JP2009162166A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油からの燃料の蒸発量を変更可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本実施例に係るエンジンシステムは、潤滑油をそれぞれ貯留可能な第１室５１ａ及び第２室５１ｂを含むオイルパン５０を有し、第１室５１ａは、潤滑油の油面位置によらずに油面面積が一定であり、第２室５１ｂは、潤滑油の油面位置が下降するほど潤滑油の油面面積が減少するように構成されている。また、エンジンシステムは、このオイルパン５０と、第１室５１ａに貯留された潤滑油を第２室５１ｂへと供給する供給装置６０と、潤滑油が燃料により希釈された度合を示す希釈度合を推定してこの推定結果に応じて供給装置６０による潤滑油の供給を制御するＥＣＵ９０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関を潤滑する潤滑油の燃料希釈度合が高い場合であっても、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブの開度を制御することにより、ブローバイガスを吸気系に導入することに起因した不具合を抑制する技術が知られている。また、特許文献２には、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料を噴射させることにより、潤滑油の希釈を抑制する技術が開示されている。

特開２００６−５２６６４号公報 特開２００６−３７７３４号公報 特開２００６−１７７２８８号公報 特開平９−１３９３４号公報 特開２００６−２７５０３９号公報 特開２００１−３２３８０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、ＰＣＶバルブを絞ることにより、クランクケース内のブローバイガスが換気されずに、クランクケース内の圧力が上昇して、オイル下がり現象や、ターボチャージャーの軸シール部からのオイル漏れが発生する恐れがある。上記特許文献２に開示されている技術では、吸気通路噴射用インジェクタからの噴射比率を大きくすると、筒内噴射用インジェクタにデポジットが堆積する恐れがある。このように上記特許文献で開示されている技術では、問題が発生するおそれがある。ところで、上記特許文献には、潤滑油からの燃料の蒸発量を直接変更する技術については開示されてない。

したがって本発明の目的は、潤滑油からの燃料の蒸発量を変更可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

上記目的は、内燃機関を潤滑するための潤滑油をそれぞれ貯留可能な第１及び第２室を有したオイルパンを備えた内燃機関の制御装置であって、前記第１及び第２室のうち少なくとも一方は、潤滑油の油面位置によらずに油面面積が一定であり、他方は、潤滑油の油面位置に応じて潤滑油の油面面積が増大又は減少するように構成され、前記第１及び第２室のうち一方に貯留された潤滑油を他方へと供給する供給手段と、潤滑油が燃料により希釈された度合を示す希釈度合を推定する推定手段と、前記推定手段の推定結果に応じて前記供給手段による潤滑油の供給を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置によって達成できる。

希釈度合に応じて、第１及び第２室のうち少なくとも一方から他方への潤滑油の供給量を変更することにより、第１及び第２室でのそれぞれの油面面積の合計面積を変更することができる。これにより、希釈度合に応じて、潤滑油からの燃料の蒸発量を変更することができる。

上記構成において、前記制御手段は、推定された前記希釈度合が大きいほど、前記第１及び第２室でのそれぞれの油面面積の合計面積が小さくなるように前記供給手段を制御する、構成を採用できる。

希釈度合が大きいほど、油面面積の合計面積が小さくなるように制御することにより、潤滑油からの燃料の蒸発量を抑制することができる。これにより、潤滑油からの燃料の蒸発量が多くなることに起因する様々な問題を解消することができる。

上記構成において、前記供給手段は、前記第１及び第２室を連通する連通路と、前記連通路を開閉する供給弁とを含む、構成を採用できる。このような簡易な構成により、第１及び第２室のいずれか一方から他方へと潤滑油を供給することができる。

上記構成において、前記推定手段は、目標空燃比と実空燃比とに基づいて前記希釈度合を推定する、構成を採用できる。

本発明によれば、潤滑油からの燃料の蒸発量を変更可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１は、内燃機関の制御装置が採用されたエンジンシステムの模式図である。図１に示すエンジンシステムは、エンジン１０を有している。このエンジン１０においては、吸気通路１３を流れる空気が燃焼室１５に充填され、燃焼室１５内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１４によって、空気と燃料との混合気が生成される。この混合気に対し点火プラグ１６による点火が行われると、混合気が燃焼してピストン１７が往復動し、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１８が回転駆動される。そして、各燃焼室１５での燃焼により生じた排気は、排気通路１９等を通ってエンジン１０の外部へと排出される。尚、燃焼室１５は、シリンダブロックＣＢに形成されている。

