JP2008038705A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でオイルジェットの動作不良を判定することでピストンの過冷却を防止し、確実に未燃焼ＨＣ排出量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】シリンダボア２を往復移動可能なピストン３と、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室４と、ピストン３に向けて冷却用のオイルを噴射可能なオイル噴射口２０ａとオイルをオイル噴射口２０ａに供給する供給流路２１を開閉可能な開閉手段２２を有するオイル噴射手段２０と、内燃機関１の運転状況に応じて開閉手段２２を制御する開閉制御手段３４と、内燃機関１の回転速度を検出する回転速度検出手段２３と、内燃機関１の始動時に開閉制御手段３４が開閉手段２２を制御して供給流路２１を閉止した際に回転速度が低下した場合に開閉手段２２を故障と判定する故障判定手段３５とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ピストンに向けて冷却用のオイルを噴射するオイル噴射手段を有する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来から、乗用車、トラックなどの車両に搭載される内燃機関として、シリンダボアを往復移動可能なピストンと、このピストンの裏面にオイルを噴射するオイルジェットを備える内燃機関がある。このオイルジェットは、燃焼ガスにさらされ熱負荷が高くなるピストンの裏面にオイルを噴射することで、このピストンを冷却し、これにより、高負荷運転時での異常燃焼を防止しノッキングの抑制を図っている。ところが、冷間始動時ではピストンを含む燃焼室の温度が低く、これにより、燃料噴霧の微粒化が悪く、燃焼も悪い。このとき、上述のようにピストンの裏面にオイルを噴射するとピストンが過剰に冷却され、燃料噴霧の微粒化及び燃焼の悪化をさらに助長し、その結果、未燃焼炭化水素（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ)の排出量が増加する可能性がある。

この問題に対し、例えば、特許文献１に記載の筒内直噴式火花点火エンジンは、ピストンの冷却を行うオイルを供給するオイルジェットを備え、低負荷低速回転時にこのオイルジェットを停止することで燃料噴霧の微粒化の促進を図っており、また、例えば、特許文献２に記載の内燃機関のピストン冷却装置は、ピストンの下面側へ向けて潤滑油を噴射するオイルジェット機構を備え、排気系の触媒温度が触媒活性化温度以下のときは、このオイルジェット機構を停止して未燃焼ＨＣを低減しており、すなわち、冷間始動時の低負荷時にオイルジェット機構を停止することで、ピストンの冷却を抑制して、未燃焼ＨＣ排出量の低減を図っている。

ところで、近年、厳しさを増す排出ガス法規制を受けて、このような内燃機関において車載式故障診断装置（ＯＢＤ：Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）が注目されている。車載式故障診断装置とは、車両自身が排出ガス対策装置の異常を検知・監視し、異常発生時には警報表示して運転車に知らせるとともに、その故障内容を記憶保持する装置である。そして、オイルジェットを備える内燃機関では、オイルジェット停止要求中にこのオイルジェットが故障し、オイルの噴射を停止できない場合、上述のようにピストンが過剰に冷却され、燃料噴霧の微粒化及び燃焼の悪化をさらに助長し、その結果、未燃焼ＨＣやＰＭの排出量が増加してしまうので、このオイルジェットの故障診断は上記排出ガス法規制の観点から極めて重要である。

このようなオイルジェットの故障を診断する内燃機関の制御装置として、例えば、特許文献３に記載のエンジン制御装置は、オイルジェットの動作不良を検出するためにオイルポンプとオイルジェットとの間に設けられるオイル圧センサと、オイルジェットのチェック弁が開弁されノズルからオイルが噴射されているか否かを検出するオン／オフセンサを備えている。そして、このオイル圧センサが検出するオイルの圧力が設定圧力よりも高い場合において、オン／オフセンサがノズルからのオイルの噴射を検出していない場合にオイルジェットが動作不良であると判定される。すなわち、オイル圧が設定圧力よりも高ければ、本来ならばチェック弁が開弁してノズルからオイルが噴射されているはずであるにもかかわらず、実際にはオイルが噴射されておらず、よって、オイルジェットのチェック弁の故障が判定される。

特開平１０−６８３１９号公報 特開平６−４２３４６号公報 特開２００２−８９３１０号公報

しかしながら、上述した特許文献３に記載されているエンジン制御装置では、オイルジェットの故障判定の実現には、オイル圧センサと、オン／オフセンサが必須な構成となっており、これにより、エンジン制御装置の構成が複雑になると共に製造コストが増加することから、より簡易な構成でオイルジェットの動作不良の判定が可能な構成が望まれていた。

そこで本発明は、簡易な構成でオイルジェットの動作不良を判定することでピストンの過冷却を防止し、確実に未燃焼ＨＣ排出量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の制御装置は、シリンダボアを往復移動可能なピストンと、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記ピストンに向けて冷却用のオイルを噴射可能なオイル噴射口と前記オイルを前記オイル噴射口に供給する供給流路を開閉可能な開閉手段を有するオイル噴射手段と、内燃機関の運転状況に応じて前記開閉手段を制御する開閉制御手段と、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記内燃機関の始動時に前記開閉制御手段が前記開閉手段を制御して前記供給流路を閉止した際に前記回転速度が低下した場合に前記オイル噴射手段を故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記故障判定手段は、前記開閉制御手段が前記開閉手段を制御して前記供給流路を閉止した際に前記回転速度が低下した後、前記開閉手段を制御して前記供給流路を開放した際に前記回転速度が低下しない場合に前記開閉手段を故障と判定することを特徴とする。

