JP6512478B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関する。

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における燃焼を停止させることによって、当該一部の気筒を休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気筒エンジンの２気筒を休止する場合、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、エンジン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吸気音の低周波成分が大きくなる。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、吸気通路から分岐して複数の気筒とそれぞれ接続された複数の接続管と、前記複数の気筒のうち一部の気筒における燃焼を停止させることにより前記一部の気筒が休止している休止状態において、休止する前記一部の気筒の吸気弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、燃焼を継続する気筒の吸気行程中に、休止する前記一部の気筒のピストンの位置に基づいて、前記一部の気筒の吸気弁の開閉を制御し、前記吸気通路に、吸気音の所定の周波数成分を低減するための少なくとも１以上の消音器が備えられ、前記休止状態において、燃焼を継続する気筒の吸気行程中に前記制御装置により前記一部の気筒の吸気弁が開弁することによって低減される吸気音の所定の周波数成分と、前記消音器により低減される周波数成分とは異なる、内燃機関が提供される。また、本発明の別の観点によれば、吸気通路から分岐して複数の気筒とそれぞれ接続された複数の接続管と、前記複数の気筒のうち一部の気筒における燃焼を停止させることにより前記一部の気筒が休止している休止状態において、休止する前記一部の気筒の吸気弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記複数の気筒のうち複数の一部の気筒を休止させ、燃焼を継続する気筒の吸気行程中に、休止する複数の前記一部の気筒のピストンの位置に基づいて、複数の前記一部の気筒のそれぞれの吸気弁の開閉を制御することにより、吸気音の複数の所定の周波数成分を低減する、内燃機関が提供される。

前記制御装置は、休止する前記一部の気筒の吸気弁を開弁させた場合に吸気音の所定の周波数成分を低減可能な位置に前記一部の気筒のピストンが位置するときに、前記一部の気筒の吸気弁を開弁させてもよい。

前記制御装置は、休止する前記一部の気筒のピストンが下降し終えた後に、前記一部の気筒の吸気弁を開弁させてもよい。

休止する前記一部の気筒と接続された前記接続管の断面積及び長さ、並びに前記一部の気筒の吸気弁が開弁される際の前記一部の気筒のシリンダ容積は、吸気音の所定の周波数成分を低減可能な値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係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。 内燃機関の騒音を示す説明図である。 内燃機関の制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。 休止気筒及び接続管の消音機能を示す説明図である。 気筒休止運転時における休止気筒の吸気弁の開閉時期について説明するための説明図である。 休止気筒及び接続管の消音機能並びに消音器それぞれの共振周波数を示す説明図である。

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、本実施形態に係る内燃機関１００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側が車両の前方側に位置する。

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、クランクシャフト１１５及び制御装置１４０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と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によって実現される。

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４気筒運転用カム１１４と、気筒休止運転用カム１３０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４気筒運転用カム１１４及び気筒休止運転用カム１３０が回転し、４気筒運転用カム１１４又は気筒休止運転用カム１３０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、４気筒運転用カム１１４又は気筒休止運転用カム１３０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４気筒運転用カム１１４又は気筒休止運転用カム１３０によって押し込まれる。また、吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂは、４気筒運転用カム１１４又は気筒休止運転用カム１３０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。

本実施形態に係るカム機構１１１には、気筒＃１，＃２に対応する位置に、４気筒運転用カム１１４と異なる外周形状を有する気筒休止運転用カム１３０が設けられる。気筒休止運転用カム１３０は、気筒＃１，＃２における燃焼を停止させる気筒休止運転時において、４気筒運転用カム１１４による開閉動作とは異なる開閉動作を気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂに行わせるために設けられる。ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムは、制御装置１４０によって、４気筒運転用カム１１４又は気筒休止運転用カム１３０のいずれか一方へ切り替えられる。４気筒運転時において、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムは、４気筒運転用カム１１４に切り替えられる。一方、気筒休止運転時において、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムは、気筒休止運転用カム１３０に切り替えられる。

