JP6084443B2

JP6084443B2 - エンジンの制御装置及び制御方法

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Publication number: JP6084443B2
Application number: JP2012255870A
Authority: JP
Inventors: 芳弘橋詰; 大中島
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: JP2014101857A

Description

本発明は、全筒運転及び減筒運転を切り替えるエンジンの制御装置及び制御方法に関する。

燃費向上を目的として、複数の気筒のうち一部の気筒の燃焼を休止させる減筒運転を行うエンジンが既に知られている。減筒運転時における制御方法の一つとして、休止気筒においても他の稼働気筒と同様に、吸気バルブと排気バルブとを開閉する方法がある。このとき、休止気筒において吸気バルブ及び排気バルブが閉じられピストンが上昇する圧縮行程のＰ−Ｖ曲線は、吸気バルブ及び排気バルブが閉じられピストンが下降する膨張行程のＰ−Ｖ曲線と同じ経路をとらない。この場合、互いに異なる経路のＰ−Ｖ曲線で囲まれた領域の面積分が損失分となり、減筒運転時における燃費を低下させる。

減筒運転時のエネルギー損失量を小さくするため、減筒運転時に吸気バルブ及び排気バルブを閉じる方法が既に提案されている。例えば、気筒内のピストンが排気行程の上死点近傍にあるときに、吸気バルブ及び排気バルブが閉じる方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、ピストンが上死点と下死点との中間に位置するときや、ピストンが下死点近傍に位置するとき等に各バルブを閉じるときに比べ、気筒内に封入される気体量は小さくなる。その結果、休止気筒内の圧力が一気圧以下の状態で、封入された気体の膨張及び圧縮が繰り返される。この方法によれば、ピストンが上死点と下死点との中間に位置するとき等に各バルブを閉じる場合に比べ、圧縮行程において、気筒内に封入された気体の内部エネルギーの増分が小さくなり、当該気体からの放熱による熱損失も小さくなる。

実開平５−４２６５２号公報

しかし、上死点近傍といえる範囲の中でも、吸気バルブ及び排気バルブが閉じるタイミングによって気筒内に封入される気体の質量は変化する。例えば、排気行程においてピストンが上死点に位置し、排気バルブ及び吸気バルブの両方が開いているときには、排気通路に排気が送り出される一方、吸気通路からは新気が吸入されている。このため、当該タイミングで、気筒内の気体の質量が最小となるとは限らない。また、例えばＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）還流量や、過給機による過給圧の変動があれば、気筒内の気体の質量が最小となるピストン位置も変化する。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、減筒運転における燃費を改善するエンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するエンジンの制御装置は、全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの制御装置であって、休止可能な気筒に少なくとも設けられ且つ燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサから、排気行程から吸気行程に至る所定の期間における筒内圧を複数回入力し、前記所定の期間内において筒内圧を入力する度に、前記入力した筒内圧と、該筒内圧を検出したときのクランク角に基づき算出された前記燃焼室の容積とを乗算し、この乗算値が最小となるピストンの位置を、排気行程から吸気行程におけるガス量最小位置とし、減筒運転条件が成立した際、１サイクル前に算出された前記ガス量最小位置を取得し、前記ピストンが前記ガス量最小位置に位置したときに吸気バルブ及び排気バルブを閉じるエンジンの制御装置。

上記課題を解決するエンジンの制御方法は、全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの制御方法であって、前記エンジンの制御装置が、休止可能な気筒に設けられ且つ燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサから、排気行程から吸気行程に至る所定の期間における筒内圧を複数回入力し、前記所定の期間内において筒内圧を入力する度に、前記入力した筒内圧と、該筒内圧を検出したときのクランク角に基づき算出された前記燃焼室の容積とを乗算し、この乗算値が最小となるピストンの位置を、排気行程から吸気行程におけるガス量最小位置とし、減筒運転条件が成立した際、１サイクル前に算出された前記ガス量最小位置を取得し、前記ピストンが前記ガス量最小位置に位置したときに吸気バルブ及び排気バルブを閉じる。
排気行程から吸気行程に移行するガス量減少期間付近では筒内温度はほぼ一定であることが発明者の実験等により判明している。この態様によれば、筒内圧及び燃焼室の容積の乗算値から、ガス量が最小となるピストン位置を推測することができる。そしてピストンがガス量最小位置に位置したとき吸気バルブ及び排気バルブを閉じることで、休止気筒における損失を最小限とし、減筒運転における燃費の改善を図ることができる。

