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JP2018188972A - エンジンの間欠燃焼運転方法、及びエンジン制御装置 - Google Patents

エンジンの間欠燃焼運転方法、及びエンジン制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンの回転変動の増大を抑えつつも、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音の発生を抑制する。【解決手段】休止気筒間隔が1気筒ずつ順繰りに変化するように、間欠燃焼パターンを周期的に切り替えつつ間欠燃焼運転を行うとともに、同切り替えの一周期における燃焼気筒比率が目標燃焼気筒比率となるようにすることで、エンジンの回転変動の増大を抑えつつも、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音の発生を抑制するようにした。【選択図】図5

Description

本発明は、エンジンの間欠燃焼運転方法、及びエンジン制御装置に関する。
気筒での燃焼を間欠的に休止する間欠燃焼運転を行う方法として、特許文献1に記載の方法が知られている。同文献には、上記間欠燃焼運転での燃焼気筒比率γ[=燃焼気筒数/(燃焼気筒数+休止気筒数)]を変えることで、エンジン出力を調整することが記載されている。
米国特許第7577511号明細書
上記文献には、一例として、5気筒続けて燃焼を行った後に1気筒を休止し、その後、1気筒で燃焼を行った後に1気筒を休止するパターンで間欠燃焼を行うことで、燃焼気筒比率を6/8(=75%)とすることが記載されている。この間欠燃焼パターンには、燃焼を休止してから次に燃焼を休止するまでの燃焼を行う気筒数である休止気筒間隔が5気筒分の区間と同間隔が1気筒分の区間とが存在している。
単位時間当たりのトルクの発生量は、休止気筒間隔が長い区間では大きくなり、短い区間では小さくなる。そのため、間欠燃焼パターン中に、休止気筒間隔が大きく違った区間が存在すると、エンジンの回転変動が大きくなる。
これに対して、休止気筒間隔を一定とすると、気筒休止に伴うトルク変動が一定周期で発生して、振動や騒音を生じさせる。そのため、休止気筒間隔を一定とした場合には、搭乗者が不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生する虞がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、エンジンの回転変動の増大を抑えつつ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音の発生を抑制することができるエンジンの間欠燃焼運転方法、及びエンジン制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するエンジンの間欠燃焼運転方法は、n、mを、値として自然数を取る変数としたとき、n個の気筒で続けて燃焼を行った後にm個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターンを繰り返して、エンジンの燃焼気筒比率を、同エンジンの運転状態に基づき設定された目標燃焼気筒比率とするように同エンジンを間欠燃焼運転する。また、同間欠燃焼運転方法では、下記態様での間欠燃焼パターンの切り替えを行う。すなわち、間欠燃焼パターンの切り替えに際しては、n、mのうちの一方の値を切替前と同じ値としたまま、もう一方の値を切替前の値から1だけ変化した値とする。このような間欠燃焼パターンの切り替えを、同切り替えが所定の回数行われる毎に同一の間欠燃焼パターンが現れるように周期的に実行する。そして、こうした間欠燃焼パターンの切り替えの一周期における燃焼気筒比率が目標燃焼気筒比率となるようにする。
上記エンジンの間欠燃焼運転方法では、n個の気筒で続けて燃焼を行った後にm個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターンの繰り返しにより、エンジンの間欠燃焼運転を行っている。以下の説明では、こうした間欠燃焼パターンにおける続けて燃焼を行う気筒の数nを燃焼気筒数と記載し、続けて燃焼を休止する気筒の数mを休止気筒数と記載する。同一の間欠燃焼パターンを繰り返す場合、すなわち間欠燃焼パターンの燃焼気筒数及び休止気筒数を固定して間欠燃焼運転を行う場合、間欠的な燃焼や同燃焼の休止によるトルク変動が一定の周期で発生する。このような周期的なトルク変動が生じると、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生しやすくなる。
これに対して、上記エンジンの間欠燃焼運転方法では、間欠燃焼パターンの切り替え毎に、燃焼気筒数、及び休止気筒数のいずれかが変化するため、周期的なトルク変動が抑えられ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生し難くなる。また、間欠燃焼パターンの切り替え毎には、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が1気筒変化するだけであるため、エンジンの回転変動の増大も抑えることができる。
さらに、上記間欠燃焼パターンの切り替えが周期性を持って行われ、その切り替えの一周期における燃焼気筒比率を目標燃焼気筒比率とするようにしている。そのため、燃焼気筒数や休止気筒数を変化させながらも、エンジンの運転状態に応じた適切な燃焼気筒比率で間欠燃焼運転を行うことができる。したがって、上記間欠燃焼運転方法によれば、エンジンの回転変動の増大を抑えつつ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音の発生を抑制することができる。
なお、上記のような間欠燃焼パターンの切り替えは、同切り替えの一周期において、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間が存在しないように行うことができる。また、上記のような間欠燃焼パターンの切り替えは、同切り替えの一周期において、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間と、n、mのうちの一方の値が直前の間欠燃焼パターンの値から1だけ変化した値となる間欠燃焼パターンが連続して現れる区間と、が存在するように行うこともできる。
上記エンジンの間欠燃焼運転方法における間欠燃焼パターンの切り替えは、下記のように定義された第1〜第3燃焼パターンについて、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、第2燃焼パターン及び第3燃焼パターンのいずれか一つにより間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるように行うようにするとよい。すなわち、燃焼気筒数が自然数n1となり、休止気筒数が自然数m1となる間欠燃焼パターンを第1燃焼パターン、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が第1燃焼パターンの場合よりも1大きい値となる間欠燃焼パターンを第2燃焼パターン、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が第1燃焼パターンの場合よりも1小さい値となる間欠燃焼パターンを第3燃焼パターンとする。
こうした場合の第2燃焼パターンは、休止気筒数が第1燃焼パターンと同数で、燃焼気筒数が第1燃焼パターンよりも1つ多い間欠燃焼パターンであるか、燃焼気筒数が第1燃焼パターンと同数で、休止気筒数が第1燃焼パターンよりも1つ少ない間欠燃焼パターンのいずれかとなる。これに対して、第3燃焼パターンは、休止気筒数が第1燃焼パターンと同数で、燃焼気筒数が第1燃焼パターンよりも1つ少ない間欠燃焼パターンであるか、燃焼気筒数が第1燃焼パターンと同数で、休止気筒数が第1燃焼パターンよりも1つ多い間欠燃焼パターンのいずれかとなる。
さらに、上記エンジンの間欠燃焼運転方法における間欠燃焼パターンの切り替えは、第1〜第3の各燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第3燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間の順に現れるように行うようにしてもよい。このときには、第1燃焼パターンから第2燃焼パターン、第1燃焼パターン及び第3燃焼パターンを経て第1燃焼パターンとなるまでの4回の切り替えを一周期として、間欠燃焼パターンの切り替えが周期的に行われることになる。また、このときには、間欠燃焼パターンの切り替えが4回行われる毎に、同一の間欠燃焼パターンが現れることになる。
こうした場合の上記間欠燃焼パターンの切り替えの一周期における燃焼気筒比率は、第1燃焼パターンの燃焼気筒比率と同じとなる。そのため、同一の燃焼気筒比率において、間欠燃焼パターンを切り替えての、燃焼気筒数又は休止気筒数を変化させつつ行う間欠燃焼運転と、第1燃焼パターンを繰り返しての、燃焼気筒数及び休止気筒数を固定して行う間欠燃焼運転とを、状況に応じて使い分けることが可能となる。
