特開 2025-17101 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025017101

(43)【公開日】2025-02-05

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02P 5/15 20060101AFI20250129BHJP

   F02D 41/12 20060101ALN20250129BHJP

   F02D 43/00 20060101ALN20250129BHJP

【ＦＩ】

F02P5/15 B

F02D41/12

F02D43/00 301A

F02D43/00 301D

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119991

(22)【出願日】2023-07-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 宏典

【テーマコード（参考）】

3G022

3G301

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G022CA05

3G022EA10

3G022GA05

3G022GA08

3G301JA37

3G301KA16

3G301LA01

3G301MA01

3G301PA01Z

3G301PA11Z

3G301PA17Z

3G301PE01Z

3G301PE08Z

3G301PF03Z

3G384AA01

3G384BA05

3G384BA23

3G384CA15

3G384CA21

3G384FA06Z

3G384FA28Z

3G384FA58Z

3G384FA79Z

(57)【要約】

【課題】排気音制御で発生する音を安定させる。
【解決手段】制御装置１００は、アクセルオンからアクセルオフに移行した場合に、排気音制御を実行する。制御装置１００は、排気音制御として、点火実施による混合気の燃焼と点火停止による混合気の燃焼停止とを燃焼サイクル内において交互に行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクセルオンからアクセルオフに移行した場合に、排気音制御を実行する内燃機関の制御装置であって、
前記排気音制御として、点火実施による混合気の燃焼と点火停止による混合気の燃焼停止とを燃焼サイクル内において交互に行う
内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に記載の内燃機関は、良好なスポーツサウンドを確保するために排気音制御を実行する。同文献に記載の排気音制御は、アクセルオンからアクセルオフに移行した場合に、排気弁が開弁を開始するまで混合気の燃焼が継続するように点火時期を圧縮上死点後にまで大幅に遅角させる制御である。このようにして点火時期を大幅に遅角させることにより半失火状態を生み出すと、未燃ガスが排気通路内で燃焼することにより、スポーツサウンドの一種である炸裂音が発生するようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－７４８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記排気音制御では、点火時期を大幅に遅角することにより半失火状態という不安定な燃焼状態を生み出すようにしている。ここで、半失火状態における燃焼状態は、内燃機関の個体差や経年変化によってその燃焼状態が変化するため、排気音制御で発生する音の音量や音質が不安定になるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、アクセルオンからアクセルオフに移行した場合に、排気音制御を実行する内燃機関の制御装置であって、前記排気音制御として、点火実施による混合気の燃焼と点火停止による混合気の燃焼停止とを燃焼サイクル内において交互に行う。

【発明の効果】

【0006】

この内燃機関の制御装置は、排気音制御で発生する音を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態における内燃機関及び制御装置の構成を示す模式図である。

【図2】同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

【図3】バブリング音の音量及び音質と空気過剰率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、車両に搭載される内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
＜内燃機関及び制御装置の構成＞
図１に示すように、内燃機関１０は、混合気の燃焼を行う複数の気筒１１を有している。本実施形態の内燃機関１０は、一例として直列４気筒の内燃機関である。

【0009】

内燃機関１０には、各気筒１１への空気の導入路となる吸気通路１５が設けられている。
吸気通路１５には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１６が設けられている。吸気通路１５においてスロットルバルブ１６よりも下流の部分は気筒別に分岐されている。吸気通路１５において気筒別に分岐した部分は、気筒別に設けられた吸気ポートに接続されている。各吸気ポートには、ポート噴射用の燃料噴射弁１７がそれぞれ設けられている。

【0010】

各気筒１１には、気筒１１内に導入された混合気を火花放電により点火する点火プラグ１９がそれぞれ設けられている。
内燃機関１０には、各気筒１１での混合気の燃焼によって生じた排気の排出路となる排気通路２１が設けられている。排気通路２１において上流の部分は気筒別に分岐されている。排気通路２１において気筒別に分岐した部分は、気筒別に設けられた排気ポートに接続されている。

【0011】

排気通路２１の途中には、排気を浄化する触媒２２が設置されている。
こうした内燃機関１０の各気筒１１には、燃料噴射弁１７が噴射した燃料を含む混合気が導入される。点火プラグ１９が混合気を点火すると気筒１１内で燃焼が行われる。燃焼により生じた排気は、気筒１１内から排気通路２１に排出されて触媒２２にて浄化される。

【0012】

制御装置１００は、ＣＰＵ１１０、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ１２０を備えている。そして、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、各種の機関制御が実行される。

