(57)【要約】【課題】内燃機関が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止した場合に、エンジントルク変動の回転一次成分を低減することで、こもり音などの騒音の発生を抑止する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、混合気の燃焼が行われる複数の気筒１１０と、複数の気筒１１０のうちの一部の気筒の燃焼を停止させる際に、燃焼停止気筒の筒内に空気を導入して筒内圧を高め、燃焼停止中は燃焼停止気筒の吸気弁１０８及び排気弁１１１を閉弁状態で維持するバルブ制御部２０２と、を備え、バルブ制御部２０２は、燃焼停止気筒の燃焼停止前の最後の爆発行程で筒内の圧力が高められた後、吸気弁１０８及び排気弁１１１を閉弁状態で維持する。この構成により、内燃機関が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止した場合に、燃焼停止気筒の筒内圧を最大限に確保することが可能となる【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気の燃焼が行われる複数の気筒と、
複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止させる際に、燃焼停止気筒の筒内に空気を導入して筒内圧を高め、燃焼停止中は燃焼停止気筒の吸気弁及び排気弁を閉弁状態で維持する弁制御部と、を備え、
前記弁制御部は、前記燃焼停止気筒の燃焼停止前の最後の爆発行程で筒内の圧力が高められた後、前記吸気弁及び前記排気弁を閉弁状態で維持することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記弁制御部は、燃焼停止中に前記燃焼停止気筒の筒内圧が低下した場合は、前記燃焼停止気筒のピストン下降行程で前記吸気弁を開くことで前記燃焼停止気筒の筒内へ空気を導入することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼停止気筒の筒内に空気を導入して前記筒内圧を高めることで、内燃機関のトルク変動の回転一次成分を低減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】
複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止させるステップと、
燃焼停止の開始時に、燃焼停止気筒の燃焼停止前の最後の爆発行程で筒内の圧力を高めるステップと、
前記最後の爆発行程以降に前記燃焼停止気筒の吸気弁及び排気弁を閉弁状態で維持するステップと、
を備えることを特徴とする、内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関が備える複数の気筒の一部を停止させる気筒停止の技術が知られている。例えば下記の特許文献１には、吸気弁を閉じて部分気筒運転を行う際に休止気筒の吸気弁を下死点近傍で開いて吸気を行うことで筒内圧力の低下を回避することが記載されている。
【０００３】
また、下記の特許文献２には、減筒運転中の休止気筒では、吸気弁を全行程で閉弁状態とする一方、排気弁を排気行程と吸気行程で開弁し、圧縮行程と爆発行程で閉弁することで、エミッションおよびエンジン振動を悪化させることなく燃費を向上させることを想定した技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−５８４６号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された手法では、休止気筒の吸気弁を下死点近傍で開くことで筒内圧力を高めているため、筒内の圧力をより高くすることには困難が伴う。また、上記特許文献２に記載された手法では、吸気弁を全行程で閉弁状態とする一方、排気弁を排気行程と吸気行程で開弁している。このような手法においても、筒内の圧力をより高くすることには困難が伴う。
【０００６】
