JP2015183652A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成としつつターボ過給機の回転に応じたターボ油量の供給を安定して維持し得る内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、ターボ過給機に供給される潤滑油の量であるターボ油量とターボ過給機に供給される潤滑油が流通する潤滑油流路における油圧との相関を予め記憶し、ターボ過給機の回転数毎にターボ過給機の正常な動作を担保し得るターボ油量の許容範囲を記憶し、吸入空気量と過給圧とに基づいてターボ回転数を算出して、潤滑油流路の油圧に対応するターボ油量が、算出されたターボ回転数に対応する許容範囲を上回るとき、高負荷運転を抑制する制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ターボ過給機が付帯した内燃機関の制御装置に関する。

気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン（タービンホイール）を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）に伝達して吸入空気を加圧圧縮（過給）し気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。なかでも、ターボ過給機に加速度センサを装着し、当該加速度センサの値が標準値以上であるとき、排気ターボ過給機の回転軸への潤滑油の供給を抑制または停止するといった技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。排気ターボ過給機へ供給される潤滑油の量であるターボ油量が過剰となると、潤滑油の漏れを招来し、当該潤滑油の漏れが白煙の発生や排気ターボ過給機の各部のさらなる不具合に繋がる。

特開平５−３２１６８７号公報

しかしながら、ターボ油量の過剰は排気ターボ過給機の回転数であるターボ回転数の過度の加速度上昇のみが原因とは限られない。つまり上記特許文献のようなものでは、もしターボ回転数の加速度の過度な上昇以外の要因によってターボ油量の過剰が生じている場合には当該ターボ油量の過剰は検出できない。また排気ターボ過給機に加速度センサを設けるということは、部品点数や内燃機関の組み付け工程の数の増加といった不具合をも招来する。

本発明は、このような不具合に着目したものであり、簡素な構成としつつターボ過給機の回転に応じた潤滑油の供給を安定して維持し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

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内燃機関の制御装置は、ターボ過給機に供給される潤滑油の量であるターボ油量とターボ過給機に供給される潤滑油が流通する潤滑油流路における油圧との相関を予め記憶し、ターボ過給機の回転数毎にターボ過給機の正常な動作を担保し得るターボ油量の許容範囲を記憶し、吸入空気量と過給圧とに基づいてターボ回転数を算出して、潤滑油流路の油圧に対応するターボ油量が、算出されたターボ回転数に対応する許容範囲を上回るとき、高負荷運転を抑制する制御及びターボ油量を減らす制御のうち少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする。

このようなものであれば、新たな構成をなんら追加することなく、ターボ過給機に対するターボ油量の過剰が判断できるため、高負荷運転を抑制することでターボ油量の過剰により引き起こされる不具合であるターボ過給機からの白煙発生やターボ油量の過剰により招来されるターボ過給機における各部への不具合の発生を防止することができる。すなわち本発明によれば、簡素な構成としつつターボ過給機の回転に応じたターボ油量の供給を安定して維持し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明によれば、簡素な構成としつつターボ過給機の回転に応じたターボ油量の供給を安定して維持し得る内燃機関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おける車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態におけるターボ油量とターボ回転数との相関を示す図。 同実施形態の内燃機関が実行する処理の手順例を示すフロー図。

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、火花点火式の４ストロークエンジンであり、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、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。

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、ターボ過給機である排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、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、排気ターボ過給機５の排気タービン（タービンホイール）５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｍを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、排気タービン５２とコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）５１とをシャフト５３を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン５２及びインペラ５１を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

