JP6538440B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
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Description
本発明は、気筒休止機構を備えた内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls an internal combustion engine provided with a cylinder deactivation mechanism.
従来、車両等に搭載された内燃機関を制御する技術として、複数の気筒のうちの一部の気筒での燃焼を停止させる気筒休止制御が知られている。気筒休止制御は、内燃機関の要求トルクが比較的小さい場合に実行される制御である。気筒休止運転時においては、一部の気筒の吸気弁及び排気弁が閉じた状態で維持されるとともに、当該気筒への燃料噴射が停止し、残りの気筒によって出力トルクを得る。このとき、残りの気筒によって全気筒運転時と同じ出力トルクを得るためには、吸気スロットル弁の開度を大きくすることになるため、ポンピングロス(吸気損失)が低減し、燃費特性が向上する。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a technology for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like, cylinder deactivation control for stopping combustion in some of a plurality of cylinders is known. The cylinder deactivation control is control that is executed when the required torque of the internal combustion engine is relatively small. At the time of cylinder deactivation operation, the intake and exhaust valves of some cylinders are maintained in a closed state, fuel injection to the cylinders is stopped, and the output torque is obtained by the remaining cylinders. At this time, in order to obtain the same output torque as in the all-cylinder operation by the remaining cylinders, the opening degree of the intake throttle valve is increased, so the pumping loss (intake loss) is reduced and the fuel consumption characteristic is improved. .
ここで、内燃機関の吸気系では、各気筒への吸気によって圧力脈動(以下、この脈動を「吸気脈動」ともいう。)が生じる。例えば4気筒の内燃機関において、2気筒を休止させた場合、クランクシャフトが2回転する間の吸入回数が半分になるため、吸気脈動の周期も半分になる。これにより、内燃機関の吸気脈動によって生じる振動のモードが2次から1次に変わり、4気筒運転時に比べて低周波数の吸気音が大きくなる。一般に、気筒休止制御は、内燃機関の要求トルクが小さい運転領域で実行されるため、気筒休止運転時の吸気音の低周波成分は騒音として感じられやすい。 Here, in the intake system of the internal combustion engine, pressure pulsation (hereinafter, this pulsation is also referred to as “intake pulsation”) occurs due to intake to each cylinder. For example, in a four-cylinder internal combustion engine, when the two cylinders are stopped, the number of intakes during two rotations of the crankshaft is halved, so the cycle of intake pulsations is also halved. As a result, the mode of vibration caused by the intake pulsation of the internal combustion engine changes from the second to the first, and the low-frequency intake noise becomes greater than in the four-cylinder operation. In general, since the cylinder deactivation control is performed in an operating region where the required torque of the internal combustion engine is small, the low frequency component of the intake noise at the time of cylinder deactivation operation is easily perceived as noise.
これに対して、吸気系に消音器を備えた内燃機関がある。例えば、特許文献1には、レゾネータを大型化することなく、全気筒運転時及び気筒休止運転時において、吸気騒音を低減できる内燃機関が開示されている。係る内燃機関は、第1レゾネータを備え、一方のシリンダバンクの気筒に通じる第1吸気通路と、第2レゾネータを備え、他方のシリンダバンクの気筒に通じる第2吸気通路と、第1吸気通路及び第2吸気通路を連通するバイパス通路と、第2吸気通路の第2レゾネータの上流側に設けられた開閉バルブとを備える。開閉バルブは、全気筒運転時に開かれ、気筒休止運転時に閉じられる。これにより、気筒休止運転時には、吸気通路が2つのレゾネータを備えた構成となるため、低周波数の騒音を低減することができる。
On the other hand, there is an internal combustion engine provided with a silencer in an intake system. For example,
また、特許文献2には、複数の気筒群毎に独立した吸気系を有する内燃機関において、気筒休止運転時における騒音を低減するための吸気音低減装置が開示されている。係る内燃機関は、気筒休止運転時に、運転を休止させる気筒群の吸気系に備えられたスロットル弁の上流側と、運転させる気筒群の吸気系とを連通させる連通手段を備える。係る内燃機関では、運転を休止させる気筒の吸気系に備えられたエアクリーナが、運転させる気筒のレゾネータとして作用し、騒音を低減することができる。
Further,
しかしながら、特許文献1及び2に記載の内燃機関は、新気を取り入れる吸気通路から各シリンダバンクに向けて分岐した2系統の吸気系のそれぞれに、吸気スロットル弁、及び、レゾネータあるいはエアクリーナを備える内燃機関を対象としている上、2系統の吸気系を接続する連通路が設けられており、構成が複雑となる。
However, the internal combustion engines described in
また、低周波数の音を低減するには、大容量あるいは長尺の消音器が必要になり、車両のエンジン室におけるレイアウト上、設置が困難な場合が多い。したがって、新たに消音器を追加したり、新たに特許文献1及び2に記載されたような連通路を設けたりすることなく、低周波数の音を低減できることが望ましい。
Further, in order to reduce low-frequency noise, a large-capacity or long-sized silencer is required, and installation is often difficult in terms of the layout in the engine compartment of the vehicle. Therefore, it is desirable to be able to reduce the low frequency sound without adding a new silencer or providing a communication passage as described in
本発明は、上記課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、内燃機関の気筒休止運転時の騒音を低減させることが可能な、内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of reducing noise during cylinder deactivation operation of the internal combustion engine.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の気筒のうちの一部の気筒を休止させる気筒休止制御を実行可能な内燃機関の吸気系に設けられた吸気スロットル弁の制御を行う内燃機関の制御装置であって、気筒休止運転時に休止しない気筒に対して吸気を供給する通路上に配置された弁の休止時目標開度を記憶する記憶部と、前記休止時目標開度を参照して前記弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記休止時目標開度が、前記気筒休止状態における振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定される、内燃機関の制御装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, an intake throttle valve provided in an intake system of an internal combustion engine capable of executing cylinder deactivation control that deactivates some of a plurality of cylinders. A control unit for an internal combustion engine that performs control, the storage unit storing a target opening degree of a valve disposed on a passage that supplies intake air to a cylinder that is not stopped at the time of cylinder inactive operation; An internal combustion engine having a control unit for controlling the opening degree of the valve with reference to the opening degree, wherein the non-operating target opening degree is set based on a level of vibration noise and a fuel consumption rate in the cylinder non-operating state A control device is provided.
