(57)【要約】【課題】休止状態にある気筒の運転を再開する際における未燃燃料の排出を抑制する。【解決手段】一部の気筒１１への燃料噴射を休止するとともに同気筒の吸・排気弁をいずれも全閉状態に維持して残りの気筒１１にのみ燃料を噴射する減筒運転と全気筒１１に燃料を噴射する全筒運転とを選択的に行う内燃機関の可変気筒制御装置において、休止状態にある気筒１１の運転を再開するのに先立ち、同休止状態にある気筒１１に対して運転再開後の機関運転状態に基づく通常燃料噴射量よりも少ない微量の燃料を噴射してこれを燃焼させる予備燃焼を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒にのみ燃料を噴射する減筒運転と全気筒に燃料を噴射する全筒運転とを選択的に行う内燃機関の可変気筒制御装置において、
減筒運転から全筒運転への移行に際して休止状態にある気筒の運転を再開するのに先立ち、同休止状態にある気筒に対して運転再開後の機関運転状態に基づく通常燃料噴射量よりも少ない微量の燃料を噴射してこれを燃焼させる予備燃焼を実行する
ことを特徴とした内燃機関の可変気筒制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、
前記休止状態にある気筒の吸・排気弁をいずれも全閉状態に維持する
ことを特徴とした内燃機関の可変気筒制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、
前記予備燃焼実行時の燃料噴射態様を制御する制御手段を備える
ことを特徴とした内燃機関の可変気筒制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、
前記制御手段は減筒運転に際して前記気筒が休止状態となってからの経過期間が長いときほど前記予備燃焼実行時の燃料噴射量を増大させる
ことを特徴とする内燃機関の可変気筒制御装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、
前記制御手段は、前記気筒が休止状態となってからの経過期間が所定期間以下であるときには上記予備燃焼の実行を禁止する
ことを特徴とする内燃機関の可変気筒制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、
前記内燃機関は筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えるものであり、前記予備燃焼の実行に際して前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行する
ことを特徴とする内燃機関の可変気筒制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒にのみ燃料を噴射する減筒運転と全気筒に燃料を噴射する全筒運転とを行う内燃機関の可変気筒制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の気筒を有する内燃機関において、例えば高負荷時には全気筒に対して燃料噴射を実行する一方、低負荷時においては一部の気筒に対する燃料噴射を休止して稼動気筒数を少なくする、すなわち機関運転状態に応じて減筒運転を実行する、いわゆる可変気筒制御を行うようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。こうした可変気筒制御を実行することにより、減筒運転時においてはスロットルバルブの開度を増大させることができるため、ポンピングロスを減少させて燃費の低減を図ることができるようになる。
【特許文献１】特開２００４−３４６８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このように可変気筒制御が行われる内燃機関にあっては、休止状態にある気筒では燃料の燃焼が行われないため、気筒が稼動状態から休止状態へと切り替わると、その筒内温度が時間の経過に伴って徐々に低下するようになる。したがって、機関運転状態が高負荷になる等して、休止状態にあった気筒を再び稼動させるべく同気筒に対する燃料噴射を再開しても、休止状態にあった気筒においてはその筒内温度が低下しているため、稼働状態にあった気筒と比較して噴射された燃料の霧化が促進され難い。その結果、同気筒において失火が発生したり、噴射燃料が不完全燃焼したりして未燃燃料の排出を招くおそれがあった。
