JP2006183555A - Control device of variable cylinder engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン運転状態に応じて一部の気筒の作動を休止させる可変気筒エンジンの制御装置に係り、特に、エンジンの筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えた可変気筒エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a control apparatus for a variable cylinder engine that stops the operation of some cylinders in accordance with an engine operating state, and more particularly, a variable in-cylinder injector that injects fuel toward the cylinder of the engine. The present invention relates to a control device for a cylinder engine.
一般に、エンジンの部分負荷時に一部の気筒の運転を休止して稼働気筒の数を減少させることにより、エンジン全体としての燃料消費率の向上を図った可変気筒エンジンが知られている。また、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタを備え、この筒内噴射用インジェクタによる筒内噴射により成層燃焼を実現して燃費の改善を図ったエンジンが知られている。 In general, a variable cylinder engine is known in which the operation of some cylinders is stopped when the engine is partially loaded to reduce the number of operating cylinders, thereby improving the fuel consumption rate of the engine as a whole. There is also known an engine that includes an in-cylinder injector for injecting fuel into the cylinder, and realizes stratified combustion by in-cylinder injection by the in-cylinder injector to improve fuel consumption. .
ところで、一般に可変気筒エンジンにおいては、一部の気筒の運転を休止して残りの気筒で運転を行う減筒運転時には、全気筒で運転を行う全気筒運転時と比較して、同一トルクを発生する場合に1気筒当たりの燃料噴射量或いは燃料噴射の負担割合が多くなる。例えば、4気筒エンジンにおいて2気筒を休止して残りの2気筒で運転を行う減筒運転を仮定すると、本来4気筒で発生すべきトルクを2気筒で発生しなければならず、4気筒で噴射すべき燃料量を稼動気筒である2気筒で噴射しなければならないため、この稼動気筒である2気筒では1気筒当たりの噴射量が全気筒運転時と比較して約2倍になる。即ち、稼動気筒ではインジェクタから約2倍の量の燃料を噴射しなければならない。 By the way, in general, in variable cylinder engines, the same torque is generated during reduced-cylinder operation in which some cylinders are stopped and the remaining cylinders are operated, compared to all-cylinder operation in which all cylinders are operated. In this case, the fuel injection amount per cylinder or the burden ratio of fuel injection increases. For example, assuming a reduced-cylinder operation in which two cylinders are deactivated and the remaining two cylinders are operated in a four-cylinder engine, the torque that should originally be generated by the four cylinders must be generated by the two cylinders, and the injection is performed by the four cylinders. Since the amount of fuel to be injected must be injected by two cylinders, which are operating cylinders, the injection amount per cylinder in the two cylinders, which are operating cylinders, is about twice that of when all cylinders are operating. That is, in the operating cylinder, about twice as much fuel must be injected from the injector.
一方、筒内噴射用インジェクタは、その先端が筒内に露出されており、その先端の微小な噴孔から燃料を噴射する。このような筒内噴射が実行されているとき、インジェクタ先端が高温の燃焼ガスに晒されることによってインジェクタの先端温度が上昇し、インジェクタ先端にカーボン等のデポジットが付着さらには堆積するおそれがある。そしてこのようなデポジットの付着や堆積により、最悪、噴孔の詰まりが生じて正常な燃料噴射が阻害されるおそれがある。 On the other hand, the tip of the in-cylinder injector is exposed in the cylinder, and fuel is injected from a minute nozzle hole at the tip. When such in-cylinder injection is being performed, the tip of the injector is exposed to high-temperature combustion gas, and the tip temperature of the injector rises, and deposits such as carbon may adhere to and accumulate on the tip of the injector. In addition, the deposit and deposition of such deposits may cause clogging of the nozzle holes, which may hinder normal fuel injection.
前述したように、可変気筒エンジンにあっては、減筒運転時に全気筒運転時よりも稼動気筒で噴射される1気筒当たりの燃料噴射量が多くなり、その稼動気筒内の燃焼ガスも高温になる。そしてかかる可変気筒エンジンに筒内噴射用インジェクタを組み合わせた場合、減筒運転時には稼動気筒においてインジェクタ先端がより高温の燃焼ガスに晒され、インジェクタ先端温度がより高温となる。従って、インジェクタ先端にカーボン等のデポジットが付着又は堆積する可能性が高くなり、噴孔詰まりが生じる可能性も高くなる。 As described above, in a variable cylinder engine, the fuel injection amount per cylinder injected at the operating cylinder is larger at the time of reduced cylinder operation than at the time of all cylinder operation, and the combustion gas in the operating cylinder is also at a high temperature. Become. When the in-cylinder injector is combined with such a variable cylinder engine, the tip of the injector is exposed to higher-temperature combustion gas in the operating cylinder during the reduced cylinder operation, and the injector tip temperature becomes higher. Therefore, there is a high possibility that deposits such as carbon adhere to or deposit on the tip of the injector, and there is a high possibility that nozzle holes will be clogged.
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、筒内噴射用インジェクタを有する可変気筒エンジンにおいて、インジェクタ先端が高温になることに起因するインジェクタ先端へのデポジットの付着及び堆積を未然に防止し、噴孔詰まりを未然に防止することができる可変気筒エンジンの制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the purpose thereof is to deposit deposits on the injector tip due to the high temperature of the injector tip in a variable cylinder engine having an in-cylinder injector. An object of the present invention is to provide a control device for a variable cylinder engine that can prevent accumulation and prevent clogging of nozzle holes.
