JP6149801B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、全ての気筒に燃料を供給して燃焼させる全筒運転と、一部の気筒への燃料の供給を停止する減筒運転との間で切り替え可能なエンジンを制御する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for controlling an engine that can be switched between all-cylinder operation in which fuel is supplied to all cylinders for combustion and reduced-cylinder operation in which fuel supply to some cylinders is stopped.
従来から、複数の気筒を有する多気筒エンジンの分野では、一部の気筒への燃料供給を停止して休止状態にする減筒運転の技術が知られており、その一例として、下記特許文献1に記載されたエンジンが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of multi-cylinder engines having a plurality of cylinders, there has been known a technique for reducing cylinder operation in which fuel supply to some cylinders is stopped and put into a resting state. The engine described in is known.
具体的に、下記特許文献1には、最大で3気筒が休止可能な6気筒エンジン、すなわち、6気筒全てを稼働させる6気筒運転モードと、特定の2気筒を休止させて残りの4気筒を稼働させる4気筒運転モードと、特定の3気筒を休止させて残りの3気筒を稼働させる3気筒運転モードとの間で切り替え可能なエンジンが開示されている。このエンジンは、休止気筒における吸気弁および排気弁の開閉動作を停止させるための機構(気筒休止機構)を備えており、4気筒運転モードまたは3気筒運転モードでの運転時には、休止される2気筒分または3気筒分の吸気弁および排気弁が停止されるようになっている。
Specifically, the following
加えて、特許文献1のエンジンは、吸気流量の波形をスペクトル解析することにより気筒の休止状態を判定する装置を備えている。すなわち、エンジンの吸気通路を流れる空気の流量である吸気流量の波形は、吸気弁および排気弁が停止される休止気筒の数などによって変化する。そこで、特許文献1では、エンジンの吸気流量をエアフローメータで検出し、検出した吸気流量の値をフーリエ変換して得られるスペクトル値に基づいて、各気筒の休止状態を判定する。具体的には、240度クランク角、360度クランク角、720度クランク角を周期とする周波数成分のスペクトル値をフーリエ変換により算出し、各周波数成分のスペクトル値を所定の閾値と比較することにより、各気筒の休止状態を判定する。
In addition, the engine of
上記のような判定装置を備えた特許文献1のエンジンによれば、例えば4気筒運転モードまたは3気筒運転モードのときに狙いの気筒が休止しているか、または6気筒運転モードのときに6気筒全てが正常に稼働しているか等を判定することができる。一方で、狙いの気筒以外の気筒が休止状態になっていることが確認された場合には、当該気筒に作動不良が起きている、つまり当該気筒の吸気弁および排気弁が故障していると判定することができる。
According to the engine of
ここで、上記特許文献1のエンジンでは、比較的応答性の低いエアフローメータで検出された吸気流量に基づいて各気筒の休止状態、ひいては吸排気弁の故障の有無を判定しているため、十分に高い判定精度が得られないおそれがあった。そこで、吸気流量よりも応答性の高い(吸気の状態変化に伴い比較的顕著に変化する)吸気圧力に基づいて、吸排気弁の故障の有無を判定することが提案される。
Here, the engine disclosed in
ところが、ひとくちに故障といっても、その故障の中身には種々のパターンがある。例えば、排気弁のみが故障していて吸気弁は正常である場合、吸気弁のみが故障していて排気弁は正常である場合、吸気弁および排気弁の双方が故障している場合がある。本願発明者の研究によれば、たとえ応答性の高い吸気圧力をスペクトル解析しても、それだけでは上記の故障パターンを全て認識することは困難であることが判明した。 However, even if there is a failure, there are various patterns in the failure. For example, when only the exhaust valve is broken and the intake valve is normal, when only the intake valve is broken and the exhaust valve is normal, both the intake valve and the exhaust valve may be broken. According to the inventor's research, it has been found that it is difficult to recognize all of the above failure patterns only by spectral analysis of highly responsive intake pressure.
より具体的には、排気弁のみが故障している状態(吸気弁のみが正常である状態)と、吸気弁および排気弁の双方が正常である状態とを明確に区別できない場合があることが判明した。このことは、例えばある気筒の排気弁が閉弁状態のまま停止(固着)しているにもかかわらず、当該排気弁が正常に動いていると誤って判定される可能性があることを意味する。このような誤判定が起きると、当該気筒での燃焼が許可されてしまう結果、高温の排気ガスが排気通路に排出されずに吸気通路を遡って逆流する、いわゆるバックファイアが発生することにつながり、エンジンに重大な影響を及ぼすおそれがある。 More specifically, there may be a case where it is not possible to clearly distinguish between a state where only the exhaust valve is malfunctioning (a state where only the intake valve is normal) and a state where both the intake valve and the exhaust valve are normal. found. This means that, for example, there is a possibility that it may be erroneously determined that the exhaust valve is operating normally even though the exhaust valve of a certain cylinder is stopped (fixed) in a closed state. To do. When such a misjudgment occurs, combustion in the cylinder is permitted, resulting in a so-called backfire in which high-temperature exhaust gas flows backward through the intake passage without being discharged into the exhaust passage. May have a serious impact on the engine.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、吸気弁および排気弁の双方の状態を正確に判定することにより、減筒運転から全筒運転への切り替えを安全かつ適正に行うことが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above. By accurately determining the states of both the intake valve and the exhaust valve, switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation can be performed safely and appropriately. An object of the present invention is to provide an engine control device that can be used.
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒と、各気筒への吸気の導入を制御するために1気筒につき1つ以上の割合で設けられた複数の吸気弁と、各気筒からのガス排出を制御するために1気筒につき1つ以上の割合で設けられた複数の排気弁と、各気筒にそれぞれ燃料を供給する複数のインジェクタとを備え、インジェクタから全ての気筒に燃料を供給して燃焼させる全筒運転と、一部の気筒を休止気筒とするために当該休止気筒への燃料の供給を停止する減筒運転との間で切り替え可能なエンジンを制御する装置であって、上記減筒運転時に上記休止気筒における吸気弁および排気弁の開閉動作を停止させて閉弁状態に維持する弁停止機構と、上記減筒運転から全筒運転への切り替え要求があったときに、上記弁停止機構に復帰指令を出力して上記吸気弁および排気弁の開閉動作を再開させるバルブ制御部と、上記復帰指令の後、上記休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたり検出された吸気圧力をスペクトル解析した結果に基づいて、上記休止気筒の吸気弁が開閉可能な状態に正常復帰したか否かを判定する吸気弁復帰判定部と、上記復帰指令の後、上記休止気筒の吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動に基づいて、上記休止気筒の排気弁が開閉可能な状態に正常復帰したか否かを判定する排気弁復帰判定部と、上記吸気弁復帰判定部により吸気弁の正常復帰が確認されかつ上記排気弁復帰判定部により排気弁の正常復帰が確認された場合に、上記休止気筒での燃焼を再開させるために上記インジェクタに休止気筒への燃料供給を再開させる燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とするものである(請求項1)。
In order to solve the above problems, the present invention includes a plurality of cylinders, a plurality of intake valves provided at a rate of one or more per cylinder to control introduction of intake air into each cylinder, A plurality of exhaust valves provided at a ratio of one or more for each cylinder to control gas discharge from the cylinders, and a plurality of injectors for supplying fuel to the respective cylinders. Fuel is supplied from the injectors to all the cylinders. Is an apparatus that controls an engine that can be switched between all-cylinder operation in which fuel is supplied and burned and reduced-cylinder operation in which the supply of fuel to the deactivated cylinder is stopped in order to make some cylinders deactivated. Te, a valve stop mechanism that maintain the closed state stops the opening and closing operation of the intake and exhaust valves in the stopped cylinders during the reduced-cylinder operation, there is a switching request to the all-cylinder operation from the reduced-cylinder operation When the above valve stops A valve control unit that outputs a return command to the mechanism to resume the opening and closing operation of the intake valve and the exhaust valve, and a spectrum analysis of the intake pressure detected over a predetermined period including the intake stroke of the idle cylinder after the return command On the basis of the result, an intake valve return determination unit that determines whether or not the intake valve of the idle cylinder has returned to a normal state, and after the return command, the intake valve of the idle cylinder opens. Based on the pressure fluctuation of the intake air before and after the start time, the exhaust valve return determination unit for determining whether or not the exhaust valve of the deactivated cylinder has returned to a normally openable state and the intake valve return determination unit When the normal return of the valve is confirmed and the normal return of the exhaust valve is confirmed by the exhaust valve return determination unit, the injector is supplied with fuel to the idle cylinder in order to resume combustion in the idle cylinder. And a combustion control unit for opening, is characterized in that (claim 1).
本発明によれば、休止気筒の吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動に基づいて排気弁の復帰の成否が判定されるので、仮に休止気筒の排気弁が復帰に失敗した場合に、当該休止気筒内のガスが排気行程中に圧縮された後に吸気弁の開弁に伴って吸気通路へと吹き返される(それによって吸気圧力が変動する)ことを利用して、排気弁が復帰に失敗したことを確実に認識することができる。また、休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたって吸気圧力をスペクトル解析することにより吸気弁の復帰の成否が判定されるので、仮に休止気筒の吸気弁が復帰に失敗した場合に、当該吸気弁の正常時とは異なる周期性が吸気圧力の波形に現れることを利用して、吸気弁が復帰に失敗したことを確実に認識することができる。 According to the present invention, the success or failure of the return of the exhaust valve is determined based on the pressure fluctuation of the intake air before and after the timing when the intake valve of the deactivated cylinder starts to open. In this case, the exhaust valve is compressed by utilizing the fact that the gas in the idle cylinder is compressed during the exhaust stroke and then blown back to the intake passage as the intake valve opens (thereby, the intake pressure fluctuates). Can reliably recognize that the return has failed. In addition, since it is determined whether or not the return of the intake valve is successful by performing a spectrum analysis of the intake pressure over a predetermined period including the intake stroke of the idle cylinder, if the intake valve of the idle cylinder fails to return, the intake valve It is possible to reliably recognize that the intake valve has failed to return by utilizing the fact that periodicity different from that in the normal state appears in the waveform of the intake pressure.
そして、上記のような精度の高い判定により吸気弁および排気弁の双方が正常復帰していることが確認された場合に限り、休止気筒への燃料供給が再開されるので、減筒運転から全筒運転への切り替えを安全かつ適正に行うことができる。例えば、排気弁が復帰に失敗したにもかかわらず休止気筒への燃料供給が再開された場合には、休止気筒での燃焼により生じた高温の排気ガスが吸気通路を逆流する、いわゆるバックファイアが起き、エンジンに重大な影響を及ぼすことが想定される。また、吸気弁が復帰に失敗したにもかかわらず休止気筒への燃料供給が再開された場合には、休止気筒内の吸気の不足に起因した失火が起き、供給した燃料が無駄になることが想定される。これに対し、本発明によれば、吸気弁および排気弁の双方が正常復帰していなければ燃料供給が再開されないので、バックファイアや失火等を招くことなく、安全かつ適正に減筒運転から全筒運転へと切り替えることができる。 Only when it is confirmed by the highly accurate determination as described above that both the intake valve and the exhaust valve have returned to normal, the fuel supply to the idle cylinder is resumed. Switching to cylinder operation can be performed safely and appropriately. For example, when the supply of fuel to the deactivated cylinder is resumed even though the exhaust valve fails to return, a so-called backfire in which high-temperature exhaust gas generated by combustion in the deactivated cylinder flows backward in the intake passage It is assumed that it will happen and have a significant impact on the engine. In addition, when the fuel supply to the deactivated cylinder is resumed even though the intake valve has failed to return, misfire due to insufficient intake air in the deactivated cylinder occurs, and the supplied fuel is wasted. is assumed. In contrast, according to the present invention, the fuel supply is not resumed unless both the intake valve and the exhaust valve have returned to normal, so that the entire operation from the reduced cylinder operation can be safely and appropriately performed without causing backfire or misfire. Switch to tube operation.
