JP2015048727A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングを適切に抑制しながら、燃費性能の一層の向上を実現し得る車両の制御装置を提供する。
【解決手段】弁体と、この弁体を潤滑油の油圧に抗して閉弁方向へ付勢する弾性体と、油圧の上昇により前記弾性体による付勢に抗して前記弁体を閉弁状態から開弁状態へ姿勢変更させ且つ前記弁体を通過した潤滑油を噴射して気筒を冷却する噴射ノズルと、前記弁体へ供給される潤滑油の油圧を検知する油圧センサとを備えた内燃機関を有する車両の制御装置であって、前記油圧センサによって検知される油圧の挙動により前記弁体が開弁状態にあるか閉弁状態にあるかを判定し、前記弁体が開弁状態あると判定したときは閉弁状態に比べて前記気筒の温度が上昇し易くなる制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関を搭載した車両の制御装置に関するものである。

従来、内燃機関の燃費の改善を目的として、熱機械変換効率を向上させるための試みが数多くなされてきた。そしてこれらの試みの結果、空燃比や点火時期を初めとした各種制御パラメータについては、各々の内燃機関に関して最も熱機械変換効率が高い、所謂理論値が求められ、当該理論値或いは理論値になるべく近い態様で制御を行うことで燃費の向上が行われてきた。

しかしここで問題となるのが、各種制御パラメータを上記理論値に近づけすぎた場合には、未燃燃料が点火によらず自己着火するノッキングが起こり易くなるということである。

そして斯かるノッキングの原因として気筒の過度の温度上昇が挙げられるため、これまでにも、ピストンの内側へ潤滑油を噴射するオイルジェットが適用されている（例えば、特許文献１参照)。

この特許文献１記載のオイルジェットは、弁体と、この弁体を潤滑油の油圧に抗して閉弁方向へ付勢するバネと、油圧の上昇により前記弾性体による付勢に抗して前記弁体を閉弁状態から開弁状態へ姿勢変更させ且つ前記弁体を通過した潤滑油を噴射して気筒を冷却する噴射ノズルとを具備している、所謂機械式のものである。

しかしながら上記特許文献に記載のものを初めこれらオイルジェットは、そのときの潤滑油の粘度や潤滑油を供給するポンプやバネの個体差、またオイルの個体差により潤滑油の噴射が開始されるタイミングが変化し、予測が困難である。そのため、オイルジェットにより気筒が冷却された状態に応じた制御での運転中であっても実際にはオイルジェットが作動せずノッキングを招来してしまうという不具合が回避し得なかった。すなわち、これまでは上記制御パラメータの決定に際しては内燃機関では気筒が冷却されるタイミングまで勘案した上で、熱機械変換効率を高める制御ができなかったというのが現状である。

特開２０１３−１４４９４７号公報

本発明は、上記の問題に着目したものであり、ノッキングを適切に抑制しながら、燃費性能の一層の向上を図ることを所期の目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る車両の制御装置は、弁体と、この弁体を潤滑油の油圧に抗して閉弁方向へ付勢する弾性体と、油圧の上昇により前記弾性体による付勢に抗して前記弁体を閉弁状態から開弁状態へ姿勢変更させ且つ前記弁体を通過した潤滑油を噴射して気筒を冷却する噴射ノズルと、前記弁体へ供給される潤滑油の油圧を検知する油圧センサとを備えた内燃機関を有する車両の制御装置であって、前記油圧センサによって検知される油圧の挙動により前記弁体が開弁状態にあるか閉弁状態にあるかを判定し、前記弁体が開弁状態あると判定したときは閉弁状態に比べて前記気筒の温度が上昇し易くなる制御を行うことを特徴とする。

ここで本発明は、弁体の開弁状態から閉弁状態へ相互に移行するタイミングを油圧センサの挙動により検出し、当該開弁状態及び閉弁状態を判定し得る点に、本願発明者らが初めて着目する事によりなされたものである。

このようなものであれば、潤滑油の噴射開始直後から噴射終了直前までの期間を的確に判断することができる。これにより、気筒が潤滑油によって冷却されているタイミングに的確に応じて気筒の温度が上昇し易くなるとされる熱機械変換効率が高い制御を行うことができる。その結果、ノッキングを適切に抑制しながら、燃費性能の一層の向上を実現し得る。

本発明によれば、ノッキングを適切に抑制しながら、燃費性能の一層の向上を実現し得る車両の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図。 図１の要部に係る構成説明図。 同実施形態に係る駆動系の構成を示す図。 同実施形態に係る油圧の挙動をグラフとして示す図。 同実施形態に係る無段変速機の変速線図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部には、吸気バルブ１８、排気バルブに加え、略中央の位置に点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。また気筒１はその内部で往復動する、換言すればシリンダブロック１７内部を往復摺動するピストン１３を有する。ピストン１３は、ピストンピン１４を介してコンロッド（コネクティングロッド）１５に枢着され、このコンロッド１５がピストン１３の往復動をクランクシャフト１６の回転動作へと変換している。そしてシリンダブロック１７の下端部には、オイルジェット２が取り付けられている。

