(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を直列に配置してなるエンジンブロックを有し、作動時に特定の周波数帯で振動すると騒音を発する多気筒エンジンにおいて、
この多気筒エンジン固有の気筒であって前記特定の周波数帯で他の気筒に比して騒音が激しくなることが予め特定される特定気筒について、前記特定の周波数帯に振動があるとき燃焼を緩慢にするよう、前記特定気筒への燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段を有することを特徴とする多気筒エンジン。
【請求項２】
前記多気筒エンジンは気筒数が偶数の直列多気筒ディーゼルエンジンであって、前記特定気筒は直列に配列されている気筒のうち中央の複数気筒であることを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジン。
【請求項３】
燃料噴射制御手段は、気筒内に機関作動用燃料を噴射する主噴射および主噴射に先立って主噴射よりも少量の燃料を気筒内に予め噴射して着火遅れを防止するパイロット噴射を行うインジェクタと、インジェクタの作動を制御する制御装置とを含むことを特徴とする請求項２記載の多気筒エンジン。
【請求項４】
前記特定の周波数帯に振動があるときは、前記制御装置は、前記パイロット噴射の実行量を着火遅れ防止用に通常噴射する実行量よりも増量することを特徴とする請求項３記載の多気筒エンジン。
【請求項５】
前記ディーゼルエンジンは、畜圧室であるコモンレールを備え、このコモンレールの圧力で前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行し、前記特定の周波数帯に振動があるときは、前記コモンレールの圧力をそれまでよりも低下することを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジン。
【請求項６】
前記多気筒エンジンは直列４気筒エンジンであって、前記特定気筒は第２気筒および第３気筒であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多気筒エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンに関し、詳しくは気筒への噴射燃料によって騒音低減を図る多気筒エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車から出る騒音の主要原因であるエンジン音には、混合気の燃焼に伴って発生する燃焼音と、ピストンとシリンダとの摩擦等エンジン構成部材同士がぶつかったり擦れたりして生ずる機械音とがある。
【０００３】
このようなエンジン音は、エンジン回転数が高まると音質が変わって大きな音となる。このため、エンジン音の低減を図らないと、特に加速時に生じる加速音が騒音となるばかりか振動が激しくなり運転フィーリングの悪化要因となる虞がある。
【０００４】
エンジンの燃焼音を抑制するためには、例えば  エンジンの剛性を高めることが考えられる。しかし、その場合、製作コストがかかるばかりか、エンジンを搭載する車輌部分の強度も高める必要がある。それ故、当該部分の重量が高まり、車輌全体の重量バランスがとれなくなる。
【０００５】
その他、エンジンの燃焼音を抑制するための手段として、複数ある気筒のうち燃焼圧の変化量がエンジン作動中に所定値以上になった気筒に対しては、噴射タイミングを遅角して各気筒ごとの騒音発生を抑制する技術（特開昭５９−３７２３５号公報参照）や燃料の主噴射に先立って予め少量の燃料を噴射するいわゆるパイロット噴射を実行し、かつその噴射タイミングを特定の気筒に対してずらすことで、当該気筒の振動を低減するという技術（特開昭６３−９６５７号公報参照）が周知である。
【０００６】
しかし、これら公報で掲げた騒音低減技術は、複数ある気筒のうち実際に騒音を発している気筒をその都度検出しなければならず、またその検出結果に基づいて騒音抑制を行うという技術である。よって、すべての気筒についてセンサ等の検出用装置を備えなくてはならないため、内燃機関の構造がそれだけ複雑になる。また騒音の発生を確認してからでないと騒音抑制を実現できないため、騒音の発生から騒音の抑制までの間に時間的ずれを生じた。
【０００７】
