JP2017008779A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の気筒休止運転時の騒音を低減させることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる気筒休止制御を実行可能な内燃機関の吸気系に設けられた吸気スロットル弁の制御を行う内燃機関の制御装置であって、気筒休止運転時に休止しない気筒に対して吸気を供給する通路上に配置された弁の休止時目標開度を記憶する記憶部と、前記休止時目標開度を参照して前記弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記休止時目標開度が、前記気筒休止状態における振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定される。
【選択図】図１４

Description

本発明は、気筒休止機構を備えた内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来、車両等に搭載された内燃機関を制御する技術として、複数の気筒のうちの一部の気筒での燃焼を停止させる気筒休止制御が知られている。気筒休止制御は、内燃機関の要求トルクが比較的小さい場合に実行される制御である。気筒休止運転時においては、一部の気筒の吸気弁及び排気弁が閉じた状態で維持されるとともに、当該気筒への燃料噴射が停止し、残りの気筒によって出力トルクを得る。このとき、残りの気筒によって全気筒運転時と同じ出力トルクを得るためには、吸気スロットル弁の開度を大きくすることになるため、ポンピングロス（吸気損失）が低減し、燃費特性が向上する。

ここで、内燃機関の吸気系では、各気筒への吸気によって圧力脈動（以下、この脈動を「吸気脈動」ともいう。）が生じる。例えば４気筒の内燃機関において、２気筒を休止させた場合、クランクシャフトが２回転する間の吸入回数が半分になるため、吸気脈動の周期も半分になる。これにより、内燃機関の吸気脈動によって生じる振動のモードが２次から１次に変わり、４気筒運転時に比べて低周波数の吸気音が大きくなる。一般に、気筒休止制御は、内燃機関の要求トルクが小さい運転領域で実行されるため、気筒休止運転時の吸気音の低周波成分は騒音として感じられやすい。

これに対して、吸気系に消音器を備えた内燃機関がある。例えば、特許文献１には、レゾネータを大型化することなく、全気筒運転時及び気筒休止運転時において、吸気騒音を低減できる内燃機関が開示されている。係る内燃機関は、第１レゾネータを備え、一方のシリンダバンクの気筒に通じる第１吸気通路と、第２レゾネータを備え、他方のシリンダバンクの気筒に通じる第２吸気通路と、第１吸気通路及び第２吸気通路を連通するバイパス通路と、第２吸気通路の第２レゾネータの上流側に設けられた開閉バルブとを備える。開閉バルブは、全気筒運転時に開かれ、気筒休止運転時に閉じられる。これにより、気筒休止運転時には、吸気通路が２つのレゾネータを備えた構成となるため、低周波数の騒音を低減することができる。

また、特許文献２には、複数の気筒群毎に独立した吸気系を有する内燃機関において、気筒休止運転時における騒音を低減するための吸気音低減装置が開示されている。係る内燃機関は、気筒休止運転時に、運転を休止させる気筒群の吸気系に備えられたスロットル弁の上流側と、運転させる気筒群の吸気系とを連通させる連通手段を備える。係る内燃機関では、運転を休止させる気筒の吸気系に備えられたエアクリーナが、運転させる気筒のレゾネータとして作用し、騒音を低減することができる。

特開２０１０−１６３９４５号公報 特開平８−３０３３１２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の内燃機関は、新気を取り入れる吸気通路から各シリンダバンクに向けて分岐した２系統の吸気系のそれぞれに、吸気スロットル弁、及び、レゾネータあるいはエアクリーナを備える内燃機関を対象としている上、２系統の吸気系を接続する連通路が設けられており、構成が複雑となる。

また、低周波数の音を低減するには、大容量あるいは長尺の消音器が必要になり、車両のエンジン室におけるレイアウト上、設置が困難な場合が多い。したがって、新たに消音器を追加したり、新たに特許文献１及び２に記載されたような連通路を設けたりすることなく、低周波数の音を低減できることが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内燃機関の気筒休止運転時の騒音を低減させることが可能な、内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる気筒休止制御を実行可能な内燃機関の吸気系に設けられた吸気スロットル弁の制御を行う内燃機関の制御装置であって、気筒休止運転時に休止しない気筒に対して吸気を供給する通路上に配置された弁の休止時目標開度を記憶する記憶部と、前記休止時目標開度を参照して前記弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記休止時目標開度が、前記気筒休止状態における振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定される、内燃機関の制御装置が提供される。

前記振動騒音のレベルとして、全気筒運転状態から前記気筒休止状態に移行したことにより増大し得る低周波数の吸気音のレベルに基づいて、前記休止時目標開度が設定されてもよい。

