JP2014218897A - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルが交換時期まで劣化したときに、その後のオイル劣化の進行を抑制し、潤滑不良の発生を回避する。
【解決手段】オイル劣化センサの検出信号から算出されたオイル劣化度Ｏｒを、オイル交換時期に相当するオイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈと比較し（ステップ３）、閾値Ｏｒｔｈ未満であれば、運転条件に応じた基本目標圧縮比ε０を目標圧縮比ｔεとする（ステップ２，４）。閾値Ｏｒｔｈ以上であれば、警告灯を点灯し（ステップ５）、オイル劣化度Ｏｒに応じた圧縮比低下補正量εｈでもって基本目標圧縮比ε０を低圧縮比側へ補正する（ステップ６，７，９）。補正後の圧縮比ε１が最低圧縮比εｍｉｎ以下であれば、最低圧縮比εｍｉｎに固定する（ステップ８，１０）。燃焼温度の低下によってブローバイガス中のＮＯｘ濃度が低くなるので、オイル劣化の進行が抑制される。
【選択図】図２

Description

この発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、オイルの劣化による潤滑不良等を抑制する技術に関する。

内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構は、従来から種々の形式のものが知られている。例えば、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリの変更によってピストン上死点位置を上下に変位させるようにした可変圧縮比機構が本出願人らによって多数提案されている。また、クランクシャフトの中心位置に対しシリンダの位置を上下に変位させることで同様に機械的圧縮比を変化させるようにした可変圧縮比機構も公知である。

このような可変圧縮比機構においては、基本的には、ノッキング等の異常燃焼を生じない範囲でできるだけ高い圧縮比とすることが望ましく、従って、目標圧縮比の一般的な傾向としては、負荷が低いほど高い圧縮比となる。

ところで、内燃機関の各部を潤滑するオイルは、シリンダブロック下部のクランクケース内に集められ、ここからオイルポンプによって再度オイルギャラリ等へ送られるのであるが、クランクケース内において燃焼室から漏れてきたブローバイガスと接触するため、ブローバイガスに含まれるＮＯｘによってオイルが劣化する、という問題がある。オイル劣化を放置すると、粘性の低下などにより各部の潤滑不良が発生する。特許文献１には、このようなオイルの劣化を光学的に検出し、オイル交換時期が近付いたときに運転者に報知することが開示されている。

特開２０１０−１４５１０７号公報

上記の特許文献１には、内燃機関の圧縮比に関する記載はなく、オイル交換時期が近付いたときに単に運転者に報知するに過ぎない。本発明は、可変圧縮比機構による機械的圧縮比の変更を利用して、オイル交換時期が近付いたときにオイル劣化のそれ以上の進行を可及的に抑制することを目的としている。

本発明は、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、ブローバイガスにより劣化するオイルの劣化が所定劣化度に達したことを判定する手段を備え、オイルの劣化が所定劣化度に達したときに、上記可変圧縮比機構による圧縮比を低くすることを特徴としている。

内燃機関の機械的圧縮比が高いと燃焼温度が高くなり、ＮＯｘの発生量ひいてはブローバイガスに含まれるＮＯｘも増加する。可変圧縮比機構の圧縮比は、熱効率向上の観点からノッキング等の異常燃焼を生じない範囲でできるだけ高い圧縮比とすることが望ましいが、本発明では、オイルの劣化が所定劣化度に達したときに、機械的圧縮比が低く設定される。これにより、ブローバイガスに含まれるＮＯｘが少なくなり、以降のオイル劣化の進行が抑制される。従って、オイル交換までの間にオイル劣化に起因した潤滑不良を生じるリスクが軽減される。

この発明によれば、オイルの劣化が所定劣化度に達したときに機械的圧縮比を低くすることで、以降のオイル劣化の進行を抑制することができ、オイル劣化に起因した潤滑不良が生じるリスクを軽減することができる。

この発明の一実施例に係る制御装置のシステム構成を示す構成説明図。 この実施例における制御の流れを示すフローチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構２を備えた４ストロークサイクルの筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。

上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、燃焼室３内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁８が配置されている。上記燃料噴射弁８は、駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、この駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。

上記吸気ポート７に接続された吸気通路１８のコレクタ部１８ａ上流側には、エンジンコントローラ９からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１９が介装されており、さらにその上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１０が配設されている。

また、排気ポート１１に接続された排気通路１２には、三元触媒からなる触媒装置１３が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１４が配置されている。

上記エンジンコントローラ９には、上記のエアフロメータ１０、空燃比センサ１４のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１５、冷却水温を検出する水温センサ１６、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ１７、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ９は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁８による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、スロットルバルブ１９の開度、等を最適に制御している。

