(57)【要約】【課題】全気筒運転から部分気筒運転に切り換えたとき、吸気圧力脈動の増加や筒内のガス流動の変化による性能低下を防止する。【解決手段】排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄから通路１５ａ，１５ｄが延出されてバイパス通路１５に合流され、吸気管８のスロットル弁９上流側に連通されている。ブランチ４ａ，４ｄの通路１５ａ，１５ｄの分岐部には、切換弁１６ａ，１６ｄが介装され、全気筒運転時にはブランチ４ａ，４ｄの気筒の排気ポートが排気管１１側に連通され、部分気筒運転時には、該当気筒の排気ポートが通路１５ａ，１５ｄからバイパス通路１５を経て吸気管８のスロットル弁９上流側に連通するよう切り換えられる。これにより、作動休止気筒からポンピングにより排出された空気をスロットル弁９の上流側に環流させ、吸気圧力脈動の増加や筒内のガス流動の変化による性能低下を防止しつつ、燃費向上を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの一部の気筒に対して燃料カットを実施して作動を休止させ、作動気筒数を制御するエンジンの気筒数制御装置において、
前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートと吸気系とを接続する環流通路と、
前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを全気筒に共通の排気通路に連通させる第１の通路系統と、前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを前記環流通路に連通させる第２の通路系統とを選択的に切換える切換弁と、
全気筒運転時には、前記切換弁を介して前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを前記第１の通路系統に連通させ、前記作動休止の対象となる気筒の燃料カット時には、前記切換弁を介して前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを前記第２の通路系統に連通させる制御部と
を備えることを特徴とするエンジンの気筒数制御装置。
【請求項２】
前記環流通路は、前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートとスロットル弁上流の吸気通路とを接続する通路であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの気筒数制御装置。
【請求項３】
前記切換弁は、排気マニホルドの前記環流通路が接続される所定のブランチに設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの気筒数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの一部の気筒に対して燃料カットを実施して作動を休止させ、作動気筒数を制御するエンジンの気筒数制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両に搭載されるエンジンにおいては、高出力と経済性という相反する要求を同時に満足するため、作動気筒数を可変する気筒数制御エンジンが採用されることがある。この気筒数制御エンジンは、低負荷域等の高出力を要求されない所定の部分負荷運転時に、複数の気筒のうちの一部の気筒に対して、燃料供給を停止すると共に、排気又は空気を導入したり、吸・排気弁を開放維持したりすることにより、該当気筒の作動を休止させて燃料消費量の低減化を図るようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、軽負荷時に一部気筒への燃料供給を停止して部分気筒運転を行う気筒数制御エンジンが開示されている。特許文献１の気筒数制御エンジンは、吸気マニホルド及び排気マニホルドを稼働側の気筒群と休止側の気筒群とで分離し、休止側気筒群の排気マニホールドから吸気マニホールドに空気を循環させる還流通路を設けると共に、触媒上流の休止排気管に、部分気筒運転時に触媒をバイパスさせる制御弁を設けることで、全気筒運転から部分気筒運転への切換時に触媒への空気流入を防止し、また、部分気筒運転から全気筒運転への切換時に稼働気筒からの高温の排気中に低温の空気が混入して排気温度が低下することを防止し、触媒の浄化性能が低下することを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６１−５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、スロットル弁下流の吸気マニホールドを休止吸気マニホールドと稼動吸気マニホールドとに分断するための遮断弁が設けられており、部分気筒運転時には、遮断弁を閉じて休止側気筒群への新気の流入を遮断するため、圧力脈動が発生する虞がある。
【０００６】
同様に、吸・排気弁を開放して気筒を停止させる場合においても、燃焼気筒のみ空気を吸入するため、吸気マニホルドから空気が吸い出されない行程が生じ、吸気マニホルド内の圧力脈動が増加する虞がある。