JP2003097269A - Piston temperature control device for internal combustion engine - Google Patents
Piston temperature control device for internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式の内燃
機関においてピストンの温度を制御する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for controlling the temperature of a piston in a cylinder injection type internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料消費率の向上の観点から、成層燃焼
を行う内燃機関が開発されている。一般に、成層燃焼を
行うガソリン機関では、筒内に直接燃料を噴射する筒内
噴射方式を採用し、高負荷又は高速回転時にあっては吸
気行程噴射により均質燃焼を行って出力の向上を図る一
方、低負荷低速回転時にあっては圧縮行程噴射により成
層燃焼を行って燃料消費率の向上を図るようにしてい
る。2. Description of the Related Art From the viewpoint of improving the fuel consumption rate, internal combustion engines that perform stratified charge combustion have been developed. Generally, in a gasoline engine that performs stratified combustion, an in-cylinder injection method that directly injects fuel into the cylinder is adopted, and at the time of high load or high speed rotation, homogeneous stroke combustion is performed by intake stroke injection to improve output. At low load and low speed rotation, stratified charge combustion is performed by compression stroke injection to improve the fuel consumption rate.
【0003】かかる成層燃焼時には、もともと発熱量が
少ない上、圧縮行程噴射のため燃料がピストン表面から
奪う熱の量が多いことから、ピストン温度が低くなるの
に対し、均質燃焼時には、もともと発熱量が多い上、吸
気行程噴射のため燃料がピストン表面から奪う熱の量が
少ないことから、ピストン温度が上昇するという不具合
がある。During such stratified combustion, the calorific value is originally small, and since the amount of heat taken by the fuel from the piston surface is large due to the compression stroke injection, the piston temperature becomes low. In addition, there is a problem that the piston temperature rises because the amount of heat taken by the fuel from the piston surface is small due to the intake stroke injection.
【0004】そこで、例えば、特開平10−68319
号公報には、高負荷又は高速回転時にあっては、吸気行
程噴射を行うとともにオイルジェットによるピストン冷
却を実行することによりピストンの耐熱性を確保する一
方、低負荷低速回転時にあっては、圧縮行程噴射を行う
とともにオイルジェットによるピストン冷却を停止する
ことによりピストンの温度を上昇させて燃料の微粒化及
び気化を促進する筒内噴射式ガソリン機関が開示されて
いる。Therefore, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-68319.
In the publication, heat resistance of the piston is ensured by performing intake stroke injection and piston cooling by an oil jet at high load or high speed rotation, while compressing at low load low speed rotation. A cylinder injection type gasoline engine is disclosed that performs stroke injection and stops piston cooling by an oil jet to raise the temperature of the piston and promote atomization and vaporization of fuel.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、筒内噴射式
の機関では、筒内に噴射された燃料がピストン及び吸入
空気から気化熱を奪うことで気化している。そのため、
機関の負荷が上昇してピストン非冷却状態からピストン
冷却状態に切り換わる際には、燃料量の増加に伴う気化
熱の増加とオイルジェットによるピストン冷却とが同時
に生ずるため、ピストンが過冷却状態となり、燃焼室温
度も低下し、その結果、燃料の気化が妨げられて混合気
濃度が不安定となり燃焼が悪化する場合がある。その場
合には、HCの増加、燃料消費率の悪化、燃焼変動の増
大といった問題が生ずる。By the way, in the cylinder injection type engine, the fuel injected into the cylinder is vaporized by removing the heat of vaporization from the piston and the intake air. for that reason,
When the engine load rises and the piston is cooled from the uncooled state to the piston cooled state, the heat of vaporization increases with the increase of the fuel amount and the piston cooling by the oil jet occurs at the same time. In some cases, the temperature of the combustion chamber also decreases, and as a result, the vaporization of the fuel is hindered, the mixture concentration becomes unstable, and the combustion deteriorates. In that case, there arise problems such as increase of HC, deterioration of fuel consumption rate, and increase of combustion fluctuation.
【0006】一方、機関の負荷の減少によってピストン
冷却状態からピストン非冷却状態に切り換わる際には、
その逆にピストンが過熱状態となって燃焼が悪化する場
合がある。On the other hand, when the piston cooling state is switched to the piston non-cooling state due to the reduction of the engine load,
On the contrary, the piston may become overheated and the combustion may deteriorate.
【0007】また、ピストン非冷却状態とピストン冷却
状態との切り換えの前後では、定常状態に達したときの
ピストン温度に大きな差があるため、切り換え時点から
定常状態でのピストン温度に達する時点までに相当の時
間がかかるという問題もある。Further, before and after the switching between the piston non-cooling state and the piston cooling state, there is a large difference in the piston temperature when the steady state is reached, so from the switching point of time to the point when the piston temperature of the steady state is reached. There is also a problem that it takes a considerable amount of time.
【0008】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ピストンの温度を制御する
オイルジェットを備えた内燃機関において、負荷の増減
に伴ってピストンの非冷却状態と冷却状態との切り換え
が生ずる過渡時にあっても、燃焼の悪化を生ずることが
なく、しかも迅速に次の定常状態へと移行可能なように
制御するピストン温度制御装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is an internal combustion engine provided with an oil jet for controlling the temperature of the piston, in which the piston is uncooled as the load increases or decreases. It is an object of the present invention to provide a piston temperature control device that controls so that combustion does not deteriorate and transition to the next steady state can be made rapidly even during a transition between the cooling state and the cooling state.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の面によれば、ピストンへオイルを供
給するオイルジェットを備えた内燃機関においてピスト
ンの温度を制御する装置であって、機関負荷の増減に伴
ってピストン非冷却状態とピストン冷却状態との切り換
えが生じる過渡時に、該オイルジェットによるオイルの
供給と停止のみを利用してピストンを中間的な冷却状態
とする冷却状態制御手段を設けたことを特徴とする、内
燃機関のピストン温度制御装置が提供される。To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a device for controlling the temperature of a piston in an internal combustion engine equipped with an oil jet for supplying oil to the piston. Therefore, during a transition in which the piston uncooled state and the piston cooled state are switched with the increase / decrease of the engine load, the cooling that brings the piston into an intermediate cooling state using only the supply and stop of oil by the oil jet. Provided is a piston temperature control device for an internal combustion engine, which is provided with a state control means.