本発明において、好ましくは、上記排気弁復帰判定部は、上記吸気の圧力変動が所定の閾値よりも小さい場合に、上記休止気筒の排気弁が正常復帰したと判定する(請求項2)。 In the present invention, it is preferable that the exhaust valve return determination unit determines that the exhaust valve of the idle cylinder has returned to normal when the pressure fluctuation of the intake air is smaller than a predetermined threshold.
この構成によれば、吸気の圧力変動を閾値と比較するだけの簡単な手順で、排気弁の復帰の成否を判定することができる。 According to this configuration, the success or failure of the return of the exhaust valve can be determined by a simple procedure that simply compares the pressure fluctuation of the intake air with the threshold value.
ここで、上記バルブ制御部からの復帰指令により排気弁、吸気弁の順に開閉動作が再開される場合、上記排気弁復帰判定部は、復帰指令後1回目に吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動を特定し、当該圧力変動が上記閾値よりも小さい場合でも、その時点では排気弁が正常復帰したとは判定せず、さらに復帰指令後2回目に吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動を特定し、当該圧力変動が上記閾値よりも小さければ排気弁が正常復帰したと判定することが好ましい(請求項3)。 Here, when the opening / closing operation is resumed in the order of the exhaust valve and the intake valve by the return command from the valve control unit, the exhaust valve return determination unit determines when the intake valve starts to open for the first time after the return command. Even if the pressure fluctuation of the intake air before and after is specified and the pressure fluctuation is smaller than the above threshold, it is not determined that the exhaust valve has returned to normal at that time, and the intake valve opens for the second time after the return command It is preferable that the pressure fluctuation of the intake air before and after the start of the engine is specified and it is determined that the exhaust valve has returned to normal if the pressure fluctuation is smaller than the threshold value.
仮に、1回目の吸気弁の開弁時における吸気の圧力変動だけに基づいて排気弁の復帰判定を行った場合には、減筒運転中に休止気筒内のガスが外部に漏れて休止気筒の内部圧力が徐々に低下することに起因して、排気弁の復帰判定の精度が低下すると予想される。これに対し、上記構成によれば、たとえ1回目の吸気弁の開弁に伴う吸気の圧力変動が閾値より小さかった場合でも、その時点では排気弁が正常復帰したとは判定されず、さらに2回目の吸気弁の開弁に伴う吸気の圧力変動が閾値と比較されて排気弁の復帰判定が行われるので、上記のような判定精度の低下を防止することができ、十分に高い精度で排気弁の復帰成否を判定することが可能になる。 If the exhaust valve return determination is made only based on the intake pressure fluctuation at the time of the first intake valve opening, the gas in the idle cylinder leaks to the outside during the reduced cylinder operation, and the idle cylinder Due to the gradual decrease in internal pressure, the accuracy of exhaust valve return determination is expected to decrease. On the other hand, according to the above configuration, even if the pressure variation of the intake air accompanying the first opening of the intake valve is smaller than the threshold value, it is not determined that the exhaust valve has returned to normal at that time, and 2 Since the pressure fluctuation of the intake air accompanying the opening of the intake valve for the second time is compared with the threshold value and the exhaust valve return determination is performed, it is possible to prevent the deterioration of the determination accuracy as described above, and exhaust with sufficiently high accuracy. It is possible to determine whether the valve has returned successfully.
一方、上記バルブ制御部からの復帰指令により吸気弁、排気弁の順に開閉動作が再開される場合、上記排気弁復帰判定部は、復帰指令後2回目に吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動を特定し、当該圧力変動が上記閾値よりも小さければ排気弁が正常復帰したと判定することが好ましい(請求項4)。 On the other hand, when the opening / closing operation is resumed in the order of the intake valve and the exhaust valve by the return command from the valve control unit, the exhaust valve return determination unit determines whether the intake valve starts to open for the second time after the return command. It is preferable that the pressure fluctuation of the intake air before and after is specified and it is determined that the exhaust valve has returned to normal if the pressure fluctuation is smaller than the threshold value.
この構成によれば、排気弁よりも先に吸気弁が開閉動作を再開したことが原因で生じる吸気の圧力変動により、排気弁が復帰に失敗したと誤って判定されることが回避されるので、排気弁の復帰判定の精度を良好に確保することができる。 According to this configuration, it is possible to avoid erroneously determining that the exhaust valve has failed to return due to fluctuations in the intake pressure caused by the intake valve restarting the opening / closing operation prior to the exhaust valve. The accuracy of the exhaust valve return determination can be ensured satisfactorily.
本発明において、好ましくは、上記吸気弁復帰判定部は、上記吸気圧力のスペクトル解析により、所定クランク角を周期とする1次周波数成分の強度である1次強度と、上記所定クランク角よりも周期の短い高次周波数成分の強度である高次強度とを特定するとともに、当該高次強度が、上記1次強度の1次関数により規定される吸気弁判定閾値よりも大きい場合に、上記吸気弁が正常復帰したと判定する(請求項5)。 In the present invention, it is preferable that the intake valve return determination unit is configured to analyze a primary intensity which is an intensity of a primary frequency component having a predetermined crank angle as a period and a period longer than the predetermined crank angle by spectral analysis of the intake pressure. The high-order intensity, which is the intensity of the short high-order frequency component, and when the high-order intensity is greater than the intake valve determination threshold defined by the linear function of the primary intensity, Is determined to have returned to normal (claim 5).
この構成によれば、吸気弁が正常復帰した場合に現れる吸気圧力の変化の周期が復帰に失敗した場合の変化の周期よりも短くなることを利用して、吸気弁の復帰の成否を精度よく判定することができる。しかも、1次周波数成分の強度(1次強度)と高次周波数成分の強度(高次強度)とのそれぞれの値を特定の閾値と比較するのでなく、1次強度の1次関数で規定される閾値(吸気弁判定閾値)を高次強度と比較する(つまり1次強度と高次強度との相関関係を調べる)ようにしたので、エンジンの運転条件等の相違にかかわらず、吸気弁の復帰判定の精度を良好に確保することができる。 According to this configuration, the success or failure of the return of the intake valve can be accurately determined by using the fact that the cycle of the change in intake pressure that appears when the intake valve returns to normal is shorter than the cycle of change when the return fails. Can be determined. In addition, each value of the intensity of the primary frequency component (primary intensity) and the intensity of the higher frequency component (higher order intensity) is not compared with a specific threshold value, but is defined by a linear function of the primary intensity. The threshold value (intake valve determination threshold value) is compared with the high-order strength (that is, the correlation between the primary strength and the high-order strength is examined). The accuracy of the return determination can be ensured satisfactorily.
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、吸気弁および排気弁の双方の状態を正確に判定することができ、減筒運転から全筒運転への切り替えを安全かつ適正に行うことができる。 As described above, according to the engine control apparatus of the present invention, the states of both the intake valve and the exhaust valve can be accurately determined, and switching from the reduced cylinder operation to the all cylinder operation can be performed safely and appropriately. It can be carried out.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の制御装置が適用されるエンジンの一実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルの多気筒ガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、直線状に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有する直列4気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気通路30と、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための排気通路35とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an engine to which a control device of the present invention is applied. The engine shown in the figure is a 4-cycle multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for traveling. Specifically, this engine is generated by an in-line four-cylinder engine
図2は、エンジン本体1の断面図である。本図に示すように、エンジン本体1は、上記4つの気筒2A〜2Dが内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上側に設けられたシリンダヘッド4と、シリンダヘッド4の上側に設けられたカムキャップ5と、各気筒2A〜2Dに往復摺動可能に挿入されたピストン11とを有している。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
