JP2019039318A - 噴射制御装置および噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの寿命を延ばすこと。【解決手段】ＥＣＵ２００は、ピストン９の温度を取得する温度取得部２１と、ピストン９の温度の変化量が、予め定められた第１条件または第２条件のいずれかを満たしたか否かを判定する条件判定部２２と、第１条件または第２条件のいずれかが満たされた場合、油圧を低下させることによりオイルジェット１３から噴射されるオイルの噴射量を低減させる噴射量制御部２３と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御装置および噴射制御方法に関する。

従来、内燃機関のピストンにオイルを噴射することにより、ピストンを冷却できるオイルジェットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１４４５４０号公報

ピストンの温度は、燃料の噴射によって上昇し、オイルの噴射によって低下するが、その温度変化において変化量（振幅）が大きい場合、ピストン（例えば、ピストンの頂面側）にダメージが蓄積し、ピストンの寿命が短くなるという問題がある。

本発明の目的は、ピストンの寿命を延ばすことができる噴射制御装置および噴射制御方法を提供することである。

本発明の噴射制御装置は、内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御装置であって、前記ピストンの温度を取得する温度取得部と、前記ピストンの温度の変化量が、前記ピストンにダメージが与えられるおそれがある予め定められた条件を満たしたか否かを判定する条件判定部と、前記条件が満たされた場合、前記流体の噴射量を低減させる噴射量制御部と、を有する。

本発明の噴射制御方法は、内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御方法であって、前記ピストンの温度を取得するステップと、前記ピストンの温度の変化量が、前記ピストンにダメージが与えられるおそれがある予め定められた条件を満たしたか否かを判定するステップと、前記条件が満たされた場合、前記流体の噴射量を低減させるステップと、を有する。

本発明によれば、ピストンの寿命を延ばすことができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成の一例を示す模式図 本発明の実施の形態に係るＥＣＵの構成の一例を示すブロック図 ピストン温度の変化の一例を示す図 本発明の実施の形態に係る第１マップの一例を示す図 本発明の実施の形態に係る第２マップの一例を示す図 本発明の実施の形態に係るオイル噴射動作の一例を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る内燃機関１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の内燃機関１００の構成例を示す模式図である。

内燃機関１００は、例えば、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。内燃機関１００は、シリンダヘッド１およびシリンダブロック２を有する。

シリンダヘッド１には、吸気ポート３と排気ポート４が形成されている。吸気ポート３は新気を導入する流路であり、排気ポート４は排気を排出する流路である。吸気ポート３には吸気バルブ５が配置され、排気ポート４には排気バルブ６が配置されている。吸気バルブ５および排気バルブ６は、ピストン９の上下方向の往復移動に連動して開閉される。

また、シリンダヘッド１には、吸気バルブ５と排気バルブ６との間に、燃料を燃焼室１０内に噴射するインジェクタ７が配置されている。

シリンダブロック２には、シリンダ８が形成されており、そのシリンダ８を上下方向に往復移動するピストン９が配置されている。また、ピストン９の頂面９ａ側には、燃焼室１０が形成されている。

また、シリンダブロック２には、コネクティングロッド１１およびクランク軸１２が配置されている。コネクティングロッド１１の一端はピストン９に接続され、他端はクランク軸１２に接続されている。コネクティングロッド１１およびクランク軸１２は、ピストン９の上下方向の往復移動に連動して回転動作を行う。

また、シリンダブロック２には、オイル流路１６から供給されたオイル（潤滑油。流体の一例）をピストン９の底面９ｂに向けて噴射するオイルジェット１３が設けられている。このオイルの噴射により、ピストン９が冷却される。なお、ピストン９の内部には、オイルジェット１３から噴射されたオイルが流れる流路が形成されていてもよい。

オイルジェット１３は、バルブ１４およびノズル１５を有する。

バルブ１４は、オイルの圧力（以下、油圧という）や温度に応じて開閉される。バルブ１４が閉弁状態のとき、オイル流路１６からのオイルは、ノズル１５への流入が阻止される。バルブ１４が開弁状態のとき、オイル流路１６からのオイルは、ノズル１５への流入が許容される。