【０００４】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の可変気筒制御装置にあって、減筒運転時から全筒運転への移行時、休止状態にある気筒の運転を再開する際における未燃燃料の排出を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、一部の気筒への燃料噴射を休止して残りの気筒にのみ燃料を噴射する減筒運転と全気筒に燃料を噴射する全筒運転とを選択的に行う内燃機関の可変気筒制御装置において、減筒運転から全筒運転への移行に際して休止状態にある気筒の運転を再開するのに先立ち、同休止状態にある気筒に対して運転再開後の機関運転状態に基づく通常燃料噴射量よりも少ない微量の燃料を噴射してこれを燃焼させる予備燃焼を実行することを要旨とするものである。
【０００６】
同構成によれば、休止状態にある気筒を稼動状態に切り替える際に、その休止状態にある気筒に全筒運転再開後よりも少ない微量の燃料を噴射し、これを燃焼させる予備燃焼を実行することにより同気筒の筒内温度を予め上昇させるようにしている。したがって、その後、全筒運転の再開により機関運転状態に基づく通常の量の燃料が噴射された場合でも、予備燃焼の実行によって休止状態にあった気筒の筒内温度は上昇しており燃料の霧化が促進されるようになるため、失火や不完全燃焼に起因して未燃燃料が生成されてこれが排出されてしまうことを抑制することができるようになる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、
前記休止状態にある気筒の吸・排気弁をいずれも全閉状態に維持すること要旨とするものである。
【０００８】
同構成によれば、減筒運転時には一部の気筒の吸・排気弁をいずれも全閉状態に維持することにより、吸気負圧を低下させることができ、ポンピングロスを減少させて燃費の低減を図ることができるようになる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、前記予備燃焼実行時の燃料噴射態様を制御する制御手段を備えることを要旨とするものである。
【００１０】
同構成によれば、予備燃焼を実行する際における燃料噴射態様を制御することにより、未燃燃料の排出を適切に抑制することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、前記制御手段は減筒運転に際して前記気筒が休止状態となってからの経過期間が長いときほど前記予備燃焼実行時の燃料噴射量を増大させることを要旨とするものである。
【００１１】
休止状態となっている気筒にあっては、その休止状態となってからの経過期間が長くなるほど筒内温度が低下する。この点、同構成によれば、こうした休止状態となってからの経過期間が長いときほど予備燃焼実行時における燃料噴射量を増大させるようにしているため、このように筒内温度が低温である場合でもこれを速やかに温度上昇させることができ、通常運転を再開したときにおける未燃燃料の排出を効果的に抑制することができるようになる。なお、このように休止状態となってからの経過期間が長いときには予備燃焼実行時の燃料噴射量を増大させるようにはするものの、その増大度合が過度に大きい場合には、結局は失火が生じたり、噴射燃料が不完全燃焼したりすることとなる。このため、予備燃焼実行時の燃料噴射量を増大させるに際しては、筒内温度が低下している場合であってもこうした不完全燃焼を招かない程度にその増大量を制限するようにする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、前記制御手段は、前記気筒が休止状態となってからの経過期間が所定期間以下であるときには上記予備燃焼の実行を禁止することを要旨とするものである。
【００１３】
同構成によれば、気筒を休止状態としている期間が短く、したがって筒内温度が高いと推定されるときには予備燃焼の実行を禁止するようにしている。すなわち、この場合、休止状態にある気筒の運転を再開するのに先立ち、予備燃焼は実行されず、通常運転時の燃料噴射状態に速やかに移行するようになるため、早期に通常運転を開始することができるようになる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変気筒制御装置において、前記内燃機関は筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えるものであり、前記予備燃焼の実行に際して前記筒内噴射弁により燃料噴射を実行することを要旨とするものである。
【００１５】
同構成によれば、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関にあっては、吸気バルブの開閉状態に関係なく筒内噴射弁から燃料を筒内に噴射することができるため、予備燃焼の実行に際して燃料の噴射可能な期間を長く確保することができる。したがって、休止状態にある気筒の運転を再開するのに先立ち予備燃焼を早期に実行することができ、より速やかに通常運転に移行することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる内燃機関の可変気筒制御装置の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。まず、図１を参照して本実施の形態にかかる内燃機関並びにその可変気筒制御装置の概略構成について説明する。
