(57)【要約】【課題】可変容量エンジンにおいて、一部の気筒を停止させた第一モードから、それらの気筒を始動させる第二モードへの滑らかで且つ排出物特性を悪化させることのない移行を、簡易且つ安価な構成で達成する方法を提供する。【解決手段】少なくとも一つの気筒をその吸気弁及び排気弁を閉じることによって停止させる第一モードと、停止されていた気筒を始動させる第二モードとの間を切り替える時、停止気筒を再始動するための燃料の再導入に先立って、少なくとも一つの停止気筒において、気筒の温度を上昇させるべく、該気筒への吸気を可能とするよう吸気弁を作動させる。【選択図】図２
2007046609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を持つエンジンの制御方法において、
少なくとも一つの気筒をその吸気弁及び排気弁を閉じることによって停止させる第一モードと、停止されていた停止気筒を始動させる第二モードとの間を切り替える方法であって、
上記第一モードから上記第二モードへのモード切り替え時に、上記停止気筒を再始動させるための燃料の再導入に先立って、少なくとも一つの上記停止気筒において、該停止気筒の温度を上昇させるべく、該停止気筒への吸気を可能とするよう上記吸気弁を作動させる制御方法。
【請求項２】
上記モード切り替え時に、燃料の再導入に先立って吸気のみ可能とされる気筒の数が、エンジン状態に応じて設定される請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
上記モード切り替え時に、燃料の再導入に先立って吸気のみ可能とされる気筒の数が、エンジンに対するトルク要求及び気筒の温度の少なくとも一方に基づいて設定される請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
上記モード切り換え時に、燃料の再導入に先立って、上記吸気弁及び排気弁の両方を作動させる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の制御方法。
【請求項５】
上記モード切り換え時に、上記停止気筒の温度を上昇させるため、該停止気筒の少なくとも一つに、作動していた作動気筒と比較して少量の燃料を導入する請求項１乃至３のいずれか一つに記載の制御方法。
【請求項６】
上記モード切り換え時に、燃料の再導入に先立って、吸気のみ可能とされる気筒については吸気弁のみ作動させる一方、上記少量の燃料が導入される気筒については上記吸気弁及び排気弁の両方を作動させる請求項５に記載の制御方法。
【請求項７】
上記モード切り換え時に上記停止気筒に給気が可能とされている時間の間、上記作動気筒に追加燃料を供給する請求項１乃至６のいずれか一つに記載の制御方法。
【請求項８】
上記停止気筒を再始動させるための燃料の再導入の間、該停止気筒へ供給される燃料量を、他の作動気筒に供給される燃料量と一致するまで漸増させる請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】
上記モード切替がトルク要求に基づくときに、上記作動気筒へ供給される燃料量の増加速度を、上記停止気筒へ供給される燃料量の増加速度より速くする請求項７又は８に記載の制御方法。
【請求項１０】
上記停止気筒を再始動させるための燃料の再導入の間、該停止気筒への燃料噴射を、タイミングと量が制御された複数の噴射によって実行する請求項７乃至９に記載の制御方法。
【請求項１１】
上記停止気筒への燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを、上記エンジンに対するトルク要求に応じて設定する請求項７乃至１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
上記停止気筒への燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを、クランク角、燃焼室温度、及びNVHセンサーからの入力に基づいて設定する請求項７乃至１１に記載の制御方法。
【請求項１３】
