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JP2011163315A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】演算部の処理負荷を軽減することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】車両のエンジンの燃焼を制御する燃焼制御装置1は、エンジンの気筒の燃焼騒音を検出する燃焼騒音検出処理部32と、車両の乗員の心身状態を検出する心身状態検出CPU50と、を備え、心身状態検出CPU50により乗員が感じる不快感がないことが検出された場合は、燃焼騒音検出処理部32による気筒の燃焼音の検出を中止する。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関するものである。
従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の燃焼騒音制御システムが知られている。このシステムは、内燃機関の気筒の筒内圧と回転数を検出し、筒内圧の最大値、筒内圧の上昇量、回転数などに基づく演算によって、燃焼騒音を算出している。このように得られた燃焼騒音は、例えば、燃焼騒音を低減するための燃料噴射量の制御や、点火制御に利用することができる。
特開2007−278098号公報
しかしながら、筒内圧などに基づいて燃焼騒音を求める場合、時間微分、log演算、べき乗などを含む複雑な演算が必要となるので、演算を行う演算部(CPU等)の処理負荷が大きい。この種の燃焼制御に係る処理においては、演算部の能力・資源を有効に活用すべく、可能な限り演算部の処理負荷を軽減することが望まれる。
そこで本発明は、演算部の処理負荷を軽減することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。
本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、車両の内燃機関の燃焼を制御する内燃機関の燃焼制御装置であって、内燃機関の気筒の燃焼音を検出する燃焼音検出手段と、車両の乗員の心身状態を検出する心身状態検出手段と、を備え、乗員が感じる不快感がないことが心身状態検出手段によって検出された場合は、燃焼音検出手段による燃焼音の検出を中止することを特徴とする。
車両の乗員が感じる不快感がない場合、当該車両の内燃機関の燃焼音は乗員に不快感を与える程度に達していないと考えられる。従ってこの場合、内燃機関においては燃焼音を低減する目的の燃焼制御は必要性が低いと考えられ、当該目的の燃焼制御に必要な燃焼音の検出も省略してもよいと考えられる。そこで、本発明の燃焼制御装置によれば、車両の乗員の不快感がないことが検出された場合には、燃焼音の検出を中止することにより演算部の処理負荷を軽減することができる。
また、本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、車両の内燃機関の燃焼を制御する内燃機関の燃焼制御装置であって、内燃機関の気筒の燃焼音の音量を検出する燃焼音量検出手段と、車両の車室内における燃焼音以外の騒音の音量を検出する車室内騒音音量検出手段と、燃焼音量検出手段で得られた燃焼音の音量と車室内騒音音量検出手段で得られた燃焼音以外の騒音の音量とを比較する音量比較手段と、を備え、音量比較手段による比較の結果、燃焼音の音量よりも燃焼音以外の騒音の音量の方が大きく、且つ燃焼音と燃焼音以外の騒音との音量差が所定値以上である場合には、燃焼音量検出手段による燃焼音の音量の検出を中止することを特徴とする。
車両の車室内で燃焼音以外の騒音が大きい場合、当該車両の内燃機関の燃焼音が乗員の不快感に与える影響は、相対的に小さくなると考えられる。特に、車室内の燃焼音以外の騒音が燃焼音よりも大きく、かつその音量差が所定値以上の場合には、燃焼音を低減したとしても、燃焼音以外の騒音が大きいため、乗員の不快感を低減する効果はあまり期待できないと考えられる。従ってこの場合、内燃機関においては燃焼音を低減する目的の燃焼制御は必要性が低いと考えられ、当該目的の燃焼制御に必要な燃焼音の検出も省略してもよいと考えられる。そこで、本発明の燃焼制御装置によれば、車室内の燃焼音以外の騒音が燃焼音よりも大きく、かつその音量差が所定値以上の場合には、燃焼音の音量の検出を中止することにより演算部の処理負荷を軽減することができる。
本発明の内燃機関の燃焼制御装置によれば、演算部の処理負荷を軽減することができる。
