(57)【要約】【課題】燃費性能の悪化を抑制しつつ、クランク打音を低減させる。【解決手段】クランク打振制御装置１は、エンジンＥのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振の発生を制御する。このクランク打振制御装置１は、エンジンＥの振動を検出し、その振動波形信号Ｖ１を出力するノックセンサー２０と、振動波形信号Ｖ１から、クランク打振による所定の周波数帯域の振動成分を抽出するバンドパスフィルター部３１１と、バンドパスフィルター部３１１で抽出された振動成分に基づくクランク打音値Ｖ２を第一の閾値α１または第二の閾値α２と比較し、当該クランク打音値Ｖ２が第一の閾値α１または第二の閾値α２よりも大きい場合にエンジンＥの点火時期を遅角させるＥＣＵ３０とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振の発生を制御するクランク打振制御装置であって、
前記エンジンの振動を検出し、その振動波形信号を出力する振動検出手段と、
前記振動検出手段が出力した振動波形信号から、前記クランク打振による所定の周波数帯域の振動成分を抽出するフィルター手段と、
前記フィルター手段で抽出された振動成分を所定の閾値と比較し、当該振動成分が前記所定の閾値よりも大きい場合に前記エンジンの点火時期を遅角させる点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とするクランク打振制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの点火時期が設定された点火マップを複数記憶した点火マップ記憶手段を備え、
複数の前記点火マップは、前記クランク打振が発生する所定のエンジン出力領域における点火時期が、前記クランク打振による振動成分の大きさに対応して互いに異なっており、
前記点火時期制御手段は、
前記フィルター手段で抽出された振動成分を互いに異なる複数の閾値と段階的に比較して当該振動成分の大きさを判定し、
当該振動成分の大きさに対応した前記所定のエンジン出力領域での点火時期が設定された点火マップを前記点火マップ記憶手段から読み出して、当該点火マップによる点火時期制御に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のクランク打振制御装置。
【請求項３】
当該クランク打振制御装置により前記振動成分に基づく点火時期制御が前回に実行されたときから、前記エンジンを搭載した車両が所定距離を走行したか否かを判定する判定手段を備え、
前記車両が前記所定距離を走行したと前記判定手段が判定した場合に、前記振動検出手段から出力された振動波形信号が前記フィルター手段に入力されることを特徴とする請求項１または２に記載のクランク打振制御装置。
【請求項４】
前記フィルター手段で抽出された振動成分から、前記エンジンの１サイクル毎のピーク値を取得するピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段で取得された振動成分のピーク値を、所定のサイクル数で平均化する平均化処理手段と、
を備え、
前記点火時期制御手段は、前記平均化処理手段で平均化された前記振動成分のピーク値を前記所定の閾値と比較することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のクランク打振制御装置。
【請求項５】
エンジンのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振の発生を制御するクランク打振制御方法であって、
前記エンジンの振動を検出し、その振動波形信号を出力する振動検出工程と、
前記振動検出工程で出力された振動波形信号から、前記クランク打振による所定の周波数帯域の振動成分を抽出するフィルター工程と、
前記フィルター工程で抽出された振動成分を所定の閾値と比較し、当該振動成分が前記所定の閾値よりも大きい場合に前記エンジンの点火時期を遅角させる点火時期制御工程と、
を備えることを特徴とするクランク打振制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振を制御するクランク打振制御装置及びクランク打振制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用などのレシプロ式のエンジンにおいては、クランク軸とジャーナル軸受とが接触して振動音（クランク打音）を発生させるクランク打振が生じる場合がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
このクランク打振は、シリンダー内のピストンに作用する慣性力と筒内圧力とのバランスが急激に変化したときに発生する。
