JP2020101147A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室の負圧が過度に大きくなることを抑制しつつ、エンジンブレーキが弱くなることを抑制する。【解決手段】内燃機関における吸気通路には、当該吸気通路を流通する吸気量を調整するスロットルバルブが取り付けられている。また、吸気通路に接続された気筒の内部には、当該気筒内を往復運動するピストンが配置されている。また、ピストンの下死点側には、当該ピストンの下死点側の面にオイルを噴射するオイルジェットが配置されている。オイルジェットへオイルを供給するためのオイル供給通路には、当該オイル供給通路の流路を開閉する開閉弁が取り付けられている。この内燃機関に適用された制御装置は、アクセルペダルの操作量がゼロである場合、スロットルバルブを全閉状態よりも大きい開度に制御し、且つピストンが上死点から下死点に移動しているときに、開閉弁を制御してオイルジェットからピストンにオイルを噴射させる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１の内燃機関の吸気通路には、当該吸気通路を流通する吸気量を調整するスロットルバルブが取り付けられている。吸気通路の下流端には、気筒が接続されている。気筒の内部には、当該気筒内を往復運動するピストンが配置されている。往復運動するピストンの上死点側の面（頂面）と気筒の内面とによって、燃料及び吸気の混合気を燃焼させる燃焼室が区画されている。

特許文献１の内燃機関では、運転者のアクセルペダルの操作量がゼロである場合であって機関回転数が所定回転数（４０００ｒｐｍ）以下である場合に、スロットルバルブが全閉状態に制御される。

特開昭６１−０８９９４４号公報

特許文献１の内燃機関においては、スロットルバルブが全閉状態に制御されている場合、吸気通路から燃焼室の内部に吸気が導入されにくくなり、燃焼室の負圧が大きくなる。この負圧に抗してピストンが下死点側へと運動しようとするため、ピストンを運動させるのに多くのエネルギーが必要となり、いわゆるエンジンブレーキが効果的に作用する。その一方で、上述のように燃焼室の負圧が大きくなると、ピストンの外周面と気筒の内周面との間のオイルが、ピストンの上死点側に移動して燃焼室内に混入してしまうことがある。例えば、特許文献１の内燃機関において、運転者のアクセルペダルの操作量がゼロ、且つ機関回転数が所定回転数以下である場合であっても、スロットルバルブを全閉状態にせず、ある程度開いた状態にしておけば、燃焼室内における負圧を小さくすることはできる。とはいえ、燃焼室内における負圧が小さくなれば、エンジンブレーキも弱くなってしまう。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、吸気を導入するための吸気通路と、前記吸気通路に接続された気筒と、前記吸気通路に取り付けられて当該吸気通路を流通する吸気量を調整するスロットルバルブと、前記気筒の内部に配置されて当該気筒内を往復運動するピストンと、前記ピストンの下死点側の面に向かってオイルを噴射するオイルジェットと、前記オイルジェットへのオイル供給通路に設けられ、当該オイル供給通路の流路を開閉する開閉弁とを備えている内燃機関に適用される制御装置であって、アクセルペダルの操作量がゼロである場合には、前記スロットルバルブを全閉状態よりも大きい開度に制御し、且つ前記ピストンが上死点から下死点に運動しているときに、前記開閉弁を制御して前記オイルジェットから前記ピストンにオイルを噴射させる。

上記構成では、スロットルバルブの開度が全閉状態より大きいため、燃焼室の負圧が過度に大きくなることを抑制できる。また、上記構成では、ピストンが上死点から下死点に運動しているときに、オイルジェットから噴射されたオイルがピストンの下死点側の面に衝突する、すなわち下死点側に運動するピストンに抗するように当該ピストンの下死点側の面にオイルが衝突する。これにより、気筒内を往復運動するピストンの負荷が大きくなる。その結果、アクセルペダルの操作量がゼロである場合には、燃焼室の負圧が多少小さくなっても、エンジンブレーキが弱くなることは抑制できる。

