エンジン回転速度NE(rpm)などに基づいて演算する。
なお、ECM21がステップS106で演算する補正値TICYLDEは、全筒運転において全気筒共通として演算される燃料噴射量(噴射パルス幅(ms))TIを増大補正するための補正値の初期値である。
ECM21は、図3のタイムチャートに示すように、時刻t1で休筒運転から全筒運転に切り替えられると、ステップS106で演算した補正値TICYLDEを初期値として補正値TICYLDEを漸減させて増量分を徐々に減らし、燃料噴射量TIを補正値TICYLDEで補正した噴射量を再稼働気筒用として噴射制御に用い、継続稼働気筒については燃料噴射量TIに基づき噴射制御する。
つまり、休筒運転から全筒運転に切り替えられた時点(図3の時刻t1)で再稼働気筒の燃焼室壁温と継続稼働気筒の燃焼室壁温との差が最も大きく、その後再稼働気筒の燃焼室壁温が上昇するにしたがって燃焼室壁温の差が小さくなるので、ECM21は、燃焼室壁温の差の減少変化に対応させて再稼働気筒についての燃料噴射量の増量を徐々に減らし、燃焼室壁温が同等になった時点(図3の時刻t2)で増量を停止させる。
ここで、再稼働気筒では、燃焼室壁温TCYLDEが低いほどポート付着燃料量が多くなるので、ECM21は、図4に示すように、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが低いほど増量補正値TICYLDEを大きくし、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが低いほど再稼働気筒の燃料噴射量を継続稼働気筒の燃料噴射量よりも増量する。
また、ECM21は、燃焼室壁温TCYLDEに基づく増量補正値TICYLDEを、冷却水温度TW(エンジン1の代表温度)やエンジン回転速度NEなどに基づいて補正する。
詳細には、ECM21は、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEに応じた増量補正値TICYLDEを、図4に示すように冷却水温度TWが低いほど再稼働気筒の燃料噴射量がより多くなるように設定し、また、図5に示すようにエンジン回転速度NEが低いほど再稼働気筒の燃料噴射量がより多くなるように設定する。これにより、冷却水温度TWやエンジン回転速度NEの条件が異なっても、再稼働気筒の空燃比がリーン化することを抑制できる。
上記のように、ECM21は、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDE、冷却水温度TW、及びエンジン回転速度NEに基づき、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正値TICYLDEを決定する。
また、ECM21は、ステップS107で、休筒運転から全筒運転への切り替えに備えて、再稼働気筒についての点火時期の補正値ADVCYLDEを演算する。なお、ECM21は、点火時期を、例えば上死点TDCからの点火時期までのクランク角度(deg)として設定し、補正値ADVCYLDEは、点火時期を進角側に変更するクランク角度(deg)である。
ここで、ECM21がステップS107で演算する点火時期の補正値ADVCYLDEは、継続稼働気筒の点火時期を基準としたときの進角補正分である。ECM21は、休筒運転から全筒運転への切り替え時から所定期間内では、再稼働気筒と継続稼働気筒とで点火時期を個別に制御し、再稼働気筒の点火時期を継続稼働気筒の点火時期よりも進角させる燃焼制御を実施する。
再稼働気筒は、休止期間中に燃焼室壁温が低下しているので、燃焼室壁温が高い継続稼働気筒に比べてノッキングなどの異常燃焼が発生し難くなる。したがって、再稼働気筒では、継続稼働気筒より点火時期を進角させてもノッキングの発生を抑制でき、点火時期を進角させることで再稼働気筒の熱効率を向上させることができる。
そこで、ECM21は、再稼働気筒の点火時期を、再稼働気筒の燃焼室壁温が継続稼働気筒の燃焼室壁温と同等になるまで、継続稼働気筒の点火時期よりも進角させ、再稼働気筒の熱効率を可及的に高める。
なお、ECM21がステップS107で演算する補正値ADVCYLDEは、全筒運転において全気筒共通として演算される点火時期(点火進角値)ADVを進角補正するための補正値の初期値である。
ECM21は、図3のタイムチャートに示すように、時刻t1で休筒運転から全筒運転に切り替えられると、ステップS107で演算した補正値ADVCYLDEを初期値として補正値ADVCYLDEを漸減させ、点火時期ADVを補正値ADVCYLDEで補正した点火時期を再稼働気筒用として点火制御に用い、継続稼働気筒については点火時期ADVに基づき点火制御する。
つまり、休筒運転から全筒運転に切り替えられた時点(図3の時刻t1)で再稼働気筒の燃焼室壁温と継続稼働気筒の燃焼室壁温との差が最も大きく、その後再稼働気筒の燃焼室壁温が上昇するにしたがって燃焼室壁温の差が小さくなるので、ECM21は、燃焼室壁温の差の減少変化に対応させて再稼働気筒についての点火時期の進角量を徐々に減らし、燃焼室壁温が同等になった時点(図3の時刻t2)で進角補正を停止させる。
ECM21は、ステップS107において、再稼働気筒の点火時期の進角補正値ADVCYLDEを、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDE(℃)、冷却水温度TW(℃)、エンジン回転速度NE(rpm)などに基づいて演算する。