ピストン11の上方には燃焼室10が形成されており、この燃焼室10には、後述するインジェクタ12(図1)から噴射されるガソリンを主成分とする燃料が供給される。そして、供給された燃料が燃焼室10で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン11が上下方向に往復運動するようになっている。
A
ピストン11は、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸15とコネクティングロッド14を介して連結されており、上記ピストン11の往復運動に応じてクランク軸15が中心軸回りに回転するようになっている。
The
図1に示すように、シリンダヘッド4には、各気筒2A〜2Dの燃焼室10に向けて燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ12と、インジェクタ12から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ13とが設けられている。なお、当実施形態では、1気筒につき1つの割合で合計4個のインジェクタ12が設けられるとともに、同じく1気筒につき1つの割合で合計4個の点火プラグ13が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
当実施形態のような4サイクル4気筒のガソリンエンジンでは、各気筒2A〜2Dに設けられたピストン11がクランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動する。これに対応して、各気筒2A〜2Dでの点火のタイミングも、180°CAずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、図1の左側から順に、気筒2Aを第1気筒、気筒2Bを第2気筒、気筒2Cを第3気筒、気筒2Dを第4気筒とすると、第1気筒2A→第3気筒2C→第4気筒2D→第2気筒2Bの順に点火が行われる。
In the four-cycle four-cylinder gasoline engine as in this embodiment, the
なお、詳細は後述するが、当実施形態のエンジンは、4つの気筒2A〜2Dのうちの2つを休止させ、残りの2つの気筒を稼動させる運転、つまり減筒運転が可能な可変気筒エンジンである。このため、上記のような点火順序は、減筒運転ではない通常の運転時(4つの気筒2A〜2Dを全て稼動させる全筒運転時)のものである。一方、減筒運転時には、点火順序が連続しない2つの気筒(当実施形態では第1気筒2Aおよび第4気筒2D)において点火プラグ13の点火動作が禁止され、1つ飛ばしで点火が行われるようになる。
Although the details will be described later, the engine of the present embodiment is a variable cylinder engine capable of performing an operation in which two of the four
図1および図2に示すように、シリンダヘッド4には、吸気通路30から供給される空気(吸気)を各気筒2A〜2Dの燃焼室10に導入するための吸気ポート6と、各気筒2A〜2Dの燃焼室10で生成された排気ガスを排気通路35に導出するための排気ポート7と、吸気ポート6を通じた吸気の導入を制御するために吸気ポート6の燃焼室10側の開口を開閉する吸気弁8と、排気ポート7からのガス排出を制御するために排気ポート7の燃焼室10側の開口を開閉する排気弁9とが設けられている。なお、当実施形態では、1気筒につき2つの割合で合計8個の吸気弁8が設けられるとともに、同じく1気筒につき2つの割合で合計8個の排気弁9が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように、吸気通路30は、気筒2A〜2Dの各吸気ポート6と連通する4本の独立吸気通路31と、各独立吸気通路31の上流端部(吸気の流れ方向上流側の端部)に共通に接続されたサージタンク32と、サージタンク32から上流側に延びる1本の吸気管33とを有している。吸気管33の途中部には、エンジン本体1に導入される吸気の流量を調節する開閉可能なスロットル弁34が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
排気通路35は、気筒2A〜2Dの各排気ポート7と連通する4本の独立排気通路36と、各独立排気通路36の下流端部(排気ガスの流れ方向下流側の端部)が1箇所に集合した集合部37と、集合部37から下流側に延びる1本の排気管38とを有している。
The
(2)動弁機構
次に、吸気弁8および排気弁9を開閉させるための機構について、図2および図3を用いて詳しく説明する。吸気弁8および排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対の動弁機構28,29(図2)により、クランク軸15の回転に連動して開閉駆動される。
(2) Valve Mechanism Next, a mechanism for opening and closing the
吸気弁8用の動弁機構28は、吸気弁8を閉方向(図2の上方)に付勢するリターンスプリング16と、クランク軸15の回転に連動して回転するカム軸18と、カム軸18と一体に回転するように設けられたカム部18aと、カム部18aにより周期的に押圧されるスイングアーム20と、スイングアーム20の揺動支点となるピボット部22とを有している。
The
同様に、排気弁9用の動弁機構29は、排気弁9を閉方向(図2の上方)に付勢するリターンスプリング17と、クランク軸15の回転に連動して回転するカム軸19と、カム軸19と一体に回転するように設けられたカム部19aと、カム部19aにより周期的に押圧されるスイングアーム21と、スイングアーム20の揺動支点となるピボット部22とを有している。
Similarly, the
上記のような動弁機構28,29により、吸気弁8および排気弁9は次のようにして開閉駆動される。すなわち、クランク軸15の回転に伴いカム軸18,19が回転すると、スイングアーム20,21の略中央部に回転自在に設けられたカムフォロア20a,21aがカム部18a,19aによって周期的に下方に押圧されるとともに、スイングアーム20,21がその一端部を支持するピボット部22を支点にして揺動変位する。これに伴い、当該スイングアーム20,21の他端部がリターンスプリング16,17の付勢力に抗して吸排気弁8,9を下方に押圧し、これによって吸排気弁8,9が開弁する。一度開弁された吸排気弁8,9は、リターンスプリング16,17の付勢力により再び閉弁位置まで戻される。
By the
ピボット部22は、自動的にバルブクリアランスをゼロに調整する公知の油圧式ラッシュアジャスタ24,25(以降、Hydraulic Lash Adjusterの頭文字をとって「HLA」と略称する)により支持されている。このうち、HLA24は、気筒列方向の中央側にある第2気筒2Bおよび第3気筒2Cのバルブクリアランスを自動調整するものであり、HLA25は、気筒列方向の両端にある第1気筒2Aおよび第4気筒2Dのバルブクリアランスを自動調整するものである。
The
第1気筒2Aおよび第4気筒2D用のHLA25は、エンジンの減筒運転か全筒運転かに応じて吸排気弁8,9を開閉させるか停止させるかを切り替える機能を有している。すなわち、HLA25は、エンジンの全筒運転時には第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9を開閉させる一方、エンジンの減筒運転時には、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9を閉弁状態のまま停止させる。このため、HLA25は、吸排気弁8,9の開閉動作を停止させるための機構として、図3に示される弁停止機構25aを有している。これに対し、第2気筒2Bおよび第3気筒2C用のHLA24は、弁停止機構25aを備えておらず、吸排気弁8,9の開閉動作を停止させる機能を有していない。以下では、これらHLA24,25を区別するために、弁停止機構25aを備えたHLA25のことを、特にS−HLA25(Switchable-Hydraulic Lash Adjusterの略)という。
The
S−HLA25の弁停止機構25aは、ピボット部22を軸方向に摺動自在に収納する有底の外筒251と、外筒251の周面に互いに対向するように設けられた2つの貫通孔251aを出入り可能でかつピボット部22をロック状態またはロック解除状態に切替可能な一対のロックピン252と、これらロックピン252を径方向外側へ付勢するロックスプリング253と、外筒251の内底部とピボット部22の底部との間に設けられ、ピボット部22を外筒251の上方に押圧して付勢するロストモーションスプリング254とを備えている。
The
図3(a)に示すように、ロックピン252が外筒251の貫通孔251aに嵌合しているときは、ピボット部22が上方に突出したまま固定されたロック状態にある。このロック状態では、図2に示すように、ピボット部22の頂部がスイングアーム20,21の揺動支点となるため、カム軸18,19の回転によりカム部18a,19aがカムフォロア20a,21aを下方に押圧したときに、吸排気弁8,9がリターンスプリング16,17の付勢力に抗して下方に変位し、吸排気弁8,9が開弁される。
As shown in FIG. 3A, when the
4つの気筒2A〜2Dを全て稼働させる全筒運転時には、弁停止機構25aがロック状態とされることにより、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9が開閉駆動される。すなわち、全筒運転時には、第1、第4気筒を含む全ての気筒2A〜2Dにおいて、吸排気弁8,9が開閉駆動される。
During all-cylinder operation in which all the four
上記のような弁停止機構25aのロック状態を解除するには、一対のロックピン252を作動油圧により径方向内側に押圧する。すると、図3(b)に示すように、ロックスプリング253の引張力に抗して、一対のロックピン252が互いに接近する方向(外筒251の径方向内側)に移動する。これにより、ロックピン252と外筒251の貫通孔251aとの嵌合が解除され、ピボット部22が軸方向に移動可能なロック解除状態となる。
In order to release the locked state of the
このロック解除状態への変化に伴い、ピボット部22がロストモーションスプリング254の付勢力に抗して下方に押圧されることにより、図3(c)に示すような弁停止状態が実現される。すなわち、吸排気弁8,9を上方に付勢するリターンスプリング16,17の方が、ピボット部22を上方に付勢するロストモーションスプリング254よりも強い付勢力を有しているので、上記ロック解除状態では、カム軸18,19の回転に伴いカム部18a,19aがカムフォロア20a,21aを下方に押圧したときに、吸排気弁8,9の頂部がスイングアーム20,21の揺動支点となり、ピボット部22がロストモーションスプリング254の付勢力に抗して下方に変位する。つまり、吸排気弁8,9は閉弁された状態に維持される。
With the change to the unlocked state, the
第1、第4気筒2A,2Dを休止させる減筒運転時には、弁停止機構25aがロック解除状態とされることにより、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉動作が停止される。すなわち、減筒運転時には、第2、第3気筒2B,2Cの吸排気弁8,9のみが開閉駆動され、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9は閉弁状態に維持される。
During the reduced-cylinder operation in which the first and
(3)制御系統
次に、エンジンの制御系統について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部が図4に示されるECU(エンジン制御ユニット)50によって統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
(3) Control system Next, an engine control system will be described. Each part of the engine of this embodiment is centrally controlled by an ECU (engine control unit) 50 shown in FIG. As is well known, the
エンジンおよび車両には、その各部の状態量を検出するための複数のセンサが設けられており、各センサからの情報がECU50に入力されるようになっている。
The engine and the vehicle are provided with a plurality of sensors for detecting the state quantities of the respective parts, and information from each sensor is input to the
例えば、シリンダブロック3には、クランク軸15の回転角度(クランク角)および回転速度を検出するクランク角センサSN1が設けられている。このクランク角センサSN1は、クランク軸15と一体に回転する図略のクランクプレートの回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸15の回転角度および回転速度が特定されるようになっている。なお、以下では、クランク軸15の回転速度のことを「エンジン回転速度」、もしくは単に「回転速度」という。
For example, the
シリンダヘッド4にはカム角センサSN2が設けられている。カム角センサSN2は、カム軸(18または19)と一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じてパルス信号を出力するものであり、この信号と、クランク角センサSN1からのパルス信号とに基づいて、どの気筒が何行程にあるかという気筒判別情報が生成されるようになっている。
The
吸気通路30のサージタンク32には、エンジン本体1の各気筒2A〜2Dに導入される吸気の圧力を検出する吸気圧センサSN3が設けられている。
The
車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN4が設けられている。 The vehicle is provided with an accelerator opening sensor SN4 that detects the opening degree of an accelerator pedal (accelerator opening degree) that is operated by the driver and that is not shown.
ECU50は、これらのセンサSN1〜SN4と電気的に接続されており、それぞれのセンサから入力される信号に基づいて、上述した各種情報(クランク角、エンジン回転速度、気筒判別情報、吸気圧力、アクセル開度など)を取得する。
The
また、ECU50は、上記各センサSN1〜SN4からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ECU50は、インジェクタ12、点火プラグ13、スロットル弁34、弁停止機構25aと電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。なお、当実施形態では、1気筒につき1組の割合で合計4組のインジェクタ12および点火プラグ13が存在するが、図4では、インジェクタ12および点火プラグ13をそれぞれ1つのブロックで表記している。また、弁停止機構25aは、第1気筒2A用に設けられた吸気側および排気側の各S−HLA25と、第4気筒2D用に設けられた吸気側および排気側の各S−HLA25とにそれぞれ1つずつ備わっており、合計4つの弁停止機構25aが存在するが、図4ではこれを1つのブロックで表記している。
Further, the
ECU50のより具体的な機能について説明する。ECU50は、いわゆる気筒数制御(全筒運転するか減筒運転するかの切り替え制御)に関する特有の機能的要素として、運転要求判定部51、バルブ制御部52、吸気弁復帰判定部53、排気弁復帰判定部54、および燃焼制御部55を有している。
More specific functions of the