【0010】上述の如く構成された、この本発明の第1
の面による内燃機関のピストン温度制御装置において
は、ピストン非冷却状態とピストン冷却状態との切り換
えが生じる過渡時に中間的な冷却状態が生ずることによ
り、ピストンの過冷却や過熱による燃焼悪化が抑制され
る。供給オイル量を徐々に変化させる制御では、オイル
がピストンに当たらなくなった時点あるいは当たるよう
になった時点で冷却状態が急変してしまうこと、及びオ
イルがピストンに当たる/当たらないの境界がその時の
オイル粘度などによって異なること、から中間的な状態
に制御することが難しいが、オイルの供給と停止のみで
中間的な冷却状態とする手段を用いることにより、確実
に中間状態とすることができる。The first aspect of the present invention constructed as described above
In the piston temperature control device of the internal combustion engine according to the aspect of (1), an intermediate cooling state occurs during a transition between the piston non-cooling state and the piston cooling state, and combustion deterioration due to overcooling or overheating of the piston is suppressed. It In the control that gradually changes the amount of supplied oil, the cooling state changes abruptly when the oil no longer hits the piston or when it hits the piston, and the boundary between the oil hitting and not hitting the piston is the oil at that time. Although it is difficult to control the intermediate state because it varies depending on the viscosity and the like, it is possible to surely attain the intermediate state by using a means for providing an intermediate cooling state only by supplying and stopping the oil.
【0011】また、本発明の第2の面によれば、前記本
発明の第1の面によるピストン温度制御装置において、
前記冷却状態制御手段は、オイル供給の実行状態と停止
状態との切り換えを遅延する手段である。According to a second aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the first aspect of the present invention,
The cooling state control means is means for delaying switching between the execution state and the stop state of the oil supply.
【0012】この本発明の第2の面によるピストン温度
制御装置においては、気化熱の増減とオイルによる熱の
持ち去り状態の変化との間に時間的なずれが生ずること
により、ピストンが中間的な冷却状態となる。In the piston temperature control device according to the second aspect of the present invention, a time lag occurs between the increase / decrease in the evaporation heat and the change in the heat removal state due to the oil, so that the piston is in an intermediate state. It will be in a cool state.
【0013】また、本発明の第3の面によれば、前記本
発明の第1の面によるピストン温度制御装置において、
前記冷却状態制御手段は、間欠的にオイル供給を行わせ
る手段である。According to a third aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the first aspect of the present invention,
The cooling state control means is means for intermittently supplying oil.
【0014】この本発明の第3の面によるピストン温度
制御装置においては、オイルによる熱の持ち去り状態の
変化が緩和されることにより、ピストンが中間的な冷却
状態となる。In the piston temperature control apparatus according to the third aspect of the present invention, the piston is brought into an intermediate cooling state by mitigating the change in the heat removal state caused by the oil.
【0015】また、本発明の第4の面によれば、前記本
発明の第3の面によるピストン温度制御装置において、
前記冷却状態制御手段は、低負荷に対応する非冷却領域
と高負荷に対応する冷却領域との境界近傍に設けられた
中間領域において作動する。According to a fourth aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the third aspect of the present invention,
The cooling state control means operates in an intermediate region provided near a boundary between a non-cooling region corresponding to a low load and a cooling region corresponding to a high load.
【0016】また、本発明の第5の面によれば、前記本
発明の第4の面によるピストン温度制御装置において、
前記中間領域は、負荷が増加する場合には該冷却領域に
一時的に設けられ、負荷が減少する場合には該非冷却領
域に一時的に設けられる。According to a fifth aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the fourth aspect of the present invention,
The intermediate region is temporarily provided in the cooling region when the load increases, and is temporarily provided in the non-cooling region when the load decreases.
【0017】また、本発明の第6の面によれば、前記本
発明の第3の面によるピストン温度制御装置において、
前記冷却状態制御手段は、切り換え過渡時に所定時間作
動する。According to a sixth aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the third aspect of the present invention,
The cooling state control means operates for a predetermined time during the transition of switching.
【0018】また、本発明の第7の面によれば、前記本
発明の第1〜6の面によるピストン温度制御装置におい
て、前記冷却状態制御手段は、負荷の変化が所定の増減
割合以上であることに基づいて作動する。Further, according to a seventh aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the first to sixth aspects of the present invention, the cooling state control means is such that a change in load is equal to or more than a predetermined increase / decrease rate. It works based on what is there.
【0019】負荷(燃料量)の変化が緩やかである場合
には、気化熱の変化が小さいため、この本発明の第7の
面によるピストン温度制御装置のように、定常状態の制
御に合わせる方が、燃焼が良好となる。When the change of the load (fuel amount) is gentle, the change of the heat of vaporization is small. Therefore, as in the piston temperature control device according to the seventh aspect of the present invention, the method of adjusting to the steady state control is used. However, the combustion becomes good.
