JP4045867B2 - Operation mode detection device and control device for spark ignition engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの運転モード検出装置および同制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、例えば特開平10−274085号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている。
【0003】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒(HC,COおよびNOxに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒)だけではリーン運転時にNOxに対して充分な浄化性能が得られないため、上記公報にも示されるように、酸素過剰雰囲気でNOxを吸着して酸素濃度低下雰囲気でNOxの離脱、還元を行うリーンNOx触媒を設けている。そして、このようなリーンNOx触媒を用いる場合には、リーン運転中にリーンNOx触媒のNOx吸着量が増大したときに、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにCOを生成し、これによってNOxの離脱、還元を促進するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中におけるNOx浄化性能の確保のために上記リーンNOx触媒を排気通路に設ける必要がある。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域における排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三元触媒に加えて上記リーンNOx触媒が排気通路に設けられている。このリーンNOx触媒は、NOx吸着量をある程度確保するために比較的大容量が必要となり、また三元触媒と比べて高価であるので、コスト的に不利である。
【0005】
しかも、上記リーンNOx触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにNOx吸着量が増大するような所定の期間毎に、NOxの離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を頻繁に行う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善効果が目減りすることになる。
【0006】
さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合に、上記リーンNOx触媒が硫黄被毒を受け易く、この硫黄被毒の解消のために触媒の加熱および還元材供給等のリジェネレーション処理が必要となり、これによって燃費改善効果の低減および耐久性の低下等を招くおそれがある。
【0007】
そこで、本出願人は、リーン燃焼による燃費改善効果をもたせつつ、リーンNOx触媒を必要とせず三元触媒を用いるだけで、排気浄化性能を向上させることができる火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している(特願2002−024548号)。
【0008】
本発明は、このような技術に基づき、さらにエンジン始動時の燃焼性向上等を目的とした火花点火式エンジンの運転モード検出装置および同制御装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式エンジンの運転モード検出装置であって、上記特殊運転モードでは吸気通路から後続気筒への吸気導入が遮断された状態で気筒間ガス通路を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる2気筒接続状態とし、上記通常運転モードでは各気筒にそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸気および排気の流通経路を切り換える経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせるとともに、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比とするように制御する空燃比制御手段と、吸気通路に配設されて吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段と、この吸気脈動検出手段から出力された検出信号に応じて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを判別する経路判別手段とを備え、この経路判別手段の判別データに応じてエンジンが通常運転モードの制御状態にあるか特殊運転モードの制御状態にあるかを検出するものである。
【0010】
上記構成によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、2気筒接続状態で特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて熱効率が高められるとともに、ポンピングロスが低減されて顕著な燃費改善効果が得られ、かつ上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて略理論空燃比とされた状態で燃焼が行われるために、少なくともポンピングロス低減による燃費効果は得られる。また、先行気筒では大幅なリーン空燃比で燃焼が行われることによりNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制され、エミッションの向上に有利となる。さらに、先行気筒から排出された高温のガスは気筒間ガス通路を通る間に適度に放熱されて温度調整され、かつ、このガス中の過剰空気と既燃ガスが均一に分散するようにミキシングされた状態で後続気筒に導入されることにより、多量EGRに対しては理想的な状態となり、しかも比較的高温のガス中に燃料が噴射されて、燃料の気化が促進されるため、後続気筒において燃焼が良好に行われる。そして、エンジンの始動時または運転モードの切換時等に、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかが上記経路判別手段において容易かつ正確に判別されるとともに、この判別結果に応じた適正な運転モードの制御が実行されることになる。
【0011】
請求項2に係る発明は、上記請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記経路判別手段は、エンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間における吸気脈動の検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを判別するものである。
【0012】
上記構成によれば、エンジンの始動時または運転モードの切換時等に、エンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間に発生した吸気脈動の検出回数と、予め設定された基準回数とが比較される等により、上記吸気脈動の検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかが上記経路判別手段において容易かつ正確に判別されることになる。
【0013】
請求項3に係る発明は、上記請求項1または2記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記吸気脈動検出手段は、各気筒にそれぞれ接続された分岐吸気通路の上流側部に位置する共通吸気通路に設けられた吸気流量検出手段により構成されたものである。
【0014】
上記構成によれば、共通吸気通路に設けられた既存のエアフローセンサ等からなる吸気流量検出手段の検出信号に応じ、エンジンの始動時または運転モードの切換時等に、エンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間に発生した吸気脈動の回数が検出され、この吸気脈動の検出回数と、予め設定された基準回数とが比較される等により、上記吸気脈動の検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかが上記経路判別手段において容易かつ正確に判別されることになる。
【0015】
請求項4に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、上記特殊運転モードでは気筒間ガス通路を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる2気筒接続状態とし、上記通常運転モードでは各気筒にそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸気および排気の流通経路を切り換える経路切換手段と、上記特殊運転モードでは先行気筒の筒内に燃料を噴射することにより空燃比を理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン状態として燃焼を行わせるとともに、後続気筒に先行気筒から導出されたリーン空燃比の既燃ガスと燃料とを供給することにより筒内の空燃比を略理論空燃比とするように制御する空燃比制御手段と、吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段と、エンジンの始動時に上記吸気脈動検出手段から出力された検出信号に応じて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを判別する経路判別手段と、この経路判別手段の判別結果に対応した運転モードの制御を実行する始動時制御手段とを備えたものである。
【0016】
上記構成によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、2気筒接続状態で特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて熱効率が高められるとともに、ポンピングロスが低減されて顕著な燃費改善効果が得られ、かつ上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて略理論空燃比とされた状態で燃焼が行われるため、少なくともポンピングロス低減による燃費効果は得られる。また、先行気筒では大幅なリーン空燃比で燃焼が行われることによりNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制され、エミッションの向上に有利となる。さらに、先行気筒から排出された高温のガスは気筒間ガス通路を通る間に適度に放熱されて温度調整され、かつ、このガス中の過剰空気と既燃ガスが均一に分散するようにミキシングされた状態で後続気筒に導入されることにより、多量EGRに対しては理想的な状態となり、しかも比較的高温のガス中に燃料が噴射されて、燃料の気化が促進されるため、後続気筒において燃焼が良好に行われる。そして、エンジンの始動時には、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかが上記経路判別手段において容易かつ正確に判別されるとともに、この判別結果に応じてエンジンの始動性が確保されるように、上記流通経路の状態に対応した運転モードの制御が上記始動時制御手段において実行されることになる。
【0017】
請求項5に係る発明は、請求項4記載の装置において、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるとともに、エンジンが温間状態にあることが確認された場合には、吸気および排気の流通経路を切り換えることなく特殊運転モードの燃焼制御を実行し、エンジンが冷間状態にあることが確認された場合には、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態に切り換えて通常運転モードの燃焼制御を実行するものである。
【0018】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別されるとともに、エンジンの冷却水温度等に応じてエンジンが温間状態にあることが確認された場合には、この状態で特殊運転モードの燃焼制御を実行しても、エンジンの始動性が損なわれることがないため、吸気および排気の流通経路が切り換えられることなく、上記特殊運転モードの燃焼制御が実行される。また、エンジンの始動時には、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別されるとともに、エンジンの冷却水温度等に応じてエンジンが冷間状態にあることが確認された場合には、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態に切り換えられて通常運転モードの燃焼制御が実行されることにより、エンジンの失火が防止されて始動性が確保されることになる。
【0019】
請求項6に係る発明は、上記請求項4記載の装置において、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒に噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる特殊運転モードの燃焼状態とするものである。
【0020】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼が間引かれることにより、後続気筒に多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生が効果的に防止されることになる。
【0021】
請求項7に係る発明は、上記請求項6記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより、先行気筒の燃焼を間引くようにしたものである。
【0022】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒に噴射された燃料が吸気と充分に撹拌混合され、かつ未点火の状態で、後続気筒に供給されて点火されることになる。
【0023】
請求項8に係る発明は、上記請求項7記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時における先行気筒への燃料の噴射時期を、膨張行程の後半から排気行程の初期までの間に設定したものである。
【0024】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料の噴射時期が、膨張行程の後半から排気行程の初期までの間に設定されることにより、上記先行気筒内に燃圧が充分に高められた燃料が噴射され、この燃料が吸気と充分に撹拌混合された状態で、後続気筒に供給されることになる。
【0025】
請求項9に係る発明は、上記請求項6記載の火花点火式エンジンの制御装置において、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料噴射をカットすることにより、先行気筒の燃焼を間引くとともに、後続気筒内の混合気濃度が略理論空燃比に対応した値となるように後続気筒への燃料噴射量を制御するものである。
【0026】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒への燃料噴射がカットされることにより、後続気筒に多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生が防止され、後続気筒における燃焼性が効果的に確保されることになる。
【0027】
請求項10に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成され、かつ排気通路に三元触媒が配設された多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、各気筒にそれぞれ接続された分岐吸気通路の上流側部に位置する共通吸気通路に設けられた吸気流量検出手段と、エンジンの始動時に上記吸気流量検出手段の検出信号に応じてエンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間における吸気脈動の検出回数を検出するとともに、この検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを判別する経路判別手段と、エンジンの始動時に吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるとともに、エンジンが冷間状態にあることが確認された場合に、エンジン始動時の最初の燃焼制御時における先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒に噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる特殊運転モードの燃焼制御を実行する始動時制御手段とを備えたものである。
