JP4725653B2 - 多気筒内燃機関の運転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関の運転制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の負荷等に応じて一部の気筒の稼働を休止させる減筒運転が実行可能な多気筒内燃機関に対し、この減筒運転の継続時間の長期化を図るための改良に関する。

従来より、例えば下記の特許文献１〜特許文献３に開示されているように、エンジンの無負荷時等に、一部の気筒の稼働を休止させて燃料消費率の改善を図る減筒運転が実行可能な多気筒エンジンが知られている。

例えば、エンジンのアイドリング運転時等のように、余剰出力のある状態では、各気筒に掛かる負荷が小さいため、吸排気損失が大きくなり、燃焼効率の悪化が懸念される。このため、一部の気筒（例えばＶ型エンジンにあっては一方のバンクの気筒）への燃料供給を停止して、これら気筒を休止させる（非稼働にする）減筒運転を行い、燃料が供給される稼動気筒（他方のバンクの気筒）の負荷を高めて燃焼効率を高めるようにする。これにより、燃料消費率の改善及び燃料消費量の削減を図ることができる。

尚、特許文献１には、上記減筒運転から全気筒運転（全ての気筒に対して燃料を供給する運転）に移行した際、それまで非稼働状態にあった気筒（休止気筒）に繋がる排気系に備えられている触媒の温度が活性温度よりも低い場合、その気筒の燃焼行程における点火時期を遅角させることが開示されている。これにより、触媒温度を早期に上昇させて排気エミッションの改善を図るようにしている。

また、特許文献２では、減筒運転中に、休止気筒に繋がる排気系に備えられている触媒の温度が所定温度（触媒が確実に活性状態にあると想定される温度）よりも低くなった場合には減筒運転を禁止している。つまり、触媒温度の低下に伴って全気筒運転に移行させることにより、触媒温度が活性温度以下にまで低下することに起因する全気筒運転復帰時の排気エミッションの悪化を防止している。

更に、特許文献３には、触媒早期暖機制御の実行時に、点火遅角を行って排気ガス温度を昇温させると共に、この際、一部の気筒への燃料噴射を停止して減筒運転を行うことが開示されている。

特開２００５−３５１１３４号公報 特開２００１−２２７３６９号公報 特開２００１−１８２６０１号公報

ところで、上記減筒運転が実行可能なエンジンにおいて、特許文献１や特許文献２に開示されているように、減筒運転時に非稼働状態となる気筒（休止気筒）に繋がる排気系の触媒（以下、休止気筒側触媒と呼ぶ）と、稼働状態を継続する気筒（稼働気筒）に繋がる排気系の触媒（以下、稼働気筒側触媒と呼ぶ）とが互いに独立している構成にあっては、以下の課題が生じる可能性がある。

つまり、エンジンが無負荷になるなどして減筒運転実行条件が成立した時点で、仮に、休止気筒側触媒の温度が活性温度下限値（例えば４５０℃）以上であったとしても、その触媒温度が十分に高くない状況（例えば触媒の活性温度下限値よりも５０℃程度しか高くない状況）では、減筒運転の開始後、短時間のうちに触媒温度が活性温度下限値付近にまで低下してしまって、全気筒運転を復帰させねばならないことになる。

特に、減筒運転中における休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブの動作として、全気筒運転時と同様に開閉させるようにしたエンジンにおいては、減筒運転中に休止気筒側触媒に空気（外気と同程度の温度の空気）が流れることになるため、単位時間当たりの触媒温度の低下量が大きくなりやすく、上記課題は助長されることになる。

このような場合、減筒運転の継続時間が極端に短くなって、この減筒運転が実行可能なエンジンシステムのメリットを十分に活用することが困難になってしまう。その結果、燃料消費率の改善効果及び燃料消費量の削減効果を十分に奏することができなくなってしまう可能性がある。

この課題は上記各特許文献においても同様に生じる可能性がある。つまり、特許文献１では、減筒運転から全気筒運転に移行した後に点火時期を遅角させることで触媒温度を上昇させるものであり、この手法では、減筒運転中における休止気筒側触媒の温度を活性温度に維持する時間を長くして減筒運転の継続時間を長期化するといったことはできない。

また、特許文献２は、単に、触媒の温度が所定温度よりも低くなった場合に減筒運転を禁止するものであり、この手法においても、減筒運転中における休止気筒側触媒の温度を活性温度に維持する時間を長くすることはできない。

また、特許文献３に開示されている排気系の構成は、全気筒が同一の触媒に繋がっているため（休止気筒側触媒と稼働気筒側触媒とが独立する構成ではないため）、減筒運転実行中に一部の触媒の温度が低下してしまうといった上記課題を生じるものではない。つまり、本発明が対象とする排気系構造とはなっていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、減筒運転が実行可能な多気筒内燃機関に対し、この減筒運転時に休止気筒側触媒の温度を高く維持して、この減筒運転の継続時間を長く確保することができる多気筒内燃機関の運転制御装置を提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、減筒運転の開始時に、その減筒運転において非稼働状態となる気筒（休止予定気筒）に繋がる排気系の触媒温度を予め高く設定しておく制御を実行し、その後、減筒運転を開始するようにしている。このため、減筒運転中に上記触媒温度が活性温度下限値付近に低下するまでの時間を長期化でき、減筒運転の継続時間が長く得られるようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、複数気筒のうちの一部の気筒に繋がる第１の排気通路に設けられた第１の触媒と、他の気筒に繋がる第２の排気通路に設けられた第２の触媒とを備えると共に、所定の減筒運転実行条件の成立に伴って上記一部の気筒を非稼働にする減筒運転が実行可能な多気筒内燃機関の運転制御装置を前提とする。この多気筒内燃機関の運転制御装置に対し、触媒温度認識手段と触媒予備加熱動作実行手段とを備えさせている。触媒温度認識手段は、上記第１の触媒の温度を検出または推定するものである。また、触媒予備加熱動作実行手段は、上記減筒運転実行条件が成立した際、上記触媒温度認識手段によって検出または推定された第１の触媒の温度が、この第１の触媒の活性温度下限値に対して所定値だけ高い値として設定された予備加熱必要温度未満である場合に、上記減筒運転の実行に先立って上記第１の触媒の温度を上記予備加熱必要温度以上に上昇させるための触媒予備加熱動作を実行するようにしている。そして、上記触媒予備加熱動作は、上記減筒運転の実行に先立って、その減筒運転時に非稼働となる上記一部の気筒の点火栓の点火タイミングを遅角させるものであって、その点火タイミングの遅角量を徐々に大きくしていくことで、混合気の燃焼により発生するエネルギのうち、内燃機関のトルク発生に寄与する運動エネルギの量を徐々に減少させていくと共に触媒予備加熱に寄与する熱エネルギの量を徐々に増大させていく。そして、上記減筒運転実行条件が成立している間に、上記触媒予備加熱動作により第１の触媒の温度が上記予備加熱必要温度以上にまで上昇すると、上記触媒予備加熱動作を終了して減筒運転が開始されるようにしている。