燃焼気筒数及び休止気筒数を固定して間欠燃焼運転を行ったときの周期的なトルク変動により発生する振動や騒音の周波数は、エンジン回転数が高いほど高い周波数となる。そのため、エンジン回転数が一定の値よりも高くなると、燃焼気筒数及び休止気筒数を一定として間欠燃焼運転を行っても、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生しなくなる場合がある。そうした場合、上記のような第1燃焼パターン、第2燃焼パターン、第1燃焼パターン、第3燃焼パターンの順に各燃焼パターンが現れる態様での間欠燃焼パターンの切り替えは、エンジン回転数が既定の閾値以下であることを条件に行う。そして、エンジン回転数が上記閾値を超える場合には、間欠燃焼パターンの切り替えに伴うエンジンの回転変動の増大を避けるため、第1燃焼パターンを繰り返して間欠燃焼運転を行うようにするとよい。
なお、上記のような、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生しなくなるエンジン回転数は、エンジンの燃焼気筒比率により変化する。そのため、上記閾値は、エンジンの燃焼気筒比率に応じて変化する値として設定することが望ましい。
さらに、上記エンジンの間欠燃焼運転方法における間欠燃焼パターンの切り替えに際して、その切り替え前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n+KL0」の値の差が小さくなるように、エンジン負荷率を調整することが望ましい。なお、KLは、1気筒の1サイクル当たりの吸気量をシリンダ流入空気量とし、スロットル開度を最大開度としたときのシリンダ流入空気量を最大シリンダ流入空気量としたときの最大シリンダ流入空気量に対するシリンダ流入空気量の比率であるエンジン負荷率を表している。また、KL0は、エンジンの出力トルクが0となるエンジン負荷率の値、いわゆるゼロトルク負荷率を表している。
間欠燃焼パターンの切り替え前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n+KL0」の値が等しい値となれば、切り替え前後の間欠燃焼パターンにおける平均トルクを等しくすることができる。よって、間欠燃焼パターンの切り替えに際して、その切り替え前後の上記値の差が小さくなるようにエンジン負荷率の調整を行えば、切り替えに伴う平均トルクの変化が小さくなって、エンジンの回転変動の増大が抑えられる。
一方、上記課題を解決するエンジン制御装置は、エンジンの運転状態に基づき目標燃焼気筒比率を設定する目標燃焼気筒比率設定部と、燃焼行程を迎える気筒に燃焼を行うか、同燃焼を休止するかを指令する指令信号を出力する指令部であって、n、mを、値として自然数を取る変数としたときに、n個の気筒に続けて燃焼を指令した後にm個の気筒に続けて燃焼の休止を指令する出力パターンを繰り返して上記指令信号の出力を行う間欠燃焼指令部と、を備える。また、同エンジン制御装置における間欠燃焼指令部は、下記態様での出力パターンの切り替えを行いつつ指令信号を出力する。すなわち、出力パターンの切り替えに際しては、n、mのうちの一方の値を切替前と同じ値としたまま、もう一方の値を切替前の値から1だけ変化した値とする。また、そうした出力パターンの切り替えを、同切り替えが所定の回数行われる毎に同一の出力パターンが現れるように周期的に実行する。そして、そうした出力パターンの切り替えの一周期における燃焼気筒比率が目標燃焼気筒比率となるようにする。
こうしたエンジン制御装置では、出力パターンの切り替え毎に、燃焼気筒数、または休止気筒数が変化するため、周期的なトルク変動が抑えられ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生し難くなる。また、出力パターンの切り替え毎には、燃焼気筒数、又は休止気筒数が1気筒ずつしか変化しないため、エンジンの回転変動の増大も抑えることができる。さらに、出力パターンの切り替えが周期性を持って行われ、その切り替えの一周期における燃焼気筒比率を目標燃焼気筒比率とするようにしている。そのため、燃焼気筒数や休止気筒数を変化させながらも、エンジンの運転状態に応じた適切な燃焼気筒比率で間欠燃焼運転を行うことができる。したがって、上記エンジン制御装置によれば、エンジンの回転変動の増大を抑えつつ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音の発生を抑制することができる。
なお、上記エンジン制御装置における間欠燃焼指令部は、上記出力パターンの切り替えの一周期において、同一の出力パターンが連続して現れる区間が存在しないように出力パターンの切り替えを行うものとして構成することができる。また、同間欠燃焼指令部は、上記出力パターンの切り替えの一周期において、同一の出力パターンが連続して現れる区間と、n、mのうちの一方の値が直前の出力パターンの値から1だけ変化した値となる出力パターンが連続して現れる区間と、が存在するように、出力パターンの切り替えを行うものとして構成することもできる。
さらに、上記エンジン制御装置における間欠燃焼指令部による出力パターンの切り替えは、下記のように定義された第1〜第3出力パターンについて、第1出力パターンにより指令信号の出力を行う区間と、第2出力パターン及び第3出力パターンのいずれか一つにより指令信号の出力を行う区間と、が交互に現れるように行うようにするとよい。すなわち、ここでは、燃焼気筒数が自然数n1となり、休止気筒数が自然数m1となる上記指令信号の出力パターンを第1出力パターンとしたときの、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が第1出力パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が第1出力パターンの場合よりも1大きい値となる指令信号の出力パターンを第2出力パターンとし、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が前記第1出力パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が前記第1出力パターンの場合よりも1小さい値となる指令信号の出力パターンを第3出力パターンとしている。
さらに、上記エンジン制御装置における間欠燃焼指令部による出力パターンの切り替えは、第1〜第3の各出力パターンにより指令信号の出力が行われる区間が、第1出力パターンにより指令信号の出力が行われる区間、第2出力パターンにより指令信号の出力が行われる区間、第1出力パターンにより指令信号の出力が行われる区間、第3出力パターンにより指令信号の出力が行われる区間、の順に現れるように行うことが望ましい。こうした場合、第1出力パターンから第2出力パターン、第1出力パターン及び第3出力パターンを経て第1出力パターンとなるまでの4回の切り替えを一周期として、指令信号の出力パターンの切り替えが周期的に行われることになる。また、このときには、出力パターンの切り替えが4回行われる毎に同じ出力パターンが現れることになる。
さらに、この場合の間欠燃焼指令部は、上記出力パターンの切り替えを、エンジン回転数が既定の閾値以下であることを条件に行い、且つエンジン回転数が上記閾値を超えるときには、第1出力パターンを繰り返すように指令信号の出力を行うものとして構成するとよい。また、このときの閾値には、エンジンの燃焼気筒比率によって異なる値を設定することが望ましい。
また、上記エンジン制御装置において、出力パターンの切り替えに際して、その切り替え前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n−KL0」の値の差が小さくなるように、エンジン負荷率を調整する空気量調整部を備えれば、出力パターンの切り替えに伴うエンジンの回転変動の増大を抑制できる。
第1実施形態のエンジン制御装置が適用されるエンジンの構成を模式的に示す図。 同エンジン制御装置における燃焼気筒比率の可変制御にかかる制御構造を示すブロック図。 同エンジン制御装置が備える間欠燃焼指令部が目標燃焼気筒比率設定処理において設定する目標燃焼気筒比率とエンジン回転数、全気筒燃焼時要求負荷率との関係を示すグラフ。 同エンジン制御装置が備える空気量調整部が要求負荷率演算処理において設定する各間欠燃焼パターンの要求負荷率と全気筒燃焼時要求負荷率との関係を示すグラフ。 同実施形態の間欠燃焼方法を用いて燃焼気筒比率を2/3とする間欠燃焼運転を行ったときのエンジン負荷率、及びエンジン回転数の推移を示すタイムチャート。 第2実施形態における間欠燃焼制御域の設定態様を示すグラフ。 第4実施形態における各間欠燃焼パターンの要求負荷率と全気筒燃焼時要求負荷率との関係を示すグラフ。
(第1実施形態)
以下、エンジンの間欠燃焼運転方法及びエンジン制御装置の第1実施形態を、図1〜図5を参照して説明する。
図1に、本実施形態のエンジン制御装置10が適用されるエンジン11の構成を示す。同図に示すように、エンジン11は、直列に配列された4つの気筒#1〜#4を備えている。同エンジン11での各気筒#1〜#4の点火順序は、気筒#1、気筒#3、気筒#4、気筒#2の順となっている。エンジン11の吸気通路12には、その内部を流れる吸気の流量(吸入空気量GA)を検出するエアフローメータ13と、吸入空気量GAを調整するための流量制御弁であるスロットルバルブ14とが設けられている。さらに、エンジン11には、インジェクタ15及び点火プラグ16が気筒毎にそれぞれ設けられている。こうしたエンジン11の各気筒#1〜#4では、吸気通路12を通じて供給された吸気とインジェクタ15が噴射した燃料との混合気が、点火プラグ16の放電により点火されて燃焼される。
