JPWO2015163292A1 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】減筒運転と全筒運転間での移行時において、所望の弁からの開弁あるいは閉弁を実現することができるエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】休止気筒2A,2Dの吸排気弁8、9を開閉可能状態と閉弁保持状態とに切り替え可能な弁停止機構25aと、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御部55とを設け、エンジン回転数制御部55に、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があった後、弁停止機構25aによる切り替えが完了しておらず且つエンジンと動力伝達部との連結が解除されているという特定条件が成立した場合には、エンジン回転数を、当該エンジン回転数の時間に対する変化量が、上記特定条件が成立していない場合よりも小さくなるように制御する。

Description

本発明は、吸気弁および排気弁を備えるとともに空気と燃料の混合気の燃焼が実施される複数の気筒を有するエンジンの制御装置に関する。
従来、特許文献1に開示されているように、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、一部の気筒の吸気弁および排気弁の開閉動作を停止するとともに当該気筒内での燃焼を停止して休止状態とする減筒運転と、全気筒の吸気弁および排気弁の開閉動作を可能にするとともにこれら全気筒で燃焼を行う全筒運転とを切り替えて実施することが行われている。
減筒運転と全筒運転との切り替えが行われるエンジンにおいて、減筒運転と全筒運転の一方から他方に移行する際に、休止状態とされる気筒の吸気弁と排気弁のうち、先に開弁させる弁、あるいは、先に閉弁させる弁を限定することが検討されている。例えば、減筒運転から全筒運転へ移行する際において、休止状態とされた気筒をより早期に稼動させること等を目的としてこの気筒の吸気弁から開弁を開始させる場合がある。また、休止状態とされた排気弁の開閉状態を確認すること等を目的として、この気筒の排気弁から開弁を開始させる場合がある。また全筒運転から減筒運転へ移行する際において、休止状態とされる気筒内に燃焼ガスを残存させること等を目的として、この気筒の排気弁から先に閉弁を開始させる場合がある。
特開2007−120404号公報
上記のように減筒運転と全筒運転間の移行時に先に開弁あるいは閉弁させる弁を限定する場合、この移行要求時あるいはこの移行要求があった後に、クラッチカットが行われる、あるいは、変速レンジがニュートラルレンジに切り替えられることによりエンジンとエンジンの動力を車輪に伝達する動力伝達部との間の連結が解除されてエンジン回転数が急変すると、目標とする弁からの開弁あるいは閉弁が実現できないおそれがある。
例えば、休止状態とされる吸気弁および排気弁の開閉状態を閉弁保持された状態と開閉可能な状態とに切り替えるための装置が油圧式の場合には、上記移行要求に伴いこの装置を駆動させても油圧の遅れにより所定時間後にしか吸気弁および排気弁の開閉状態が切り替わらない場合がある。そして、この場合には、油圧の遅れ時間中にエンジン回転数が変化することで、吸気弁および排気弁の開閉状態の切り替え完了タイミングが所望の弁の開弁開始時期に対応せず、所望の弁からの開弁あるいは閉弁が実現できない場合がある。
これに対して、特許文献1には、減筒運転と全筒運転間での移行中に、変速機の変速作動を禁止する構成が開示されている。
この特許文献1の構成によれば、上記移行中に変速動作が禁止されることでエンジン回転数の変化量が小さく抑えられるため、所望の弁からの開弁あるいは閉弁を実現することができると考えられる。
しかしながら、この特許文献1の構成では、運転者が例えばニュートラルレンジへの切り替えを要求したにも関わらず、エンジンと動力伝達部とが連結されたままとなるため、運転者が違和感を覚えるという問題が生じる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、減筒運転と全筒運転間での移行時において、運転者の要求に従ってエンジンと動力伝達部との連結解除を実現しつつ、所望の弁からの開弁あるいは閉弁を実現することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
上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備えるとともに空気と燃料の混合気の燃焼が実施される複数の気筒を有し、全ての気筒内で混合気の燃焼が実施される全筒運転と、複数の気筒のうち特定の気筒内での燃焼が停止されて当該気筒が休止状態とされる減筒運転との間で切り替え可能なエンジンと、当該エンジンと連結されてエンジンの動力を車輪に伝達する動力伝達部とを備えた車両に設けられるエンジンの制御装置であって、エンジンの運転条件に基づいて減筒運転と全筒運転のいずれを実施するかを判定する運転要求判定部と、上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を開閉可能な状態と閉弁保持される状態とに切り替え可能な弁停止機構と、全筒運転時に上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を開閉可能状態とし、減筒運転時に上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を閉弁保持状態とするように、上記弁停止機構を制御するバルブ制御部と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御部とを有し、上記弁停止機構は、上記運転要求判定部によって減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があったと判定されると、上記特定の気筒の吸気弁および排気弁の状態の切り替えを開始し、上記エンジン回転数制御部は、上記運転要求判定部によって上記移行要求があったと判定された後、上記弁停止機構による上記切り替えが完了しておらず且つエンジンと上記動力伝達部との連結が解除されているという特定条件が成立した場合には、エンジン回転数を、当該エンジン回転数の時間に対する変化量が、上記特定条件が成立していない場合よりも小さくなるように制御することを特徴とするエンジンの制御装置を提供する(請求項1)。
この装置では、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求時において、弁停止機構による特定の気筒の吸気弁および排気弁の開閉状態の切り替えが完了しておらず、かつ、エンジンと動力伝達部との連結が解除されているという特定条件が成立すると、エンジン回転数の時間に対する変化量が小さく抑えられるため、エンジンと動力伝達部との連結解除を実現しつつ、所望の弁からの開弁あるいは閉弁を実現することができる。
本発明のエンジン制御装置が適用されたエンジンの一実施形態を示す図である。 図1に示すエンジンの概略断面図である。 (a)ピボッド部がロック状態のときの弁停止機構を示す図である。(b)ピボット部がロック解除状態に移行する前の弁停止機構を示す図である。(c)ピボッド部がロック解除状態のときの弁停止機構を示す図である。 弁停止機構の作動油の経路を示した図である。 (a)排気弁の開弁を再開させる際の弁停止機構の駆動タイミグを説明するための図である。(b)吸気弁の開弁を再開させる際の弁停止機構の駆動タイミグを説明するための図である。 図1に示すエンジンの制御系統を示した図である。 (a)エンジン回転数が一定の条件下で減筒運転から全筒運転への移行時に吸気弁から開弁させる場合の吸排気弁の開閉状態を説明するための図である。(b)減筒運転から全筒運転への移行要求時にエンジンと動力伝達部との連結が解除されることに伴い生じる問題を説明するための図である。 (a)エンジン回転数が一定の条件下で減筒運転から全筒運転への移行時に吸気弁から開弁させる場合の吸排気弁の開閉状態を説明するための図である。(b)減筒運転から全筒運転への移行要求時にエンジンと動力伝達部との連結が解除されることに伴い生じる問題を説明するための図である。 エンジン回転数制御部の制御手順の前半部分を示したフローチャートである。 エンジン回転数制御部の制御手順の後半部分を示したフローチャートである。 切替時目標エンジントルクの算出手順を示したフローチャートである。 通常目標エンジントルクの算出手順を示したフローチャートである。
(1)全体構成
図1および図2は、本発明の制御装置が適用されたエンジンの一実施形態を示す図である。これらの図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルの多気筒ガソリンエンジンである。具体的に、図1に示すように、このエンジンは、直線状に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有する直列4気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気通路30と、エンジン本体1で生成された排ガスを排出するための排気通路35とを備えている。
図2に示すように、エンジン本体1は、4つの気筒2A〜2Dが内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上側に設けられたシリンダヘッド4と、シリンダヘッド4の上側に設けられたカムキャップ5と、各気筒2A〜2Dに往復摺動可能に挿入されたピストン11とを有している。