また、気筒停止を行うことで、振動が二次振動から一次振動へ移行し、振動の周波数が低くなる。ここで、車体に発生するこもり音等の騒音は、エンジンのトルク変動を起振力とし、駆動系ねじり振動が車体に伝わることにより発生する。駆動系ねじり振動の感度は低い周波数ほど高くなるため、気筒停止によりエンジントルク変動の回転次数の主成分が二次から一次に変化することで、こもり音などの騒音が悪化する問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内燃機関が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止した場合に、こもり音などの騒音の発生を抑止することが可能な、新規かつ改良された内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、混合気の燃焼が行われる複数の気筒と、複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止させる際に、燃焼停止気筒の筒内に空気を導入して筒内圧を高め、燃焼停止中は燃焼停止気筒の吸気弁及び排気弁を閉弁状態で維持する弁制御部と、を備え、前記弁制御部は、前記燃焼停止気筒の燃焼停止前の最後の爆発行程で筒内の圧力が高められた後、前記吸気弁及び前記排気弁を閉弁状態で維持する、内燃機関の制御装置が提供される。
【０００９】
前記弁制御部は、燃焼停止中に前記燃焼停止気筒の筒内圧が低下した場合は、前記燃焼停止気筒のピストン下降行程で前記吸気弁を開くことで前記燃焼停止気筒の筒内へ空気を導入するものであっても良い。
【００１０】
また、前記燃焼停止気筒の筒内に空気を導入して前記筒内圧を高めることで、内燃機関のトルク変動の回転一次成分を低減するものであっても良い。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止させるステップと、燃焼停止の開始時に、燃焼停止気筒の燃焼停止前の最後の爆発行程で筒内の圧力を高めるステップと、前記最後の爆発行程以降に前記燃焼停止気筒の吸気弁及び排気弁を閉弁状態で維持するステップと、を備える、内燃機関の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、内燃機関が備える複数の気筒のうちの一部の気筒の燃焼を停止した場合に、こもり音などの騒音の発生を抑止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】通常の４気筒運転の場合のトルク変動を示す特性図である。
【図３】図２において、＃３気筒と＃４気筒の爆発行程を停止し、気筒停止を行った場合を示す特性図である。
【図４】本実施形態の制御により、気筒停止後に停止気筒の筒内において所望の筒内圧を得た場合を示す特性図である。
【図５】発火気筒と停止気筒の筒内圧を示す特性図である。
【図６】図４よりも停止気筒の筒内圧を更に高めた例を示す特性図である。
【図７】停止気筒の筒内圧を上昇させるための吸気弁、排気弁の制御を示すタイミングチャートである。
【図８】エンジンの回転次数とトルク変動との関係を示す特性図である。
【図９】エンジンの回転一次のトルク変動と、プロペラシャフトの回転変動との関係を示す特性図である。
【図１０】エンジンの回転数と、エンジントルクに対するプロペラシャフトのトルクの伝達関数との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成について説明する。図１に示すように、内燃機関（エンジン）は複数の気筒１１０から構成される。吸入空気は吸気管１０３内のスロットルバルブ１０１を通り、インテークマニホールド（サージタンク）１０４に流入し、各気筒の吸気管１０６に分配される。
【００１６】
一方、燃料タンク（不図示）に貯留された燃料は、燃料ポンプによりくみ上げられ、インジェクター１０９により吸気管１０６に噴射される。噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気となり、混合気は吸気弁１０８を介して内燃機関の各気筒（シリンダ）１１０に吸入される。混合気は、気筒１１０内でピストン１１２により圧縮され、点火プラグ１１４により点火されて爆発（燃焼）する。混合気の燃焼により発生するピストン１１２の往復運動は、クランクシャフト１１６の回転運動となり、車両を駆動する駆動力が発生する。
【００１７】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気弁１１１を介して排気マニホルドに放出され、排気浄化触媒を通過して排気管から排出される。
【００１８】
