JP2019157835A - 可変容量オイルポンプの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの冷却効率が低下するのを抑制することができる新規な可変容量オイルポンプの制御装置、及び制御方法を提供する。【解決手段】オイルジェット機構３５から噴射された冷却油の冷却油流が広がって拡散状態に至る吐出圧を予め設定しておき、可変容量オイルポンプ５４から吐出される冷却の目標吐出圧が、拡散状態に至る吐出圧を超えないように可変容量オイルポンプ５４の目標吐出圧を調整する。オイルジェット機構３５のノズルから噴射される冷却油の冷却油流の流れが拡散して広がる現象を生じない目標吐出圧に調整しているので、充分な量の冷却油がクーリングチャンネル内に供給でき、ピストンの冷却効率が低下するのを抑制することができる。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関に使用される可変容量オイルポンプの制御装置及び制御方法に係り、特に冷却油の噴射によってピストンを冷却するオイルジェット機構に冷却油を供給する可変容量オイルポンプの制御装置及び制御方法に関するものである。

従来、内燃機関の内部には、冷却油を噴射するためのオイルジェット機構が設けられている。例えば、気筒内を往復運動するピストンを冷却するためのオイルジェット機構は、ピストンの裏側、すなわち、燃焼室側の面の反対側の面に冷却油を噴射できる位置に配置され、ピストンの冷却装置として機能するようになっている。

オイルジェット機構は、シリンダブロック等に形成された冷却油通路に接続されており、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるオイルポンプからオイルジェット機構に冷却油が供給されている。オイルジェット機構の噴射ノズルへ通じる冷却油通路にはチェックバルブが配置されており、冷却油通路内の油圧がチェックバルブに設定された所定圧力以上となれば、チェックバルブが開放されて、オイルジェット機構の噴射ノズルから冷却油が噴射される。また、オイルジェット機構へ通じる冷却油通路内の油圧が所定圧力未満となれば、チェックバルブが閉鎖されて、オイルジェット機構からの冷却油の噴射が停止されるようになっている。

そして、この冷却油を供給するために、内燃機関によって駆動されるオイルポンプが使用されている。尚、このオイルポンプは「オイルジェット機構」に冷却油を供給するだけでなく、機関バルブの開閉時期を制御する「油圧ＶＴＣ機構」の作動油の供給にも使用されている。尚、作動油や冷却油というのは機能上の表現であり、実際はオイルパンに貯留された潤滑油が使用されている。したがって、以下では潤滑油と表記して説明を進める。これらの「オイルジェット機構」、及び「油圧ＶＴＣ機構」等は、内燃機関の油圧補機機構として知られている。

ところで、最近では潤滑油を供給するオイルポンプを可変容量オイルポンプに置き換え、この可変容量オイルポンプでオイルジェット機構に潤滑油を供給することが提案されている。例えば、特開２０１４−１５９７６０号公報(特許文献１)に示されている可変容量オイルポンプにおいては、リニアソレノイドバルブからなるオイルコントロールバルブは、制御装置からの制御信号に応じてスプールの位置を連続的に変化され、制御ポートから送り出す潤滑油の圧力を線形に増大または減少させることができる構成とされている。

このように、オイルポンプの容量を変更し、その吐出圧を調整することで、メインギャラリの油圧を適切に調整、維持することができる。また、オイルコントロールバルブの電流指令値（制御デューティ）を大きくすれば、ポンプ回転数が高くなっても吐出圧を低く保つことができ、逆に電流指令値を小さくすれば吐出圧を高く保つことができる。このため、オイルコントロールバルブへの電流指令値を変更することで、オイルポンプの吐出圧を任意に制御することができる。

特開２０１４−１５９７６０号公報

特許文献１にあるような可変容量オイルポンプにおいては、一般的には内燃機関の回転数が低いほど潤滑油の目標吐出圧は低く設定され、回転数が高くなるにつれて潤滑油の目標吐出圧が高く設定される構成とされている。例えば、回転数の範囲を低回転数領域、及び高回転数領域といったように分割し、それぞれの回転数領域で、目標吐出圧を低圧、高圧といったように設定することが行われている。そして、内燃機関の回転数が高回転数領域に達すると目標吐出圧を高圧に制御してオイルジェット機構を作動させるようにしている。

ところで、特許文献１にもあるように、ピストンの温度が高くなるとノッキング等の異常燃焼現象が発生するため、可変容量オイルポンプの目標吐出圧を高めて多くの潤滑油をピストンのクーリングチャンネルに供給してピストンの冷却効率を高めるようにしている。しかしながら、ピストンを冷却するため目標吐出圧を高めていくと、逆にピストンの冷却効率が低下するという現象が発現した。この現象は以下に述べるような理由に基づいている。

つまり、ピストンの冷却を促進するために目標吐出圧を高くしていくと、オイルジェット機構の噴射ノズルから噴射される潤滑油の潤滑油流の流れが拡散して広がる現象を生じる。このため、ピストンのクーリングチャンネルに導入される潤滑油の油量が減少して、充分な量の潤滑油がクーリングチャンネル内に供給できなくなり、この結果、ピストンの冷却効率が低下するという問題を発現することになる。この現象については更に図面を用いて後述する。