本実施形態のエンジン制御装置10は、こうしたエンジン11の運転制御を行うマイクロコントローラとして構成されている。エンジン制御装置10には、上述のエアフローメータ13を始め、エンジン11のクランク角を検出するクランク角センサ17、スロットルバルブ14の開度(スロットル開度TA)を検出するスロットル開度センサ18、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ19などの各種センサの検出信号が入力されている。そして、エンジン制御装置10は、これらセンサの検出信号に基づき、スロットルバルブ14の開度制御、インジェクタ15の燃料噴射制御、点火プラグ16の点火時期制御などを実施することで、エンジン11の運転制御を行っている。
なお、エンジン制御装置10は、クランク角センサ17が検出したクランク角の変化速度からエンジン回転数NEを求めている。また、エンジン制御装置10は、アクセルペダルセンサ19が検出したアクセルペダルの踏込み量とエンジン回転数NEとから、エンジン11の要求トルクを求めている。
エンジン制御装置10は、エンジン11の運転制御の一環として、燃焼気筒比率γの可変制御を行っている。燃焼気筒比率γは、燃焼を行う気筒(燃焼気筒)の数と燃焼を休止する気筒(休止気筒)の数との合計に対する燃焼気筒数の比率である。なお、燃焼行程を迎える気筒のすべてで燃焼を行う全気筒燃焼運転では、燃焼気筒比率γは、1となる。また、一部の気筒で燃焼を休止する間欠燃焼運転では、燃焼気筒比率γは、1未満の値となる。
図2に、こうした燃焼気筒比率γの可変制御にかかるエンジン制御装置10の制御構造を示す。同図に示すように、エンジン制御装置10は、燃焼気筒比率γの可変制御にかかる制御構造として、間欠燃焼指令部20と空気量調整部21とを備えている。
間欠燃焼指令部20は、目標燃焼気筒比率設定処理P1、間欠燃焼パターン決定処理P2、噴射指令処理P3、及び点火指令処理P4を実施する。そして、これらの処理を通じて間欠燃焼指令部20は、目標燃焼気筒比率γtを設定するとともに、その目標燃焼気筒比率γtに応じて決定した燃焼パターンに従って、各気筒#1〜#4のインジェクタ15、点火プラグ16に噴射信号、点火信号をそれぞれ出力する。
これに対して、空気量調整部21は、要求負荷率演算処理P5と目標スロットル開度設定処理P6とを実施する。そして、これらの処理を通じて空気量調整部21は、燃焼パターンの切り替えに応じたエンジン負荷率KLの調整を行っている。なお、エンジン負荷率KLは、1気筒の1サイクル当たりの吸気量をシリンダ流入空気量とし、スロットルバルブ14の開度を最大開度としたときの同シリンダ流入空気量を最大シリンダ流入空気量としたときの最大シリンダ流入空気量に対するシリンダ流入空気量の比率である。
まず、間欠燃焼指令部20が実施する各処理P1〜P4の詳細を説明する。
目標燃焼気筒比率設定処理P1では、エンジン回転数NE、全気筒燃焼時要求負荷率KLAに基づき、目標燃焼気筒比率γtが設定される。全気筒燃焼時要求負荷率KLAは、エンジン11が全気筒燃焼運転を行っているとした場合に、要求トルク分のトルクの発生に必要なエンジン負荷率KLを表し、その値はエンジン回転数NEと要求トルクとに基づき演算されている。なお、本実施形態では、目標燃焼気筒比率γtは、1/2(=50%)、2/3(≒67%)、3/4(=75%)、4/5(=80%)、1(=100%)のいずれかの値に設定される。
図3に、目標燃焼気筒比率設定処理P1での目標燃焼気筒比率γtの設定態様を示す。同図に示すように、エンジン回転数NEが既定値NE1以下の領域では、全気筒燃焼時要求負荷率KLAに拘わらず、目標燃焼気筒比率γtの値は1に設定される。
これに対して、エンジン回転数NEが既定値NE1を超える領域では、全気筒燃焼時要求負荷率KLAに応じて、目標燃焼気筒比率γtの値を1/2〜1の範囲で可変設定している。具体的には、この場合の目標燃焼気筒比率γtは、全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL1以上、且つ既定値KL2(>KL1)未満のときには3/4(=75%)に設定される。また、全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL2以上、且つ既定値KL3(>KL2)未満のときには4/5(=80%)に設定される。さらに、全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL3以上のときには1(=100%)に設定される。このように、エンジン回転数NEが既定値NE1を超え、且つ全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL1以上の領域では、全気筒燃焼時要求負荷率KLAが高いほど、目標燃焼気筒比率γtに大きい値が設定される。
なお、エンジン回転数NEが既定値NE1を上回り、且つ全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL1未満の領域では、目標燃焼気筒比率γtは、1/2、2/3のいずれかの値に設定される。同領域において、目標燃焼気筒比率γtの値を2/3に設定する全気筒燃焼時要求負荷率KLAの下限値は、エンジン回転数NEが高くなるほど大きくなるように設定されている。
間欠燃焼パターン決定処理P2では、設定された目標燃焼気筒比率γtの値に応じて、エンジン11において実施する間欠燃焼パターンが、表1に示されるように決定される。そして、同処理P2では、決定した間欠燃焼パターンにおいて、燃焼を休止する気筒を指示する休止指令が、噴射指令処理P3及び点火指令処理P4に受け渡される。また、同処理P2では、実行中の間欠燃焼パターンの終了後に実行する次回の間欠燃焼パターン(以下、次回燃焼パターンと記載する)における燃焼気筒比率γの値である次回燃焼気筒比率γnが、空気量調整部21が実施する要求負荷率演算処理P5に受け渡される。
なお、ここでは、n及びmをそれぞれ任意の自然数としたときのn個の気筒で続けて燃焼を行った後にm個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターンを[n−m]と表記する。すなわち、同表記においてのnの値は、間欠燃焼パターンの燃焼気筒数を表し、mの値は、同間欠燃焼パターンの休止気筒数を表している。なお、[1−1]、[2−1]、[3−1]、[4−1]、[5−1]の各間欠燃焼パターンにおける気筒の燃焼、休止の順序は、表2に示す通りとなる。
表1に示すように、目標燃焼気筒比率γtの値が2/3、3/4、4/5のいずれかに設定されている場合、間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返しながら間欠燃焼運転が行われる。これに対して、目標燃焼気筒比率γtの値が1/2の場合、間欠燃焼パターンは[1−1]に固定される。すなわち、この場合には、[1−1]の間欠燃焼パターンを繰り返して間欠燃焼運転が行われる。また、目標燃焼気筒比率γtの値が1に設定されている場合には、全気筒燃焼運転を行う。
噴射指令処理P3では、休止指令の有無と、エンジン11の運転状態に基づき演算された噴射時期、及び噴射時間とに応じて、各気筒#1〜#4のインジェクタ15への噴射信号の出力が行われる。具体的には、休止指令を受けていない気筒のインジェクタ15の噴射信号は、噴射時期にオンとされ、それから噴射時間が経過した時点でオフとされる。これに対して、休止指令を受けている気筒のインジェクタ15の噴射信号は、休止指令が解除されるまでオフに保持される。こうした噴射信号は、燃焼行程を迎える気筒の噴射可能期間内にオンとされるか否かにより、同気筒で燃焼を行うか、同燃焼を休止するかを指令する指令信号となっている。
また、点火指令処理P4では、休止指令の有無と、エンジン11の運転状態に基づき演算された点火時期と、に応じて各気筒#1〜#4の点火プラグ16に点火信号を出力する。具体的には、休止指令を受けていない気筒の点火プラグ16の点火信号は、(図示しない)点火コイルの一次コイルの通電開始時期から通電停止時期までオンとされる。一方、休止指令を受けている気筒の点火プラグ16の点火信号は、同休止指令が解除されるまで、オフに保持される。なお、点火プラグ16は、一次コイルへの通電停止と共に火花放電を発生して、点火を行うように構成されている。こうした点火信号は、燃焼行程を迎える気筒の点火可能期間内にオンとされるか否かにより、同気筒で燃焼を行うか、同燃焼を休止するかを指令する指令信号となっている。
こうした間欠燃焼指令部20によれば、設定した目標燃焼気筒比率γtの値に応じて、表3に示すように、間欠燃焼運転、又は全気筒燃焼運転が行われる。なお、表3には、各目標燃焼気筒比率γtによる間欠燃焼運転が気筒#1の燃焼順序となった時点から開始された場合の各気筒の燃焼、休止の順序が示されている。
続いて、空気量調整部21が実施する要求負荷率演算処理P5、及び目標スロットル開度設定処理P6の詳細を説明する。
要求負荷率演算処理P5では、全気筒燃焼時要求負荷率KLA、及び上述の間欠燃焼パターン決定処理P2より受け渡された次回燃焼気筒比率γnに対して、式(1)の関係を満たすように、要求負荷率KLTが演算され、その値が目標スロットル開度設定処理P6に受け渡される。このときの目標スロットル開度設定処理P6への要求負荷率KLTの演算結果の受け渡しは、実行中の間欠燃焼パターンの最後の燃焼気筒の吸気行程が終了したときに行われる。