ここで、上記減筒運転時に非稼働となる「一部の気筒」としては、単一の気筒ばかりでなく、複数の気筒（例えばＶ型エンジンにおける一方のバンクの気筒）をも含む概念である。また、互いに異なる排気通路に設けられることで独立配置される触媒としては、上記第１の触媒及び第２の触媒の２種類だけでなく、３種類以上の触媒が互いに独立配置されていてもよい。

上記の特定事項により、全気筒運転の実行中に減筒運転実行条件が成立した際、上記触媒温度認識手段によって第１の触媒の温度が検出または推定される。そして、この第１の触媒の温度が所定の予備加熱必要温度未満であった場合には、上記減筒運転実行条件の成立後、直ちに減筒運転を開始させるのではなく、先ず、上記第１の触媒の温度を上記予備加熱必要温度以上に上昇させるための触媒予備加熱動作を実行する。そして、この触媒予備加熱動作の実行によって第１の触媒の温度が予備加熱必要温度以上にまで十分に上昇した後に、減筒運転を開始することになる。つまり、第１の触媒の温度が比較的高い状態で減筒運転が開始されることになるので、この減筒運転中に第１の触媒の温度が次第に低下していったとしても、その温度が、全気筒運転の復帰を必要とする温度（例えば活性温度下限値）まで低下する時間を長期化できる。その結果、減筒運転の継続時間を長く得ることができ、減筒運転を実行可能としたエンジンシステムのメリットを十分に活用することが可能になり、燃料消費率の改善効果及び燃料消費量の削減効果を十分に奏することができる。

また、触媒予備加熱動作として点火栓の点火タイミングを遅角させているため、上記一部の気筒（減筒運転に移行した際に非稼働となる気筒）の燃焼行程での燃焼開始タイミングも遅角されると共にその燃焼が緩慢になり、混合気の一部が排気通路（第１の排気通路）内で燃焼する状態となる。このため、排気系内のガス温度を大幅に上昇させることで第１の触媒の温度を急速に上昇させることができる。従って、短時間のうちに、第１の触媒の温度を上記予備加熱必要温度以上にまで十分に上昇させることが可能になり、上記触媒予備加熱動作期間中に供給される燃料を効果的に第１の触媒の温度上昇に寄与させることができる。その結果、触媒予備加熱動作に使用する燃料量を比較的少なく抑えることができて、燃料消費量の大幅な増大を招くことがなくなる。

また、減筒運転実行条件が成立して触媒予備加熱動作が開始されると、その初期時には、点火栓の点火タイミングの遅角量は比較的小さく、混合気の燃焼により発生するエネルギの大部分は内燃機関のトルク発生に寄与する運動エネルギであり、その一部が触媒予備加熱（第１の触媒の加熱）に寄与する熱エネルギとして使用される。その後、点火栓の点火タイミングの遅角量が次第に大きくなっていくに従って、混合気の燃焼により発生するエネルギのうち、内燃機関のトルク発生に寄与する運動エネルギの量は次第に小さくなっていくのに対し、触媒予備加熱に寄与する熱エネルギの量は次第に大きくなっていく。そして、上記第１の触媒の温度が上記予備加熱必要温度以上に達すると、触媒予備加熱動作は終了し、減筒運転が開始される。このように、全気筒運転から減筒運転に切り換わる際、触媒予備加熱動作中に、内燃機関のトルクが徐々に減少していくことになるので、この運転切り換え時に急激なトルク変動が生じることはなくなり、運転切り換え時の振動（ショック）を殆ど生じさせないようにすることができる。つまり、車両の乗員に、全気筒運転から減筒運転に切り換わったことを意識させることなしに運転切り換えを行うことができ、ドライバビリティの大幅な改善を図ることができる。このように、本解決手段によれば、運転切り換え時の振動を殆ど生じさせることのない、これまでにない全気筒運転から減筒運転への切り換え動作の実現と、減筒運転の継続時間を長く得ることによる燃料消費率の改善効果及び燃料消費量の削減効果とを両立することができる。

上記減筒運転から全気筒運転に切り換えるための構成としては以下のものが挙げられる。つまり、上記減筒運転中に上記第１の触媒の温度が所定の全気筒運転復帰温度まで低下した場合、減筒運転から全気筒運転に切り換えるようにしている。そして、上記全気筒運転復帰温度としては、上記第１の触媒の活性温度下限値よりも高い温度であり、且つ上記予備加熱必要温度よりも低い温度に設定している（第１の触媒の活性温度下限値＜全気筒運転復帰温度＜予備加熱必要温度）。