ノズル１５は、オイルをピストン９の底面９ｂに向けて噴射できるように屈曲されており、また、先端に向かうほどに縮径されたテーパー形状となっている。

オイル流路１６は、オイルジェット１３と、オイル貯留部１７（例えば、オイルパン）とを接続している。また、オイル流路１６には、内燃機関１００の回転（クランク軸１２の回転）によって駆動されるオイルポンプ１８が設けられている。このオイルポンプ１８の駆動によって、オイルパン貯留部１７に貯留されているオイルは汲み上げられ、オイル流路１６を介してオイルジェット１３へ供給される。

以上、内燃機関１００の構成について説明した。

次に、本発明の実施の形態に係るＥＣＵ２００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態のＥＣＵ２００の構成例を示すブロック図である。

図２に示すＥＣＵ（Electric Control Unit）２００は、本発明の噴射制御装置の一例に相当する。ＥＣＵ２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路（いずれも図示略）を有する。以下に説明する図２の各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。

図２に示すように、ＥＣＵ２００は、温度取得部２１、条件判定部２２、および噴射量制御部２３を有する。

温度取得部２１は、随時、ピストン９の温度（以下、ピストン温度という）を取得する。

例えば、温度取得部２１は、ピストン温度を検出可能なセンサ（図示略）から、検出されたピストン温度を示す信号を受け取ってもよいし、または、内燃機関１００の駆動状況等に基づいてピストン温度を算出してもよい。ピストン温度を算出する場合、例えば、特開２００９−１６７８８７号公報、または、国際公開第２０１６／０８８１９０号等に開示されている公知の方法を適用してもよい。

条件判定部２２は、温度取得部２１により取得されたピストン温度の変化量が、予め定められた第１条件または第２条件のいずれかを満たしたか否かを判定する。

ここで、第１条件および第２条件の例について、図３を用いて説明する。図３は、ピストン温度の変化の一例を示す図である。図３において、横軸は経過時間を示し、縦軸はピストン温度を示している。

第１条件は、ピストン温度が、予め定められた第１閾値ＴＨ１に到達した後、予め定められた第２閾値ＴＨ２未満になることである。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１より小さい値である。

第２条件は、ピストン温度が、予め定められた第３閾値ＴＨ３未満になることである。第３閾値ＴＨ３は、第２閾値ＴＨ２より小さい値である。

第１閾値ＴＨ１、第２閾値ＴＨ２、および第３閾値ＴＨ３は、それらによって決まるピストン温度の変化量（例えば、第１閾値ＴＨ１と第２閾値ＴＨ２との差）がピストン９にダメージを与えるおそれがない値となるように、予め実施された実験やシミュレーションに基づいて定められている。よって、第１条件および第２条件は、ピストン９にダメージが与えられるおそれがある条件と言える。

以上、第１条件および第２条件の例について説明した。以下、図２の説明に戻る。

条件判定部２２が第１条件および第２条件のいずれも満たされていないと判定した場合、通常噴射が実行される。通常噴射では、内燃機関１００の回転数に応じてオイルポンプ１８が駆動し、その駆動により実現される油圧に応じた噴射量のオイルがオイルジェット１３から噴射される。

オイルジェット１３から噴射されるオイルの噴射量（以下、単に噴射量ともいう）は、油圧に応じて予め定められている。この例を図４に示す。図４は、油圧と噴射量の関係を示す第１マップ（流体圧／噴射量データの一例）の例を示す図である。

図４に示すように、第１のマップでは、油圧が高くなるほど、噴射量が多くなるように定められている。例えば、油圧がＰ１であるとき、噴射量Ａ１のオイルが噴射されることになる。

図４に示した第１マップは、予め実施された実験やシミュレーションを基に作成され、ＥＣＵ２００に記憶されている。

以上、第１マップの例について説明した。以下、図２の説明に戻る。

条件判定部２２が第１条件または第２条件のいずれかが満たされたと判定された場合、ピストン温度の変化量が大きくならないようにするために、低減噴射が実行される。低減噴射では、上述した通常噴射時の噴射量よりも少ない噴射量のオイルがオイルジェット１３から噴射される。

噴射量制御部２３は、低減噴射を実現するために、以下の処理動作を行う。以下では例として、オイルポンプ１８が油圧Ｐ１（図４参照）を実現するための回転数で駆動しているときに第１条件が満たされた場合と、オイルポンプ１８が油圧Ｐ１（図４参照）を実現するための回転数で駆動しているときに第２条件が満たされた場合とに分けて説明する。