上記目的を達成するための本発明の一形態に係る可変気筒エンジンの制御装置は、筒内噴射用インジェクタを有し、運転状態に応じて稼働気筒数を制御する可変気筒エンジンの制御装置において、前記筒内噴射用インジェクタの先端温度を推定するインジェクタ先端温度推定手段と、エンジンの減筒運転時に、前記インジェクタ先端温度推定手段により推定されたインジェクタ先端温度が所定値を超えたとき、稼動気筒数を増加するように気筒数制御を実行する気筒数増加制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a control apparatus for a variable cylinder engine according to one aspect of the present invention includes a cylinder injection injector, and controls the number of operating cylinders according to an operating state. Injector tip temperature estimating means for estimating the tip temperature of the in-cylinder injector, and the number of operating cylinders when the injector tip temperature estimated by the injector tip temperature estimating means exceeds a predetermined value during reduced-cylinder operation of the engine Cylinder number increase control means for executing cylinder number control to increase the number of cylinders.
この構成によれば、エンジンの減筒運転時に、インジェクタ先端温度推定手段によりインジェクタ先端温度が推定され、この推定されたインジェクタ先端温度が所定値を超えたとき稼動気筒数が増大されるので、1気筒当たりの燃料噴射量或いは燃料噴射の負担割合を減少することができ、これによって筒内の燃焼ガス温度を低減し、インジェクタ先端温度の高温化、インジェクタ先端へのデポジットの付着及び堆積、さらには噴孔詰まりを未然に防止することができる。 According to this configuration, during the reduced-cylinder operation of the engine, the injector tip temperature estimating means estimates the injector tip temperature, and when the estimated injector tip temperature exceeds a predetermined value, the number of operating cylinders increases. The fuel injection amount per cylinder or the burden ratio of fuel injection can be reduced, thereby reducing the combustion gas temperature in the cylinder, increasing the injector tip temperature, depositing and depositing deposits on the injector tip, and The nozzle hole can be prevented from being clogged.
ここで、前記気筒数増加制御手段は、稼動気筒数を増加するときに全気筒を稼動させるように気筒数制御を実行することが好ましい。 Here, it is preferable that the cylinder number increase control means performs the cylinder number control so that all cylinders are operated when the number of operating cylinders is increased.
このように、稼動気筒数を増加するときに全気筒を稼動させるように気筒数制御を実行すると、稼動気筒数が最大となり、1気筒当たりの燃料噴射量或いは燃料噴射の負担割合を最少にすることができる。よって筒内の燃焼ガス温度の上昇、ひいてはインジェクタ先端温度の高温化を最大限に防止することができる。 As described above, when the number of cylinders is controlled so that all cylinders are operated when the number of operating cylinders is increased, the number of operating cylinders is maximized and the fuel injection amount per cylinder or the burden ratio of fuel injection is minimized. be able to. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the combustion gas in the cylinder from rising and the temperature of the injector tip from becoming high.
また、前記インジェクタ先端温度推定手段は、エンジンの負荷に応じて定まる時定数に基づき前記筒内噴射用インジェクタの先端温度を推定することが好ましい。 The injector tip temperature estimating means preferably estimates the tip temperature of the in-cylinder injector based on a time constant determined according to the engine load.
筒内噴射用インジェクタの先端温度は、燃料噴射量の関数であり、これはすなわちエンジンの負荷に応じて筒内噴射用インジェクタの先端温度が変化することを意味する。よってエンジンの負荷に応じて定まる時定数に基づき、筒内噴射用インジェクタの先端温度を推定することにより、精度の高い推定値を得ることができる。 The tip temperature of the in-cylinder injector is a function of the fuel injection amount, which means that the tip temperature of the in-cylinder injector changes according to the engine load. Therefore, a highly accurate estimated value can be obtained by estimating the tip temperature of the in-cylinder injector based on the time constant determined according to the engine load.
また、前記インジェクタ先端温度推定手段は、エンジン運転状態に応じて定まる推定温度基本値にさらに基づき、前記筒内噴射用インジェクタの先端温度を推定することが好ましい。 The injector tip temperature estimating means preferably estimates the tip temperature of the in-cylinder injector based further on an estimated temperature basic value determined according to an engine operating state.
前述したように、筒内噴射用インジェクタの先端温度は燃料噴射量の関数であり、これはすなわちエンジンの運転状態に応じて筒内噴射用インジェクタの先端温度が変化することを意味する。よってエンジン運転状態に応じて定まる推定温度基本値にさらに基づき、筒内噴射用インジェクタの先端温度を推定することにより、さらに高精度の推定値を得ることができる。 As described above, the tip temperature of the in-cylinder injector is a function of the fuel injection amount, which means that the tip temperature of the in-cylinder injector changes according to the operating state of the engine. Therefore, by further estimating the tip temperature of the in-cylinder injector based on the estimated temperature basic value determined according to the engine operating state, a more accurate estimated value can be obtained.
また、ポート噴射用インジェクタと、運転状態に応じて、前記筒内噴射用インジェクタによる筒内噴射と前記ポート噴射用インジェクタによるポート噴射との少なくともいずれか一方を実行するように前記筒内噴射用インジェクタと前記ポート噴射用インジェクタとを制御するインジェクタ制御手段とをさらに備えてもよい。 In addition, the in-cylinder injector is configured to execute at least one of in-cylinder injection by the in-cylinder injector and port injection by the port injection injector according to an operating state. And an injector control means for controlling the port injection injector.
一般に、筒内噴射用インジェクタに加えてポート噴射用インジェクタをも備え、運転状態に応じて、筒内噴射用インジェクタによる成層燃焼とポート噴射用インジェクタによる均質燃焼との少なくともいずれか一方を実行するエンジンが知られている。本発明はこのようなエンジンにも好適に適用可能である。 In general, an engine that includes a port injector in addition to the in-cylinder injector, and performs at least one of stratified combustion by the in-cylinder injector and homogeneous combustion by the port injector according to the operating state It has been known. The present invention can be suitably applied to such an engine.