【0028】
上記構成によれば、例えばエンジンの低負荷低回転域において、2気筒接続状態で特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、上記先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて熱効率が高められるとともに、ポンピングロスが低減されて大幅な燃費改善効果が得られ、かつ上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて略理論空燃比とされた状態で燃焼が行われることにより、少なくともポンピングロス低減による燃費効果は得られる。また、先行気筒では大幅なリーン空燃比で燃焼が行われることによりNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制され、エミッションの向上に有利となる。また、先行気筒から排出された高温のガスは気筒間ガス通路を通る間に適度に放熱されて温度調整され、かつ、このガス中の過剰空気と既燃ガスが均一に分散するようにミキシングされた状態で後続気筒に導入されることにより、多量EGRに対しては理想的な状態となり、しかも上記後続気筒から排出される略理論空燃比の既燃ガスのみが三元触媒を備えた排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保されることになる。そして、エンジンの始動時には、共通吸気通路に設けられた既存のエアフローセンサ等からなる吸気流量検出手段の検出信号に応じ、エンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間に発生する吸気脈動の回数が検出され、この吸気脈動の検出回数と、予め設定された基準回数とを比較する等により、上記吸気脈動の検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかが上記経路判別手段において容易かつ正確に判別されるとともに、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別されるとともに、エンジンの冷却水温度等に応じてエンジンが冷間状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼が間引かれることにより、後続気筒に多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生が効果的に防止されてエンジンの始動性が確保されることになる。
【0029】
請求項11に係る発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射して吸気行程と排気行程との間に1回の燃焼を行う通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に2回の燃焼を行わせるように行程数を増加する特殊運転モードとにエンジンの運転状態に応じて燃焼サイクルを切り換えるとともに、排気通路に排出される排気ガスの酸素濃度が略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように上記吸気行程で筒内に導入される吸気量および上記2回の燃焼を行うための燃料噴射量を制御するように構成され、かつ排気通路に三元触媒が配設された火花点火式エンジンの制御装置であって、吸気通路に配設されて吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段と、エンジンの始動時に、この吸気脈動検出手段から出力された検出信号に応じて通常運転モードの制御状態にあるか、特殊運転モードの制御状態にあるかを判別するモード判別手段と、この判別手段の判別結果に応じて特殊運転モードの制御状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時の最初の燃焼制御時において第1回目に噴射された燃料の点火を禁止するものである。
【0030】
上記構成によれば、エンジンの低負荷低回転域において、上記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、吸気行程と排気行程との間に2回の燃焼が行われて、ポンピングロスが低減されることによる燃費改善効果が得られるとともに、高負荷高回転の運転領域に移行した時点で、上記特殊運転モードの燃焼制御状態から通常運転モードの燃焼制御状態に移行することにより、エンジン出力が確保される。そして、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段において判別された場合には、エンジン始動時の最初の燃焼制御時において、第1回目に噴射された燃料の点火が禁止されることにより、多量の既燃ガスの存在下で2回目の燃焼が行われることに起因した失火の発生が効果的に防止されることになる。
【0031】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図2はエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体1は複数の気筒を有し、図示の実施形態では4つの気筒2A〜2Dを有している。各気筒2A〜2Dにはピストン3が嵌挿され、ピストン3の上方に燃焼室4が形成されている。
【0032】
各気筒2の燃焼室4の頂部には点火プラグ7が装備され、そのプラグ先端が燃焼室4内に臨んでいる。この点火プラグ7には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路8が接続されている。
【0033】
燃焼室4の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁9が設けられている。この燃料噴射弁9は、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に、パルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁9には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【0034】
また、各気筒2A〜2Dの燃焼室4に対して吸気ポート11、11a,11bおよび排気ポート12、12a,12bが開口し、これらのポートに吸気通路15から分岐した分岐吸気通路16および排気通路20から分岐した分岐排気通路21等が接続されるとともに、各ポートに設けられた吸気弁31、31a,31bおよび排気弁32、32a,32bにより、上記各ポートが開閉されるようになっている。
【0035】
そして、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる上記各気筒2A〜2Dの燃焼サイクルが、所定の位相差をもつように設定されており、4気筒エンジンにおいて、気筒列方向一端側から1番気筒2A、2番気筒2B、3番気筒2C、4番気筒2Dと呼ぶ場合には、図5に示すように、1番気筒2A、3番気筒2C、4番気筒2Dおよび2番気筒2Bの順にクランク角で180°ずつの位相差をもつように燃焼サイクルが設定されている。なお、図5において、EXは排気行程、INは吸気行程、Fは燃料噴射、Sは点火を表している。
【0036】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒(当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ)から吸気行程側の気筒(当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ)へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路22が設けられている。図5に示すように、1番気筒2Aの排気行程(EX)と2番気筒2Bの吸気行程(IN)とが重なり、また4番気筒2Dの排気行程(EX)と3番気筒2Cの吸気行程(IN)が重なるように設定された当実施形態の4気筒エンジンでは、1番気筒2Aと2番気筒2Bとが一対をなすとともに、4番気筒2Dと3番気筒2Cが一対をなし、1番気筒2Aおよび4番気筒2Dが先行気筒、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cが後続気筒となる。
【0037】
先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dには、それぞれ吸気通路15を介して供給された新気を導入するための一対の吸気ポート11,11と、既燃ガス(排気ガス)を排気通路20に排出するための第1排気ポート12aと、既燃ガスを後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cに導出するための第2排気ポート12bとが配設されている。
【0038】
また、後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cには、それぞれ吸気通路15を介して供給された新気を導入するための一対の第1吸気ポート11a,11aと、先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dからの既燃ガスを導入するための第2吸気ポート11bと、既燃ガスを排気通路20に排出するための排気ポート32とが配設されている。
【0039】
図1に示す例では、先行気筒である1番,4番気筒2A,2Dおよび後続気筒である2番,3番気筒2B,2Cには、その燃焼室4の左半部側に一対の吸気ポート11および第1吸気ポート11aがそれぞれ並列的に設けられている。また、上記1番,4番気筒2A,2Dの燃焼室4の右半部側には、第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bが並列的に設けられるとともに、2番,3番気筒2B,2Cの燃焼室4の右半部側には、第2吸気ポート11bおよび排気ポート12が並列的に設けられている。
【0040】
1番,4番気筒(先行気筒)2A,2Dにおける吸気ポート11および2番,3番気筒(後続気筒)2B,2Cにおける第1吸気ポート11aには、吸気通路15における気筒別の分岐吸気通路16の下流端が接続されている。各分岐吸気通路16の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁17が設けられており、この多連スロットル弁17がアクチュエータ18によって駆動されることにより、吸入空気量が調節されるようになっている。なお、上記吸気通路15における集合部よりも上流の共通吸気通路15aには、吸気流量を検出するエアフローセンサ19が設けられている。
【0041】
1番,4番気筒(先行気筒)2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび2番,3番気筒2B,2C(後続気筒)における排気ポート12には、排気通路20における気筒別の分岐排気通路21の上流端が接続されている。また、1番気筒2Aと2番気筒2Bとの間および3番気筒2Cと4番気筒2Dとの間には、それぞれ気筒間ガス通路22が設けられている。そして、先行気筒である1番,4番気筒2A,2Dの第2排気ポート12bに気筒間ガス通路22の上流端が接続されるとともに、後続気筒である2番,3番気筒2B,2Cの第2吸気ポート11bに気筒間ガス通路22の下流端が接続されている。
【0042】
排気通路20における分岐排気通路21の下流の集合部には、理論空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段であるO2センサ23が設けられ、さらにその下流の排気通路20には、排気浄化用の三元触媒24が設けられている。この三元触媒24は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比(つまり空気過剰率λがλ=1)付近にあるときにHC,COおよびNOxに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、上記O2センサ23は、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するもので、特に理論空燃比付近で出力が急変するλO2センサにより構成されている。
【0043】
上記気筒間ガス通路22には、排気ガス中における酸素濃度の変化(空燃比の変化)に対応して出力がリニアに変化するリニアO2センサ25(リーン空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段)が設けられている。
【0044】
上記各気筒の吸・排気ポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構は、次のように構成されている。すなわち、上記1番,4番気筒2A,2Dにおける吸気ポート11、第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bにはそれぞれ吸気弁31、第1排気弁32aおよび第2排気弁32bが設けられ、また上記2番,3番気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11a、第2吸気ポート11bおよび排気ポート12にはそれぞれ第1吸気弁31a、第2吸気弁31bおよび排気弁32が設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト33,34等を有する動弁機構により所定のタイミングで開閉するように駆動される。
【0045】
さらに、上記吸・排気弁のうちで第1排気弁32a、第2排気弁32b、第1吸気弁31aおよび第2吸気弁31bに対しては、各弁を作動状態と閉止状態とに切り換える弁停止機構35が設けられている。この弁停止機構35は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムシャフト33,34のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【0046】
上記第1排気弁32aの弁停止機構35と第1吸気弁31aの弁停止機構35とに対する作動油給排用の通路36には、第1コントロール弁37が設けられ、また第2排気弁32bの弁停止機構35と第2吸気弁31bの弁停止機構35とに対する作動油給排用の通路38には、第2コントロール弁39がそれぞれ設けられている(図3参照)。
【0047】
図3は、エンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のECU(エンジンコントロールユニット)40には、エアフローセンサ19、O2センサ23およびリニアO2センサ25からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ45、アクセル開度(アクセルペダル踏込み量)を検出するアクセル開度センサ46およびエンジンの冷却水温度を検出する水温センサ47等からの信号も入力されている。また、上記ECU40から、各燃料噴射弁9、多連スロットル弁17のアクチュエータ18および上記第1,第2のコントロール弁37,39に、それぞれ制御信号が出力されるようになっている。
【0048】
上記ECU40は、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段41と、弁停止機構35を制御する弁停止機構制御手段42と、エンジンの燃焼室4への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段43と、燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御手段44と、上記エアフローセンサ(吸気流量検出手段)19により検出された吸気脈動に応じて後述するように吸気および排気の流通経路を判別する経路判別手段51と、この経路判別手段51の判別結果に応じて後述する始動時制御を実行する始動時制御手段52とを備えている。
【0049】
運転状態判別手段41は、上記回転数センサ45およびアクセル開度センサ46等からの信号に基づき、エンジン回転数およびエンジン負荷等に対応したエンジンの運転状態を判別するものである。具体的には、図4に示すような低負荷ないし低回転側の運転領域A、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bまたはエンジンが始動状態にあるか否かを判別するようになっている。