運転要求判定部51は、アクセル開度センサSN4やクランク角センサSN1の検出値から特定されるエンジンの運転条件(負荷、回転速度等)に基づいて、エンジンの減筒運転および全筒運転のいずれを選択すべきかを判定するものである。例えば、運転要求判定部51は、エンジンの負荷および回転速度が比較的低い特定の運転条件にあるときに、第1、第4気筒2A,2Dを休止させる(第2、第3気筒2B,2Cのみを稼働させる)減筒運転の要求があると判定する。逆に、上記特定の運転条件を除く残余の運転条件にあるときには、第1〜第4気筒2A〜2Dを全て稼働させる全筒運転の要求があると判定する。
The driving
バルブ制御部52は、全筒運転から減筒運転への切り替え要求もしくは減筒運転から全筒運転への切り替え要求があることが上記運転要求判定部51により確認された場合に、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の作動状態を切り替えるものである。例えば、全筒運転から減筒運転への切り替え要求があったとき、バルブ制御部52は、S−HLA25の弁停止機構25aがロック解除状態(図3(c)参照)となるように作動油圧を制御することにより、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の開閉動作を停止させる。一方、減筒運転から全筒運転への切り替え要求があったとき、バルブ制御部52は、弁停止機構25aがロック状態(図3(a)参照)になるように作動油圧を制御することにより、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9を開閉可能な状態に復帰させる。
When the operation
吸気弁復帰判定部53は、減筒運転から全筒運転への切り替え時に、第1、第4気筒2A,2Dの吸気弁8が開閉可能な状態に正常に復帰したか否か、つまり、当該吸気弁8の開閉動作が本当に再開されたか否かを判定するものである。
The intake valve
排気弁復帰判定部54は、第1、第4気筒2A,2Dの排気弁9が開閉可能な状態に正常に復帰したか否か、つまり、当該排気弁9の開閉動作が本当に再開されたか否かを判定するものである。
The exhaust valve
なお、詳細は後述するが、上記各判定部53,54による吸排気弁8,9の復帰判定は、吸気圧センサSN3により検出される吸気の圧力に基づいて行われる。
Although details will be described later, the return determination of the intake /
燃焼制御部55は、減筒運転か全筒運転かに応じて第1、第4気筒2A,2Dのインジェクタ12および点火プラグ13の制御を切り替えるものである。すなわち、エンジンが全筒運転されているとき、燃焼制御部55は、全ての気筒2A〜2Dのインジェクタ12および点火プラグ13を駆動して燃料噴射および点火を実行し、全ての気筒2A〜2Dで混合気を燃焼させる。一方、エンジンが減筒運転されているとき、燃焼制御部55は、休止気筒である第1、第4気筒2A,2Dでの燃焼を停止させるために、当該気筒のインジェクタ12および点火プラグ13の駆動を禁止する。特に、減筒運転から全筒運転への切り替え時、燃焼制御部55は、吸気弁、排気弁復帰判定部53,54により第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の正常復帰が確認された後に、当該気筒2A,2Dへの燃料噴射および点火を再開させる。
The
(4)バルブ復帰判定ロジック
次に、減筒運転から全筒運転への切り替え時に、第1、第4気筒2A,2Dの吸排気弁8,9の正常復帰が上述した各判定部53,54によりどのように判定されるのかについて具体的に説明する。なお、以下では、減筒運転時に休止状態にある第1気筒2Aまたは第4気筒2Dのことを指して、単に「休止気筒」ということがある。
(4) Valve Return Determination Logic Next, when switching from the reduced cylinder operation to the all cylinder operation, the normal return of the intake and
図5は、減筒運転から全筒運転への切り替え時における特定の休止気筒(第1気筒2Aまたは第4気筒2D)の状態変化を時系列で示したタイムチャートである。この図5の例では、時点tsにおいて減筒運転から全筒運転への切り替え要求があったものとする。時点tsよりも以前は、弁停止機構25aが図3(c)に示したロック解除状態にあり、上記休止気筒の吸気弁8および排気弁9はともに閉弁状態のまま停止している(図5では、吸気弁8を「IN」、排気弁9を「EX」と表記)。一方、時点tsで全筒運転への切り替え要求があると、その時点で弁停止機構25aに対し、弁停止機構25aが図3(a)に示したロック状態に変位するように作動油圧を制御する制御信号(以下、これを復帰指令という)が出力される。これにより、上記休止気筒では、例えば時点tsの後にくる最初の排気行程から排気弁9の開閉動作が再開されるとともに、これに続く吸気行程から吸気弁8の開弁動作が再開される。
FIG. 5 is a time chart showing the state change of a specific deactivation cylinder (
ここで、弁停止機構25aが実際にロック状態に変位するまでにはある程度の時間(作動遅れ時間)が必要である。このため、例えば全筒運転への切り替え要求が排気行程の直前に発生したような場合には、その時点で復帰指令を出力したとしても、その指令後の最初の排気行程から排気弁9を開閉させることはできない。そこで、このような場合には、図6に示すように、排気弁9からではなく吸気弁8から開閉動作が再開される。
Here, a certain amount of time (operation delay time) is required until the
すなわち、図6の例では、全筒運転への切り替え要求の時点tsが排気行程の直前にあたるため、当該時点tsで弁停止機構25aに復帰指令を出力しても、その直後の排気弁9の開弁開始時期においては、弁停止機構25aはまだロック状態に変位していない。このため、切り替え要求後の最初の排気行程では、排気弁9に駆動力は伝わらず、排気弁9は閉弁されたままとなる。一方、排気行程の途中でロック状態への変位が完了したとすると、吸気弁8には駆動力が伝わるので、吸気弁8は、切り替え要求後の最初の吸気行程から開閉動作を再開する。その後は、次のサイクルの排気行程を迎えた時点で、初めて排気弁9が開閉動作を再開することになる。このように、全筒運転への切り替え要求が出されるタイミングによっては、吸気弁8から先に開閉動作が再開されることもある。
That is, in the example of FIG. 6, since the time ts of the request for switching to the all-cylinder operation is immediately before the exhaust stroke, even if a return command is output to the
以上のように、減筒運転から全筒運転への切り替え時には、その切り替え要求があった時点tsで弁停止機構25aに復帰指令が出力されて、排気弁9→吸気弁8の順に、あるいは吸気弁8→排気弁9の順に開閉動作が再開される。
As described above, when switching from reduced-cylinder operation to all-cylinder operation, a return command is output to the
ただし、弁停止機構25aが故障しているなどの何らかの理由で、吸排気弁8,9の開閉動作が再開されない(復帰に失敗する)こともあり得る。そこで、吸気弁、排気弁復帰判定部53,54は、復帰指令の出力時点tsの後、吸排気弁8,9が正常復帰したか否かを所定の判定ロジックを用いて判定する。以下、吸排気弁8,9用のそれぞれの判定ロジックについて詳しく説明する。
However, the opening / closing operation of the intake and
(i)排気弁の復帰判定ロジック
まず、排気弁9が正常復帰したか否かがどのような判定ロジックにより判定されるかについて説明する。当実施形態において、排気弁復帰判定部54は、休止気筒の吸気弁8が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動に基づいて、休止気筒の排気弁9が正常復帰したか否かを判定する。
(I) Exhaust Valve Return Determination Logic First, what kind of determination logic is used to determine whether or not the
例えば、弁停止機構25aが故障するなどして休止気筒の排気弁9が閉弁状態のまま停止していたとすれば、休止気筒のピストン11が排気上死点まで上昇する過程で、当該ピストン11は燃焼室10内のガス(空気または排気ガスもしくはその混合物)を圧縮することになる。したがって、図7に示すように、排気上死点の近傍で吸気弁8が開弁を開始したとき(図7ではこの時期をIVOとして表している)、上記燃焼室10内の圧縮ガスが吸気ポート6を通じて吸気通路30へと逆流する吹き返しが起き、吸気圧力が一時的に上昇する。一方、休止気筒の排気弁9が正常復帰していれば、上述した排気行程中のガス圧縮は起きないので、吸気弁8が開弁しても吸気圧力はそれほど上昇しなくなる。
For example, if the
以上のような現象を利用すれば、吸気弁8の開弁開始時期における吸気の圧力変動が小さいときは排気弁9が正常復帰したと判定でき、当該圧力変動が大きいときは排気弁9が復帰に失敗したと判定することができる。そこで、当実施形態において、排気弁復帰判定部54は、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を休止気筒の吸気弁8の開弁開始時期を挟んだ所定期間にわたって調べ、そこから特定される吸気の圧力変動に基づいて、排気弁9が正常復帰したか否かを判定する。
If the phenomenon as described above is utilized, it can be determined that the
なお、この場合の吸気の圧力変動としては、吸気弁8の開弁に伴い吸気圧力がどの程度増大したかを示すものであればよく、図8に示すような種々の状態量を採用することができる。例えば、上記所定期間内に検出された吸気圧力の最大値とその直前に現れる圧力波形の谷の部分の圧力値との差分をとり(図8の(x))、これを圧力変動として採用することが考えられる。また、上記所定期間内に検出された吸気圧力の最大値と最小値との差分をとり(図8の(z))、これを圧力変動として採用してもよい。あるいは、吸気圧力が最大値に向かって上昇するときの上昇率(傾き)をとり(図8の(y))、これを圧力変動として採用してもよい。
The intake pressure fluctuation in this case may be any value that indicates how much the intake pressure has increased as the
図9は、上記吸気の圧力変動(増大方向の圧力変動)をパラメータとして、休止気筒の排気弁9が正常復帰したケースと復帰に失敗したケースとがどのような確率で現れるのかを示した図である。本図によれば、吸気の圧力変動がβよりも小さい場合は、排気弁9は必ず正常復帰しており、復帰に失敗した(閉弁状態のまま停止している)可能性はないと考えられる。逆に、吸気の圧力変動がβよりも大きい場合は、排気弁9は必ず復帰に失敗しており、正常復帰している可能性はないと考えられる。そこで、排気弁9が正常復帰したか否かの判定にあたっては、図9のβが閾値として利用される。すなわち、排気弁復帰判定部54は、吸気の圧力変動が閾値βよりも小さい場合には、排気弁9が正常復帰したと判定し、吸気の圧力変動が閾値β以上である場合には、排気弁9は復帰に失敗したと判定する。
FIG. 9 is a diagram showing the probability of occurrence of a case where the
(ii)吸気弁の復帰判定ロジック
次に、吸気弁8が正常復帰したか否かがどのような判定ロジックにより判定されるかについて説明する。当実施形態において、吸気弁復帰判定部53は、休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたり吸気圧力をスペクトル解析した結果に基づいて、休止気筒の吸気弁8が正常復帰したか否かを判定する。
(Ii) Intake Valve Return Determination Logic Next, what kind of determination logic is used to determine whether or not the
図10(a)(b)は、クランク角に応じて変化する吸気圧力の波形を示している。具体的に、図10(a)は、全気筒の吸気弁8および排気弁9が開閉駆動される全筒運転時の吸気圧力の波形を示し、図10(b)は、休止気筒の吸気弁8および排気弁9が閉弁状態のまま停止している減筒運転時の吸気圧力の波形を示している。これらの図から理解されるように、全気筒の吸排気弁8,9が開閉駆動される全筒運転時の吸気圧力の波形(図10(a))は、概ね180°CAの周期性を有している。これに対し、休止気筒の吸排気弁8,9が停止される減筒運転時の吸気圧力の波形(図10(b))は、概ね360°CAの周期性を有している。これは、全筒運転時には各気筒2A〜2Dでの燃焼が180°CAずつ位相をずらして行われるのに対し、第1気筒2Aおよび第4気筒2Dが休止される減筒運転時には、燃焼間隔が2倍の360°CAになるからである。
FIGS. 10A and 10B show the waveform of the intake pressure that changes according to the crank angle. Specifically, FIG. 10A shows the waveform of the intake pressure during all cylinder operation in which the
図11(a)(b)は、上記のような全筒運転時および減筒運転時のそれぞれの吸気圧力を、360°CAを1周期とする周波数を基本周波数としてスペクトル解析した結果を示している。各図の横軸は基本周波数に対する次数(1次、2次、3次‥)を示し、縦軸はスペクトル強度を示している。全筒運転時の吸気圧力は180°CAの周期性を有しているため、これをスペクトル解析すると、スペクトル強度は2次のものが大きくなる(図11(a))。一方、減筒運転時の吸気圧力は360°CAの周期性を有しているため、これをスペクトル解析すると、スペクトル強度は1次のものが大きくなる(図11(b))。 FIGS. 11 (a) and 11 (b) show the results of spectral analysis of the intake pressure during all-cylinder operation and reduced-cylinder operation as described above, with a frequency having 360 ° CA as one cycle as a fundamental frequency. Yes. In each figure, the horizontal axis indicates the order (primary, secondary, tertiary, etc.) with respect to the fundamental frequency, and the vertical axis indicates the spectrum intensity. Since the intake pressure during all-cylinder operation has a periodicity of 180 ° CA, if this is subjected to spectrum analysis, the spectrum intensity becomes a secondary one (FIG. 11A). On the other hand, since the intake pressure during the reduced-cylinder operation has a periodicity of 360 ° CA, if this is subjected to spectrum analysis, the spectrum intensity becomes higher in the first order (FIG. 11 (b)).