第１条件が満たされた場合について説明する。

まず、噴射量制御部２３は、ピストン温度の変化量が大きくなることを抑制するために必要な噴射量（以下、低減後噴射量という）を決定する。この決定処理には、例えば、上述した各閾値と噴射量との関係を示す第２マップ（閾値／噴射量データの一例）が用いられる。図５は、第２マップの例を示す図である。

図５に示すように、第２マップでは、第２閾値ＴＨ２、第３閾値ＴＨ３のそれぞれに対して噴射量Ａ２、Ａ３が定められている。この第２マップは、予め実施された実験やシミュレーションを基に作成され、ＥＣＵ２００に記憶されている。

例えば、噴射量制御部２３は、満たされた第１条件に関する第２閾値ＴＨ２に対して定められている噴射量Ａ２を、低減後噴射量に決定する。この噴射量Ａ２は、油圧Ｐ１のときの噴射量Ａ１よりも少ない量（ただし、ゼロより大きい量）である。

次に、噴射量制御部２３は、図４に示した第１マップに基づいて、決定された低減後噴射量に対応する油圧を決定する。

図４に示すように、第１マップでは、低減後噴射量に決定された噴射量Ａ２に対して油圧Ｐ２が定められている。よって、噴射量制御部２３は、油圧Ｐ１から油圧Ｐ２への低下が実現するように、オイルポンプ１８の回転数を低減させる制御を行う。これにより、オイルジェット１３から噴射されるオイルの噴射量は、噴射量Ａ１から噴射量Ａ２へと低減される。その結果、第２閾値ＴＨ２未満となったピストン温度は、第２閾値ＴＨ２へ向けて上昇する。したがって、ピストン温度の変化量が大きくなることを抑制できる。

第２条件が満たされた場合について説明する。この場合の動作も、上述した第１条件が満たされた場合の動作と同じである。

まず、噴射量制御部２３は、図５に示した第２マップを用いて、低減後噴射量を決定する。

例えば、噴射量制御部２３は、満たされた第２条件に関する第３閾値ＴＨ３に対して定められている噴射量Ａ３を、低減後噴射量に決定する。この噴射量Ａ３は、油圧Ｐ１のときの噴射量Ａ１よりも少ない量（ただし、ゼロより大きい量）である。

次に、噴射量制御部２３は、図４に示した第１マップに基づいて、決定された低減後噴射量に対応する油圧を決定する。

図４に示すように、第１マップでは、低減後噴射量に決定された噴射量Ａ３に対して油圧Ｐ３が定められている。よって、噴射量制御部２３は、油圧Ｐ１から油圧Ｐ３への低下が実現するように、オイルポンプ１８の回転数を低減させる制御を行う。これにより、オイルジェット１３から噴射されるオイルの噴射量は、噴射量Ａ１から噴射量Ａ３へと低減される。その結果、第３閾値ＴＨ３未満となったピストン温度は、第３閾値ＴＨ３へ向けて上昇する。したがって、ピストン温度の変化量が大きくなることを抑制できる。

なお、噴射量制御部２３は、油圧センサ（図示略）により検出された油圧（以下、検出油圧という）を示す信号を受け取ることで、油圧を認識できる。油圧センサの設置場所は、オイルジェット１３に供給される油圧を検出できる場所（例えば、オイル流路１６など）であればよい。

以上、ＥＣＵ２００の構成について説明した。

次に、本実施の形態に係るオイル噴射量動作の流れについて、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態のオイル噴射動作の一例を示すフローチャートである。図６に示すフローは、例えば、内燃機関１００の駆動中において繰り返し行われる。

まず、ＥＣＵ２００の温度取得部２１は、ピストン温度を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、ＥＣＵ２００の条件判定部２２は、温度取得部２１により取得されたピストン温度の変化量が、予め定められた第１条件または第２条件のいずれかを満たしたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の判定の結果、第１条件および第２条件のいずれも満たされていない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、通常噴射が実行される（ステップＳ１０３）。上述したとおり、通常噴射では、油圧に応じた噴射量のオイルがオイルジェット１３から噴射される。