請求項３に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段が検出した前記空燃比に基づいて前記オイル噴射手段による前記オイルの噴射量を推定するオイル噴射推定手段とを備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記燃料を噴射するインジェクタと、前記開閉手段が故障と判定された際に、前記オイル噴射推定手段により推定された前記オイルの噴射量に応じて前記インジェクタによる前記燃料の噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備えることを特徴とする。

請求項５に係る発明による内燃機関の制御装置では、シリンダボアを往復移動可能なピストンと、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記ピストンに向けて冷却用のオイルを噴射可能なオイル噴射口と前記オイルを前記オイル噴射口に供給する供給流路を開閉可能な開閉手段を有するオイル噴射手段と、内燃機関の運転状況に応じて前記開閉手段を制御する開閉制御手段と、前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記内燃機関の始動時に前記開閉制御手段が前記開閉手段を制御して前記供給流路を閉止した際に前記空燃比がリーンになった場合に前記オイル噴射手段を故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、故障判定手段によって内燃機関の始動時に開閉制御手段が開閉手段を制御して供給流路を閉止した際に回転速度が低下した場合にオイル噴射手段を故障と判定するので、簡易な構成でオイルジェットの動作不良を判定することでピストンの過冷却を防止し、確実に未燃焼ＨＣ排出量を低減することができる。

また、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、故障判定手段によって内燃機関の始動時に開閉制御手段が開閉手段を制御して供給流路を閉止した際に空燃比がリーンになった場合にオイル噴射手段を故障と判定するので、簡易な構成でオイルジェットの動作不良を判定することでピストンの過冷却を防止し、確実に未燃焼ＨＣ排出量を低減することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係るエンジンの模式的断面図、図２は、本発明の実施例１に係るエンジンのタイムチャート、図３は、本発明の実施例１に係るエンジンのオイルジェット動作正常時におけるタイムチャート、図４は、本発明の実施例１に係るエンジンのオイルジェット動作不良時におけるタイムチャート、図５は、本発明の実施例１に係るエンジンのオイル噴射量と空燃比との関係を示す線図、図６は、本発明の実施例１に係るエンジンの動作を説明するフローチャート、図７は、本発明の実施例１に係るエンジンの故障判定制御を説明するフローチャートである。本実施例１では本発明に係る内燃機関の制御装置を図１に示す内燃機関としてのエンジン１に適用して説明する。

図１に示すように、実施例１に係る内燃機関としてのエンジン１は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるエンジンであり、シリンダボア２に往復運動可能に設けられるピストン３が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。

このエンジン１は、シリンダボア２を往復移動可能なピストン３と、空気と燃料との混合気が燃焼可能であると共にピストン３の移動方向の一方側に設けられる燃焼室４と、ピストン３の移動方向の他方側に設けられるクランク室５を備える。ここで、ピストン３の移動方向は、円筒形状に形成されるシリンダボア２の軸線方向である。つまり、ピストン３を挟んでこのシリンダボア２の軸線方向の一方側に燃焼室４、他方側にクランク室５が設けられる。また、このエンジン１は、シリンダボア２、ピストン３、燃焼室４、クランク室５をそれぞれ複数備える。なお、以下の説明では、複数ある気筒のうちの１つについて説明する。

さらに、エンジン１は、燃焼室４に連通する吸気ポート６及び排気ポート７と、燃焼室４内に燃料を直接噴射することが可能なインジェクタ８と、燃焼室４の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ９と、ピストン３の往復運動に連動して回転可能なクランクシャフト１０を備える。さらに、エンジン１は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びクランクケース１３を備える。

シリンダヘッド１１は、シリンダブロック１２上に締結され、クランクケース１３は、シリンダブロック１２の下部に締結される。シリンダブロック１２は、内部に上述した円筒形状のシリンダボア２が形成される。このシリンダブロック１２は、複数のシリンダボア２を形成するボア壁面２ａと、複数のクランク室５を形成するクランク室壁面５ａを有し、このボア壁面２ａとクランク室壁面５ａとは、ボア壁面２ａの下端部、クランク室壁面５ａの上端部において連続している。

ピストン３は、このシリンダボア２に上下移動自在に嵌合する。クランク室５は、シリンダボア２に各々連通する。クランクケース１３は、内部に潤滑油（オイル）を貯留する。クランクシャフト１０は、複数のクランク室５を貫通して回転自在に支持される。上述のピストン３は、それぞれコネクティングロッド１４を介してこのクランクシャフト１０に連結される。また、クランクシャフト１０は、その軸周りにカウンタウェイト１５を有する。各ピストン３の往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン１の出力として取り出される。

燃焼室４は、ピストン３を挟んでクランク室５の反対側に設けられる。この燃焼室４は、複数のシリンダボア２に対応して複数形成され、シリンダヘッド１１の下面１１ａ、シリンダボア２のボア壁面２ａ及びピストン３の他方の端面である頂面３ａにより画成される。