具体的には、図５（ａ）に示すように、まずエンジンの圧縮工程では、ピストンに下向きの筒内圧力よりも大きい上向きの慣性力が作用するために、クランク軸はジャーナル軸受との間のジャーナルクリアランス内で上側に変位している。しかし、図５（ｂ）に示すように、上死点を跨いで爆発工程へ移行したときに、上向きの慣性力よりも大きい下向きの筒内圧力がピストンに作用するために、クランク軸がジャーナルクリアランス内を下向きに横切り、下側のジャーナル軸受に衝突する。このことは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ピストンに作用する筒内圧力と慣性力との合成力がクランク軸の変位と同期していることからも確認できる。
こうして生じたクランク打振は、クランク軸がジャーナル軸受を加振することで特定の周波数帯域のクランク打音を発生させてしまう。
【０００４】
このようなクランク打振に対しては、図６（ａ）に二点鎖線で示すように、特定の運転領域において点火時期を遅角させて爆発工程での筒内圧力を下げることで、起振力を抑えてクランク打音を低減させる対策が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７３４５０号公報
【特許文献２】特開２０１５−００１１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、点火時期を遅角させて筒内圧力を下げる対策では、燃費性能を悪化させてしまう。そのため、この対策を各エンジンに対して一律に適用してしまうと、個体差によりクランク打音が小さく（ジャーナルクリアランスが小さく）、本来対策が不要であるエンジンに対して、燃費性能を無駄に悪化させる制御を行うことになってしまう。
また、ジャーナルクリアランスを小さくすることでもクランク打音を抑制できるが、この対策ではフリクションロスが大きくなって、やはり燃費性能が悪化してしまう上に、そもそも製造が困難という問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃費性能の悪化を抑制しつつ、クランク打音を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振の発生を制御するクランク打振制御装置であって、
前記エンジンの振動を検出し、その振動波形信号を出力する振動検出手段と、
前記振動検出手段が出力した振動波形信号から、前記クランク打振による所定の周波数帯域の振動成分を抽出するフィルター手段と、
前記フィルター手段で抽出された振動成分を所定の閾値と比較し、当該振動成分が前記所定の閾値よりも大きい場合に前記エンジンの点火時期を遅角させる点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクランク打振制御装置において、
前記エンジンの点火時期が設定された点火マップを複数記憶した点火マップ記憶手段を備え、
複数の前記点火マップは、前記クランク打振が発生する所定のエンジン出力領域における点火時期が、前記クランク打振による振動成分の大きさに対応して互いに異なっており、
前記点火時期制御手段は、
前記フィルター手段で抽出された振動成分を互いに異なる複数の閾値と段階的に比較して当該振動成分の大きさを判定し、
当該振動成分の大きさに対応した前記所定のエンジン出力領域での点火時期が設定された点火マップを前記点火マップ記憶手段から読み出して、当該点火マップによる点火時期制御に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のクランク打振制御装置において、
当該クランク打振制御装置により前記振動成分に基づく点火時期制御が前回に実行されたときから、前記エンジンを搭載した車両が所定距離を走行したか否かを判定する判定手段を備え、
前記車両が前記所定距離を走行したと前記判定手段が判定した場合に、前記振動検出手段から出力された振動波形信号が前記フィルター手段に入力されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のクランク打振制御装置において、
前記フィルター手段で抽出された振動成分から、前記エンジンの１サイクル毎のピーク値を取得するピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段で取得された振動成分のピーク値を、所定のサイクル数で平均化する平均化処理手段と、
を備え、
前記点火時期制御手段は、前記平均化処理手段で平均化された前記振動成分のピーク値を前記所定の閾値と比較することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、エンジンのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振の発生を制御するクランク打振制御方法であって、
前記エンジンの振動を検出し、その振動波形信号を出力する振動検出工程と、
前記振動検出工程で出力された振動波形信号から、前記クランク打振による所定の周波数帯域の振動成分を抽出するフィルター工程と、