燃焼室壁温TCYLDEが低いほどノッキング(異常燃焼)が発生し難くなり、点火時期をより進角させることが可能になるので、ECM21は、図6に示すように、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが低いほど進角補正値ADVCYLDEを大きくする。
また、ECM21は、燃焼室壁温TCYLDEに基づく進角補正値ADVCYLDEを、冷却水温度TW(エンジン1の代表温度)やエンジン回転速度NEなどに基づいて補正する。
詳細には、ECM21は、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEに応じた進角補正値ADVCYLDEを、図6に示すように冷却水温度TWが低いほど点火時期がより進角するように設定し、また、図7に示すようにエンジン回転速度NEが低いほど点火時期がより進角するように設定する。これにより、ECM21は、冷却水温度TWやエンジン回転速度NEの条件が異なっても、異常燃焼の発生を抑止しつつ再稼働気筒の点火時期を可及的に進角することができる。
上記のように、ECM21は、休筒運転から全筒運転への切り替えに備えて、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正値TICYLDE及び再稼働気筒の点火時期の進角補正値ADVCYLDEを、再稼働気筒(休止中の気筒)の燃焼室壁温TCYLDEに基づいて設定することで、全筒運転への切り替えられたときに、継続稼働気筒に比べて低い燃焼室壁温TCYLDEに適合する燃料噴射量及び点火時期で再稼働気筒の燃焼が制御されるようにする。
なお、ECM21は、継続稼働気筒と再稼働気筒とで異ならせる燃焼制御として、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正と再稼働気筒の点火時期の進角補正との少なくとも一方を実施することができる。また、ECM21は、燃料噴射量と点火時期との少なくとも一方の制御において、冷却水温度TWに基づく補正とエンジン回転速度NEに基づく補正との少なくとも一方を省略することができる。
ECM21は、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正値TICYLDE及び再稼働気筒の点火時期の進角補正値ADVCYLDEを設定した後、ステップS108に進み、休筒運転から全筒運転への切り替え条件が成立しているか否かを検出する。
そして、休筒運転から全筒運転への切り替え条件が成立していない場合、ECM21は、エンジン1の休筒運転を継続させると共に、ステップS105−ステップS107の処理を繰り返し、全筒運転への切り替えに備えて増量補正値TICYLDE及び進角補正値ADVCYLDEを更新する。
一方、休筒運転から全筒運転への切り替え条件が成立すると、ECM21は、ステップS109に進み、気筒休止機構31を制御して左バンク1Aの吸排気弁6,11の開閉動作を再開させると共に左バンク1Aの各気筒への燃料噴射を再開させ、休筒運転から全筒運転に切り替える。
次いで、ECM21は、ステップS110に進み、ステップS106で設定した燃料噴射量の増量補正値TICYLDEを初期値として漸減される増量補正値TICYLDEで再稼働気筒の燃料噴射量を増量させ、再稼働気筒の燃料噴射量を継続稼働気筒の燃料噴射量よりも多くする燃焼制御を実施する。
つまり、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEは休筒運転中に減少し、全筒運転に切り替えられると上昇に転じて継続稼働気筒の燃焼室壁温に近づき、再稼働気筒における空燃比のリーン化を抑制するために必要とされる燃料増量は燃焼室壁温TCYLDEの上昇に応じて減少する。
そこで、ECM21は、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの上昇変化に合わせて、再稼働気筒の燃料増量分を漸減させ、徐々に継続稼働気筒の燃料噴射量に近づける。
ここで、ECM21は、再稼働気筒の増量補正値TICYLDEの漸減速度を予め定めた一定値に設定することができる。
また、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが上昇して継続稼働気筒の燃焼室壁温に近づく速度は、エンジン1の負荷に応じて変化するので、ECM21は、エンジン1の負荷に応じて再稼働気筒の燃料増量を漸減させる速度を変更することができる。
例えば、ECM21は、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正値TICYLDEを、全筒運転に切り替わってから単位時間が経過する毎に設定値ΔTICYLDEだけ減少させる処理を行い、更に設定値ΔTICYLDEを、図8に示すように、エンジン1の負荷が小さいほど小さく変更することができる。
エンジン1の負荷が低いときは再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの上昇が遅くなるので、ECM21は、設定値ΔTICYLDEを小さくすることで、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正を実施する期間を長くする。
