JP2017106415A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気音、サージ音、気流音、レゾネータからの放射音を低減する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、過給機のコンプレッサをバイパスするバイパス通路を開閉する第１バルブと、バイパス通路と吸気通路とに連通したチャンバを画定するレゾネータの他端に設けられ、チャンバを開閉する第２バルブと、レゾネータの一端に設けられ、チャンバを開閉する第３バルブと、レゾネータと吸気通路とを連通する連通路を開閉する第４バルブと、過給圧が第１閾値以上で内燃機関の回転数が第２閾値未満の場合、第３及び第４バルブを閉状態、第２バルブを開状態とし、過給圧が第１閾値以上で内燃機関の回転数が第２閾値以上の場合、第２及び第３バルブを閉状態、第４バルブを開状態とし、スロットルバルブが閉状態で第１バルブが開状態の場合、第２及び第４バルブを閉状態、第３バルブを開状態とする制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

過給機付の内燃機関において低減が要請される騒音には、吸気音、サージ音、及び気流音（ため息音）の３種類の騒音が含まれる。これらの吸気音、サージ音、及び気流音は、それぞれ発生条件及びその周波数が異なる。

吸気音は、スロットルを全開にした状態（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）において、過給機のコンプレッサ上流側で発生する低周波騒音である。吸気音を低減するために、特許文献１では、吸気通路に接続されるレゾネータの容量を、過給機のブースト圧に応じて変化させるレゾネータ装置が提案されている。

サージ音は、次のように発生する。過給機付の内燃機関では、過給機が作動しているときに、スロットルバルブが開弁状態から急速に閉弁されると、スロットルバルブの上流側の吸気通路の圧力が急激に上昇するサージングが発生する場合がある。サージングの発生により、吸気通路内の高圧の吸気がコンプレッサに逆流し、コンプレッサの上流及び下流において高周波のサージ音が発生する。

サージ音の発生を抑制するために、従来から、コンプレッサの下流側の吸気通路と上流側の吸気通路とを連通するバイパス通路を設け、当該バイパス通路をエアバイパスバルブにより開閉することが提案されている。具体的には、サージングが発生する状況になった場合、エアバイパスバルブを開状態とし、コンプレッサの下流側の吸気通路と上流側の吸気通路とを連通させることで、高圧となっているコンプレッサ下流側の吸入空気をコンプレッサ上流側へ戻し、コンプレッサの過給圧の上昇を防止する。これにより、サージ音の発生が抑制される。

気流音は、上記のようなバイパス通路を設けた場合に発生し得る。具体的には、コンプレッサの下流側の高圧である吸入空気を、バイパス通路を介してコンプレッサ上流側へ戻すときに、高周波の気流音が発生してしまう。このような気流音の発生を抑制するために、特許文献２では、バイパス通路上にチャンバを有したレゾネータを設け、このレゾネータをエアバイパスバルブが開いているときには拡張型のマフラとして機能させることが開示されている。

特許第３５８８５２５号公報 特許第３０６３１１９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、吸気音、サージ音、及び気流音を低減するためには、吸気音、サージ音、及び気流音が発生するそれぞれの場所にレゾネータを配置する必要がある。すなわち、複数のレゾネータの設置が必要となるため、エンジンコンパートメント内でのスペースの確保が難しく、また、コスト的にも不利となる可能性がある。

また、特許文献２の技術では、レゾネータをバイパス通路に配置するため、採用できるレゾネータの種類がホルムヘルツ型とサイドブランチとに限定される。一般に、ホルムヘルツ型は、５００Ｈｚ以下の低周波騒音に効果があり、サイドブランチは５００Ｈｚ以上の高周波騒音に効果がある。したがって、特許文献２の技術では、低減可能な騒音が限定されてしまう。