その結果、全気筒運転と部分気筒運転とで筒内のガス流動が異なり、タンブル流の効果が低下する等して性能低下を招く可能性がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、全気筒運転から部分気筒運転に切り換えたとき、吸気圧力脈動の増加や筒内のガス流動の変化による性能低下を防止することのできるエンジンの気筒数制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるエンジンの気筒数制御装置は、エンジンの一部の気筒に対して燃料カットを実施して作動を休止させ、作動気筒数を制御するエンジンの気筒数制御装置において、前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートと吸気系とを接続する環流通路と、前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを全気筒に共通の排気通路に連通させる第１の通路系統と、前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを前記環流通路に連通させる第２の通路系統とを選択的に切換える切換弁と、全気筒運転時には、前記切換弁を介して前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを前記第１の通路系統に連通させ、前記作動休止の対象となる気筒の燃料カット時には、前記切換弁を介して前記作動休止の対象となる気筒の排気ポートを前記第２の通路系統に連通させる制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、全気筒運転から部分気筒運転に切り換えたとき、吸気圧力脈動の増加や筒内のガス流動の変化を抑制することができ、性能低下を防止しつつ燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジン系の概略構成図
【図２】気筒数制御処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１において、符号１は複数の気筒を有するエンジンであり、同図においては、４つの気筒を有する４気筒エンジンを示している。このエンジン１のシリンダヘッド２に、各気筒の吸気ポートに連通する吸気マニホルド３と、各気筒の排気ポートに連通する排気マニホルド４が取り付けられている。また、シリンダヘッド２には、各吸気ポートの直上流側にインジェクタ５が取り付けられると共に、点火部を燃焼室に露呈する点火プラグ６が取り付けられている。
【００１２】
吸気マニホルド３は、各気筒の吸気ポートに連通するブランチ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが上流側で集合され、エアチャンバ７に連通されている。エアチャンバ７の上流側には吸気管８が接続され、吸気管８がエアクリーナ１０に連通されている。また、吸気管８の中途には、ステップモータ等からなるスロットルアクチュエータ９ａによって開閉駆動されるスロットル弁９が介装されている。
【００１３】
一方、排気マニホルド４は、各気筒の排気ポートに連通するブランチ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが下流側で集合されて排気管１１に連通され、排気管１１がマフラ１３に接続されている。マフラ１３の上流側の排気管１１には、排気浄化用の触媒コンバータ１２が介装されている。
【００１４】
ここで、排気マニホルド４のブランチ４ａ〜４ｄのうち、一部の気筒の排気ポートに連通するブランチから吸気系に連通する通路が延出されている。本実施の形態においては、４つの気筒のうち、２つの気筒のブランチ４ａ，４ｄから吸気側に連通する通路１５ａ，１５ｄが延出されている。これらの通路１５ａ，１５ｄはバイパス通路１５に合流され、このバイパス通路１５が吸気管８のスロットル弁９上流側に連通されることで、排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄに対応する気筒の排気ポートとスロットル弁上流の吸気通路とを接続する環流通路が形成されている。
【００１５】
各ブランチ４ａ，４ｄの通路１５ａ，１５ｄが接続される分岐部には、ブランチ４ａ，４ｄ以降の通路系統を切り換える切換弁１６ａ，１６ｄが介装されている。切換弁１６ａ，１６ｄは、電磁ソレノイド等からなるアクチュエータ１７ａ，１７ｄによって切り換え駆動される。これらの切換弁１６ａ，１６ｄにより、該当気筒の排気ポートからブランチ４ａ，４ｄを経て排気管１１側に連通する第１の通路系統と、該当気筒の排気ポートからブランチ４ａ，４ｄ及び通路１５ａ，１５ｄを経てバイパス通路１５に連通し、このバイパス通路１５から吸気管８のスロットル弁９上流側に連通する第２の通路系統とが選択的に切り換えられる。
【００１６】
また、エンジン１には、運転状態を検出するための各種センサ・スイッチ類が配置されている。代表的には、スロットル弁９の開度を検出するスロットルセンサ２０、吸気量を計測する吸入空気量センサ２１、エンジン回転数や制御タイミングを算出するためのクランク角を検出するクランク角センサ２２、排気成分から空燃比を検出する空燃比センサ２３等であり、その他、図示しない各種センサ類が配置されている。
【００１７】
これらの各種センサ・スイッチ類からの信号は、エンジン１を制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０に入力される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等からなるマイクロコンピュータを中心として構成される電子制御ユニットであり、各種周辺回路を備えている。また、ＥＣＵ５０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等からなる車内ネットワークに接続され、自動変速機、ブレーキ、サスペンション等を制御する他の制御ユニット（図示せず）と相互に通信して各種制御情報を交換する。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、メモリに記憶されている制御プログラムに従い、センサ類からの信号や車内ネットワークを介して取得した各種情報に基づいて、空燃比センサ２３からの信号に基づくスロットルアクチュエータ９ａ及びインジェクタ５を介した空燃比制御や、点火プラグ６を通電駆動するイグナイタ３０を介した点火時期制御等のエンジン制御を行う。
