(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気音を低減する吸気用消音器の耐久性向上と吸気音低減能力向上とを両立させる。【解決手段】吸気管１５のうちのスロットル弁２４よりも上流側に、薄膜１８の振動により吸気音を低減する吸気用消音器１７を設置したシステムにおいて、エンジン運転状態とアクセル開度とに基づいてスロットル弁２４下流側の吸気負圧とスロットル弁開度を予測して、これらの予測値に基づいて吸気用消音器１７を通過する吸入空気量（消音器通過空気量）を予測し、予測した消音器通過空気量に基づいて、吸気管１５の外気導入口１２から吸気用消音器１７までの間の吸気圧損を予測して消音器内負圧を予測する（消音器内負圧＝大気圧−吸気圧損）。予測した消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低い場合（吸気圧損が所定値以上の場合）に、スロットル弁２４の駆動速度を遅くして消音器内負圧が急激に大きく変化することを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路のうちのスロットル弁よりも上流側に、薄膜の振動により吸気音を低減する吸気用消音器を設置すると共に、前記スロットル弁の開度を電気アクチュエータにより目標開度に制御する内燃機関の制御装置において、
内燃機関の運転状態に基づいて前記吸気用消音器の薄膜に作用する吸気負圧（以下「消音器内負圧」という）を予測する消音器内負圧予測手段と、
前記消音器内負圧予測手段で予測した消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低い場合に前記スロットル弁の駆動速度を遅くするスロットル制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の吸気通路のうちのスロットル弁よりも上流側に、薄膜の振動により吸気音を低減する吸気用消音器を設置すると共に、前記スロットル弁の開度を電気アクチュエータにより目標開度に制御する内燃機関の制御装置において、
内燃機関の運転状態に基づいて前記吸気用消音器の薄膜に作用する吸気負圧（以下「消音器内負圧」という）を予測する消音器内負圧予測手段と、
前記消音器内負圧予測手段で予測した消音器内負圧が所定値以上の変化率で急激に変化する場合に前記スロットル弁の駆動速度を遅くするスロットル制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記消音器内負圧予測手段は、内燃機関の運転状態とアクセル開度とに基づいて前記スロットル弁下流側の吸気負圧とスロットル弁開度を予測して、これらの予測値に基づいて前記吸気用消音器を通過する吸入空気量（以下「消音器通過空気量」という）を予測し、予測した消音器通過空気量に基づいて前記吸気通路の外気導入口から前記吸気用消音器までの間の吸気圧損を予測して消音器内負圧を予測することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気用消音器の薄膜は、ダクト状に形成されて吸気通路の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気音を低減する吸気用消音器を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下記の特許文献１〜３に記載されているように、内燃機関の吸気通路のうちのスロットル弁よりも上流側に、吸気音（吸気脈動による共鳴音等）を低減する吸気用消音器を設置したものがある。この吸気用消音器は、吸気脈動の波形とは逆位相となる振動波形を薄膜の振動により生じさせることで吸気音を低減したり（特許文献１）、或は、吸気脈動のエネルギを薄膜のダンパ効果により減衰させることで吸気音を低減するようにしている（特許文献２，３）。
【特許文献１】特開平４−１４０４６６号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２０６２号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献１〜３のように、薄膜の振動により吸気音を低減する吸気用消音器を備えた吸気系では、内燃機関の運転中に吸気用消音器の薄膜に急激に大きな吸気負圧が作用すると、薄膜の振動が阻害されて吸気音を十分に低減できなかったり、或は、急激に大きな吸気負圧が薄膜に作用する状態が頻繁に繰り返されると、薄膜が頻繁に大きく変形して、薄膜の耐久性が低下して故障しやすくなる。この対策として、薄膜の強度を増加させて薄膜の耐久性を確保することが考えられるが、薄膜の強度を増加させると、薄膜の振動性が低下して吸気音低減能力が低下してしまう。