逆にエンジン1の負荷が高いときには再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの上昇が速くなるので、ECM21は、設定値ΔTICYLDEを大きくすることで、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正を実施する期間を短くする。
これにより、ECM21は、エンジン1の負荷の違いによる燃焼室壁温TCYLDEの上昇速度の違いに応じて、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正を実施する期間を変更でき、再稼働気筒の燃料噴射量を増量補正する期間(換言すれば、増量補正量)に過不足が生じることを抑制できる。
また、ECM21は、全筒運転への切り替え時から再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正を実施する時間PTICYLDE(ms)を、全筒運転に切り替えるときのエンジン1の負荷に応じて可変に設定し、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの変化に合わせて再稼働気筒の燃料増量を漸減させることができる。
つまり、ECM21は、図9に示すように、エンジン1の負荷が低いほど増量時間PTICYLDE(ms)を長く設定して、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒の燃焼室壁温に十分に近づくまでの間で増量補正が実施されるようにし、エンジン1の負荷に応じた増量時間PTICYLDE(ms)で増量補正値TICYLDEを零にまで漸減させる。
また、ECM21は、ステップS111で、ステップS107で設定した点火時期の進角補正値ADVCYLDEを初期値として漸減される進角補正値ADVCYLDEで再稼働気筒の点火時期を進角させ、継続稼働気筒の点火時期よりも進角させる燃焼制御を実施する。
つまり、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEは、休筒運転中に減少し、全筒運転に切り替えられると上昇に転じて継続稼働気筒の燃焼室壁温に近づき、継続稼働気筒の点火時期に比べて再稼働気筒の点火時期を進角できるクランク角度は燃焼室壁温TCYLDEの上昇に応じて減少する。
そこで、ECM21は、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの上昇変化に合わせて、再稼働気筒の点火時期の進角補正値ADVCYLDEを漸減させ、徐々に継続稼働気筒の点火時期に近づける。
ここで、ECM21は、増量補正値TICYLDEを零にまで漸減させる処理と同様に、エンジン1の負荷が低く再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの上昇が遅いときほど、進角補正値ADVCYLDEを漸減させる速度を遅くすることができる。
つまり、図10に示すように、ECM21は、進角補正値ADVCYLDEを単位時間が経過する毎に設定値ΔADVCYLDEだけ減少させる(再稼働気筒の点火時期を単位時間が経過する毎に設定値ΔADVCYLDEだけ遅角方向に変更する処理)における設定値ΔADVCYLDEをエンジン1の負荷が低いほど小さくする。
また、図11に示すように、ECM21は、進角補正値ADVCYLDEを零にまで漸減させる時間PADVCYLDEを、エンジン1の負荷が低いほど長く設定して、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒の燃焼室壁温に十分に近づくまでの間において再稼働気筒で点火時期の進角補正が実施されるようにする。
つまり、エンジン1の負荷に応じた進角補正時間PADVCYLDEだけ再稼働気筒における点火時期が進角補正され、進角補正時間PADVCYLDEが経過した時点で、再稼働気筒の点火時期は継続稼働気筒の点火時期に戻される。
なお、ECM21は、増量時間PTICYLDE、進角補正時間PADVCYLDEに基づき、再稼働気筒の燃料噴射量の増量補正及び点火時期の進角補正を行うときに、増量時間PTICYLDE、進角補正時間PADVCYLDEで補正値が零に収束する一定速度で、増量補正値TICYLDE、進角補正値ADVCYLDEを減少させることができる。
また、ECM21は、例えば、休筒運転から全筒運転に切り替わった当初は減少速度を速くし、時間経過に伴って減少速度をより遅く変更し、時間PTICYLDE,PADVCYLDEが経過した時点で補正値を零に収束させることもできる。
上記のようにして、ECM21は、再稼働気筒の燃料噴射量及び点火時期の補正をステップS110、ステップS111で実施し、ステップS112では、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEと継続稼働気筒の燃焼室壁温TCYLとを比較することで、再稼働気筒の燃料噴射量及び点火時期の補正制御の解除条件が成立したか否かを検出する。
