JP2018155195A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人間の聴感での燃焼騒音の連続性を確保するように内燃機関を制御する。【解決手段】内燃機関の燃焼室内の圧力及び内燃機関の回転数を取得し、圧力の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に回転数を乗算して算出した、燃焼騒音のオーバーオールレベルとの相関が高い第１指標値と、燃焼室の圧力の一階クランク角微分値のピーク高さ比率およびピーク間隔を指標に加えて、それぞれの差分が急激に変化しないように内燃機関を制御することで、人間の聴感において感じられる燃焼騒音をより低減する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の騒音を制御するための内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関においては、経時劣化や運転状態に応じて燃焼騒音が生じることがある。内燃機関の燃焼騒音は、内燃機関が搭載される車両等の商品価値を高めるために重要な要素となる。特に、加減速時における燃焼騒音の変化は、運転者の操作に対して内燃機関が適切に反応しているかを示す指標となり、意図に反する不連続な燃焼騒音の変化が生じた場合には、運転者をはじめ乗員の不快感の原因となる。故に、不連続な燃焼騒音の変化を防止する技術が必要とされている。

燃焼騒音を低減させるために、メイン噴射に先立ってパイロット噴射が可能な燃料噴射装置を備え、燃焼圧力の二階時間微分値と目標値とが一致しないときに二階時間微分値が小さくなるようにパイロット噴射の噴射量を調整する構成を備えた内燃機関が開示されている（特許文献１）。また、筒内圧の最大値、燃焼による圧力上昇値の最大値、その一階時間微分値及び二階時間微分値の最大値、エンジン回転数から燃焼騒音を求め、燃焼騒音との相関が高い値を優先的に低減させるように制御を行う構成が開示されている（特許文献２）。

特開平１１−２４７７０３号公報 特開２００７−２７８０９８号公報

ところで、従来の内燃機関における燃焼騒音の低減方法では、燃焼騒音全体のレベルに応じた制御が行われるだけであった。すなわち、燃焼騒音における周波数に応じた騒音の低減がなされていなかった。したがって、人間が感じる聴感において効果的に燃焼騒音が低減されている保証がなかった。

例えば、特許文献１の技術では、筒内圧力から算出したｄ^２Ｐ／ｄｔ^２そのものを使用するために燃焼騒音の予測精度が悪く、相関が低いために制御を中止せざるを得ない場合がある。したがって、内燃機関の運転領域全域を制御対象とすることができない。また、ｄ^２Ｐ／ｄｔ^２により予測するのは燃焼騒音のオーバーオールレベルのみであり、燃焼騒音の周波数特性は制御対象としないので、聴感における連続性は保証されない。

また、特許文献２の技術では、燃焼圧力とモータリング圧力との差分を算出し、それ自体及び導関数の最大値を用いて指標を求めて制御を行う。しかしながら、予測するのは燃焼騒音のオーバーオールレベルのみであり、燃焼騒音の周波数特性は制御対象としないので、聴感における連続性は保証されない。さらに、噴射回数に応じて複数の指標を使用することから制御ロジックが複雑になり、噴射回数と筒内圧力変化率ピーク個数が一致しない条件では、適切に燃焼騒音を評価することが困難になる。特に、燃料噴射装置の高性能化により複数回の燃料噴射が行われる将来のエンジンでは、噴射回数と筒内圧力変化率ビーク個数の不一致による予測精度の悪化や制御の煩雑化が顕著となるおそれがある。

本発明の一つの態様は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備える内燃機関を制御する制御装置であって、前記燃焼室内の圧力及び前記内燃機関の回転数を取得し、前記圧力の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に前記回転数を乗算した第１指標値を算出し、前記第１指標値に応じて前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置である。なお、前記第１指標値は、図１７に示すように、燃焼騒音のオーバーオールレベルとの相関が高い。したがって、前記第１指標値に応じて前記内燃機関を制御することで、燃焼騒音のオーバーオールレベルを制御することができる。

ここで、現在のサイクルの前記燃焼室内の圧力の予測値を算出し、前記圧力の予測値の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に前記回転数を乗算した現在のサイクルにおける第１指標値を算出し、前のサイクルの前記燃焼室内の圧力の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に前記回転数を乗算した前のサイクルにおける第１指標値を算出し、現在のサイクルにおける第１指標値と前のサイクルにおける第１指標値の差分の絶対値が所定の第１基準値未満となるように前記内燃機関を制御することが好適である。

また、前記第１指標値の差分の絶対値が前記第１基準値以上となると予想されるとき、前記第１指標値の差分の絶対値が前記第１基準値未満となるように前記燃料噴射手段による燃料噴射パターンを制御することが好適である。

また、前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化に複数のピークが存在する場合、ピークの時間間隔又はクランク角間隔を第２指標値として、第１指標値及び第２指標値に応じて前記内燃機関を制御することが好適である。