制御装置（ＥＣＵ）２００は、燃料噴射制御、点火時期制御、吸気弁１０８、排気弁１１１の開閉タイミングの制御、など、内燃機関の制御全般を行う。特に、制御装置２００は、吸気弁１０８、排気弁１１１の開閉を制御するバルブ制御部２０２を備えている。バルブ制御部２０２は、吸気弁１０８、排気弁１１１の開閉を制御するバルブ駆動機構に指令を与えることで、吸気弁１０８、排気弁１１１の開閉タイミングを制御し、また、気筒停止が行われている間は、停止気筒の吸気弁１０８、排気弁１１１を閉じた状態で維持する。また、制御装置２００は、気筒停止が行われている間は、インジェクター１０９による燃料噴射を停止させ、点火プラグ１１４による点火も停止させる。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム（ソフトウェア）から構成されることができる。バルブ制御部２０２によって制御されるバルブ駆動機構は、特に限定されるものではなく、電磁バルブ機構など公知のものを用いることができる。
【００１９】
以下、本実施形態に係る気筒停止の際の制御について詳細に説明する。図１に示す例では、内燃機関は４つの気筒（＃１〜＃４）１１０を備えている。気筒停止は、対象となる気筒の吸気管１０６への燃料噴射を停止するとともに、吸気弁１０８、排気弁１１１を閉じた状態で維持することにより行われる。これにより、気筒停止の対象となった気筒１１０では、燃焼が行われないとともに、ポンピングロスが無くなるため、燃費を向上させることができる。
【００２０】
一方、前述したように、気筒停止を行うことで、振動が二次振動から一次振動へ移行し、振動の周波数が低くなる。駆動系ねじり振動の感度は低い周波数ほど高くなるため、気筒停止によりエンジントルク変動の回転次数の主成分が二次から一次に変化することで、こもり音などの騒音が悪化する問題がある。
【００２１】
このため、本実施形態では、気筒停止の際に、動弁機構により停止気筒の任意のピストン位置で吸気バルブ１０８及び排気バルブ１０９を閉じることで、停止気筒の筒内において所望の筒内圧（シリンダ内封入圧）を得る。これにより、気筒停止時のエンジントルク変動の回転一次成分を低減することができ、こもり音などの騒音を最小限に抑えることができる。
【００２２】
図２は、通常の４気筒運転の場合のトルク変動を示す特性図である。また、図３は、気筒停止により２気筒運転を行った場合のトルク変動を示す特性図である。図２及び図３において、横軸はクランクシャフト１１６の回転角を、縦軸は各気筒のトルクを示している。また、図２及び図３において、実線は＃１気筒のトルクを、一点鎖線は＃２気筒のトルクを、二点鎖線は＃３気筒のトルクを、破線は＃４気筒のトルクを、三点鎖線は＃１〜＃４気筒のトルクの合計（エンジントルク）を示している。
【００２３】
図２は、＃１気筒、＃３気筒、＃２気筒、＃４気筒の順で爆発行程を行い、４気筒運転を行った場合を示している。４気筒運転を行った場合は、クランクシャフトの２回転（＝７２０°）で４回の爆発が発生する、これにより、４気筒運転の場合は二次振動を主とする振動が発生する。
【００２４】
一方、図３は、図２において、＃３気筒と＃４気筒の爆発行程を停止し、気筒停止を行った場合を示している。２気筒運転を行った場合は、クランクシャフトの２回転で２回の爆発が発生する。これにより、２気筒運転の場合は一次振動を主とする振動が発生し、こもり音などの騒音が生じてしまう。
【００２５】
図４は、本実施形態の制御により、気筒停止後に停止気筒の筒内において所望の筒内圧を得た場合を示している。図４では、図３の例において、停止気筒である＃３気筒、＃４気筒の動弁機構を制御することで、＃３気筒、＃４気筒の筒内に空気を閉じ込め、＃３気筒、＃４気筒のトルク変動を増加させている。
【００２６】
図４と図３を比較すると明らかなように、＃３気筒の爆発行程に相当するクランク角では、ピストン１１２が上死点位置に上昇することで、筒内空気の圧縮により＃３気筒のトルク変動がΔＰ１だけ増加している。同様に、＃４気筒の爆発行程に相当するクランク角においても、ピストン１１２が上死点位置に上昇することで、筒内空気の圧縮により＃４気筒のトルク変動が増加している。これにより、回転一次成分を低減させることができ、一次振動を減少させることができる。
【００２７】
気筒停止時のエンジントルク変動は、点火気筒のガス圧によるトルクと、停止気筒の筒内封入圧によるトルクで決まる。このため、停止気筒の筒内の封入圧を調整することで、エンジントルク変動の回転一次成分を低減することができる。停止気筒の下死点での筒内圧を負圧から０とし、上死点での筒内圧を高めることで、エンジントルク変動の回転一次成分を低減できる。
【００２８】
停止気筒では、吸気弁１０８及び排気弁１１１を閉弁することで、圧縮行程ではマイナストルクが発生し、膨張行程ではプラストルクが発生する。このため、往復のトルクの合計は０となる。
【００２９】