本発明によれば、筒内噴射用インジェクタを有する可変気筒エンジンにおいて、インジェクタ先端が高温になることに起因するインジェクタ先端へのデポジットの付着及び堆積を未然に防止することができ、噴孔詰まりを未然に防止することができるという、優れた効果が発揮される。 According to the present invention, in a variable cylinder engine having an in-cylinder injector, deposits and deposits on the injector tip due to the high temperature of the injector tip can be prevented in advance, and clogging of the injection hole can be prevented. An excellent effect that it can be prevented beforehand is exhibited.
以下、本発明に係る可変気筒エンジンの制御装置の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a control apparatus for a variable cylinder engine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1および図2は、本発明を適用する可変気筒エンジンの制御装置を示す。エンジン10は、4つの気筒21を備えた4サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。エンジン10は、4つの気筒21および冷却水路13が形成されたシリンダブロック12と、このシリンダブロック12の上部に固定されたシリンダヘッド11とを備えている。シリンダブロック12には、エンジン出力軸たるクランクシャフト23が回転自在に支持され、このクランクシャフト23は、各気筒21内に摺動自在に装填されたピストン22とコネクティングロッド19を介して連結されている。
1 and 2 show a control apparatus for a variable cylinder engine to which the present invention is applied. The
クランクシャフト23の端部には、その周縁に複数の歯が形成されたタイミングロータ(図示せず)が取り付けられ、タイミングロータ近傍のシリンダブロック12には、電磁ピックアップ51bが取り付けられている。これらタイミングロータと電磁ピックアップ51bは、クランクポジションセンサ51を構成する。
A timing rotor (not shown) having a plurality of teeth formed on the periphery thereof is attached to the end of the
シリンダブロック12には、冷却水路13内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ52が取り付けられている。また、各気筒21のピストン22上方には、ピストン22の頂面とシリンダヘッド11の壁面とに囲まれた燃焼室24が形成されている。シリンダヘッド11には、各気筒21の燃焼室24に臨むよう点火栓25が取り付けられ、この点火栓25には、該点火栓25に駆動電流を印加するためのイグナイタ25aが電気的に接続されている。
A
シリンダヘッド11において各気筒21の燃焼室24に臨む部位には、吸気ポート26の開口端が2個形成されると共に、排気ポート27の開口端が2個形成されている。そして、シリンダヘッド11には、吸気ポート26の各開口端を開閉する吸気弁28と、排気ポート27の各開口端を開閉する排気弁29とが進退自在に設けられている。従って、エンジン10の各気筒21には、吸気弁28と排気弁29とが各々2個ずつ設けられている。
In the
さらに、シリンダヘッド11には、吸気弁28を開閉駆動するための吸気弁アクチュエータが設けられている。本実施形態において、吸気弁アクチュエータは、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して吸気弁28を進退駆動する電磁駆動機構30(以下、吸気側電磁駆動機構30と称する)からなる。この吸気側電磁駆動機構30は、各吸気弁28に対し一つずつ設けられ、合計で吸気弁28と同数(8個)設けられている。各吸気側電磁駆動機構30には、該吸気側電磁駆動機構30に励磁電流を印加するための駆動回路30a(以下、吸気側駆動回路30aと称する)が電気的に接続されている。ただし図では簡略化のため一つの吸気側駆動回路30aとその電気的接続関係のみを示す。また、シリンダヘッド11には、同様に、排気弁29を開閉駆動するための排気弁アクチュエータが設けられている。本実施形態において、排気弁アクチュエータは、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁29を進退駆動する電磁駆動機構31(以下、排気側電磁駆動機構31と称する)からなる。この排気側電磁駆動機構31は、各排気弁29に対し一つずつ設けられ、合計で排気弁29と同数(8個)設けられている。各排気側電磁駆動機構31には、該排気側電磁駆動機構31に励磁電流を印加するための駆動回路31a(以下、排気側駆動回路31aと称する)が電気的に接続されている。ただし図では簡略化のため一つの排気側駆動回路31aとその電気的接続関係のみを示す。
Further, the
さらに、エンジン10のシリンダヘッド11には、4つの枝管を有する吸気マニフォルド33が接続され、吸気マニフォルド33の各枝管は、各気筒21の吸気ポート26と連通している。シリンダヘッド11における吸気マニフォルド33との接続部位の近傍には、吸気ポート26内に向けて燃料を噴射するためのポート噴射用インジェクタ32が取り付けられている。
Further, an
他方、シリンダヘッド11には、気筒21内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ34が取り付けられている。筒内噴射用インジェクタ34は、その先端34aが気筒21内に臨ませられ、その先端34aに燃料の噴射口をなす微小な噴孔が設けられる。吸気ポート26は、燃焼室24内に流入した空気がタンブル流を発生するように形成されている。ピストン22頂面の凹部22aは筒内噴射用インジェクタ34側に位置するピストン22の周縁部から中央部に向かって延び、また点火プラグ25の下方において上方に延びるように形成されている。
On the other hand, an in-
吸気マニフォルド33には、吸気管35が接続され、吸気管35は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス36と接続されている。吸気管35には、該吸気管35内を流れる空気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ44が取り付けられている。吸気管35においてエアフローメータ44より下流の部位には、該吸気管35内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁39が設けられている。スロットル弁39には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じてスロットル弁39を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ40と、スロットル弁39の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ41とが取り付けられている。また、アクセルペダル42の操作量(踏み込み量)に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ43が設けられる。
An
一方、前記エンジン10のシリンダヘッド11には、4本の枝管がエンジン10の直下流において1本の集合管に合流するよう形成された排気マニフォルド45が接続され、排気マニフォルド45の各枝管が各気筒21の排気ポート27と連通している。排気マニフォルド45は、排気浄化触媒46を介して排気管47に接続され、排気管47は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。また、排気マニフォルド45には、該排気マニフォルド45内を流れる排気、言い換えれば、排気浄化触媒46に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ48が取り付けられている。
