JP4672588B2 - 内燃機関の燃焼騒音算出装置および燃焼騒音制御システム - Google Patents

内燃機関の燃焼騒音算出装置および燃焼騒音制御システム Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関における燃焼騒音を算出する内燃機関の燃焼騒音算出装置および該燃焼騒音を制御する燃焼騒音制御システムに関する。
内燃機関においては、燃料噴射弁からの燃料噴射量や燃料噴射時期のばらつきに起因して燃焼騒音が発生する場合がある。また、内燃機関の運転状態の変化に伴って該内燃機関での燃焼パターンを変化させる過渡時においても、燃料噴射量や燃料噴射時期が最適値からずれることにより燃焼騒音が発生する場合がある。
特許文献1には、この内燃機関における燃焼騒音を筒内圧力の二階時間微分値から検知する技術が開示されている。また、特許文献2には、主燃料噴射よりも前の時期に副燃料噴射を実行する内燃機関において、燃料が燃焼したときの筒内圧力の二階時間微分値が目標値と一致しないときは、該二階時間微分値が小さくなる側に副燃料噴射量を補正する技術が開示されている。
特開2001−123871号公報 特開平11−247703号公報 特開2002−188489号公報
本発明は、内燃機関における燃焼騒音をより精度良く算出することが可能な技術を提供することを課題とする。
本発明は、内燃機関の筒内圧から得ることが可能な、燃焼騒音と相関がある複数のパラメータに基づいて燃焼騒音を算出するものである。
より詳しくは、第一の発明に係る内燃機関の燃焼騒音算出装置は、
内燃機関の筒内圧を検出または推定する筒内圧検出手段を備え、
少なくとも、
圧縮行程から膨張行程の間における筒内圧の最大値と、
燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値と、
燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の最大値と、
燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分値の最大値と、
圧縮行程から膨張行程に要する時間と、
に基づいて前記内燃機関における燃焼騒音を算出することを特徴とする。
内燃機関における燃焼騒音は筒内圧の変動に起因して発生する。そのため、上記のような筒内圧の変動に関わる複数のパラメータの全てが燃焼騒音と相関がある。
しかしながら、内燃機関の運転状態に応じて、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の最大値(以下、一階時間微分最大値と称する)の方が、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分値の最大値(以下、二階時間微分最大値と称する)よりも燃焼騒音に対する相関度合いが高くなる場合や、二階時間微分最大値の方が一階時間微分最大値よりも燃焼騒音に対する相関度合いが高くなる場合がある。
また、一階時間微分最大値または二階時間微分最大値が同様の値であっても、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮行程から膨張行程の間における筒内圧の最大値(以下、筒内圧最大値と称する)や、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値(以下、上昇量最大値と称する)が異なる値となる場合がある。
従って、上記のような複数のパラメータ全てに基づいて内燃機関における燃焼騒音を算出することで、内燃機関の運転状態に関わらず該燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。また、内燃機関の運転状態の変化に伴って該内燃機関での燃焼パターンを変化させる過渡時においても、燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。
本発明においては、内燃機関おける燃焼騒音をCNとし、さらに、筒内圧最大値をPmaxとし、上昇量最大値をΔPmaxとし、一階時間微分最大値をdΔP/dtとし、二階時間微分最大値をdΔP/dtとし、内燃機関の機関回転数をNeとして、下記式(1)から内燃機関における燃焼騒音を算出しても良い。
CN=A×log10(Pmax)n1+B×log10(ΔPmax)n2+C×log10(dΔP/dt)n3+D×log10(dΔP/dtn4+E×log10(1/Ne)+F・・・式(1)
(ただし、AおよびB、C、D、E、F、n1、n2、n3、n4は係数)
人間の聴覚が感じる音の大きさを表す音圧レベル(単位:dB)はWeber−Fechnerの法則から下記式(2)で表される。
音圧レベル=20log10(P/P)・・・式(2)
(P:音圧、P:基準音圧)
ここで、式(1)における1/Neは、機関回転数の逆数であり、即ち圧縮行程から膨張行程に要する時間となる。つまり、式(1)は、筒内圧の変動に関わる前記各パラメータに起因する燃焼騒音の成分を式(2)に基づいて導出し、これらを合成することで燃焼騒音を算出するものである。尚、式(1)における各係数は実験等によって予め定められた値である。また、式(1)における各係数を、燃焼騒音算出の対象となる内燃機関に応じて最適な値に設定しても良い。
式(1)によれば、燃焼騒音CNを、相対的な値ではなく、単位をdBとした音圧レベルとして算出することが出来る。従って、内燃機関の運転状態に関わらず燃焼騒音をより
精度良く算出することが出来る。
また、本発明では、内燃機関において一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回実行しても良い。この場合、各燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼する毎に筒内圧が上昇する。
