(57)【要約】【課題】複数の気筒を備える内燃機関において、動力を出力する作動気筒数を変更する際のトルク変動を抑制する。【解決手段】吸気弁の開期間を制御することにより、各気筒の吸気量を調整可能な可変動弁機構を内燃機関に設ける。吸気管負圧を大気圧など一定に保持した状態で、開期間の制御により、実現可能な負荷率の範囲を、作動気筒の数の変更前後についてそれぞれ求める。両者が重なった領域Ａを、気筒数の変更可能領域に設定する。制御装置は、内燃機関の運転状態が、この領域にある場合に、気筒数の変更を行う。内燃機関からの出力を一定に保持するために、気筒数変更に要求される吸気量の変更は、開期間の制御によって実現する。開期間は応答性が高いため、各気筒の吸気量を速やかに変更させることができ、気筒数変更時のトルク変動を抑制することができる。【選択図】　図３
2004076677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、吸気弁が開いている開弁特性を気筒ごとに制御可能な可変動弁機構と、前記吸気弁の開弁特性に依らず各気筒の吸気量を制御可能な吸気制御手段とを備える内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の要求回転数および要求負荷を入力する入力部と、
前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更する気筒数制御部とを備え、
該気筒数制御部は、該作動気筒の数の変更前後で要求される各気筒の吸気量の変更が前記開弁特性のみの変更によって実現可能となる所定の切換可能領域内に、該要求回転数および要求負荷が存在する場合に、前記作動気筒の数の変更を実行する制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
前記切換可能領域は、前記気筒への吸気管の内部が大気圧となっている条件下で設定されている制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
前記切換可能領域は、前記気筒への吸気管の負圧に応じて設定されており、
前記気筒数制御部は、気筒数の変更に先立って、前記要求回転数および要求負荷が前記切換可能領域内に入るよう、前記吸気管の負圧を制御する負圧制御部を備える制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の内燃機関の制御装置であって、
前記吸気制御手段は、前記気筒への吸気管の負圧を制御するためのスロットル弁であり、
前記気筒数制御部は、前記気筒数の変更時には、前記スロットル弁の開度を固定しつつ、前記要求回転数および要求負荷に応じて各気筒の前記開弁特性および燃料噴射量を制御する制御装置。
【請求項５】
複数の気筒と、吸気弁が開いている開弁特性を気筒ごとに制御可能な可変動弁機構と、各気筒への吸気管の負圧を制御することにより前記吸気弁の開弁特性に依らず各気筒の吸気量を制御可能な吸気制御手段とを備える内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の要求回転数および要求負荷を入力する入力部と、
前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更する気筒数制御部とを備え、
該気筒数制御部は、
前記要求回転数および要求負荷に応じて、該作動気筒の数の変更後に要求される各気筒の吸気量を実現するよう、該気筒への吸気管の負圧を制御する負圧制御部と、
該負圧の制御における応答遅れを補償するよう前記開弁特性を制御する開弁特性制御部とを備える制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関の制御装置であって、
前記気筒数制御部は、
前記応答遅れを補償するよう各気筒の点火時期を制御する点火時期制御部と、
該点火時期制御部よりも前記開弁特性制御部を優先的に使用して前記応答遅れを補償する補償制御部とを備える制御装置。
【請求項７】
移動体に搭載され、複数の気筒を備える内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態が、前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更すべき所定の条件を満たすか否かを判定する気筒数切換判定部と、
前記移動体が加速または減速しているか否かを判定する加減速判定部と、
前記加速または減速中において、前記所定の条件を満たす場合にのみ、該作動気筒の数を変更する気筒数制御部とを備える制御装置。
【請求項８】
移動体に搭載され、複数の気筒を備える内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態が、前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更すべき所定の条件を満たすか否かを判定する気筒数切換判定部と、
前記移動体が加速しているか否かを判定する加減速判定部と、
前記気筒数制御部は、前記移動体が加速中において前記所定の条件を満たす場合に、気筒数の変更前後で、作動気筒の燃焼行程が連続するタイミングで前記作動気筒数の変更を行う制御装置。
【請求項９】
移動体に搭載され、複数の気筒を備える内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態が、前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更すべき所定の条件を満たすか否かを判定する気筒数切換判定部と、
前記移動体が減速しているか否かを判定する加減速判定部と、
前記気筒数制御部は、前記移動体が減速中において、前記所定の条件を満たす場合に、気筒数の変更前後で、作動気筒の燃焼行程と休止気筒の燃焼行程とが連続するタイミングで前記作動気筒数の変更を行う制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか記載の内燃機関の制御装置であって、