On the other hand, the
上述のように構成されたエンジン10には、該エンジン10の運転状態を制御するための電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)100が併設されている。
The
ECU100には、スロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、クランクポジションセンサ51、水温センサ52等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がECU100に入力されるようになっている。さらに、ECU100には、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、筒内噴射用インジェクタ34、ポート噴射用インジェクタ32、スロットル用アクチュエータ40等が電気配線を介して接続される。ECU100は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、そのときどきにおけるエンジン運転状態を演算し、その演算結果に基づいて筒内噴射用インジェクタ34、ポート噴射用インジェクタ32、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、或いはスロットル用アクチュエータ40等を制御することが可能になっている。
Various sensors such as a throttle position sensor 41, an
ここで、ECU100は、双方向性バスによって相互に接続されたCPU、ROM、RAM、バックアップRAM、入力ポート、出力ポート等を備えると共に、入力ポートに接続されたA/Dコンバータ(A/D)を備えたマイクロコンピュータで構成されている。A/Dコンバータは、スロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、水温センサ52等のようなアナログ形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されており、上記各センサのアナログ形式の出力信号をデジタル形式の信号に変換した後に入力ポートへ送信する。また、出力ポートは、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、筒内噴射用インジェクタ34、ポート噴射用インジェクタ32、スロットル用アクチュエータ40等と電気配線を介して接続され、その制御信号をそれぞれへ送信する。
Here, the
ROMには、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、吸気弁28および排気弁29の開閉タイミングや稼働または休止を決定するための制御ルーチン等、エンジン10を制御するのに必要な制御ルーチンが記憶されている。またROMは、これらのアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。この制御マップは、例えば、エンジン10の運転状態と燃料噴射量および燃料噴射時期との関係を示す燃料供給制御マップ、気筒数の制御のためにエンジン10の運転状態と吸気弁28および排気弁29の開閉やそのタイミングとの関係を示す吸排気弁開閉・タイミング制御マップ、エンジン10の運転状態と各点火栓25の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、エンジン10の運転状態とスロットル弁39の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
The ROM includes a fuel injection amount control routine for determining a fuel injection amount, a fuel injection timing control routine for determining fuel injection timing, an ignition timing control routine for determining ignition timing, an
RAMには、各センサの出力信号やCPUの演算結果等が記憶される。該演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ51の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数等である。RAMに記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ51が所定数の信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。なお、バックアップRAMは、エンジン10の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。
The RAM stores output signals from each sensor, CPU calculation results, and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on an output signal of the
CPUは、上記した各種センサの出力信号に基づいて、そのときどきにおけるエンジン運転状態を演算すると共に、その演算結果に基づいて、ROMに記憶されたアプリケーションプログラムに従い、筒内噴射用インジェクタ34、ポート噴射用インジェクタ32、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、或いはスロットル用アクチュエータ40等を制御する。これによりCPUは燃料噴射制御、点火制御、吸気弁および排気弁の開閉制御、スロットル制御等の周知の制御を実行すると共に、後に詳述するような本発明の要旨となるインジェクタ先端推定温度に基づく気筒数制御を実行する。
The CPU calculates the engine operating state at that time based on the output signals of the various sensors described above, and in-
ECU100は、上記演算されるエンジン運転状態に応じて燃焼方式を「成層燃焼」と「均質燃焼」とで切り換える。例えば、エンジン10の運転状態が高回転高負荷領域にあるときには均質燃焼運転を行い、低回転低負荷領域にあるときには成層燃焼運転を行う。このように燃焼方式を切り換えるのは、高出力が要求される高回転高負荷時には混合気の空燃比をリッチ側の値にして機関出力を高め、あまり高出力を必要としない低回転低負荷時には空燃比をリーン側の値にして燃費の向上を図るためである。
The
成層燃焼運転時には、ECU100は、筒内噴射用インジェクタ34を開弁駆動して、燃料をエンジン10の圧縮行程中に燃焼室24内に噴射させる。こうした燃料噴射により燃焼室24内に形成される混合気は、その空燃比が均質燃焼運転時の空燃比よりもリーン側の値に設定される。こうした成層燃焼運転時において、エンジン10の圧縮行程中に燃焼室24内に噴射された燃料は、ピストン22の頂部に設けられた凹部22aにより案内されて点火栓25の周りに集められる。このように点火栓25の周りに燃料を集めることによって、燃焼室24内の混合気全体の平均空燃比を均質燃焼運転時よりリーン側の値にしても、点火栓25周りの混合気の空燃比が着火に適したものとされて良好な混合気への着火が行われる。
During the stratified combustion operation, the
他方、均質燃焼運転時には、ECU100は、基本的にポート噴射用インジェクタ32を開弁駆動して、燃料をエンジン10の吸気行程中に吸気ポート26に噴射させる。こうした燃料噴射に基づき燃焼室24内に形成される混合気は、その空燃比が理論空燃比若しくは理論空燃比よりもリッチ側の値に設定される。