さらに、特許文献１及び２の何れの技術も、レゾネータ内に吸入空気が常時出入りする構造であるため、吸入空気の圧力脈動に起因するレゾネータからの放射音が大きくなる可能性がある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、複数のレゾネータを設けることなく、過給機付の内燃機関において異なる条件下で発生し得る吸気音、サージ音、気流音、及びレゾネータの放射音を低減することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、スロットルバルブよりも上流側の吸気通路内に過給機のコンプレッサが配置された内燃機関の制御装置であって、一端が前記コンプレッサの上流側で前記吸気通路と接続し、他端が前記コンプレッサの下流側で前記吸気通路と接続して、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、前記パイパス通路を開閉する第１バルブと、一端が前記バイパス通路と接続し、他端が前記コンプレッサの下流側であり前記バイパス通路の前記他端よりも上流側で前記吸気通路と接続して、前記バイパス通路と前記吸気通路とに連通したチャンバを画定するレゾネータと、一端が前記レゾネータと接続し、他端が前記コンプレッサの上流側であり前記バイパス通路の前記一端よりも下流側で前記吸気通路と接続した連通路と、前記レゾネータの前記他端に設けられ、前記チャンバを開閉する第２バルブと、前記レゾネータの前記一端に設けられ、前記チャンバを開閉する第３バルブと、前記連通路に設けられ、前記連通路を開閉する第４バルブと、前記過給機の過給圧を検出する圧力センサと、前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、前記クランク角センサの検出値から前記内燃機関の回転数を算出する算出部と、前記過給圧が第１閾値未満の場合、前記第２、第３、及び第４バルブを閉状態とし、前記過給圧が前記第１閾値以上であり前記内燃機関の回転数が第２閾値未満の場合、前記第３及び第４バルブを閉状態とし前記第２バルブを開状態とし、前記過給圧が前記第１閾値以上であり前記内燃機関の回転数が前記第２閾値以上の場合、前記第２及び第３バルブを閉状態とし前記第４バルブを開状態とし、前記スロットルバルブが閉状態であり前記第１バルブが閉状態の場合、前記第２、第３、及び第４バルブを閉状態とし、前記スロットルバルブが閉状態であり前記第１バルブが開状態の場合、前記第２及び第４バルブを閉状態とし前記第３バルブを開状態とする制御部と、を備える内燃機関の制御装置である。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、複数のレゾネータを設けることなく、過給機付の内燃機関において異なる条件下で発生し得る吸気音、サージ音、気流音、及びレゾネータの放射音を低減することができる。

図１（ａ）は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）において点線で囲まれた領域の拡大図である。 図２は、ＥＣＵが実行する騒音低減処理の一例を示すフローチャートである。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１〜第４バルブの開閉状態を示す図である。 過給圧及びエンジン回転数と発生する騒音との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１（ａ）は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム１０の構成を示す概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）において点線で囲まれた領域の拡大図である。

図１（ａ）に示すように、エンジンシステム１０は、エアクリーナ１１と、吸気通路１３と、バイパス通路１５と、レゾネータ１７と、連通路１８と、過給機１９と、スロットルバルブ２１と、サージタンク２３と、内燃機関としてのエンジン２５と、排気通路２７と、算出部及び制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、を備える。

エアクリーナ１１は、外部から取得された空気（吸気）をろ過して、吸気通路１３に供給する。スロットルバルブ２１より上流側の吸気通路１３中には、過給機１９のコンプレッサ１９ａが配設されており、吸気はコンプレッサ１９ａの回転によって圧縮される（過給される）。

バイパス通路１５は、図１（ｂ）に示すように、一端１５ａがコンプレッサ１９ａの上流側で吸気通路１３と接続し、他端１５ｂがコンプレッサ１９ａの下流側で吸気通路１３と接続して、コンプレッサ１９ａをバイパスする。このバイパス通路１５を開閉するために、第１バルブ３１が設けられている。第１バルブ３１は、例えば、任意の開度を実現するアクティブ制御対応の電動式のエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）とすることができる。

レゾネータ１７は、図１（ｂ）に示すように、一端１７ａがバイパス通路１５に接続し、他端１７ｂがコンプレッサ１９ａの下流側でありバイパス通路１５の他端１５ｂよりも上流側で吸気通路１３に接続して、バイパス通路１５と吸気通路１３とに連通したチャンバ１７ｃを画定する。

レゾネータ１７の他端１７ｂには、チャンバ１７ｃを開閉する第２バルブ３３が設けられている。また、レゾネータの一端１７ａには、チャンバ１７ｃを開閉する第３バルブ３５が設けられている。第２バルブ３３及び第３バルブ３５は、例えば、電磁切替式の開閉弁である。