また、現在のサイクルの前記燃焼室内の圧力の予測値を算出し、前記圧力の予測値の変化率の時間変化におけるピークの時間間隔又はクランク角間隔を現在のサイクルにおける第２指標値とし、前のサイクルの前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの時間間隔又はクランク角間隔を前のサイクルにおける第２指標値とし、現在のサイクルにおける第２指標値と前のサイクルにおける第２指標値の差分の絶対値が所定の第２基準値未満となるように前記内燃機関を制御することが好適である。

また、前記第２指標値の差分の絶対値が前記第２基準値以上となると予想されるとき、前記第２指標値の差分の絶対値が前記第２基準値未満となるように前記燃料噴射手段による燃料噴射パターンを制御することが好適である。

また、前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの高さの比率を第３指標値として、第３指標値が所定の第３基準範囲内の場合に第２指標値に応じて前記内燃機関を制御することが好適である。

また、前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの高さの基準としてモータリング時の燃焼室内の圧力変化率を用いることが好適である。

また、前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの高さの基準として当該ピークの直近の谷部の値を用いることが好適である。

また、前のサイクルの前記燃焼室内の圧力は、前のサイクルにおいて算出された前記燃焼室内の圧力の予測値とすることが好適である。

また、前のサイクルの前記燃焼室内の圧力は、前記燃焼室内の圧力を測定する圧力センサによって前のサイクルにおいて測定された前記燃焼室内の圧力の測定値とすることが好適である。

また、前記内燃機関における吸気絞り弁、排気再循環量制御弁、過給器の可変ベーンノズル及び過給器バイパス弁の少なくとも１つを制御することが好適である。

本発明によれば、人間の聴感での燃焼騒音の連続性を確保するように内燃機関を制御することができる。

本発明の実施の形態における内燃機関の制御システムの構成を示す図である。 第１の実施形態における内燃機関の制御方法のフローチャートを示す図である。 クランク角の時間変化に対する燃焼室内の圧力変化率（ｄＰ／ｄθ）の関係を示す図である。 圧力変化に伴う騒音の干渉を説明するための図である。 内燃機関の燃焼騒音の周波数スペクトルにおける干渉発生周波数の例を示す図である。 ピーク間隔と干渉発生周波数との関係の例を示す図である。 クランク角の時間変化に対するｄＰ／ｄθの関係を示す図である。 内燃機関の燃焼騒音の周波数スペクトルにおける干渉発生周波数での谷の深さの例を示す図である。 ピークの高さの比率と干渉発生周波数での谷の深さとの関係の例を示す図である。 第２の実施の形態における内燃機関の制御システムの構成を示す図である。 第２の実施形態における内燃機関の制御方法のフローチャートを示す図である。 第３の実施形態における内燃機関の制御方法のフローチャートを示す図である。 第４の実施形態における内燃機関の制御方法のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態における各指標値の時間変化例を示す図である。 本発明の実施の形態における内燃機関の制御方法を適用した際の燃焼騒音のオーバーオールレベルの時間変化を示す図である。 本発明の実施の形態における内燃機関の制御方法を適用した際の燃焼騒音の周波数スペクトルの時間変化を示す図である。 第１指標値と燃焼騒音のオーバーオールレベルとの相関関係を示す図である。

［内燃機関の制御システムの基本構成］
本発明の実施の形態における内燃機関の制御システム１００は、図１に示すように、内燃機関１０、燃料噴射手段１２、燃料供給手段１４及び制御装置１６を含んで構成される。内燃機関の制御システム１００は、制御装置１６に接続されたアクセルセンサ２０、ブレーキセンサ２２及び回転数センサ２４からの信号に基づいて要求値を実現し得るように内燃機関１０への燃料供給条件を変更することにより内燃機関１０を制御する。

内燃機関１０は、燃料噴射手段１２からの燃料（軽油やガソリン等）の供給を受けて、吸気口から供給される空気との混合気を燃焼室内で燃焼させてピストンを動かすことによって動力を発生させる。混合気の燃焼によって生ずる排気ガスは排気口から排出される。

燃料噴射手段１２は、噴射弁、レギュレータ等を含んで構成される。燃料噴射手段１２は、制御装置１６からの制御信号を受けて、制御信号で特定される噴射量、噴射時期（タイミング）及び噴射圧力で燃料を内燃機関１０の燃焼室内に噴射させる。燃料供給手段１４は、燃料タンクや燃料ポンプ等を含んで構成される。燃料供給手段１４は、燃料噴射手段１２に対して燃料を供給する。