本発明の目的は、ピストンの冷却効率が低下するのを抑制することができる新規な可変容量オイルポンプの制御装置、及び制御方法を提供することにある。

本発明の特徴は、オイルジェット機構から噴射された潤滑油(冷却油)の潤滑油流が広がって拡散状態に至る吐出圧を予め設定しておき、可変容量オイルポンプから吐出される冷却油の吐出圧が、拡散状態に至る吐出圧を超えないように可変容量オイルポンプの吐出圧を調整する、ところにある。

本発明によれば、オイルジェット機構の噴射ノズルから噴射される潤滑油の潤滑油流の流れが拡散して広がる現象を生じない吐出圧以下に吐出圧を調整しているので、充分な量の潤滑油がクーリングチャンネル内に供給でき、ピストンの冷却効率が低下するのを抑制することができる。

本発明の実施形態に係るオイルジェット機構を備える内燃機関の概略構成図である。 図１における可変容量オイルポンプシステムの概略の構成を説明する構成図である。 本実施形態になる可変容量オイルポンプによる作動油の圧力制御を説明する説明図である。 本発明の実施形態になる制御フローを説明するフローチャート図である。 本発明の実施形態になる可変容量オイルポンプによる潤滑油の圧力制御を説明する説明図である。 潤滑油の潤滑油流が拡散しない場合のオイルジェット機構によるピストンの冷却を説明する説明図である。 潤滑油の潤滑油流が拡散した場合のオイルジェット機構によるピストンの冷却を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は、本発明の実施形態に係るオイルジェット機構を備えた内燃機関の概略構成図である。

内燃機関１の各気筒に空気を導入するための吸気管１１には、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１２を設けている。吸入空気量センサ１２としては、例えば吸気の質量流量を検出する熱線式流量計等を用いることができる。

吸気バルブ１３は、各気筒の燃焼室１４の吸気口を開閉し、吸気バルブ１３の上流側の吸気管１１に、気筒毎に燃料噴射弁１５を備えている。燃料噴射弁１５から噴射された燃料は、吸気バルブ１３を介して燃焼室１４内に空気と共に吸引され、点火プラグ１６による火花点火によって着火燃焼し、この燃焼による圧力がピストン１７をクランクシャフト１８に向けて押し下げることで、クランクシャフト１８を回転駆動する。クランク角センサ２７は、クランクシャフト１８の回転角を検出し、クランクシャフト１８の基準位置信号ＲＥＦ及び単位角度信号ＰＯＳを出力する。

点火プラグ１６のそれぞれには、点火プラグ１６に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１９が直付けされている。点火モジュール１９は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。

排気バルブ２０は、燃焼室１４の排気口を開閉し、排気バルブ２０が開くことで排気ガスが排気管２１に排出される。排気管２１には、三元触媒等を備えた触媒コンバータ２２が設置され、触媒コンバータ２２によって排気を浄化する。また、触媒コンバータ２２の上流側の排気管２１に空燃比センサ２３が設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比Ａ／Ｆを検出している。

吸気バルブ１３及び排気バルブ２０は、クランクシャフト１８によって回転駆動される吸気カムシャフト２４及び排気カムシャフト２５の回転に伴って動作する。吸気バルブ１３は、吸気カムシャフト２４に設けたカムによって開閉駆動され、油圧ＶＴＣ機構２６によって、その位相角（開弁作用角）が可変となっており、吸気バルブ１３のバルブタイミングが進角、遅角される。油圧ＶＴＣ機構２６は、ソレノイドバルブ３４によって油圧通路が切り替えられることで、位相角が変更されるようになっている。

カム角センサ２８は、吸気カムシャフト２４から基準位置信号（吸気カムシャフトの回転角信号）ＣＡＭを検出している。一方、排気バルブ２０は、排気カムシャフト２５に設けられたカムによって開閉駆動される。

水温センサ２９は、内燃機関１の冷却水の温度（水温）ＴＷを検出する。また、油温センサ３３は、オイルパン内または潤滑油(エンジンオイル)の循環経路における潤滑油の油温ＴＯを検出する。更に、アクセル開度センサ３０は、アクセルペダル３１の踏込量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出する。

内燃機関１の内部には、オイルジェット機構３５が設けられており、可変容量オイルポンプからの潤滑油が供給されており、所定圧以上になると内部に設けてあるチェックバルブが開かれて、潤滑油がピストン１７を冷却する構成とされている。

オイルジェット機構３５は、潤滑油である潤滑油をピストン１７の裏側、すなわち、燃焼室１４側の面の反対側の面に噴射し、ピストン１７やコネクティングロッド、シリンダの内面等を冷却する機能を有する。ピストン１７の裏側には、環状の空洞であるクーリングチャンネルへ通じる開口が臨んでいるので、オイルジェット機構３５の噴射ノズルは、この開口に向かって潤滑油を噴射することができる。

オイルジェット機構３５は、内燃機関のシリンダの内側に配置された噴射ノズルの先端がピストンの裏側に臨み、噴射ノズルにはチェックバルを介して潤滑油の供給管が接続されている。オイルパンから潤滑油の吸込管が引き出されて、その吸込管はオイルジェット機構３５に向かって潤滑油を供給するオイルポンプへ接続されている。内燃機関のクランクシャフトの回転によるオイルポンプの作動により、吸込管を通じてオイルパン内の潤滑油が吸引され、その潤滑油が、供給管を通じてオイルジェット機構３５側に送り出されるようになっている。