このように各温度を設定すること（予備加熱必要温度を全気筒運転復帰温度よりも高く設定していること、及び、全気筒運転復帰温度を第１の触媒の活性温度下限値よりも高く設定していること）により、減筒運転中に上記触媒温度が活性温度下限値付近に低下するまでの時間を長期化と、減筒運転から全気筒運転に切り換えられた場合の排気エミッションの悪化防止とを両立することが可能になる。

本発明では、減筒運転の開始時に、その減筒運転において非稼働状態となる気筒に繋がる排気系の触媒温度を予め高く設定しておく制御を実行し、その後、減筒運転を開始するようにしている。このため、減筒運転中に上記触媒温度が活性温度下限値付近に低下するまでの時間を長期化でき、その結果、減筒運転の継続時間を長く得ることができ、燃料消費率の改善効果及び燃料消費量の削減効果を十分に奏することができる。

実施形態に係るＶ型エンジンをクランクシャフトの軸心に沿った方向から見たエンジン内部の概略構成を示す図である。 エンジン、吸排気系及び制御系の概略を示すシステム構成図である。 エンジンの制御系を示すブロック図である。 運転切り換え制御の動作手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、内燃機関としてＶ型６気筒ガソリンエンジンを搭載した車両に本発明を適用した場合について説明する。

本実施形態の特徴とする制御である減筒運転への切り換え時の制御について説明する前に、エンジン全体構成及び制御ブロックについて説明する。

−エンジン全体構成の説明−
図１は、本実施形態に係るＶ型エンジンＥをクランクシャフトＣの軸心に沿った方向から見たエンジン内部の概略構成を示す図である。また、図２は、このエンジンＥ、吸排気系及び制御系の概略を示すシステム構成図である。

これら図に示すように、Ｖ型エンジンＥは、シリンダブロック１の上部にＶ型に突出した一対のバンク２Ｌ，２Ｒを有している。各バンク２Ｌ，２Ｒは、シリンダブロック１の上端部に設置されたシリンダヘッド３Ｌ，３Ｒと、その上端に取り付けられたヘッドカバー４Ｌ，４Ｒとをそれぞれ備えている。上記シリンダブロック１には複数のシリンダ５Ｌ，５Ｒ，…（例えば各バンク２Ｌ，２Ｒに３個ずつ）が所定の挟み角（例えば９０°）をもって配設されており、これらシリンダ５Ｌ，５Ｒ，…の内部にピストン５１Ｌ，５１Ｒ，…が往復移動可能に収容されている。また、各ピストン５１Ｌ，５１Ｒ，…はコネクティングロッド５２Ｌ，５２Ｒ，…を介してクランクシャフトＣに動力伝達可能に連結されている。更に、シリンダブロック１の下側にはクランクケース６が取り付けられており、上記シリンダブロック１内の下部からクランクケース６の内部に亘る空間がクランク室６１となっている。また、このクランクケース６の更に下側にはオイル溜まり部となるオイルパン６２が配設されている。

また、上記シリンダヘッド３Ｌ，３Ｒには吸気ポート３１Ｌ，３１Ｒを開閉するための吸気バルブ３２Ｌ，３２Ｒ及び排気ポート３３Ｌ，３３Ｒを開閉するための排気バルブ３４Ｌ，３４Ｒがそれぞれ組み付けられており、シリンダヘッド３Ｌ，３Ｒとヘッドカバー４Ｌ，４Ｒとの間に形成されているカム室４１Ｌ，４１Ｒに配置されたカムシャフト３５Ｌ，３５Ｒ，３６Ｌ，３６Ｒの回転によって各バルブ３２Ｌ，３２Ｒ，３４Ｌ，３４Ｒの開閉動作が行われるようになっている。

また、本実施形態に係るエンジンＥのシリンダヘッド３Ｌ，３Ｒは、分割構造となっている。詳しくは、シリンダブロック１の上面に取り付けられるシリンダヘッド本体３７Ｌ，３７Ｒと、このシリンダヘッド本体３７Ｌ，３７Ｒの上側に組み付けられるカムシャフトハウジング３８Ｌ，３８Ｒとによりシリンダヘッド３Ｌ，３Ｒが構成されている。

一方、上記各バンク２Ｌ，２Ｒの内側（バンク間側）の上部には各バンク２Ｌ，２Ｒに対応する吸気マニホールド７Ｌ，７Ｒが配設されており、各吸気マニホールド７Ｌ，７Ｒの下流端が各吸気ポート３１Ｌ，３１Ｒ，…に連通している。また、この吸気マニホールド７Ｌ，７Ｒは、各バンク共通のサージタンク７１（図２参照）及びスロットルバルブ７２を備えた吸気管７３に連通されており、この吸気管７３の上流側にはエアクリーナ７４が設けられている。これにより、上記エアクリーナ７４から吸気管７３内に導入された空気は、サージタンク７１を通じて各吸気マニホールド７Ｌ，７Ｒに導入される。

上記シリンダヘッド３Ｌ，３Ｒの吸気ポート３１Ｌ，３１Ｒにはインジェクタ７５Ｌ，７５Ｒがそれぞれ設けられており、このインジェクタ７５Ｌ，７５Ｒからの燃料噴射時にあっては、吸気マニホールド７Ｌ，７Ｒ内に導入された空気と、このインジェクタ７５Ｌ，７５Ｒから噴射された燃料とが混合されて混合気となり、吸気バルブ３２Ｌ，３２Ｒの開弁に伴って燃焼室７６Ｌ，７６Ｒへ導入されることになる。

