(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼音を低減するために、噴射系の劣化や機差によるばらつき、圧力脈動等に影響されない制御を行う。【解決手段】燃焼室の気体の膜振動の周波数を、燃焼音の基本的な周波数とし、現在の気筒の燃焼音の基本的な周波数を演算して、燃焼音の周波数の代表値とし、安定した運転状態での気筒の燃焼音の基本的な周波数を演算して、燃焼音の周波数の目標値とし、周波数の代表値が、周波数の目標値と略一致するように、気筒内の気体の圧力、密度、比熱のうち１以上を変化させる。【選択図】図１
2009013875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の気体の膜振動の周波数を、燃焼音の基本的な周波数とし、
現在の気筒の燃焼音の基本的な周波数を演算して、燃焼音の周波数の代表値とし、
安定した運転状態での気筒の燃焼音の基本的な周波数を演算して、燃焼音の周波数の目標値とし、
前記周波数の代表値が、前記周波数の目標値と略一致するように、前記気筒内の気体の圧力、密度、比熱のうち１以上を変化させることを特徴とする、内燃機関の燃焼音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼音制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御系の設計を行う場合、外乱や設計誤差などの不確定な変動に対して、現状のシステム特性を維持すること、すなわち、制御系の頑強性（ロバスト性）を確保することが重要である。
【０００３】
従来から、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼音を低減する様々な手段が提案されている。しかし、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６のように燃料の噴射を制御する場合、噴射系の劣化や機差によるばらつきが存在するため、安定した制御を行うことが困難である。また、燃料の噴射間隔を変化させて着火時期を制御する場合、高圧噴射系では、圧力脈動の影響により、２回目以降の噴射量が指令とずれる可能性があり、トルク変動を発生する可能性がある。従って、噴射系の劣化や機差によるばらつきの影響を受けず、圧力脈動の影響を受けない、ロバスト性の高い制御が要求される。
【０００４】
また、従来の燃焼音の低減手段は、燃料噴射圧の低減、ＥＧＲ率の増加、パイロット噴射の制御等を行い、着火時期を制御して燃焼速度を低下させ、燃焼音の音圧レベルを低下させるものであり、燃焼速度を低下させることは、燃費の悪化が避けられない。しかし、ロバスト性の高い制御を行うことによって安定した制御を行い、燃費の悪化を最小限に抑えることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９０２８０号公報
【特許文献２】特開平９−２２８８１号公報
【特許文献３】特開平８−３３４０４９号公報
【特許文献４】特開２００１−２３４８００号公報
【特許文献５】特開２００５−２６４８１４号公報
【特許文献６】特開２００３−００３８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼音は、急激な燃焼による特徴的な周波数成分を有するため、周波数成分に着目した燃焼音の制御が提案されている。
【０００７】
特許文献４、特許文献５、特許文献６には、燃焼音の周波数成分に基づく制御が提案されているが、実際の内燃機関の燃焼音は、個々の気筒ごとに周波数のずれがある。この周波数のずれは、前述の噴射系の劣化や機差によるばらつき、圧力脈動等を要因としていると考えられる。従って、内燃機関の燃焼音の周波数を、あらかじめ実験等で求めた、安定した運転状態での燃焼音の周波数に略一致させる制御を行うことにより、噴射系の劣化や機差によるばらつき、圧力脈動等に影響されない、ロバスト性の高い制御が可能になり、燃焼音を確実に低減することができると考えられる。
【０００８】