【００１７】
同図１に示すように、内燃機関に設けられた複数の気筒１１（図１ではその一つを示す）には、それぞれ燃焼室１６が形成されるとともに、それら燃焼室１６と吸気通路３２及び排気通路３３とを連通・遮断する吸気バルブ１９及び排気バルブ２０にはそれらの駆動態様を変更する可変動弁機構５１，５２がそれぞれ設けられている。なお、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は、これら可変動弁機構５１，５２によってその駆動態様が、所定のリフトプロフィールをもって開閉駆動される状態と閉弁維持される状態とに切り替えられる。また、各気筒１１には、それらの燃焼室１６の内部、具体的にはピストン１２の頂面近傍に向けて直接燃料を噴射する筒内噴射弁４０がそれぞれ設けられるとともに、燃焼室１６に存在する混合気の点火を行う点火プラグ４１がそれぞれ設けられている。また、吸気通路３２には吸入空気量を調量するためのスロットルバルブ３４が設けられている。なお、これら可変動弁機構５１，５２、筒内噴射弁４０、点火プラグ４１、スロットルバルブ３４の駆動状態は、いずれも電子制御装置６０によって制御される。また、この電子制御装置６０には機関回転速度センサ７１、アクセルセンサ７２等の各種センサが接続されるとともに、これらセンサの検出値が同電子制御装置６０に取り込まれる。
【００１８】
電子制御装置６０は、機関運転状態に基づいて一部の気筒１１への燃料噴射を休止するとともに同気筒の吸・排気弁をいずれも全閉状態に維持して残りの気筒１１にのみ燃料を噴射する減筒運転と、全気筒１１に燃料を噴射する全筒運転とを選択的に実行する。具体的には、電子制御装置６０は、機関低負荷運転時等、機関要求出力が小さい場合には減筒運転を実行する一方、機関高負荷運転時等、機関要求出力が大きい場合には全筒運転を実行する。ここで、減筒運転時には、休止状態に移行する気筒１１の吸気行程に吸気バルブ１９を開弁させ吸入空気を燃焼室１６に導入した後、同気筒１１の可変動弁機構５１，５２を駆動することにより、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０の双方を閉弁状態に維持する。したがって、休止状態に移行した気筒１１では、燃焼室１６に吸入空気が密封された状態となり、ピストン１２の往復動に伴って吸入空気が繰り返し圧縮されるようになる。なお、このように休止状態に移行した気筒１１では点火プラグ４１による点火及び筒内噴射弁４０による燃料噴射がいずれも停止される。一方、減筒運転時に稼働状態とする気筒１１では、機関回転速度センサ７１及びアクセルセンサ７２等、各種センサの検出値に応じて設定される燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期に基づいて燃料噴射及び点火が実行される。
【００１９】
一般に、機関低負荷運転時には、スロットルバルブ３４の開度が絞られるようになるため、ポンピングロスに起因して燃料消費量が増大する傾向がある。この点、こうした機関低負荷運転時に、上述した減筒運転を実行することにより、一部の気筒１１を休止状態とする分だけ稼働状態とする気筒１１の各々における機関要求出力を全筒運転時よりも増大させることができる。その結果、吸入空気量が増加してスロットルバルブ３４の開度が増大するようになるため、ポンピングロスを低減させることができ、ひいては燃料消費量の低減を図ることができるようになる。
【００２０】
ところで、上述したように、減筒運転時に一部の気筒１１が休止状態に移行すると、その気筒１１の燃焼室１６では混合気の燃焼が行われなくなるため、燃焼室１６の温度、すなわち筒内温度は徐々に低下するようになる。そのため、減筒運転から再び全筒運転に切り替えられた直後にあっては、それまで休止状態にあった気筒１１は噴射燃料の霧化が促進され難い状態となっている。このため、同気筒１１においては、減筒運転から全筒運転に切り替えられてから筒内温度がある程度上昇するまでの期間、失火が発生したり、噴射燃料が不完全燃焼したりして未燃燃料が排出されることが懸念される。
【００２１】
そこで、本実施形態においては、減筒運転から全筒運転の移行に際して休止状態にある気筒の運転を再開するのに先立ち、その休止状態にある気筒に対して全筒運転再開後の機関運転状態に基づく通常の燃料噴射量よりも少ない微量の燃料を噴射してこれを燃焼させる予備燃焼を実行するようにしている。以下、こうした予備燃焼の実行手順について図２を参照して説明する。
【００２２】