上記エンジンの制御装置について、前記エンジンは、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの開閉タイミングを可変とする油圧式の可変動弁機構を備え、前記制御装置は、前記可変動弁機構を流動する作動油の油温及び油圧に応じて、油路を開閉するアクチュエータに対し駆動指令を出力してから前記吸気バルブ及び前記排気バルブを閉弁させるまでの応答遅れ時間を演算し、前記ピストンが前記ガス量最小位置に到達する時点よりも前記応答遅れ時間分早く、前記アクチュエータに駆動指令を出力することが好ましい。

この態様によれば、油温及び油圧に応じて応答遅れ時間を算出するため、応答遅れ時間の精度を向上できる。また、ガス量最小位置よりも応答遅れ時間だけ早いタイミングでアクチュエータに駆動指令を出力するため、吸気バルブ及び排気バルブを、ガス量最小位置で閉じることができる。

上記エンジンの制御装置について、前記ガス量最小位置を、前記吸気行程から前記排気行程に至る１サイクル毎に算出することが好ましい。
この態様によれば、ガス量最小位置は、１サイクル毎に更新されるので、例えばＥＧＲ量、過給圧等の要因によって、吸気行程で吸入される気体量が変動しても、その変動をガス量最小位置に反映することができる。

エンジンの一実施形態であって、その要部を示す概略図。同実施形態のエンジンの要部及び制御装置を示すブロック図。同実施形態のエンジンの要部及び制御装置を示すブロック図。同制御装置によるガス量最小位置を算出するためのフローチャート。各行程における筒内圧及び筒内温度を示すグラフ。同制御装置による応答遅れを算出するためのフローチャート。油温と応答遅れ時間の関係を示すグラフ。油圧と応答遅れ時間の関係を示すグラフ。同制御装置による減筒運転制御のフローチャート。同実施形態の全筒運転時のバルブタイミングを示す図。同実施形態の減筒運転時のバルブタイミングを示す図。同実施形態及び従来例の減筒運転におけるＰ−Ｖ曲線を示す図。

以下、エンジンの制御装置及び制御方法の一実施形態を説明する。本実施形態では、エンジンを、ディーゼルエンジンに具体化して説明する。
図１に示すように、気筒としてのシリンダ１１が形成されたシリンダブロック１２には、シリンダヘッド１３が搭載されている。シリンダヘッド１３には、シリンダ１１に連通する一対の吸気ポート１８と一対の排気ポート１９とが形成されている。シリンダ１１内には、ピストン１６が図示しないクランクによって往復動可能に収容されている。このピストン１６、シリンダヘッド１３及びシリンダブロック１２によって燃焼室１７が区画されている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を噴射するインジェクタ２２が設けられている。

各吸気ポート１８には、吸気バルブ２０がそれぞれ取り付けられている。各排気ポート１９には、排気バルブ２１がそれぞれ取り付けられている。各吸気バルブ２０は、吸気バルブ２０の可変動弁機構３０に連結されている。また、各排気バルブ２１は、排気バルブ２１の可変動弁機構３１に連結されている。

さらに、シリンダヘッド１３には、燃焼室１７の圧力を測定する筒内圧センサ５０が各シリンダ１１に対応させて設けられている。筒内圧センサ５０は、例えばダイヤフラム式のセンサであって、ダイヤフラム上に形成された歪みゲージの抵抗変化を電気信号によって検出する。

