(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の開閉時期に可変制御できる吸・排気弁を備えた可変動弁エンジンにおいて、
開度を電子制御されるスロットル弁の下流の吸気通路に設けられて、エンジン吸気系の音・振動状態を検出する音・振動検出手段と、
前記音・振動検出手段の検出信号に基づいて異常レベルの音・振動を発生しているか否かを検出する異常レベル音・振動検出手段と、
前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、前記スロットル弁を絞り制御しつつトルクを一定に維持するように吸・排気弁の開閉タイミングを調整して音・振動のレベルを低下させる音振抑制手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項２】
前記吸気弁を、常時は吸気下死点より早く閉じるように制御し、前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときは、吸気弁の閉時期を遅らせて吸気下死点近傍で閉じる制御を行って調整することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項３】
前記吸気弁を、常時は吸気下死点より遅く閉じるように制御し、前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、前記遅閉じ制御を中止し吸気下死点近傍で閉じる制御を行って調整することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項４】
任意の開閉時期に可変制御できる吸・排気弁を備えた可変動弁エンジンにおいて、
開度を電子制御されるスロットル弁の下流の吸気通路に設けられて、エンジン吸気系の音・振動状態を検出する音・振動検出手段と、
前記音・振動検出手段の検出信号に基づいて異常レベルの音・振動を発生しているか否かを検出する異常レベル音・振動検出手段と、
前記吸気弁を、常時は吸気下死点より早く閉じるように制御し、前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、前記吸気弁を吸気下死点より遅く閉じる制御からトルクを一定に維持しつつ吸気下死点より早く閉じる制御に切り換えて音・振動のレベルを低下させる音振抑制手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項５】
前記音振抑制手段は、異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、吸・排気弁のオーバラップ量を０に近づけつつ、トルクを一定に維持するように、吸気弁の閉時期を制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項６】
前記異常レベル音・振動検出手段が異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいて後燃え現象が発生したことを検出したとき、前記スロットル弁を前記異常レベルの音・振動発生時より大きい絞り量で絞り制御しつつトルクを一定に維持するように吸・排気弁の開閉タイミングを調整して前記後燃え現象を抑制することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項７】
前記異常レベル音・振動検出手段が異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいて後燃え現象が発生したことを検出したとき、点火時期を発生トルク最大となるＭＢＴ（最適点火時期）に近づけるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項８】
前記異常レベル音・振動検出手段が異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいて後燃え現象が発生したことを検出したとき、燃料と空気との混合比を出力が増大する混合比に調整することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【請求項９】
前記異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外で、かつ、前記後燃え現象が発生している音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいてバックファイアが発生したことを検出したとき、前記スロットル弁を全閉とすることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの音振制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式などの任意の開閉時期に可変制御できる吸気弁及び排気弁（以下吸・排気弁という）  を備えた可変動弁エンジンにおいて発生する騒音・振動を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般のエンジンでは、スロットル弁の開度によって吸入空気量を制御するが、近年、電磁駆動式の吸・排気弁を備え、主として吸気弁の開閉時期の制御によって吸入空気量を制御するようにしたものが提案されている（特開平８−２０００２５号公報参照）  。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の吸・排気弁を備えたものでは、吸・排気弁が瞬時に開閉するため、バルブオーバラップ中の吸・排気系の連通開口面積が大きく、吸・排気弁の開閉タイミングによっては、吸気系へのガスや火炎の吹き返しにより、吸気系の騒音や振動レベルが大きくなることがあり、その結果、車室内外の騒音が大きくなったり、吸気系周辺部品の劣化を進行させてしまう場合がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジンの音・振動が異常なときに、該音・振動を抑制しつつ吸気系周辺部品の劣化の進行も抑制できるようにした可変動弁エンジンの音振制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