前記弁が、吸気スロットル弁であってもよい。

前記弁が、コレクタ部と前記休止しない気筒とを接続する接続管に備えられた弁であってもよい。

前記弁が、前記気筒内にタンブル流を生成するための弁であってもよい。

前記燃料消費率として、前記弁の前後での吸気損失、及び、休止されない気筒における燃焼遅れ損失に基づいて、前記休止時目標開度が設定されてもよい。

前記休止時目標開度が、前記振動騒音のレベルが所定値未満であり、前記吸気損失が所定値未満であり、かつ、前記燃焼遅れ損失が所定値未満である値に設定されてもよい。

前記内燃機関は排気再循環装置を備え、前記休止時目標開度は、排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁の開度、及び、吸気弁の進角量の少なくとも一方とともに設定されてもよい。

本発明によれば、内燃機関の気筒休止運転時の騒音を低減させることができる。

本発明の実施の形態にかかる内燃機関の概略構成を示す模式図である。 内燃機関の吸気系の構成例を示す模式図である。 内燃機関の吸気系で発生する吸気脈動を示す説明図である。 内燃機関の振動騒音を示す説明図である。 吸気脈動損失の測定区間を示す説明図である。 気筒休止運転時における吸気スロットル開度と吸気脈動損失との関係を区間ごとに示す説明図である。 全気筒運転時における吸気スロットル開度と吸気脈動損失との関係を区間ごとに示す説明図である。 吸気スロットル開度と吸気音レベルとの関係を示す説明図である。 吸気スロットル開度と燃料消費率との関係を示す説明図である。 吸気スロットル開度と内燃機関のエネルギ損失との関係を示す説明図である。 吸気スロットル開度と吸気損失との関係を示す説明図である。 吸気スロットル開度と燃焼遅れ損失との関係を示す説明図である。 吸気スロットル開度と燃焼損失との関係を示す説明図である。 エンジン回転数と吸気スロットル開度との関係を示す説明図である。 吸気スロットル弁の制御方法の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、実質的に同一の機能構成を有する構成要素を、同一の符号の末尾に異なるアルファベットを付することによって区別する場合もある。

＜１．内燃機関の構成＞
（１−１．全体構成）
まず、本実施形態にかかる内燃機関の全体構成の一例について説明する。図１は、内燃機関１００の構成例を概略的に示す模式図である。図１は、水平対向型の内燃機関１００の構成を示す説明図である。図１に示す内燃機関１００では、気筒♯１，♯２が車両の前方側に位置する。

かかる内燃機関１００は、シリンダブロック１０１ａ、シリンダヘッド１０１ｂ、ピストン１０４、コネクティングロッド１０６、点火プラグ１０８、吸気弁１１０ａ、排気弁１１０ｂ、カム機構１１１及びクランクシャフト１１５を備える。シリンダブロック１０１ａには、複数の気筒♯１，♯２，♯３，♯４が設けられる。図１の例では、４つの気筒♯１，♯２，♯３，♯４がシリンダブロック１０１ａに設けられている。このうち、２つの気筒♯１，♯３が右バンクの気筒群を構成し、残りの２つの気筒♯２，♯４が左バンクの気筒群を構成する。

シリンダヘッド１０１ｂは、右バンク及び左バンクそれぞれにおいて、気筒♯１，♯３（♯２，♯４）の軸方向の両端部のうち、クランクシャフト１１５側とは反対側の端部を閉じるように設けられる。各気筒♯１，♯２，♯３，♯４にはそれぞれピストン１０４が進退移動可能に保持されている。シリンダヘッド１０１ｂと、上死点にあるときのピストン１０４の冠面によって燃焼室Ｃが画成される。ピストン１０４は、燃焼室Ｃ内での燃料の燃焼によって直線往復運動を行う。当該直線往復運動は、コネクティングロッド１０６を介してクランクシャフト１１５に回転運動として伝達される。

内燃機関１００は、吸気系２００と、図示しない排気系とに接続される。吸気系２００は、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に対して吸入空気を供給する。吸気系２００は、吸気スロットル弁２１０が設けられた吸気通路２０２と、吸気通路２０２に接続されたコレクタ部２０４と、コレクタ部２０４から分岐して各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に接続された複数の接続管２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄとを備える。また、排気系は、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４から燃焼ガスを排出する。シリンダヘッド１０１ｂには、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４ごとに、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが備えられる。

吸気弁１１０ａは、吸気系２００と各燃焼室Ｃとの間の吸気ポートを開閉する。吸気行程において、吸気弁１１０ａが開弁することにより、吸気ポートを介して各燃焼室Ｃに吸気が取り込まれる。排気弁１１０ｂは、排気系と各燃焼室Ｃとの間の排気ポートを開閉する。排気行程において、排気弁１１０ｂが開弁することにより、排気ポートを介して、燃焼ガスが各燃焼室Ｃから排出される。吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉動作は、カム機構１１１によって行われる。

