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JP2004211618A - Engine control apparatus and method - Google Patents

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JP2004211618A
JP2004211618A JP2003000439A JP2003000439A JP2004211618A JP 2004211618 A JP2004211618 A JP 2004211618A JP 2003000439 A JP2003000439 A JP 2003000439A JP 2003000439 A JP2003000439 A JP 2003000439A JP 2004211618 A JP2004211618 A JP 2004211618A
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JP
Japan
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cycle
switching
engine
supercharging pressure
supercharging
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Application number
JP2003000439A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Nishida
秀之 西田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2003000439A priority Critical patent/JP2004211618A/en
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3064Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes
    • F02D41/307Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes to avoid torque shocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

【課題】4サイクル運転から2サイクル運転への切替を行なった直後に過給圧が適正でなく、トルクの急変を生じることを防止する。
【解決手段】エンジン10の運転状態が、予混合火花点火4サイクル運転を行なう領域と予混合圧縮自着火2サイクル運転を行なう領域との間で変化したとき、運転サイクルの切替に先立って、実過給圧Prを適正に制御して、運転サイクルを切り替えた後のエンジン10の運転が適正に行なわれるようにする。更に、過給圧Prの変化に伴って、吸排気バルブ132,134のバルブタイミングを調整して、シリンダ142に吸入される空気量をほぼ一定に保つようにすれば、トルクの変動は一層低減される。
【選択図】 図1
An object of the present invention is to prevent the supercharging pressure from being inappropriate immediately after switching from four-cycle operation to two-cycle operation and causing a sudden change in torque.
When the operating state of an engine changes between a region in which a premixed spark ignition four-cycle operation is performed and a region in which a premixed compression self-ignition two-cycle operation is performed, an actual operation is performed prior to switching of the operation cycle. The supercharging pressure Pr is appropriately controlled so that the operation of the engine 10 after switching the operation cycle is performed properly. Further, if the valve timing of the intake / exhaust valves 132 and 134 is adjusted in accordance with the change of the supercharging pressure Pr so that the amount of air sucked into the cylinder 142 is kept substantially constant, the fluctuation of the torque is further reduced. Is done.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼サイクルを4サイクルと2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、運転サイクルを4サイクルと2サイクルで切り替えて運転される可変サイクルエンジンが知られている。こうした可変サイクルエンジンは、広範なダイナミックレンジで運転されるエンジンにおいて、両サイクルの利点を充分に引き出そうとするものである。かかるエンジンは、例えば以下の特許文献1に記載されている。また、近年、運転サイクルに燃焼方式を組み合わせて、エンジンの性能を最大限に引き出そうとする技術が提案されている(下記特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特許第2742825号
【特許文献2】
特開平2002−256911号
【0004】
かかる技術は、予め形成した混合気をエンジンのシリンダ内に吸引してから火花点火して燃焼させる予混合燃焼方式と2サイクルおよび4サイクル運転を組み合わせ、一方、吸気行程前半に気筒内に燃料噴射を行なうことで形成された混合気を圧縮して自着火燃焼させる方式と4サイクル運転とを組み合わせて、広い運転範囲でノッキングの発生を回避しつつ、エンジンを効率良く運転しようとするものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に4サイクル運転で予混合火花点火燃焼を行ない、所定の運転条件下で、2サイクル運転で予混合圧縮自着火燃焼を行なわせると、両燃焼方式の切替時に不具合が発生しやすいという問題が見い出された。特に、吸気系にターボチャージャやスーパチャージャなどの過給器を設けたエンジンでは、通常2サイクル運転時にのみ過給を行なうため、運転サイクルの切替直後の過給圧を適正に制御できないことがある、と言う問題が見い出された。
【0006】
本発明の装置は、こうした問題を解決し、可変サイクルエンジンにおいて燃焼方式の切替をスムーズ行なうことを目的としてなされた。
【0007】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明の第1のエンジン制御装置は、
燃焼サイクルを火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する装置であって、
前記エンジンの吸気を過給する過給手段と、
前記4サイクル運転から前記2サイクル運転への切替要求が生じたとき、該運転サイクルの切替に先だって、前記過給手段を制御して過給圧を増加する切替時過給圧増加手段と
を備えたことを要旨としている。
【0008】
このエンジン制御装置によれば、4サイクル運転から2サイクル運転への切替要求が生じたとき、運転サイクルの切替に先立って過給圧を増加するから、2サイクル運転に切り替えられた時点では、エンジンの吸気の圧力は2サイクル運転に必要な圧力に向けて高められている。従って、運転サイクルの切替直後の過給圧は高められ、2サイクル運転をスムーズに開始することができる。なお、本明細書における圧縮自着火燃焼は、予め形成された混合気(予混合気)を圧縮して自着火させる燃焼方式を意味している。こうした混合気は、吸気行程において筒内に燃料噴射を行なうことによって形成しても良いし、吸気ポート等に燃料を供給することで形成しても良い。
【0009】
かかるエンジン制御装置では、過給圧を増加する際、前記エンジンの吸入空気量を制御して、エンジンの出力トルクの増加を抑制することができる。こうすれば、運転サイクルの切替時に過給によりトルクが不慮に増加するということがない。こうしたエンジントルクの変動を抑制する手段としては、過給圧の増加に伴い、吸気バルブの開弁期間を所定期間に亘って短縮するものを採用することができる。吸気バルブの開弁期間を短縮すれば、過給圧の増加により気筒に吸入される空気量の増加という現象を減殺できるからである。吸気バルブの開弁期間の短縮は、吸気バルブの開弁タイミングを遅めることによって、吸気バルブの閉弁タイミングを早めることによって、あるいはその双方によって、実現することができる。また、エンジントルクの増加を抑制するには、空燃比を所定期間に亘ってリーンに制御する構成、あるいは点火時期を遅角側に制御する構成なども考えることができる。
【0010】
本発明の第2のエンジン制御装置は、
燃焼サイクルを火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する装置であって、
前記エンジンの吸気を過給する過給手段と、
前記2サイクル運転から前記4サイクル運転への切替要求が生じたとき、該運転サイクルの切替に先だって、前記過給手段を制御して過給圧を低減する切替時過給圧低減手段と
を備えたことを要旨としている。
【0011】
このエンジン制御装置によれば、2サイクル運転から4サイクル運転への切替要求が生じたとき、運転サイクルの切替に先立って過給圧を低減するから、4サイクル運転に切り替えられた時点では、エンジンの吸気の圧力は4サイクル運転に必要な圧力に向けて低減されている。従って、運転サイクルの切替直後の過給圧は低減され、4サイクル運転をスムーズに開始することができる。
【0012】
かかるエンジン制御装置では、過給圧を低減する際、前記エンジンの吸入空気量を制御して、エンジンの出力トルクの低下を抑制することができる。こうすれば、運転サイクルの切替時に過給によりトルクが不慮に低下するということがない。こうしたエンジントルクの低下を抑制する手段としては、過給圧の低減に伴い、吸気バルブの開弁期間を所定期間に亘って拡大するものを採用することができる。吸気バルブの開弁期間を拡大すれば、過給圧の低減により気筒に吸入される空気量の減少という現象を減殺できるからである。吸気バルブの開弁期間の拡大は、吸気バルブの開弁タイミングを早めることによって、吸気バルブの閉弁タイミングを遅めることによって、あるいはその双方によって、実現することができる。また、エンジントルクの低下を抑制するには、空燃比を所定期間に亘ってリッチに制御する構成、あるいは点火時期を進角側に制御する構成なども考えることができる。なお、エンジン制御装置は、第1の発明と第2の発明を共に実施するものとしても良い。
【0013】
上記の発明は、エンジンの制御方法として把握することも可能である。即ち、本発明の第1のエンジン制御方法は、
燃焼サイクルを火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する方法であって、
前記4サイクル運転から前記2サイクル運転への切替要求が生じたとき、前記エンジンの吸気の過給圧を増加し、
その後、前記要求された運転サイクルの切替を行なうこと
を要旨としている。
【0014】
また、第2のエンジン制御方法は、
燃焼サイクルを火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する方法であって、
前記2サイクル運転から前記4サイクル運転への切替要求が生じたとき、前記エンジンの吸気の過給圧を低減し、
その後、前記容器有された運転サイクルの切替を行なうこと
を要旨としている。
【0015】
これらの方法によれば、いずれもまず過給圧の制御を行ない、それから運転サイクルの切替を行なっており、運転サイクルが切り替えられた後のエンジンを適正な過給圧において運転することができるのは、上述したエンジン制御装置の発明と同様である。
【0016】
【発明の他の態様】
本願発明は、種々の気筒数のエンジンに適用することができる。また、エンジンは自動車用に限らず、船舶や航空機などのエンジンに適用することも可能である。更に、本願発明は、上述したエンジンの制御装置のみならず、係る制御装置を搭載した移動機器(車両など)として把握することも可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
(1)実施例の全体構成:
