JP5807393B2

JP5807393B2 - 内燃機関の制御方法、内燃機関及びそれを搭載した車両

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Inventors: 恒小澤
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Description

本発明は、トルク変動によるローリング振動を低減した内燃機関の制御方法と内燃機関とそれを搭載した車両に関する。

ピストンクランク機構を備えた内燃機関（以下、エンジンという）は、ピストンなどの往復質量とクランク軸などの回転質量の慣性力、及びシリンダ内のガス圧力（以下、筒内圧という）に起因して、エンジン及び変速機から成るパワープラントに並進及び回転方向の振動を励起する力（以下、起振力という）、及びモーメント（以下、起振モーメントという）が作用する。

このとき、発生する起振力、起振モーメントの周波数成分はエンジンの気筒配列によってその主成分が決まり、例えば直列４気筒の場合はエンジン回転２次成分が主成分となる。これは直列４気筒の場合クランクシャフトが１８０度位置で相対してクランクピンがあるからである。燃焼行程はクランクシャフトが１回転する間に２回発生するため、その間隔はクランク角で１８０度毎になり、ローリング起振モーメントの主成分は１回転に２回の周期で変動するエンジン回転２次成分となる。これは、各気筒で発生する起振モーメントを１８０度ずつずらして合成すると、１８０度が変動周期の整数倍となる成分が強め合って残り、その他（１８０度が１／２周期や１／４周期）の成分は打ち消しあるためである。４次、６次・・・成分も残るが最大は２次成分となる。他にも直列６気筒の場合はエンジン回転に対して同様の理由から３次成分が主成分となる。このようなパワープラントを車両に搭載する場合には、振動伝達系では派生したパワープラント振動の車両側への伝達による振動問題を改善するために、ラバーマウントなどによる防振支持を適用している。

その各気筒の筒内圧に起因する振動を低減する装置として、各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を検出し、回転速度変動の平均値と比較して、各気筒の回転速度変動を平滑化する装置がある（例えば特許文献１参照）。また、各気筒内での燃焼によって生じた音又は振動によって各気筒の燃料噴射量を制御する装置もある（例えば特許文献２参照）。しかし、これらの装置は各気筒の発生トルクを均一化して、直列４気筒エンジンでの前記１８０度が１／２周期や１／４周期の成分を低減することは出来るが、２次成分を低減することはできない。また、前者の装置では爆発行程毎の回転速度変動から噴射量を制御し、後者の装置では各気筒の音又は振動から噴射量を制御しているため、複雑な制御が必要である。

ここで、パワープラントを質量、ラバーマウントをばね及び減衰とした振動系として考えると、この振動系は共振現象（以下、マウント共振という）を伴うことになる。マウント共振周波数ω_０と起振力又は起振モーメントの周波数ωの比、エンジン側から車両側への振動伝達率Ｔの関係を図７に示す。車両用パワープラントの防振支持においては、エンジンの常用回転数（アイドリング回転数以上）での主成分を周波数ωとした場合に、振動伝達率Ｔが１より小さい領域（以下、防振領域）になるようにマウント共振周波数ω_０を設定する。ここで、防振領域Ａ０はω／ω_０が１より大きい範囲に存在するため、エンジン始動及び停止の過程でω／ω_０＝１の状態（以下、共振点ＲＰ１）を通過することになり、マウント共振による顕著な振動現象が発生する。

この振動現象は、図８に示すように、エンジン２Ｘ、クラッチハウジング３、トランスミッション３から構成され、これらの各装置をラバーマウント６によって防振支持して、
車両に搭載したパワープラント１Ｘで起きる。図に示すように、パワープラント１Ｘにはエンジン２Ｘの長手方向軸まわりに揺動するロール振動が起きる。

スタータモータなどの始動補助装置を装備したエンジンの始動過程では、始めにスタータモータでトルクを与え、吸入、圧縮行程が行われてシリンダ内が燃焼可能な吸入空気状態に至ると燃焼が開始される。その後は燃焼によるエンジン自身の発生トルクで回転を上昇させ、常用回転数に到達する。この過程で発生する起振モーメントは、エンジン回転数が低いため慣性力の影響は小さく、筒内圧の影響が支配的である。このとき、上述のマウント共振において、エンジンの長手方向軸まわりに揺動するロール共振が顕著なパワープラントでは、筒内圧に起因する起振モーメントで励起されるロール振動の発生が問題となる。

