JPH0557409B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は騒音の低減と出力向上を意図したエン
ジンの燃焼制御装置に関する。

（従来の技術） 近時、エンジンの出力性能向上を図る観点か
ら、吸入スワールや点火エネルギの増大を図る試
みが行われている。例えば、その１つとして吸入
スワールに着目すると、周知のように、吸入スワ
ールは混合気の希薄化、大量EGRに伴う燃焼悪
化を改善する有効な手段である。しかし、一般に
スワールを強化すると、高速域における吸入空気
量が低下し出力が低下する。そこで、運転条件に
応じてスワールの制御が行われる。

従来のこの種の吸入スワール制御機能を備えた
エンジンの燃焼制御装置としては、例えば特開昭
58−28529号公報に記載されたものがある。

この装置では、ヘリカル形吸気ポートを２分割
して主吸入ポートに吸気管負荷で開閉するスワー
ルコントロール弁を設け、軽負荷時はこのスワー
ルコントロール弁を閉じてスワール吸入ポートに
より強力なスワールを発生させて燃焼改善を行
う。一方、高負荷時にはスワールコントロール弁
を開いて十分な吸入空気量を確保し出力の向上を
図る。なお、運転条件の判断は吸入空気量をパラ
メータとして行つている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のエンジンの燃
焼制御装置にあつては、吸入空気量により運転条
件を判断してスワールコントロール弁を開閉制御
する構成となつていたため、同一の吸入空気量で
あつても後述の第８図に示すように空燃比によつ
て燃焼速度（図中ではこれを燃焼期間θで表す）
が変わり、この燃焼速度の変化は第９図に示すよ
うにシリンダの内最大圧力上昇率（dp／dθ）
maxに影響を与える。これは、燃焼速度の変化
により燃焼騒音が影響を受けることを意味してい
る。

例えば、同一吸入空気量という条件下で空燃比
がリツチ側に移行したとき（加速時など）、第８
図に示すように燃焼期間θが短くなつて燃焼騒音
が大きくなる（第９図参照）。したがつて、単に
吸入空気量に基づいて吸入スワールを制御するの
みでは燃焼騒音の低減を図ることができない。

（発明の目的） そこで本発明は、エンジンの燃焼圧力を検出す
るとともに、この検出信号から騒音周波数成分を
抽出し、エンジン騒音が所定値以下となるように
吸入スワールを制御することにより、運転条件の
変化に拘らず燃焼速度の過度の増大を適切に抑制
して、出力向上を図りつつ燃焼騒音を低減させる
ことを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明によるエンジンの燃焼制御装置は上記目
的達成のため、その基本概念図を第１図に示すよ
うに、エンジンの運転状態を検出する運転状態検
出手段ａと、エンジンの燃焼圧力を検出する圧力
検出手段ｂと、圧力検出手段ｂの出力から所定の
騒音周波数成分を抽出する抽出手段ｃと、エンジ
ンの運転状態および抽出手段ｃの出力に基づいて
吸入スワールを制御するスワール制御信号を出力
する制御手段ｄと、スワール制御信号に基づいて
吸入スワールを変えるスワール操作手段ｅと、を
備えている。

（作用） 本発明では、圧力検出手段の出力から所定の騒
音周波数成分が抽出され、該成分の大きさが所定
値以下となるように吸入スワールが制御される。
したがつて、運転条件の変化に拘らず燃焼速度の
過度の増大が適切に抑制されて、燃焼騒音が低減
される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の第１実施例を示す図であ
る。

まず、構成を説明する。第２図において、１は
エンジンであり、吸入空気はエアクリーナ２より
吸入管３を通して各気筒に供給され、燃料は噴射
信号Siに基づきインジエクタ４により噴射され
る。気筒内で燃焼した排気は排気管５を通して触
媒コンバータ６に導入され、触媒コンバータ６内
で排気中の有害成分（CO、HC、NOx）を三元
触媒により清浄化して排出される。吸入空気の流
量は絞弁７によつて制御され、吸気管３内の負圧
（吸入負圧）Pmは負圧センサ８により検出され
る。