図２はこの予備燃焼を実行する際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置６０によって実行される。まずこの一連の処理では、機関回転速度及び機関負荷に基づいて減筒運転から全筒運転に移行したか否かが判断される（ステップＳ２００）。ここで、減筒運転から全筒運転への移行時ではないと判断された場合には（ステップＳ２００：ＮＯ）、この処理を一旦終了する。一方、減筒運転から全筒運転への移行時、すなわち一部の気筒１１を休止させている状態から全ての気筒１１を稼働状態とするタイミングであると判断された場合には（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、更に気筒１１が稼動状態から休止状態となってからの時間（以下、「休筒期間Ｔ」という）が所定期間Ｔ０を上回っているか否かが判断される（ステップＳ２１０）。そしてここで、休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０以下である場合には（ステップＳ２１０：ＮＯ）、この処理を一旦終了する。筒内温度は、休筒期間Ｔが長いほど低くなる。したがって、休筒期間Ｔが短いとき、換言すれば筒内温度が高いときには、失火や不完全燃焼は発生せず、未燃燃料が排出されてしまうこともない。このため、ここでは休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０以下であるときには通常運転の燃料噴射状態に速やかに移行するようにし、早期に通常運転を開始するようにしている。
【００２３】
一方、休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０を上回っている場合には（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、予備燃焼実行時における燃料噴射量Ｑを休筒期間Ｔに基づいて算出する（ステップＳ２２０）。具体的には、図３に実線で示されるように、休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０以上となる領域において、予備燃焼実行時の燃料噴射量Ｑは休筒期間Ｔが長いときほど、大きい値に設定される。ここで、図３に示した所定値αは筒内温度を適正な温度、すなわち、予備燃焼が終了して気筒１１が休止状態から稼動状態へと切り替わった際に、通常運転時の燃料噴射が行われても失火や不完全燃焼が発生しない温度にまで上昇させるために最小限必要な燃料噴射量（最小燃料噴射量）である。上述したように、休筒期間Ｔが長いときほど、筒内温度は低くなる。したがって、休筒期間Ｔが長いときほど、筒内温度の上昇量を大きくするために、予備燃焼実行時の燃料噴射量Ｑを多くする必要がある。このため、ここでは図３に示すように、休筒期間Ｔが長いときほど予備燃焼実行時の燃料噴射量Ｑを大きい値に設定するようにしている。なお、ここで設定する燃料噴射量Ｑは通常運転時の燃料噴射量と比較して十分に少ないものであるため、予備燃焼実行時において失火や不完全燃焼が発生することはない。そしてこのように休筒期間Ｔに基づいて燃料噴射量Ｑを設定した後、その設定された燃料噴射量Ｑに基づく燃焼、すなわち予備燃焼を実行する（ステップＳ２３０）。なお、この予備燃焼が終了するまで、可変動弁機構５１、５２により、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は閉弁状態に維持される。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態にかかる可変気筒制御装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）休止状態にある気筒１１を稼動状態に切り替える際に、その休止状態にある気筒１１に微少量の燃料を噴射し、これを燃焼させる予備燃焼を実行することにより、同気筒１１の筒内温度を予め上昇させるようにしている。したがって、その後、全筒運転の再開により機関運転状態に基づく通常の量の燃料が噴射された場合でも、休止状態にあった気筒の筒内温度は上昇しており燃料の霧化が促進されるようになるため、未燃燃料の排出を抑制することができるようになる。
【００２５】
（２）また、減筒運転時には一部の気筒の吸・排気弁をいずれも全閉状態に維持することにより、吸気負圧を低下させることができ、ポンピングロスを減少させて燃費の低減を図ることができるようになる。
【００２６】
（３）休止状態にある気筒１１にあっては、その休止状態となってからの経過期間、すなわち休筒期間Ｔが長くなるほど筒内温度が低下する。この点、本実施形態によれば、こうした休筒期間Ｔが長いときほど予備燃焼実行時の燃料噴射量Ｑを増大させるようにしているため、このように筒内温度が低温である場合でもこれを速やかに温度上昇させることができ、通常運転を再開したときにおける未燃燃料の排出を効果的に抑制することができるようになる。
