JP2004027971A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関において実用燃費や排ガス性能を向上させるため各種制御が導入されているが、これに伴う不具合を解消し、内燃機関の効率的かつ安定した運転を実現する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、多気筒型のエンジン１を全気筒運転と減筒運転との間で切り換えることができ、その切換過渡期において点火時期リタードを実施してトルクショックを回避する。また、制御装置はエンジン１にＥＧＲを導入することで排ガス性能を向上するとともに、上述の運転切換え時にＥＧＲ弁２６を閉じることでＥＧＲ導入を禁止する。これにより、エンジン１にＥＧＲを採用していても、運転の切換え時に燃焼の不安定化が確実に防止される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に稼働気筒数の変動を伴う運転の切り換えを適切に行うことができる内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を様々に制御することで効率的な運転を行い、燃費の節減や排ガス性能の向上を図る技術が従来から採用されている。例えば多気筒型の内燃機関にあっては、その運転状態に応じて稼働気筒数、つまり、実際に燃焼を行う気筒数を増減させる可変排気量制御が行われている。この制御は低速運転時やアイドル運転時等の低負荷運転状態では一部の気筒の稼働を停止（減筒運転）させて燃費を節減し、一方、高負荷の運転状態では全気筒運転を行うことで必要な出力を得ることができる。
【０００３】
また、各種の内燃機関では排ガスの一部を吸気系に再循環（還流）させることで燃焼温度を下げ、排ガスの悪化を防止するＥＧＲ制御が行われている。このようなＥＧＲ制御は特に、排ガス中に含まれるＮＯｘの低減に有効な技術として広く認識されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した可変排気量制御は、総合的にみて内燃機関を効率的に運転させるものとして好適であるが、一時的に全気筒運転と減筒運転との切り換えを行う過渡期において内燃機関の出力変動を伴うことがある。またＥＧＲ制御は燃焼を緩慢にする作用があるため、可変排気量制御との組み合わせにおいては特に、上述の過渡期において燃焼を不安定化させる可能性も考えられる。
【０００５】
そこで本発明は各種制御の導入に伴う不具合を解消し、内燃機関の効率的かつ安定した運転を実現可能とすることを課題としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の制御装置（請求項１）は、点火時期制御手段およびＥＧＲ制御手段を備えており、特に内燃機関の運転が全気筒運転と減筒運転との間で切り換えられるとき、所定期間に亘って点火時期をリタードさせるとともに、この期間内は排ガスの還流を禁止するものとしている。これにより、稼働気筒数の変動を伴う切り換えの過渡期に点火時期がリタードされることで極端なトルク変動が抑制されるとともに、この期間内は排ガスの還流が禁止されることで燃焼の悪化も防止される。
【０００７】
また本発明の制御装置はＥＧＲ制御に関し、内燃機関の運転を切り換えた後に全気筒運転と減筒運転とで排ガスの還流量を異ならせている（請求項２）。より好ましくは、全気筒運転に比較して減筒運転では排ガス還流量を減らすことで、稼働気筒数に応じたＥＧＲ制御の実効が図られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、車両に搭載された内燃機関の制御装置として本発明の一実施形態を説明する。ただし本発明は車両用の内燃機関のみに適用されるものではない。
図１は、多気筒型内燃機関であるエンジン１に制御装置を適用した場合の実施形態を示している。このエンジン１は、例えば直列４気筒型のシリンダレイアウトを有しており、各気筒には多点噴射方式により燃料が供給される。このため吸気系のインテークマニホールド２には、各気筒に連なる吸気ポートに対応して燃料噴射弁４が４つ設けられているが、図１にはそのうち１つだけが示されている。
【０００９】
インテークマニホールド２の上流にはサージタンク６が設けられており、このサージタンク６の入口に電動スロットルバルブ８が取り付けられている。電動スロットルバルブ８はスロットルアクチュエータ１０により開閉作動され、所望の開度に保持される。
エンジン１は、その吸気弁１２および排気弁１４の動弁系にカムプロフィール切換機構１６を備えている。この切換機構１６は例えば、カム形状の異なる複数種類のカムを有しており、運転状態に応じて吸排気弁１２，１４をリフトさせるカムを切り換えることで可変バルブタイミングおよび可変バルブリフト量を実現している。
