JP2017133386A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン温度の過剰な上昇を抑えてデポジットの生成及び滞留を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】ピストンのクーリングチャンネルに向けてオイルを供給するオイルジェットと、オイルジェットへ供給されるオイルの油圧を制御する油圧制御装置と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、制御装置は、内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きい状態から内燃機関の減速時に燃料カットを実行する状態に移行した場合に、油圧が所定の継続時間の間最大となるように油圧制御装置を制御する。
【選択図】図３

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、ピストンへ直接オイルを噴射するオイルジェットを備えたエンジンの油圧制御装置において、エンジンの運転状態に基づいて、推定されるピストン温度が高いほど高圧側の値になるように目標油圧を設定することが開示されている。また、この油圧制御装置では、エンジンの運転状態の変化に対するピストンの温度変化の応答遅れを表すピストン時定数を算出し、このピストン時定数を用いて目標油圧を補正することが開示されている。

特開２０１４−１５９７６０号公報 特開２０１４−０８０８８８号公報 特開２０１３−０６８０９８号公報 特開２０１１−０７４８９１号公報 特開２０１５−０８６７６８号公報

上記特許文献１に記載された油圧制御装置では、ピストン温度を推定することとしているが、ハードウェアのバラつきや経年劣化等の影響によって推定されたピストン温度と実際のピストン温度との間に乖離が生じる場合がある。このような場合には、エンジンの運転状態によってはピストンの冷却に必要なオイル流量が担保されずピストンのクーリングチャンネル内のオイルが過剰に昇温してしまうおそれがある。その結果、デポジットの生成や滞留が促進されてしまい、機関性が低下するおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ピストン温度の過剰な上昇を抑えてデポジットの生成及び滞留を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ピストンのクーリングチャンネルに向けてオイルを供給するオイルジェットと、前記オイルジェットへ供給されるオイルの油圧を制御する油圧制御装置と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きい状態から前記内燃機関の減速時に燃料カットを実行する状態に移行した場合に、前記油圧が所定の継続時間の間最大となるように前記油圧制御装置を制御するように構成されていることを特徴としている。

内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きい状態から内燃機関の減速時に燃料カットを実行する状態に移行した場合には、クーリングチャンネルの表面温度が高温になるおそれがある。第１の発明によれば、このような場合に油圧が所定の継続時間の間最大にされるので、クーリングチャンネル内がオイルによって清浄されるとともに、高温になったオイルが効果的に置換される。これにより、完全に固着する前のデポジットの滞留が抑制されるので、デポジットの堆積を未然に抑制して信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１のシステムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１のシステムの動作を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１のシステムにおいて実行されるルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
［システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を示す図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、ディーゼルエンジンであり、車両に搭載され、その動力装置とされている。内燃機関１０のエンジン本体１２には、吸気通路１４および排気通路１６が接続されている。なお、図１にはエンジン本体１２に４つの気筒が描かれているが、これは一例であって、本発明に係る内燃機関の気筒数に限定はない。各気筒の内部にはスチール製のピストン（図示せず）が配置されている。

吸気通路１４の入口には、エアクリーナ１８が設けられている。エアクリーナ１８よりも下流側の吸気通路１４には、吸入空気を過給するためのターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが配置されている。ターボ過給機２２は、可変ノズルを備えたタービン２２ｂを排気通路１６に備えている。コンプレッサ２２ａは、連結軸を介してタービン２２ｂと一体的に連結され、タービン２２ｂへ流れる排気によって駆動される。

コンプレッサ２２ａよりも下流側の吸気通路１４には、コンプレッサ２２ａによって圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２８が配置されている。インタークーラ２８よりも下流側の吸気通路１４には、吸気通路１４を開閉する電子制御式のディーゼルスロットル３０が配置されている。ディーゼルスロットル３０は、吸入空気量を調整するアクチュエータとして機能するものである。ディーゼルスロットル３０よりも下流側の吸気通路１４は、吸気マニホールド１４ａとして構成され、吸入空気は、吸気マニホールド１４ａを介して各気筒に分配される。

各気筒からの排気は、排気通路１６の排気マニホールド１６ａによって集められてタービン２２ｂへ送られる。排気マニホールド１６ａはＨＰ−ＥＧＲ通路５０によってディーゼルスロットル３０と吸気マニホールド１４ａとの間の吸気通路１４に接続されている。ＨＰ−ＥＧＲ通路５０の下流端には、ＨＰ−ＥＧＲ通路５０を開閉するＨＰ−ＥＧＲバルブ５４が配置されている。タービンよりも下流側の排気通路１６には、ＮＯｘ還元触媒２４とＤＰＦ触媒２６がそれぞれ設けられている。ＮＯｘ還元触媒２４の上流側の排気通路１６には、排気通路１６内に燃料を添加するための燃料添加弁２７が設けられている。