ピストン11の上方には燃焼室10が形成されている。燃焼室10には、インジェクタ12(図1参照)から燃料(ガソリンを主成分とする燃料)が供給される。供給された燃料は燃焼室10で燃焼し、この燃焼による膨張力でピストン11は上下方向に往復運動する。
ピストン11は、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸15とコネクティングロッド14を介して連結されている。ピストン11の往復運動に応じて、クランク軸15は中心軸回りに回転する。
シリンダヘッド4には、各気筒2A〜2Dの燃焼室10に向けて燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ12と、インジェクタ12から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給して混合気を燃焼させる点火プラグ13(図1参照)とが設けられている。なお、当実施形態では、1気筒につき1つの割合で合計4個のインジェクタ12が設けられるとともに、同じく1気筒につき1つの割合で合計4個の点火プラグ13が設けられている。
当実施形態のような4サイクル4気筒のガソリンエンジンでは、各気筒2A〜2Dに設けられたピストン11がクランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動する。これに対応して、各気筒2A〜2Dでの点火のタイミングすなわち燃焼タイミングも、180°CAずつ位相をずらしたタイミングになる。具体的には、図1の左側から順に、気筒2Aを第1気筒、気筒2Bを第2気筒、気筒2Cを第3気筒、気筒2Dを第4気筒とすると、第1気筒2A→第3気筒2C→第4気筒2D→第2気筒2Bの順にインジェクタ12から燃料が噴射されるとともに点火プラグ13により混合気への点火が行われてこの順に混合気の燃焼が行われる。
当実施形態のエンジンは、4つの気筒2A〜2Dのうちの2つを休止させ、残りの2つの気筒を稼動させる運転、つまり減筒運転が可能な可変気筒エンジンである。このため、上記のような燃焼順序(点火順序)は、減筒運転ではない通常の運転時(4つの気筒2A〜2Dを全て稼動させる全筒運転時)のものである。一方、減筒運転時には、燃焼順序(点火順序)が連続しない2つの気筒(特定の気筒、当実施形態では第1気筒2Aおよび第4気筒2D)においてインジェクタ12による燃料噴射および点火プラグ13の点火動作が禁止され、1つ飛ばしで燃焼が行われる。以下、減筒運転時に点火動作が禁止される気筒を休止気筒という場合がある。
シリンダヘッド4には、吸気通路30から供給される空気(吸気)を各気筒2A〜2Dの燃焼室10に導入するための吸気ポート6と、各気筒2A〜2Dの燃焼室10で生成された排ガスを排気通路35に導出するための排気ポート7とが設けられている。また、シリンダヘッド4には、吸気ポート6の燃焼室10側の開口を開閉して吸気ポート6を通じた吸気の導入状態を変更する吸気弁8と、排気ポート7の燃焼室10側の開口を開閉して排気ポート7からの排ガスの排出状態を変更する排気弁9とが設けられている。なお、当実施形態では、1気筒につき2つの割合で合計8個の吸気弁8が設けられるとともに、同じく1気筒につき2つの割合で合計8個の排気弁9が設けられている。
吸気通路30は、気筒2A〜2Dの各吸気ポート6と連通する4本の独立吸気通路31と、各独立吸気通路31の上流端部(吸気の流れ方向上流側の端部)に共通に接続されたサージタンク32と、サージタンク32から上流側に延びる1本の吸気管33とを有している。吸気管33の途中部には、エンジン本体1に導入される吸気の流量を調節するスロットル弁34が設けられている。
排気通路35は、気筒2A〜2Dの各排気ポート7と連通する4本の独立排気通路36と、各独立排気通路36の下流端部(排ガスの流れ方向下流側の端部)が1箇所に集合した集合部37と、集合部37から下流側に延びる1本の排気管38とを有している。
以上のように構成されたエンジンと車輪との間には、エンジンの動力を車輪に伝達するトランスミッション(動力伝達部、不図示)が設けられている。トランスミッションとエンジンとの連結状態は、車室に設けられたシフトレバー等の操作部材が運転者により操作されて変速レンジがニュートラルレンジに切り替えられることにより解除される。この解除が行われると、エンジンから車輪への動力伝達は停止される。また、当実施形態では、トランスミッションとエンジンとの連結状態を解除可能なクラッチペダル(不図示)が設けられている。クラッチペダルが運転者により踏み込み操作される(クラッチカットされる)ことによっても、トランスミッションとエンジンとの連結状態は解除されて、エンジンから車輪への動力伝達は停止される。
(2)動弁機構
次に、吸気弁8および排気弁9を開閉させるための機構について、図2、図3および図4を用いて詳しく説明する。吸気弁8および排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対の動弁機構28,29(図2)により、クランク軸15の回転に連動して開閉駆動される。
吸気弁8用の動弁機構28は、吸気弁8を閉方向(図2の上方)に付勢するリターンスプリング16と、クランク軸15の回転に連動して回転するカム軸18と、カム軸18と一体に回転するカム部18aと、カム部18aにより周期的に押圧されるスイングアーム20と、スイングアーム20の揺動支点となるピボット部22とを有している。また、吸気弁8用の動弁機構28は、スイングアーム20の略中央部に回転自在に設けられたカムフォロア20aを有する。
同様に、排気弁9用の動弁機構29は、排気弁9を閉方向(図2の上方)に付勢するリターンスプリング17と、クランク軸15の回転に連動して回転するカム軸19と、カム軸19と一体に回転するカム部19aと、カム部19aにより周期的に押圧されるスイングアーム21と、スイングアーム21の揺動支点となるピボット部22とを有している。また、排気弁9用の動弁機構29は、スイングアーム21の略中央部に回転自在に設けられたカムフォロア21aを有する。
動弁機構28,29により、吸気弁8および排気弁9は次のようにして開閉駆動される。クランク軸15の回転に伴いカム軸18,19が回転すると、カムフォロア20a,21aが、カム部18a,19aによって周期的に下方に押圧される。このとき、スイングアーム20,21は、スイングアーム20,21の一端部を支持するピボット部22を支点にして揺動変位する。これに伴い、スイングアーム20,21の他端部は、リターンスプリング16,17の付勢力に抗して吸排気弁8,9を下方に押圧し、これによって吸排気弁8,9が開弁する。開弁した吸排気弁8,9は、カム部18a,19aによる押圧力が除去されるのに伴って、リターンスプリング16,17の付勢力により再び閉弁位置まで戻る。
ピボット部22は、自動的にバルブクリアランスをゼロに調整する公知の油圧ラッシュアジャスタ24,25(以降、Hydraulic Lash Adjusterの頭文字をとって「HLA」と略称する)により支持されている。このうち、HLA24は、気筒列方向の中央側にある第2気筒2Bおよび第3気筒2Cのバルブクリアランスを自動調整する。HLA25は、気筒列方向の両端にある第1気筒2Aおよび第4気筒2Dのバルブクリアランスを自動調整する。
第1気筒2Aおよび第4気筒2D用のHLA25は、エンジンが減筒運転中であるか全筒運転中であるかに応じて吸排気弁8,9の開閉動作を許容するか規制するかを切り替える機能を有している。HLA25は、エンジンの全筒運転時には休止気筒である第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉動作を許容する。一方、HLA25は、エンジンの減筒運転時には、これら休止気筒である第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉動作を規制してこれら吸排気弁8、9を閉弁状態のまま保持する。HLA25は、吸排気弁8,9の開閉動作を規制するための機構として、図3に示される弁停止機構25aを有している。これに対し、第2気筒2Bおよび第3気筒2C用のHLA24は、弁停止機構25aを備えておらず、吸排気弁8,9の開閉動作は常時許容される。以下では、これらHLA24,25を区別するために、弁停止機構25aを備えたHLA25のことを、特にS−HLA25(Switchable−Hydraulic Lash Adjusterの略)という。
S−HLA25の弁停止機構25aは、有底の外筒251と、外筒251の周面に互いに対向するように設けられた2つの貫通孔251aを出入りする一対のロックピン252と、これらロックピン252を径方向外側へ付勢するロックスプリング253と、ロストモーションスプリング254とを備えている。外筒251には、ピボット部22が軸方向に摺動自在に収納されている。ロックピン252は、ピボット部22をロック状態またはロック解除状態に切替可能である。ロストモーションスプリング254は、外筒251の内底部とピボット部22の底部との間に配置されており、ピボット部22を外筒251の上方に押圧して付勢する。
図3の(a)に示すように、ロックピン252が貫通孔251aに嵌合しているときは、ピボット部22は、上方に突出したまま固定されたロック状態になる。このロック状態では、上述のように、ピボット部22の頂部がスイングアーム20,21の揺動支点となる。そして、カム軸18,19の回転によりカム部18a,19aがカムフォロア20a,21aを下方に押圧したときに、吸排気弁8,9はリターンスプリング16,17の付勢力に抗して下方に変位し、吸排気弁8,9は開弁される。このため、4つの気筒2A〜2Dを全て稼働させる全筒運転時には、弁停止機構25aは、ピボット部22をロック状態として、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉動作が許容されるようにする。