例えば、カム機構１１１に備えられた図示しない駆動装置に制御装置１４０が動作指示を行うと、駆動装置は、当該動作指示に従って、気筒＃１，＃２に対応する４気筒運転用カム１１４及び気筒休止運転用カム１３０をカムシャフト１１２の軸方向に移動させる。それにより、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムが切り替えられる。

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。係る燃料噴射弁は、制御装置１４０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、気筒＃１，＃２への燃料噴射が制御装置１４０により停止することによって、気筒＃１，＃２における燃焼が停止する。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、制御装置１４０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。

制御装置１４０は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、データ等を記憶するＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置などのデータ格納用記憶装置等で構成される。

制御装置１４０は、内燃機関１００を構成する各装置の動作を制御する。具体的には、制御装置１４０は、制御対象である各アクチュエータに対して電気信号を用いて動作指示を行う。より具体的には、制御装置１４０は、気筒休止運転時において、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムを気筒休止運転用カム１３０に切り替えることによって、気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉を制御する。

なお、本発明の技術的範囲は、制御装置１４０が、気筒休止運転時において、気筒休止運転用カム１３０を用いて気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉を制御する例に限定されない。例えば、制御装置１４０は、気筒休止運転時において、図示しない電動アクチュエータを用いて気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉を制御してもよい。本実施形態に係る内燃機関１００では、気筒休止運転時における休止気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉を制御することによって、内燃機関１００の気筒休止運転時の騒音を低減させることが可能となる。このような気筒休止運転時における、制御装置１４０による気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉の制御の詳細については、後述する。

また、制御装置１４０は、燃料噴射弁、点火プラグ１０８及び吸気スロットル弁２１０の駆動を制御する。制御装置１４０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信を用いて内燃機関１００に設けられた図示しないセンサや他の制御装置と通信を行ってもよい。

（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、１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、図１に示した制御装置１４０によって制御され、吸気通路２０２を通過す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吸気スロットル弁２１０が軸回転することにより、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の開度は、内燃機関１００から４気筒運転時のトルクと同じトルクを出力するために、４気筒運転時の吸気スロットル弁２１０の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）通路が接続されていてもよい。この場合、ＥＧＲ通路の途中にはＥＧＲ弁が備えられ、排気系２５０から吸気系２００に還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。

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と接続され、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、吸気脈動による低周波成分が大きくなることから、内燃機関１００から生じる騒音の低周波数成分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吸気音の低周波数成分を、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．休止気筒及び接続管の消音機能＞
本実施形態に係る内燃機関１００の制御装置１４０は、気筒休止運転時における休止気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉を制御する。具体的には、上述したように、制御装置１４０は、気筒休止運転時において、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムを気筒休止運転用カム１３０に切り替えることによって、気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉を制御する。以下、内燃機関１００の制御装置１４０が行う処理の流れについて説明する。

図５は、内燃機関１００の制御装置１４０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５に示したように、制御装置１４０は、気筒休止運転時であるか否かの判定を行う（ステップＳ５０２）。気筒休止運転時であると判定された場合（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）、制御装置１４０は、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムを気筒休止運転用カム１３０に切り替える（ステップＳ５０４）。一方、気筒休止運転時ではないと判定された場合（ステップＳ５０２／ＮＯ）、制御装置１４０は、ロッカーアーム３０を介して気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂを押し込むカムを４気筒運転用カム１１４に切り替える（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０４又はステップＳ５０６の処理が行われた後、ステップＳ５０２の処理へ戻り、気筒休止運転時であるか否かの判定が行われる。

続いて、制御装置１４０による、気筒休止運転時における気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａ及び排気弁１１０ｂの開閉の制御について、より詳細に説明する。気筒休止運転時において、制御装置１４０は、休止気筒＃１，＃２の排気弁１１０ｂを常時閉弁させる。一方、気筒休止運転時において、制御装置１４０は、休止気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａを４気筒運転時における弁開度と比較して少量の弁開度で開弁させ、又は閉弁させる。気筒休止運転時における休止気筒＃１，＃２の吸気弁１１０ａの開弁は、気筒休止運転時における吸気騒音の低減のために行われる。また、上記少量の弁開度は、当該開弁により生じ得るポンピングロスを低減するように設定される。