このエンジンの始動過程の各気筒の筒内圧の変化を図９に示す。これは直列４気筒のエンジンを始動した際の各気筒Ｃ１〜Ｃ４の筒内圧を表している。このエンジンの着火順は気筒Ｃ２、気筒Ｃ１、気筒Ｃ３、気筒Ｃ４である。スタータモータからトルクを与えられる領域をスタータアシスト領域Ａ２、エンジン自身の発生トルクで回転を上昇させる領域を回転上昇領域Ａ３、エンジンの回転数が常用回転数になる領域を常用回転数領域Ａ４とする。筒内圧からも分かるように０．４秒〜０．９秒の間の回転上昇領域Ａ３はエンジンの回転数上昇過程にあり、筒内圧が高い。その後、常用回転数領域Ａ４となると、筒内圧は略一定になる。筒内圧が高い状態に前述した共振点ＲＰ１を通過する時点（図中の点線）ｔ１が存在する。この共振時点ｔ１を超えてから高い筒内圧を示す気筒Ｃ４の筒内圧に起因する起振モーメントによってパワープラントのロール振動が発生する。

また、共振点通過時にエンジン自身の発生トルクによる回転数上昇過程に達している場合には、筒内圧の上昇により起振モーメントが大きくなり、ロール振動が増大する。一方、始動可否、始動時間の短縮といった始動性の改善には筒内圧を上昇させることが望まれ、始動性と振動の両立が問題となる。

特開２００１−３５５５００号公報特開２００８−１８４９１５号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン始動時の共振点通過時に、平均トルクは同等に保った上でローリング起振モーメントの主成分であるピストン回転２次成分を一時的に変化させて、共振周波数を回避し、始動性を損なわずにパワープラント振動を低減することができる内燃機関の制御方法と内燃機関とそれを搭載した車両を提供することである。

上記の目的を達成するための内燃機関の制御方法は、多気筒型の内燃機関の回転数が、前記内燃機関を含むパワープラントと前記パワープラントの支持装置におけるロール振動との共振が発生する共振回転数の近傍の共振回転数領域に入るときに筒内圧が予め設定した筒内圧より大きくなる気筒と、その気筒から着火順が２つ後の気筒とを減圧気筒としてそれぞれの筒内圧を減圧するとともに、その減圧気筒以外の気筒のうちで少なくとも着火順がその減圧気筒の間になる気筒を増圧気筒として筒内圧を増圧することを特徴とする方法である。

支持装置に防振支持された内燃機関を含むパワープラントは、マウント共振周波数と起振モーメントの周波数が共振点のときに顕著な振動現象が発生する。上記の方法によれば、内燃機関の回転数が共振点の近傍の共振回転数領域内にあるときに、気筒毎の燃料噴射量を一時的に不均一にすることによって筒内圧に起因するローリング起振モーメントの主成分を変化させることができるので、ロール共振周波数との一致を回避して内燃機関の振動を低減することができる。

また、上記の内燃機関の制御方法は、前記回転数が前記共振回転数領域の下限値を上回ったときに、前記減圧気筒と前記増圧気筒とを判別し、前記回転数が前記共振回転数領域内にあるときの前記減圧気筒の燃料噴射量を減少させると共に、前記増圧気筒の燃料噴射量を増加させることを特徴とする方法である。

上記の方法において、エンジン回転数はクランク角センサから算出し、噴射気筒をカム角センサとクランク角センサの出力から判別する。一方、共振周波数、シリンダ配列、及
び共振点通過時の燃料噴射量の増減量（補正量）は予め数値データをＥＣＵ（制御装置）に入力しておく。これらの情報を基にロール共振による振動が発生する回転数領域を判別し、その領域で気筒毎の燃料噴射量を増減する制御を行う。制御対象とする回転数領域には下限と上限の閾値を設定し、下限の閾値を上回った時点で、筒内圧がピークを迎える気筒とその気筒から着火順が２つ後の気筒を減圧気筒と判別し、その減圧気筒以外の気筒の少なくとも１つを増圧気筒と判別する。そして、回転数が共振点、つまり共振点を通過する時点で筒内圧がピークを迎える気筒を含む減圧気筒の燃焼噴射量を減少させて、上昇を抑制し、増圧気筒の燃料噴射量を増加させて内燃機関の平均トルクを保持する。これにより、共振点通過時（共振点を通過する時点）の起振モーメントの最大値を抑制すると同時に、エンジン回転２次成分が０．５次、１次など他の成分に分散することで一時的に一時的に減少する。