カム機構１１１は、カムシャフト１１２と、当該カムシャフト１１２に固定されるカム１１４とを備える。カムシャフト１１２は、内燃機関のクランクシャフト１１５に図示しないギヤを介して連結され、クランクシャフト１１５の回転に伴って回転する。吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂは、図示しない復帰用バネを備える。カムシャフト１１２の回転に伴ってカム１１４が回転し、カム１１４のカム山が直接的又は間接的に吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むことによって吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが開かれる。

図１に示した内燃機関１００では、カム１１４と吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂとの間にロッカーアーム３０が備えられる。吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂは、ロッカーアーム３０を介してカム１１４によって押し込まれる。また、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂは、カム１１４による吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの押し込みから解放されると、復帰用バネによって元の位置に戻される。

また、気筒♯１，♯２には、カム１１４によるロッカーアーム３０の押し込み動作が吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂに伝達されないようにするための気筒休止機構６０が設けられている。気筒休止機構６０は、例えば、油圧回路を利用して構成される。具体的には、カム１１４により押圧される被押圧部と、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押圧する押圧部との係合及び脱離を、油圧の供給及び排出によって切り替え可能な気筒休止機構とすることができる。ただし、気筒休止機構６０は、かかる構成以外の機構であってもよい。

各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に備えられる吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの数は適宜設定することができる。本実施形態では、気筒♯１，♯２，♯３，♯４ごとに、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが２つずつ備えられており、それぞれの吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂが吸気ポートあるいは排気ポートを開閉する。図１中、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４には、吸気弁１１０ａの組が示されている。

各気筒♯１，♯２，♯３，♯４には、燃焼室Ｃに臨むように図示しない燃料噴射弁が備えられる。燃料噴射弁は、例えばシリンダヘッド１０１ｂの壁面に固定される。かかる燃料噴射弁は、図示しない制御装置によって駆動制御され、燃焼室Ｃ内に燃料を噴射する。これにより、燃焼室Ｃ内に吸気と燃料との混合気が形成される。また、気筒休止運転時においては、休止対象への燃料噴射は行われない。なお、燃料噴射弁は、燃焼室Ｃ内に燃料を直接噴射する形式のものに限られない。燃料噴射弁が吸気ポートよりも上流に備えられ、あらかじめ形成された混合気が吸気ポートから燃焼室Ｃに導入されてもよい。

シリンダヘッド１０１ｂには、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４の燃焼室Ｃに臨むように、点火プラグ１０８が設けられている。点火プラグ１０８は、図示しない制御装置によって駆動制御され、各燃焼室Ｃ内に形成された混合気に点火する。これにより、燃焼室Ｃ内で燃焼を生じ、ピストン１０４が押し下げられて、クランクシャフト１１５が回転する。なお、本明細書において、ピストン１０４の上昇とは、ピストン１０４が燃焼室Ｃ側に移動することをいい、ピストン１０４の下降とは、ピストン１０４がクランクシャフト１１５側に移動することをいう。

クランクシャフト１１５は、クランクピン１１６、クランクジャーナル１１８及びこれらと連結されるクランクアーム１２０を備える。クランクピン１１６はコネクティングロッド１０６と連結される。ピストン１０４の直線往復運動によってクランクアーム１２０が回転し、クランクアーム１２０の回転によってクランクジャーナル１１８が回転する。クランクシャフト１１５は、図示しない駆動伝達装置に連結され、内燃機関１００の出力トルクが駆動伝達装置に伝達される。

（１−２．吸気系の構成）
図２は、内燃機関１００の吸気系２００を示す模式図である。図２は、一つの気筒♯１の吸気系２００を示している。

吸気系２００は、吸気通路２０２と、コレクタ部２０４と、接続管２０６ａとを備える。吸気通路２０２は、エアクリーナ２０８と、吸気スロットル弁２１０と、サイドブランチ型消音器２１２と、ヘルムホルツ型消音器２１４とを備える。なお、コレクタ部２０４には、他の気筒♯２，♯３，♯４に対して接続された接続管２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄが接続されている。吸気系２００は、吸気開口２０２ａから取り入れた新気を気筒♯１に導く。なお、気筒♯１には排気系２５０が接続されている。

吸気スロットル弁２１０は、制御装置３００によって制御され、吸気通路２０２を流れる新気の流量を調節する。吸気スロットル弁２１０は、吸気通路２０２内に備えられ、電動モータ等によって軸回転させられることにより、弁開度が変化する。これにより、吸気通路２０２の通路面積が変化し、新気の流量が調節される。吸気スロットル弁２１０の開度は、内燃機関１００の要求トルクや回転数に基づき、あらかじめ作成した目標開度マップを参照して決定される。