【００２７】
（４）本実施形態によれば、休筒期間Ｔが短く、したがって筒内温度が高いと推定されるときには予備燃焼を禁止するようにしている。すなわち、この場合、休止状態にある気筒１１の運転を再開するのに先立ち、予備燃焼は実行されず、通常運転時の燃料噴射状態に速やかに移行するようになるため、早期に通常運転を開始することができるようになる。
【００２８】
（５）本実施形態によれば、気筒１１の燃焼室１６内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁４０を備えているため、吸気バルブ１９の開閉状態に関係なく筒内噴射弁４０から燃料を燃焼室１６内に噴射することができる。このため、その予備燃焼の実行に際して燃料の噴射可能な期間を長く確保することができる。したがって、休止状態にある気筒の運転を再開するのに先立ち予備燃焼を早期に実行することができ、より速やかに通常運転に移行することができるようになる。
【００２９】
なお、以上説明した実施形態はこれを適宜変更した以下の態様にて実施することができる。
・上記実施形態では、予備燃焼時における最小燃料噴射量αを設定しているが、本実施形態はこれに限られない。例えば、全筒運転移行時の失火や不完全燃焼の発生頻度が低い場合には、図３に一点鎖線で示すように、予備燃焼時の最小燃料噴射量を「０」に設定することもできる。
【００３０】
・上記実施形態では、休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０以下であるときには、予備燃焼を禁止し、速やかに通常運転に移行するようにしたが、例えば、図４に示すように、休筒期間Ｔの全ての期間域において、休筒期間Ｔに基づき燃料噴射量Ｑを算出して予備燃焼を行うようにすることもできる。本実施形態においても、上記（１）、（２）、（３）、（５）に準じた効果を得ることができるようになる。
【００３１】
・上記実施形態では、休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０以上であるときには、予備燃焼時の微少量噴射における燃料噴射量Ｑを休筒期間Ｔに応じて変更するようにしたが、本実施形態はこれに限られない。例えば、図５に示すように、この予備燃焼実行時の燃料噴射量Ｑを一定値に設定することもできる。本実施形態においても、上記（１）、（２）、（５）に準じた効果を得ることができるようになる。
【００３２】
・上記実施形態では、休筒期間Ｔが所定期間Ｔ０以下であるときには予備燃焼を禁止することとしたが、例えば、図６に示すように、休筒期間Ｔの全ての領域において予備燃焼実行時の燃料噴射量Ｑを一定値に設定することもできる。本実施形態においても、上記実施形態に準じた効果を得ることができるようになる。
【００３３】
・上記実施形態は、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁４０を備えた内燃機関についてのものであったが、本実施形態はこれに限られず、燃料を吸気通路３２に噴射するようにしてもよい。本実施形態においても、上記（１）〜（４）に準じた効果を得ることができるようになる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、休筒期間は気筒１１が稼動状態から休止状態となってからの時間Ｔで測定しているが、クランク角期間で測定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態にかかる可変気筒制御装置及びその適用対象となる内燃機関の断面図。
【図２】第１実施形態における予備燃焼の実行手順を示すフローチャート。
【図３】休筒時間と予備燃焼実行時の燃料噴射量との関係を示すグラフ。
【図４】休筒時間と予備燃焼実行時の燃料噴射量との関係を示すグラフ。
【図５】休筒時間と予備燃焼実行時の燃料噴射量との関係を示すグラフ。
【図６】休筒時間と予備燃焼実行時の燃料噴射量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３６】
１１…気筒、１２…機関ピストン、１６…燃焼室、１９…吸気バルブ、２０…排気バルブ、３２…吸気通路、３３…排気通路、３４…スロットルバルブ、４０…筒内噴射弁、４１…点火プラグ、５１…可変動弁機構、５２…可変動弁機構、６０…電子制御装置、７１…機関回転速度センサ、７２…アクセルセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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