(57)【要約】【課題】  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、インジェクタ先端の高温化に起因するデポジットの付着等を未然に防止する。【解決手段】  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、筒内噴射用インジェクタの先端温度Ｔを推定するインジェクタ先端温度推定手段（ステップＳ１２）と、エンジンの減筒運転時に（ステップＳ１３でＹｅｓ）、そ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（ステップＳ１４でＹｅｓ）、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（ステップＳ１５）とを備える。稼動気筒数の増加により１気筒当たりの燃料噴射量を減少することができ、筒内の燃焼ガス温度を低減してインジェクタ先端温度の高温化を未然に防止することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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可変気筒エンジンの制御装置。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１記載の可変気筒エンジンの制御装置。
【請求項３】
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を特徴とする請求項１又は２記載の可変気筒エンジンの制御装置。
【請求項４】
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を特徴とする請求項３記載の可変気筒エンジンの制御装置。
【請求項５】
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ることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の可変気筒エンジンの制御装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
【特許文献１】特開2002-364409号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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）
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】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示すシステム平面図である。
【図２】同側面断面図であり、特に筒内の燃焼室周辺を詳細に示す。
【図３】本発明の一実施形態の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】インジェクタ先端の推定温度基本値を算出するためのマップである。
【図５】時定数を算出するためのマップである。
【図６】気筒数制御における全気筒運転領域と減筒運転領域とを示すマップである。
【図７】エンジン負荷とインジェクタ先端温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
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
【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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【図７】
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