【0020】また、本発明の第8の面によれば、前記本
発明の第7の面によるピストン温度制御装置において、
前記内燃機関は少なくとも成層燃焼運転と均質燃焼運転
とが可能であり、前記冷却状態制御手段は、非冷却状態
と冷却状態との切り換え及び成層燃焼と均質燃焼との切
り換えの両方が同時に生ずることに基づいて作動する。According to an eighth aspect of the present invention, in the piston temperature control device according to the seventh aspect of the present invention,
The internal combustion engine is capable of at least a stratified combustion operation and a homogeneous combustion operation, and the cooling state control means is such that both switching between an uncooled state and a cooling state and switching between stratified combustion and homogeneous combustion occur simultaneously. Work on the basis of.
【0021】負荷の増加が緩やかである場合、燃料の増
加が少ないため、気化熱の増加によるピストン表面温度
減少の影響よりも燃焼モードの変更によるピストン表面
温度上昇の影響が大きく、ピストン温度は上昇し易い。
そのため、この本発明の第8の面によるピストン温度制
御装置においては、速やかに冷却を開始することによ
り、燃焼悪化が抑制される。同様に、負荷の減少が緩や
かである場合、気化熱の減少によるピストン表面温度上
昇の影響よりも燃焼モードの変更によるピストン表面温
度減少の影響が大きいため、速やかに非冷却状態に移行
することにより、燃焼悪化が抑制される。When the increase in load is slow, the increase in fuel is small, so the increase in the piston surface temperature due to the change in the combustion mode is larger than the decrease in the piston surface temperature due to the increase in the heat of vaporization, and the piston temperature rises. Easy to do.
Therefore, in the piston temperature control device according to the eighth aspect of the present invention, deterioration of combustion is suppressed by promptly starting cooling. Similarly, when the load decrease is moderate, the effect of the piston surface temperature decrease due to the change in the combustion mode is greater than the effect of the piston surface temperature increase due to the decrease in the heat of vaporization, so it is possible to quickly shift to the uncooled state. , Combustion deterioration is suppressed.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0023】図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機
関のピストン温度制御装置の構成を示す図である。この
内燃機関は、筒内噴射式直列多気筒ガソリン機関であっ
て均質燃焼及び成層燃焼を行うものである。機関のシリ
ンダブロックには、上下方向へ延びる複数個の気筒10
が紙面の厚み方向へ並設され、各気筒10内には、冠面
に円盤状のキャビティ12aを有するピストン12が往
復動可能に収容されている。各ピストン12は、コネク
ティングロッド14を介し共通のクランクシャフト(図
示せず)に連結されている。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a piston temperature control apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. This internal combustion engine is a cylinder injection type in-line multi-cylinder gasoline engine that performs homogeneous combustion and stratified charge combustion. The cylinder block of the engine includes a plurality of cylinders 10 extending vertically.
Are arranged side by side in the thickness direction of the paper, and a piston 12 having a disc-shaped cavity 12a on the crown surface is reciprocally housed in each cylinder 10. Each piston 12 is connected to a common crankshaft (not shown) via a connecting rod 14.
【0024】また、機関のシリンダヘッドには、直接、
筒内に燃料を噴射するインジェクタ16が取付けられて
いる。インジェクタから噴射される燃料は、吸気通路1
8、吸気ポート20及び吸気バルブ22を介して筒内へ
導入される空気と筒内において合流して混合気となる。
なお、均質燃焼を行う場合には吸気行程で噴射が行われ
る一方、成層燃焼を行う場合には圧縮行程においてピス
トン12のキャビティ12aに向けて噴射が行われる。Further, directly on the cylinder head of the engine,
An injector 16 for injecting fuel into the cylinder is attached. The fuel injected from the injector is the intake passage 1
8, air introduced into the cylinder through the intake port 20 and the intake valve 22 joins in the cylinder to form an air-fuel mixture.
When performing homogeneous combustion, the injection is performed in the intake stroke, while when performing stratified combustion, the injection is performed toward the cavity 12a of the piston 12 in the compression stroke.
【0025】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッドには気筒毎にスパークプラグ24が取付けられてい
る。均質燃焼の場合、吸気行程噴射により筒内に均一な
混合気が形成された後に点火が行われる。一方、成層燃
焼の場合、圧縮行程において噴射された燃料がスパーク
プラグ24付近に多くあるときに点火が行われ、その部
分の混合気が燃焼する。燃焼した混合気は、排気ガスと
して排気バルブ26、排気ポート28及び排気通路30
を介して大気中に排出される。In order to ignite this mixture, a spark plug 24 is attached to each cylinder of the cylinder head. In the case of homogeneous combustion, ignition is performed after a uniform air-fuel mixture is formed in the cylinder by the intake stroke injection. On the other hand, in the case of stratified combustion, ignition is performed when the fuel injected in the compression stroke is large in the vicinity of the spark plug 24, and the air-fuel mixture in that portion is burned. The burned air-fuel mixture is exhausted as an exhaust gas such as an exhaust valve 26, an exhaust port 28 and an exhaust passage 30.
It is discharged into the atmosphere via.
【0026】この機関では、高負荷又は高速回転時にあ
っては吸気行程噴射により均質燃焼運転を行って出力の
向上が図られる一方、低負荷低速回転時にあっては圧縮
行程噴射により成層燃焼運転を行って燃料消費率の向上
が図られる。In this engine, during high load or high speed rotation, homogeneous stroke operation is performed by intake stroke injection to improve output, while at low load low speed rotation, stratified charge combustion operation is performed by compression stroke injection. By doing so, the fuel consumption rate is improved.
【0027】そして、前述のように、成層燃焼運転時に
は、もともと発熱量が少ない上、圧縮行程噴射のため燃
料がピストン表面から奪う熱の量が多いことから、ピス
トン温度が低くなるのに対し、均質燃焼時には、もとも
と発熱量が多い上、吸気行程噴射のため燃料がピストン
表面から奪う熱の量が少ないため、ピストン温度が上昇
する。As described above, during stratified charge combustion operation, the amount of heat generated is originally small and the amount of heat taken from the piston surface by the fuel due to the compression stroke injection is large. At the time of homogeneous combustion, the amount of heat generated is large and the amount of heat taken from the piston surface by the fuel is small due to the intake stroke injection, so the piston temperature rises.