また、内燃機関１は、各部を潤滑するオイルの劣化を測定するためのオイル劣化センサ４１を備えている。このオイルを利用する内燃機関１の潤滑機構については特に図示していないが、シリンダブロック２９下部のクランクケース底部（いわゆるオイルパン部分）に一時的にオイルが貯留され、かつ図示せぬオイルポンプによって吸い上げられたオイルが、オイルギャラリを通して各部へ圧送される一般的な構成となっている。このような内燃機関１のオイルの劣化を検出する手法としては、特許文献１のような光学式のほか、オイルの静電容量や電位差などを検出する電気的な方法、粘性低下を圧力変化などから検出する方法、オイルの化学的な特性変化を化学的に検出する方法、など種々のものが知られており、実施例のオイル劣化センサ４１としては、これらの検出方法に対応した適宜なセンサ（複数のプローブから構成されるものを含む）が用いられ、かつその形式に応じて、オイルが貯留しているオイルパン部分やオイルが通過するオイル通路など適宜位置に配設される。このオイル劣化センサ４１の検出信号はエンジンコントローラ９へ入力され、後述するように、所定の劣化度に達したか否かが判定される。そして、所定劣化度に達したときにオイル交換が必要であることを運転者に報知する警告手段として、例えば警告灯４２が設けられている。なお、警告灯４２のような視覚的な報知を行うものに代えて、音声や警告音等による音響的な警告手段を用いることも可能である。

一方、可変圧縮比機構２は、特開２００４−１１６４３４号公報等に記載の公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト２１のクランクピン２１ａに回転自在に支持されたロアリンク２２と、このロアリンク２２の一端部のアッパピン２３とピストン２４のピストンピン２４ａとを互いに連結するアッパリンク２５と、ロアリンク２２の他端部のコントロールピン２６に一端が連結されたコントロールリンク２７と、このコントロールリンク２７の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト２８と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト２１および上記コントロールシャフト２８は、シリンダブロック２９下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト２８は、該コントロールシャフト２８の回動に伴って位置が変化する偏心軸部２８ａを有し、上記コントロールリンク２７の端部は、詳しくは、この偏心軸部２８ａに回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構２においては、コントロールシャフト２８の回動に伴ってピストン２４の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。

また、上記可変圧縮比機構２の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト２１と平行な回転中心軸を有する電動モータ３１がシリンダブロック２９下部に配置されており、この電動モータ３１と軸方向に直列に並ぶように減速機３２が接続されている。この減速機３２としては、減速比の大きな例えば波動歯車機構が用いられており、その減速機出力軸３２ａは、電動モータ３１の出力軸（図示せず）と同軸上に位置している。従って、減速機出力軸３２ａとコントロールシャフト２８とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、減速機出力軸３２ａに固定された第１アーム３３とコントロールシャフト２８に固定された第２アーム３４とが中間リンク３５によって互いに連結されている。

すなわち、電動モータ３１が回転すると、減速機３２により大きく減速された形で減速機出力軸３２ａの角度が変化する。この減速機出力軸３２ａの回動は第１アーム３３から中間リンク３５を介して第２アーム３４へ伝達され、コントロールシャフト２８が回動する。これにより、上述したように、内燃機関１の機械的な圧縮比が変化する。なお図示例では、第１アーム３３および第２アーム３４が互いに同方向に延びており、従って、例えば減速機出力軸３２ａが時計回り方向に回動するとコントロールシャフト２８も時計回り方向に回動する関係となっているが、逆方向に回動するようにリンク機構を構成することも可能である。

上記可変圧縮比機構２の目標圧縮比は、エンジンコントローラ９において、機関運転条件（例えば要求負荷と機関回転速度）に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記電動モータ３１が駆動制御される。

図２は、上記エンジンコントローラ９において内燃機関１の運転中に所定時間毎に繰り返し実行される圧縮比制御の流れを示すフローチャートである。ステップ１では、内燃機関１の吸入空気量Ｑａ（内燃機関１の負荷に相当する）と、機関回転速度Ｎｅと、オイル劣化度Ｏｒと、を読み込む。オイル劣化度Ｏｒは、オイルの劣化の度合いを示すパラメータであり、上記オイル劣化センサ４１の検出信号に基づき図示しない他のルーチンにより前述した公知の手法を利用して算出される。

ステップ２では、吸入空気量Ｑａと機関回転速度Ｎｅとに基づき、所定の圧縮比マップを参照して、基本目標圧縮比ε０を求める。この基本目標圧縮比ε０は、基本的には、ノッキング等の異常燃焼が生じない範囲でできるだけ高い圧縮比となるように予め定められており、低負荷側で高い圧縮比となる傾向を有している。

次にステップ３では、オイル劣化度Ｏｒが所定の劣化度つまり所定のオイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈ未満であるか判定する。オイル劣化度Ｏｒがオイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈ未満であれば、ステップ４へ進み、最終的な目標圧縮比ｔεとして、基本目標圧縮比ε０をそのまま用いる。なお、オイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈは、オイル交換が必要である劣化の程度に相当するように設定されており、つまり、そのまま内燃機関１の運転を継続すると、潤滑不良により摺動部の焼き付きや部品破損が生じる恐れがある劣化状態に相当する。