オイルジェット機構３５とオイルポンプとの間には、潤滑油の供給圧力が所定圧力以上となった場合に開放されるチェックバルブが配置されている。チェックバルブは、そのチェックバルブよりも上流側の供給管内の潤滑油の圧力が、予め設定された所定圧力以上となった場合に、内部の弁室に収容されたバネ等の弾性部材の付勢力に抗して弁体を押圧し、チェックバルブの上流側の供給管と下流側の供給管とを連通させた状態にする。

また、チェックバルブよりも上流側の供給管内の潤滑油の圧力が、所定圧力未満となった場合には、内部の弁室に収容されたバネ等の弾性部材の付勢力によって弁体が押し戻されて、チェックバルブの上流側の供給管と下流側の供給管とが遮断された状態になる。また、この、オイルジェット機構３５の動作等は、後述する図６に示しているので、これ以上の説明は省略する。

制御装置(ＥＣＵ：Engine Control Ｕnit）６は、マイクロコンピュータを備え、内燃機関１に設けられた各種のセンサからの信号、例えば吸入空気流量ＱＡ、アクセル開度ＡＣＣ、基準位置信号ＲＥＦ、単位角度信号ＰＯＳ、空燃比Ａ／Ｆ、水温ＴＷ、油温ＴＯ及び回転角信号ＣＡＭ等が入力されている。

また、制御装置６には、内燃機関１の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ３２の状態を示す信号が入力される。制御装置６は、これらの情報に基づき、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行い、燃料噴射弁１５、ソレノイドバルブ３４、及び点火モジュール１９等の各種装置の操作量あるいは制御量を算出し、これらの装置に制御信号を出力して駆動、制御する。

尚、内燃機関１は、図示した直列型の他、Ｖ型あるいは水平対向型等の様々な形式とすることができる。また、ここでは燃料噴射弁１５が吸気管１１内に燃料を噴射するものを例に取ったが、燃焼室１４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関であっても良い。更に、吸気側ＶＴＣ機構２６に加えて排気バルブ２０の開閉時期（バルブタイミング）を可変とする排気側ＶＴＣ機構を備えていても良い。

図２は、潤滑油の目標吐出圧を図３に示すように回転数に対応して可変制御する、可変容量オイルポンプ５４の構成例を示している。

ポンプハウジング６１の両側部に吸入口と吐出口が設けられ、ほぼ中央に内燃機関１のクランクシャフト１８から回転力が伝達されるドライブシャフト６２が貫通、配置されている。ポンプハウジング６１の内部には、ドライブシャフト６２に結合され、外周側に複数のベーン６３をほぼ半径方向へ進退自在に保持するロータ６４と、このロータ６４の外周側に偏心揺動自在に設けられ、内周面に各ベーン６３の先端が摺接するカムリング６５が収容配置されている。また、ロータ６４の内周部側の両側面には、一対のベーンリング７２が摺動自在に配置されている。

カムリング６５は、外周部にシール部材６６ａ、６６ｂを介して隔成された作動室６７、６８に導入される吐出圧に応じてピボットピン６９を中心に偏心量が減少する方向へ揺動すると共に、その外周に一体的に有するレバー部６５ａを押圧するコイルばね７０のばね力によって偏心量が増大する方向へ揺動するようになっている。

そして、初期状態では、コイルばね７０のばね力によってカムリング６５を偏心量が最大となる方向へ付勢して吐出圧を増加させる一方、作動室６７内の油圧が所定以上になると、カムリング６５をコイルばね７０のばね力に抗して偏心量が小さくなる方向へ揺動させて吐出圧を減少させる。

この可変容量オイルポンプ５４の作動室６７にはオイルメインギャラリ７３から潤滑油が供給され、作動室６８には、比例ソレノイドバルブからなるオイルコントロールバルブ７１を介して潤滑油が供給され、吐出された潤滑油を内燃機関１の上述した油圧ＶＴＣ機構や、ピストンを冷却するオイルジェット機構等に供給するようになっている。尚、オイルコントロールバルブ７１はデューティ制御されている。

オイルコントロールバルブ７１がデューティ１００％のときには、作動室６７がドレイン(オイルパン５３)に連通して低圧状態となる一方、オイルコントロールバルブ７１がデューティ０％のときには、作動室６７に油圧を作用させるため高圧状態となる。そして、デューティ１００％〜デューティ０％の間の調整されたデューティ値によって、吐出圧が調整される構成となっている。

オイルコントロールバルブ７１は制御装置６から制御信号(デューティ信号)が供給されており、これによって比例ソレノイド７１は指示された制御位置に駆動される。また。オイルメインギャラリ７３には、油圧センサ７４が配置されており、可変容量オイルポンプ５４の吐出圧を検出している。この油圧センサ７４の出力は、制御装置６に入力され、可変容量オイルポンプ５４の吐出圧を目標吐出圧にフィードバック制御するために使用される。もちろん、これ以外の制御に使用できることはいうまでもない。

尚、可変容量オイルポンプ５４においては、目標吐出圧が設定され、この目標吐出圧を実現するようにオイルコントロールバルブ７１が制御され、結果として実際の吐出圧が目標吐出圧に近づくように制御している。したがって、本実施形態の説明では、目標吐出圧と実際の吐出圧は等価なものとして取り扱うが、以下では説明の都合上、目標吐出圧として説明を行う。