【0028】そのため、この機関では、ピストン12の
温度が冷却手段により制御され得るように構成されてい
る。すなわち、ピストン12の冷却のために、ピストン
12の内部には、円環状の空洞がピストンオイルギャラ
リ12bとして設けられている。このピストンオイルギ
ャラリ12bには、オイルジェット40から噴射された
オイルが供給される。Therefore, the engine is constructed so that the temperature of the piston 12 can be controlled by the cooling means. That is, in order to cool the piston 12, an annular cavity is provided inside the piston 12 as a piston oil gallery 12b. The oil jetted from the oil jet 40 is supplied to the piston oil gallery 12b.
【0029】また、シリンダブロックには、オイルジェ
ット40から噴射されるオイルのためのサブオイルギャ
ラリ42が設けられている。そして、サブオイルギャラ
リ42には、電磁弁44を介して機関のメインオイルギ
ャラリ46からオイルが供給される。Further, the cylinder block is provided with a sub oil gallery 42 for the oil injected from the oil jet 40. Then, the sub oil gallery 42 is supplied with oil from the main oil gallery 46 of the engine via the solenoid valve 44.
【0030】すなわち、電磁弁44がオンにされると、
サブオイルギャラリ42とメインオイルギャラリ46と
が連通し、オイルジェット40からピストンオイルギャ
ラリ12bに向けてオイルが噴射され、そのオイルがピ
ストン12から熱を奪うことにより、ピストン12が冷
却される。That is, when the solenoid valve 44 is turned on,
The sub oil gallery 42 and the main oil gallery 46 communicate with each other, the oil is jetted from the oil jet 40 toward the piston oil gallery 12b, and the oil removes heat from the piston 12, whereby the piston 12 is cooled.
【0031】一方、電磁弁44がオフにされると、サブ
オイルギャラリ42とメインオイルギャラリ46との接
続が遮断され、オイルジェット40からピストンオイル
ギャラリ12bに向けてのオイル噴射が停止されること
により、ピストン12が非冷却状態すなわち断熱状態と
される。On the other hand, when the solenoid valve 44 is turned off, the connection between the sub oil gallery 42 and the main oil gallery 46 is cut off, and the oil injection from the oil jet 40 to the piston oil gallery 12b is stopped. As a result, the piston 12 is brought into an uncooled state, that is, an adiabatic state.
【0032】電子制御装置(ECU)50は、燃料噴射
制御、点火時期制御等に加え、機関運転状態に基づいて
電磁弁44のオン/オフ制御、すなわち電磁弁44内の
コイルへの通電のオン/オフ制御を実行するマイクロコ
ンピュータシステムである。The electronic control unit (ECU) 50 controls ON / OFF of the solenoid valve 44 based on the engine operating state in addition to fuel injection control, ignition timing control, etc., that is, turns on the power supply to the coil in the solenoid valve 44. It is a microcomputer system that executes on / off control.
【0033】図2は、ピストン温度の制御マップの一例
を示す図であり、横軸は機関回転速度、縦軸は機関負荷
を示す。機関負荷としては、例えば、現在のアクセル開
度が全開時に対してどれだけの割合であるかを百分率と
して示す数値である負荷率が使用される。FIG. 2 is a diagram showing an example of a piston temperature control map, where the horizontal axis represents the engine rotation speed and the vertical axis represents the engine load. As the engine load, for example, a load factor, which is a numerical value indicating a percentage of the current accelerator opening degree with respect to the fully opened state, is used.
【0034】この図に示されるように、境界線Lを境
に、低負荷低速回転の領域は、圧縮行程噴射による成層
燃焼運転が行われる領域に対応しており、オイルジェッ
ト40からピストンオイルギャラリ12bに向けてのオ
イル噴射が停止される非冷却領域(断熱領域)とされ
る。As shown in this figure, the low-load low-speed rotation region on the boundary line L corresponds to the region where the stratified charge combustion operation is performed by the compression stroke injection, and from the oil jet 40 to the piston oil gallery. It is a non-cooling region (heat insulating region) where the oil injection toward 12b is stopped.
【0035】一方、境界線Lを境に、高負荷高速回転の
領域は、吸気行程噴射による均質燃焼運転が行われる領
域に対応しており、オイルジェット40からピストンオ
イルギャラリ12bに向けてのオイル噴射が実行される
冷却領域とされる。On the other hand, the region of high-load and high-speed rotation on the boundary line L corresponds to the region where the homogeneous combustion operation is performed by the intake stroke injection, and the oil from the oil jet 40 toward the piston oil gallery 12b. The cooling region is where the injection is performed.
【0036】さて、前述のように、本発明は、負荷の増
減に伴ってピストンの非冷却状態と冷却状態との切り換
えが生ずる過渡時にあっても、燃焼の悪化を生ずること
のないように制御することを目的としており、かかる過
渡時には、オイルの供給と停止のみを利用してピストン
を中間的な冷却状態とすることで当該目的を達成する。
最初に、オイル供給の実行状態と停止状態との切り換え
を遅延することにより、かかる中間的な冷却状態を実現
する実施形態について説明する。As described above, according to the present invention, the control is performed so that the deterioration of combustion does not occur even in the transitional period when the switching between the uncooled state and the cooled state of the piston occurs as the load increases and decreases. At the time of such a transition, the objective is achieved by putting the piston into an intermediate cooling state using only the supply and stop of oil.