この燃焼室４の上部、つまり、シリンダヘッド１１の下面１１ａに上述した吸気ポート６及び排気ポート７が各々２つずつ形成される。この吸気ポート６及び排気ポート７の開口には吸気弁１６及び排気弁１７が設けられる。この吸気弁１６及び排気弁１７は、吸気ポート６及び排気ポート７をそれぞれ開閉可能とし、吸気ポート６と燃焼室４、燃焼室４と排気ポート７とをそれぞれ連通することができる。吸気ポート６は、その吸気方向上流側に空気を導入する吸気通路（吸気管）１８が接続され、排気ポート７は、その排気方向下流側に排気ガスを排出する排気通路（排気管）１９が接続される。

インジェクタ８は、シリンダヘッド１１の吸気ポート６側に装着される。また、インジェクタ８は、先端をシリンダボア２の中心線に向けて上下方向に対して所定角度傾斜して設けられる。このインジェクタ８は、ピストン３の頂面３ａに向けて燃料噴霧を噴射する。点火プラグ９は、燃焼室４の天井部分、すなわち、シリンダヘッド１１の下面１１ａの吸気ポート６と排気ポート７の間に装着される。

さらに、このエンジン１は、ピストン３に向けて冷却用のオイルを噴射するオイル噴射手段としてのオイルジェット２０と、オイルをオイルジェット２０に供給する供給流路２１を備える。具体的には、このオイルジェット２０は、ピストン３に向けて冷却用のオイルを噴射可能なオイル噴射口としてのノズル２０ａと、オイルをノズル２０ａに供給する供給流路２１を開閉可能な開閉手段としての切替弁２２を有する。また、このエンジン１は、回転速度検出手段としてのクランク角センサ２３と、空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ２４と、エンジン１の各部を制御する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３０を備える。

オイルジェット２０は、ピストン３の移動方向の他方側、すなわち、クランク室５側に設けられる。さらに具体的には、オイルジェット２０は、ノズル２０ａがシリンダブロック１２におけるボア壁面２ａの下端部を貫通すると共に、このノズル２０ａの開口がピストン３の裏面３ｂ（頂面３ａとは反対側の面）の方向を向くように設けられる。供給流路２１は、一方の端部がオイルジェット２０のノズル２０ａに接続されると共に、他方の端部にオイルポンプ２５が接続される。オイルポンプ２５は、供給流路２１にオイルを圧送するものである。そして、切替弁２２は、この供給流路２１上のノズル２０ａとオイルポンプ２５との間に設けられる。

したがって、オイルポンプ２５により圧送される冷却用のオイルは、供給流路２１を通ってオイルジェット２０に供給され、ノズル２０ａを介してピストン３に向けて噴射可能となる。そして、この間、供給流路２１を開閉する開閉弁としての切替弁２２により、供給流路２１を流路面積が０となるように全閉とすることでオイルジェット２０によるオイルの噴射が停止され、供給流路２１を流路面積が最大となるように全開とすることで噴射が開始される。

ＥＣＵ３０は、処理部３１、記憶部３２及び入出力部３３を有し、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。入出力部３３にはエンジン１の各部を駆動する不図示の駆動回路、クランク角センサ２３、Ａ／Ｆセンサ２４等の各種センサが接続されており、入出力部３３は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部３２には、エンジン１を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部３２は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

また、処理部３１は、不図示のメモリ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により構成されており、エンジン１の運転状況に応じて切替弁２２を制御する開閉制御手段としての開閉制御部３４を有している。

当該エンジン１に設けられる切替弁２２の制御は、車両の各部に設けられたセンサによる検出結果に基づいて、処理部３１が前記コンピュータプログラムを当該処理部３１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて制御信号を送ることにより、切替弁２２を制御する。その際に処理部３１は、適宜記憶部３２へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように切替弁２２を有するエンジン１を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ３０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。

クランク角センサ２３は、エンジン１のクランクシャフト１０の回転速度を検出する。具体的には、クランク角センサ２３は、クランクシャフト１０の回転角度であるクランク角を検出し、ＥＣＵ３０に対してクランク角信号を出力する。ＥＣＵ３０は受信したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン１のエンジン回転数（ｒｐｍ）を算出する。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１０の回転速度に対応し、このクランクシャフト１０の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１０の回転数、エンジン回転数も高くなる。

Ａ／Ｆセンサ２４は、排気系としての排気通路１９に設けられる。このＡ／Ｆセンサ２４は、燃焼室４から排気ポート７に排気された排気ガスのうち、不図示の排気ガス浄化触媒に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、ＥＣＵ３０に出力するものである。なお、このＡ／Ｆセンサ２４により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ２４は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ３０にフィードバックすることにより燃焼室４での燃焼を運転状況に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。また、シリンダブロック１２にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ２６が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ３０に出力している。

このエンジン１では、ピストン３がシリンダボア２内を下降することで、吸気通路１８および吸気ポート６を介して燃焼室４内に空気が吸入され（吸気行程）、この空気とインジェクタ８から燃焼室４内へ噴射される燃料とが混合して混合気を形成する。そして、このピストン３が吸気行程下死点を経てシリンダボア２内を上昇することで混合気が圧縮され（圧縮行程）、ピストン３が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ９により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン３を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン３が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート７、排気通路１９を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン３のシリンダボア２内での往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン３は、カウンタウェイト１５、クランクシャフト１０が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１０の回転に伴ってシリンダボア２内を往復する。このクランクシャフト１０が２回転することで、ピストン３はシリンダボア２を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室４内で１回の爆発が行われる。