制御装置１６は、内燃機関の制御システム１００を制御するための装置である。制御装置１６は、マイクロコンピュータを含んで構成することができる。

なお、アクセルセンサ２０は、内燃機関１０が搭載された車両等を加速する程度をユーザが入力するためのアクセルの操作量を検出して制御装置１６へ出力するセンサである。ブレーキセンサ２２は、内燃機関１０が搭載された車両等を減速する程度をユーザが入力するためのブレーキの操作量を検出して制御装置１６へ出力するセンサである。回転数センサ２４は、内燃機関１０のピストンに接続された回転軸の回転数（クランク角の変化）を検出して制御装置１６へ出力するセンサである。また、トルクセンサ（図示しない）をさらに備え、現在のトルクを検出して制御装置１６へ出力するようにしてもよい。

［第１の実施の形態における制御方法］
以下、第１の実施の形態における内燃機関の制御方法について説明する。第１の実施の形態における内燃機関の制御方法は、図２に示すフローチャートに沿って制御装置１６によって実行される。

なお、制御は、内燃機関１０の１サイクル毎又は所定の複数サイクル毎に行うことが好適である。以下の説明では、１サイクル毎に制御を行う例について説明するが、複数サイクル毎に制御を行う場合も同様に処理することができる。

ステップＳ１では、現在の内燃機関１０の回転数及びトルクが読み込まれる。制御装置１６は、回転数センサ２４から現在の内燃機関１０の回転数を取得する。また、制御装置１６は、燃料噴射量に基づいて現在の内燃機関１０のトルクを取得する。

ステップＳ２では、現在のアクセル及びブレーキの操作量が読み込まれる。制御装置１６は、アクセルセンサ２０からアクセルの現在の操作量及びブレーキセンサ２２からブレーキの現在の操作量を取得する。

ステップＳ３では、ステップＳ２において取得したアクセル及びブレーキの現在の操作量から内燃機関１０の目標回転数及び目標トルクを設定する。例えば、制御装置１６は、内蔵する記憶部に予め記憶された制御用マップに基づいてアクセル及びブレーキの現在の操作量から内燃機関１０の目標回転数及び目標トルクを設定する。制御用マップは、アクセルの操作量とブレーキの操作量との組み合わせ毎に内燃機関１０の目標回転数及び目標トルクを関連付けたデータベースである。また、制御装置１６は、制御用マップを用いる代わりに、アクセル及びブレーキの現在の操作量を引数とする目標回転数を算出するための関数及び目標トルクを算出する関数から内燃機関１０の目標回転数及び目標トルクを設定してもよい。目標回転数を算出するための関数及び目標トルクを算出する関数は、制御装置１６の記憶部に予め記憶させておけばよい。

ステップＳ４では、前サイクルにおける指標値が読み込まれる。制御装置１６は、記憶部に記憶されている前回のサイクルでの処理における指標値を読み出す。本実施の形態では、指標値は、内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐに関する値とする。

具体的には、第１指標値Ｑは、数式（１）で表され、内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの二階時間微分の二乗和に内燃機関１０の回転数Ｎｅを乗算した値とする。二乗和は、１サイクルに相当する時間に亘る和を求めたものである。１サイクルの二乗和に代えて、吸気バルブが開状態になり圧縮が開始されたタイミングから排気バルブが開状態にされて排気が開始されるタイミングまでの二乗和としてもよい。また、燃料を噴射するタイミングから燃焼終了までのタイミングまでの二乗和としてもよい。

また、第２指標値Ｒは、ｄＰ／ｄθで表される内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの一階クランク角微分値のピーク間隔（時間間隔又はクランク角間隔）とする。ここで、θは、内燃機関１０のクランク角である。また、第３指標値Ｓは、ｄＰ／ｄθで表される内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの一階クランク角微分値のピーク高さ比率とする。

図３は、ｄＰ／ｄθと内燃機関１０のクランク角θ（時間ｔ）との関係を示す例である。図３に示すように、クランク角θ（時間ｔ）の変化に対してｄＰ／ｄθが複数のピークを有する場合、図４に示すように、当該複数のピークがピークの間隔Δｔに対応して０．５次、１．５次・・・の干渉を起こす。その結果、図５に示すように、燃焼騒音の周波数スペクトル（ＣＮＬスペクトル）において、干渉発生周波数（０．５次）、干渉発生周波数（１．５次）・・・に騒音レベルの谷が発生する。図６は、ｄＰ/ｄθのピークの間隔Δｔに対して０．５次及び１．５次の干渉が発生する周波数をプロットした図である。図６に示すように、ｄＰ／ｄθのピークの間隔Δｔによって干渉発生周波数は変化する。したがって、燃焼騒音において干渉発生周波数を時間的に連続変化させる、すなわち干渉発生周波数を急激に変化させないためには、ｄＰ/ｄθのピークの間隔Δｔを急激に変化させないように内燃機関１０を制御すればよい。