また、吸気スロットル弁２１０の目標開度は、４気筒運転時と気筒休止運転時とでは異なる。気筒休止運転時の吸気スロットル弁２１０の目標開度である休止時目標開度は、２気筒運転時においても４気筒運転時のトルクと同じトルクを内燃機関１００から出力するために、通常、４気筒運転時の吸気スロットル弁２１０の目標開度よりも大きくされる。これにより、気筒休止運転時において、１気筒当たりの吸気の充填量が増大し、１気筒当たりで発生するトルクが増大する。

エアクリーナ２０８は、取り入れた新気に含まれる異物を捕集する。エアクリーナ２０８の下流側には、新気の流量を測定するための図示しないエアフローメータが設けられる。また、吸気通路２０２の吸気スロットル弁２１０の上流側には、排気の一部を吸気系２００に戻すためのＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路２３１が接続されている。この場合、ＥＧＲ通路２３１の途中にはＥＧＲ弁２３３が備えられる。ＥＧＲ弁２３３は、制御装置３００により制御されるステッピングモータ等によって軸回転されることにより、弁開度が変化する。これにより、ＥＧＲ通路２３１の通路面積が変化し、ＥＧＲガスの流量が調節される。ＥＧＲ弁２３３の開度は、あらかじめ作成した目標開度マップを参照して決定される。なお、ＥＧＲ弁２３３は、軸回転する形式の弁体に限らず、直動式等の弁体であってもよい。

コレクタ部２０４は、吸気を一時的に蓄え、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に対して吸気を均一に分配する機能を有する。接続管２０６ａは、コレクタ部２０４から分岐して気筒♯１に接続され、コレクタ部２０４内の吸気を気筒♯１に導く。接続管２０６ａと気筒♯１との間には吸気ポート２２０が介在し、当該吸気ポート２２０は吸気弁１１０ａによって開閉される。気筒♯１のピストン１０４が下降する期間に吸気弁１１０ａを開くことによって、吸気が気筒♯１内に吸入される。吸気弁１１０ａはカム１１４の回転により開閉される。吸気弁１１０ａの開弁時期は、制御装置３００によって進角制御機構１５０を作動し、カム１１４の位相を進角及び遅角することによって調節される。

吸気通路２０２に備えられたサイドブランチ型消音器２１２及びヘルムホルツ型消音器２１４は、所定周波数の吸気音を低減する。サイドブランチ型消音器２１２は、開口端が吸気通路２０２に接続され、他端側が閉じられた管状の部材であり、低減させたい周波数成分に応じて長さが設定されている。サイドブランチ型消音器２１２は、吸気通路２０２内で発生している音のうちの特定の周波数成分をサイドブランチ型消音器２１２内で共鳴させることにより、当該周波数成分の音を低減する。サイドブランチ型消音器２１２は、特定の周波数成分がサイドブランチ型消音器２１２内に進入したときに、内部で空気が激しく振動し、側壁との摩擦損失により音のエネルギが失われることで、特定周波数の音を低減する。サイドブランチ型消音器２１２の長さＬｓと、共鳴周波数ｆｎとの関係は、下記式（１）で表すことができる。

ｆｎ：共鳴周波数
Ｌｓ：消音器の長さ
ｎ：次数（ｎ＝１，２，・・・）
Ｃ：音速

また、ヘルムホルツ型消音器２１４は、管状部の開口端が吸気通路２０２に接続され、他端側に拡張室（共鳴室）を備えた共鳴器であり、低減させたい周波数成分に応じて管状部の長さや断面積、あるいは、拡張室の容積が設定されている。ヘルムホルツ型消音器２１４は、吸気通路２０２内で発生している音のうちの特定の周波数成分がヘルムホルツ型消音器２１４内に進入したときに、管状部の空気が激しく振動して、管状部の側壁との摩擦損失により音のエネルギが失われることで、特定周波数の音を低減する。ヘルムホルツ型消音器２１４における管状部の長さＬｈと、共鳴周波数ｆｎとの関係は、下記式（２）で表すことができる。

ｆｎ：共鳴周波数
Ｌｈ：管状部の長さ
Ｓｈ：管状部の断面積
Ｖ：拡張室の容積
ｎ：次数（ｎ＝１，２，・・・）
Ｃ：音速

サイドブランチ型消音器２１２及びヘルムホルツ型消音器２１４は、それぞれ異なる周波数成分の脈動を減衰させる。また、サイドブランチ型消音器２１２及びヘルムホルツ型消音器２１４は、減衰させる周波数成分に応じて、それぞれ複数設置されていてもよい。ただし、サイドブランチ型消音器２１２及びヘルムホルツ型消音器２１４によって消音しようとする音の周波数が低くなるほど、長尺又は大容量の消音器とする必要があり、エンジン室内でのレイアウト上、許容限度がある。

