JP2008231948A - エンジン制御装置及びこれを備えたエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷間始動時におけるシリンダヘッドとシリンダブロックとの合せ面のシール性を確保することができるエンジン制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジン制御装置は、エンジン始動時冷却水温と積算空気量とから、シリンダボア壁温を取得する。また、冷却水温及び吸気温からシリンダブロック外壁温を取得する。さらにシリンダボア壁温とシリンダブロック外壁温の差を算出する。この差の値からスロットル開度制限量を取得する。実際の電子制御スロットルのスロットル開度がスロットル開度制限量よりも大きいときは、スロットル開度をスロットル開度制限量と一致させてエンジン出力制限を行う。これにより、シリンダブロックとシリンダヘッドとの合せ面におけるシール性の悪化を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の冷却水又はエンジンオイルの漏れを抑制することができるエンジン制御装置に関する。

一般的にレシプロエンジンは、内部に形成したシリンダ内にピストンを往復動可能に収容するシリンダブロックに動弁系が配置されるシリンダヘッドが組み付けられた構成となっている。シリンダヘッドがシリンダブロックに組み付けられる際に、シリンダヘッドガスケットが介装される。すなわち、シリンダヘッドはシリンダヘッドガスケットを介してシリンダブロックにシリンダヘッドボルトで締めつけられている。このようにしてシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットはシリンダヘッドとシリンダブロックとの間から冷却水やエンジンオイルが漏れることを抑制する。従来、このようなシリンダヘッドガスケットを改良する提案が種々なされている。例えば特許文献１には、金属積層形シリンダガスケットを改良する提案がされている。具体的には、金属積層形シリンダガスケットにおいて、少なくとも１枚の金属板に、樹脂又はゴムから成るシール材による被覆層を設け、該被覆層は、シリンダブロックの気筒周囲に設ける冷却水路の外郭に対応するように外周部に設けるようにしている。シリンダブロックとシリンダヘッドとの間のシール性を向上させるためには、このように積層形のシリンダヘッドガスケットを用いたり、シリンダヘッドガスケットに形成されるビード部の高さを高く設定したりすることが行われている。

実開平５−７３３６１号公報

ところで、エンジンの冷間始動時には、シリンダブロックのシリンダブロック外壁とシリンダボア壁とは、受熱量が異なり熱膨張量が異なる。この熱膨張量の相違に起因して、シリンダボア壁がシリンダヘッドを押し上げてしまい、シリンダブロックとシリンダヘッドとの合せ面におけるシール性の悪化を招くおそれがあった。この現象について、図６、図７を参照しつつ説明する。図６は、いわゆるオープンデッキ構造のシリンダブロック１００を上面側から見た模式図である。シリンダブロック１００には、ウォータジャケット１０１を隔ててシリンダボア壁１０２及びシリンダブロック外壁１０３が形成されている。燃焼室はシリンダボア壁１０２の上部近傍に形成されることとなる。このため、シリンダボア壁１０２は、シリンダブロック外壁１０３と比較して受熱量が多く、熱膨張量が多くなる。この結果、エンジンの冷間始動時には、エンジンを断面とした図７に示すように、シリンダブロックボア壁１０２がシリンダヘッドガスケット１０４を介装してシリンダブロック１００へ組み付けられたシリンダヘッド１０５を押し上げてしまう。この結果、高筒内圧となったときのシール性の悪化が懸念される。

このような現象に対する対策として、特許文献１に開示されたような積層形のシリンダヘッドガスケットを用いたり、シリンダヘッドガスケットに形成されるビード部の高さを高く設定したりすることが考えられる。

しかしながら、ピストンヘッドガスケットを積層形としたり、ビード部を高くしたりすると、燃焼室内に露出するシリンダヘッドとシリンダブロックとの合せ面に空間が形成されやすくなる。このような空間には、未燃のガスが溜まりやすく、燃焼効率を損なうおそれがある。

