(57)【要約】【課題】バルブを全開状態に維持することと騒音を抑制することとを両立させることができるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】バルブ２２は、その開閉によってマフラ１６内の排気の流通経路を切り替え、排気音を制御する。バルブ２２には、ウォームホイール２４が連結されており、ウォームホイール２４には、ウォーム２６が係合されており、ウォーム２６には、モータ２８の回転軸２８ａが連結されている。ＣＰＵ４２は、バルブ２２を全開状態とする要求が生じると、ドライバ３０を起動してバルブ２２を全開状態に制御する。そして、ＣＰＵ４２は、バルブ２２を全開状態とすると、ドライバ３０の電源を所定時間にわたってオフ状態とした後、ドライバ３０を介してバルブ２２を再度全開状態に制御する。ＣＰＵ４２は、所定時間を、内燃機関１０の運転状態に応じて可変設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マフラ内の排気の流通経路を切り替えるバルブを備えた内燃機関に適用され、
前記バルブは、閉弁方向に弾性体による力が及ぼされて且つウォームホイールに連結されており、前記ウォームホイールには、モータに連結されたウォームが係合されており、前記モータは、ドライバによって駆動され、
前記バルブを全開状態に開弁させるべくドライバを操作する開弁操作処理と、
前記開弁操作処理によって前記バルブを全開状態に開弁させた後、前記モータの通電を停止する停止処理と、
前記停止処理によって前記モータの通電が停止されている期間が所定時間以上となる場合、前記ドライバを介して前記モータを操作することにより前記バルブを全開状態に制御する全開維持処理と、を実行し、
前記所定時間を、前記内燃機関の運転状態に応じて可変設定する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、マフラ内の排気の流通経路を切り替えるバルブを備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、マフラの上流側において排気通路が第１枝管および第２枝管に分岐してマフラに接続され、マフラ内での排気の流通経路を切り替えるバルブを備えた内燃機関が記載されている。そして同文献には、バルブを全開状態とするか全閉状態とするかに応じて、マフラ内の排気の流通経路を切り替えることにより、排気音を制御する制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０１５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、上記のように排気音を制御するバルブをモータにより駆動することを考えた。その場合、バルブを全開状態とした後、排気管などの振動によりバルブが全開状態から変化することを抑制するためにモータを常時駆動すると、モータの駆動に伴う騒音がユーザに感知されるおそれがある。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブを全開状態に維持することと騒音を抑制することとを両立させることができるようにした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】
【０００６】
上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、マフラ内の排気の流通経路を切り替えるバルブを備えた内燃機関に適用され、前記バルブは、閉弁方向に弾性体による力が及ぼされて且つウォームホイールに連結されており、前記ウォームホイールには、モータに連結されたウォームが係合されており、前記モータは、ドライバによって駆動され、前記バルブを全開状態に開弁させるべくドライバを操作する開弁操作処理と、前記開弁操作処理によって前記バルブを全開状態に開弁させた後、前記モータの通電を停止する停止処理と、前記停止処理によって前記モータの通電が停止されている期間が所定時間以上となる場合、前記ドライバを介して前記モータを操作することにより前記バルブを全開状態に制御する全開維持処理と、を実行し、前記所定時間を、前記内燃機関の運転状態に応じて可変設定する。
【０００７】
上記構成では、開弁操作処理によってバルブを全開状態とした後、所定時間にわたってモータの通電を停止する。ここで、バルブは、ウォームに係合されたウォームホイールに連結されているため、全開状態とされると、モータのトルクをゼロとしても、閉弁側に変位することは抑制される。ただし、内燃機関の振動等に起因して、バルブが徐々に閉弁方向に変位するおそれがある。そこで、上記構成では、所定時間が経過すると、モータを操作してバルブを全開状態に制御する。これにより、バルブが全開状態よりも閉弁側に変位していたとしても全開状態に復帰させることができる。ここで、モータの駆動を停止している期間において、バルブが閉弁方向に変位する可能性は、内燃機関の運転状態に応じて変動する。これに対し、上記構成では、所定時間を運転状態に応じて可変設定することにより、バルブが閉弁方向に変位する可能性が高いほど所定時間を短くすることができ、ひいては、バルブを全開状態に維持しつつもモータの駆動頻度を極力低く抑えることができる。このため、上記構成では、バルブを全開状態に維持することと騒音を抑制することとを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかるバルブの制御に関する処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、４気筒を有する第１バンクおよび第２バンクを備えた、Ｖ型８気筒の内燃機関である。各バンクの気筒から排出された排気は、一対の排気通路１２を流動する。一対の排気通路１２のそれぞれには、触媒１４が設けられており、一対の排気通路１２は、触媒１４の下流側において、バルブアクチュエータ２０を介してマフラ１６に接続されている。マフラ１６は、消音器を備えない第１通路１７と、消音器を備えた第２通路１８と、を備えている。