このような可変容量オイルポンプ５４においては、例えば、回転数に対応して目標吐出圧が設定されている。図３に示しているように、回転数の上昇に対応づけて目標吐出圧が設定されており、所定の最低回転数から所定の最大回転数の範囲で、目標吐出圧が最小吐出圧から最大吐出圧の範囲で調整されるようになっている。潤滑油の吐出圧は、オイルコントロールバルブ７１(図２参照)に与える制御信号のデューティ比によって調整することができる。

したがって、制御信号のデューティ比と回転数を対応させていれば、可変容量オイルポンプ５４の目標吐出圧は、基本的には回転数によって可変調整されるものとなり、更に、油圧センサ７４で検出された実際の吐出圧が、設定された目標吐出圧にフィードバック制御されることになる。

尚、実際の吐出圧をフィードバック制御せずに、目標吐出圧だけで制御する、いわゆるフィードフォワード制御することも可能であるので、本実施形態では両方の制御を適用することができる。

上述したように、ピストンの温度が高くなるとノッキング等の異常燃焼現象が発生するため、可変容量オイルポンプの目標吐出圧を高めて多くの潤滑油をピストンのクーリングチャンネルに供給してピストンの冷却効率を高めるようにしている。しかしながら、ピストンを冷却するため目標吐出圧を高めていくと、逆にピストンの冷却効率が低下するという現象が発現する。以下この理由を簡単に説明する。

図６は通常の目標吐出圧で可変容量オイルポンプを駆動、制御している状態を示している。ピストン８０の内部にはクーリングチャンネル８１が形成されており、このクーリングチャンネル８１内に、オイルジェット機構８２から潤滑油が噴射されて導入されている。可変容量オイルポンプからの潤滑油は目標吐出圧に達すると、オイルジェット機構８２の内部に内蔵されたチェックバルブを押し開き、高圧の潤滑油をオイルジェット機構の噴射ノズル８３から噴射する。そして、内燃機関の燃焼サイクルに同期してピストン８０が下降してくると、噴射ノズル８３からの潤滑油の潤滑油流ＯＪがクーリングチャンネル８１の入口８４に近接することで、潤滑油がクーリングチャンネル８１内に導入されて、ピストン８１を冷却することができるようになる。

ところが、ピストン８０の冷却を促進するために目標吐出圧を高くしていくと、図７に示しているように、所定の吐出圧(以下、「拡散吐出圧」と表記する)付近に達すると、噴射ノズル８３から噴射される潤滑油の潤滑油流ＯＪの流れが拡散して広がる現象を生じる。このため、入口８４を介してクーリングチャンネル８１に導入される潤滑油の油量が減少して、充分な量の潤滑油がクーリングチャンネル８１内に供給できなくなり、この結果、ピストン８０の冷却効率が低下するという問題を生じる。

つまり、ピストンの冷却を促進するために目標吐出圧を高くしていくと、拡散吐出圧付近で、噴射ノズルから噴射される潤滑油の潤滑油流の流れが拡散して広がる現象を生じる。このため、せっかく目標吐出圧を高めてもクーリングチャンネルに導入される潤滑油の油量が減少して、充分な量の潤滑油がクーリングチャンネル内に供給できなくなり、この結果、ピストンの冷却効率が低下するようになる。

そこで、本発明の実施形態では、オイルジェット機構から噴射された潤滑油の潤滑油流が広がって拡散状態に至る拡散吐出圧を予め設定しておき、可変容量オイルポンプから吐出される潤滑油の吐出圧が、拡散状態に至る拡散吐出圧を超えないように可変容量オイルポンプの吐出圧を調整する、という構成を提案するものである。

まず、本実施形態を説明する前に、可変容量オイルポンプの目標吐出圧の特性について説明する。図３にある通り、回転数領域と目標吐出圧は、少なくとも２種類が設定されている。回転数の増加に対応して、低回転数領域である回転数(Ｎ１)以上から回転数(Ｎ２)未満までは、第１圧力制御領域として設定され、高回転数領域である回転数(Ｎ２)以上は、第２圧力制御領域と設定されている。ここで、回転数は、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有している。尚、低回転数領域や高回転数領域は、便宜的に名付けたものであり、要は回転数領域が異なっていることを示している。

また、第１圧力制御領域は第１目標吐出圧(Ｐ１)に設定され、第２圧力制御領域は第２目標吐出圧(Ｐ２)に設定されている。この場合のオイルコントロールバルブ７１の制御デューティは、例えば第１目標吐出圧(Ｐ１)では８０％に設定され、第２目標吐出圧(Ｐ２)では４０％に設定されており、制御デューティの値が小さいほど目標吐出圧が高くなる構成とされている。ここで、目標吐出圧は、Ｐ１＜Ｐ２の関係を有している。

このように、回転数の増加に対してステップ状に目標吐出圧を設定している理由は、できるだけポンプ駆動損失を少なくして、内燃機関の燃費を向上するためである。例えば、回転数に比例して目標吐出圧を増大する制御を行なうと、図３の特性との差分だけ余分な仕事を行なわねばならないが、本実施形態のように制御すると、上述した差分を削減することができ、結果的に内燃機関の出力を無駄に使用しないで済むようになる。