前記気筒数制御部は、燃料噴射量および吸気弁の開弁特性の双方が未設定のいずれかの気筒に対する制御を開始するタイミングで気筒数を変更する制御装置。
【請求項１１】
複数の気筒と、吸気弁が開いている開弁特性を気筒ごとに制御可能な可変動弁機構と、前記吸気弁の開弁特性に依らず各気筒の吸気量を制御可能な吸気制御手段とを備える内燃機関の運転を制御する制御方法であって、
前記内燃機関の要求回転数および要求負荷を入力する工程と、
該気筒数制御部は、前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更する場合、該変更前後で要求される各気筒の吸気量の変更が、前記開弁特性の変更によってのみ実現可能となる条件を該要求回転数および要求負荷が満足するか否かを判定する工程と、
前記条件を満足する場合に、前記作動気筒の数を変更する工程とを備える制御方法。
【請求項１２】
複数の気筒と、吸気弁が開いている開弁特性を気筒ごとに制御可能な可変動弁機構と、各気筒への吸気管の負圧を制御することにより前記吸気弁の開弁特性に依らず各気筒の吸気量を制御可能な吸気制御手段とを備える内燃機関の運転を制御する制御方法であって、
（ａ）　前記内燃機関の要求回転数および要求負荷を入力する工程と、
（ｂ）　前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更する工程とを備え、
該工程（ｂ）は、
（ｂ１）　前記要求回転数および要求負荷に応じて、該作動気筒の数の変更後に要求される各気筒の吸気量を実現するよう、該気筒への吸気管の負圧を制御する工程と、
（ｂ２）　該負圧の制御における応答遅れを補償するよう前記開弁特性を制御する工程とを備える制御方法。
【請求項１３】
移動体に搭載され、複数の気筒を備える内燃機関の運転を制御する制御方法であって、
前記内燃機関の運転状態が、前記複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更すべき所定の条件を満たすか否かを判定する工程と、
前記移動体が加速または減速しているか否かを判定する工程と、
前記加速または減速中において、前記所定の条件を満たす場合にのみ、該作動気筒の数を変更する工程とを備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関において、動力を出力する作動気筒の数を変更する可変気筒制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の気筒を備える内燃機関の運転について、動力を出力する作動気筒の数を内燃機関の運転状態に応じて切り換える可変気筒制御が提案されている。内燃機関では、各気筒の負荷が低い場合には、燃費が悪化する傾向にある。可変気筒制御は、内燃機関の要求負荷が比較的低い場合に、気筒数を低減し、各気筒当たりの負荷を高めることにより、燃費の向上を図る技術である。
【０００３】
可変気筒制御については、気筒数変更時のトルクショックを低減するための種々の制御方法が提案されている。例えば、特開平５−１５７９号公報は、気筒数変更時にスロットル開度を補正する技術を開示している。特開平７−２１７４６３号公報は、吸気弁の開弁特性を気筒ごとに制御可能な機構を備える内燃機関において、気筒数変更時に開弁特性を徐々に変化させる技術を開示している。また、気筒数変更時に点火時期を制御することで、トルクショックを抑制する技術も提案されている（例えば、特開平５−３３２１７２号公報、特開平１０−１０３０９７号公報、特開平６−１９３４７８号公報記載の技術）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、気筒数変更時のトルクショックについて、更なる改善の余地が残されていた。本発明は、従来とは異なる制御方法によって、気筒数変更時のトルクショックまたはトルクショックによる影響を抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の第１の制御では、複数の気筒と、吸気弁が開いている開弁特性を気筒ごとに制御可能な可変動弁機構と、吸気弁の開弁特性に依らず各気筒の吸気量を制御可能な吸気制御手段とを備える内燃機関を制御対象とする。かかる内燃機関において、複数の気筒のうち動力を出力する作動気筒の数を変更する場合、内燃機関の要求回転数および要求負荷を達成するためには、変更前後で各気筒の吸気量を変更する必要がある。第１の制御では、この吸気量の変更が吸気弁の開弁特性の変更によってのみ実現可能となる回転数および負荷の領域内（以下、かかる運転領域を「切換可能領域」と称する）で、作動気筒の数の変更を実行する。こうすることにより、応答性が十分に高い可変動弁機構によって、気筒数変更後に要求される吸気量を速やかに実現することができるため、気筒数変更に伴うトルクショックを抑制することができる。
【０００６】
なお、開弁特性は、吸気弁の開き状態を表すパラメータのうち、吸気量に影響を与えるもの、例えば、吸気弁が開いている開期間、および吸気弁の開き量などによって特定することができる。吸気制御手段としては、例えば、吸気管の負圧を制御するスロットル弁、吸気管への加圧を行う過給機などが含まれる。
【０００７】
切換可能領域は、例えば、次の方法で設定することができる。まず、気筒数が多い状態において、吸気弁の開弁特性に依らず開弁特性のみを調整することで、吸気管負圧を一定に保ったまま吸気量を制御可能な負荷範囲（以下、「多筒時負荷範囲」と称する）を各回転数に対し求める。次に、気筒数が少ない状態において、吸気管負圧を多筒時負荷範囲と同等に保ったまま、開弁特性を調整することのみで、吸気量の制御を実現可能な負荷範囲（以下、「減筒時負荷範囲」と称する）を各回転数に対し求める。そして、多筒時負荷範囲と減筒時負荷範囲との重複部分を切換可能領域に設定する。スロットル弁によって吸気管負圧を制御可能である場合には、かかる切換可能領域を、吸気管負圧をパラメータとする種々の運転条件ごとに求めてもよい。