本願発明者は、多気筒のディーゼルエンジンについて騒音実験を行った結果、エンジン振動数が特定の周波数帯にあるとき各気筒を同じに燃焼しても特定気筒については常に他の気筒よりも騒音が激しくなることを突き止めた。そして、当該特定気筒については、他の気筒よりも騒音度合いすなわち振動数が高い故、エンジン全体が特定の振動モードを形成することを見出した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、多気筒エンジンにおいて、特定の周波数帯にあっては特定気筒の振動数が他の気筒の振動数に比して常に高くなるという知見に基づいて発明したものである。そして、その解決しようとする課題は、上記実状に鑑み、騒音低減を図りつつかつ構造簡単な多気筒エンジンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関は、前記課題を達成するために次の手段を採用する。
（１）本発明の多気筒エンジンは、複数の気筒を直列に配置してなるエンジンブロックを有し、作動時に特定の周波数帯で振動すると騒音を発する多気筒エンジンにおいて、この多気筒エンジン固有の気筒であって前記特定の周波数帯で他の気筒に比して騒音が激しくなることが予め特定される特定気筒について、前記特定の周波数帯に振動があるとき燃焼を緩慢にするよう、前記特定気筒への燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、「特定の周波数帯」とは、多気筒エンジンが例えば４気筒の場合であれば、ほぼ１〜５ＫＨＺの周波数帯を挙げられる。
（２）前記多気筒エンジンは気筒数が偶数の直列多気筒ディーゼルエンジンであって、前記特定気筒は直列に配列されている気筒のうち中央の複数気筒であることことが望ましい。
（３）燃料噴射制御手段は、気筒内に機関作動用燃料を噴射する主噴射および主噴射に先立って主噴射よりも少量の燃料を気筒内に予め噴射して着火遅れを防止するパイロット噴射を行うインジェクタと、インジェクタの作動を制御する制御装置とを含むことが好適である。
（４）前記特定の周波数帯に振動があるときは、前記制御装置は、前記パイロット噴射の実行量を着火遅れ防止用に通常噴射する実行量よりも増量することが好ましい。
（５）前記ディーゼルエンジンは、畜圧室であるコモンレールを備え、このコモンレールの圧力で前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行し、前記特定の周波数帯に振動があるときは、前記コモンレールの圧力をそれまでよりも低下するようにしてもよい。
（６）前記多気筒エンジンは直列４気筒エンジンであって、前記特定気筒は第２気筒および第３気筒であることが好適である。
【００１１】
このような構成の本発明によれば、一部の特定気筒の燃焼を緩慢にしてそれだけエンジン全体の騒音が低減する。しかも、特定の周波数帯に振動があるときに騒音が激しくなることが予めわかっている特定気筒について、その燃焼を緩慢にするよう前記特定気筒への燃料噴射制御を行うので、従来技術のように振動（騒音）の激しくなる気筒がどれであるかを検出する必要がない。このためのセンサその他の検出用の装置が不要である。よって、それだけエンジン構造を簡単にできる。
【００１２】
しかも、前もってどの気筒から騒音が発生するということが検出せずともわかっているので、騒音発生から騒音の抑制までの間に時間的ずれがない状態で制御できる。このため、効率的に騒音低減を図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
〈実施の形態〉
図１〜図４を用いて本発明に係る実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すエンジン１は、例えばディーゼルエンジンであり、エンジン１を上から見た状態を示す。そして、この実施の形態では、気筒数が４つでかつそれらの気筒がエンジンブロック１ａの長手方向に直列配置されてなる直列４気筒ディーゼルエンジンを対象としている。また符号＃１〜＃４は前記４つの気筒を意味する。
【００１５】
符号６は、エンジン１の端縁を意味する。そして、この発明はエンジン振動に関するものであるので、便宜上、振動系で一般に用いる語句をこの端縁に適用し、節６と呼称する。
【００１６】
図１の二点鎖線はエンジン１が特定の周波数帯であるほぼ１〜５ＫＨＺで振動している時にこの振動によってエンジン１の外形線が変化している状態、すなわち振動モードＭを示す。また、この二点鎖線は、これをエンジン１が振動していないときのエンジン外形線（実線で示す）と比較することで、振動時のエンジン１の形態変化を示す。
【００１７】
エンジン１の振動モードＭについて詳述する。
エンジン１は、最大の振動時に弓形(ユミナリ)状に外側に反り、エンジン長手方向中央部、すなわち、＃２と＃３とを含む部分（正確には＃２と＃３との間の部分）７が最大の振幅位置になることがわかる。よって、エンジン１の作動時にエンジン全体を上から見た場合、エンジン１はその両端が次第に細く中央で太い樽状の形態を呈す。
【００１８】