任意の開閉時期に可変制御できる吸・排気弁を備えた可変動弁エンジンにおいて、
開度を電子制御されるスロットル弁の下流の吸気通路に設けられて、エンジン吸気系の音・振動状態を検出する音・振動検出手段と、
前記音・振動検出手段の検出信号に基づいて異常レベルの音・振動を発生しているか否かを検出する異常レベル音・振動検出手段と、
前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、前記スロットル弁を絞り制御しつつトルクを一定に維持するように吸・排気弁の開閉タイミングを調整して音・振動のレベルを低下させる音振抑制手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
エンジン吸気系の音・振動が異常レベルであることが検出されたときには、電制スロットル弁を絞り制御することにより、吸・排気弁のバルブオーバラップ期間中における吸気系へのガスの吹き返し及び電制スロットル弁上流側への音漏れを抑制でき、車室内外の騒音、振動を低減できる。また、吸・排気弁の開閉タイミングを調整することにより、電制スロットル弁の絞り制御によるトルクの減少を防止してトルクを一定に維持することができる。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、
前記吸気弁を、常時は吸気下死点より早く閉じるように制御し、前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときは、吸気弁の閉時期を遅らせて吸気下死点近傍で閉じる制御を行って調整することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明によると、
スロットル弁の絞り制御によるトルクの減少を、吸気弁の閉時期を前記早閉じ制御の中で遅らせてトルクを増大させることにより、トルクを一定に維持することができる。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、
前記吸気弁を、常時は吸気下死点より遅く閉じるように制御し、前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、前記遅閉じ制御を中止し吸気下死点近傍で閉じる制御を行って調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明によると、
異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、遅閉じ制御により吸気ポートからシリンダ内に流入する空気と圧縮されてシリンダから排出される空気とが衝突して大きな音・振動を発生することを、該遅閉じ制御の停止によって防止することにより、車室内外の騒音、振動を低減できる。
また、請求項４に係る発明は、
任意の開閉時期に可変制御できる吸・排気弁を備えた可変動弁エンジンにおいて、
開度を電子制御されるスロットル弁の下流の吸気通路に設けられて、エンジン吸気系の音・振動状態を検出する音・振動検出手段と、
前記音・振動検出手段の検出信号に基づいて異常レベルの音・振動を発生しているか否かを検出する異常レベル音・振動検出手段と、
前記吸気弁を、常時は吸気下死点より早く閉じるように制御し、前記異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、前記吸気弁を吸気下死点より遅く閉じる制御からトルクを一定に維持しつつ吸気下死点より早く閉じる制御に切り換えて音・振動のレベルを低下させる音振抑制手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明によると、
吸気弁を遅閉じ制御から早閉じ制御に切り換えることにより、遅閉じ制御による車室内外の騒音、振動を低減できると共に、トルクも一定に維持できる。
また、請求項５に係る発明は、
前記音振抑制手段は、異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、吸・排気弁のオーバラップ量を０に近づけつつ、トルクを一定に維持するように、吸気弁の閉時期を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明によると、
異常レベルの音・振動を発生していると検出されたときに、吸・排気弁のオーバラップ量を０に近づけることにより、吸気系と排気系との連通開口度が減少され、排気系から吸気系へのガスの吹き返しを抑制できるので、音・振動レベルを低減できる。また、吸気弁の閉時期を調整することにより、トルク変化を無くしてトルク一定に維持することができる。
【００１３】
また、請求項６に係る発明は、
前記異常レベル音・振動検出手段が異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいて後燃え現象が発生したことを検出したとき、前記スロットル弁を前記異常レベルの音・振動発生時より大きい絞り量で絞り制御しつつトルクを一定に維持するように吸・排気弁の開閉タイミングを調整して前記後燃え現象を抑制することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明によると、
後燃え現象が発生したことを検出したときには、電制スロットル弁を絞り制御することにより、吸気通路の吸気流に乱れが発生すると共に吸気流速が早められ、以て燃焼性が改善されて後燃え現象の発生が抑制され、かつ、電制スロットル弁上流側への音漏れを抑制でき、車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。
【００１７】
また、請求項７に係る発明は、
前記異常レベル音・振動検出手段が異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいて後燃え現象が発生したことを検出したとき、点火時期を発生トルク最大となるＭＢＴ（最適点火時期）に近づけるように制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明によると、