【００１９】
このエンジン制御においては、エンジン１の部分負荷運転時に、複数の気筒のうち、一部の気筒の燃料をカットして作動を休止させる気筒数制御を行い、燃費向上を図るようにしている。本実施の形態においては、４つの気筒のうち、２つの気筒（排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄに排気ポートが連通する２つの気筒）を対象として、これらの気筒に対する燃料をカットして作動を休止させるようにしている。この作動休止気筒の燃料カット時には、アクチュエータ１７ａ，１７ｄを介して切換弁１６ａ，１６ｄを切り換え、作動休止気筒の排気ポートをバイパス通路１５を介して吸気管８のスロットル弁９上流側に連通させるようにしている。
【００２０】
すなわち、全気筒運転時には、切換弁１６ａ，１６ｄを切り換えて通路１５ａ，１５ｄを閉塞し、全気筒の排気ポートを排気管１１に連通させて排気ガスを触媒コンバータ１２で浄化して排出する。一方、部分負荷での部分気筒運転時には、燃焼気筒（作動気筒）は、全気筒運転時と同様であるが、非燃焼気筒（作動休止気筒）に対しては、切換弁１６ａ，１６ｄを切り換えて排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄの排気管１１側を閉塞し、排気ポートを通路１５ａ，１５ｄからバイパス通路１５を介して吸気管８のスロットル弁９の上流側に連通させ、ポンピングにより排出された空気をスロットル弁９の上流側に環流させる。
【００２１】
尚、この燃料カットによる部分気筒運転では、吸排気弁の作動停止による気筒停止に比較して燃料カット気筒分のポンプ損失が若干大きくなることが予想されるが、全気筒燃焼運転時よりも吸気マニホルド内の負圧が弱くなるため、結果的にポンプ損失を最小限に抑制することができる。
【００２２】
また、本実施の形態においては、排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄに連通する気筒を作動休止の対象気筒として切換弁１６ａ，１６ｄを設けるようにしているが、これに限定されることなく、ブランチ４ｂ，４ｃに連通する気筒を作動休止気筒としても良く、作動休止気筒の位置と気筒数はエンジン特性を考慮して適宜設定すれば良い。
【００２３】
以上の気筒数制御は、具体的には、図２のフローチャートに示すＥＣＵ５０のプログラム処理として実行される。以下、この気筒数制御処理について説明する。
【００２４】
この気筒数制御処理では、最初のステップＳ１において、現在のエンジン運転状態を表すパラメータ、例えば、エンジン回転数、吸入空気量や燃料噴射量等のエンジン負荷等を読み込み、ステップＳ２で、現在の運転状態が部分負荷の運転状態で一部気筒の作動を休止させる運転モードか否かを判定する。例えば、エンジン回転数とエンジン負荷とによる領域が予め設定した低負荷の運転領域である場合には、一部気筒の作動を休止させる運転モードであると判定し、それ以外では、全気筒運転の運転モードであると判定する。
【００２５】
そして、現在の運転状態が部分負荷の運転状態でなく、全気筒運転の運転モードである場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、作動休止の対象となる気筒も通常の運転状態とするため、作動休止対象気筒に対して、切換弁１６ａ，１６ｄを排気側に切り換えて通路１５ａ，１５ｄを閉塞し、排気ポートを排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄを介して排気管１１に連通させる。そして、ステップＳ４で全気筒を作動させる通常の運転を行い、本処理を抜ける。
【００２６】
一方、現在の運転状態が部分負荷の運転状態であり、一部気筒の作動を休止させる運転モードである場合には、ステップＳ２からステップＳ４へ進んで、切換弁１６ａ，１６ｄを吸気側に切り換える。すなわち、作動休止対象気筒に対して、排気マニホルド４のブランチ４ａ，４ｄの排気管１１側を閉塞し、排気ポートを通路１５ａ，１５ｄからバイパス通路１５を介して吸気管８のスロットル弁９の上流側に連通させる。そして、ステップＳ６で作動休止対象気筒の燃料カットを実施し、残りの気筒に燃料を供給して燃焼させる部分気筒の運転を行う。
【００２７】
この部分気筒運転では、作動休止気筒の燃料カットにより燃料消費を抑え、作動気筒を相対的に高負荷で効率的に運転することができ、システム全体の燃費を改善することができる。しかも、従来の吸排気弁の作動を停止させて気筒の作動を停止させる技術のように、燃焼気筒のみが空気を吸入して吸気マニホールドから空気が吸い出されない行程が生じ、吸気マニホルド内の圧力脈動の増加が発生するといったことがなく、筒内のガス流動の変化による性能低下を抑制しつつ、燃費向上を図ることができる。
【００２８】
また、切換弁１６ａ，１６ｄによって作動休止気筒の排気ポートから排気管１１側を閉塞するので、燃焼に寄与しない吸気が排気系に流れることがなく、空燃比がリーン側に乱れて空燃比制御性が阻害されたり、低温の空気によって排気温度が低下して触媒の働きを阻害するといったこともない。更には、気筒の作動を停止させるために高速で作動する吸排気弁の駆動切換のための複雑で高価な機構を必要とせず、簡素な切換弁による通路切換で良いため、コスト上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンジン
４  排気マニホルド
８  吸気管
９  スロットル弁
１１  排気管
１５  バイパス通路
１５ａ，１５ｄ  通路
１６ａ，１６ｄ  切換弁
５０  エンジン制御ユニット
【図１】
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【図２】
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