JP2024015699A - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】オイルジェット装置を備えるエンジンにおいて、プレイグニッション等の異常燃焼発生時に(筒内圧が異常上昇したときに)、ピストンを最先に(すなわち、コネクティングロッド等よりも先に)破損させて、コネクティングロッド等の破壊を防ぐ、すなわち、エンジンがより大きなダメージを受けることを防止することが可能なエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】エンジンの制御装置1は、ピストン10Aの裏面にオイルを噴射するオイルジェット装置40と、エンジン10の異常燃焼を検出するノックセンサ39と、オイルジェット装置40の稼働、停止を制御するECU50とを備える。ECU50は、異常燃焼(プレイグニッション)が検出された場合に、オイルジェット装置40を停止する。【選択図】 図1

Description

本発明は、オイルジェット装置を備えるエンジンの制御装置に関する。
特許文献1には、ピストンの裏面に向けて潤滑油を噴射するオイルジェットを備える内燃機関に適用され、ノッキングが発生しているときには点火時期を遅角させるノックコントロール制御を行い、ノックコントロール制御において内燃機関の燃焼室におけるデポジットの堆積量に応じた点火時期の遅角量が所定量以上になっているときに、所定水準以上の強度のノッキングが発生したことを条件に、オイルジェットによる潤滑油の噴射によってピストンを冷却する内燃機関の制御装置が開示されている。
特許文献1に開示された内燃機関の制御装置によれば、デポジットの堆積が進行していて点火時期が既に遅角側に調整されている状況下において高強度のノッキングが発生した場合には、オイルジェットによってピストンが冷却される。そのため、燃焼室内の温度の低下によってノッキングが発生しにくくなり、ノックコントロール制御による点火時期の遅角が抑制される。すなわち、デポジットが堆積していることを考慮して既に点火時期が遅角側に調整されている状態からの更なる点火時期の遅角の進行を抑制でき、点火時期の遅角量が大きくなりすぎて出力不足に陥ることを抑制できる。
特開2019-120225号公報
ところで、例えば、プレイグニッション等の異常燃焼が発生し、筒内圧が異常上昇したときに、ピストンの一部を最先に破損させて高圧の燃焼ガスを抜くことにより、コネクティングロッド等が破壊されてエンジンがより大きなダメージを受けることを防止したいケースがある。しかしながら、オイルジェットによりピストンの温度を下げると、ピストンの耐力(破壊強度)が上がるため、プレイグニッション等の異常燃焼発生時に、ピストンをコネクティングロッド等の他の部位に先駆けて破損させることができなくなるおそれがある。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、オイルジェット装置を備えるエンジンにおいて、プレイグニッション等の異常燃焼発生時に(筒内圧が異常上昇したときに)、ピストンを最先に(すなわち、コネクティングロッド等よりも先に)破損させて、コネクティングロッド等の破壊を防ぐ、すなわち、エンジンがより大きなダメージを受けることを防止することが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るエンジンの制御装置は、ピストンの裏面にオイルを噴射するオイルジェット装置と、エンジンの異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、オイルジェット装置の稼働、停止を制御するコントロールユニットとを備え、コントロールユニットが、異常燃焼検出手段により異常燃焼が検出された場合に、オイルジェット装置を停止することを特徴とする。
本発明によれば、オイルジェット装置を備えるエンジンにおいて、プレイグニッション等の異常燃焼発生時に(筒内圧が異常上昇したときに)、ピストンを最先に(すなわち、コネクティングロッド等よりも先に)破損させて、コネクティングロッド等の破壊を防ぐ、すなわち、エンジンがより大きなダメージを受けることを防止することが可能となる。
実施形態に係るエンジンの制御装置が適用されたエンジンの構成を示す図である。 オイルジェットの実行、停止とピストン温度とピストン耐力(破壊強度)との関係を示す図である。 オイルジェット実行時及び停止時それぞれのピストンの耐力線と、コネクティングロッドの耐力線との対比を示す図である。 実施形態に係るエンジンの制御装置によるオイルジェット制御の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
まず、図1を用いて、実施形態に係るエンジンの制御装置1が適用されたエンジン10の構成について説明する。図1は、エンジンの制御装置1が適用されたエンジン10の構成を示す図である。