また、排気ポート１９に接続された排気マニホールド１５には、該排気マニホールド１５と吸気マニホールド１４とを接続する図示しないＥＧＲ管が接続されている。ＥＧＲ管には、ＥＧＲバルブが設けられ、ＥＧＲバルブが開かれることで、排気の一部が吸気に混合される。さらに、排気マニホールド１５よりも下流の排気通路には、図示しない過給機のタービンが設けられ、吸気マニホールド１４よりも上流の吸気通路のコンプレッサを回転させている。そして当該コンプレッサにより、圧縮された吸気が吸気マニホールド１４に送られる。

次に、可変動弁機構３０，３１及びエンジンの制御装置としてのＥＣＵ１０について説明する。可変動弁機構３０，３１は同じ機構であるため、排気側の可変動弁機構３１について説明する。

図２に示すように、可変動弁機構３１は、各シリンダ１１の配設方向に沿って延びるカムシャフト３２を備えている。排気側のカムシャフト３２には、排気用のカム３３が軸支され、吸気側のカムシャフト３２には、吸気用のカム３３が軸支されている。カムシャフト３２は図示しないタイミングチェーン等を介して、クランクシャフトに連動して回転する。カム３３近傍に設けられたカムポジションセンサ２６は、カム３３の回転角度を検出し、ＥＣＵ１０に出力する。

また、カムシャフト３２よりも排気バルブ２１側には、ロッカーシャフト３４が設けられている。ロッカーシャフト３４は、カムシャフト３２と平行に延びている。このロッカーシャフト３４には、シリンダ数と同じ個数のロッカーアーム３５が揺動可能に軸支されている。

また、ロッカーアーム３５の一端には、ローラ３６が回転可能に軸支されている。ローラ３６は、ロッカーアーム３５に対して、カム３３の外周面に摺接可能に設けられている。また、ロッカーアーム３５の他端には、リフター３７の駆動軸３７Ａが固定されている。

リフター３７は、駆動軸３７Ａと、駆動軸３７Ａに連結された円柱状のピストン３７Ｐとを備えている。ピストン３７Ｐは、プッシュピン３８に設けられた摺動孔３９に収容され、プッシュピン３８の内側面を摺動可能に設けられている。

プッシュピン３８は、シリンダヘッド１３の上方に設けられた油路形成部材４０に、上下動可能に収容されている。プッシュピン３８は、底部を備えた筒状に形成され、その内側にピストン３７Ｐを収容する摺動孔３９を有している。また、プッシュピン３８は、径方向に貫通する複数の連通孔４１を備えている。各連通孔４１は、プッシュピン３８の外周面からプッシュピン３８の径方向中心に向かって延び、外周面と摺動孔３９とを連通している。

また、プッシュピン３８は、油路形成部材４０に対し、連通孔４１と油路形成部材４０に形成された油路４２とを連通させた角度で配設されている。油路４２の途中には電磁弁４３が設けられている。電磁弁４３は、ＥＣＵ１０の制御により油路４２を開閉可能である。また、油路４２の途中には図示しないポンプが設けられている。即ち、油路４２内を流動する作動油は、上記ポンプ、プッシュピン３８、電磁弁４３の間を循環する。

ＥＣＵ１０から電磁弁４３に対してオン信号が出力されると、電磁弁４３が閉弁する。電磁弁４３が閉弁すると、電磁弁４３よりも上流側で作動油の流れが遮断される。すると、上記ポンプの駆動による圧力により、プッシュピン３８の摺動孔３９の底面とピストン３７Ｐの底面との間に作動油が導入され、プッシュピン３８よりも下流の油路４２に対して作動油が流れない状態になる。このように電磁弁４３を閉じた状態で、リフター３７がロッカーアーム３５の揺動に従って下降すると、プッシュピン３８とピストン３７Ｐとの間の作動油を介して、プッシュピン３８が下方へ押圧される。

一方、ＥＣＵ１０から電磁弁４３に対してオフ信号が出力されると、電磁弁４３が開弁する。電磁弁４３が開弁すると、油路４２が開放され、プッシュピン３８とピストン３７Ｐとの間の作動油は、ピストン３７Ｐの下降に伴い電磁弁４３側の油路４２へ流れることが可能となる。図３に示すように、油路４２が開放された状態で、ピストン３７Ｐが移動範囲のうち最も下方の位置に下降しても、ピストン３７Ｐがプッシュピン３８を下方へ押圧することはない。従って、ロッカーアーム３５の揺動は、プッシュピン３８に伝達されない。