本発明の燃焼制御装置が適用される内燃機関を示す図である。 本発明の燃焼制御装置を示す図である。 燃焼制御装置で行われる燃焼騒音検出の要否判定の処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る燃焼制御装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態である燃焼制御装置1が適用された自動車の車両200のエンジン100を示す概略構成図である。図1に示されるエンジン100は、シリンダブロック2に形成された気筒3の燃焼室3aの内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3a内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生するものである。エンジン100は、複数の気筒3を備える多気筒エンジンとして構成されてもよい。
燃焼室3aの吸気ポートは、吸気管5に接続され、燃焼室3aの排気ポートは排気管6に接続されている。吸気弁Viは吸気ポートを開閉し、排気弁Veは排気ポートを開閉する。吸気管5は、サージタンク8に接続されている。サージタンク8には、吸気通路が接続されており、吸気通路は、エアクリーナ9を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気通路の途中(サージタンク8とエアクリーナ9との間)には、スロットルバルブ(本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ)10が組み込まれている。一方、排気管6には、例えば三元触媒を含む前段触媒装置11aおよび例えばNOx吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置11bが接続されている。
更に、エンジン100は、エンジン制御ECU20を備えると共に、当該エンジン制御ECU20に電気的に接続されたクランク角センサ14、筒内圧センサ15、アクセル開度センサ16をはじめとする多数のセンサ類を備えている。エンジン制御ECU20は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12、バルブVi,Veの動弁機構等を制御する。
筒内圧センサ15は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含んで構成され、対応する燃焼室3a内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されている。各筒内圧センサ15は、燃焼室3a内でその受圧面に加わる圧力(筒内圧)を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力(筒内圧)に応じた電圧の検出値信号(検出値を示す信号)をエンジン制御ECU20に与える。
クランク角センサ14は、エンジン100において回転駆動されるクランク軸の回転角(クランク角)を検出するセンサである。クランク角センサ14は、検出したクランク軸の回転角をクランク角信号としてエンジン制御ECU20へ送信する。
図2に示す燃焼制御装置1は、以上説明したようなエンジン100に適用される。燃焼制御装置1は、気筒3における燃料の燃焼で発生する燃焼騒音の音量を検出すると共に、検出した燃焼騒音の音量に基づき、燃焼騒音の低減を目的とする種々の燃焼制御(例えば、点火プラグ7の点火時期の制御、燃料噴射量の制御、バルブVi,Veの開閉制御など)を行う。
燃焼制御装置1は、図2に示すように、上記のエンジン制御ECU20を備えると共に、当該エンジン制御ECU20に電気的に接続された各種センサ類等を備えている。具体的には、燃焼制御装置1は、筒内圧センサ15と、クランク角センサ14と、レインセンサ41と、車両前方カメラ42と、カーナビゲーション装置43と、車速センサ44と、オーディオ設定取得部45と、車外マイク46と、車室内マイク47と、乗員カメラ51と、乗員マイク52と、赤外線センサ53と、脳波検出装置54と、心拍数検出装置55と、を備えている。
エンジン制御ECU20は、燃焼制御処理CPU30と、車室内騒音検出CPU40と、心身状態検出CPU50と、を備えている。これらの燃焼制御処理CPU30、車室内騒音検出CPU40、心身状態検出CPU50は、それぞれ、CPUコア、ROM、RAM、通信回路、AD変換回路等を含むコンピュータとして構成されている。
燃焼制御処理CPU30は、AD変換部31と、燃焼騒音検出処理部32と、燃焼制御部33と、検出実行判定部34と、を備えている。これらの各構成要素31〜34は、燃焼制御処理CPU30を構成するCPUコア、ROM、RAM、通信回路、AD変換回路等のハードウエアが、所定のプログラムに従い協働して動作することによってソフトウエア的に実現される構成要素である。