具体的には、制御装置１４０は、気筒休止運転時において、燃焼を継続する気筒＃３の吸気行程中に、休止気筒＃１のピストン１０４の位置に基づいて、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａの開閉を制御する。より具体的には、制御装置１４０は、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させた場合に吸気音の所定の周波数成分を低減可能な位置に休止気筒＃１のピストン１０４が位置するときに、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させる。

図６は、本実施形態に係る内燃機関１００における休止気筒＃１と、それに接続された接続管２０６ａの消音機能について説明するために示す図である。上述のとおり、各気筒＃１，＃２，＃３，＃４と接続される接続管２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄは、コレクタ部２０４から分岐している。吸気開口２０２ａを基点とする吸気系２００全体の長さに対して、コレクタ部２０４は、終点近くに位置する。すなわち、気筒休止運転時に発生する吸気脈動の腹に近い位置にコレクタ部２０４が位置することとなる。

気筒休止運転時に燃焼を継続する気筒＃３の吸気行程において休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁された状態において、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１は、ヘルムホルツ型の消音器として機能し得る。特に、接続管２０６ａ及び休止気筒＃１は、気筒休止運転時に発生する吸気脈動の腹に近い位置に設けられた消音器としてみなし得る。この点に着目し、本実施形態に係る内燃機関１００では、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａの断面積Ｓ及び長さＬ、並びに休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁される際の休止気筒＃１のシリンダ容積Ｖが、吸気音の低減したい所定の周波数の成分を低減可能な値に設定されている。

ここで、休止気筒＃１のシリンダ容積Ｖは、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁される際の休止気筒＃１のピストン１０４の位置に依存する値として扱う。制御装置１４０は、例えば、休止気筒＃１のシリンダ容積Ｖが設定された値となるような位置に休止気筒＃１のピストン１０４が位置するときに、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させる。それにより、吸気音の低減したい所定の周波数の成分を低減することができる。

接続管２０６ａはヘルムホルツ型消音器として機能し得ることから、図６に示した接続管２０６ａの断面積Ｓ及び長さＬ、並びに休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁される際の休止気筒＃１のシリンダ容積Ｖは、上記式（２）により設定し得る。接続管２０６ａは、元々、吸気通路２０２に外付けされるヘルムホルツ型消音器２１４における管状部に比べて長いため、長さＬｈが比較的長い消音器となり得る。すなわち、接続管２０６ａ及び休止気筒＃１の消音機能により、気筒休止運転時に発生する吸気音の低周波成分を低減することができる。

また、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１を吸気音の特定周波数成分を低減し得る消音器として利用することにより、吸気通路２０２に設置する外付けの消音器の数を減らすことができる。このことによっても、本実施形態に係る内燃機関１００は、エンジン室内での内燃機関１００のレイアウト上で有利になる。

図７は、気筒休止運転時における休止気筒＃１の吸気弁１１０ａの開閉時期について説明するための説明図である。図７は、気筒休止運転時における休止気筒＃１と燃焼を継続する気筒＃３のそれぞれのピストン１０４の位置の関係を示したものである。図７において、休止気筒＃１のピストン１０４の位置が破線で示され、燃焼を継続する気筒＃３のピストン１０４の位置が実線で示されている。図７におけるピストン１０４の位置を示す値は、ピストン１０４の上昇方向を正とする値である。

図７に示したように、気筒休止運転時において、燃焼を継続する気筒＃３では、圧縮行程、膨張行程、排気行程及び吸気行程が順に繰り返される。例えば、制御装置１４０は、燃焼を継続する気筒＃３の吸気行程中において休止気筒＃１のピストン１０４が図７に示したＨ１からＨ２の間の位置に位置する場合に、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させる。すなわち、制御装置１４０は、図７に示したクランクアングルＣＡ１からクランクアングルＣＡ２の間において、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させる。ここで、Ｈ１及びＨ２は、ピストン１０４がＨ１からＨ２の間の位置に位置するときに休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁された場合、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１の消音機能によって、吸気音の低減したい所定の周波数成分を低減することができるような位置に設定される。