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、吸気用消音器の耐久性向上と吸気音低減能力向上とを両立させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気通路のうちのスロットル弁よりも上流側に、薄膜の振動により吸気音を低減する吸気用消音器を設置すると共に、前記スロットル弁の開度をモータ等の電気アクチュエータにより目標開度に制御する内燃機関の制御装置において、内燃機関の運転状態に基づいて前記吸気用消音器の薄膜に作用する吸気負圧（以下「消音器内負圧」という）を予測する消音器内負圧予測手段と、前記消音器内負圧予測手段で予測した消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低い場合に前記スロットル弁の駆動速度を遅くするスロットル制御手段とを備えた構成としたものである。
【０００６】
このように、内燃機関の運転状態に基づいて予測した消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低い場合（つまり予測した消音器内負圧が大きい場合）に、スロットル弁の駆動速度（スロットル弁開度の変化速度）を遅くするように制御すれば、スロットル弁を通過する吸入空気量（スロットル通過空気量）の変化が緩やかになって、吸気用消音器を通過する吸入空気量（消音器通過空気量）の変化が緩やかになる。消音器内負圧は、吸気通路の外気導入口から吸気用消音器までの間の吸気圧損分だけ大気圧よりも低い圧力となるため、消音器通過空気量の変化が緩やかになれば、吸気通路の外気導入口から吸気用消音器までの間の吸気圧損の変化も緩やかになって消音器内負圧の変化も緩やかになる。これにより、内燃機関の運転中に吸気用消音器の薄膜に作用する吸気負圧（消音器内負圧）が急激に大きく変化することを防止でき、薄膜の強度を増加させなくても、薄膜の耐久性を確保することができ、吸気用消音器の耐久性向上と吸気音低減能力向上とを両立させることができる。
【０００７】
この場合、請求項２のように、内燃機関の運転状態に基づいて予測した消音器内負圧が所定値以上の変化率で急激に変化（増加又は減少）する場合にスロットル弁の駆動速度を遅くするようにしても良い。このようにしても、吸気用消音器の薄膜に作用する吸気負圧が急激に大きく変化することを防止でき、吸気用消音器の耐久性向上と吸気音低減能力向上とを両立させることができる。
【０００８】
また、本発明は、請求項３のように、消音器内負圧を予測する際に、内燃機関の運転状態とアクセル開度とに基づいてスロットル弁下流側の吸気負圧とスロットル弁開度を予測して、これらの予測値に基づいて消音器通過空気量を予測し、予測した消音器通過空気量に基づいて吸気通路の外気導入口から吸気用消音器までの間の吸気圧損を予測して消音器内負圧を予測するようにすれば良い（消音器内負圧＝大気圧−吸気圧損）。これらの予測値は、吸気通路の外気導入口からスロットル弁下流側までの吸入空気の挙動を模擬した吸気系モデルから導き出した数式を用いて算出しても良いし、予め設定されたマップデータ等を用いて算出しても良い。
【０００９】
また、吸気用消音器の薄膜は、吸気通路を流れる吸入空気に接触するように配置すれば良く、薄膜の形状も、例えば、平面的な形状等、どの様な形状であっても良いが、請求項４のように、薄膜をダクト状に形成して吸気通路の一部を構成することが好ましい。このようにすれば、吸気用消音器の薄膜と吸入空気との接触面積を増加させて吸気音低減能力を高めることができる。
【００１０】
尚、吸気用消音器の薄膜は、吸気脈動の波形とは逆位相となる振動波形を発生させるように電気的に振動させるようにしても良いし、吸気脈動エネルギによって薄膜を振動させることで、吸気脈動エネルギを薄膜のダンパ効果により減衰させて吸気音を低減するように構成しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて内燃機関であるエンジン１１の吸気系の構成を説明する。
エンジン１１の吸気通路の最上流部には、外気導入口１２から外気を導入する外気導入ダクト１３が設けられ、この外気導入ダクト１３にエアクリーナ１４を介して吸気管１５が接続されている。この吸気管１５には、吸入空気量を計測するエアフローメータ１６が設けられ、このエアフローメータ１６の下流側に吸気用消音器１７が設けられている。
【００１３】
この吸気用消音器１７は、吸気通路の一部を構成するようにダクト状に形成された薄膜１８と、この薄膜１８の外周側に容積室１９を形成する外周管２０とから構成されている。薄膜１８は、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂をブロー成形することで形成されている。そして、吸気脈動エネルギによって薄膜１８を振動させることで、吸気脈動エネルギを薄膜１８のダンパ効果により減衰させると共に、吸気音の一部を容積室１９に透過させて、その吸気音を低減する。
【００１４】