そこで、本発明は、エンジンの冷間始動時におけるシリンダヘッドとシリンダブロックとの合せ面のシール性を確保することができるエンジン制御装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するための、本発明のエンジン制御装置は、シリンダブロック外壁温とシリンダボア壁温とに基づいてエンジン出力制限を行うことを特徴としている（請求項１）。エンジンの冷間始動時にシリンダボア壁がシリンダヘッドを押し上げる現象は、シリンダボア壁とシリンダブロック外壁との熱膨張量の違いに起因している。このため、エンジン制御装置は、シリンダブロック外壁とシリンダボア壁の熱膨張量の差を予測し、この予測に基づいてエンジン出力制限を行うようにすることができる（請求項７）。エンジン出力制限が行われると、熱膨張量が少なくなり、シリンダボア壁の熱膨張量とシリンダブロック外壁の熱膨張量との差も小さくなる。これにより、シリンダボア壁によるシリンダヘッドの押し上げを軽減し、シール性の悪化を抑制することができる。熱膨張は温度の変化によって生じることからシリンダボア壁温とシリンダブロック外壁温とに基づいてエンジン出力制御を行うようにすることができる。このとき、シリンダボア壁温とシリンダブロック外壁温との温度差に基づいてエンジン出力制御を行うようにすることができる。

このような構成のエンジン制御装置では、前記シリンダブロック外壁温は、冷却水温及び吸気温を参照して算出する構成とすることができる（請求項２）。シリンダブロック外壁は、ウォータジャケット内を流通する冷却水と外気とに触れる環境にあることから、冷却水温度及び吸気温度を参照することによってシリンダブロック外壁温を算出する。このとき、補正係数を考慮してシリンダブロック外壁温を算出するようにしてもよい。このように一般的にエンジンが備えているセンサから取得されるデータに基づいてシリンダブロック外壁温を算出するようにすれば、熱電対等の専用のセンサを装備しなくてもよい。

一方、シリンダボア壁温は、エンジン始動時ボア壁温及び投入熱量を参照して算出する構成とすることができる（請求項３）。シリンダボア壁温は、燃焼室で起こる燃焼の影響を受けやすい。この燃焼は、繰り返し行われるものであり、また、その温度も非常に高温となる。このため、シリンダブロック外壁温を取得する場合と同様に周囲の環境の温度を参照してシリンダボア壁温を取得することは困難であると考えられる。そこで、エンジン始動時のボア壁温を出発点として、投入熱量によって上昇する温度を算出、推定するようにしている。エンジン始動時ボア壁温は、この値と相関関係にある他の値を参照するようにしてもよい。例えば、エンジン始動時冷却水温から算出、推定するようにしてもよい（請求項４）。投入熱量についてもこの値と相関関係にある他の値を参照するようにしてもよい。例えば、燃焼室内に吸入される積算空気量から算出、推定するようにしてもよい。このようにシリンダボア壁温は出発点となるエンジン始動時ボア壁温と、温度上昇を算出することができる何らかのパラメータを参照して算出することができる。

また、前記シリンダボア壁温は、エンジン始動時冷却水温度及び積算空気量を参照して算出するような構成としてもよい。すなわち、エンジン始動時ボア壁や投入熱量を算出することなく、エンジン始動時冷却水温度及び積算空気量から直接的にシリンダボア壁温を取得するようにしてもよい。たとえば、エンジン始動時冷却水温度及び積算空気量をパラメータとして設定したマップを作成しておき、このマップからシリンダボア壁温を取得するようにしてもよい。

このようなエンジン制御装置をエンジンに装着すれば、本発明のエンジンとすることができる（請求項８）。

本発明の潤滑装置によれば、シリンダブロック外壁とシリンダブロックボア壁の熱膨張量の差が生じないようにエンジン出力制限を行うようにしたのでシリンダブロックとシリンダヘッドの合せ目におけるシール性の悪化を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明のエンジン制御装置１を備えたエンジン（内燃機関）２の概略構成を示した模式図である。エンジン２のエンジン本体３は、シリンダブロック３ａの下端にクランクケース３ｂが組み付けられ、上端側にシリンダヘッド３ｃが組み付けられている。シリンダブロック３ａとシリンダヘッド３ｃとの間にはシリンダヘッドガスケット４が介装されている。