更に、夫々の目標吐出圧は、内燃機関に設けられた油圧補機機構に対応して設定されており、第１目標吐出圧(Ｐ１)は油圧ＶＴＣ機構に対応され、第２目標吐出圧(Ｐ２)はオイルジェット機構に対応されている。このため、油圧ＶＴＣ機構は第１圧力制御領域、第２圧力制御領域での目標吐出圧(Ｐ１、Ｐ２)の潤滑油で駆動され、オイルジェット機構は第２圧力制御領での目標吐出圧(Ｐ２)の潤滑油で駆動される。尚、これ以外の回転数領域と目標吐出圧を追加設定することも可能である。

次に、本発明の実施形態になる制御フローチャートを図４、及び図５に基づき説明するが、この制御フローは、例えば１０ｍｓ周期毎の起動タイミングによって起動されるものであり、起動タイミングは、マイクロコンピュータに内蔵されているタイマー機能のコンペアマッチ割り込みで生成されている。そして、この起動タイミングの到来によって以下の制御ステップが実行される。

また、以下の制御ステップはマイクロコンピュータのプログラムに基づきで実行されるものであるが、これらの制御ステップは、制御手段(マイクロコンピュータ)で実行される制御機能として置き換えることができる。

≪ステップＳ１０≫
ステップＳ１０においては、クランク角センサ２７によって回転数が検出され、油温センサ３３によって潤滑油の油温が検出され、油圧センサ７４によって潤滑油の吐出圧が検出され、これらの検出されたパラメータは、マイクロコンピュータのワークエリアに一時的に格納されて記憶される。尚、この他にも必要なパラメータがあれば、適宜検出すれば良いものである。必要なパラメータが検出されるとステップＳ１１に移行する。

≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１においては、図３に示すようにオイルジェットが必要な回転数(Ｎ２)に達したかどうかが判断される。一般的に回転数が低いとピストン冠部の温度は低い傾向にあるので、ノッキング等の異常燃焼現象を生じる恐れがないため、ステップＳ１２に移行する。一方、図３に示すように、検出された回転数が回転数(Ｎ２)を超えてピストン冠部の温度が高くなると見做されると、オイルジェットが必要な回転数(Ｎ２)に達したと判定されてステップＳ１３に移行する。

尚、ここで、回転数を判定基準にしてオイルジェットが必要かどうかを判定しているが、これに代えて、負荷の大きさを判定基準にすることもでき、更には回転数と負荷の両方を判定基準とすることもできる。したがって、負荷が大きくない場合、或いは負荷が大きくなく、しかも回転数が低い場合は、ステップＳ１２に移行するロジックを組むことができる。このように、回転数や負荷といった運転状態を表すパラメータを用いて、オイルジェット機構を動作させるかどうかを判定するようにしている。

≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、ステップ１０で検出した今回の回転数から目標吐出圧を演算して求め、これに基づいて制御デューティを演算する。例えば、図３にあるように、検出された回転数が、第１圧力制御領域（Ｎ１〜Ｎ２）の範囲にある場合は、制御デューティは８０％に設定される。この制御デューティは、オイルコントロールバルブ７１に与えられ、目標吐出圧を第１目標吐出圧(Ｐ１)に制御する。

この第１目標吐出圧(Ｐ１)が選択された場合は、可変容量オイルポンプの潤滑油は油圧ＶＴＣ機構を動作させるために使用され、オイルジェット機構３５を動作させる油圧まで高く設定されていないので、オイルジェット機構３５は動作しない。このようにして、可燃容量オイルポンプの吐出圧制御が実行されると、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。

≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１１で、検出された回転数が回転数(Ｎ２)を超えていると判定されているので、ピストン温度が高くなると見做して、オイルジェット機構３５によるピストンの冷却を実行する。ステップＳ１３においては、ステップ１０で検出した今回の回転数から目標吐出圧を演算して求め、これに基づいて制御デューティを演算する。例えば、図３にあるように、検出された回転数が、第２圧力制御領域(Ｎ２)以上の範囲にある場合は、制御デューティは４０％に設定される。この制御デューティは、オイルコントロールバルブ７１に与えられ、目標吐出圧を第２目標吐出圧(Ｐ２)に制御する。

この第２目標吐出圧(Ｐ２)が選択された場合は、可変容量オイルポンプの潤滑油は、油圧ＶＴＣ機構を作動させるために使用され、また、オイルジェット機構３５を作動させる油圧まで高く設定されるので、オイルジェット機構３５は動作を開始する。このようにして、可燃容量オイルポンプの吐出圧制御が実行されると、ステップＳ１４に移行する。

≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４においては、ピストン冠部の温度を推定するか、或いはノック信号を検出する。これは、ノッキング等の異常燃焼現象が発生する可能性があるか、或いはノッキング(異常燃焼)が発生していることを検出するためである。これらをまとめて、燃焼状態検出手段として捉えることができる。

ノック信号は、周知の方法によってノックセンサによって検出することができる。この場合は、点火制御機能で実行されている制御フローのノック制御でのノック信号を用いることができる。このノック信号は、ＲＡＭ等のワークエリアに記憶されており、ステップＳ１４の実行によって、ワークエリアからノック信号を読み取ることで、ノッキングの検出が可能である。