【０００８】
切換可能領域は、このように種々の吸気管負圧に対して求めることが可能である。この中では、気筒への吸気管の内部が大気圧となっている条件下で設定された領域を制御に適用することが好ましい。吸気管の内部が大気圧である場合には、気筒数変更および開弁特性変更による吸気管負圧への影響が比較的小さく、安定して吸気量を制御することができる。切換可能領域は、吸気管の内部が大気圧の状態で設定されればよく、必ずしもスロットル弁が全開の状態で設定されている必要はない。
【０００９】
切換可能領域が吸気管の負圧に応じて設定されている場合には、負圧に応じて切換可能領域に広狭が生じる。従って、要求回転数および要求負荷が切換可能領域内に入るよう、最初に吸気管の負圧を制御し、切換可能領域に入った後、気筒数を変更してもよい。吸気管の負圧は、例えば、スロットル弁の開度によって制御することができる。このように複数の切換可能領域を使い分けることにより、広範囲の運転状態で、切換時のトルクショックを抑制することが可能となる。
【００１０】
第１の制御においては、例えば、スロットル弁の開度を固定しつつ、要求回転数および要求負荷に応じて開弁特性および燃料噴射量を制御することにより、気筒数の変更を行うことができる。かかる制御によれば、吸気管負圧をほぼ一定に保った状態で、開弁特性により吸気量を制御して、気筒数の変更時におけるトルクショックを抑制することができる。
【００１１】
本発明の第２の制御は、まず、要求回転数および要求負荷に応じて、作動気筒の数の変更後に要求される各気筒の吸気量を実現するよう、吸気管の負圧を制御する。そして、かかる負圧の制御における応答遅れを補償するよう各気筒の吸気弁の開弁特性を制御する。開弁特性は、吸気管負圧よりも応答性が高いため、かかる制御により負圧の応答遅れに起因するトルクショックを抑制することができる。
【００１２】
第２の制御では、併せて、応答遅れを補償するよう各気筒の点火時期を制御してもよい。この場合、例えば、点火時期による補償よりも開弁特性による補償を優先的に使用する方が、燃焼の安定性、制御の精度、補償可能な範囲などの観点から好ましい。
【００１３】
本発明の第３の制御は、移動体に搭載され、複数の気筒を備える内燃機関を制御対象とする。可変動弁機構の有無は問わない。移動体には、例えば、車両、船舶、航空機などが含まれる。かかる内燃機関について、第３の制御では、まず、内燃機関の運転状態が、作動気筒の数を変更すべき所定の条件を満たすか否かを判定するとともに、移動体が加速または減速しているか否かを判定する。そして、加速または減速中にのみ作動気筒の数の変更を行う。このように加速または減速と同期させて気筒数の変更を行うことにより、変更時にトルクショックが生じたとしても、移動体の搭乗者に与える違和感を軽減することができる。
【００１４】
本発明の第４の制御では、例えば、移動体が加速中である場合には、例えば、気筒数の変更前後で作動気筒の燃焼行程が連続するタイミングで気筒数の変更を行う。逆に、移動体が減速中である場合には、例えば、気筒数の変更前後で作動気筒の燃焼行程と休止気筒の燃焼行程とが連続するタイミングで気筒数の変更を行う。このように切換のタイミングを選択することにより、切換時に生じる各気筒の出力変化が、加速または減速の体感に沿うようになり、搭乗者の違和感を軽減することができる。
【００１５】
本発明においては、第１〜第４のいずれの制御を適用するかに関わらず、燃料噴射量および開弁特性の双方が未設定のいずれかの気筒に対する制御を開始するタイミングで気筒数を変更することが好ましい。例えば、いずれかの気筒について燃料噴射量を設定した時点で、気筒数を切り換えるべき条件が、成立した場合には、その気筒については気筒数変更前の条件で運転し、次に燃料噴射量等を設定する気筒から変更後の条件を適用することが好ましい。気筒数変更前後によって、各気筒に要求される出力が相違し、吸気量、燃料噴射量等が異なるため、燃料噴射量および吸気弁の双方が未設定の気筒についての制御開始時から条件を変更することにより、燃焼の不安定化を回避することができる。
【００１６】
本発明は、上述した制御を実現するための内燃機関の制御装置、かかる制御装置を備えた内燃機関、内燃機関の制御方法など種々の態様で構成することができる。また、上述した第１〜第４の制御は、適宜、組み合わせて適用可能である。例えば、第１の制御による切り換えを行うことができない運転状態において、第２の制御および第３の制御を用いるようにしてもよい。異なる制御を適用することにより、広汎な運転状態で気筒数の変更を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、以下の順序で説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．気筒数変更制御：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．変形例：
【００１８】
Ａ．装置構成：
図１は実施例としてのエンジンシステムを示す説明図である。本実施例のエンジンシステムは、車両に搭載された４気筒のガソリンエンジンと、その運転を制御する制御ユニット１００から構成される。図中では、説明の便宜上、ガソリンエンジンの各気筒に、＃１〜＃４の記号を付した。
【００１９】
制御ユニット１００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに備えられたプログラムに従って、ソフトウェア的にガソリンエンジンの動作を制御する。制御ユニット１００には、この制御を行うために種々の信号が入出力される。図中では、代表的なもののみを示した。入力信号としては、アクセル開度センサ２１によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量、回転数センサ２３によって検出されるエンジンの回転数などが含まれる。出力信号については、エンジンの構成と併せて順次説明する。