シリンダヘッド３ｃにはインテークマニホールド５が装着されており、このインテークマニホールド５からは吸気管６が延びている。吸気管６には、電子制御スロットル７が介在している。また、吸気経路中には吸気温センサ８及びエアフロメータ９が装着されている。電子制御スロットル７、吸気温センサ８、エアフロメータ９はエンジン制御装置１と電気的に接続されている。また、エンジン本体３のシリンダヘッド３ｃには水温センサ１０が装着されており、この水温センサ１０も電気的に接続されている。このようなエンジン制御装置１は、吸気温センサ８、エアフロメータ９、水温センサ１０によって計測されるデータに基づいて電子制御スロットル７に対してスロットルガードをかけてエンジン出力制限を行う。以下、エンジン制御装置１が行うエンジン出力制限の制御の一例について図２に示したフロー図を参照しつつ説明する。

エンジン制御装置１は、まず、ステップ１において、水温センサ１０からデータを取得し、エンジン始動時冷却水温ｅｔｈｗｓｔを得る。また、エアフロメータ９からデータを取得し、積算空気量ｇａ１ｓｕｍを算出する。ここで、エンジン始動時冷却水温ｅｔｈｗｓｔはエンジン始動時ボア壁温を推定するためのものであり、積算空気量ｇａ１ｓｕｍは投入熱量を算出するためのものであるが、本実施例では、エンジン始動時冷却水温ｅｔｈｗｓｔと積算空気量ｇａ１ｓｕｍをパラメータとして持つシリンダボア壁温推定ｍａｐ（図３）からシリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅを推定するようにしている。エンジン制御装置１は、ステップ２において、ステップＳ１で取得した値に基づき、図３に示したシリンダボア壁温推定ｍａｐからシリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅを読み込む。このようにエンジン制御装置１は、ステップＳ１、Ｓ２を経ることによりシリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅを取得する。なお、シリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅをｍａｐから求めるようにしているので、熱電対が不要であり装置のコスト低減が図られている。

次に、エンジン制御装置１は、ステップＳ３において水温センサ１０からエンジン２の冷却水温ｅｔｈｗを取得する。また、吸気温センサ８から吸気温ｅｔｈａを取得する。その後、ステップＳ４へ進み、図４に示したシリンダブロック外壁温推定ｍａｐからシリンダブロック外壁温ｅｔｈｗａｌｌを読み込む。このようにエンジン制御装置１は、ステップＳ３、Ｓ４を経ることによりシリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅを取得する。なお、シリンダブロック外壁温ｅｔｈｗａｌｌをｍａｐから求めるようにしているので、熱電対が不要であり装置のコスト低減が図られている。

このようにステップＳ１〜ステップＳ４の処理を経ることにより、シリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅ及びシリンダブロック外壁温ｅｔｈｗａｌｌを得ることができるが、ステップＳ１及びステップＳ２の処理と、ステップＳ３及びステップＳ４の処理は、順番を入れ換えてもよいし、同時並行的に行ってもよい。

ステップＳ１〜ステップＳ４までの処理を行ったエンジン制御装置１は、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、ステップＳ３で取得した冷却水温ｅｔｈｗが所定値以下であるか否かの判断を行う。このステップＳ５２おける判断でＮｏとされた場合は、エンジン制御装置１は、処理を終了する（ＥＮＤ）。これは、冷却水温ｅｔｈｗが所定値以上となっている場合にはエンジン２の暖機は完了しており、シリンダボアの熱膨張量とシリンダブロック外壁の熱膨張量の差がそれ程大きくなっていないとの判断から、エンジン出力制限の制御を終了させるものである。このステップＳ５の処理は、エンジン始動から所定時間、例えば５秒経過後等に行うようにすることができる。例えば、エンジン２がブロックヒータ等を備えている場合、エンジン始動直後には水温センサ１０による冷却水温ｅｔｈｗ低いことがあるが、数秒経過後には水温センサ１０の近傍にも高温の冷却水が流通するようになり、暖機の完了を判定することができるからである。このようなステップＳ５の処理を行うことにより、やみくもにエンジン出力制限を行うことを回避することができる。

ステップＳ５において、Ｙｅｓと判断されたとき、すなわち、未だ、エンジン２の暖機が完了しておらず、シリンダボア壁の熱膨張量とシリンダブロック外壁の熱膨張量の差が大きくなるおそれがあると判断されるときはステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、シリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅとシリンダブロック外壁温ｅｔｈｗａｌｌと差ｅｄｔｈｂｗを算出する。ステップＳ６における処理を終えたエンジン制御装置１は、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、シリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅとシリンダブロック外壁温ｅｔｈｗａｌｌとの差ｅｄｔｈｂｗに対応する電子制御スロットル７のスロットル開度制限量ｅｇｄｔａを、図５に示したスロットルガードｍａｐから取得する。このスロットルガードｍａｐは、シリンダボア壁温ｅｔｈｂｏｒｅとシリンダブロック外壁温ｅｔｈｗａｌｌとの差ｅｄｔｈｂｗが大きいほどエンジン出力制限の度合いが大きくなるようにスロットルアングルが小さくなっている。