プッシュピン３８の下側には、ブリッジ４５が設けられている。ブリッジ４５は、油路形成部材４０に支持され、その上面はプッシュピン３８の底面に当接している。ブリッジ４５の下側には、１対の排気バルブ２１が固定されている。図３に示すように、このブリッジ４５は、バネ等の図示しない付勢手段により、油路形成部材４０に最も近くなる初期位置に付勢されている。プッシュピン３８にロッカーアーム３５の揺動が伝達されていないとき、ブリッジ４５は初期位置に付勢されて上昇する。また、プッシュピン３８にロッカーアーム３５の揺動が伝達されているときであってリフター３７の駆動軸３７Ａが上昇したときには、プッシュピン３８もブリッジ４５に従動して上昇する。

ブリッジ４５が初期位置に配置されているとき、排気バルブ２１は閉弁位置に配置される。図２に示すように、電磁弁４３によって油路４２が閉じられ、ブリッジ４５がプッシュピン３８によって下方に押圧されると排気バルブ２１は開き始める。そして、ピストン３７Ｐが最も下方に位置するとき、排気バルブ２１のリフト量は最大となる。さらに、油路４２が閉じられている状態で、プッシュピン３８が上昇すると、排気バルブ２１は閉じ始め、プッシュピン３８が最も上方に位置するとき、排気バルブ２１は閉弁する。

ＥＣＵ１０は、クランク角センサ２５及びカムポジションセンサ２６から回転角度信号をそれぞれ入力する。また、ＥＣＵ１０は、各回転角度に基づき、インジェクタ２２、各可変動弁機構３０，３１に対し、各種信号を出力する。さらに、油路４２の途中には、オイルの温度及び圧力をそれぞれ検出する油温センサ４６及び油圧センサ４７が設けられている。ＥＣＵ１０は、油温センサ４６及び油圧センサ４７は、油温及び油圧を示す検出信号を入力する。

全筒運転の際には、ＥＣＵ１０は、吸気側及び排気側の電磁弁４３を閉弁して、カム３３の回転がロッカーアーム３５を介して排気バルブ２１に伝達されるように駆動する。減筒運転の際には、ＥＣＵ１０は、燃焼を停止させる気筒の数及び位置を選択するとともに、休止気筒に対してインジェクタ２２からの燃料噴射を停止する。また、ＥＣＵ１０は、休止気筒の吸気側及び排気側の電磁弁４３を開弁する。その結果、カム３３の回転は、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１に伝達されず、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１は閉弁位置に維持される。

次に、本実施形態のＥＣＵ１０による減筒運転を行うための動作について、各処理におけるフローチャートを用いて説明する。
本実施形態では、燃焼室１７内の気体の質量が最小となった位置を、筒内圧及び燃焼室１７の容積から逐次算出する。そのガス量最小位置θｍｉｎの算出方法について説明する。このガス量最小位置の算出処理は、クランク角が０°〜７２０°の１サイクル毎に行われる。

ＥＣＵ１０は、筒内圧センサ５０から燃焼室１７の圧力を検出した筒内圧Ｐを逐次入力している。図４に示すように、ガス量最小位置θｍｉｎの算出処理では、ＥＣＵ１０は、例えばクランク角が３００°〜４００°等、排気行程から吸気行程に至るガス量減少期間における筒内圧Ｐを入力する（ステップＳ１）。ガス量減少期間は、ピストン１６が上死点である３６０°を基準とした所定の期間である。

また、ＥＣＵ１０は、その筒内圧Ｐが検出されたときのクランク角センサ２５及びカムポジションセンサ２６からの検出信号に基づき、その筒内圧Ｐが検出されたときの燃焼室１７の容積Ｖを算出する（ステップＳ２）。容積Ｖは、クランク角に応じたピストン１６の位置とシリンダ１１の全容積とから演算することができる。