エンジン１０の出力調整は、吸気通路１３に設けられたスロットル弁２１をアクチュエータ２２等によって駆動して、そのスロットル弁２１の開度を調節することによって実現される。スロットル開度の開度調節は、運転者によって操作されるアクセルペダル（不図示）の踏込み量に応じてアクチュエータ２２が駆動されることにより行われる。

エンジン１０には、吸気弁２４及び排気弁２５が気筒１２毎に設けられており、吸気弁２４は燃焼室１５と吸気通路１３との連結部分を開閉し、各排気弁２５は燃焼室１５と排気通路１９との連結部分を開閉する。

吸気通路１３内のスロットル弁２１よりも下流には、吸入空気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ７４が設けられている。また、スロットル開度を検出するスロットルセンサ７６、エンジン１０を冷却するため冷却水の温度を検出する水温センサ７７が設けられている。また、エンジン１０には、クランク軸１８が一定角度回転する毎にパルス状の信号を発生するクランク角センサ（不図示）が設けられている。排気通路１９には、排気の空燃比を検出するための空燃比センサ７９が設けられている。これらセンサは、検出信号をＥＣＵ９０へと出力する。

ＥＣＵ９０は、エンジンシステムの動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ９０は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する燃料蒸発量制御処理を実行することが可能に構成されている。また、ＲＡＭには、詳しくは後述する、燃料蒸発量制御処理の実行過程において取得された各種データが一時的に格納される。

エンジン１０には、クランクケースＣＣの内部へと流れ込んだＨＣ等の燃料成分を含むブローバイガスの大気への放出を防止するために、ブローバイガス還元装置４０が設けられている。ブローバイガス還元装置４０は、ＰＣＶバルブ４１と、ホース４２とを備えている。ＰＣＶバルブ４１は、クランクケースＣＣの内部と連通している。また、ＰＣＶバルブ４１の弁出口は、ホース４２を介して吸気通路１３と連通している。ＰＣＶバルブ４１は、ＥＣＵ９０からの指令によって開閉作動する。

クランクケースＣＣ内に流れ込んだブローバイガスは、図１において矢印Ｇで示されるように、クランクケースＣＣの内部からオイルパン５０の周辺に流れ込み、ブローバイガス通路ＢＰを通過し、ＰＣＶバルブ３１および配管３３を介して吸気通路１３内へと導入される。尚、ブローバイガスは、吸気通路１３内での負圧の作用により、吸気通路１３へと導入される。

オイルパン５０は、エンジン１０の駆動部分を潤滑するための潤滑油が貯留されている。この潤滑油は、潤滑ポンプ５２によって供給経路５３を介してメインギャラリ５４まで搬送されて、メインギャラリ５４からエンジン１０の各駆動部分へと供給されるように構成されている。

図１に示すように、オイルパン５０は、潤滑油をそれぞれ貯留可能な第１室５１ａ及び第２室５１ｂを含む。第１室５１ａは、第２室５１ｂよりも上方に配置されており、第２室５１ｂよりも容積が小さく形成されている。また、第１室５１ａは、略直方体形状であるのに対し、第２室５１ｂは、深さによって水平方向での断面積が変わるように構成されている。詳細には、第２室５１ｂは、深くなればなるほど、水平方向での断面積が小さくなるように形成されている。即ち、第１室５１ａは、第１室５１ａに貯留される潤滑油の油面位置によらずに、油面面積が一定であるのに対し、第２室５１ｂは、第２室５１ｂに貯留される潤滑油の油面位置によって、油面面積が変更するように構成されている。換言すると、第２室５１ｂは、潤滑油の油面位置が低いほど、油面面積が減少するように構成されている。また、第２室５１ｂには、第２室５１ｂに貯留されている潤滑油の油面位置を検出するための油面位置センサ７５が設けられている。油面位置センサ７５の検出信号は、ＥＣＵ９０へと出力される。油面位置センサ７５は、第２室５１ｂに貯留された潤滑油の油面位置を検出できればどのような構成であってもよく、液面計であってもよい。