前記振動騒音のレベルとして、全気筒運転状態から前記気筒休止状態に移行したことにより増大し得る低周波数の吸気音のレベルに基づいて、前記休止時目標開度が設定されてもよい。 The pause target opening degree may be set as the level of the vibration noise based on the level of low frequency intake noise that can be increased by transitioning from the all cylinder operation state to the cylinder halt state.
前記弁が、吸気スロットル弁であってもよい。 The valve may be an intake throttle valve.
前記弁が、コレクタ部と前記休止しない気筒とを接続する接続管に備えられた弁であってもよい。 The valve may be a valve provided in a connecting pipe that connects the collector portion and the non-stop cylinder.
前記弁が、前記気筒内にタンブル流を生成するための弁であってもよい。 The valve may be a valve for generating tumble flow in the cylinder.
前記燃料消費率として、前記弁の前後での吸気損失、及び、休止されない気筒における燃焼遅れ損失に基づいて、前記休止時目標開度が設定されてもよい。 The pause target opening degree may be set as the fuel consumption rate based on intake loss before and after the valve and a combustion delay loss in a non-stopped cylinder.
前記休止時目標開度が、前記振動騒音のレベルが所定値未満であり、前記吸気損失が所定値未満であり、かつ、前記燃焼遅れ損失が所定値未満である値に設定されてもよい。 The pause target opening degree may be set to a value where the vibration noise level is less than a predetermined value, the intake loss is less than the predetermined value, and the combustion delay loss is less than the predetermined value.
前記内燃機関は排気再循環装置を備え、前記休止時目標開度は、排気系と吸気系とを接続するEGR通路に備えられたEGR弁の開度、及び、吸気弁の進角量の少なくとも一方とともに設定されてもよい。 The internal combustion engine includes an exhaust gas recirculation device, and the at-rest target opening degree is at least an opening degree of an EGR valve provided in an EGR passage connecting an exhaust system and an intake system, and an advance amount of the intake valve. It may be set together with one.
本発明によれば、内燃機関の気筒休止運転時の騒音を低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the noise at the time of cylinder deactivation operation of the internal combustion engine.
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。また、実質的に同一の機能構成を有する構成要素を、同一の符号の末尾に異なるアルファベットを付することによって区別する場合もある。 The present invention will now be described more fully with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration will be assigned the same reference numerals and redundant description will be omitted. Also, components having substantially the same functional configuration may be distinguished by appending different alphabets to the end of the same reference numerals.
<1.内燃機関の構成>
(1−1.全体構成)
まず、本実施形態にかかる内燃機関の全体構成の一例について説明する。図1は、内燃機関100の構成例を概略的に示す模式図である。図1は、水平対向型の内燃機関100の構成を示す説明図である。図1に示す内燃機関100では、気筒♯1,♯2が車両の前方側に位置する。
<1. Configuration of Internal Combustion Engine>
(1-1. Overall configuration)
First, an example of the entire configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic view schematically showing a configuration example of an
かかる内燃機関100は、シリンダブロック101a、シリンダヘッド101b、ピストン104、コネクティングロッド106、点火プラグ108、吸気弁110a、排気弁110b、カム機構111及びクランクシャフト115を備える。シリンダブロック101aには、複数の気筒♯1,♯2,♯3,♯4が設けられる。図1の例では、4つの気筒♯1,♯2,♯3,♯4がシリンダブロック101aに設けられている。このうち、2つの気筒♯1,♯3が右バンクの気筒群を構成し、残りの2つの気筒♯2,♯4が左バンクの気筒群を構成する。