On the other hand, during the homogeneous combustion operation, the
また、ECU100は、上記演算されるエンジン運転状態に応じて稼動気筒数制御を実行する。即ち、エンジン10の運転状態が低負荷領域にあるときは、全気筒(4気筒)のうち一部の気筒(例えば2気筒)を休止し、残りの気筒を稼動させる減筒運転を実行する。このとき、休止気筒においては燃料噴射及び点火を休止すると共に、例えば、吸気側駆動回路30a及び排気側駆動回路31aへの開弁指令も停止して吸気弁28及び排気弁29を閉弁状態に維持することができる。稼動気筒においては燃料噴射及び点火を実行すると共に、吸気側駆動回路30a及び排気側駆動回路31aへの開弁指令及び閉弁指令を実行して吸気弁28及び排気弁29をエンジン10の運転状態に適した所定のタイミングで開閉させる。このような減筒運転により燃費の向上が促進される。
Further, the
他方、エンジン10の運転状態が高負荷領域にあるときは、全気筒を稼動させて運転を行う全気筒運転を実行する。この全気筒運転により必要十分な出力を確保することができる。
On the other hand, when the operating state of the
さて、以上のように構成された本実施形態に係る可変気筒エンジン10においては、前述したように、減筒運転時において、1気筒当たりの燃料噴射量或いは燃料噴射の負担割合が全気筒運転時と比較して多くなる。
In the
ここで、減筒運転時であってその稼動気筒において筒内噴射インジェクタ34のみで燃料噴射が行われている場合に着目する。即ち、この場合とは、低負荷領域において、燃費をより積極的に低減するため、減筒運転に加えて成層燃焼が実行されている場合である。特に本実施形態のエンジン10が車両用である場合、実用域である低負荷領域で加減速が繰り返されるので、この低負荷領域で減筒運転と成層燃焼とを併せて行うことは、いわゆる実用燃費の低減に繋がり、好ましい。
Here, attention is paid to the case where the fuel injection is performed only by the in-
ところで、このような低負荷領域における減筒運転を、筒内噴射用インジェクタ34のみによる成層燃焼で行うと、筒内噴射用インジェクタ34から、全気筒運転時に比べて多量の燃料が噴射され、この結果稼動気筒において筒内の燃焼ガスが高温となり、この高温の燃焼ガスに晒される筒内噴射用インジェクタ34の先端34aが高温となり、インジェクタ先端34aにカーボン等のデポジットが付着又は堆積するおそれがある。なお、筒内噴射用インジェクタ34から燃料が噴射されるとその自身の噴射燃料によりインジェクタ先端34aが冷却されるが、燃料噴射量が比較的多い場合はその冷却効果よりも燃焼ガスによるインジェクタ先端の加熱効果が勝り、インジェクタ先端温度は上昇してしまう。
By the way, when the reduced cylinder operation in such a low load region is performed by stratified combustion using only the in-
この様子を表したのが図7である。同図は、エンジンの負荷(横軸)と、インジェクタ先端温度T(縦軸)との関係を示したものである。図から理解されるように、エンジンの負荷が上昇するにつれ、燃料噴射量が増大し、インジェクタ先端温度Tは上昇する。 This is shown in FIG. The figure shows the relationship between engine load (horizontal axis) and injector tip temperature T (vertical axis). As can be seen from the figure, as the engine load increases, the fuel injection amount increases and the injector tip temperature T increases.
そこで、本実施形態による可変気筒エンジンの制御装置は、上述のような問題を解決するために、筒内噴射用インジェクタ34の先端温度を推定するインジェクタ先端温度推定手段と、このインジェクタ先端温度推定手段により推定されたインジェクタ先端温度が所定値を超えたとき稼動気筒数を増加するように気筒数制御を実行する気筒数増加制御手段とを備えている。以下これについて詳述する。
Therefore, in order to solve the above-described problem, the variable cylinder engine control apparatus according to the present embodiment estimates the injector tip temperature estimating means for estimating the tip temperature of the in-
本発明に係る可変気筒エンジンの制御装置の実施形態の制御ルーチンの一例を図3のフローチャートに基づき説明する。図示される制御ルーチンは、予めROMに記憶されているルーチンであり、ECU100によって所定の時間周期又はクランク角周期で繰り返し実行されるルーチンである。なお、この制御ルーチンは、筒内噴射用インジェクタ34のみによる燃料噴射が実行されている場合、即ちエンジンの運転状態が成層燃焼領域にある場合にのみ実行され、ポート噴射用インジェクタ32のみにより燃料噴射が実行される均質燃焼領域では実行されない。この制御ルーチンは、減筒運転中及び全気筒運転中のいずれであっても実行される。
An example of the control routine of the embodiment of the control apparatus for the variable cylinder engine according to the present invention will be described based on the flowchart of FIG. The illustrated control routine is a routine stored in the ROM in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the
制御がスタートすると、まず、ステップS10において、今回の推定温度基本値Tb(n)が算出される。 When the control starts, first, in step S10, the current estimated temperature basic value Tb (n) is calculated.
推定温度基本値Tbとは、後のステップS12でインジェクタ先端温度を算出する際に使用する基本の温度値のことである。なお「今回」とは、現時点でこのルーチンを実行している時をいい、今回から1周期前のルーチン実行時は「前回」といい、今回から1周期後のルーチン実行時を「次回」という。添字(n)は今回を意味し、後のステップS12、S17で現われる添字(n−1)は前回を意味する。 The estimated temperature basic value Tb is a basic temperature value used when calculating the injector tip temperature in the subsequent step S12. “This time” means the time when this routine is being executed at the present time. The routine execution one cycle before this time is called “previous time”, and the routine execution time one cycle after this time is called “next time”. . The subscript (n) means the current time, and the subscript (n-1) appearing in the subsequent steps S12 and S17 means the previous time.