また、第１室５１ａに貯留された潤滑油を第２室５１ｂへと供給する供給装置６０が設けられている。供給装置６０は、供給手段に相当する。供給装置６０は、第１室５１ａと第２室５１ｂとの両者を連通する連通路６２と、連通路６２を開閉する供給弁６１とを含む。連通路６２は、第１室５１ａの底面から第２室５１ｂ内に配置されている。供給弁６１は、ＥＣＵ９０からの指令に応じて開閉する。供給弁６１が開かれると、第１室５１ａに貯留された潤滑油が、重力の作用によって第２室５１ｂへと供給される。供給弁６１が閉じられると、第１室５１ａから第２室５１ｂへの潤滑油の供給は停止される。このような簡易な構成によって、第１室５１ａから第２室５１ｂへ潤滑油が供給される。ＥＣＵ９０は、制御手段に相当する。

また、潤滑ポンプ５２は、第２室５１ｂに貯留された潤滑油をエンジン１０の各部に供給する。即ち、第１室５１ａに貯留された潤滑油は、エンジン１０の各部へは供給されない。また、各部へと供給された潤滑油は、リターン経路５５を介して第１室５１ａに戻される。従って、ＥＣＵ９０は、供給弁６１の開閉を制御することにより、第１室５１ａと第２室５１ｂとのそれぞれに貯留される潤滑油の貯留量を制御することができる。尚、第２室５１ｂには、オイルストレーナ（不図示）が配置され、不図示のパイプを介して潤滑ポンプ５２と連結されている。

ここで、前述したように、第１室５１ａに貯留される潤滑油の油面面積は、貯留量、即ち油面位置に関わらずに一定であるのに対し、第２室５１ｂに貯留される潤滑油の油面面積は、油面位置によって変動する。具体的には、第２室５１ｂに貯留される潤滑油の油面位置が高いほど、油面面積は大きくなり、油面位置が低いほど、油面面積は小さくなる。従って、第２室５１ｂにおける潤滑油の貯留量が多いほど、第１室５１ａと第２室５１ｂとにそれぞれ貯留された潤滑油の油面面積の合計面積が大きくなり、第２室５１ｂにおける潤滑油の貯留量が少ないほど、上記の合計面積が少なくなる。

ここで、潤滑油の油面面積と、潤滑油からの燃料の蒸発量との関係について説明する。潤滑油は、前述したように燃料によって希釈される場合がある。燃料によって希釈された潤滑油が再びオイルパン５０へと戻されると、オイルパン５０内に貯留された潤滑油は、エンジン１０からの熱によって燃料が蒸発することになる。このオイルパン５０に貯留されている潤滑油からの燃料の蒸発量は、オイルパン５０内における潤滑油の油面面積と相関関係を有している。即ち、燃料による潤滑油の希釈度合が同じ場合であっても、油面面積が大きいほど、単位時間当たりでの潤滑油からの燃料の蒸発量が多くなり、油面面積が小さいほど、単位時間当たりの潤滑油からの燃料の蒸発量が少なくなる。潤滑油に混入した燃料は、油面から蒸発するからである。

ＥＣＵ９０は、供給弁６１の開閉を制御することにより、第１室５１ａ、第２室５１ｂにそれぞれ貯留される潤滑油の貯留量を制御できる。これにより、ＥＣＵ９０は、それぞれの油面面積を変更することができる。従って、ＥＣＵ９０は、オイルパン５０内に貯留された潤滑油からの燃料の蒸発量を変更することができる。

次に、ＥＣＵ９０が実行する燃料蒸発量制御処理について説明する。図２は、ＥＣＵ９０が実行する燃料蒸発量制御処理の一例を示したフローチャートである。尚、この処理は所定周期で繰り返し実行される。

図２に示すように、ＥＣＵ９０は、水温センサ７７からの出力に基づいて、冷却水の温度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。冷却水の温度が高い場合には、エンジン１０周辺の温度も高温であり、オイルパン５０内に貯留されている潤滑油からの燃料の蒸発が促進されるからである。否定判定の場合には、ＥＣＵ９０はこの燃料蒸発量制御処理を終了する。この場合には、潤滑油の希釈度合が高い場合であっても、燃料の蒸発量は比較的少ないといえる。

肯定判定の場合には、ＥＣＵ９０は、空燃比のズレ量を検出する（ステップＳ２）。この場合には、潤滑油からの燃料の蒸発が促進され、空燃比に影響を与える可能性があるからである。具体的には、ＥＣＵ９０は、機関回転数、吸入空気量などに基づいて設定される目標空燃比と、空燃比センサ７９からの出力により検出された実際の実空燃比との差を、空燃比のズレ量として検出する。