図７は、ｄＰ／ｄθと内燃機関１０のクランク角θ（時間ｔ）との関係を示す例である。図７において、実線は内燃機関１０において燃焼が生じたときの圧力について１サイクルのｄＰ／ｄθの時間変化を示し、破線は内燃機関１０において燃焼が生じないとき圧力（モータリング圧力）について１サイクルのｄＰ／ｄθの時間変化を示す。ｄＰ／ｄθに複数のピークを有する場合、ピーク位置におけるモータリング時の燃焼室内の圧力変化率を基準としたピークの高さの比率を求めることができる。なお、ピークの高さの基準は、ピークに一番近い谷部（ｄＰ／ｄθの微分値が０となる極小点）の値としてもよい。図８に示すように、ｄＰ／ｄθのピークの高さの比率は燃焼騒音の周波数スペクトル（ＣＮＬスペクトル）における干渉発生周波数（０．５次）、干渉発生周波数（１．５次）・・・での騒音レベルの谷の深さ（レベル）に相関がある。図９は、ｄＰ／ｄθのピークの高さの比率に対する燃焼騒音の周波数スペクトル（ＣＮＬスペクトル）の干渉発生周波数（０．５次）、干渉発生周波数（１．５次）における谷の深さの関係を示す。図９に示すように、ｄＰ／ｄθのピークの高さの比率は燃焼騒音の周波数スペクトル（ＣＮＬスペクトル）における谷の深さと相関関係を示す。したがって、干渉発生周波数における音を時間的に連続させて変化させる、すなわち干渉発生周波数の音を急激に変化させないためには、周波数スペクトル（ＣＮＬスペクトル）における谷が深さに対してｄＰ/ｄθのピークの高さの比率の影響が大きい範囲（図９中、例えば基準範囲ｓ）において干渉発生周波数の音が急激に変わらないように内燃機関１０を制御すればよい。

なお、本実施の形態では、内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの二階時間微分の二乗和に内燃機関１０の回転数Ｎｅを乗算した値を第１指標値Ｑとしたが、時間ｔの代わりに内燃機関１０のクランク角θを用いてもよい。また、内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの一階クランク角微分値のピーク高さ比率及びピーク間隔を第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓとしたが、クランク角θの代わりに時間ｔを用いてもよい。すなわち、内燃機関１０のクランク角θは時間ｔと共に変化するので、時間ｔとクランク角θは相互に入れ替えても本実施の形態における制御と同様の結果を得ることができる。

ステップＳ５では、制御装置１６は、現在のサイクルにおける過給圧力、吸入ガス温度、排気再循環率を取得又は算出する。制御装置１６は、ステップＳ２において取得したアクセル及びブレーキの現在の操作量、又は、ステップＳ３において求められた内燃機関１０の目標回転数及び目標トルクに基づいて現在のサイクルにおける内燃機関１０の過給圧力、吸入ガス温度、排気再循環率を決定する。例えば、制御装置１６は、圧力センサ（図示しない）によって過給圧力を取得することができる。また、制御装置１６は、内蔵する記憶部に予め記憶された制御用モデルに基づいて吸入ガス温度及び排気再循環率を算出すればよい。すなわち、現在の内燃機関１０の状態を表す状態量をパラメータとする内燃機関１０のモデルに基づいて、当該状態量をモデルに当て嵌めることによって吸入ガス温度及び排気再循環率を算出することができる。なお、内燃機関１０の過給圧力、吸入ガス温度、排気再循環率の取得方法はこれに限定されるものではなく、既知の方法を適用して求めればよい。

ステップＳ６では、制御装置１６は、現在のサイクルにおける燃料噴射パターン（燃料噴射量、噴射時期、噴射圧力、噴射回数）を設定する。制御装置１６は、ステップＳ３において求められた目標回転数及び目標トルクに基づいて現在のサイクルにおける燃料噴射パターンを決定する。例えば、制御装置１６は、内蔵する記憶部に予め記憶された制御用マップに基づいて燃料噴射パターンを設定すればよい。制御用マップは、目標回転数と目標トルクの組み合わせ毎に燃料噴射パターンを関連付けたデータベースである。また、目標回転数や目標トルクの代わりに、アクセルの操作量やブレーキの操作量を用いて燃料噴射パターンを設定するようにしてもよい。

ステップＳ７では、内燃機関１０の燃焼室内の圧力の予測値を算出する。制御装置１６は、ステップＳ５にて求められた現在のサイクルにおける過給圧力、吸入ガス温度、排気再循環率及びステップＳ６にて求められた燃料噴射パターンに基づいて内燃機関１０の燃焼室内の圧力の予測値を算出する。制御装置１６は、内燃機関１０の燃焼特性モデルに共付いて、過給圧力、吸入ガス温度、排気再循環率及び燃料噴射パターンを含む内燃機関１０の状態量をパラメータとして内燃機関１０の燃焼室内の圧力を１サイクルの時間に亘って算出する。