ＥＣＵ１０は、上記ガス量減少期間内に得られた筒内圧Ｐと容積Ｖとに基づき、燃焼室１７内の気体の質量が最小となるガス量最小位置θｍｉｎを算出する（ステップＳ３）。このとき、ＥＣＵ１０は、１サイクル内で得られた各筒内圧Ｐと、その筒内圧Ｐが検出された時点の燃焼室１７の容積Ｖとを乗算し、その乗算値が最も小さくなるクランク角を、燃焼室１７内の気体の質量が最小となる位置であると推定する。

即ち、燃焼室１７内に封入される気体の質量は、筒内圧をＰ、燃焼室１７の容積をＶ、気体定数をＲ、筒内温度をＴとすると下式で表される。
ｎ＝ＰＶ／ＲＴ
一方、図５中鎖線で示すように、排気行程から吸気行程に移行するガス量減少期間（３００°〜４００°）付近では筒内温度はほぼ一定であることが発明者の実験等により判明している。このガス量減少期間では、吸気バルブ２０が開き始めるため、温度の低い新気等が吸入されるためである。従って、気体の質量が最小となる位置は、筒内圧Ｐと容積Ｖとの乗算値が最小となる位置と同じである。また、筒内圧センサ５０は、温度センサに比べ応答性が高いため、ガス量最小位置θｍｉｎを的確に算出することができる。

一方、図５中実線で示すように、筒内圧Ｐは、排気行程（略１８０°〜３６０°）及び吸気行程（略３６０°〜５４０°）の間は低いが、ピストン１６が上死点近傍にあるときであっても、図５中右下に示すように、エンジンの運転条件によって筒内圧Ｐの変動がある。吸気バルブ２０及び排気バルブ２１のオーバーラップが設けられているとき、ガス量最小位置θｍｉｎは、３６０°よりも大きい傾向にある。

そして、このガス量最小位置θｍｉｎの算出を、１サイクル毎に繰り返す。このため、ガス量最小位置θｍｉｎは常に更新され続け、そのときのバルブタイミングや、ＥＧＲ量、過給圧等が反映されたガス量最小位置θｍｉｎとすることができる。

減筒運転の条件が成立したとき、排気バルブ２１及び吸気バルブ２０を閉弁するタイミングは、燃焼室１７内に封入される気体（以下、封入気体という）の質量を最小とすることにより、休止気筒におけるエネルギー損失量を最小限とすることができる。即ち、休止気筒では、圧縮行程において、封入気体の質量が大きいほど、封入気体に対してなされる仕事が大きくなり、封入気体全体の内部エネルギー変化が大きくなる。一方、シリンダ１１の内側面の面積は変わらないため、シリンダ１１に接触する封入気体の内部エネルギー変化が大きいほど、封入気体の放熱による熱損失が大きくなる。この熱損失は、燃焼室１７の壁部を介して、シリンダブロック１２の壁部を通過する冷却水へ吸熱される冷却損失、ふく射熱として周囲に拡散されるふく射損失等がある。このため、休止気筒の封入気体の質量を小さくすることによって、休止気筒における熱損失を最小限にすることができる。

また、ＥＣＵ１０は、可変動弁機構３１の応答遅れθｄｙを油圧及び油温から逐次算出している。応答遅れθｄｙは、ＥＣＵ１０が、電磁弁４３へオン信号を出力してから排気バルブ２１及び吸気バルブ２０が開くまでにかかる時間であり、電磁弁４３に対しオフ信号を出力してから電磁弁４３が開弁するまでの応答遅れ、電磁弁４３が開弁してからプッシュピン３８の作動油が抜けるまでに掛かる時間等といった油の特性による応答遅れ、ブリッジ４５が初期位置に戻るまでに掛かる時間等といった可変動弁機構３１の機械的な応答遅れ等がある。

