JP2010285944A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンリングに発生する応力を低減する。
【解決手段】シリンダブロック６内で往復するピストン１５に装着されるピストンリング１６と、ピストンリング１６の合口隙間の大きさを検知する検知手段９７と、合口隙間が無くなる場合に、ピストンリング１６の温度を現時点よりも低下させる温度低下手段９０と、を備える。すなわち、合口隙間が無くなる場合に、ピストンリング１６の温度を低下させることによりピストンリング１６を収縮さて応力を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

ピストンリングの合口を、該ピストンリングの上方から下方に向けて周方向に傾斜させる技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。このようなピストンリングは熱で膨張したときに、合口を構成する一方の端部が他方の端部に乗り上げることがある。これにより、ピストンリングに発生する応力を低減することができる。しかし、このような状態が長く続くと、多少なりとも発生する応力の影響を受けたり、ブローバイガスの増加、オイル消費量の増加等が起きたりする虞がある。

特開昭６１−２６５３４２号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ピストンリングに発生する応力を低減することができる技術の提供を目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
シリンダブロック内で往復するピストンに装着されるピストンリングと、
前記ピストンリングの合口隙間の大きさを検知する検知手段と、
前記合口隙間が無くなる場合に、前記ピストンリングの温度を現時点よりも低下させる温度低下手段と、
を備えることを特徴とする。

ピストンリングは、円環が切断される箇所である合口を有している。つまり、２つの断面により合口が構成されている。この２つの断面の距離を合口隙間と称している。この２つの断面は、ピストンリングの熱膨張を考慮して冷間時には離れている。そして、ピストンリングの温度の上昇と共に合口隙間は小さくなる。この合口隙間がなくなると、ピストンリングに応力が発生する。そして、この応力によりピストンリングが変形する。そうすると、例えばブローバイガス量が増加したり、オイル消費量が増加したりする。検知手段はこのような合口隙間の大きさと相関関係にあるものの値を検知しても良い。すなわち、ピストンリングの合口隙間の大きさを間接的に検知しても良い。

そして、ピストンリングの合口隙間が無くなる場合に、ピストンリングの温度を低下させることにより、該合口隙間をより大きくしている。ここで、合口隙間が無くなる場合とは、合口における断面の一方と他方とが接触している状態を示す。すなわち、ピストンリングの温度を低下させることにより、ピストンリングを収縮させることができるため、該ピストンリングで発生する応力を小さくすることができる。これにより、ピストンリングの変形を抑制することができる。さらに、ブローバイガス量を減少させたり、オイルの消費量を減少させたりできる。温度低下手段は、例えば、ピストンを冷却することによりピストンリングの温度を低下させても良く、気筒内の燃焼温度を低下させることによりピストンを冷却しても良い。

本発明においては、前記ピストンリングの合口は該ピストンリングの周方向に上方から下方に向けて傾斜する断面により構成され、前記温度低下手段により前記ピストンリングの温度を低下させる場合には、機関回転数を規定値以下に制限することができる。

このような形状の合口を有するピストンリングでは、温度が高くなることにより合口隙間が無くなった後に更に温度が高くなると、合口を構成する一方の断面が他方の断面に乗り上げて、ピストンリング全体が螺旋状に変形する。この状態でピストンが上下に移動すると、ピストンリングの断面の先端部がピストンの溝の上面または下面に衝突する。そうすると、この先端部における耐久性が低下する。これに対し、機関回転数を抑制することで、両端部がピストンの溝の上面または下面に衝突するときの速度が低下するため、先端部の耐久性を向上させることができる。すなわち、規定値とはピストンリングの耐久性を許容範囲内とすることのできる機関回転数の上限値である。

本発明においては、過給器を更に備え、前記温度低下手段は、内燃機関の気筒内への燃料噴射量を制限することにより前記ピストンの温度を低下させ、該燃料噴射量を制限するときには該燃料噴射量を制限しないときよりも、燃料噴射時期を遅らせ且つ過給圧を上昇させることができる。