はじめに、実施例の構成について図1を用いて説明する。図1は、第1実施例のエンジン10とその制御装置であるエンジン制御用ユニット(以下、ECUという)30とを示す概略構成図である。このエンジン10は、後述するように、4サイクル運転と2サイクル運転とを切り替えて運転可能なタイプである。このガソリンエンジン10は、3つの気筒♯1ないし♯3を備える。これらの気筒は、4サイクル運転の場合には、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の4つの行程を繰り返しながら燃焼室内で混合気を燃焼させて、そのときに発生する燃焼エネルギを機械的仕事に変換して動力として出力する。他方、2サイクル運転される場合には、吸入・圧縮行程と、爆発・掃気行程の2つの行程を繰り返しながら、混合気を燃焼させて、動力を得ている。
【0018】
ガソリンエンジン10の燃焼室は、シリンダブロック140内に設けられた円筒形のシリンダ142と、シリンダ142内を上下に摺動するピストン144と、シリンダブロックの上部に設けられたシリンダヘッド130などによって形成されている。ピストン144は、コネクティングロッド146を介してクランクシャフト148に接続されている。ピストン144は、クランクシャフト148の回転に応じてシリンダ142内を上下に摺動する。
【0019】
この燃焼室内には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁14と、噴射した燃料に点火するための点火プラグ136とが設けられている。また、各燃焼室には、吸入空気を取り入れるための吸気通路12と、燃焼室内で発生した燃焼ガスを排出するための排気通路16などが接続されている。以下、吸気系と排気系の構成について説明する。
【0020】
吸気通路12には、上流側から、塵埃の除去を行なうエアクリーナ20、吸入空気量Qを検出するエアフロメータ13、過給器50のコンプレッサ54、過給により上昇した吸気温度を低下するインタクーラ62、吸入空気量を制御するスロットルバルブ22、吸気の脈動を緩和するサージタンク60が設けられている。また、吸気通路12には、吸気温度TAを検出する吸気温度センサ15や吸気管圧力を検出する圧力センサ23、が設けられている。ECU30からの制御を受けて電動アクチュエータ24がスロットル弁22を適切な開度に制御することで、燃焼室内に吸入される空気量が調整される。
【0021】
吸気通路12が接続されたシリンダヘッドには、上述した燃料噴射弁14の他、吸気バルブ132、排気バルブ134、点火プラグ136などが設けられている。各燃焼室に設けられた燃料噴射弁14には、図示しない燃料ポンプで高圧に加圧された燃料が供給されている。吸気バルブ132および排気バルブ134には、それぞれ電動アクチュエータ162,164が設けられており、両バルブ132,134は、通常のカム機構ではなく、電動アクチュエータ162,164で駆動されている。これら電動アクチュエータ162,164は、円盤状の電歪素子を複数枚積み重ねた構造となっている。ECU30から信号を出力して、電歪素子に印加する電圧を変更することにより、電動アクチュエータ162,164は、任意のタイミングでそれぞれの吸気バルブ132および排気バルブ134を開閉することが可能である。このため、本実施例における各気筒のバルブの開弁期間(開弁タイミングから閉弁タイミングまでの期間)は、自由に制御することができる。例えば、排気バルブ134を排気行程において開き、その後一旦閉じてから、吸気行程において短時間再度開弁するといったことも可能である。各バルブ132,134の開閉弁タイミングについては、後で詳しく説明する。
【0022】
排気通路16の下流には、過給器50の排気側タービン52を介して、触媒26が設けられている。触媒26は、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための公知の触媒である。この他、排気通路16には、過給圧を制御するためのウェイストゲートバルブ25、排気の状態から燃焼室における混合気の空気過剰率λを検出する空気過剰率センサ28、あるいは排気温度TBを検出する排気温度センサ29などが設けられている。ウェイストゲートバルブ25は、その開度を調整することにより、過給器50の排気側タービン52に供給される排気ガスを調整し、結果的に、吸気側タービン54により過給状態、即ち過給圧を制御することができる。ウェストゲートバルブ25は、ECU30により、その開度を制御されている。
【0023】
ECU30は、過給圧のみならず、ガソリンエンジン10の動作全体を制御するものである。ECU30は、CPUや、RAM、ROM、A/D変換素子、D/A変換素子などをバスで相互に接続して構成された周知のマイクロコンピュータである。ECU30は、エンジン回転速度Ne やアクセル開度θacを検出し、これらに基づいて電動アクチュエータ24を駆動して、スロットル弁22を適切な開度に制御する。エンジン回転速度Ne は、クランクシャフト148の先端に設けたクランク角センサ32によって検出することができる。アクセル開度θacは、アクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ34によって検出することができる。また、ECU30は、エアフロメータ13を用いて検出した吸入空気量Qに基づいて、燃料噴射弁14を適切なタイミングで駆動することにより、燃焼室内に適切な量の燃料を適切なタイミングで供給する。更に、排気通路16に空気過剰率センサ28が設けられていることから、空気過剰率センサ28からの出力に基づいて、燃料噴射弁14の駆動時間あるいはスロットル弁22の開度を制御することで、燃焼室内に形成する混合気の空気過剰率が適切な値となるように制御することも可能である。
【0024】
また、ECU30は、点火プラグ136に火花を形成するタイミングを制御する点火時期制御や、吸気バルブ132,排気バルブ134の開閉弁タイミングの制御も行なっている。本実施例では、予混合火花点火燃焼を行なう4サイクル運転と、圧縮自着火燃焼を行なう2サイクル運転とを切り替えて、エンジン10を運転するので、ECU30は、4サイクル運転では点火時期制御も行なってる。吸排気バルブ132,134の開閉弁タイミングの制御は運転サイクルにより大きく異なる。以下、燃焼サイクルと吸排気バルブ132,134の開閉弁タイミングの制御、特に運転サイクルの切替過渡時の制御について、詳しく説明する。
【0025】
(2)運転サイクル:
本実施例のガソリンエンジン10は、エンジンの運転領域に応じて、2サイクル運転と4サイクル運転とを切り換える。すなわち、エンジン負荷が比較的低い領域では、熱効率の高い2サイクル運転を行ない、エンジン負荷の高い領域では、高速回転が容易な4サイクル運転を行なう。2サイクル運転を行なう場合と、4サイクル運転を行なう場合とでは、ピストンの動きに対するバルブの開閉時期が異なっているが、このガソリンエンジン10では、電動アクチュエータ162,164で吸気バルブ132および排気バルブ134を駆動しているので、これらバルブを開閉時期を容易に切り換えることができることは既に説明した。
【0026】
図2は、本実施例において、ECU30が、エンジン回転速度および負荷に応じて運転条件を切り換える様子を概念的に示した説明図である。図中でハッチングを付した領域が4サイクル運転を行なう領域であり、ハッチングが付されていない領域が2サイクル運転を行なう領域である。以下、圧縮自着火燃焼による2サイクル運転について説明する。公知の4サイクル運転条件については、詳しい説明は省略する。
【0027】
図3は、ガソリンエンジン10の低負荷条件時における動作を概念的に示した説明図である。4サイクル式のガソリンエンジンとは異なり、2サイクル式のガソリンエンジンは掃気行程と呼ばれる行程を有している。更に、2サイクルエンジンは、クランクシャフト148が1回転する間に全ての行程を一巡する点でも4サイクルエンジンとは異なっている。図3(a)〜(f)には、2サイクルエンジンの膨張行程、排気行程、掃気行程(前記および後期)、吸気行程、圧縮行程のそれぞれの行程が概念的に示されている。2サイクルエンジンでは、シリンダ142内でピストン144を上下動させながら、吸気バルブ132および排気バルブ134の2つのバルブを適切なタイミングで開閉させることにより、これらの行程を次々と切り換えていく。ピストンの動きに伴う吸気バルブ132,排気バルブ134の開閉状態も、図3には、模式的に示してある。
【0028】
説明の都合上、燃焼室内の混合気を燃焼させた状態から説明する。混合気を燃焼させると、燃焼室内には高圧の燃焼ガスが発生してピストン144を押し下げようとする。図3(a)に示すように膨張行程では、ピストン144を降下させながら、燃焼室内で発生した圧力をトルクに変換して動力としてクランクシャフト148に出力する。ピストン144がある程度まで降下したら、適切なタイミングで排気バルブ134を開く。燃焼室内には、燃焼ガスが未だ高い圧力のまま閉じこめられているから、ピストン144の降下中でも、排気バルブ134を開くことにより燃焼ガスを排出させることができる(図3(b)参照)。
【0029】
続いて、適切なタイミングで吸気バルブを132開くと、過給器50によって加圧された吸気通路12内の空気が流入し、燃焼室内に残っている燃焼ガスを押し出すようにして排気バルブ134から排出させる(図3(c)参照)。図において、ハッチングが付されている部分は、燃焼ガスが残存している領域を示しており、ハッチングを付されていない部分は、吸入空気が流入した領域を表している。このように、吸入空気で押し出すようにして燃焼室内から燃焼ガスを排出させる動作は「掃気」と呼ばれる。また、掃気を行なう行程は掃気行程と呼ばれる。2サイクルエンジンでは、吸気通路内が加圧されているので、ピストン144が下死点(以下、BDCとも言う)を過ぎて上昇に転じても、なお燃焼室内の燃焼ガスを掃気することができる。図3(d)は、掃気行程の後半にピストン144を上昇させながら、燃焼室内を掃気している様子を概念的に示している。2サイクル運転では、このタイミングで燃料噴射弁14を開弁して、所定量の燃料を噴射する。この結果、筒内には混合気が形成される。
【0030】
掃気の進行と混合気の形成に伴って、図3(e)に示すように、排気バルブ134は閉じられるが、燃焼室内の圧力が吸気通路内の圧力に達するまでは、吸気バルブ132を介して吸入空気がなお流入する。燃焼室内圧力が吸気通路内の圧力に達したタイミングを見計らって、吸気バルブ132を閉じる。すると、ピストン144の上昇に伴って、燃焼室内の混合気は圧縮される(図3(f)参照)。圧縮された混合気は自着火し、爆発燃焼を起こす。こうして運転サイクルは図3(a)に戻り、再び、膨張・排気行程から運転が繰り返される。なお、本実施例のガソリンエンジン10では、2サイクル運転では、図4に示すようにピストンの下死点(BDC)前、約30°のタイミングで、吸気バルブ132を開いている。また、この実施例では、燃料噴霧の噴射期間はピストンの下死点(BDC)付近から排気バルブ134が閉じる直前までの期間、具体的には、掃気行程の下死点前20度から下死点後60度の範囲内で設定された適切な期間に設定されている。
【0031】
燃料を噴射後、所定のタイミングで排気バルブ134を閉じた後は、図3(e)に示すように、吸気バルブ132から加圧された空気が燃焼室内に流入する。排気バルブ134を閉じるタイミングEXC1は、ピストンの下死点(BDC)後、約20°〜約50°の範囲で好適に設定することができる(図4参照)。掃気行程の後半で噴射された燃料噴霧は、吸入空気の流れによって、燃焼室内に分散され、吸入空気と混合する。本実施例のエンジン10では、低負荷条件でこうして形成される混合気の空気過剰率が、約0.2〜0.6の値となるように、燃料噴射量が設定されている。
【0032】
そして、所定のタイミングで吸気バルブ132を閉じてやると、それ以降は、ピストンの上昇とともに燃焼室内の混合気が圧縮される。実施例のエンジン10においては、吸気バルブ132を閉じるタイミングINC1は、図4に示すようにピストンの下死点(BDC)後、約60°に設定されている。吸気バルブ132を閉じるタイミングは、代表的には約50°〜約70°の範囲で適宜設定することができる。このようなタイミングに設定することにより、混合気の実質的な圧縮比を、10〜14の範囲の所望の値とすることができる。実施例のエンジン10では、実質的な圧縮比は12に設定されている。
【0033】
適切なタイミングで吸気バルブ132を閉じた後、ピストン144を上昇していくと、図3(f)に示すように、燃焼室内で混合気が圧縮され、ピストンの上死点(以下、TDCとも言う)付近で自着火する。その結果、燃焼室内の形成された混合気は速やかに爆発燃焼する。
【0034】
(3)第1実施例における運転サイクル切替処理:
図2に示した高回転条件下で4サイクル運転されていたエンジン10が、運転条件が変化して2サイクル運転に切り替えられる場合の制御について、以下詳しく説明する。図5ないし図7は、第1実施例においてECU30が行なう制御を示すフローチャートである。また、図8は、4サイクル運転と2サイクル運転との間で切り替えが行なわれる場合の各部の状態を示すタイミングチャートである。以下、これらの図面を参照しながら、過渡時制御について説明する。なお、以下の説明では、4サイクル運転とは、予混合された混合気に火花点火して燃焼を行なう4サイクル運転を意味し、2サイクル運転とは、予混合された混合気を圧縮して自着火させて燃焼を行なう2サイクル運転を意味している。