ここで、全気筒燃焼時要求負荷率KLAをエンジン負荷率KLとして全気筒燃焼運転を行ったときのエンジン11の単位時間当たりの発生トルクを全気筒燃焼時平均トルクとする。また、上述の各間欠燃焼パターンについて、当該間欠燃焼パターンを繰り返して間欠燃焼運転を行ったときのエンジン11の単位時間当たりの発生トルクを、各間欠燃焼パターンの平均トルクとする。さらに、エンジン11の出力トルクが0となるエンジン負荷率KLの値を、ゼロトルク負荷率KL0とする。このとき、式(1)は、次に実行する間欠燃焼パターンの平均トルクが全気筒燃焼時平均トルクと等しい大きさとなるエンジン負荷率KLを、要求負荷率KLTの値として演算する式となっている。
図4に、次回燃焼パターンの要求負荷率KLTと全気筒燃焼時要求負荷率KLAとの関係を示す。同図に示すように、要求負荷率KLTは、間欠燃焼パターンの燃焼気筒数の減少に対して指数的に増加する値となる。そのため、[1−1]と[2−1]との間欠燃焼パターンの切り替え時には、大幅なエンジン負荷率KLの調整が必要となる。
また、目標スロットル開度設定処理P6では、エンジン負荷率KLを要求負荷率KLTとするために必要なスロットル開度TAの目標値である目標スロットル開度が算出される。目標スロットル開度の算出は、スロットルバルブ14を通過する吸気の挙動の物理モデルであるスロットモデルを用いて行われる。そして、算出した目標スロットル開度に従って、スロットルバルブ14の開度制御が行われる。
(作用効果)
続いて、本実施形態のエンジン11の間欠燃焼運転方法及びエンジン制御装置10の作用及び効果を説明する。
図5に、燃焼気筒比率γを2/3として間欠燃焼運転を行う場合の噴射信号、点火信号、要求負荷率KLT、エンジン負荷率KL、及びエンジン回転数NEの推移を示す。なお、同図に示す噴射信号及び点火信号は、各気筒#1〜#4のインジェクタ15及び点火プラグ16に対して個別に出力される信号を合成したものとなっている。また、同図には、空気量調整部21によるエンジン負荷率KLの調整を行わず、間欠燃焼指令部20による噴射信号、点火信号の出力に従って上記間欠燃焼運転を行った場合のエンジン回転数NEの推移が破線で示されている。
上述のように本実施形態では、燃焼気筒比率γを2/3とする場合、[2−1]、[3−1]、[2−1]、[1−1]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転を行うようにしている。すなわち、この場合には、[2−1]から[3−1]、[2−1]及び[1−1]を経て再び[2−1]となるまでの4回の切り替えを一周期として、間欠燃焼パターンの切り替えを周期的に行うようにしている。この場合には、間欠燃焼パターンの切り替えが4回行われる毎に、同じ間欠燃焼パターンが現れるようになる。
こうした場合、間欠燃焼パターンの切り替えに応じて、休止気筒間隔が、2気筒、3気筒、2気筒、1気筒の順繰りで周期的に変化するようになる。なお、このときの切り替えられる3つの間欠燃焼パターン、[3−1]、[2−1]、[1−1]を個別に見ると、それぞれの燃焼気筒比率γは、3/4、2/3、1/2となっている。ただし、間欠燃焼パターンの切り替えの一周期分では、燃焼気筒数が8個、休止気筒数が4個となり、燃焼気筒比率γは2/3[=8/(8+4)]となる。このように、本実施形態では、休止気筒間隔を順繰りに変化させながら、燃焼気筒比率γを2/3としての間欠燃焼運転を行うようにしている。
ところで、レシプロエンジンの運転中には、エンジン回転数[回転/秒]の整数倍の周波数[Hz]の振動が発生する。このうち、特に問題となるのが、エンジン回転数と同じ周波数の一次振動となっている。なお、エンジン11が発する振動や騒音の周波数には、乗員が特に不快に感じやすい特定の周波数帯が存在する。そのため、一般にエンジンは、そうした特定の周波数帯の上限値[Hz]よりも高い回転数[回転/秒]をアイドル回転数として設定することで、一次振動の周波数が上記特定の周波数帯に入らないように設計されている。すなわち、上記特定の周波数帯の振動や騒音の発生を回避するには、一次振動よりも低い周波数のトルク変動の発生は許容できないことになる。
ここで、[2−1]の間欠燃焼パターンを繰り返して、燃焼気筒比率γを2/3としての間欠燃焼運転を行う場合を考える。この場合、気筒休止に伴うトルク変動が一定の周期で発生する。このトルク変動の周波数[Hz]は、エンジン回転数NE[回転/秒]の2/3倍となり、一次振動の周波数よりも低い周波数となる。
これに対して本実施形態では、間欠燃焼パターンの切り替えに応じて休止気筒間隔が変わり、気筒休止に伴うトルク変動の周期が変化する。そのため、不快に感じやすい上記特定の周波数帯の振動や騒音を発生させずに、燃焼気筒比率γを2/3とした間欠燃焼運転を行うことができる。
なお、一定のエンジン負荷率KLのもとで上記間欠燃焼パターンの切り替えを行った場合、間欠燃焼パターンの切り替え毎にエンジン11の平均トルクが変化する。そのため、こうした場合には、そうした平均トルクの変化の影響により、エンジン回転数NEの変動が大きくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、上記間欠燃焼パターンの切り替えに応じて、エンジン負荷率KLの調整を行っている。このエンジン負荷率KLの調整は、切り替えられる各間欠燃焼パターンの平均トルクが一定となるように行われるため、間欠燃焼パターンの切り替えに伴うエンジン回転数NEの変動を抑えられる。
なお、切り替え前後の間欠燃焼パターンにおける燃焼気筒数の差が大きいと、平均トルクを一定とするために必要なエンジン負荷率KLの調整量も大きくなり、その調整に要する時間が長くなる。その点、本実施形態では、燃焼気筒数が1気筒分ずつ変化するように間欠燃焼パターンの切り替えを行っているため、間欠燃焼パターンの切り替え時のエンジン負荷率KLの調整量を抑えられる。
さらに、本実施形態では、燃焼気筒比率γを3/4、4/5とする場合にも、同様の間欠燃焼パターンの切り替え、及びエンジン負荷率KLの調整が行われる。そのため、これらの場合にも、不快に感じやすい周波数帯の振動や騒音の発生、及び間欠燃焼パターンの切り替えに伴うエンジン回転数NEの変動を抑えることができる。
一方、本実施形態では、燃焼気筒比率γを1/2とする場合には、間欠燃焼パターンが[1−1]に固定され、一定の休止気筒間隔で間欠燃焼運転が行われる。この場合の気筒休止に伴うトルク変動の周波数[Hz]は、エンジン回転数NE[回転/秒]と同じ周波数、すなわち一次振動と同じ周波数となる。しかも、こうした休止気筒間隔を一定としての間欠燃焼運転が行われるのは、エンジン回転数NEが既定値NE1を超えるエンジン11の高回転運転時に限られる。そのため、この場合には、一定の休止気筒間隔で間欠燃焼運転を行っても、不快に感じやすい特定の周波数帯の振動や騒音が発生することはない。
(第2実施形態)
第1実施形態では、燃焼気筒比率γを2/3、3/4、4/5とする場合には、間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して、休止気筒間隔を変化させることで、不快に感じやすい上記特定の周波数帯の振動や騒音の発生を抑制していた。一方、休止気筒間隔を一定とした場合の気筒休止に伴うトルク変動によりエンジン11が発生する振動や騒音の周波数は、エンジン回転数NEが高いほど高くなる。よって、エンジン回転数NEがある程度よりも高ければ、休止気筒間隔を固定しても、不快に感じやすい上記特定の周波数帯の振動や騒音は発生しないことがある。そこで、本実施形態では、燃焼気筒比率γを3/4、4/5とする場合にも、エンジン回転数NEがある程度よりも高いときには、一定の休止気筒間隔で間欠燃焼運転を行うようにしている。
図6に示すように、本実施形態でも、目標燃焼気筒比率γtの値は、第1実施形態の場合と同様に設定している。すなわち、目標燃焼気筒比率γtの値が3/4に設定されるのは、エンジン回転数NEが既定値NE1以上で、全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL1以上、且つ既定値KL2未満の場合となっている。また、目標燃焼気筒比率γtの値が4/5に設定されるのは、エンジン回転数NEが既定値NE1以上で、全気筒燃焼時要求負荷率KLAが既定値KL2以上、且つ既定の既定値KL3未満の場合となっている。
なお、本実施形態では、目標燃焼気筒比率γtの値が3/4に設定される場合において、エンジン回転数NEが既定の閾値NE2(>NE1)以下のときには、第1実施形態と同様に間欠燃焼パターンを切り替えながら間欠燃焼運転を行うようにしている。すなわち、このときには、[3−1]、[4−1]、[3−1]、[2−1]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転が行われる。すなわち、[3−1]から[4−1]、[3−1]及び[2−1]を経て[3−1]となるまでの4回の切り替えを一周期として、間欠燃焼パターンの切り替えが周期的に行われる。なお、このときには、間欠燃焼パターンの切り替えが4回行われる毎に同じ間欠燃焼パターンが現れるようになる。
一方、目標燃焼気筒比率γtの値が3/4に設定される場合においても、エンジン回転数NEが閾値NE2を超えるときには、休止気筒間隔を一定として間欠燃焼運転を行うようにしている。すなわち、この場合には、[3−1]の間欠燃焼パターンの繰り返しにより間欠燃焼運転が行われる。