【0050】
弁停止機構制御手段42は、上記運転状態判別手段41において判別されたエンジンの運転領域A,Bに応じ、上記各コントロール弁37,39を制御することにより、各弁停止機構35を次のように制御する。
【0051】
この弁停止機構制御手段42と、これにより制御される各弁停止機構35とにより、吸気および排気の流通経路を後に詳述するように2気筒接続状態と各気筒独立状態とに切り換える経路切換手段が構成されている。
【0052】
上記吸入空気量制御手段43は、アクチュエータ18を制御することによりスロットル弁17の開度(スロットル開度)を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、低負荷低回転側の運転領域Aでは、後述のように後続気筒(2番、3番気筒2B,2C)に対する分岐吸気通路16からの吸気導入が遮断された状態で、先行気筒(1番、4番気筒2A,2D)から導入されるガス中の過剰空気が燃焼に供せられるように、先行気筒と後続気筒との2気筒分に相当する燃料を燃焼させるのに必要な量の空気が上記先行気筒に供給されるように、スロットル開度を調節する特殊運転モードの制御が実行される。
【0053】
上記燃料噴射制御手段44は、各気筒2A〜2Dに設けられた燃料噴射弁9からの燃料噴射量および噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するもので、特に運転状態が図4中の運転領域Aにある特殊運転モードと、運転領域Bにある通常運転モードとに、燃料噴射の制御状態を変更するものであり、この燃料噴射制御手段44と、上記吸入空気量制御手段43とにより空燃比制御手段が構成されている。
【0054】
すなわち、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Aにある特殊運転モードでは、先行気筒(1番、4番気筒2A,2D)に対して、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比、例えば理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上となるように燃料噴射量が制御されるとともに、圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われるように噴射タイミングが設定される。一方、後続気筒(2番、3番気筒2B,2C)に対しては、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されることにより、空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されるとともに、既燃ガスが多い状況下で着火、燃焼が可能なように噴射タイミングが設定され、例えば着火性確保のため圧縮行程で燃料が噴射されるようになっている。
【0055】
上記燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ19およびO2センサ23等からの出力に基づくフィードバック制御により行われる。具体的には、先行気筒で所定のリーン空燃比、後続気筒で理論空燃比となるように、エアフローセンサ19により検出される吸入空気量に応じてそれぞれの気筒に対する基本噴射量が演算されるとともに、気筒間ガス通路22に設けられたリニアO2センサ25からの出力に基づいて先行気筒に対する燃料噴射量がフィードバック補正され、さらに排気通路20に設けられたO2センサ23からの出力に基づいて後続気筒に対する燃料噴射量がフィードバック補正されるようになっている。
【0056】
また、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある通常運転モードでは、各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えばこの運転領域Bにおける大部分の領域で理論空燃比とし、全開負荷およびその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒2A〜2Dに対して吸気行程で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるように噴射タイミングを設定する。
【0057】
上記経路判別手段51は、エアフローセンサ19により検出された吸気流量の変化状態と、回転数センサ45により検出されたエンジン回転数とに応じ、エンジンのクランク軸一定角度だけ回転する間に発生する吸気脈動の回数を検出するとともに、この検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が上記各気筒独立状態にあるか2気筒接続状態にあるかを判別するように構成されている。すなわち、各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気が導入される各気筒独立状態では、エンジンのクランク軸が1回転する間に、4回の吸気脈動が発生するのに対し、先行気筒2A,2Dのみに新気が導入される2気筒接続状態では、エンジンのクランク軸が1回転する間に、2回の吸気脈動が発生するだけであるため、この吸気脈動の検出回数を、予め設定された基準回数(例えば3回)と比較する等により、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか2気筒接続状態にあるかが判別されるようになっている。
【0058】
また、上記始動時制御手段52は、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが経路判別手段51において確認された場合に、上記水温センサ47の検出信号に応じてエンジンが冷間状態にあるか温間状態にあるかを判定し、エンジンが温間状態にあることが確認された場合には、上記吸気および排気の流通経路を切り換えることなく、上記特殊運転モードの制御を実行し、エンジンが冷間状態にあることが確認された場合には、上記弁停止機構制御手段42および各弁停止機構35からなる経路切換手段により、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態に切り換えて通常運転モードの制御を実行するように構成されている。
【0059】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図5〜図7を参照しつつ説明する。すなわち、エンジンの始動時を除く低負荷低回転側の運転領域Aにおける特殊運転モードでは、前述のように第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが閉止状態、第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bが作動状態とされることにより、実質的な吸気および排気の流通経路は図6に示すように、先行気筒(1番,4番気筒)2A,2Dから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路22を介して後続気筒(2番,3番気筒)2B,2Cに導入されるとともに、この後続気筒2B,2Cから排出される既燃ガスのみが三元触媒24を備えた排気通路20に導かれる2気筒接続状態とされる。
【0060】
この状態において、先行気筒2A,2Dにそれぞれ吸気行程で吸気通路15から新気が導入され(図6中の矢印a)、先行気筒2A,2DではリニアO2センサ25により検出される空燃比が所定のリーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定の点火時期に点火が行われて、リーン空燃比での成層燃焼が行われる(図5参照)。
【0061】
その後、先行気筒2A,2Dの吸気行程と後続気筒2B,2Cの排気行程が重なる期間に、先行気筒2A,2Dから排出された既燃ガスが気筒間ガス通路22を通って後続気筒2B,2Cに導入される(図5中の白抜き矢印および図6中の矢印b)。そして、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比となるように、O2センサ23の出力に基づいて燃料噴射量が制御されつつ、適当なタイミング(例えば圧縮行程)で燃料が噴射され、かつ、所定の点火時期に点火が行われて燃焼が行われる(図5参照)。後続気筒2B,2Cでの燃焼後の既燃ガスは、三元触媒24を備えた排気通路20に排出される(図6中の矢印c)。
【0062】
このように、先行気筒2A,2Dでは、大幅にリーンな空燃比での成層燃焼が行われることにより、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、これらの相乗効果で顕著に燃費が改善される。また、後続気筒2B,2Cでは、空気過剰状態の既燃ガスに対し燃料が供給されて理論空燃比に制御されつつ燃焼が行われることにより、先行気筒2A,2Dのようにリーン空燃比で成層燃焼が行われるものと比べると熱効率では多少劣るものの、ポンピングロス低減による燃費改善効果は充分に得られる。
【0063】
しかも、後続気筒2B,2Cから排気通路20に排出されるガスは理論空燃比であるため、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンNOx触媒を設ける必要がなく、三元触媒24だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【0064】
そして、リーンNOx触媒を設ける必要がないことから、リーンNOx触媒のNOx吸蔵量増大時におけるNOxの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンNOx触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【0065】
また、先行気筒2A,2Dでは理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上の大幅なリーン空燃比とされることでNOx発生量が比較的少なく抑えられるとともに、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【0066】
一方、後続気筒2B,2Cには先行気筒2A,2Dからの既燃ガスが気筒間ガス通路22を介して導入されるが、この気筒間ガス通路22で通路長に応じた放熱量が得られるため、この通路長を適正値に設定することにより、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガスの温度を調整することが可能である。そして、このように既燃ガスの温度を調整するとともに、後続気筒2B,2Cに対する燃料噴射タイミングを適宜調整することにより、多量の既燃ガスが導入される後続気筒2B,2Cにおいても、着火、燃焼性を良好に保つことができる。
【0067】
なお、先行気筒2A,2Dから後続気筒2B,2Cに導入されるガス中の過剰酸素の割合が少なくなると後続気筒2B,2Cでの燃焼安定性が損なわれるが、先行気筒2A,2Dにおいて理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上の大幅にリーンな空燃比とすれば、後続気筒2B,2Cでの燃焼安定性は確保される。
【0068】
一方、エンジンが高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある場合には、前述のように第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが作動状態、第2排気弁32bおよび第2吸気弁31bが閉止状態とされることにより、実質的な吸気および排気の流通経路が図7に示すように、実質的に各気筒2A〜2Dの吸気ポート31,31aおよび排気ポート12a,12が独立し、分岐吸気通路16を介して各気筒2A〜2Dの吸気ポート31,31aに新気が導入されるとともに各気筒2A〜2Dの排気ポート31,31aから排気通路20に既燃ガスがそれぞれ排出される各気筒独立状態とされる。
【0069】
上記のように各気筒2A〜2Dの燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒2A〜2Dをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒2B,2Cに導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、エンジンの高負荷側ないし高回転側の運転領域Bでは、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態として各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気を導入させるとともに、各気筒2A〜2D内の空燃比を理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量および燃料噴射量を制御することにより、エンジンの運転状態に対応した出力性能を確保することができる。
【0070】
そして、上記吸気通路15に配設されて吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段(エアフローセンサ19)の検出信号に応じて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか2気筒接続状態にあるかを判別する経路判別手段51を備えた本発明に係る火花点火式のエンジンの制御装置では、上記吸気および排気の流通経路が、通常運転モードに対応した各気筒独立状態にあるか、特殊運転モードに対応した2気筒接続状態にあるかを上記経路判別手段51において容易かつ正確に判別することができるとともに、この判別結果に対応した適正な運転モードの制御を実行することができる。
【0071】
すなわち、エンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間に発生した吸気脈動の回数を検出するとともに、エンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間に発生した上記吸気脈動の検出回数と、予め設定された基準回数とを比較する等により、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか否かを正確に判別することができる。したがって、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態とすべき高負荷ないし高回転の運転領域Bで、上記流通経路切換手段の故障または応答遅れ等に起因して上記流通経路が2気筒接続状態にあることが上記経路判別手段51において確認された場合に、上記通常運転モードの制御を実行することなく、先行気筒2A,2Dにおいてリーン空燃比での成層燃焼が行われるとともに、後続気筒2B,2Cにおいて空気過剰状態の既燃ガスに対し燃料が供給されて理論空燃比に制御されつつ燃焼が行われる上記通常運転モードの燃焼状態とすることにより、上記流通経路と運転モードとが一致しないことに起因する弊害、例えば略理論空燃比で燃焼した先行気筒2A,2Dの既燃ガスが後続気筒2B,2Cにそのまま導入されてこの後続気筒2B,2Cが失火状態となる等の弊害が発生するのを防止することができる。
【0072】
逆に、吸気および排気の流通経路を2気筒接続状態とすべき低負荷ないし低回転の運転領域Aで、上記流通経路切換手段の故障または応答遅れ等に起因して上記流通経路が各気筒独立状態にあることが上記経路判別手段51において確認された場合には、上記特殊運転モードの制御を実行することなく、通常運転モードの燃焼状態として、各気筒2A〜2D内の空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量および燃料噴射量を制御することにより、上記流通経路と運転モードとが一致しないことに起因する弊害、例えば各気筒2A〜2D内の空燃比がリーンになることに起因して排気ガス中のNOx量が増大する等の弊害が発生するのを防止できるという利点がある。
【0073】
特に、上記実施形態では、各気筒2A〜2Dにそれぞれ接続された分岐吸気通路16の上流側部に位置する共通吸気通路15aに設けられた既存のエアフローセンサ19の検出信号に応じ吸気脈動を検出するように構成したため、別体のセンサを設けることなく、簡単な構成で吸気および排気の流通経路が、通常運転モードに対応した各気筒独立状態にあるか、特殊運転モードに対応した2気筒接続状態にあるかを上記経路判別手段51において容易かつ正確に判別することができる。しかも、上記エアフローセンサ19からなる吸気流量検出手段、つまり吸気脈動検出手段は、音速で伝達される吸気脈動の変化状態を検出するものであるため、単位時間当たりに発生する吸気脈動の回数を迅速に検出できるという利点がある。