図12は、種々の運転条件で吸気圧力をスペクトル解析して得られたデータを、1次のスペクトル強度(1次強度)SP1と2次のスペクトル強度(2次強度)SP2との相関関係を表すように加工したグラフである。このグラフに示される領域Aは、全気筒の吸気弁8および排気弁9が開閉駆動されている場合に得られるデータのプロット領域であり、領域Bは、第1、第4気筒2A,2Dの吸気弁8のみが開閉駆動されている場合(排気弁9は閉弁状態のまま停止している場合)に得られるデータのプロット領域である。また、領域Cは、第1、第4気筒2A,2Dの吸気弁8および排気弁9の双方が閉弁状態のまま停止している場合に得られるデータのプロット領域である。
FIG. 12 shows the correlation between the primary spectral intensity (primary intensity) SP1 and the secondary spectral intensity (secondary intensity) SP2 obtained from spectral analysis of the intake pressure under various operating conditions. It is the graph processed so that it might represent. A region A shown in this graph is a plot region of data obtained when the
図12に示すように、領域Aは、2次強度SP2の割合が大きい図12の左上寄りの領域に存在している。これは、領域Aでは全気筒の吸排気弁8,9が開閉駆動されるので、180°CAを1周期とする周波数成分の強度、つまり2次強度SP2の割合が大きくなるからである。これに対し、領域Cは、1次強度SP1の割合が大きい図12の右下寄りの領域に存在している。これは、領域Cでは4気筒のうちの2気筒(第2、第3気筒2B,2C)の吸排気弁8,9だけが開閉駆動されるので、360°CAを1周期とする周波数成分の強度、つまり1次強度SP1の割合が大きくなるからである。
As shown in FIG. 12, the region A exists in the upper left region of FIG. 12 where the ratio of the secondary intensity SP2 is large. This is because in the region A, the intake /
一方で、領域Bは、上述した領域Aおよび領域Cの中間的な領域に存在している。これは、領域Bでは、第2、第3気筒2B,2Cの吸気弁8および排気弁9と、第1、第4気筒2A,2Dの吸気弁8とが開閉駆動され、第1、第4気筒2A,2Dの排気弁9は閉弁状態のまま停止しているので、1次強度SP1も2次強度SP2もそれなりに大きくなるからである。すなわち、第1、第4気筒2A,2Dにおいて排気弁9を閉弁したまま吸気弁8のみを開閉させると、既に説明したとおり、当該気筒2A,2Dの排気行程で圧縮されたガスが吸気弁8の開弁に伴い吸気通路30に逆流する吹き返しが起きるので、この吹き返しが2次強度SP2の増大に寄与し、1次強度SP1と2次強度SP2の双方が大きくなるからである。
On the other hand, the region B exists in an intermediate region between the region A and the region C described above. In the region B, the
なお、図12では、第1、第4気筒2A,2Dの排気弁9のみが開閉駆動されている場合(吸気弁8は閉弁状態のまま停止している場合)のデータは示さなかったが、その場合のプロット領域は、基本的に吸気弁8および排気弁9の双方が閉弁されている場合のプロット領域Cと同様になる。
Note that FIG. 12 does not show data when only the
図12によれば、領域Aと領域Bとはその一部分どうしが重複しているが、領域Cは領域A,Bから完全に分離(独立)している。このため、図12の直線Pのように、領域A,Bと領域Cとの間を通る直線を設定することができる。この直線Pの傾きをa、縦軸の切片をbとすると、直線P上では、1次強度SP1と2次強度SP2とが数式「SP2=a×SP1+b」を満たす関係になる。一方、直線Pよりも左上側に位置する上記領域Aおよび領域Bでは、1次強度SP1と2次強度SP2との関係を「SP2>a×SP1+b」の数式で表すことができ、直線Pよりも右下側に位置する上記領域Cでは、1次強度SP1と2次強度SP2との関係を「SP2<a×SP1+b」の数式で表すことができる。 According to FIG. 12, the area A and the area B partially overlap each other, but the area C is completely separated (independent) from the areas A and B. For this reason, a straight line passing between the areas A and B and the area C can be set as a straight line P in FIG. When the slope of the straight line P is a and the intercept of the vertical axis is b, on the straight line P, the primary intensity SP1 and the secondary intensity SP2 satisfy the formula “SP2 = a × SP1 + b”. On the other hand, in the area A and the area B located on the upper left side of the straight line P, the relationship between the primary intensity SP1 and the secondary intensity SP2 can be expressed by an equation “SP2> a × SP1 + b”. In the region C located on the lower right side, the relationship between the primary intensity SP1 and the secondary intensity SP2 can be expressed by an equation “SP2 <a × SP1 + b”.
上記直線Pを表す1次関数(SP2=a×SP1+b)によって規定される値を吸気弁判定閾値とすると、この吸気弁判定閾値を2次強度SP2と比較することにより、休止気筒(第1、第4気筒2A,2D)の吸気弁8が正常復帰したか否かを判定することができる。すなわち、2次強度SP2が上記吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも大きい、つまり「SP2>a×SP1+b」の関係が成立するということは、休止気筒の吸気弁8および排気弁9がともに開閉駆動されている領域Aの状態か、休止気筒の吸気弁8のみが正常に開閉駆動されている(排気弁9は閉弁状態のまま停止している)領域Bの状態かのいずれかであるから、少なくとも休止気筒の吸気弁8は正常復帰したと判定することができる。逆に、2次強度SP2が上記吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも小さい、つまり「SP2<a×SP1+b」の関係が成立する場合には、休止気筒の吸気弁8は復帰に失敗した(閉弁状態のまま停止している)と判定することができる。
Assuming that the value defined by the linear function (SP2 = a × SP1 + b) representing the straight line P is the intake valve determination threshold value, the intake valve determination threshold value is compared with the secondary strength SP2, thereby deactivating the first cylinder (first, It can be determined whether or not the
そこで、当実施形態において、吸気弁復帰判定部53は、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたって取得し、取得した吸気圧力のデータをスペクトル解析することにより、1次強度SP1と2次強度SP2とをそれぞれ特定する。そして、2次強度SP2が上記吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも大きい場合には、吸気弁8が正常復帰したと判定し、2次強度SP2が上記吸気弁判定閾値(a×SP1+b)以下である場合には、吸気弁8は復帰に失敗したと判定する。
Therefore, in the present embodiment, the intake valve
(5)減筒運転から全筒運転に復帰する際の制御動作
次に、減筒運転から全筒運転への切り替え時に行われる制御動作について、図13〜図15のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、このフローチャートによる制御が開始される前提として、エンジンは減筒運転されているものとする。
(5) Control operation when returning from reduced-cylinder operation to full-cylinder operation Next, the control operation performed when switching from reduced-cylinder operation to full-cylinder operation will be described in detail with reference to the flowcharts of FIGS. . Assuming that the control according to this flowchart is started, it is assumed that the engine is in a reduced cylinder operation.
図13に示すように、エンジンの減筒運転中、ECU50の運転要求判定部51は、アクセル開度センサSN4およびクランク角センサSN1等から特定されるエンジンの負荷および回転速度に基づいて、減筒運転から全筒運転に切り替える要求があるか否かを判定する(ステップS1)。例えば、運転要求判定部51は、減筒運転に適合する運転条件(負荷および回転速度が比較的低い運転条件)から負荷または回転速度が上昇して全筒運転を行うべき運転条件に移行した場合に、減筒運転から全筒運転への切り替え要求があったと判定する。
As shown in FIG. 13, during the reduced-cylinder operation of the engine, the operation
上記ステップS1でYESと判定されて全筒運転への切り替え要求が確認された場合、ECU50のバルブ制御部52は、休止気筒(第1気筒2Aおよび第4気筒2D)における吸排気弁8,9の開閉動作を再開させるべく、S−HLA25の弁停止機構25aに復帰指令を出力する(ステップS2)。すなわち、バルブ制御部52は、減筒運転中に閉弁状態のまま停止していた休止気筒の吸排気弁8,9を再び開閉させるべく、S−HLA25の弁停止機構25aに対し、これをロック解除状態からロック状態に切り替える制御信号を出力する(ステップS2)。
When it is determined YES in step S1 and a request for switching to all-cylinder operation is confirmed, the
次いで、バルブ制御部52は、上記ステップS2での復帰指令によって排気弁9から先に復帰するか否かを判定する(ステップS3)。具体的に、このステップS3での判定は次のようにして行われる。
Next, the
図5および図6においてTexで示す期間は、当該期間内に復帰指令が出されれば排気弁9から先に(排気弁9→吸気弁8の順に)開閉動作が再開されることを示しており、以下ではこれを第1期間Texという。また、Tinで示す期間は、当該期間内に復帰指令が出されれば吸気弁8から先に(吸気弁8→排気弁9の順に)開閉動作が再開されることを示しており、以下ではこれを第2期間Tinという。これら第1期間Texおよび第2期間Tinは、復帰指令から実際に弁停止機構25aがロック状態に切り替わるのに必要な作動遅れ時間Taを考慮して定められる。具体的には、吸気弁8の開弁開始時期q0から作動遅れ時間Taだけ遡った時点の直後から、排気弁9の開弁開始時期pから作動遅れ時間Taだけ遡った時点までの期間が、上記第1期間Texとされる。また、排気弁9の開弁開始時期pから作動遅れ時間Taだけ遡った時点の直後から、吸気弁8の開弁開始時期q1から作動遅れ時間Taだけ遡った時点までの期間が、上記第2期間Tinとされる。
5 and 6, the period indicated by Tex indicates that the opening / closing operation is resumed first (in the order of the
そして、バルブ制御部52は、第1期間Tex内に復帰指令が出された場合に、排気弁9から先に開閉動作が再開されると判定し、第2期間Tin内に復帰指令が出された場合に、吸気弁8から先に開閉動作が再開されると判定する。例えば、図5のケースでは、復帰指令の出力時点tsが第1期間Texに含まれているので、排気弁9から先に開閉動作が再開されると判定され、図6のケースでは、復帰指令の出力時点tsが第2期間Tinに含まれているので、吸気弁8から先に開閉動作が再開されると判定される。
Then, when the return command is issued within the first period Tex, the
なお、上記のような判定は、休止気筒である第1気筒2Aおよび第2気筒2Dに対し個別に行われる。すなわち、360°CAの位相差がある第1気筒2Aと第2気筒2Dとでは、復帰指令の出力時点tsに対する上記各期間Tex,Tinの相対位置が360°CAだけずれることになるので、当然、気筒2A,2Dにおいて判定結果が異なることもある。そこで、バルブ制御部52は、第1気筒2Aにおいて先に開閉動作が再開される弁と、第4気筒2Dにおいて先に開閉動作が再開される弁とを、上記の位相差を考慮しつつそれぞれ個別に判定する。
Note that the determination as described above is performed individually for the
また、図5および図6に示した第1、第2期間Tex,Tinは固定的なものではなく、実際には、エンジン回転速度やエンジンの暖機の進み具合(作動油の温度)に応じて種々変化する。エンジン回転速度が異なれば単位時間あたりに進行するクランク角が異なり、作動油の温度が異なれば作動遅れ時間Taが異なるからである。バルブ制御部52は、復帰指令の出力時点tsにおけるエンジン回転速度や作動油の温度等の諸条件に基づいて上記各期間Tex,Tinを特定し、これを用いて判定を行う。
Further, the first and second periods Tex and Tin shown in FIGS. 5 and 6 are not fixed, and actually depend on the engine speed and the progress of engine warm-up (hydraulic oil temperature). Various changes. This is because if the engine speed is different, the crank angle traveling per unit time is different, and if the hydraulic oil temperature is different, the operation delay time Ta is different. The
以上のような手順により吸排気弁8,9の復帰順序が判定されると、その結果に応じて、ステップS4,S5に示す処理(第1および第2の判定処理)のいずれかが実行される。すなわち、上記ステップS3でYESと判定されて排気弁9から先に開閉動作が再開されると予測された場合には、ステップS4に示す第1の判定処理が実行され、上記ステップS3でNOと判定されて吸気弁8から先に開閉動作が再開されると予測された場合には、ステップS5に示す第2の判定処理が実行される。
When the return order of the intake /
図14は、上記第1の判定処理の具体的手順を示すサブルーチンであり、図15は、上記第2の判定処理の具体的手順を示すサブルーチンである。なお、上述したように、吸排気弁8,9の復帰順序を判定するステップS3の処理は休止気筒(第1、第4気筒2A,2D)ごとに個別に行われるから、これら第1、第2の判定処理も休止気筒ごとに個別に行われる。例えば、第1気筒2Aおよび第4気筒2Dの両方について排気弁9から先に開閉動作が再開されると予測された場合には、両気筒2A,2Dに対し第1の判定処理が実行される。また、例えば第1気筒2Aでは排気弁9から先に開閉動作が再開されると予測され、かつ第4気筒2Dでは吸気弁8から先に開閉動作が再開されると予測された場合には、第1気筒2Aに対しては第1の判定処理が、第4気筒2Dに対しては第2の判定処理がそれぞれ実行されることになる。ただし以下の説明では、制御の対象が第1気筒2Aおよび第4気筒2Dのどちらであるのかは特に限定しない。このため、第1気筒2Aおよび第4気筒2Dのいずれかであるという意味で、単に休止気筒という場合がある。