また、目標燃焼気筒比率γtの値が4/5に設定される場合において、エンジン回転数NEが既定の閾値NE3(>NE2)以下のときには、第1実施形態と同様に間欠燃焼パターンを切り替えながら間欠燃焼運転を行うようにしている。このときには、[4−1]、[5−1]、[4−1]、[3−1]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転が行われる。すなわち、[3−1]から[4−1]、[3−1]及び[2−1]を経て[3−1]となるまでの4回の切り替えを一周期として、間欠燃焼パターンの切り替えが周期的に行われる。なお、このときには、間欠燃焼パターンの切り替えが4回行われる毎に同じ間欠燃焼パターンが現れるようになる。
一方、目標燃焼気筒比率γtの値が4/5に設定される場合においても、エンジン回転数NEが閾値NE3を超えるときには、休止気筒間隔を一定として間欠燃焼運転を行うようにしている。すなわち、この場合には、[4−1]の間欠燃焼パターンの繰り返しにより間欠燃焼運転が行われる。
(第3実施形態)
上記実施形態では、1/2、2/3、3/4、4/5、1の5段階の燃焼気筒比率γの変更を行っていた。これに対して、表4に示す各間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転を行うことで、燃焼気筒比率γをそれらの中間の値である、3/5、5/7、7/9、9/11とすることが可能となる。
表5に、これら3/5、5/7、7/9、9/11の各燃焼気筒比率γにおける間欠燃焼運転の実施態様を示す。同表に示すように、これらの場合にも、間欠燃焼パターンの切り替え毎に休止気筒間隔が1気筒ずつ変化する。そのため、これらの場合にも、気筒休止に伴うトルク変動により、不快に感じやすい上記特定の周波数帯の振動が発生することを避けることができる。
なお、上記空気量調整部21による間欠燃焼パターンの切り替えに応じたエンジン負荷率KLの調整は、これらの場合にも同様に適用することができ、その適用により、間欠燃焼パターンの切り替えによるエンジン回転数NEの変動の増大を同様に抑制することが可能である。
(第4実施形態)
上記実施形態では、燃焼気筒比率γを1/2以上の範囲で可変としていた。これに対して、Mを2以上の自然数としたときの、1個の気筒で燃焼を行った後にM個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターン[1−M]を繰り返し行えば、燃焼気筒比率γを1/2未満の値とした間欠燃焼運転を行うことができる。表6には、そうした間欠燃焼パターンの例として、[1−2]、[1−3]、[1−4]の3つのパターンが示されている。
こうした場合、燃焼気筒間隔(燃焼気筒と次の燃焼気筒との間の休止気筒の数)が一定であると、周期的にトルク変動が発生するようになる。そのため、こうした場合には、エンジン11の低回転運転時に、そうした周期的なトルク変動により、不快に感じやすい上記特定の周波数帯の振動や騒音が発生する虞がある。
これに対しては、表7に示す各間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転を行うようにするとよい。こうした場合、燃焼気筒間隔を一定とせずに、燃焼気筒比率γをそれぞれ2/5、1/3、2/7、1/4とした間欠燃焼運転を行うことが可能となる。
表8に、上記各燃焼気筒比率γにおける間欠燃焼運転の実施態様を示す。同表に示すように、これらの場合には、間欠燃焼パターンの切り替え毎に燃焼気筒間隔が1気筒ずつ変化する。そのため、これらの場合にも、気筒休止に伴うトルク変動により、不快に感じやすい上記特定の周波数帯の振動が発生することを避けることができる。
なお、こうした場合にも、一定のエンジン負荷率KLのもとで上記間欠燃焼パターンの切り替えを行った場合、間欠燃焼パターンの切り替え毎にエンジン11の平均トルクが変化して、エンジン回転数NEの変動が大きくなる。一方、ここでの間欠燃焼パターンの切り替えにも上記空気量調整部21による応じたエンジン負荷率KLの調整は同様に適用することが可能であり、その適用により、上記のような間欠燃焼パターンの切り替えに伴うエンジン回転数NEの変動の増大を抑えることができる。図7は、このときの各間欠燃焼パターンの要求負荷率KLTと全気筒燃焼時要求負荷率KLAとの関係を示している。
(第5実施形態)
上記実施形態では、燃焼気筒比率γを1/2とした間欠燃焼運転は、[1−1]の間欠燃焼パターンの繰り返しにより行うようにしていた。この場合には、1気筒おきに気筒休止が行われ、周期的にトルク変動が生じるため、ある程度よりも低いエンジン回転数NEでは、そのトルク変動により、不快に感じやすい周波数帯の振動が発生する虞がある。
これに対しては、[1−1]、[2−1]、[1−1]、[1−2]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転を行うようにするとよい。すなわち、切り替えを4回行う毎に同じ間欠燃焼パターンが現れるように、[1−1]から[2−1]、[1−1]及び[1−2]を経て[1−1]となるまでの4回の切り替えを一周期として間欠燃焼パターンの切り替えを周期的行うようにするとよい。
表9に、このときの間欠燃焼運転の実施態様を示す。こうした場合、トルク変動の周期を変化させつつ、燃焼気筒比率γを1/2とした間欠燃焼運転を行うことが可能となる。そのため、燃焼気筒比率γを1/2とした間欠燃焼運転を実施可能な領域を、より低い回転数域に拡張できるようになる。
(第6実施形態)
第3実施形態では、休止気筒数が共に1で、燃焼気筒数が1だけ違う2種の間欠燃焼パターン[1−1]、[2−1]を交互に切り替えることで、燃焼気筒比率γ=3/5を達成していた。燃焼気筒比率γ=3/5は、これら2種の間欠燃焼パターンを、[1−1]、[2−1]、[1−1]、[1−1]、[2−1]、[2−1]の順繰りで実施することでも達成することができる。この場合にも、[1−1]から[2−1]、[1−1]の2回繰り返し、[2−1]の2回繰り返しを経て[1−1]となるまでの4回の切り替えを間欠燃焼パターンの切り替えの一周期とすれば、同間欠燃焼パターンの切り替えは、所定の回数(4回)行われる毎に同一の間欠燃焼パターンが現れるように周期的に実行され、且つその一周期における燃焼気筒比率γが目標燃焼気筒比率である3/5となるように行われていることになる。
そして、こうした場合にも、間欠燃焼パターンの切り替え毎に、燃焼気筒数が変化するため、周期的なトルク変動が抑えられ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生し難くなる。また、間欠燃焼パターンの切り替え毎には、燃焼気筒数、又は休止気筒数が1気筒ずつしか変化しないため、エンジンの回転変動の増大も抑えることができる。
このような、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間を含んだ間欠燃焼パターンの切り替えを行うことで、3/5以外の燃焼気筒比率γでの間欠燃焼運転を達成することが可能である。例えば、燃焼気筒比率γ=2/5は、[1−2]、[1−1]の2種の間欠燃焼パターンを、[1−2]、[1−1]、[1−2]、[1−2]、[1−1]、[1−1]の順繰りで実施することで達成可能である。この場合にも、[1−2]から[1−1]、[1−2]の2回繰り返し、[1−1]の2回繰り返しを経て[1−2]となるまでの4回の切り替えを間欠燃焼パターンの切り替えの一周期とすれば、同間欠燃焼パターンの切り替えは、所定の回数(4回)行われる毎に同一の間欠燃焼パターンが現れるように周期的に実行され、且つその一周期における燃焼気筒比率γが目標燃焼気筒比率である2/5となるように行われていることになる。
(第7実施形態)
さらに、燃焼気筒比率γ=3/5は、表10に示すような、休止気筒数が2で、燃焼気筒数が1ずつ異なる3種の間欠燃焼パターン[2−2]、[3−2]、[4−2]の間で切り替えを行うことでも達成することができる。すなわち、[3−2]、[2−2]、[3−2]、[4−2]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して間欠燃焼運転を行うことで、燃焼気筒比率γを3/5とすることができる。この場合、切り替えを4回行う毎に同じ間欠燃焼パターンが現れるように、[3−2]から[2−2]、[3−2]及び[4−2]を経て[3−2]となるまでの4回の切り替えを一周期として、間欠燃焼パターンの切り替えが周期的に行われることになる。
こうした場合にも、間欠燃焼パターンの切り替え毎に、燃焼気筒数が変化するため、周期的なトルク変動が抑えられ、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音が発生し難くなる。また、間欠燃焼パターンの切り替え毎には、燃焼気筒数、又は休止気筒数が1気筒ずつしか変化しないため、エンジンの回転変動の増大も抑えることができる。
(補足1)
上記各実施形態には、様々な間欠燃焼パターンの切り替え態様が提示されている。ここで提示した各間欠燃焼パターンの切り替え態様は全て、下記のように一般化したかたちで表現されるものとなっている。