内燃機関の気筒内への燃料噴射量を制限することにより、発熱量を抑制することができるため、ピストンリングの温度を低下させることができる。しかし、燃料噴射量を低減すると出力不足となる虞がある。これに対し、まず燃料噴射時期を遅らせると、燃焼ガスの最高温度が下がるため、ピストンリングの温度を低下させることができる。しかし、気筒内の圧力も低下するため、出力が低下する。これに対し過給圧を上昇させることにより、気筒内の圧力を維持することができる。また、過給圧を上昇させることにより、作動ガスの熱容量が増加するため、これによっても燃焼ガスの最高温度が下がるため、ピストンリングの温度を低下させることができる。

そして、前記内燃機関の温度が閾値よりも低いときには、閾値以上のときよりも、筒内圧力の最大値を大きくすることができる。

内燃機関の温度とは、ピストンリング以外の温度であって、例えば冷却水またはシリンダブロックの温度としても良い。内燃機関の温度が低い場合には、出力が低下し易い。ここで、材料の疲労強度は温度が低くなるほど大きくなる。つまり、内燃機関の温度が低い場合には、ピストンリング以外の疲労強度が大きい。このような場合には、筒内圧力を更に大きくすることができる。そして、筒内圧力を更に大きくすることにより、出力の低下を抑制できる。すなわち、閾値とは、筒内圧力を高くしたとしても内燃機関が故障等することのない温度とすることができる。なお、筒内圧力の最大値は、内燃機関の温度に応じて変更しても良い。

また、本発明においては、前記低下手段により前記ピストンリングの温度を低下させるときには、気筒壁面の温度低下を抑制する温度低下抑制手段を更に備えることができる。

つまり、気筒壁面の温度低下を抑制することにより、気筒の直径が収縮することを抑制できる。すなわち、ピストンリングの温度が高くなると、該ピストンリングが直径方向にも膨張して気筒壁面に強く押し付けられる。これに対し、気筒の直径がより大きくなれば、ピストンリングが気筒壁面に強く押し付けられるのを抑制できる。

本発明によれば、ピストンリングに発生する応力を低減することができる。

実施例に係る内燃機関及びその吸気系、排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係るピストンリングの概略構成を示す図である。 図２に示したピストンリングの合口の側面視である。 実施例に係る他のピストンリングの概略構成を示す図である。 上側合口部が下側合口部に乗り上げているときにおいて、合口付近がピストンの移動に伴いどのように移動するのかを示した図である。 実施例に係る他のピストンリングの概略構成を示す図である。 実施例に係るオイル供給システムの概略構成を示す図である。 機関回転数と機関トルクとブローバイガス量の判定値との関係を示した図である。 機関回転数と機関トルクとピストンリングの温度との関係を示した図である。 実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。 実施例に係る燃料噴射時期の遅角及び過給圧の増加を行なったときの筒内圧力及び筒内温度の推移を示した図である。 機関回転数と機関トルクとの関係を示した図である。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸気系、排気系の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は４つの気筒２を備えているが、図１では１気筒のみを表している。内燃機関１は、例えば１サイクルが４ストロークのディーゼル機関である。内燃機関１はシリンダヘッド１０と、該シリンダヘッド１０の下面に接続されるシリンダブロック６とを備えて構成されている。

気筒２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート３を介して吸気管４が接続されている。気筒２への新気の流入は吸気弁５によって制御される。また、気筒２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート７を介して、排気管８が接続されている。気筒２からの既燃ガスの排出は排気弁９によって制御される。

そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。ピストン１５には、ピストンリング１６が嵌め込まれている。また、内燃機関１には、ピストン１５の裏側に向けてオイルを噴射するオイルジェット１７が設けられている。

吸気管４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５０のコンプレッサハウジング５１が設けられている。また、コンプレッサハウジング５１よりも上流の吸気管４には、該吸気管４内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量が検出される。また、コンプレッサハウジングよりも下流側の吸気管４には、該吸気管４内の圧力を測定する過給圧センサ９４が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ９６が取り付けられている。なお、本実施例ではターボチャージャ５０が、本発明における過給器に相当する。