【００２０】
＃１の気筒を例にとって、エンジンの構造を説明する。エンジンは、燃焼室で燃料を燃焼させて動力を出力する。燃焼室に空気を吸入するための吸気管１７には、吸気弁１１が設けられている。空気は、吸気弁１１が開いている間、燃焼室に導入される。本実施例では、吸気弁１１の開閉は、制御ユニット１００からの制御信号に基づき、アクチュエータ１４によって制御される。
【００２１】
吸気管１７には、燃料を噴射するためのインジェクタ１６が設けられている。本実施例では、吸気管１７に燃料を噴射するポート噴射タイプのエンジンを例示しているが、いわゆる直噴タイプのエンジンを用いても構わない。制御ユニット１００は、吸入空気量に応じてインジェクタ１６を制御し、正常な燃焼が行われるよう適量の燃料を噴射させる。
【００２２】
燃焼室内には、点火プラグ１３が設けられている。燃料と空気との混合気は、燃焼室内で圧縮された後、点火プラグ１３によって点火される。制御ユニット１００は、エンジンの回転数、要求負荷等に応じて、点火時期を制御する。
【００２３】
燃焼後の排気は、排気管１８から排出される。排気管１８には、排気弁１２が設けられている。排気弁１２の開閉は、アクチュエータ１５によって制御される。
【００２４】
煩雑化を避けるため、図示を省略したが、＃２〜＃４の気筒も、＃１と同様の構造である。
【００２５】
エンジンから出力される動力は、燃焼室への吸気量によって変動する。本実施例では、吸気量は、２通りの方法で制御される。一つは、吸気管１７の負圧である。＃１〜＃４の吸気管は、上流でインテークマニホールドに接続されている。インテークマニホールド内には、スロットル弁２２が設けられている。制御ユニット１００がスロットル弁２２の開度を制御すると、吸気管の負圧が変動し、吸入空気量が変動する。例えば、スロットル弁２２がほぼ全開の場合には、吸気管内は大気圧となり、燃焼室内に吸気されやすくなるため、吸気量が大きくなる。スロットル弁２２を絞ると、吸気管内は大気圧よりも低い負圧となるため、燃焼室への吸気量は抑制される。なお、エンジンの制御においては、一般に吸気管の圧力と大気圧との差分を意味する吸気管負圧という用語が用いられるが、本実施例では、制御に伴う吸気管内の圧力の変化、大小関係などに誤解が生じることを避けるため、「吸気管圧力」を用いて制御内容を説明する。
【００２６】
本実施例においては、スロットル弁２２の開度の他、吸気弁１１が開いている期間によっても吸気量が制御可能である。図２は吸気弁および排気弁の動作を示す説明図である。クランク角度を用いて、それぞれの弁が開いている期間を示した。ピストンが上死点（ＴＤＣ）にある状態から、図中で時計回りに回転し、下死点（ＢＤＣ）に至るまでの期間が、吸気行程に相当する。ＢＤＣからＴＤＣに至る期間が、排気行程に相当する。排気弁が開いている期間は、図中の塗りつぶしの矢印で示した範囲であり、本実施例では固定されている。
【００２７】
吸気弁が開いている期間は、図中の白抜きの矢印で示した範囲である。以下、この範囲を作用角と呼ぶ。図中に実線と破線で示すように、本実施例では、アクチュエータ１４を制御することにより、作用角の大きさを変更することができる。また、吸気弁が開き始めるタイミング、即ち位相も変更することができる。作用角が大きい場合には、有効な吸気行程が実質的に長くなるから、吸気量が増大する。作用角が小さい場合には、有効な吸気行程が実質的に短くなるから、吸気量が低減する。
【００２８】
スロットル開度による吸気量の制御は、比較的応答性が低いという特徴がある。スロットル開度を変化させても吸気管圧力が変わるまでには時間遅れがあるからである。これに対し、作用角による吸気量の制御は、非常に応答性が高いという特徴がある。吸気量は、作用角の他、吸気弁のリフトアップ量によっても制御することができる。以下、実施例では、作用角による制御を行う場合を例示するが、作用角に代えて、または作用角とともにリフトアップ量を制御するものとしてもよい。
【００２９】
以上で説明した構造を有するエンジンに要求される負荷に応じて、本実施例では、２つの運転状態を切り換える。一つは、４気筒全てで燃焼を行わせて動力を出力する運転状態（以下、「全筒運転」と称する）であり、もう一つは、２気筒のみで燃焼を行わせて動力を出力する運転（以下、「減筒運転」と称する）である。減筒運転時には、動力を出力する２つの気筒（以下、作動気筒と称する）には、燃料の供給および点火を行う。残りの２つの気筒（以下、休止気筒と称する）については、燃料供給を停止し、点火も行わない。本実施例では、気筒＃２、＃３を休止気筒とし、＃１、＃４を作動気筒として減筒運転を行う。運転状態などに応じて、休止気筒、作動気筒を変更してもよい。
【００３０】
Ｂ．気筒数変更制御：
制御ユニット１００は、予め用意されたマップを参照して、全筒運転と減筒運転との切り換えを行う。図３は切り換え用のマップを例示する説明図である。図の下方に示す通り、本実施例では、エンジンの回転数および負荷率との関係で、切り換えを行うべき領域を定義するマップとなっている。
【００３１】
負荷率については、図の上方に定義を示した。図示する通り、エンジンから出力されるトルクは、回転数に応じて変動する。曲線ＵＬ４Ｓは、全筒運転時の最大トルクを示している。曲線ＵＬ２Ｓは、減筒運転時の最大トルクを示している。負荷率とは、全筒運転時の最大トルクに対する割合である。例えば、回転数Ｎｅの場合、全筒運転時の最大トルクがＴ４、減筒運転時の最大トルクがＴ２とすると、減筒運転時の負荷率は、Ｔ２／Ｔ４となる。最大出力は、気筒数にほぼ比例するから、減筒運転時の最大トルクの負荷率は約５０％となる。同様にして、エンジンから出力される種々のトルクは、各回転数における曲線ＵＬ４Ｓの値で除することによって、負荷率に換算することができる。
【００３２】