ステップＳ１０２の判定の結果、第１条件または第２条件のいずれかが満たされた場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、低減噴射が実行される（ステップＳ１０４）。上述したとおり、低減噴射では、噴射量制御部２３の処理動作（例えば、低減後噴射量の決定、オイルポンプ１８の回転数の低減制御など）により、通常噴射時の噴射量よりも少ない噴射量のオイルがオイルジェット１３から噴射される。

なお、低減噴射は、第１条件が満たされて開始された場合、ピストン温度が第２閾値ＴＨ２（または、第２閾値ＴＨ２より大きく、第１閾値ＴＨ１未満である所定閾値）に到達した時点で終了してもよい。また、低減噴射は、第２条件が満たされて開始された場合、ピストン温度が第３閾値ＴＨ３（または、第２閾値ＴＨ３より大きく、第１閾値ＴＨ１未満である所定閾値）に到達した時点で終了してもよい。このようにして低減噴射が終了した後は、通常噴射が行われる。

以上、オイル噴射動作について説明した。

詳述してきたように、本実施の形態によれば、ピストン温度の変化量に応じて、オイルジェット１３から噴射されるオイルの噴射量を低減することにより、ピストン温度の変化量が増大することを抑制する。これにより、ピストン９（特に、温度変化が激しいピストン９の頂面９ａ側）に対するダメージを低減できるので、ピストン９の寿命を延ばすことができる。また、オイルの噴射量を低減することにより、燃費を向上させることができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態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、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

［変形例１］
実施の形態では、低減後噴射量（例えば、噴射量Ａ２または噴射量Ａ３）は、ゼロより大きい量である場合を例に挙げて説明したが、低減後噴射量は、ゼロであってもよい。すなわち、噴射量制御部２３は、オイルの噴射を停止させる。

［変形例２］
実施の形態では、条件判定部２２が第１条件と第２条件の両方について判定を行う場合を例に挙げて説明したが、条件判定部２２は、第１条件または第２条件のいずれかのみについて判定を行ってもよい。

［変形例３］
実施の形態では、噴射量制御部２３が低減後噴射量に対応する油圧を実現するためにオイルポンプ１８の回転数を低減させる制御を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、噴射量制御部２３は、低減後噴射量に対応する油圧が実現されるように、オイル流路１６に設けられた電気制御リリーフバルブ（図示略）のリリーフ流路の開口度を制御してもよい。

［変形例４］
実施の形態では、噴射量制御部２３が１つの第２マップ（図５参照）を用いる場合を例に挙げて説明したが、噴射量制御部２３は、車両の暖機運転の実行中と暖機運転の実行後とで異なる第２マップを用いてもよい。例えば、暖機運転中に用いられる第２マップでは、暖機運転後に用いられる第２マップと比較して、同じ閾値であっても、噴射量がより少ない量に定められている。

[変形例５]
実施の形態において、条件判定部２２によって判定されるピストン温度の変化量は、例えば、予め定められた単位時間あたりのピストン変化量であってもよい。

［変形例６］
実施の形態では、内燃機関１００がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明したが、内燃機関１００は、ガソリンエンジンであってもよい。

＜本開示のまとめ＞
本発明の噴射制御装置は、内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御装置であって、前記ピストンの温度を取得する温度取得部と、前記ピストンの温度の変化量が、前記ピストンにダメージが与えられるおそれがある予め定められた条件を満たしたか否かを判定する条件判定部と、前記条件が満たされた場合、前記流体の噴射量を低減させる噴射量制御部と、を有する。

なお、上記噴射制御装置において、前記条件は、第１条件または第２条件のいずれかであり、前記第１条件は、前記ピストンの温度が、予め定められた第１閾値に到達した後、前記第１閾値より小さい予め定められた第２閾値未満になることであり、前記第２条件は、前記ピストンの温度が、前記第２閾値より小さい予め定められた第３閾値未満になることであってもよい。