エンジン制御装置１は、ステップＳ７でスロットル開度制限量ｅｇｄｔａを取得すると、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、電子制御スロットル７の実際のスロットル開度ｅｔａがステップＳ７で取得したスロットル開度制限量ｅｇｄｔａ以上となっているか否かの判断を行う。ステップＳ８においてＮｏと判断される場合、すなわち、実際のスロットル開度ｅｔａがスロットル開度制限量ｅｇｄｔａよりも低い場合は、エンジン制御装置１は、処理を終了する（ＥＮＤ）。実際のスロットル開度ｅｔａがスロットル開度制限量ｅｇｄｔａよりも低い場合は、筒内圧の上昇による吹き抜きのおそれが少さく、エンジン出力制限は不要だからである。一方、ステップＳ８でＹｅｓと判断されたときはステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、電子制御スロットル７のスロット開度ｅｔａをスロットル開度制限量ｅｇｄｔａに一致させることによるエンジン出力制限が行われる。エンジン２の内部においてシリンダボア壁温とシリンダブロック外壁温との温度差に起因してシリンダブロック３ａとシリンダヘッド３ｃとの合せ面が開くような状況で、筒内圧の上昇によるシール性の悪化、吹き抜きのおそれを回避するためである。

以上が、エンジン制御装置１の制御の一例である。このように、エンジン出力制限を行うことにより、エンジン２の冷間始動時におけるシール性の悪化を抑制することができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

エンジン制御装置を備えたエンジンの概略構成を示した模式図である。 エンジン制御装置が行うエンジン出力制限制御の一例を示すフロー図である。 シリンダボア壁温推定ｍａｐの一例を示す説明図である。 シリンダブロック外壁温推定ｍａｐの一例を示す説明図である。 スロットルガードｍａｐの一例を示す説明図である。 オープンデッキ構造のシリンダブロックを上面側から見た模式図である。 熱膨張量の差によりシリンダボア壁がシリンダヘッドを押し上げる現象を説明する模式図である。

符号の説明

１ エンジン制御装置
２ エンジン
３ エンジン本体
３ａ シリンダブロック
３ｂ クランクケース
３ｃ シリンダヘッド
４ シリンダヘッドガスケット
５ インテークマニホールド
６ 吸気管
７ 電子制御スロットル
８ 吸気温センサ
９ エアフロメータ
１０ 水温センサ

Claims (8)

1. シリンダブロック外壁温とシリンダボア壁温とに基づいてエンジン出力制限を行うことを特徴としたエンジン制御装置。
2. 請求項１記載のエンジン制御装置において、
   前記シリンダブロック外壁温は、冷却水温及び吸気温を参照して算出することを特徴としたエンジン制御装置。
3. 請求項１記載のエンジン制御装置において、
   前記シリンダボア壁温は、エンジン始動時ボア壁温及び投入熱量を参照して算出することを特徴としたエンジン制御装置。
4. 請求項１記載のエンジン制御装置において、
   前記シリンダボア壁温は、エンジン始動時ボア壁温及び投入熱量を参照して算出し、前記エンジン始動時ボア壁温はエンジン始動時冷却水温から算出することを特徴としたエンジン制御装置。
5. 請求項１記載のエンジン制御装置において、
   前記シリンダボア壁温は、エンジン始動時ボア壁温及び投入熱量を参照して算出し、当該投入熱量は積算空気量から算出することを特徴としたエンジン制御装置。
6. 請求項１記載のエンジン制御装置において、
   前記シリンダボア壁温は、エンジン始動時冷却水温度及び積算空気量を参照して算出することを特徴としたエンジン制御装置。
7. シリンダブロック外壁とシリンダブロックボア壁の熱膨張量の差を予測し、この予測に基づいてエンジン出力制限を行うことを特徴としたエンジン制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項記載のエンジン制御装置を備えたことを特徴とするエンジン。

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