この方法によれば、共振点通過時に筒内圧がピークを迎える気筒の燃料噴射量を減少させて筒内圧の上昇を抑制することで、ローリング起振モーメントの主成分を変化させることができる。加えて、筒内圧の上昇を抑制された気筒のトルク低下による回転上昇率の低下を防ぐために、他の気筒の燃料噴射量を増加させて始動過程における平均トルクを各気筒均一の噴射量とした場合と同等にすることができる。

上記の目的を達成するための内燃機関は、各気筒の燃料噴射量を調整可能な燃料噴射装置と制御装置とを備えた多気筒型の内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関の回転数と前記内燃機関を含むパワープラントと前記パワープラントの支持装置におけるロール振動との共振が発生する共振回転数の近傍の共振回転数領域内に、前記回転数があるか否かを判別する手段と、前記回転数が前記共振回転数領域に入るときに筒内圧が予め設定した筒内圧より大きくなる気筒と、その気筒から着火順が２つ後の気筒とを減圧気筒とを減圧気筒としてそれぞれの筒内圧を減圧するとともに、その減圧気筒以外の気筒のうちで少なくとも着火順がその減圧気筒の間になる気筒を増圧気筒として筒内圧を増圧する手段と、を備えて構成される。

また、内燃機関のトルク変動抑制方法において、前記内燃機関のトルク変動を抑制する場合に、前記第１電動機が回生専用になる一方、前記第２電動機が力行専用になり、前記第１電動機の回生抑制トルクで前記内燃機関の膨張行程で発生するトルクを減少するときに、前記第２電動機が前記第１電動機のトルクと逆向きの力行微小トルクを発生し、前記第２電動機の力行抑制トルクで前記内燃機関の吸気行程、圧縮行程、及び排気行程で発生するトルクを増加するときに、前記第１電動機が前記第２電動機のトルクと逆向きの回生微小トルクを発生する。

また、上記の内燃機関は、前記制御装置が、前記回転数が前記共振回転数領域の下限値を上回ったときに、前記減圧気筒と前記増圧気筒とを判別する手段と、筒内圧を減圧および増圧する手段として、前記回転数が前記共振回転数領域にあるときの前記減圧気筒への燃料噴射量を減少するように前記燃料噴射装置を制御すると共に、前記増圧気筒への燃料噴射量を増加するように前記燃料噴射装置を制御する手段と、を備えて構成される。

ここで、カム角センサとクランク角センサの出力から噴射気筒が判別されると、予めＥ
ＣＵに入力しておいたシリンダ配列を考慮して、共振回転数領域で筒内圧がピークを迎える気筒（減圧気筒）とその前後の気筒（増圧気筒）とを判別する。そして、それぞれの気筒に対して、制御装置が予め定められた燃料噴射量で燃料を噴射するように燃料噴射装置を制御する。この構成によれば、エンジン始動時の共振点通過時に、平均トルクは同等に保った上でローリング起振モーメントの主成分である回転次数成分を一時的に変化させることができる。これによって、共振周波数を回避し、始動性を損なわずにパワープラント振動を低減することができる。

さらに、上記の目的を達成するための車両は上記の内燃機関のいずれかを搭載して構成される。この内燃機関は、車両に搭載するガソリンエンジン又はディーゼルエンジンに適用することができる。また、車両以外にも発電機など始動時の振動が問題となる内燃機関に適用することができる。

本発明によれば、エンジン始動時の共振点通過時に、平均トルクは同等に保った上でローリング起振モーメントの主成分であるピストン回転２次成分を一次的に変化させて、共振周波数を回避し、始動性を損なわずにパワープラント振動を低減することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関を含むパワープラントを示した側面図ある。本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成図である。本発明に係る実施の形態の内燃機関の回転数とロール振動との共振点を示した図である。本発明に係る実施の形態の内燃機関の各気筒の筒内圧を示した図である。本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御方法を示したフローチャートである。本発明に係る実施の形態の内燃機関によって改善された起振モーメントを示した図である。従来の防振支持の概要を示した図である。従来の内燃機関のロール振動を示した側面図である。従来の内燃機関の各気筒の筒内圧を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御方法、内燃機関及びそれを搭載した車両について、直列４気筒の場合を例にして図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、パワープラント１をエンジン２、クラッチハウジング３、及びトランスミッション４から構成し、このパワープラント１をラバーマウント６が車両に防振支持する。このパワープラント１を構成するエンジン２、クラッチハウジング３及びトランスミッション４は一般的なものを使用することができる。例えばエンジン２はディーゼルエンジン及びガソリンエンジンを用いることができ、その気筒配列及び筒数も直列４気筒に限らず、直列６気筒やＶ型６気筒などでもよい。また、ラバーマウント６もパワープラント１を車両に支持することができればよく、支持点及び個数は任意に設定することができ、また、アクティブ油圧マウント装置などを用いることができる。