一方、排気管８の途中には、ターボチャージャ５０のタービンハウジング５２が設けられている。

また、内燃機関１には、燃料を気筒２内へ向けて噴射する燃料噴射弁８２が取り付けられている。さらに、内燃機関１のシリンダブロック６と、コンプレッサハウジング５１よりも上流で且つエアフローメータ９５よりも下流の吸気管４とは、ブローバイガスが流通するブローバイガス通路１１で接続されている。ブローバイガス通路１１の途中には、該ブローバイガス通路１１を流通するブローバイガスの量を測定する流量計９７が設けられている。

さらに、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ここで、ＥＣＵ９０には、上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２が電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度を算出する。

一方、ＥＣＵ９０には、燃料噴射弁８２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０により燃料噴射弁８２が制御される。

図２は、本実施例に係るピストンリング１６の概略構成を示す図である。本実施例に係るピストンリング１６は、オイルリングまたはコンプレッションリングの何れであっても良い。

ピストンリング１６には合口６０が一箇所形成されている。合口６０は、ピストンリング１６の上方から下方へ向けて該ピストンリング１６を周方向に斜めに切断することにより形成されている。つまり、断面はピストンリング１６の中心軸に対して斜めになっている。なお本実施例では、合口６０を構成する両端の、先端が下側となるほうを下側合口部６１と称し、先端が上側となるほうを上側合口部６２と称する。

図３は、図２に示したピストンリング１６の合口６０の側面視である。図３（Ａ）は下側合口部６１と上側合口部６２とが離れている場合を示している。つまり、合口隙間Ａが０よりも大きい場合を示している。一方、図３Ｂは熱膨張により下側合口部６１と上側合口部６２とが接している場合を示している。つまり、合口隙間Ａが０以下である場合（合口隙間Ａが無い場合）を示している。合口隙間Ａが０より小さくなる（負の値になる）と、下側合口部６１の上に上側合口部６２が乗り上げるようになるため、上側合口部６２と下側合口部６１との間に段差が生じる。これにより、ピストンリング１６に発生する応力を抑制できる。

例えば図４に示すような合口６００の断面がピストンリング１６０の中心軸と平衡となるように形成されている場合には、合口隙間Ａが０となると、ピストンリング１６０が歪んで径方向に拡大する。これにより、ピストンリング１６０が気筒２の壁面に強く押し付けられるため、磨耗する速度が速まる虞がある。これを抑制するために、最初から合口隙間Ａを大きくすると、今度はブローバイガス量が多くなったり、オイルの消費量が多くなったりする。

つまり、図２のようなピストンリング１６では、下側合口部６１の上に上側合口部６２が乗り上げるため、ピストンリング１６が気筒２の壁面に強く押し当てられることが抑制される。このため、合口隙間Ａを最初から小さくすることができる。

ここで、図２に示したピストンリング１６の合口隙間Ａは以下の式により求めることができる。
（π×φ×（１＋αＬ）×ΔＴＬ）／（気筒内周長）−（（π×φ−Ａ）×（１＋αＲ）×ΔＴＲ）／（ピストンリング外周長）
但し、φ：常温時の気筒直径（ｍｍ）、Ａ：常温時の合口隙間（ｍｍ）、αＲ：ピストンリングの線膨張係数（１／℃）、αＬ：気筒壁面の線膨張係数（１／℃）、ΔＴＲ：ピストンリング外周の常温からの温度上昇（℃）、ΔＴＬ：気筒内周の常温からの温度上昇（℃）である。

通常は合口隙間Ａが０よりも大きくなっている。そして、合口隙間Ａが０以下となると、合口６０を構成する両端部が接触する。このときに、図４に示したピストンリング１６０では、ピストンリング１６０が圧縮される。そうすると、圧縮歪が生じる。一方、本実施例のように下側合口部６１の上に上側合口部６２が乗り上げれば、圧縮歪を抑制できるため、過大な応力や面圧が発生することを抑制できる。