内燃機関及び制御装置の概略図。 制御装置が行う一連の処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。まず、図１にしたがって車両に搭載された内燃機関１００の概略構成について説明する。
図１に示すように、内燃機関１００は、当該内燃機関１００の外部から外気を導入するための吸気通路１１を備えている。吸気通路１１の途中には、スロットルバルブ３１が取り付けられている。スロットルバルブ３１は、吸気通路１１の流路の開度を調整することにより、吸気通路１１の流路を流通する吸気量を調整する。

吸気通路１１の下流端には、吸気が導入される気筒１２が接続されている。気筒１２には、気筒１２に燃料を噴射するための燃料噴射弁３２が取り付けられている。燃料噴射弁３２は、その先端が気筒１２の内部に位置しており、燃料を気筒１２の内部に直接噴射する。また、気筒１２の内部には、当該気筒１２の内部を往復運動するピストン２１が配置されている。このピストン２１の上死点側の面（図１における上側の面）と気筒１２の内面とによって、燃料及び吸気の混合気を燃焼させる燃焼室１５が区画されている。ピストン２１は、コネクティングロッド２２を介してクランクシャフト２３に連結されている。クランクシャフト２３は、ピストン２１の往復運動によって回転する。また、気筒１２には、当該気筒１２から排気を排出するための排気通路１３が接続されている。なお、図示は省略するが、内燃機関１００は、４つの気筒１２を備えている。また、内燃機関１００は、４つの気筒１２に対応して４つのピストン２１を備えている。

内燃機関１００は、当該内燃機関１００の各所にオイルを循環させるためのオイル供給装置５０を備えている。オイル供給装置５０のオイルパン５１の内部には、オイルが貯留されている。また、オイルパン５１の内部には、オイル中に含まれる異物を除去するためのストレーナ５２が配置されている。ストレーナ５２には、オイル供給通路５６を介してオイルを噴射するオイルジェット５５が接続されている。オイルジェット５５は、ピストン２１が下死点に位置するときのピストン２１の位置よりもクランクシャフト２３側（図１における下側）に配置されている。オイルジェット５５の先端は、ピストン２１の下死点側の面（図１における下側の面）を指向している。

オイル供給通路５６の途中には、オイルパン５１内のオイルを汲み上げるためのオイルポンプ５３が取り付けられている。オイルポンプ５３は、オイルパン５１内のオイルを汲み上げてオイルジェット５５側に供給する。また、オイル供給通路５６におけるオイルポンプ５３よりもオイルジェット５５側には、開閉弁５４が取り付けられている。具体的には、オイル供給通路５６におけるオイルポンプ５３とオイルジェット５５との間では、１つの通路が４つの通路に分岐しており、分岐した各通路に開閉弁５４が取り付けられている。すなわち、内燃機関１００は、４つのピストン２１に対応して４つのオイルジェット５５及び４つの開閉弁５４を備えている。

この開閉弁５４は、オイル供給通路５６の流路を開閉する。開閉弁５４がオイル供給通路５６を開状態にすると、オイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面（図１における下側の面）に向かってオイルが噴射される。一方、開閉弁５４がオイル供給通路５６を閉状態にすると、オイルジェット５５へのオイルの供給が停止されてオイルジェット５５からオイルが噴射されない。

上記のクランクシャフト２３の近傍には、当該クランクシャフト２３の回転角度を検出するためのクランク角センサ７１が取り付けられている。クランク角センサ７１から出力される信号は、制御装置８０に入力される。具体的には、制御装置８０には、クランクシャフト２３の回転角度であるクランク角Ｘ１を示す信号がクランク角センサ７１から入力される。また、制御装置８０には、運転者が操作するアクセルペダルの操作量であるアクセル操作量Ｘ２を示す信号がアクセル開度センサ７２から入力される。