次に、切り換え用のマップの設定方法について説明する。全筒運転時に、回転数一定で、最大トルクから負荷率を低減していく場合を考える。先に説明した通り、トルクは、スロットル弁２２の開度と、吸気弁１１の作用角で制御可能である。最大トルクの出力時は、スロットル弁２２は、ほぼ全開に近く、作用角も最大である。この状態から、吸気管圧力は固定で、作用角を徐々に小さくすることにより、負荷率を低減することができる。作用角が最小値に達した時に得られる負荷率を、図中に直線Ｌ４で示した。直線Ｌ４よりも小さい負荷率は、スロットル弁２２の開度を絞ることで実現される。つまり、直線Ｌ４は、吸気管圧力固定で、作用角のみによって負荷率を制御可能な領域と、スロットル弁２２の開度によって吸気管圧力を変化させることで負荷率を制御可能な領域との境界となる。換言すれば、この境界は、吸気管圧力が一定という条件の下で作用角最小の状態で得られる負荷率を意味する。
【００３３】
減筒運転時についても、同様の境界Ｌ２が得られる。減筒運転時には、直線ＵＬ２Ｓで示す通り、５０％近傍に、出力可能な上限負荷率も得られる。本実施例では、こうして得られる境界線Ｌ４，Ｌ２，ＵＬ２Ｓで囲まれる領域Ａを、切換可能領域と設定した。この領域は、全筒運転時および減筒運転時の双方において、作用角のみで負荷率を制御可能な領域である。
【００３４】
かかる領域は、吸気管圧力が大気圧の時だけに限らず定義可能である。吸気管圧力が大気圧よりも低い場合には、全筒運転時の境界線はＬ４から、低トルク側のＬ４ａに移行する。同様に、減筒運転時の境界線もＬ２から、低トルク側のＬ２ａに移行する。併せて、減筒運転時の最大負荷率も図中の破線に移行する。従って、吸気管圧力が大気圧よりも低い場合には、領域Ｂが新たに作用角のみで負荷率を制御可能な領域となる。一方、領域Ａのうち、破線よりも上の部分は、実現できない領域となる。このように、切換可能領域は、吸気管圧力に応じて求めることができる。一般には、吸気管圧力が低くなるにつれて、切換可能領域は、低トルク、高回転数側に広がることがわかる。
【００３５】
図４は気筒制御処理のフローチャートである。制御ユニット１００のＣＰＵが、図３に示したマップを参照しながら、エンジンの運転中に繰り返し実行する処理である。この処理は、エンジンの運転状態に応じて気筒数の変更を行うための処理であり、全筒運転時および減筒運転時に、それぞれ要求された回転数および負荷を出力するための制御は、別途行われる。所望の出力を行うための吸気量、燃料噴射量、点火時期などの制御は、周知の技術であるため、説明を省略する。
【００３６】
この処理では、まず、制御ユニット１００は、エンジンの要求回転数および負荷を入力する（ステップＳ１０）。要求回転数は、回転数センサ２３の出力値を用いることができ、要求負荷はアクセル開度に基づいて設定することができる。
【００３７】
次に、制御ユニット１００は、気筒数の変更の可否を判断する（ステップＳ１２）。この判断には、図３に示したマップが用いられる。図中に、マップを併せて示した。先に説明した通り、切換可能領域は、吸気管圧力に応じて設定される。ここでは、吸気管圧力θ１、θ２、θ３の３段階を例示した。吸気管圧力θ１ではスロットルがほぼ全開で、吸気管内が大気圧となっているものとする。
【００３８】
吸気管圧力θ１に対する切換可能領域は、図中にハッチングを付した領域Ａである。要求回転数および要求負荷（以下、両者を「運転ポイント」と総称する）が、領域Ａ内に存在する場合（例えば、図中の点Ｐ１）、制御ユニット１００は気筒数を切り換えるべきと判断する。同様に、運転ポイントが点Ｐ２に相当する場合、制御ユニット１００は、吸気管圧力をθ２に絞った状態で、切り換えるべきと判断する。運転ポイントＰ３については、吸気管圧力をθ３に絞った状態で、切り換えるべきと判断する。一方、要求された運転状態が、マップ中の切換可能領域に存在しない場合には、制御ユニット１００は、気筒数の切換を行うべきではないと判断する。
【００３９】
気筒数を切り換えるべきとの判断が、全筒運転中に行われれば、制御ユニット１００は減筒運転への切り換えを行うべきと判断する。また、全筒運転すべきとの判断が、減筒運転中に行われれば、制御ユニット１００は全筒運転への切り換えを行うべきと判断する。気筒数の切換が頻繁に行われるのを回避するために、切換の判断には、適宜、ヒステリシスを設けてもよい。また、運転状態が切換可能領域内に存在するか否かに加えて、従前の運転状態の変化など別の条件を考慮して判断してもよい。
【００４０】
本実施例では、３段階の吸気管圧力に対してマップを用意した場合を例示したが、吸気管圧力θ１、即ちスロットル全開に対するマップのみを用いるものとしても構わない。３段階以上の吸気管圧力に対してマップを用意しても構わない。
【００４１】
気筒数を変更すべきと判断されると（ステップＳ１４）、制御ユニット１００は、まずスロットル開度と作用角によって、作動気筒数およびトルクを維持したまま、吸気管圧力の制御を行う（ステップＳ１６）。運転ポイントＰ１で切換を行う場合には、気筒数を切り換える前に、吸気管圧力をθ１にし、作用角を制御して、運転ポイントＰ１の状態を達成する。同様に運転ポイントＰ２での切換時には吸気管圧力をθ２にし、運転ポイントＰ３での切換時には吸気管圧力をθ３にする。ここでは、吸気管圧力の制御に伴うトルクショックを抑制するため、スロットル開度および作用角は、十分緩やかに変化させることが好ましい。吸気管圧力の変更が達成されると、制御ユニット１００は、気筒数を変更して（ステップＳ１８）、気筒数制御処理を終了する。気筒数を変更すべきでないと判断された場合には（ステップＳ１４）、スロットル開度の制御および気筒数の変更はスキップされる。
【００４２】
図５は気筒数変更処理のフローチャートである。気筒制御処理（図４）のステップＳ１８に相当する処理である。気筒数を切り換える場合には、切換前後で、各気筒について、吸気量および燃料噴射量などのパラメータを変更する必要がある。制御ユニット１００は、これらのパラメータを変更する気筒（以下、切換気筒と称する）を設定する（ステップＳ２０）。切換気筒は、燃料噴射量および吸気量、即ち作用角が共に未設定の気筒を選択するものとした。