＜２．吸気騒音＞
次に、吸気系２００で生じる吸気騒音について説明する。図３は、吸気系２００を一端閉、一端開の管路と見たときの定在波を示した図である。

図３の上図は、振動のモードが２次であるときの定在波を示している。次数が２次である場合、開口端となる吸気開口２０２ａを節とし、吸気が行われる気筒♯１（♯２，♯３，♯４）側の端部を腹として、吸気系２００の全長の４／３の波長の定在波が発生する。これに対して、図３の下図は、振動のモードが１次であるときの定在波を示している。次数が１次である場合、開口端となる吸気開口２０２ａを節、吸気が行われる気筒♯１（♯２，♯３，♯４）側の端部を腹として、吸気系２００の全長の４倍の波長の定在波、すなわち、２次の場合よりも周波数が低い定在波が発生する。

ここで、内燃機関１００の基本次数は、運転する気筒数（吸気タイミング）によって変化する。すなわち、吸気による起振力によって吸気系２００に生じる吸気脈動の周波数は、運転する気筒数によって変化する。具体的には、４気筒運転時の基本次数は２次であるのに対し、気筒休止運転（２気筒運転）時の基本次数は１次であり、気筒休止運転時の吸気脈動の周波数は、４気筒運転時の周波数の１／２となる。例えば、内燃機関１００の回転数が１８００ｒｐｍの場合、基本次数が２次の場合及び１次の場合の周波数は、それぞれ６０Ｈｚ、３０Ｈｚになる。

このように、内燃機関１００の４気筒運転時の吸気脈動の周波数は、基本次数が２次の場合の周波数が支配的になり、気筒休止運転時の吸気脈動の周波数は、基本次数が１次の場合の周波数が支配的になる。そのため、吸気系２００が４気筒運転時の吸気騒音の低減を基本思想として設計されている場合には、基本次数が２次の場合の周波数域の音が低減される一方、基本次数が１次の場合の周波数域の音に対する感度が高くなり、低周波域の吸気騒音が大きくなる。

図４は、４気筒運転時及び気筒休止運転時（２気筒運転時）において内燃機関１００から生じる振動騒音の強度を示す概念図である。内燃機関１００が４気筒運転から２気筒運転に切り替わると、吸気脈動による音の低周波成分が大きくなることから、低周波数の振動騒音の強度が相対的に大きくなる。なお、２気筒運転時に発生する低周波数の音を、吸気通路２０２に外付けするサイドブランチ型消音器やヘルムホルツ型消音器で減衰させるには、長尺あるいは大容量の消音器とする必要があるため、エンジン室内のレイアウト上、実現が困難である。

＜３．内燃機関の制御装置＞
次に、本実施形態に係る内燃機関１００の制御装置３００について説明する。制御装置３００は、主としてマイクロコンピュータ等を備えて構成される。図２に示したように、制御装置３００は、記憶部３１０と、制御部３２０とを備える。

（３−１．記憶部）
記憶部３１０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子に代表される記憶装置である。記憶部３１０には、吸気スロットル弁２１０の目標開度の情報、ＥＧＲ弁２３３の目標開度の情報、及び吸気弁１１０ａの進角量の情報が記憶されている。本実施形態では、記憶部３１０には、全気筒運転時の目標開度の情報である第１のスロットル開度マップと、休止時目標開度の情報である第２のスロットル開度マップとが記憶されている。同様に、記憶部３１０には、全気筒運転時の目標開度及び進角量の情報と、気筒休止運転時の目標開度及び進角量の情報とが記憶されている。

（３−２．制御部）
制御部３２０は、例えば、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される機能とし得る。制御部３２０は、内燃機関１００の回転数及び要求トルクに応じて切り替えられる全気筒運転又は気筒休止運転に応じて、対応する目標開度あるいは進角量の情報を参照し、吸気スロットル弁２１０、ＥＧＲ弁２３３及び吸気弁１１０ａを制御する。特に、制御部３２０は、気筒休止運転時において、吸気音を低減しつつ、燃費特性が向上するように、吸気スロットル弁２１０の開度、ＥＧＲ弁２３３の開度及び吸気弁１１０ａの進角量を制御する。以下、気筒休止運転時における吸気スロットル弁２１０の目標開度の制御について説明する。

（３−３．気筒休止時の吸気スロットル弁の制御）
気筒休止制御は、燃費特性の向上を目的として行われる制御であり、気筒休止運転時においては、吸気損失（ポンピングロス）の発生を抑えるために、一般的に、吸気スロットル弁２１０は全開にされる。したがって、気筒休止運転時において吸気系２００内で生じる吸気脈動は、図３に示した気筒休止運転時の状態になっている。これに対して、本実施形態に係る内燃機関１００では、休止時目標開度が、気筒休止運転時の振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定されている。これにより、気筒休止制御本来の目的である燃費特性の向上と、気筒休止運転時に発生する低周波数の音の低減との両立が図られている。