一方、一対のロックピン252が径方向内側に移動して貫通孔251aの内側に入ると、図3の(b)に示すように、ロックスプリング253の引張力に抗して、一対のロックピン252が互いに接近する方向(外筒251の径方向内側)に移動する。これにより、ロックピン252と貫通孔251aとの嵌合が解除され、ピボット部22は軸方向に移動可能なロック解除状態となる。
このロック解除状態では、ピボット部22がロストモーションスプリング254の付勢力に抗して下方に押圧されることにより、図3の(c)に示すような弁停止状態が実現される。すなわち、吸排気弁8,9を上方に付勢するリターンスプリング16,17の方が、ピボット部22を上方に付勢するロストモーションスプリング254よりも強い付勢力を有している。そのため、上記ロック解除状態では、カム軸18,19の回転に伴いカム部18a,19aがカムフォロア20a,21aを下方に押圧したときに、吸排気弁8,9の頂部がスイングアーム20,21の揺動支点となり、ピボット部22がロストモーションスプリング254の付勢力に抗して下方に変位し、吸排気弁8、9は変位しなくなる。つまり、吸排気弁8,9は閉弁された状態に保持される。このため、第1、第4気筒2A,2Dを休止させる減筒運転時には、弁停止機構25aは、ピボット部22をロック解除状態とし、これにより第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉動作を規制して、吸排気弁8,9を閉弁状態に保持する。
弁停止機構25aは油圧駆動式であり、弁停止機構25a、より詳細には、弁停止機構25aのロックピン252は、油圧により駆動される。ロックピン252は、供給される油圧に応じて貫通孔251aを出入りする。図4に示すように、弁停止機構25aには、オイルポンプ41から作動油が供給される。オイルポンプ41と弁停止機構25aとの間には、オイルポンプ41からの作動油が弁停止機構25aに流入する状態と、流入しない状態とに切り替えるソレノイドバルブ42が設けられている。このソレノイドバルブ42によって弁停止機構25aへの作動油の流入状態が切り替えられることで、オイルポンプ41から弁停止機構25aに供給される油圧が変更される。このように、当実施形態では、弁停止機構25aによる吸排気弁8,9の開閉状態の切り替えは、ソレノイドバルブ42によって実現され、ソレノイドバルブ42が駆動すると弁停止機構25aは吸排気弁8,9の開閉状態の切り替えを開始する。
図4に示すように、当実施形態では、1つの気筒に対して1つのソレノイドバルブ42が設けられており、合計2つのソレノイドバルブ42が設けられている。そして、一方のソレノイドバルブ42が、第1気筒2Aの吸気弁8に設けられた弁停止機構25aおよび第1気筒2Aの排気弁9に設けられた弁停止機構25aに供給する油圧を同時に変更し、他方のソレノイドバルブ42が、第4気筒2Dの吸気弁8に設けられた弁停止機構25aおよび第4気筒2Dの排気弁9に設けられた弁停止機構25aに供給する油圧を同時に変更する。
このように構成されていることで、休止気筒の吸気弁8、9を閉弁保持状態と開閉可能状態との間で切り替える場合において、排気弁9の開弁(閉弁保持状態から開閉可能状態に切り替える場合)あるいは閉弁(開閉可能状態から閉弁保持状態に切り替える場合)を吸気弁8よりも先に行わせるためには、図5(a)に示す排気弁側切替期間Tex中に、弁停止機構25aに切り替えを開始させねばならない(ソレノイドバルブ42を駆動せねばならない)。また、吸気弁8の開弁(閉弁保持されている状態から開閉可能な状態に切り替える場合)あるいは閉弁(開閉可能な状態から閉弁保持される状態に切り替える場合)を、排気弁9よりも先に行わせるためには、図5(b)に示す吸気弁側切替期間Tin中に、弁停止機構25aに切替を開始させねばならに(ソレノイドバルブ42を駆動せねばならない)。
図5(a)、(b)は、それぞれ、横軸をクランク角として、吸排気弁8、9のバルブリフトと、排気弁側切替期間Tex,吸気弁側切替期間Tinとを示したものである。これら図において、「IN」は吸気弁8を「EX」は排気弁9を表している。
図5(a)に示すように、排気弁側切替期間Texは、吸気弁8の開弁開始時期IVOから所定角度遅角側の角度IVO_Aよりも所定の遅れ時間t_delay進角側の角度から、排気弁9の開弁開始時期EVOよりも上記遅れ時間t_delay進角側の角度までである。
また、図5(b)に示すように、吸気弁側切替期間Tinは、排気弁9の開弁開始時期EVOから所定角度遅角側の角度EVO_Aよりも上記遅れ時間t_delay進角側の角度から、吸気弁8の開弁開始時期IVOよりも上記遅れ時間t_delay進角側の角度までとなる。
上記遅れ時間t_delayは、油圧の作動遅れ時間である。すなわち、弁停止機構25aは、油圧駆動式であるため、上記切り替えを開始してから切り替えを完了させるまでの間に一定時間の遅れが生じる。すなわち、ソレノイドバルブ42が駆動して、弁停止機構25aに対する作動油の流入状態の変更が開始されてから、弁停止機構25aに供給される油圧が所定量変化するまでに、遅れが生じる。そのため、弁停止機構25aが上記各期間Tex,Tinで切り替えを開始すれば、弁停止機構25aの切り替え完了を、先に開弁あるいは閉弁させる弁と異なる弁の開弁開始時期から所定角度遅角側の角度(IVO_A、EVO_A)から、開弁あるいは閉弁させる弁の開弁開始時期(EVO,IVO)の間にすることができる。そして、所望の弁と異なる弁が先に開弁あるいは閉弁するのを回避して、所望の弁を確実に先に開弁あるいは閉弁させることができる。
例えば、弁停止機構25aが、排気弁側切替期間Texの開始時期(排気弁側切替期間Texのうち最も進角側の時期)に切り替えを開始した場合には、吸気弁8の開弁開始時期IVOから所定角度遅角側の角度IVO_Aにて、切り替えを完了させることができる。従って、開弁開始時期IVOが既に過ぎてしまった吸気弁8を開弁あるいは閉弁させることなく、排気弁9から開弁あるいは閉弁させることができる。また、弁停止機構25aが、排気弁側切替期間Texの終了時期(排気弁側切替期間Texのうち最も遅角側の時期)に切り替えを開始した場合には、排気弁9の開弁開始時期EVOにて切り替えを完了させることができ、排気弁9から開弁あるいは閉弁させることができる。
(3)制御系統
次に、エンジンの制御系統について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部が図6に示されるECU(エンジン制御ユニット、制御手段)50によって統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
エンジンおよび車両には、その各部の状態量を検出するための複数のセンサが設けられており、各センサからの情報がECU50に入力される。
例えば、シリンダブロック3には、クランク軸15の回転角度および回転速度を検出するクランク角センサSN1が設けられている。クランク角センサSN1は、クランク軸15と一体に回転する図略のクランクプレートの回転に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいて、クランク軸15の回転角度(クランク角)およびエンジン回転数が特定される。
シリンダヘッド4にはカム角センサSN2が設けられている。カム角センサSN2は、カム軸(18または19)と一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じてパルス信号を出力する。この信号と、クランク角センサSN1からのパルス信号とに基づいて、どの気筒が何行程にあるかという気筒判別情報が特定される。
吸気通路30のサージタンク32には、エンジン本体1の各気筒2A〜2Dに導入される吸気の圧力を検出する吸気圧センサSN3が設けられている。
車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN4、上記クラッチペダルの踏み込みを検出するクラッチペダルセンサSN5、および、変速レンジを検出するポジションセンサSN6が設けられている。
ECU50は、これらのセンサSN1〜SN6と電気的に接続されており、それぞれのセンサから入力される信号に基づいて、上述した各種情報(クランク角、エンジン回転数、気筒判別情報、吸気圧、アクセル開度、クラッチペダルの踏み込み量、変速レンジ)を取得する。
ECU50は、各センサSN1〜SN6からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。ECU50は、インジェクタ12、点火プラグ13、スロットル弁34、弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)と電気的に接続されている。ECU50は、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。なお、当実施形態では、1気筒につき1組の割合で合計4組のインジェクタ12および点火プラグ13が存在するが、図6では、インジェクタ12および点火プラグ13をそれぞれ1つのブロックで表記している。また、弁停止機構25aは、第1気筒2A用に設けられた吸気側および排気側の各S−HLA25と、第4気筒2D用に設けられた吸気側および排気側の各S−HLA25とにそれぞれ1つずつ備わっているが、図6ではこれを1つのブロックで表記している。
ECU50のより具体的な機能について説明する。ECU50は、減筒運転に関する特有の機能的要素として、運転要求判定部51、バルブ制御部52、バルブ復帰判定部53、燃焼制御部54、およびエンジン回転数制御部55を有している。
