JP5680309B2

JP5680309B2 - 内燃機関の気筒休止装置

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Publication number: JP5680309B2
Application number: JP2010011965A
Authority: JP
Inventors: 康人今井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011149352A

Description

本発明は、複数の気筒の中の一部又は全部の気筒を休止させる気筒休止運転も行う内燃機関の気筒休止装置に関する。

内燃機関には、低負荷運転時やアイドリング時などに、複数の気筒の中の一部又は全部の気筒を休止させる気筒休止運転を行うものがある。このように気筒を休止することにより、燃料の消費を抑えて燃費の向上を図ることができる。しかし、気筒休止運転時には、全ての気筒が稼動する全筒運転時に比べて、騒音や振動が増加する。気筒休止運転時の騒音や振動を抑制する方法として、例えば、特許文献１に記載の内燃機関では、気筒休止運転時に稼動する気筒の点火間隔を等間隔に設定している。

特開２００７−１６２６０７号公報特開平８−２８４７２７号公報特開平５−１９５８３０号公報

上記の方法では、気筒休止運転時の騒音などに対する車両の搭乗者の感覚を考慮していないので、通常の運転時よりも搭乗者が不快感を受けると考えられる。

そこで、本発明は、気筒休止運転時における搭乗者の不快感を抑制する内燃機関の気筒休止装置を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関の気筒休止装置は、複数の気筒を備え、複数の気筒の中の一部又は全部の気筒を休止させる気筒休止運転も行う内燃機関の気筒休止装置であって、搭乗者の不快感の大きさを推定する搭乗者感覚推定手段と、気筒休止運転時に搭乗者感覚推定手段で推定した搭乗者の不快感の大きさが閾値以下となるように休止させる気筒の組み合わせを選択する選択手段と、を備え、搭乗者感覚推定手段は、搭乗者から検出した情報に基づいて搭乗者の感情レベルを搭乗者の不快感の大きさとして推定し、選択手段は、搭乗者感覚推定手段で推定した搭乗者の感情レベルが人が不快と感じない感情レベル以下となるまで、休止させる気筒の組み合わせを任意に選択することで、搭乗者感覚推定手段で推定した搭乗者の感情レベルが人が不快と感じない感情レベル以下となるように休止させる気筒の組み合わせを選択することを特徴とする。

この内燃機関の気筒休止装置では、搭乗者感覚推定手段によって搭乗者の不快感の大きさを推定する。そして、気筒休止装置では、選択手段によって気筒休止運転時の搭乗者の不快感の大きさが閾値以下となるように休止させる気筒の組み合わせを選択し、その選択した組み合わせの気筒を休止させる。このように、この気筒休止装置では、気筒休止運転時に受ける搭乗者の感覚（不快感）に応じて休止させる気筒の組み合わせを選択することにより、気筒休止運転時における搭乗者の騒音などに対する不快感を抑制することができる。例えば、通常の気筒休止運転では複数の気筒の中の一部の気筒だけを休止するときに、搭乗者が不快感を受ける場合には、全ての気筒を休止することもでき、搭乗者の不快感を抑制できる。

本発明は、気筒休止運転時に受ける搭乗者の感覚に応じて休止させる気筒の組み合わせを選択することにより、気筒休止運転時における搭乗者の騒音などに対する不快感を抑制することができる。

本実施の形態に係るエンジン制御装置（気筒休止機能）の構成図である。図１のエンジン制御ＥＣＵにおける処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の気筒休止装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明の内燃機関の気筒休止装置を、４気筒のガソリンエンジンを搭載した車両のエンジン制御装置に適用する。本実施の形態に係るエンジン制御装置は、気筒休止機能を有しており、低負荷運転時やアイドリング時などに、４気筒の中の一部又は全部の気筒を休止させる。本実施の形態に係る車両は、アクティブノイズコントロール装置を装備しており、気筒休止運転時には、通常、アクティブノイズコントロール装置によって車内騒音を打ち消すための逆位相の音をスピーカから出力する。