なお、本明細書において、「燃料消費率」とは、内燃機関の所定の出力トルクを得るために必要な燃料の量を意味する。また、本明細書において、「燃費特性が良い」ことは、燃料消費率が低いことを意味する。

本実施形態に係る内燃機関１００では、吸気スロットル弁２１０がコレクタ部２０４の上流側の吸気通路２０２に配置されている。係る吸気スロットル弁２１０の配置位置は、吸気開口２０２ａを基点とする吸気系２００全体の長さに対して、終点近くに位置する。本実施形態に係る内燃機関１００に限らず、吸気スロットル弁２１０は、吸気系２００全体の長さに対して終点近くに位置することが一般的である。すなわち、吸気スロットル弁２１０は、気筒休止運転時に発生する圧力脈動の腹に近い位置に位置することとなる。吸気脈動を小さくするには、吸気脈動の腹の位置において吸気スロットル弁２１０の開度を絞ることが有効である。

図５〜図７は、吸気系２００の各区間における吸気脈動損失と吸気スロットル弁２１０の開度との関係を示す説明図である。図５は、吸気脈動損失の測定区間を示す説明図である。図６は、気筒休止運転時の吸気系２００の各区間における吸気脈動損失及び吸気脈動損失の合計量を、吸気スロットル弁２１０の開度ごとに示す説明図である。図７は、全気筒運転時の吸気系２００の各区間における吸気脈動損失及び吸気脈動損失の合計量を、吸気スロットル弁２１０の開度ごとに示す説明図である。図６及び図７の吸気脈動損失は、内燃機関１００の回転数が１８００ｒｐｍの場合の例を示している。

図５〜図７に示すように、全気筒運転時及び気筒休止運転時ともに、吸気スロットル開度が３０％以上の領域では、吸気脈動損失は小さく、吸気脈動の抑制効果は限定的である。一方、全気筒運転時及び気筒休止運転時ともに、吸気スロットル開度が２０％以下になると、吸気スロットル弁２１０の前後で吸気脈動損失が大きくなっている。また、吸気系２００全体での吸気脈動損失の合計は、全気筒運転時に比べて、気筒休止運転時の方が大きくなっている。これは、吸気スロットル弁２１０が、気筒休止運転時の吸気脈動の腹に近い位置に位置するからである。したがって、気筒休止運転時において、吸気スロットル弁２１０の開度を絞ることにより、気筒休止運転時に発生する音の低周波成分を低減できることが分かる。

図８は、気筒休止運転時における吸気スロットル開度（％）と吸気音レベル（ｄＢ）との関係を示している。図８に示した例では、吸気スロットル開度が０〜３０％までの領域において、吸気音レベルが大きく変化（増大）する。また、吸気スロットル開度が３０％を超える領域においては、吸気音レベルは大きく変化していない。仮に、気筒休止運転時に発生する吸気音の最大許容値をαとした場合、吸気スロットル開度は２２〜２３％程度未満に設定される必要がある。

一方、吸気スロットル弁２１０の開度を絞り過ぎると、吸気損失が増大するとともに、休止されない気筒♯３，♯４における燃焼遅れが発生して、燃料消費率が増加し得る。気筒休止制御の本来の目的は燃費特性の向上にあるため、吸気スロットル弁２１０の開度を絞るに当たっては、燃料消費率の低減を実現可能な範囲を超えないように考慮することが求められる。具体的には、燃料消費率は、内燃機関１００のエネルギ損失の影響を受け得るため、当該エネルギ損失が大きくならないように、吸気スロットル弁２１０の目標開度が設定される必要がある。

図９は、気筒休止運転時における吸気スロットル開度（％）とＢＳＦＣ（正味燃料消費率：ｇ／ｋＷｈ）との関係を示す説明図である。図１０は、気筒休止運転時における吸気スロットル開度（％）と内燃機関１００のエネルギ損失との関係を示す説明図である。それぞれの図において、実線が、休止されない気筒♯３，♯４の吸気弁１１０ａの進角量が１０度の場合のデータであり、破線が、当該進角量が２０度の場合のデータである。図９及び図１０に示すように、内燃機関１００のエネルギ損失が大きくなるほど、燃料消費率が増加することが分かる。一方、図９及び図１０に示した例では、吸気スロットル開度が１２〜１３％前後を上回る領域において、燃料消費率及びエネルギ損失ともに大きな変化が見られない。