First, an embodiment in which such an intermediate cooling state is realized by delaying the switching between the execution state and the stop state of the oil supply will be described.
【0037】図3は、ECU50において実行されるピ
ストン温度制御ルーチンの処理手順を示すフローチャー
トである。このルーチンは、ECU50において一定周
期で実行される。まず、ステップ102では、現在の機
関運転状態として回転速度及び負荷が検出される。FIG. 3 is a flow chart showing a processing procedure of a piston temperature control routine executed by the ECU 50. This routine is executed in the ECU 50 at regular intervals. First, at step 102, the rotational speed and the load are detected as the current engine operating state.
【0038】次いで、ステップ104では、前回の本ル
ーチンの走行において機関運転状態が図2の非冷却領域
にあったか否かが判定される。前回、非冷却領域にあっ
たと判定される場合には、ステップ106に進み、今
回、機関運転状態が非冷却領域にあるか否かが判定され
る。Next, at step 104, it is judged if the engine operating state was in the non-cooling region of FIG. 2 in the previous running of this routine. When it is determined that it was in the non-cooling region last time, the routine proceeds to step 106, and it is determined whether or not the engine operating state is in the non-cooling region this time.
【0039】ステップ106において今回は非冷却領域
にない、即ち冷却領域にあると判定される場合には、非
冷却領域から冷却領域への遷移が起こったこととなるた
め、ステップ108に進み、オイル供給の停止状態から
実行状態への遅延時間が所定の冷却遅延タイマーにセッ
トされる。この冷却遅延タイマーは、一定の時間がセッ
トされると零になるまで自動的にデクリメントされてい
くダウンカウンタとして構成されるタイマーである。If it is determined in step 106 that the current time is not in the non-cooling region, that is, in the cooling region, it means that the transition from the non-cooling region to the cooling region has occurred. The delay time from the supply stop state to the execution state is set to a predetermined cooling delay timer. This cooling delay timer is a timer configured as a down counter that is automatically decremented until it becomes zero when a fixed time is set.
【0040】この冷却遅延タイマーにセットされるべき
時間を定めたマップの一例が図4に示される。この図に
示されるように、冷却遅延時間は、機関負荷の増加割合
に応じて定められ、ある一定の負荷増加割合ΔE1まで
は0であるが、その後、負荷増加割合がΔE2、ΔE3、
ΔE4と増大するにつれて、10秒、20秒、30秒と
増大せしめられる。なお、単に、一定時間(例えば、3
0秒)として設定してもよい。An example of a map defining the time to be set in this cooling delay timer is shown in FIG. As shown in this figure, the cooling delay time is determined according to the increasing rate of the engine load, and is 0 up to a certain load increasing rate ΔE 1 , but thereafter the load increasing rates are ΔE 2 and ΔE 3 ,
As ΔE 4 is increased, it is increased to 10 seconds, 20 seconds, and 30 seconds. In addition, simply for a certain period of time (for example, 3
It may be set as 0 second).
【0041】図3に戻り、ステップ104において、前
回、非冷却領域になかった、即ち冷却領域にあったと判
定される場合には、ステップ110に進み、ステップ1
06と同様に、今回、機関運転状態が非冷却領域にある
か否かが判定される。Returning to FIG. 3, if it is determined in step 104 that the previous time was not in the non-cooling region, that is, in the cooling region, the process proceeds to step 110 and step 1
Similar to 06, it is determined this time whether the engine operating state is in the non-cooling region.
【0042】ステップ110において今回は非冷却領域
にあると判定される場合には、冷却領域から非冷却領域
への遷移が起こったこととなるため、ステップ112に
進み、オイル供給の実行状態から停止状態への遅延時間
が所定の非冷却遅延タイマーにセットされる。この非冷
却遅延タイマーは、前述の冷却遅延タイマーと同様に構
成され、そのタイマーにセットされるべき非冷却遅延時
間は、機関負荷の減少割合に応じて定められる。If it is determined in step 110 that the current time is in the non-cooling region, it means that the transition from the cooling region to the non-cooling region has occurred, so the routine proceeds to step 112, where the oil supply execution state is stopped. The delay time to state is set to a predetermined uncooled delay timer. This non-cooling delay timer is configured similarly to the above-mentioned cooling delay timer, and the non-cooling delay time to be set in the timer is determined according to the reduction rate of the engine load.
【0043】ステップ106において前回に引き続き今
回も非冷却領域にあると判定される場合、又はステップ
112の実行後には、ステップ114に進み、非冷却遅
延タイマーの値が0であるか否かが判定される。タイマ
ー値が0である場合には、ステップ118に進み、オイ
ル噴射の停止状態とされる。一方、タイマー値が0でな
い場合には、ステップ120に進み、オイル噴射の実行
状態とされる。When it is determined in step 106 that the current state is in the non-cooling region as well as the previous time, or after execution of step 112, the process proceeds to step 114, and it is determined whether or not the value of the non-cooling delay timer is 0. To be done. If the timer value is 0, the routine proceeds to step 118, where the oil injection is stopped. On the other hand, when the timer value is not 0, the routine proceeds to step 120, where the oil injection is executed.
【0044】また、ステップ110において前回に引き
続き今回も冷却領域にあると判定される場合、又はステ
ップ108の実行後には、ステップ116に進み、冷却
遅延タイマーの値が0であるか否かが判定される。タイ
マー値が0である場合には、ステップ120に進み、オ
イル噴射の実行状態とされる。一方、タイマー値が0で
ない場合には、ステップ118に進み、オイル噴射の停
止状態とされる。Further, when it is determined in step 110 that the current time is in the cooling region as well as the previous time, or after execution of step 108, the process proceeds to step 116, and it is determined whether the value of the cooling delay timer is 0 or not. To be done. If the timer value is 0, the routine proceeds to step 120, where the oil injection is executed. On the other hand, when the timer value is not 0, the routine proceeds to step 118, where the oil injection is stopped.