次に図５は、上側合口部６２が下側合口部６１に乗り上げているときにおいて、合口６０付近がピストン１５の移動に伴いどのように移動するのかを示した図である。図５（Ａ）はピストン１５が下降しているときを示し、図５（Ｂ）はピストン１５が上昇しているときを示している。

ピストン１５が下降しているときには、矢印で示す慣性力によりピストン１５の溝１５１の上面１５１Ａにピストンリング１６が接する。このときに、合口６０には段差があるため、下側合口部６１とピストン１５の溝１５１の上面１５１Ａとの間には隙間Ｂ（網掛で示している。）ができる。この隙間Ｂには、ブローバイガスやオイルが流通する。すなわち、燃焼ガスは、ピストンリング１６の内周側とピストン１５の溝との隙間を流通し、ピストンリング１６の下面へ回り込む。また、オイルは逆にピストンリング１６の上面に回りこむ。このときには、下側合口部６１の先端は、ピストンリング１６の中で最も下方に位置している。

この状態でピストン１５が上昇に転じると、矢印で示す慣性力によりピストンリング１６がピストン１５の溝１５１の下面１５１Ｂに向かって相対的に移動する。このように移動すると、下側合口部６１の先端がピストン１５の溝１５１の下面１５１Ｂに衝突する。このときには、上側合口部６２の先端がピストンリング１６の中で最も上方に位置している。そうすると、次にピストン１５が下降に転じたときに、上側合口部６２の先端がピストン１５の溝１５１の上面１５１Ａに衝突する。

すなわち、上側合口部６２の先端及び下側合口部６１の先端が繰り返しピストン１５の溝１５１の上面１５１Ａ又は下面１５１Ｂに衝突するため、該上側合口部６２及び下側合口部６１の耐久性が低下する。これに対し、上側合口部６２及び下側合口部６１に部分的に焼き入れしたり、または硬質コーティングする等したりして、耐久性を向上させることができる。

また、機関回転数が高くなるほど、上側合口部６２の先端及び下側合口部６１の先端がピストン１５の溝１５１の上面１５１Ａ又は下面１５１Ｂに衝突する速度が高くなるため、耐久性が低下する。これに対し、機関回転数を抑制することで、耐久性を向上させることができる。例えば機関回転数が３６００ｒｐｍ以上となる場合には、燃料噴射弁８２か
らの燃料噴射を停止させる。つまり、燃料カットを実行する。燃料カットを実行する機関回転数は、ピストンリング１６の強度等を考慮して予め実験等により求めることができる。

なお、図４に示した形状のピストンリング１６０等であって合口が上下方向にずれない場合には、ピストンリングの一部が上方または下方へ向けて突出することがないため、耐久性を向上させるための機関回転数の制限は必要ない。

また、ピストンリング１６の温度を下げることにより、上側合口部６２が下側合口部６１に乗り上げる度合いを低くすることができる。つまり、合口６０の面圧を低下させることができる。さらには、合口隙間Ａを０よりも大きくすることができる。これは、図６に示すように、合口６１０の断面がピストンリング１６１の外周から内周に向かって傾斜している場合のピストンリングであっても同様に適用できる。

図２または図６に示すピストンリングは、熱膨張により合口部に段差ができる。例えば図５に示すように、隙間Ｂができると、この隙間Ｂをブローバイガスやオイルが流通する。ここで、合口隙間Ａが０以下となる場合を運転条件や運転履歴に基づいて予測することも可能ではあるが、それでは出力を過剰に制限する虞がある。例えば、ピストンリング１６は外周から磨耗するので、磨耗により外周の長さが徐々に短くなり、これにより合口隙間Ａは増加する。一方、気筒２の壁面が磨耗することにより気筒２の直径が大きくなるため、ピストンリング１６にかかる力は小さくなるので、合口隙間Ａが減少する方向の力は小さくなる。さらに、内燃機関１が圧力、熱応力、ヘッドボルトによる応力といったことにより経時変化する。これらにより、新品時から時間が経つに従って合口隙間が０以下になり難くなる。この予測は極めて困難であるため、余裕を持たせると出力を過剰に制限してしまう虞がある。