運転要求判定部51は、アクセル開度センサSN4やクランク角センサSN1の検出値から特定されるエンジンの運転条件(エンジン負荷、エンジン回転数)等に基づいて、減筒運転および全筒運転のいずれを実施するかを判定する。例えば、運転要求判定部51は、エンジン回転数およびエンジン負荷が比較的低い特定の運転条件にあるときに、第1、第4気筒2A,2Dを休止させる(第2、第3気筒2B,2Cのみを稼働させる)減筒運転の要求があると判定する。逆に、上記特定の運転条件を除く残余の運転条件にあるときには、第1〜第4気筒2A〜2Dを全て稼働させる全筒運転の要求があると判定する。そして、これらの運転条件が切り替わると減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があったと判定する。
バルブ制御部52は、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9の作動状態(開閉動作が可能な状態か閉弁保持される状態か)を切り替えるものである。具体的には、バルブ制御部52は、減筒運転時には、ピボット部22がロック解除状態(図3(c)参照)となる油圧がロックピン252に供給されるようにソレノイドバルブ42を駆動して、弁停止機構25aにより休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9を閉弁保持状態にする。一方、バルブ制御部52は、全筒運転時には、ピボット部22がロック状態(図3(a)参照)となる油圧がロックピン252に供給されるようにソレノイドバルブ42を駆動して、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9を開閉可能状態にする。
また、バルブ制御部52は、全筒運転から減筒運転への移行要求があると、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9を吸気弁8よりも先に閉弁させるように、弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)に制御信号を出力する。
これは、減筒運転時に休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの筒内圧をより高く維持して減筒運転時に生じるエンジン振動をより小さく抑えるためである。
具体的には、エンジンが減筒運転している間、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dでは、吸気弁8および排気弁9の双方が閉弁したままピストン11が往復運動する。この往復運動に伴い、ピストン11と燃焼室10の内壁との隙間からは、ガスが外部に漏れて、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの筒内圧は徐々に低下していく。そのため、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dと稼動している気筒(第2、第3気筒)2B,2Cの筒内圧との圧力差は大きくなり、エンジン振動が大きくなるおそれがある。
これに対して、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dに空気が導入されて、この空気が排気されなければ、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの筒内圧を高く維持することができ、エンジン振動を小さく抑えることができる。そこで、当実施形態では、上述のように全筒運転から減筒運転への移行要求があると、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9を先に閉弁保持状態とし、吸気弁8の開弁によって休止気筒(第1、第4気筒)2A,2D内に吸気が導入され、かつ、排気されていない状態で、吸気弁8および排気弁9を閉弁保持状態にする。
具体的には、バルブ制御部52は、運転要求判定部51によって全筒運転から減筒運転への移行要求があったと判定されると、排気弁側切替期間Tex中に、弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)に切り替えを開始させる。なお、この移行要求があったタイミングが排気弁側切替期間Texから外れたタイミングの場合は、バルブ制御部52は、排気弁側切替期間Texとなるのを待って、弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)に切り替えを開始させる。
また、バルブ制御部52は、減筒運転から全筒運転への移行要求があった場合には、次のように弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)を制御する。
上述のように、減筒運転中、休止気筒2A,2Dの筒内圧は徐々に低下していくが、減筒運転が実施されていた期間が所定期間未満の比較的短い期間の場合には、筒内圧は高く維持されている。そのため、減筒運転が実施されていた期間が所定期間未満の場合に休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸気弁8が排気弁9よりも先に開弁すると、吸気通路30に高圧のガスが逆流するおそれがある。そこで、当実施形態では、上述のように減筒運転が実施されていた期間が所定期間未満であれば、吸気通路30への高圧ガスの逆流を回避するために、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9を吸気弁8よりも先に開弁させる。
一方、減筒運転が実施されていた期間が所定期間以上であれば、上記高圧ガスの吸気通路30への逆流は生じない。そこで、バルブ制御部52は、減筒運転が実施されていた期間が所定期間以上であれば、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9のうちより早期に開弁させることが可能な弁から開弁させる。具体的には、バルブ制御部52は、上記移行要求が吸気弁側切替期間Tin中にあった場合には、この期間中に弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)に切り替えを開始させて、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸気弁8を排気弁9よりも先に開弁させる。一方、上記移行要求が排気弁側切替期間Tex中にあった場合には、この期間中に弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)に切り替えを開始させて、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9を吸気弁8よりも先に開弁させる。
バルブ復帰判定部53は、減筒運転から全筒運転への移行時に、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9が正常に開弁したか否かすなわち排気弁9の開閉動作が正常に復帰したか否かを判定するものである。当実施形態では、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9が閉弁状態のまま故障した際に生じる、排気されず筒内に残留している高圧ガスが吸気通路30へ逆流して吸気圧力が一時的に上昇するという現象を利用して、上記判定を行う。バルブ復帰判定部53は、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸気弁8が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気圧力(吸気圧センサSN3の検出値)の変動値が所定値より大きければ、高圧ガスの逆流があったとして排気弁9が正常に復帰していないと判定する。
なお、上記判定に用いる吸気圧力に係る具体的なパラメータとしては、上記以外にも種々の状態量を採用することができる。例えば、吸気圧力の絶対値を用い、これと所定値あるいは稼働気筒の吸気弁8の開弁開始時期付近の吸気圧との差に基づいて判定を行ってもよい。
ここで、減筒運転から全筒運転への移行時に排気弁9が閉弁故障している場合において、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの筒内圧が高く維持されていれば、吸気弁8を最初に開弁した時点で吸気通路30に高圧ガスの逆流が生じる。そのため、当実施形態では、バルブ復帰判定部53は、減筒運転が実施されていた期間が所定期間未満の場合であって、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの筒内圧が高く維持されていると考えられる場合は、全筒運転への復帰後、吸気弁8が最初に開弁するときの吸気圧力に基づいて排気弁9についての上記判定を行う。
一方、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの筒内圧が低下している場合には、排気弁9が閉弁故障していても、吸気弁8を最初に開弁した時点では吸気通路30に高圧ガスの逆流が生じない。そのため、吸気弁8を最初に開弁した時点での吸気圧力に基づいて排気弁9に係る上記判定を行うと、排気弁9が仮に閉弁故障していても正常に開弁復帰したと誤判定するおそれがある。
そこで、当実施形態では、減筒運転が実施されていた期間が所定期間以上であって休止気筒2A,2Dの筒内圧が低下したと考えられる場合は、2回目以降の吸気圧力に基づいて上記判定を行う。このようにすれば、一旦吸気弁8が開弁されることで休止気筒(第1、第4気筒)2A,2D内に新たに吸気が導入される。このとき、排気弁9が開弁していなければ、この吸気が排気行程において圧縮されることに伴い吸気弁8の開弁開始時期前後で吸気圧が高く検出される。従って、排気弁9の開閉状態を適正に判定することができる。