推定温度基本値Tbはエンジン運転状態に応じて定まる値である。即ち、ECU100のROMには、図4に示すような、エンジンの回転数(横軸)及び負荷(縦軸)と、推定温度基本値Tbとの関係を定めたマップが予め記憶されている。このマップは予め実機試験等に基づき作成され、エンジンの定常運転時において求められたインジェクタ先端温度が推定温度基本値Tbとして入力されている。制御に際し、ECU100は、現在のエンジンの回転数と負荷とからマップに従って推定温度基本値Tbを算出する。このマップは、エンジンの回転数が上昇するほど、またエンジンの負荷が増大するほど、推定温度基本値Tbの値が高くなるように設定されている。これは、エンジンの回転数が上昇するほど、またエンジンの負荷が増大するほど、燃料噴射量が増大し、筒内燃焼ガス温度の上昇によりインジェクタ先端温度が上昇することに対応する。
The estimated temperature basic value Tb is a value determined according to the engine operating state. That is, the ROM of the
次に、ステップS11において時定数τが算出される。この時定数τも後のステップS12でインジェクタ先端推定温度を算出する際に使用される値である。時定数τはエンジンの負荷に応じて定まる値である。即ち、ECU100のROMには、図5に示すようなエンジンの負荷と時定数τとの関係を定めたマップが予め記憶され、よってECU100は、現在のエンジンの負荷からマップに従って時定数τを算出する。このマップは、エンジンの負荷が増大するほど時定数τの値が大きくなるように設定されている。
Next, in step S11, a time constant τ is calculated. This time constant τ is also a value used when the estimated injector tip temperature is calculated in the subsequent step S12. The time constant τ is a value determined according to the engine load. In other words, the ROM of
この後、ステップS12において、筒内噴射用インジェクタ34の先端の推定温度Tが次式(1)に基づき算出される。
T=Tb(n−1)+τ(Tb(n)−Tb(n−1))・・・(1)
Thereafter, in step S12, the estimated temperature T at the tip of the in-
T = Tb (n−1) + τ (Tb (n) −Tb (n−1)) (1)
ここで前述したように添字(n−1)は前回を意味するので、Tb(n−1)は、前回制御時に図4のマップから求められた推定温度基本値を意味する。 As described above, since the subscript (n−1) means the previous time, Tb (n−1) means the estimated temperature basic value obtained from the map of FIG. 4 during the previous control.
ここで図4に示すように、例えばエンジンの加速状態において、エンジンの回転数及び負荷ともに増大され、今回の推定温度基本値Tb(n)が前回の推定温度基本値Tb(n−1)より高くなった場合を想定すると、式(1)に従えば、筒内噴射用インジェクタ34の先端の推定温度Tの今回値は前回値より高くなる。
Here, as shown in FIG. 4, for example, in the engine acceleration state, both the engine speed and the load are increased, and the current estimated temperature basic value Tb (n) is greater than the previous estimated temperature basic value Tb (n−1). Assuming that the temperature becomes higher, according to the equation (1), the current value of the estimated temperature T at the tip of the in-
式(1)においては、第2項の(Tb(n)−Tb(n−1))の部分が、制御の1周期当たりの推定温度基本値Tb(n)の変化量を示している。そしてこの変化量に、エンジン負荷に応じて定まる時定数τを乗じ、その結果を前回の推定温度基本値Tb(n−1)に加えて今回の推定温度Tとしている。つまり、この式(1)は、エンジン運転状態の変化速度(例えばエンジン負荷の増加速度)と、エンジン運転状態の変化後の状態(例えばより高負荷側か、低負荷側か)とを考慮したものとなっており、インジェクタ先端温度の推定に好ましいものである。 In equation (1), the second term (Tb (n) −Tb (n−1)) indicates the amount of change in the estimated temperature basic value Tb (n) per control cycle. Then, this amount of change is multiplied by a time constant τ determined according to the engine load, and the result is added to the previous estimated temperature basic value Tb (n−1) to obtain the current estimated temperature T. That is, this equation (1) takes into account the change speed of the engine operating state (for example, the increasing speed of the engine load) and the state after the change of the engine operating state (for example, higher load side or lower load side). This is preferable for estimating the injector tip temperature.
例えば図4に示したような加速の例で説明すると、推定温度基本値Tb(n)の今回値と前回値との差(Tb(n)−Tb(n−1))が大きいほど、高い推定温度Tが得られる。これは、加速が急であるほど燃料噴射量の増大率が大きく、筒内温度さらにはインジェクタ先端温度が急速に上昇するという実際の状況を反映している。また、時定数τが大きいほど、つまりエンジン運転状態の変化後の状態が高負荷側であるほど、高い推定温度Tが得られる。これは、エンジン運転状態の変化後の状態がより高負荷側であるほど、燃料噴射量が多く、筒内温度ひいてはインジェクタ先端温度が急速に上昇するという実際の状況を反映している。 For example, in the example of acceleration as shown in FIG. 4, the higher the difference (Tb (n) −Tb (n−1)) between the current value and the previous value of the estimated temperature basic value Tb (n), the higher the value. An estimated temperature T is obtained. This reflects the actual situation that the rate of increase in the fuel injection amount increases as the acceleration increases, and the in-cylinder temperature and the injector tip temperature rapidly increase. Further, the higher the time constant τ, that is, the higher the temperature after the change of the engine operation state is, the higher the estimated temperature T is obtained. This reflects an actual situation in which the fuel injection amount increases as the state after the change of the engine operation state becomes higher, and the in-cylinder temperature and thus the injector tip temperature rapidly increase.