なお、後述するステップＳ１１からステップＳ７へ移行してきた場合、ステップＳ６にて設定された燃料噴射パターンの代わりに、ステップＳ１１にて変更された燃料噴射パターンを用いて圧力の予測値を算出する。

ステップＳ８では、内燃機関１０の燃焼室内の圧力の予測値に基づいて指標値を算出する。制御装置１６は、ステップＳ７にて算出された圧力の予測値とステップＳ１で読み込んだ現在の回転数とから現在の内燃機関１０の燃焼室内の圧力の予測値に対する第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓを算出する。第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓは、それぞれステップＳ４にて説明した前サイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓと同様に算出することができる。

ステップＳ９では、指標値に基づいて処理の分岐の判断が行われる。制御装置１６は、ステップＳ４にて読み込まれた前サイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値ＳとステップＳ８にて算出された現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓの関係に応じて処理の分岐を判断する。

制御装置１６は、後述する繰り返し回数Ｍが所定の基準回数ｍ以上であればステップＳ１０に処理を移行させ、基準回数ｍ未満であればさらに以下の判定処理を行う。

制御装置１６は、圧力Ｐの二階時間微分の二乗和に内燃機関１０の回転数Ｎｅを乗算した値である第１指標値Ｑについて、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前サイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値が所定の第１基準値ｑ以上であればステップＳ１１に処理を移行させ、第１基準値ｑ未満であればステップＳ１０に処理を移行させる。

また、ｄＰ／ｄθで表される内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの一階クランク角微分値のピーク間隔の値である第２指標値Ｒについて、現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前サイクルにおける第２指標値Ｒとの差分の絶対値が所定の第２基準値ｒ以上であればステップＳ１１に処理を移行させ、第２基準値ｒ未満であればステップＳ１０に処理を移行させる。

このとき、第２指標値Ｒの差分による判定を行う前判定として第３指標値Ｓを用いた判定を行ってもよい。すなわち、ｄＰ／ｄθで表される内燃機関１０の燃焼室の圧力Ｐの一階クランク角微分値のピーク間隔の値である第３指標値Ｓについて、現在のサイクルにおける第３指標値Ｓと前サイクルにおける第３指標値Ｓとの差分の絶対値が上記の図９で説明した第３基準範囲ｓ以内であれば上記第２指標値Ｒによる判定を行うものとし、第３基準範囲ｓの外であれば第２指標値Ｒによる判定を行わないようにしてもよい。

なお、第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓによる判定処理は上記に限定されるものではない。例えば、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前サイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｘ１を乗算し、現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前サイクルにおける第２指標値Ｒとの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｘ２を乗算し、これらの乗算値を足し合わせて１つの指標値として判定してもよい。この場合、当該指標値が所定の基準値以上であればステップＳ１１に処理を移行させ、当該基準値未満であればステップＳ１０に処理を移行させればよい。この場合、現在のサイクルにおける第３指標値Ｓと前サイクルにおける第３指標値Ｓとの差分の絶対値に応じて重み付け係数Ｘ２を調整するようにしてもよい。例えば、現在のサイクルにおける第３指標値Ｓと前サイクルにおける第３指標値Ｓとの差分の絶対値が所定の基準値以上のときの重み付け係数Ｘ２を当該基準値未満のときの重み付け係数Ｘ２よりも大きくするようにすればよい。また、重み付け係数Ｘ２を現在のサイクルにおける第３指標値Ｓと前サイクルにおける第３指標値Ｓとの差分の絶対値をパラメータとする関数で算出するようにしてもよい。

また、第１基準値ｑ、第２基準値ｒ及び第３基準範囲ｓは、所望する燃焼騒音レベルの時間的な連続性の程度に応じて設定すればよい。例えば、第１基準値ｑ及び第２基準値ｒは前のサイクルにおける第１指標値Ｑ及び第２指標値Ｒの絶対値に対して１０％等の割合で設定すればよい。また、例えば、第３基準範囲ｓは、図９に示したような干渉発生周波数におけるＣＮＬスペクトルの谷の深さがピーク値に対して５０％の値以上となる範囲等に設定すればよい。

ステップＳ１０では、現在設定されている燃料噴射パターンにて燃料を噴射する制御が行われる。制御装置１６は、制御信号を送信することによって燃料噴射手段１２を制御して、ステップＳ６又はＳ１１にて設定された燃料噴射パターンにて内燃機関１０の燃焼室内に燃料を噴射させる。また、制御装置１６は、繰り返し回数Ｍを０にリセットして、ステップＳ１２に処理を移行させる。

ステップＳ１１では、燃料噴射パターンの変更が行われる。燃料噴射パターンは、現在設定されている燃料噴射パターンと第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓの値に基づいて変更される。例えば、制御装置１６は、現在設定されている燃料噴射パターンが大きく変動しない制御範囲内において、現在のサイクルと前サイクルとにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓの差分の絶対値が小さくなるように新たな燃料噴射パターンに変更する。