エンジン長手方向中央部のことを前記節６に対して腹といい、符号８で示す。「節」をエンジン長手方向において振動しない両端と定義すれば、「腹」は、エンジンの長手方向両端を節とする曲げモードの最大振幅位置と定義できる。
【００１９】
なお、図示は省略してあるが、周知のごとく、ディーゼルエンジン１には、蓄圧室であるコモンレールやコモンレールの圧力を受けて気筒内に燃料を噴射するインジェクタが備えられている。
【００２０】
インジェクタは、気筒内に機関作動用燃料を噴射する主噴射の実行以外に主噴射に先立って主噴射よりも少量の燃料を気筒内に予め噴射して着火遅れを防止するパイロット噴射を行う。
【００２１】
そして、これまでは、特定の周波数帯でエンジンが振動すると、振動音が騒音になるということはわかっていたが、エンジン長手方向中央部に腹ができること、換言すればエンジン１に前記樽状の振動モードＭができることが騒音の原因であるということは、当業者の間でもわからなかった。
【００２２】
本願発明者は、鋭意努力の結果、直列４気筒エンジンのような直列偶数気筒のディーゼルエンジンにおいて、各気筒を同じに燃焼した場合でも、エンジン振動数が特定の周波数帯にあるときは、中央の複数気筒が他の気筒に比して振動数が高く、したがって、前記中央複数気筒の間の部分が腹となって、図１に示す二点鎖線のような振動モードを形成することを実験によって見い出した。
【００２３】
より具体的に直列４気筒のディーゼルエンジンで説明すると、エンジン振動数がほぼ１〜５ＫＨＺにあると、気筒＃２および＃３が気筒＃１および＃４に比べて振動数が高く、また節６，６は、構造上、振動しにくい部分である故、気筒＃２と＃３との間の部分が腹となって振幅が大きくなる、すなわち騒音が激しくなることを見い出したのである。よって、気筒＃２，＃３をエンジン１の固有の特定気筒と便宜上いうことにする。
【００２４】
そして、このような知見に基づいて、エンジン１では、その振動がほぼ１〜５ＫＨＺの周波数帯にあるときに気筒＃２，＃３の燃焼が緩慢になるよう、気筒＃２，＃３への燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段を備えることで騒音対策を講じている。
【００２５】
前記燃料噴射制御手段は、前記インジェクタと、このインジェクタの作動を制御する図示しないエンジン制御装置（以下「ＥＣＵ」という。）に含まれる中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）とを含むものである。
【００２６】
そして、特定の周波数帯に振動があるときは、前記ＥＣＵは、パイロット噴射の実行量を着火遅れ防止用に通常噴射する実行量よりも増量する。この増量分は、パイロット噴射による燃焼から主噴射による燃焼にスムーズに移行可能な量とする。
【００２７】
スムーズに移行可能な量について説明する。
主噴射用の燃料量は、機関排気量に見合う量であるが、パイロット噴射用の燃料量は、本来、例えば着火遅れを少なくしたりするために必要な量である。したがって、両者の噴射量は通常かなりの差がある。
【００２８】
このため、パイロット噴射による燃焼での爆発力と主噴射による燃焼での爆発力とではその規模が異なる。よって、パイロット噴射による燃焼から主噴射による燃焼への移行時には気筒内の圧力が一気に上昇して騒音を発生することとなるが、両者の差量を狭めれば、すなわちパイロット噴射の噴射燃料の量を増量して、主噴射による燃焼での爆発力にパイロット噴射による燃焼での爆発力を近づければ圧力上昇が緩慢になって騒音が低減される。
【００２９】
なお、前記増量分は、エンジンの排気量やエンジン搭載車輌の種類によって異なり、実験や演算によって求める。
図２は、振動防止実行用の制御ルーチンであり、ＥＣＵに含まれる読み込み専用メモリＲＯＭに入れてある。
【００３０】
そして、必要に応じて前記ＥＣＵの中央処理装置ＣＰＵに呼び出される。
前記振動防止実行用制御ルーチンは、エンジン始動後、処理がこのルーチンに移行すると、Ｓ１０１でエンジン周波数が特定の周波数帯であるほぼ１〜５ＫＨＺにあるかどうかを判定する。
【００３１】
Ｓ１０１で肯定判定すれば、Ｓ１０２に進み、否定判定すればこのルーチンを終了する。本発明は、特定の周波数帯にあるときの騒音を防止するためのものだからである。
【００３２】
Ｓ１０２ではインジェクタによって特定気筒である＃２と＃３とにパイロット噴射し、このルーチンを終了する。その噴射量は、前記のようにパイロット噴射による燃焼から主噴射による燃焼にスムーズに移行できるように通常のパイロット噴射量よりも増量した量である。
【００３３】
図３および図４は、縦軸に気筒＃２および＃３の圧力レベルをとり、横軸に時間をとってなる圧力−時間線図、換言すれば時間変化に応じた気筒内燃焼による圧力波形図である。
【００３４】