本実施例１では、薄膜１８の振動可能領域をできるだけ大きくして薄膜１８の振動による吸気音低減効果を高めるために、薄膜１８は、図２に示すように、吸気の流れ方向に垂直な切断面が扁平な六角形となるように形成され、更に、吸気の流れ方向に平行に２分割された２つのパーツ１８ａ，１８ｂを接合することで扁平な六角形のダクト状に形成されている。
【００１５】
一方、外周管２０は、薄膜１８よりも機械的強度（剛性）が高くなるように形成されている。この外周管２０と薄膜１８との間に形成される容積室１９は、該薄膜１８を形成する２つのパーツ１８ａ，１８ｂの接合部１８ｃによって２つの容積室１９ａ，１９ｂに区画されている。以下の説明では、一方の容積室１９ａを「第１容積室」と呼び、他方の容積室１９ｂを「第２容積室」と呼ぶ。また、第１容積室１９ａの隔壁を形成するパーツ１８ａを「第１薄膜」と呼び、第２容積室２５の隔壁を形成するパーツ１８ｂを「第２薄膜」と呼ぶ。
【００１６】
第１薄膜１８ａには、補強リブ２１が吸気の流れ方向に垂直となるように複数設けられ、各補強リブ２１により第１薄膜１８ａは複数の振動面に区画されている。第２薄膜１８ｂには、このような補強リブは設けられていない。これにより、第１薄膜１８ａと第２薄膜１８ｂは、振動面積と剛性がそれぞれ異なり、それによって、固有振動数が異なるように形成されている。第１、第２薄膜１８ａ，１８ｂの固有振動数は、第１、第２薄膜１８ａ，１８ｂの物性や振動面積、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂの容積等により決まる。また、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂは、第１、第２薄膜１８ａ，１８ｂの接合部１８ｃに設けられた連通孔２２により互いに連通している。また、外周管２０には、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂを外気（大気）と連通させる連通孔２３が設けられている。
【００１７】
この構成により、吸気脈動や吸気の気柱共鳴に伴う振動数の音波が第１、第２薄膜１８ａ，１８ｂに入力したときに、その入力振動数と第１、第２薄膜１８ａ，１８ｂの固有振動数との大小関係を固有振動数ごとに異ならせることができる。これにより、第１薄膜１８ａから第１容積室１９ａに透過した音波の位相と、第２薄膜１８ｂから第２容積室１９ｂに透過した音波の位相とを、１８０°異ならせて、逆位相とすることができる。この結果、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂに透過した音波を、連通孔２２を介して互いに干渉させて効果的に減衰させることができ、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂ内で透過音を効率良く低減することができる。
【００１８】
また、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂは、外周管２０に形成された連通孔２３によって大気と連通して、常に大気圧に保たれているので、第１、第２薄膜１８ａ，１８ｂの振動が、第１、第２容積室１９ａ，１９ｂの圧力で妨げられることが全くなく、自由に振動できる。これにより、吸気脈動や吸気の気柱共鳴に伴う音波の減衰及び透過が十分に行われれて、透過音の低減とともに、吸気音の低減も確実に行われる。
【００１９】
図１に示すように、吸気用消音器１７の下流側には、スロットル弁２４が設けられ、このスロットル弁２４を駆動するモータ等の電気アクチュエータ２５と、スロットル弁開度を検出するスロットルセンサ２６とが設けられている。スロットル弁２４の下流側には、スロットル弁２４を通過した吸入空気が流入するサージタンク２７が設けられ、このサージタンク２７とエンジン１１の各気筒の吸気ポートとの間に、それぞれ吸気マニホールド２８が接続されている。
【００２０】
上述したスロットルセンサ２６、エアフローメータ１６、アクセル開度を検出するアクセルセンサ３０、所定クランク角毎にクランク角パルスを出力するクランク角センサ３１、大気圧を検出する大気圧センサ３２、吸気温度を検出する吸気温度センサ３３等の各種センサの出力信号がエンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３４に入力される。このＥＣＵ３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、上記各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて燃料噴射量や点火時期を制御すると共に、アクセルセンサ３０で検出したアクセル開度等に基づいて目標スロットル弁開度を設定し、スロットルセンサ２６で検出した実スロットル弁開度を目標スロットル弁開度に一致させるようにモータ等の電気アクチュエータ２５を制御してスロットル弁２４を駆動する。