そこで、上記の場合、各燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の各最大値および筒内圧の上昇量の二階時間微分値の各最大値に基づいて、内燃機関における燃焼騒音を算出しても良い。
これにより、一燃焼サイクル中に燃料噴射が複数回実行される場合であっても、内燃機関の運転状態に関わらず燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。
また、本発明では、内燃機関における燃料噴射を主燃料噴射および副燃料噴射によって行っても良い。ここで、副燃料噴射は、主燃料噴射より前の時期であって噴射された燃料が燃焼に供される時期に実行される。この場合、上記のように、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼したとき、および、主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼したときに筒内圧が上昇する。
そこで、上記の場合においては、内燃機関おける燃焼騒音をCNとし、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値をPsubとし、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値をPmainとし、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値をΔPsubとし、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値をΔPmainとし、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値をdΔP/dtsubとし、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値をdΔP/dtmainとし、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値をdΔP/dtsubとし、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値をdΔP/dtmainとし、前記内燃機関の機関回転数をNeとして、下記式(3)から内燃機関における燃焼騒音を算出しても良い。
CN=A×log10[(Psub) n1+(Pmain) n1]+B×log10[(ΔPsub)n2+(ΔPmain)n2]+C×log10[(dΔP/dtsub)n3
(dΔP/dtmain)n3]+D×log10[(dΔP/dtsub)n4+(dΔP/dtmain)n4]+E×log10(1/Ne)+F・・・(3)
(ただし、AおよびB、C、D、E、F、n1、n2、n3、n4は係数)
尚、式(1)と同様、式(3)における各係数は実験等によって予め定められた値であり、各係数を燃焼騒音算出の対象となる内燃機関に応じて最適な値に設定しても良い。
式(3)により、燃料噴射が主燃料噴射および副燃料噴射によって行われる場合であっても、燃焼騒音CNを、単位をdBとした音圧レベルとして算出することが出来る。従って、内燃機関の運転状態に関わらず燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。
また、本発明においては、前記各パラメータに加え、さらに、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階以上の高階時間微分値の最大値に基づいて内燃機関における燃焼騒音を算出しても良い。
燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階以上の高階時間微分値の最大値も、前記各パラメータと同様、燃焼騒音と相関がある。従って、該高階時間微分値の最大値をも用いて燃焼騒音を算出することで、該燃焼騒音の算出精度を向上させることが出来る。
第二の発明に係る内燃機関の燃焼騒音制御システムは、前記式(1)から内燃機関における燃焼騒音を算出する内燃機関の燃焼騒音算出装置を備えており、さらに、前記式(1)における、A×log10(Pmax)n1+B×log10(ΔPmax)n2を圧力成分とし、C×log10(dΔP/dt)n3を筒内圧の上昇量の一階時間微分成分とし、D×log10(dΔP/dtn4を筒内圧の上昇量の二階時間微分成分とし、E×log10(1/Ne)を時間成分とし、各成分の内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いを算出する相関度合い算出手段を備えている。そして、圧力成分および筒内圧の上昇量の一階時間微分成分、筒内圧の上昇量の二階時間微分成分、時間成分のうち内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで前記燃焼騒音検出装置によって算出される燃焼騒音を所定値以下に制御することを特徴とする。
ここで、所定値は、燃焼騒音の許容範囲の上限値以下の値であって、予め定められた値である。
式(1)における上記各成分の燃焼騒音に対する相関度合いは、燃焼騒音制御の対象となる内燃機関に応じて異なる場合がある。そこで、式(1)における上記各成分のうち内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させる。これにより、燃焼騒音を効率的に所定値以下に低減させることが出来る。