【００１０】
また、切換機構１６は各弁に連なるロッカアームとロッカシャフトとの結合関係を解除することで吸排気弁１２，１４の動作を休止させることができる。切換機構１６により特定の気筒について吸排気弁１２，１４の動作が休止されると、その気筒は燃焼が行われずに休止（休筒）状態となる。なお、休止気筒への燃料噴射は停止される。
【００１１】
上述した切換機構１６は油圧式アクチュエータを有しており、切換機構１６の具体的な動作は油圧式アクチュエータにより行うことができる。このため切換機構１６は油圧給排システム（図示しない）を備えており、油圧給排システムは例えば、油圧式アクチュエータと油圧源とを結ぶ油路をソレノイドバルブにより開閉することで、油圧式アクチュエータへの作動油圧の給排を行うことができる。
【００１２】
エンジン１には各気筒に点火栓１８が設けられており、これら点火栓１８には高電圧を供給するイグニションコイル２０が接続されている。また、排気系のエキゾーストマニホールド２２にはＥＧＲ通路２４が接続されており、このＥＧＲ通路２４はＥＧＲ弁２６を介してインテークマニホールド２に接続されている。本実施形態の制御装置は、各種電子機器類を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と略称する。）２８を装備している。エンジン１の出力や上述した切換機構１６の動作はいずれもＥＣＵ２８により制御することができる。
【００１３】
例えば、車両にはアクセルポジションセンサ３０が設けられており、このアクセルポジションセンサ３０はアクセル開度を検出してＥＣＵ２８に出力する。またインテークマニホールド２には圧力センサ４０が設けられており、ＥＣＵ２８は圧力センサ４０からのセンサ信号によりエンジン１の吸入空気量を検出することができる。
【００１４】
その他、車両には車速センサ３６が設けられており、この車速センサからＥＣＵ２８に車速信号が入力される。また、エンジン１にはクランク角センサ３８が設けられている。クランク角センサ３８はＥＣＵ２８に接続され、クランク角信号をＥＣＵ２８に出力する。
ＥＣＵ２８は、アクセル開度に基づいて電動スロットルバルブ８の開度を調節するとともに、圧力センサ４０からのセンサ信号を受け取ってエンジン１の吸入空気量を検出し、所定の空燃比を得るように燃料噴射弁４を作動させる。またＥＣＵ２８は上述の切換機構１６の作動を制御し、例えば低車速域と高車速域とでバルブタイミングおよびリフト量を適切に切り換える。なお、これら出力制御や切換機構１６の動作制御はいずれも公知であるため、特に各制御の詳細については説明を省略する。
【００１５】
以上はＥＣＵ２８による各種の制御機能の基本的な内容であるが、本実施形態ではさらに、ＥＣＵ２８は各種制御を総合的に行うことでエンジン１を適切に制御する機能を有している。
以下に具体例を挙げてＥＣＵ２８の制御機能を説明する。また、以下の説明により、制御装置のその他の構成もまた明確となる。
【００１６】
図２は、ＥＣＵ２８によりエンジン１の運転を全気筒運転から減筒運転に切り換える場合の制御例を示している。このような稼働気筒数の変動（この場合は４気筒から２気筒に減少）を伴う運転の切り換えは、エンジン１の運転状態に基づいて行われる。例えば、ＥＣＵ２８は車速やアクセル開度、エンジン回転速度、ブースト圧等の各種変数からエンジン１の運転状態を検出する（運転状態検出手段）。ここで運転状態を具体的に表す指標としては、例えば車速やエンジン１の回転速度が挙げられる。
【００１７】
例えばエンジン１が全気筒運転を行っている状態で、実用車速が低速域に移行した場合や、あるいは車両が停車してエンジン１が負荷運転からアイドリング運転に移行した場合、ＥＣＵ２８は稼働気筒数を変動（この場合は減少）させるべき運転状態にあると判断することができる。
このような判断が成立すると、ＥＣＵ２８は切換機構１６を作動させ、特定の気筒（例えば２つの気筒）について稼働を休止させる。このとき全気筒運転から減筒運転への移行に伴い、急激なトルク変化によるショックが発生するのを防止するため、ＥＣＵ２８は以下の手順によりエンジン１の運転の切り換えを行う。
【００１８】
図２に示されているように、上記の判断が成立した時点（時刻ｔ_０）でＥＣＵ２８の制御は全気筒運転モードＡから減筒運転モードＲへ切り換えられる。このときＥＣＵ２８は、イグニションコイル２０の作動を制御することで点火時期リタードを開始する（時刻ｔ_０〜ｔ_１）とともにＥＧＲ弁２６を閉作動させ、排ガスの還流を直ちに停止させる。
【００１９】
この間（時刻ｔ_０〜ｔ_１）にＥＣＵ２８は一旦、スロットル開度を大きくし、その開度を保持した後にスロットル開度を小さくし、これを点火時期リタードが終了するまで保持する。