【0045】ステップ118又は120の実行後、本ル
ーチンは終了する。このような図3に示す制御によれ
ば、例えば、負荷の急増により非冷却領域(断熱領域)
から冷却領域への遷移が起こった場合には、図5に示さ
れるように、オイル噴射により実際にピストンの冷却が
開始されるのが一定時間だけ遅延せしめられることとな
る。After the execution of step 118 or 120, this routine ends. According to such control shown in FIG. 3, for example, a non-cooling region (adiabatic region) due to a sudden increase in load.
When the transition from the to the cooling region occurs, as shown in FIG. 5, the actual cooling of the piston by the oil injection is delayed by a fixed time.
【0046】なお、図2に示される制御マップに代え
て、図6に示されるような制御マップが使用される場合
もある。この図において、境界線Lを境に、低負荷低速
回転の領域は、圧縮行程噴射による成層燃焼運転が行わ
れる領域に対応している。一方、境界線Lを境に、高負
荷高速回転の領域は、吸気行程噴射による均質燃焼運転
が行われる領域に対応している。In some cases, the control map shown in FIG. 6 may be used instead of the control map shown in FIG. In this figure, the low-load low-speed rotation region on the boundary line L corresponds to the region where the stratified charge combustion operation by compression stroke injection is performed. On the other hand, the region of high load and high speed rotation on the boundary line L corresponds to the region where the homogeneous combustion operation by the intake stroke injection is performed.
【0047】そして、成層燃焼領域内の低負荷低速回転
側R1は、非冷却領域とされる一方、成層燃焼領域内の
高負荷高速回転側R2は、冷却領域とされる。また、均
質燃焼領域内の低負荷低速回転側R3は、非冷却領域と
される一方、均質燃焼領域内の高負荷高速回転側R4
は、冷却領域とされる。The low-load low-speed rotation side R1 in the stratified combustion region is a non-cooling region, while the high-load high-speed rotation side R2 in the stratified combustion region is a cooling region. The low-load low-speed rotation side R3 in the homogeneous combustion region is a non-cooling region, while the high-load high-speed rotation side R4 in the homogeneous combustion region is
Is a cooling region.
【0048】このように非冷却領域や冷却領域がそれぞ
れ複数の領域から構成される場合には、図3のステップ
108やステップ112において遅延時間を決定するに
際し、どの非冷却領域からどの冷却領域への移行である
か、又はどの冷却領域からどの非冷却領域への移行であ
るかに応じて、遅延時間を定めることができる。When the non-cooling area and the cooling area are each composed of a plurality of areas in this way, which non-cooling area is changed to which cooling area when the delay time is determined in step 108 and step 112 of FIG. The delay time can be determined depending on which of the cooling regions or the non-cooling region.
【0049】次に、間欠的にオイル供給を行わせること
により、中間的な冷却状態を実現する実施形態について
説明する。この実施形態においては、例えば、図7に示
されるピストン温度制御マップが使用される。図2の制
御マップと同様に、図7の制御マップにおいても、境界
線Lを境に、低負荷低速回転の領域は、圧縮行程噴射に
よる成層燃焼運転が行われる領域に対応しており、オイ
ル噴射が停止される非冷却領域(断熱領域)とされる一
方、境界線Lを境に、高負荷高速回転の領域は、吸気行
程噴射による均質燃焼運転が行われる領域に対応してお
り、オイル噴射が実行される冷却領域とされる。Next, an embodiment in which an intermediate cooling state is realized by intermittently supplying oil will be described. In this embodiment, for example, the piston temperature control map shown in FIG. 7 is used. Similar to the control map of FIG. 2, in the control map of FIG. 7 as well, the region of low-load low-speed rotation with the boundary line L as a boundary corresponds to the region in which the stratified charge combustion operation is performed by the compression stroke injection. While the injection is stopped in a non-cooling region (adiabatic region), the region of high-load high-speed rotation with the boundary line L as a boundary corresponds to a region in which homogeneous combustion operation by intake stroke injection is performed. The cooling region is where the injection is performed.
【0050】ただし、この実施形態においては、図7に
示されるように、境界線Lをほぼ中央付近に含む帯状の
領域が中間領域として定義される。そして、この中間領
域にあっては、間欠的にオイル噴射が行われる。すなわ
ち、図8に示されるように、電磁弁44がオフにされて
オイルジェット40からのオイル噴射が停止される時間
と、電磁弁44がオンにされてオイルジェット40から
のオイル噴射が実行される時間とが交互に繰り返され
る。なお、このようなオン/オフ繰り返し制御における
オン時間及びオフ時間は、電磁弁44の制御応答遅れを
考慮して、数秒単位に設定される。However, in this embodiment, as shown in FIG. 7, a strip-shaped region including the boundary line L near the center is defined as the intermediate region. Then, in this intermediate region, oil injection is intermittently performed. That is, as shown in FIG. 8, the solenoid valve 44 is turned off and the oil injection from the oil jet 40 is stopped, and the solenoid valve 44 is turned on to perform the oil injection from the oil jet 40. And the time is repeated alternately. The on-time and the off-time in such on / off repetitive control are set in units of several seconds in consideration of the control response delay of the solenoid valve 44.
【0051】図9は、図7の制御マップを用いたピスト
ン温度制御の手順を示すフローチャートである。このル
ーチンは、一定時間周期で実行される。まず、ステップ
202では、機関運転状態として現在の回転速度及び負
荷が検出される。FIG. 9 is a flow chart showing the procedure of piston temperature control using the control map of FIG. This routine is executed at fixed time intervals. First, at step 202, the present rotational speed and load are detected as the engine operating state.