詳細には、ECM21は、全筒運転移行後の燃焼室壁温TCYLDEの上昇変化を推定し、継続稼働気筒の燃焼室壁温TCYLから再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEを減算した値が閾値TCYLJDG(TCYLJDG≧0)以下になったか否かを判別することで、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒の燃焼室壁温TCYL付近にまで上昇したか否かを検出し、TCYL−TCYLDE≦TCYLJDGが成立するときに前記解除条件の成立を判断する。
そして、ECM21は、TCYL−TCYLDE>TCYLJDGが成立し、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが上昇過程にあると判断されるときに、ステップS110に戻って、再稼働気筒の燃料噴射量及び点火時期の補正制御を継続する。
一方、ECM21は、TCYL−TCYLDE≦TCYLJDGが成立し、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒の燃焼室壁温TCYL付近にまで上昇していると判断されるとき(図3の時刻t2)に、ステップS113以降に進む。
ECM21は、ステップS113において、再稼働気筒の燃料噴射量を補正する増量補正値TICYLDEを零にリセットし、全気筒が共通の燃料噴射量で噴射制御される状態に移行させる。なお、ECM21は、増量補正値TICYLDEを零にリセットした状態での各気筒の燃料噴射量を、各気筒の吸入空気のばらつきなどによって気筒毎に補正することができ、増量補正値TICYLDEを零にリセットした状態で全気筒が同じ燃料噴射量に制御される構成に限定されない。
また、次のステップS114において、ECM21は、再稼働気筒の点火時期を補正する進角補正値ADVCYLDEを零にリセットし、全気筒が共通の点火時期で点火制御される状態に移行させる。
なお、ECM21は、前記解除条件の成立を判断した時点で増量補正値TICYLDE及び進角補正値ADVCYLDEを零にリセットする代わりに、増量補正値TICYLDE及び進角補正値ADVCYLDEを解除条件の成立前よりも速い速度で減少させることができる。
また、ECM21は、継続稼働気筒の燃焼室壁温TCYLと再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEとの差に基づき増量補正値TICYLDE及び進角補正値ADVCYLDEの漸減速度を制御し、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒の燃焼室壁温TCYLに十分に近づいた時点で増量補正値TICYLDE及び進角補正値ADVCYLDEが零になるように制御することができる。
図2のフローチャートに示したECM21の燃料噴射制御によると、休筒運転で燃焼が休止された気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒に比べて低下しても、休止状態から再稼働させる気筒で空燃比がリーン化することを抑制できる。
これにより、休筒運転から全筒運転に移行させたときに、エンジン1の排気性状が悪化したり、車両の加速性能が低下したりすることを抑止できる。
また、図2のフローチャートに示したECM21の点火時期制御によると、休筒運転で燃焼が休止された気筒の燃焼室壁温TCYLDEが継続稼働気筒に比べて低下したときに、休止状態から再稼働させる気筒の点火時期を可及的に進角させることができる。
これにより、休筒運転から全筒運転に移行させるときに、再稼働気筒の熱効率を可及的に高めることができ、エンジン1の燃費性能を改善することができる。
また、ECM21は、再稼働気筒に適用する燃料噴射量の増量補正値TICYLDE及び点火時期の進角補正値ADVCYLDEを燃焼室壁温TCYLDEに基づき設定し、更に、冷却水温度TW、エンジン回転速度NEに応じて補正値TICYLDE,ADVCYLDEを修正するので、再稼働気筒の燃焼室壁温TCYLDEの上昇変化に見合った補正値で燃料噴射量及び点火時期を補正できる。
これにより、燃焼室壁温TCYLDEに応じた再稼働気筒の燃焼制御(燃料噴射量制御、点火時期制御)が高精度に実施され、再稼働気筒の燃料噴射量及び点火時期を安定して適正値に制御することができる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
ECM21は、再稼働気筒の燃焼制御(燃料噴射量制御、点火時期制御)を、吸気温度、吸気弁6のバルブタイミング(閉時期)、圧縮比可変機構などにより変更される圧縮比など燃焼室壁温TCYLDEに影響する条件に応じて変更することができる。
また、ECM21は、エンジン1の過渡運転が繰り返される場合などの燃焼室壁温の推定精度が低下する条件では、再稼働気筒と継続稼働気筒とで燃焼制御を異ならせる処理(再稼働気筒の燃料噴射量や点火時期を補正する制御)を中止したり、燃焼室壁温の推定誤差を見込んで補正値を小さく制限したりすることができる。
また、ECM21は、全気筒について燃料噴射を停止させる減速燃料カットから燃料噴射を再開させるときに、燃料カット気筒の燃焼室壁温に応じて燃料噴射量や点火時期を補正することができる。
また、エンジン1の休筒運転は、休止気筒について吸排気弁6,11の開閉動作を継続させつつ燃料噴射を停止させる運転とすることができ、この場合も、ECM21は、休止気筒の燃焼室壁温が休止中に低下することに基づき、休止気筒の再稼働時に燃料噴射量と点火時期との少なくとも一方を補正することができる。