燃焼室７６Ｌ，７６Ｒの頂部には点火プラグ７７Ｌ，７７Ｒが配設されている。上記燃焼室７６Ｌ，７６Ｒにおいて、点火プラグ７７Ｌ，７７Ｒの点火に伴う混合気の燃焼圧力はピストン５１Ｌ，５１Ｒに伝えられ、ピストン５１Ｌ，５１Ｒを往復運動させる。このピストン５１Ｌ，５１Ｒの往復運動はコネクティングロッド５２Ｌ，５２Ｒを介してクランクシャフトＣに伝えられ、回転運動に変換されてエンジンＥの出力として取り出されることになる。また、上記各カムシャフト３５Ｌ，３５Ｒ，３６Ｌ，３６Ｒは、クランクシャフトＣから取り出される動力がタイミングチェーンによって伝達されて回転駆動され、この回転によって上記各バルブ３２Ｌ，３２Ｒ，３４Ｌ，３４Ｒの開閉動作を行わせる。

上記燃焼後の混合気は排気ガスとなり、排気バルブ３４Ｌ，３４Ｒの開弁に伴い排気マニホールド８Ｌ，８Ｒに排出される。排気マニホールド８Ｌ，８Ｒには排気管８１Ｌ，８１Ｒがそれぞれ接続され、更に、排気管８１Ｌ，８１Ｒには三元触媒等を内蔵した触媒コンバータ８２Ｌ，８２Ｒが取り付けられている。この触媒コンバータ８２Ｌ，８２Ｒを排気ガスが通過することにより、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び酸化窒素成分（ＮＯｘ）が浄化されるようになっている。また、上記排気管８１Ｌ，８１Ｒの下流端側は合流されてマフラ８３に接続されている。

−制御ブロックの説明−
以上のエンジンＥの運転状態はエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９によって制御される。このエンジンＥＣＵ９は、図３に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９３及びバックアップＲＡＭ９４などを備えている。

ＲＯＭ９２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。

ＲＡＭ９３は、ＣＰＵ９１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９４は、エンジンＥの停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらＲＯＭ９２、ＣＰＵ９１、ＲＡＭ９３及びバックアップＲＡＭ９４は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９５及び外部出力回路９６と接続されている。

外部入力回路９５には、水温センサ１０１、エアフローメータ１０２、吸気温センサ１０３、Ａ／Ｆセンサ１０４ａ、Ｏ₂センサ１０４ｂ、スロットルポジションセンサ１０５、クランク角センサ１０６、カム角センサ１０７、ノックセンサ１０８、吸気圧センサ１０９、アクセル開度センサ１１０等が接続されている。一方、外部出力回路９６には、上記インジェクタ７５Ｌ，７５Ｒ、イグナイタ１１１及び、スロットルバルブ７２を駆動するスロットルモータ７２ａ等が接続されている。

上記水温センサ１０１は、シリンダブロック１に形成されているウォータジャケット１１内を流れる冷却水の温度を検出し、その冷却水温信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

エアフローメータ１０２は、吸入空気量を検出し、その吸入空気量信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

吸気温センサ１０３は、上記エアクリーナ７４の下流側に配設され、吸入空気温度を検出して、その吸気温信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

Ａ／Ｆセンサ１０４ａは、各触媒コンバータ８２Ｌ，８２Ｒの上流側に配設され、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されている。そして、このＡ／Ｆセンサ１０４ａは、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生し、その電圧信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

Ｏ₂センサ１０４ｂは、各触媒コンバータ８２Ｌ，８２Ｒの下流側に配設され、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されている。そして、このＯ₂センサ１０４ｂは、排気中の空燃比が理論空燃比にあるか否かを判定しその判定信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

スロットルポジションセンサ１０５は、スロットルバルブ７２の開度を検出するものであって、そのスロットル開度検出信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

クランク角センサ１０６は、クランクシャフトＣの近傍に配設されており、クランクシャフトＣの回転角（クランク角ＣＡ）及び回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）を検出するものである。具体的に、このクランク角センサ１０６は、所定のクランク角（例えば３０°）毎にパルス信号を出力する。このクランク角センサ１０６によるクランク角の検出手法の一例としては、クランクシャフトＣと回転一体のロータ（ＮＥロータ）１０６ａの外周面の３０°おきに外歯を形成しておき、この外歯と対面して電磁ピックアップで成る上記クランク角センサ１０６を配置する。そして、クランクシャフトＣの回転に伴って外歯がクランク角センサ１０６の近傍を通過した際に、このクランク角センサ１０６が出力パルスを発生するようになっている。尚、このＮＥロータ１０６ａとしては、外周面に形成される外歯が１０°おきに形成されたものが適用される場合もある。この場合、エンジンＥＣＵ９内で分周して３０°ＣＡ毎の出力パルスを発生する。

カム角センサ１０７は、吸気カムシャフト３５Ｌ，３５Ｒの近傍に配設されており、例えば第１番気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）に対応してパルス信号を出力することにより気筒判別センサとして使用される。つまり、このカム角センサ１０７は、吸気カムシャフト３５Ｌ，３５Ｒの１回転毎にパルス信号を出力する。このカム角センサ１０７によるカム角の検出手法の一例としては、吸気カムシャフト３５Ｌ，３５Ｒと回転一体のロータの外周面の１箇所に外歯を形成しておき、この外歯と対面して電磁ピックアップで成る上記カム角センサ１０７を配置し、吸気カムシャフト３５Ｌ，３５Ｒの回転に伴って外歯がカム角センサ１０７の近傍を通過した際に、このカム角センサ１０７が出力パルスを発生するようになっている。上記ロータはクランクシャフトＣの１／２の回転速度で回転するため、クランクシャフトＣが７２０°回転する毎に出力パルスを発生する。言い換えると、ある特定の気筒が同一行程（例えば第１番気筒が圧縮上死点に達した時点）となる度に出力パルスを発生する構成である。