【0074】
また、上記のようにエンジンの始動時に、エアフローセンサ(吸気脈動検出手段)19から出力された検出信号に応じて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを経路判別手段51において判別するとともに、この判別結果に対応した運転モードの制御を上記始動時制御手段52において実行するように構成された本発明に係る火花点火式エンジンの制御装置によれば、始動時にエンジンが失火状態となるのを効果的に防止してエンジンの始動性を確保することができる。
【0075】
すなわち、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるとともに、エンジンが温間状態、つまり混合気が点火し易い状態にあることが確認された場合には、上記流通経路を切り換えることなく特殊運転モードの燃焼制御を実行するように構成したため、始動時にエンジンが失火状態となるのを防止しつつ、低負荷低回転のアイドル運転領域で上記特殊運転モードの燃焼制御を継続することにより、運転モードを頻繁に切り換える等の煩雑な制御を必要とすることなく、顕著な燃費の改善効果が得られるという利点がある。
【0076】
一方、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるとともに、エンジンが冷間状態、つまり混合気が点火しにくい状態にあることが確認された場合には、上記吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態に切り換えて、通常運転モードの燃焼状態とすることにより、各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気を導入させるとともに、各気筒2A〜2D内の空燃比を理論空燃比もしくはそれよりリッチとするように構成したため、上記混合気を確実に点火させて、その始動性を効果的に確保することができる。
【0077】
また、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあることが上記経路判別手段51において確認された場合には、エンジンが温間状態にあるか否かに拘わらず、上記流通経路を切り換えることなく、通常運転モードの燃焼状態とし、各気筒2A〜2Dにそれぞれ新気を導入させるとともに、各気筒2A〜2D内の空燃比を理論空燃比もしくはそれよりリッチとすることにより、エンジンの失火を防止して、その始動性を効果的に確保することができる。
【0078】
なお、本発明に係る火花点火式エンジンの運転モード検出装置および同制御装置の具体的構成は、上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。例えば上記基本実施形態では、共通吸気通路15aに設けられたエアフローセンサ19からなる吸気流量検出手段により吸気流量の変動状態を検出することにより、吸気脈動を検出するようにしているが、吸気通路に設けられたブーストセンサにより吸気圧力の変動状態を検出し、この吸気圧力の変化状態に基づいて吸気脈動を検出するように構成してもよい。
【0079】
また、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるとともに、エンジンが冷間状態にあることが確認された場合に、吸気および排気の流通経路を各気筒独立状態に切り換えて通常運転モードの燃焼制御を実行するように構成された上記実施形態に代え、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒の燃焼を間引いて後続気筒を燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒および後続気筒に噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる特殊運転モードの燃焼状態とするように構成してもよい。
【0080】
具体的には、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、図8に示すように、エンジンの始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒2A,2Dへの燃料噴射F1を実行しつつ、その点火S1を禁止するようにしてもよい。このように構成した場合には、エンジンの始動時における最初の燃焼制御時に、先行気筒2A,2Dに噴射された燃料が新気と充分に撹拌混合された状態で、後続気筒2B,2Cに供給されるとともに、この後続気筒2B,2Cに燃料噴射F2が行われた後に、点火S2が行われることになる。
【0081】
したがって、エンジンの始動時に、後続気筒2B,2Cに多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を効果的に防止することができるとともに、上記先行気筒2A,2Dから後続気筒2B,2Cに供給された燃料(F1)および後続気筒2B,2C内に新た噴射された燃料(F2)が、新気と適正に混合された状態で、点火S2が行われることにより、混合気を確実に燃焼させてエンジンの始動性を確保することができる。そして、エンジンの始動時における次回の燃焼制御時から先行気筒2A,2Dおよび後続気筒2B,2Cに対する噴射燃料F3,F4および点火S3,S4を行う特殊運転モードの燃焼状態とすることにより、各気筒2A〜2Dを連続的に燃焼させてエンジンをスムーズに始動させることができるとともに、頻繁に運転モードを切り換える等の煩雑な制御を実行することなく、燃費の改善効果およびエミッションの向上効果が得られるという利点がある。
【0082】
また、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒2A,2Dへの燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより、先行気筒2A,2Dの燃焼を間引くように構成された上記実施形態において、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒2A,2Dへの燃料噴射F1を、図8の破線で示すように、気筒識別後で膨張行程から排気行程の初期までの間に行うようにしてもよい。このように構成した場合には、エンジンの始動時の早い段階で燃料噴射が行われることに起因して燃料の噴射圧力が低くなるという事態の発生を効果的に防止することができるため、先行気筒2A,2Dへの燃料噴射量を正確に制御できるという利点がある。
【0083】
また、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒2A,2Dへの燃料噴射を実行しつつ、その点火を禁止することにより燃焼を間引くように構成した上記実施形態に代え、図9に示すように、エンジン始動時における最初の燃焼制御時に先行気筒2A,2Dへの燃料噴射F1をカットすることにより、先行気筒2A,2Dの燃焼を間引くとともに、後続気筒2B,2C内の混合気濃度が略理論空燃比に対応した値となるように後続気筒2B,2Cへの燃料噴射F2を行う際の噴射量を制御するようにしてもよい。
【0084】
上記の構成によっても、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段51において判別された場合には、先行気筒2A,2Dに供給された新気をそのまま後続気筒2B,2Cに導入させるとともに、この後続気筒2B,2Cに導入された新気に適正量の燃料を噴射して混合気を確実に燃焼させることにより、上記後続気筒2B,2Cに大量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を防止しつつ、各気筒2A〜2Dを連続的に燃焼させてエンジンをスムーズに始動させることができる。
【0085】
上記のように各気筒2A〜2Dの燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定されるとともに、各気筒2A〜2Dをそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードと、排気行程にある先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒2B,2Cに導入して燃焼させる特殊運転モードとに、エンジンの運転状態に応じて運転モードを切り換えるように構成され、かつ排気通路20に三元触媒24が配設された多気筒の火花点火式エンジンにおいて、各気筒2A〜2Dにそれぞれ接続された分岐吸気通路16の上流側部に位置する共通吸気通路15aに設けられたエアフローセンサ19からなる吸気流量検出手段と、エンジンの始動時に上記吸気流量検出手段の検出信号に応じてエンジンのクランク軸が一定角度だけ回転する間における吸気脈動の検出回数を検出するとともに、この検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを判別する経路判別手段51と、エンジンの始動時に吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるとともに、エンジンが冷間状態にあることが上記経路判別手段51において確認された場合に、エンジン始動時の最初の燃焼制御時における先行気筒2A,2Dの燃焼を間引いて後続気筒2B,2Cを燃焼させるとともに、次回の燃焼制御時から先行気筒2A,2Dおよび後続気筒2B,2Cに噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる特殊運転モードの燃焼制御を実行する始動時制御手段52とを設けた構成によると、例えばエンジンの低負荷低回転領域における燃費改善効果を損なうことなく、簡単な構成でNOxの排出を効果的に防止することができる。
【0086】
しかも、エンジンの高負荷高回転領域では、エンジン出力を充分に確保することができるとともに、上記吸気脈動の検出回数に基づいて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを上記経路判別手段51において容易かつ正確に判別することができる。そして、エンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあると上記経路判別手段51において判別されるとともに、エンジンの冷却水温度等に応じてエンジンが冷間状態にあることが確認された場合には、後続気筒2B,2Cに多量の既燃ガスが導入されることに起因した失火の発生を効果的に防止してエンジンの始動性を確保できるという利点がある。
【0087】
なお、上記基本実施形態では弁停止機構35を用いて経路切換手段を構成しているが、図10に示すように、通路中に設けた開閉弁を用いて経路切換手段を構成してもよい。すなわち、図10において、後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cの各第1吸気ポート11aに通じる分岐吸気通路16に吸気側開閉弁48a,49aが設けられるとともに、先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dの各第1排気ポート12aに通じる分岐排気通路21に排気側開閉弁48b,49bが設けられ、さらに、1番気筒2Aと2番気筒2Bとの間および4番気筒2Dと3番気筒2Cとの間の各気筒間ガス通路22にガス通路開閉弁48c,49cが設けられている。これらの開閉弁48a,49a,48b,49b,48c,49cは、それぞれが設けられた通路を開通する状態と遮断する状態とに切換可能とされ、図外のアクチュエータにより作動されるようになっている。
【0088】
そして、図外の制御手段により、運転状態が低負荷低回転側の運転領域Aにある場合と高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある場合とに応じ、上記各開閉弁が次のように制御される。
【0089】
運転領域AとBとの間での運転状態の移行時において各開閉弁の状態を切り換える時の切換作動は、図11中に示す切換可能期間内に行えばよい。つまり、一対の気筒の排気行程と吸気行程とが重なる期間中に各開閉弁の状態を切り換えると、後続気筒2B,2Cに先行気筒2A,2Dからの既燃ガスと新気とが入り混じって導入される等の不具合が生じるので、1番気筒2Aの排気行程と2番気筒2Bの吸気行程とが重なる期間を除いた期間内に開閉弁48a,48b,48cを切換作動させるとともに、4番気筒2Dの排気行程と3番気筒2Cの吸気行程とが重なる期間を除いた期間内に開閉弁48a,48b,48cを切換作動させるようにすればよい。
【0090】
こうして、開閉弁48a,49a,48b,49b,48c,49cとこれを制御する制御手段により経路切換手段が構成される。また、各気筒2A〜2Dのポートに設けられた吸気弁31、第1,第2排気弁32a,32b、第1,第2吸気弁31a,31bおよび排気弁32は、いずれも、図外の動弁機構により常に開閉作動されるようになっている。各燃料噴射弁9からの燃料噴射の制御等は上記実施形態と同様である。なお、図10において、50は吸気通路15に設けられたスロットル弁である。
【0091】
この実施形態によっても、運転領域Aでは2気筒接続状態とされて、先行気筒2A,2Dで超リーン燃焼が行われ、この先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスが気筒間ガス通路22を介して後続気筒2B,2Cに導入され、後続気筒2B,2Cでリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃焼が行われ、この後続気筒2B,2Cから排出されるガスのみが三元触媒24を備えた排気通路20に導かれる。一方、運転領域Bでは、各気筒2A〜2Dの吸気ポートと排気ポートとが独立して、吸気通路15から各気筒2A〜2Dの吸気ポートに新気が導入されるとともに各気筒2A〜2Dの排気ポートから排出される排気ガスが上記排気通路20に導かれる。こうして、基本実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【0092】
また、当実施形態のような経路切換手段によれば、その構造が比較的簡単になるとともに、運転状態移行時における開閉弁の切換動作は図11中に示すような切換可能期間内に行えばよく、切換タイミングに著しく高い精度が要求されることはないので、制御も容易である。
【0093】
前述のように後続気筒2B,2Cで燃料を均一に分散させても着火性を確保し得る場合には、後続気筒2B,2Cに設ける燃料噴射弁は必ずしも気筒2B,2C内に直接燃料を噴射する直噴タイプに限定されず、例えば気筒間ガス通路22を構成する後続気筒2B,2Cの吸気通路に、後続気筒2B,2Cに燃料を供給する燃料噴射弁を設けてもよい。この場合、後続気筒2B,2Cにおいては理論空燃比としつつ上記燃料噴射弁から吸気行程で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるようにする。
【0094】
このようにすると、先行気筒2A,2Dから後続気筒2B,2Cに導入されるガスが適度に放熱されるとともに過剰空気と既燃ガスがミキシングされた理想的な多量のEGRガス中に、このガスが後続気筒2B,2Cへ導入される過程で燃料が供給され、燃料の気化、さらにはこのガスとのミキシングが向上し、後続気筒2B,2Cにおいて多量のEGRが行われつつ燃焼性がさらに向上する。
【0095】
また、本発明の装置は4気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。そして、例えば6気筒等では1つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するとともに、両行程が部分的に重なり合う2つの気筒を先行、後続の一対の気筒とすればよい。
【0096】
図12および図13は、複数の気筒2A〜2Dを有し、各気筒2A〜2D内に燃料を直接噴射して吸気行程と排気行程との間に1回の燃焼を行う通常運転モードと、吸気行程と排気行程との間に2回の燃焼を行うように行程数を増加させる特殊運転モードとにエンジンの運転状態に応じて燃焼サイクルを切り換えるとともに、排気通路20に排出される排気ガスの酸素濃度が略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるように上記吸気行程で各気筒2A〜2D内に導入される吸気量および上記2回の燃焼を行うための燃料噴射量を制御するように構成され、かつ排気通路20に三元触媒24が配設された火花点火式エンジンの制御装置を示している。
【0097】
上記各気筒2A〜2Dの燃焼室4に対してそれぞれ一対の吸気ポート11,11および排気ポート12,12が開口し、これらのポート11,11,12,12が吸気弁31,31および排気弁32,32により開閉されるようになっている。そして、各気筒2A〜2Dが所定の位相差、つまり4気筒エンジンの場合には、クランク角で180°ずつの位相差をもって所定の順番で燃焼が行われるようになっている。