【0013】

制御装置１００には、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサであるエアフロメータ８１や、内燃機関１０の冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ８２が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置１００には、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ８３や、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ８４が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置１００には、内燃機関１０を搭載する車両の車速ＳＰを検出する車速センサ８５が接続されており、そのセンサからの出力信号が入力される。

【0014】

なお、制御装置１００は、クランク角センサ８３の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。また、制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを演算する。機関負荷率ＫＬは、現在の機関回転速度ＮＥにおいてスロットルバルブ１６を全開とした状態で内燃機関１０を定常運転したときのシリンダ流入空気量に対する、現在のシリンダ流入空気量の比率を表している。なお、シリンダ流入空気量は、吸気行程において各気筒１１のそれぞれに流入する空気の量である。

【0015】

制御装置１００は、上述した各種センサからの出力信号等に基づき、燃料噴射弁１７による燃料噴射制御や、スロットルバルブ１６による吸入空気量制御や、点火プラグ１９による点火制御など、各種の機関制御を実行する。

【0016】

＜排気音制御について＞
制御装置１００は、良好なスポーツサウンドを確保するために以下の排気音制御を実行する。

【0017】

図２に、排気音制御の処理手順を示す。なお、図２に示す一連の処理は、アクセルペダルの状態がアクセルオンからアクセルオフに移行すると開始される。なお、アクセルペダルの状態はアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて判定される。また、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

【0018】

本処理を開始すると、制御装置１００は、まず、排気音制御の実行条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１００）。排気音制御の実行条件としては、例えば以下の条件（ａ）や、条件（ｂ）が設定されており、条件（ａ）及び条件（ｂ）がともに成立する場合に、制御装置１００は、排気音制御の実行条件が成立していると判定する。

【0019】

（ａ）：触媒２２の温度が既定の範囲内である。例えば、触媒２２の温度がこの範囲を超えて高温である場合に排気音制御を実行すると触媒２２の温度が過剰に高くなる可能性がある。こうした触媒２２の過昇温を抑えるために条件（ａ）が設定されている。なお、触媒２２の温度は、センサによる検出値、演算による推定値のどちらでもよい。

【0020】

（ｂ）：機関回転速度ＮＥが既定の範囲内である。例えば、機関回転速度ＮＥが低い場合に排気音制御を実行すると車両搭乗者などに違和感を与える可能性があるからである。
そして、排気音制御の実行条件が成立していると判定される場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、制御装置１００は排気音制御を実行する（Ｓ１１０）。

【0021】

制御装置１００は、排気音制御として次の処理を実行する（Ｓ１１０）。すなわち、点火実施による混合気の燃焼と、点火停止による混合気の燃焼停止とを燃焼サイクル内において交互に行う。例えば、直列４気筒エンジンであって気筒の並び順に各気筒を、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒と称する場合、点火順序は、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒となっている。この場合には、各気筒において燃料噴射は実行するものの、混合気の点火は第１気筒及び第４気筒のみで行う。もしくは、混合気の点火は第３気筒及び第２気筒のみで行う。

【0022】

こうした排気音制御を行うことより、混合気の燃焼を行う気筒からは排気通路２１に対して高温の燃焼ガスが送られる。また、混合気の燃焼停止を行う気筒からは排気通路２１に対して空気を含んだ未燃ガスが送られる。排気通路２１内においてその未燃ガスが高温の燃焼ガスによって燃焼されることにより、スポーツサウンドの一種であるバブリング音が排気通路２１内から発生する。

【0023】

図３に、バブリング音の音量及び音質と混合気の空気過剰率λとの関係を示す。図３に示す実線Ｌ１は、バブリング音の音量と空気過剰率λとの関係を示す。図３に示す一点鎖線Ｌ２は、バブリング音の音質と空気過剰率λとの関係を示す。なお、空気過剰率λは、空燃比を理論空燃比で除した値と等しい。空燃比が理論空燃比に一致する場合には、空気過剰率λは「１」であり、空気過剰率λが「１」よりも大きい場合には、空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを示す。

【0024】

また、バブリング音の音量は大きいほど好ましい。また、バブリング音の音質は、こもり音よりも炸裂音の方が好ましい。
図３に示すように、音量は、空気過剰率λが「１」から、「１」よりも大きい「λｂ」までの範囲内において大きく変化することはない。そして、空気過剰率λが「λｂ」よりも大きくなると、音量は急速に低下していく。

【0025】

一方、音質は、空気過剰率λが「１」から増加するに伴って、こもり音から炸裂音へと徐々に変化していく。そして、空気過剰率λが「λｂ」よりも大きくなると、音質は炸裂音寄りのまま大きく変化することはない。