ノックセンサ１０８は、各バンク２Ｌ，２Ｒそれぞれに配設され、シリンダブロック１に伝わるエンジンの振動を圧電素子式（ピエゾ素子式）または電磁式（マグネット、コイル）などによって検出する振動式センサであり、シリンダブロック１の振動の大きさに応じた出力信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

吸気圧センサ１０９は、サージタンク７１に取り付けられており、吸気管７３内の圧力（吸気管内圧力）を検出し、その吸気圧信号をエンジンＥＣＵ９に送信する。

アクセル開度センサ１１０は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた検出信号を出力するものであり、単位時間あたりのアクセル開度の変化量を認識することによってアクセルの操作速度を認識できるようになっている。

そして、エンジンＥＣＵ９は、上記各種センサ１０１〜１１０の出力信号に基づいて、イグナイタ１１１、インジェクタ７５Ｌ，７５Ｒ、スロットルモータ７２ａ等の各部を制御することにより、点火時期制御等を含むエンジンＥの各種制御を実行する。

その一例として、イグナイタ１１１，１１１による点火プラグ７７Ｌ，７７Ｒの点火タイミングの基本制御としては、点火タイミングがＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ：最適点火時期）に近付くように点火タイミングの進角補正を行っていきながら、ノックセンサ１０８，１０８によってノッキングが検知された場合には、点火タイミングの遅角補正を行ってノッキングを解消するといった制御が行われる。

また、インジェクタ７５Ｌ，７５Ｒの燃料噴射の制御としては、エンジン負荷やエンジン回転数等に基づいて目標空燃比を算出し、エアフローメータ１０２によって検出された吸入空気量に基づき、上記目標空燃比が得られるように燃料噴射量の制御（インジェクタ７５Ｌ，７５Ｒの開弁時間の制御）が行われる。この際、上記Ａ／Ｆセンサ１０４ａ及びＯ₂センサ１０４ｂの各出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出し、その算出した酸素濃度から得られる実際の空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致させるように、インジェクタ７５Ｌ，７５Ｒによる燃料噴射量を制御するといった空燃比フィードバック制御が行われる。

また、スロットルモータ７２ａの駆動制御としては、運転者により操作されるアクセルペダルの開度等に基づき、要求されたエンジン出力を得るための吸入空気量となるスロットルバルブ７２の開度が得られるようにスロットルモータ７２ａの駆動量が制御される。

また、エンジンＥＣＵ９は、後述する減筒運転制御も実行するようになっている。以下、この減筒運転について説明する。

−減筒運転−
本実施形態に係るＶ型エンジンＥは、左側バンク２Ｌ及び右側バンク２Ｒのうち一方のバンク（例えば左側バンク２Ｌ）に属する気筒群（本実施形態では３気筒）の稼働を休止する減筒運転が可能となっている。つまり、エンジンＥのアイドリング運転時等のように、余剰出力のある状態では、各気筒に掛かる負荷が小さいため、吸排気損失が大きくなり、燃焼効率の悪化が懸念される。このため、無負荷時や軽負荷時には、一方のバンクの気筒への燃料供給を遮断して、これら気筒を休止させる減筒運転を行い、燃料が供給される稼動気筒（他方のバンクの気筒）の負荷を高めて運転効率を上げることにより、燃料消費率の改善を図るようにしている。

この減筒運転の具体的な動作としては、上記クランク角センサ１０６からの出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数、スロットルポジションセンサ１０５により検出されるスロットルバルブ７２の開度等に基づいて、エンジンＥがアイドリング運転等の無負荷状態や軽負荷状態にあるか否かを判定し、無負荷状態や軽負荷状態にある際には減筒運転実行条件が成立したと判定するようにしている。

また、本実施形態では、減筒運転の実行時には、常に左側バンク２Ｌの３気筒について稼働を休止するようにしている。その理由は、図示しないが、燃料タンク内で発生した蒸発燃料が右側バンク２Ｒの吸気マニホールド７Ｒに導入される構成となっており、この蒸発燃料を処理する必要があることから、この右側バンク２Ｒの３気筒については稼働を継続させるためである。

尚、減筒運転としては、これに限らず、減筒運転への移行時に、前回の減筒運転時に稼働していたバンクを休止バンクとし、前回の減筒運転時に休止していたバンクを稼働バンクとして運転するようにしてもよい。つまり、減筒運転が開始される度に、休止させるバンクを交互に切り換えることで、各気筒の累積稼働時間の均一化を図り、エンジンＥの長寿命化を図るものである。

また、本実施形態においては、減筒運転中は、休止気筒の吸気バルブ３２Ｌ及び排気バルブ３４Ｌについては、全気筒運転中と同様に開閉動作を行うようにしている。これにより、減筒運転を実行しない従来のエンジンからの大きな設計変更を必要とすることなしに、本実施形態に係るエンジンＥを構築することができるようにしている。

尚、減筒運転中は、休止気筒の吸気バルブ３２Ｌ及び排気バルブ３４Ｌについては全閉状態としてもよい。これによれば、休止気筒でのピストン５１Ｌの往復動によるポンピングロスを低減でき、エンジンＥの効率の向上を図ることができる。

−運転切り換え制御−
次に、全気筒運転と減筒運転との間で運転を切り換える本実施形態の特徴とする制御動作について説明する。

具体的には、上述した減筒運転実行条件が成立した場合に、左側バンク２Ｌの３気筒、つまり減筒運転時に稼働が休止される気筒に繋がる排気管（第１の排気通路を構成する排気管）８１Ｌに設けられた触媒コンバータ８２Ｌの温度を推定し、この温度が所定の予備加熱必要温度未満であった場合には、減筒運転の実行に先立って、この触媒コンバータ８２Ｌの温度を上昇させるための触媒予備加熱動作を実行するようにしている（触媒予備加熱動作実行手段による触媒予備加熱動作の実行）。