The
シリンダヘッド101bは、右バンク及び左バンクそれぞれにおいて、気筒♯1,♯3(♯2,♯4)の軸方向の両端部のうち、クランクシャフト115側とは反対側の端部を閉じるように設けられる。各気筒♯1,♯2,♯3,♯4にはそれぞれピストン104が進退移動可能に保持されている。シリンダヘッド101bと、上死点にあるときのピストン104の冠面によって燃焼室Cが画成される。ピストン104は、燃焼室C内での燃料の燃焼によって直線往復運動を行う。当該直線往復運動は、コネクティングロッド106を介してクランクシャフト115に回転運動として伝達される。
内燃機関100は、吸気系200と、図示しない排気系とに接続される。吸気系200は、各気筒♯1,♯2,♯3,♯4に対して吸入空気を供給する。吸気系200は、吸気スロットル弁210が設けられた吸気通路202と、吸気通路202に接続されたコレクタ部204と、コレクタ部204から分岐して各気筒♯1,♯2,♯3,♯4に接続された複数の接続管206a,206b,206c,206dとを備える。また、排気系は、各気筒♯1,♯2,♯3,♯4から燃焼ガスを排出する。シリンダヘッド101bには、各気筒♯1,♯2,♯3,♯4ごとに、吸気弁110a及び排気弁110bが備えられる。
The
吸気弁110aは、吸気系200と各燃焼室Cとの間の吸気ポートを開閉する。吸気行程において、吸気弁110aが開弁することにより、吸気ポートを介して各燃焼室Cに吸気が取り込まれる。排気弁110bは、排気系と各燃焼室Cとの間の排気ポートを開閉する。排気行程において、排気弁110bが開弁することにより、排気ポートを介して、燃焼ガスが各燃焼室Cから排出される。吸気弁110a及び排気弁110bの開閉動作は、カム機構111によって行われる。
The
カム機構111は、カムシャフト112と、当該カムシャフト112に固定されるカム114とを備える。カムシャフト112は、内燃機関のクランクシャフト115に図示しないギヤを介して連結され、クランクシャフト115の回転に伴って回転する。吸気弁110a及び排気弁110bは、図示しない復帰用バネを備える。カムシャフト112の回転に伴ってカム114が回転し、カム114のカム山が直接的又は間接的に吸気弁110a及び排気弁110bを押し込むことによって吸気弁110a及び排気弁110bが開かれる。
The
図1に示した内燃機関100では、カム114と吸気弁110a及び排気弁110bとの間にロッカーアーム30が備えられる。吸気弁110a及び排気弁110bは、ロッカーアーム30を介してカム114によって押し込まれる。また、吸気弁110a及び排気弁110bは、カム114による吸気弁110a及び排気弁110bの押し込みから解放されると、復帰用バネによって元の位置に戻される。
In the
また、気筒♯1,♯2には、カム114によるロッカーアーム30の押し込み動作が吸気弁110a及び排気弁110bに伝達されないようにするための気筒休止機構60が設けられている。気筒休止機構60は、例えば、油圧回路を利用して構成される。具体的には、カム114により押圧される被押圧部と、吸気弁110a及び排気弁110bを押圧する押圧部との係合及び脱離を、油圧の供給及び排出によって切り替え可能な気筒休止機構とすることができる。ただし、気筒休止機構60は、かかる構成以外の機構であってもよい。
The
各気筒♯1,♯2,♯3,♯4に備えられる吸気弁110a及び排気弁110bの数は適宜設定することができる。本実施形態では、気筒♯1,♯2,♯3,♯4ごとに、吸気弁110a及び排気弁110bが2つずつ備えられており、それぞれの吸気弁110a及び排気弁110bが吸気ポートあるいは排気ポートを開閉する。図1中、各気筒♯1,♯2,♯3,♯4には、吸気弁110aの組が示されている。
The number of
各気筒♯1,♯2,♯3,♯4には、燃焼室Cに臨むように図示しない燃料噴射弁が備えられる。燃料噴射弁は、例えばシリンダヘッド101bの壁面に固定される。かかる燃料噴射弁は、図示しない制御装置によって駆動制御され、燃焼室C内に燃料を噴射する。これにより、燃焼室C内に吸気と燃料との混合気が形成される。また、気筒休止運転時においては、休止対象への燃料噴射は行われない。なお、燃料噴射弁は、燃焼室C内に燃料を直接噴射する形式のものに限られない。燃料噴射弁が吸気ポートよりも上流に備えられ、あらかじめ形成された混合気が吸気ポートから燃焼室Cに導入されてもよい。
Each
シリンダヘッド101bには、各気筒♯1,♯2,♯3,♯4の燃焼室Cに臨むように、点火プラグ108が設けられている。点火プラグ108は、図示しない制御装置によって駆動制御され、各燃焼室C内に形成された混合気に点火する。これにより、燃焼室C内で燃焼を生じ、ピストン104が押し下げられて、クランクシャフト115が回転する。なお、本明細書において、ピストン104の上昇とは、ピストン104が燃焼室C側に移動することをいい、ピストン104の下降とは、ピストン104がクランクシャフト115側に移動することをいう。
An
クランクシャフト115は、クランクピン116、クランクジャーナル118及びこれらと連結されるクランクアーム120を備える。クランクピン116はコネクティングロッド106と連結される。ピストン104の直線往復運動によってクランクアーム120が回転し、クランクアーム120の回転によってクランクジャーナル118が回転する。クランクシャフト115は、図示しない駆動伝達装置に連結され、内燃機関100の出力トルクが駆動伝達装置に伝達される。
The
(1−2.吸気系の構成)
図2は、内燃機関100の吸気系200を示す模式図である。図2は、一つの気筒♯1の吸気系200を示している。
(1-2. Configuration of intake system)
FIG. 2 is a schematic view showing an
吸気系200は、吸気通路202と、コレクタ部204と、接続管206aとを備える。吸気通路202は、エアクリーナ208と、吸気スロットル弁210と、サイドブランチ型消音器212と、ヘルムホルツ型消音器214とを備える。なお、コレクタ部204には、他の気筒♯2,♯3,♯4に対して接続された接続管206b,206c,206dが接続されている。吸気系200は、吸気開口202aから取り入れた新気を気筒♯1に導く。なお、気筒♯1には排気系250が接続されている。