【0035】
図5に示した運転サイクル切替処理ルーチンは、所定のインターバルで繰り返し実行されており、この処理ルーチンが起動されると、まずエンジン10の運転状態を読み込み処理を行なう(ステップS100)。エンジン10の運転状態としては、本実施例では、その回転数Neや吸入空気量Q読む込むものとした。回転数Neは、回転数センサから直接読み込むことができる。吸入空気量Qは、アクセル開度θacやスロットルバルブ22の開度など、あるいは吸気または排気バルブのバルブタイミングなどに基づいて予測するものとしても良い。
【0036】
次に、このエンジン回転数Neと吸入空気量Qから、図2に示したマップを参照し、エンジン10の運転サイクルを決定する処理を行なう(ステップS110)。図2に示したように、一般に高負荷高回転域では4サイクル運転が選択される。運転サイクルの決定は、具体的には、2サイクル運転を行なうべき運転領域にあると判断すればフラグF1を値に1に、4サイクル運転を行なうべき運転領域にあると判断すればフラグF1を値0に、それぞれ設定するのである。そこで、決定された運転サイクルに従って、目標過給圧P0を計算する処理を行なう(ステップS120)。目標過給圧P0は、各運転サイクルにおいて最終的に必要となる過給圧である。2サイクル運転の方が目標過給圧P0は高いが、本実施例では4サイクル運転では過給を行なわないものとしているので、4サイクル運転時の目標過給圧P0は値0に設定される。次に、このフラグF1の値に従って、エンジン10の運転領域に基づいて決定された運転サイクルについて判別する処理を行なう(ステップS130)。
【0037】
ここで、2サイクル運転が設定されていると判断された場合には、処理はステップS140以下に移行し、まず目標切替過給圧P02を計算する処理を行なう。目標切替過給圧P02とは、2サイクル運転の最終的な目標過給圧P0よりは低いものの、2サイクル運転に切り替えて良いと判断し得る圧力として設定される圧力である。その後、フラグF2が値0であるか否かの判断を行なう(ステップS150)。フラグF2は、後述するように、エンジン10の運転サイクルが、2サイクル運転に切り替えられた後に値1に設定され、4サイクル運転に切り替えられた後に値0に設定されるものである。従って、現在4サイクル運転されていれば(ステップS130)、ステップS150での判断は「YES」となり、次に、フラグF4に値1を設定する処理を行なう(ステップS160)。このフラグF4は、過給圧Pの調整を伴う運転サイクルの切替制御が実施中であることを示すものである。
【0038】
その後、過給圧増大切替制御(ステップS170)を実施して、実際の過給圧Prを目標切替過給圧P02に向かって増加する処理を行なう。この処理は詳しくは後述するが、図8に示したように、運転サイクルを4サイクルから2サイクルに変更する際に、過給圧Prを上昇させる処理である。この過給圧Prの上昇の過程で、運転サイクルの切替が行なわれるが、これについても後述する。その後、運転サイクルの切替は行なわれたとして、フラグF4を値0に設定して(ステップS190)、本処理ルーチンを終了する。
【0039】
上述した過給圧増大切替制御について、図6に拠って説明する。過給圧切替制御が実行されると、まず過給圧を増加する処理を行なう(ステップS171)。過給圧の増加は、ウェイストゲートバルブ25を徐々に閉弁して、エンジン10からの排気のうち排気側タービン52を通過する排気量を増加していくことにより行なうことができる。従って、ウェイストゲートバルブ25を閉方向に制御すると、過給が開始され、その結果、エンジン10の吸気圧力は、目標過給圧P0に向けて、上昇し始める。そこで、次にこの実過給圧Prを検出する処理を行なう(ステップS172)。実過給圧Prは、吸気管12に設けた圧力センサ23により検出する。検出した実過給圧Prが、ステップS140で設定した目標切替過給圧P02より大きいか否かの判断を行ない(ステップS173)、目標切替過給圧P02以下であれば、ステップS172に戻って、実過給圧Prの検出を行ないつつ、実過給圧Prが目標切替過給圧P02を上回るまで待機する。
【0040】
ウェイストゲートバルブ25を徐々に閉じて、より多くの排気を排気側タービン52に送り込めば、コンプレッサ54の働きにより実過給圧Prは上昇していく(図8参照)。実過給圧Prが目標切替過給圧P02を上回ったとき、ECU30は、エンジン10の運転サイクルを4サイクル運転から2サイクル運転に切り替える処理を行なう(ステップS174)。続けて、運転サイクルが2サイクルに切り替えられたことから、現在の運転サイクルを示すフラグF2を値1に設定し、同時に変数Mを値0に初期化する処理を行なう(ステップS175)。この結果、フラグF2は、図8に示すように、運転サイクルの切替に同期してその値が変化することになる。
【0041】
変数Mは、運転サイクルを切り替えた後、一定期間はその運転サイクルにより運転を継続するために用いるタイマ用の変数である。エンジン10の運転状態は、運転者の意図などにより短期間に変化する。従って、エンジン10が、図2に示した4サイクル運転の領域と2サイクル運転の領域との境界付近で運転されていると、短期間に運転サイクルを変更する処理が生じることがある。こうした場合に、あまりに短期間に運転サイクルの変更を生じないよう、変数Mをタイマとして、これをカウントし(ステップS176)、変数Mが予め設定した値M0となるまで(ステップS180)、2サイクル運転を継続するのである。その間に、実過給圧Prを検出しつつ(ステップS177)、この実過給圧Prが2サイクル運転における最終的な目標過給圧P0以上か否かの判断を行ない(ステップS178)、実過給圧Prが目標過給圧P0以上となっていれば、ウェイストゲートバルブ25をその開度に保つ(ステップS179)。実過給圧Prが未だ目標過給圧P0となっていなければ、そのまま制御を継続し、実過給圧Prを目標過給圧P0まで漸次増加する。かかる処理を継続しながら、変数Mにより定めた所定期間が経過したと判断すると(ステップS180)、「END」に抜けて、本ルーチンを終了する。この所定期間は、エンジン10の特性などを応じて適宜決定すればよい。なお、短時間内での運転サイクルの頻繁な切替を防止するためには、運転サイクルの切替マップにヒステリシスを持たせ、一方の運転サイクルへの切替が生じたら、他方の運転サイクルへの切替が生じにくくすることも考えられる。
【0042】
図5に示した運転切替処理ルーチンにおいて、エンジン10に対する要求が、4サイクル運転を行なう領域から、2サイクル運転を行なうべき領域に変化すると、図8に示したように、まず現在のエンジン10の運転されるべき運転サイクルを示すフラグF1が値1に設定され、更に運転サイクルの切替中であることを示すフラグF4を値1に設定すると共に、図6に示した過給圧増大切替制御ルーチンを実行する。この制御ルーチンを実行すると、ウェイストゲートバルブ25が制御されて、過給器50が過給を開始し、実過給圧Prが漸次上昇する。実過給圧Prが目標切替過給圧P02を越えると、エンジン10の運転サイクルを2サイクル運転に切り替え、実際の運転サイクルを示すフラグF2を値1に設定し、少なくとも所定期間、2サイクル運転を継続する制御が行なわれる。
【0043】
上記の処理の結果、エンジン10は2サイクル運転されるものとなる。エンジンの運転領域がそのまま2サイクル運転すべき領域に留まっていると(F1=1)、過給圧Prは、2サイクル運転用の高い目標過給圧P0に保持され、実際の運転サイクルを示すフラグF2も値1に保たれる。従って、ステップS150での判断は「NO」となり、運転サイクルの切り替え処理は何も行なわれず、「END」に抜けて本ルーチンは終了する。
【0044】
やがて、エンジン10に対する要求が変化して、その運転状態が、4サイクル運転を行なうべき回転数Neと吸入空気量Qの運転領域に入ると、ステップS110での判断は、4サイクル運転をすべき(F1←0)となり、ステップS130での判断は、それまでとは逆になって、ステップS240以下の処理が実行される。ステップS240ないしS290は、既述したステップS140ないしS190に対応しており、ただステップS250における判定の内容(F2=1?)とステップS270における過給圧制御の内容が、対応するステップS150,S170と、反対になっている。即ち、ステップS240では、4サイクル運転への切替用の目標切替過給圧P04を計算し、その後、ステップS250でフラグF2が値1であるか否かの判定を行なう。エンジン10がそれまで2サイクル運転されていれば、フラグF2は値1に設定されているから(図6、ステップS175)、ステップS250での判断は「YES」となり、切り替え制御を行なうものとして、フラグF4を値1に設定する(ステップS260)。その後、過給圧低下切替制御(ステップS270)を実施し、切替制御が完了すれば、フラグF4を値0に戻して、本ルーチンを終了する。
【0045】
過給圧低下切替制御(ステップS270)は、過給圧増大切替制御(ステップS170)に対応した制御であり、その詳細は図7に示した。この処理は、過給圧を低下するものであり、まず過給を低減する制御を開始する(ステップS271)。過給の低減は、ウェイストゲートバルブ25を徐々に開弁することにより行なう。これにより、エンジン10からの排気は排気側タービン52をバイパスして、次第に排気側タービン52に流れ込まなくなり、コンプレッサ54の回転が低下して、エンジン10の吸気圧力は、漸次低下し始める。次にこの実過給圧Prを検出する処理を行ない(ステップS272)、実過給圧Prが、予め設定した目標切替過給圧P04(ステップS240)より小さいか否かの判断を行ない(ステップS273)、目標切替過給圧P04以上であれば、ステップS272に戻って、実過給圧Prの検出を行ないつつ、実過給圧Prが目標切替過給圧P04を下回るまで待機する。
【0046】
ウェイストゲートバルブ25を徐々に開いて、排気をバイパスすれば、実過給圧Prは低下していく(図8参照)。実過給圧Prが目標切替過給圧P04を下回ったとき、ECU30は、エンジン10の運転サイクルを2サイクル運転から4サイクル運転に切り替える処理を行なう(ステップS274)。続けて、運転サイクルが4サイクルに切り替えられたことから、現在の運転サイクルを示すフラグF2を値0に設定し、同時に変数Mを値0に初期化する処理を行なう(ステップS275)。この結果、フラグF2は、図8に示すように、運転サイクルの切替に同期してその値が変化(1→0)することになる。変数Mはタイマとして用いられており、これをカウントし(ステップS276)、変数Mが、少なくとも予め設定した値M0となるまで(ステップS280)、4サイクル運転を継続するのである。その間に、実過給圧Prを検出しつつ(ステップS277)、この実過給圧Prが4サイクル運転における最終的な目標過給圧P0以下か否かの判断を行ない(ステップS278)、実過給圧Prが目標過給圧P0以下となれば、ウェイストゲートバルブ25をその開度に保つ(ステップS279)といった制御は、対応する過給圧増大切替制御ルーチンと同様である。かかる処理を継続しながら、変数Mにより定めた所定期間が経過したと判断すると(ステップS280)、「END」に抜けて、本ルーチンを終了する。
【0047】
その後、エンジン10が4サイクル運転をすべき運転領域にとどまっていれば、フラグF1は値0に設定されており、かつフラグF2も値0に設定されているので、ステップS250での判断は「NO」となり、運転サイクル切替処理ルーチンは、特に切替制御を行なうことなく、終了する。
【0048】
以上説明した本実施例によれば、エンジン10の運転状態が、その回転数Neと吸入空気量Qとから、4サイクル運転から2サイクル運転すべき運転領域に変化したとき、2サイクル運転に先立って、過給圧を増大し、過給圧が十分に高まってから(Pr≧P02)、運転サイクルを2サイクル運転に切り替えている。従って、2サイクル運転の最初から十分な過給圧を得て、掃気を安定に行なうことができる。この結果、運転サイクルの切替時にトルクショックを生じたり、エミッションや熱効率が低下すると言うことがない。
【0049】
また、本実施例では、エンジン10の運転状態が、2サイクル運転から4サイクル運転すべき運転領域に変化したとき、4サイクル運転に先立って、過給圧を低下し、過給圧が十分に低下してから(Pr≦P04)、運転サイクルを4サイクル運転に切り替えている。従って、4サイクル運転の最初から適正な吸気圧力とすることができる。この結果、運転サイクルの切替時に異常燃焼などを招致することがなく、トルクショックを生じたり、エミッションや熱効率が低下すると言うことがない。
【0050】
(4)第2実施例における運転サイクル切替処理:
次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2実施例のエンジン制御装置は、基本的には第1実施例と同一のハードウェア構成を備え、エンジン10の運転に関する基本的な制御も同一である。例えば、運転サイクルの切替に伴う図5に示した運転サイクル切替ルーチンも同様に実施する。第2実施例では、この運転サイクル切替ルーチンにおける過給圧増大切替制御(ステップS170)および過給圧低下切替制御(ステップS270)が、第1実施例と異なっている。これらの切替制御の詳細を図9および図10に示した。