また、内燃機関の燃焼音は様々な周波数成分を含むが、燃焼音の基本的な１の周波数を選択し、この基本的な１の周波数を変化させる制御を行うことにより、燃焼音の様々な周波数成分も変化させることができるものと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、燃焼室の気体を円形の膜と考えた、膜振動の周波数を気筒の燃焼音の基本的な周波数とし、実験等で求めた内燃機関の安定した運転状態での膜振動の周波数を周波数の目標値とし、気筒の現在の運転状態から計算した膜振動の周波数を、燃焼音の周波数の代表値とし、この周波数の代表値を、周波数の目標値に一致させることにより、燃焼音の様々な周波数成分を略一致させ、噴射系の劣化や機差によるばらつき、圧力脈動等に影響されない、ロバスト性の高い制御を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室の気体の膜振動の周波数を、燃焼音の基本的な周波数とし、現在の気筒の燃焼音の基本的な周波数を演算して、燃焼音の周波数の代表値とし、安定した運転状態での気筒の燃焼音の基本的な周波数を演算して、燃焼音の周波数の目標値とし、周波数の代表値が、周波数の目標値と略一致するように、気筒内の気体の圧力、密度、比熱のうち１以上を変化させることを特徴とする、内燃機関の燃焼音制御装置が提供される。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明では、気筒内の気体の圧力、密度、比熱比から気体の音速を計算し、気体の音速と気筒のボア径とから、気体の膜振動の周波数を計算して、燃焼音の周波数の代表値とし、一方、あらかじめ実験等で、安定した運転状態での気体の膜振動の周波数を求めておき、これを周波数の目標値とし、周波数の代表値を、周波数の目標値に略一致させる制御を行うことにより、噴射系の劣化や機差によるばらつき、圧力脈動等に影響されない、ロバスト性の高い燃焼音制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、噴射系の劣化や機差によるばらつきの影響を受けず、圧力脈動の影響を受けない燃焼音制御装置が提供され、併せて燃費の悪化を最小限に抑えることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明を内燃機関の燃焼音制御装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図であり、本実施形態では、内燃機関１は、吸気スロットル弁４１、ターボチャージャ５０、可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構４３、燃料噴射弁４４、排気再循環（ＥＧＲ）弁４５等を備える。本実施形態では、吸気温度センサ２１、吸気管圧センサ２２、吸気量センサ２３等の検出手段から、検出信号が燃焼音制御装置１０に取り込まれ、これらの検出信号に基づいて、内燃機関１の気筒内の気体の圧力、密度、比熱比を演算し、圧力、密度、比熱比から気筒内の気体の膜振動の周波数を演算し、燃焼音の周波数の代表値とする。
【００１５】
この燃焼音の周波数の代表値の演算は、それぞれの気筒について、吸気弁が開から閉に変わるタイミングで行われる（図２参照）。従って、吸気温度センサ２１、吸気管圧センサ２２、吸気量センサ２３は、複数の気筒に接続された共通母管に各１つずつ設置するのみで、各気筒内の燃焼音の周波数の代表値を演算することができる。
【００１６】
更に、この燃焼音制御装置１０は、燃焼音の小さい安定した運転状態での燃焼室の気体の膜振動の周波数と、回転数と、トルクとの関係を、あらかじめ実験によって求め、マップとして備えている。従って、それぞれの気筒について、吸気弁が開から閉に変わる瞬間の回転数とトルクの検出信号を用いて、マップから周波数の目標値を求める演算を行う。
【００１７】
次に、燃焼音制御装置１０は、周波数の代表値が周波数の目標値と略一致するように、気体の圧力、密度、比熱のうち１以上を変化させるための操作量を演算し、この操作量に基づいて、吸気スロットル弁４１、ターボチャージャ５０の排気タービンの可変ノズル４２、可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構４３、燃料噴射弁４４、排気再循環（ＥＧＲ）弁４５のうち１以上を操作する操作信号を発生する。
【００１８】
以上により、周波数の代表値を周波数の目標値に略一致させる操作を行うことにより、内燃機関の燃焼音の様々な周波数成分も変化させることができ、噴射系の劣化や機差によるばらつき、圧力脈動等に影響されない制御を行なうことができ、且つ実験で求めた、燃焼音の小さい安定した運転状態を得ることができる。