The
吸気スロットル弁210は、制御装置300によって制御され、吸気通路202を流れる新気の流量を調節する。吸気スロットル弁210は、吸気通路202内に備えられ、電動モータ等によって軸回転させられることにより、弁開度が変化する。これにより、吸気通路202の通路面積が変化し、新気の流量が調節される。吸気スロットル弁210の開度は、内燃機関100の要求トルクや回転数に基づき、あらかじめ作成した目標開度マップを参照して決定される。
The
また、吸気スロットル弁210の目標開度は、4気筒運転時と気筒休止運転時とでは異なる。気筒休止運転時の吸気スロットル弁210の目標開度である休止時目標開度は、2気筒運転時においても4気筒運転時のトルクと同じトルクを内燃機関100から出力するために、通常、4気筒運転時の吸気スロットル弁210の目標開度よりも大きくされる。これにより、気筒休止運転時において、1気筒当たりの吸気の充填量が増大し、1気筒当たりで発生するトルクが増大する。
Further, the target opening degree of the
エアクリーナ208は、取り入れた新気に含まれる異物を捕集する。エアクリーナ208の下流側には、新気の流量を測定するための図示しないエアフローメータが設けられる。また、吸気通路202の吸気スロットル弁210の上流側には、排気の一部を吸気系200に戻すためのEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路231が接続されている。この場合、EGR通路231の途中にはEGR弁233が備えられる。EGR弁233は、制御装置300により制御されるステッピングモータ等によって軸回転されることにより、弁開度が変化する。これにより、EGR通路231の通路面積が変化し、EGRガスの流量が調節される。EGR弁233の開度は、あらかじめ作成した目標開度マップを参照して決定される。なお、EGR弁233は、軸回転する形式の弁体に限らず、直動式等の弁体であってもよい。
The
コレクタ部204は、吸気を一時的に蓄え、各気筒♯1,♯2,♯3,♯4に対して吸気を均一に分配する機能を有する。接続管206aは、コレクタ部204から分岐して気筒♯1に接続され、コレクタ部204内の吸気を気筒♯1に導く。接続管206aと気筒♯1との間には吸気ポート220が介在し、当該吸気ポート220は吸気弁110aによって開閉される。気筒♯1のピストン104が下降する期間に吸気弁110aを開くことによって、吸気が気筒♯1内に吸入される。吸気弁110aはカム114の回転により開閉される。吸気弁110aの開弁時期は、制御装置300によって進角制御機構150を作動し、カム114の位相を進角及び遅角することによって調節される。
吸気通路202に備えられたサイドブランチ型消音器212及びヘルムホルツ型消音器214は、所定周波数の吸気音を低減する。サイドブランチ型消音器212は、開口端が吸気通路202に接続され、他端側が閉じられた管状の部材であり、低減させたい周波数成分に応じて長さが設定されている。サイドブランチ型消音器212は、吸気通路202内で発生している音のうちの特定の周波数成分をサイドブランチ型消音器212内で共鳴させることにより、当該周波数成分の音を低減する。サイドブランチ型消音器212は、特定の周波数成分がサイドブランチ型消音器212内に進入したときに、内部で空気が激しく振動し、側壁との摩擦損失により音のエネルギが失われることで、特定周波数の音を低減する。サイドブランチ型消音器212の長さLsと、共鳴周波数fnとの関係は、下記式(1)で表すことができる。
The side
Ls:消音器の長さ
n:次数(n=1,2,・・・)
C:音速
C: sound velocity
また、ヘルムホルツ型消音器214は、管状部の開口端が吸気通路202に接続され、他端側に拡張室(共鳴室)を備えた共鳴器であり、低減させたい周波数成分に応じて管状部の長さや断面積、あるいは、拡張室の容積が設定されている。ヘルムホルツ型消音器214は、吸気通路202内で発生している音のうちの特定の周波数成分がヘルムホルツ型消音器214内に進入したときに、管状部の空気が激しく振動して、管状部の側壁との摩擦損失により音のエネルギが失われることで、特定周波数の音を低減する。ヘルムホルツ型消音器214における管状部の長さLhと、共鳴周波数fnとの関係は、下記式(2)で表すことができる。
The
Lh:管状部の長さ
Sh:管状部の断面積
V:拡張室の容積
n:次数(n=1,2,・・・)
C:音速
C: sound velocity
サイドブランチ型消音器212及びヘルムホルツ型消音器214は、それぞれ異なる周波数成分の脈動を減衰させる。また、サイドブランチ型消音器212及びヘルムホルツ型消音器214は、減衰させる周波数成分に応じて、それぞれ複数設置されていてもよい。ただし、サイドブランチ型消音器212及びヘルムホルツ型消音器214によって消音しようとする音の周波数が低くなるほど、長尺又は大容量の消音器とする必要があり、エンジン室内でのレイアウト上、許容限度がある。
The side
<2.吸気騒音>
次に、吸気系200で生じる吸気騒音について説明する。図3は、吸気系200を一端閉、一端開の管路と見たときの定在波を示した図である。
<2. Intake noise>
Next, intake noise generated in the
図3の上図は、振動のモードが2次であるときの定在波を示している。次数が2次である場合、開口端となる吸気開口202aを節とし、吸気が行われる気筒♯1(♯2,♯3,♯4)側の端部を腹として、吸気系200の全長の4/3の波長の定在波が発生する。これに対して、図3の下図は、振動のモードが1次であるときの定在波を示している。次数が1次である場合、開口端となる吸気開口202aを節、吸気が行われる気筒♯1(♯2,♯3,♯4)側の端部を腹として、吸気系200の全長の4倍の波長の定在波、すなわち、2次の場合よりも周波数が低い定在波が発生する。
The upper diagram of FIG. 3 shows a standing wave when the mode of vibration is secondary. When the order is second order, the