制御装置８０は、上記の開閉弁５４、スロットルバルブ３１、及び燃料噴射弁３２を制御する。具体的には、制御装置８０は、開閉弁５４に対して、当該開閉弁５４を開閉制御するための制御信号Ｓ１を出力する。また、制御装置８０は、スロットルバルブ３１に対して、当該スロットルバルブ３１を開閉制御するための制御信号Ｓ２を出力する。制御装置８０は、燃料噴射弁３２に対して、当該燃料噴射弁３２を制御するための制御信号Ｓ３を出力する。なお、この実施形態では、制御装置８０は、内燃機関１００全体を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成されている。

次に、制御装置８０が行う一連の処理について説明する。制御装置８０は、内燃機関１００が運転を開始してから、内燃機関１００が運転を終了するときまで、所定の制御周期毎に一連の処理を繰り返し実行する。

図２に示すように、制御装置８０は、一連の処理を開始すると、ステップＳ１１の処理を実行する。ステップＳ１１において、制御装置８０は、アクセル操作量Ｘ２に基づいて、クランクシャフト２３における所定時間当たりの回転数の要求値である要求回転数Ｙ１、及びクランクシャフト２３を回転させるためのトルクの要求値である要求トルクＹ２を算出する。例えば、制御装置８０は、アクセル操作量Ｘ２が大きいほど、要求回転数Ｙ１及び要求トルクＹ２を大きく算出する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、制御装置８０は、アクセル操作量Ｘ２がゼロであるか否かを判定する。ここで、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいない場合には、アクセル操作量Ｘ２がゼロになる。また、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいる場合には、アクセル操作量Ｘ２がゼロよりも大きい値になる。ステップＳ１２において、アクセル操作量Ｘ２がゼロでないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、制御装置８０は、処理をステップＳ３１に進める。一方、ステップＳ１２において、アクセル操作量Ｘ２がゼロであると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、制御装置８０は、処理をステップＳ２１に進める。

ステップＳ２１において、制御装置８０は、スロットルバルブ３１を全閉状態よりも大きい所定開度Ａ３に制御する。このステップＳ１２において、制御装置８０は、要求回転数Ｙ１が大きいほど、スロットルバルブ３１の所定開度Ａ３を大きくする。

ここで、ピストン２１が上死点から下死点に移動するときには、燃焼室１５内が負圧になる。そして、ピストン２１が上死点から下死点に移動するときに、スロットルバルブ３１の開度が小さくなっているほど、吸気通路１１から気筒１２に導入される吸気量が小さくなるため、燃焼室１５内の負圧が大きくなる。そこで、制御装置８０は、要求回転数Ｙ１が大きいほど、負圧に抗してピストン２１が下死点側へと移動するために必要なエネルギーが小さくなるように、スロットルバルブ３１の所定開度Ａ３を大きくする。より具体的には、制御装置８０は、ステップＳ２１の処理によってピストン２１が下死点側へと移動するために必要なエネルギーと、後述するステップＳ２２の処理によってピストン２１が下死点側へと移動するために必要なエネルギーとの和が、要求回転数Ｙ１が変化しても一定になるようにスロットルバルブ３１の所定開度Ａ３を大きくする。なお、上記のようにエネルギーの和が一定になるようにするための要求回転数Ｙ１及びスロットルバルブ３１の所定開度Ａ３の関係性は、実験等によって予め求められており、制御装置８０に記憶されている。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ２２に進める。

ステップＳ２２において、制御装置８０は、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１にオイルを噴射させる。具体的には、制御装置８０は、クランク角Ｘ１に基づいて、ピストン２１が上死点から下死点に移動していることを検出する。そして、制御装置８０は、ピストン２１が上死点から下死点に移動しているときに、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させる。本実施形態では、ピストン２１が上死点から下死点に移動するまでの全ての期間でオイルを噴射させる。一方、制御装置８０は、ピストン２１が下死点から上死点に移動しているときに、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１へのオイルの噴射を停止する。その後、制御装置８０は、今回の一連の処理を終了する。