例えば、制御装置１６は、燃料噴射パターンにおける燃料噴射量、噴射時期、噴射圧力及び噴射回数のそれぞれについて変更の上限と下限の幅（割合）を決めておき、その幅（割合）内において現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前のサイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値及び現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前のサイクルにおける第２指標値Ｒの差分の絶対値ができるだけ小さくなるような燃料噴射パターンを選択するようにすればよい。このとき、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前のサイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｙ１を乗算した乗算値及び現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前のサイクルにおける第２指標値Ｒの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｙ２を乗算した乗算値との和が最も小さくなるような燃料噴射パターンを選択するようにしてもよい。

例えば、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前のサイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値を変化させるためには、燃料噴射パターンにおける燃料噴射時期や燃料噴射量を変更するとよい。また、例えば、現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前のサイクルにおける第２指標値Ｒの差分の絶対値を変化させるためには、燃料噴射パターンの燃料噴射タイミングを変更するとよい。

さらに、第３指標値Ｓの値に基づいて燃料噴射パターンを変更するようにしてもよい。上記第１指標値Ｑの差分値及び第２指標値Ｒの差分値に加えて、さらに現在のサイクルにおける第３指標値Ｓと前のサイクルにおける第３指標値Ｓの差分の絶対値がより小さくなるような燃料噴射パターンを選択するようにしてもよい。例えば、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前のサイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｙ１を乗算した乗算値及び現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前のサイクルにおける第２指標値Ｒの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｙ２を乗算した乗算値及び現在のサイクルにおける第３指標値Ｓと前のサイクルにおける第３指標値Ｓの差分の絶対値に所定の重み付け係数Ｙ３を乗算した乗算値の和が最も小さくなるような燃料噴射パターンを選択するようにしてもよい。

なお、第１指標値Ｑは燃焼騒音のオーバーオールレベルとの相関関係が強い。したがって、燃焼騒音のオーバーオールレベルの変化に時間的な連続性を持たせたい場合、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑと前のサイクルにおける第１指標値Ｑの差分の絶対値を他の第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓよりも優先させて燃料噴射パターンを変更すればよい。また、第２指標値Ｒは燃焼騒音の周波数スペクトルにおける干渉発生周波数及びその谷の深さとの相関関係が強い。したがって、干渉発生周波数における音の変化に時間的な連続性を持たせたい場合、現在のサイクルにおける第２指標値Ｒと前のサイクルにおける第２指標値Ｒの差分の絶対値を第１指標値Ｑよりも優先させて燃料噴射パターンを変更すればよい。

燃料噴射パターンの変更処理が終わると、制御装置１６は、繰り返し回数Ｍを１増加させて、ステップＳ７に処理を戻す。

ステップＳ１２では、指標値が記録される。制御装置１６は、次のサイクルにおける処理のために、内蔵の記憶部にステップＳ８において求めた現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓを記憶させる。

なお、上記制御を開始した初回動作時には、前サイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓが記憶されていないので、予め設定した燃料噴射パターンで燃料を噴射する制御を行うことが好適である。そして、その際に第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓを求めて記憶した後に上記制御を実行すればよい。

［第２の実施の形態における内燃機関の制御装置及び制御方法］
図１０は、第２の実施の形態における内燃機関の制御システム２００の構成を示す図である。制御システム２００は、第１の実施の形態における内燃機関の制御システム１００と比較して、内燃機関１０の燃焼室内の圧力を測定して制御装置１６へ出力する圧力センサ２６を備える点で異なっている。

第２の実施の形態における内燃機関の制御方法は、図１１のフローチャートに沿って実行される。本実施の形態では、圧力センサ２６によって測定される内燃機関１０の燃焼室内の圧力を用いて制御を行う。

図１１では、図２に示した第１の実施の形態における内燃機関の制御方法と同じ処理を行うステップには同じ符号を付し、説明を省略し、処理の異なるステップを主に説明する。

ステップＳ１〜Ｓ３は、第１の実施の形態と同様に処理が行われる。ステップＳ２１では、前サイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力が読み出される。制御装置１６は、内蔵する記憶部に記憶されている前サイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力を読み出す。

ステップＳ２２では、前サイクルにおける指標値が算出される。制御装置１６は、ステップＳ２１において読み出した前サイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力から前サイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓを算出する。第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓは、それぞれ第１の実施の形態におけるステップＳ４にて説明した第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓと同様に算出することができる。

その後、ステップＳ６〜Ｓ１１までは、第１の実施の形態における制御方法と同様に処理が行われる。

ステップＳ２３では、現在のサイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力を記録する。制御装置１６は、圧力センサ２６から現在のサイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力の測定値を取得し、次のサイクルにおける処理のために、内蔵の記憶部に取得した測定値を現在のサイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力として記憶させる。