ここで、内燃機関100の基本次数は、運転する気筒数(吸気タイミング)によって変化する。すなわち、吸気による起振力によって吸気系200に生じる吸気脈動の周波数は、運転する気筒数によって変化する。具体的には、4気筒運転時の基本次数は2次であるのに対し、気筒休止運転(2気筒運転)時の基本次数は1次であり、気筒休止運転時の吸気脈動の周波数は、4気筒運転時の周波数の1/2となる。例えば、内燃機関100の回転数が1800rpmの場合、基本次数が2次の場合及び1次の場合の周波数は、それぞれ60Hz、30Hzになる。
Here, the basic order of the
このように、内燃機関100の4気筒運転時の吸気脈動の周波数は、基本次数が2次の場合の周波数が支配的になり、気筒休止運転時の吸気脈動の周波数は、基本次数が1次の場合の周波数が支配的になる。そのため、吸気系200が4気筒運転時の吸気騒音の低減を基本思想として設計されている場合には、基本次数が2次の場合の周波数域の音が低減される一方、基本次数が1次の場合の周波数域の音に対する感度が高くなり、低周波域の吸気騒音が大きくなる。
Thus, the frequency of intake pulsation during four-cylinder operation of
図4は、4気筒運転時及び気筒休止運転時(2気筒運転時)において内燃機関100から生じる振動騒音の強度を示す概念図である。内燃機関100が4気筒運転から2気筒運転に切り替わると、吸気脈動による音の低周波成分が大きくなることから、低周波数の振動騒音の強度が相対的に大きくなる。なお、2気筒運転時に発生する低周波数の音を、吸気通路202に外付けするサイドブランチ型消音器やヘルムホルツ型消音器で減衰させるには、長尺あるいは大容量の消音器とする必要があるため、エンジン室内のレイアウト上、実現が困難である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the strength of the vibration noise generated from the
<3.内燃機関の制御装置>
次に、本実施形態に係る内燃機関100の制御装置300について説明する。制御装置300は、主としてマイクロコンピュータ等を備えて構成される。図2に示したように、制御装置300は、記憶部310と、制御部320とを備える。
<3. Control device for internal combustion engine>
Next, the
(3−1.記憶部)
記憶部310は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の記憶素子に代表される記憶装置である。記憶部310には、吸気スロットル弁210の目標開度の情報、EGR弁233の目標開度の情報、及び吸気弁110aの進角量の情報が記憶されている。本実施形態では、記憶部310には、全気筒運転時の目標開度の情報である第1のスロットル開度マップと、休止時目標開度の情報である第2のスロットル開度マップとが記憶されている。同様に、記憶部310には、全気筒運転時の目標開度及び進角量の情報と、気筒休止運転時の目標開度及び進角量の情報とが記憶されている。
(3-1. Storage unit)
The
(3−2.制御部)
制御部320は、例えば、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される機能とし得る。制御部320は、内燃機関100の回転数及び要求トルクに応じて切り替えられる全気筒運転又は気筒休止運転に応じて、対応する目標開度あるいは進角量の情報を参照し、吸気スロットル弁210、EGR弁233及び吸気弁110aを制御する。特に、制御部320は、気筒休止運転時において、吸気音を低減しつつ、燃費特性が向上するように、吸気スロットル弁210の開度、EGR弁233の開度及び吸気弁110aの進角量を制御する。以下、気筒休止運転時における吸気スロットル弁210の目標開度の制御について説明する。
(3-2. Control unit)
The
(3−3.気筒休止時の吸気スロットル弁の制御)
気筒休止制御は、燃費特性の向上を目的として行われる制御であり、気筒休止運転時においては、吸気損失(ポンピングロス)の発生を抑えるために、一般的に、吸気スロットル弁210は全開にされる。したがって、気筒休止運転時において吸気系200内で生じる吸気脈動は、図3に示した気筒休止運転時の状態になっている。これに対して、本実施形態に係る内燃機関100では、休止時目標開度が、気筒休止運転時の振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定されている。これにより、気筒休止制御本来の目的である燃費特性の向上と、気筒休止運転時に発生する低周波数の音の低減との両立が図られている。
(3-3. Control of the intake throttle valve at the time of cylinder deactivation)
The cylinder deactivation control is performed for the purpose of improving fuel consumption characteristics. In cylinder deactivation operation, generally, the
なお、本明細書において、「燃料消費率」とは、内燃機関の所定の出力トルクを得るために必要な燃料の量を意味する。また、本明細書において、「燃費特性が良い」ことは、燃料消費率が低いことを意味する。 In the present specification, the "fuel consumption rate" means the amount of fuel necessary to obtain a predetermined output torque of the internal combustion engine. Further, in the present specification, "good fuel efficiency characteristics" means that the fuel consumption rate is low.