まず、ＥＣＵ１０は油の特性による応答遅れを演算する。図６に示すように、ＥＣＵ１０は、油温センサ４６から油温検出信号を入力し、油温に応じた応答遅れ時間を算出する（ステップＳ１１）。このときＥＣＵ１０は、予め格納された油温用のマップを読み出し、油温と該マップに基づき、応答遅れ時間を算出する。図７に示すように、油温用のマップでは、油温が低くなるにつれて、応答遅れ時間は大きくなる。またマップは、一定のエンジン回転数ＮＥを基準としているため、そのときのエンジン回転数ＮＥが基準から乖離する場合には、取得した応答遅れ時間を補正する。

図６に示すように、ＥＣＵ１０は、油圧センサ４７から油圧検出信号を入力し、油圧に応じた応答遅れ時間を算出する（ステップＳ１２）。このときＥＣＵ１０は、予め格納された油圧用のマップを読み出し、油圧と該マップに基づき、応答遅れ時間を算出する。図８に示すように、油圧用のマップでは、油圧が低くなるにつれて、応答遅れ時間は大きくなる。このマップもまた、一定のエンジン回転数ＮＥを基準としているため、そのときのエンジン回転数ＮＥが基準から乖離する場合には、取得した応答遅れ時間を補正する。

次に、図６に示すように、ＥＣＵ１０は応答遅れθｄｙを算出する（ステップＳ１３）。このとき、ＥＣＵ１０は、油温に応じた応答遅れと、油圧に応じた応答遅れと、それ以外の一定の値をとる応答遅れを加算して、応答遅れθｄｙとする。そして、上述したステップＳ１１〜ステップＳ１３を、クランク角０°〜７２０°の１サイクル毎、又は数サイクル毎に繰り返す。このため、応答遅れθｄｙは常に更新され続け、各時点の油温と油圧とが反映された応答遅れθｄｙとすることができる。

次に、実際に減筒運転を開始するときの処理について説明する。この処理は、エンジン始動時から停止時まで繰り返し行われる。図９に示すように、ＥＣＵ１０は、減筒運転条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ２１）。このときＥＣＵ１０は、減筒運転が行われる運転領域及び全筒運転が行われる運転領域とを区画したマップを読み出す。該マップは、エンジン回転数ＮＥと指示噴射量Ｑｆｉｎとによって全筒運転領域及び減筒運転領域を区画している。ＥＣＵ１０は、そのときのエンジン回転数ＮＥと指示噴射量Ｑｆｉｎとが、減筒運転領域に含まれるか否かを判断し、減筒運転に含まれた場合に減筒運転条件が成立したと判断する。

ＥＣＵ１０は、減筒運転条件が成立しないと判断すると（ステップＳ２１においてＮＯ）、全筒運転を行う（ステップＳ２７）。図１０に示すように、全筒運転時には、例えば排気バルブ２１を、ピストン１６が上死点（クランク角度３６０°）を過ぎた位置で閉弁し、吸気バルブ２０を、ピストン１６が上死点に到達する前の位置で開弁する。このときＥＣＵ１０は、電磁弁４３に対し、吸気バルブ２０の開弁タイミング及び排気バルブ２１の閉弁タイミングより予め算出した応答遅れθｄｙ分だけ早く駆動信号を出力する。

一方、ステップＳ２１において減筒運転条件が成立したと判断すると（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２で算出した最新のガス量最小位置θｍｉｎを入力する（ステップＳ２２）。このとき入力されるガス量最小位置θｍｉｎは、１サイクル前に算出された値であるため、そのときのＥＧＲ量や過給圧等が反映されている。

さらに、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３で算出した最新の応答遅れθｄｙを入力する（ステップＳ２３）。そして、吸気側及び排気側の電磁弁４３にオン信号を出力する開弁制御位置θｃを算出する（ステップＳ２４）。このとき、ＥＣＵ１０は、ガス量最小位置θｍｉｎから応答遅れθｄｙを減算して開弁制御位置θｃとする。

ＥＣＵ１０は、クランク角センサ２５及びカムポジションセンサ２６から入力した回転角度に基づき、クランク角θが、開弁制御位置θｃに到達するタイミングを待機する（ステップＳ２５）。図１１に示すようにクランク角θが、開弁制御位置θｃに到達すると（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、電磁弁４３を開弁制御する（ステップＳ２６）。