尚、以下の説明では、減筒運転時に非稼働となる左側バンク２Ｌの３気筒に繋がる排気管８１Ｌに設けられた触媒コンバータ８２Ｌを第１触媒コンバータ（第１の触媒）８２Ｌと呼び、減筒運転時であっても稼働を継続する右側バンク２Ｒの３気筒に繋がる排気管（第２の排気通路を構成する排気管）８１Ｒに設けられた触媒コンバータ８２Ｒを第２触媒コンバータ（第２の触媒）８２Ｒと呼ぶこととする。

図４は、全気筒運転と減筒運転との間で運転を切り換える運転切り換え制御の手順を示すフローチャートである。この図４に示すルーチンは、所定時間毎、または、クランクシャフトＣの所定角度回転毎に実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、減筒運転実行条件が成立しているか否かを判定する。この減筒運転実行条件としては、上述した如く、エンジンＥがアイドリング運転等の無負荷状態や軽負荷状態にあるか否か、その他、上記水温センサ１０１によって検出される冷却水の温度が所定温度（例えば５０℃）以上であるか否か等が挙げられる。尚、本実施形態では、このステップＳＴ１で判定される減筒運転実行条件には、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度条件を含めないこととしている。つまり、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度に関わりなく、他の減筒運転実行条件が成立している場合には、このステップＳＴ１ではＹＥＳ判定されることになる。

そして、上記減筒運転実行条件が成立していない場合には、ステップＳＴ１でＮＯ判定され、ステップＳＴ７に移って全気筒運転を継続する。また、減筒運転実行中に、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、全気筒運転が復帰されることになる。

一方、上記減筒運転実行条件が成立している場合には、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ２に移る。このステップＳＴ２では、現在のエンジンＥの運転状態が全気筒運転中であるか否かを判定する。つまり、それまで減筒運転実行条件が成立していなかったために全気筒運転が行われていた状態から、減筒運転実行条件が成立した状態となったか否か、または、後述する触媒予備加熱動作の実行中であって未だ減筒運転に移行されておらず、全気筒運転が行われている状態であるか否かを判定する。

そして、エンジンＥが全気筒運転中であり、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が所定の予備加熱必要温度（Ａ）未満であるか否かを判定する。つまり、そのまま減筒運転に移行してしまうと、極めて短時間のうちに第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が活性温度下限値付近まで低下してしまい早期に全気筒運転に切り換えねばならなくなる状況であるか否かを判定する。

尚、この予備加熱必要温度（Ａ）としては、第１触媒コンバータ８２Ｌの活性温度下限値（例えば４５０℃）に対して１５０℃程度高い値として設定される。これら値は、これに限定されるものではない。

また、この第１触媒コンバータ８２Ｌの温度は、現在のエンジン運転状態から推定される。具体的には、エンジン回転数とエンジン負荷（スロットルバルブ開度等）とから第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を推定する触媒温度推定マップを上記ＲＯＭ９２に記憶させておき、この触媒温度推定マップに、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷を当て嵌めることで第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を推定する（触媒温度認識手段による触媒温度の推定動作）。また、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度推定動作としては、排気ガス温度から推定するようにしてもよい。例えば、第１触媒コンバータ８２Ｌの上下流に排気ガス温度センサをそれぞれ備えさせ、これら排気ガス温度センサで検出された排気ガス温度に基づいて第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を推定するものである。また、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度をサーミスタなどの手段を用いて直接的に検出するようにしてもよい（触媒温度認識手段による触媒温度の検出動作）。

上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が上記予備加熱必要温度以上である場合（ステップＳＴ３でＮＯ判定された場合）には、ステップＳＴ６に移り、そのまま減筒運転に移行しても、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が活性温度下限値付近まで低下するまでには十分な時間を確保することができるとして、減筒運転を実行する。つまり、左側バンク２Ｌの各気筒への燃料噴射を停止して、これら気筒の稼働を休止させる。

一方、上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が上記予備加熱必要温度未満であり、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４に移って触媒予備加熱動作を実行する。この触媒予備加熱動作として、具体的には、全気筒運転を継続したまま、つまり、左側バンク２Ｌの各気筒への燃料噴射を継続したままで、これら気筒に備えられている点火プラグ７７Ｌの点火タイミングを遅角させる。

より具体的には、上記点火タイミングの遅角量を徐々に大きくしていく。例えばクランクシャフトＣの１０回転毎に点火タイミングを１°ＣＡ（クランク角度で１°）ずつ遅角側に移行させていく。この値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーション等により予め求められている。

これにより、これら気筒（減筒運転に移行した際に非稼働となる気筒：休止予定気筒）の燃焼行程での燃焼開始タイミングが遅角されると共にその燃焼が緩慢になり、混合気の一部が排気管８１Ｌ内で燃焼する状態となる。このため、第１触媒コンバータ８２Ｌが備えられている排気系内のガス温度を大幅に上昇させることで、この第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を急速に上昇させることができる。