図１を参照して、本実施の形態に係るエンジン制御装置１（特に、気筒休止機能）について説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジン制御装置（気筒休止機能）の構成図である。

エンジン制御装置１の気筒休止機能では、アクティブノイズコントロール装置が正常に作動する場合、騒音が抑制されるので、通常の休止する気筒の数と組み合わせで気筒休止運転を行う。また、エンジン制御装置１の気筒休止機能では、アクティブノイズコントロール装置が故障した場合、騒音が抑制されないので、休止する気筒の組み合わせとして車内騒音を軽減して搭乗者の不快感を抑制するような数と組み合わせを選択し、その選択した数と組み合わせの気筒で気筒休止運転を継続して行う。ちなみに、アクティブノイズコントロール装置が故障した場合、従来は、気筒休止運転を中止するなどして騒音に対応するので、燃費が悪化する。

エンジン制御装置１における気筒休止機能に必要な構成としては、車内騒音検出装置１０、搭乗者情報検出装置１１、車両状態検出装置１２、第１〜第４気筒吸気ソレノイド２０_Ｉ１〜２０_Ｉ４、第１〜第４気筒排気ソレノイド２０_Ｅ１〜２０_Ｅ４、第１〜第４インジェクタ２１_１〜２１_４及びエンジン制御ＥＣＵ[Electronic Control Unit]３０（気筒休止制御実行判定処理３１ａ、騒音スペクトル解析処理３１ｂ、搭乗者感情認識処理３１ｃ、気筒休止パターン選択処理３１ｄ、ソレノイド駆動処理３１ｅ、フューエルカット処理３１ｆ）を備えている。なお、本実施の形態では、騒音スペクトル解析処理３１ｂ及び搭乗者感情認識処理３１ｃが特許請求の範囲に記載する搭乗者感覚推定手段に相当し、気筒休止パターン選択処理３１ｄが特許請求の範囲に記載する選択手段に相当する。

車内騒音検出装置１０は、車室内の騒音（音）を検出する装置であり、例えば、マイクロフォンがある。車内騒音検出装置１０では、車室内の騒音を検出し、その検出値をエンジン制御ＥＣＵ３０に送信する。

搭乗者情報検出装置１１は、車両に搭乗している人の感情や感覚が表れる各種情報を検出する装置であり、例えば、搭乗者の顔周辺を撮像するカメラ、搭乗者の脳波を検出する装置がある。搭乗者情報検出装置１１では、搭乗者の各種情報を検出し、その検出した各情報をエンジン制御ＥＣＵ３０に送信する。

車両状態検出装置１２は、気筒休止制御を実行するか否かの判断材料となる車両の各種状態を検出する装置であり、例えば、アクセル開度センサ、クランク角度センサがある。車両状態検出装置１２では、車両の各種状態を検出し、その検出した各状態をエンジン制御ＥＣＵ３０に送信する。

第１〜第４気筒吸気ソレノイド２０_Ｉ１〜２０_Ｉ４は、各気筒の吸気弁の開閉を制御するためのソレノイドである。各気筒の吸気ソレノイド２０_Ｉ１〜２０_Ｉ４は、エンジン制御ＥＣＵ３０からの指令によってバッテリ（図示せず）からソレノイド駆動用電源（図示せず）に通電され、その通電状態に応じて吸気弁を開閉する。特に、各気筒の吸気ソレノイド２０_Ｉ１〜２０_Ｉ４は、ソレノイド駆動用電源に保持電流が維持されている間、吸気弁を閉じた状態で維持する。

第１〜第４気筒排気ソレノイド２０_Ｅ１〜２０_Ｅ４は、各気筒の排気弁の開閉を制御するためのソレノイドである。第１〜第４気筒排気ソレノイド２０_Ｅ１〜２０_Ｅ４は、上記の第１〜第４気筒吸気ソレノイド２０_Ｉ１〜２０_Ｉ４と同様のものなので、説明を省略する。