電磁弁４３は開弁することにより油路４２を開放する。図３に示すように、排気側の油路４２が開かれると、上述したようにピストン３７Ｐが上下動しても、プッシュピン３８には押圧力は伝達されず、排気バルブ２１は閉弁位置に維持される。吸気バルブ２０も、吸気側の油路４２が電磁弁４３によって開かれることによって閉弁位置に保持される。

図１１に示すように、ＥＣＵ１０が開弁制御位置θｃで休止気筒の電磁弁４３にオフ信号を出力すると、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１は、ガス量最小位置θｍｉｎでそれぞれ閉じる。その結果、他のタイミングで吸気バルブ２０及び排気バルブ２１を閉弁する場合に比べ、休止気筒には、小さい質量の気体が封入されることになる。

図１２に示すように、ガス量最小位置θｍｉｎが上死点でないとき、ピストン１６が上死点に位置するタイミングで吸気バルブ２０及び排気バルブ２１が閉弁すると、休止気筒におけるエネルギー損失量は図中上側に示すＰ−Ｖ曲線で囲まれる領域となる。吸気バルブ２０及び排気バルブ２１が、ガス量最小位置θｍｉｎで閉弁すると、休止気筒におけるエネルギー損失量は図中下側に示すＰ−Ｖ曲線で囲まれる領域となる。吸気バルブ
２０及び排気バルブ２１がガス量最小位置θｍｉｎで閉じる場合のＰ−Ｖ曲線は、上死点で閉弁した場合よりも筒内圧が低く、エネルギー損失量も小さい。このため、減筒運転時における燃費をさらに向上することができる。

以上説明したように、エンジンの制御装置の一実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）上記実施形態によれば、全筒運転と減筒運転とを切り替えるＥＣＵ１０は、休止可能な気筒に設けられ且つ燃焼室１７の圧力を検出する筒内圧センサ５０から筒内圧を入力する。また、ＥＣＵ１０は、筒内圧と燃焼室１７の容積とから排気行程から吸気行程にかけて燃焼室１７内の気体の質量が最小となるピストン位置を演算してガス量最小位置θｍｉｎとする。さらに、ＥＣＵ１０は、減筒運転条件が成立したとき、ピストン１６がガス量最小位置θｍｉｎに位置したタイミングで吸気バルブ２０及び排気バルブ２１を閉弁する。即ち、排気行程から吸気行程にかけてのガス減少期間は気筒内の温度変動が小さいため、筒内圧及び燃焼室１７の容積から、ガス量が最小となるピストン位置を算出することができる。そしてガス量最小位置θｍｉｎに基づき、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１を閉弁することで、休止気筒におけるエネルギー損失を最小限とし、減筒運転における燃費の改善を図ることができる。

（２）上記実施形態によれば、エンジンは、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１の開閉タイミングを可変とする油圧式の可変動弁機構３１を備える。また、ＥＣＵ１０は、可変動弁機構３１を流動する作動油の油温及び油圧に基づき、油路４２を開閉する電磁弁４３に対しオン信号を出力してから吸気バルブ２０及び排気バルブ２１を閉弁させるまでの応答遅れ時間θｄｙを演算し、ピストン１６がガス量最小位置θｍｉｎに到達する時点よりも応答遅れ時間θｄｙ以前に、電磁弁４３にオン信号を出力する。さらに、油温及び油圧に応じた応答遅れθｄｙに、可変動弁機構３１の機械的遅れ時間等の一定の応答遅れ時間を加算した。このため、応答遅れ時間の精度を向上できる。また、ガス量最小位置θｍｉｎよりも応答遅れθｄｙ以前に電磁弁４３にオン信号を出力するため、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１を、ガス量最小位置θｍｉｎで閉じることができる。

（３）上記実施形態では、ＥＣＵ１０は、ガス量最小位置θｍｉｎを、吸気行程から排気行程に至る期間毎に算出する。従って、ガス量最小位置θｍｉｎは、１サイクル毎に更新されるので、例えばＥＧＲ量、過給圧等の要因によって、吸気行程で吸入される気体量が変動しても、その変動をガス量最小位置θｍｉｎに反映することができる。