【0051】
図9は、第2実施例における過給圧増大切替制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、第1実施例の過給圧増大切替制御ルーチン(図6)と同一の処理については同一のステップ番号を付けた。この切替制御ルーチンが開始されると、第1実施例と同様、過給の増加制御を開始し(ステップS171)、実過給圧Prの検出を行なう(ステップS172)。その後、第2実施例では、検出した実過給圧Prに基づいて、4サイクル運転におけるバルブの動作タイミングVT4を決定する処理を行なう(ステップS310)。実施例では、吸排気バルブ132,134の動作は、電動アクチュエータ162,164によっているから、その動作タイミングは電気的な制御により容易に調整可能である。ECU30は、ステップS310で設定したバルブタイミングVT4により、電動アクチュエータ164を制御して、吸排気バルブ132,134の開閉弁のタイミングを細かく制御する。実際には、4サイクル運転から2サイクル運転への切替を行なうのに伴い、実過給圧Prが増大し、シリンダ142内に吸入される実効的な吸入空気量も増大しつつあることから、吸気バルブ132の開弁期間を徐々に短くしている。即ち、燃焼に関与する実空気量を一定に保つように、吸気バルブ132の開弁期間を徐変していくのである。第2実施例におけるバルブタイミングVTの切替の様子を、図11に、他のフラグの変化などと共に模式的に示した。
【0052】
その後、第1実施例と同様、実過給圧Prが、目標切替過給圧P02より大きくなるまで(ステップS173)、実過給圧Prの検出と(ステップS172)、バルブタイミングVT4の設定と(ステップS310)を行ない、実過給圧Prが目標切替過給圧P02を上回ると、エンジン10の運転を2サイクル運転に切り替え(ステップS174)、フラグF2を値1に設定すると共に、タイマ用の変数Mを値0に初期化する処理を行なう(ステップS175)。その後、再度実過給圧Prを検出し(ステップS320)、今度は2サイクル運転での吸排気バルブ132,134のバルブタイミングVT2を設定する処理を行なう(ステップS330)。この場合のバルブタイミングVT2も、主に吸気バルブ132の開弁期間を徐々に短くしていくよう設定される。過給圧Prが高まり、しかも2サイクル運転となってエンジン10からの出力が変化していくので、トルクショックが生じないよう、吸入空気を徐変するのである。なお、4サイクル運転のバルブタイミングVT4と2サイクル運転のバルブタイミングVT2とは、基本的なバルブタイミングが異なるので、図11に示したように、バルブタイミングVTは不連続となる。過給中の同一運転サイクルでのバルブタイミング、即ち吸排気バルブ132,134の開弁期間は、連続的に制御される。
【0053】
その後、第1実施例と同様、タイマ変数Mのインクリメントと(ステップS176)、実過給圧Prが目標過給圧P0以上かの判別(ステップS178)、Pr≧P0であれば実過給圧Prの保持(ステップS179)を行ない、更にタイマ変数M値を判別して(ステップS180)、タイマ変数Mが値M0を上回るまで、上記の実過給圧Prの検出(ステップS320)以下の処理を繰り返す。この結果、タイマ用の変数Mが所定値M0を越えるまで、2サイクル運転用の吸排気バルブ132,134のバルブタイミングVT2を、実過給圧Prに基づいて設定する処理が繰り返されることになる。このバルブタイミングVT2の切替の様子も、図11に模式的に示した。また、実過給圧Prを目標過給圧P0に保持する制御も行なわれる。
【0054】
他方、エンジン10の運転状態が2サイクル運転から4サイクル運転の運転領域に変化したときは、図10に示した過給圧低下切替制御ルーチンが実行される。図10に示した処理は、図9に示した処理と基本的には対称の関係にある。また図7に示した処理と同一の処理については、同じステップ番号を付した。そこで、過給圧低下切替制御については、図9の処理と異なる処理を中心に簡略に説明する。この切替制御ルーチンが開始され、過給を低減する処理を開始し(ステップS271)、実過給圧Prの検出(ステップS272)を行なうと、その後、検出した実過給圧Prに基づいて、2サイクル運転におけるバルブの動作タイミングVT2を決定する処理を行なう(ステップS410)。2サイクル運転から4サイクル運転への切替を行なうのに伴い、実過給圧Prが低下し、シリンダ142内に吸入される実効的な吸入空気量も低減しつつあることから、吸気バルブ132の開弁期間を徐々に長くしていく。第2実施例におけるバルブタイミングVTの切替の様子は、図11の後半に示してある。
【0055】
その後、実過給圧Prが目標切替過給圧P04より小さくなると(ステップS273)、エンジン10の運転の4サイクル運転への切り替え(ステップS274)、フラグF2の値0への設定とタイマ用の変数Mの初期化(ステップS275)を行なう。その後、再度実過給圧Prを検出し(ステップS420)、今度は4サイクル運転での吸排気バルブ132,134のバルブタイミングVT4を設定する処理を行なう(ステップS430)。この場合のバルブタイミングVT4も、主に吸気バルブ132の開弁期間を徐々に長くしていくよう設定される。過給圧Prが低下し、しかも4サイクル運転となってエンジン10からの出力が変化していくので、トルクショックが生じないよう、吸入空気を徐変するのである。
【0056】
その後、タイマ変数Mのインクリメントと(ステップS276)、実過給圧Prが目標過給圧P0以下かの判別(ステップS278)、Pr≦P0であれば実過給圧Prの保持(ステップS279)を行ない、更にタイマ変数M値を判別して(ステップS280)、タイマ変数Mが値M0を上回るまで、上記の実過給圧Prの検出(ステップS420)以下の処理を繰り返す。この結果、タイマ用の変数Mが所定値M0を越えるまで、4サイクル運転用の吸排気バルブ132,134のバルブタイミングVT4を、実過給圧Prに基づいて設定する処理が繰り返されることになる。このバルブタイミングVT2の切替の様子も、図11の後半に模式的に示している。また、実過給圧Prを目標過給圧P0に保持する制御も行なわれる。
【0057】
以上説明した第2実施例によれば、第1実施例と同様、運転サイクルの切替に先だって過給圧を適正に制御するので、異常燃焼発生やエミッション・熱効率の低下、更にはトルクの急変に伴うトルクショックの発生などを招致することがない。しかも、第2実施例では、運転サイクルの切替に伴って、吸排気バルブ132,134のバルブタイミングを過給圧Prに基づいて設定し、徐々に切り替えている。このため、過給圧が変化してもシリンダ142内に吸入される空気量をほぼ一定に制御でき、トルクの急変を一層確実に防止することができる。
【0058】
(5)変形例:
以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明のこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施することが出きる。例えば、上記の実施例では、吸排気バルブ132,134は、電動アクチュエータ162,164により駆動するものとし、そのバルブタイミングは電動アクチュエータ162,164の電気的な駆動タイミングで調整するものとしたが、クランクシャフトに連動して回転するカムシャフトに、シャフトの回転に対するカムの位相を調整可能な機構や、カムによるバルブシャフトのリフト量を可変する機構を設け、これらの機構を制御することで、バルブタイミングを制御するものとしても良い。この場合、4サイクル運転と2サイクル運転では、クランクシャフトの1回転に対するカムの動きが本質的に異なるので、運転サイクル毎に使用するカムとカムシャフトを別々に設け、運転サイクル毎に切り替えるものとしても良い。
【0059】
あるいは、上記実施例では、排気によりタービンを回転して吸気を過給するいわゆるターボチャージャを用いたが、クランクシャフトの回転に連動してコンプレッサを駆動するいわゆるスーパチャージャを用いても良いことは勿論である。あるいは電動機によりポンプを駆動して過給するモータアシストターボなどの過給機構も採用可能である。ルーツ式、リショルム式などの過給方式を採用することも差し支えない。更に、第2実施例では、運転サイクルの切替に伴い、トルクが急変しないよう、主に吸気バルブ132の開弁期間を調整して吸入空気量を制御するものとしたが、点火時期の制御や燃料噴射量の制御により、エンジン10のトルクを制御して、トルクの急変を生じないようにしても良い。また、実施例では、筒内噴射により燃料を供給するものとしたが、吸気ポートに燃料噴射を行なう機構を設けても良い。
【0060】
この他、本実施例では、3気筒エンジンを例にしたが、3気筒以外のエンジン、例えば2気筒、4気筒、5気筒、6気筒、8気筒、12気筒など、気筒数の異なるエンジンに適用することができる。また、運転サイクルを2サイクル運転に切り替えた時点の筒内ガス温度が4サイクル運転よる高いガス温度を保っていると、異常燃焼が生じやすいので、温度の低い(あるいは低下させた)ガス(外部EGRや新気など)を導入するなどの手法により、筒内ガスの温度を低下する制御を併用することも望ましい。こうした筒内ガス温度の低下は、排ガスの温度自体を下げる方法、シリンダブロックの温度を急速に低下して結果的に筒内ガス温度を低下する方法、インタクーラにより吸気温度を一時的に低下する方法など、種々の手法が知られている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例としてのエンジン10およびその制御装置の概略構成図である。
【図2】エンジンの回転数および負荷と運転サイクルとの関係を示す説明図である。
【図3】2サイクル運転の行程について説明する説明図である。
【図4】2サイクル運転における吸排気バルブの開閉弁タイミングを示す説明図である。
【図5】実施例における運転サイクル切替処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図6】第1実施例における過給圧増大切替制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図7】第1実施例における過給圧低下切替制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図8】第1実施例における各種切替のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図9】第2実施例における過給圧増大切替制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図10】第2実施例における過給圧低下切替制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図11】第2実施例における各種切替のタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
10…ガソリンエンジン
12…吸気通路
13…エアフロメータ
14…燃料噴射弁
15…吸気温度センサ
16…排気通路
20…エアクリーナ
22…スロットル弁
23…圧力センサ
24…電動アクチュエータ
25…ウェイストゲートバルブ
26…触媒
28…空気過剰率センサ
29…排気温度センサ
30…ECU
32…クランク角センサ
34…アクセル開度センサ
50…過給器
52…排気側タービン
54…吸気側タービン
60…サージタンク
62…インタクーラ
100…ガソリンエンジン
130…シリンダヘッド
132…吸気バルブ
134…排気バルブ
136…点火プラグ
140…シリンダブロック
142…シリンダ
144…ピストン
146…コネクティングロッド
148…クランクシャフト
162,164…電動アクチュエータ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles and two cycles.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a variable cycle engine that is operated by switching the operation cycle between four cycles and two cycles. Such variable cycle engines seek to fully exploit the benefits of both cycles in engines that operate over a wide dynamic range. Such an engine is described, for example, in Patent Document 1 below. In recent years, there has been proposed a technique for maximizing engine performance by combining a combustion method with an operation cycle (see Patent Document 2 below).