【００２１】
更に、このＥＣＵ３４は、後述する図３の消音器内負圧制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に基づいて吸気用消音器１７の薄膜１８に作用する吸気負圧（以下「消音器内負圧」という）を予測する消音器内負圧予測手段として機能すると共に、予測した消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低い場合にスロットル弁２４の駆動速度（スロットル弁開度の変化速度）を遅くして消音器内負圧が急激に大きく変化することを防止するスロットル制御手段として機能する。以下、図３の消音器内負圧制御プログラムの処理内容を説明する。
【００２２】
図３の消音器内負圧制御プログラムは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エアフローメータ１６、クランク角センサ３１、大気圧センサ３２、吸気温度センサ３３、アクセルセンサ３０等の各種センサの出力信号を読み込んで、エンジン運転状態（吸入空気量、エンジン回転速度等）、アクセル開度、大気圧、吸気温度等を検出する。
【００２３】
この後、ステップ１０２に進み、エンジン運転状態とアクセル開度等に基づいて、予測吸気管圧力（スロットル弁２４下流側の吸気負圧の予測値）と予測スロットル弁開度を例えば吸気系モデルやマップデータ等を用いて算出する。ここで、予測吸気管圧力と予測スロットル弁開度は、例えば、次の演算タイミングにおける吸気管圧力とスロットル弁開度の予測値である。
【００２４】
この後、ステップ１０３に進み、大気圧、吸気温度、予測吸気管圧力、予測スロットル弁開度等に基づいて予測消音器通過空気量Ｇｒ（吸気用消音器１７を通過する吸入空気量の予測値）を算出する。この予測消音器通過空気量Ｇｒの算出は、外気導入ダクト１３の外気導入口１２からスロットル弁２４下流側までの吸入空気の挙動を模擬した吸気系モデルから導き出した数式を用いて算出しても良いし、予め設定されたマップデータ等を用いて算出しても良い。この予測消音器通過空気量Ｇｒは、次の演算タイミングにおける消音器通過空気量の予測値である。
【００２５】
その後、ステップ１０４に進み、予測消音器通過空気量Ｇｒに基づいて、外気導入ダクト１３の外気導入口１２から吸気用消音器１７までの間の予測吸気圧損ΔＰを例えば図４のマップを用いて算出する。図４のマップは、予測消音器通過空気量Ｇｒが多くなるほど、予測吸気圧損ΔＰが大きくなるように設定されている。予測吸気圧損ΔＰは、次の演算タイミングにおける吸気圧損の予測値である。
【００２６】
予測消音器内負圧は、大気圧よりも予測吸気圧損ΔＰだけ低い圧力となる。
予測消音器内負圧＝大気圧−予測吸気圧損ΔＰ
予測吸気圧損ΔＰ＝大気圧−予測消音器内負圧
【００２７】
この後、ステップ１０５に進み、大気圧と予測消音器内負圧との差圧である予測吸気圧損ΔＰが所定値よりも小さいか否かを判定し、予測吸気圧損ΔＰが所定値よりも小さいと判定されれば、ステップ１０６に進み、通常スロットル制御を実行する。この通常スロットル制御では、アクセルセンサ３０で検出したアクセル開度等に基づいて設定した目標スロットル弁開度とスロットルセンサ２６で検出した実スロットル弁開度との偏差を小さくするように、電気アクチュエータ２５を制御してスロットル弁２４を駆動して、実スロットル弁開度を目標スロットル弁開度に一致させるようにフィードバック制御する。
【００２８】
これに対して、上記ステップ１０５で、予測吸気圧損ΔＰが所定値以上と判定された場合、つまり予測消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低いと判定された場合には、ステップ１０７に進み、消音器内負圧変化制限制御を実行する。この消音器内負圧変化制限制御では、スロットル弁２４の駆動速度（スロットル弁開度の変化速度）を遅くして消音器内負圧が急激に大きく変化することを防止する。この際、スロットル弁２４の駆動速度を遅くする処理は、例えば、スロットル弁２４の駆動速度を所定速度以下に制限するガード処理を行ったり、或は、スロットル制御の制御ゲインを通常のゲインよりも小さくしてスロットル弁２４の駆動速度を通常よりも遅くするようにしても良い。
【００２９】