また、制御装置１４０は、休止気筒＃１のピストン１０４が下降し終えた後に、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させてもよい。例えば、制御装置１４０は、休止気筒＃１のピストン１０４の動作が下降動作から上昇動作へ転じる図７に示したクランクアングルＣＡ１の後に、休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させる。それにより、気筒休止運転時において休止気筒＃１の吸気弁１１０ａを開弁させる際の、休止気筒＃１の内部の圧力を低下することができる。ゆえに、気筒休止運転時における休止気筒＃１の吸気弁１１０ａの開弁による吸気系２００側への吸気の逆流を抑制することができる。従って、吸気系２００側への吸気の逆流による騒音を抑制することができる。

気筒休止運転時において、燃焼を継続する気筒＃３の吸気行程中に、制御装置１４０により休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁することによって低減される吸気音の所定の周波数成分と、吸気通路２０２に取り付け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により低減される周波数成分とは異なることが好ましい。これにより、吸気通路２０２に外付けする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には４気筒運転時に発生する騒音を低減する機能を持たせつつ、気筒休止運転時には、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１の消音機能により、低周波数の騒音を低減することができる。

図８は、吸気通路２０２に取り付けられる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により低減される周波数成分と、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１の消音機能により低減される周波数成分とを示す説明図である。図８に示した例では、吸気通路２０２に取り付けられる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、４気筒運転時に中周波数域（例えば、４００〜１０００Ｈｚ）の音を低減する。これに対して、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１の消音機能によって、４気筒運転時には気になりにくい低周波数域（例えば、２００〜３５０Ｈｚ）の音が低減される。

なお、上記では、気筒休止運転時において、気筒＃３の吸気行程中に気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁される例について説明したが、気筒休止運転時において、気筒＃４の吸気行程中に気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁されても同様の効果を奏し得る。また、上記では、休止気筒＃１と接続された接続管２０６ａ及び休止気筒＃１のヘルムホルツ型の消音器としての機能について説明したが、休止気筒＃２と接続された接続管２０６ｂ及び休止気筒＃２も同様にヘルムホルツ型の消音器として機能し得る。また、気筒休止運転時において、気筒＃３又は気筒＃４のいずれか一方の吸気行程中に休止気筒＃１及び休止気筒＃２の双方の吸気弁１１０ａが開弁されてもよい。

制御装置１４０は、休止気筒＃１，＃２のそれぞれの吸気弁１１０ａの開閉を制御することにより、吸気音の複数の所定の周波数成分を低減してもよい。具体的には、制御装置１４０は、気筒＃１と接続される接続管２０６ａ及び休止気筒＃１の消音機能により低減させる音の周波数と、気筒＃２と接続される接続管２０６ｂ及び休止気筒＃２の消音機能により低減させる音の周波数とが異なるように、休止気筒＃１，＃２のそれぞれの吸気弁１１０ａの開閉を制御してもよい。すなわち、接続管２０６ａの断面積Ｓ及び長さＬ、並びに休止気筒＃１の吸気弁１１０ａが開弁される際の休止気筒＃１のシリンダ容積Ｖと、接続管２０６ｂの断面積Ｓ及び長さＬ、並びに休止気筒＃２の吸気弁１１０ａが開弁される際の休止気筒＃２のシリンダ容積Ｖとは、吸気音の低減させたい互いに異なる周波数に応じて設定されてもよい。それにより、気筒休止運転時に発生する吸気音の低周波成分のうち、複数の所定の周波数成分を低減することができる。

このようにして、燃焼を継続する気筒＃３，＃４の吸気行程中に、休止気筒＃１（＃２）のピストンの位置に基づいて、休止気筒＃１（＃２）の吸気弁１１０ａの開閉を制御することにより、吸気通路２０２に取り付ける消音器を増やすことなく、気筒休止運転時に発生する低周波成分の音を低減することができる。

＜４．効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関１００は、気筒休止運転時に、燃焼を継続する気筒＃３，＃４の吸気行程中に、休止気筒＃１（＃２）のピストンの位置に基づいて、休止気筒＃１（＃２）の吸気弁１１０ａの開閉を制御する。それにより、気筒休止運転時に燃焼を継続する気筒＃３，＃４の吸気行程において休止気筒＃１（＃２）の吸気弁１１０ａが開弁された状態において、休止気筒＃１（＃２）と接続された接続管２０６ａ（２０６ｂ）及び休止気筒＃１（＃２）は、ヘルムホルツ型の消音器として機能し得る。従って、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、所望の周波数の音を低減することができる。あるいは、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の一部を省くことができる。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。