【0026】

従って、排気音制御を実行しているときの混合気の空気過剰率λは、上記「λｂ」から、当該「λｂ」よりも小さく且つ「１」よりも大きい「λａ」までの範囲内とすることが望ましい。そこで、本実施形態では、一例として、排気音制御を実行しているときの混合気の空気過剰率λが上記「λｂ」となるように、混合気の目標空燃比を設定するようにしている。また、排気音制御を実行しているときの目標吸入空気量は、一例としてアイドル運転時における目標吸入空気量と同等の値を設定するようにしている。また、点火を実施して混合気を燃焼させる気筒の点火時期は、一例としてアイドル運転時における目標点火時期と同等の値を設定するようにしている。

【0027】

こうして排気音制御を実行すると、次に、制御装置１００は、継続時間Ｔｄが実行時間Ｔ以上であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。継続時間Ｔｄは、排気音制御を開始してからの経過時間である。実行時間Ｔは、例えば機関回転速度ＮＥ及び機関負荷率ＫＬ等に基づいて制御装置１００が算出する値である。実行時間Ｔは、排気音制御を実行しても触媒２２の温度を許容上限温度以下とすることのできる時間である。例えば、機関回転速度ＮＥが高いほど、あるいは機関負荷率ＫＬが大きいほど触媒２２の温度は高くなる。従って、機関回転速度ＮＥが高いほど、あるいは機関負荷率ＫＬが大きいほど、実行時間Ｔは短い時間に設定される。なお、
そして、Ｓ１２０の処理にて、継続時間Ｔｄが実行時間Ｔ以上であると判定されるまで、制御装置１００は、上記Ｓ１１０の処理及び上記Ｓ１２０の処理を繰り返し実行する。

【0028】

一方、Ｓ１２０の処理にて、継続時間Ｔｄが実行時間Ｔ以上であると判定される場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、排気音制御を終了する（Ｓ１３０）。なお、Ｓ１３０にて排気音制御を終了すると、制御装置１００は、そのときの機関運転状態に応じてフューエルカット制御やアイドル運転制御を実施する。

【0029】

そして、Ｓ１３０の処理を実行した場合、あるいは上記Ｓ１００の処理にて否定判定される場合には、制御装置１００は、本処理を終了する。
＜作用及び効果＞
本実施形態の作用及び効果を説明する。

【0030】

排気音制御として、点火実施による混合気の燃焼と点火停止による混合気の燃焼停止とを燃焼サイクル内において交互に行うようにしている。従って、点火実施による混合気の燃焼により排気通路２１には高温の燃焼ガスが安定して送られるようになる。また、点火停止による混合気の燃焼停止により排気通路２１には未燃ガスが安定して送られるようになる。高温の燃焼ガスと未燃ガスとが排気通路２１に対してばらつくことなく安定して送られるようになるため、未燃ガスの燃焼により発生するバブリング音が安定して発生するようになる。従って、排気音制御で発生する音の音量や音質が安定するようになる。

【0031】

＜変更例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0032】

・点火停止による混合気の燃焼停止を実施する気筒は、予め定められた気筒に固定することは必須ではない。例えば燃焼サイクル毎に、点火停止による混合気の燃焼停止を実施する気筒を変更してもよい。

【0033】

・１つの燃焼サイクルにおいて、点火停止による混合気の燃焼停止を実施する気筒の数は、「１」以上「全気筒数－１」以下の範囲で任意に変更してもよい。
・直列４気筒以外の気筒数や気筒配列を有する内燃機関において上記排気音制御を実施してもよい。

【0034】

・内燃機関１０は排気通路２１に過給機を備えていてもよい。この場合には、減速中に排気音制御を実行して未燃ガスを燃焼させることにより、過給機の回転速度の低下が抑制される。そのため、アクセルオフからアクセルオンに移行したときのターボラグを抑えることができる。

【0035】

・制御装置１００は、ＣＰＵ１１０とメモリ１２０とを備えており、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。例えば、上記各実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置１００は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てをプログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置及びプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路及び１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

【符号の説明】

【0036】

１０…内燃機関
１１…気筒
１５…吸気通路
１６…スロットルバルブ
１７…燃料噴射弁
１９…点火プラグ
２１…排気通路
２２…触媒
８１…エアフロメータ
８２…水温センサ
８３…クランク角センサ
８４…アクセルセンサ
８５…車速センサ
１００…制御装置
１１０…ＣＰＵ
１２０…メモリ

【図1】

【図2】

【図3】