また、第三の発明に係る内燃機関の燃焼騒音制御システムは、前記式(3)から内燃機関における燃焼騒音を算出する内燃機関の燃焼騒音算出装置を備えており、さらに、前記式(3)における、A×log10[(Psub) n1+(Pmain) n1]+B×log
10[(ΔPsub)n2+(ΔPmain)n2]を圧力成分とし、C×log10[(dΔP/dtsub)n3+(dΔP/dtmain)n3]を筒内圧の上昇量の一階時間微分成分としD×log10[(dΔP/dtsub)n4+(dΔP/dtmain)n4]を筒内圧の上昇量の二階時間微分成分とし、E×log10(1/Ne)を時間成分とし、各成分の内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いを算出する相関度合い算出手段を備えている。そして、圧力成分および筒内圧の上昇量の一階時間微分成分、筒内圧の上昇量の二階時間微分成分、時間成分のうち内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで前記燃焼騒音検出装置によって算出される燃焼騒音を所定値以下に制御することを特徴とする。
ここで、所定値は、第二の発明と同様、燃焼騒音の許容範囲の上限値以下の値であって、予め定められた値である。
第二の発明と同様、式(3)における上記各成分の燃焼騒音に対する相関度合いは、燃焼騒音制御の対象となる内燃機関に応じて異なる場合がある。そこで、式(3)における上記各成分のうち内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させる。これにより、第二の発明と同様、燃焼騒音を効率的に所定値以下に低減させることが出来る。
尚、第二および第三の発明において、燃焼騒音を低減すべく時間成分を低減させた場合、内燃機関の機関回転数が変化することになる。これにより、内燃機関を搭載した車両の運転状態に影響を与える場合がある。
そこで、第二および第三の発明においては、時間成分を除いた前記各成分のうち内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで該燃焼騒音を所定値以下に制御しても良い。
これにより、内燃機関を搭載した車両の運転状態への影響を抑制しつつ、燃焼騒音を効率的に所定値以下に低減させることが出来る。
本発明に係る内燃機関の燃焼騒音算出装置によれば、内燃機関における燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。また、本発明に係る内燃機関の燃焼騒音制御システムによれば、燃焼騒音を効率的に低減させることが出来る。
以下、本発明に係る内燃機関の燃焼騒音算出装置および燃焼騒音制御システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
<内燃機関及びその燃料系の概略構成>
図1は、本実施例に係る内燃機関及びその燃料系の概略構成を示す図である。内燃機関1は4つの気筒2を有する車両駆動用のディーゼル機関である。内燃機関1の気筒2内にはピストン3が摺動自在に設けられている。
気筒2内上部の燃焼室には、吸気ポート4と排気ポート5とが接続されている。吸気ポート4および排気ポート5の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁6および排気弁7によって開閉される。吸気ポート4および排気ポート5は、それぞれ吸気通路8および排気通路9に接続されている。また、気筒2には、該気筒2内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁10が設けられている。
内燃機関1には、燃料タンク14が併設されている。燃料タンク14内には燃料供給管13の一端が挿入されており、この燃料供給管13の他端がコモンレール12に接続されている。燃料供給管13には燃料タンク14からコモンレール12に燃料を圧送する燃料ポンプ15が設けられている。また、コモンレール12には、4つの燃料供給枝管11の一端が接続されている。各燃料供給枝管11の他端は各気筒2の燃料噴射弁10に接続されている。コモンレール12において昇圧された燃料が燃料供給枝管11を介して燃料噴射弁10に送り込まれ該燃料噴射弁10から噴射される。
また、内燃機関1には、気筒2内の圧力を検出する圧力センサ21、および、該内燃機関1に設けられたウォータージャケット内の冷却水の温度を検出する水温センサ22が設けられている。
以上述べたように構成された内燃機関1には、この内燃機関1を制御するためのECU20が併設されている。ECU20には、圧力センサ21や水温センサ22、内燃機関1のクランク角を検出するクランクポジションセンサ23、内燃機関1を搭載した車両のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ24等の各種センサが電気配線を介して接続されている。これらの出力信号がECU20に入力される。
また、ECU20には、燃料噴射弁10や燃料ポンプ15が電気的に接続されている。これらがECU20によって制御される。尚、本実施例においては、燃料噴射弁10からの燃料噴射は、1燃焼サイクル中に主燃料噴射と副燃料噴射との二回行われる。主燃料噴射は圧縮行程上死点近傍の時期に実行される。また、副燃料噴射は、主燃料噴射より前の時期であって、噴射された燃料が燃焼に供される時期に実行される。
<燃焼騒音算出方法>
次に、本実施例に係る内燃機関1における燃焼騒音の算出方法について説明する。本実施例では、圧力センサ21によって検出される筒内圧に基づいて、図2に示すような燃焼騒音CNと相関のある複数のパラメータが導出される。