ステップ３でオイル劣化度Ｏｒがオイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈ以上であれば、ステップ５へ進み、オイル交換時期が到来したことを運転者に報知してオイル交換を促すために、警告灯４２を点灯する。そして、ステップ６において、そのときのオイル劣化度Ｏｒに基づき、圧縮比低下補正量εｈを求める。この圧縮比低下補正量εｈは、オイル劣化度Ｏｒが大（劣化が進行している状態）であるほど大きな値となる。つまり、オイル劣化度Ｏｒがオイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈと等しくなって警告灯４２が点灯した後も運転を継続すると、ステップ６で求められる圧縮比低下補正量εｈは徐々に増加していく。

ステップ７では、「ε１＝ε０−εｈ」として仮目標圧縮比ε１を求める。つまり、この仮目標圧縮比ε１は、オイル劣化度Ｏｒに応じた圧縮比低下補正量εｈでもって基本目標圧縮比ε０を低圧縮比側へ補正した場合の補正後の圧縮比に相当する。そして、ステップ８で、この仮目標圧縮比ε１が最低圧縮比εｍｉｎよりも大きいか否か判定する。上記最低圧縮比εｍｉｎは、可変圧縮比機構２において制御可能な最も低い圧縮比である。

仮目標圧縮比ε１が最低圧縮比εｍｉｎよりも大きければ、ステップ９へ進んで、仮目標圧縮比ε１を最終的な目標圧縮比ｔεとする。仮目標圧縮比ε１が最低圧縮比εｍｉｎ以下であれば、最低圧縮比εｍｉｎを最終的な目標圧縮比ｔεとして用いる。

このように上記実施例では、オイルがオイル交換の必要な程度まで劣化したときに、警告灯４２の点灯により運転者に報知すると同時に、目標圧縮比ｔεを強制的に低下させる。これにより、熱効率が低下し若干の燃費の悪化が派生するものの、燃焼温度の低下により燃焼室３内でのＮＯｘの発生ひいてはクランクケース内でのブローバイガスに含まれるＮＯｘの濃度が抑制される。そのため、その後のオイルの劣化の進行が抑制され、実際のオイル交換までの間にオイル劣化に起因した潤滑不良が生じるリスクが軽減される。また、圧縮比の低下により、燃焼圧ピークが低下するので、例えばクランクシャフト２１の軸受部やピストンピン２４ａなど燃焼荷重が作用する潤滑部においては、潤滑不良による焼き付きを回避する上で、一層有利となる。

ここで、上記実施例では、圧縮比低下補正量εｈがオイル劣化度Ｏｒに応じて設定されるので、警告灯４２が点灯した直後は比較的小さな圧縮比低下となり、その後、長時間の運転を継続すると最低圧縮比εｍｉｎに固定される形となる。従って、潤滑不良が生じるまでに余裕がある段階での過度の圧縮比低下が回避される。

本発明の他の実施例としては、オイル劣化度Ｏｒがオイル劣化判定閾値Ｏｒｔｈ以上となったときに、目標圧縮比ｔεを最低圧縮比εｍｉｎに固定するようにしてもよい。このようにすれば、オイル劣化の進行が最大限に抑制される。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、ピストン２４の上死点位置を上下に変位させることで圧縮比を変化させる可変圧縮比機構２が用いられているが、シリンダ側を上下に移動させる形式の可変圧縮比機構においても、本発明は同様に適用が可能である。

１…内燃機関
２…可変圧縮比機構
８…燃料噴射弁
９…エンジンコントローラ
１９…スロットルバルブ
４１…オイル劣化センサ
４２…警告灯

Claims (6)

1. 機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   ブローバイガスにより劣化するオイルの劣化が所定劣化度に達したことを判定する手段を備え、
   オイルの劣化が所定劣化度に達したときに、上記可変圧縮比機構による圧縮比を低くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記所定劣化度は、オイル交換が要求される劣化の程度に設定されている、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. 運転者にオイル交換が必要であることを報知する警告手段を有し、
   オイルの劣化に基づく上記の圧縮比低下を行うときに上記警告手段を作動させる、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. オイルの劣化が所定劣化度に達したときに、圧縮比を上記可変圧縮比機構の最低圧縮比とする、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. オイルの劣化が所定劣化度に達したときに、内燃機関の運転条件に応じて設定される基本目標圧縮比に対して、劣化の程度に応じた補正量でもって低圧縮比側への補正を行う、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
   ブローバイガスによるオイルの劣化が所定劣化度に達したか否かを判定し、
   オイルの劣化が所定劣化度に達したときに、上記可変圧縮比機構による圧縮比を低くすることを特徴とする内燃機関の制御方法。

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