燃焼制御部54は、減筒運転か全筒運転かに応じて休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dのインジェクタ12および点火プラグ13の制御を切り替える。
全筒運転時は、燃焼制御部54は、全ての気筒2A〜2Dのインジェクタ12および点火プラグ13を駆動して燃料噴射および点火を実行し、全ての気筒2A〜2Dで混合気を燃焼させる。
一方、減筒運転時は、燃焼制御部54は、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dでの混合気の燃焼を停止させるために、当該気筒のインジェクタ12および点火プラグ13の駆動を停止する。
また、減筒運転から全筒運転への切り替え時において、燃焼制御部54は、いわゆるバッグファイアが生じるのを回避するべく、バルブ復帰判定部53により休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの排気弁9の正常復帰が確認された後に、当該気筒2A,2Dへの燃料噴射および点火を再開させる。すなわち、排気弁9が正常復帰していない(閉弁したまま)状態で燃料噴射および点火を再開させて休止気筒(第1、第4気筒)2A,2D内で燃焼を再開させると、次の吸気弁8の開弁時に、燃焼により生じた高温のガスが吸気通路30を遡って逆流するおそれがある。そこで、燃焼制御部54は、排気弁9の正常復帰が確認された後に、燃焼を再開させる。
エンジン回転数制御部55は、エンジン出力すなわちエンジン回転数およびエンジントルクを運転条件に応じて適正な値に制御する。エンジン回転数制御部55は、減筒運転と全筒運転との一方から他方への移行要求があった際に、弁停止機構25aによる休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉状態の切り替えが完了しておらず且つエンジンとトランスミッションとの連結が解除された状態にあるという特定の条件が成立すると、上記のように設定した弁から開弁あるいは閉弁させることができないという事態が生じるのを回避するべく、エンジン回転数を一定に維持する制御を実施する。これについて、次に詳細に説明する。
(4)エンジン回転数制御部
まず、減筒運転と全筒運転との一方から他方への移行要求があった後において、弁停止機構25aによる休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9の状態の切り替えが完了しておらず且つエンジンとトランスミッションとの連結が解除された状態にあるという特定条件が成立した場合に、エンジン回転数を制御しないことにより生じる問題について、図7(a),図7(b)および図8(a),図8(b)を用いて説明する。
図7(a)、図7(b)は、減筒運転から全筒運転へ移行する際の休止気筒2A,2Dの吸気弁8および排気弁9の開閉状態を、横軸をクランク角ではなく時間で示した図である。これら図において破線は吸排気弁8,9が閉弁していることを表し、実線は吸排気弁8,9が開弁していることを表している。また、これら図7(a),図7(b)および図8(a),図8(b)は、バルブ制御部52において、減筒運転が実施されていた期間が所定期間以上であって減筒運転から全筒運転への移行要求に伴いより早期に開弁させることが可能な弁から開弁させるという制御を実施した場合の図である。また、これら図7(a),図7(b)および図8(a),図8(b)は、移行要求が吸気弁側切替期間Tin中に行われて、バルブ制御部52が、吸気弁8から先に開弁させるように弁停止機構25a(ソレノイドバルブ42)に制御信号を出力した場合の図である。
図7(a)は、減筒運転から全筒運転への移行要求があった前後において、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されることなく、エンジン回転数がほぼ一定に維持された場合の図である。図7(b)は、図7(a)に対して、減筒運転から全筒運転への移行要求があった直後に、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されることに伴いエンジン回転数が急増した場合の図である。
図8(a)は、減筒運転から全筒運転への移行要求があった前後において、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されることなく、エンジン回転数がほぼ一定に維持された場合の図である。図8(b)は、図8(a)に対して、減筒運転から全筒運転への移行要求があった直後に、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されることに伴いエンジン回転数が急減した場合の図である。
まず、図7(a)と図7(b)を比較する。
図7(a)に示されるように、エンジン回転数が移行要求前後においてほぼ一定であれば、吸気弁側切替期間Tin中に行われた移行要求と同時に弁停止機構25aが吸排気弁8,9の切替を開始することで、弁停止機構25aによる切替が完了するタイミング(弁停止機構25aが切替を開始してから油圧の作動遅れ時間t_delay経過後のタイミング)を、排気弁9の開弁開始時期よりも所定時間遅角側の角度EVO_Aと吸気弁8の開弁開始時期IVOとの間の期間とすることができる。従って、バルブ制御部52の指令どおりに、吸気弁8から先に開弁させることができる。
これに対して、図7(b)に示されるように、移行要求直後にクラッチカットが行われてエンジンとトランスミッションとの連結が解除されるとともにアクセルペダルが踏み込まれ、これに伴いエンジン回転数が急増すると、弁停止機構25aによる切替が完了するタイミング(弁停止機構25aが切替を開始してから油圧の作動遅れ時間t_delay遅れ時間経過後のタイミング)が、吸気弁8の開弁開始時期IVOを過ぎたタイミングとなる。すなわち、弁停止機構25aによる切替が、吸気弁8の開弁開始時期IVOまでに完了しなくなる。そのため、この場合には、バルブ制御部52が指令した吸気弁8ではなく、排気弁9が先に開弁してしまう。
次に、図8(a)と図8(b)を比較する。
図8(a)では、エンジン回転数が移行要求前後においてほぼ一定であることに伴い、上述のように、弁停止機構25aによる切替を、排気弁9の開弁開始時期よりも所定時間遅角側の角度EVO_Aから吸気弁8の開弁開始時期IVOまでの間に完了させることができる。従って、バルブ制御部52の指令どおりに、吸気弁8から先に開弁させることができる。
これに対して、図8(b)に示されるように、移行要求直後に、アクセルペダルが踏み込まれていない状態でクラッチカットが行われるあるいはニュートラルレンジに切り替えられてエンジンとトランスミッションとの連結が解除されて、これに伴いエンジン回転数が急減した場合には、弁停止機構25aによる切替が完了するタイミング(弁停止機構25aが切替を開始してから油圧の作動遅れ時間t_delay経過後のタイミング)が、排気弁9の開弁開始時期EVOよりも進角側の時期となる。そのため、弁停止機構25aによる切替が排気弁9の開弁開始時期EVOまでに完了してしまう。従って、バルブ制御部52が指令した吸気弁8ではなく、排気弁9が先に開弁してしまう。
このように、減筒運転から全筒運転への移行要求があった際に、弁停止機構25aによる休止気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の状態の切り替えが完了するまでの間に、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されることに伴ってエンジン回転数が急変すると、想定した弁と異なる弁が先に開弁してしまうという問題が生じる。
ここで、上記では、バルブ制御部52が、吸気弁8を先に開弁させるように指令した場合について説明したが、排気弁9を先に開弁させるように指令した場合でも、同様の問題が生じる。そして、例えば、上記のように、吸気弁8を先に開弁させるよう指令したにも関わらず排気弁9が先に開弁してしまった場合には、バルブ復帰判定部53が、実際には吸気弁8が最初に開弁したタイミングであるにも関わらずこのタイミングを吸気弁8の2回目の開弁タイミングであるとして上記判定を行い、排気弁9の状態を誤判定するおそれがある。また、排気弁9を先に開弁させるよう指令したにも関わらず吸気弁8が先に開弁してしまった場合には、休止気筒2A,2D内の高圧のガスが吸気通路30側に逆流するおそれがある。
また、上記では、減筒運転から全筒運転への移行要求があった直後に、エンジンとトランスミッションとの連結が解除された場合について説明したが、エンジンとトランスミッションとの連結解除中であってエンジン回転数が急変している途中に移行要求があった場合にも、上記と同様に想定した弁から開弁あるいは閉弁しないという事態が生じる場合がある。また、全筒運転から減筒運転への移行要求についても、このような事態が生じる場合がある。
次に、エンジン回転数制御部55が実施する制御の手順について、図9〜図12のフローチャートを用いて説明する。ここで、図9における移行フラグFは、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があってから、弁停止機構25aによる吸排気弁8、9の作動状態の切替が完了するまでの間、F=1となり、その他の場合にはF=0となるフラグである。
図9に示すように、エンジン回転数制御部55は、まず、ステップS1において、移行フラグF=1か否かを判定する。
ステップS1の判定がNOであって移行フラグF=0の場合は、ステップS3に進む。