尚、ＥＣＵ９０は、空燃比のズレ量を検出することにより、オイルパン５０に貯留された潤滑油の燃料による希釈度合を推定する。即ちＥＣＵ９０は、空燃比のズレ量が所定値よりも大きい場合には、潤滑油からの燃料の蒸発量が多いことに起因して、ブローバイガス中の燃料濃度が高くなったと推定でき、空燃比のズレ量が所定値よりも小さい場合には、潤滑油からの燃料の蒸発量が少なく、ブローバイガス中の燃料濃度が比較的小さいと推定する。即ち、ＥＣＵ９０は、目標空燃比と実空燃比とに基づいて、潤滑油の希釈度合を推定する推定手段に相当する。尚、この場合での空燃比のズレとは、実空燃比が、目標空燃比よりもリッチ側にずれたことを意味する。

次に、ＥＣＵ９０は、空燃比のズレ量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。否定判定の場合には、この燃料蒸発量制御処理を終了する。肯定判定の場合には、ＥＣＵ９０は、供給弁６１の開閉を制御するための供給弁開閉制御を実行する（ステップＳ４）。

図３は、ＥＣＵ９０が実行する供給弁開閉制御処理の一例を示したフローチャート図である。ＥＣＵ９０は、第２室５１ｂの目標油面位置を算出する（ステップＳ４１）。具体的には、ＥＣＵ９０は、空燃比のズレ量に応じて予め設定された油面位置を規定したマップに基づいて目標油面位置を決定する。この目標油面位置は、第１室５１ａと第２室５１ｂとのそれぞれに貯留された潤滑油の油面面積の合計面積に起因した、燃料の蒸発量を考慮して設定されたものである。即ち、このマップは、空燃比のズレ量が大きいほど、第２室５１ｂでの油面位置が低くなるように供給弁６１の開度を減少させるものとして作成されている。尚、このマップは、予め実験などにより算出されたものであり、ＲＯＭに記憶されている。

次に、ＥＣＵ９０は、供給弁６１の開閉作動のフィードバック制御を実行する（ステップＳ４２）。図４は、ＥＣＵ９０が実行する供給弁６１の開閉フィードバック制御の一例を示したフローチャートである。図４に示すように、ＥＣＵ９０は、目標油面位置と、油面位置センサ７５からの出力によって算出された実際の実油面位置との偏差を算出する（ステップＳ４２１）。次に、ＥＣＵ９０は、この算出された偏差が小さくなるように、供給弁６１の開度を制御する（ステップＳ４２２）。これにより、第２室５１ｂに貯留された潤滑油の油面位置を、目標油面位置へ一致させることができる。

このように、第１室５１ａ及び第２室５１ｂでのそれぞれの油面面積の合計面積を制御でき、これにより、潤滑油からの燃料の蒸発量を抑制することができる。また、このように潤滑油からの燃料の蒸発を直接抑制することにより、クランクケースＣＣ内の圧力が過度に上昇することを防止できる。また、本実施例に係るエンジン１０のように、燃料噴射弁として、燃焼室１５内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１４のみが設けられているエンジンに対しても、潤滑油からの燃料の蒸発を抑制できる。また、空燃比を制御するために、潤滑油からの燃料の蒸発を考慮して、燃料噴射量などを変更する必要はない。

図５は、供給弁６１の開閉に応じて、第１室５１ａ及び第２室５１ｂにおけるそれぞれの油面位置の変化を示したタイムチャートである。図５に示すように、空燃比のズレ量が所定値に至った場合、ＥＣＵ９０は、供給弁開閉制御処理を開始する（ｔ１）。供給弁６１の開度は、供給弁開閉制御処理の開始と共に、所定の開度からから閉側へと制御される（ｔ２）。即ち、供給弁６１は、本処理開始前での連通路６２を通過する潤滑油の流量よりも、本処理開始後での連通路６２を通過する潤滑油の流量が少なくなるように制御される。これにより第１室５１ａには、エンジン１０の各部から戻された潤滑油が貯留され、第１室５１ａ内の潤滑油の貯留量は増大する。従って、第１室５１ａでの油面位置は上昇する（ｔ３）。