図2は、筒内圧および筒内圧に基づいて算出される複数のパラメータの圧縮行程および膨張行程における変化を示す図である。図2(a)の縦軸は筒内圧を表している。また、図(a)における実線L1は、燃焼室において燃料が燃焼した場合の筒内圧の変化を表している。また、図(a)における破線L2は、燃焼室において燃料が燃焼せずにピストン3が移動するのみの場合の筒内圧の変化を表している。
図2(b)の縦軸は燃料の燃焼による筒内圧の上昇量(即ち、図2(a)におけるL1からL2を減算した値)を表している。図2(c)の縦軸は筒内圧の上昇量の一階時間微分値を表している。図2(d)の縦軸は筒内圧の上昇量の二階時間微分値を表している。図2(a)および(b)、(c)、(d)の横軸はクランク角を表している。
また、図2(a)におけるPsubが副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値を表しており、図2(a)におけるPmainが主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値を表している。図2(b)におけるΔPsubが副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値を表しており、図2(b)におけるΔPmainが主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値を表している。図2(c)におけるdΔP/dtsubが副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値を表しており、図2(c)におけるdΔP/dtmainが主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値を表している。図2(d)におけるdΔP/dtsubが副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値を表しており、図2(d)におけるdΔP/dtmainが主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値を表している。
副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値Psub、および、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値Pmain、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値ΔPsub、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値ΔPmain、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値dΔP/dtsub、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値dΔP/dtmain、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値dΔP/dtsub、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値dΔP/dtmainの全てが内燃機関1における燃焼騒音CNと相関がある。また、内燃機関1において圧縮行程から膨張行程に要する時間も燃焼騒音CNと相関がある。この圧縮行程から膨張行程に要する時間は、内燃機関1の機関回転数をNeとすると1/Neで表される。
そこで、本実施例では、PsubおよびPmain、ΔPsub、ΔPmain、dΔP/dtsub、dΔP/dtmain、dΔP/dtsub、dΔP/dtmain、1/Neに基づき、下記式(3)´から内燃機関1における燃焼騒音CNを算出する。
CN=A´×log10[(Psub) n1´+(Pmain) n1´]+B´×log10[(ΔPsub)n2´+(ΔPmain)n2´]+C´×log10[(dΔP/dt
sub)n3´+(dΔP/dtmain)n3´]+D´×log10[(dΔP/dtsub)n4´+(dΔP/dtmain)n4´]+E´×log10(1
/Ne)+F´・・・(3)´
式(3)´におけるA´およびB´、C´、D´、E´、F´、n1´、n2´、n3´、n4´は係数である。本実施例においては、各係数が内燃機関1に関して最適な値となるように実験等によって予め定められている。この式(3)´はECU20に予め記憶されている。
式(3)´によれば、単位をdBとする音圧レベルとして燃焼騒音CNが算出される。ここで、式(3)´によって算出された燃焼騒音の算出値と燃焼騒音の実測値との関係を図3に示す。図3において、縦軸は実測値を表し、横軸は式(3)´による算出値を表している。この図3に示すように、式(3)´によって算出された値は実測値とほぼ同様の値となっている。
このように、燃焼騒音と相関のある上記複数のパラメータ全てに基づいて内燃機関1における燃焼騒音を算出することで、内燃機関1の運転状態に関わらず該燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。また、内燃機関1の運転状態の変化に伴って該内燃機関1での燃焼パターンを変化させる過渡時においても、燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。
また、式(3)´によって燃焼騒音を算出することで、燃焼騒音CNを、相対的な値ではなく、単位をdBとする音圧レベルとして算出することが出来る。
<変形例>