【００１０】
バルブアクチュエータ２０は、上流からマフラ１６に流入する排気を、第１通路１７および第２通路１８を通過させるか、第２通路１８のみを通過させるかを切り替える。すなわち、バルブアクチュエータ２０は、バタフライバルブ（バルブ２２）を備えており、バルブ２２が閉弁状態となる場合、排気は第２通路１８のみを通過する一方、バルブ２２が開弁状態となる場合、第２通路１８のみならず第１通路１７をも通過する。排気が第２通路１８のみを通過する場合と比較して、第１通路１７をも通過する場合には、排気音が大きくなり、迫力のある音となる。すなわち、バルブアクチュエータ２０は、排気音を制御するためのアクチュエータである。
【００１１】
バルブ２２には、スプリングの弾性力である閉弁方向の力Ｆｓが常時付与されている。バルブ２２は、ウォームホイール２４に連結されている。ウォームホイール２４には、ウォーム２６が係合されている。ウォーム２６は、モータ２８の回転軸２８ａに連結されており、回転軸２８ａと一体的に回転する。
【００１２】
モータ２８には、ドライバ３０が接続されている。ドライバ３０は、バルブ２２の開口度を検出するセンサを備えており、センサによって検出される開口度を指令値にフィードバック制御するためにモータ２８のトルクを操作する。
【００１３】
制御装置４０は、ドライバ３０に開口度の指令値を出力することによって、ドライバ３０を介してバルブ２２の開口度を制御する。詳しくは、制御装置４０は、ユーザによってモード切替スイッチ５０が操作されるのに応じて、バルブ２２の開口度を制御する。すなわち、ユーザが、迫力のある排気音を望み、該当するモードを指示すべくモード切替スイッチ５０を操作する場合、制御装置４０は、バルブ２２を全開状態に制御し、そうでない場合、バルブ２２を全閉状態に制御する。制御装置４０は、バルブ２２を制御する際、エアフローメータ５２によって検出される内燃機関１０の吸入空気量Ｇａや、回転速度センサ５４によって検出されるクランク軸の回転速度ＮＥを参照する。なお、制御装置４０は、中央処理装置（ＣＰＵ４２）およびメモリ４４を備えている。
【００１４】
図２に、バルブ２２の制御に関する処理の手順を示す。図２に示す処理は、メモリ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２が実行することにより実現される。図２に示す処理は、モード切替スイッチ５０の操作に応じてバルブ２２を全開状態とする制御がなされていないことを条件に繰り返し実行される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」を付与した数字によって、ステップ番号を表現する。
【００１５】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ４２は、まず、バルブ２２を開弁する要求があるか否かを判定する（Ｓ１０）。この処理は、モード切替スイッチ５０の状態に基づき実行される。そしてＣＰＵ４２は、要求があると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ドライバ３０を起動し、バルブ２２を全開状態とするように指令する（Ｓ１２）。ここでは、具体的には、ＣＰＵ４２は、バルブ２２の開口度の指令値をゼロから全開状態の値まで漸増させる処理を実行することにより、バルブ２２の開口度の増加速度をも制御する。そしてＣＰＵ４２は、バルブ２２の開口度の指令値を全開状態の値としてから規定時間αが経過したか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、規定時間αは、バルブアクチュエータ２０の応答遅れ等を考慮して、バルブ２２が確実に全開状態となるのに要する時間に設定されている。
【００１６】
ＣＰＵ４２は、規定時間α経過するまで待機し（Ｓ１４：ＮＯ）、規定時間α経過すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ドライバ３０の電源をオフ操作してドライバ３０を停止させる（Ｓ１６）。これにより、モータ２８への電力の供給が停止されるため、モータ２８の回転軸２８ａは、ウォーム２６に連れ回されない限り停止状態となる。そして、ＣＰＵ４２は、ドライバ３０を停止状態とする継続時間である所定時間βを、回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに基づき設定する（Ｓ１８）。
【００１７】
ＣＰＵ４２は、回転速度ＮＥが高い場合に低い場合よりも所定時間βを短い値に設定する。これは、第１に、回転速度ＮＥが高い場合には低い場合よりも内燃機関１０の振動が大きくなることから、バルブ２２が全開状態から閉弁側に変化する可能性が高くなるためである。第２に、回転速度ＮＥが高い場合には低い場合よりも内燃機関１０の騒音が大きいため、モータ２８の駆動による騒音がユーザに感知されにくいからである。また、ＣＰＵ４２は、吸入空気量Ｇａが多い場合に少ない場合よりも所定時間βを短い値に設定する。これは、第１に、吸入空気量Ｇａが多い場合に少ない場合よりも排気による脈動の影響でバルブ２２が全開状態から閉弁側に変化する可能性が高くなることが懸念されるためである。第２に、吸入空気量Ｇａが多い場合に少ない場合よりも排気音が大きくなるため、モータ２８の駆動による騒音がユーザに感知されにくいからである。
【００１８】
具体的には、ＣＰＵ４２は、回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａと所定時間βとの関係を定めたマップをメモリ４４に記憶しており、マップに基づき所定時間βを設定する。