この間、オイルジェット２０は、ピストン３の裏面３ｂに向かってオイルを噴射することで、燃焼ガスにさらされ熱負荷が高くなるピストン３を冷却し、これにより、高負荷運転時での異常燃焼を防止しノッキングが抑制される。ここで、このエンジン１の冷えた状態からの冷間始動時ではピストン３の温度が低く筒内の温度も低い。これにより、燃料噴霧の微粒化の悪化、燃焼が悪化するおそれがある。このとき、上述のようにピストン３の裏面３ｂにオイルを噴射するとピストン３が過剰に冷却されてしまい、燃料噴霧の微粒化の悪化、燃焼の悪化をさらに助長し、その結果、未燃焼炭化水素（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ)の排出量が増加してしまうおそれがある。しかしながら、このエンジン１では、冷間始動においては開閉制御部３４が制御信号を送信して切替弁２２を制御し、供給流路２１を閉止してオイルジェット２０によるオイルの噴射を停止するので、ピストン３の熱がオイルによって過剰に冷却されることが抑制され、ピストン３の昇温がすばやく行われ、ピストン３の頂面３ａに付着した燃料の微粒化および気化が促進され、未燃焼炭化水素（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ)の排出量の低減することができる。

ところで、本実施例のようにピストン３を冷却するオイルジェット２０を備えるエンジン１では、オイルジェット２０の停止要求中にこのオイルジェット２０が故障し、オイルの噴射を停止できない場合、上述のようにピストン３が過剰に冷却されてしまい、燃料噴霧の微粒化の悪化、燃焼の悪化をさらに助長し、その結果、未燃焼ＨＣやＰＭの排出量が増加してしまうおそれがあるので、このオイルジェット２０の故障診断は排出ガス法規制の観点から極めて重要である。

そこで、このエンジン１は、始動時においてこのエンジン１の回転数に応じてオイルジェット２０の故障を判定する故障判定部３５を備えることで、簡易な構成でオイルジェット２０の動作不良の判定を行っている。ここで、オイルジェット２０の動作不良とは、オイルジェット２０によるオイルの噴射の開始・停止が開閉制御部３４から送信される制御信号に基づいて適切に行われない状態をいい、さらに具体的には、切替弁２２によるノズル２０ａへのオイルの供給開始・停止が開閉制御部３４から送信される制御信号に基づいて適切に行われない状態をいう。

具体的には、ＥＣＵ３０の処理部３１は、故障判定部３５を有し、この故障判定部３５は、エンジン１の始動時に開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際にエンジン１の回転数が低下した場合にこの切替弁２２を故障と判定する。

すなわち、開閉制御部３４が切替弁２２を閉位置に制御しオイルジェット２０のオイル噴射を停止する閉鎖信号を送信した場合、この切替弁２２が正常に作動し供給流路２１が全閉となれば、オイルジェット２０によるオイルの噴射が停止される。これにより、エンジン１の冷間始動時におけるエンジン回転数、オイルジェット２０の作動要求、ピストン３の温度の関係は、図２に実線で示すように、ピストン３の昇温がすばやく行われ、冷間始動時のアイドル回転数は一定に維持される。

ところが、開閉制御部３４が切替弁２２の駆動回路に閉鎖信号を送信したにもかかわらず、切替弁２２が正常に作動せず、供給流路２１が全閉とならなければ、オイルジェット２０によるオイルの噴射は停止されず、ピストン３がオイルによって冷却される。これにより、エンジン１の冷間始動時におけるエンジン回転数、オイルジェット２０の作動要求、ピストン３の温度の関係は、図２に点線で示すようにピストン３の昇温が遅くなり、ピストン３の頂面３ａに付着した燃料噴霧の微粒化及び燃焼が悪化し、結果的にエンジン回転数が低下する。したがって、故障判定部３５は、冷間始動時のアイドル中に、切替弁２２の駆動回路が開閉制御部３４から閉鎖信号を受信しているにもかかわらず、エンジン回転数が低下した場合、切替弁２２の故障の可能性が有ると判定することができる。

さらに、この故障判定部３５は、開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を開放した際にエンジン回転数が低下しない場合に切替弁２２を故障と判定する。これは、冷間始動時のアイドル中にエンジン回転数が低下した場合でも、このエンジン回転数の低下が他の構成の不具合に起因している可能性もあることから、エンジン回転数低下の原因がオイルジェット２０の動作不良に起因していることを確認するためである。すなわち、故障判定部３５は、エンジン１の始動時に開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際にエンジン１の回転数が低下した場合にこの切替弁２２の故障の可能性が有ると判定し、さらに、開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を開放した際にエンジン回転数が低下しない場合に切替弁２２を故障と判定する。