FIG. 14 is a subroutine showing a specific procedure of the first determination process, and FIG. 15 is a subroutine showing a specific procedure of the second determination process. As described above, the process of step S3 for determining the return order of the intake /
まず、排気弁9から先に開閉動作が再開される場合に実行される第1の判定処理について、図14を用いて説明する。この第1の判定処理がスタートすると、ECU50の排気弁復帰判定部54は、休止気筒の吸気弁8の1回目の開弁に伴う吸気の圧力変動を、吸気圧センサSN3の検出値に基づき特定する処理を実行する(ステップS10)。すなわち、図5に示すように、復帰指令の出力時点tsの後で休止気筒が1回目に迎える吸気弁8の開弁開始時期q1を挟んだ所定期間w1の間、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を調べ、その吸気圧力の波形に基づいて、例えば図8に示したような吸気圧力の上昇幅あるいは上昇率等を演算し、これを吸気の圧力変動として特定する。
First, the first determination process executed when the opening / closing operation is restarted first after the
次いで、排気弁復帰判定部54は、上記ステップS10で特定された圧力変動(1回目の吸気の圧力変動)が、所定の閾値β(図9)よりも小さいか否かを判定する(ステップS11)。
Next, the exhaust valve
上記ステップS11でYESと判定されて1回目の吸気の圧力変動が閾値βよりも小さいことが確認された場合、排気弁復帰判定部54は、休止気筒の吸気弁8の2回目の開弁に伴う吸気の圧力変動を、吸気圧センサSN3の検出値に基づき特定する処理を実行する(ステップS12)。すなわち、図5に示すように、復帰指令の出力時点tsの後に休止気筒が迎える2回目の吸気弁8の開弁開始時期q2を挟んだ所定期間w2の間、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を調べ、その吸気圧力の波形に基づいて吸気の圧力変動を特定する。
When it is determined YES in step S11 and it is confirmed that the pressure fluctuation of the first intake is smaller than the threshold value β, the exhaust valve
次いで、排気弁復帰判定部54は、上記ステップS12で特定された圧力変動(2回目の吸気の圧力変動)が閾値βよりも小さいか否かを判定する(ステップS13)。
Next, the exhaust valve
上記ステップS13でYESと判定された場合、つまり、上記ステップS10,S12でそれぞれ特定された1回目および2回目の吸気の圧力変動がともに閾値βよりも小さいことが確認された場合、排気弁復帰判定部54は、排気弁9の復帰の成否を表すための排気弁状態フラグF1i(iは1または4)に、排気弁9が正常復帰したことを意味する「1」を入力する(ステップS14)。なお、排気弁状態フラグF1iの添え字iが1または4であることから、F1iとしてはF11およびF14の2種類がある。F11は第1気筒2A用のフラグであり、F14は第4気筒2D用のフラグである。よって、第1気筒2Aについて圧力変動<βが確認された場合には、第1気筒2A用の排気弁状態フラグF11に「1」が入力され、第4気筒2Dについて圧力変動<βが確認された場合には、第4気筒2D用の排気弁状態フラグF14に「1」が入力される。
If it is determined YES in step S13, that is, if it is confirmed that both the first and second intake air pressure fluctuations specified in steps S10 and S12 are smaller than the threshold value β, the exhaust valve is returned. The
一方、上記ステップS11またはステップS13でNOと判定された場合、つまり、1回目および2回目の吸気の圧力変動のいずれかが閾値β以上であることが確認された場合、排気弁復帰判定部54は、上記排気弁状態フラグF1iに、排気弁9が復帰に失敗したことを意味する「0」を入力する(ステップS15)。
On the other hand, if it is determined NO in step S11 or step S13, that is, if it is confirmed that one of the first and second intake pressure fluctuations is equal to or greater than the threshold value β, the exhaust valve
ここで、図14に示す第1の判定処理では、上述したステップS10〜S15の処理と並行して、次のステップS16〜S19の処理が実行される。すなわち、第1の判定処理がスタートすると、ECU50の吸気弁復帰判定部53は、休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたり吸気圧センサSN3で検出された吸気圧力をスペクトル解析する処理を実行する(ステップS16)。すなわち、図5に示すように、復帰指令の出力時点tsの後で休止気筒が最初に迎える吸気行程とこれに続く圧縮行程とを含む合計360°CAの期間w3の間、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を調べ、その吸気圧力の波形をスペクトル解析することにより、360°CAを1周期とする周波数成分の強度(1次強度)SP1と、180°CAを1周期とする周波数成分の強度(2次強度)SP2とを特定する。
Here, in the first determination process shown in FIG. 14, the processes of the following steps S <b> 16 to S <b> 19 are executed in parallel with the processes of steps S <b> 10 to S <b> 15 described above. That is, when the first determination process starts, the intake valve
次いで、吸気弁復帰判定部53は、上記ステップS16で特定された1次強度SP1と2次強度SP2とを用いて、「SP2>a×SP1+b」の関係が満たされるか否か、つまり、1次強度SP1の1次関数で規定される吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも2次強度SP2が大きいか否かを判定する(ステップS17)。
Next, the intake valve
上記ステップS17でYESと判定されて2次強度SP2が吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも大きいことが確認された場合、吸気弁復帰判定部53は、吸気弁8の復帰の成否を表すための吸気弁状態フラグF2i(iは1または4)に、吸気弁8が正常復帰したことを意味する「1」を入力する(ステップS18)。なお、吸気弁状態フラグF2i(iは1または4)の使い分けは、上述した排気弁状態フラグF1iと同様である。すなわち、第1気筒2Aについて「SP2>a×SP1+b」の関係が確認された場合には、第1気筒2A用の吸気弁状態フラグF21に「1」が入力され、第4気筒2Dについて「SP2>a×SP1+b」の関係が確認された場合には、第4気筒2D用の排気弁状態フラグF24に「1」が入力される。
When it is determined YES in step S17 and it is confirmed that the secondary strength SP2 is larger than the intake valve determination threshold value (a × SP1 + b), the intake valve
一方、上記ステップS16でNOと判定されて2次強度SP2が吸気弁判定閾値(a×SP1+b)以下であることが確認された場合、吸気弁復帰判定部53は、上記吸気弁状態フラグF2iに、吸気弁8が復帰に失敗したことを意味する「0」を入力する(ステップS19)。
On the other hand, when it is determined NO in step S16 and it is confirmed that the secondary intensity SP2 is equal to or smaller than the intake valve determination threshold value (a × SP1 + b), the intake valve
次に、吸気弁8から先に開閉動作が再開される場合に実行される第2の判定処理について、図15を用いて説明する。この第2の判定処理がスタートすると、ECU50の排気弁復帰判定部54は、休止気筒の吸気弁8の2回目の開弁に伴う吸気の圧力変動を、吸気圧センサSN3の検出値に基づき特定する処理を実行する(ステップS20)。すなわち、図6に示すように、復帰指令の出力時点tsの後に休止気筒が迎える2回目の吸気弁8の開弁開始時期q2を挟んだ所定期間w2の間、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を調べ、その吸気圧力の波形に基づいて吸気の圧力変動を特定する。
Next, a second determination process executed when the opening / closing operation is restarted first after the
次いで、排気弁復帰判定部54は、上記ステップS20で特定された圧力変動(2回目の吸気の圧力変動)が閾値βよりも小さいか否かを判定する(ステップS21)。
Next, the exhaust valve
上記ステップS21でYESと判定されて2回目の吸気の圧力変動が閾値βよりも小さいことが確認された場合、排気弁復帰判定部54は、上述した排気弁状態フラグF1i(iは1または4)に、排気弁9が正常復帰したことを意味する「1」を入力する(ステップS22)。具体的には、第1気筒2Aについて圧力変動<βが確認された場合に、第1気筒2A用の排気弁状態フラグF11に「1」が入力され、第4気筒2Dについて圧力変動<βが確認された場合に、第4気筒2D用の排気弁状態フラグF14に「1」が入力される。
If it is determined YES in step S21 and it is confirmed that the pressure fluctuation of the second intake air is smaller than the threshold value β, the exhaust valve
一方、上記ステップS21でNOと判定されて2回目の吸気の圧力変動が閾値βよりも小さいことが確認された場合、排気弁復帰判定部54は、上記排気弁状態フラグF1iに、排気弁9が復帰に失敗したことを意味する「0」を入力する(ステップS23)。
On the other hand, if it is determined NO in step S21 and it is confirmed that the pressure fluctuation of the second intake air is smaller than the threshold value β, the exhaust valve
ここで、図15に示す第2の判定処理では、上述したステップS20〜S23の処理と並行して、次のステップS24〜S27の処理が実行される。すなわち、第2の判定処理がスタートすると、ECU50の吸気弁復帰判定部53は、休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたり吸気圧センサSN3で検出された吸気圧力をスペクトル解析する処理を実行する(ステップS24)。すなわち、図6に示すように、復帰指令の出力時点tsの後で休止気筒が最初に迎える吸気行程とこれに続く圧縮行程とを含む合計360°CAの期間w3の間、吸気圧センサSN3により検出される吸気圧力を調べ、その吸気圧力の波形をスペクトル解析することにより、360°CAを1周期とする周波数成分の強度(1次強度)SP1と、180°CAを1周期とする周波数成分の強度(2次強度)SP2とを特定する。
Here, in the second determination process shown in FIG. 15, the processes of the next steps S24 to S27 are executed in parallel with the processes of steps S20 to S23 described above. That is, when the second determination process starts, the intake valve
次いで、吸気弁復帰判定部53は、上記ステップS24で特定された1次強度SP1と2次強度SP2とを用いて、「SP2>a×SP1+b」の関係が満たされるか否か、つまり、1次強度SP1の1次関数で規定される吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも2次強度SP2が大きいか否かを判定する(ステップS25)。
Next, the intake valve
上記ステップS25でYESと判定されて2次強度SP2が吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも大きいことが確認された場合、吸気弁復帰判定部53は、上述した吸気弁状態フラグF2i(iは1または4)に、吸気弁8が正常復帰したことを意味する「1」を入力する(ステップS26)。具体的には、第1気筒2Aについて「SP2>a×SP1+b」の関係が確認された場合に、第1気筒2A用の吸気弁状態フラグF21に「1」が入力され、第4気筒2Dについて「SP2>a×SP1+b」の関係が確認された場合に、第4気筒2D用の排気弁状態フラグF24に「1」が入力される。
When it is determined YES in step S25 and it is confirmed that the secondary intensity SP2 is larger than the intake valve determination threshold value (a × SP1 + b), the intake valve
一方、上記ステップS16でNOと判定されて2次強度SP2が吸気弁判定閾値(a×SP1+b)以下であることが確認された場合、吸気弁復帰判定部53は、上記吸気弁状態フラグF2iに、吸気弁8が復帰に失敗したことを意味する「0」を入力する(ステップS27)。
On the other hand, when it is determined NO in step S16 and it is confirmed that the secondary intensity SP2 is equal to or smaller than the intake valve determination threshold value (a × SP1 + b), the intake valve
以上のような第1および第2の判定処理により休止気筒に対する吸気弁8および排気弁9の復帰判定が終了すると、フローは図13のステップS6へと移行する。このステップS6において、ECU50の燃焼制御部55は、排気弁状態フラグF11,F14の各値と吸気弁状態フラグF21,F24の各値とを掛け合わせて「1」が得られるか否かを判定する。なお、このステップS6の判定でYES(F11×F14×F21×F24=1)ということは、第1気筒2A用の排気弁状態フラグF11と、第4気筒2D用の排気弁状態フラグF14と、第1気筒2A用の吸気弁状態フラグF21と、第4気筒2D用の吸気弁状態フラグF24とが、いずれも「1」であることを意味するから、休止気筒(第1、第4気筒2A,2D)の吸気弁8および排気弁9は全て正常復帰していることになる。一方、ステップS6の判定でNO(F11×F14×F21×F24=0)ということは、上記各フラグF11,F14,F21,F24の少なくとも1つが「0」であることを意味するから、休止気筒(第1、第4気筒2A,2D)の吸気弁8および排気弁9の中に復帰に失敗したものが存在することになる。
When the return determination of the