前記フィルター工程で抽出された振動成分を所定の閾値と比較し、当該振動成分が前記所定の閾値よりも大きい場合に前記エンジンの点火時期を遅角させる点火時期制御工程と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、まずエンジンの振動が検出され、その振動波形信号からクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振による所定の周波数帯域の振動成分が抽出されて、この振動成分が所定の閾値よりも大きい場合に点火時期が遅角される。
これにより、クランク打振による振動音（クランク打音）の振動成分を好適に抽出しつつ、この振動成分が所定の閾値よりも大きい場合にのみ点火時期が遅角され、クランク打音が低減される。そのため、点火時期の遅角制御を各エンジンに対して一律に適用していた従来と異なり、クランク打音の振動成分が小さい場合には遅角制御は適用されず、燃費性能を悪化させることがない。
したがって、燃費性能の悪化を抑制しつつ、クランク打音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】クランク打振制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】クランク打音検出回路の機能構成を示すブロック図である。
【図３】点火マップを説明するための図である。
【図４】クランク打振制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】クランク打振を説明するための図である。
【図６】クランク打振を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［構成］
まず、本実施形態におけるクランク打振制御装置１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、クランク打振制御装置１の概略の機能構成を示すブロック図であり、図２は、クランク打振制御装置１が備えるクランク打音検出回路３１の機能構成を示すブロック図であり、図３は、クランク打振制御装置１が備える点火マップ３２２を説明するための図である。
【００１７】
クランク打振制御装置１は、車両に搭載されて、エンジンのクランク軸とジャーナル軸受とが接触するクランク打振を制御し、このクランク打振によって発生する振動音（クランク打音）を抑制するためのものである。
具体的には、図１に示すように、クランク打振制御装置１は、ノックセンサー２０と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３０とを備えて構成されている。
【００１８】
ノックセンサー２０は、エンジンＥの振動を検出するものであり、エンジンＥの図示しないシリンダーブロックの上面に対向配置されている。そして、ノックセンサー２０は、検出したエンジンＥの振動を、振動波形信号Ｖ１としてＥＣＵ３０へ出力する。
【００１９】
ＥＣＵ３０は、エンジンＥを含む車両各部を統括的に制御するものである。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、クランク打音検出回路３１と、点火マップ記憶部３２とを備えている。
【００２０】
クランク打音検出回路３１は、図２に示すように、ノックセンサー２０が出力した振動波形信号Ｖ１からクランク打音の振動成分を取得するものであり、バンドパスフィルター部３１１と、ピークホールド部３１２と、平均化処理部３１３とから構成されている。
このうち、バンドパスフィルター部３１１は、ノックセンサー２０が出力した振動波形信号Ｖ１から、クランク打音の振動成分として、所定周波数帯域（本実施形態では４００〜６００Ｈｚ）の信号を抽出する。
ピークホールド部３１２は、バンドパスフィルター部３１１で抽出された信号から、エンジンＥの１サイクル（吸入・圧縮・燃焼・排気）毎のピーク値を取得する。
平均化処理部３１３は、ピークホールド部３１２で取得されたピーク値を所定サイクル数（本実施形態では１００サイクル）で平均化し、これをクランク打音値Ｖ２として出力する。
なお、クランク打音検出回路３１で扱われる上記の各信号値は、振動の次元に変換されたものであってもよいし、電流や電圧のままでもよい。
【００２１】
点火マップ記憶部３２は、図１に示すように、３つの点火マップ３２２（第一点火マップ３２２ａ、第二点火マップ３２２ｂ及び第三点火マップ３２２ｃ）を記憶している。
各点火マップ３２２は、エンジンＥの点火時期が設定された制御マップであり、例えば図３に示すように、行列の各パラメータをエンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷率ＧＮとしたテーブルの各セルに、上死点に対するクランク角で表わされた点火時期の数値（図示省略）が設定されたものである。
【００２２】