一方、ピストン冠部の温度Ｔｐｉｓは、実験やシミュレーションによって推定することができる。例えば、負荷と回転数によってマップを形成し、それぞれの回転数と負荷におけるピストン冠部の温度を測定して記憶させておくようにしている。これによって、実際の回転数と負荷からマップ上のピストン冠部の温度を読み取ることで、現在のピストン冠部の温度を推定することができる。ピストン冠部の温度を推定するか、或いはノック信号を検出するとステップＳ１５に移行する。

≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５においては、ステップＳ１４で求めたピストン冠部の温度が、予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより高いか、或いはノック信号の発生が有ったかどうかを判定している。このような判定は、ピストン冠部の温度が高くなってノッキング等の異常燃焼現象が発生し易い状況にあるか、或いはノッキング(異常燃焼)の発生が有ったどうかを判定しているもので、ピストンの冷却効率を更に高める必要性を判断している。

したがって、ピストン冠部の温度が、予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより低い、或いはノッキングの発生がないと判定されるとステップＳ１６に移行し、逆に、ピストン冠部の温度が、予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより高い、或いはノッキングの発生が有ったと判定されるとステップＳ１７に移行する。

≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１５でピストン冠部の温度が、予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより低い、或いはノッキングの発生がないと判定されているので、ステップＳ１６では、ステップＳ１３で求めた目標吐出圧を維持してリターンに抜け、次の起動タイミングを待つことになる。

この状態では、ステップＳ１３で設定された目標吐出圧によってオイルジェット機構３５が動作しているので、ピストン冠部の温度は約２００℃程度に維持されている。もちろん、ピストン冠部の温度を検出、或いは推定して、ピストン冠部の温度を約２００℃に維持するように、オイルジェット機構３５の目標吐出圧を調整することも可能である。特にピストン冠部の温度が低い場合は、オイルジェット機構３５の動作を停止(目標吐出圧を小さくする)して、無用な冷却を避けることは有効である。

≪ステップＳ１７≫
ステップＳ１５でピストン冠部の温度が、予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより高い、或いはノッキングの発生が有ったと判定されているので、ステップＳ１７では可変容量オイルポンプの目標吐出圧を所定圧ΔＰだけ高く設定する。例えば、図３において、オイルジェット機構３５を動作させるための基本となる第２目標吐出圧(Ｐ２)を所定圧ΔＰだけ高く設定する。これによって、例えば、制御デューティは４０％から３５％に低減され、これに応じて目標吐出圧が高い方に変更される。

この状態は、図５に示している通りであり、今回の目標吐出圧の変更は、例えば時刻Ｔｉｍ０で、ピストン冠部の温度が設定温度Ｔｓｅｔより高い、或いはノッキングが発生したと判定されると、第２目標吐出圧(Ｐ２)に所定圧ΔＰを加算した目標吐出圧に対応する制御デューティで、オイルコントロールバルブ７１を制御して可変容量オイルポンプの目標吐出圧を変更する。目標吐出圧が変更されるとステップＳ１８に移行する。

≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１８においては、ステップＳ１７で変更した目標吐出圧が予め設定した拡散吐出圧ＰＬＭＴより高いかどうかが判定される。ここで、拡散吐出圧ＰＬＭＴは、図７で説明したように、オイルジェット機構３５の噴射ノズルから噴射される潤滑油の潤滑油流ＯＪが拡散して広がる状態に至る直前の吐出圧に設定されている。拡散吐出圧ＰＬＭＴは、オイルジェット機構３５の構成や噴射ノズルの形状等によって異なるので、これも実験やシミュレーションによって決めることができる。決められた拡散吐出圧ＰＬＭＴは制御装置６の記憶領域に記憶され、ステップＳ１８で利用されることになる。

ステップＳ１８においては、ステップＳ１７で変更した目標吐出圧が予め設定した拡散吐出圧ＰＬＭＴより低いと判定されるとステップＳ１６に移行し、目標吐出圧が予め設定した拡散吐出圧ＰＬＭＴより高いと判定されるとステップＳ１９に移行する。

ここで、ステップＳ１６に移行する場合は、ステップＳ１７で設定された目標吐出圧を維持してリターンに抜け、次の起動タイミングを待つことになる。そして、次の起動タイミングが到来して再びステップＳ１５が実行されて、依然として、ピストン冠部の温度が予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより高いか、或いはノッキングの発生が有ったと判定されると、ステップＳ１７、Ｓ１８を実行することになる。

この状態も、図５に示している通りであり、目標吐出圧の変更は、例えば、時刻Ｔｉｍ１⇒時刻Ｔｉｍ２⇒時刻Ｔｉｍ３で、ピストン冠部の温度が設定温度Ｔｓｅｔより高い、或いはノッキングが発生したと判定されると、現在の目標吐出圧に所定圧ΔＰを加算した新たな目標吐出圧に対応した制御デューティで、オイルコントロールバルブ７１を制御して可変容量オイルポンプの目標吐出圧を変更する。

このようにして、ピストン冠部の温度が、予め設定された設定温度Ｔｓｅｔより高いか、或いはノッキングの発生が有ったと判定されると、目標吐出圧を順次高くしてピストンのクーリングチャンネルへの潤滑油の供給量を増やすことで、ピストン冠部の温度を下げてノッキング等の異常燃焼現象を回避するようにしている。