また本実施形態では内燃機関のクランクケース内のオイルパン（図示せず）に潤滑油が蓄えられ、オイルポンプＰにより内燃機関の各部の潤滑に用いられるべく圧送される。本実施形態ではオイルポンプ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する機械式のオイルポンプＰであっても、クランクシャフト１６の動作に関係無く制御される電動モータからの駆動力を受けて回転する電動式のオイルポンプＰであっても良い。何れのオイルポンプＰにしても、当該オイルポンプＰがオイルパンに蓄えられている潤滑油を吸引し、吐出して、排気ターボ過給機５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から供給される潤滑油は、メインギャラリＬを経由して内燃機関の各部（例えば、シリンダブロック１７におけるクランクシャフト１６を軸受けするクランクジャーナルや、吸気／排気カムシャフトを軸受けするカムジャーナルの他、排気ターボ過給機５のシャフトを軸受けするジャーナル等）に向けて分岐する分流路に流入し、各部の潤滑に供される。そして潤滑油の油圧は、メインギャラリＬに設けられた油圧センサＳにより検出され、この油圧センサＳから油圧信号ｎが出力される。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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エンジン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（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、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ｅ、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ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、機関のシリンダブロックに設置され気筒１でのノッキングに起因した振動を検出するノックセンサから出力されるノック信号ｈ、そして油圧センサＳから出力される油圧信号ｐ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、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｍ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、そしてｐを入力インタフェースを介して取得し、エンジン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、それらエンジン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、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）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を出力インタフェースを介して印加する。

ここで、本実施形態では、排気ターボ過給機５に供給される潤滑油量であるターボ油量と潤滑油流路たるメインギャラリＬの油圧すなわち油圧センサＳからの油圧信号ｐとの相関を主たるパラメータとして、メインギャラリＬの油圧に対応するターボ油量βを予め記憶するようにしている。また併せて、排気ターボ過給機５の回転数であるターボ回転数α毎に排気ターボ過給機５の正常な動作を担保し得るターボ油量βの許容範囲である所定範囲Ｘを予め設定して記憶している。すなわち本実施形態では、予め試験により得られた値や適合等によりターボ回転数αとターボ油量βとの相関を、図２に示すようなマップのような態様のデータを記憶するようにしている。

ターボ油量βは上記の通り油圧センサＳからの油圧信号ｐとの相関により主に算出するが、本実施形態では油圧信号ｐやターボ回転数α、そして潤滑油の温度をも加味して算出しても良い。また潤滑油の温度のみならず或いは潤滑油の温度に代えて、冷却水温といった潤滑油の温度に影響を与え得るパラメータをも加味してターボ油量βを算出しても良い。

加えて本実施形態では、吸入空気量と過給圧とからターボ回転数αを算出するようにしている。吸入空気量は、本実施形態ではエンジン回転数、吸気圧、吸気温及び大気圧から算出するようにしているが、吸気通路３に別途エアフローメータを備えたものにあっては当該エアフローメータの値から吸入空気量を求めても良い。過給圧は、本実施形態では吸気圧センサすなわち温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅから求めるようにしている。

しかして本実施形態では図２に黒い星印に示すように、潤滑油流路の油圧に対応するターボ油量βが、そのとき対応する算出されたターボ回転数αに対して設定された所定範囲Ｘを上回るとき、高負荷運転を抑制する制御を行うようにしている。

図３では、本実施形態の制御の手順を占めている。運転中、吸入空気量と過給圧からターボ回転数αを算出し（ステップＳ１）、続いて同じタイミングにおけるターボ油量βを、メインギャラリＬの油圧を検出して算出する（ステップＳ２）。そして算出されたターボ回転数αと同時に検出されたターボ油量βの値が所定範囲Ｘの範囲内に無く、上回るとき高負荷運転を抑制する制御を行い（ステップＳ４）、その旨をドライバ側へ告知する（ステップＳ５）ようにしている。

高負荷運転を抑制する制御としては、本実施形態ではＥＣＵ０に入力されたアクセルペダルの踏込量に係るアクセル開度信号ｃに対してＥＣＵ０から出力する開度操作信号ｋを、同じ運転状態である正常時よりもスロットルバルブ３２の開度が相対的に小さくなるように補正する態様を挙げることができる。換言すれば、アクセルペダルの踏込量の条件が等しいと仮定した場合には内燃機関の回転数を低下させるべく、ターボ油量βが所定範囲Ｘよりも多いときのスロットルバルブ３２の開度を、ターボ油量βが所定範囲内にあるときよりも小さくする。