ここで、内燃機関１００のエネルギ損失の主たる要素は、吸気損失、燃焼遅れ損失及び燃焼損失である。図１１〜図１３は、吸気スロットル開度（％）と、吸気損失（％）、燃焼遅れ損失（％）あるいは燃焼損失（％）との関係をそれぞれ示す説明図である。また、それぞれの図において、実線が、休止されない気筒♯３，♯４の吸気弁１１０ａの進角量が１０度の場合のデータであり、破線が、当該進角量が２０度の場合のデータである。図１１〜図１３から分かるように、燃焼損失の値は、吸気損失及び燃焼遅れ損失の値に比べて相対的に小さく、内燃機関１００のエネルギ損失に与える影響は比較的小さい。したがって、内燃機関１００のエネルギ損失に影響を与える主な要因は、吸気損失及び燃焼遅れ損失であると言うことができる。

吸気損失は、吸気スロットル開度が大きくなるほど小さくなる。ただし、気筒休止運転時においては内燃機関１００の要求トルクが小さく、吸気スロットル弁２１０を通過する吸気の流量が小さい。そのため、図１１に示した例では、吸気スロットル弁２１０の開度を２０度程度にすることにより、吸気スロットル弁２１０の前後のブースト作用がほぼゼロになっている。したがって、吸気スロットル弁２１０の開度が２０度以上になっていれば、吸気スロットル弁２１０の開度に対する吸気損失の感度が無くなることが分かる。

また、燃焼遅れ損失は、吸気に占めるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）が過大になると悪化する。そのため、ＥＧＲ弁２３３の開度を大きくして外部ＥＧＲ量を大きくしたり、あるいは、吸気弁１１０ａを開く時期を進角させて内部ＥＧＲ量を大きくしたりすると、燃焼遅れ損失が増大する場合がある。外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量は、目標ＥＧＲ率に応じて、吸気スロットル開度とも関連付けて適合される。図１２に示した例では、吸気スロットル開度が１０％前後の領域において、燃焼遅れ損失が増大している。

すなわち、吸気損失及び燃焼遅れ損失をともに小さくし得る吸気スロットル開度が、燃費特性を向上可能な適合値となり得る。本実施形態では、吸気音レベルが最大許容値を超えない範囲で、吸気損失と燃焼遅れ損失とに基づいて、内燃機関１００のエネルギ損失が小さくなる吸気スロットル開度が休止時目標開度として設定される。これにより、気筒休止運転時における燃費特性の向上と吸気音の低減との両立が図られる。

例えば、図１４に示すように、気筒休止制御が実行され得る内燃機関１００の回転数の範囲において、吸気音レベルが最大許容値となる吸気スロットル開度（実線Ａ）を設定する。その後、当該最大許容値を下回る範囲において、燃費特性が最良となるように、吸気スロットル開度、吸気弁１１０ａの進角量及びＥＧＲ弁２３３の開度の適合を図る。これにより、燃費特性が最良となる吸気スロットル開度（破線Ｂ）が設定される。このようにして、休止時目標開度は、吸気音のレベルが所定の最大許容値α未満であり、かつ、吸気損失及び燃焼遅れ損失が所定値未満である値に設定される。

このように設定される休止時目標開度は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等により求められ、第２のスロットル開度マップとして記憶部３１０に記憶される。制御部３２０は、内燃機関１００の全気筒運転時には、記憶されている第１のスロットル開度マップを参照して、内燃機関１００の回転数に基づき吸気スロットル弁２１０の開度を決定し、吸気スロットル弁２１０の制御を行う。

また、制御部３２０は、内燃機関１００が気筒休止運転に切り替えられたときに、記憶されている第２のスロットル開度マップを参照して、内燃機関１００の回転数に基づき吸気スロットル弁２１０の開度を決定し、吸気スロットル弁２１０の制御を行う。これにより、気筒休止運転時に発生する低周波数の吸気音を低減しつつ、燃費特性を向上させることができる。

（３−４．フローチャート）
図１５は、制御装置３００により実行される吸気スロットル弁２１０の制御方法を示すフローチャートの例である。

制御部３２０は、ステップＳ１２において、内燃機関１００が気筒休止運転状態にあるか否かを判別する。内燃機関１００を全気筒運転とするか気筒休止運転とするかは、内燃機関１００の要求トルクや回転数等に応じて別途決定され、制御部３２０は、現在の運転状態を読み取ることによって、上記判別を行う。

内燃機関１００が全気筒運転状態にある場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、制御部３２０は、ステップＳ１８に進み、第１のスロットル開度マップを参照しながら、内燃機関１００の回転数等に基づき、吸気スロットル弁２１０の目標開度を決定する。一方、内燃機関１００が気筒休止運転状態にある場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、制御部３２０は、ステップＳ１４に進み、第２のスロットル開度マップを参照しながら、内燃機関１００の回転数等に基づき、吸気スロットル弁２１０の目標開度を決定する。