さて、このようにして筒内噴射用インジェクタ34の先端の推定温度Tが算出された後は、ステップS13に進み、エンジン運転状態が減筒運転領域にあるか否かが判断される。
Now, after the estimated temperature T at the tip of the in-
即ち、ECU100は、ROMに予め記憶されたマップに従い、現在のエンジン運転状態が減筒運転領域にあるか、或いは全気筒運転領域にあるかを判断する。このマップは、図6に示されるようなマップに基づいて作成されている。図6のマップは、エンジンの回転数(横軸)及びトルク(縦軸)に対応する双方の運転領域を定めたもので、これによれば、エンジンのトルクが所定のトルクZ以下のときが減筒運転を実行するための減筒運転領域とされ、一方、エンジンのトルクが所定のトルクZを超えたときが全気筒運転を実行するための全気筒運転領域とされる。減筒運転領域は燃費要求の観点から決定され、全気筒運転領域は性能要求の観点から決定される。燃費向上という観点からは、減筒運転領域はできるだけ広いほうが好ましい。
That is,
しかしながら、このマップは、エンジンが定常運転されている場合の理想の境界を定めたものであり、たとえエンジン運転状態が減筒運転領域にあっても、ハッチングで示した全気筒運転領域に近い領域Xでは、過渡を含む実際の運転状況にあってインジェクタ先端温度が許容最大温度T0を超える場合がある。ここでいう許容最大温度T0とは、インジェクタ先端34aにカーボン等のデポジットを付着させるおそれのない温度の上限値のことである。この値は実機試験等を通じて予め設定されている所定値である。
However, this map defines the ideal boundary when the engine is in steady operation, and even if the engine operating state is in the reduced cylinder operating region, it is a region close to the all cylinder operating region indicated by hatching In X, there is a case where the injector tip temperature exceeds the allowable maximum temperature T0 in an actual operation situation including a transient. The allowable maximum temperature T0 here is an upper limit value of the temperature at which there is no possibility of depositing carbon or other deposits on the
ステップS13における判定結果がNoであるとき、すなわち、エンジン運転状態が全気筒運転領域にあると判断されたときには、ステップS15に進み、全気筒運転が実行される。 When the determination result in step S13 is No, that is, when it is determined that the engine operating state is in the all-cylinder operation region, the process proceeds to step S15, and all-cylinder operation is executed.
一方、ステップS13における判定結果がYesであるとき、すなわち、エンジン運転状態が減筒運転領域にあると判断されたときには、ステップS14に進み、ステップS12で算出されたインジェクタ先端推定温度Tが許容最大温度T0を超えているか否かを判断する。そして、この判定結果がYesであるとき、すなわち、インジェクタ先端推定温度Tが許容最大温度T0を超えていると判断されたときには、ステップS15に進み、稼動気筒数を増加する制御、特に本実施形態では全気筒運転に切り換える制御が実行される。すなわち、エンジン運転状態が減筒運転領域にあって、基本の気筒数制御に従い減筒運転が実行されている最中でも、インジェクタ先端推定温度が所定値T0を超えたときは、稼動気筒数が増加されて全気筒運転に切り換えられる。 On the other hand, when the determination result in step S13 is Yes, that is, when it is determined that the engine operating state is in the reduced cylinder operating region, the process proceeds to step S14, and the estimated injector tip temperature T calculated in step S12 is the allowable maximum. It is determined whether or not the temperature T0 is exceeded. When the determination result is Yes, that is, when it is determined that the estimated injector tip temperature T exceeds the allowable maximum temperature T0, the process proceeds to step S15, and control for increasing the number of operating cylinders, particularly the present embodiment. Then, control to switch to all cylinder operation is executed. That is, even when the engine operating state is in the reduced cylinder operation region and the reduced cylinder operation is being executed according to the basic cylinder number control, the number of operating cylinders increases when the estimated injector tip temperature exceeds the predetermined value T0. Then, it is switched to all cylinder operation.
このように全気筒運転に切り換えられることで、休止されていた気筒の筒内噴射用インジェクタ34からも燃料が噴射されるようになり、その分、稼動されていた気筒の筒内噴射用インジェクタ34からの燃料噴射量は減少される。本実施形態の場合、2気筒で行われていた燃料噴射が4気筒で行われるようになるので、稼動されていた気筒の1本の筒内噴射用インジェクタ34から噴射される燃料量はおよそ半減される。これにより、稼動されていた気筒では筒内温度の上昇が抑制されるかまたは減少され、例えば図7に矢印Yで示されるように、インジェクタ先端温度も許容最大温度T0未満に減少され、カーボン等のデポジットの付着や堆積を未然に防止できる。そしてこのデポジットに起因する噴孔詰まりも未然に防止でき、正常な燃料噴射を維持できるようになる。
By switching to the all-cylinder operation in this way, the fuel is injected also from the
一方、ステップS14における判定結果がNoであるとき、すなわち、インジェクタ先端推定温度Tが許容最大温度T0以下と判断されたときには、ステップS16に進み、減筒運転が実行される。すなわち、基本の気筒数制御に従う減筒運転が継続される。これは、インジェクタ先端推定温度Tが許容最大温度T0以下のときには問題視するようなインジェクタ先端へのデポジットの付着が発生するおそれがないからである。 On the other hand, when the determination result in step S14 is No, that is, when it is determined that the injector tip estimated temperature T is equal to or lower than the allowable maximum temperature T0, the process proceeds to step S16, and the reduced-cylinder operation is executed. That is, the reduced-cylinder operation according to the basic cylinder number control is continued. This is because when the estimated injector tip temperature T is equal to or lower than the allowable maximum temperature T0, there is no possibility of deposits adhering to the injector tip, which is problematic.
ステップS15及びS16の後は、ステップS17に進み、次回の制御のために、今回の推定温度基本値Tb(n)を前回の推定温度基本値Tb(n−1)に置き換えてRAMに記憶する。以上により本制御ルーチンを終了する。 After steps S15 and S16, the process proceeds to step S17, and the current estimated temperature basic value Tb (n) is replaced with the previous estimated temperature basic value Tb (n-1) and stored in the RAM for the next control. . Thus, the present control routine ends.