なおＥＣＵ２８は、点火時期リタードを終了させる直前（時刻ｔ_１の前）のタイミングで特定の１気筒について燃料噴射弁４の稼働を停止させる。これにより、点火時期リタードの終了と同時に特定の１気筒への燃料噴射が休止状態となる。
【００２０】
次にＥＣＵ２８は２つ目の気筒の休筒に備えて点火時期をリタードさせる（時刻ｔ_１〜ｔ_２）。この間、同様にＥＣＵ２８は一旦、スロットル開度をそれまでより大きくして保持した後でスロットル開度を小さくし、これを点火時期のリタードが終了するまで保持する。この間（時刻ｔ_１〜ｔ_２）、同様にブースト圧はさらに上昇する。
【００２１】
また同様に、ＥＣＵ２８は点火時期のリタードを終了させる直前（時刻ｔ_２の前）のタイミングで２つ目の気筒について燃料噴射弁４の稼働を停止させる。これより僅かの時間（１ＩＧ）をおいた後、切換機構１６（稼働気筒数切換バルブ）を作動させて吸排気弁１２，１４の駆動を停止させることにより、２つの気筒が完全に休止状態となる。
【００２２】
特定の２つの気筒が休止状態となった後、一定の時間が経過するまでの間（時刻ｔ_２〜ｔ_３）、ＥＣＵ２８は点火時期を一定に保持する。この後、ＥＣＵ２８は減筒運転用の点火時期マップを用いた点火時期制御に移行するため、テーリング処理を行いながら点火時期を次第に変化させる（時刻ｔ_３〜ｔ_４）。またＥＣＵ２８はテーリング処理を開始すると、その直後（時刻ｔ_３の後）のタイミングでスロットル開度を小さくする。なお、このときスロットル開度は減筒運転に対応するため、全気筒運転のときの開度より小さいものとなっている。
【００２３】
そして、ＥＣＵ２８は最終的に点火時期リタードを終了すると、この時点（時刻ｔ_４）でＥＧＲ弁２６を開作動させる。これにより、減筒運転において排ガスの還流が再開される。
ここで、ＥＧＲ弁２６には少なくとも３つのポジションが設定されており、ＥＧＲ弁２６は全気筒運転のときは全筒位置Ｐａ、運転の切換中は閉位置Ｐｏ、そして、減筒運転のときは休筒位置Ｐｒにそれぞれポジションを制御される。特に休筒位置Ｐｒでは全筒位置Ｐａよりも開度が小さく、その分、排ガスの還流量は少なくなる。これにより、減筒運転に適した排ガス還流量が得られるので、ＥＧＲ制御の実効が図られる。
【００２４】
以上のように、ＥＣＵ２８により全気筒運転から減筒運転への切り換えが行われ（稼働気筒数切換手段）、このとき所定期間（時刻ｔ_０〜ｔ_４）に亘ってＥＣＵ２８により点火時期がリタードされている（点火時期制御手段）。またこの所定期間（時刻ｔ_０〜ｔ_４）は、ＥＣＵ２８によりＥＧＲ弁２６が閉位置Ｐｏに制御されることで排ガスの還流が禁止されている（ＥＧＲ制御手段）。
【００２５】
この結果、点火時期リタード制御の実施により稼働気筒数の変動に伴う急激なトルク変化が抑えられるとともに、この期間内にＥＧＲ導入に伴う燃焼の不安定化（失火等）が確実に防止される。なおこの間（時刻ｔ_０〜ｔ_４）、吸入空気量の減少に伴ってブースト圧は次第に上昇し、減筒運転への切り換え後にエンジン１の負荷は小さくなっている。
【００２６】
次に図３は、ＥＣＵ２８によりエンジン１を減筒運転から全気筒運転に切り換える場合の制御例を示している。
例えばエンジン１が減筒運転を行っている状態で、要求出力が増大した場合や、あるいはアイドリング運転から負荷運転に移行した場合、ＥＣＵ２８は稼働気筒数を変動（この場合は増加）させるべき運転状態にあると判断することができる。
【００２７】
このような判断が成立した場合も同様に、ＥＣＵ２８は切換機構１６を作動させ、それまで休止状態にあった気筒（例えば２つの気筒）について稼働を再開させる。また、このとき減筒運転から全気筒運転への移行に伴いトルクショックが発生するのを防止するため、ＥＣＵ２８は以下の手順によりエンジン１の運転の切り換えを行う。
【００２８】
この場合、図３に示されているように、稼働気筒数を変動するべき運転状態にあると判断されると、その時点（時刻ｔ_１０）でＥＣＵ２８の制御は減筒運転モードＲから全気筒運転モードＡへ切り換わる。また、このときＥＣＵ２８はＥＧＲ弁２６を閉作動させ、排ガスの還流を直ちに停止させる（時刻ｔ_１０）。
ＥＣＵ２８はモード切換の１ＩＧ後に切換機構１６（稼働気筒数切換バルブ）を作動させて吸排気弁１２，１４の駆動を再開させる。次に一定の時間経過後（時刻ｔ_１１）、ＥＣＵ２８は休止状態にある１気筒について燃料噴射弁２の稼働を再開させる。これにより、僅かの時間をおいた後（時刻ｔ_１２）にトルクが立ち上がり、この時点からＥＣＵ２８は点火時期リタード制御を実施する。なおこの場合、ＥＣＵ２８は点火時期を一旦リタードした後、徐々に進角側へ復帰させる。またこの間（時刻ｔ_１０〜ｔ_１３）、スロットル開度は減筒運転時の状態で保持されている。