尚、ステップＳ１８においては、目標吐出圧を拡散吐出圧ＰＬＭＴと比較しているが、油圧センサ７４によって検出されるオイルメインギャラリ７３の実際の吐出圧を用いて、ステップＳ１８の判断を行うようにすることも可能である。

ここで、上述した目標吐出圧の変更によって、現在の目標吐出圧が、予め設定した拡散吐出圧ＰＬＭＴより高いと判定されるとステップＳ１９に移行する。

≪ステップＳ１９≫
ステップＳ１８で、現在の可変容量オイルポンプの目標吐出圧が拡散吐出圧ＰＬＭＴより高いと判定されているので、ステップＳ１９においては、可変容量オイルポンプの目標吐出圧を、拡散吐出圧ＰＬＭＴに一致させるか、或いは拡散吐出圧ＰＬＭＴより所定圧ΔＰだけ低くした目標吐出圧に再設定する。本実施形態では、所定圧ΔＰだけ低くした目標吐出圧に再設定する構成としている。

この状態も、図５に示している通りであり、例えば、目標吐出圧が拡散吐出圧ＰＬＭＴを超えると、時刻Ｔｉｍ４で目標吐出圧を所定圧ΔＰだけ低く設定し、現在の目標吐出圧から所定圧ΔＰを減算した新たな目標吐出圧に対応した制御デューティで、オイルコントロールバルブ７１を制御して可変容量オイルポンプの目標吐出圧を変更する。

これによって、オイルジェット機構３５の噴射ノズルから噴射される潤滑油の潤滑油流ＯＪが拡散しないで、充分な量の潤滑油がクーリングチャンネル内に供給でき、ピストンの冷却効率が低下するのを抑制することができる。目標吐出圧を拡散吐出圧ＰＬＭＴより小さい値に変更すると、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。

ここで、潤滑油は温度によって粘性が変化することが知られているが、温度が高いほど粘性が小さくなって潤滑油流が拡散し易くなる。したがって、上述した拡散吐出圧ＰＬＭＴは、潤滑油の油温が高いほど低い圧力側に移行するように設定することが望ましい。

例えば、記憶領域に記憶された拡散吐出圧ＰＬＭＴは、油温の増大に対して小さくなる補正係数Ｋｔｏを乗算することで、油温の変化に対応した拡散吐出圧ＰＬＭＴを求めることができる。つまり、油温が高くなるにつれて拡散吐出圧ＰＬＭＴは小さくなるように演算される。尚、この場合、補正係数Ｋｔｏを乗算しているが、テーブルに補正係数Ｋｔｏを反映した拡散吐出圧ＰＬＭＴを記憶させ、検出された油温に対応して拡散吐出圧ＰＬＭＴを読み出す方法であっても差し支えない。

また、ステップＳ１４においては、ピストン冠部の温度は、回転数と負荷によって決まる、実験的に求めた温度によって推定しているが、これに限らず、排気ガス温度センサによって検出される排気ガス温度、冷却水温度センサによって検出されるシリンダ壁面の冷却水温度、及び潤滑油温度センサによって検出されるピストン冷却後の潤滑油温度等を検出し、これらの１つ以上の温度情報から所定の演算を行ってピストン冠部の温度を推定することも可能である。

以上述べた通り、本発明はオイルジェット機構から噴射された潤滑油の潤滑油流が広がって拡散状態に至る拡散吐出圧を予め設定しておき、可変容量オイルポンプから吐出される潤滑油の目標吐出圧が、拡散状態に至る拡散吐出圧を超えないように可変容量オイルポンプの目標吐出圧を調整する構成としたものである。

これによれば、オイルジェット機構の噴射ノズルから噴射される潤滑油の潤滑油流の流れが拡散して広がる現象を生じない拡散吐出圧以下に目標吐出圧を調整しているので、充分な量の潤滑油がクーリングチャンネル内に供給でき、ピストンの冷却効率が低下するのを抑制することができる。

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…内燃機関、６…制御装置、２６…可変動弁機構（油圧ＶＴＣ機構）、２９…水温センサ、３３…油温センサ、３４…ソレノイドバルブ、３４ａ…ソレノイド、３５…オイルジェット機構、５４…可変容量オイルポンプ、７１…オイルコントロールバルブ。

Claims (15)