このように、本発明の実施形態に係る可変気筒エンジンの制御装置によれば、インジェクタ先端温度Tが推定され、エンジンの減筒運転時に、この推定されたインジェクタ先端温度Tが所定値T0を超えたとき全気筒運転が実行されるので、1気筒当たり、或いは筒内噴射用インジェクタ1本当たりの燃料噴射量或いは燃料噴射の負担割合を減少することができ、これによって筒内の燃焼ガス温度を低減し、インジェクタ先端温度の高温化ひいてはインジェクタ先端34aへのデポジット付着等を未然に防止することができる。
As described above, according to the control apparatus for a variable cylinder engine according to the embodiment of the present invention, the injector tip temperature T is estimated, and the estimated injector tip temperature T exceeds the predetermined value T0 during the reduced cylinder operation of the engine. All cylinder operation is performed at this time, so that it is possible to reduce the fuel injection amount per cylinder or per cylinder injector or the burden ratio of fuel injection, thereby reducing the combustion gas temperature in the cylinder. It is possible to reduce the temperature of the injector tip and thus prevent deposits from adhering to the
また、インジェクタ先端温度の推定値Tが所定値T0を超えたとき全気筒運転が強制的に実行されるので、図6の気筒数切換基本マップを作成する際に過渡時のインジェクタ先端温度を考慮して徒に閾値Zを低トルク側に下げる必要が無くなり、可能な限り減筒運転領域を拡大して燃費の向上を達成できる。 Further, since the all-cylinder operation is forcibly executed when the estimated value T of the injector tip temperature exceeds the predetermined value T0, the injector tip temperature at the time of transition is taken into consideration when creating the cylinder number switching basic map of FIG. Thus, it is no longer necessary to lower the threshold value Z to the low torque side, and the reduced-cylinder operation region can be expanded as much as possible to achieve improved fuel efficiency.
以上の本発明の実施形態においては、減筒運転から稼動気筒数を増加させる際、全気筒運転に切り換えるようにした。これにより、切り換え後の筒内噴射用インジェクタ34の1本当たりの噴射量ないし負担割合を最大限に減少してその先端温度の上昇を最大限に抑制することができる。しかしながら、例えば2気筒運転から3気筒運転へといったように、稼動気筒数を全気筒数未満の気筒数に単に増加させるだけでも、筒内噴射用インジェクタ34の1本当たりの噴射量を減少して、上述の目的を達成できる。つまり、稼動気筒数を増加させるときは必ずしも全気筒運転に移行しなくてもよい。
In the embodiment of the present invention described above, when the number of operating cylinders is increased from the reduced cylinder operation, the operation is switched to the all cylinder operation. As a result, it is possible to reduce the injection amount or burden ratio per one of the in-
前記実施形態は、筒内噴射用インジェクタ34のみによる成層燃焼と、ポート噴射用インジェクタ32のみによる均質燃焼との二つの燃焼形態を有するものとした。しかしながら、知られているように、筒内噴射用インジェクタ34とポート噴射用インジェクタ32との両者で1サイクル中の噴き分けを行う第三の燃焼形態をさらに有するものであってもよい。
The above embodiment has two combustion modes: stratified combustion using only the in-
前記実施形態においては、1気筒当たりに吸気弁および排気弁を2個ずつ備えたエンジンを例に挙げたが、これに限られるものではないことは勿論であり、また、4気筒以外の多気筒エンジンに本発明を適用できることは言うまでもない。さらに、前記実施形態においては、筒内噴射用インジェクタのほかにポート噴射用インジェクタをも具備したエンジンを示したが、これに限らず、筒内噴射用インジェクタのみを具備したエンジンであってもよい。一部気筒を休止させる機構としては、電磁駆動機構によるものに限定されず、油圧機構や空圧機構等によるものでもよく、さらには、吸気流入を吸気弁の上流で遮断するものであってもよい。 In the above-described embodiment, an engine having two intake valves and two exhaust valves per cylinder has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a multi-cylinder other than four cylinders is also possible. Needless to say, the present invention can be applied to an engine. Further, in the above-described embodiment, an engine including a port injection injector in addition to the in-cylinder injector is shown. However, the present invention is not limited thereto, and an engine including only an in-cylinder injector may be used. . The mechanism that deactivates some cylinders is not limited to an electromagnetic drive mechanism, and may be a hydraulic mechanism, a pneumatic mechanism, or the like, and further may block intake air inflow upstream of the intake valve. Good.
10 エンジン
21 気筒
30 吸気側電磁駆動機構
31 吸気側電磁駆動機構
32 ポート噴射用インジェクタ
34 筒内噴射用インジェクタ
34a 筒内噴射用インジェクタの先端
100 電子制御ユニット(ECU)
T 筒内噴射用インジェクタの先端の推定温度
T0 許容最大温度
τ 時定数
Tb 推定温度基本値
10
T Estimated temperature at tip of in-cylinder injector T0 Maximum allowable temperature τ Time constant Tb Estimated temperature basic value
Claims (5)
前記筒内噴射用インジェクタの先端温度を推定するインジェクタ先端温度推定手段と、
エンジンの減筒運転時に、前記インジェクタ先端温度推定手段により推定されたインジェクタ先端温度が所定値を超えたとき、稼動気筒数を増加するように気筒数制御を実行する気筒数増加制御手段とを備えたことを特徴とする可変気筒エンジンの制御装置。 In a control apparatus for a variable cylinder engine having an in-cylinder injector and controlling the number of operating cylinders according to an operating state,
Injector tip temperature estimating means for estimating the tip temperature of the in-cylinder injector;
Cylinder increase control means for performing cylinder number control so as to increase the number of operating cylinders when the injector tip temperature estimated by the injector tip temperature estimation means exceeds a predetermined value during engine reduction operation. A control device for a variable cylinder engine characterized by the above.
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