ステップS3では、エンジン回転数制御部55は、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があるか否かを判定する。ステップS3の判定がYESの場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS4において移行フラグFを1にした後ステップS5に進む。なお、移行フラグFが0から1に変更された直後は、弁停止機構25aによる吸排気弁8、9の作動状態の切替は開始されたばかりであり完了していない。一方、ステップS3の判定がNOであって移行要求がない場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS7に進み移行フラグFを0にする(F=0を維持する)。ステップS7の後は、エンジン回転数制御部55は、ステップS8に進む。
ステップS8では、エンジン回転数制御部55は、後述する手順に従って通常目標エンジントルクを算出し、この算出したトルクを目標エンジントルクに設定する。ステップS8の後は、図10に示すステップS10に進む。
一方、ステップS1の判定がYESであって移行フラグF=1の場合は、ステップS2に進む。
ステップS2では、エンジン回転数制御部55は、弁停止機構25aによる吸排気弁8、9の作動状態の切替が未完了であるか否かを判定する。ステップS2の判定がNOであって、上記切替が完了している場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS7に進む。そして、ステップS7にて移行フラグFを0にした後、ステップS8に進む。一方、ステップS2の判定がYESであって、上記切替が完了していない場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS5に進む。
ステップS5では、エンジン回転数制御部55は、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されているか否かを判定する。この判定は、クラッチペダルセンサSN5からの信号、および、ポジションセンサSN6からの信号に基づいて行われる。
ステップS5の判定がNOであって、エンジンとトランスミッションとが連結されている場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS8に進む。
一方、ステップS5での判定がYESであって、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されている場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS8に進む。ステップS8では、エンジン回転数制御部55は、後述する手順に従って切替時目標エンジントルクを算出し、この算出したトルクを目標エンジントルクに設定する。ステップS6の後は、図10に示すステップS10に進む。
図10に示すように、ステップS10では、エンジン回転数制御部55は、ステップS6またはステップS8で設定した目標エンジントルクに基づいて目標充填量を算出する。なお、上記のように、ステップS6からステップS10に進んだ場合は、目標エンジントルクは切替時目標エンジントルクとなり、ステップS8からステップS10に進んだ場合は、目標エンジントルクは通常エンジントルクとなる。目標充填量は、各気筒2A〜2Dにそれぞれ吸入される空気量の目標値である。ステップS10の後は、ステップS11に進む。
ステップS11では、エンジン回転数制御部55は、ステップS5で算出した目標充填量を実現するために必要な目標インマニ空気量を算出する。目標インマニ空気量は、吸気通路30を通過する空気量であるインマニ空気量の目標値である。目標インマニ空気量は、目標充填量と、エンジンの運転状態とに基づいて算出される。例えば、エンジン回転数と吸気弁8の開閉時期等に基づいてサージタンク基準体積効率が算出され、このサージタンク基準体積効率と目標充填量とに基づいて目標インマニ空気量が算出される。ステップS11の後は、ステップS12に進む。
ステップS12では、エンジン回転数制御部55は、現在のインマニ空気量(現インマニ空気量)、ステップS11で算出した目標インマニ空気量、ステップS10で算出した目標充填量とに基づいて、要求スロットル通過流量を算出する。要求スロットル通過流量は、スロットル弁34を通過する空気流量の目標値である。現在のインマニ空気量は、例えば、吸気通路30に設けられたセンサで検出される。ステップS12の後は、ステップS13に進む。
ステップS13では、エンジン回転数制御部55は、ステップS12で算出した要求スロットル通過流量に基づいて、スロットル弁34を通過する空気流量がこの要求スロットル通過流量となるスロットル弁34の開度(目標スロットル弁開度)を算出する。
また、ステップS13では、エンジン回転数制御部55は、目標充填量等に基づいて吸気弁8の閉弁時期の目標値である目標吸気弁閉弁時期を算出する。
目標スロットル開度は、例えば、ベルヌーイの定理を利用して算出することができる。スロットル弁34を通過する空気流量は、スロットル弁34の開度と、スロットル弁34の上流側と下流側との圧力比(上流側に対する下流側の圧力の割合、以下、スロットル上下流圧力比という)によって決まる。そのため、スロットル弁34の上流側と下流側の圧力をセンサによって検出し、この検出値と、要求スロットル通過流量とに基づいて、目標スロットル開度を算出することができる。具体的には、スロットル弁34の開度と、スロットル上下流圧力比と、スロットル弁34を通過する空気流量とを予め求めてこれらの関係をマップでECU60に記憶させておく。そして、このマップから、検出したスロットル上下流圧力比と、要求スロットル通過流量とに対応するスロットル弁34の開度を抽出して、目標スロットル開度に設定すればよい。例えば、このマップは、スロットル弁34を通過する空気流量が一定の場合において、スロットル上下流圧力比が1に近いほどスロットル弁34の開度が大きくなるように設定される。ステップS13の後は、ステップS14に進む。
ステップS14では、エンジン回転数制御部55は、ステップS10で算出した目標充填量とエンジン回転数とに基づいて、インジェクタ12から各気筒2A〜2Dに噴射する燃料の量である燃料噴射量を決定するとともに、点火プラグ13の点火時期を決定する。例えば、予め設定された空燃比(気筒内の混合気の空気と燃料の割合)の目標値と目標充填量とに基づいて燃料噴射量を決定する。また、予め設定記憶しているエンジン回転数と目標充填量とのマップから点火時期を決定する。ステップS14の後は、ステップS15に進む。
ステップS15では、エンジン回転数制御部55は、ステップS13で算出した目標スロットル弁開度および目標吸気弁閉弁時期となるように、スロットル弁34を駆動するとともに吸気弁8の動弁機構28を駆動する。当実施形態では、吸気弁8の動弁機構28には、吸気弁8の閉弁時期を変更可能な吸気弁可変機構が設けられており、この吸気弁可変機構が吸気弁8の閉弁時期を変更する。また、ステップS115では、エンジン回転数制御部55は、ステップS14で決定された燃料噴射量が噴射されるようにインジェクタ12(インジェクタ12を含む燃料噴射機構)を駆動するとともに、ステップS14で決定された点火時期で点火プラグ13に点火させる。
ステップS15の後は、再びステップS1に戻る。
このように、当実施形態では、ステップS1の判定がYESかつステップS2の判定がYESの場合には、目標エンジントルクを切替時目標エンジントルクに決定し、この目標エンジントルクが実現されるようにスロットル弁34、吸気弁可変機構(吸気弁8の閉弁時期)、インジェクタ12、点火プラグ13を制御する。一方、ステップS1の判定がNOまたはステップS3の判定がNOの場合には、目標エンジントルクを通常目標エンジントルクに決定し、この目標エンジントルクが実現されるように、スロットル弁34、吸気弁可変機構(吸気弁8の閉弁時期)、インジェクタ12、点火プラグ13を制御する。
通常目標エンジントルクの算出手順について図10を用いて簡単に説明する。
エンジン回転数制御部55は、まず、ステップS21にて、運転状態を読み込む。具体的には、アクセル開度センサSN4で検出されたアクセル開度、ポジションセンサSN6で検出された変速レンジ(ギア段)、車速センサ(不図示)で検出された車速を読み込む。なお、ギア段は、例えば、車速とエンジン回転数とに基づいて算出してもよい。ステップS21の後は、ステップS22に進む。
ステップS22にて、エンジン回転数制御部55は、ステップS21で読み込んだ運転状態に基づき、これに対応した車両の加速度の目標値である車両目標加速度を設定する。ステップS22の後は、ステップS23に進む。
ステップS23にて、エンジン回転数制御部55は、ステップS22で設定した車両目標加速度に基づいて、この車両目標加速度が実現されるエンジントルクを算出して、通常目標エンジントルクに決定する。
このように、通常目標エンジントルクは、アクセル開度およびギヤ段すなわち運転者の操作状況と車速すなわち車両の走行状態とに基づいて算出され、これらに対応したエンジントルクとされる。
切替時目標エンジントルクの算出手順について図11を用いて説明する。
エンジン回転数制御部55は、まず、ステップS31にて、エンジンとトランスミッションとの連結が解除される直前のエンジン回転数を目標エンジン回転数として読み込む。ステップS31の後は、ステップS32に進む。