エンジン２は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、クランクシャフト１３、クランクシャフトタイミングギア１４、タイミングチェーン１５、カムシャフトタイミングギア１６、カムシャフト１７、吸気バルブ１８、及び排気バルブ１９を備える。また、シリンダＣ１〜Ｃ４、ピストンＰ１〜Ｐ４、及びインジェクタｉ１〜ｉ４も備える。この
エンジン２は直列４気筒のディーゼルエンジンであり、一般的な吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４サイクル行程を行う。

加えて、クランクシャフトパルサロータ２１、クランク角センサ２２、カムシャフトパルサロータ２３、及びカム角センサ２４も備える。さらに、インジェクタｉ１〜ｉ４とクランク角センサ２２とカム角センサ２４と信号線で接続されている制御装置であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０も備える。

次に、図２に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御システムの構成を説明する。ＥＣＵ２０はクランク角センサ２２とカム角センサ２４などのセンサ出力を、信号線を介して受信する。また、ＥＣＵ２０に共振周波数情報Ｄ１、シリンダ配列情報Ｄ２、及び燃料噴射量補正情報Ｄ３を予め入力しておく。そして、それらの情報をもとにＥＣＵ２０はインジェクタｉ１〜ｉ４の燃料噴射量を制御していく。

ＥＣＵ２０は、電気回路によってエンジンをコントロールしており、点火タイミング（ガソリンエンジンの場合）、燃料噴射タイミング、燃料噴射量などの電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラである。オートマチック車においてはトランスミッションを含むパワープラント全体の制御も担当している。ＥＣＵ２０にあらゆる運転状態における最適制御値を記憶させ、その時々の状態をセンサで検出し、センサからの入力信号により、記憶しているデータの中から最適値を選出し各機構を制御している。

クランク角センサ２２は、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）から形成され、クランクシャフト１３の角度を検出するセンサであり、クランクシャフト１３に設けたクランクシャフトパルサロータに取り付けられた突起部に対向させて取り付けられ、エンジン２の回転数信号や各シリンダＣ１〜Ｃ４のサイクル信号を検出している。

カム角センサ２４は、ＭＲ素子などから形成され、カムシャフト１７の角度を検出するセンサであり、カムシャフト１７に設けたカムシャフトパルサロータ２３に取り付けられた突起部に対向させて取り付けられ、上死点（ＴＤＣ）信号や気筒判別信号を検出している。

クランク角センサ２２とカム角センサ２４からの入力信号により、ＥＣＵ２０はエンジン２の回転数を得ることや、各シリンダＣ１〜Ｃ４の圧縮行程や排気行程を判別する気筒判別をすることができ、点火タイミング、燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を算出している。よって、ＥＣＵ２０が点火タイミング、燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を算出することができれば、クランク角センサ２２とカム角センサ２４は上記の構成に限らない。

インジェクタｉ１〜ｉ４は、コモンレール（ディーゼルエンジンの場合、図示せず）に接続され、ピストンＰ１〜Ｐ４の頂面に向けて燃料を直接噴射する装置である。そのコモンレールに貯留された高圧燃料をインジェクタｉ１〜ｉ４に常時供給している。コモンレールへの燃料圧送は高圧サプライポンプ（図示せず）が行っている。インジェクタｉ１〜ｉ４の先端のノズルは、複数の微細な噴孔を有した円錐状に形成されており、その複数の微細な噴孔から燃料を放射状に同時に噴射する。インジェクタｉ１〜ｉ４は上記の構成に限らず、燃料をピストンＰ１〜Ｐ４の頂面に向かって噴射することができればよい。