また、上記点火タイミングの遅角量を徐々に大きくしていくことで、これら気筒内の混合気の燃焼により発生するエネルギのうち、エンジンＥのトルク発生に寄与する運動エネルギの量を徐々に減少させていくと共に第１触媒コンバータ８２Ｌの予備加熱に寄与する熱エネルギの量を徐々に増大させていくことになる。つまり、減筒運転実行条件が成立して触媒予備加熱動作が開始されると、その初期時には、点火プラグ７７Ｌの点火タイミングの遅角量は比較的小さく、混合気の燃焼により発生するエネルギの大部分はエンジンＥのトルク発生に寄与する運動エネルギとなり、その一部が第１触媒コンバータ８２Ｌの予備加熱に寄与する熱エネルギとして使用される。その後、点火プラグ７７Ｌの点火タイミングの遅角量が次第に大きくなっていくに従って、混合気の燃焼により発生するエネルギのうち、エンジンＥのトルク発生に寄与する運動エネルギの量は次第に小さくなっていくのに対し、第１触媒コンバータ８２Ｌの予備加熱に寄与する熱エネルギの量は次第に大きくなっていくことになる。即ち、この触媒予備加熱動作では、第１触媒コンバータ８２Ｌの予備加熱能力を徐々に高めながら、エンジンＥのトルクを徐々に小さくするような動作となる。

この場合、徐々に小さくなるように変化されるエンジンＥのトルクの下限値（触媒予備加熱動作中におけるエンジンＥのトルクの下限値）としては、後述する全気筒運転から減筒運転への移行時のエンジンＥのトルク（無負荷状態や軽負荷状態で３気筒のみが稼働している場合のエンジンＥのトルク）に略一致するように、上記点火タイミングの遅角最大量は規定されている。

このような触媒予備加熱動作が行われ、減筒運転実行条件が成立している間は、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４の動作が繰り返される。そして、減筒運転実行条件が成立している間に、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が上記予備加熱必要温度以上になると、ステップＳＴ３でＮＯ判定され、ステップＳＴ６に移る。このステップＳＴ６では、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が上記予備加熱必要温度以上に達したことで、触媒予備加熱動作が終了し、減筒運転が実行される。

この際、上述した如く、触媒予備加熱動作中にはエンジンＥのトルクが徐々に小さくされていたため、全気筒運転から減筒運転への運転切り換え時の急激なトルク変動が解消されることになり、運転切り換え時の振動（ショック）を殆ど生じさせないようにすることができる。つまり、車両の乗員に、全気筒運転から減筒運転に切り換わったことを意識させることなしに運転切り換えを行うことができ、ドライバビリティの大幅な改善を図ることができる。

以上のようにして、減筒運転が開始された状態で、エンジン負荷が高くなるなどして減筒運転実行条件が非成立となった場合には、ステップＳＴ１でＮＯ判定され、ステップＳＴ７に移って全気筒運転を実行する。つまり、減筒運転実行条件が非成立となったことに伴って減筒運転から全気筒運転に切り換える。

また、減筒運転が実行されている状態では、ステップＳＴ２でＮＯ判定され、ステップＳＴ５に移って、上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が所定の全気筒運転復帰温度（Ｂ）未満であるか否かを判定する。つまり、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が活性温度下限値付近まで低下したか否かが判定される。

尚、この全気筒運転復帰温度（Ｂ）としては、第１触媒コンバータ８２Ｌの活性温度下限値（例えば４５０℃）に対して５０℃程度高い値として設定される。これら値は、これに限定されるものではない。

上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が上記全気筒運転復帰温度以上である場合（ステップＳＴ５でＮＯ判定された場合）には、そのまま減筒運転を継続する。

一方、上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が上記全気筒運転復帰温度未満となり、ステップＳＴ５でＹＥＳ判定された場合には、全気筒運転復帰時の排気エミッションの悪化を回避するために、ステップＳＴ７に移って全気筒運転を実行する。

以上説明したように、本実施形態では、全気筒運転の実行中に減筒運転実行条件が成立した際、上記第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が予備加熱必要温度未満であった場合には、上記減筒運転実行条件の成立後、直ちに減筒運転を開始させるのではなく、先ず、上記触媒予備加熱動作を実行して第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を予備加熱必要温度以上に上昇させる。そして、この触媒予備加熱動作の実行によって第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が予備加熱必要温度以上まで上昇した後に、減筒運転を開始するようにしている。このため、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が比較的高い状態で減筒運転が開始されることになるので、この減筒運転中に第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が次第に低下していったとしても、その温度が、全気筒運転の復帰を必要とする温度（上記全気筒運転復帰温度）まで低下する時間を長期化できる。その結果、減筒運転の継続時間を長く得ることができ、減筒運転が実行可能なエンジンシステムのメリットを十分に活用することが可能になり、燃料消費率の改善効果及び燃料消費量の削減効果を十分に奏することができる。

また、本実施形態では、触媒予備加熱動作中にはエンジンＥのトルクが徐々に小さくされているため、全気筒運転から減筒運転への運転切り換え時の振動を殆ど生じさせることのない、これまでにない全気筒運転から減筒運転への切り換え動作を実現することもできる。

（触媒予備加熱動作の変形例）
次に、触媒予備加熱動作の変形例について説明する。上述した実施形態では、触媒予備加熱動作として、減筒運転において非稼働状態となる気筒（休止予定気筒）の点火タイミングを遅角させるようにしていた。それに代えて、以下に述べるような触媒予備加熱動作を実行することも本発明の技術的思想の範疇である。

先ず、減筒運転において非稼働状態となる気筒（休止予定気筒）に対しては点火プラグ７７Ｌの点火を実行しないようにするものである。つまり、触媒予備加熱動作中にあっては、休止予定気筒に対して燃料供給のみを行って点火プラグ７７Ｌの点火を実行しないようにする。

これによれば、上記休止予定気筒内の混合気の大部分が未燃ガスとして排気管８１Ｌに送り込まれ、第１触媒コンバータ８２Ｌ内の熱エネルギを受けて燃焼（酸化反応）することになる。この場合にも、上述した実施形態での触媒予備加熱動作と同様に、短時間のうちに、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を上記予備加熱必要温度以上にまで上昇させることが可能になる。また、この場合、上記触媒予備加熱動作期間中に供給される燃料の略全量を第１触媒コンバータ８２Ｌの温度上昇に寄与させることが可能になるので、触媒予備加熱動作に使用する燃料量を必要最小限に抑えることができる。