ステップＳ１４あるいはステップＳ１８で吸気スロットル弁２１０の目標開度が決定された後は、ステップＳ１６に進み、制御部３２０は、目標開度に従って吸気スロットル弁２１０の開度を制御する。これにより、気筒休止運転時において発生する低周波数の吸気音を低減することができる。なお、ステップＳ１４あるいはステップＳ１８において、吸気スロットル弁２１０の目標開度を決定する際に、全気筒運転及び気筒休止運転相互の切り替えの場合等において目標開度が大きく変化することのないように、所定の時定数を用いて適宜目標開度を補正してもよい。

＜４．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関１００は、気筒休止運転時の吸気スロットル弁２１０の開度が、気筒休止運転時に生じる低周波数の吸気音が低減され、かつ、燃料消費率が低減するように設定されている。したがって、本実施形態に係る内燃機関１００は、吸気通路２０２に取り付ける消音器を増やすことなく、気筒休止運転時の振動騒音を低減することができる。これにより、エンジン室内での内燃機関１００のレイアウト上も有利になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施の形態においては、４気筒水平対向型の内燃機関１００を例に採って説明したが、内燃機関の構成は上記の例に限られない。内燃機関は、６気筒や８気筒、１２気筒等、種々の気筒数の内燃機関としてもよい。また、内燃機関は水平対向型のものに限られず、Ｖ型の内燃機関や直列式の内燃機関であってもよい。

また、上記実施の形態においては、コレクタ部２０４よりも上流側の吸気通路２０２に吸気スロットル弁２１０が設けられていたが、吸気スロットル弁２１０の配置位置は上記の例に限られない。例えば、コレクタ部２０４から各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に接続された接続管２０６、あるいは、内燃機関のバンクごとに吸気スロットル弁２１０が設けられている場合においても、本発明を適用することができる。すなわち、吸気スロットル弁２１０の配置位置にかかわらず、気筒休止運転時に休止されない気筒に対して供給される吸気量を制御する吸気スロットル弁２１０の目標開度を、吸気音のレベル及び燃料消費率に基づき設定することによって、気筒休止運転時の吸気音を低減しつつ、燃費特性を向上させることができる。

また、上記実施の形態においては、気筒休止運転時における吸気スロットル弁２１０の開度を調節することにより、低周波数の吸気音を低減しつつ、燃費特性を向上させていたが、制御対象の弁は、吸気スロットル弁２１０に限られない。例えば、制御対象の弁は、休止対象ではない気筒♯３，♯４に供給される吸気をタンブル流とするためのＴＧＶ（Ｔａｍｂｌｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｖａｌｖｅ）であってもよい。ＴＧＶは、コレクタ部２０４から各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に接続される接続管２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄに設けられる弁であるが、そのうち、休止対象ではない気筒♯３，♯４に接続される接続管２０６ｃ，２０６ｄに設けられるＴＧＶによって接続管２０６ｃ，２０６ｄの流路面積を絞ることによっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

６０ 気筒休止機構
１００ 内燃機関
１１０ａ 吸気弁
１１０ｂ 排気弁
１５０ 進角制御機構
２００ 吸気系
２０２ 吸気通路
２０２ａ 吸気開口
２０４ コレクタ部
２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄ 接続管
２０８ エアクリーナ
２１０ 吸気スロットル弁
２１２ サイドブランチ型消音器
２１４ ヘルムホルツ型消音器
２２０ 吸気ポート
２３１ ＥＧＲ通路
２３３ ＥＧＲ弁
２５０ 排気系
３００ 制御装置
３１０ 記憶部
３２０ 制御部

Claims (8)

1. 複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる気筒休止制御を実行可能な内燃機関の吸気系に設けられた吸気スロットル弁の制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   気筒休止運転時に休止しない気筒に対して吸気を供給する通路上に配置された弁の休止時目標開度を記憶する記憶部と、
   前記休止時目標開度を参照して前記弁の開度を制御する制御部と、を備え、
   前記休止時目標開度が、気筒休止状態における振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定される、内燃機関の制御装置。
2. 前記振動騒音のレベルとして、全気筒運転状態から前記気筒休止状態に移行したことにより増大し得る低周波数の吸気音のレベルに基づいて、前記休止時目標開度が設定される、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記弁が、吸気スロットル弁である、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記弁が、コレクタ部と前記休止しない気筒とを接続する接続管に備えられた弁である、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記弁が、前記気筒内にタンブル流を生成するための弁である、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃料消費率として、前記弁の前後での吸気損失、及び、休止されない気筒における燃焼遅れ損失に基づいて、前記休止時目標開度が設定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記休止時目標開度が、前記振動騒音のレベルが所定値未満であり、前記吸気損失が所定値未満であり、かつ、前記燃焼遅れ損失が所定値未満である値に設定される、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関は排気再循環装置を備え、
   前記休止時目標開度は、排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁の開度、及び、吸気弁の進角量の少なくとも一方とともに設定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
   

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