【００４３】
図中に切換気筒の選択方法を併せて示した。本実施例では、＃１→＃３→＃４→＃２の順に、燃焼が行われるようエンジンが構成されているものとする。図示を省略したが、燃焼行程は、排気行程の直前に行われる。燃焼行程および排気行程と同期して、各気筒の吸気管では燃料の噴射が行われる。
【００４４】
＃４の気筒について噴射量が算出されるまでの区間Ｄ１において、気筒数を切り換えるべきとの判断がなされたとする。この時点では、図示する通り、＃１の気筒はすでに吸気行程に入っており、＃３の気筒では燃料の噴射が行われている。従って、これらの気筒については、気筒数変更後の条件で、燃料噴射量および吸気量を設定することができない。そこで、制御ユニット１００は、これらのパラメータが未設定である＃４の気筒を切換気筒に設定する。同様にして、＃２の噴射量が算出されるまでの区間Ｄ２では、＃２の気筒が切換気筒に設定される。区間Ｄ３では＃１の気筒、区間Ｄ４では＃３の気筒が切換気筒に設定される。
【００４５】
切換気筒が設定されると、制御ユニット１００は、パラメータ、即ち燃料噴射量および作用角を設定する（ステップＳ２１）。切換気筒以後の気筒については、気筒数変更後の状態で各気筒に要求される負荷を用いてパラメータを設定する。切換気筒数以前の気筒については、気筒数変更前の状態で各気筒に要求される負荷を用いてパラメータを設定する。
【００４６】
例えば、区間Ｄ１での処理を考える。切換気筒は＃４であるから、＃４については、変更後の条件でパラメータが算出される。変更後には、＃２、＃３を休止して減筒運転を行うのであれば、＃４の気筒に要求される負荷は、変更前の２倍となる。逆に、減筒運転から全筒運転に切り換えるのであれば、＃４の気筒に要求される負荷は、変更前の半分となる。一方、切換気筒の前に燃焼される＃３については、すでに燃料噴射量が決定されているため、変更前の条件下で作用角が決定される。
【００４７】
こうしてパラメータを設定すると、制御ユニット１００は、各気筒の燃料噴射量および作用角を制御する（ステップＳ２２）。この結果、切換気筒の運転を境に、気筒数の変更が行われる。減筒運転への切換時には、作動気筒となる＃１、＃４には、全筒運転時の２倍の出力を得るための吸気、燃料噴射が行われるとともに、休止気筒となる＃２、＃３への燃料供給は停止される。全筒運転への切換時には、休止気筒となっていた＃２、＃３への燃料供給が開始されるとともに、作動気筒となっていた＃１、＃４には、減筒運転時の半分の出力を得るための吸気、燃料噴射が行われる。
【００４８】
以上で説明した実施例によれば、吸気弁の作用角のみで吸気量を制御可能な領域において、気筒数の変更を行う。従って、気筒数の変更前後で、各気筒の吸気量を応答性よく変更することができるため、切換時のトルクショックを抑制することができる。
【００４９】
Ｃ．第２実施例：
図６は第２実施例としての気筒制御処理のフローチャートである。制御対象となる装置構成は、第１実施例（図１，図２）と同じであるため、説明を省略する。第１実施例では、応答性の高い作用角のみで吸気量を制御可能な切換可能領域内で、気筒数の変更を行う場合を例示した。第２実施例では、切換可能領域とは関わりなく気筒数の切換を行うとともに、切換に伴うトルクショックを作用角、点火時期で補償する制御を例示する。
【００５０】
制御処理が開始されると、制御ユニット１００は、要求回転数、負荷を入力する（ステップＳ３０）。そして、予め設定された切換用のマップに基づいて気筒数の変更要否を判断する（ステップＳ３２）。図中に、切換用のマップを例示した。本実施例では、回転数および負荷率に応じて、減筒運転をすべき領域Ａ１が設定されている。第１実施例と異なり、領域Ａ１は、作用角のみで吸気量を制御可能であるか否かに関わらず設定して構わない。
【００５１】
エンジンの運転ポイントがＰ１からＰ２に移行する場合を考える。マップによれば、運転ポイントＰ１では減筒運転を行い、運転ポイントＰ２では全筒運転を行うことになっているから、制御ユニット１００は、エンジンの運転状態が領域Ａ１の境界点Ｐに達した時点で、減筒運転から全筒運転への切換を行うべきと判断する。逆に、運転ポイントＰ２からＰ１に移行する場合には、境界点Ｐに達した時点で、全筒運転から減筒運転への切換を行うべきと判断する。頻繁な切り換えを回避するため、ヒステリシスを設けてもよい。
【００５２】
こうして、気筒数の変更が不要と判断された場合には（ステップＳ１４）、制御ユニット１００は、以下に示す気筒数の変更処理を行って（ステップＳ１８）、気筒数制御処理を終了する。気筒数の変更不要と判断された場合には（ステップＳ１４）、気筒数の変更処理をスキップして、気筒数制御処理を終了する。
【００５３】
図７は気筒数変更処理のフローチャートである。図６のステップＳ１８に相当する処理である。本実施例では、車両が加速中または減速中に気筒数の変更を行うことにより、変更時に生じるトルクショックが搭乗者に体感されるのを抑制する。このため、制御ユニット１００は、車両が定速運転しているか否かを判断する（ステップＳ４０）。定速運転とは、ほぼ一定速度とみなすことができる程、車速の変化が小さいことを意味する。定速運転していると判断される場合には、制御ユニット１００は、ステップＳ４１の処理をスキップするが、気筒数の変更は行って、この処理を終了する。気筒数の切換は、いずれの気筒で行っても差し支えない。
【００５４】
車両が定速運転していない場合、即ち、加速または減速を生じている場合には（ステップＳ４０）、制御ユニット１００は、切換気筒の設定を行う（ステップＳ４１）。本実施例では、気筒数の切換時に生じるトルクショックが、加速または減速の体感に沿うように、切換気筒が設定される。この設定方法については、後述する。
【００５５】