上記ステップS6でYESと判定されて休止気筒の吸気弁8および排気弁9が全て正常復帰したことが確認された場合、燃焼制御部55は、エンジンを減筒運転から全筒運転に移行させる(ステップS7)。すなわち、休止気筒のインジェクタ12および点火プラグ13を作動させて燃料噴射および点火を再開させることにより、全ての気筒2A〜2Dで燃焼が行われる状態に移行させる。なお、図5および図6では、燃料噴射の再開を「INJ」と付記した▼で表し、点火の再開を「IG」と付記した▼で表している。
When it is determined YES in step S6 and it is confirmed that all of the
一方、上記ステップS6でNOと判定されて休止気筒の吸気弁8および排気弁9の中に復帰に失敗したものが存在することが確認された場合、燃焼制御部55は、エンジンの減筒運転を維持する(ステップS8)。すなわち、休止気筒のインジェクタ12および点火プラグ13の作動を停止させて燃焼噴射および点火を禁止し、休止気筒(第1、第4気筒2A,2D)で燃焼が行われない状態を維持する。
On the other hand, when it is determined as NO in step S6 and it is confirmed that there is an unsuccessful recovery among the
(6)作用等
以上説明したとおり、当実施形態では、減筒運転から全筒運転への切り替え要求に伴い弁停止機構25aに復帰指令が出力されると、その後、休止気筒(第1、第4気筒2A,2D)の吸気行程を含む所定期間にわたり検出された吸気圧力をスペクトル解析した結果に基づいて、休止気筒の吸気弁8が開閉可能な状態に正常復帰したか否かが判定されるとともに、休止気筒の吸気弁8が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動に基づいて、休止気筒の排気弁9が開閉可能な状態に正常復帰したか否かが判定される。そして、吸気弁8の正常復帰が確認されかつ排気弁9の正常復帰が確認された場合に、休止気筒への燃料供給等が再開されて、エンジンの運転が減筒運転から全筒運転へと切り替えられる。このような構成によれば、吸気弁8および排気弁9の双方の状態を正確に判定することにより、減筒運転から全筒運転への切り替えを安全かつ適正に行うことができるという利点がある。
(6) Operation, etc. As described above, in this embodiment, when a return command is output to the
すなわち、上記実施形態では、休止気筒の吸気弁8が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動に基づいて排気弁9の復帰の成否が判定されるので、仮に休止気筒の排気弁9が復帰に失敗した場合に、当該休止気筒内のガスが排気行程中に圧縮された後に吸気弁8の開弁に伴って吸気通路30へと吹き返される(それによって吸気圧力が変動する)ことを利用して、排気弁9が復帰に失敗したことを確実に認識することができる。また、休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたって吸気圧力をスペクトル解析することにより吸気弁8の復帰の成否が判定されるので、仮に休止気筒の吸気弁8が復帰に失敗した場合に、当該吸気弁8の正常時とは異なる周期性が吸気圧力の波形に現れることを利用して、吸気弁8が復帰に失敗したことを確実に認識することができる。
That is, in the above embodiment, the success or failure of the return of the
そして、上記のような精度の高い判定により吸気弁8および排気弁9の双方が正常復帰していることが確認された場合に限り、休止気筒への燃料供給等が再開されるので、減筒運転から全筒運転への切り替えを安全かつ適正に行うことができる。例えば、排気弁9が復帰に失敗したにもかかわらず休止気筒への燃料供給等が再開された場合には、休止気筒での燃焼により生じた高温の排気ガスが吸気通路30を逆流する、いわゆるバックファイアが起き、エンジンに重大な影響を及ぼすことが想定される。また、吸気弁8が復帰に失敗したにもかかわらず休止気筒への燃料供給等が再開された場合には、休止気筒内の吸気の不足に起因した失火が起き、供給した燃料が無駄になることが想定される。これに対し、上記実施形態によれば、吸気弁8および排気弁9の双方が正常復帰していなければ燃料供給等が再開されないので、バックファイアや失火等を招くことなく、安全かつ適正に減筒運転から全筒運転へと切り替えることができる。
Only when it is confirmed that both the
ここで、上記実施形態のエンジンにおいて、吸気弁8および排気弁9の双方が復帰に失敗した場合(閉弁状態のまま停止している場合)には、そもそも、休止気筒内のガスが吸気通路30に吹き返す現象が生じ得ないので、吸気弁8の開弁に伴って吸気圧力が大きく増大することはなくなる。このため、吸気弁8および排気弁9の双方が復帰に失敗したとしても、圧力変動が大きくなることはなく、排気弁9が復帰に失敗したとは認識されなくなる。しかしながら、このような場合でも、吸気圧力のスペクトル解析により少なくとも吸気弁8は復帰に失敗したと判定されるので、やはり休止気筒への燃料供給等が再開されることはなく、不適切な状況で全筒運転への切り替えが行われるのを確実に防止することができる。
Here, in the engine of the above-described embodiment, when both the
また、上記実施形態では、排気弁9の正常復帰を確認するために、休止気筒の吸気弁8が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動が所定の閾値β(図9)と比較され、当該圧力変動が閾値βよりも小さい場合に排気弁9が正常復帰したと判定されるので、圧力変動を閾値βと比較するだけの簡単な手順で、排気弁9の復帰の成否を判定することができる。
Further, in the above embodiment, in order to confirm the normal return of the
特に、上記実施形態において、復帰指令により排気弁9、吸気弁8の順に開閉動作が再開される場合には、図14に第1の判定処理として示したように、復帰指令後1回目に吸気弁8が開弁を開始する時期(図5のq1)の前後にわたる吸気の圧力変動を閾値βと比較する判定が行われる(ステップS10,S11)。ただし、ここでの判定で圧力変動が閾値βよりも小さいことが確認された場合(ステップS11の判定がYESの場合)でも、その時点では排気弁9が正常復帰したとは判定されず、さらに復帰指令後2回目に吸気弁が開弁を開始する時期(図5のq2)の前後にわたる吸気の圧力変動を閾値βと比較する判定が行われる(ステップS12,S13)。そして、ここでの判定で圧力変動が閾値βよりも小さいことが確認された場合(ステップS13の判定がYESの場合)に、はじめて排気弁9が正常復帰したと判定される(ステップS14)。このような構成によれば、例えば減筒運転の継続時間が比較的長かったために復帰指令前の休止気筒の内部圧力が低下していたとしても、そのことが原因で排気弁9が正常復帰したと誤って判定されることが回避され、復帰判定の精度をより高めることができる。
In particular, in the above embodiment, when the opening / closing operation is resumed in the order of the
すなわち、エンジンが減筒運転されている間、休止気筒では、吸気弁8および排気弁9の双方が閉弁したままピストン11が往復運動することになるので、その往復運動を通じて、ピストン11と燃焼室10の内壁との隙間からガスが外部に漏れることにより、休止気筒の内部圧力は徐々に低下する。このため、減筒運転の継続時間が比較的長かった場合には、減筒運転中に休止気筒の内部圧力がかなり低下するので、仮に排気弁9が復帰に失敗した(それによって休止気筒内のガスが排気行程中に圧縮された)としても、復帰指令後1回目に吸気弁8が開弁を開始したときに生じる吸気の圧力変動は十分に大きくならない。このため、1回目の吸気弁8の開弁開始時期(図5のq1)の前後にわたる吸気の圧力変動だけに基づいて排気弁9の復帰判定を行った場合には、上記のような減筒運転中のガス漏れにより休止気筒の内部圧力が低下することに起因して、排気弁9の復帰判定の精度が低下すると予想される。そこで、当実施形態では、たとえ1回目の吸気弁8の開弁に伴う吸気の圧力変動が閾値βより小さかった場合でも、その時点では排気弁9が正常復帰したとは判定せず、さらに2回目の吸気弁8の開弁に伴う吸気の圧力変動を調べて閾値βと比較することにより、再び排気弁9の復帰判定を行うようにしている。このように、1回目の吸気弁8の開弁により休止気筒内に十分な吸気を導入した状態で、2回目の吸気弁8の開弁に伴う吸気の圧力変動に基づき排気弁9の復帰判定を行うようにした場合には、圧力変動が起きる前の休止気筒の内部圧力の条件を揃えることができるので、復帰判定の精度をより高めることが可能になる。
That is, while the engine is in the reduced cylinder operation, in the idle cylinder, the
一方、復帰指令により吸気弁8、排気弁9の順に開閉動作が再開される場合には、図15に第2の判定処理として示したように、復帰指令後2回目に吸気弁8が開弁を開始する時期(図6のq2)の前後にわたる吸気の圧力変動を閾値βと比較する判定が行われ(ステップS20,S21)、ここでの判定で圧力変動が閾値βよりも小さいことが確認された場合(ステップS21の判定がYESの場合)に、排気弁9が正常復帰したと判定される。このような構成によれば、排気弁9よりも先に吸気弁8が開閉動作を再開したことが原因で生じる吸気の圧力変動により、排気弁9が復帰に失敗したと誤って判定されることが回避されるので、排気弁9の復帰判定の精度を良好に確保することができる。
On the other hand, when the opening / closing operation of the
すなわち、吸気弁8、排気弁9の順に開閉動作が再開されると、復帰指令後1回目に吸気弁8が開弁を開始したときに、その直前まで排気弁9が閉じていたために圧縮された休止気筒内のガスが吸気通路30へと吹き返されることになる。このため、仮に1回目の吸気弁8の開弁に伴う吸気の圧力変動に基づいて排気弁9の復帰判定を行った場合には、排気弁9よりも先に吸気弁8が復帰したことが原因で生じた圧力変動であるにもかかわらず、その圧力変動に基づいて排気弁9が復帰に失敗したと誤って判定される可能性がある。これに対し、上記実施形態では、1回目の吸気弁8の開弁を見過ごして、2回目の吸気弁8の開弁時に排気弁9の復帰判定を行うようにしているので、上記のような誤判定を回避でき、排気弁9の復帰判定の精度を良好に確保することができる。
That is, when the opening / closing operation is resumed in the order of the
また、上記実施形態では、吸気弁8の正常復帰を確認するために、休止気筒の吸気行程を含む所定期間中の吸気圧力がスペクトル解析されて、360°CAを周期とする1次周波数成分の強度(1次強度)SP1と、180°CAを周期とする2次周波数成分の強度(2次強度)SP2とが特定され、2次強度SP2が、1次強度SP1の1次関数により規定される吸気弁判定閾値(a×SP1+b)よりも大きい場合に、吸気弁8が正常復帰したと判定される。このような構成によれば、吸気弁8が正常復帰した場合に現れる吸気圧力の変化の周期(180°CA)が復帰に失敗した場合の変化の周期(360°CA)よりも短くなることを利用して、吸気弁8の復帰の成否を精度よく判定することができる。
Further, in the above embodiment, in order to confirm the normal return of the
しかも、1次強度SP1と2次強度SP2とのそれぞれの値を閾値と比較するのでなく、1次強度の1次関数で規定される閾値(吸気弁判定閾値)を2次強度と比較とするようにしたので、エンジンの運転条件等の相違にかかわらず、吸気弁8の復帰判定の精度を良好に確保することができる。すなわち、吸気弁8の状態(正常復帰したか失敗したか)が同じであっても、例えばエンジンの運転条件(回転速度や負荷等)が異なれば、1次強度SP1および2次強度SP2の値は種々変化し得る。このため、1次強度SP1および2次強度SP2の値を直接特定の閾値と比較したのでは、上記のような運転条件等の相違による影響を除去できず、判定精度が低下するものと考えられる。これに対し、上記実施形態では、1次強度SP1と2次強度SP2との相関関係を規定する1次関数(SP2=a×SP1+b)を閾値として用いているので、運転条件等の相違による影響を除外して、より精度よく吸気弁8の復帰の成否を判定することができる。
In addition, instead of comparing each value of the primary intensity SP1 and the secondary intensity SP2 with the threshold value, the threshold value (intake valve determination threshold value) defined by the primary function of the primary intensity is compared with the secondary intensity value. Since it did in this way, the precision of the return | restoration determination of the
なお、上記実施形態では、図12に示したスペクトル解析のグラフにおいて、休止気筒の吸気弁8が復帰に失敗した場合に得られるプロット領域Cと、少なくとも吸気弁8が正常に復帰した場合に得られるプロット領域A,Bとの間に、吸気弁判定閾値として用いる直線P(SP2=a×SP1+b)を設定したが、例えば図16に直線P’(SP2=c×SP1+d)として示すように、排気弁9のみが復帰に失敗して吸気弁8は正常に復帰した場合に得られるプロット領域Bの内部を通過するように吸気弁判定閾値を設定してもよい。このようにすれば、例えば領域B内の点Xのようなデータが得られたときに、本来吸気弁8は正常に復帰しているにもかかわらず、2次強度SP2が吸気弁判定閾値以下である(SP2<c×SP1+d)という関係が満たされることにより、吸気弁8が復帰に失敗したと判定され、燃料噴射等の再開が禁止されることになる。しかしながら、上記領域Bは排気弁9が復帰に失敗した場合に得られるプロット領域なので、燃料噴射等の再開が禁止されても問題はない。むしろ、上記のように吸気弁判定閾値を設定することで、排気弁9の復帰の成否が、吸気の吹き返しの有無(吸気の圧力変動)に基づく判定と、吸気圧力のスペクトル解析を用いた判定とにより2重に調べられることになるので、排気弁9の復帰失敗を見逃してしまう可能性をよりゼロに近づけることができる。
In the above embodiment, in the graph of the spectrum analysis shown in FIG. 12, the plot region C obtained when the
また、上記実施形態では、吸気弁8の正常復帰を確認するために、復帰指令後の最初の吸気行程を含む360°CAの期間にわたって検出された吸気圧力をスペクトル解析したが、場合によっては、この360°CAの検出期間中にエンジンの運転条件が大きく変化することもあり得る。このような運転条件の変化が起きると、その影響で吸気圧力が変化して、スペクトル解析の結果に影響を及ぼすおそれがある。そこで、吸気弁8の復帰判定の精度をより高めるには、上記のような運転条件の変化によって生じる吸気圧力の変化傾向を捉え、実際に検出された吸気圧力から当該変化傾向を除いた値をスペクトル解析することが望ましい。ここで、吸気圧力の変化傾向は、例えば、吸気圧センサSN3で検出された吸気圧力の複数の検出値を最小二乗法により直線近似したものを採用することができる。
Further, in the above embodiment, in order to confirm the normal return of the
また、上記実施形態では、4気筒ガソリンエンジンに本発明の制御装置を適用した例について説明したが、本発明の制御装置が適用可能なエンジンの形式はこれに限られない。例えば、6気筒や8気筒など、4気筒以外の多気筒エンジンを対象としてもよく、また、ディーゼルエンジン、エタノール燃料エンジンやLPGエンジン等、他種の内燃機関を対象としてもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which applied the control apparatus of this invention to the 4-cylinder gasoline engine, the form of the engine which can apply the control apparatus of this invention is not restricted to this. For example, a multi-cylinder engine other than four cylinders such as 6 cylinders or 8 cylinders may be targeted, and another type of internal combustion engine such as a diesel engine, an ethanol fuel engine, or an LPG engine may be targeted.