停止気筒の筒内圧は、吸気弁１０８及び排気弁１１１の開閉タイミングにより制御することができる。停止気筒の筒内に空気を流入させるため、燃焼気筒と同様に吸気行程で吸気弁１０８を開き、排気弁１１１を閉じることで、筒内に空気を流入させる。この際、筒内へ流入する空気の慣性により、ピストン１１２が下死点に到達したタイミングよりも後で吸気弁１０８を閉じることで、筒内へ流入する空気量を増大させることができ、ピストン１１２が上死点に到達した際の筒内圧を高くすることができる。
【００３０】
ここで、筒内圧を高くするほど、一次振動を低減してこもり音の発生を抑止することができる。図５は、発火気筒と停止気筒の筒内圧を示す特性図である。図５において、破線の特性は発火気筒（気筒停止していない気筒）の爆発行程での筒内圧を示しており、上死点（ＴＤＣ）において、発火により筒内圧が急激に上昇している。一方、図５に実線で示す特性は、停止気筒の実測筒内圧を示している。ここで、実線で示す特性は、ピストン１１２が下死点（ＢＤＣ）に位置している静止状態で吸気弁１０８及び排気弁１１１を閉じ、筒内に閉じ込められた空気を上死点（ＴＤＣ）で圧縮した場合の筒内圧の変化を示している。また、一点鎖線で示す特性は、実線の特性に比べて、筒内への空気の充填量を増やすことで上死点での筒内圧を２倍にした場合を示している。また、二点鎖線で示す特性は、一点鎖線の特性よりも筒内への空気の充填量を更に増やし、上死点での筒内圧を実線の特性に対して３倍にした場合を示している。また、三点鎖線で示す特性は、下死点で筒内の圧力を負圧にした場合を示している。
【００３１】
図４に示した例は、図５の一点鎖線で示す特性により停止気筒である＃３気筒、＃４気筒の筒内圧を高めた場合に相当する。また、図６は、図４よりも停止気筒の筒内圧を更に高めた例を示す特性図である。図６に示す例は、図５の二点鎖線で示す特性により停止気筒である＃３気筒、＃４気筒の筒内圧を高めた場合に相当する。図６に示す例では、＃３気筒の爆発行程に相当するクランク角では、ピストン１１２が上死点位置に上昇することで、筒内空気の圧縮により＃３気筒のトルク変動がΔＰ２だけ増加している。同様に、＃４気筒の爆発行程に相当するクランク角においても、ピストン１１２が上死点位置に上昇することで、筒内空気の圧縮により＃４気筒のトルク変動が増加している。図６に示すように、筒内圧を３倍とすることで、筒内圧２倍の場合に比べて停止気筒のトルク変動が更に増加する。これにより、回転一次成分を更に低減させることができ、一次振動を更に減少させることが可能となる。
【００３２】
図７は、停止気筒の筒内圧を上昇させるための吸気弁１０８、排気弁１１１の制御を示すタイミングチャートである。図７に示す例では、＃１気筒、＃２気筒を気筒停止している。図７に示すように、時刻ｔ０までは４気筒運転が行われ、時刻ｔ０以降に２気筒運転への切り換えが行われる。そして、時刻ｔ１以降は２気筒運転が行われる。
【００３３】
時刻ｔ０で２気筒運転への切り換えが開始すると、＃２気筒では、時刻ｔ２で本来行われる排気弁１１１の開弁が停止され、排気弁１１１が閉弁状態とされる。また、＃２気筒では、時刻ｔ３で本来行われる吸気弁１０８の開弁が停止され、吸気弁１０８が閉弁状態とされる。そして、＃２気筒では、時刻ｔ４で本来行われる点火が休止される。以降、＃２気筒においては、吸気弁１０８及び排気弁１１１が閉じた状態とされ、点火が休止される。
【００３４】
同様に、時刻ｔ０で２気筒運転への切り換えが開始すると、＃１気筒では、時刻ｔ５で本来行われる排気弁１１１の開弁が停止され、排気弁１１１が閉弁状態とされる。また、＃１気筒では、時刻ｔ６で本来行われる吸気弁１０８の開弁が停止され、吸気弁１０８が閉弁状態とされる。そして、＃１気筒では、時刻ｔ７で本来行われる点火が休止される。以降、＃１気筒においては、吸気弁１０８及び排気弁１１１が閉じた状態とされ、点火が休止される。
【００３５】
これにより、＃１気筒、＃２気筒においては、時刻ｔ１以降は点火が休止され、吸気弁１０８及び排気弁１１１が閉じた状態が維持される。これにより、＃１気筒、＃２気筒においては、筒内に空気が充填された状態が維持されるため、図４及び図６で説明したように、停止気筒のトルク変動を増加させることができる。従って、回転一次成分を低減させることができ、一次振動を減少させることが可能となる。
【００３６】
また、＃１気筒、＃２気筒では、発火の後に排気弁１１１を閉じ、吸気弁１０８も閉じた状態が維持されるため、発火により筒内の圧力が上昇した状態で筒内に空気が充填された状態となる。従って、筒内の圧力を大幅に高めることができ、停止気筒のトルク変動を増加させることができる。これにより、回転一次成分を大幅に低減させることができ、一次振動を確実に減少させることが可能となる。