尚、上記においては、一燃焼サイクル中における副燃料噴射が一回の場合について説明したが、副燃料噴射は二回以上実行されても良い。この場合も、副燃料噴射が一回の場合と同様、各燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の各最大値および筒内圧の上昇量の二階時間微分値の各最大値をパラメータとして燃焼騒音を算出する。これにより、一燃焼サイクル中に副燃料噴射が複数回実行される場合においても、内燃機関1の運転状態に関わらず該燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。
また、内燃機関1での燃料噴射が主燃料噴射のみによって実行されても良い。この場合、内燃機関1における燃焼騒音CNは下記式(1)´に基づいて算出される。
CN=A´´×log10(Pmain)n1´´+B´´×log10(ΔPmain)n2´´+C´´×log10(dΔP/dtmain)n3´´+D´´×log10[(dΔP/dtmain)n4´´+E´´×log10(1/Ne)+F´´・・・(1)´
式(1)´におけるA´´およびB´´、C´´、D´´、E´´、F´´、n1´´、n2´´、n3´´、n4´´は係数である。また、各係数は、上記式(3)´の場合と同様、内燃機関1に関して最適な値となるように実験等によって予め定められている。変形例においては、この式(1)´がECU20に予め記憶されている。
このように、燃料噴射が主燃料噴射のみの場合であっても、燃焼騒音と相関のある上記複数のパラメータ全てに基づいて内燃機関1における燃焼騒音を算出することで、内燃機関1の運転状態に関わらず該燃焼騒音をより精度良く算出することが出来る。また、式(1)´によって燃焼騒音を算出することで、燃焼騒音を、単位をdBとする音圧レベルとして算出することが出来る。
また、本実施例においては、一階時間微分最大値および二階時間微分最大値に加え、燃
の燃焼による筒内圧の上昇量の三階以上の高階時間微分の最大値をもパラメータとして内燃機関1における燃焼騒音を算出しても良い。
例えば、上記のように、燃料噴射が主燃料噴射と一回の副燃料噴射とによって行われる場合において、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階時間微分の最大値(以下、三階時間微分最大値と称する)をもパラメータとする場合、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階時間微分最大値をdΔP/dtsubとし、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階時間微分最大値をdΔP/dtmainとする。このとき、下記式(4)から内燃機関1における燃焼騒音CNを算出する。
CN=A´´´×log10[(Psub) n1´´´+(Pmain)n1´´´]+B´´´×log10[(ΔPsub)n2´´´+(ΔPmain)n2´´´]+C´´´×log10[(dΔP/dtsub)n3´´´+(dΔP/dtmain)n3´´´]+D´´´×log10[(dΔP/dtsub)n4´´´+(dΔP/dtmain)n4´´´]+G×log10[(dΔP/dtsub)n5+(dΔP/dtmain)n5]+E´´´×log10(1/Ne)+F´´´・・・(4)
式(4)におけるA´´´およびB´´´、C´´´、D´´´、E´´´、F´´´、G、n1´´´、n2´´´、n3´´´、n4´´´、n5は係数である。この場合も、各係数は内燃機関1に関して最適な値となるように実験等によって予め定められている。
燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階以上の高階時間微分値の最大値も、前記各パラメータと同様、燃焼騒音と相関がある。従って、該高階時間微分値の最大値をも用いて燃焼騒音を算出することで、該燃焼騒音の算出精度を向上させることが出来る。
本実施例に係る内燃機関およびその燃料系の概略構成は実施例1と同様である。また、本実施例においては、実施例1と同様の方法で内燃機関1における燃焼騒音が算出される。
<燃焼騒音低減制御>
本実施例では、燃焼騒音を許容範囲の上限値以下に抑えるべく燃焼騒音低減制御が行われる。本実施例に係る燃焼騒音低減制御が実行される場合、上記式(3)´における、
A´×log10[(Psub) n1´+(Pmain)n1´]+B´×log10[(ΔP
sub)n2´+(ΔPmain)n2´]を圧力成分とし、
C´×log10[(dΔP/dtsub)n3´+(dΔP/dtmain)n3´]を筒内圧の上昇量の一階時間微分成分とし、
D´×log10[(dΔP/dtsub)n4´+(dΔP/dtmain)n4´]を筒内圧の上昇量の二階時間微分成分とし、
E´×log10(1/Ne)を時間成分として、
各成分の燃焼騒音に対する相関度合いが算出される。
上記各成分の燃焼騒音に対する相関度合いは、燃焼騒音制御の対象となる内燃機関に応じて異なる場合がある。そこで、本実施例に係る燃焼騒音低減制御においては、上記各成分のうち燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させるべく、燃料噴射弁10による燃料噴射パターンを制御する。
例えば、圧力成分の燃焼騒音に対する相関度合いが13.7%、筒内圧の上昇量の一階
時間微分成分の燃焼騒音に対する相関度合いが37%、筒内圧の上昇量の二階時間微分成分の燃焼騒音に対する相関度合いが21.8%、時間成分の燃焼騒音に対する相関度合いが27.5%である場合、筒内圧の上昇量の一階時間微分成分を優先的に低減させるように燃料噴射弁10による燃料噴射パターンを制御する。
本実施例において、筒内圧の上昇量の一階時間微分成分を低減させるための燃料噴射パターンの制御としては、副燃料噴射時期を遅角させる、即ち、副燃料噴射と主燃料噴射との実行間隔を短くする制御や、副燃料噴射量を減らす制御を例示することが出来る。