後燃え現象が発生したことを検出したときには、点火時期をＭＢＴに近づけることにより、燃焼速度が増大して燃焼性が改善されるので、後燃え現象の発生が抑制され、以て車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。
【００１９】
また、請求項８に係る発明は、
前記異常レベル音・振動検出手段が異常レベルの音・振動を発生していると検出する音・振動レベル領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいて後燃え現象が発生したことを検出したとき、燃料と空気との混合比を出力が増大する混合比に調整することを特徴とする。
【００２０】
請求項８に係る発明によると、
後燃え現象が発生したことを検出したときには、燃料と空気との混合比を出力が増大する混合比に調整することにより、燃焼速度が増大して燃焼性が改善されるので、後燃え現象の発生が抑制され、以て車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。
【００２１】
また、請求項９に係る発明は、
前記異常レベルの音・振動を発生していると検出する領域以外で、かつ、前記後燃え現象が発生している領域以外の領域で、前記音・振動検出手段からの検出信号に基づいてバックファイアが発生したことを検出したとき、前記スロットル弁を全閉とすることを特徴とする。
【００２４】
請求項９に係る発明によると、
バックファイアが発生したことを検出したときには、電制スロットル弁を全閉とすることで、火炎の吸気系への吹き返しを塞き止めてバックファイアを抑制することができ、以て、車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００２６】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を取り囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。吸気通路７には、開度を電子制御される電制スロットル弁８が備えられ、上流端部にはエアクリーナ９が装着されている。前記電制スロットル弁８の下流の吸気通路７に、エンジン１の吸気系から発生する音・振動状態を検出する音・振動検出手段としての振動センサ１０が装着されている。１１は排気通路である。
【００２７】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２８】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２９】
また、吸気弁５，排気弁６の弁軸２１の上端に検出ロッド３１を係合させてハウジングの上端にリフトセンサ３２が配置される。該リフトセンサ３２は、検出ロッドの移動量を、弁体２０のリフト量として検出する。リフトセンサとしてはこの他、赤外線，超音波等による無接点方式の距離測定センサ等も使用できる。
【００３０】
図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１２が設けられている。
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１３により制御され、このコントロールユニット１３には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりエンジン回転速度を検出可能なクランク角センサ１４、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出するアクセルペダルセンサ１５の他、前記吸気弁５，排気弁６の開閉時期を検出するリフトセンサ３２等から、信号が入力されている。
【００３１】
そして、エンジンの運転条件に基づいて設定される吸気弁５と排気弁６の目標開閉時期と前記リフトセンサ３２で検出される実際の開閉時期とを比較し、それらのズレに基づいて、点火時期、燃料噴射量、吸気弁５及び排気弁６の開閉時期を調整する。また、前記振動センサ１０により検出される音・振動状態の信号に基づいて、異常レベルの音・振動、後燃え現象（アフタバーン；排気行程初期まで燃焼が継続する現象）、バックファイアの発生の有無を検出し、各異常状態の検出時には、これらを抑制するフェイルセーフ制御を行う。
【００３２】
以下に、前記各異常状態の検出及びフェイルセーフ制御について、フローチャートに従って詳細に説明する。
図４は、異常レベルの音・振動の検出と、フェイルセーフ制御を示すフローチャートである。
【００３３】
ステップ１では、振動センサ１０からの音・振動状態の検出信号に基づいて、異常レベルの音・振動を発生しているか否かを判定する。具体的には、図５に示すように、音振レベル（ｄＢ）と周波数（ＫＨｚ）とで決定される異常レベル領域に属しているか否かで判定する。したがって、前記振動センサ１０とこのステップ１の機能とで異常レベル音・振動検出手段が構成される。
【００３４】
ステップ１で異常レベルの音・振動を発生していると判定された場合は、ステップ２へ進み、該音・振動のレベルを低下させる制御を行う。具体的には以下のような制御を行う。
【００３５】
第１の方法としては、前記電制スロットル弁９を絞り制御する。この電制スロットル弁９の絞り量は、図６に示すように、異常レベルの音・振動発生時用に設定されている。このように、電制スロットル弁９を絞り制御することにより、吸・排気弁のバルブオーバラップ期間中に吸気系へのガスの吹き返し及び電制スロットル弁９上流側への音漏れを抑制でき、車室内外の騒音、振動を低減できる。また、電制スロットル弁９を絞ると、それだけトルクが減少することになるので、トルクを一定に維持するように吸・排気弁の開閉タイミングを調整する。具体的には、吸気弁５を吸気下死点より早く閉じて吸入空気量制御を行う場合は、吸気弁５の閉時期を遅らせて調整する。
【００３６】