【0052】次いで、ステップ204では、検出された
機関運転状態と図7に示されるマップとから、現在の機
関運転状態が中間領域を除く非冷却領域に属するか否か
が判定される。Next, at step 204, it is judged from the detected engine operating state and the map shown in FIG. 7 whether the current engine operating state belongs to the non-cooling region excluding the intermediate region.
【0053】現在の機関運転状態が中間領域を除く非冷
却領域に属すると判定された場合には、ステップ206
に進み、オイル噴射の停止状態とされる。When it is determined that the current engine operating state belongs to the non-cooling region excluding the intermediate region, step 206
Then, the oil injection is stopped.
【0054】一方、現在の機関運転状態が中間領域を除
く非冷却領域には属しないと判定された場合には、ステ
ップ208に進み、現在の機関運転状態が、図7に示さ
れる中間領域に属するか否かが判定される。On the other hand, if it is determined that the current engine operating state does not belong to the non-cooling region except the intermediate region, the routine proceeds to step 208, where the current engine operating state is in the intermediate region shown in FIG. It is determined whether or not they belong.
【0055】ステップ208で中間領域にあると判定さ
れた場合には、ステップ210に進み、前述したオイル
の間欠噴射が実行される。If it is determined in step 208 that the region is in the intermediate region, the process proceeds to step 210, and the intermittent injection of oil described above is executed.
【0056】一方、ステップ208で中間領域にないと
判定された場合には、結果的に、中間領域を除く冷却領
域にあることとなるため、ステップ212に進み、オイ
ルの連続的な噴射が実行される。On the other hand, if it is determined in step 208 that the temperature is not in the intermediate region, it means that the temperature is in the cooling region excluding the intermediate region. Therefore, the process proceeds to step 212 and continuous oil injection is executed. To be done.
【0057】図10は、回転速度を一定として負荷とピ
ストン温度との関係を、上述の中間領域に基づく制御
(オン/オフ繰り返し制御)を実施する場合と実施しな
い場合とについて示す特性図である。この図に示される
ように、中間領域に基づく制御を実施しない場合には、
非冷却領域と冷却領域との切り換え点においてピストン
温度の段差が生ずるのに対し、中間領域に基づく制御を
実施する場合には、かかる段差が生ずることがなく、そ
の後、どちらの領域に移行したとしても、速やかに所望
のピストン温度へと変化することとなる。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the load and the piston temperature at a constant rotation speed when the control based on the intermediate region (on / off repetitive control) is carried out and not carried out. . As shown in this figure, when the control based on the intermediate region is not performed,
While there is a step difference in piston temperature at the switching point between the non-cooling area and the cooling area, when performing control based on the intermediate area, there is no such step difference, and it is assumed that the area is changed to either one after that. Also, the temperature of the piston changes to a desired value immediately.
【0058】なお、図7に示される中間領域は、過渡状
態における一時的な領域となることを前提としており、
その中間領域では、常にオイルの間欠噴射が行われるこ
ととなるが、その中間領域に一定時間以上留まるときに
は、本来の非冷却領域に属するか又は冷却領域に属する
かを判断して、制御するようにしてもよい。すなわち、
中間領域において所定時間だけ間欠噴射がされるように
してもよい。The intermediate region shown in FIG. 7 is premised to be a temporary region in a transient state,
In the intermediate region, intermittent injection of oil is always performed. However, when the oil remains in the intermediate region for a certain time or longer, it is determined whether it belongs to the original non-cooling region or the cooling region and control is performed. You may That is,
The intermittent injection may be performed for a predetermined time in the intermediate region.
【0059】また、図7に示される中間領域に代えて、
以下のように中間領域を設けてもよい。すなわち、機関
負荷が増加して非冷却領域から冷却領域へと移行する場
合にあっては、図11(A)に示されるように、定常時
の冷却領域に一時的に中間領域が設けられるようにす
る。そうすることにより、その中間領域に一定時間以
上、留まる場合には、オイル間欠噴射からオイル連続噴
射へと制御状態を移行させることができる。Further, instead of the intermediate region shown in FIG. 7,
The intermediate region may be provided as follows. That is, in the case where the engine load increases and shifts from the non-cooling region to the cooling region, as shown in FIG. 11 (A), the cooling region in the steady state is temporarily provided with the intermediate region. To By doing so, in the case of staying in the intermediate region for a certain time or longer, the control state can be shifted from the intermittent oil injection to the oil continuous injection.
【0060】また、機関負荷が減少して冷却領域から非
冷却領域へと移行する場合にあっては、図11(B)に
示されるように、定常時の非冷却領域に一時的に中間領
域が設けられるようにする。そうすることにより、その
中間領域に一定時間以上、留まる場合には、オイル間欠
噴射からオイル噴射停止状態へと制御状態を移行させる
ことができる。In the case where the engine load decreases and the cooling region shifts to the non-cooling region, as shown in FIG. To be provided. By doing so, in the case of staying in the intermediate region for a certain time or more, the control state can be shifted from the intermittent oil injection to the oil injection stopped state.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピストンの温度を制御するオイルジェットを備えた内燃
機関において、負荷の増減に伴ってピストンの非冷却状
態と冷却状態との切り換えが生ずる過渡時にあっても、
燃焼の悪化を生ずることがなく、しかも迅速に次の定常
状態へと移行可能なように制御することが可能となる。As described above, according to the present invention,
In an internal combustion engine equipped with an oil jet that controls the temperature of the piston, even when there is a transition during which switching between the uncooled state and the cooled state of the piston occurs as the load increases or decreases,
It is possible to perform control so that the deterioration of combustion does not occur and the state can be rapidly shifted to the next steady state.