図4は、副燃料噴射時期と筒内圧の上昇量の一階時間微分値との関係を示す図である。図4において、縦軸は筒内圧の上昇量の一階時間微分値を表しており、横軸はクランク角を表している。また、図4における曲線(1)から(3)のうち、曲線(1)(実線)は副燃料噴射時期が最も遅い場合を示しており、曲線(3)(破線)は燃料噴射時期が最も早い場合を表している。尚、各曲線において、最初のピークは副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値を示しており、次のピークは主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値を示している。
図4に示すように、副燃料噴射時期が遅いほど、即ち、副燃料噴射と主燃料噴射との実行間隔が短いほど、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値と主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値との和が小さくなる。つまり、副燃料噴射時期を遅角するほど上記筒内圧の上昇量の一階時間微分成分が低減される。
また、図5は、副燃料噴射量と筒内圧の上昇量の一階時間微分値との関係を示す図である。図4と同様、図5において、縦軸は筒内圧の上昇量の一階時間微分値を表しており、横軸はクランク角を表している。また、図5における曲線(1)から(3)のうち、曲線(1)(実線)は副燃料噴射量が最も少ない場合を示しており、曲線(3)(破線)は燃料噴射量が最も多い場合を表している。尚、図4と同様、各曲線において、最初のピークは副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値を示しており、次のピークは主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値を示している。
図5に示すように、副燃料噴射量が少ないほど、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値と主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値との和が小さくなる。つまり、副燃料噴射量を少なくするほど上記筒内圧の上昇量の一階時間微分成分が低減される。
上記のように、圧力成分および筒内圧の上昇量の一階時間微分成分、筒内圧の上昇量の二階時間微分成分、時間成分のうち燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで、燃焼騒音を効率的に低減させることが出来る。
<燃焼騒音低減制御の制御ルーチン>
次に、本実施例に係る燃焼騒低減制御の制御ルーチンについて図6に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンはECU20に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定間隔で繰り返されるルーチンである。
本ルーチンでは、先ずS101において、ECU20は、機関回転数Neおよびクランク角CA、アクセル開度Da、冷却水温Twを読み込む。
次に、ECU20は、S102に進み、機関回転数Ne、クランク角CA、アクセル開度Da、冷却水温Twに基づき、燃焼騒音の上限値CNlimitを設定する。機関回転数Neおよびクランク角CA、アクセル開度Da、冷却水温Twと、燃焼騒音の上限値CNlimitとの関係は予めマップとしてECU20に記憶されている。
次に、ECU20は、S103に進み、内燃機関1の筒内圧Pcを読み込む。
次に、ECU20は、S104に進み、筒内圧Pcに基づいて、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値Psub、および、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値Pmain、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値ΔPsub、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値ΔPmain、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値dΔP/dtsub、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値dΔP/dtmain、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値dΔP/dtsub、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分最大値dΔP/dtmainを導出する。
次に、ECU20は、S105に進み、上記式(3)´から燃焼騒音CNを算出する。
次に、ECU20は、S106に進み、燃焼騒音CNが上限値CNlimitより大きいか否かを判別する。このS106において、肯定判定された場合、ECU20はS107に進み、否定判定された場合、ECU20は本ルーチンの実行を一旦終了する。
S107に進んだECU20は、圧力成分、および、筒内圧の上昇量の一階時間微分成分、筒内圧の上昇量の二階時間微分成分、時間成分それぞれの燃焼騒音CNに対する相関度合いを算出する。
次に、ECU20は、S108に進み、上記各成分のうち燃焼騒音CNに対する相関度合いのより高い成分を優先的に低減させるように、燃料噴射弁10による燃料噴射パターンを変更する。その後、ECU20はS103に戻る。