上述のように、ここでは、n及びmを自然数としたときのn個の気筒で続けて燃焼を行った後にm個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターンを[n−m]と表記するようにしている。以下の説明では、こうした間欠燃焼パターンにおいて、続けて燃焼を行う気筒の数nを燃焼気筒数と記載し、同間欠燃焼パターンにおいて、続けて燃焼を休止する気筒の数mを休止気筒数と記載する。
ここで、間欠燃焼パターンの切り替え順の先頭に位置する間欠燃焼パターンを第1燃焼パターンとする。この第1燃焼パターンの燃焼気筒数をn1とし、休止気筒数をm1とする。燃焼気筒数、休止気筒数の値は当然、自然数となる。すなわち、第1燃焼パターンは、n1、m1を自然数としたときの、n1個の気筒で続けて燃焼を行った後にm1個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターンとなる。
さらに、ここでは、次の2種の間欠燃焼パターンを第2燃焼パターン、第3燃焼パターンと定義する。すなわち、燃焼気筒数n及び休止気筒数mのいずれか一方が第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数nから休止気筒数mを引いた差が第1燃焼パターンの場合よりも1大きい値となる間欠燃焼パターンを第2燃焼パターンとする。また、燃焼気筒数n及び休止気筒数mのいずれか一方が第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数nから休止気筒数mを引いた差が第1燃焼パターンの場合よりも1小さい値となる間欠燃焼パターンを第3燃焼パターンとする。
第1実施形態で例示した、燃焼気筒比率γが2/3、3/4、4/5の場合の3通りの間欠燃焼パターンの切り替え(表1参照)は、休止気筒数mの値はいずれも1であるが、燃焼気筒数nの値が1ずつ異なる3種の間欠燃焼パターンについて、次の順序で切り替えを行うものとなっている。すなわち、(1)第1燃焼パターン、(2)第1燃焼パターンよりも燃焼気筒数nが1つ多い間欠燃焼パターン、(3)第1燃焼パターンと同じ間欠燃焼パターン、(4)第1燃焼パターンよりも燃焼気筒数nが1つ少ない間欠燃焼パターン、の順序である。このときの、(2)の間欠燃焼パターンは上記第2燃焼パターンの要件を、(4)の間欠燃焼パターンは上記第3燃焼パターンの要件を、それぞれ満たす。すなわち、第1実施形態で例示した2通りの間欠燃焼パターンの切り替えは、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第3燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、の順に各燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が現れるように行うものとなっている。なお、この場合の間欠燃焼パターンの切り替えでは、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、第2燃焼パターン及び第3燃焼パターンのいずれか一つにより間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるようになっている。
第3実施形態で例示した4通りの間欠燃焼パターンの切り替え(表4参照)は、休止気筒数mの値が1である間欠燃焼パターン[n−1]について、(1)第1燃焼パターン、(2)第1燃焼パターンよりも燃焼気筒数nが1だけ多い間欠燃焼パターン、の順に切り替えを行うものとなっている。このときの(2)の間欠燃焼パターンは、第2燃焼パターンの要件を満たす。すなわち、第3実施形態で例示した各間欠燃焼パターンの切り替えは、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるように行われている。
第4実施形態には、燃焼気筒数nの値が1である間欠燃焼パターン[1−m]について、次の2通りの間欠燃焼パターンの切り替え態様が例示されている。
一つは、表7における燃焼気筒比率γが1/3、1/4の場合の、(1)第1燃焼パターン、(2)第1燃焼パターンよりも休止気筒数mが1つ少ない間欠燃焼パターン、(3)第1燃焼パターンと同じ間欠燃焼パターン、(4)第1燃焼パターンよりも休止気筒数mが1つ多い間欠燃焼パターン、の順に間欠燃焼パターンを切り替えるものである。このときの(2)の間欠燃焼パターンは第2燃焼パターンの要件を、(4)の間欠燃焼パターンは第3燃焼パターンの要件を、それぞれ満たす。すなわち、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第3燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、の順に各燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が現れるように間欠燃焼パターンを切り替えるものとなっている。
もう一つは、表7における燃焼気筒比率γが2/5、2/7の場合の、(1)第1燃焼パターンと、(2)第1燃焼パターンよりも休止気筒数mが1つ少ない間欠燃焼パターンとが交互に現れるように間欠燃焼パターンを切り替えるものであり、このときの、(2)の間欠燃焼パターンは第2燃焼パターンの要件を満たす。そのため、この場合の間欠燃焼パターンの切り替えは、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間とが、交互に現れるように行われるものとなっている。
第5実施形態には、[1−1]、[2−1]、[1−1]、[1−2]の順の間欠燃焼パターンの切り替えが提示されている。このときの第1燃焼パターンである[1−1]の間欠燃焼パターンに対し、[2−1]は第2燃焼パターンの要件を、[1−2]は第3燃焼パターンの要件を、それぞれ満たすものとなっている。すなわち、この間欠燃焼パターンの切り替えは、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第3燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、の順に各燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が現れるように間欠燃焼パターンを切り替えるものとなっている。
さらに、第6実施形態における燃焼気筒比率γが3/5の場合の間欠燃焼パターンの切り替えは、間欠燃焼パターン[1−1]による間欠燃焼運転が行われる区間と、間欠燃焼パターン[2−1]による間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるように行われている。このときの[2−1]は、[1−1]を第1燃焼パターンとしたときの第2燃焼パターンの要件を満たす間欠燃焼パターンとなっている。また、同じく第6実施形態における燃焼気筒比率γが2/5の場合の間欠燃焼パターンの切り替えは、間欠燃焼パターン[1−1]による間欠燃焼運転が行われる区間と、間欠燃焼パターン[1−2]による間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるように行われている。このときの[1−2]は、[1−1]を第1燃焼パターンとしたときの第3燃焼パターンの要件を満たす間欠燃焼パターンとなっている。
第7実施形態には、[3−2]、[4−2]、[3−2]、[2−2]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返して、燃焼気筒比率γを2/3とすることが示されている。この場合、[3−2]を第1燃焼パターンとすると、[4−2]は第2燃焼パターンの要件を、[2−2]は第3燃焼パターンの要件を、それぞれ満たす間欠燃焼パターンとなる。
このように、上記各実施形態で提示した間欠燃焼パターンの切り替えは、(イ)、(ロ)のいずれかとなる。
(イ)第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第3燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間の順に、各燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が現れるように間欠燃焼パターンの切り替えるもの。
(ロ)第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間の順に、各燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が現れるように間欠燃焼パターンを切り替えるもの。
さらに、(イ)では、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間が1つ置きに現れる。また、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間の次には第2燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間、第3燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間のいずれかが現れる。よって、上記各実施形態で提示した間欠燃焼パターンの切り替えはいずれも、第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、第2燃焼パターン及び第3燃焼パターンのいずれか一つにより間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるように行われるものとなっている。