[0003]
[Patent Document 1]
Patent No. 2742825
[Patent Document 2]
JP-A-2002-256911
[0004]
This technique combines a two-cycle and four-cycle operation with a premixed combustion system in which a pre-formed air-fuel mixture is drawn into a cylinder of an engine and then ignited by spark ignition, while fuel is injected into a cylinder in the first half of an intake stroke. The present invention is intended to efficiently operate the engine while avoiding the occurrence of knocking in a wide operating range by combining the method of compressing the air-fuel mixture formed by performing the combustion and performing the self-ignition combustion with the four-cycle operation. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the premixed spark ignition combustion is actually performed in the four-cycle operation and the premixed compression auto-ignition combustion is performed in the two-cycle operation under predetermined operating conditions, a problem is likely to occur when switching between the two combustion systems. A problem was found. In particular, in an engine provided with a supercharger such as a turbocharger or a supercharger in the intake system, supercharging is normally performed only during two-cycle operation, so that the supercharging pressure immediately after switching of the operation cycle may not be properly controlled. Problem was found.
[0006]
The device of the present invention has been made to solve these problems and to smoothly switch the combustion method in a variable cycle engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
A first engine control device of the present invention that solves at least a part of the above-described problems,
An apparatus for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
Supercharging means for supercharging the intake air of the engine,
A switching-time supercharging pressure increasing means for controlling the supercharging means to increase the supercharging pressure prior to the switching of the operation cycle when a request for switching from the four-cycle operation to the two-cycle operation is generated;
The gist is that it is provided.
[0008]
According to this engine control device, when a request for switching from four-cycle operation to two-cycle operation is issued, the supercharging pressure is increased prior to the switching of the operation cycle. Is increased toward the pressure required for two-cycle operation. Therefore, the supercharging pressure immediately after the switching of the operation cycle is increased, and the two-cycle operation can be started smoothly. It should be noted that the compression ignition combustion in the present specification means a combustion method in which a mixture (a premix) formed in advance is compressed and self-ignited. Such an air-fuel mixture may be formed by injecting fuel into a cylinder during an intake stroke, or may be formed by supplying fuel to an intake port or the like.
[0009]
In such an engine control device, when increasing the supercharging pressure, the amount of intake air of the engine can be controlled to suppress an increase in the output torque of the engine. In this way, there is no accidental increase in torque due to supercharging when the operation cycle is switched. As means for suppressing such fluctuations in the engine torque, a means for shortening the opening period of the intake valve over a predetermined period as the boost pressure increases can be adopted. This is because if the opening period of the intake valve is shortened, the phenomenon of an increase in the amount of air drawn into the cylinder due to an increase in the supercharging pressure can be reduced. The shortening of the opening period of the intake valve can be realized by delaying the opening timing of the intake valve, by increasing the closing timing of the intake valve, or by both. Further, in order to suppress the increase in the engine torque, a configuration in which the air-fuel ratio is controlled lean over a predetermined period, or a configuration in which the ignition timing is controlled to the retard side can be considered.
[0010]
The second engine control device of the present invention includes:
An apparatus for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
Supercharging means for supercharging the intake air of the engine,
When a request for switching from the two-cycle operation to the four-cycle operation occurs, prior to the switching of the operation cycle, a switching-time supercharging pressure reducing unit that controls the supercharging unit to reduce the supercharging pressure.
The gist is that it is provided.
[0011]
According to this engine control device, when a request for switching from two-cycle operation to four-cycle operation is made, the supercharging pressure is reduced prior to the switching of the operation cycle. Is reduced toward the pressure required for four-cycle operation. Therefore, the supercharging pressure immediately after the switching of the operation cycle is reduced, and the four-cycle operation can be started smoothly.
[0012]
In such an engine control device, when reducing the supercharging pressure, it is possible to control the intake air amount of the engine to suppress a decrease in the engine output torque. This prevents the torque from being reduced unexpectedly due to supercharging when the operation cycle is switched. As means for suppressing such a decrease in engine torque, a means for increasing the valve opening period of the intake valve over a predetermined period as the supercharging pressure is reduced can be adopted. This is because, if the valve opening period of the intake valve is extended, the phenomenon that the amount of air taken into the cylinder decreases due to the reduction of the supercharging pressure can be reduced. The extension of the opening period of the intake valve can be realized by making the opening timing of the intake valve earlier, delaying the closing timing of the intake valve, or both. Further, in order to suppress the decrease in the engine torque, a configuration in which the air-fuel ratio is controlled to be rich over a predetermined period, or a configuration in which the ignition timing is controlled to the advanced side can be considered. The engine control device may implement both the first invention and the second invention.
[0013]
The above invention can be understood as an engine control method. That is, the first engine control method of the present invention includes:
A method for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
When a request for switching from the four-cycle operation to the two-cycle operation occurs, the supercharging pressure of the intake air of the engine is increased,
Then, performing the requested operation cycle switching
The gist is.
[0014]
Further, the second engine control method includes:
A method for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
When a request for switching from the two-cycle operation to the four-cycle operation occurs, the supercharging pressure of the intake air of the engine is reduced,
Then, the operation cycle of the container is switched.
The gist is.
[0015]
According to these methods, the supercharging pressure is controlled first, and then the operation cycle is switched, so that the engine after the switching of the operation cycle can be operated at an appropriate supercharging pressure. Is the same as the above-described invention of the engine control device.
[0016]
Other aspects of the invention
The present invention can be applied to engines having various numbers of cylinders. Further, the engine is not limited to an automobile, and can be applied to an engine for a ship, an aircraft, or the like. Further, the present invention can be understood as not only the above-described engine control device but also a mobile device (vehicle or the like) equipped with such a control device.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
(1) Overall configuration of the embodiment:
First, the configuration of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine 10 according to a first embodiment and an engine control unit (hereinafter, referred to as an ECU) 30 as a control device thereof. The engine 10 is of a type that can be operated by switching between four-cycle operation and two-cycle operation, as described later. This gasoline engine 10 has three cylinders # 1 to # 3. In the case of four-cycle operation, these cylinders burn the air-fuel mixture in the combustion chamber while repeating four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. It converts it into a work and outputs it as power. On the other hand, when the two-cycle operation is performed, the air-fuel mixture is burned while repeating the two strokes of the suction / compression stroke and the explosion / scavenging stroke to obtain power.
[0018]
The combustion chamber of the gasoline engine 10 is formed by a cylindrical cylinder 142 provided in a cylinder block 140, a piston 144 sliding up and down in the cylinder 142, a cylinder head 130 provided on an upper portion of the cylinder block, and the like. Have been. Piston 144 is connected to crankshaft 148 via connecting rod 146. The piston 144 slides up and down in the cylinder 142 in accordance with the rotation of the crankshaft 148.
[0019]
A fuel injection valve 14 for injecting fuel into the combustion chamber and an ignition plug 136 for igniting the injected fuel are provided in the combustion chamber. Further, each combustion chamber is connected to an intake passage 12 for taking in intake air, an exhaust passage 16 for discharging combustion gas generated in the combustion chamber, and the like. Hereinafter, the configurations of the intake system and the exhaust system will be described.
[0020]
In the intake passage 12, an air cleaner 20 for removing dust, an air flow meter 13 for detecting an intake air amount Q, a compressor 54 of a supercharger 50, an intercooler 62 for reducing intake air temperature increased by supercharging, A throttle valve 22 for controlling the amount of intake air and a surge tank 60 for reducing pulsation of intake air are provided. The intake passage 12 is provided with an intake air temperature sensor 15 for detecting an intake air temperature TA and a pressure sensor 23 for detecting an intake pipe pressure. The electric actuator 24 controls the throttle valve 22 to an appropriate opening degree under the control of the ECU 30, whereby the amount of air taken into the combustion chamber is adjusted.
[0021]
The cylinder head to which the intake passage 12 is connected is provided with an intake valve 132, an exhaust valve 134, a spark plug 136, and the like, in addition to the fuel injection valve 14 described above. Fuel pressurized to a high pressure by a fuel pump (not shown) is supplied to a fuel injection valve 14 provided in each combustion chamber. The intake valve 132 and the exhaust valve 134 are provided with electric actuators 162 and 164, respectively. The valves 132 and 134 are driven by electric actuators 162 and 164 instead of a normal cam mechanism. These electric actuators 162 and 164 have a structure in which a plurality of disk-shaped electrostrictive elements are stacked. By outputting a signal from the ECU 30 and changing the voltage applied to the electrostrictive element, the electric actuators 162 and 164 can open and close the respective intake valves 132 and exhaust valves 134 at an arbitrary timing. For this reason, the valve opening period (the period from the valve opening timing to the valve closing timing) of the valve of each cylinder in this embodiment can be freely controlled. For example, it is possible to open the exhaust valve 134 in the exhaust stroke, close it once, and then reopen it for a short time in the intake stroke. The on-off valve timing of each of the valves 132 and 134 will be described later in detail.
[0022]
The catalyst 26 is provided downstream of the exhaust passage 16 via an exhaust-side turbine 52 of the supercharger 50. The catalyst 26 is a known catalyst for purifying air pollutants contained in exhaust gas. In addition, a waste gate valve 25 for controlling the supercharging pressure, an excess air ratio sensor 28 for detecting an excess air ratio λ of the air-fuel mixture in the combustion chamber from the state of exhaust gas, or an exhaust gas temperature TB is provided in the exhaust passage 16. An exhaust temperature sensor 29 and the like for detection are provided. The waste gate valve 25 regulates the exhaust gas supplied to the exhaust-side turbine 52 of the supercharger 50 by adjusting the opening thereof, and consequently the supercharged state by the intake-side turbine 54, that is, the supercharged state. The pressure can be controlled. The opening of the wastegate valve 25 is controlled by the ECU 30.
[0023]
The ECU 30 controls not only the supercharging pressure but also the entire operation of the gasoline engine 10. The ECU 30 is a well-known microcomputer configured by mutually connecting a CPU, a RAM, a ROM, an A / D conversion element, a D / A conversion element, and the like by a bus. The ECU 30 detects the engine rotation speed Ne and the accelerator opening θac, drives the electric actuator 24 based on these, and controls the throttle valve 22 to an appropriate opening. The engine rotation speed Ne can be detected by the crank angle sensor 32 provided at the tip of the crankshaft 148. The accelerator opening θac can be detected by an accelerator opening sensor 34 built in the accelerator pedal. Further, the ECU 30 drives the fuel injection valve 14 at an appropriate timing based on the intake air amount Q detected by using the air flow meter 13, thereby supplying an appropriate amount of fuel to the combustion chamber at an appropriate timing. . Further, since the excess air ratio sensor 28 is provided in the exhaust passage 16, the driving time of the fuel injection valve 14 or the opening degree of the throttle valve 22 is controlled based on the output from the excess air ratio sensor 28. It is also possible to control the excess air ratio of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber to be an appropriate value.
[0024]
The ECU 30 also performs ignition timing control for controlling the timing at which sparks are formed in the ignition plug 136, and controls the opening and closing timing of the intake valve 132 and the exhaust valve 134. In the present embodiment, the engine 10 is operated by switching between the four-cycle operation in which the premixed spark ignition combustion is performed and the two-cycle operation in which the compression ignition combustion is performed, so that the ECU 30 also controls the ignition timing in the four-cycle operation. Te The control of the opening / closing valve timing of the intake / exhaust valves 132 and 134 greatly differs depending on the operation cycle. Hereinafter, control of the combustion cycle and the timing of opening and closing the intake and exhaust valves 132 and 134, particularly control during transition of the operation cycle, will be described in detail.
[0025]
(2) Operation cycle:
The gasoline engine 10 of the present embodiment switches between two-cycle operation and four-cycle operation in accordance with the operating range of the engine. That is, in a region where the engine load is relatively low, a two-cycle operation with high thermal efficiency is performed, and in a region where the engine load is high, a four-cycle operation in which high-speed rotation is easy is performed. The valve opening / closing timing for the movement of the piston differs between when performing the two-cycle operation and when performing the four-cycle operation. In the gasoline engine 10, the electric actuators 162 and 164 operate the intake valve 132 and the exhaust valve 134. As described above, the opening / closing timing of these valves can be easily switched.