エンジン本体１２の各気筒には、ピストンの裏面に設けられたクーリングチャンネルにオイルを噴射するためのオイルジェット４０が設けられている。オイルジェット４０は、オイル通路４２を介して電動オイルポンプ４４の吐出口に接続されている。電動オイルポンプ４４は、オイルジェット４０へ供給されるオイルの油圧を制御する油圧制御装置として機能するものである。

内燃機関１０には、その運転状態に関する情報を得るためのセンサが各所に取り付けられている。吸気通路１４におけるエアクリーナ１８の下流には、吸気通路１４に取り込まれた新気の流量を計測するためのエアフローメータ６０が取り付けられている。また、クランク軸の回転を検出するクランク角センサや、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサなども設けられている。

図１に示すシステムは、内燃機関１０を制御する制御装置１００を備える。制御装置１００はＥＣＵである。制御装置１００は、少なくとも入出力インタフェース、メモリ、ＣＰＵを有している。入出力インタフェースは、内燃機関１０又は車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。メモリには、内燃機関１０を制御するための各種の制御プログラムやマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをメモリから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。

［実施の形態のシステム動作］
ピストンは内燃機関１０の筒内に配置されているため、冷却水によって直接冷却することができない。このため、ピストンの冷却にはオイルが用いられる。より詳しくは、電動オイルポンプ４４が駆動されて油圧が付与されると、オイルジェット４０からピストンの裏面のクーリングチャンネルに向かってオイルが噴射される。これにより、ピストンが冷却されるとともに、エンジン本体１２の各部品が潤滑される。

ピストン温度が過剰に上昇してクーリングチャンネルの表面温度が高温になると、スチールピストン表面の一部が酸化して酸化スケール粉末の固形物が生成されることがある。また、オイルが高温になるとオイル中の煤や燃料成分が析出してデポジットが生成される。これらの固形物やデポジットがクーリングチャンネルに滞留し続けると、これらが断熱層として機能してしまい、その結果更なるピストンの温度上昇を誘発するおそれがある。そこで、内燃機関１０は、エンジン回転速度や油温、油圧等の情報に基づいてピストン温度を推定し、推定されたピストン温度が適切な温度範囲となるように目標油圧を設定し電動オイルポンプ４４の駆動デューティを制御する油圧通常制御を実行するとしている。

しかしながら、実際のピストン温度は、外気温や湿度条件、或いは噴射量のバラつき等の要因によって推定値から乖離することがある。このため、上述した油圧通常制御では、ピストンの温度を適切な温度範囲に抑えることができず、過昇温によるオイル劣化の促進やデポジットの生成が問題となるおそれがある。

特に、本実施の形態のシステムで用いられるスチール（鉄）性のピストンは、アルミニウム性のものよりも熱伝導率が小さい。このため、スチール製のピストンが用いられている内燃機関１０では、高負荷から減速した後にピストン温度が遅れて上昇する。この場合、ピストン温度の推定値が実際のピストン温度よりも低温側にずれてしまい、一時的に高ピストン温度且つ低オイル流量の状態が形成されるおそれがある。その結果、デポジットの生成及び滞留が促進されてしまい、除去することが困難なデポジットに発展するおそれがある。

そこで、本実施の形態のシステムでは、内燃機関１０の高負荷からの減速が行なわれた場合に、電動オイルポンプ４４の目標油圧を最大に設定して油圧を最大にする油圧最大制御が行なわれる。図２は、本発明の実施の形態１のシステムの動作を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートでは、内燃機関１０の負荷が所定負荷Ａを超えた後、所定の減速によって燃料カットが行なわれて負荷が０になる時間ｔ１から油圧最大制御が行なわれている。所定負荷Ａは、低オイル流量においてクーリングチャンネルでのデポジットの生成が問題となる負荷であって、種々のバラつき要素を考慮した上で予め設定された値が使用される。また、所定の減速は、低オイル流量が問題となる高負荷からの急減速であって、例えば、アクセル開度が０（全閉）にされ且つ燃料カットが行われる減速が該当する。このような制御によれば、ピストン温度が遅れて上昇するタイミングでオイル流量を最大にすることができるので、デポジットの生成及び滞留を効果的に抑制することができる。