連通路１８は、一端１８ａがレゾネータ１７に接続され、他端１８ｂがコンプレッサ１９ａの上流側でありバイパス通路１５の一端１５ａよりも下流側で吸気通路１３に接続する。

連通路１８には、連通路１８を開閉する第４バルブ３７が設けられている。第４バルブ３７は、例えば、電磁切替式の開閉弁である。

吸気通路１３中には更に、エンジン２５に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ２１が設けられている。

スロットルバルブ２１を通過した吸気は、吸気通路１３上に形成されたサージタンク２３内に一旦貯蔵された後、エンジン２５が有する複数の気筒（不図示）内に流入する。サージタンク２３には、吸気管圧力（過給圧）を検出するための圧力センサ４１が設けられている。

エンジン２５は、供給された吸気と燃料とを混合した混合気を気筒内で燃焼することによって動力を発生する。エンジン２５内における燃焼により発生した排出ガスは、排気通路２７に排出される。エンジン２５には、エンジン２５のクランク角を検出するクランク角センサ５０が設けられている。エンジン２５は、ＥＣＵ１００から供給される制御信号によって、点火時期の制御や、燃料噴射量の制御や、燃料の噴射時期の制御などが行われる。

エンジン２５より排出された排出ガスは、排気通路２７に設けられた過給機１９のタービン１９ｂを回転させる。このようなタービン１９ｂの回転トルクが、過給機１９内のコンプレッサ１９ａに伝達されて回転することによって、過給機１９を通過する吸気が圧縮される（過給される）。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

ＥＣＵ１００の出力側には、前述の第１バルブ３１、第２バルブ３３、第３バルブ３５、第４バルブ３７、スロットルバルブ２１の他、点火プラグ（図示せず）等の種々のアクチュエータが接続されている。また、ＥＣＵ１００には、前述した圧力センサ４１、クランク角センサ５０の他、アクセル開度センサ等の各種のセンサから、エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ＥＣＵ１００は、上述した情報や信号に基づいて、スロットルバルブ２１等の各種のアクチュエータを制御する。また、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ５０の検出値からエンジン２５の回転数（エンジン回転数）を算出する。さらに、ＥＣＵ１００は、圧力センサ４１から入力される過給圧、算出したエンジン回転数、及びスロットルバルブ２１の開閉状態に基づいて、第１バルブ３１〜第４バルブ３７の開閉状態を制御する。

（騒音低減処理）
次に、ＥＣＵ１００が実行する騒音低減処理について、図２のフローチャートに沿って、その他図面を適宜参照しつつ説明する。図２は、ＥＣＵ１００が実行する騒音低減処理の一例を示すフローチャートである。

ＥＣＵ１００は、まず、スロットルバルブ２１が閉状態であるか否か判断する（ステップＳ１０１）。スロットルバルブ２１が閉状態の場合（ステップＳ１０１／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、第１バルブ３１の開要求フラグがＯＮであるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

上述したように、スロットルバルブ２１が開状態から閉状態とされ、サージングが発生する可能性がある場合には、第１バルブ３１を開状態として、サージングの発生を防止する。しかしながら、このとき、バイパス通路１５において気流音が発生する。

したがって、スロットルバルブ２１が閉状態であって（ステップＳ１０１／ＹＥＳ）、第１バルブ３１の開要求フラグがＯＮである場合（ステップＳ１０３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、第３バルブ３５を開状態とし、第２バルブ３３及び第４バルブ３７を閉状態とする（ステップＳ１０５）。これにより、図３（ａ）に示すように、チャンバ１７ｃがバイパス通路１５に開放されるので、レゾネータ１７はバイパス通路１５で発生する気流音を低減することができる。

一方、第１バルブ３１の開要求がＯＦＦである場合（ステップＳ１０３／ＮＯ）、すなわち、第１バルブ３１が閉状態にある場合、ＥＣＵ１００は、第２バルブ３３、第３バルブ３５、及び第４バルブ３７を閉状態とする（ステップＳ１０７）。これにより、図３（ｂ）に示すように、チャンバ１７ｃは、吸気通路１３及びバイパス通路１５のいずれに対しても閉じられた状態となる。このため、吸入空気がレゾネータ１７に出入りせず、吸入空気の圧力脈動に起因するレゾネータ１７からの放射音の発生を抑制することができる。