上記他の作動気筒に対して供給される追加燃料を、上記停止気筒に噴射される燃料量が増加するにつれて減少させる請求項７乃至１２に記載の制御方法。
【請求項１４】
コンピューターに格納され、請求項１乃至１３のいずれかに記載の制御方法を上記コンピューターに実行させる車両のエンジン制御用コンピューター・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的に停止され得る気筒を持つ内燃機関（エンジン）の制御方法に関連し、より具体的には、気筒停止モードと、その後の気筒再始動モードとの間の移行を滑らかにするための制御方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン開発における最近の進歩は、可変容量エンジン（variable displacement engine:ＶＤＥ）の製造に至っている。ＶＤＥは、動力出力がエンジンの完全な使用を必要としないときに、選択的に気筒を停止することが出来る内燃機関（エンジン）である。これは、エンジンの仕事能力を小さくし、それ故、可変容量エンジンと呼ばれる。
【０００３】
ＶＤＥのコンセプトは、火花点火エンジンと圧縮点火エンジンの両方に採用可能であり、特に車両が高速道路などを走行するときに、燃料経済性の増加をもたらす。トルク要求及び、利用可能なハードウエアに応じて、多くの異なった気筒構成が実行され得る。例えば、可能な限り多くの停止気筒を備えた、４気筒、６気筒、８気筒、１０気筒及び１２気筒エンジンがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
完全作動モードと一部停止作動モードとの間を切り替えるときに、騒音及び能力において感知できる程の違いが存在する場合があり、それはドライバーの不満に繋がる。従って、作動モード間の切換を、可能な限りドライバーが認知できないように行うことが望ましい。このことに加え、可能な限り排出物を低減することが非常に望ましい。
【０００５】
これらの問題は、圧縮点火エンジンにおいて特に重要視される。ディーゼル・エンジンは、その大きな騒音で知られているが、それは近年、パイロット噴射の使用によって大幅に改善された。ディーゼル・エンジンはまた、燃料が燃焼のために導入されるときの排出物を低減させるため、燃焼室内の温度を上昇させている。
【０００６】
ディーゼルＶＤＥにおいて気筒を停止したとき、その気筒内では燃焼がなされないため該気筒のの温度が低下する。その気筒が再始動するときには、燃焼室温度が低下しているため、排出物が増加し、そしてまた、騒音レベルも増加する。一般的に、気筒を低温で始動（cold starting）すると、エンジン使用の最初の数サイクルの間、炭化水素及びＣＯ排出物のレベルが高くなる。
【０００７】
特許文献１では、エンジンの始動時に通常使用されているグロー・プラグを用いて停止気筒を加熱することにより、これと同じ問題に取り組んでいる。この解決方法は、グロー・プラグが、気筒全体を加熱するよりむしろ、単に局所的な燃焼を促進するためのホット・スポット（hot spot）を生成すべく設計されているときは、非常に低い加熱能力しか提供しない。最新の先端が細いグロー・プラグは、加熱能力及びワット量がさらに低いため、この解決方法の実行可能性をより低下させている。これらの明らかな問題に加え、特許文献１に提案されている解決方法は、グロー・プラグを加熱するために無駄な電気エネルギーが必要になるだけでなく、追加の制御装置が必要となる。
【特許文献１】国際公開第９９／００４９１９３号パンフレット
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの不利点の少なくともいくつかを軽減するため、本発明は、複数の気筒を持つエンジンの少なくとも一つの気筒を吸気弁及び排気弁を閉じることによって停止させる第一のモードと停止された気筒を始動させる第二のモードとの間を切り替えるためのエンジンの制御方法であって、停止された気筒を始動させるべく燃料が導入される前に該気筒の温度を上昇させるために、停止された気筒内に空気が入ることを許容するように吸気弁を作動させながらエンジンを循環運動させることによってモード切替を実施するエンジンの制御方法を提供する。