[0026]
FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing how the ECU 30 switches operating conditions according to the engine speed and the load in the present embodiment. In the drawing, a hatched area is an area where the four-cycle operation is performed, and an unhatched area is an area where the two-cycle operation is performed. Hereinafter, the two-cycle operation by the compression ignition combustion will be described. Detailed description of known four-cycle operating conditions is omitted.
[0027]
FIG. 3 is an explanatory diagram conceptually showing an operation of the gasoline engine 10 under a low load condition. Unlike a four-cycle gasoline engine, a two-cycle gasoline engine has a stroke called a scavenging stroke. Further, the two-stroke engine differs from the four-stroke engine in that the entire cycle is performed during one revolution of the crankshaft 148. FIGS. 3A to 3F conceptually show the expansion stroke, the exhaust stroke, the scavenging stroke (the above and the latter stages), the intake stroke, and the compression stroke of the two-stroke engine. In a two-stroke engine, these strokes are switched one after another by opening and closing two valves, an intake valve 132 and an exhaust valve 134, at appropriate timing while moving a piston 144 up and down within a cylinder 142. FIG. 3 also schematically shows the opening / closing state of the intake valve 132 and the exhaust valve 134 due to the movement of the piston.
[0028]
For convenience of explanation, the state in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is burned will be described. When the air-fuel mixture is burned, high-pressure combustion gas is generated in the combustion chamber, and tends to push down the piston 144. As shown in FIG. 3A, in the expansion stroke, the pressure generated in the combustion chamber is converted into torque and output to the crankshaft 148 as power while the piston 144 is lowered. When the piston 144 has descended to some extent, the exhaust valve 134 is opened at an appropriate timing. Since the combustion gas is still trapped in the combustion chamber at a high pressure, the combustion gas can be discharged by opening the exhaust valve 134 even when the piston 144 is lowered (see FIG. 3B).
[0029]
Subsequently, when the intake valve 132 is opened at an appropriate timing, the air in the intake passage 12 pressurized by the supercharger 50 flows in, and the combustion gas remaining in the combustion chamber is pushed out from the exhaust valve 134. It is discharged (see FIG. 3C). In the figure, the hatched portion indicates a region where the combustion gas remains, and the non-hatched portion indicates a region where the intake air flows. The operation of discharging the combustion gas from the combustion chamber by pushing it out with the intake air is called "scavenging". The scavenging process is called a scavenging process. In the two-stroke engine, the intake passage is pressurized, so that even if the piston 144 starts rising after passing through the bottom dead center (hereinafter also referred to as BDC), the combustion gas in the combustion chamber can still be scavenged. . FIG. 3D conceptually shows a state in which the piston 144 is raised in the latter half of the scavenging stroke while scavenging the inside of the combustion chamber. In the two-cycle operation, the fuel injection valve 14 is opened at this timing to inject a predetermined amount of fuel. As a result, an air-fuel mixture is formed in the cylinder.
[0030]
With the progress of scavenging and the formation of the air-fuel mixture, the exhaust valve 134 is closed as shown in FIG. 3 (e). However, the exhaust valve 134 is closed via the intake valve 132 until the pressure in the combustion chamber reaches the pressure in the intake passage. The intake air still flows in. At a timing when the pressure in the combustion chamber reaches the pressure in the intake passage, the intake valve 132 is closed. Then, as the piston 144 rises, the air-fuel mixture in the combustion chamber is compressed (see FIG. 3F). The compressed air-fuel mixture ignites and explodes. Thus, the operation cycle returns to FIG. 3A, and the operation is repeated from the expansion and exhaust stroke again. In the gasoline engine 10 of this embodiment, in the two-cycle operation, the intake valve 132 is opened at a timing of about 30 ° before the bottom dead center (BDC) of the piston as shown in FIG. Further, in this embodiment, the fuel spray injection period is a period from the vicinity of the bottom dead center (BDC) of the piston to immediately before the exhaust valve 134 closes, specifically, from 20 degrees before the bottom dead center of the scavenging stroke to the bottom dead center. An appropriate period is set within a range of 60 degrees after the point.
[0031]
After the fuel is injected and the exhaust valve 134 is closed at a predetermined timing, the air pressurized from the intake valve 132 flows into the combustion chamber as shown in FIG. The timing EXC1 for closing the exhaust valve 134 can be suitably set within a range of about 20 ° to about 50 ° after the bottom dead center (BDC) of the piston (see FIG. 4). The fuel spray injected in the latter half of the scavenging stroke is dispersed in the combustion chamber by the flow of intake air and mixes with the intake air. In the engine 10 of the present embodiment, the fuel injection amount is set so that the excess air ratio of the air-fuel mixture thus formed under low load conditions has a value of about 0.2 to 0.6.
[0032]
Then, when the intake valve 132 is closed at a predetermined timing, the air-fuel mixture in the combustion chamber is compressed with the rise of the piston thereafter. In the engine 10 of the embodiment, the timing INC1 for closing the intake valve 132 is set to about 60 ° after the bottom dead center (BDC) of the piston as shown in FIG. The timing for closing the intake valve 132 can be appropriately set typically in the range of about 50 ° to about 70 °. By setting such timing, the substantial compression ratio of the air-fuel mixture can be set to a desired value in the range of 10 to 14. In the engine 10 of the embodiment, the substantial compression ratio is set to 12.
[0033]
When the piston 144 is moved up after closing the intake valve 132 at an appropriate timing, the air-fuel mixture is compressed in the combustion chamber as shown in FIG. Self-ignite in the vicinity. As a result, the air-fuel mixture formed in the combustion chamber explodes and burns quickly.
[0034]
(3) Operation cycle switching processing in the first embodiment:
The control in the case where the engine 10 that has been operated for four cycles under the high rotation condition shown in FIG. 2 is switched to the two-cycle operation by changing the operating conditions will be described in detail below. 5 to 7 are flowcharts showing the control performed by the ECU 30 in the first embodiment. FIG. 8 is a timing chart showing the state of each part when switching is performed between the four-cycle operation and the two-cycle operation. Hereinafter, the transient control will be described with reference to these drawings. In the following description, the four-cycle operation means a four-cycle operation in which the pre-mixed air-fuel mixture is spark-ignited to perform combustion, and the two-cycle operation means that the pre-mixed air-fuel mixture is compressed. This means two-cycle operation in which combustion is performed by self-ignition.
[0035]
The operation cycle switching processing routine shown in FIG. 5 is repeatedly executed at predetermined intervals, and when this processing routine is started, first, the operation state of the engine 10 is read and processing is performed (step S100). In the present embodiment, as the operating state of the engine 10, the rotational speed Ne and the intake air amount Q are read. The rotation speed Ne can be read directly from the rotation speed sensor. The intake air amount Q may be predicted based on the accelerator opening θac, the opening of the throttle valve 22, or the valve timing of the intake or exhaust valve.
[0036]
Next, based on the engine speed Ne and the intake air amount Q, a process for determining the operation cycle of the engine 10 is performed with reference to the map shown in FIG. 2 (step S110). As shown in FIG. 2, the four-cycle operation is generally selected in a high-load and high-speed range. Specifically, the operation cycle is determined by setting the value of the flag F1 to 1 when it is determined that the vehicle is in the operation region in which the two-cycle operation is to be performed, and by setting the flag F1 in the operation region where the four-cycle operation is to be performed. It is set to the value 0, respectively. Therefore, a process of calculating the target supercharging pressure P0 is performed according to the determined operation cycle (step S120). The target supercharging pressure P0 is a supercharging pressure finally required in each operation cycle. Although the target supercharging pressure P0 is higher in the two-cycle operation, the supercharging is not performed in the four-cycle operation in the present embodiment. Therefore, the target supercharging pressure P0 in the four-cycle operation is set to the value 0. . Next, according to the value of the flag F1, a process of determining the operation cycle determined based on the operation region of the engine 10 is performed (step S130).
[0037]
Here, when it is determined that the two-cycle operation is set, the process proceeds to step S140 and thereafter, and first, a process of calculating the target switching supercharging pressure P02 is performed. The target switching supercharging pressure P02 is a pressure that is lower than the final target supercharging pressure P0 of the two-cycle operation, but is set as a pressure at which it can be determined that the switching to the two-cycle operation is possible. Thereafter, it is determined whether or not the flag F2 is 0 (step S150). As will be described later, the flag F2 is set to a value of 1 after the operation cycle of the engine 10 is switched to the two-cycle operation, and is set to a value of 0 after the operation cycle is switched to the four-cycle operation. Therefore, if four cycles are currently being operated (step S130), the determination in step S150 is "YES", and the process of setting the value 1 to the flag F4 is performed (step S160). This flag F4 indicates that the switching control of the operation cycle involving the adjustment of the supercharging pressure P is being performed.
[0038]
Thereafter, the supercharging pressure increase switching control (step S170) is performed to perform a process of increasing the actual supercharging pressure Pr toward the target switching supercharging pressure P02. Although this process will be described in detail later, as shown in FIG. 8, when the operation cycle is changed from four to two, the boost pressure Pr is increased. In the process of increasing the supercharging pressure Pr, the operation cycle is switched, which will also be described later. Thereafter, assuming that the operation cycle has been switched, flag F4 is set to a value of 0 (step S190), and this processing routine ends.
[0039]
The above-described boost pressure increase switching control will be described with reference to FIG. When the supercharging pressure switching control is executed, first, a process of increasing the supercharging pressure is performed (step S171). The boost pressure can be increased by gradually closing the waste gate valve 25 and increasing the amount of exhaust gas from the engine 10 that passes through the exhaust turbine 52. Therefore, when the waste gate valve 25 is controlled in the closing direction, supercharging is started, and as a result, the intake pressure of the engine 10 starts to increase toward the target supercharging pressure P0. Therefore, a process of detecting the actual supercharging pressure Pr is performed next (step S172). The actual supercharging pressure Pr is detected by a pressure sensor 23 provided in the intake pipe 12. It is determined whether or not the detected actual boost pressure Pr is higher than the target switching boost pressure P02 set in step S140 (step S173). If the detected actual boost pressure Pr is equal to or lower than the target switching boost pressure P02, the process returns to step S172. While the actual boost pressure Pr is being detected, the process waits until the actual boost pressure Pr exceeds the target switching boost pressure P02.
[0040]
If the wastegate valve 25 is gradually closed to send more exhaust gas to the exhaust-side turbine 52, the actual supercharging pressure Pr increases by the action of the compressor 54 (see FIG. 8). When the actual supercharging pressure Pr exceeds the target switching supercharging pressure P02, the ECU 30 performs a process of switching the operation cycle of the engine 10 from the 4-cycle operation to the 2-cycle operation (step S174). Subsequently, since the operation cycle has been switched to two cycles, a process of setting the flag F2 indicating the current operation cycle to the value 1 and simultaneously initializing the variable M to the value 0 is performed (step S175). As a result, as shown in FIG. 8, the value of the flag F2 changes in synchronization with the switching of the operation cycle.