ピストンリング１６の温度低下は、例えば内燃機関１のトルク（燃料噴射量としても良い）を低下させることにより可能となる。つまり、トルクの発生量を低減することにより、燃焼室内の温度を低くすることができるため、ピストンリング１６の温度を低下させることができる。

また、冷間始動時にオイルジェット１７からのオイルの噴射を停止させて暖機促進等をしている場合には、これを中止して、オイルジェット１７から常にオイルを噴射させる。これにより、ピストン１５が冷却されるため、ピストンリング１６の温度を低下させることができる。

さらに、オイルジェット１７から噴射されるオイル量を増加させても良い。この場合、オイルのリリーフ圧力を高くすることによりオイルの圧力を上昇させても良く、オイルポンプからのオイルの吐出量を増加させても良い。さらに、他の部材へのオイルの供給量を減少させたり、供給を停止させたりしても良い。

図７は、本実施例に係るオイル供給システム７０の概略構成を示す図である。内燃機関１には、クランクシャフト１３の回転に応じてオイルを吐出するオイルポンプ７１が備えられている。このオイルポンプ７１の入口側には、オイル吸引通路７２の一端が接続されている。オイル吸引通路７２の他端は、内燃機関１の最下部に位置するオイルパンに貯留されているオイル中に開口している。

オイルポンプ７１の出口側には、オイル通路７３の一端が接続さている。このオイル通路７３には、リターン通路７４の一端が接続されている。リターン通路７４の他端は、オイル吸引通路７２に接続されている。このため、リターン通路７４を流通するオイルは、
オイルポンプ７１に再度流入する。

リターン通路７４の途中には、リリーフバルブ７５が設けられている。リリーフバルブ７５は、オイルの圧力が設定圧力未満のときには、閉弁してオイルの全量をオイル通路７３へ流す。一方、オイルの圧力が設定圧力以上となると開弁し、オイルの一部をリターン通路７４へ流す。なお、オイルポンプ７１は、設定圧力以上でオイルを吐出している。つまり、リリーフバルブ７５は定期的に作動し、オイル通路７３を流通するオイルの圧力を設定圧力に調節する。

オイル通路７３の他端側は複数に分岐し、シリンダヘッド１０及びシリンダブロック６の摺動部や冷却を要する部材に向けて開口している。また、オイルジェット１７にも接続されている。

オイルジェット１７に通じるオイル通路７３には、該オイル通路７３を遮断する遮断弁７６が設けられている。また、オイル通路７３には、オイルの圧力が過剰に高くならないように、規定の圧力で開弁するリリーフバルブ７７も設けられている。このリリーフバルブ７７は、リターン通路７４に設けられているリリーフバルブ７５の設定圧力（例えば５００ｋＰａ）よりも高い圧力（例えば１０００ｋＰａ）で開弁する。

冷間始動時にオイルジェット１７からのオイルの噴射を停止させて暖機促進等をする場合には、遮断弁７６を閉弁する。この閉弁はＥＣＵ９０からの信号により行なわれる。そして、ピストンリング１６の温度を低下させるときには、遮断弁７６を常に開弁して、オイルジェット１７からオイルを噴射させる。このオイルによりピストン１５が冷却されるため、ピストンリング１６の温度を低下させることができる。

また、オイルジェット１７から噴射されるオイル量を増加させても良い。この場合、リリーフバルブ７５の設定圧力を変更可能な場合には、設定圧力を高くすることに可能となる。また、オイルポンプ７１からのオイルの吐出量を変更可能な場合には、オイルの吐出量を増加させることにより可能となる。これらは、ＥＣＵ９０からの信号により制御する。さらに、他の部材へのオイルの供給量を減少させたり、供給を停止させたりしても良い。