第１〜第４インジェクタ２１_１〜２１_４は、各気筒のインテークマニホールド又はシリンダ内に燃料を噴射する装置である。各気筒のインジェクタ２１_１〜２１_４は、エンジン制御ＥＣＵ３０からの指令に応じて所定量の燃料を噴射したりあるいは燃料の噴射を停止する。

エンジン制御ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ[CentralProcessing Unit]３１や各種メモリなどからなる電子制御ユニットであり、エンジン制御装置１を統括制御する。エンジン制御ＥＣＵ３０は、気筒休止機能に関する各種アプリケーションプログラムをＣＰＵ３１で実行することによって気筒休止制御実行判定処理３１ａ、騒音スペクトル解析処理３１ｂ、搭乗者感情認識処理３１ｃ、気筒休止パターン選択処理３１ｄ、ソレノイド駆動処理３１ｅ、フューエルカット処理３１ｆを行う。

気筒休止制御実行判定処理３１ａについて説明する。気筒休止制御実行判定処理３１ａでは、車両状態検出装置１２で検出した車両の各種状態に基づいて車両の低負荷運転状態やアイドリング状態などを判断し、気筒休止制御を実行するか否かを判定する。この判定方法としては従来の様々な方法が適用可能であり、例えば、アクセル開度の検出値に基づいてアクセルＯＦＦと判断し（運転者による加速要求がない）かつクランク角度の検出値に基づいてエンジン回転数が所定回転数以上（エンジンが低回転状態でない）と判断した場合に、気筒休止制御実行と判定する。

騒音スペクトル解析処理３１ｂについて説明する。騒音スペクトル解析処理３１ｂでは、車内騒音検出装置１０で検出した騒音（音）の検出値に対してスペクトル解析を行い、周波数毎の音信号レベルを抽出する。そして、騒音スペクトル解析処理３１ｂでは、人の可聴周波数帯域の音信号レベルが音信号閾値レベル以下か否かを判定する。この音信号閾値レベルは、人が不快と感じない程度の音信号レベルであり、実験などによって予め設定される。

搭乗者感情認識処理３１ｃについて説明する。搭乗者感情認識処理３１ｃでは、搭乗者情報検出装置１１で検出した搭乗者の各種情報に基づいて搭乗者の感情を認識し、その認識結果から感情レベル（例えば、５や１０段階程度で、レベル値が大きいほど不快の度合いが大きい）を設定する。感情の認識方法としては従来の様々な方法が適用可能であり、例えば、搭乗者の顔周辺の画像に対して人の様々な感情が表れた顔のテンプレートを使ってパターンマッチングを行ったり、人の感情が表れる脳の特定の位置での脳波（α波、β波など）の変化を観察する。そして、搭乗者感情認識処理３１ｃでは、その感情レベルが感情閾値レベル以下か否かを判定する。この感情閾値レベルは、人が不快と感じていない感情レベルであり、実験などによって予め設定される。なお、処理対象の搭乗者としては、運転者などの特定の搭乗者のみを対象としてもよいし、あるいは、搭乗者全員を対象としてもよい。

気筒休止パターン選択処理３１ｄについて説明する。気筒休止パターン選択処理３１ｄでは、気筒休止制御実行判定処理３１ａで気筒休止制御実行と判定した場合、アクティブノイズコントロール装置が故障しているか否かを判定する。アクティブノイズコントロール装置が故障していない場合、気筒休止パターン選択処理３１ｄでは、気筒休止制御の通常の休止させる気筒の数と気筒Ｎｏ．の組み合わせを選択する。この気筒休止制御の通常の休止させる気筒の数と組み合わせについては、予め決められている。なお、この通常の休止させる気筒の数については、固定でもよいが、エンジンに対して要求される負荷に応じて変えてもよく、要求される負荷が低いほど休止させる気筒の数を多くするとよい（４個の気筒全ての場合もある）。