【0098】
上記吸・排気弁31,32は、それぞれ動弁機構53により駆動されるように構成されている。この動弁機構53は、図13に示すように、非磁性材料からなるハウジング54と、このハウジング54内に摺動自在に配設されるとともに、上記吸・排気弁31,32と一体に連結されたアーマチュア・コア55と、ハウジング34内の上下両端部に配設された一対の電磁石56,57および戻しばね58,59とを備えている。そして、上方の電磁石56に通電してアーマチュア・コア55を上方に吸引することにより、吸気弁31および排気弁32をそれぞれ所定のタイミングで開放状態とし、下方の電磁石57に通電してアーマチュア・コア55を下方に吸引することにより、吸気弁31および排気弁32をそれぞれ所定のタイミングで閉止状態とするようになっている。
【0099】
上記動弁機構53等を制御するマイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のECU(コントロールユニット)40には、エアフローセンサ19、O2センサ23等からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ45およびアクセル開度(アクセルペダル踏込み量)を検出するアクセル開度センサ46等からの信号も入力されている。
【0100】
上記ECU40は、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段41、上記吸気弁31および排気弁32の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段60と、エンジンの燃焼室4への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段43と、燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御手段44と、上記エアフローセンサ(吸気流量検出手段)19により検出された吸気脈動に応じて吸気および排気の流通経路を判別する経路判別手段51と、この経路判別手段51の判別結果に応じて後述する始動時制御を実行する始動時制御手段52とを備えている。
【0101】
上記弁開閉制御手段60は、運転状態判別手段41において判別されたエンジンの運転状態が低負荷ないし低回転側の運転領域Aにある場合と、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある場合とで、動弁機構53に出力される制御信号の出力タイミングを変化させて吸気弁31および排気弁32の開閉タイミングを次のように制御するように構成されている。
【0102】
高負荷側ないし高回転側の運転領域Bでは、図14(a)に示すように、燃料噴射(破線F)を伴う吸気行程INと、後期に点火Sを伴う圧縮行程と、燃焼を伴う膨張行程と、排気行程EXとからなる通常運転モード、つまり吸気行程INと排気行程EXとの間に一回の燃焼を行う一般的な4サイクルの燃焼制御を実行するように上記吸気弁31および排気弁32の開閉タイミングが設定される。なお、図14において、Tはピストン行程の上死点、Bは下死点である。
【0103】
低負荷側ないし低回転側の運転領域Aでは、図14(b)に示すように、吸気行程IN(第1行程)と、後期に燃料噴射Fおよび点火Sを伴う第1圧縮行程(第2行程)と、燃焼を伴う第1膨張行程(第3行程)と、第2圧縮行程(第4行程)と、燃焼を伴わない第2膨張行程(第5行程)と、後期に燃料噴射Fおよび点火Sを伴う第3圧縮行程(第6行程)と、燃焼を伴う第3膨張行程(第7行程)と、排気行程EX(第8行程)とからなる特殊運転モード、つまり吸気行程INと排気行程EXとの間に二回の燃焼を行う8サイクルの燃焼制御を実行するように上記吸気弁31および排気弁32の開閉タイミングが設定される。
【0104】
上記吸入空気量制御手段43は、アクチュエータ18を制御することによりスロットル弁17の開度(スロットル開度)を制御するものであり、予め設定されたマップ等から運転状態に対応した目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御することにより、吸入空気量を制御するように構成されている。
【0105】
すなわち、低負荷・低回転側の運転領域Aにおいて実行される特殊運転モードでは、上記二回の燃焼後における排気行程EXで排気通路20に排出される排気ガスの既燃ガス濃度が、略理論空燃比の燃焼状態に対応した値となるようにスロットル開度が調節される。また、高負荷・高回転側の運転領域Bにおいて実行される通常運転モードでは、気筒2A〜2D内の空燃比がλ≦1となるようにスロットル開度が調節される。
【0106】
上記燃料噴射制御手段44は、各気筒2A〜2Dに設けられた燃料噴射弁9からの燃料噴射量および噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するもので、特に運転状態が図4中の運転領域Aにある場合と、運転領域Bにある場合とで燃料噴射の制御状態を変更するように構成されている。
【0107】
すなわち、低負荷・低回転側の運転領域Aにおいて実行される特殊運転モードでは、図14(b)に示すように、第1膨張行程(第3行程)で行われる最初の燃焼が成層燃焼状態となるように、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上となるように第1圧縮行程(第2行程)の燃料噴射量を設定するとともに、燃料噴射Fのタイミングを設定する。また、上記最初の燃焼により生じたリーン空燃比の既燃ガス中に燃料を供給することにより、理論空燃比の条件下において第3膨張行程(第7行程)で2回目の燃焼が行われるように、燃料噴射量を制御するとともに、既燃ガスが多い状況下で着火、燃焼が可能なように燃料噴射Fのタイミングが設定され、例えば着火性確保のため第3圧縮行程(第6行程)で燃料噴射Fが行われる。
【0108】
なお、上記燃料噴射量の制御は、エアフローセンサ19およびO2センサ23等からの出力に基づくフィードバック制御により行われる。
【0109】
一方、運転状態が高負荷側ないし高回転側の運転領域Bにある場合には、各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば上記運転領域Bの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷およびその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合には、図14(a)の破線で示すように、各気筒2A〜2Dに対して吸気行程IN(第1行程)で燃料を噴射することにより均一燃焼を行わせるように燃料噴射Fのタイミングを設定する。
【0110】
また、上記経路判別手段51および始動時切換手段52は、図3に示す実施形態の経路判別手段51および始動時制御手段52と同様に構成されたものであり、吸気通路15に配設されて吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段(エアフローセンサ19)から出力された検出信号に応じ、エンジンの始動時に、通常運転モードの制御状態にあるか、特殊運転モードの制御状態にあるかを上記経路判別手段51において判別し、かつこの経路判別手段51の判別結果に応じて特殊運転モードの制御状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時おける最初の燃焼制御時において、第1回目に噴射された燃料の点火を禁止する等の制御を上記始動時制御手段52において実行するように構成されている。
【0111】
上記のように運転状態が低負荷側ないし低回転側の運転領域Aにある場合に、吸気行程と排気行程との間に二回の燃焼が行われる特殊運転モードとし、第1膨張行程で行われる最初の燃焼を、リーン空燃比での成層燃焼状態とすることにより、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、これらの相乗効果で顕著に燃費が改善される。また、上記最初の燃焼により生成された空気過剰状態の既燃ガス中に燃料を供給して理論空燃比に制御しつつ、第3膨張行程において2回目の燃焼を行わせることにより、通常のエンジンのようにリーン空燃比で成層燃焼させるものと比べると熱効率では劣るものの、ポンピングロス低減による燃費効果は得られることになる。
【0112】
しかも、上記2回目の燃焼が行われた後に、排出行程で排気通路20に排出される既燃ガスの濃度が理論空燃比に対応した値となるように構成することにより、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンNOx触媒を設ける必要がなくなり、三元触媒24だけで充分に排気浄化性能が確保される。このようにリーンNOx触媒を設ける必要がないことから、リーンNOx触媒のNOx吸蔵量の増大時におけるNOxの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンNOx触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【0113】
上記のように特殊運転モードにおいて、吸気行程INと、第1圧縮行程と、燃焼を伴う第1膨張行程と、第2圧縮行程と、燃焼を伴わない第2膨張行程と、第3圧縮行程と、燃焼を伴う第3膨張行程と、排気行程EXとからなる8サイクルの燃焼制御を実行することにより、吸気行程INと排気行程EXとの間で2回の燃焼を行うように構成した実施形態に代え、図14(c)に示すように、吸気行程INと、第1圧縮行程と、燃焼を伴う第1膨張行程と、第2圧縮行程と、燃焼を伴う第3膨張行程と、排気行程EXとからなる6サイクルの燃焼制御を実行することにより、吸気行程と排気行程との間で2回の燃焼を行うように構成してもよい。
【0114】
しかし、図14(a)に示す4サイクルの燃焼状態と、図14(c)に示す6サイクルの燃焼状態とを比較すると、4サイクルの燃焼状態で吸気行程INとなる時期(第5行程)に、6サイクル燃焼状態では、燃焼を伴う第2膨張行程が実行される。このため、上記4サイクルの燃焼制御を実行する通常運転モードから、6サイクルの燃焼制御を実行する特殊運転モードに移行する際に、爆発時期がずれることに起因してエンジン回転が不安定になる等の問題が生じることになる。
【0115】
これに対して上記特殊運転モードで、吸気行程INと、第1圧縮行程と、燃焼を伴う第1膨張行程と、第2圧縮行程と、燃焼を伴わない第2膨張行程と、第3圧縮行程と、燃焼を伴う第3膨張行程と、排気行程EXとからなる8サイクルの燃焼制御を実行するように構成した場合には、図14(a)に示す通常運転モードにおける燃焼を伴う2番目の膨張行程(第7行程)と、特殊運転モードにおける燃焼を伴う第3膨張行程(第7行程)とが同時期となるため、運転モードの移行時に、爆発時期がずれることに起因してエンジンの回転が不安定になるという事態を生じることがなく、エンジンの運転状態に応じて4サイクルの燃焼制御状態から8サイクルの燃焼制御状態にスムーズに移行させることができるという利点がある。
【0116】
そして、上記のようにエンジンの始動時に、吸気および排気の流通経路が2気筒接続状態にあるか、各気筒独立状態にあるかを上記経路判別手段51において判別し、2気筒接続状態にあることが確認された場合には、エンジン始動時の最初の燃焼制御時において、第1回目、つまり第2行程で噴射された燃料の点火を禁止することにより、多量の既燃ガスが存在下で2回目の燃焼が行われることに起因した失火の発生を効果的に防止できるとともに、第1回目に噴射された燃料をピストンの上下動に応じて燃焼室内の新気と充分に撹拌混合した状態で効果的に燃焼させることにより、エンジンの始動性を確保することができる。
【0117】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ポンピングロス低減ならびに後続気筒でのポンピングロス低減等により、燃費を大幅に改善するとともに、三元触媒だけで充分な排気浄化作用を持たせることができるように構成された火花点火式エンジンにおいて、上記吸気通路に配設されて吸気の脈動を検出する吸気脈動検出手段の検出信号に応じて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか2気筒接続状態にあるか経路判別手段により判別するように構成したため、上記吸気および排気の流通経路が、通常運転モードに対応した各気筒独立状態にあるか、特殊運転モードに対応した2気筒接続状態にあるかを容易かつ正確に判別することができるとともに、この判別結果に対応した適正な運転モードの制御を実行することができるという利点がある。
【0118】
また、本発明は、上記エンジンの始動時に、吸気脈動検出手段から出力された検出信号に応じて吸気および排気の流通経路が各気筒独立状態にあるか、2気筒接続状態にあるかを経路判別手段において判別するとともに、この判別結果に対応した運転モードの制御を上記始動時制御手段において実行するように構成したため、エンジンの始動時に失火状態となるのを効果的に防止してエンジンの始動性を効果的に確保できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図2】エンジン本体等の概略断面図である。
【図3】制御系統のブロック図である。
【図4】運転領域を示す説明図である。
【図5】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図6】低負荷低回転時の吸気および排気の流通経路を示す説明図である。
【図7】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な吸気および排気の流通経路を示す説明図である。
【図8】エンジン始動時における各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図9】エンジン始動時における各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図10】経路切換手段等の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図11】図10の実施形態による場合の運転状態移行時の開閉弁の切換可能期間を示す説明図である。
【図12】本発明の別の実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図13】図12の実施形態における制御系とのブロック図である。
【図14】図12の実施形態における気筒の燃焼サイクル、燃焼噴射時期および点火時期を示す説明図である。
【符号の説明】
2A〜2D 気筒
15 吸気通路
19 エアフローセンサ(吸気脈動検出手段)
20 排気通路
22 気筒間ガス通路
24 三元触媒
35 弁停止機構(経路切換手段)
40 ECU
41 運転状態判別手段
42 弁停止機構制御手段(経路切換手段)
43 吸入空気量制御手段(空燃比制御手段)
44 燃料噴射制御手段(空燃比制御手段)
51 経路判別手段
52 始動時制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation mode detection device and a control device for a spark ignition engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a spark ignition engine, a technique for improving fuel efficiency by performing combustion in a state where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in each cylinder is set to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio is known. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-274085, a stratified combustion is provided by injecting fuel directly into a combustion chamber and injecting fuel from the fuel injection valve in a compression stroke in a low rotation and low load region. It is known that the super lean combustion is realized by this.