また、各気筒の吸入ポート近傍は第３図に詳細
を示すように、主吸入ポート９ａおよびスワール
吸入ポート９ｂに分割され、主吸入ポート９ａに
はスワールコントロール弁１０が配設される。ス
ワールコントロール弁１０はロツド１１を介して
サーボダイアフラム１２に連結されており、サー
ボダイアフラム１２にはデユーテイ電磁弁１３か
ら所定の制御負圧が導かれる。デユーテイ電磁弁
１３はデユーテイ値Dnを有するスワール制御信
号Scに基づいて定圧負圧源（例えば、真空ポン
プ）１４から供給される負圧を大気に漏らす（リ
ークする）ことによつてサーボダイアフラム１２
に供給する制御負圧を連続的に変える。サーボダ
イアフラム１２は制御負圧に応動しロツド１１を
介してスワールコントロール１０の開度を調整す
る。

上記主吸入ポート９ａ、スワール吸入ポート９
ｂ、スワールコントロール弁１０、ロツド１１、
サーボダイアフラム１２、デユーテイ電磁弁１３
および定圧負圧源１４は全体としてスワール操作
手段１５を構成する。スワール操作手段１５はス
ワール制御信号Scのデユーテイ値Drが小さいと
きデユーテイ電磁弁１３によりサーボダイアフラ
ム１２に供給する負圧の大気へのリーク量を小さ
くしてスワールコントロール弁１０を閉方向に制
御し、吸入スワールの強度を大きくする。一方、
デユーテイ値Dnが大きいときは上記リーク量を
大きくしてスワールコントロール弁１０を開方向
に制御し、吸入スワールの強度を小さくする。な
お、Dn＝０％のときはスワールコントロール弁
１０が全閉となつて吸入スワールの強度が最大、
Dn＝100％のときは全開となつて吸入スワールが
解除される。

エンジン１のウオータジヤケツトを流れる冷却
水の温度Twは水温センサ２０により検出され、
エンジン１のクランク角Caはクランク角センサ
２１により検出される。なお、クランク角Caを
表すパルスを計数することによりエンジン回転数
Ｎを知ることができる。

また、気筒内の燃焼圧力（以下、筒内圧とい
う）Paは圧力センサ（圧力検出手段）２２によ
り検出され、圧力センサ２２は圧電素子により構
成され点火プラグ２３の座金としてモールド成形
されている。圧力センサ２２は点火プラグ２３を
介して圧電素子に作用する筒内圧Paを検出し、
この筒内圧Paに対応する電荷値を有するアナロ
グ信号を出力する。なお、圧力センサ２２は特定
の気筒（例えば、第１気筒）に配設されるが、各
気筒毎に配設してもよい。

圧力センサ２２の出力Paはバンドパスフイル
タ２４に入力されており、バンドパスフイルタ２
４はこの電荷信号Paを電圧に変換するとともに、
このうちから所定の騒音周波数成分を抽出して積
分器２５に出力する。積分器２５はノイズの排除
を考慮してクランク角センサ２１の出力Caに基
づき所定クランク角の間、例えば圧縮上死点
（TDC）後10゜〜45゜の間のみ騒音周波数成分を積
分し騒音積分値Kn（但し、ｎはｎ番目の燃焼サイ
クルを示す）として出力する。

上記負圧センサ８、水温センサ２０およびクラ
ンク角センサ２１は運転状態検出手段２６を構成
し、バンドパスフイルタ２４および積分器２５は
抽出手段２７を構成する。運転状態検出手段２６
および抽出手段２７からの信号はコントロールユ
ニツト３０に入力されており、コントロールユニ
ツト３０はこれらのセンサ情報に基づいて空燃比
制御およびスワール制御を行う。