一方、上述したステップＳ１２において、アクセル操作量Ｘ２がゼロでないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、制御装置８０は、処理をステップＳ３１に進める。ステップＳ３１において、制御装置８０は、要求回転数Ｙ１及び要求トルクＹ２に応じてスロットルバルブ３１を開閉制御する。例えば、制御装置８０は、要求回転数Ｙ１及び要求トルクＹ２が大きいほど、スロットルバルブ３１の開度を大きくして吸気通路１１の流路を流通する吸気量を大きくする。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ３２に進める。

ステップＳ３２において、制御装置８０は、要求回転数Ｙ１が所定回転数Ａ１以上であるか否かを判定する。ここで、所定回転数Ａ１は、内燃機関１００におけるアイドル運転時の要求回転数Ｙ１よりも高く、内燃機関１００が正常に動作する要求回転数Ｙ１の最大値よりも小さい回転数に設定されている。より具体的には、この実施形態では、所定回転数Ａ１は、内燃機関１００を搭載する車両が法定速度で走行するときに達する要求回転数Ｙ１の平均値よりも小さい回転数（例えば、数千ｒｐｍ）に設定されている。ステップＳ３２において、要求回転数Ｙ１が所定回転数Ａ１以上であると判定した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、制御装置８０は、処理をステップＳ３３に進める。

ステップＳ３３において、制御装置８０は、要求トルクＹ２が所定トルクＡ２以上であるか否かを判定する。ここで、所定トルクＡ２は、内燃機関１００におけるアイドル運転時の要求トルクＹ２よりも高く、内燃機関１００が正常に動作する要求トルクＹ２の最大値よりも小さい回転数に設定されている。より具体的には、この実施形態では、所定トルクＡ２は、内燃機関１００を搭載する車両が法定速度で走行するときに達する要求トルクＹ２の平均値よりも小さいトルクに設定されている。ステップＳ３３において、要求トルクＹ２が所定トルクＡ２以上であると判定した場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、制御装置８０は、処理をステップＳ３４に進める。

ステップＳ３４において、制御装置８０は、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１にオイルを噴射させる。具体的には、制御装置８０は、クランク角Ｘ１に基づいて、ピストン２１が上死点から下死点に移動していることを検出する。そして、制御装置８０は、ピストン２１が上死点から下死点に移動しているときに、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させる。本実施形態では、ピストン２１が上死点から下死点に移動するまでの全ての期間でオイルを噴射させる。一方、制御装置８０は、ピストン２１が下死点から上死点に移動しているときに、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１へのオイルの噴射を停止する。なお、ステップＳ３４の処理が実行されるときには、上述したステップＳ３２及びステップＳ３３の判定がすべて肯定である。したがって、ステップＳ３４の処理が実行される状況下では、燃焼室１５で比較的に多くの燃料が燃焼され、それに伴ってピストン２１の温度も高くなる。そこで、ステップＳ３４では、ピストン２１を冷却するために、オイルジェット５５からピストン２１へのオイルの噴射を実行する。その後、制御装置８０は、今回の一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ３２において、要求回転数Ｙ１が所定回転数Ａ１未満であると判定した場合（Ｓ３２：ＮＯ）、制御装置８０は、処理をステップＳ３５に進める。また、ステップＳ３３において、要求トルクＹ２が所定トルクＡ２未満であると判定した場合（Ｓ３３：ＮＯ）、制御装置８０は、処理をステップＳ３５に進める。