本実施形態に係る内燃機関100では、吸気スロットル弁210がコレクタ部204の上流側の吸気通路202に配置されている。係る吸気スロットル弁210の配置位置は、吸気開口202aを基点とする吸気系200全体の長さに対して、終点近くに位置する。本実施形態に係る内燃機関100に限らず、吸気スロットル弁210は、吸気系200全体の長さに対して終点近くに位置することが一般的である。すなわち、吸気スロットル弁210は、気筒休止運転時に発生する圧力脈動の腹に近い位置に位置することとなる。吸気脈動を小さくするには、吸気脈動の腹の位置において吸気スロットル弁210の開度を絞ることが有効である。
In the
図5〜図7は、吸気系200の各区間における吸気脈動損失と吸気スロットル弁210の開度との関係を示す説明図である。図5は、吸気脈動損失の測定区間を示す説明図である。図6は、気筒休止運転時の吸気系200の各区間における吸気脈動損失及び吸気脈動損失の合計量を、吸気スロットル弁210の開度ごとに示す説明図である。図7は、全気筒運転時の吸気系200の各区間における吸気脈動損失及び吸気脈動損失の合計量を、吸気スロットル弁210の開度ごとに示す説明図である。図6及び図7の吸気脈動損失は、内燃機関100の回転数が1800rpmの場合の例を示している。
5 to 7 are explanatory views showing the relationship between the intake pulsation loss and the opening degree of the
図5〜図7に示すように、全気筒運転時及び気筒休止運転時ともに、吸気スロットル開度が30%以上の領域では、吸気脈動損失は小さく、吸気脈動の抑制効果は限定的である。一方、全気筒運転時及び気筒休止運転時ともに、吸気スロットル開度が20%以下になると、吸気スロットル弁210の前後で吸気脈動損失が大きくなっている。また、吸気系200全体での吸気脈動損失の合計は、全気筒運転時に比べて、気筒休止運転時の方が大きくなっている。これは、吸気スロットル弁210が、気筒休止運転時の吸気脈動の腹に近い位置に位置するからである。したがって、気筒休止運転時において、吸気スロットル弁210の開度を絞ることにより、気筒休止運転時に発生する音の低周波成分を低減できることが分かる。
As shown in FIGS. 5 to 7, in all cylinder operation and cylinder non-operating mode, in the region where the intake throttle opening degree is 30% or more, the intake pulsation loss is small and the effect of suppressing the intake pulsation is limited. On the other hand, during all-cylinder operation and cylinder non-operating mode, when the intake throttle opening degree becomes 20% or less, the intake pulsation loss increases before and after the
図8は、気筒休止運転時における吸気スロットル開度(%)と吸気音レベル(dB)との関係を示している。図8に示した例では、吸気スロットル開度が0〜30%までの領域において、吸気音レベルが大きく変化(増大)する。また、吸気スロットル開度が30%を超える領域においては、吸気音レベルは大きく変化していない。仮に、気筒休止運転時に発生する吸気音の最大許容値をαとした場合、吸気スロットル開度は22〜23%程度未満に設定される必要がある。 FIG. 8 shows the relationship between the intake throttle opening (%) and the intake noise level (dB) at the time of cylinder deactivation operation. In the example shown in FIG. 8, the intake noise level greatly changes (increases) in the region where the intake throttle opening degree is 0 to 30%. Further, in the region where the intake throttle opening degree exceeds 30%, the intake noise level does not change significantly. Assuming that the maximum allowable value of the intake noise generated during the cylinder deactivation operation is α, the intake throttle opening degree needs to be set to less than about 22 to 23%.
一方、吸気スロットル弁210の開度を絞り過ぎると、吸気損失が増大するとともに、休止されない気筒♯3,♯4における燃焼遅れが発生して、燃料消費率が増加し得る。気筒休止制御の本来の目的は燃費特性の向上にあるため、吸気スロットル弁210の開度を絞るに当たっては、燃料消費率の低減を実現可能な範囲を超えないように考慮することが求められる。具体的には、燃料消費率は、内燃機関100のエネルギ損失の影響を受け得るため、当該エネルギ損失が大きくならないように、吸気スロットル弁210の目標開度が設定される必要がある。
On the other hand, if the opening degree of the
図9は、気筒休止運転時における吸気スロットル開度(%)とBSFC(正味燃料消費率:g/kWh)との関係を示す説明図である。図10は、気筒休止運転時における吸気スロットル開度(%)と内燃機関100のエネルギ損失との関係を示す説明図である。それぞれの図において、実線が、休止されない気筒♯3,♯4の吸気弁110aの進角量が10度の場合のデータであり、破線が、当該進角量が20度の場合のデータである。図9及び図10に示すように、内燃機関100のエネルギ損失が大きくなるほど、燃料消費率が増加することが分かる。一方、図9及び図10に示した例では、吸気スロットル開度が12〜13%前後を上回る領域において、燃料消費率及びエネルギ損失ともに大きな変化が見られない。
FIG. 9 is an explanatory view showing a relationship between an intake throttle opening (%) and a BSFC (net fuel consumption rate: g / kWh) at the time of cylinder deactivation operation. FIG. 10 is an explanatory view showing a relationship between the intake throttle opening (%) and the energy loss of the
ここで、内燃機関100のエネルギ損失の主たる要素は、吸気損失、燃焼遅れ損失及び燃焼損失である。図11〜図13は、吸気スロットル開度(%)と、吸気損失(%)、燃焼遅れ損失(%)あるいは燃焼損失(%)との関係をそれぞれ示す説明図である。また、それぞれの図において、実線が、休止されない気筒♯3,♯4の吸気弁110aの進角量が10度の場合のデータであり、破線が、当該進角量が20度の場合のデータである。図11〜図13から分かるように、燃焼損失の値は、吸気損失及び燃焼遅れ損失の値に比べて相対的に小さく、内燃機関100のエネルギ損失に与える影響は比較的小さい。したがって、内燃機関100のエネルギ損失に影響を与える主な要因は、吸気損失及び燃焼遅れ損失であると言うことができる。
Here, the main elements of the energy loss of the
吸気損失は、吸気スロットル開度が大きくなるほど小さくなる。ただし、気筒休止運転時においては内燃機関100の要求トルクが小さく、吸気スロットル弁210を通過する吸気の流量が小さい。そのため、図11に示した例では、吸気スロットル弁210の開度を20度程度にすることにより、吸気スロットル弁210の前後のブースト作用がほぼゼロになっている。したがって、吸気スロットル弁210の開度が20度以上になっていれば、吸気スロットル弁210の開度に対する吸気損失の感度が無くなることが分かる。