【００３７】
２気筒運転に遷移した後、停止気筒の筒内圧力が低下した場合は、ピストン１１２の下降行程で吸気弁１０８を開くことで、筒内の圧力を再び高めることができる。この場合においても、ピストン１１２が下死点を通過した後に吸気弁１０８を閉じることで、吸入空気の慣性により筒内への空気の充填量を増加させることができる。
【００３８】
また、停止気筒の筒内圧を更に高めるため、過給機により筒内へより多くの空気を充填しても良い。また、発火気筒の排気のブローダウン圧力波を利用して、停止気筒の排気側から空気を充填することも可能である。
【００３９】
図８は、エンジンの回転次数とトルク変動との関係を示す特性図であって、横軸は回転次数（ｏｒｄｅｒ）を、縦軸はトルクを示している。図８に示すように、２気筒運転（実線）の場合は４気筒運転（破線）の場合に比べて一次の回転次数のトルクが増加し、二次の回転次数のトルクが低下する。本実施形態による筒内圧の上昇を行うことで、停止気筒の筒内圧２倍（一点鎖線）、停止気筒の筒内圧３倍（二点鎖線）の特性が得られる。実線の特性と、一点鎖線及び二点鎖線の特性を比較すると明らかなように、本実施形態による筒内圧の上昇を行うことで、一次の回転次数のトルクを減少させ、二次の回転次数のトルクを上昇させることができる。
【００４０】
なお、図８中に三点鎖線で示す特性は、停止気筒において、下死点で筒内を負圧にした場合を示しており、図５中の三点鎖線の特性に対応する。このように、停止気筒において、下死点で筒内を負圧にした場合は、上死点で十分な筒内圧を得ることができず、二次の回転次数のトルクを上昇させることができない。従って、停止気筒の筒内に空気を充填する際には、下死点位置で筒内に十分に空気を送り込むことが望ましい。
【００４１】
また、図９は、エンジンの回転一次のトルク変動と、プロペラシャフトの回転変動との関係を示す特性図である。図９に示すように、回転一次のトルク変動が増加するほど、プロペラシャフトの回転変動が大きくなり、こもり音などの騒音の悪化に繋がる。従って、本実施形態の手法により回転次数を二次に上げることで、一次の回転変動に起因する騒音を確実に低減することが可能となる。
【００４２】
また、図１０は、エンジンの回転数と、エンジントルクに対するプロペラシャフトのトルクの伝達関数との関係を示す特性図である。図１０の縦軸に示す伝達関数Ｇａｉｎ（ｄＢ）は、以下の式で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝２０・ｌｏｇ１０（プロペラシャフトトルク／エンジントルク）
【００４３】
図１０の横軸では、エンジンの回転数に加えて、エンジン回転数に対応する回転一次の周波数（１ｓｔＯＲＤ）と回転二次の周波数（２ｎｄＯＲＤ）を共に示している。図１０に示すように、回転一次の場合、エンジン回転数に対して周波数軸がより長くなり、同じ回転数であっても回転二次よりも加振周波数が低くなる。また、特にエンジン回転数が１５００ｒｐｍ以下において、回転一次の伝達関数の特性が回転二次の伝達関数の特性よりも上回っている。従って、本実施形態の手法により回転次数を二次に上げることで、特にエンジン回転数が低い領域で一次の回転変動に起因する騒音を確実に低減することが可能となる。
【００４４】
以上説明したように本実施形態によれば、気筒停止を行った際に、停止気筒の筒内に空気を充填して吸気弁１０８及び排気弁１１１を閉じることで、停止気筒の筒内圧力を高めた状態を維持することができる。これにより、停止気筒の回転一次成分を低減することができるため、こもり音などの騒音の発生を確実に抑止することが可能となる。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４６】
１１０    気筒
１０８    吸気弁
１１１    排気弁
１１２    ピストン
２００    制御装置
２０２    バルブ制御部
【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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【図６】
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【図７】
2016160811.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016160811.tif 000011
【図１０】
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