なお、第1〜第5実施形態、第7実施形態に例示した各間欠燃焼パターンの切り替えは、間欠燃焼パターン1回毎に行われるようになっていた。すなわち、これらの間欠燃焼パターンの切り替えは、同切り替えの一周期において、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間が存在しないように行われるものとなっている。
これに対して、第6実施形態に例示した間欠燃焼パターンの切り替えは、同一の間欠燃焼パターンが2回繰り返される区間を含んだものとなっている。すなわち、第6実施形態の間欠燃焼パターンの切り替えは、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間と、連続して現れない区間、すなわちn、mのうちの一方の値が直前の間欠燃焼パターンの値から1だけ変化した値となる間欠燃焼パターンが連続して現れる区間と、が存在するように行われるものとなっている。
ちなみに、こうした態様で間欠燃焼パターンを切り替えつつ間欠燃焼運転を行った場合、間欠燃焼パターンの切り替えに応じて、燃焼/休止に伴うトルク変動の発生周期が変化するため、トルク変動により、不快に感じやすい周波数帯の振動が発生することを避けられる。また、間欠燃焼パターンの切り替え毎の燃焼/休止気筒間隔の変化を最小限の1気筒としているため、間欠燃焼パターンの切り替えによるエンジン11の回転変動の増大を抑えられる。
さらに、上記各実施形態で例示した以外の態様で間欠燃焼パターンの切り替えを行う場合にも、上述の第1燃焼パターンにより間欠燃焼運転が行われる区間と、第2燃焼パターン及び第3燃焼パターンのいずれか一つにより間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるようになっていれば、間欠燃焼パターンの切り替え毎に、燃焼気筒数又は休止気筒数が変化して、周期的なトルク変動の発生が抑えられる。また、間欠燃焼パターンの切り替え毎には、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれかが1気筒変化するだけであるため、その切り替えに伴うエンジン11の回転変動も限られたものとなる。そのため、上記態様で間欠燃焼パターンの切り替えを行えば、エンジン11の回転変動の増大を抑えつつも、不快に感じやすい低周波数の振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
なお、間欠燃焼パターン[n−m]を実行するときの噴射信号、点火信号の出力パターンは、n個の気筒に続けて燃焼を指令した後にm個の気筒に続けて燃焼の休止を指令するものとなる。ここで、第1燃焼パターン、第2燃焼パターン、第3燃焼パターンの実行時の噴射信号、点火信号の出力パターンをそれぞれ、第1出力パターン、第2出力パターン、第3出力パターンとする。このときの第2出力パターンは、燃焼気筒数n及び休止気筒数mのいずれか一方が第1出力パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数nから休止気筒数mを引いた差が第1出力パターンの場合よりも1大きい値となる指令信号の出力パターンとなる。また、第3出力パターンは、燃焼気筒数n及び休止気筒数mのいずれか一方が第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数nから休止気筒数mを引いた差が第1燃焼パターンの場合よりも1小さい値となる指令信号の出力パターンとなる。よって、上記各実施形態の間欠燃焼運転方法を採用するエンジン制御装置における間欠燃焼指令部20は、第1出力パターンにより指令信号の出力が行われる区間と、第2出力パターン及び第3出力パターンのいずれか一つにより指令信号の出力が行われる区間と、が交互に現れるように出力パターンを切り替えつつ指令信号の出力を行うものとなる。
(補足2)
続いて、上記実施形態において空気量調整部21により行われるエンジン負荷率KLの調整についての説明を補足する。
空気量調整部21は、間欠燃焼パターンの切り替えに際して、エンジン負荷率KLが、上述の式(1)に基づき演算した要求負荷率KLTとなるように、同エンジン負荷率KLを調整している。ここで、こうした調整前のエンジン負荷率をKL1、調整後のエンジン負荷率をKL2とし、また、切り替え前の間欠燃焼パターンの燃焼気筒比率をγ1、切り替え後の間欠燃焼パターンの燃焼気筒比率をγ2とする。式(1)からは、KL1、KL2の演算式である式(2)、(3)が導かれる。
ここで、間欠燃焼パターンの切り替え前後で全気筒燃焼時要求負荷率KLAに変化が無ければ、KL1、KL2の間には、式(4)に示す関係が成り立つ。
間欠燃焼パターン[n−m]の燃焼気筒比率γは、n/(n+m)である。よって、上記実施形態における間欠燃焼パターンの切り替え時のエンジン負荷率KLの調整は、その切り替えの前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n+KL0」の値が等しい値となるように行われている。
なお、上記のように、間欠燃焼パターンの切り替えに伴うエンジン回転数NEの変動を抑えるには、切り替え後の平均トルクが切り替え前と等しい値となるまで、エンジン負荷率KLを調整することが望ましい。しかしながら、スロットルバルブ14の応答性などのため、そこまでのエンジン負荷率KLの調整が行えない場合がある。そうした場合にも、切り替えの前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n+KL0」の値の差が小さくなれば、調整を行わない場合よりも切り替えに伴う平均トルクの変化が小さくなり、エンジン回転数NEの変動の抑制に一定の効果がある。
また、間欠燃焼運転中の、上記特定の周波数帯の振動や騒音の発生抑制のみを目的とする場合には、こうした間欠燃焼パターンの切り替え時のエンジン負荷率KLの調整は行わなくてもよい。そうした場合のエンジン制御装置は、図2に示したエンジン制御装置10から空気量調整部21を割愛した構成となる。
(他の実施の形態)
さらに、上記各実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
・上記各実施形態では、2種又は3種の間欠燃焼パターンの間で、間欠燃焼パターンの切り替えを行うようにしていたが、4種以上の間欠燃焼パターンの間で間欠燃焼パターンを切り替えるようにすることもできる。例えば、[3−1]、[4−1]、[5−1]、[4−1]、[3−1]、[2−1]、[1−1]、[2−1]の順の間欠燃焼パターンの切り替えを繰り返すことで、燃焼気筒比率γを3/4とした間欠燃焼運転を行うようにすることもできる。この場合、[3−1]から[4−1]、[5−1]・・・[1−1]、[2−1]を経て[3−1]となるまでの8回の切り替えを一周期として、間欠燃焼パターンの切り替えが周期的に行われることになり、同切り替えが8回行われる毎に、同じ間欠燃焼パターンが現れることになる。このように、燃焼気筒数n及び休止気筒数mのうちの一方の値を切替前と同じ値としたまま、もう一方の値を切替前の値から1だけ変化した値とする間欠燃焼パターンの切り替えを行いつつ間欠燃焼運転を行う。そして、その間欠燃焼パターンの切り替えを、同切り替えが所定の回数行われる毎に同一の間欠燃焼パターンが現れるように周期的、且つその一周期における燃焼気筒比率が前記目標燃焼気筒比率となるように行う。このようにすれば、間欠燃焼パターンの切り替え毎に、燃焼気筒数又は休止気筒数が変化して、周期的なトルク変動の発生が抑えられる。さらに、間欠燃焼パターンの切り替え毎には、燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方だけが1気筒しか変化しないため、その切り替えに伴うエンジンの回転変動も抑えられるようになる。
・上記各実施形態では、燃料噴射及び点火の停止により、気筒での燃焼を休止するようにしていた。吸/排気バルブの開弁動作を停止するバルブロック機構が気筒毎に設けられたエンジンに適用する場合には、同バルブロック機構による吸/排気バルブの開弁動作の停止を通じて、気筒での燃焼を休止するように上記各実施形態における間欠燃焼運転方法及びエンジン制御装置を構成することが可能である。なお、この場合には、各気筒のバルブロック機構に対して、吸/排気バルブの開弁動作の許容/停止を指令する信号が、燃焼行程を迎える気筒に燃焼を行うか、同燃焼を休止するかを指令する指令信号となる。
・上記各実施形態の間欠燃焼運転方法及びエンジン制御装置は、直列4気筒の気筒配列をなしたエンジン11に適用されていたが、それ以外の気筒配列をなすエンジンにも、同様に適用可能である。なお、そうした場合、表3、表5、表8、表9における気筒番号の並びは、適用するエンジンの点火順序に応じたものとなる。例えば、点火順序が#1、#2、#3、#4、#5、#6の順となったV型6気筒のエンジンの場合、表3、表5、表8、表9における気筒番号の並びは、#1、#2、#3、#4、#5、#6、#1、・・・となる。
#1〜#4…気筒、10…エンジン制御装置、11…エンジン、12…吸気通路、13…エアフローメータ、14…スロットルバルブ、15…インジェクタ、16…点火プラグ、17…クランク角センサ、18…スロットル開度センサ、19…アクセルペダルセンサ、20…間欠燃焼指令部、21…空気量調整部。