また、図３および図４は、それぞれ気筒＃２，＃３に本技術を採用しなかった場合と採用した場合との比較図であって、両図の各楕円領域Ａは、エンジン振動数がほぼ１〜５ＫＨＺにあるときに、気筒＃２と＃３とへパイロット噴射を行った後に引き続き主噴射を行った場合の圧力変化の状態を示す。
【００３５】
両図の比較により、本技術を採用した場合を示す図４の圧力波形の方が、楕円領域Ａにおける傾斜が緩やかであり、よって、気筒＃２，＃３にあっては、燃焼が緩慢になってパイロット噴射による燃焼から主噴射による燃焼へスムーズに移行していることがわかる。
【００３６】
図５は、本技術の効果を従来技術との比較で示すグラフであって、縦軸に＃２，＃３の音圧レベルをとり、横軸に周波数をとってなる音圧−周波数線図である。
図５における実線Ａおよび破線Ｂは、それぞれ従来技術（対策前）の場合の音圧グラフ線および本技術（対策後）を採用した場合の音圧グラフ線である。
【００３７】
両グラフ線より明らかなように、ほぼ１〜５ＫＨＺにおいては、破線グラフ線Ｂの方が実線グラフ線Ａよりも顕著に音圧レベルが低下している、即ち騒音が低減していることがわかる。
【００３８】
しかも、本発明者によって、直列４気筒エンジン１にあっては、エンジン振動数が前記周波数帯にあるときには気筒＃２，＃３の騒音が激しくなることが、実験によって明らかにされているので、エンジン振動が特定周波数帯であるほぼ１〜５ＫＨＺになったら気筒＃２および＃３に対してそれらの燃焼が緩慢になるような前記噴射制御を行えばよい。よって、従来技術のように振動（騒音）の激しくなる気筒がどれであるかを検出するためのセンサその他の装置が全く不要である。よって、それだけエンジンの構造が簡略化できる。
【００３９】
加えて、前もってどの気筒から騒音が発生するということが検出せずともわかっているので、騒音発生から騒音の抑制までの間に時間的ずれがないように制御できる。このため、効率的に騒音低減を図れる。
【００４０】
なお、この実施の形態では、直列４気筒エンジンについて述べたが、直列６気筒エンジン等、複数の気筒を直列に配置してなるエンジンブロックを有する多気筒エンジンであれば、同様に適用できるのはもちろんである。
【００４１】
また、パイロット噴射による燃焼から主噴射による燃焼へスムーズに移行するための他の手段として、ディーゼルエンジンに蓄圧室として設けたコモンレールの圧力調整による実施が考えられる。すなわち、コモンレールの圧力で前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行し、前記特定の周波数帯に振動があるときは、前記コモンレールの圧力をそれまでよりも低下する。
【００４２】
パイロット噴射される燃料は、コモンレールの圧力を受けて微粒子となって噴射されるが、コモンレールの圧力を低下すると、噴射燃料の微粒子化が抑制されて通常よりも大きな微粒子になる。すると、それだけ燃料全体として酸素と接する割合が低減するので、その結果、燃焼が緩慢になり騒音が低減するのである。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の多気筒エンジンにあっては、例えば次のような効果を奏する。
【００４４】
一部の特定気筒の燃焼を緩慢にするので、それだけエンジン全体の騒音は低減する。しかも、特定の周波数帯にエンジン振動数があるときに騒音が激しくなることが予めわかっている特定気筒について、エンジン周波数が前記特定の周波数帯にあるときには、特定気筒についての燃焼を緩慢にすべく前記特定気筒への燃料噴射を行うので、従来技術のように振動（騒音）の激しくなる気筒がどれであるかを検出するためのセンサその他の装置が全く不要である。よって、それだけエンジン構造を簡単にできる。
【００４５】
加えて、前もってどの気筒から騒音が発生するということが検出せずともわかっているので、騒音発生から騒音の抑制までの間に時間的ずれがない。このため、効率的に騒音低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る多気筒エンジンの概略構成図であって、振動モードを併せて記載した図である。
【図２】振動防止実行用の制御ルーチンである。
【図３】時間変化に応じた気筒内燃焼による圧力波形図であって本発明を適用しない場合（対策前）の図である。
【図４】時間変化に応じた気筒内燃焼による圧力波形図であって本発明を適用した場合（対策後）の図である。
【図５】本発明の効果を示す図である。
【符号の説明】
１…直列４気筒ディーゼルエンジン
１ａ…エンジンブロック
＃１〜＃４…気筒
６…節
８…腹
Ａ…楕円領域
Ｍ…振動モード
【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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