以上説明した本実施例１では、予測消音器通過空気量Ｇｒに基づいて予測した吸気圧損ΔＰが所定値以上と判定された場合、つまり予測消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低いと判定された場合に、スロットル弁２４の駆動速度（スロットル弁開度の変化速度）を遅くする消音器内負圧変化制限制御を実行するようにした。これにより、予測消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低い場合に、スロットル弁２４を通過する吸入空気量（スロットル通過空気量）の変化が緩やかになって、吸気用消音器１７を通過する吸入空気量（消音器通過空気量）の変化が緩やかになる。消音器内負圧は、吸気通路の外気導入口１２から吸気用消音器１７までの間の吸気圧損ΔＰ分だけ大気圧よりも低い圧力となるため、消音器通過空気量の変化が緩やかになれば、吸気通路の外気導入口１２から吸気用消音器１７までの間の吸気圧損ΔＰの変化も緩やかになって消音器内負圧の変化も緩やかになる。これにより、エンジン運転中に吸気用消音器１７の薄膜１８に作用する吸気負圧（消音器内負圧）が急激に大きく変化することを防止でき、薄膜１８の強度を増加させなくても、薄膜１８の耐久性を確保することができ、吸気用消音器１７の耐久性向上と吸気音低減能力向上とを両立させることができる。
【実施例２】
【００３０】
上記実施例１では、予測消音器通過空気量Ｇｒに基づいて予測した吸気圧損ΔＰが所定値以上と判定された場合、つまり予測消音器内負圧が大気圧よりも所定値以上低いと判定された場合に、スロットル弁２４の駆動速度を遅くする消音器内負圧変化制限制御を実行するようにしたが、本発明の実施例２では、図５の消音器内負圧制御プログラムを実行し、ステップ１０１〜１０４で、前記実施例１と同様の方法で予測吸気圧損ΔＰを算出した後、ステップ１０５ａに進み、予測吸気圧損ΔＰの変化率｜ｄΔＰ／ｄｔ｜を絶対値で算出する。予測吸気圧損ΔＰの変化率の絶対値｜ｄΔＰ／ｄｔ｜は、予測消音器内負圧の変化率の絶対値に相当する値となる。予測吸気圧損ΔＰの変化率｜ｄΔＰ／ｄｔ｜の代わりに、例えば演算周期当たりの予測吸気圧損ΔＰの変化量を用いても良い。
【００３１】
この後、ステップ１０５ｂに進み、予測吸気圧損ΔＰの変化率｜ｄΔＰ／ｄｔ｜が所定値よりも小さいか否かを判定し、予測吸気圧損ΔＰの変化率｜ｄΔＰ／ｄｔ｜が所定値よりも小さいと判定された場合、つまり予測消音器内負圧の変化が緩やかな場合には、ステップ１０６に進み、通常スロットル制御を実行する。
【００３２】
これに対して、上記ステップ１０５ｂで、予測吸気圧損ΔＰの変化率｜ｄΔＰ／ｄｔ｜が所定値以上と判定された場合、つまり予測消音器内負圧が所定値以上の変化率で変化（増加又は減少）する場合には、ステップ１０７に進み、消音器内負圧変化制限制御を実行して、スロットル弁２４の駆動速度（スロットル弁開度の変化速度）を遅くして消音器内負圧が急激に大きく変化することを防止する。
【００３３】
以上説明した本実施例２でも、吸気用消音器１７の薄膜１８に作用する吸気負圧が急激に大きく変化することを防止でき、薄膜１８の強度を増加させなくても、薄膜１８の耐久性を確保することができ、吸気用消音器１７の耐久性向上と吸気音低減能力向上とを両立させることができる。
【００３４】
尚、本発明を適用可能な吸気用消音器１７の構成は、実施例１で説明した薄膜１８をダクト状に形成する構成に限定されず、吸気用消音器の薄膜を吸気通路を流れる吸入空気に接触させるように配置すれば良く、薄膜の形状も、例えば、平面的な形状等、どの様な形状であっても良い。また、吸気用消音器の薄膜は、吸気脈動の波形とは逆位相となる振動波形を発生させるように電気的に振動させるようにしても良いし、前記実施例１で説明したように、吸気脈動エネルギによって薄膜を振動させることで、吸気脈動エネルギを薄膜のダンパ効果により減衰させて吸気音を低減するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１における吸気系の構成を概略的に示す図である。
【図２】（ａ）は吸気用消音器の吸気の流れ方向と垂直な方向の断面図であり、（ｂ）は吸気用消音器の第１薄膜を上方から見た破断上面図、（ｃ）は吸気用消音器の第２薄膜を下方から見た破断下面図である。
【図３】実施例１の消音器内負圧制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】予測消音器通過空気量Ｇｒから予測吸気圧損ΔＰを算出するマップの一例を示す図である。
【図５】実施例２の消音器内負圧制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…外気導入口、１３…外気導入ダクト（吸気通路）、１５…吸気管（吸気通路）、１６…エアフローメータ、１７…吸気用消音器、１８…薄膜、１８ａ…第１薄膜、１８ｂ…第２薄膜、１８ｃ…接合部、１９…容積室、１９ａ…第１容積室、１９ｂ…第２容積室、２０…外周管、２１…補強リブ、２２，２３…連通孔、２４…スロットル弁、２５…電気アクチュエータ、２６…スロットルセンサ、２７…サージタンク、２８…吸気マニホールド、３０…アクセルセンサ、３１…クランク角センサ、３２…大気圧センサ、３３…吸気温度センサ、３４…ＥＣＵ（消音器内負圧予測手段，ロットル制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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