そしてＣＰＵ４２は、所定時間βが経過するまで待機し（Ｓ２０：ＮＯ）、所定時間βが経過すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ドライバ３０を起動し、バルブ２２の開口度の指令値として全開状態の値を指定して出力する（Ｓ２２）。次に、ＣＰＵ４２は、規定時間γが経過したか否かを判定する（Ｓ２４）。規定時間γは、所定時間βの間にバルブ２２が閉弁側に変位したとしても、バルブ２２を確実に全開状態に戻すことができる時間に設定されている。
【００１９】
ＣＰＵ４２は、規定時間γが経過するまで待機し（Ｓ２４：ＮＯ）、規定時間γが経過する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、上記Ｓ１０の処理と同様にして、バルブ開き要求があるか否かを判定する（Ｓ２６）。そして、ＣＰＵ４２は、バルブ２２の開き要求があると判定する場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、Ｓ１６の処理に移行する。これに対し、ＣＰＵ４２は、バルブ開き要求がないと判定する場合（Ｓ２６：ＮＯ）、バルブ２２を全閉状態とするようにドライバ３０に指令を出す（Ｓ２８）。そして、ＣＰＵ４２は、バルブ２２が確実に全閉状態とされたと想定される時間が経過することにより、ドライバ３０の電源をオフとする。
【００２０】
なお、ＣＰＵ４２は、Ｓ２８の処理が完了する場合や、Ｓ１０において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００２１】
ＣＰＵ４２は、モード切替スイッチ５０によってバルブ２２の全開状態が指示されると、ドライバ３０を起動してバルブ２２を全開状態に制御し、バルブ２２を全開状態とすると、ドライバ３０の電源をオフ操作する。これにより、モータ２８がウォーム２６にトルクを付与することはなくなる。ここで、振動等によってバルブ２２を閉弁側に変位させようとする力が加わったとしても、ウォームホイール２４からウォーム２６へと回転力が伝達しにくいため、ウォームホイール２４の回転は抑制され、ひいてはバルブ２２の変位は抑制される。ただし、内燃機関１０等の振動がウォームホイール２４に伝達することにより、少しずつバルブ２２が閉弁方向に変位するおそれがある。そこで、ＣＰＵ４２は、所定時間βが経過すると、ドライバ３０を起動して、バルブ２２の開口度を全開状態にフィードバック制御させる。これにより、ドライバ３０の停止状態においてバルブ２２が閉弁方向に変位していたとしても、全開状態に復帰させることができる。
【００２２】
特に、ＣＰＵ４２は、所定時間βを、回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに応じて可変設定した。これにより、バルブ２２が全開状態からずれることを抑制しつつも、所定時間βを極力長い値とすることができる。このため、ドライバ３０によってバルブ２２の開口度のフィードバック制御を常時実行している場合と比較すると、モータ２８の駆動に伴う騒音の発生を極力抑制することができる。すなわち、ドライバ３０は、バルブ２２の開口度が全開状態の値から微小にずれることにより、バルブ２２を全開状態に変位させる側のトルクをモータ２８に生成させ、バルブ２２が全開状態に対応する開口度に対してわずかにオーバーすると、閉弁側のトルクをモータ２８に生成させる。このため、フィードバック制御が常時実行される場合、モータ２８の駆動による騒音が頻繁に生じるおそれがある。
【００２３】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。開弁操作処理は、Ｓ１２、Ｓ１４の処理に対応し、停止処理は、Ｓ１６の処理に対応し、全開維持処理は、Ｓ１８〜Ｓ２４の処理に対応する。
【００２４】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・上記構成では、所定時間βを、回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに基づき可変設定したが、これに限らない。たとえば、回転速度ＮＥのみに基づき可変設定してもよく、またたとえば吸入空気量Ｇａのみに基づき可変設定してもよい。
【００２５】
・上記実施形態では、バルブ２２の閉弁状態においては第２通路１８のみを排気が通過し、バルブ２２の開弁状態においては第１通路１７および第２通路１８の双方を排気が通過した。換言すれば、バルブ２２の開閉に応じて、マフラ１６内の排気の流通経路の容積を変更した。しかしこれに限らず、たとえば、容積自体は同一の一対の通路のいずれを通過するかをバルブ２２の開閉によって切り替えるものであってもよい。この場合であっても、一対の通路の形状を異ならせるなどして、いずれの通路を排気が通過するかに応じて排気音が異なるのであれば、バルブ２２の開閉によって排気音を制御することができる。
【００２６】
・制御装置としては、ＣＰＵ４２とメモリ４４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリとを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラムを記憶するメモリと、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。
【００２７】
・内燃機関１０としては、Ｖ型８気筒のものに限らない。
【符号の説明】
【００２８】
１０…内燃機関、１２…排気通路、１４…触媒、１６…マフラ、１７…第１通路、１８…第２通路、２０…バルブアクチュエータ、２２…バルブ、２４…ウォームホイール、２６…ウォーム、２８…モータ、２８ａ…回転軸、３０…ドライバ、４０…制御装置、４２…ＣＰＵ、４４…メモリ、５０…モード切替スイッチ、５２…エアフローメータ、５４…回転速度センサ。
【図１】
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【図２】
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