一方、供給弁６１が閉側へと制御されることにより、第２室５１ｂには、第１室５１ａから潤滑油が供給されず、また、第２室５１ｂに貯留された潤滑油は、潤滑ポンプ５２によってエンジン１０の各部へと供給されるため、第２室５１ｂ内の潤滑油の貯留量は減少する。従って、第２室５１ｂでの油面位置は下降する（ｔ４）。従って、前述したように、第２室５１ｂの潤滑油の油面面積は減少することになる。これによって、この油面からの燃料の蒸発量を抑制することができる。ＥＣＵ９０は、油面位置センサ７５からの出力に基づいて、第２室５１ｂ内の潤滑油の実油面位置が目標油面位置に到達したと判定した場合には、供給弁６１を本処理開始前の開度に制御され、供給弁開閉制御処理を終了する（ｔ５）。油面からの燃料の蒸発量が抑制されたことにより、空燃比のズレ量は低下する（ｔ６）。

このように、ＥＣＵ９０は、潤滑油の希釈度合が大きいほど、第１室５１ａ及び第２室５１ｂでのそれぞれの油面面積の合計面積が小さくなるように供給装置６０を制御する。これにより、潤滑油からの燃料の蒸発量が多くなることに起因する様々な問題を解消できる。

尚、第２室５１ｂからエンジン１０の各部へと供給される潤滑油の量は、エンジン１０の回転数と相関関係を有している。潤滑ポンプ５２は、クランク軸１８の回転によって機械的に駆動するものだからである。図６は、潤滑ポンプ５２による潤滑油の吐出量と、エンジン１０の回転数との関係を示したマップである。図６に示すように、エンジン１０の回転数が低回転の場合には、潤滑ポンプ５２からの潤滑油の吐出量は、エンジン１０の回転数に比例して増大するのに対して、エンジン１０の回転数が所定の回転数を超えると、潤滑ポンプ５２からの潤滑油の吐出量はエンジン１０の回転数によらずに、略一定となる。このように、潤滑ポンプ５２からの吐出量には特徴があるが、供給弁開閉制御処理が実行中は、ＥＣＵ９０は、図６に示した潤滑ポンプ５２の作動特性を考慮して、第２室５１ｂ内の潤滑油が空にならないように、供給弁６１の開度が制御される。尚、このマップは、ＲＯＭに記憶されている。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

第２室５１ｂが潤滑油の油面位置によらずに油面面性が一定であり、第１室５１ａが潤滑油の油面位置によって油面面積が増大又は減少するように構成してもよい。

内燃機関の制御装置が採用されたエンジンシステムの模式図である。 ＥＣＵが実行する燃料蒸発量制御処理の一例を示したフローチャートである。 ＥＣＵが実行する供給弁開閉制御処理の一例を示したフローチャート図である。 ＥＣＵが実行する開閉フィードバック制御の一例を示したフローチャートである。 供給弁の開閉に応じて、第１室及び第２室におけるそれぞれの油面位置の変化を示したタイムチャートである。 潤滑ポンプによる潤滑油の吐出量とエンジンの回転数との関係を示したマップである。

符号の説明

１０ エンジン
１３ 吸気通路
１６ 点火プラグ
１７ ピストン
１９ 排気通路
５０ オイルパン
５１ａ 第１室
５１ｂ 第２室
５２ 潤滑ポンプ
６０ 供給装置（供給手段）
６１ 供給弁
６２ 連通路
９０ ＥＣＵ（推定手段、制御手段）

Claims (4)

1. 内燃機関を潤滑するための潤滑油をそれぞれ貯留可能な第１及び第２室を有したオイルパンを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記第１及び第２室のうち少なくとも一方は、潤滑油の油面位置によらずに油面面積が一定であり、他方は、潤滑油の油面位置に応じて潤滑油の油面面積が増大又は減少するように構成され、
   前記第１及び第２室のうち一方に貯留された潤滑油を他方へと供給する供給手段と、
   潤滑油が燃料により希釈された度合を示す希釈度合を推定する推定手段と、
   前記推定手段の推定結果に応じて前記供給手段による潤滑油の供給を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、推定された前記希釈度合が大きいほど、前記第１及び第２室でのそれぞれの油面面積の合計面積が小さくなるように前記供給手段を制御する、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. 前記供給手段は、前記第１及び第２室を連通する連通路と、前記連通路を開閉する供給弁とを含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記推定手段は、目標空燃比と実空燃比とに基づいて前記希釈度合を推定する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
   
   

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