第２の方法としては、吸気弁５を吸気下死点より遅く閉じることにより吸入空気量を制御する遅閉じ制御を行っている場合には、該遅閉じ制御を停止する。即ち、該遅閉じ制御を行うと、吸気ポートからシリンダ内に流入する空気と圧縮されてシリンダから排出される空気とが衝突することにより、大きな音・振動を発生することとなるので、該遅閉じ制御を停止して音・振動の発生を防止することにより、車室内外の騒音、振動を低減できる。また、遅閉じ制御を停止して吸気下死点近傍で吸気弁５を閉じる制御とした場合には、吸入空気量の増大によってトルクが増大するため、トルクを一定に維持するように電制スロットル弁９を絞り制御する。この絞り制御によっても騒音、振動を低減できる。また、遅閉じ制御を停止し、吸気弁５を吸気下死点より早く閉じることにより吸入空気量を制御する早閉じ制御に切り換えるようにしてもよい。
【００３７】
第３の方法としては、吸・排気弁のバルブオーバラップ量を０に近づける制御を行う。このようにすれば、吸気系と排気系との連通開口度が減少され、排気系から吸気系へのガスの吹き返しを抑制できるので、音・振動レベルを低減できる。この場合も、前記制御によるトルク変化を無くしてトルク一定に維持するように吸気弁５の閉時期等を調整する。
【００３８】
第４の方法としては、吸・排気弁のバルブオーバラップ位置（中心位置）を吸気上死点近傍に近づける制御を行う。このようにすれば、ピストンが上死点近傍にあるときは、ピストン速度が０に近いので、バルブオーバラップ中にシリンダから吸気系へ吹き返されるガス量を十分小さくすることができ、以て、音・振動レベルを低減できる。
【００３９】
また、前記第１の方法、第３の方法、第４の方法は、これらの中から２以上を組み合わせて適用することができる。即ち、電制スロットル弁９の絞り制御、吸・排気弁のオーバラップ量を０に近づる制御、オーバラップ位置を上死点に近づけたる制御の中、２以上を組み合わせて、十分に音・振動レベルを低減することができる。
【００４０】
また、ステップ１の判定がＮＯの場合は、ステップ３へ進んで振動センサ１０からの音・振動状態の検出信号に基づいて、後燃え現象が発生しているか否かを判定する。具体的には、図５に示すように、音振レベル（ｄＢ）と周波数（ＫＨｚ）とで決定される後燃え現象領域に属しているか否かで判定する。
【００４１】
そして、ステップ３で後燃え現象が発生していると判定されたときは、ステップ４へ進んで後燃え現象を抑制する制御を行う。
【００４２】
第１の方法としては、前記電制スロットル弁９を絞り制御する。この電制スロットル弁９の絞り量は、図６に示すように、後燃え現象発生時用に設定されており、前記異常レベルの音・振動発生時より大きい絞り量に設定されている。このように、電制スロットル弁９を絞り制御することにより、吸気通路７の吸気流に乱れを発生すると共に吸気流速を早め、以て燃焼性を改善して後燃え現象の発生を抑制し、かつ、電制スロットル弁９上流側への音漏れを抑制でき、以て車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。また、電制スロットル弁９の絞り制御によるトルクの減少を抑制してトルクを一定に維持するように、例えば早閉じ制御においては吸気弁５の閉時期を遅らせて調整する。
【００４３】
第２の方法としては、点火時期をＭＢＴ（最適点火時期）に近づけるように制御する。点火時期をＭＢＴに近づけることにより、燃焼速度が増大して燃焼性が改善されるので、後燃え現象の発生が抑制され、以て車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。また、この場合は、点火時期をＭＢＴに近づける制御によって発生トルクが増大するので、該トルクの増大を抑制する方向に、例えば早閉じ制御においては吸気弁５の閉時期を早めて調整する。
【００４４】
第３の方法としては、燃料と空気の混合比を出力が増大する濃いめの出力混合比に制御する。該出力混合比制御により前記点火時期制御と同様に燃焼速度が増大して燃焼性が改善されるので、後燃え現象の発生が抑制され、以て車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。また、この場合も、発生トルクが増大するので、該トルクの増大を抑制する方向に、例えば早閉じ制御においては吸気弁５の閉時期を早めて調整する。
【００４５】
また、ステップ３の判定がＮＯの場合は、ステップ５へ進んで振動センサ１０からの音・振動状態の検出信号に基づいて、バックファイアが発生しているか否かを判定する。具体的には、図５に示すように、音振レベル（ｄＢ）と周波数（ＫＨｚ）とで決定されるバックファイア領域に属しているか否かで判定する。
【００４６】
ステップ５でバックファイアが発生していると判定された場合は、ステップ６へ進んで、該バックファイアを抑制する制御を行う。具体的には、前記電制スロットル弁９を全閉とする制御を行う。
【００４７】
このように、電制スロットル弁９を全閉とすることで、火炎の吸気系への吹き返しを塞き止めてバックファイアを抑制することができ、以て、車室内外の騒音、振動を低減できると共に吸気系周辺部品の劣化を抑制することができる。
【００４８】
また、ステップ５でバックファイアが発生していないと判定された場合は、特に異常が発生していないと判断して、ステップ７へ進み、通常の制御を実行する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図。
【図２】本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図。
【図３】吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図。
【図４】一実施の形態に係る制御ルーチンのフローチャート。
【図５】音振レベルと周波数との関係を示す図。
【図６】エンジン吸気系の各異常状態における電制スロットル弁のフェイルセーフ開度を示す図。
【符号の説明】
１    エンジン
２    ピストン
３    燃焼室
４    点火栓
５    電磁駆動式の吸気弁
６    電磁駆動式の排気弁
７    吸気通路
８    電制スロットル弁
１０    振動センサ
１１    排気通路
１３    コントロールユニット
【図１】
0003573037.tif 000002
【図２】
0003573037.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003573037.tif 000007