一方、アクティブノイズコントロール装置が故障している場合、気筒休止パターン選択処理３１ｄでは、まず、休止させる気筒として任意の数と気筒Ｎｏ．の組み合わせ（例えば、気筒休止制御の通常の数と組み合わせ）を選択する。選択した組み合わせの各気筒Ｎｏ．の気筒を休止させて気筒休止制御を実行しているときに、気筒休止パターン選択処理３１ｄでは、騒音スペクトル解析処理３１ｂで人の可聴周波数帯域の音信号レベルが音信号閾値レベル以下でないと判定した場合又は搭乗者感情認識処理３１ｃで感情レベルが感情閾値レベル以下でないと判定した場合、既に選択された数と組み合わせを除いて、アトランダムに、休止させる気筒の数と気筒Ｎｏ．の組み合わせを選択する。

なお、選択する休止する気筒の数としては、通常の気筒休止制御で選択される数と同じ数の場合もあればそれよりも少ない数や多い数の場合もあり、４個の気筒全ての場合もある。したがって、通常の気筒休止制御では４個の気筒の中の一部の気筒だけを休止するときでも、搭乗者の不快を解消できない場合には全ての気筒を休止することもでき、搭乗者の不快感を確実に抑制できる。また、選択方法としては、アトランダムな選択以外の方法でもよく、例えば、実験などで予め決められた順序で数と組み合わせを選択してゆくようにしてもよい。

ちなみに、気筒休止運転中は、騒音などが大きくなって搭乗者に不快感を与えることが判っている。しかし、休止させる気筒の数や組み合わせによって、騒音などが軽減し、搭乗者に与える不快感を抑制できる。不快感を受け難い最適な数や組み合わせは車両の走行状態や人によって変わると考えられるので、上記のようにアトランダムに数と組み合わせを変えている。

ソレノイド駆動処理３１ｅについて説明する。ソレノイド駆動処理３１ｅでは、気筒休止制御実行判定処理３１ａで気筒休止制御実行と判定した場合、気筒休止パターン選択処理３１ｄで休止する気筒の数と気筒Ｎｏ．の組み合わせを選択する毎に、その選択された休止させる組み合わせの各気筒Ｎｏ．の気筒の吸気ソレノイド２０_Ｉのソレノイド駆動用電源と排気ソレノイド２０_Ｅの各ソレノイド駆動用電源に通電し、その吸気ソレノイド２０_Ｉによって吸気弁を閉じるとともにその排気ソレノイド２０_Ｅによって排気弁を閉じる（弁停止）。

フューエルカット処理３１ｆについて説明する。フューエルカット処理３１ｆでは、気筒休止制御実行判定処理３１ａで気筒休止制御実行と判定した場合、気筒休止パターン選択処理３１ｄで休止する気筒の数と組み合わせを選択する毎に、その選択された休止させる組み合わせの各気筒Ｎｏ．の気筒のインジェクタ２１に指令を出して燃料の噴射を停止する（フューエルカット）。

図１を参照して、エンジン制御装置１における気筒休止機能の動作について説明する。特に、エンジン制御ＥＣＵ３０における気筒休止機能の処理について図２のフローチャートに沿って説明する。図２は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおける処理の流れを示すフローチャートである。エンジン制御ＥＣＵ３０では図２の処理を繰り返し行っている。

車内騒音検出装置１０では、一定時間毎に、車室内の騒音を検出し、その検出値をエンジン制御ＥＣＵ３０に送信している。搭乗者情報検出装置１１では、一定時間毎に、搭乗者の感情の表れる各種情報を検出し、その検出した各情報をエンジン制御ＥＣＵ３０に送信している。車両状態検出装置１２では、一定時間毎に、気筒休止制御を実行するか否かの判断材料となる車両の各種状態を検出し、その検出した各状態をエンジン制御ＥＣＵ３０に送信している。