共振周波数情報Ｄ１について説明する。例えばエンジン２が直列４気筒の場合では、各気筒Ｃ１〜Ｃ４で行われる燃焼行程は、クランクシャフト１３が１回転する間に２回発生するため、その間隔はクランク角で１８０度毎になり、パワープラント１のローリング起振モーメントの主成分は１回転に２回の周期で変動するエンジン回転２次成分となる。こ
れは、各気筒Ｃ１〜Ｃ４で発生する起振モーメントを１８０度ずつずらして合成すると１８０度が変動周期の整数倍となる成分が強め合って残り、その他（１８０度が１／２周期や１／４周期）の成分は打ち消しあうためである。従って、ローリング起振モーメントの主成分はエンジン２の回転の２次成分であり、この成分が共振点ＲＰ１＝１２Ｈｚと一致するエンジン２の回転数Ｒ０を下記の数式１より算出する。

ここで、エンジン２の回転数と始動時間との関係、つまりエンジン２の始動過程の回転数を表した図３を参照する。共振点を共振点ＲＰ１、共振点が発生する時点を共振発生時ｔ１、回転数Ｒ１＝３６０ｒｐｍを共振発生回転数Ｒ１とする。その共振発生回転数Ｒ１の近傍の領域が共振回転数領域Ａ１となり、この共振回転数領域Ａ１でパワープラント１のロール振動が顕著となる。従って、共振周波数情報Ｄ１は、この共振点ＲＰ１と共振回転数Ｒ１となり、そこから共振発生時ｔ１と共振回転数領域Ａ１を算出する。

共振回転数領域Ａ１の範囲には下限と上限の閾値、つまり下限回転数ＲＬと上限回転数ＲＨとを設定する。これらは好ましくは、下限回転数ＲＬを共振回転数Ｒ１に対して−０ｒｐｍ〜−１００ｒｐｍの値とし、上限回転数ＲＨを共振回転数Ｒ１に対して＋０ｒｐｍ〜＋３００ｒｐｍの値とし、より好ましくは下限回転数ＲＬを共振回転数Ｒ０に対して−２０ｒｐｍ〜−４０ｒｐｍの値とし、上限回転数ＲＨを共振回転数Ｒ０に対して＋８０ｒｐｍ〜＋１４０ｒｐｍの値とする。

上記の共振点ＲＰ１、共振発生時ｔ１、共振回転数Ｒ１、及び共振回転数領域Ａ１は、エンジン２の種類によって様々値となるため、上記の数値はあくまで一例とし、その範囲は上記の値に限らない。

シリンダ配列情報Ｄ２は、シリンダＣ１〜Ｃ４の配列の順番とその着火順のデータである。このエンジン２の着火順はシリンダＣ１、シリンダＣ３、シリンダＣ４、シリンダＣ２の順番である。

燃料噴射補正情報Ｄ３は、予め定めたインジェクタｉ１〜ｉ４から噴射される燃料の補正量である。この補正量は、図４に示す、筒内圧になるように、ＥＣＵ２０が制御する燃料噴射量のことである。ここで各シリンダＣ１〜Ｃ４の筒内圧をＣＰ１〜ＣＰ４とする。シリンダＣ４への燃料噴射量を減らして筒内圧ＣＰ４を常用回転数Ｒ２時の筒内圧ＣＰ０と略同一に、筒内圧ＣＰ１をできるだけ筒内圧ＣＰ０に近づけるように調整している。前述の従来の筒内圧を示した図９と比較すると、共振点発生時ｔ１を超えたときに一番始めに筒内圧がピークになっていたシリンダＣ４の筒内圧ＣＰ４と、シリンダＣ４から着火順が２つ後のシリンダＣ１の筒内圧ＣＰ１が減少していることがわかる。よって、燃料噴射補正情報Ｄ３には、図４に示すような筒内圧になるように燃料噴射補正量を入力している。

また、図４に示すように、シリンダＣ４、Ｃ１以外のシリンダＣ２とシリンダＣ３の筒内圧ＣＰ２と筒内圧ＣＰ３とが、図９に比べて増加していることが分かる。つまり、シリンダＣ２、Ｃ３の燃料噴射量を、前述した筒内圧ＣＰ４と筒内圧ＣＰ１が減少した分のエンジン２のトルクが通常時の平均トルクよりも減少してしまう分を補うように増加させている。よって、燃料噴射補正情報Ｄ３には、このエンジン２の平均トルクを保持するような燃料噴射補正量も入力している。