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン
温度制御装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a piston temperature control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
【図2】ピストン温度の制御マップの一例を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an example of a control map of piston temperature.
【図3】ECUにおいて実行されるピストン温度制御ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a piston temperature control routine executed in the ECU.
【図4】負荷増加割合に応じて冷却遅延時間を定めたマ
ップを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a map in which a cooling delay time is determined according to a load increase rate.
【図5】非冷却状態から冷却状態への切り換えの遅延を
説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a delay in switching from an uncooled state to a cooled state.
【図6】ピストン温度制御マップの他の例を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing another example of a piston temperature control map.
【図7】ピストン温度制御マップの更に他の例を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing still another example of a piston temperature control map.
【図8】中間領域におけるオイル間欠噴射を説明するた
めのタイムチャートである。FIG. 8 is a time chart for explaining oil intermittent injection in an intermediate region.
【図9】他の実施形態に係るピストン温度制御ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of a piston temperature control routine according to another embodiment.
【図10】回転速度を一定として負荷とピストン温度と
の関係を、中間領域に基づく制御を実施する場合と実施
しない場合とについて示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a load and a piston temperature at a constant rotation speed, with and without performing control based on an intermediate region.
【図11】中間領域の他の設定例について説明するため
の図である。FIG. 11 is a diagram for explaining another setting example of the intermediate area.
10…気筒 12…ピストン 12a…キャビティ 12b…ピストンオイルギャラリ 14…コネクティングロッド 16…インジェクタ 18…吸気通路 20…吸気ポート 22…吸気バルブ 24…スパークプラグ 26…排気バルブ 28…排気ポート 30…排気通路 40…オイルジェット 42…サブオイルギャラリ 44…電磁弁 46…メインオイルギャラリ 50…電子制御装置(ECU) 10 ... cylinder 12 ... Piston 12a ... cavity 12b ... Piston oil gallery 14 ... Connecting rod 16 ... Injector 18 ... Intake passage 20 ... Intake port 22 ... Intake valve 24 ... Spark plug 26 ... Exhaust valve 28 ... Exhaust port 30 ... Exhaust passage 40 ... Oil jet 42 ... Sub oil gallery 44 ... Solenoid valve 46 ... Main oil gallery 50 ... Electronic control unit (ECU)
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 310 F02D 45/00 310H (72)発明者 羽島 孝志 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 内田 大輔 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G013 BA02 BB32 BC03 BD02 CA06 EA02 EA03 3G084 BA31 CA03 CA04 DA28 EB08 EC01 FA18 FA33 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 45/00 310 F02D 45/00 310H (72) Inventor Takashi Hajima Toyota Town, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Daisuke Uchida 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F Term (reference) 3G013 BA02 BB32 BC03 BD02 CA06 EA02 EA03 3G084 BA31 CA03 CA04 DA28 EB08 EC01 FA18 FA33
Claims (8)
ットを備えた内燃機関においてピストンの温度を制御す
る装置であって、機関負荷の増減に伴ってピストン非冷
却状態とピストン冷却状態との切り換えが生じる過渡時
に、該オイルジェットによるオイルの供給と停止のみを
利用してピストンを中間的な冷却状態とする冷却状態制
御手段を設けたことを特徴とする、内燃機関のピストン
温度制御装置。1. An apparatus for controlling the temperature of a piston in an internal combustion engine equipped with an oil jet for supplying oil to the piston, wherein switching between a piston uncooled state and a piston cooled state occurs as the engine load increases and decreases. A piston temperature control device for an internal combustion engine, comprising a cooling state control means for bringing a piston into an intermediate cooling state by utilizing only the supply and stop of oil by the oil jet during a transition.
実行状態と停止状態との切り換えを遅延する手段であ
る、請求項1に記載の内燃機関のピストン温度制御装
置。2. The piston temperature control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cooling state control means is a means for delaying switching between the execution state and the stop state of oil supply.
ル供給を行わせる手段である、請求項1に記載の内燃機
関のピストン温度制御装置。3. The piston temperature control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cooling state control means is means for intermittently supplying oil.
する非冷却領域と高負荷に対応する冷却領域との境界近
傍に設けられた中間領域において作動する、請求項3に
記載の内燃機関のピストン温度制御装置。4. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the cooling state control means operates in an intermediate region provided near a boundary between a non-cooling region corresponding to a low load and a cooling region corresponding to a high load. Piston temperature controller.
は該冷却領域に一時的に設けられ、負荷が減少する場合
には該非冷却領域に一時的に設けられる、請求項4に記
載の内燃機関のピストン温度制御装置。5. The intermediate region according to claim 4, wherein when the load increases, the intermediate region is temporarily provided in the cooling region, and when the load decreases, the intermediate region is temporarily provided in the non-cooling region. Piston temperature control device for internal combustion engine.
時に所定時間作動する、請求項3に記載の内燃機関のピ
ストン温度制御装置。6. The piston temperature control device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the cooling state control means operates for a predetermined time during a switching transition.
所定の増減割合以上であることに基づいて作動する、請
求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の内燃機
関のピストン温度制御装置。7. The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cooling state control means operates based on a change in load being equal to or greater than a predetermined increase / decrease rate. Temperature control device.
と均質燃焼運転とが可能であり、前記冷却状態制御手段
は、非冷却状態と冷却状態との切り換え及び成層燃焼と
均質燃焼との切り換えの両方が同時に生ずることに基づ
いて作動する、請求項7に記載の内燃機関のピストン温
度制御装置。8. The internal combustion engine is capable of at least a stratified combustion operation and a homogeneous combustion operation, and the cooling state control means switches between an uncooled state and a cooled state and a switching between stratified combustion and homogeneous combustion. 9. The piston temperature control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the piston temperature control apparatus operates on the basis of simultaneous occurrences of.
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