[0041]
The variable M is a variable for a timer used to continue operation according to the operation cycle for a certain period after switching the operation cycle. The operation state of the engine 10 changes in a short time due to the driver's intention and the like. Therefore, when the engine 10 is operated near the boundary between the four-cycle operation region and the two-cycle operation region shown in FIG. 2, a process of changing the operation cycle in a short time may occur. In such a case, the variable M is used as a timer and counted (step S176) until the variable M reaches a preset value M0 (step S180) so that the operation cycle is not changed in a very short time. Continue driving. In the meantime, while detecting the actual supercharging pressure Pr (step S177), it is determined whether or not the actual supercharging pressure Pr is equal to or higher than the final target supercharging pressure P0 in the two-cycle operation (step S178). If the supercharging pressure Pr is equal to or higher than the target supercharging pressure P0, the waste gate valve 25 is maintained at the opening (step S179). If the actual supercharging pressure Pr has not yet reached the target supercharging pressure P0, the control is continued as it is, and the actual supercharging pressure Pr is gradually increased to the target supercharging pressure P0. If it is determined that the predetermined period determined by the variable M has elapsed while continuing such processing (step S180), the process exits from "END" and ends this routine. This predetermined period may be appropriately determined according to the characteristics of the engine 10 and the like. In order to prevent frequent switching of the operation cycle within a short time, the switching map of the operation cycle is provided with hysteresis, and when switching to one operation cycle occurs, switching to the other operation cycle is performed. It is also conceivable to make it less likely.
[0042]
In the operation switching process routine shown in FIG. 5, when the request for the engine 10 changes from the region in which the four-cycle operation is performed to the region in which the two-cycle operation is to be performed, first, as shown in FIG. The flag F1 indicating the operation cycle to be operated is set to the value 1, the flag F4 indicating that the operation cycle is being switched is set to the value 1, and the supercharging pressure increase switching control routine shown in FIG. Execute When this control routine is executed, the waste gate valve 25 is controlled, the supercharger 50 starts supercharging, and the actual supercharging pressure Pr gradually increases. When the actual supercharging pressure Pr exceeds the target switching supercharging pressure P02, the operation cycle of the engine 10 is switched to the two-cycle operation, the flag F2 indicating the actual operation cycle is set to a value of 1, and the two-cycle operation is performed for at least a predetermined period. Is performed.
[0043]
As a result of the above processing, the engine 10 is operated for two cycles. If the engine operation region remains in the region where two-cycle operation is to be performed (F1 = 1), the supercharging pressure Pr is held at the high target supercharging pressure P0 for two-cycle operation, indicating an actual operation cycle. The flag F2 is also kept at the value 1. Therefore, the determination in step S150 is "NO", the operation cycle switching process is not performed, and the process exits to "END" and ends this routine.
[0044]
Eventually, when the request for the engine 10 changes and the operating state enters the operating range of the rotational speed Ne and the intake air amount Q at which the four-cycle operation is to be performed, the determination in step S110 is that the four-cycle operation should be performed. (F1 ← 0), the determination in step S130 is reversed, and the processes in and after step S240 are executed. Steps S240 to S290 correspond to steps S140 to S190 described above, and only the contents of the determination (F2 = 1?) In step S250 and the contents of the supercharging pressure control in step S270 correspond to steps S150 and S170. The opposite is true. That is, in step S240, the target switching supercharging pressure P04 for switching to the four-cycle operation is calculated, and thereafter, in step S250, it is determined whether or not the flag F2 has a value of 1. If the engine 10 has been operated for two cycles up to that time, the flag F2 is set to the value 1 (FIG. 6, step S175), so the determination in step S250 is "YES", and the switching control is performed. The flag F4 is set to the value 1 (step S260). Thereafter, the boost pressure reduction switching control (step S270) is performed, and when the switching control is completed, the flag F4 is returned to the value 0, and this routine ends.
[0045]
The supercharging pressure drop switching control (step S270) is control corresponding to the supercharging pressure increase switching control (step S170), and details thereof are shown in FIG. In this process, the supercharging pressure is reduced, and first, control for reducing the supercharging is started (step S271). The supercharging is reduced by gradually opening the waste gate valve 25. As a result, the exhaust gas from the engine 10 bypasses the exhaust-side turbine 52 and gradually does not flow into the exhaust-side turbine 52, the rotation of the compressor 54 decreases, and the intake pressure of the engine 10 starts to gradually decrease. Next, a process of detecting the actual supercharging pressure Pr is performed (step S272), and it is determined whether the actual supercharging pressure Pr is lower than a preset target switching supercharging pressure P04 (step S240) (step S240). S273) If it is equal to or higher than the target switching supercharging pressure P04, the process returns to step S272 to wait for the actual supercharging pressure Pr to fall below the target switching supercharging pressure P04 while detecting the actual supercharging pressure Pr.
[0046]
If the waste gate valve 25 is gradually opened to bypass the exhaust gas, the actual boost pressure Pr decreases (see FIG. 8). When the actual supercharging pressure Pr is lower than the target switching supercharging pressure P04, the ECU 30 performs a process of switching the operation cycle of the engine 10 from the two-cycle operation to the four-cycle operation (step S274). Subsequently, since the operation cycle has been switched to four cycles, the flag F2 indicating the current operation cycle is set to the value 0, and at the same time, the process of initializing the variable M to the value 0 is performed (step S275). As a result, the value of the flag F2 changes (1 → 0) in synchronization with the switching of the operation cycle, as shown in FIG. The variable M is used as a timer, which is counted (step S276), and the four-cycle operation is continued until the variable M reaches at least a preset value M0 (step S280). In the meantime, while detecting the actual supercharging pressure Pr (step S277), it is determined whether the actual supercharging pressure Pr is equal to or lower than the final target supercharging pressure P0 in the four-cycle operation (step S278). When the supercharging pressure Pr becomes equal to or lower than the target supercharging pressure P0, the control of keeping the waste gate valve 25 at the opening thereof (step S279) is the same as the corresponding supercharging pressure increase switching control routine. If it is determined that the predetermined period determined by the variable M has elapsed while continuing such processing (step S280), the process exits from “END” and ends this routine.
[0047]
Thereafter, if the engine 10 remains in the operating region where four-cycle operation is to be performed, the flag F1 is set to the value 0 and the flag F2 is also set to the value 0. "NO", and the operation cycle switching processing routine ends without performing any switching control.
[0048]
According to the present embodiment described above, when the operating state of the engine 10 changes from the rotation speed Ne and the intake air amount Q to an operation region in which four-cycle operation is to be performed for two cycles, prior to the two-cycle operation. Then, the supercharging pressure is increased, and after the supercharging pressure is sufficiently increased (Pr ≧ P02), the operation cycle is switched to the two-cycle operation. Therefore, a sufficient boost pressure can be obtained from the beginning of the two-cycle operation, and scavenging can be performed stably. As a result, torque shock does not occur at the time of switching operation cycles, and emission and thermal efficiency do not decrease.
[0049]
In the present embodiment, when the operating state of the engine 10 changes from the two-cycle operation to the operation region in which the four-cycle operation is to be performed, the supercharging pressure is reduced prior to the four-cycle operation, and the supercharging pressure is sufficiently reduced. After decreasing (Pr ≦ P04), the operation cycle is switched to four-cycle operation. Therefore, an appropriate intake pressure can be obtained from the beginning of the four-cycle operation. As a result, abnormal combustion or the like is not caused when the operation cycle is switched, and there is no possibility that a torque shock is generated or emission or thermal efficiency is reduced.
[0050]
(4) Operation cycle switching processing in the second embodiment:
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The engine control device of the second embodiment has basically the same hardware configuration as that of the first embodiment, and the basic control regarding the operation of the engine 10 is also the same. For example, the operation cycle switching routine shown in FIG. 5 accompanying the switching of the operation cycle is similarly executed. In the second embodiment, the supercharging pressure increase switching control (step S170) and the supercharging pressure decrease switching control (step S270) in the operation cycle switching routine are different from the first embodiment. Details of these switching controls are shown in FIG. 9 and FIG.
[0051]
FIG. 9 is a flowchart illustrating a supercharging pressure increase switching control routine according to the second embodiment. The same processes as those in the supercharging pressure increase switching control routine (FIG. 6) of the first embodiment are denoted by the same step numbers. When the switching control routine is started, similarly to the first embodiment, supercharging increase control is started (step S171), and the actual supercharging pressure Pr is detected (step S172). Thereafter, in the second embodiment, a process of determining the valve operation timing VT4 in the four-cycle operation based on the detected actual boost pressure Pr is performed (step S310). In the embodiment, since the operation of the intake and exhaust valves 132 and 134 is performed by the electric actuators 162 and 164, the operation timing can be easily adjusted by electric control. The ECU 30 controls the electric actuator 164 based on the valve timing VT4 set in step S310 to finely control the opening / closing timing of the intake and exhaust valves 132 and 134. Actually, the actual supercharging pressure Pr increases along with the switching from the four-cycle operation to the two-cycle operation, and the effective intake air amount sucked into the cylinder 142 is also increasing. The opening period of the intake valve 132 is gradually shortened. That is, the valve opening period of the intake valve 132 is gradually changed so that the actual air amount involved in combustion is kept constant. FIG. 11 schematically shows how the valve timing VT is switched in the second embodiment, together with changes in other flags.
[0052]
Thereafter, as in the first embodiment, until the actual supercharging pressure Pr becomes larger than the target switching supercharging pressure P02 (step S173), the actual supercharging pressure Pr is detected (step S172), and the valve timing VT4 is set. When the actual supercharging pressure Pr exceeds the target switching supercharging pressure P02 (step S310), the operation of the engine 10 is switched to the two-cycle operation (step S174), the flag F2 is set to a value of 1, and the timer Is initialized to a value 0 (step S175). Thereafter, the actual supercharging pressure Pr is detected again (step S320), and a process for setting the valve timing VT2 of the intake and exhaust valves 132, 134 in the two-cycle operation is performed (step S330). The valve timing VT2 in this case is also set so as to mainly shorten the valve opening period of the intake valve 132 gradually. Since the supercharging pressure Pr increases and the output from the engine 10 changes in two-cycle operation, the intake air is gradually changed so that torque shock does not occur. Since the basic valve timing is different between the valve timing VT4 for the four-cycle operation and the valve timing VT2 for the two-cycle operation, the valve timing VT is discontinuous as shown in FIG. The valve timing in the same operation cycle during supercharging, that is, the valve opening periods of the intake and exhaust valves 132 and 134 are continuously controlled.
[0053]
Thereafter, similarly to the first embodiment, the timer variable M is incremented (step S176), and it is determined whether the actual supercharging pressure Pr is equal to or higher than the target supercharging pressure P0 (step S178). Pr is held (step S179), the timer variable M value is determined (step S180), and the processing after the detection of the actual supercharging pressure Pr (step S320) is continued until the timer variable M exceeds the value M0. repeat. As a result, the process of setting the valve timing VT2 of the intake / exhaust valves 132, 134 for the two-cycle operation based on the actual supercharging pressure Pr is repeated until the timer variable M exceeds the predetermined value M0. . The switching of the valve timing VT2 is also schematically shown in FIG. Further, control for maintaining the actual supercharging pressure Pr at the target supercharging pressure P0 is also performed.
[0054]
On the other hand, when the operating state of the engine 10 changes from the two-cycle operation to the four-cycle operation region, the supercharging pressure reduction switching control routine shown in FIG. 10 is executed. The processing shown in FIG. 10 is basically symmetric with the processing shown in FIG. The same processes as those shown in FIG. 7 are denoted by the same step numbers. Therefore, the supercharging pressure drop switching control will be briefly described focusing on processing different from the processing in FIG. This switching control routine is started, a process for reducing the supercharging is started (step S271), and the actual supercharging pressure Pr is detected (step S272). Thereafter, based on the detected actual supercharging pressure Pr, A process for determining the valve operation timing VT2 in the two-cycle operation is performed (step S410). As the switching from the two-cycle operation to the four-cycle operation is performed, the actual supercharging pressure Pr decreases, and the effective intake air amount drawn into the cylinder 142 is also decreasing. The opening period is gradually extended. The switching of the valve timing VT in the second embodiment is shown in the latter half of FIG.