そして本実施例では、これらの制御をブローバイガス量に基づいて実施する。すなわち、合口隙間Ａが０以下となり、この値が小さくなるほど、ブローバイガス量が多くなるため、該ブローバイガス量が判定値よりも多くなった場合に上記制御を行う。この判定値は、合口隙間Ａが０以下となったときのブローバイガス量とすることができる。なお、ブローバイガス量に代えて、オイルの消費量に基づいてピストンリング１６の温度を低下させても良い。

図８は、機関回転数と機関トルクとブローバイガス量の判定値との関係を示した図である。機関回転数が高いほど、また機関トルクが大きいほど、合口６０を通過するガス量が多くなるため、ブローバイガス量の判定値は大きくなる。この関係は予め実験等により求めてＥＣＵに記憶させておく。ブローバイガス量は、流量計９７により得ることができる。また、例えばシリンダブロック６内と吸気通路内との圧力差と、ブローバイガス通路の断面積とからベルヌーイの定理を用いて算出することもできる。さらに、ブローバイガスの流通を弁により遮断可能な場合には、ブローバイガスを流通させるときと遮断するときとで、エアフローメータ９５による吸入空気量の差が生じたときに、この差をブローバイガス量としても良い。なお、本実施例では流量計９７が、本発明における検知手段に相当する。

図９は、機関回転数と機関トルクとピストンリング１６の温度との関係を示した図である。機関回転数が高いほど、また機関トルクが大きいほど、ピストンリング１６の温度は高くなる。そして、通常時（つまり、ブローバイガス量が判定値以下のとき）には全領域にて内燃機関１が運転されている。一方、ブローバイガス量増加時（つまり、ブローバイガス量が判定値よりも多いとき）には、斜線を引いた範囲内で内燃機関１を運転する。すなわち、高回転高負荷の運転領域では燃料カットを行なっている。これにより、ピストンリング１６の温度が高くなる領域で内燃機関１が運転されないため、ピストンリング１６の温度上昇を抑制することができる。

また、図２で示したピストンリング１６の場合には、機関回転数を例えば図９のＣよりも低くする。これにより、上側合口部６２や下側合口部６１がピストン１５の溝１５１の上面１５１Ａ又は下面１５１Ｂに衝突する速度を低減することができる。Ｃの値は、ピストンリング１６の耐久性を向上させる値として予め実験等により求めておく。

次に図１０は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ブローバイガス量が判定値よりも多いか否か判定される。すなわち、合口隙間Ａが０以下となったか否か判定される。ブローバイガス量は流量計９７により測定し、判定値は図８により得る。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、ピストンリング１６の温度を低下させる制御が行われる。例えばオイルジェット１７からのオイルの噴射量を増加させる、機関トルクを図９の斜線で示した範囲に制限する、暖機時にオイルジェット１７からのオイルの噴射を停止させている場合にはオイルの噴射を許可する等を行なう。また、このときに図２に示される形状のピストンリング１６では、機関回転数を図９のＣ以下となるように制限する。例えば機関回転数３６００ｒｐｍを超えた場合に燃料カットを実施する。なお、本実施例ではステップＳ１０２を実行するＥＣＵ９０が、本発明における温度低下手段に相当する。

ステップＳ１０３では、冷却水の温度が例えば８０℃よりも低いか否か判定する。本ステップは、内燃機関の保護のためにウォータージャケットにおける冷却を最低限にするための処理を行なうか否か判定している。ここで、気筒２の壁面温度を高くすることにより気筒２の直径が大きくなるため、ピストンリング１６が気筒２の壁面に押し付けられる力が小さくなる。つまり、気筒２の壁面の温度を高くすれば、ピストンリング１６及び気筒２の壁面の磨耗を抑制できる。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０４では、ウォーターポンプを停止させる。すなわち、冷却水の循環を停止させる。このようにして、シリンダブロックから冷却水への熱伝達を低減する。また、ピストン１５の周りの冷却水を抜いても良い。さらに、ヒータ等により加熱しても良い。なお、本実施例ではステップＳ１０４を実行するＥＣＵ９０が、本発明における温度低下抑制手段に相当する。

