[发明专利]内燃机的控制方法、内燃机及搭载该内燃机的车辆

说明书

技术领域

本发明涉及使由扭矩变动引起的横摆振动降低的内燃机的控制方法、内燃机及搭载该内燃机的车辆。

背景技术

具备活塞曲轴机构的内燃机(以下称为发动机)为，由于活塞等往复质量和曲轴等旋转质量的惯性力以及气缸内的气体压力(以下称为缸内压力)，而对由发动机及变速器构成的动力装置作用激发平移及旋转方向的振动的力(以下称为起振力)及力矩(以下称为起振力矩)。

此时，所产生的起振力、起振力矩的频率成分由发动机的气缸排列来决定其主要成分，例如在直列四缸的情况下，发动机旋转2次成分成为主要成分。这是因为，在直列四缸的情况下，曲轴在180度位置上相对地具有曲轴销。由于在曲轴旋转1周的期间发生2次燃烧行程，因此其间隔按照曲柄转角而成为180度，横摆起振力矩的主要成分成为按照旋转1周为2次的周期来变动的发动机旋转2次成分。这是因为，当将在各气缸发生的起振力矩各错开180度而进行合成时，180度成为变动周期的整数倍的成分相互加强残留，其他(180度为1/2周期、1/4周期)的成分相互抵消。虽然4次、6次…成分也残留，但最大成为2次成分。另外，在直列六缸的情况下，对于发动机旋转由于同样的理由而3次成分成为主要成分。在将这种动力装置搭载到车辆上的情况下，为了改善在振动传递系统中派生的由动力装置振动向车辆侧的传递所引起的振动问题，而应用了基于橡胶支承等的防振支持。

作为降低该由各气缸的缸内压力引起的振动的装置，存在如下装置：检测各气缸的每个爆发行程的转速变动，并与转速变动的平均值进行比较，从而使各气缸的转速变动平滑化(例如参照专利文献1)。此外，还存在如下装置：通过由各气缸内的燃烧而产生的声音或振动来控制各气缸的燃料喷射量(例如参照专利文献2)。但是，虽然这些装置能够使各气缸的产生扭矩平均化而降低直列四缸发动机中的上述180度为1/2周期、1/4周期的成分，但不能够降低2次成分。此外，在前者的装置中，根据每个爆发行程的转速变动来控制喷射量，在后者的装置中，根据各气缸的声音或振动来控制喷射量，因此需要复杂的控制。

此处，当考虑将动力装置作为质量、将橡胶支承作为弹簧及阻尼的振动系统时，该振动系统伴随有共振现象(以下称为支承共振)。图7表示支承共振频率ω₀与起振力或起振力矩的频率ω之比和从发动机侧向车辆侧的振动传递率T之间的关系。在车辆用动力装置的防振支持中，在设发动机的常用转数(怠速转数以上)下的主要成分为频率ω时，将支承共振频率ω₀设定为振动传递率T成为小于1的区域(以下称为防振区域)。此处，防振区域A0存在于ω/ω₀大于1的范围内，因此在发动机起动及停止的过程中会通过ω/ω₀=1的位置(以下称为共振点RP1)，发生由支承共振引起的显著的振动现象。

如图8所示，该振动现象在动力装置1X中产生，该动力装置1X由发动机2X、离合器壳体3、变速器3构成，通过橡胶支承6来防振支持这些各装置而搭载在车辆上。如图所示，在动力装置1X中产生围绕发动机2X的长度方向轴摆动的横摆振动。

在装备了起动电动机等起动辅助装置的发动机的起动过程中，首先通过起动电动机来赋予扭矩，进行进气、压缩行程，当气缸内达到能够燃烧的进气空气状态时，开始燃烧。然后，通过基于燃烧的发动机自身的产生扭矩使旋转上升，达到常用转数。在该过程中发生的起振力矩为，由于发动机转数较低，因此惯性力的影响较小，而缸内压力的影响处于支配地位。此时，在上述支承共振中，在绕发动机的长度方向轴摆动的横摆共振显著的动力装置中，通过由缸内压力引起的起振力矩而激发的横摆振动的产生成为问题。

图9表示该发动机的起动过程的各气缸的缸内压力的变化。该图9表示起动直列四缸发动机时的各气缸C1～C4的缸内压力。该发动机的点火顺序为气缸C2、气缸C1、气缸C3、气缸C4。将从起动电动机赋予扭矩的区域设为起动机辅助区域A2，将通过发动机自身的产生扭矩使旋转上升的区域设为旋转上升区域A3，将发动机的转数成为常用转数的区域设为常用转数区域A3。如根据缸内压力也可知的那样，0.4秒～0.9秒期间的旋转上升区域A3处于发动机的转数上升过程中，缸内压力较高。之后，当成为常用转数区域A4时，缸内压力成为大致一定。在缸内压力较高的状态下，存在通过上述共振点RP1的时刻(图中的虚线)t1。在超过该共振时刻t1之后，通过由示出较高的缸内压力的气缸C4的缸内压力引起的起振力矩，而产生动力装置的横摆振动。