The intake loss decreases as the intake throttle opening increases. However, at the time of cylinder deactivation operation, the required torque of the
また、燃焼遅れ損失は、吸気に占めるEGRガスの割合(EGR率)が過大になると悪化する。そのため、EGR弁233の開度を大きくして外部EGR量を大きくしたり、あるいは、吸気弁110aを開く時期を進角させて内部EGR量を大きくしたりすると、燃焼遅れ損失が増大する場合がある。外部EGR量や内部EGR量は、目標EGR率に応じて、吸気スロットル開度とも関連付けて適合される。図12に示した例では、吸気スロットル開度が10%前後の領域において、燃焼遅れ損失が増大している。
Further, the combustion delay loss is deteriorated when the ratio of EGR gas occupied in the intake air (EGR rate) becomes excessive. Therefore, if the opening degree of the
すなわち、吸気損失及び燃焼遅れ損失をともに小さくし得る吸気スロットル開度が、燃費特性を向上可能な適合値となり得る。本実施形態では、吸気音レベルが最大許容値を超えない範囲で、吸気損失と燃焼遅れ損失とに基づいて、内燃機関100のエネルギ損失が小さくなる吸気スロットル開度が休止時目標開度として設定される。これにより、気筒休止運転時における燃費特性の向上と吸気音の低減との両立が図られる。
That is, the intake throttle opening degree that can reduce both the intake loss and the combustion delay loss can be a compatible value that can improve the fuel consumption characteristic. In the present embodiment, the intake throttle opening degree at which the energy loss of the
例えば、図14に示すように、気筒休止制御が実行され得る内燃機関100の回転数の範囲において、吸気音レベルが最大許容値となる吸気スロットル開度(実線A)を設定する。その後、当該最大許容値を下回る範囲において、燃費特性が最良となるように、吸気スロットル開度、吸気弁110aの進角量及びEGR弁233の開度の適合を図る。これにより、燃費特性が最良となる吸気スロットル開度(破線B)が設定される。このようにして、休止時目標開度は、吸気音のレベルが所定の最大許容値α未満であり、かつ、吸気損失及び燃焼遅れ損失が所定値未満である値に設定される。
For example, as shown in FIG. 14, an intake throttle opening degree (solid line A) at which the intake sound level becomes the maximum allowable value is set in the range of the rotational speed of the
このように設定される休止時目標開度は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等により求められ、第2のスロットル開度マップとして記憶部310に記憶される。制御部320は、内燃機関100の全気筒運転時には、記憶されている第1のスロットル開度マップを参照して、内燃機関100の回転数に基づき吸気スロットル弁210の開度を決定し、吸気スロットル弁210の制御を行う。
The idle target opening set in this manner is obtained in advance by simulation using an actual machine, and stored in the
また、制御部320は、内燃機関100が気筒休止運転に切り替えられたときに、記憶されている第2のスロットル開度マップを参照して、内燃機関100の回転数に基づき吸気スロットル弁210の開度を決定し、吸気スロットル弁210の制御を行う。これにより、気筒休止運転時に発生する低周波数の吸気音を低減しつつ、燃費特性を向上させることができる。
Further,
(3−4.フローチャート)
図15は、制御装置300により実行される吸気スロットル弁210の制御方法を示すフローチャートの例である。
(3-4. Flowchart)
FIG. 15 is an example of a flowchart showing a control method of the
制御部320は、ステップS12において、内燃機関100が気筒休止運転状態にあるか否かを判別する。内燃機関100を全気筒運転とするか気筒休止運転とするかは、内燃機関100の要求トルクや回転数等に応じて別途決定され、制御部320は、現在の運転状態を読み取ることによって、上記判別を行う。
At step S12,
内燃機関100が全気筒運転状態にある場合(S12:No)、制御部320は、ステップS18に進み、第1のスロットル開度マップを参照しながら、内燃機関100の回転数等に基づき、吸気スロットル弁210の目標開度を決定する。一方、内燃機関100が気筒休止運転状態にある場合(S12:Yes)、制御部320は、ステップS14に進み、第2のスロットル開度マップを参照しながら、内燃機関100の回転数等に基づき、吸気スロットル弁210の目標開度を決定する。
When
ステップS14あるいはステップS18で吸気スロットル弁210の目標開度が決定された後は、ステップS16に進み、制御部320は、目標開度に従って吸気スロットル弁210の開度を制御する。これにより、気筒休止運転時において発生する低周波数の吸気音を低減することができる。なお、ステップS14あるいはステップS18において、吸気スロットル弁210の目標開度を決定する際に、全気筒運転及び気筒休止運転相互の切り替えの場合等において目標開度が大きく変化することのないように、所定の時定数を用いて適宜目標開度を補正してもよい。
After the target opening degree of the
<4.まとめ>
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関100は、気筒休止運転時の吸気スロットル弁210の開度が、気筒休止運転時に生じる低周波数の吸気音が低減され、かつ、燃料消費率が低減するように設定されている。したがって、本実施形態に係る内燃機関100は、吸気通路202に取り付ける消音器を増やすことなく、気筒休止運転時の振動騒音を低減することができる。これにより、エンジン室内での内燃機関100のレイアウト上も有利になる。
<4. Summary>
As described above, in the
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、各種の変更例又は応用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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art to which the present invention belongs can conceive of various modifications or applications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also fall within the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施の形態においては、4気筒水平対向型の内燃機関100を例に採って説明したが、内燃機関の構成は上記の例に限られない。内燃機関は、6気筒や8気筒、12気筒等、種々の気筒数の内燃機関としてもよい。また、内燃機関は水平対向型のものに限られず、V型の内燃機関や直列式の内燃機関であってもよい。
For example, although the four-cylinder horizontally opposed