AD変換部31は、筒内圧センサ15からの筒内圧信号をAD変換し、燃焼騒音検出処理部32に入力する。AD変換部31によるAD変換は、クランク角センサ14からのクランク角度信号に同期して行われる。燃焼騒音検出処理部32には、AD変換された筒内圧信号及びクランク角度信号が入力される。燃焼騒音検出処理部32は、気筒3の筒内圧に基づいて、気筒3で発生する燃焼騒音の音量を算出する。燃焼騒音の音量の算出の手法は、前述の特許文献1等に記載され公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。燃焼制御部33は、燃焼騒音検出処理部32で算出された燃焼騒音の音量に基づき、燃焼騒音の低減を目的とする燃焼制御(例えば、点火プラグ7の点火時期の制御、燃料噴射量の制御、バルブVi,Veの開閉制御など)を行う。また、詳細は後述するが、検出実行判定部34は、燃焼騒音検出処理部32による燃焼騒音の検出処理が必要であるか否かを判定し、当該検出処理を実行又は中止させる。
前述の特許文献1に記載されているように、燃焼騒音検出処理部32による燃焼騒音の検出処理には、時間微分、log演算、べき乗などを含む複雑な演算が必要であるので、燃焼制御処理CPU30における処理負荷が大きい。従って、燃焼制御処理CPU30の処理負荷を可能な限り軽減すべく、省略可能な場合には燃焼騒音の検出処理を中止することが好ましい。燃焼騒音の検出処理が省略可能な場合とは、例えば、車両200の乗員が感じる不快感がない場合や、車室内において燃焼騒音以外の騒音(以下、「燃焼以外騒音」という)が大きい場合といったような、燃焼騒音低減の必要性が低い場合などが挙げられる。なお、「乗員が感じる不快感がない状態」とは、乗員の不快感が完全にない状態に限られるものではなく、乗員が感じる不快感が所定より小さい場合も含む状態である。
このうち、車両200の乗員の不快感がない場合、エンジン100の燃焼騒音は乗員に不快感を与える程度に達していないと考えられる。従ってこの場合、エンジン100においては燃焼騒音を低減する目的の燃焼制御は必要性が低いと考えられ、当該目的の燃焼制御に必要な燃焼騒音の検出も省略してもよいと考えられる。
そこで、心身状態検出CPU50は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、車両200の乗員(例えば、運転者)の心身状態を検出する。乗員の表情や身体の動き、乗員の声、乗員の体表面から発生する赤外線、乗員の脳波、乗員の心拍数などは、乗員が感じる不快感の程度によって変化するものと考えられるので、これらの情報を収集し分析することによって、乗員が感じる不快感の有無を判定することができる。
このため、心身状態検出CPU50には、乗員を撮像する乗員カメラ51と、乗員が発する音声を収集する乗員マイク52と、乗員の体表面から発生する赤外線を検出する赤外線センサ53と、乗員の脳波を検出する脳波検出装置54と、乗員の心拍数を検出する心拍数検出装置55と、を備えている。心身状態検出CPU50は、乗員カメラ51から得られる画像情報、乗員マイク52から得られる音声情報、赤外線センサ53から得られる赤外線情報、脳波検出装置54から得られる脳波情報、及び、心拍数検出装置55から得られる心拍数情報のうちの一部又は全部に基づいて、乗員の不快感が有るか否かを判定する。例えば、乗員の脳波や心拍数のパターンが、不快な状態のパターンを示す場合には、乗員が不快感を感じていると判定することができる。上記のような乗員の各種情報に基づいて乗員の心身状態を検出するための手法としては、公知の手法を用いればよい。
例えば、心身状態検出CPU50は、乗員の不快感を示す「不快度指数」なる指標を定義し、各センサ類51〜55から得られる脳波・心拍数等の情報と、乗員の不快度指数との相関関係を予め記憶しておく。そして、心身状態検出CPU50は、各センサ類51〜55から得られる情報に基づき、上記相関関係を参照することで乗員の不快度指数を検出することができる。不快度指数を求める手法としては、単に参照テーブルを用いてもよく、ニューラルネットワークのような非線形モデルを用いてもよく、隠れマルコフモデルのような確率モデルを用いてもよい。そして、得られた不快度指数が所定値以上の場合に、「乗員の不快感は有り」と判定し、不快度指数が所定値未満の場合に、「乗員の不快感は無し」と判定することができる。なお、上記の所定値は、予め定められ、例えば心身状態検出CPU50を構成するROMの情報記憶領域に格納されている。心身状態検出CPU50は、判定の結果情報を、電気信号として、燃焼制御処理CPU30の検出実行判定部34に送信する。
ここで、検出実行判定部34は、心身状態検出CPU50から得られた判定の結果情報が、「乗員の不快感は無し」の旨を示す場合には、燃焼騒音検出処理部32における燃焼騒音の検出を不要と判定する。