また、上記噴射制御装置において、前記噴射量制御部により低減された前記流体の噴射量は、ゼロを含んでもよい。

また、上記噴射制御装置において、前記噴射量制御部は、前記第２閾値および前記第３閾値のそれぞれに対して低減後の噴射量が定められた閾値／噴射量データに基づいて、満たされた前記条件に関する閾値に対応する低減後の噴射量を決定し、前記流体の圧力が大きくなるほど前記流体の噴射量が多くなるように定められた流体圧／噴射量データに基づいて、決定された前記低減後の噴射量に対応する前記流体の圧力を決定し、決定された前記流体の圧力が実現されるように、前記流体を汲み上げるポンプの回転数、または、前記流体が通過するリリーフバルブのリリーフ流路の開口度のいずれかを制御してもよい。

また、上記噴射制御装置において、前記温度／噴射量データは、前記内燃機関が搭載される車両の暖機運転の実行中に用いられる第１の温度／噴射量データと、前記暖機運転の実行後に用いられる第２の温度／噴射量データと、があり、前記第１の温度／噴射量データでは、前記第２の温度／噴射量データと比較して、前記ピストンの温度に対する前記流体の噴射量がより少ない量に定められていてもよい。

本発明の噴射制御方法は、内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御方法であって、前記ピストンの温度を取得するステップと、前記ピストンの温度の変化量が、前記ピストンにダメージが与えられるおそれがある予め定められた条件を満たしたか否かを判定するステップと、前記条件が満たされた場合、前記流体の噴射量を低減させるステップと、を有する。

本発明は、内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御装置および噴射制御方法に適用できる。

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ 吸気ポート
４ 排気ポート
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
７ インジェクタ
８ シリンダ
９ ピストン
９ａ ピストンの頂面
９ｂ ピストンの底面
１０ 燃焼室
１１ コネクティングロッド
１２ クランク軸
１３ オイルジェット
１４ バルブ
１５ ノズル
１６ オイル流路
１７ オイル貯留部
１８ オイルポンプ
２１ 温度取得部
２２ 条件判定部
２３ 噴射量制御部
１００ 内燃機関
２００ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御装置であって、
   前記ピストンの温度を取得する温度取得部と、
   前記ピストンの温度の変化量が、前記ピストンにダメージが与えられるおそれがある予め定められた条件を満たしたか否かを判定する条件判定部と、
   前記条件が満たされた場合、前記流体の噴射量を低減させる噴射量制御部と、を有する、
   噴射制御装置。
2. 前記条件は、第１条件または第２条件のいずれかであり、
   前記第１条件は、前記ピストンの温度が、予め定められた第１閾値に到達した後、前記第１閾値より小さい予め定められた第２閾値未満になることであり、
   前記第２条件は、前記ピストンの温度が、前記第２閾値より小さい予め定められた第３閾値未満になることである、
   請求項１に記載の噴射制御装置。
3. 前記噴射量制御部により低減された前記流体の噴射量は、ゼロを含む、
   請求項１または２に記載の噴射制御装置。
4. 前記噴射量制御部は、
   前記第２閾値および前記第３閾値のそれぞれに対して低減後の噴射量が定められた閾値／噴射量データに基づいて、満たされた前記条件に関する閾値に対応する低減後の噴射量を決定し、
   前記流体の圧力が大きくなるほど前記流体の噴射量が多くなるように定められた流体圧／噴射量データに基づいて、決定された前記低減後の噴射量に対応する前記流体の圧力を決定し、
   決定された前記流体の圧力が実現されるように、前記流体を汲み上げるポンプの回転数、または、前記流体が通過するリリーフバルブのリリーフ流路の開口度のいずれかを制御する、
   請求項２に記載の噴射制御装置。
5. 前記温度／噴射量データは、
   前記内燃機関が搭載される車両の暖機運転の実行中に用いられる第１の温度／噴射量データと、
   前記暖機運転の実行後に用いられる第２の温度／噴射量データと、があり、
   前記第１の温度／噴射量データでは、前記第２の温度／噴射量データと比較して、前記ピストンの温度に対する前記流体の噴射量がより少ない量に定められている、
   請求項４に記載の噴射制御装置。
6. 内燃機関のピストンを冷却する流体の噴射を制御する噴射制御方法であって、
   前記ピストンの温度を取得するステップと、
   前記ピストンの温度の変化量が、前記ピストンにダメージが与えられるおそれがある予め定められた条件を満たしたか否かを判定するステップと、
   前記条件が満たされた場合、前記流体の噴射量を低減させるステップと、を有する、
   噴射制御方法。

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