具体的には、上述したように切替弁２２の駆動回路が閉鎖信号を受信しているにもかかわらずエンジン回転数が低下している状態で、開閉制御部３４により切替弁２２を開位置に制御しオイルジェット２０のオイル噴射を開始する開放信号を送信し、その後再び閉鎖信号を送信する。このとき、エンジン回転数低下の原因が切替弁２２の故障によるものでなければ、この切替弁２２が正常に作動し、これにより、オイルジェット２０による実際のオイル噴射は、停止状態から噴射が開始されることで噴射状態となり、その後再び停止状態に移行することになる。すなわち、エンジン回転数、オイルジェット２０の作動要求、ピストン３の温度の関係は、図３に実線で示すように、オイルの噴射が開始されることで、ピストン３の温度が一旦低下しこれに伴って、燃料噴霧の微粒化及び燃焼が悪化することからエンジン回転数がさらに低下する。そして、オイルの噴射が停止されることで、ピストン３の温度が再び上昇しこれに伴って、燃料噴霧の微粒化及び燃焼も改善されエンジン回転数も上昇する。

一方、エンジン回転数低下の原因が切替弁２２の故障によるものであれば、オイルジェット２０による実際のオイル噴射は、切替弁２２の駆動回路が閉鎖信号を受信しているにもかかわらず、実際には切替弁２２の動作不良によりオイルの噴射を停止できていなかったことになる。すなわち、開閉制御部３４により切替弁２２を開位置に制御しオイルジェット２０のオイル噴射を開始する開放信号を送信し、再び閉鎖信号を送信しても、オイルの噴射は一貫して継続されているので、エンジン回転数、オイルジェット２０の作動要求、ピストン３の温度の関係は、図４に実線で示すように、ピストン３の温度が低下することがなくエンジン回転数も大きく変動しない。

つまり、故障判定部３５は、切替弁２２の駆動回路が閉鎖信号を受信している状態から、開閉制御部３４により開放信号を送信しこれに続いて再び閉鎖信号を送信することで一連の診断信号を送信した際に、エンジン回転数が変動するか否かに基づいて切替弁２２の故障を判断することができる。すなわち、故障判定部３５は、開閉制御部３４が切替弁２２の駆動回路に診断信号を送信しても、この診断信号に応じてエンジン回転数に変動がない場合に、エンジン回転数低下の原因が他の構成の不具合ではなく切替弁２２の動作不良に起因しており、よって、切替弁２２が故障していると判定する。

ここで、ＥＣＵ３０の処理部３１は、さらに、Ａ／Ｆセンサ２４が検出した空燃比に基づいてオイルジェット２０によるオイルの噴射量を推定するオイル噴射推定手段としてのオイル噴射推定部３６を有する。

切替弁２２の故障によりオイルの噴射が停止できない場合、上述したように、ピストン３の温度が十分に上昇せずピストン３の頂面３ａに付着した燃料噴霧の微粒化が悪化することから、図４に示すように、Ａ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比も変動しリーン側に振れる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比は、ピストン３の温度に応じて変動する。そして、このピストン３の温度は、オイルジェット２０によるオイルの噴射量に応じて変動することから、結果的に、Ａ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比は、このオイルジェット２０によるオイルの噴射量に応じて変動する。

Ａ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比は、図５に示すように、切替弁２２が正常に動作しオイルの噴射が完全に停止している場合に対して切替弁２２が正常に動作せずオイルが噴射されている場合の方がオイル流量に応じてリーン側に振れる。つまり、オイル噴射量と空燃比との関係は、オイル流量の増加に応じてピストン３の温度が低下し付着した燃料噴霧の微粒化が悪化して空燃比がリーン側に振れる関係となり、記憶部３２は、このオイル噴射量と空燃比との関係を示すマップをあらかじめ記憶している。そして、オイル噴射推定部３６は、記憶部３２からこのマップを読み出し、実際にＡ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比の正常時空燃比（ストイキ）からの変化量δ（図４参照）に基づいてオイルジェット２０によるオイルの噴射量を推定する。故障判定部３５は、オイル噴射推定部３６により推定されたオイルの噴射量に基づいて切替弁２２の故障の判定が可能となる。すなわち、故障判定部３５は、正常なオイルの噴射量に対して明らかに故障と判定できる上限・下限の閾値をとって、その領域内にオイル噴射推定部３６により推定されたオイルの噴射量がある場合に切替弁２２が故障していると判定する。これにより、例えば、多少流量が流れるような位置（半開位置）で切替弁２２が故障した場合でも切替弁２２の故障を判定することができ、さらに、誤差を低減し高精度に切替弁２２の故障を判定することができる。

また、ＥＣＵ３０の処理部３１は、切替弁２２が故障と判定された際に、オイル噴射推定部３６により推定されたオイルの噴射量に応じてインジェクタ８による燃焼室４への燃料の噴射量を補正する燃料噴射量補正手段としての燃料噴射量補正部３７を有する。

上述したように、切替弁２２が正常に動作せずオイルが噴射され続け、空燃比がリーン側に振れた状態で放置されると失火してしまうおそれがある。そこで、燃料噴射量補正部３７は、実際にＡ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比の正常時空燃比（ストイキ）からの変化量δ（図４参照）に応じて燃料噴射量を増量する制御信号をインジェクタ８の駆動回路に送信し、空燃比がストイキとなるようにインジェクタ８による燃料の噴射量を補正し、これにより、切替弁２２の故障時における失火を回避する。