1. ピストンに設けたクーリングチャンネルに冷却油を供給するオイルジェット機構と、前記オイルジェット機構に冷却油を供給する可変容量オイルポンプとを備えた内燃機関に使用され、前記可変容量オイルポンプの冷却油の吐出圧を可変制御する制御手段を備えた可変容量オイルポンプの制御装置であって、
   前記制御手段は、
   前記オイルジェット機構から噴射された冷却油の冷却油流が広がって拡散状態に至る吐出圧(以下、拡散吐出圧と表記する)を予め設定する拡散吐出圧設定部と、
   前記可変容量オイルポンプから吐出される冷却油の前記吐出圧が前記拡散吐出圧を超えないように、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧を調整する吐出圧設定部と
   を備えていることを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
2. 請求項１に記載の可変容量オイルポンプの制御装置において、
   前記吐出圧設定部は、
   前記オイルジェット機構を動作させる運転状態になると、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧を前記オイルジェット機構が動作できる前記吐出圧に設定する機能部と、
   更に、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧が前記拡散吐出圧に達すると、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧を、前記拡散吐出圧、或いは前記拡散吐出圧より所定圧だけ低い前記吐出圧に変更する機能部と
   を備えていることを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
3. 請求項２に記載の可変容量オイルポンプの制御装置において、
   前記制御手段は、
   冷却油の油温を検出する油温検出部を備え、
   前記拡散吐出圧設定部は、
   前記油温検出部によって検出される油温が高くなるにしたがって、前記拡散吐出圧を低く補正する機能部を備えている
   ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
4. 請求項２に記載の可変容量オイルポンプの制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部を備え、
   前記吐出圧設定部は、
   前記燃焼状態検出部によって異常燃焼が発生する状態が検出されると、現在の前記吐出圧を所定圧だけ高く設定する機能部と、
   更にこの高く設定された前記吐出圧が前記拡散吐出圧に達すると、高く設定された前記吐出圧を、前記拡散吐出圧、或いは前記拡散吐出圧より所定圧だけ低い前記吐出圧に変更する機能部と
   を備えていることを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
5. 請求項４に記載の可変容量オイルポンプの制御装置において、
   前記燃焼状態検出部は、少なくとも前記ピストンの温度を推定する温度推定部、或いはノッキングを検出するノック検出部からなり、
   前記吐出圧設定部は、
   前記温度推定部、或いは前記ノック検出部によって異常燃焼が発生する状態が検出されると、現在の前記吐出圧を所定圧だけ高く設定する機能部と、
   更にこの高く設定された前記吐出圧が前記拡散吐出圧に達すると、高く設定された前記吐出圧を、前記拡散吐出圧、或いは前記拡散吐出圧より所定圧だけ低い前記吐出圧に変更する機能部と
   を備えていることを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
6. 請求項４に記載の可変容量オイルポンプの制御装置において、
   前記吐出圧設定部は、
   異常燃焼状態が発生する毎に現在の前記吐出圧に前記所定圧を加算して前記吐出圧を設定する機能部を備えている
   ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
7. 請求項５に記載の可変容量オイルポンプの制御装置において、
   前記温度推定部は、
   負荷と回転数に基づいて前記ピストンの温度を求める機能部か、或いは冷却水、排気ガス温度、及び冷却油温度の１つ以上の温度から前記ピストンの温度を求める機能部を備えている
   ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御装置。
8. ピストンに設けたクーリングチャンネルに冷却油を供給するオイルジェット機構と、前記オイルジェット機構に冷却油を供給する可変容量オイルポンプとを備えた内燃機関に使用され、前記可変容量オイルポンプの冷却油の吐出圧を可変制御する制御手段を備えた可変容量オイルポンプの制御方法であって、
   前記制御手段は、
   前記内燃機関の回転数の上昇にしたがって、前記可変容量オイルポンプから吐出される冷却油の前記吐出圧を上昇させるように調整し、
   前記吐出圧が所定の圧力に達すると、前記内燃機関の回転数が上昇したとしても前記可変容量オイルポンプから吐出される冷却油の前記吐出圧を上昇させないように調整する
   ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
9. 請求項８に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
   前記制御手段は、
   前記所定の吐出圧として、前記オイルジェット機構から噴射された冷却油の冷却油流が広がって拡散状態に至る吐出圧(以下、拡散吐出圧と表記する)を予め設定する
   ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
10. 請求項９に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
    前記制御手段は、
    前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧を設定し、
    前記オイルジェット機構を動作させる運転状態になると、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧を前記オイルジェット機構が動作できる前記吐出圧に設定し、
    前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧が前記拡散吐出圧に達すると、前記可変容量オイルポンプの前記吐出圧を、前記拡散吐出圧、或いは前記拡散吐出圧より所定圧だけ低い前記吐出圧に変更する
    ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
11. 請求項１０に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
    前記制御手段は、
    冷却油の油温を検出し、
    検出された前記油温が高くなるにしたがって、前記拡散吐出圧を低く補正する
    ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
12. 請求項１０に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
    前記制御手段は、
    前記内燃機関の燃焼状態を検出し、
    検出された焼状態から異常燃焼が発生する状態が検出されると、現在の前記吐出圧を所定圧だけ高く設定し、
    この高く設定された前記吐出圧が前記拡散吐出圧に達すると、高く設定された前記吐出圧を、前記拡散吐出圧、或いは前記拡散吐出圧より所定圧だけ低い前記吐出圧に変更する
    ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
13. 請求項１１に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
    前記制御手段は、
    少なくとも前記ピストンの温度を推定するか、或いはノッキングを検出して異常燃焼を検出し、
    異常燃焼が発生する状態が検出されると、現在の前記吐出圧を所定圧だけ高く設定し、
    この高く設定された前記吐出圧が前記拡散吐出圧に達すると、高く設定された前記吐出圧を、前記拡散吐出圧、或いは前記拡散吐出圧より所定圧だけ低い前記吐出圧に変更する
    ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
14. 請求項１２に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
    前記制御手段は、
    異常燃焼状態が発生する毎に、現在の前記吐出圧に前記所定圧を加算して前記吐出圧を設定する
    ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。
15. 請求項１３に記載の可変容量オイルポンプの制御方法において、
    前記制御手段は、
    負荷と回転数に基づいて前記ピストンの温度を求めるか、或いは冷却水、排気ガス温度、及び冷却油温度の１つ以上の温度から前記ピストンの温度を求める
    ことを特徴とする可変容量オイルポンプの制御方法。

Images