特に本実施形態では一例として当該ステップＳ４に係る制御を実行する際、オイルポンプＰの吐出量の減量に係る補正は行わない様にしている。つまり、メインギャラリＬの油圧が低くならない様にオイルポンプの吐出量を制御している。換言すればオイルポンプＰの吐出量を、同じ運転状態にあるときよりも小さくならないようにしている。排気ターボ過給機５へ供給される潤滑油量を減らすべくオイルポンプＰを制御してしまうと、内燃機関における排気ターボ過給機５以外の箇所への潤滑油の供給が不足し、別異の不具合を招来してしまうことを回避するためである。

しかしながら勿論、メインギャラリＬの油圧が十分高い値を示している場合であれば、上記の高負荷運転を抑制する運転に加え、又は代えて、ターボ油量βを減らすべくオイルポンプＰの吐出量を減らすようにしても良い。斯かる制御は、オイルポンプＰが電動ポンプである場合には、容易に行い得る。

上記ステップＳ４に係る処理を行うことにより、ターボ油量βを図２において白い星印に示すような値にまで修正することができる。

そして、ステップＳ５に係るドライバへの告知とは、例えば直接的にドライバへ告知する態様をまず挙げることができる。すなわち直接的な告知とは排気ターボ過給機５の異常の旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で出力して報知する態様である。具体的には、コックピット内のエンジンチェックランプを点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、警告音を発したりして、排気ターボ過給機５の点検及び交換を促す態様を挙げることができる。またステップＳ５に係るドライバへの告知としては、ドライバへ間接的に告知する態様も挙げる事ができる。すなわち、ターボ油量βの異常の旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）をメモリに記憶保持しておき、修理時に作業者にその旨を把握し得るようにしておく態様を挙げることができる。

以上のような構成とすることにより、本実施形態では、潤滑油流路たるメインギャラリＬに設けた油圧センサＳからの油圧信号ｐとターボ油量βの相関を予め記憶しているので、ターボ油量βの検出精度を高くすることができ、また排気ターボ過給機５が正常に動作する範囲を所定範囲Ｘとして記憶しているので、ターボ油量βが過剰であるときを速やかに検出することができる。加えてターボ油量βを当該所定範囲に収まるように制御することにより、排気ターボ過給機５から白煙が発生したり、各部に不具合が来してしまうことを未然に防止し得るものとなっている。

特に本実施形態では、ターボ油量βが所定範囲Ｘの範囲内に無いときにドライバへその旨を告知するようにしている。その結果、ドライバは排気ターボ過給機５に大きな故障や異常を来してしまう前に修理のための行動をとることができるので、精神的な負担や修理に必要とされる負担も併せて抑制し得るものとなっている。

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、上記実施形態では排気ターボ過給機は機械式のもののみを専ら開示したが勿論、電動モータによりコンプレッサを駆動する電動ターボを適用してもよい。この場合、ターボ回転数はコンプレッサを駆動するモータ回転数から検出することができる。そして上記実施形態では高負荷運転を抑制する一例として、をスロットルバルブ開度の制御による態様を開示したが勿論、可変バルブタイミング機構を備えたものにあってはバルブタイミングの補正を行う態様としても良い。また、点火時期の補正や燃焼噴射量の補正を行っても良い。また、所定範囲の具体的な数値やスロットルバルブ開度の具体的な補正量といった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。

本発明は排気ターボ過給機が付帯した内燃機関の制御装置として利用することができる。

５…ターボ過給機（排気ターボ過給機）
Ｌ…メインギャラリ
α…ターボ回転数
β…ターボ油量
Ｘ…許容範囲（所定範囲）

Claims (1)

1. ターボ過給機に供給される潤滑油の量であるターボ油量とターボ過給機に供給される潤滑油が流通する潤滑油流路における油圧との相関を予め記憶し、
   ターボ過給機の回転数毎にターボ過給機の正常な動作を担保し得るターボ油量の許容範囲を記憶し、
   吸入空気量と過給圧とに基づいてターボ回転数を算出して、
   潤滑油流路の油圧に対応するターボ油量が、算出されたターボ回転数に対応する許容範囲を上回るとき、高負荷運転を抑制する制御及びターボ油量を減らす制御のうち少なくとも一方の制御を行う内燃機関の制御装置。

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