制御ユニット１００は、併せて、スロットル開度の設定を行う（ステップＳ４２）。全筒運転から減筒運転に切り換える場合には、各気筒の要求出力が増えるため、スロットル開度を大きくする必要がある。逆に、減筒運転から全筒運転に切り換える場合には、各気筒の要求出力が低減するため、スロットル開度を絞る必要がある。
【００５６】
こうして、スロットル開度の設定が完了すると、ステップＳ４１で設定された切換気筒の運転から、気筒数の変更を実施する（ステップＳ４３）。その後、切換の過渡期に生じるトルクショックを作用角および点火時期の制御で補償する処理に移行する。本実施例では、作用角を優先的に使用してトルクショックを補償するものとした。
【００５７】
従って、制御ユニット１００は、まず、トルクショックを抑制するよう作用角を制御して、気筒への吸気量を制御する（ステップＳ４４）。この制御は、例えば、トルクショック、吸気量、エンジンの回転数変化などをセンサで検出し、これを補償するようフィードバック制御することができる。気筒数変更前後の吸気管圧力に応じて、各気筒に生じるトルクショックに関する予測値をマップや関数などの形式で保持しておき、この予測値に基づいて作用角を制御するものとしてもよい。
【００５８】
トルクショックが大きく、作用角のみで補償できないと判断される場合には（ステップＳ４５）、制御ユニット１００は、点火時期を制御して、トルクショックを補償する（ステップＳ４６）。例えば、出力トルクが過剰となっている場合には、点火時期を遅角させることにより、補償することができる。作用角のみでトルクショックが補償可能な場合には（ステップＳ４５）、点火時期による補償はスキップする。制御ユニット１００は、作用角および点火時期による補償を、過渡期のトルクショックが抑制され、安定的に運転が開始されるまで（ステップＳ４７）、繰り返し実行する。
【００５９】
図８は第２実施例における切換気筒の設定方法を示す説明図である。気筒数変更処理（図７のステップＳ４１）で行われる処理に相当する。先に説明した通り、本実施例では、気筒数の切換時に生じるトルクショックが、加速または減速の体感に沿うように、切換気筒が設定される。
【００６０】
左上の欄に示す通り、加速中において全筒運転から減筒運転への切換を行う際には、作動気筒が連続するように切換気筒を設定する。例えば、減筒運転時に＃１，＃４の気筒が作動気筒となる場合には、＃１または＃４のいずれかが切換気筒となる。図中では、＃１が切換気筒となる場合を例示したが、＃４を切換気筒としてもよい。こうすることにより、切換直後に加速感が得られることになり、切換時の違和感を軽減することができる。
【００６１】
左下の欄に示す通り、加速中において減筒運転から全筒運転への切換を行う際にも、作動気筒が連続するように切換気筒を設定する。減筒運転時に＃１，＃４が作動気筒となっている場合には、これらのいずれかに続いて燃焼行程が行われる気筒、即ち、＃２または＃３を切換気筒とする。かかる設定は、減筒運転時に休止運転されていた気筒を、切換気筒とすると言うこともできる。こうすることにより、切換直前に十分な加速感が得られているため、全筒運転で各気筒のトルクが低減しても、その違和感を軽減することができる。
【００６２】
右上の欄に示す通り、減速中において全筒運転から減筒運転への切換を行う際には、切換直後に休止気筒が来るように切換気筒を設定する。換言すれば、休止気筒を切換気筒として設定する。図中では＃３が切換気筒となる場合を例示したが、＃２を切換気筒としてもよい。こうすることにより、切換直後に減速感を生じることになり、切換時の違和感を軽減することができる。
【００６３】
右下の欄に示す通り、減速中において減筒運転から全筒運転への切換を行う際には、休止気筒の後に切換が行われるよう切換気筒を設定する。減筒運転時に＃２，＃３が休止気筒となっている場合には、これらのいずれかに続いて燃焼行程が行われる気筒、即ち、＃１または＃４を切換気筒とする。かかる設定は、減筒運転時における作動気筒を切換気筒とすると言うこともできる。こうすることにより、切換直前に減速感を生じた後、切換が行われることになり、切換時の違和感を軽減することができる。
【００６４】
以上で説明した第２実施例の制御処理によれば、加速または減速中に気筒数の切換を行うことにより、切換時のトルクショックが体感されるのを抑制することができる。また、図８で説明した方法で切換気筒を設定することにより、更に違和感を低減することができる。もっとも、第２実施例の制御処理においては、切換気筒の設定方法は、図８の方法に限定されるものではない。
【００６５】
第２実施例の制御処理によれば、上述の効果に加えて、切換時のトルクショックを、応答性の高い作用角および点火時期の制御により補償することができる。トルクショックの補償には、作用角の制御を点火時期の制御よりも優先的に使用することにより、各気筒の燃焼を比較的安定させておくことができる利点もある。
【００６６】
図９はトルクの補償効果を示す説明図である。時間ｔ１において、減筒運転から全筒運転に切り換える場合を例にとって、スロットル開度、吸気管圧力、トルクの時間変化を示した。全筒運転に切り換える場合には、各気筒の要求出力が低下するため、スロットル開度は絞られる。吸気管圧力の変化には応答遅れが生じるため、スロットル開度を変化させた後、時刻ｔ２になって安定する。吸気管圧力が安定するまでの期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）では、各気筒に過剰に吸気が行われることになり、トルクが過剰となる。この結果、曲線Ｃ１で示すトルクショックが生じる。本実施例では、各気筒の作用角を制御することにより、吸気量を抑制することにより、曲線Ｃ２に示すようにトルクショックを抑制する。トルクショックが完全に補償できない場合には、点火時期の制御により更にトルクを抑制する。
【００６７】
全筒運転から減筒運転に切り換える場合には、図９に示した変化と逆の現象が生じる。従って、作用角を増大し、吸気量を増やすことにより、トルクショックを抑制することができる。また、点火時期を進角することによりトルクショックを抑制することもできる。
【００６８】