上記の構成によれば、クランク角センサ２２、カム角センサ２４、共振周波数情報Ｄ１、シリンダ配列情報Ｄ２、及び燃料噴射補正情報Ｄ３を基にして、パワープラント１のロール共振による振動が発生する共振回転数領域Ａ１を判別し、その共振回転数領域Ａ１内に回転数があるとき、各シリンダＣ１〜Ｃ４の燃料噴射量を増減して一時的に不均一にすることができる。そのため、筒内圧に起因するローリング起振モーメントの主成分が変化し、ロール共振周波数との一致を回避することによってエンジン２の振動を低減することができる。

次に図５に示すように、本発明の実施の形態の制御方法（エンジン２の動作）を説明する。ここでエンジン２の回転数をＲｘとする。

エンジン２を始動すると、スタータ（図示しない）によって、クランクシャフト１３が回転して、各ピストンＰ１〜Ｐ４がシリンダＣ１〜Ｃ４内で上下運動を開始する。エンジン２が始動し、４サイクル行程が始まると、次にクランク角センサ２２がクランクシャフト１３の回転角度を検知して、その信号をＥＣＵ２０が受け取る。同時にカム角センサ２２がカムシャフト１７の位相角を検知して、その信号をＥＣＵ２０が受け取り、カムシャフト１７の位置をカムシャフト１７の基準角に対するずれから算出し、クランク角センサ２２が検知した信号と合わせてどの気筒が噴射しているかを判別するステップＳ１を行う。

次に、共振周波数情報Ｄ１（共振点ＲＰ１と共振回転数Ｒ１）から、パワープラント１のロール振動が発生するロール共振周波数と共振する共振点ＲＰ１が発生する時点の共振発生時ｔ１、及び共振回転数領域Ａ１を決定するステップＳ２を行う。共振回転数Ｒ１から決まる下限回転数ＲＬと上限回転数ＲＨとの範囲である共振回転数領域Ａ１を算出する。共振回転数Ｒ１＝３６０ｒｐｍの場合は、下限回転数ＲＬ＝３３０ｒｐｍ、及び上限回転数ＲＨ＝４６０ｒｐｍと設定する。

次に、減圧気筒を判別するステップＳ３を行う。ステップＳ１の気筒判別とシリンダ配列情報Ｄ２とステップＳ２の共振回転数領域Ａ１から、回転数Ｒｘが下限回転数ＲＬを超えたときの各シリンダＣ１〜Ｃ４の状況を予測する。図３及び図４に示すように、回転数Ｒｘが下限回転数ＲＬの値を上回った時に、シリンダＣ３が膨張行程を行うと予測され、次に圧縮行程に入り筒内圧ＣＰ４が高くなるシリンダＣ４を減圧気筒と判断する。また、減圧気筒Ｃ４から着火順が２つ後の気筒Ｃ１も減圧気筒と判断する。これで、減圧気筒Ｃ４と減圧気筒Ｃ１との判別が完了する。

図５に示すように、減圧気筒Ｃ４、Ｃ１が決定されると、次にＥＣＵ２０は減圧気筒Ｃ４、Ｃ１以外の気筒、つまりシリンダＣ３及びシリンダＣ２を増圧気筒と判断するステップＳ４を行う。ステップ３及びステップＳ５から減圧気筒Ｃ４、Ｃ１と増圧気筒Ｃ２、Ｃ３が判別され、次のステップへと進む。

次に、減圧気筒Ｃ４、Ｃ１と増圧気筒Ｃ２、Ｃ３の燃料噴射量を決定するステップＳ５を行う。ここではＥＣＵ２０は燃焼補正量情報Ｄ３から減圧気筒Ｃ４、Ｃ１の燃料噴射量の減少量と、増圧気筒Ｃ２、Ｃ３の燃料噴射量の増加量を決定する。前述したように、減圧気筒Ｃ４の燃料噴射量は燃焼後の筒内圧ＣＰ４が、常用回転数Ｒ２時の筒内圧ＣＰ０と略同一になるように補正された燃料噴射量になる。また、減圧気筒Ｃ１の燃料噴射量は筒内圧ＣＰ０に近づき、且つエンジン２のトルクが低下し過ぎないように補正された燃料噴射量になる。さらに、増圧気筒Ｃ２と増圧気筒Ｃ３の燃料噴射量は筒内圧ＣＰ４、ＣＰ１を減少させた分、減少したエンジン２のトルクを、減圧気筒Ｃ４、Ｃ１を減圧しない場合の平均トルクを保持できるように補正された燃料噴射量になる。