すなわちコントロールユニツト３０は制御手段
としての機能を有し、CPU３１、ROM３２、
RAM３３およびＩ／Ｏポート３４により構成さ
れる。CPU３１はROM３２に書き込まれている
プログラムに従つてＩ／Ｏポート３４より必要と
する外部データを取り込んだり、またRAM３３
との間でデータの授受を行つたりしながら上記各
制御に必要な処理値を演算処理し、必要に応じて
処理したデータをＩ／Ｏポート３４へ出力する。
Ｉ／Ｏポート３４には運転状態検出手段２６およ
び抽出手段２７からの信号が入力されるととも
に、Ｉ／Ｏポート３４からは噴射信号Siおよびス
ワール制御信号Scが出力される。ROM３２は
CPU３１における演算プログラムを格納してお
り、RAM３３は演算に使用するデータをマツプ
等の形で記憶している。

次に作用を説明する。

近時、実用燃費の向上と排気エミツシヨンの低
減とを両立させるため、定常時には希薄空燃比
で、加速領域の一部または全部には理論空燃比で
運転する試みが行われる。ところが、このような
空燃比制御を吸入スワールを制御するエンジンに
適用した場合、燃費向上の面では相応の効果が得
られるものの吸入スワール本来の特長である燃焼
速度を速めるという観点から騒音が増大するとい
う面に難点が生ずる。従来は前者に重点がおかれ
ており、後者の対策が不十分である。

そこで本実施例では、騒音の増加は燃焼速度の
過度の増大に起因するという点に着目し、エンジ
ンの燃焼圧力からそのときの騒音成分の大きさを
求め、これが所定値以下となるように吸入スワー
ルを制御することで、騒音を抑制している。

第４図はROM３２に書き込まれているスワー
ル制御のプログラムを示すフローチヤートであ
り、本プログラムは所定時間毎に一度実行され
る。

まず、P₁でエンジン回転数Ｎと吸入負圧Pmを
読み込み、P₂でこれら運転条件を表すパラメー
タに基づいて騒音のスライスレベルＳ／Ｌを所定
のテーブルマツプからルツクアツプする。このス
ライスレベルＳ／Ｌは各運転条件における騒音の
許容限界値であり、実験等を通じて予め設定され
る。

次いで、P₃で積分器２５からの騒音積分値Kn
を読み込み、P₄で該積分値Knをスライスレベル
Ｓ／Ｌと比較する。Kn＞Ｓ／Ｌのときは騒音が
過大であると判断し、P₅でスワール制御信号Sc
のデユーテイ値Dnを次式に従つて大きくする
ように演算し、P₆で演算後のデユーテイ値Dnを
有するスワール制御信号Scを出力する。

Dn＝Dn_-1＋ΔD …… 但し、 Dn：今回の燃焼サイクルにおけるデユーテイ値 Dn_-1：前回の燃焼サイクルにおけるデユーテイ
値 ΔD：補正量 これにより、吸入スワールの強度が弱められて
燃焼速度の増大が抑制され、燃焼騒音の低減が図
られる。

一方、上記ステツプP₄でKn≦Ｓ／Ｌのときは
騒音が許容レベル以下であると判断し、P₇で前
記デユーテイ値Dnを次式に従つて小さくする
ように演算した後にP₆に進む。

Dn＝Dn_-1−ΔD …… この場合は吸入スワールの強度が強められて騒
音レベルが許容値を超えない範囲内で出来る限り
燃焼速度が速められて、燃焼改善（出力向上）に
寄与するように考慮される。

次いで、P₈で運転状態に応じて燃料噴射量Ti
を演算するとともに、P₉で同様に点火時期θiを演
算してルーチンを終了する。なお、これらの演算
に際しては、例えば所定値をテーブルルツクアツ
プし、そのルツクアツプ値を冷却水温Tw等に応
じて補正する等して最終値を決定する。