第２実施例では、加速または減速中と同期させて気筒数の切換を行う処理、作用角および点火時期によるトルクショックの補償の双方を実施する場合を例示したが、これらの一方を省略してもよい。また、トルクショックの補償に関しては、作用角よりも点火時期を優先的に使用しても構わない。
【００６９】
Ｄ．変形例：
図１０は変形例としての気筒数変更処理のフローチャートである。第２実施例では、加速または減速に同期させて気筒数の切換を行う場合を例示した。変形例では、各気筒の作用角を徐々に変更することにより、トルクショックの抑制を図る。
【００７０】
処理が開始されると、制御ユニット１００は、各気筒の作用角を徐々に変更する（ステップＳ５０）。図中に作用角を変更させる様子を例示した。気筒数を減少させる場合、切換後に作動気筒となるべき気筒については、作用角θをΔθずつ増大させる。切換後に休止気筒となるべき気筒については、作用角θをΔθずつ低減させる。これにより、各気筒の出力は、図中のＣｙ１→Ｃｙ２→Ｃｙ３→Ｃｙ４の順序で変化する。作動気筒の出力をハッチング付の帯で示し、休止気筒の出力を白抜きの帯で示した。作動気筒については、区間Ｃｙ１、Ｃｙ２…のようにステップＳ５０の処理を繰り返すごとに作用角が大きくなるから、出力が徐々に増大する。休止気筒については、逆に出力が徐々に低下する。
【００７１】
一方、気筒数を増加させる場合には、切換前の作動気筒については、作用角θをΔθずつ低減させる。休止気筒、即ち切換後に再作動させるべき気筒については、作用角θをΔθずつ増大させる。これにより、各気筒の出力は、図中のＣｙ４→Ｃｙ３→Ｃｙ２→Ｃｙ１の順序で変化する。作動気筒については、区間Ｃｙ４、Ｃｙ３…のようにステップＳ５０の処理を繰り返すごとに作用角が小さくなるから、出力が徐々に低下する。再作動気筒については、逆に出力が徐々に増大する。
【００７２】
制御ユニット１００は、このように作用角を制御するとともに、燃料噴射量およびスロットル開度を併せて制御する（ステップＳ５１）。変形例では、作用角が相違する気筒が混在するため、燃料噴射量も作用角に応じて気筒ごとに算出することが好ましい。スロットル開度は、第２実施例と同様、気筒数変更後に所望される吸気管圧力を実現するよう制御すればよい。
【００７３】
以上の処理を、各気筒の作用角が限界に達するまで、繰り返し実行する（ステップＳ５２）。作用角が限界に達すると、制御ユニット１００は、気筒数の変更を行い、作用角および点火時期によるトルクショックの補償に移行する（図７のステップＳ４４）。全筒運転から減筒運転に切り換える場合、作用角を最小にしても休止気筒からはトルクが出力されているため、完全に休止させた時点で比較的小さいトルクショックが生じる可能性がある。変形例では、作動気筒の作用角および点火時期を制御することにより、このトルクショックを補償することができる。トルクショックが十分に小さい場合には、ステップＳ４４以降の処理を省略してもよい。
【００７４】
減筒運転から全筒運転に切り換える場合には、作用角が限界に達する以前に、全気筒の出力が同等となる可能性がある。従って、ステップＳ５２において、全気筒の作用角が同等となったか否かを判断し、作用角が同等となった場合に作用角の徐変を完了させてもよい。また、減筒運転から全筒運転に切り換える場合には、休止気筒の再作動を開始する時点でトルクショックが生じる可能性があるため、作用角の徐変（ステップＳ５０）に先だって、トルクショックの補償（図７のステップＳ４４〜ステップＳ４７）を行っても良い。つまり、再作動させる気筒の作用角を最小にした状態で、トルクショックの補償を行い、再作動に伴うトルクショックが安定した時点で、作用角の徐変を開始するようにしてもよい。
【００７５】
変形例の処理によれば、作用角を予め徐変させることにより、気筒数の切換に伴うトルクショックを抑制することができる。
【００７６】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、以上の制御処理はソフトウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものとしてもよい。上述の第１実施例、第２実施例および変形例の処理は、適宜、組み合わせて実行したり、運転状態に応じて使い分けたりしてもよい。例えば、エンジンの運転状態が、第１実施例で示した切換可能領域外にある場合には、第２実施例または変形例の処理によって気筒数を変更するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのエンジンシステムを示す説明図である。
【図２】吸気弁および排気弁の動作を示す説明図である。
【図３】切り換え用のマップを例示する説明図である。
【図４】気筒制御処理のフローチャートである。
【図５】気筒数変更処理のフローチャートである。
【図６】第２実施例としての気筒制御処理のフローチャートである。
【図７】気筒数変更処理のフローチャートである。
【図８】第２実施例における切換気筒の設定方法を示す説明図である。
【図９】トルクの補償効果を示す説明図である。
【図１０】変形例としての気筒数変更処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１１…吸気弁
１２…排気弁
１３…点火プラグ
１４…アクチュエータ
１５…アクチュエータ
１６…インジェクタ
１７…吸気管
１８…排気管
２１…アクセル開度センサ
２２…スロットル弁
２３…回転数センサ
１００…制御ユニット
【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】
2004076677.tif 000008
【図７】
2004076677.tif 000009
【図８】
2004076677.tif 000010
【図９】
2004076677.tif 000011
【図１０】
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