【００２９】
１つ目の気筒の稼働再開による点火時期リタード制御を終了すると、その一定時間経過後（時刻ｔ_１３）に、残る２つ目の休止気筒について同様にＥＣＵ２８は燃料噴射弁２の稼働を再開させる。またこれに合わせて、僅かの時間をおいた後（時刻ｔ_１４）のタイミングからＥＣＵ２８は点火時期リタード制御を実施する。この場合もＥＣＵ２８は点火時期を一旦リタードした後、徐々に進角側へ復帰させる。さらにＥＣＵ２８は、全気筒運転用の点火時期マップを用いた点火時期制御に移行するため、テーリング処理を行いながら点火時期を次第に変化させる（時刻ｔ_１４〜ｔ_１５）。
【００３０】
またＥＣＵ２８はテーリング処理を開始すると、その直後のタイミングでスロットル開度を大きくする。これにより全気筒運転に応じて吸入空気量が増大され、エンジン１は全気筒運転の状態となる。
そして、ＥＣＵ２８は最終的に点火時期リタード制御を終了すると、この時点（時刻ｔ_１５）でＥＧＲ弁２６を開作動（全筒位置Ｐａ）させる。これにより、全気筒運転において排ガスの還流が再開され、全気筒運転に応じた排ガス還流量が得られる。
【００３１】
以上のように、ＥＣＵ２８により減筒運転から全気筒運転への切り換えが行われ（稼働気筒数切換手段）、このとき所定期間（時刻ｔ_１０〜ｔ_１５）に亘ってＥＣＵ２８により点火時期リタードが行われている（点火時期制御手段）。またこの所定期間（時刻ｔ_１０〜ｔ_１５）は、ＥＣＵ２８によりＥＧＲ弁２６が閉位置Ｐｏに制御されることで排ガスの還流が禁止されている（ＥＧＲ制御手段）。
【００３２】
この結果、点火時期リタードの実施により稼働気筒数の変動による急激なトルク変化が抑えられるとともに、この期間内にＥＧＲ導入に伴う燃焼の不安定化（失火等）が確実に防止される。
上述の制御例では減筒運転時に２つの気筒を休筒させているが、１気筒だけを休筒させるものであってもよい。また休筒させる気筒の数やその位置は適宜変更することができ、例えば全気筒数やシリンダレイアウト等に応じて休筒する気筒を決定することができる。
【００３３】
また一実施形態では吸排気弁１２，１４を休止させて特定の気筒を休止させているが、その他の手段により休筒を実現するものであってもよい。
なお、本発明を適用するべきエンジン１のシリンダレイアウトは直列型に限られず、例えばＶ型や対向型であってもよい。またエンジン１の燃料噴射方式は、例えば筒内噴射方式を採用するものであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の制御装置（請求項１）は、ＥＧＲの導入により排ガス性能を向上しつつ、トルクショックを生じることなく稼働気筒数を変動させる運転の切り換えが可能となる。
また、稼働気筒数に応じて排ガス導入量を変更可能であるから（請求項２）、全気筒運転および減筒運転のいずれの場合においてもＥＧＲ制御を有効に機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御装置の一実施形態を概略的に示した図である。
【図２】全気筒運転から減筒運転への切換時の制御例を示したタイミングチャートである。
【図３】減筒運転から全気筒運転への切換時の制御例を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　エンジン
２　インテークマニホールド
４　燃料噴射弁
１６　切換機構（稼働気筒数切換手段）
１８　点火栓
２４　ＥＧＲ通路
２６　ＥＧＲ弁
２８　ＥＣＵ（各種制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基づき稼働気筒数を変動するべき運転状態にあると判断したとき、前記内燃機関の運転を全気筒運転と減筒運転との間で切り換える稼働気筒数切換手段と、
   前記稼働気筒数切換手段により前記内燃機関の運転の切り換えが行われるとき、所定期間に亘って前記内燃機関の点火時期をリタードさせる点火時期制御手段と、
   前記内燃機関の運転時に排ガスの一部を吸気系へ還流させる一方、前記稼働気筒数切換手段による前記内燃機関の運転の切り換えに伴い点火時期がリタードされている期間はその還流を禁止するＥＧＲ制御手段と
   を具備したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ＥＧＲ制御手段は、前記稼働気筒数切換手段による切り換え後、全気筒運転と減筒運転とで排ガスの還流量を異ならせ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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