また、ECM21は、燃焼室壁温に応じて補正する再稼働気筒の燃焼制御として、再稼働気筒の燃料噴射弁8の噴射タイミングや燃料供給圧を、継続稼働気筒の燃料噴射弁8の噴射タイミングや燃料供給圧と異ならせる燃焼制御を行うことができる。具体的には、再稼働気筒においては、燃焼室壁温が低いことでポート壁面などに付着する燃料量(壁流量)が継続稼働気筒に比べて多くなるので、ECM21は、再稼働気筒において壁流量が減るように、噴射タイミングや燃料供給圧を変更することができる。
また、特開平10−103097号公報に開示されるように、全筒運転と休筒運転との間での切り替え時に、吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量に代えて、予め設定した予測吸入空気量に基づいてエンジン出力(燃料噴射量制御及び点火時期制御)を制御する構成において、再稼働気筒の燃焼室壁温に基づき再稼働気筒の燃料噴射量や点火時期を補正することができる。
また、ECM21は、再稼働気筒の燃焼を燃焼室壁温に応じて制御すると共に、燃焼室壁温が目標温度に近づくようにエンジン1の水冷装置における冷却水の循環量の変更や循環させる経路の切り替えなどを実施することができ、更に、休止気筒(休止バンク)と継続稼働気筒(継続稼働バンク)とで目標燃焼室壁温を異ならせ、バンク毎に個別に冷却水循環量の変更や循環させる経路の切り替えが行われるように構成することができる。
また、ECM21は、再稼働気筒(左バンク1A)の燃料噴射量を燃焼室壁温に応じて増量補正したときの空燃比センサ26bで検出される再稼働気筒(左バンク1A)の空燃比に基づき、燃焼室壁温と増量補正量との相関を修正する学習処理を実施することができる。
また、ECM21は、再稼働気筒(左バンク1A)の点火時期を燃焼室壁温に応じて進角補正したときの再稼働気筒(左バンク1A)での異常燃焼(ノッキング)の有無に基づき、燃焼室壁温と進角補正量との相関を修正する学習処理を実施することができる。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
気筒休止エンジンの制御装置は、その一態様として、全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御装置であって、休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒とで燃焼室壁温の違いに応じて異なる燃焼制御を実施する燃焼制御手段を備える。
前記気筒休止エンジンの制御装置の好ましい態様において、前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒と前記継続稼働気筒とで点火時期と燃料噴射量との少なくとも一方を異ならせる。
別の好ましい態様では、前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の点火時期を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど前記継続稼働気筒の点火時期に比べて進角させる。
更に、別の好ましい態様では、前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の燃料噴射量を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど前記継続稼働気筒の燃料噴射量に比べて多くする。
更に、別の好ましい態様では、前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の点火時期の進角量と前記再稼働気筒の燃料噴射量の増量との少なくとも一方を、前記エンジンの冷却水温度が低いほど大きくする。
更に、別の好ましい態様では、前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の点火時期の進角量と前記再稼働気筒の燃料噴射量の増量との少なくとも一方を、前記エンジンの回転速度が低いほど大きくする。
更に、別の好ましい態様では、前記燃焼制御手段は、前記エンジンの負荷が高いほど前記再稼働気筒の燃焼制御を前記継続稼働気筒の燃焼制御に速く近づける。
更に、別の好ましい態様では、前記燃焼制御手段は、休筒運転から全筒運転への切り替えから前記再稼働気筒の燃焼室壁温と前記継続稼働気筒の燃焼室壁温との差が所定値以下になるまでの間において、前記再稼働気筒と前記継続稼働気筒とで燃焼室壁温の違いに応じて異なる燃焼制御を実施する。
また、気筒休止エンジンの制御方法は、全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御方法であって、休筒運転で休止される気筒の燃焼室壁温を求める第1ステップと、休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒の燃焼制御を燃焼室壁温に応じて変更する第2ステップと、を含む。
前記気筒休止エンジンの制御方法の好ましい態様において、前記第2ステップは、前記再稼働気筒の点火時期を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒の点火時期に比べて進角させるステップを含む。