以上説明したように本実施例によれば、ピストンリング１６の合口隙間Ａが０以下となることを抑制できるため、ピストンリング１６に発生する応力を低減することができる。これにより、ブローバイガス量が増加することを抑制したり、オイルの消費量を低減したりできる。また、出力の過剰な抑制を行なうこともない。

ここで、上側合口部６２が下側合口部６１に乗り上げるのは、例えば冷間時において負荷が非常に高くなることにより、ピストン１５及びピストンリング１６が加熱されるときである。このような場合には、オイルの温度は低いために該オイルの粘度は高い。このため、機関トルクを減少させようとして単に燃料噴射量を制限すると、トルク不足により車両が坂道を登れなくなったり、段差を乗り越えられなくなったりする虞がある。したがって、機関トルクをある程度確保する必要がある。

そこで本実施例では、ピストンリング１６の温度を低下させるために燃料噴射量を制限しているときには、燃料噴射時期を遅角させ（遅らせ）、且つ過給圧を高くする。燃料噴射時期を遅角させることにより燃焼ガスの最高温度が下がるため、ピストン１５の温度を下げることができる。これにより、タービンに流入する排気の温度は高くなる。また、過給圧を高くすることにより作動ガスの熱容量が増加するため燃焼温度が下がるので、ピストン１５の温度を下げることができる。これにより、タービンに流入する排気の温度は低くなる。

これらにより、ピストン１５またはピストンリング１６の温度が同じ場合であったとしても、過給圧の増加により燃料噴射量を増加させることができる。ただし、燃料噴射時期を遅らせると等容度低下し、過給圧を高くするとポンプ損失が増加するため、燃費が悪化する虞がある。このため、上側合口部６２が下側合口部６１に乗り上げているとき（すなわち、合口隙間Ａが０以下のとき）にのみ燃料噴射時期の遅角や過給圧の増加を行なう。

図１１は、本実施例に係る燃料噴射時期の遅角及び過給圧の増加を行なったときの筒内圧力及び筒内温度の推移を示した図である。図１１（Ａ）は燃料噴射時期の遅角及び過給圧の増加を行なう前の筒内圧力を示し、図１１（Ｂ）は燃料噴射時期を遅角した後の筒内圧力を示し、図１１（Ｃ）は、燃料噴射時期を遅角し且つ過給圧を増加させたときの筒内圧力を示し、図１１（Ｄ）は、燃料噴射時期の遅角及び過給圧の増加を行なう前の筒内温度を示し、図１１（Ｅ）は燃料噴射時期を遅角した後の筒内温度を示し、図１１（Ｆ）は、燃料噴射時期を遅角し且つ過給圧を増加させたときの筒内温度を示している。何れも横軸はクランクアングルである。

図１１（Ｂ）において燃料噴射時期が遅角されているため、図１１（Ａ）の場合と比較して筒内圧力の最大値は低くなる。また、このときの筒内温度の最大値は、図１１（Ｅ）に示すように、Ｇで示される値だけ低下している。一方、図１１（Ｃ）では、過給圧が増加されるため、筒内圧力の最大値は図１１（Ａ）の場合と同じになる。また、このときの筒内温度の最大値は、過給圧の増加により更にＨで示される値だけ低下している。また、このときの燃焼による温度上昇値（Ｊで示している）は、他の場合と比較して低い。

図１２は、機関回転数と機関トルクとの関係を示した図である。通常時（つまり、ブローバイガス量が判定値以下のとき）には全領域にて内燃機関１が運転されている。一方、ブローバイガス量増加時（つまり、ブローバイガス量が判定値よりも多いとき）には、斜線を引いた範囲内で内燃機関を運転する。図９に示した関係と比較すると、より高回転高負荷での運転が可能となる。図９及び図１２に示した範囲で運転を行った場合、どららも、ピストン１５またはピストンリング１６の最高温度は例えば２２０℃となる。なお、燃料噴射時期及び過給圧は予め実験等により最適値を求めておいても良く、フィードバック制御により決定しても良い。