【０００９】
好ましくは、空気の導入が許容され且つ燃料の導入が許容されない気筒の数は、エンジンのトルク要求ペダルからの入力に依存して設定される。
【００１０】
さらに、第一モードから第二モードへのモード切り換え時に、燃料の再導入に先行して気筒の吸気弁及び排気弁の両方を作動することが好ましい。
【００１１】
停止気筒内へ空気の導入が許容され且つ燃料の導入が許容されない時間の間は、ドライバー要求に応じて供給トルクを増加させるために、エンジンの他の作動気筒に追加燃料が供給され得る。
【００１２】
好ましくは、再始動される気筒への燃料の再導入の間、噴射燃料の量を他の作動気筒に供給される燃料量と一致するまで漸増させる。
【００１３】
噴射燃料量の増加速度が、エンジンのトルク要求ペダルからの入力に依存して設定されるとき、更なる利点が提供される。
【００１４】
他の気筒、即ち作動気筒に供給される追加燃料が、停止されていた気筒への噴射燃料量が増加するにつれて漸減するときに、この方法は更に改善され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、図１に示すような通常のディーゼル・エンジンを運転する方法を提供する。最新の通常の圧縮着火エンジン10が、エンジン制御ユニット（engine control unit:ＥＣＵ）12によって制御される。ディーゼル・エンジンは、通常、ストッロルを大きく開いて運転され、エンジンの出力は、燃焼のためにエンジンに供給された燃料によって決定される。或るトルクレベルが要求されるとき、ドライバーはトルク要求ペダル即ち、アクセル・ペダル14を押し下げる。ＥＣＵ12は要求ペダル位置センサーからの信号を受け、より多くの燃料をエンジン10に噴射すべく燃料供給装置16を制御する。
【００１６】
可変容量エンジンとしての機能するために、エンジン10は、その気筒のうち少なくとも一つが停止可能でなくてはならない。
【００１７】
可変容量コンセプトの開発は、燃料供給を中断するのと同時に、停止可能な気筒の吸気弁及び排気弁を閉じることに至っている。弁を閉じることによって、吸気マニフォールド及び排気マニフォールドのそれぞれに空気を吸引及び圧送することに付随する損失を生じることなく、気筒内に残っている空気が繰り返し圧縮及び膨張される。弁を閉じることは、図１のブロック18に表わされている弁駆動制御器によって行われる。
【００１８】
弁が強制的に閉状態を保持させられているとき、新たな空気は弁を介して入っても来ないし、出ても行かない。これにより、気筒は、膨張の間に開放され圧縮の間に圧縮空気に蓄えられるエネルギーの多くを伴う空気バネとして作動する。このサイクルの間に失われるエネルギーの全ては、熱として気筒壁内に伝達される。しかしながら、圧縮の間に圧力が増加するとき、各々の上方へのストロークにおいて、ピストン・リングを通過する漏れによって少量の空気が失われる。停止モードでの長期の作動により、エンジンの循環運動の間、気筒内の圧力が大気圧を中心に振動するような、均衡レベルとなる。気筒内の空気が低減されると、圧縮の間に生成される熱は大幅に低減する。
【００１９】
いったん燃焼が止められると、気筒を暖める必要はないので、気筒内の熱損失は問題にはならない。しかし再始動時はそうではない。再始動は、トルクを増大する必要があるときに要求されるのが大抵である。要求ペダル14以外の要素も関連し得るが、再始動の必要性は、ドライバーの要求ペダル14への入力によって判定されるのが通常である。トルク要求のレベルは、状況に依存して異なり得る。例えば、高速道路を走行しているときに、気筒停止が生じることが期待され得る。高速道路上の僅かな傾斜ではトルク増大が必要であるが、別の車両を速やかに且つ安全に追い越したいときは、より大きなトルク増大が必要となる。
【００２０】
要求される出力の違いは、トルク要求に起因して再始動される気筒の数によって、或る程度まで対応され得る。例えば、１２気筒エンジンが定常走行中に４気筒モードで運転され、ドライバーがアクセル・ペダルを押し込んだとき、６気筒、８気筒、１０気筒或いは完全１２気筒モードに変えられ得る。
【００２１】