[0003]
In such an engine, an ordinary three-way catalyst (a catalyst having a high purification performance near the theoretical air-fuel ratio with respect to HC, CO, and NOx) as an exhaust gas purification catalyst is sufficient for NOx during lean operation. Since purification performance cannot be obtained, a lean NOx catalyst is provided that adsorbs NOx in an oxygen-excessive atmosphere and removes and reduces NOx in an oxygen-concentrated atmosphere as shown in the above publication. When such a lean NOx catalyst is used, when the NOx adsorption amount of the lean NOx catalyst increases during the lean operation, for example, as shown in the above publication, additional fuel is added during the expansion stroke in addition to the main combustion. By injecting, the air-fuel ratio of the exhaust gas is enriched and CO is generated, thereby promoting the separation and reduction of NOx.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In an engine that performs the conventional lean operation as described above, it is necessary to provide the lean NOx catalyst in the exhaust passage in order to ensure NOx purification performance during the lean operation. A three-way catalyst is also required for exhaust purification in a region operated at a stoichiometric air-fuel ratio such as a high load region, and the lean NOx catalyst is provided in the exhaust passage in addition to the three-way catalyst. This lean NOx catalyst is disadvantageous in terms of cost because it requires a relatively large capacity in order to secure a certain amount of NOx adsorption and is expensive compared to a three-way catalyst.
[0005]
Moreover, in order to maintain the purification performance of the lean NOx catalyst, the NOx is temporarily removed by the removal of NOx, the supply of additional fuel for reduction, etc. at predetermined intervals such that the NOx adsorption amount increases as described above. It is necessary to frequently enrich the air-fuel ratio, thereby reducing the fuel efficiency improvement effect due to lean combustion.
[0006]
Furthermore, when the fuel used contains a large amount of sulfur, the lean NOx catalyst is susceptible to sulfur poisoning, and in order to eliminate this sulfur poisoning, regeneration processing such as heating the catalyst and supplying a reducing material is required. This may cause a reduction in fuel consumption improvement effect and a decrease in durability.
[0007]
Accordingly, the applicant of the present invention relates to a spark ignition engine control device that can improve the exhaust gas purification performance by using a three-way catalyst without the need for a lean NOx catalyst while providing the fuel efficiency improvement effect by lean combustion. (Japanese Patent Application No. 2002-024548).
[0008]
The present invention provides a spark ignition type engine operating mode detection device and a control device for the purpose of improving the combustibility at the time of starting the engine based on such a technique.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect of the invention, the combustion cycle of each cylinder is set to have a predetermined phase difference, and the normal operation mode in which each cylinder is independently burned and the preceding cylinder in the exhaust stroke are discharged. Operation mode of a multi-cylinder spark ignition engine configured to switch the operation mode according to the operating state of the engine to the special operation mode in which the burned gas is introduced into the subsequent cylinder in the intake stroke and burned as it is In the special operation mode, the detection device In the state where intake introduction from the intake passage to the following cylinder is blocked Intake and exhaust are set to a two-cylinder connection state in which the burned gas of the preceding cylinder is introduced into the succeeding cylinder via the inter-cylinder gas passage, and in each cylinder independent state in which fresh air is introduced into each cylinder in the normal operation mode. In the special operation mode, fuel is injected into the cylinder of the preceding cylinder to cause the air-fuel ratio to be in a lean state that is larger than the theoretical air-fuel ratio by a predetermined amount, and combustion is performed. An air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio in the cylinder to be substantially the stoichiometric air-fuel ratio by supplying burned gas and fuel having a lean air-fuel ratio derived from the preceding cylinder is disposed in the intake passage. Intake pulsation detecting means for detecting the pulsation of intake air, and the flow paths of intake and exhaust are in an independent state for each cylinder according to the detection signal output from the intake pulsation detecting means. Route determining means for determining whether the engine is in a connected state, and detecting whether the engine is in a control state of a normal operation mode or a special operation mode according to the determination data of the route determination means. is there.
[0010]
According to the above configuration, for example, in the low load and low rotation range of the engine, the combustion control in the special operation mode is executed in the connected state of the two cylinders, so that the preceding cylinder performs the combustion at the lean air-fuel ratio and the thermal efficiency is improved. The pumping loss is reduced and a remarkable fuel efficiency improvement effect is obtained, and the fuel is supplied to the burned gas of the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder in the succeeding cylinder, so that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially obtained. Since combustion is performed in a state, at least a fuel efficiency effect by reducing pumping loss can be obtained. Further, the preceding cylinder performs combustion at a large lean air-fuel ratio, so that the amount of NOx generated is suppressed to be relatively small. In the succeeding cylinder, a large amount of EGR is performed by introducing burned gas from the preceding cylinder. Therefore, the generation of NOx is sufficiently suppressed, which is advantageous for improving the emission. Further, the high-temperature gas discharged from the preceding cylinder is appropriately radiated while passing through the inter-cylinder gas passage to adjust the temperature, and is mixed so that excess air and burned gas in this gas are uniformly dispersed. Since the fuel is injected into a relatively high temperature gas and the vaporization of the fuel is promoted by being introduced into the succeeding cylinder in a closed state, in the succeeding cylinder, Combustion is performed well. When the engine is started or when the operation mode is switched, it is easily and accurately determined whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder or a connected state of two cylinders. At the same time, the appropriate operation mode control according to the determination result is executed.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the spark ignition engine control device according to the first aspect, the path discriminating means is configured to take in intake air based on the number of intake pulsations detected while the crankshaft of the engine rotates by a predetermined angle. And whether the exhaust passage is in an independent state of each cylinder or in a connected state of two cylinders.
[0012]
According to the above configuration, the number of detections of intake pulsation that occurs while the crankshaft of the engine rotates by a certain angle, such as when the engine is started or when the operation mode is switched, is compared with a preset reference number. Therefore, it is possible to easily and accurately determine whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder or in a connected state of the two cylinders based on the number of detected intake pulsations. Become.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the spark ignition type engine control device according to the first or second aspect, the intake pulsation detecting means is located on the upstream side of a branch intake passage connected to each cylinder. It is constituted by intake flow rate detecting means provided in the intake passage.
[0014]
According to the above configuration, the crankshaft of the engine is kept at a constant angle when the engine is started or when the operation mode is switched according to the detection signal of the intake flow rate detection means including the existing airflow sensor provided in the common intake passage. The number of intake pulsations generated during rotation of the intake pulsation is detected, and the number of intake pulsations detected is compared with a preset reference number. Whether the flow path is in an independent state of each cylinder or in a connected state of two cylinders is easily and accurately determined by the path determining means.
[0015]
In the invention according to
[0016]
According to the above configuration, for example, in the low load and low rotation range of the engine, the combustion control in the special operation mode is executed in the connected state of the two cylinders, so that the preceding cylinder performs the combustion at the lean air-fuel ratio and the thermal efficiency is improved. The pumping loss is reduced and a remarkable fuel efficiency improvement effect is obtained, and the fuel is supplied to the burned gas of the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder in the succeeding cylinder, so that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially obtained. Since combustion is performed in a state, at least a fuel efficiency effect by reducing pumping loss can be obtained. Further, the preceding cylinder performs combustion at a large lean air-fuel ratio, so that the amount of NOx generated is suppressed to be relatively small. In the succeeding cylinder, a large amount of EGR is performed by introducing burned gas from the preceding cylinder. Therefore, the generation of NOx is sufficiently suppressed, which is advantageous for improving the emission. Further, the high-temperature gas discharged from the preceding cylinder is appropriately radiated while passing through the inter-cylinder gas passage to adjust the temperature, and is mixed so that excess air and burned gas in this gas are uniformly dispersed. Since the fuel is injected into a relatively high temperature gas and the vaporization of the fuel is promoted by being introduced into the succeeding cylinder in a closed state, in the succeeding cylinder, Combustion is performed well. When the engine is started, the passage discriminating means easily and accurately discriminates whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder or in a connected state of the two cylinders. In order to ensure startability of the engine, control of the operation mode corresponding to the state of the flow path is executed in the start time control means.
[0017]
The invention according to
[0018]
According to the above configuration, when the engine is started, the passage determining means determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state, and the engine is brought into a warm state according to the engine coolant temperature or the like. If it is confirmed that the engine startability is not impaired even if the combustion control in the special operation mode is executed in this state, the intake and exhaust flow paths are not switched. Combustion control in the special operation mode is executed. Further, when the engine is started, the passage determining means determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state, and the engine is in a cold state according to the engine coolant temperature and the like. In If it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are switched to the independent state of each cylinder and the combustion control in the normal operation mode is executed, the engine misfire is prevented and startability is ensured. Will be.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the device according to the fourth aspect, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in a two-cylinder connection state when the engine is started, During combustion control, the combustion of the preceding cylinder is thinned out and the subsequent cylinder is burned, and the combustion state in the special operation mode in which the fuel injected into the preceding cylinder and the succeeding cylinder from the next combustion control is burned, respectively.
[0020]
According to the above configuration, when the passage discriminating unit determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, the combustion of the preceding cylinder is performed at the time of the first combustion control at the start of the engine. By thinning out, the occurrence of misfire due to the introduction of a large amount of burned gas into the succeeding cylinder is effectively prevented.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in the spark ignition engine control device according to the sixth aspect, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in a two-cylinder connection state when the engine is started, While performing fuel injection to the preceding cylinder at the time of the first combustion control at the time of starting the engine, the ignition is prohibited to thin out the combustion of the preceding cylinder.
[0022]
According to the above configuration, when the passage discriminating unit determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state when the engine is started, the fuel is injected into the preceding cylinder at the time of the first combustion control at the time of engine start. The mixed fuel is sufficiently agitated and mixed with the intake air, and is supplied to the succeeding cylinder and ignited in an unignited state.
[0023]
The invention according to
[0024]
According to the above configuration, when the passage discriminating unit determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, the first cylinder is controlled to the preceding cylinder at the time of initial combustion control at the time of starting the engine. By setting the fuel injection timing between the second half of the expansion stroke and the beginning of the exhaust stroke, fuel with sufficiently high fuel pressure is injected into the preceding cylinder, and this fuel is sufficiently stirred with the intake air. In a mixed state, it is supplied to the subsequent cylinder.