また、本実施形態では、気筒休止運転時において、燃焼を継続する気筒＃３，＃４の吸気行程中に、制御装置１４０により休止気筒＃１（＃２）の吸気弁１１０ａが開弁することによって低減される吸気音の所定の周波数成分と、吸気通路２０２に取り付け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により低減される周波数成分とは異なる。したがって、吸気通路２０２に取り付けられる消音器には、４気筒運転時に発生する比較的高い周波数の音を低減する機能を持たせればよく、吸気音の低周波成分を低減する消音器の数を減らすことができる。あるいは、吸気音の低周波成分を低減する消音器が不要になる。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。

また、本実施形態では、制御装置は、休止気筒＃１（＃２）のピストンが下降し終えた後に、休止気筒＃１（＃２）の吸気弁を開弁させる。それにより、気筒休止運転時において休止気筒＃１（＃２）の吸気弁１１０ａを開弁させる際の、休止気筒＃１（＃２）の内部の圧力を低下することができる。ゆえに、気筒休止運転時における休止気筒＃１（＃２）の吸気弁１１０ａの開弁による吸気系２００側への吸気の逆流を防止することができる。従って、吸気系２００側への吸気の逆流による騒音を抑制することができる。

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、本発明は係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、インテイクマニホールドを介して吸気通路から分岐して各気筒と接続された接続管を備えるものであれば、Ｖ型の内燃機関や直列式の内燃機関であってもよい。

１００ 内燃機関
１１０ａ 吸気弁
１１０ｂ 排気弁
１１１ カム機構
１１４ ４気筒運転用カム
１３０ 気筒休止運転用カム
１４０ 制御装置
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
２５０ 排気系

Claims (5)

1. 吸気通路から分岐して複数の気筒とそれぞれ接続された複数の接続管と、
   前記複数の気筒のうち一部の気筒における燃焼を停止させることにより前記一部の気筒が休止している休止状態において、休止する前記一部の気筒の吸気弁の開閉を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、燃焼を継続する気筒の吸気行程中に、休止する前記一部の気筒のピストンの位置に基づいて、前記一部の気筒の吸気弁の開閉を制御し、
   前記吸気通路に、吸気音の所定の周波数成分を低減するための少なくとも１以上の消音器が備えられ、
   前記休止状態において、燃焼を継続する気筒の吸気行程中に前記制御装置により前記一部の気筒の吸気弁が開弁することによって低減される吸気音の所定の周波数成分と、前記消音器により低減される周波数成分とは異なる、
   内燃機関。
2. 吸気通路から分岐して複数の気筒とそれぞれ接続された複数の接続管と、
   前記複数の気筒のうち一部の気筒における燃焼を停止させることにより前記一部の気筒が休止している休止状態において、休止する前記一部の気筒の吸気弁の開閉を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記複数の気筒のうち複数の一部の気筒を休止させ、燃焼を継続する気筒の吸気行程中に、休止する複数の前記一部の気筒のピストンの位置に基づいて、複数の前記一部の気筒のそれぞれの吸気弁の開閉を制御することにより、吸気音の複数の所定の周波数成分を低減する、
   内燃機関。
3. 前記制御装置は、休止する前記一部の気筒の吸気弁を開弁させた場合に吸気音の所定の周波数成分を低減可能な位置に前記一部の気筒のピストンが位置するときに、前記一部の気筒の吸気弁を開弁させる、請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記制御装置は、休止する前記一部の気筒のピストンが下降し終えた後に、前記一部の気筒の吸気弁を開弁させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 休止する前記一部の気筒と接続された前記接続管の断面積及び長さ、並びに前記一部の気筒の吸気弁が開弁される際の前記一部の気筒のシリンダ容積は、吸気音の所定の周波数成分を低減可能な値に設定される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。

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