このように本実施例によれば、筒内温度を低下させつつ筒内圧力の低下を抑制できるため、ピストンリング１６の温度を低下させつつ燃料噴射量の減少を抑制できる。このため、機関トルクの低下を最小限に抑えることができる。

ピストンリング１６以外が実施例２で説明した場合よりも更に低温になると、燃料噴射時期の遅角及び過給圧の増加だけでは出力が不足する場合がある。これに対し本実施例では、筒内圧力の最大値の制限を緩和するか又はターボチャージャ５０の回転数の制限を緩和して出力を増加させる。すなわち、筒内圧力の最大値を大きくしたり、ターボチャージャ５０の回転数を通常よりも高くしたりする。なお、筒内圧力は過給圧としても良い。

ここで、材料の疲労強度は、温度が高いほど小さくなる。一般に、温度が想定される範囲内の最高値となったときであっても、各部材が破損しないように筒内圧力の最大値が設定されている。しかし、内燃機関１の温度が全体的に低い場合には、材料の疲労強度が大きくなるため、筒内圧力の最大値を上げても各部材は破損しない。そこで、内燃機関１の温度の低さに応じて更に過給圧を増加させれば、出力を上昇させつつピストンリング１６の温度を低下させることができる。

例えば、冷却水温度が５０℃以下の場合には、５０℃より高い場合よりも筒内圧力の最大値を２ＭＰａ高くしても良い。また、例えばタービンインペラーの温度が閾値以下で且つターボチャージャ５０を循環するオイルの温度が閾値以下の場合に、ターボチャージャの回転数を５％上昇させても良い。これにより、さらに燃料噴射量を増加させることができるため、より広い領域での運転が可能となる。筒内圧力またはターボチャージャ５０の回転数の回転数はセンサにより測定し、フィードバック制御しても良い。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気ポート
４ 吸気管
５ 吸気弁
６ シリンダブロック
７ 排気ポート
８ 排気管
９ 排気弁
１０ シリンダヘッド
１１ ブローバイガス通路
１３ クランクシャフト
１４ コンロッド
１５ ピストン
１６ ピストンリング
１７ オイルジェット
５０ ターボチャージャ
５１ コンプレッサハウジング
５２ タービンハウジング
６０ 合口
６１ 下側合口部
６２ 上側合口部
７０ オイル供給システム
７１ オイルポンプ
７２ オイル吸引通路
７３ オイル通路
７４ リターン通路
７５ リリーフバルブ
７６ 遮断弁
７７ リリーフバルブ
８２ 燃料噴射弁
９１ アクセル開度センサ
９２ クランクポジションセンサ
９４ 過給圧センサ
９５ エアフローメータ
９６ 冷却水温度センサ
９７ 流量計
１５１ 溝

Claims (5)

1. シリンダブロック内で往復するピストンに装着されるピストンリングと、
   前記ピストンリングの合口隙間の大きさを検知する検知手段と、
   前記合口隙間が無くなる場合に、前記ピストンリングの温度を現時点よりも低下させる温度低下手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ピストンリングの合口は該ピストンリングの周方向に上方から下方に向けて傾斜する断面により構成され、前記温度低下手段により前記ピストンリングの温度を低下させる場合には、機関回転数を規定値以下に制限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. 過給器を更に備え、前記温度低下手段は、内燃機関の気筒内への燃料噴射量を制限することにより前記ピストンの温度を低下させ、該燃料噴射量を制限するときには該燃料噴射量を制限しないときよりも、燃料噴射時期を遅らせ且つ過給圧を上昇させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の温度が閾値よりも低いときには、閾値以上のときよりも、筒内圧力の最大値を大きくす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. 前記低下手段により前記ピストンリングの温度を低下させるときには、気筒壁面の温度低下を抑制する温度低下抑制手段を更に備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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