また、車両200の車室内において燃焼以外騒音が大きい場合、エンジン100の燃焼騒音が乗員の不快感に与える影響は、相対的に小さくなると考えられる。特に、車室内の燃焼以外騒音が燃焼騒音よりも大きく、かつその音量差が所定値以上の場合には、乗員が不快感を感じている場合に燃焼騒音を低減したとしても、燃焼以外騒音が大きいため、乗員の不快感を低減する効果はあまり期待できないと考えられる。従ってこの場合、エンジン100においては燃焼騒音を低減する目的の燃焼制御は必要性が低いと考えられ、当該目的の燃焼制御に必要な燃焼騒音の検出も省略してもよいと考えられる。
そこで、車室内騒音検出CPU40は、各種センサ等から得られる情報に基づいて、車室内の燃焼以外騒音を推定により検出する。具体的には、車室内騒音検出CPU40には、車室外における雨量を計測するレインセンサ41と、車両200の前方を撮像する車両前方カメラ42と、車両200の現在位置を認識するカーナビゲーション装置43と、車両200の車速を計測する車速センサ44と、車両200に搭載されたオーディオ機器の現在のボリューム設定を取得するオーディオ設定取得部45と、車室外の騒音の音量を計測する車外マイク46と、車室内の騒音を収集する車室内マイク47と、が接続されている。
車室内騒音検出CPU40は、レインセンサ41から得られる雨量の情報に基づいて雨音に由来する車室内騒音の音量を推定する。なお、レインセンサ41に代えて、車両200の現在地の雨量を、VICS情報から得られる現在地の天気情報に基づいて推定してもよい。例えば、車両200の現在地の雨量が多いほど、雨音による車室内の騒音も大きくなることが推定される。また、車室内騒音検出CPU40は、車両前方カメラ42から得られる前方画像に基づいて車両200の周囲環境(例えばトンネル内など)を検出し、当該周囲環境に由来する車室内騒音の音量を推定する。また、車室内騒音検出CPU40は、カーナビゲーション装置43から得られる車両200の現在位置に基づき、地図情報と照合することで車両200の周囲環境(例えばトンネル内など)を検出し、当該周囲環境に由来する車室内騒音の音量を推定する。例えば、車両200がトンネル内を走行している場合には、トンネル内の騒音により車室内の騒音も大きくなることが推定される。
また、車室内騒音検出CPU40は、車速センサ44から得られる車両200の車速に基づいて、車両200のタイヤで発生する走行音などを推定し、当該走行音に由来する車室内騒音の音量を推定する。例えば、車両200の車速が速いほど、走行音による車室内の騒音も大きくなることが推定される。また、車室内騒音検出CPU40は、オーディオ設定取得部45から得られるオーディオ機器のボリューム設定の情報に基づいて、オーディオ機器に由来する車室内の騒音の音量を推定する。例えば、オーディオ機器のボリューム設定が大きいほど、オーディオ機器が発する音声に起因する車室内の騒音も大きくなることが推定される。また、車室内騒音検出CPU40は、車外マイク46から得られる車室外の騒音の音量情報に基づいて、車室外の騒音に由来する車室内騒音の音量を推定する。例えば、車両200の車室外の騒音が大きいほど、車室内の騒音も大きくなることが推定される。このように、車室内騒音検出CPU40は、上記の各センサ類41〜46から得られる情報に基づいて、車室内における燃焼以外騒音の音量を推定することができる。
また、燃焼以外騒音の音量を推定する他の方法として、車室内騒音検出CPU40は、車室内マイク47で車室内のすべての騒音を取得すると共に、燃焼騒音検出処理部32から燃焼騒音を取得する。そして、車室内騒音検出CPU40は、車室内のすべての騒音のスペクトル成分から、燃焼騒音のスペクトル成分を差し引くことで、車室内における燃焼以外騒音の音量を推定することもできる。また、燃焼以外騒音はエンジンルールから遠い場所でも音量が変わらないことを利用し、車室内マイク47をエンジンルームから遠い位置に配置することで、燃焼以外騒音の音量を推定してもよい。
そして、車室内騒音検出CPU40は、推定に係る車室内の燃焼以外騒音の音量情報を、電気信号として、燃焼制御処理CPU30の検出実行判定部34に送信する。
ここで、検出実行判定部34は、車室内騒音検出CPU40から得られた燃焼以外騒音の音量と、燃焼騒音検出処理部32で得られた燃焼騒音の音量と、を比較する。そして、燃焼以外騒音の音量が燃焼騒音の音量よりも大きく、且つ、その差が所定値以上である場合には、燃焼騒音検出処理部32における燃焼騒音の検出を不要と判定する。なお、上記の所定値は、燃焼騒音及び燃焼以外騒音が乗員に及ぼす影響などを考慮して予め定められ、例えば、燃焼制御処理CPU30を構成するROMの情報記憶領域に格納されている。
続いて、図2及び図3を参照しながら、燃焼制御装置1で行われる燃焼騒音検出の要否判定の具体的な処理について説明する。エンジン100が始動されると、エンジン制御ECU20によって図3に示されるルーチンが繰り返し実行される。