別の好ましい態様では、前記第2ステップは、前記再稼働気筒の燃料噴射量を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒の燃料噴射量に比べて多くするステップを含む。
1…内燃機関、2…燃焼室、3…吸気ダクト、4a,4b…吸気マニホールド、5…吸気ポート、6…吸気弁、7…ピストン、8…燃料噴射弁、9…点火プラグ、10…クランク軸、11…排気弁、16…電子制御スロットル、21…ECM(エンジン・コントロール・モジュール)、22…アクセル開度センサ、23…水温センサ、24…車速センサ、25…クランク角センサ、26a,26b…空燃比センサ、27…エアフローセンサ、28…スロットル開度センサ、29…圧力センサ、31…気筒休止機構

Claims (10)

  1. 全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御装置であって、
    休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒との燃焼室壁温の違いに応じて、前記再稼働気筒と前記継続稼働気筒とで点火時期を異ならせる燃焼制御手段を備え、
    前記燃焼制御手段は、前記気筒休止エンジンの負荷が高いほど前記再稼働気筒の点火時期を前記継続稼働気筒の点火時期に速く近づける、
    気筒休止エンジンの制御装置。
  2. 全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御装置であって、
    休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒との燃焼室壁温の違いに応じて、前記再稼働気筒と前記継続稼働気筒とで燃料噴射量を異ならせる燃焼制御手段を備え、
    前記燃焼制御手段は、前記気筒休止エンジンの負荷が高いほど前記再稼働気筒の燃料噴射量を前記継続稼働気筒の燃料噴射量に速く近づける、
    気筒休止エンジンの制御装置。
  3. 前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の点火時期を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど前記継続稼働気筒の点火時期に比べて進角させる、
    請求項1記載の気筒休止エンジンの制御装置。
  4. 前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の燃料噴射量を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど前記継続稼働気筒の燃料噴射量に比べて多くする、
    請求項2記載の気筒休止エンジンの制御装置。
  5. 前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の点火時期の進角量又は前記再稼働気筒の燃料噴射量の増量、前記気筒休止エンジンの冷却水温度が低いほど大きくする、請求項3又は請求項4記載の気筒休止エンジンの制御装置。
  6. 前記燃焼制御手段は、前記再稼働気筒の点火時期の進角量又は前記再稼働気筒の燃料噴射量の増量、前記気筒休止エンジンの回転速度が低いほど大きくする、請求項3又は請求項4記載の気筒休止エンジンの制御装置。
  7. 全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御方法であって、
    休筒運転で休止される気筒の燃焼室壁温を求める第1ステップと、
    休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒の点火時期を、前記再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒との燃焼室壁温の違いに応じて補正する第2ステップと、
    前記再稼働気筒の点火時期の補正量を、前記気筒休止エンジンの負荷が高いほど速く減少させる第3ステップと、
    を含む、気筒休止エンジンの制御方法。
  8. 全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止エンジンに適用される制御方法であって、
    休筒運転で休止される気筒の燃焼室壁温を求める第1ステップと、
    休筒運転から全筒運転に切り替えるときに、休止状態から再稼働させる再稼働気筒の燃料噴射量を、前記再稼働気筒と休筒運転で稼働されていた継続稼働気筒との燃焼室壁温の違いに応じて補正する第2ステップと、
    前記再稼働気筒の燃料噴射量の補正量を、前記気筒休止エンジンの負荷が高いほど速く減少させる第3ステップと、
    を含む、気筒休止エンジンの制御方法。
  9. 前記第2ステップは、前記再稼働気筒の点火時期を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど前記継続稼働気筒の点火時期に比べて進角させる、
    請求項7記載の気筒休止エンジンの制御方法。
  10. 前記第2ステップは、前記再稼働気筒の燃料噴射量を、前記再稼働気筒の燃焼室壁温が低いほど前記継続稼働気筒の燃料噴射量に比べて多くする、
    請求項8記載の気筒休止エンジンの制御方法。
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