エンジン10は、例えば水平対向型の4気筒ガソリンエンジンである。エンジン10では、エアクリーナ16から吸入された空気が、吸気管15に設けられた電子制御式スロットルバルブ(以下、単に「スロットル」ともいう)13により絞られ、インテークマニホールド11を通り、エンジン10に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ16から吸入された空気の量は、エアクリーナ16とスロットル13との間に配置されたエアフローメータ14により検出される。また、インテークマニホールド11を構成するコレクター部(サージタンク)の内部には、インテークマニホールド11内の圧力(吸気管圧力)を検出する圧力センサ30が配設されている。さらに、スロットル13には、該スロットル13の開度を検出するスロットル開度センサ31が配設されている。
インテークマニホールド11と連通する吸気ポート22近傍には、各気筒毎に、燃料を噴射するインジェクタ12が取り付けられている。インジェクタ12は、燃料タンク23からフィードポンプ24により吸い上げられて送出された燃料を吸気ポート22内に噴射する。また、各気筒のシリンダヘッドには混合気に点火する点火プラグ17、及び該点火プラグ17に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル21が取り付けられている。エンジン10の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ12によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ17により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管18を通して排出される。
排気管18には、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ19が取り付けられている。空燃比センサ19としては、排気空燃比をリニアに検出することのできるリニア空燃比センサ(LAFセンサ)が用いられる。
また、空燃比センサ19の下流には排気浄化触媒20が配設されている。排気浄化触媒20は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素(CO)、水蒸気(HO)及び窒素(N)に清浄化するものである。
また、エンジン10のシリンダブロックには、ピストン10Aの裏面に向けてオイルを噴射するオイルジェット装置40が設けられている。オイルジェット装置40は、オイルパン42に貯留されているオイルを、オイルポンプ41によって昇圧し、油路(油圧回路)46を通してノズル45へ圧送し、該ノズル45からピストン10Aの裏面に向けて噴射する。油路(油圧回路)46には、オイルジェットの実行、停止を行う(切り替える)オイルジェットオン・オフ弁(ソレノイドバルブ)44が介装されている。オイルジェットオン・オフ弁44の駆動(開弁、閉弁)は、電子制御装置(以下「ECU」という)50により制御される(詳細は後述する)。
上述したエアフローメータ14、空燃比センサ19、圧力センサ30、スロットル開度センサ31に加え、エンジン10のカムシャフト近傍には、エンジン10の気筒判別を行うためのカム角センサ32が取り付けられている。また、エンジン10のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ33が取り付けられている。カム角センサ32及びクランク角センサ33としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。また、エンジン10のシリンダブロックには、ノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼(より具体的には異常燃焼に起因する振動)を検出するためのノックセンサ39が取り付けられている。ノックセンサ39は、特許請求の範囲に記載の異常燃焼検出手段として機能する。これらのセンサは、ECU50に接続されている。
さらに、ECU50には、エンジン10の冷却水の温度を検出する水温センサ34、オイルの温度を検出する油温センサ35、及び、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ36、外気の温度を検出する外気温センサ37、及び、車両の速度を検出する車速センサ38等の各種センサも接続されている。
ECU50は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するEEPROM、演算結果などの各種データを記憶するRAM、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップRAM、及び入出力I/F等を有して構成されている。また、ECU50は、インジェクタ12を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットル13を開閉する電動モータ13aを駆動するモータドライバ等を備えている。また、ECU50は、オイルジェットオン・オフ弁44を駆動(開弁、閉弁)するドライバ回路等も備えている。