オイルジェット２は、ピストン１３を冷却するためのものであり、このオイルジェット２は、シリンダブロック１７に取り付けられた本体２０と、この本体２０内に取り付けられた弁体２１と、この弁体２１を潤滑油の油圧に抗して閉弁方向へ付勢する弾性体たるコイルバネ２２と、潤滑油の油圧上昇によりコイルバネ２２による付勢に抗して前記弁体２１を閉弁状態から開弁状態へ姿勢変更させ且つ前記弁体を通過した潤滑油を噴射して気筒を冷却する前記噴射ノズル２３とを有している。この噴射ノズル２３は具体的には、気筒１内に突出し、かつその先端部が斜め上方に向けて屈折しており、下死点近傍にあるピストン１３の背面（ピストンピン１４を取り付けている内側面）に向けて潤滑油を噴出させるものである。オイルジェット２は、オイルポンプＰ（図１）から潤滑油の供給を受ける。潤滑油は、内燃機関のクランクケース内のオイルパン（図示せず）に蓄えられ、内燃機関の各部の潤滑に用いられる。オイルポンプＰは、内燃機関のクランクシャフト１６から駆動力の供給を受けて回転し、オイルパンに蓄えられている潤滑油を吸引し、吐出して、オイルジェット２を含む内燃機関の各部に向けて圧送する。具体的には、オイルポンプＰからオイルジェット２へ供給される潤滑油は、メイン流路Ｌに接続するシリンダブロック１７の連通路１７ａを介して本体２０へ導入される。そしてこのオイルポンプＰからの潤滑油は上述の通り、油圧が一定以上である場合にはコイルバネ２２の付勢に抗して弁体２１を押し下げ、噴射ノズル２３に到達し、当該噴射ノズルから気筒１内へ噴射される。そして前記弁体２１へ供給される潤滑油の油圧は、メイン流路Ｌに設けられた油圧センサＳにより検出される。

そして本実施形態では、吸気バルブ１８の開閉タイミングを制御するためのバルブタイミング機構６が設けられている。この可変バルブタイミング機構６としてはその一例として、クランクシャフト１６に対する図示しない吸気カムシャフトの回転位相を油圧により変化させることにより吸気バルブ１８の開閉タイミングを変化させる態様のものが挙げられる。またその他可変バルブタイミング機構６としては、吸気バルブ１８を電磁弁として開閉タイミングを電気的に制御する態様のもの等、既存の種々の構成を適用し得る。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

図３に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転駆動力は、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

原則として、車速がある程度以上高い状況下、例えば１０ｋｍ／ｈ以上では、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。そして、車速が１０ｋｍ／ｈよりも低くなったならば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。

ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側のドライブプレートに入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側にある前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。要するに、前後進切換装置８は、内燃機関と車軸１０３との間を接続し、並びに、内燃機関と車軸１０３との間を切断するためのクラッチとしての役割を担っている。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また変速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ（図示せず）は、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。この作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及び機関の回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量または電子スロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、ポンプＰからオイルジェット２へ供給される潤滑油の油圧を検知すべく油圧センサＳから出力される油圧信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９に使用される作動液の温度を検出する液温センサから出力される作動液温信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、電子スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ、吸気バルブ１８の開閉タイミングを制御するための可変バルブタイミング機構６に対するバルブタイミング信号ｏ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、機関の回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それら機関回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、クラッチ８４、８５の接続／切断、自動変速機８、９の変速比、そして吸気バルブ１８の開閉タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。

しかして本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ０は、前記油圧センサＳによって検知される油圧の挙動により前記弁体２１が開弁状態にあるか閉弁状態にあるかを判定し、前記弁体２１が開弁状態あると判定したときは閉弁状態に比べて前記気筒１の温度が上昇し易くなる制御を行う。

すなわち本実施形態では、図４に示すように、運転中の油圧センサＳから得られるメイン流路Ｌの油圧の挙動により、弁体２１が開弁状態にあるか、閉弁状態にあるかを判定する。同図では弁体２１の開弁動作時及び閉弁動作時の油圧の挙動を示している。具体的に説明すると、オイルポンプＰがメイン流路Ｌに吐出する潤滑油の油圧はクランクシャフト１６の回転速度、すなわち内燃機関の回転数に依存する。よって同図上側に示すように回転数上昇時では当該回転数に応じて油圧は上昇してゆく。そして上昇の過程において、潤滑油の粘度や機関温度、コイルバネ２２の個体差等によって定まる個体毎に一定の油圧に達すればコイルバネ２２の付勢力に抗して弁体２１が押し下げられる。このとき同図上に示すように一時的に油圧の単位時間当たりの変化量すなわち微分値に変動が現れる。換言すれば、噴射ノズル２３から潤滑油が噴射され始める時のみ油圧の上昇度合いが緩慢となる。他方、同図下側に示すように油圧の下降に伴い弁体が閉弁状態となる際には、油圧がコイルバネ２２の付勢に抗し切れなくなり、コイルバネ２２が伸長し、弁体２１が閉弁状態となる。このとき同図下に示すように一時的に油圧の単位時間当たりの変化量すなわち微分値に変動が現れる。すなわち噴射ノズル２３から噴射される潤滑油が少なくなる過程では油圧の下降度合いが緩慢となる。