再始動される気筒の温度が過度に低下したときには、気筒の再始動に起因する問題が起こる。低温度の気筒に燃料を噴射することは、騒音、スモーク、二酸化炭素及び炭化水素排出物に関して不都合である。再始動される低温度の気筒の数が増えるほど、これらの影響が大きく現れる。
【００２２】
どの気筒の停止運転と作動運転との間の移行も、可能な限り継ぎ目無く行うのが理想的である。本発明の好ましい実施形態が、気筒の再始動に先立って、停止気筒内に可能な限り多くの熱を発生させるべくエンジンを制御するよう作動する。そのような制御は、停止されていた気筒が、停止されていなかった気筒と区別がつかなくなるまで継続する。
【００２３】
アクセル・ペダル14からの入力は、ペダル位置及び、ペダル位置変化速度の両方によって決定され得る。トルクの増加要求が示されると、ＥＣＵ12は弁駆動制御器18に制御信号を送って、吸気弁に通常作動を再開させ、空気が気筒内に入ることを可能とする。なお、この制御は停止していた気筒の全てに対して行ってもよいが、トルク要求や気筒温度に応じて、一部の停止気筒に対して行ってもよい（例えば、トルク要求が大きくなるほど、吸気のみを行う期間を有する気筒の数を小さくする。或いは、後述のように、気筒温度が高いほど、吸気のみを行う期間を有する気筒の数を小さくする。または、その両方を行う）。弁停止機構は、本技術分野の当業者にとって良く知られているので、ここで詳細を説明する必要は無い。具体的には、停止は、機械的に、電気的に、油圧的に、或いは、電気油圧的に達成され得る。
【００２４】
４ストローク毎に気筒を吸気ポートに対して開放することによって、気筒内の空気の体積は、圧縮行程の間に空気から周囲へ有用な熱が移動できる程度に維持され得る。高い圧縮は、空気の一部を強制的にピストン・リングを通過させる。排気弁を開かないことにより吸気弁が再び吸気ポートを開くまでに２回の圧縮行程が行われるため、空気のピストン・リングの通過は、４ストロークの間に２回生じるだろう。
【００２５】
エンジンの吸気弁及び排気弁を独立して停止させることが出来る弁停止装置を備えることが複雑過ぎる場合には、全ての弁を一緒に停止させ且つ再始動させることによっても、場合によっては効率が低下するかもしれないが、空気の圧縮によって熱を発生することを可能とするであろう。なお、効率が低くなるのは、排気行程が、ピストン・リングを通過せずに残っている加熱空気を押し出してしまうからである。
【００２６】
気筒内温度を更に高めるために、少量の燃料が、それを燃焼させて熱を生成させるべく、適度に導入される場合がある。好ましくは、再始動される気筒が通常の作動温度になり且つ該気筒への噴射燃料量が停止されていなかった他の気筒に供給される燃料量と同じになるまで、再始動される気筒内に噴射される燃料が、エンジンが循環運動を続ける間、徐々に増加される。
【００２７】
この方法を実施するため、燃焼ガスの除去を可能とすべく、少量の燃料が導入される気筒については、排気弁が吸気弁と共に再始動されなければならない。この作動モードにおける熱の殆どが、圧縮のみというよりはむしろ燃焼から生じるものであるため、燃料なしで吸気弁のみの作動による先の方法と比較した場合に、効率の損失はさほど大きくない。
【００２８】
停止気筒内の温度センサーが、停止気筒への燃料供給レベルを増加させるエンジンの周期を決定し得る。同様に、上述したように、燃料供給の増加速度が、アクセル・ペダル14によるトルク要求に依存し得る。その変化速度は、燃料供給が階段状に変化するほど高くなりすぎないことが重要である。そのような階段状変化は、騒音、スモーク及び排出物等の始動時の問題を解決せず、それらはドライバーに感知可能となるであろう。従って、燃料の再導入は可能な限り漸進的であることが望ましいが、これは、ドライバーに応答性が悪いと感じさせてしまうという不利な面もある。
【００２９】
この問題を解消するには、トルク要求を迅速に満足させるべくより多くのトルクを供給するために、（再始動させる気筒ではなく、）作動気筒に対する燃料供給を増加することが望ましい。
【００３０】
図２は、エンジンが一部の気筒を停止させて作動している際に要求ペダルが押し下げられたときの、イベントのシーケンスを示す。図２において、トルク要求は一点鎖線によって表わされる。トルク要求の階段状の増加の後、直ちに、作動気筒への燃料供給量が点線で示すように増加する。これは、破線で示すように、その後のトルク出力の増加をもたらす。