ところで、スロットルバルブ２１が開状態の場合（ステップＳ１０１／ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、過給圧が第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。

ここで、図４は、過給圧及びエンジン回転数と発生する騒音との関係を示す図である。図４に示すように、過給圧が破線で示す第１閾値以上にある場合、サージ音または吸入音が目立つ。したがって、ＥＣＵ１００は、第１閾値を用いて、サージ音または吸気音の低減が必要か否かを判断する。すなわち、第１閾値は、サージ音または吸気音の低減処理を実行するか否かを決定するための値である。

図２に戻り、過給圧が第１閾値未満である場合（ステップＳ１０９／ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、サージ音又は吸気音の低減が不要であると判断し、第２バルブ３３、第３バルブ３５、及び第４バルブ３７を閉状態とし（ステップＳ１１７）、ステップＳ１０１に戻る。これにより、図３（ｂ）に示すように、チャンバ１７ｃは、吸気通路１３及びバイパス通路１５のいずれに対しても閉じられた状態となる。このため、吸入空気がレゾネータ１７に出入りせず、吸入空気の圧力脈動に起因するレゾネータ１７からの放射音の発生を抑制することができる。

一方、過給圧が第１閾値以上である場合（ステップＳ１０９／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が第２閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１１）。第２閾値は、例えば、３０００ｒｐｍとすることができる。

図４に示すように、過給圧が第１閾値以上でありエンジン回転数が一点鎖線で示す第２閾値以上となると、吸気口からの音、すなわち、吸気音が目立ってくる。吸気音は、エンジン回転数が大きくなるほど、大きくなる。一方、図４に示すように、過給圧が第１閾値以上でありエンジン回転数が第２閾値未満となると、サージ音が目立つようになる。したがって、ＥＣＵ１００は、第２閾値を用いて、低減対象となる騒音（サージ音または吸気音）を決定する。すなわち、第２閾値は、低減対象となる騒音（サージ音または吸気音）を決定するための値である。

図２に戻り、エンジン回転数が第２閾値以上である場合（ステップＳ１１１／ＹＥＳ）、吸気音が目立つため、ＥＣＵ１００は、第４バルブ３７を開状態とし、第２バルブ３３及び第３バルブ３５を閉状態とする（ステップＳ１１３）。これにより、図３（ｃ）に示すように、チャンバ１７ｃがコンプレッサ１９ａの上流側の吸気通路１３に開放されるので、レゾネータ１７はコンプレッサ１９ａの上流側の吸気通路１３で発生する吸気音を低減することができる。

一方、エンジン回転数が第２閾値未満である場合（ステップＳ１１１／ＮＯ）、サージ音が目立つため、ＥＣＵ１００は、第２バルブ３３を開状態とし、第３バルブ３５及び第４バルブ３７を閉状態とする（ステップＳ１１５）。これにより、図３（ｄ）に示すように、チャンバ１７ｃがコンプレッサ１９ａの下流側の吸気通路１３に開放されるので、レゾネータ１７はコンプレッサ１９ａの下流側の吸気通路１３で発生するサージ音を低減することができる。

ステップＳ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１１３、及びＳ１１５の後は、処理はリターンとなる。