なお、上記制御を開始した初回動作時には、前サイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力が記憶されていないので、予め設定した燃料噴射パターンで燃料を噴射する制御を行うことが好適である。そして、その際に内燃機関１０の燃焼室内の圧力を記憶した後に上記制御を実行すればよい。

［第３の実施の形態における内燃機関の制御方法］
第３の実施の形態における内燃機関の制御方法は、第１の実施の形態における内燃機関の制御システム１００を用いて実行される。第３の実施の形態における内燃機関の制御方法は、図１２のフローチャートに沿って実行される。図１２では、図２に示した第１の実施の形態における内燃機関の制御方法と同じ処理を行うステップには同じ符号を付し、説明を省略し、処理の異なるステップを主に説明する。

ステップＳ１〜Ｓ５では、第１の実施の形態と同様に処理が行われる。ステップＳ３１では、現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓと前サイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓのそれぞれの差分の絶対値が第１基準値ｑ、第２基準値ｒ及び第３基準範囲ｓに収まるような現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓの範囲（許容範囲）を算出する。

ステップＳ３２では、燃料噴射パターンが設定される。制御装置１６は、燃費とエミッションの関係が所定の条件を満たし、目標トルクを満たし、かつ現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓの許容範囲内となる燃料噴射パターンを求める。なお、燃費とエミッションの関係は、エミッションが基準を満たす範囲内において燃費が最大となる条件に基づいて設定すればよい。

例えば、制御装置１６に内蔵される記憶部に、燃費、エミッション、目標トルク及び第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓの許容範囲に基づいた燃料噴射パターンのモデル（モデル式やマップ）を記憶させておき、これらの値をモデルに当て嵌めて燃料噴射パターンを設定すればよい。モデルは、内燃機関１０に対して予め実験等で求めて記憶させておけばよい。

ステップＳ１０、Ｓ７、Ｓ８及びＳ１２では、第１の実施の形態と同様に処理が行われる。なお、上記制御を開始した初回動作時には、前サイクルにおける周波数帯域毎の燃焼騒音レベルＣＮＬが記憶されていないので、予め設定した燃料噴射パターンで燃料を噴射する制御を行うことが好適である。そして、その際に周波数帯域毎の燃焼騒音レベルＣＮＬを記憶した後に上記制御を実行すればよい。

［第４の実施の形態における内燃機関の制御方法］
第４の実施の形態における内燃機関の制御方法は、第２の実施の形態における内燃機関の制御システム２００を用いて実行される。第４の実施の形態における内燃機関の制御方法は、図１３のフローチャートに沿って実行される。図１３では、図１１に示した第２の実施の形態における内燃機関の制御方法及び図１２に示した第３の実施の形態における内燃機関の制御方法と同じ処理を行うステップには同じ符号を付し、説明を省略し、処理の手順を主に説明する。

ステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ２１、Ｓ２２及びＳ５では、第２の実施の形態における内燃機関の制御方法と同様に処理が行われる。次に、ステップＳ３１及びＳ３２では、第３の実施の形態における内燃機関の制御方法と同様に処理が行われる。そして、ステップＳ１０及びＳ２３では、第２の実施の形態における内燃機関の制御方法と同様に処理が行われる。

なお、上記制御を開始した初回動作時には、前サイクルにおける内燃機関１０の燃焼室内の圧力が記憶されていないので、予め設定した燃料噴射パターンで燃料を噴射する制御を行うことが好適である。そして、その際に内燃機関１０の燃焼室内の圧力を記憶した後に上記制御を実行すればよい。

［変形例］
上記第１〜第４の実施の形態では、燃料噴射手段１２による燃料噴射パターンの制御を対象としたが、内燃機関の制御システムとして吸気絞り弁、排気再循環量制御弁、過給器の可変ベーンノズル、過給器バイパス弁の開度等を制御の対象として含めてもよい。

また、第１指標値Ｑとして内燃機関の燃焼室内の圧力の二階時間微分値の二乗和を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関の燃焼室内の圧力の和、内燃機関の燃焼室内の圧力の二乗和、内燃機関の燃焼室内の圧力の一階以上の時間微分値の和、内燃機関の燃焼室内の圧力の一階以上の時間微分値の二乗和、内燃機関の熱発生量の和、内燃機関の熱発生量の二乗和、内燃機関の熱発生量の一階以上の時間微分値の和、内燃機関の熱発生量の一階以上の時間微分値の二乗和のいずれか１つ以上を用いてもよい。また、これらの指標のいずれかに重み付けをして加算した値を指標値としてもよい。なお、時間微分は、クランク角微分に置き換えてもよい。