【００３１】
図の領域１が、停止気筒において、燃料供給が行われずに吸気弁が通常通り作動される（排気弁はハード的に又は制御的に機能しても機能しなくてもよい）期間を規定する。領域２においては、実線で示すように、停止気筒への燃料の再導入が行われる。余分の燃料は、トルク出力を更に増加させる。停止されていた気筒内に噴射される燃料の量が増加し続けるにつれて、停止されていた気筒は実質的な仕事を生じ始め、トルク出力に貢献し始める。その時点で、作動気筒への燃料供給（点線）は最大値に到達し、それから低下し始める。最終的に、全ての気筒への燃料供給レベルが、アクセル・ペダル位置によって指示されたトルク出力を生成するのに必要なレベルに一致する。
【００３２】
重大なのは、トルク出力は直ぐに反応し、ドライバーからのトルク要求に一致し続けるにもかかわらず、停止気筒内の燃料供給速度が零から全気筒に亘って一定のレベルの最終値まで増加するときに燃料供給の急な階段状変化がない点である。停止気筒が暖まるときに階段状の変化が無いことによって、車の排気管から過剰なスモークを排出することを防止できると共に、ドライバーに急な騒音の変化を感じさせることを防止でき、それどころか、エンジン状態の変化を知覚出来ないようゆっくりと進行させることができ、そして重大なことは、排出物をエンジン下流の排気装置内の後処理装置によって管理可能なレベルに留めることができる。
【００３３】
騒音の変化は、現在対処しようとしている問題の一つである。メイン噴射に先行する少量のパイロット噴射が、燃料経済性に関して低コストで、圧縮着火エンジンの音に対して大きな効果を持つことが研究によって示されている。この点を念頭において、気筒の再始動時の最初の燃料の導入のとき、燃料のメイン噴射に先行して少量のパイロット噴射を供給することが望ましい。エンジンの騒音がパイロット噴射の量及びタイミングによって決定されるので、停止気筒へ供給される燃料量が増加するときには、パイロット噴射のタイミングと量を一定にし、一方で、メイン噴射の量の増加させることで、停止されていた気筒は、感知できるレベルの騒音変化を伴うことなく、作動気筒の燃料供給に近づくことができる。
【００３４】
また、パイロット噴射の量及びタイミングは、クランク角、燃焼室温度、ペダル要求、或いは、ＮＶＨ（noise, vibration and harshness）センサーからの入力データの関数として、修正され得る。
【００３５】
これは、停止気筒への燃料の再導入の前後に、他の気筒へのパイロット噴射のタイミング及び/又は量を徐々に変えていくことによって更に改良され得る。これは、停止気筒を始動することによって生じる如何なる検出可能な変化も隠すために、ＥＣＵがエンジン全体の音を徐々に変えることを可能とするであろう。
【００３６】
エンジンの作動全体に亘って排出物を低く抑えることを確かなものとすることが目的であるが、作動温度を上げる必要がある気筒内で意図的に過度にリッチな空燃比での運転を行う可能性もある。そのような運転は、短期的には余分な不所望の排出物を生成するが、条件によっては温度回復の速度を増加して、停止気筒の再始動の間に該停止気筒から放出される排出物の総量の削減をもたらし得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用可能な、通常の可変容量エンジンの作動を表わすブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に従った、停止気筒及び作動気筒のそれぞれの燃料入力タイミングを表わすタイム・チャートである。
【符号の説明】
【００３８】
10  エンジン
12  ECU
14  要求ペダル
16  燃料供給装置
18  弁駆動制御器
20  排気装置
【図１】
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【図２】
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