尚、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、電磁弁４３がオン信号を入力したとき閉弁し、オフ信号を入力したとき開弁する態様にしたが、電磁弁４３はオフ信号を入力したとき開弁し、オン信号を入力したとき閉弁してもよい。

・上記実施形態では、上記ガス量減少期間において筒内温度がほぼ一定であるとみなし、ガス質量を、筒内圧Ｐと容積Ｖとの乗算値に近似した。しかし、筒内温度は僅かながら変化するため、より精密にガス質量を算出する必要がある場合には、筒内温度を用い、上記式（ｎ＝ＰＶ／ＲＴ）に基づいてガス質量を算出するようにしてもよい。

・筒内圧センサ５０は、各シリンダ１１に対応させて設けられている態様としたが、減筒運転時に休止可能なシリンダ１１のみに対応させて設けられていてもよい。また、ダイヤフラム式以外のセンサでもよく、ブルドン管型、ベロー型の圧力センサであってもよい。

・可変動弁機構３０，３１は、油圧で動作する可変動弁機構であって、上述した構成以外の機構でもよい。また、油圧作動式以外の可変動弁機構であっても構わない。この場合には、応答遅れは、作動油の特性による応答遅れを除く、機械的応答遅れ等を用いて算出する。

・上記実施形態では、ガス量最小位置θｍｉｎを、エンジンの１サイクル毎に更新するようにした。このガス量最小位置θｍｉｎの算出周期は、ガス量最小位置θｍｉｎの変化が少ない期間であれば、例えば２サイクル毎等に変更してもよい。

・上記実施形態では、エンジンの制御装置を、ディーゼルエンジンに対する制御装置に具体化したが、ガソリンエンジンに対する制御装置に具体化してもよい。

１０…制御装置としてのＥＣＵ、１１…気筒としてのシリンダ、１６…ピストン、１７…燃焼室、２０…吸気バルブ、２１…排気バルブ、３０，３１…可変動弁機構、４３…アクチュエータとしての電磁弁、５０…筒内圧センサ。

Claims

全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの制御装置であって、
休止可能な気筒に少なくとも設けられ且つ燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサから、排気行程から吸気行程に至る所定の期間における筒内圧を複数回入力し、
前記所定の期間内において筒内圧を入力する度に、前記入力した筒内圧と、該筒内圧を検出したときのクランク角に基づき算出された前記燃焼室の容積とを乗算し、この乗算値が最小となるピストンの位置を、排気行程から吸気行程におけるガス量最小位置とし、
減筒運転条件が成立した際、１サイクル前に算出された前記ガス量最小位置を取得し、前記ピストンが前記ガス量最小位置に位置したときに吸気バルブ及び排気バルブを閉じるエンジンの制御装置。
前記エンジンは、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの開閉タイミングを可変とする油圧式の可変動弁機構を備え、
前記制御装置は、
前記可変動弁機構を流動する作動油の油温及び油圧に応じて、油路を開閉するアクチュエータに対し駆動指令を出力してから前記吸気バルブ及び前記排気バルブを閉弁させるまでの応答遅れ時間を演算し、
前記ピストンが前記ガス量最小位置に到達する時点よりも前記応答遅れ時間分早く前記アクチュエータに駆動指令を出力する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記ガス量最小位置を、前記吸気行程から前記排気行程に至る期間毎に算出する請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの制御方法であって、
前記エンジンの制御装置が、
休止可能な気筒に設けられ且つ燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサから、排気行程から吸気行程に至る所定の期間における筒内圧を複数回入力し、
前記所定の期間内において筒内圧を入力する度に、前記入力した筒内圧と、該筒内圧を検出したときのクランク角に基づき算出された前記燃焼室の容積とを乗算し、この乗算値が最小となるピストンの位置を、排気行程から吸気行程におけるガス量最小位置とし、
減筒運転条件が成立した際、１サイクル前に算出された前記ガス量最小位置を取得し、前記ピストンが前記ガス量最小位置に位置したときに吸気バルブ及び排気バルブを閉じるエンジンの制御方法。