まず、心身状態検出CPU50が、乗員の不快感の有無を判定し(S101)、判定の結果情報を、燃焼制御処理CPU30の検出実行判定部34に送信する。また、車室内騒音検出CPU40が、車室内の燃焼以外騒音の音量を推定し(S103)、推定に係る音量情報を燃焼制御処理CPU30の検出実行判定部34に送信する。
検出実行判定部34は、心身状態検出CPU50から得られた判定の結果情報が、「乗員の不快感は無し」の旨を示す場合(S105でYes)には、燃焼騒音の検出を不要と判定し(S107)、燃焼騒音の検出を中止させる信号を燃焼騒音検出処理部32に対して送信する。燃焼騒音検出処理部32は、上記信号に従い燃焼騒音の検出処理を中止する(S109)。この処理S109では、燃焼騒音の検出処理を中止すると共に、更に、AD変換部31による筒内圧信号のAD変換処理も中止するようにしてもよい。一方、検出実行判定部34は、心身状態検出CPU50から得られた判定の結果情報が、「乗員の不快感は有り」の旨を示す場合(S105でNo)には、後述の処理S111を行う。
処理S111では、検出実行判定部34は、車室内騒音検出CPU40から得られた燃焼以外騒音の音量と、燃焼騒音検出処理部32から得られた燃焼騒音の音量と、を比較する(S111)。そして、燃焼以外騒音の音量が燃焼騒音の音量よりも大きく、且つ、その差が所定値以上である場合には(S111でYes)、燃焼騒音の検出を不要と判定し(S107)、燃焼騒音の検出を中止させる信号を燃焼騒音検出処理部32に対して送信する。燃焼騒音検出処理部32は、上記信号に従い燃焼騒音の検出処理を中止する(S109)。一方、燃焼以外騒音の音量が燃焼騒音の音量よりも大きくない、又は、燃焼以外騒音の音量と燃焼騒音の音量との差が所定値未満である場合には(S111でNo)、燃焼騒音の検出を必要と判定し(S113)、燃焼騒音の検出を中止させる信号は送信しない。この場合、燃焼騒音検出処理部32は、燃焼騒音の検出処理を実行する(S115)。
以上のように、燃焼制御装置1では、燃焼騒音低減の必要性が低い場合における燃焼騒音の検出処理を省略することにより、常に燃焼騒音の検出処理を行う場合に比較して、燃焼制御処理CPU30の処理負荷を軽減することができる。また、燃焼制御装置1によれば、必要性が低い場合には燃焼騒音の検出を中止する一方で、燃焼騒音低減により乗員の不快感を低減する効果が期待できる場合には、燃焼騒音の検出処理及び燃焼騒音を低減するエンジン制御が実行され、燃焼騒音による乗員の不快感を低減することができる。
なお、上記実施形態では、処理S105の「乗員の不快感は無し」の条件と、処理S111の「燃焼以外騒音の音量が燃焼騒音の音量よりも大きく、且つ、その差が所定値以上」の条件と、の2つの条件の判断処理を行っているが、何れか一方の処理を省略してもよい。すなわち、処理S105の条件が満たされた場合に燃焼騒音の検出処理を中止し、処理S105の条件が満たされない場合に燃焼騒音の検出処理を実行することとしてもよい。または、処理S111の条件が満たされた場合に燃焼騒音の検出処理を中止し、処理S111の条件が満たされない場合に燃焼騒音の検出処理を実行することとしてもよい。
1…燃焼制御装置、3…気筒、32…燃焼騒音検出処理部(燃焼音検出手段、燃焼音量検出手段)、34…検出実行判定部(音量比較手段)、40…車室内騒音検出CPU40(車室内騒音音量検出手段)、50…心身状態検出CPU(心身状態検出手段)、100…エンジン、200…車両。

Claims (2)

  1. 車両の内燃機関の燃焼を制御する内燃機関の燃焼制御装置であって、
    前記内燃機関の気筒の燃焼音を検出する燃焼音検出手段と、
    前記車両の乗員の心身状態を検出する心身状態検出手段と、を備え、
    前記乗員が感じる不快感がないことが前記心身状態検出手段によって検出された場合は、前記燃焼音検出手段による前記燃焼音の検出を中止することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
  2. 車両の内燃機関の燃焼を制御する内燃機関の燃焼制御装置であって、
    前記内燃機関の気筒の燃焼音の音量を検出する燃焼音量検出手段と、
    前記車両の車室内における前記燃焼音以外の騒音の音量を検出する車室内騒音音量検出手段と、
    前記燃焼音量検出手段で得られた前記燃焼音の音量と前記車室内騒音音量検出手段で得られた前記燃焼音以外の騒音の音量とを比較する音量比較手段と、を備え、
    前記音量比較手段による比較の結果、前記燃焼音の音量よりも前記燃焼音以外の騒音の音量の方が大きく、且つ前記燃焼音と前記燃焼音以外の騒音との音量差が所定値以上である場合には、前記燃焼音量検出手段による前記燃焼音の音量の検出を中止することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
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