また、上記実施の形態においては、コレクタ部204よりも上流側の吸気通路202に吸気スロットル弁210が設けられていたが、吸気スロットル弁210の配置位置は上記の例に限られない。例えば、コレクタ部204から各気筒♯1,♯2,♯3,♯4に接続された接続管206、あるいは、内燃機関のバンクごとに吸気スロットル弁210が設けられている場合においても、本発明を適用することができる。すなわち、吸気スロットル弁210の配置位置にかかわらず、気筒休止運転時に休止されない気筒に対して供給される吸気量を制御する吸気スロットル弁210の目標開度を、吸気音のレベル及び燃料消費率に基づき設定することによって、気筒休止運転時の吸気音を低減しつつ、燃費特性を向上させることができる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態においては、気筒休止運転時における吸気スロットル弁210の開度を調節することにより、低周波数の吸気音を低減しつつ、燃費特性を向上させていたが、制御対象の弁は、吸気スロットル弁210に限られない。例えば、制御対象の弁は、休止対象ではない気筒♯3,♯4に供給される吸気をタンブル流とするためのTGV(Tamble Generation Valve)であってもよい。TGVは、コレクタ部204から各気筒♯1,♯2,♯3,♯4に接続される接続管206a,206b,206c,206dに設けられる弁であるが、そのうち、休止対象ではない気筒♯3,♯4に接続される接続管206c,206dに設けられるTGVによって接続管206c,206dの流路面積を絞ることによっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Further, in the above embodiment, the fuel consumption characteristic is improved while reducing the low frequency intake noise by adjusting the opening degree of the
60 気筒休止機構
100 内燃機関
110a 吸気弁
110b 排気弁
150 進角制御機構
200 吸気系
202 吸気通路
202a 吸気開口
204 コレクタ部
206a,206b,206c,206d 接続管
208 エアクリーナ
210 吸気スロットル弁
212 サイドブランチ型消音器
214 ヘルムホルツ型消音器
220 吸気ポート
231 EGR通路
233 EGR弁
250 排気系
300 制御装置
310 記憶部
320 制御部
60
Claims (6)
気筒休止運転時に休止しない気筒に対して吸気を供給する通路上に配置された弁の休止時目標開度を記憶する記憶部と、
前記休止時目標開度を参照して前記弁の開度を制御する制御部と、を備え、
前記休止時目標開度が、気筒休止状態における振動騒音のレベル、及び、
燃料消費率として、前記弁の前後での吸気損失、及び、休止されない気筒における燃焼遅れ損失
に基づき設定される、内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that controls an intake throttle valve provided in an intake system of an internal combustion engine capable of performing cylinder deactivation control that can perform cylinder deactivation control that deactivates some of a plurality of cylinders.
A storage unit for storing a target opening degree at stop of a valve disposed on a passage for supplying intake air to a cylinder not stopped at the time of cylinder inactive operation;
A control unit that controls the opening degree of the valve with reference to the target opening degree at rest time;
The resting target opening degree, the level of noise and vibration in the cylinder deactivation state, and,
As the fuel consumption rate , intake loss before and after the valve, and combustion delay loss in a non-stopped cylinder
A control device for an internal combustion engine, which is set based on.
気筒休止運転時に休止しない気筒に対して吸気を供給する通路上に配置された弁の休止時目標開度を記憶する記憶部と、
前記休止時目標開度を参照して前記弁の開度を制御する制御部と、を備え、
前記弁が、コレクタ部と前記休止しない気筒とを接続する接続管に備えられて前記休止しない気筒内にタンブル流を生成するための弁であり、
前記休止時目標開度が、気筒休止状態における振動騒音のレベル及び燃料消費率に基づき設定される、内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that controls an intake throttle valve provided in an intake system of an internal combustion engine capable of performing cylinder deactivation control that can perform cylinder deactivation control that deactivates some of a plurality of cylinders.
A storage unit for storing a target opening degree at stop of a valve disposed on a passage for supplying intake air to a cylinder not stopped at the time of cylinder inactive operation;
A control unit that controls the opening degree of the valve with reference to the target opening degree at rest time;
The valve is a valve provided in a connecting pipe connecting a collector portion and the non-stop cylinder to generate tumble flow in the non-stop cylinder.
The control device for an internal combustion engine, wherein the target opening time at rest is set based on a level of vibration noise and a fuel consumption rate in a cylinder non-operating state.
前記休止時目標開度は、排気系と吸気系とを接続するEGR通路に備えられたEGR弁の開度、及び、吸気弁の進角量の少なくとも一方とともに設定される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 The internal combustion engine comprises an exhaust gas recirculation system;
The resting target opening degree, the opening degree of the EGR valve provided in the EGR passage connecting the exhaust system and the intake system, and is set with at least one of the advance amount of the intake valve, according to claim 1 to 5 The control device for an internal combustion engine according to any one of the above.
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