ステップＳ３５において、制御装置８０は、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１へのオイルの噴射を停止する。すなわち、上述したステップＳ３２又はステップＳ３３の判定が否定であった場合、燃焼室１５で燃焼される燃料が比較的に少なく、ピストン２１の温度がそれほど高くならない。そこで、ステップＳ３５では、オイルジェット５５からピストン２１へのオイルの噴射を停止する。その後、制御装置８０は、今回の一連の処理を終了する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
仮に、運転者のアクセル操作量Ｘ２がゼロである場合にスロットルバルブ３１が全閉状態に制御されるものとする。このようにスロットルバルブ３１が全閉状態に制御されている場合、吸気通路１１から燃焼室１５の内部に吸気が導入されにくくなり、燃焼室１５の負圧が大きくなる。すると、この負圧に抗してピストン２１が下死点側（図１における下側）へと運動するために多くエネルギーが必要となり、いわゆるエンジンブレーキが効果的に作用する。その一方で、上述のように燃焼室１５の負圧が大きくなると、オイルジェット５５から噴射されて、ピストン２１の外周面と気筒１２の内周面との間を潤滑するオイルが、ピストン２１の上死点側に移動して燃焼室１５内に混入してしまうことがある。このように燃焼室１５内にオイルが混入すると、燃焼室１５内でオイルが燃焼することになるので、内燃機関１００を循環するオイル量が減少する。

ここで、運転者のアクセル操作量Ｘ２がゼロである場合にスロットルバルブ３１を全閉状態よりも大きい開度に制御することで、燃焼室１５における負圧を小さくすることはできる。しかし、燃焼室１５の負圧が小さくなれば、エンジンブレーキが弱くなってしまう。

本実施形態では、運転者のアクセル操作量Ｘ２がゼロである場合にスロットルバルブ３１を全閉状態よりも大きい所定開度Ａ３に制御する。これにより、スロットルバルブ３１が全閉状態になっている場合に比べて、燃焼室１５の負圧が過度に大きくなることを抑制できる。また、本実施形態では、ピストン２１が上死点から下死点に移動しているときに、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させる。これにより、ピストン２１が上死点から下死点に運動しているときに、オイルジェット５５から噴射されたオイルがピストン２１の下死点側の面に衝突する。すなわち、下死点側に運動するピストン２１に抗するように、ピストン２１の下死点側の面にオイルが衝突する。すると、気筒１２内を往復運動するピストン２１の負荷を大きくなる。その結果、アクセル操作量Ｘ２がゼロである場合には、燃焼室１５の負圧が多少小さくなっても、エンジンブレーキが弱くなることを抑制できる。

また、仮に、ピストン２１が下死点から上死点に移動しているときにも、開閉弁５４を制御してオイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させるものとする。この場合には、ピストン２１が下死点から上死点に移動しているときに、オイルジェット５５から噴射されたオイルがピストン２１の下死点側の面に衝突したとしても、運動するピストン２１に抗するようにピストン２１に対してオイルが衝突しない。このように噴射されたオイルはピストン２１の負荷を大きくすることに寄与しないため、オイルジェット５５からオイルが不要に噴射されることになる。このように不要にオイルが噴射されると、ピストン２１が上死点から下死点に移動しているときにピストン２１に対して衝突するオイルの圧力が低下し、気筒１２内を往復運動するピストン２１の負荷を十分に大きくできないことがある。

本実施形態では、ピストン２１が上死点から下死点に移動しているときにオイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させる一方、ピストン２１が下死点から上死点に移動しているときにオイルジェット５５からピストン２１へのオイルの噴射を停止する。これにより、オイルジェット５５からオイルが不要に噴射されることを抑制できる。その結果、ピストン２１が上死点から下死点に移動しているときにピストン２１に対して衝突するオイルの圧力が低下することを抑制でき、気筒１２内を往復運動するピストン２１の負荷を大きくできる。

また、本実施形態では、ステップＳ２１の処理によってピストン２１が下死点側へと移動するために必要なエネルギーと、ステップＳ２２の処理によってピストン２１が下死点側へと移動するために必要なエネルギーとの和が、要求回転数Ｙ１が変化しても一定になるようにスロットルバルブ３１の所定開度Ａ３を制御している。これにより、運転者のアクセル操作量Ｘ２がゼロである場合には、要求回転数Ｙ１の変化に拘わらず、一定のエンジンブレーキを作用させることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、ステップＳ２１の処理における所定開度Ａ３は変更できる。例えば、所定開度Ａ３は、要求回転数Ｙ１に拘わらず、全閉状態よりも大きい一定の値であってもよい。この場合にも、スロットルバルブ３１が全閉状態である場合に比べて、燃焼室１５の負圧を小さくすることはできる。