［作用・効果］
本発明によれば、前のサイクルと現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓのそれぞれの差分が急激に変化しないように内燃機関の制御を行う。具体的には、図１４に示すように、前のサイクルと現在のサイクルにおける第１指標値Ｑ、第２指標値Ｒ及び第３指標値Ｓのそれぞれの差分の絶対値がそれぞれに対する所定の第１基準値ｑ、第２基準値ｒ及び第３基準範囲ｓに収まるように内燃機関を制御する。

これによって、図１５に示すように、燃焼騒音のオーバーオールレベル（燃焼騒音全体のレベル）の時間変化を連続的にすることができる。さらに、図１６に示すように、燃焼騒音レベルＣＮＬの周波数スペクトルの形状の時間変化も連続的にすることができる。なお、図１６において、実線、破線、点線は、それぞれ図１４に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３に相当する燃焼騒音レベルＣＮＬの周波数スペクトルの形状を示す。

以上のように、本発明によれば、人間の聴感での燃焼騒音の連続性を確保することができる。これにより、当該制御を適用した内燃機関を搭載した車両等の乗員の快適性を向上させることができる。

特に、従来技術に対して、燃焼騒音のオーバーオールレベルの予測精度が向上する。また、内燃機関の運転領域や燃料の噴射回数に依存せず、高い予測精度を得ることができる。したがって、内燃機関の運転領域全域において複数回の燃料噴射を行う場合でも制御を安定に行うことができる。

また，従来技術では制御対象としない燃焼室内の圧力の干渉が発生する周波数及びその強さを予測することができる。燃焼室内の圧力の変化において複数のピークが干渉することでピーク間隔に応じた周波数で騒音の減衰・増幅が発生し，ピーク高さの比率によって減衰・増幅量が変化することから燃焼騒音の聴感が変化するが、本発明によれば、これらの影響を考慮して内燃機関の燃焼騒音の連続性を確保することができる。

また、フーリエ変換等から燃焼騒音レベルの周波数スペクトルを求める方法に比べて計算負荷を低減することができ、内燃機関においてサイクルの周期に遅れることなく燃焼騒音に対する制御を適用することができる。

１０ 内燃機関、１２ 燃料噴射手段、１４ 燃料供給手段、１６ 制御装置、２０ アクセルセンサ、２２ ブレーキセンサ、２４ 回転数センサ、２６ 圧力センサ、１００，２００ 制御システム。

Claims (12)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記燃焼室内の圧力及び前記内燃機関の回転数を取得し、前記圧力の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に前記回転数を乗算した第１指標値を算出し、前記第１指標値に応じて前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   現在のサイクルの前記燃焼室内の圧力の予測値を算出し、
   前記圧力の予測値の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に前記回転数を乗算した現在のサイクルにおける第１指標値を算出し、
   前のサイクルの前記燃焼室内の圧力の二階時間微分値又は二階クランク角微分値の二乗和に前記回転数を乗算した前のサイクルにおける第１指標値を算出し、
   現在のサイクルにおける第１指標値と前のサイクルにおける第１指標値の差分の絶対値が所定の第１基準値未満となるように前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第１指標値の差分の絶対値が前記第１基準値以上となると予想されるとき、前記第１指標値の差分の絶対値が前記第１基準値未満となるように前記燃料噴射手段による燃料噴射パターンを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化に複数のピークが存在する場合、ピークの時間間隔又はクランク角間隔を第２指標値として、第１指標値及び第２指標値に応じて前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
   現在のサイクルの前記燃焼室内の圧力の予測値を算出し、
   前記圧力の予測値の変化率の時間変化におけるピークの時間間隔又はクランク角間隔を現在のサイクルにおける第２指標値とし、
   前のサイクルの前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの時間間隔又はクランク角間隔を前のサイクルにおける第２指標値を算出し、
   現在のサイクルにおける第２指標値と前のサイクルにおける第２指標値の差分の絶対値が所定の第２基準値未満となるように前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２指標値の差分の絶対値が前記第２基準値以上となると予想されるとき、前記第２指標値の差分の絶対値が前記第２基準値未満となるように前記燃料噴射手段による燃料噴射パターンを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項４〜６に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの高さの比率を第３指標値として、第３指標値が所定の第３基準範囲内の場合に第２指標値に応じて前記内燃機関を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの高さの基準としてモータリング時の燃焼室内の圧力変化率を用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室内の圧力変化率の時間変化におけるピークの高さの基準として当該ピークの直近の谷部の値を用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項２，３，５及び６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前のサイクルの前記燃焼室内の圧力は、前のサイクルにおいて算出された前記燃焼室内の圧力の予測値とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項２，３，５及び６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前のサイクルの前記燃焼室内の圧力は、前記燃焼室内の圧力を測定する圧力センサによって前のサイクルにおいて測定された前記燃焼室内の圧力の測定値とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関における吸気絞り弁、排気再循環量制御弁、過給器の可変ベーンノズル及び過給器バイパス弁の少なくとも１つを制御することを特徴とする制御装置。