エンジン制御ＥＣＵ３０では、車両の各状態に基づいて気筒休止制御実行判定処理を行い（Ｓ１）、気筒休止制御を実行するか否かを判定する（Ｓ２）。Ｓ２にて気筒休止制御を実行しないと判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、今回の処理を終了する。

Ｓ２にて気筒休止制御を実行すると判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、アクティブノイズコントロール装置が故障しているか否かを判定する（Ｓ３）。Ｓ３にてアクティブノイズコントロール装置が故障していないと判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、気筒休止制御の通常の休止する気筒の数と組み合わせを選択する（Ｓ４）。そして、エンジン制御ＥＣＵ３０では、その選択した休止する気筒毎に、吸気ソレノイド２０_Ｉによって吸気弁を閉じかつ排気ソレノイド２０_Ｅによって排気弁を閉じるとともに、インジェクタ２１による燃料噴射を停止し（Ｓ５）、今回の処理を終了する。

Ｓ３にてアクティブノイズコントロール装置が故障していると判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、休止する気筒の数と組み合わせを選択する（Ｓ６）。そして、エンジン制御ＥＣＵ３０では、その選択した休止する気筒毎に、吸気ソレノイド２０_Ｉによって吸気弁を閉じかつ排気ソレノイド２０_Ｅによって排気弁を閉じるとともに、インジェクタ２１による燃料噴射を停止する（Ｓ７）。

選択した休止する気筒の組み合わせで気筒休止運転中に、エンジン制御ＥＣＵ３０では、車内騒音検出装置１０で検出された車内騒音の検出値に対してスペクトル解析を行い（Ｓ８）、人の可聴周波数帯域での音信号レベルが音信号閾値レベル以下か否かを判定する（Ｓ９）。Ｓ９にて音信号レベルが音信号閾値レベルより大きいと判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、Ｓ６の処理に戻って、アトランダムに休止する気筒の数と組み合わせを選択し（Ｓ６）、その選択した休止する気筒で上記と同様の処理を行う。

Ｓ９にて音信号レベルが音信号閾値レベル以下と判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、搭乗者情報検出装置１１で検出した搭乗者の各種情報に基づいて搭乗者の感情認識を行い（Ｓ１０）、感情レベルが感情閾値レベル以下か否かを判定する（Ｓ１１）。Ｓ１１にて感情レベルが感情閾値レベルより大きいと判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、Ｓ６の処理に戻って、アトランダムに休止する気筒の数と組み合わせを選択し（Ｓ６）、その選択した休止する気筒で上記と同様の処理を行う。

Ｓ１１にて感情レベルが感情閾値レベル以下と判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ３０では、現在選択されている休止する気筒の組み合わせで気筒休止運転を継続し、今回の処理を終了する。

このエンジン制御装置１によれば、気筒休止運転時に搭乗者が不快感を受けないような休止させる気筒の数と組み合わせを選択することにより、騒音や振動を抑制でき、気筒休止運転時における搭乗者の騒音などに対する不快感を抑制することができる。さらに、エンジン制御装置１では、搭乗者の不快感の大きさを推定するために車内騒音に対するスペクトル解析及び搭乗者情報に基づく感情認識を行っているので、搭乗者の不快感の大きさを高精度に推定することができる。

なお、従来、アクティブノイズコントロール装置が故障した場合、気筒休止制御を中止していたので、気筒休止制御を実行した場合に比べて燃費が悪化した。しかし、エンジン制御装置１では、アクティブノイズコントロール装置が故障した場合でも、最適な休止する気筒の数と組み合わせを選択して気筒休止制御を実行できるので、燃費悪化を抑制できる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では４気筒のガソリンエンジンの車両であり、アクティブノイズコントロール装置を搭載した車両に適用したが、気筒数については他の気筒数の車両にも適用可能であり、内燃機関についてもガソリンエンジン以外の内燃機関の車両や内燃機関とモータを備えるハイブリッド車両にも適用可能であり、アクティブノイズコントロール装置を搭載しない車両にも適用可能である。アクティブノイズコントロール装置を搭載しない車両の場合、気筒休止運転を行うときには、常時、休止する気筒の組み合わせとして搭乗者の不快感を抑制するような組み合わせを選択する。