ステップS32にて、エンジン回転数制御部55は、発電電流、エアコン冷媒圧、吸気圧、推定排気圧、吸気弁8および排気弁9の開閉時期(吸排気弁の開閉時期)を読み込む。発電電流は、クランク軸15に連結されてクランク軸15の回転によって発電を行う発電機の発電電流であり、例えば、電流センサにより検出される。エアコン冷媒圧は、車両に設けられた空調機を流通する冷媒の圧力であり、例えば、センサにより検出される。なお、エアコン冷媒圧は、エアコンがONの場合(空調機が作動している場合)にのみ読み込まれる。吸気圧は、吸気圧センサSN3により検出された値である。推定排気圧は、排気通路35内の圧力の推定値である。推定排気圧は、例えば、エンジン回転数と、吸気量等から推定される。ステップS32の後は、ステップS33に進む。
ステップS33にて、エンジン回転数制御部55は、ステップS31で読み込んだ目標エンジン回転数に基づいて基本エンジントルクを算出する。基本エンジントルクは、エンジン本体1に一切外部負荷が加えられていない状態(トランスミッションとの連結が解除されているとともに、ポンプや発電機等がエンジン本体1に連結されていない状態)において、エンジン回転数が目標エンジン回転数となるときのエンジントルクである。ステップS33の後は、ステップS34に進む。
ステップS34にて、エンジン回転数制御部55は、ステップS31で決定した目標エンジン回転数に基づいて抵抗トルクを算出する。機械抵抗トルクは、エンジン本体1にポンプ等が連結されることでエンジン本体に機械抵抗として加えられるトルクである。ステップS34の後は、ステップS35に進む。
ステップS35にて、エンジン回転数制御部55は、ステップS31で読み込んだ目標エンジン回転数と、ステップS32で読み込んだ発電電流とに基づいて、発電トルクを算出する。発電トルクは、発電機が発電することに伴ってエンジン本体1に生じる抵抗のトルク換算値である。
ステップS36にて、エンジン回転数制御部55は、ステップS31で読み込んだ目標エンジン回転数と、ステップS32で読み込んだエアコン冷媒圧とに基づいて、エアコン駆動トルクを算出する。エアコン駆動トルクは、エアコンを駆動することに伴ってエンジン本体1に生じる機械抵抗である。ステップS36の後は、ステップS37に進む。なお、エアコンがOFFの場合(空調機の駆動が停止されている場合)は、ステップS36は省略され、ステップS35の次にステップS37に進む。
ステップS37では、エンジン回転数制御部55は、ステップS32で読み込んだ吸気圧、推定排気圧と、吸気弁8および排気弁9の開閉時期とに基づいて、ポンピングロストルクすなわちポンピングロスを算出する。ステップS37の後は、ステップS38に進む。
ステップS38では、エンジン回転数制御部55は、ステップS33〜S37で算出した基本エンジントルク、機械抵抗トルク、発電トルク、エアコン駆動トルク、ポンピングロストルクを合計し、この合計値を切替時目標エンジントルクとして算出する。このように、切替時目標エンジントルクは、エンジンとトランスミッションとの連結が解除された状態で、エンジン回転数がこの連結解除直前のエンジン回転数となるトルクに設定される。
そして、このように切替時目標エンジントルクが設定されることで、上記移行要求があった後において上記切替が完了しておらず、かつ、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されている場合は、スロットル弁34の開度、吸気弁8の閉弁時期、燃料噴射量、点火時期すなわち燃焼開始時期は、エンジン回転数が連結解除直前のエンジン回転数となる値に制御される。
(5)作用
以上のように、当実施形態にかかるエンジン制御装置が適用されたエンジンでは、減筒運転と全筒運転との一方から他方への移行要求があった後において、弁停止機構25aによる休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8,9の作動状態の切替が完了しておらず且つエンジンとトランスミッションとの連結が解除されているという特定の条件が成立すると、エンジン回転数が、エンジンとトランスミッションとの連結解除直前、すなわち、この特定の条件の成立直前の値に維持される。そのため、エンジンとトランスミッションとの連結解除を実現しつつ、休止気筒(第1、第4気筒)2A,2Dの吸排気弁8、9のうち想定した弁からより確実に開弁あるいは閉弁することができる。
(6)変形例
上記実施形態では、エンジン回転数が上記特定の条件の成立前後でエンジン回転数が一定に維持される場合について説明したが、上記特定の条件が成立した場合において、エンジン回転数の変化率(単位時間あたりのエンジン回転数の変化量)を、特定の条件の非成立時よりも小さくしてもよい。具体的には、仮に同じ運転状態(アクセル開度、ギア段、車速)でエンジンとトランスミッションとの連結が解除された場合において目標エンジントルクを通常目標エンジントルクとしたときに生じるエンジン回転数の変化率よりも小さくして、エンジン回転数を通常の運転時すなわちエンジン回転数を強制的に変更する制御を実施する場合よりも緩やかに変化させるようにしてもよい。この場合であっても、休止気筒2A,2Dの吸排気弁8、9のうち想定した弁から開弁あるいは閉弁が実施されないという事態が生じるのを回避することができる。ただし、上記のように、エンジン回転数を一定に維持するようにすれば、より確実に上記事態を回避することができる。
また、上記実施形態では、エンジン回転数制御部55は、スロットル弁34の開度、吸気弁8の閉弁時期、燃料噴射量、点火時期の変更によってエンジン回転数をエンジンとトランスミッションとの連結解除直前の回転数に維持する場合について説明したが、エンジン回転数を維持するための具体的な手順はこれに限らない。例えば、エンジンにより駆動されるポンプ等の補機の駆動負荷を、エンジン回転数が維持されるように上記連結解除直前の駆動負荷から変更してもよい。
具体的には、変速レンジがニュートラルレンジに切り替えられてエンジン回転数が急減する場合およびクラッチカットによりエンジン回転数が急減する場合には、ポンプ等の補機の駆動負荷を増大させるようにしてもよい。例えばポンプの吐出圧を増大させてもよい。一方、クラッチカットによりエンジン回転数が急増する場合には、ポンプ等の補機の駆動負荷を低下させるようにしてもよい。例えば、ポンプの吐出圧が低下させてもよい。
また、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されてエンジン回転数が急減する場合に、点火プラグ13の点火時期を進角させて、これによりエンジン回転数を一定に維持、あるいは、エンジン回転数の変化率を小さくしてもよい。そして、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されてエンジン回転数が急増する場合に、点火プラグ13の点火時期を遅角させて、これによりエンジン回転数を一定に維持、あるいは、エンジン回転数の変化率を小さくしてもよい。
また、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されてエンジン回転数が急減した場合に、燃料噴射量を増大させて、これによりエンジン回転数を一定に維持、あるいは、エンジン回転数の変化率を小さくしてもよい。そして、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されてエンジン回転数が急増した場合に、燃料噴射量を減少させて、これによりエンジン回転数を一定に維持、あるいは、エンジン回転数の変化率を小さくしてもよい。
さらに、これら補機の駆動負荷の変更、点火時期の変更、燃料噴射量の変更制御のうち少なくとも一つ、または、これらの2つ以上を組み合わせて、エンジン回転数を制御してもよい。
また、上記では、弁停止機構25aが油圧駆動式であって油圧の作動遅れによりエンジン回転数の急変に伴い所望の弁からの開弁あるいは閉弁ができなくなるという問題が生じ、この問題を解決するためにエンジン回転数を一定にする制御を実施する場合について説明したが、バルブ制御部52が、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があってから所定時間後(クランク角ではなく時間)に、弁停止機構25aによる吸排気弁8,9の作動状態の切り替えを開始させる場合にも、この時間中にエンジン回転数が急変することに伴い、想定した弁からの開弁あるいは閉弁開始を実現できないおそれがある。そのため、このように構成されたエンジンに、上記エンジン回転数制御部55によるエンジン回転数を一定あるいは変化率を小さく抑える制御を実施してもよい。例えば、特定のタイミングで減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があったかどうかを判定し、移行要求があったと判定されると、タイマをオンにし、このタイマにより計測された時間すなわち移行要求からの経過時間が予め設定された所定期間(先に開弁あるいは閉弁させる弁に応じてそれぞれ設定された時間)になると、バルブ制御部52が、弁停止機構25aの切り替えを開始させるよう構成されたエンジンにおいて、上記制御を実施してもよい。
また、上実施形態では、弁停止機構25aが、同一の吸気弁8と排気弁9の状態を切り替える場合について説明したが、弁停止機構25aがこれら吸排気弁8、9の状態を個別に切り替えるようにしてもよい。