第一点火マップ３２２ａ、第二点火マップ３２２ｂ及び第三点火マップ３２２ｃは、クランク打振が発生し得るエンジン出力領域であるクランク打振領域ＲＥ（本実施形態では、ＮＥ：２０００〜２５００ｒｐｍ、ＧＮ：０．３〜０．６）での点火時期が、クランク打音の大きさ（レベル）に対応して互いに異なる点火マップ３２２である。
具体的に、このうちの第一点火マップ３２２ａは、エンジン出力が最適となるベースマップであり、小レベルのクランク打音に対応している。第二点火マップ３２２ｂは、第一点火マップ３２２ａよりもクランク打振領域ＲＥでの遅角量が大きく、中レベルのクランク打音に対応している。また、第三点火マップ３２２ｃは、第二点火マップ３２２ｂよりもクランク打振領域ＲＥでの遅角量がさらに大きく、大レベルのクランク打音に対応している。
【００２３】
［動作］
続いて、点火時期制御によりクランク打振を制御するクランク打振制御処理を実行する際のクランク打振制御装置１の動作について、図４を参照して説明する。
図４は、クランク打振制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００２４】
図４に示すように、クランク打振制御処理では、まずＥＣＵ３０は、このクランク打振制御処理の初回実行時（ＥＣＵ３０のリセット後の初回実行時を含む）、あるいは前回のクランク打振制御処理（クランク打音値Ｖ２に基づく点火時期制御）実行時から、車両が所定距離（例えば１万ｋｍ）を走行したか否かを判定し（ステップＳ１）、走行していないと判定した場合には（ステップＳ１；Ｎｏ）、当該ステップＳ１を繰り返す。
なお、この時点では、ベースマップである第一点火マップ３２２ａによって点火時期が制御されているものとする。また、車両の走行距離は、例えば車輪軸に設けられた図示しない回転パルスセンサーなどにより計測可能であるものとする。
【００２５】
ステップＳ１において、クランク打振制御処理の初回実行時または前回のクランク打振制御処理実行時から車両が所定距離を走行したと判定した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は、クランク打音の学習を開始する。
具体的には、まず、クランク打音が発生する所定条件下（油温：９０℃以上、ＮＥ：２５００±５０ｒｐｍ、ＧＮ：０．３〜０．６）における、ノックセンサー２０からの振動波形信号Ｖ１を受信する（ステップＳ２）。
【００２６】
次に、ＥＣＵ３０は、クランク打音検出回路３１によって、振動波形信号Ｖ１からクランク打音の振動成分を検出する。
ここでは、ＥＣＵ３０は、クランク打音検出回路３１のバンドパスフィルター部３１１によって、振動波形信号Ｖ１から所定周波数帯域（本実施形態では４００〜６００Ｈｚ）の信号を抽出する（ステップＳ３）。これにより、クランク打音以外のバックグラウンドノイズが除去される。
そして、ＥＣＵ３０は、ピークホールド部３１２により、バンドパスフィルター部３１１が抽出した信号からエンジン１サイクル毎のピーク値を取得した後（ステップＳ４）、平均化処理部３１３により、このピーク値を所定サイクル数（本実施形態では１００サイクル）で平均化したクランク打音値Ｖ２を取得する（ステップＳ５）。
【００２７】
次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ５で取得したクランク打音値Ｖ２が第一の閾値α１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで、第一の閾値α１は、クランク打音値Ｖ２の大きさが大レベルであるか否かを判定するためのものであり、判定が収束するようにバラツキを考慮しつつ予め設定される。
【００２８】
ステップＳ６において、クランク打音値Ｖ２が第一の閾値α１よりも大きいと判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は、クランク打音が大レベルであると判定する（ステップＳ７）。
そして、ＥＣＵ３０は、大レベルのクランク打音に対応した第三点火マップ３２２ｃを点火マップ記憶部３２から読み出して、点火時期制御に用いる点火マップ３２２を第一点火マップ３２２ａから当該第三点火マップ３２２ｃへ切り替えた後（ステップＳ８）、クランク打振制御処理を終了する。
これにより、大レベルのクランク打音に対応した大きな遅角量でクランク打振領域ＲＥでの点火時期が制御され、クランク打音が好適に低減される。
【００２９】
また、ステップＳ６において、クランク打音値Ｖ２が第一の閾値α１以下であると判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は、クランク打音値Ｖ２が第二の閾値α２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、第二の閾値α２は、第一の閾値α１よりも小さい値であって、クランク打音値Ｖ２の大きさが中レベル以上であるか否かを判定するためのものであり、判定が収束するようにバラツキを考慮しつつ予め設定される。
【００３０】