本実施形態では、内燃機関及びＣＶＴ９の制御パラメータ、すなわちスロットルバルブ３２開度、燃料噴射量、点火時期、吸気バルブ１８の開閉タイミング、ＣＶＴ９の変速比については運転状態ごとに予めマップとして保存された値を記憶させている。そして基本的に、運転状態に応じて前記マップから読み出した値に応じて内燃機関並びにＣＶＴ９の制御を基本的に行っている。

しかして本実施形態に係るＥＣＵ０では、前記制御パラメータに係るマップを、弁体２１が開弁状態にあるときに熱機械変換効率を高くするためのマップ、及び閉弁状態にあるときのノッキングを抑える旨のマップといった、少なくとも２種類のマップを記憶させている。そして以下にその一例として、開弁状態にあるときに燃費を向上させるためのマップについて説明する。また本発明では開弁状態にあるときに内燃機関のトルクを上昇させドライバビリティを向上させる旨のマップの使用を否定するものではない。

開弁状態にて燃費を向上させるためのマップは、閉弁状態にあるときのマップに比して、スロットルバルブ開度及び燃料噴射量は少なく、点火時期は進角化され、吸気バルブの開閉タイミングはより吸気効率が良くなるようなタイミングとなる値が記憶されている。本実施形態ではこれら制御パラメータのうち、少なくとも一つのパラメータに係るマップの変更が実行される。

図５に、ＥＣＵ０がＣＶＴ９を制御する際の変速線図を示す。変速線図は、車速及びアクセル開度に対応した目標入力回転数（タービン７２の回転数）を表すものであり、車速及びアクセル開度に対応したＣＶＴ９の変速比を規定する。図３には、アクセル開度が１００％の場合の変速線を太い破線で、５０％の場合の変速線を太い実線で、０％の場合の変速線を太い鎖線で、それぞれ描画している。変速比は、ＣＶＴ９がハードウェア的に実現し得るローギア側の限界Ｌ及びハイギア側の限界Ｈの間の値をとる。アクセル開度を一定と仮定すると、車速が低下するほどＣＶＴ９が具現する減速比の値が増大するということになる。そして同図に示すように、内燃機関の回転数に依存する目標回転数に対し、開弁状態では閉弁状態に比してＣＶＴ９の変速比を高く設定するようにしている。つまり開弁状態では、燃焼効率が高くなるよう内燃機関を制御するとともにＣＶＴ９の変速比を高める事により同じ速度で運転をしても、より内燃期間の回転数及び燃料消費が抑えられた制御が実行される。

また勿論、油圧センサＳの挙動から弁体２１が閉弁状態となった旨の判定がされれば、従来通りノッキングの発生を抑える旨のマップに従った制御が実行される。

以上のような構成とすることにより、本実施形態では、油圧センサＳによって検知される油圧の挙動により前記弁体２１が開弁状態にあるか閉弁状態にあるかを判定しているので、潤滑油の噴射開始直後から噴射終了直前までの期間を的確に判断することができる。これにより、気筒１が潤滑油によって冷却されているタイミングに的確に応じて気筒の温度が上昇し易くなるとされる熱機械変換効率が高い制御を行っている。すなわち、ノッキングを適切に抑制されている状態に有るときはより燃費性能が高い制御を行っている。その結果燃費性能の一層の向上を実現している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では気筒を冷却する際にピストンを冷却するオイルジェットを適用する態様を開示したが勿論、燃焼室の上側にあるシリンダヘッドへ潤滑油を噴射する態様を適用したものであってもよい。また点火時期や吸気バルブの開閉タイミング具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は内燃機関を搭載した車両の制御装置として利用することができる。

０…車両の制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
Ｓ…油圧センサ
２…オイルジェット
２１…弁体
２２…弾性体
２３…噴射ノズル

Claims (1)

1. 弁体と、この弁体を潤滑油の油圧に抗して閉弁方向へ付勢する弾性体と、油圧の上昇により前記弾性体による付勢に抗して前記弁体を閉弁状態から開弁状態へ姿勢変更させ且つ前記弁体を通過した潤滑油を噴射して気筒を冷却する噴射ノズルと、前記弁体へ供給される潤滑油の油圧を検知する油圧センサとを備えた内燃機関を有する車両の制御装置であって、
   前記油圧センサによって検知される油圧の挙動により前記弁体が開弁状態にあるか閉弁状態にあるかを判定し、
   前記弁体が開弁状態あると判定したときは閉弁状態に比べて前記気筒の温度が上昇し易くなる制御を行うことを特徴とする車両の制御装置。

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