また、図２の示すタイムチャートでは、燃料カット中の時間ｔ１からｔ２までの所定の継続時間Ｔの間、油圧最大制御が継続して実行されている。油圧最大制御の継続時間Ｔは、クーリングチャンネルの容積分のオイルがオイルジェット４０から噴射されるのに要する時間を下限として設定することが好ましく、さらに負荷を考慮して設定してもよい。このような継続時間Ｔの設定によれば、ピストンのクーリングチャンネル内の高温のオイルをオイルジェット４０から噴射された低温のオイルに置換することができるので、デポジットの生成及び滞留を効果的に抑制することができる。

なお、油圧最大制御における目標油圧は最大油圧が好ましいが、電動オイルポンプ４４の耐久性等を考慮した上で実験的に得られた適正油圧を油圧最大制御における目標油圧に設定してもよい。

（実施の形態１のシステムの具体的処理）
次に、実施の形態１のシステムにおいて実行される処理の具体的処理について説明する。図３は、本実施の形態のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、油圧通常制御が実行されている期間に制御装置１００によって所定の制御周期で繰り返し実行される。

図３に示すルーチンでは、負荷フラグ＝１の成立が判定される（ステップＳ１０）。負荷フラグは、エアフローメータ６０やアクセル開度センサ等のセンサ信号から算出された内燃機関１０の負荷が所定負荷Ａ以上となった場合に１とされるフラグである。その結果、負荷フラグ＝１の成立が認められない場合には、ステップＳ２０に移行して、油圧通常制御が継続して実行される。一方、上記ステップＳ１０の処理において、負荷フラグ＝１の成立が認められた場合には、次のステップに移行する。

次のステップでは、減速フラグ＝１の成立が判定される（ステップＳ１２）。減速フラグは、アクセル開度が０（全閉）であり且つ燃料カットが実行されている場合に１とされるフラグである。その結果、減速フラグ＝１の成立が認められない場合には、ステップＳ２０に移行して、油圧通常制御が継続して実行される。一方、上記ステップＳ１２の処理において、減速フラグ＝１の成立が認められた場合には次のステップに移行する。

次のステップでは、油圧最大制御が実行される（ステップＳ１４）。ここでは、具体的には、電動オイルポンプによる目標油圧が最大値に制御されて、オイルジェット４０へ供給されるオイルの油圧が最大に制御される。次に、アクセル開度に基づいて、内燃機関１０が再加速されたか否かが判定される（ステップＳ１６）。その結果、内燃機関１０が再加速されたと判定された場合には、ステップＳ２０に移行して、油圧通常制御が実行される。一方、上記ステップＳ１６において内燃機関１０が再加速されていないと判定された場合には、次のステップに移行する。次のステップでは、油圧最大制御を実行している継続時間である油圧最大時間ｔが継続時間Ｔ以上か否かが判定される（ステップＳ１８）。その結果、油圧最大時間ｔ≧継続時間Ｔの成立が認められない場合には、再度ステップＳ１４の処理に移行して、油圧最大制御が継続される。一方、上記ステップＳ１８において油圧最大時間ｔ≧継続時間Ｔの成立が認められた場合には、クーリングチャンネル内のオイルが全て置換されたと判断されて、次のステップに移行し、油圧通常制御が実行される（ステップＳ２０）。

このように、実施の形態１のシステムによれば、ピストン温度が過剰に上昇してデポジットが滞留するおそれがある場合にオイル流量が最大に増量されるので、オイルの過昇温によるデポジットの生成が抑制される。また、実施の形態１のシステムによれば、クーリングチャンネル内のオイルが置換されるまで油圧最大制御が継続されるので、生成されたデポジットが滞留することによるピストン温度の更なる上昇やデポジットの堆積を抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、スチール製のピストンを用いた内燃機関１０を例に説明したが、アルミニウム製のピストン等、他の材質のピストンにも適用することができる。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、オイルジェット４０へ供給されるオイルの油圧を制御する油圧制御装置として電動オイルポンプ４４を例に説明したが、オイルジェット４０からピストンへのオイル供給量を調量して油圧を制御するバルブ機構等、他の油圧制御装置を用いてもよい。

１０ 内燃機関
１２ エンジン本体
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
４０ オイルジェット
４２ オイル通路
４４ 電動オイルポンプ
６０ エアフローメータ
１００ 制御装置

Claims (1)

1. ピストンのクーリングチャンネルに向けてオイルを供給するオイルジェットと、前記オイルジェットへ供給されるオイルの油圧を制御する油圧制御装置と、を有する内燃機関を制御する制御装置において、
   前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きい状態から前記内燃機関の減速時に燃料カットを実行する状態に移行した場合に、前記油圧が所定の継続時間の間最大となるように前記油圧制御装置を制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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