尚、このように点火プラグ７７Ｌを非点火とする触媒予備加熱動作を実行する場合、第１触媒コンバータ８２Ｌの内部に、ある程度の熱エネルギが存在している必要があるので、この第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を検知または推定しておき、この第１触媒コンバータ８２Ｌの内部に、混合気を燃焼させるだけの十分な熱エネルギが存在していることを確認した状態で上記動作が実施されることになる。つまり、上記予備加熱必要温度（Ａ）としては、第１触媒コンバータ８２Ｌの内部での混合気の燃焼が可能となる温度に設定されることになる。

また、触媒予備加熱動作の他の変形例として、エンジンＥを筒内直噴型ガソリンエンジンとした場合に、減筒運転において非稼働状態となる気筒（休止予定気筒）に燃料を供給するインジェクタ７５Ｌからの燃料噴射タイミングを制御することも挙げられる。

つまり、このインジェクタ７５Ｌからの燃料噴射タイミングを遅角させる。例えば、点火プラグ７７Ｌの点火タイミングと略同タイミングまで燃料噴射タイミングを遅角させた場合には、休止予定気筒内ので燃焼開始タイミングが遅角側に移行することになる。また、点火プラグ７７Ｌの点火タイミングよりも遅角側にまで燃料噴射タイミングを遅角させた場合には、気筒内では燃焼が行われないことになる。これら何れにおいても排気管８１Ｌ内や第１触媒コンバータ８２Ｌ内で混合気が燃焼することになるので、第１触媒コンバータ８２Ｌの温度を急速に上昇させることが可能になり、上述した実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。

また、触媒予備加熱動作の開始後、上記燃料噴射タイミングの遅角量を徐々に大きくしていくようにしてもよい。例えばクランクシャフトＣの１０回転毎に燃料噴射タイミングを１°ＣＡずつ遅角側に移行させていく。この値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーション等により予め求められている。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、自動車用Ｖ型エンジンＥに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用水平対向型エンジン、自動車用直列型エンジン等に対しても適用可能である。また、ガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジンにも適用可能である。ディーゼルエンジンに適用する場合、この種のエンジンは一般的に点火プラグを備えていないので、上述した変形例で述べたように、インジェクタからの燃料噴射タイミングを遅角側に制御することで触媒予備加熱動作を実行することになる。また、本発明は、エンジンの気筒数、燃料噴射方式、その他、エンジンＥの仕様は特に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、触媒予備加熱動作として、休止予定気筒の点火タイミングを徐々に遅角させるようにしていた。本発明はこれに限らず、触媒予備加熱動作の開始と同時に休止予定気筒の点火タイミングを大きく遅角側に移行させ、その点火タイミングを維持（第１触媒コンバータ８２Ｌの温度が予備加熱必要温度に達するまで維持）するようにしてもよい。

本発明は、自動車に搭載され減筒運転が実行可能とされたエンジンにおいて、全気筒運転から減筒運転に切り換える際の制御に適用することが可能である。

７７Ｌ 点火プラグ（点火栓）
８１Ｌ 排気管（第１の排気通路）
８１Ｒ 排気管（第２の排気通路）
８２Ｌ 第１触媒コンバータ（第１の触媒）
８２Ｒ 第２触媒コンバータ（第２の触媒）
Ｅ エンジン（多気筒内燃機関）

Claims (2)

1. 複数気筒のうちの一部の気筒に繋がる第１の排気通路に設けられた第１の触媒と、他の気筒に繋がる第２の排気通路に設けられた第２の触媒とを備えると共に、所定の減筒運転実行条件の成立に伴って上記一部の気筒を非稼働にする減筒運転が実行可能な多気筒内燃機関の運転制御装置において、
   上記第１の触媒の温度を検出または推定する触媒温度認識手段と、
   上記減筒運転実行条件が成立した際、上記触媒温度認識手段によって検出または推定された第１の触媒の温度が、この第１の触媒の活性温度下限値に対して所定値だけ高い値として設定された予備加熱必要温度未満である場合に、上記減筒運転の実行に先立って上記第１の触媒の温度を上記予備加熱必要温度以上に上昇させるための触媒予備加熱動作を実行する触媒予備加熱動作実行手段とを備えており、
   上記触媒予備加熱動作は、上記減筒運転の実行に先立って、その減筒運転時に非稼働となる上記一部の気筒の点火栓の点火タイミングを遅角させるものであって、その点火タイミングの遅角量を徐々に大きくしていくことで、混合気の燃焼により発生するエネルギのうち、内燃機関のトルク発生に寄与する運動エネルギの量を徐々に減少させていくと共に触媒予備加熱に寄与する熱エネルギの量を徐々に増大させていくものであり、
   上記減筒運転実行条件が成立している間に、上記触媒予備加熱動作により第１の触媒の温度が上記予備加熱必要温度以上にまで上昇すると、上記触媒予備加熱動作を終了して減筒運転が開始される構成となっていることを特徴とする多気筒内燃機関の運転制御装置。
2. 上記請求項１記載の多気筒内燃機関の運転制御装置において、
   上記減筒運転中に上記第１の触媒の温度が所定の全気筒運転復帰温度まで低下した場合、減筒運転から全気筒運転に切り換えるようになっており、
   上記全気筒運転復帰温度は、上記第１の触媒の活性温度下限値よりも高い温度であり、且つ上記予備加熱必要温度よりも低い温度に設定されていることを特徴とする多気筒内燃機関の運転制御装置。

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