・上記実施形態において、ステップＳ２２の処理における開閉弁５４の開閉状態は変更できる。例えば、制御装置８０は、ピストン２１の移動方向に拘わらず、オイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させてもよい。この場合にも、少なくともピストン２１が上死点から下死点に移動しているときには、ピストン２１の下死点側の面にオイルジェット５５から噴射されたオイルが衝突する。また、例えば、制御装置８０は、ピストン２１が上死点から下死点に移動するまでの期間のうちの一部で、オイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させてもよい。

・上記実施形態において、ステップＳ３１〜Ｓ３５の処理は変更できる。例えば、ステップＳ３２及びステップＳ３３の処理を省略して常にステップＳ３４の処理を実行してもよい。この構成においても、アクセル操作量Ｘ２がゼロである場合には、燃焼室１５の負圧が過度に大きくなることを抑制しつつ、エンジンブレーキが弱くなることを抑制できる。なお、この構成においては、ステップＳ３５の処理も省略できる。

・また、ステップＳ３４の処理における開閉弁５４の開閉状態は変更できる。例えば、制御装置８０は、ピストン２１の移動方向に拘わらず、オイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させてもよい。また、例えば、制御装置８０は、ピストン２１が上死点から下死点に移動するまでの期間のうちの一部で、オイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させてもよい。

・上記実施形態において、開閉弁５４の数は変更できる。例えば、上記のようにステップＳ２２の処理において、ピストン２１の移動方向に拘わらず、オイルジェット５５からピストン２１の下死点側の面に向かってオイルを噴射させる場合には、開閉弁５４の数を一つにしてもよい。具体的には、オイル供給通路５６におけるオイルポンプ５３とオイルジェット５５との間で１つの通路が４つに分岐する部分よりもオイルポンプ５３側の部分に開閉弁５４を取り付けてもよい。

Ａ１…所定回転数、Ａ２…所定トルク、Ａ３…所定開度、Ｓ１…制御信号、Ｓ２…制御信号、Ｓ３…制御信号、Ｘ１…クランク角、Ｘ２…アクセル操作量、Ｙ１…要求回転数、Ｙ２…要求トルク、１１…吸気通路、１２…気筒、１３…排気通路、１５…燃焼室、２１…ピストン、２２…コネクティングロッド、２３…クランクシャフト、３１…スロットルバルブ、３２…燃料噴射弁、５０…オイル供給装置、５１…オイルパン、５２…ストレーナ、５３…オイルポンプ、５４…開閉弁、５５…オイルジェット、５６…オイル供給通路、７１…クランク角センサ、７２…アクセル開度センサ、８０…制御装置、１００…内燃機関。

Claims (1)

1. 吸気を導入するための吸気通路と、
   前記吸気通路に接続された気筒と、
   前記吸気通路に取り付けられて当該吸気通路を流通する吸気量を調整するスロットルバルブと、
   前記気筒の内部に配置されて当該気筒内を往復運動するピストンと、
   前記ピストンの下死点側の面に向かってオイルを噴射するオイルジェットと、
   前記オイルジェットへのオイル供給通路に設けられ、当該オイル供給通路の流路を開閉する開閉弁とを備えている内燃機関に適用される制御装置であって、
   アクセルペダルの操作量がゼロである場合には、前記スロットルバルブを全閉状態よりも大きい開度に制御し、且つ前記ピストンが上死点から下死点に運動しているときに、前記開閉弁を制御して前記オイルジェットから前記ピストンにオイルを噴射させる
   内燃機関の制御装置。