また、本実施の形態では各気筒の吸気弁と排気弁の開閉制御をソレノイドを用いてを行う構成したが、可変バルブタイミング機構などの他の手段を用いてもよい。

また、本実施の形態では搭乗者の不快感を推定するために、車内騒音のスペクトル解析を行って音信号レベルを判定するとともに、カメラによる搭乗者の顔画像や搭乗者の脳波などの搭乗者情報に基づいて搭乗者の感情を認識して搭乗者の感情レベルを判定する構成としたが、このどちらか一方だけを行うようにしてもよいし、あるいは、内燃機関の騒音が基準値以上か否かを判定するなど、他の方法によって搭乗者の不快感を推定するようにしてもよい。

なお、ハイブリッド車両に適用した場合、アクティブノイズコントロール装置が故障して、騒音を抑制するために気筒休止制御を中止すると、休止しないで稼動する気筒の吸気弁や排気弁の開閉によってエンジン出力が使われるので、回生効率が悪化する。そのため、期待しているだけの高圧バッテリへの充電量が見込めず、車両の各部で使用されているアクチュエータへの供給電力不足（動作不能、応答性悪化など）のおそれがある。また、補機バッテリ（回生で充電する高圧バッテリに加えて、一般的なハイブリッド車両で搭載している１２Ｖのバッテリ）の負荷が高くなってしまったり、オルタネータの発電量を増加する必要が生じるなど、電子システムとして大きな問題が生じる。しかし、本発明を適用することによって、アクティブノイズコントロール装置が故障しても、休止する気筒の最適な組み合わせを選択して気筒休止制御を実行できるので、回生効率の悪化を防止できる。これによって、高圧バッテリの充電量を十分に確保でき、上記したような問題を解決することができる。

また、複数の気筒の中である気筒の休止が不可能な場合でも、故障していない気筒の中から休止させる気筒の最適な数と組み合わせを選択して、気筒休止制御を実行することが可能である。

１…エンジン制御装置、１０…車内騒音検出装置、１１…搭乗者情報検出装置、１２…車両状態検出装置、２０_Ｉ１〜２０_Ｉ４…第１〜第４気筒吸気ソレノイド、２０_Ｅ１〜２０_Ｅ４…第１〜第４気筒排気ソレノイド、２１_１〜２１_４…第１〜第４気筒インジェクタ、３０…エンジン制御ＥＣＵ、３１…ＣＰＵ、３１ａ…気筒休止制御実行判定処理、３１ｂ…騒音スペクトル解析処理、３１ｃ…搭乗者感情認識処理、３１ｄ…気筒休止パターン選択処理、３１ｅ…ソレノイド駆動処理、３１ｆ…フューエルカット処理。

Claims

複数の気筒を備え、前記複数の気筒の中の一部又は全部の気筒を休止させる気筒休止運転も行う内燃機関の気筒休止装置であって、
搭乗者の不快感の大きさを推定する搭乗者感覚推定手段と、
気筒休止運転時に前記搭乗者感覚推定手段で推定した搭乗者の不快感の大きさが閾値以下となるように休止させる気筒の組み合わせを選択する選択手段と、
を備え、
前記搭乗者感覚推定手段は、搭乗者から検出した情報に基づいて搭乗者の感情レベルを搭乗者の不快感の大きさとして推定し、
前記選択手段は、前記搭乗者感覚推定手段で推定した搭乗者の感情レベルが人が不快と感じない感情レベル以下となるまで、休止させる気筒の組み合わせを任意に選択することで、前記搭乗者感覚推定手段で推定した搭乗者の感情レベルが人が不快と感じない感情レベル以下となるように休止させる気筒の組み合わせを選択することを特徴とする内燃機関の気筒休止装置。