ECU50では、カム角センサ32の出力から気筒が判別され、クランク角センサ33の出力からエンジン回転数が求められる。また、ECU50では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管圧力、アクセル開度、混合気の空燃比、及びエンジン10の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ECU50は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットル13(電動モータ13a)等の各種デバイスを制御することによりエンジン10を総合的に制御する。例えば、ECU50は、ノッキング検出時に点火時期を遅角(リタード)するノッキング制御を実行する。
特に、ECU50は、プレイグニッション等の異常燃焼発生時に(筒内圧が異常上昇したときに)、ピストン10Aを最先に(すなわち、コネクティングロッド10B等よりも先に)破損させて、コネクティングロッド10B等の破壊を防ぐ、すなわち、エンジン10がより大きなダメージを受けることを防止する機能を有している。ECU50では、EEPROM等に記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、当該機能が実現される。ECU50は、特許請求の範囲に記載のコントロールユニットとして機能する。
ECU50は、オイルジェットオン・オフ弁44の駆動(開弁、閉弁)を制御することにより、オイルジェット装置40の稼働、停止(ピストン10Aに対するオイルジェットの実行、停止)を制御する。
より具体的には、ECU50は、例えば、エンジン10の温度(冷却水温度又はオイル温度)が所定温度未満の場合(冷態始動からの暖機時等)には、オイルジェットオン・オフ弁44を閉弁し、オイルジェット装置40によるオイルジェットを停止する。一方、ECU50は、例えば、エンジン10の温度が所定温度以上の場合(暖機完了後等)には、オイルジェットオン・オフ弁44を開弁し(オイルジェット装置40を稼働し)、オイルジェットを実行する。オイルジェットの実行により、ピストン10Aが冷却され、ピストン10Aの耐力(破壊強度)が向上するとともに、ノッキングの発生が抑制される。
ただし、ECU50は、ノックセンサ39により異常燃焼が検出された場合には、オイルジェット装置40を停止する。
より詳細には、ECU50は、異常燃焼(ノッキング又はプレイグニッション)が検出された場合に、エンジン10の点火時期を遅角(リタード)し、点火時期を遅角したとしても異常燃焼が検出される場合に、プレイグニッションが発生していると判断し、オイルジェット装置40を停止する。
ここで、図2に、オイルジェットの実行、停止とピストン温度とピストン耐力(破壊強度)との関係を示す。また、図3に、オイルジェット実行時及び停止時それぞれのピストン10Aの耐力線と、コネクティングロッド10Bの耐力線との対比を示す。
図2に示されるように、オイルジェット装置40が停止され、ピストン10Aの温度(特にピストン冠面の温度)が上昇(例えば100℃程度上昇)すると、ピストン10Aの耐力(破壊強度)が低下する。なお、その際に、ピストン10Aの耐力は、プレイグニッション発生時の筒内圧未満に低下する。
そのため、図3に示されるように、オイルジェットが実行されている場合には、「ピストン10Aの耐力(破壊強度)>コネクティングロッド10Bの耐力(破壊強度)」となる一方、オイルジェットが停止されている場合には、「ピストン10Aの耐力(破壊強度)<コネクティングロッド10Bの耐力(破壊強度)」となる。
よって、プレイグニッション発生時にオイルジェットを停止することにより、コネクティングロッド10B等よりも先にピストン10Aが破損することとなる。すなわち、ピストン10Aがヒューズとして機能する。
なお、ECU50は、エンジン10の温度(冷却水温度又はオイル温度)が所定温度以上(例えば暖機完了後)であり、かつ、異常燃焼が検出されていない場合に、オイルジェット装置40を稼働する。これにより、ピストン10Aの温度が低下して、ピストン10Aの耐力(破壊強度)が高まり、通常燃焼時の永久寿命強度が確保される。
次に、図4を参照しつつ、エンジンの制御装置1の動作について説明する。ここで、図4は、エンジンの制御装置1によるオイルジェット制御の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ECU50において、所定のタイミングで繰り返して実行される。
ステップS100では、エンジン冷却水(又はオイル)の温度が所定温度以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、冷却水温度が所定温度未満(例えば暖機中)の場合には、ステップS110において、オイルジェットオン・オフ弁44が閉弁され、オイルジェットが停止された後、本処理から一旦抜ける。一方、冷却水温度が所定温度以上(例えば暖機完了後)の場合には、ステップS102に処理が移行する。
ステップS102では、異常燃焼(ノッキング又はプレイグニッション)が検出されたか否かについての判断が行われる。ここで、異常燃焼が検出されていない場合には、ステップS104において、オイルジェットオン・オフ弁44が開弁され、オイルジェットが実行される。その後、本処理から一旦抜ける。一方、異常燃焼が検出されたときには、ステップS106に処理が移行する。