ステップＳ９において、クランク打音値Ｖ２が第二の閾値α２よりも大きいと判定した場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は、クランク打音が中レベルであると判定する（ステップＳ１０）。
そして、ＥＣＵ３０は、中レベルのクランク打音に対応した第二点火マップ３２２ｂを点火マップ記憶部３２から読み出して、点火時期制御に用いる点火マップ３２２を第一点火マップ３２２ａから当該第二点火マップ３２２ｂへ切り替えた後（ステップＳ１１）、クランク打振制御処理を終了する。
これにより、中レベルのクランク打音に対応した遅角量でクランク打振領域ＲＥでの点火時期が制御され、クランク打音が好適に低減される。
【００３１】
また、ステップＳ９において、クランク打音値Ｖ２が第二の閾値α２以下であると判定した場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は、クランク打音が低減不要な小レベルであると判定する（ステップＳ１２）。
そして、ＥＣＵ３０は、点火マップ３２２をベースマップである第一点火マップ３２２ａのままとして、クランク打振制御処理を終了する。
【００３２】
［効果］
以上のように、本実施形態によれば、まずエンジンＥの振動が検出され、その振動波形信号Ｖ１からクランク打振による所定の周波数帯域の振動成分が抽出されて、この振動成分に基づくクランク打音値Ｖ２が第一の閾値α１または第二の閾値α２よりも大きい場合に点火時期が遅角される。
これにより、クランク打音の振動成分を好適に抽出しつつ、この振動成分に基づくクランク打音値Ｖ２が第一の閾値α１または第二の閾値α２よりも大きい場合にのみ点火時期が遅角され、クランク打音が低減される。そのため、点火時期の遅角制御を各エンジンに対して一律に適用していた従来と異なり、クランク打音の振動成分が小さい場合には遅角制御は適用されず、燃費性能を悪化させることがない。
したがって、燃費性能の悪化を抑制しつつ、クランク打音を低減させることができる。
【００３３】
また、ＥＣＵ３０の点火マップ記憶部３２は、クランク打振が発生するエンジン出力領域（クランク打振領域ＲＥ）での点火時期（遅角量）が互いに異なる３つの点火マップ３２２を記憶しており、クランク打音値Ｖ２の大きさ（レベル）に対応した点火時期が設定された点火マップ３２２が当該点火マップ記憶部３２から読み出されて、この点火マップ３２２による点火時期制御に切り替えられる。
したがって、クランク打振が発生するクランク打振領域ＲＥの点火時期のみを、クランク打音値Ｖ２のレベルに応じて遅角させ、クランク打音を好適に低減させることができる。
【００３４】
また、前回のクランク打振制御処理の実行時から車両が所定距離を走行した場合に、ノックセンサー２０から出力された振動波形信号Ｖ１がバンドパスフィルター部３１１に入力されてクランク打音の学習が行われる。
これにより、エンジンＥのジャーナルクリアランスの摩耗による拡大に対応させて、定期的にクランク打振制御処理を実行させることができ、ひいてはクランク打音を好適に低減させることができる。
【００３５】
［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、クランク打音値Ｖ２を２つの閾値（第一の閾値α１及び第二の閾値α２）と段階的に比較して、その大きさを３段階のレベルの何れかと判定し、この３段階のレベルに対応した３つの点火マップ３２２から何れかを選択することとしたが、これらの数量は特に限定されない。
例えば、クランク打音値Ｖ２を１つの閾値と比較して２段階のレベルに対応した２つの点火マップ３２２から何れかを選択することとしてもよいし、３つ以上の閾値と比較して４段階以上のレベルに対応した４つ以上の点火マップ３２２から選択することとしてもよい。
【００３７】
また、ノックセンサー２０が検出したエンジンＥの振動に基づいてクランク打振制御処理が実行されることとしたが、本発明に係る振動検出手段は、エンジンの振動を検出してその振動波形信号を出力できるものであれば、ノックセンサーでなくともよい。
【符号の説明】
【００３８】
１          クランク打振制御装置
２０        ノックセンサー（振動検出手段）
３０        ＥＣＵ（点火時期制御手段、判定手段）
３１      クランク打音検出回路
３１１  バンドパスフィルター部（フィルター手段）
３１２  ピークホールド部（ピークホールド手段）
３１３  平均化処理部（平均化処理手段）
３２      点火マップ記憶部（点火マップ記憶手段）
３２２  点火マップ
３２２ａ  第一点火マップ
３２２ｂ  第二点火マップ
３２２ｃ  第三点火マップ
ＲＥ  クランク打振領域
Ｅ          エンジン
Ｖ１        振動波形信号
Ｖ２        クランク打音値
α１        第一の閾値
α２        第二の閾値
【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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