さらに、減筒運転時における休止気筒の数を、エンジンの運転条件に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、6気筒エンジンの場合、3気筒を休止させる減筒運転と、2気筒を休止させる減筒運転とを、エンジンの運転状態に応じて切り替えることが考えられる。このような2種類の減筒運転のいずれかから6気筒全てが稼働する全筒運転に切り替えられる際に、休止気筒の吸気弁が正常復帰したか否かを判定する場合にも、やはり吸気圧力のスペクトル解析を用いることができる。 Furthermore, the number of idle cylinders during reduced-cylinder operation may be changed according to engine operating conditions. For example, in the case of a 6-cylinder engine, it is conceivable to switch between a reduced-cylinder operation in which 3 cylinders are deactivated and a reduced-cylinder operation in which 2 cylinders are deactivated according to the operating state of the engine. When switching from one of these two types of reduced-cylinder operation to all-cylinder operation in which all six cylinders operate, it is also possible to determine whether or not the intake valve of the deactivated cylinder has returned to normal. Spectral analysis can be used.
例えば、上記のような6気筒エンジンでは、6気筒全てが稼働する全筒運転時には120°CAを1周期とする周波数成分が強くなり、3気筒を休止させる減筒運転時には240°CAを1周期とする周波数成分が強くなり、2気筒を休止させる減筒運転時(この場合はいわゆる2爆1休の燃焼モードになる)には360°CAを1周期とする周波数成分が強くなる。そこで、360°CAを1周期とする周波数成分の強度を1次強度、240°CAまたは120°CAを1周期とする周波数成分を高次強度として、1次強度の1次関数で表される吸気弁判定閾値を高次強度と比較するようにすれば、その比較に基づいて、吸気弁が正常復帰したか否かを判定することができる。 For example, in a 6-cylinder engine as described above, the frequency component with 120 ° CA as one cycle is strong during all-cylinder operation with all six cylinders operating, and 240 ° CA is with one cycle during reduced-cylinder operation with three cylinders deactivated. And the frequency component with 360 ° CA as one cycle becomes strong during the reduced-cylinder operation in which the two cylinders are deactivated (in this case, the so-called two-explosion / one-burn combustion mode). Therefore, the intensity of the frequency component having 360 ° CA as one cycle is represented as a primary function, and the frequency component having 240 ° CA or 120 ° CA as one cycle is represented as a high-order strength, which is expressed by a linear function of the primary intensity. If the intake valve determination threshold is compared with the high-order intensity, it can be determined whether or not the intake valve has returned to normal based on the comparison.
1 エンジン本体
2A〜2D 気筒
8 吸気弁
9 排気弁
12 インジェクタ
25a 弁停止機構
52 バルブ制御部
53 吸気弁復帰判定部
54 排気弁復帰判定部
55 燃焼制御部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記減筒運転時に上記休止気筒における吸気弁および排気弁の開閉動作を停止させて閉弁状態に維持する弁停止機構と、
上記減筒運転から全筒運転への切り替え要求があったときに、上記弁停止機構に復帰指令を出力して上記吸気弁および排気弁の開閉動作を再開させるバルブ制御部と、
上記復帰指令の後、上記休止気筒の吸気行程を含む所定期間にわたり検出された吸気圧力をスペクトル解析した結果に基づいて、上記休止気筒の吸気弁が開閉可能な状態に正常復帰したか否かを判定する吸気弁復帰判定部と、
上記復帰指令の後、上記休止気筒の吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動に基づいて、上記休止気筒の排気弁が開閉可能な状態に正常復帰したか否かを判定する排気弁復帰判定部と、
上記吸気弁復帰判定部により吸気弁の正常復帰が確認されかつ上記排気弁復帰判定部により排気弁の正常復帰が確認された場合に、上記休止気筒での燃焼を再開させるために上記インジェクタに休止気筒への燃料供給を再開させる燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 A plurality of cylinders, a plurality of intake valves provided at a rate of one or more per cylinder to control the introduction of intake air into each cylinder, and one per cylinder to control gas discharge from each cylinder A plurality of exhaust valves provided at a ratio of one or more and a plurality of injectors for supplying fuel to each cylinder, all-cylinder operation for supplying fuel to all cylinders from the injector and burning, An apparatus for controlling an engine that can be switched between a reduced-cylinder operation for stopping the supply of fuel to the deactivated cylinder in order to make the cylinder a deactivated cylinder,
A valve stop mechanism that maintain the closed state stops the opening and closing operation of the intake and exhaust valves in the stopped cylinders during the reduced-cylinder operation,
A valve control unit that outputs a return command to the valve stop mechanism and restarts the opening and closing operations of the intake valve and the exhaust valve when there is a request for switching from the reduced cylinder operation to the all cylinder operation;
After the return command, based on the result of spectrum analysis of the intake pressure detected over a predetermined period including the intake stroke of the deactivated cylinder, it is determined whether or not the intake valve of the deactivated cylinder has returned to a normally open state. An intake valve return determination unit for determining;
After the return command, it is determined whether or not the exhaust valve of the idle cylinder has returned to a normal state based on the pressure fluctuation of the intake air before and after the timing when the intake valve of the idle cylinder starts to open. An exhaust valve return determination unit that
When the intake valve return determination unit confirms normal return of the intake valve and the exhaust valve return determination unit confirms normal return of the exhaust valve, the injector is inactivated to resume combustion in the deactivated cylinder. An engine control device comprising: a combustion control unit that resumes fuel supply to the cylinder.
上記排気弁復帰判定部は、上記吸気の圧力変動が所定の閾値よりも小さい場合に、上記休止気筒の排気弁が正常復帰したと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 1,
The engine control device according to claim 1, wherein the exhaust valve return determination unit determines that the exhaust valve of the deactivated cylinder has returned to normal when the pressure fluctuation of the intake air is smaller than a predetermined threshold value.
上記バルブ制御部からの復帰指令により排気弁、吸気弁の順に開閉動作が再開される場合、上記排気弁復帰判定部は、復帰指令後1回目に吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動を特定し、当該圧力変動が上記閾値よりも小さい場合でも、その時点では排気弁が正常復帰したとは判定せず、さらに復帰指令後2回目に吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動を特定し、当該圧力変動が上記閾値よりも小さければ排気弁が正常復帰したと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2,
When the opening / closing operation of the exhaust valve and the intake valve is resumed in this order by the return command from the valve control unit, the exhaust valve return determination unit extends before and after the timing when the intake valve starts to open for the first time after the return command. Even if the pressure fluctuation of the intake air is specified and the pressure fluctuation is smaller than the threshold value, it is not determined that the exhaust valve has returned to normal at that time, and the intake valve starts to open for the second time after the return command. An engine control device characterized by identifying pressure fluctuations of intake air before and after the timing, and determining that the exhaust valve has returned to normal if the pressure fluctuations are smaller than the threshold value.
上記バルブ制御部からの復帰指令により吸気弁、排気弁の順に開閉動作が再開される場合、上記排気弁復帰判定部は、復帰指令後2回目に吸気弁が開弁を開始する時期の前後にわたる吸気の圧力変動を特定し、当該圧力変動が上記閾値よりも小さければ排気弁が正常復帰したと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 The engine control device according to claim 2 or 3,
When the opening / closing operation of the intake valve and the exhaust valve is resumed in the order of the return command from the valve control unit, the exhaust valve return determination unit extends before and after the timing when the intake valve starts to open for the second time after the return command. A control apparatus for an engine characterized by identifying pressure fluctuation of intake air and determining that the exhaust valve has returned to normal if the pressure fluctuation is smaller than the threshold value.
上記吸気弁復帰判定部は、上記吸気圧力のスペクトル解析により、所定クランク角を周期とする1次周波数成分の強度である1次強度と、上記所定クランク角よりも周期の短い高次周波数成分の強度である高次強度とを特定するとともに、当該高次強度が、上記1次強度の1次関数により規定される吸気弁判定閾値よりも大きい場合に、上記吸気弁が正常復帰したと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In the engine control device according to any one of claims 1 to 4,
The intake valve return determination unit is configured to analyze a first-order intensity that is the intensity of a first-order frequency component having a predetermined crank angle as a period and a higher-order frequency component having a shorter period than the predetermined crank angle, by spectral analysis of the intake pressure. The higher-order intensity that is the intensity is specified, and when the higher-order intensity is greater than the intake valve determination threshold defined by the linear function of the primary intensity, it is determined that the intake valve has returned to normal. An engine control device characterized by that.
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