[0055]
Thereafter, when the actual supercharging pressure Pr becomes smaller than the target switching supercharging pressure P04 (step S273), the operation of the engine 10 is switched to the four-cycle operation (step S274), the flag F2 is set to the value 0, and the timer is used. The variable M is initialized (step S275). Thereafter, the actual supercharging pressure Pr is detected again (step S420), and a process for setting the valve timing VT4 of the intake and exhaust valves 132 and 134 in the four-cycle operation is performed (step S430). The valve timing VT4 in this case is also set so that the opening period of the intake valve 132 is gradually increased. Since the supercharging pressure Pr decreases and the output from the engine 10 changes in four-cycle operation, the intake air is gradually changed so that torque shock does not occur.
[0056]
Thereafter, the timer variable M is incremented (step S276), and it is determined whether the actual supercharging pressure Pr is equal to or less than the target supercharging pressure P0 (step S278). If Pr ≦ P0, the actual supercharging pressure Pr is held (step S279). Is performed, and the value of the timer variable M is determined (step S280), and the processing following the detection of the actual supercharging pressure Pr (step S420) is repeated until the timer variable M exceeds the value M0. As a result, the process of setting the valve timing VT4 of the intake / exhaust valves 132, 134 for the four-cycle operation based on the actual supercharging pressure Pr is repeated until the variable M for the timer exceeds the predetermined value M0. . This switching of the valve timing VT2 is also schematically shown in the latter half of FIG. Further, control for maintaining the actual supercharging pressure Pr at the target supercharging pressure P0 is also performed.
[0057]
According to the second embodiment described above, similarly to the first embodiment, the supercharging pressure is appropriately controlled prior to the switching of the operation cycle, so that abnormal combustion occurs, emission / thermal efficiency decreases, and further, a sudden change in torque occurs. There is no possibility of occurrence of the accompanying torque shock. In addition, in the second embodiment, the valve timing of the intake and exhaust valves 132 and 134 is set based on the supercharging pressure Pr and gradually switched in accordance with the switching of the operation cycle. Therefore, even if the supercharging pressure changes, the amount of air sucked into the cylinder 142 can be controlled to be substantially constant, and a sudden change in torque can be prevented more reliably.
[0058]
(5) Modification:
Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments of the present invention, and may be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. Wear. For example, in the above embodiment, the intake and exhaust valves 132 and 134 are driven by the electric actuators 162 and 164, and the valve timing is adjusted by the electric drive timing of the electric actuators 162 and 164. The camshaft that rotates in conjunction with the crankshaft is provided with a mechanism that can adjust the phase of the cam with respect to the rotation of the shaft, and a mechanism that varies the lift amount of the valve shaft by the cam. The timing may be controlled. In this case, the movement of the cam for one revolution of the crankshaft is essentially different between the four-cycle operation and the two-cycle operation. Is also good.
[0059]
Alternatively, in the above-described embodiment, a so-called turbocharger in which the turbine is rotated by the exhaust gas to supercharge the intake air is used. It is. Alternatively, a supercharging mechanism such as a motor-assisted turbo for supercharging by driving a pump with an electric motor can also be adopted. It is also possible to adopt a supercharging method such as a roots type or a resholm type. Further, in the second embodiment, the intake air amount is controlled mainly by adjusting the opening period of the intake valve 132 so that the torque does not suddenly change with the switching of the operation cycle. By controlling the fuel injection amount, the torque of the engine 10 may be controlled so as not to cause a sudden change in the torque. In the embodiment, fuel is supplied by in-cylinder injection. However, a mechanism for injecting fuel into the intake port may be provided.
[0060]
In this embodiment, a three-cylinder engine is used as an example. However, the present invention is applied to engines other than three cylinders, for example, engines having different numbers of cylinders, such as two cylinders, four cylinders, five cylinders, six cylinders, eight cylinders, and twelve cylinders. can do. If the in-cylinder gas temperature at the time when the operation cycle is switched to the two-cycle operation is maintained at the high gas temperature obtained by the four-cycle operation, abnormal combustion is likely to occur. It is also desirable to use control for lowering the temperature of the in-cylinder gas by using a method such as introducing EGR or fresh air. Such a decrease in the in-cylinder gas temperature may be achieved by a method of lowering the temperature of the exhaust gas itself, a method of rapidly lowering the temperature of the cylinder block to thereby lower the in-cylinder gas temperature, or a method of temporarily lowering the intake air temperature by an intercooler. Various methods are known.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 10 and a control device thereof according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between an engine speed and a load and an operation cycle.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a stroke of a two-cycle operation.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing opening and closing valve timings of intake and exhaust valves in a two-cycle operation.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation cycle switching processing routine in the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a supercharging pressure increase switching control routine according to the first embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a supercharging pressure reduction switching control routine according to the first embodiment.
FIG. 8 is a timing chart showing various switching timings in the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a supercharging pressure increase switching control routine according to a second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a supercharging pressure reduction switching control routine according to a second embodiment.
FIG. 11 is a timing chart showing various switching timings in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
10. Gasoline engine
12 ... intake passage
13 ... Air flow meter
14 ... Fuel injection valve
15. Intake air temperature sensor
16 Exhaust passage
20 ... Air cleaner
22 ... Throttle valve
23 ... Pressure sensor
24 ... Electric actuator
25 ... Waste gate valve
26 ... catalyst
28 ... Air excess rate sensor
29… Exhaust gas temperature sensor
30 ... ECU
32 ... Crank angle sensor
34 Accelerator opening sensor
50 ... Supercharger
52 ... exhaust side turbine
54 ... Inlet side turbine
60 ... Surge tank
62 ... Intercooler
100 ... gasoline engine
130 ... Cylinder head
132 ... intake valve
134 ... exhaust valve
136 ... Spark plug
140 ... cylinder block
142 ... cylinder
144 ... piston
146… Connecting rod
148 ... Crankshaft
162, 164: Electric actuator

Claims (10)

燃焼サイクルを、火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する装置であって、
前記エンジンの吸気を過給する過給手段と、
前記4サイクル運転から前記2サイクル運転への切替要求が生じたとき、該運転サイクルの切替に先だって、前記過給手段を制御して過給圧を増加する切替時過給圧増加手段と
を備えたエンジン制御装置。
An apparatus for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
Supercharging means for supercharging the intake air of the engine,
A switching-time supercharging pressure increasing means for controlling the supercharging means to increase the supercharging pressure prior to the switching of the operation cycle when a request for switching from the four-cycle operation to the two-cycle operation is provided. Engine control device.
請求項1記載のエンジン制御装置であって、
前記過給圧を増加する際、前記エンジンの吸入空気量を制御して、該エンジンの出力トルクの増加を抑制するトルク変動抑制手段を備えたエンジン制御装置。
The engine control device according to claim 1,
An engine control device comprising: a torque fluctuation suppressing unit that controls an intake air amount of the engine when increasing the supercharging pressure to suppress an increase in output torque of the engine.
請求項2記載のエンジン制御装置であって、
前記トルク変動抑制手段は、前記過給圧の増加に伴い、吸気バルブの開弁期間を所定期間に亘って短縮する手段であるエンジン制御装置。
The engine control device according to claim 2,
The engine control device, wherein the torque fluctuation suppressing unit is a unit that shortens a valve opening period of the intake valve over a predetermined period as the supercharging pressure increases.
燃焼サイクルを火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する装置であって、
前記エンジンの吸気を過給する過給手段と、
前記2サイクル運転から前記4サイクル運転への切替要求が生じたとき、該運転サイクルの切替に先だって、前記過給手段を制御して過給圧を低減する切替時過給圧低減手段と
を備えたエンジン制御装置。
An apparatus for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
Supercharging means for supercharging the intake air of the engine,
A switching-time supercharging pressure reducing unit configured to control the supercharging unit to reduce a supercharging pressure prior to the switching of the operation cycle when a request to switch from the two-cycle operation to the four-cycle operation is provided. Engine control device.
請求項4記載のエンジン制御装置であって、
前記過給圧を低減する際、前記エンジンの吸入空気量を制御して、該エンジンの出力トルクの減少を抑制するトルク変動抑制手段を備えたエンジン制御装置。
The engine control device according to claim 4, wherein
An engine control device comprising: a torque fluctuation suppressing unit that controls an intake air amount of the engine when reducing the supercharging pressure, thereby suppressing a decrease in an output torque of the engine.
請求項5記載のエンジン制御装置であって、
前記トルク変動抑制手段は、前記過給圧の低減に伴い、吸気バルブの開弁期間を所定期間に亘って拡大する手段であるエンジン制御装置。
を備えたエンジン制御装置。
The engine control device according to claim 5, wherein
The engine control device, wherein the torque fluctuation suppressing unit is a unit that extends a valve opening period of the intake valve over a predetermined period as the supercharging pressure decreases.
Engine control device equipped with
請求項4記載のエンジン制御装置であって、
前記4サイクル運転から前記2サイクル運転への切替要求が生じたとき、該運転サイクルの切替に先だって、前記過給手段を制御して過給圧を増加する切替時過給圧増加手段を備えたエンジン制御装置。
The engine control device according to claim 4, wherein
When a request for switching from the four-cycle operation to the two-cycle operation is issued, prior to the switching of the operation cycle, switching-time supercharging pressure increasing means for controlling the supercharging means to increase the supercharging pressure is provided. Engine control device.
請求項1ないし請求項6のいずれか記載のエンジン制御装置であって、
前記過給手段は、排気ガスのエネルギを利用して過給を行なう排気式過給器、原動機の運転により吸気を加圧する機械式過給器あるいは電動機により吸気を加圧する電動スーパチャージャのいずれかであるエンジン制御装置。
The engine control device according to any one of claims 1 to 6, wherein
The supercharging means is any one of an exhaust type supercharger that performs supercharging by using energy of exhaust gas, a mechanical supercharger that pressurizes intake air by driving a prime mover, and an electric supercharger that pressurizes intake air by an electric motor. Engine control device.
燃焼サイクルを、火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する方法であって、
前記4サイクル運転から前記2サイクル運転への切替要求が生じたとき、前記エンジンの吸気の過給圧を増加し、
その後、前記要求された運転サイクルの切替を行なう
エンジン制御方法。
A method for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression self-ignition combustion,
When a request for switching from the four-cycle operation to the two-cycle operation occurs, the supercharging pressure of the intake air of the engine is increased,
Then, an engine control method for switching the requested operation cycle.
燃焼サイクルを火花点火燃焼を行なう4サイクルと圧縮自着火燃焼を行なう2サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する方法であって、
前記2サイクル運転から前記4サイクル運転への切替要求が生じたとき、前記エンジンの吸気の過給圧を低減し、
その後、前記容器有された運転サイクルの切替を行なう
エンジン制御方法。
A method for controlling a variable cycle engine capable of switching a combustion cycle between four cycles for performing spark ignition combustion and two cycles for performing compression ignition combustion,
When a request for switching from the two-cycle operation to the four-cycle operation occurs, the supercharging pressure of the intake air of the engine is reduced,
Then, an engine control method for switching the operation cycle of the container.
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