[0025]
The invention according to
[0026]
According to the above configuration, when the passage discriminating unit determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, the first cylinder is controlled to the preceding cylinder at the time of initial combustion control at the time of starting the engine. By cutting the fuel injection, the occurrence of misfire due to the introduction of a large amount of burned gas into the subsequent cylinder is prevented, and the combustibility in the subsequent cylinder is effectively ensured.
[0027]
In the invention according to claim 10, the combustion cycle of each cylinder is set to have a predetermined phase difference, and the normal operation mode in which each cylinder is independently burned and the preceding cylinder in the exhaust stroke are discharged. It is configured to switch the operation mode according to the operating state of the engine to the special operation mode in which the burned gas is introduced into the subsequent cylinder in the intake stroke and burned, and a three-way catalyst is arranged in the exhaust passage A multi-cylinder spark-ignition engine control apparatus, comprising: an intake flow rate detecting means provided in a common intake passage located upstream of a branch intake passage connected to each cylinder; The number of detections of intake pulsation during the rotation of the crankshaft of the engine by a certain angle is detected according to the detection signal of the intake flow rate detection means, and Accordingly, the route discriminating means for discriminating whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder or the connected state of the two cylinders, and the intake and exhaust flow paths are in the connected state of the two cylinders when the engine is started The engine is cold In There is Is certain If it is recognized, the combustion of the preceding cylinder at the time of the first combustion control at the time of starting the engine is thinned and the subsequent cylinder is burned, and the fuel injected into the preceding cylinder and the succeeding cylinder from the next combustion control is burned respectively. And a starting-time control means for executing the combustion control in the special operation mode.
[0028]
According to the above configuration, for example, in the low load and low rotation range of the engine, the combustion control in the special operation mode is executed in the connected state of the two cylinders, so that the preceding cylinder performs the combustion at the lean air-fuel ratio and the thermal efficiency is improved. The pumping loss is reduced and a significant fuel efficiency improvement effect is obtained, and the fuel is supplied to the burned gas of the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder in the subsequent cylinder, so that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially obtained. By performing combustion in the state, at least a fuel efficiency effect by reducing pumping loss can be obtained. Further, the preceding cylinder performs combustion at a large lean air-fuel ratio, so that the amount of NOx generated is suppressed to be relatively small. In the succeeding cylinder, a large amount of EGR is performed by introducing burned gas from the preceding cylinder. Therefore, the generation of NOx is sufficiently suppressed, which is advantageous for improving the emission. The high-temperature gas discharged from the preceding cylinder is appropriately radiated while passing through the inter-cylinder gas passage to adjust the temperature, and is mixed so that excess air and burned gas in this gas are evenly dispersed. In this state, the exhaust passage is ideal for a large amount of EGR, and only the burned gas having a substantially stoichiometric air-fuel ratio discharged from the succeeding cylinder is provided with a three-way catalyst. Therefore, exhaust purification performance is sufficiently ensured only with the three-way catalyst. When the engine is started, the number of intake pulsations that occur while the crankshaft of the engine rotates by a certain angle according to the detection signal of the intake flow rate detection means including the existing airflow sensor provided in the common intake passage is determined. Whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder based on the detected number of intake pulsations, for example, by comparing the detected number of intake pulsations with a preset reference number. Whether the connection state is established is easily and accurately determined by the route determination means, and when the engine is started, the passage determination means determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state, and the engine The engine is cold depending on the coolant temperature etc. In If it is confirmed that there is a misfiring due to the introduction of a large amount of burned gas into the succeeding cylinder, the combustion of the preceding cylinder is thinned out during the initial combustion control at the start of the engine. This effectively prevents the engine startability.
[0029]
The invention according to
[0030]
According to the above configuration, the combustion control in the special operation mode is executed in the low load and low rotation region of the engine, so that the combustion is performed twice between the intake stroke and the exhaust stroke, and the pumping loss is reduced. The fuel efficiency improvement effect is obtained by the reduction, and at the time of shifting to the high load and high speed operation region, the engine output is shifted from the combustion control state of the special operation mode to the combustion control state of the normal operation mode. Is secured. When the passage discriminating unit determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, the first injection is performed at the time of the first combustion control at the time of starting the engine. By prohibiting ignition of the fuel, the occurrence of misfiring due to the second combustion being performed in the presence of a large amount of burned gas is effectively prevented.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows a structure of one cylinder of an engine main body and intake / exhaust valves provided for the cylinder. In these drawings, the
[0032]
A
[0033]
A
[0034]
Further,
[0035]
The combustion cycle of each of the
[0036]
Between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap, a cylinder on the intake stroke side (referred to herein as a preceding cylinder) from the cylinder on the exhaust stroke side when the exhaust stroke and the intake stroke overlap (this specification) The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
In the example shown in FIG. 1, the first and
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
An exhaust gas concentration detecting means for detecting the stoichiometric air-fuel ratio is provided at the downstream portion of the
[0043]
The
[0044]
The intake / exhaust valves that open and close the intake / exhaust ports of the cylinders and the valve operating mechanisms for these valves are configured as follows. In other words, the
[0045]
Further, among the intake / exhaust valves, for the
[0046]
A
[0047]
FIG. 3 shows the configuration of the engine drive and control system. In this figure, an engine control ECU (engine control unit) 40 comprising a microcomputer or the like is provided with an
[0048]
The
[0049]
The operating state discriminating means 41 discriminates the operating state of the engine corresponding to the engine speed, the engine load and the like based on the signals from the
[0050]
The valve stop mechanism control means 42 controls each of the
[0051]
By this valve stop mechanism control means 42 and each
[0052]
The intake air amount control means 43 controls the opening degree of the throttle valve 17 (throttle opening degree) by controlling the
[0053]
The fuel injection control means 44 controls the fuel injection amount and the injection timing from the
[0054]
That is, in the special operation mode in which the operation state is in the operation region A on the low load low rotation side, the air-fuel ratio is significantly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the preceding cylinders (the first cylinder, the
[0055]
The fuel injection amount is controlled by the
[0056]
Further, in the normal operation mode in which the operation state is in the operation region B on the high load side or the high rotation side, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of each
[0057]
The path discriminating means 51 generates intake air that is generated while rotating by a certain angle of the crankshaft of the engine according to the change state of the intake air flow rate detected by the
[0058]
Further, the start time control means 52 is a path determination means that the intake and exhaust flow paths are in a two-cylinder connection state when the engine is started. 5 1 is confirmed, it is determined whether the engine is in a cold state or a warm state according to the detection signal of the
[0059]
The operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described with reference to FIGS. That is, in the special operation mode in the operation region A on the low load low rotation side excluding when the engine is started, as described above, the
[0060]
In this state, fresh air is introduced into the preceding
[0061]
Thereafter, the burned gas discharged from the preceding
[0062]
In this way, in the preceding
[0063]
Moreover, since the gas discharged from the succeeding
[0064]
Since there is no need to provide a lean NOx catalyst, there is no need to temporarily enrich the air-fuel ratio for NOx release and reduction when the NOx storage amount of the lean NOx catalyst is increased, thereby reducing fuel consumption improvement. can avoid. Furthermore, the problem of sulfur poisoning of the lean NOx catalyst does not occur.
[0065]
Further, the preceding
[0066]
On the other hand, the burned gas from the preceding
[0067]
Note that if the ratio of excess oxygen in the gas introduced from the preceding
[0068]
On the other hand, when the engine is in the operation region B on the high load side or the high rotation side, as described above, the
[0069]
As described above, the combustion cycle of each of the
[0070]
Then, according to the detection signal of the intake pulsation detecting means (air flow sensor 19) that is disposed in the
[0071]
That is, the intake pulsation that occurs while the crankshaft of the engine rotates by a certain angle Detect count In addition, by comparing the number of intake pulsations detected while the crankshaft of the engine is rotated by a certain angle with a preset reference number, the intake and exhaust flow paths are made independent of each cylinder. It can be accurately determined whether or not there is. Therefore, in the high load or high speed operation region B where the intake and exhaust flow paths should be in an independent state for each cylinder, the flow path is in a two-cylinder connection state due to a failure of the flow path switching means or a response delay. Is confirmed in the path discriminating means 51, the stratified combustion is performed at the lean air-fuel ratio in the preceding
[0072]
On the contrary, in the low load or low speed operation region A where the intake and exhaust flow paths should be connected to the two cylinders, the flow paths are independent of each cylinder due to a failure of the flow path switching means or a response delay. When it is confirmed by the path discrimination means 51 that the state is in the state, the air-fuel ratio in each of the
[0073]
In particular, in the above-described embodiment, the existing airflow provided in the
[0074]
Further, as described above, when the engine is started, the intake and exhaust flow paths are in an independent state for each cylinder or in a two-cylinder connected state in accordance with the detection signal output from the air flow sensor (intake pulsation detecting means) 19. According to the control device for the spark ignition engine according to the present invention, which is configured to execute the control of the operation mode corresponding to the determination result in the start time control means 52, in the route determination means 51. Thus, it is possible to effectively prevent the engine from being misfired at the start, and to ensure the startability of the engine.
[0075]
That is, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state and the engine is in a warm state, that is, the air-fuel mixture is easily ignited when the engine is started. The combustion control in the special operation mode is performed without switching the engine, so the combustion control in the special operation mode is continued in the low load and low rotation idle operation region while preventing the engine from being misfired at the start. By doing so, there is an advantage that a significant fuel efficiency improvement effect can be obtained without requiring complicated control such as frequent switching of operation modes.
[0076]
On the other hand, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in a two-cylinder connection state and the engine is in a cold state, that is, in a state in which the air-fuel mixture is difficult to ignite, when the engine is started, By switching the exhaust flow path to the independent state of each cylinder and setting the combustion state in the normal operation mode, fresh air is introduced into each of the
[0077]
In addition, when the path discrimination means 51 confirms that the intake and exhaust flow paths are in an independent state for each cylinder when the engine is started, regardless of whether the engine is in a warm state or not. By switching to the normal operation mode without switching the flow path, introducing fresh air into each of the
[0078]
The specific configurations of the operation mode detection device and the control device for the spark ignition engine according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed. For example, in the basic embodiment described above, the intake air pulsation is detected by detecting the fluctuation state of the intake air flow rate by the intake air flow rate detecting means including the
[0079]
In addition, when the engine is started, the intake and exhaust flow paths are in a 2-cylinder connection state, and the engine is in a cold state. In In the case where it is confirmed that the combustion path in the normal operation mode is executed by switching the intake and exhaust flow paths to the independent state of each cylinder, the first combustion at the time of engine start is performed. The combustion of the preceding cylinder is thinned out at the time of control and the subsequent cylinder is combusted, and the combustion state of the special operation mode in which the fuel injected into the preceding cylinder and the succeeding cylinder is combusted from the time of the next combustion control may be set. Good.