以上説明した制御ルーチンによれば、燃焼騒音CNを上限値CNlimit以下に効率的に低減させることが出来る。
<変形例>
尚、内燃機関1での燃料噴射が主燃料噴射のみよって実行される場合、上記式(1)´における、
A´´×log10(Pmain)n1´´+B´´×log10(ΔPmain)n2´´を圧力成分とし、
C´´×log10(dP/dtmain)n3´´を筒内圧の上昇量の一階時間微分成分とし、
D´´×log10[(dP/dtmain)n4´´を筒内圧の上昇量の二階時間微分成分とし、
E´´×log10(1/Ne)を時間成分として、
各成分の燃焼騒音に対する相関度合いが算出される。
そして、この場合も、前記と同様、燃焼騒音低減制御においては、各成分のうち燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させるように、燃料噴射弁10による燃料噴射パターンが制御される。
また、筒内圧の上昇量の一階時間微分最大値および二階時間微分最大値に加え、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階以上の高階時間微分の最大値をもパラメータとして内燃機関1における燃焼騒音を算出する場合、筒内圧の上昇量の高階時間微分成分をも含めて各成分の燃焼騒音に対する相関度合いを算出する。
例えば、上記のように、燃料噴射が主燃料噴射と一回の副燃料噴射とによって行われる場合において、筒内圧の上昇量の三階時間微分最大値をも燃焼騒音算出のためのパラメータとする場合、上記式(4)における、
G×log10[(dΔP/dtsub)n5+(dΔP/dtmain)n5]を筒内圧の上昇量の三階時間微分成分とする。そして、この三階時間微分成分をも含めて各成分の燃焼騒音に対する相関度合いを算出する。
本実施例に係る燃焼騒音低減制御において、時間成分を低減させた場合、内燃機関1の機関回転数Neが変化することになる。これにより、内燃機関1を搭載した車両の運転状態に影響を与える場合がある。
そこで、燃焼騒音低減制御においては、上記各成分から時間成分を除き、内燃機関1における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させても良い。これにより、内燃機関1を搭載した車両の運転状態への影響を抑制しつつ、燃焼騒音を効率的に低減させることが出来る。
本発明の実施例に係る内燃機関及びその燃料系の概略構成を示す図。 (a)は筒内圧の変化を示す図。(b)は燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の変化を示す図。(c)は筒内圧の上昇量の一階時間微分値の変化を示す図。(d)は筒内圧の上昇量の二階時間微分値の変化を示す図。 本発明の実施例1に係る式(3)´によって算出された燃焼騒音の算出値と燃焼騒音の実測値との関係を示す図。 副燃料噴射時期と筒内圧の上昇量の一階時間微分値との関係を示す図。 副燃料噴射量と筒内圧の上昇量の一階時間微分値との関係を示す図 本発明の実施例2に係る燃焼騒音低減制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
1・・・内燃機関
2・・・気筒
10・・燃料噴射弁
11・・燃料供給枝管
12・・コモンレール
13・・燃料供給管
14・・燃料タンク
15・・燃料ポンプ
20・・ECU
21・・圧力センサ
23・・クランクポジションセンサ

Claims (8)

  1. 内燃機関の筒内圧を検出または推定する筒内圧検出手段を備え、
    少なくとも、
    圧縮行程から膨張行程の間における筒内圧の最大値と、
    燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値と、
    燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の最大値と、
    燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分値の最大値と、
    圧縮行程から膨張行程に要する時間と、
    に基づいて前記内燃機関における燃焼騒音を算出することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音算出装置。
  2. 前記内燃機関おける燃焼騒音をCNとし、
    圧縮行程から膨張行程の間における筒内圧の最大値をPmaxとし、
    燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値をΔPmaxとし、
    燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の最大値をdΔP/dtとし、
    燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分値の最大値をd2ΔP/dt2とし、
    前記内燃機関の機関回転数をNeとしたときに、
    CN=A×log10(Pmax)n1+B×log10(ΔPmax)n2+C×log10(dΔP/dt)n3+D×log10(d2ΔP/dt2n4+E×log10(1/Ne)+F
    (ただし、AおよびB、C、D、E、F、n1、n2、n3、n4は係数)
    で表される式から前記内燃機関における燃焼騒音を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃焼騒音算出装置。