【００１９】
図２は、本発明を内燃機関の燃焼音制御装置に適用した場合の、制御ユニット内の演算の実施形態の概略構成を説明するフローチャートである。周波数の代表値は、燃焼室内の燃焼ガスの振動を円形の膜振動と考え、以下の式で求める。
【数１】
2009013875.tif 000003
ここで、
Ｆ：周波数の代表値（ｓ-1）
ｃ：気体の音速（ｍ/ｓ）
Ｌ：代表長さ＝気筒のボア径（ｍ）
また、気体の音速は、以下の式で求める。
【数２】
2009013875.tif 000004
ここで、
ｐ（Ｎ/ｍ2）：気体の圧力
ρ（ｋｇ/ｍ3）：気体の密度
κ：気体の比熱比
【００２０】
以上において、気体の比熱比は、ＥＧＲガス量から比熱を算出することにより求める。また、ＥＧＲガス量は、空気量センサ２３と、吸気管圧力センサ２２とからＥＧＲ率を算出し、ＶＶＴ機構４３のバルブタイミング及びリフトに基づいて内部ＥＧＲ量を算出し、気筒内へのＥＧＲガス量を算出することにより求める。
【００２１】
周波数の目標値は、安定な運転状態での燃焼室の気体の膜振動の周波数であり、上述の周波数の代表値を変化させ、燃焼騒音の小さい安定した運転状態にする目標値であり、あらかじめエンジンの運転試験により、エンジン回転数とトルクとの関数としてマップを作成しておき、現在のエンジン回転数とトルクとから求める。
【００２２】
次に、周波数の目標値と周波数の代表値との差ｄＦを計算する。
【００２３】
この差ｄＦを与える操作量を、エンジンの運転試験により、気体の圧力を変化させる操作、気体の密度を変化させる操作、気体の比熱比を変化させる操作についてあらかじめ求めておき、操作マップとして備え、上述の計算で求めたｄＦについて各操作量を計算する。
【００２４】
すなわち、気体の圧力は、吸気管閉弁時の空気量を操作することにより変化し、気体の圧力を変化させるためには、スロットル弁４１の開度の操作、ＥＧＲ弁４５の開度の操作、ターボチャージャ５０の可変ノズル４２による残留ガス量（圧力）の操作、ＶＶＴ機構４３のバルブタイミング／リフト量の操作等を行う。
【００２５】
気体の密度は、吸込ガスの組成あるいは温度に依存し、気体の密度を変化させるためには、ＥＧＲ率の操作、即ちＥＧＲ弁４５の開度の操作、インタークーラー温度の操作、ＥＧＲクーラー温度又はバイパス量の操作、ターボチャージャ５０の可変ノズル４２による残留ガス量の操作、ＶＶＴ機構４３による残留ガス量の操作等を行う。
【００２６】
気体の比熱比は、吸込みガスの組成に依存し、気体の比熱比を変化させるためには、ＥＧＲ弁４５の開度の操作、ターボチャージャ５０の可変ノズル４２による残留ガス量の操作、ＶＶＴ機構４３による残留ガス量の操作等を行う。
【００２７】
図２の例示では、例えばｄＦが負の場合、現在の周波数の代表値が周波数の目標値より大きいので、周波数の目標値に合わせるためには音速を下げる必要がある。従って、この場合にはＥＧＲ弁４５を開いて比熱比を小さくする操作を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を内燃機関の燃焼音制御装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明を内燃機関の燃焼音制御装置に適用した場合の、制御ユニット内の演算の実施形態の概略構成を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１    ディーゼルエンジン
３    吸気管
１０    燃焼音制御装置
２１    吸気温度センサ
２２    吸気管圧力センサ
２３    空気量センサ
２４    ＶＶＴ機構カム角センサ
２５    アクセル開度センサ
２６    回転数センサ
３１    スロットル弁操作信号
３２    可変ノズル操作信号
３３    ＶＶＴ機構操作信号
３４    燃料噴射弁操作信号
３５    ＥＧＲ弁操作信号
４１    スロットル弁
４２    ターボチャージャの排気タービンの可変ノズル
４３    ＶＶＴ機構
４４    燃料噴射弁
４５    ＥＧＲ弁
５０    ターボチャージャ
【図１】
2009013875.tif 000005
【図２】
2009013875.tif 000006