[0080]
Specifically, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, as shown in FIG. 8, prior to the first combustion control at the time of starting the engine. The ignition S1 may be prohibited while performing the fuel injection F1 to the
[0081]
Accordingly, it is possible to effectively prevent the occurrence of misfire due to the introduction of a large amount of burned gas into the succeeding
[0082]
Further, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, the fuel injection to the preceding
[0083]
Further, when it is confirmed that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state at the time of starting the engine, the fuel injection to the preceding
[0084]
Even with the above-described configuration, when the passage discriminating means 51 determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state when the engine is started, the fresh air supplied to the preceding
[0085]
As described above, the combustion cycle of each of the
[0086]
In addition, in the high-load and high-rotation region of the engine, the engine output can be sufficiently secured, and the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder based on the number of times of detection of the intake pulsation. The route discriminating means 51 can easily and accurately discriminate whether it is in a state or not. When the engine is started, the passage discriminating means 51 determines that the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state, and the engine is in a cold state according to the engine coolant temperature and the like. In When it is confirmed that there is an advantage, it is possible to effectively prevent misfire caused by introducing a large amount of burned gas into the succeeding
[0087]
In the basic embodiment, the path switching unit is configured by using the
[0088]
Then, according to the control means (not shown), each of the on-off valves is operated as follows depending on whether the operation state is in the operation region A on the low load / low rotation side or the operation region B on the high load side or the high rotation side. To be controlled.
[0089]
The switching operation at the time of switching the state of each on-off valve at the time of transition of the operation state between the operation areas A and B may be performed within the switchable period shown in FIG. That is, when the state of each on-off valve is switched during the period in which the exhaust stroke and the intake stroke of the pair of cylinders overlap, the succeeding
[0090]
Thus, the path switching means is constituted by the on-off
[0091]
Also in this embodiment, in the operation region A, the two cylinders are connected, super lean combustion is performed in the preceding
[0092]
Further, according to the route switching means as in the present embodiment, the structure becomes relatively simple, and the switching operation of the on-off valve at the time of shifting to the operating state is performed within the switchable period as shown in FIG. Since the switching timing is not required to have a very high accuracy, the control is easy.
[0093]
As described above, when ignitability can be ensured even if fuel is uniformly dispersed in the succeeding
[0094]
In this way, the gas introduced into the succeeding
[0095]
The apparatus of the present invention can also be applied to multi-cylinder engines other than four cylinders. For example, in the case of six cylinders, the exhaust stroke of one cylinder and the intake stroke of another cylinder do not completely overlap. In such a case, the exhaust stroke of one cylinder precedes the intake stroke of the other cylinder. In addition, two cylinders in which both strokes partially overlap may be used as a pair of preceding and succeeding cylinders.
[0096]
12 and 13 each have a plurality of
[0097]
A pair of
[0098]
The intake /
[0099]
An ECU (control unit) 40 for controlling the engine, which is a microcomputer for controlling the
[0100]
The
[0101]
The valve opening / closing control means 60 is in the operation region A on the low load or low rotation side and in the operation region B on the high load side or high rotation side when the operation state of the engine determined by the operation state determination means 41 is. Depending on the case, the output timing of the control signal output to the
[0102]
In the operation region B on the high load side or the high rotation side, as shown in FIG. 14A, the intake stroke IN with fuel injection (broken line F), the compression stroke with ignition S in the later stage, and the expansion with combustion The
[0103]
In the operation region A on the low load side or the low rotation side, as shown in FIG. 14B, the intake stroke IN (first stroke) and the first compression stroke (second stroke) with the fuel injection F and the ignition S in the latter period are performed. Stroke), a first expansion stroke with combustion (third stroke), a second compression stroke (fourth stroke), a second expansion stroke without combustion (fifth stroke), and later fuel injection F and Special operation mode consisting of a third compression stroke (sixth stroke) with ignition S, a third expansion stroke (seventh stroke) with combustion, and an exhaust stroke EX (eighth stroke), that is, intake stroke IN and exhaust The opening / closing timings of the
[0104]
The intake air amount control means 43 controls the opening degree of the throttle valve 17 (throttle opening degree) by controlling the
[0105]
That is, in the special operation mode executed in the operation region A on the low load / low rotation side, the burned gas concentration of the exhaust gas discharged into the
[0106]
The fuel injection control means 44 controls the fuel injection amount and the injection timing from the
[0107]
That is, in the special operation mode executed in the operation region A on the low load / low rotation side, as shown in FIG. 14B, the first combustion performed in the first expansion stroke (third stroke) is the stratified combustion state. The fuel injection amount in the first compression stroke (second stroke) is set so that the air-fuel ratio is greater than the stoichiometric air-fuel ratio, preferably approximately twice or more than the stoichiometric air-fuel ratio. At the same time, the timing of the fuel injection F is set. Further, by supplying the fuel into the burned gas having the lean air-fuel ratio generated by the first combustion, the second combustion is performed in the third expansion stroke (seventh stroke) under the theoretical air-fuel ratio condition. In addition, the fuel injection amount is controlled, and the timing of the fuel injection F is set so that ignition and combustion can be performed in a situation where there is a large amount of burned gas. Then, fuel injection F is performed.
[0108]
The fuel injection amount is controlled by the
[0109]
On the other hand, when the operation state is in the operation region B on the high load side or the high rotation side, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of each of the
[0110]
The route discriminating means 51 and the start time Switching The means 52 is configured in the same manner as the route discriminating means 51 and the starting time control means 52 of the embodiment shown in FIG. 3, and is provided in the
[0111]
As described above, when the operation state is in the low load side or low rotation side operation region A, a special operation mode in which combustion is performed twice between the intake stroke and the exhaust stroke is performed, and the operation is performed in the first expansion stroke. By making the first combustion to be a stratified combustion state at a lean air-fuel ratio, the thermal efficiency is increased and the pumping loss is reduced, and the fuel efficiency is remarkably improved by these synergistic effects. In addition, by supplying fuel to the burned gas in excess air produced by the first combustion and controlling the stoichiometric air-fuel ratio, the second combustion is performed in the third expansion stroke, so that a normal engine Thus, although the thermal efficiency is inferior to that in which stratified combustion is performed at a lean air-fuel ratio, the fuel efficiency effect by reducing the pumping loss can be obtained.
[0112]
In addition, the conventional lean burn engine is configured such that the concentration of burned gas discharged into the
[0113]
In the special operation mode as described above, the intake stroke IN, the first compression stroke, the first expansion stroke with combustion, the second compression stroke, the second expansion stroke without combustion, and the third compression stroke, Embodiment in which combustion is performed twice between the intake stroke IN and the exhaust stroke EX by executing eight cycles of combustion control including the third expansion stroke with combustion and the exhaust stroke EX Instead, as shown in FIG. 14C, the intake stroke IN, the first compression stroke, the first expansion stroke with combustion, the second compression stroke, the third expansion stroke with combustion, and the exhaust stroke. By performing 6-cycle combustion control including EX, the combustion may be performed twice between the intake stroke and the exhaust stroke.
[0114]
However, when the four-cycle combustion state shown in FIG. 14 (a) is compared with the six-cycle combustion state shown in FIG. 14 (c), the timing when the intake stroke IN is reached in the four-cycle combustion state (fifth stroke). In addition, in the 6-cycle combustion state, the second expansion stroke with combustion is executed. For this reason, when shifting from the normal operation mode in which the 4-cycle combustion control is executed to the special operation mode in which the 6-cycle combustion control is executed, the engine rotation becomes unstable due to the shift of the explosion timing. Such problems will occur.
[0115]
In contrast, in the special operation mode, the intake stroke IN, the first compression stroke, the first expansion stroke with combustion, the second compression stroke, the second expansion stroke without combustion, and the third compression stroke. And the third expansion stroke with combustion, and the exhaust stroke EX, the second cycle with combustion in the normal operation mode shown in FIG. Since the expansion stroke (seventh stroke) and the third expansion stroke (seventh stroke) with combustion in the special operation mode are the same period, when the operation mode is shifted, the engine timing is shifted due to the shift of the explosion timing. There is an advantage that it is possible to smoothly shift from the 4-cycle combustion control state to the 8-cycle combustion control state in accordance with the operating state of the engine without causing a situation in which the rotation becomes unstable.
[0116]
Then, as described above, when the engine is started, the passage discriminating means 51 discriminates whether the intake and exhaust flow paths are in the two-cylinder connection state or each cylinder independent state, and is in the two-cylinder connection state. In the case of the first combustion control at the time of starting the engine, the ignition of the fuel injected in the first time, that is, the second stroke is prohibited, so that 2 in the presence of a large amount of burned gas. In addition to effectively preventing misfiring due to the second combustion, the fuel injected in the first time is sufficiently agitated and mixed with fresh air in the combustion chamber according to the vertical movement of the piston. By making it burn effectively, the startability of the engine can be ensured.
[0117]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is configured to significantly improve fuel efficiency and reduce the pumping loss and reduce the pumping loss in the succeeding cylinders, and to provide a sufficient exhaust purification action with only a three-way catalyst. In the spark ignition type engine, the flow path of intake and exhaust is in an independent state of each cylinder or in a connected state of two cylinders according to a detection signal of an intake pulsation detecting means disposed in the intake passage to detect intake pulsation. Since it is configured to determine whether or not there is a path determination means, it is determined whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder corresponding to the normal operation mode or a two-cylinder connection state corresponding to the special operation mode. There are advantages that it is possible to easily and accurately discriminate, and that it is possible to execute control of an appropriate operation mode corresponding to the discrimination result.
[0118]
Further, according to the present invention, when the engine is started, it is determined whether the intake and exhaust flow paths are in an independent state of each cylinder or in a connected state of two cylinders according to a detection signal output from the intake pulsation detecting means. And the control of the operation mode corresponding to the determination result is executed by the start time control means, so that it is possible to effectively prevent a misfire state at the start of the engine and to start the engine. There is an advantage that can be effectively secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of an entire engine including an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an engine body and the like.
FIG. 3 is a block diagram of a control system.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation region.
FIG. 5 is a diagram showing an exhaust stroke, an intake stroke, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like of each cylinder.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing intake and exhaust flow paths during low load and low rotation.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing substantial intake and exhaust flow paths when the vehicle is in an operating region on a high load, high and low rotation side.
FIG. 8 is a diagram showing an exhaust stroke, an intake stroke, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like of each cylinder at the time of engine start.
FIG. 9 is a diagram showing an exhaust stroke, an intake stroke, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like of each cylinder when the engine is started.
FIG. 10 is a schematic plan view showing another embodiment of the path switching means and the like.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a switchable period of the on-off valve when shifting to an operation state in the case of the embodiment of FIG.
FIG. 12 is a schematic plan view of an entire engine equipped with a device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram of a control system in the embodiment of FIG.
14 is an explanatory diagram showing a combustion cycle, combustion injection timing and ignition timing of a cylinder in the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
2A to 2D cylinder
15 Intake passage
19 Airflow Sensor (Intake pulsation detection means)
20 Exhaust passage
22 Gas passage between cylinders
24 Three-way catalyst
35 Valve stop mechanism (path switching means)
40 ECU
41 Operating state discriminating means
42 Valve stop mechanism control means (path switching means)
43 Intake air amount control means (air-fuel ratio control means)
44 Fuel injection control means (air-fuel ratio control means)
51 route Discrimination means
52 Control means at start
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