次に図６を参照して、上記のように構成されるエンジン１の動作を説明する。以下の動作は、主としてＥＣＵ３０により実行される。まず、ＥＣＵ３０により水温センサ２６から送信されるエンジン冷却水温信号と、クランク角センサ２３から送信されるクランク角信号に応じたエンジン回転数に基づいてエンジン１が冷間始動時のアイドル中か否かが判断される（Ｓ１００）。具体的には、ＥＣＵ３０は水温センサ２６が検出したエンジン冷却水温信号を受信し、この冷却水温が所定温度以下であるか否かで冷間始動であるか否かを判定し、エンジン回転数があらかじめ設定されるアイドル回転数（例えば、６００ｒｐｍ程度）であるか否かでアイドル中であるか否かを判定する。冷却水温が所定温度以上、又は、エンジン回転数がアイドル回転数でなければ、冷間始動時のアイドル中ではないので（Ｓ１００：Ｎｏ）、そのまま終了する。なお、アイドル中か否かの判断は、不図示のアクセルポジションセンサの信号やシフトレバーセンサの信号等に基づいて行ってもよい。

エンジン１が冷間始動時のアイドル中である場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）には、開閉制御部３４により切替弁２２の駆動回路にオイルジェット２０の停止信号としての閉鎖信号を送信する（Ｓ１０２）。その後、ＥＣＵ３０によりアイドル状態から走行状態に移行したか否かが判断され（Ｓ１０４）、走行中であると判断された場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）には、そのまま終了する。走行中でない、すなわち、アイドル状態が継続されていると判断された場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）には、オイルジェット故障判定制御（Ｓ１０６）に移行する。

そして、故障判定部３５によりオイルジェット２０に故障があるか否かが判定され（Ｓ１０８）、故障がないと判断された場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）には、Ｓ１０４に戻って以降の処理を繰り返す。故障があると判断された場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）には、燃料噴射量補正部３７によりオイル噴射推定部３６が推定したオイルジェット２０のオイルの噴射量に応じて、すなわち、実際にＡ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比の正常時空燃比（ストイキ）からの変化量δ（図４参照）に応じて燃料噴射量を増量する制御信号をインジェクタ８の駆動回路に送信し、インジェクタ８の燃料の噴射量を補正する（Ｓ１１０）。その後、Ｓ１０４に戻って以降の処理を繰り返す。

次に、図７を参照して、Ｓ１０６のオイルジェット故障判定制御を説明する。まず、故障判定部３５により開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際にエンジン１の回転数が低下したか否かを判定する（Ｓ２００）。エンジン１の回転数が低下していないと判定された場合（Ｓ２００：Ｎｏ）には、オイルジェット２０の動作不良はないものとし、そのまま終了する。エンジン１の回転数が低下したと判定された場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）には、オイルジェット２０が動作不良を起こしている可能性があると判定し、開閉制御部３４により切替弁２２の駆動回路に開放信号を送信しこれに続いて再び閉鎖信号を送信することで一連の診断信号を送信する（Ｓ２０２）。そして、ＥＣＵ３０はこの診断信号に伴ったエンジン回転数の変化量、Ａ／Ｆセンサ２４が検出する空燃比の変化量δ（図４参照）を一旦記憶する（Ｓ２０４）。そして、オイル噴射推定部３６によりこの空燃比の変化量δに基づいてオイルジェット２０によるオイルの噴射量を推定し（Ｓ２０６）、終了する。故障判定部３５は、これらの処理に基づいて上述したＳ１０８のオイルジェット２０の動作不良の判断を行う。

以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１によれば、シリンダボア２を往復移動可能なピストン３と、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室４と、ピストン３に向けて冷却用のオイルを噴射可能なノズル２０ａとオイルをノズル２０ａに供給する供給流路２１を開閉可能な切替弁２２を有するオイルジェット２０と、エンジン１の運転状況に応じて開閉手段を制御する開閉制御部３４と、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２３と、エンジン１の始動時に開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際にエンジン回転数が低下した場合に切替弁２２を故障と判定する故障判定部３５を備える。

したがって、冷間始動時のアイドル中において開閉制御部３４が切替弁２２の駆動回路に閉鎖信号を送信したにもかかわらず、切替弁２２が正常に作動せず、供給流路２１が全閉とならなければ、オイルジェット２０によるオイルの噴射は停止されず、ピストン３がオイルによって冷却され、燃料噴霧の微粒化及び燃焼が悪化し、エンジン回転数が低下することから、故障判定部３５によってエンジン回転数が低下した場合に切替弁２２の故障の可能性が有ると判定されるので、冷間始動時においてエンジン回転数を監視するだけの簡易な構成でオイルジェット２０の動作不良を判定することでピストン３の過冷却を防止し、確実に未燃焼ＨＣ排出量を低減することができる。また、別途新たなセンサを設けることなく、既存のセンサから得られるパラメータによって故障を判定することができるので構造が複雑化せず、製造コストも抑えることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１によれば、故障判定部３５は、開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際に前記エンジン回転数が低下した後、切替弁２２を制御して供給流路２１を開放した際にエンジン回転数が低下しない場合に切替弁２２を故障と判定する。したがって、開閉制御部３４が切替弁２２の駆動回路に開放信号を送信してもこの開放信号に応じてエンジン回転数に変動がない場合に、故障判定部３５により切替弁２２の故障が判定され、エンジン回転数の低下が他の構成の不具合に起因している可能性が排除されるので、切替弁２２の故障判定の精度が向上する。