  3. 前記内燃機関において一燃焼サイクル中に燃料噴射が複数回実行される場合、各燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の各最大値および筒内圧の上昇量の二階時間微分値の各最大値に基づいて、前記内燃機関における燃焼騒音を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃焼騒音算出装置。
  4. 前記内燃機関において、主燃料噴射および該主燃料噴射より前の時期であって噴射された燃料が燃焼に供される時期に実行される副燃料噴射によって燃料噴射が行われ、
    前記内燃機関おける燃焼騒音をCNとし、
    副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値をPsubとし、
    主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の最大値をPmainとし、
    副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値をΔPsubとし、
    主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の最大値をΔPmainとし、
    副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の最大値をdΔP/dtsubとし、
    主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の一階時間微分値の最大値をdΔP/dtmainとし、
    副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分値の最大値をd2ΔP/dt2subとし、
    主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の二階時間微分値の最大値をd2ΔP/dt2mainとし、
    前記内燃機関の機関回転数をNeとしたときに、
    CN=A×log10[(Psub) n1+(Pmain) n1]+B×log10[(ΔPsub)n2+(ΔPmain)n2]+C×log10[(dΔP/dtsub)n3+(dΔP/dt
    main)n3]+D×log10[(d2ΔP/dt2sub)n4+(d2ΔP/dt2main)n4]+E×log10(1/Ne)+F
    (ただし、AおよびB、C、D、E、F、n1、n2、n3、n4は係数)
    で表される式から前記内燃機関における燃焼騒音を算出することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の燃焼騒音算出装置。
  5. さらに、燃料の燃焼による筒内圧の上昇量の三階以上の高階時間微分値の最大値に基づいて前記内燃機関における燃焼騒音を算出することを特徴とする請求項1または3記載の内燃機関の燃焼騒音算出装置。
  6. 請求項2記載の内燃機関の燃焼騒音算出装置と、
    A×log10(Pmax)n1+B×log10(ΔPmax)n2を圧力成分とし、
    C×log10(dΔP/dt)n3を筒内圧の上昇量の一階時間微分成分とし、
    D×log10(d2ΔP/dt2n4を筒内圧の上昇量の二階時間微分成分とし、
    E×log10(1/Ne)を時間成分とし、
    各成分の前記内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いを算出する相関度合い算出手段と、を備え、
    前記圧力成分および前記筒内圧の上昇量の一階時間微分成分、前記筒内圧の上昇量の二階時間微分成分、前記時間成分のうち前記内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで、前記燃焼騒音検出装置によって算出される燃焼騒音を所定値以下に制御することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音制御システム。
  7. 請求項4記載の内燃機関の燃焼騒音算出装置と、
    A×log10[(Psub) n1+(Pmain) n1]+B×log10[(ΔPsub)n2+(ΔPmain)n2]を圧力成分とし、
    C×log10[(dΔP/dtsub)n3+(dΔP/dtmain)n3]を筒内圧の上昇量の一階時間微分成分とし、
    D×log10[(d2ΔP/dt2sub)n4+(d2ΔP/dt2main)n4]を筒内圧の上昇量の二階時間微分成分とし、
    E×log10(1/Ne)を時間成分とし、
    各成分の前記内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いを算出する相関度合い算出手段と、を備え、
    前記圧力成分および前記筒内圧の上昇量の一階時間微分成分、前記筒内圧の上昇量の二階時間微分成分、前記時間成分のうち前記内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで前記燃焼騒音検出装置によって算出される燃焼騒音を所定値以下に制御することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音制御システム。
  8. 前記時間成分を除いた前記各成分のうち前記内燃機関における燃焼騒音に対する相関度合いがより高い成分を優先的に低減させることで前記燃焼騒音検出装置によって算出される燃焼騒音を前記所定値以下に制御することを特徴とする請求項6または7記載の内燃機関の燃焼騒音制御システム。
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