このステップＳ５までをスタータアシスト領域Ａ２内で行い、エンジン２の回転数Ｒｘが回転数上昇領域Ａ３に入るまでに完了しておく。

次にクランク角センサ２２が検知した信号からエンジン２の回転数Ｒｘを取得するステップＳ６を行う。回転数Ｒｘが取得されると、次の回転数Ｒｘが共振回転数領域Ａ１にあるか否かを判別するステップＳ７を行う。回転数Ｒｘが共振回転数領域Ａ１内にない場合は、再度回転数Ｒｘを取得するステップＳ６に戻り、回転数Ｒｘが共振回転数領域Ａ１内に入るまで行う。

回転数Ｒｘが共振回転数領域Ａ１内にあると判断されると、ステップＳ３〜ステップＳ５で決定された燃料噴射量で、各シリンダＣ１〜Ｃ４へインジェクタｉ１〜ｉ４が順次その補正された噴射量で燃料を噴射するステップＳ８を行う。

このステップＳ８により、共振点ＲＰ１通過時（共振発生時ｔ１）の起振モーメントの最大値を抑制すると同時に、エンジン回転２次成分が０．５次、又は１次など他の成分に分散することで起振モーメントを一時的に減少することができる。

ステップＳ８が完了すると、次のエンジン２の回転数Ｒｘが常用回転数Ｒ２になるか否かを判別するステップ９を行う。仮にステップＳ２で共振点ＲＰ１以外に、共振点がある場合はその共振点でも上記と同様に気筒毎に異なる燃料噴射量の噴射を行う。

回転数Ｒｘが回転数上昇領域Ａ３にあるうちは、つまり回転数Ｒｘが常用回転数Ｒ２に達するまでは、筒内圧ＣＰ１〜ＣＰ４がローリング起振モーメントの主成分と成り得るため、燃料噴射量を各気筒Ｃ１〜Ｃ４で不均一にする必要がある。

エンジン２の回転数Ｒｘが常用回転数Ｒ２になるということは、図４に示すように、各シリンダＣ１〜Ｃ４の筒内圧ＣＰ１〜ＣＰ４が略一定の筒内圧ＣＰ０になるということである。ステップ９では、回転数Ｒｘが、筒内圧ＣＰ１〜ＣＰ４が略一定になる常用回転数Ｒ２になるか否かを判断し、回転数Ｒｘが常用回転数Ｒ２になる、つまり略一定になったと判断すると次のステップへと進む。このステップ９では、上記の方法に限らず、例えば各シリンダＣ１〜Ｃ４の筒内圧ＣＰ１〜ＣＰ４を検出するセンサを用いて筒内圧ＣＰ１〜ＣＰ４が略一定になることで、判断する方法を用いることもできる。

回転数Ｒｘが常用回転数Ｒ２であると判断されると、各シリンダＣ１〜Ｃ４への燃料噴射量を通常に戻すステップＳ１０を行って、エンジン２の制御は完了する。

上記の動作（方法）によれば、共振点通過時に都内圧がピークを迎える減圧気筒Ｃ４の筒内圧を常用回転数Ｒ２時の筒内圧と略同じになるように燃料噴射量を減少させて、筒内圧の上昇を抑制することで、ローリング起振モーメントの主成分を変化させることができる。また同時に、減圧気筒Ｃ４から着火順が２つ後になる減圧気筒Ｃ１も同様の理由から燃焼噴射量を減少させる。加えて、減圧気筒Ｃ４、Ｃ１のトルク低下による回転上昇率の低下を防ぐ為に、減圧気筒Ｃ４、Ｃ１以外の増圧気筒Ｃ２及び増圧気筒Ｃ３の燃料噴射量を増加させて始動過程における平均トルクを各シリンダＣ１〜Ｃ４へ均一の噴射量とした場合と同等にすることができる。これによって、共振点ＲＰ１が発生する時点（共振点発生時ｔ１）の起振モーメントの最大値を抑制すると同時に、エンジン回転２次成分が０．５次及び１次など他の成分に分散するので、起振モーメントが一時的に減少することができる。

上記の動作を行うエンジン２を含むパワープラント１を搭載した車両は、エンジン２の始動時の共振発生時ｔ１に、平均トルクは同等に保った上でローリング起振モーメントの
主成分である回転次数成分を一時的に変化させることができる。これによって、共振周波数を回避し、始動性を損なわずにエンジン２を始動することができる。アイドリングストップシステムを搭載した車両などのエンジン２の始動が多い場合に効果的である。