上述の説明から明らかなように、ＥＣＵ１００は、過給圧が第１閾値未満の場合、第２バルブ３３、第３バルブ３５、及び第４バルブ３７を閉状態とし、レゾネータ１７に吸入空気が入りこまないようにする。これにより、吸入空気の圧力脈動に起因するレゾネータ１７からの放射音の発生を抑制できる。また、ＥＣＵ１００は、過給圧が第１閾値以上でありエンジン回転数が第２閾値未満の場合、第３バルブ３５及び第４バルブ３７を閉状態とし第２バルブ３３を開状態とし、レゾネータ１７のチャンバ１７ｃをコンプレッサ１９ａの下流側の吸気通路１３に開放する。これにより、レゾネータ１７は、コンプレッサ１９ａの下流側の吸気通路１３で発生するサージ音を低減することができる。また、ＥＣＵ１００は、過給圧が第１閾値以上でありエンジン回転数が第２閾値以上の場合、第２バルブ３３及び第３バルブ３５を閉状態とし第４バルブ３７を開状態とし、レゾネータのチャンバ１７ｃをコンプレッサ１９ａの上流側の吸気通路１３に開放する。これにより、レゾネータ１７は、コンプレッサ１９ａの上流側の吸気通路１３で発生する吸気音を低減することができる。また、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２１が閉状態であり第１バルブ３１が閉状態の場合、第２バルブ３３、第３バルブ３５、及び第４バルブ３７を閉状態とし、レゾネータ１７に吸入空気が入りこまないようにする。これにより、吸入空気の圧力脈動に起因するレゾネータ１７からの放射音の発生を抑制できる。さらに、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２１が閉状態であり第１バルブ３１が開状態の場合、第２バルブ３３及び第４バルブ３７を閉状態とし第３バルブ３５を開状態とし、レゾネータ１７のチャンバ１７ｃをバイパス通路１５に開放する。これにより、レゾネータ１７はバイパス通路１５で発生する気流音を低減することができる。上述したように、エンジンシステム１０によれば、複数のレゾネータを配置することなく、１つのレゾネータ１７により、異なる条件下で発生し得る吸気音、サージ音、気流音、およびレゾネータ１７からの放射音を低減することができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０ エンジンシステム（内燃機関の制御装置）
１３ 吸気通路
１５ バイパス通路
１５ａ バイパス通路の一端
１５ｂ バイパス通路の他端
１７ レゾネータ
１７ａ レゾネータの一端
１７ｂ レゾネータの他端
１７ｃ チャンバ
１８ 連通路
１８ａ 連通路の一端
１８ｂ 連通路の他端
１９ 過給機
１９ａ コンプレッサ
２１ スロットルバルブ
２５ エンジン
３１ 第１バルブ
３３ 第２バルブ
３５ 第３バルブ
３７ 第４バルブ
４１ 圧力センサ
５０ クランク角センサ
１００ ＥＣＵ（算出部，制御部）

Claims (1)

1. スロットルバルブよりも上流側の吸気通路内に過給機のコンプレッサが配置された内燃機関の制御装置であって、
   一端が前記コンプレッサの上流側で前記吸気通路と接続し、他端が前記コンプレッサの下流側で前記吸気通路と接続して、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記パイパス通路を開閉する第１バルブと、
   一端が前記バイパス通路と接続し、他端が前記コンプレッサの下流側であり前記バイパス通路の前記他端よりも上流側で前記吸気通路と接続して、前記バイパス通路と前記吸気通路とに連通したチャンバを画定するレゾネータと、
   一端が前記レゾネータと接続し、他端が前記コンプレッサの上流側であり前記バイパス通路の前記一端よりも下流側で前記吸気通路と接続した連通路と、
   前記レゾネータの前記他端に設けられ、前記チャンバを開閉する第２バルブと、
   前記レゾネータの前記一端に設けられ、前記チャンバを開閉する第３バルブと、
   前記連通路に設けられ、前記連通路を開閉する第４バルブと、
   前記過給機の過給圧を検出する圧力センサと、
   前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、
   前記クランク角センサの検出値から前記内燃機関の回転数を算出する算出部と、
   前記過給圧が第１閾値未満の場合、前記第２、第３、及び第４バルブを閉状態とし、前記過給圧が前記第１閾値以上であり前記内燃機関の回転数が第２閾値未満の場合、前記第３及び第４バルブを閉状態とし前記第２バルブを開状態とし、前記過給圧が前記第１閾値以上であり前記内燃機関の回転数が前記第２閾値以上の場合、前記第２及び第３バルブを閉状態とし前記第４バルブを開状態とし、前記スロットルバルブが閉状態であり前記第１バルブが閉状態の場合、前記第２、第３、及び第４バルブを閉状態とし、前記スロットルバルブが閉状態であり前記第１バルブが開状態の場合、前記第２及び第４バルブを閉状態とし前記第３バルブを開状態とする制御部と、
   を備える内燃機関の制御装置。

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