さらに、冷間始動時のアイドル中にエンジン回転数が低下し、故障判定部３５によって切替弁２２の故障の可能性が有ると判定された後に、開閉制御部３４により診断信号としての開放信号を送信するので、切替弁２２の動作確認を必要最小限に済ませることができ、これにより、エンジン回転数の低下が他の構成の不具合に起因していた場合のピストン温度の変動を最小限に抑えることができる。また、故障判定処理におけるオイルジェット２０によるオイルの噴射開始・停止も最小限に抑えることができるので、騒音等も極力抑えることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１によれば、エンジン１の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２４と、Ａ／Ｆセンサ２４が検出した空燃比に基づいてオイルジェット２０によるオイルの噴射量を推定するオイル噴射推定部３６を備える。したがって、Ａ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比はオイルジェット２０のオイルの噴射量に応じて変動することから、実際にＡ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比の正常時空燃比からの変化量δ（図４参照）に基づいてこのオイルジェット２０のオイルの噴射量を推定することができる。これにより、例えば、多少流量が流れるような位置（半開位置）で切替弁２２が故障した場合でも、故障判定部３５により切替弁２２の故障を判定することができ、さらに、誤差を低減し高精度に切替弁２２の故障を判定することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１によれば、燃料を噴射するインジェクタ８と、切替弁２２が故障と判定された際に、オイル噴射推定部３６により推定されたオイルの噴射量に応じてインジェクタ８による燃料の噴射量を補正する燃料噴射量補正部３７を備える。したがって、切替弁２２が正常に動作せずオイルが噴射され続けた場合でも、燃料噴射量補正部３７によりオイル噴射推定部３６が推定したオイルジェット２０のオイルの噴射量に応じて、すなわち、実際にＡ／Ｆセンサ２４により検出される空燃比の正常時空燃比からの変化量δに応じて燃料噴射量を増量する制御信号をインジェクタ８の駆動回路に送信し、インジェクタ８の燃料の噴射量を補正するので、空燃比がリーン側に振れた状態を補正することができ、切替弁２２の故障時における失火を回避することができる。

図８は、本発明の実施例２に係るエンジンの故障判定制御を説明するフローチャートである。実施例２に係るエンジンは、実施例１に係るエンジンと略同様の構成であるが、故障判定手段が空燃比に基づいて故障を判定する点で実施例１に係るエンジンとは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、実施例１と同一の図面を参照して構成を説明する。

この実施例２に係るエンジン２０１の故障判定手段としての故障判定部３５は、エンジン１の始動時に開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際に、Ａ／Ｆセンサ２４が検出する空燃比がリーン側に振れた場合に切替弁２２を故障と判定するように構成される。

上述したように、開閉制御部３４が切替弁２２の駆動回路に閉鎖信号を送信したにもかかわらず、切替弁２２が正常に作動せず、供給流路２１が全閉とならなければ、オイルジェット２０によるオイルの噴射は停止されず、ピストン３がオイルによって冷却される。そして、ピストン３の昇温が遅くなり、ピストン３の頂面３ａに付着した燃料噴霧の微粒化及び燃焼が悪化するので、Ａ／Ｆセンサ２４が検出する空燃比はリーン側に振れる。すなわち、実施例１の図７に示したＳ２００における故障判定部３５によるエンジン１の回転数が低下したか否かの判定に代えて、図８のＳ２１０に示すように、Ａ／Ｆセンサ２４が検出する空燃比がリーン側に振れたか否かを判定することで、オイルジェット２０の動作不良の可能性を判定することができる。

以上で説明した本発明の実施例２に係るエンジン２０１によれば、シリンダボア２を往復移動可能なピストン３と、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室４と、ピストン３に向けて冷却用のオイルを噴射可能なノズル２０ａとオイルをノズル２０ａに供給する供給流路２１を開閉可能な切替弁２２を有するオイルジェット２０と、エンジン１の運転状況に応じて開閉手段を制御する開閉制御部３４と、エンジン１の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２４と、エンジン１の始動時に開閉制御部３４が切替弁２２を制御して供給流路２１を閉止した際に空燃比がリーンになった場合に切替弁２２を故障と判定する故障判定部３５とを備える。

したがって、冷間始動時のアイドル中において開閉制御部３４が切替弁２２の駆動回路に閉鎖信号を送信したにもかかわらず、切替弁２２が正常に作動せず、供給流路２１が全閉とならなければ、オイルジェット２０によるオイルの噴射は停止されず、ピストン３がオイルによって冷却され、燃料噴霧の微粒化及び燃焼が悪化し、Ａ／Ｆセンサ２４によって検出される空燃比がリーン側に振れることから、故障判定部３５によってこの空燃比がリーン側に振れた場合に切替弁２２の故障の可能性が有ると判定されるので、冷間始動時において空燃比を監視するだけの簡易な構成でオイルジェット２０の動作不良を判定することでピストン３の過冷却を防止し、確実に未燃焼ＨＣ排出量を低減することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係るエンジンは、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、エンジン１、２０１は、直噴型エンジンとして説明したがポート噴射型のエンジンでもよい。以上の説明では、オイルをオイルジェット２０のノズル２０ａに供給する供給流路２１を開閉可能な開閉手段は切替弁２２であるものとして説明したが、電磁式のソレノイドを用い、このソレノイドにより供給流路２１を開閉するようにしてもよい。