以上のように、本発明は、吸気弁および排気弁を備えるとともに空気と燃料の混合気の燃焼が実施される複数の気筒を有し、全ての気筒内で混合気の燃焼が実施される全筒運転と、複数の気筒のうち特定の気筒内での燃焼が停止されて当該気筒が休止状態とされる減筒運転との間で切り替え可能なエンジンと、当該エンジンと連結されてエンジンの動力を車輪に伝達する動力伝達部とを備えた車両に設けられるエンジンの制御装置であって、エンジンの運転条件に基づいて減筒運転と全筒運転のいずれを実施するかを判定する運転要求判定部と、上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を開閉可能な状態と閉弁保持される状態とに切り替え可能な弁停止機構と、全筒運転時に上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を開閉可能状態とし、減筒運転時に上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を閉弁保持状態とするように、上記弁停止機構を制御するバルブ制御部と、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御部とを有し、上記弁停止機構は、上記運転要求判定部によって減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があったと判定されると、上記特定の気筒の吸気弁および排気弁の状態の切り替えを開始し、上記エンジン回転数制御部は、上記運転要求判定部によって上記移行要求があったと判定された後、上記弁停止機構による上記切り替えが完了しておらず且つエンジンと上記動力伝達部との連結が解除されているという特定条件が成立した場合には、エンジン回転数を、当該エンジン回転数の時間に対する変化量が、上記特定条件が成立していない場合よりも小さくなるように制御することを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
本発明によれば、エンジンと動力伝達部との連結の解除を実現しつつ、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求時において所望の弁からの開弁あるいは閉弁開始を実現することができる。
具体的には、本発明では、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求時において、弁停止機構による特定の気筒の吸排気弁の開閉状態の切り替えが完了しておらず、かつ、エンジンと動力伝達部との連結が解除されているという特定条件が成立すると、エンジン回転数の変化率が小さく抑えられる。そのため、クラッチカットやニュートラルレンジへの切り替えが行われてエンジンと動力伝達部との連結が解除された状態であっても、特定の気筒の吸排気弁の開閉状態の切り替えが完了するまでの間エンジン回転数の変動が小さく抑えられる。従って、エンジンと動力伝達部とを連結解除しつつ、この連結解除に伴うエンジン回転数の変動によって所望の弁からの開弁あるいは閉弁が実現できないという事態をより確実に回避することができる。
ここで、上記弁停止機構が油圧駆動式である場合には、油圧の作動遅れがあることで、エンジン回転数が大きく変動した際に所望の弁からの開弁あるいは閉弁が実現できなくなる可能性が高い。そのため、本発明を、弁停止機構が油圧駆動式であるものに適用すれば、より効果的である。
また、減筒運転と全筒運転との一方から他方への移行要求があってから所定時間経過後に弁停止機構による切り替えを開始させる場合にも、この所定時間中にエンジン回転数が大きく変動することで所望の弁からの開弁あるいは閉弁が実現できなくなる可能性が高い。そのため、本発明を、このような構成、すなわち、上記バルブ制御部が、上記運転要求判定部によって減筒運転と全筒運転との一方から他方への移行要求があったと判定された後、所定時間経過後に、上記弁停止機構に上記切り替えを開始させるよう構成されたものに適用すれば、効果的である。
また、上記エンジン回転数制御部がエンジン回転数を制御するために実施する具体的な制御内容としては、エンジンにより駆動される補機の駆動負荷の変更と、上記各気筒内で燃焼が開始する時期の変更と、当該各気筒内に供給する燃料量の変更とが挙げられ、エンジン回転数制御部は、これらの少なくとも一つを実施するよう構成されるのが好ましい。
また、本発明において、上記エンジン回転数制御部は、上記特定の条件の成立前後においてエンジン回転数を一定に維持するのが好ましい。
このようにすれば、より確実に、減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求時において所望の弁から開弁あるいは閉弁開始させることができる。
2A〜2D 気筒
8 吸気弁
9 排気弁
25a 弁停止機構
50 ECU
52 バルブ制御部
54 エンジン回転数制御部
【0024】
[0094]
一方、ステップS5での判定がYESであって、エンジンとトランスミッションとの連結が解除されている場合は、エンジン回転数制御部55は、ステップS6に進む。ステップS6では、エンジン回転数制御部55は、後述する手順に従って切替時目標エンジントルクを算出し、この算出したトルクを目標エンジントルクに設定する。ステップS6の後は、図10に示すステップS10に進む。
[0095]
図10に示すように、ステップS10では、エンジン回転数制御部55は、ステップS6またはステップS8で設定した目標エンジントルクに基づいて目標充填量を算出する。なお、上記のように、ステップS6からステップS10に進んだ場合は、目標エンジントルクは切替時目標エンジントルクとなり、ステップS8からステップS10に進んだ場合は、目標エンジントルクは通常エンジントルクとなる。目標充填量は、各気筒2A〜2Dにそれぞれ吸入される空気量の目標値である。ステップS10の後は、ステップS11に進む。
[0096]
ステップS11では、エンジン回転数制御部55は、ステップS10で算出した目標充填量を実現するために必要な目標インマニ空気量を算出する。目標インマニ空気量は、吸気通路30を通過する空気量であるインマニ空気量の目標値である。目標インマニ空気量は、目標充填量と、エンジンの運転状態とに基づいて算出される。例えば、エンジン回転数と吸気弁8の開閉時期等に基づいてサージタンク基準体積効率が算出され、このサージタンク基準体積効率と目標充填量とに基づいて目標インマニ空気量が算出される。ステップS11の後は、ステップS12に進む。
[0097]
ステップS12では、エンジン回転数制御部55は、現在のインマニ空気量(現インマニ空気量)、ステップS11で算出した目標インマニ空気量、ステップS10で算出した目標充填量とに基づいて、要求スロットル通過流量を算出する。要求スロットル通過流量は、スロットル弁34を通過する空気流量の目標値である。現在のインマニ空気量は、例えば、吸気通路30に設けられたセンサで検出される。ステップS12の後は、ステップS13に

Claims (5)

  1. 吸気弁および排気弁を備えるとともに空気と燃料の混合気の燃焼が実施される複数の気筒を有し、全ての気筒内で混合気の燃焼が実施される全筒運転と、複数の気筒のうち特定の気筒内での燃焼が停止されて当該気筒が休止状態とされる減筒運転との間で切り替え可能なエンジンと、当該エンジンと連結されてエンジンの動力を車輪に伝達する動力伝達部とを備えた車両に設けられるエンジンの制御装置であって、
    エンジンの運転条件に基づいて減筒運転と全筒運転のいずれを実施するかを判定する運転要求判定部と、
    上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を開閉可能な状態と閉弁保持される状態とに切り替え可能な弁停止機構と、
    全筒運転時に上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を開閉可能状態とし、減筒運転時に上記特定の気筒の吸気弁および排気弁を閉弁保持状態とするように、上記弁停止機構を制御するバルブ制御部と、
    エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御部とを有し、
    上記弁停止機構は、上記運転要求判定部によって減筒運転と全筒運転の一方から他方への移行要求があったと判定されると、上記特定の気筒の吸気弁および排気弁の状態の切り替えを開始し、
    上記エンジン回転数制御部は、上記運転要求判定部によって上記移行要求があったと判定された後、上記弁停止機構による上記切り替えが完了しておらず且つエンジンと上記動力伝達部との連結が解除されているという特定条件が成立した場合には、エンジン回転数を、当該エンジン回転数の時間に対する変化量が、上記特定条件が成立していない場合よりも小さくなるように制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 請求項1に記載のエンジンの制御装置であって、
    上記弁停止機構は、油圧駆動式であって、上記特定の気筒の吸気弁および排気弁の状態の切り替えを開始してから、所定の作動遅れ時間が経過した後に、当該切り替えを完了させることを特徴とするエンジンの制御装置。
  3. 請求項1または2に記載のエンジンの制御装置であって、
    上記バルブ制御部は、上記運転要求判定部によって減筒運転と全筒運転との一方から他方への移行要求があったと判定された後、所定時間経過後に、上記弁停止機構に上記切り替えを開始させることを特徴とするエンジンの制御装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
    上記エンジン回転数制御部は、エンジンにより駆動される補機の駆動負荷の変更と、燃焼が実施される気筒での燃焼開始時期の変更と、燃焼が実施される気筒内に供給する燃料量の変更との少なくとも一つを実施することで、エンジン回転数を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のエンジンの制御装置であって、
    上記エンジン回転数制御部は、上記特定条件の成立前後においてエンジン回転数を一定に維持することを特徴とするエンジンの制御装置。
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