図６は、従来のパワープラント１Ｘと本発明の実施の形態のエンジン２を含むパワープラント１の起振モーメントと平均トルクを示したグラフを表している。パワープラント１Ｘとパワープラント１とでは、平均トルクは略同一になるが、起振モーメントはパワープラント１の方が、約２ｄＢ低減しており、本発明の内燃機関の効果を確認することができる。

上記のエンジン２が６気筒の場合も同様に、共振発生時ｔ１に筒内圧がピークを迎える気筒と、その気筒から着火順が２つ後の気筒の筒内圧を減少させるように、燃料噴射量を制御し、それの間に着火順がくる気筒の筒内圧を増加させるように燃料噴射量を制御することで上記と同様の作用効果を得ることができる。

上記のエンジン２は、車両のエンジンに限らず、発電機などの始動時の振動が問題となる内燃機関にも適用することができる。

本発明の内燃機関の制御方法、その内燃機関及びそれを搭載した車両は、内燃機関の始動時の振動を低減することができるため、トラックなどの車両に用いることができる。加えて、車両の内燃機関に限らず、電動機などの内燃機関にも用いることができる。

１パワープラン２０ＥＣＵ（制御装置）
２エンジン（内燃機関）２１クランクシャフトパルスロータ
３クラッチハウジング２２クランク角センサ
４トランスミッション２３カムシャフトパルスロータ
５ラバーマウント（減衰装置）２４カム角センサ
１１シリンダブロックＣ１〜Ｃ４シリンダ
１２シリンダヘッドＰ１〜Ｐ４ピストン
１３クランクシャフトｉ１〜ｉ４インジェクタ
１４クランクシャフトタイミングギアＲ１共振回転数
１５タイミングチェーンＲ２常用回転数
１６カムシャフトタイミングギアＲＬ下限回転数
１７カムシャフトＲＨ上限回転数
１８吸気バルブＡ１共振回転数領域
１９排気バルブｔ１共振発生時

Claims

多気筒型の内燃機関の回転数が、前記内燃機関を含むパワープラントと前記パワープラントの支持装置におけるロール振動との共振が発生する共振回転数の近傍の共振回転数領域内では、前記回転数が前記共振回転数領域に入るときに筒内圧が予め設定した筒内圧より大きくなる気筒と、その気筒から着火順が２つ後の気筒とを減圧気筒としてそれぞれの筒内圧を減圧するとともに、その減圧気筒以外の気筒のうちで少なくとも着火順がその減圧気筒の間になる気筒を増圧気筒として筒内圧を増圧することを特徴とする内燃機関の制御方法。
前記回転数が前記共振回転数領域の下限値を上回ったときに、前記減圧気筒と前記増圧気筒とを判別し、
前記回転数が前記共振回転数領域内にあるときの前記減圧気筒の燃料噴射量を減少させると共に、前記増圧気筒の燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
各気筒の燃料噴射量を調整可能な燃料噴射装置と制御装置とを備えた多気筒型の内燃機関において、
前記制御装置が、内燃機関の回転数と前記内燃機関を含むパワープラントと前記パワープラントの支持装置におけるロール振動との共振が発生する共振回転数の近傍の共振回転数領域内に、前記回転数があるか否かを判別する手段と、
前記回転数が前記共振回転数内では、前記回転数が前記共振回転数領域に入るときに筒内圧が予め設定した筒内圧より大きくなる気筒と、その気筒から着火順が２つ後の気筒とを減圧気筒とを減圧気筒としてそれぞれの筒内圧を減圧するとともに、その減圧気筒以外の気筒のうちで少なくとも着火順がその減圧気筒の間になる気筒を増圧気筒として筒内圧を増圧する手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関。
前記制御装置が、前記回転数が前記共振回転数領域の下限値を上回ったときに、前記減圧気筒と前記増圧気筒とを判別する手段と、
筒内圧を減圧および増圧する手段として、前記回転数が前記共振回転数領域にあるときの前記減圧気筒への燃料噴射量を減少するように前記燃料噴射装置を制御すると共に、前記増圧気筒への燃料噴射量を増加するように前記燃料噴射装置を制御する手段と、を備え
たことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
請求項３又は４に記載の内燃機関を搭載したことを特徴とする車両。