Claims (16)

  1. n、mを、値として自然数を取る変数としたとき、n個の気筒で続けて燃焼を行った後にm個の気筒で続けて燃焼を休止する間欠燃焼パターンを繰り返して、エンジンの燃焼気筒比率を、同エンジンの運転状態に基づき設定された目標燃焼気筒比率とするように同エンジンの間欠燃焼運転を行う方法であって、
    前記間欠燃焼パターンの切り替える際には、n、mのうちの一方の値を切替前と同じ値としたまま、もう一方の値を切替前の値から1だけ変化した値とするとともに、
    前記間欠燃焼パターンの切り替えを、同切り替えが所定の回数行われる毎に同一の間欠燃焼パターンが現れるように周期的に実行し、且つ同間欠燃焼パターンの切り替えの一周期における燃焼気筒比率を前記目標燃焼気筒比率とする
    エンジンの間欠燃焼運転方法。
  2. 前記間欠燃焼パターンの切り替えは、同切り替えの一周期において、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間が存在しないように行われる
    請求項1に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  3. 前記間欠燃焼パターンの切り替えは、同切り替えの一周期において、同一の間欠燃焼パターンが連続して現れる区間と、n、mのうちの一方の値が直前の間欠燃焼パターンの値から1だけ変化した値となる間欠燃焼パターンが連続して現れる区間と、が存在するように行われる
    請求項1に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  4. 前記間欠燃焼パターンにおけるnを燃焼気筒数、mを休止気筒数とし、
    燃焼気筒数が自然数n1となり、休止気筒数が自然数m1となる間欠燃焼パターンを第1燃焼パターンとし、
    燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が前記第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が前記第1燃焼パターンの場合よりも1大きい値となる間欠燃焼パターンを第2燃焼パターンとし、
    燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が前記第1燃焼パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が前記第1燃焼パターンの場合よりも1小さい値となる間欠燃焼パターンを第3燃焼パターンとしたとき、
    前記間欠燃焼パターンの切り替えは、前記第1燃焼パターンにより前記間欠燃焼運転が行われる区間と、前記第2燃焼パターン及び前記第3燃焼パターンのうちのいずれか一つにより前記間欠燃焼運転が行われる区間と、が交互に現れるように行われる
    請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  5. 前記間欠燃焼パターンの切り替えは、前記第1燃焼パターンにより前記間欠燃焼運転が行われる区間、前記第2燃焼パターンにより前記間欠燃焼運転が行われる区間、前記第1燃焼パターンにより前記間欠燃焼運転が行われる区間、前記第3燃焼パターンにより前記間欠燃焼運転が行われる区間、の順に各間欠燃焼パターンにより前記間欠燃焼運転が行われる区間が現れるように行われる
    請求項4に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  6. 前記間欠燃焼パターンの切り替えは、エンジン回転数が既定の閾値以下であることを条件に行われ、前記エンジン回転数が前記閾値を超える場合には、前記第1燃焼パターンを繰り返して間欠燃焼運転を行う
    請求項5に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  7. 前記閾値は、前記目標燃焼気筒比率の値に応じて変化する値である
    請求項6に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  8. 1気筒の1サイクル当たりの吸気量をシリンダ流入空気量とし、スロットル開度を最大開度としたときのシリンダ流入空気量を最大シリンダ流入空気量としたときの最大シリンダ流入空気量に対するシリンダ流入空気量の比率であるエンジン負荷率をKLとし、前記エンジンの出力トルクが0となる前記エンジン負荷率の値をKL0としたとき、
    前記間欠燃焼パターンの切り替えに際して、その切り替え前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n+KL0」の値の差が小さくなるように、前記エンジン負荷率を調整する
    請求項1〜7のいずれか1項に記載のエンジンの間欠燃焼運転方法。
  9. エンジンの運転状態に基づき目標燃焼気筒比率を設定する目標燃焼気筒比率設定部と、燃焼行程を迎える気筒に燃焼を行うか、同燃焼を休止するかを指令する指令信号を出力する指令部であって、n、mを、値として自然数を取る変数としたときに、n個の気筒に続けて燃焼を指令した後にm個の気筒に続けて燃焼の休止を指令する出力パターンを繰り返して前記指令信号の出力を行う間欠燃焼指令部と、を備えるエンジン制御装置において、
    前記間欠燃焼指令部は、前記出力パターンを切り替える際には、n、mのうちの一方の値を切替前と同じ値としたまま、もう一方の値を切替前の値から1だけ変化した値とするものであって、
    前記出力パターンの切り替えを、同切り替えが所定の回数行われる毎に同一の出力パターンが現れるように周期的に実行し、且つ同出力パターンの切り替えの一周期における燃焼気筒比率を前記目標燃焼気筒比率とするものである
    エンジン制御装置。
  10. 前記間欠燃焼指令部は、前記出力パターンの切り替えの一周期において、同一の出力パターンが連続して現れる区間が存在しないように前記出力パターンの切り替えを行う
    請求項9に記載のエンジン制御装置。
  11. 前記間欠燃焼指令部は、前記出力パターンの切り替えの一周期において、同一の出力パターンが連続して現れる区間と、n、mのうちの一方の値が直前の出力パターンの値から1だけ変化した値となる出力パターンが連続して現れる区間と、が存在するように、前記出力パターンの切り替えを行う
    請求項9に記載のエンジン制御装置。
  12. 前記出力パターンにおけるnを燃焼気筒数、mを休止気筒数とし、
    燃焼気筒数が自然数n1となり、休止気筒数が自然数m1となる前記指令信号の出力パターンを第1出力パターンとし、
    燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が前記第1出力パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が前記第1出力パターンの場合よりも1大きい値となる前記指令信号の出力パターンを第2出力パターンとし、
    燃焼気筒数及び休止気筒数のいずれか一方が前記第1出力パターンと同じ値であり、且つ燃焼気筒数から休止気筒数を引いた差が前記第1出力パターンの場合よりも1小さい値となる前記指令信号の出力パターンを第3出力パターンとしたとき、
    前記間欠燃焼指令部は、前記出力パターンの切り替えを、前記第1出力パターンにより前記指令信号の出力が行われる区間と、前記第2出力パターン及び前記第3出力パターンのいずれか一つにより前記指令信号の出力が行われる区間と、が交互に現れるように行う
    請求項9〜11のいずれか1項に記載のエンジン制御装置。
  13. 前記間欠燃焼指令部は、前記出力パターンの切り替えを、前記第1出力パターンにより前記指令信号の出力が行われる区間、前記第2出力パターンにより前記指令信号の出力が行われる区間、前記第1出力パターンにより前記指令信号の出力が行われる区間、前記第3出力パターンにより前記指令信号の出力が行なわれる区間、の順に各出力パターンにより前記指令信号の出力が行われる区間が現れるように行う
    請求項12に記載のエンジン制御装置。
  14. 前記間欠燃焼指令部は、前記出力パターンの切り替えを、エンジン回転数が既定の閾値以下であることを条件に行い、且つ前記エンジン回転数が前記閾値を超えるときには、前記第1出力パターンを繰り返すように前記指令信号の出力を行う
    請求項13に記載のエンジン制御装置。
  15. 前記閾値には、エンジンの燃焼気筒比率によって異なる値が設定されている
    請求項14に記載のエンジン制御装置。
  16. 1気筒の1サイクル当たりの吸気量をシリンダ流入空気量とし、スロットル開度を最大開度としたときのシリンダ流入空気量を最大シリンダ流入空気量としたときの最大シリンダ流入空気量に対するシリンダ流入空気量の比率であるエンジン負荷率をKLとし、エンジンの出力トルクが0となる前記エンジン負荷率の値をKL0としたとき、
    前記出力パターンの切り替えに際して、その切り替え前後における「(KL−KL0)×(n+m)/n−KL0」の値の差が小さくなるように、前記エンジン負荷率を調整する空気量調整部を備える
    請求項9〜15のいずれか1項に記載のエンジン制御装置。
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