また、以上の説明では、エンジン１、２０１の回転速度を検出する回転速度検出手段はクランク角センサ２３であるものとして説明したが他のセンサであってもよく、また、エンジン１、２０１の空燃比を検出する空燃比検出手段は、Ａ／Ｆセンサ２４であるものとして説明したが、排気系に設けたＯ²センサ等であってもよい。

また、以上の説明では、オイル噴射推定部３６は、Ａ／Ｆセンサ２４が検出した空燃比に基づいてオイルジェット２０によるオイルの噴射量を推定するものとして説明したが、クランク角センサ２３が検出するエンジン回転数に応じてオイルの噴射量を推定するように構成してもよい。この場合、図５に点線で示すように、エンジン回転数は、切替弁２２が正常に動作しオイルの噴射が完全に停止している場合に対して切替弁２２が正常に動作せずオイルが噴射されている場合の方がオイル流量に応じて低下する。

また、以上の説明では、切替弁２２が故障と判定された際に、オイル噴射推定部３６により推定されたオイルの噴射量に応じてインジェクタ８による燃料の噴射量を補正する燃料噴射量補正部３７を備えることで切替弁２２の故障時における失火を回避するものとして説明したが、燃料噴射量補正部３７に代えて、推定されたオイルの噴射量に応じてオイルポンプ２５を制御し、オイルジェット２０から噴射されるオイル噴射量自体を補正するオイル噴射量補正部を備えることでる失火を回避するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、簡易な構成でオイルジェットの動作不良を判定することでピストンの過冷却を防止し、確実にＨＣ排出量を低減することができるものであり、種々の内燃機関に用いて好適である。

本発明の実施例１に係るエンジンの模式的断面図である。 本発明の実施例１に係るエンジンのタイムチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンのオイルジェット動作正常時におけるタイムチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンのオイルジェット動作不良時におけるタイムチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンのオイル噴射量と空燃比との関係を示す線図である。 本発明の実施例１に係るエンジンの動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンの故障判定制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施例２に係るエンジンの故障判定制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１、２０１ エンジン
２ シリンダボア
３ ピストン
４ 燃焼室
５ クランク室
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
８ インジェクタ
９ 点火プラグ
１０ クランクシャフト
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１３ クランクケース
２０ オイルジェット（オイル噴射手段）
２０ａ ノズル（オイル噴射口）
２１ 供給流路
２２ 切替弁（開閉手段）
２３ クランク角センサ（回転速度検出手段）
２４ Ａ／Ｆセンサ（空燃比検出手段）
３０ ＥＣＵ
３１ 処理部
３２ 記憶部
３３ 入出力部
３４ 開閉制御部（開閉制御手段）
３５ 故障判定部（故障判定手段）
３６ オイル噴射推定部（オイル噴射推定手段）
３７ 燃料噴射量補正部（燃料噴射量補正手段）

Claims (5)

1. シリンダボアを往復移動可能なピストンと、
   空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、
   前記ピストンに向けて冷却用のオイルを噴射可能なオイル噴射口と、前記オイルを前記オイル噴射口に供給する供給流路を開閉可能な開閉手段を有するオイル噴射手段と、
   内燃機関の運転状況に応じて前記開閉手段を制御する開閉制御手段と、
   前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記内燃機関の始動時に前記開閉制御手段が前記開閉手段を制御して前記供給流路を閉止した際に前記回転速度が低下した場合に前記オイル噴射手段を故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする、
   内燃機関の制御装置。
2. 前記故障判定手段は、前記開閉制御手段が前記開閉手段を制御して前記供給流路を閉止した際に前記回転速度が低下した後、前記開閉手段を制御して前記供給流路を開放した際に前記回転速度が低下しない場合に前記開閉手段を故障と判定することを特徴とする、
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比検出手段が検出した前記空燃比に基づいて前記オイル噴射手段による前記オイルの噴射量を推定するオイル噴射推定手段とを備えることを特徴とする、
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料を噴射するインジェクタと、
   前記開閉手段が故障と判定された際に、前記オイル噴射推定手段により推定された前記オイルの噴射量に応じて前記インジェクタによる前記燃料の噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備えることを特徴とする、
   請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. シリンダボアを往復移動可能なピストンと、
   空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、
   前記ピストンに向けて冷却用のオイルを噴射可能なオイル噴射口と、前記オイルを前記オイル噴射口に供給する供給流路を開閉可能な開閉手段を有するオイル噴射手段と、
   内燃機関の運転状況に応じて前記開閉手段を制御する開閉制御手段と、
   前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記内燃機関の始動時に前記開閉制御手段が前記開閉手段を制御して前記供給流路を閉止した際に前記空燃比がリーンになった場合に前記オイル噴射手段を故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする、
   内燃機関の制御装置。

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