第５図は上記プログラムに基づく作用のタイミ
ングチヤートを示している。圧力センサ２２の出
力Paは第５図ａに示すように変化しており、燃
焼騒音成分や吸・排気弁の着座振動成分を含んで
いる。そして、圧力センサ２２の出力Paからは
バンドパスフイルタ２４により同図ｂに示すよう
に騒音周波数成分のみが抽出され、さらにこれが
積分器２５により同図ｃに示すように積分された
積分値Knとなる。なお、同図ｃは積分器２５の
動作をリセツト信号S_R、同図ｄは該動作をセツト
させるセツト信号S_sを示し、何れも所定のクラン
ク角度に対応している。このとき、スライスレベ
ルＳ／Ｌを超える積分値Knの範囲については同
図ｆに示すようにスワール制御信号Scのデユー
テイ値Dnが大きくなるように補正されていく。
したがつて、吸入スワールの強度が弱められて燃
焼騒音が低減されること前述の通りである。

第６，７図は本発明の第２実施例を示す図であ
り、本実施例では騒音レベルの判断方法が第１実
施例と異なる。

第６図はスワール制御のプログラムであり、本
プログラムにおいて第１実施例と同様の処理を行
うステツプは〇印で囲んでその説明を省略し、異
なるステツプに20番台の番号を符してその処理内
容を説明する。

まず、P₃で積分器２５からの騒音積分値Knを
読み込み、P₂₁で同様に積分器２５からの出力に
基づき暗騒音積分値Bnを算出する（第７図ｃ参
照）。この暗騒音積分値Bnは吸・排気弁のバルブ
シートの着座によるシリンダヘツドの振動のうち
エンジン騒音として聞える周波数成分を抽出した
もので、いわゆるエンジンの暗騒音である。

次いで、P₂₂で次式に従つて暗騒音積分値Bn
の移動平均値を演算する。

＝（１／Ａ×Bn）＋（Ａ−１／Ａ×_-1）……
但し、：今回の値 _-1：前回の値 Ａ：定数 これにより、のデータとしての精度低下を
防止する。P₂₃では移動平均値に任意の実数α
を乗じた値α×（第７図ｃ参照）と騒音積分
値Knとを比較する。ここに、αはエンジンの騒
音許容値と暗騒音の比であり、予め設定される。
Kn＞α×のときは騒音が過大であると判断
し、Kn≦α×のときは騒音が許容レベル以下
であると判断してそれぞれP₅あるいはP₇に進む。
これらを含む以後のステツプ処理は第１実施例と
同様であり、第７図に同様のタイミングチヤート
が示される。

このように、本実施例ではエンジンの暗騒音に
基づいて騒音レベルを判断しているため、第１実
施例と同様の効果の他に、特に圧力センサ２２の
感度変化や判断基準値α×のずれを常に適切
に補正できるという利点がある。

（効果） 本発明によれば、エンジン騒音が所定値以下と
なるように吸入スワールを制御しているので、運
転条件の変化に拘らず燃焼速度の過度の増大を適
切に抑制することができ、出力向上を図りつつ燃
焼騒音を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜５図は本
発明の第１実施例を示す図であり、第２図はその
全体構成図、第３図はその吸気ポート近傍の吸気
管を模式的に示す図、第４図はそのスワール制御
のプログラムを示すフローチヤート、第５図はそ
の作用を説明するためのタイミングチヤート、第
６，７図は本発明の第２実施例を示す図であり、
第６図はそのスワール制御のプログラムを示すフ
ローチヤート、第７図はその作用を説明するため
のタイミングチヤート、第８図は従来の作用を説
明するために空燃比とクランク角度で燃焼期間を
表わした図、第９図は従来の作用を説明するため
に燃焼期間と最大圧力上昇率との関係を示す図で
ある。 １……エンジン、１５……スワール操作手段、
２２……圧力センサ（圧力検出手段）、２６……
運転状態検出手段、２７……抽出手段、３０……
コントロールユニツト（制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ エンジンの運転状態を検出する運転状態
   検出手段と、 ｂ エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段
   と、 ｃ 圧力検出手段の出力から所定の騒音周波数成
   分を抽出する抽出手段と、 ｄ エンジンの運転状態および抽出手段の出力に
   基づいて吸入スワールを制御するスワール制御
   信号を出力する制御手段と、 ｅ スワール制御信号に基づいて吸入スワールを
   変えるスワール操作手段と、 を備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装
   置。