ステップS106では、エンジン10の点火時期が遅角(リタード)される。次に、ステップS108では、点火時期が遅角されたことにより、異常燃焼が検出されなくなったか否かについての判断が行われる。ここで、異常燃焼が検出されなくなった場合(すなわち、異常燃焼がノッキングであったと判断される場合)には、ステップS104において、オイルジェットオン・オフ弁44が開弁され、オイルジェットが実行された後、本処理から一旦抜ける。一方、点火時期を遅角したとしても、異常燃焼が検出されるとき(すなわち、プレイグニッションであると判断されるとき)には、ステップS110に処理が移行する。
ステップS110では、オイルジェットオン・オフ弁44が閉弁されて、オイルジェットが停止される。すなわち、ピストン10Aを最先に破損させるべく、ピストン10Aの耐力(破壊強度)が下げられる。その後、本処理から一旦抜ける。
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、異常燃焼(プレイグニッション)が検出された場合に、オイルジェット装置40が停止される。そのため、ピストン10Aの温度(特に冠面の温度)が上昇し、耐力(破壊強度)が低下する。よって、ピストン10Aを最先に(すなわち、コネクティングロッド10B等よりも先に)破損させて、高圧の燃焼ガスを抜く(逃がす)ことができる。その結果、オイルジェット装置40を備えるエンジン10において、プレイグニッション発生時に(筒内圧が異常上昇したときに)、ピストン10Aを最先に(すなわち、コネクティングロッド10B等よりも先に)破損させて、コネクティングロッド10B等の破壊を防ぐ、すなわち、エンジン10がより大きなダメージを受けることを防止することが可能となる。
特に、本実施形態によれば、異常燃焼(ノッキング又はプレイグニッション)が検出された場合に点火時期が遅角(リタード)され、点火時期が遅角された後も異常燃焼が検出される場合(すなわち、プレイグニッションである判断される場合)に、オイルジェット装置40が停止される。そのため、ノッキングとプレイグニッションとを判別することができ、ノッキング発生時には、点火時期の遅角(リタード)で対応(ノッキングを解消)し、プレイグニッション発生時には、オイルジェットの停止で対応(すなわち、ピストン10Aの耐力を低下させてピストン10Aをヒューズとして機能させる)ことが可能となる。
本実施形態によれば、オイルジェット装置40が稼働されている場合には、「ピストン10Aの耐力(破壊強度)>コネクティングロッド10Bの耐力(破壊強度)」となり、オイルジェット装置40が停止されている場合には、「ピストン10Aの耐力(破壊強度)<コネクティングロッド10Bの耐力(破壊強度)」となる。そのため、オイルジェット装置40を停止することにより、より確実にコネクティングロッド10Bよりも先にピストン10Aを破損させることができる。
本実施形態によれば、エンジン10の温度(冷却水温度又はオイル温度)が所定温度以上(暖機完了後)であり、かつ、異常燃焼が検出されていない場合に、オイルジェット装置40が稼働される。そのため、異常燃焼が検出されていないときには、オイルジェット装置40を稼働することにより、ピストン10Aの温度を下げ、ピストン10Aの耐力(破壊強度)を高めることができる。よって、通常燃焼時の永久寿命強度をより確実に確保することが可能となる。
本実施形態によれば、異常燃焼(ノッキング及びプレイグニッション)を検出するためにノックセンサ39が用いられる。すなわち、プレイグニッションの検出にノックセンサ39を流量することができる。よって、専用のセンサを設ける必要がないため、コストダウン等を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明をポート噴射式のエンジン10に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、筒内噴射式のエンジン、及び、筒内噴射とポート噴射とを組み合わせたエンジンにも適用することができる。
上記実施形態では、プレイグニッションを検出するために、ノックセンサ39を用いたが、ノックセンサ39に代えて、例えば、筒内圧センサ等を用いることもできる。また、ノックセンサ39の検出タイミング(異常燃焼の発生タイミング)とクランク角(点火時期)とを比較考慮して、プレイグニッションであるか否かを判断してもよい。
1 エンジンの制御装置
10 エンジン
10A ピストン
10B コネクティングロッド(コンロッド)
13 電子制御式スロットルバルブ
17 点火プラグ
31 スロットル開度センサ
32 カム角センサ
33 クランク角センサ
34 水温センサ
35 油温センサ
36 アクセル開度センサ
37 外気温センサ
38 車速センサ
39 ノックセンサ
40 オイルジェット装置
41 オイルポンプ
42 オイルパン
44 オイルジェットオン・オフ弁(ソレノイドバルブ)
45 ノズル
46 油路(油圧回路)
50 ECU(コントロールユニット)

Claims (5)

  1. ピストンの裏面にオイルを噴射するオイルジェット装置と、
    エンジンの異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
    前記オイルジェット装置の稼働、停止を制御するコントロールユニットと、を備え、
    前記コントロールユニットは、前記異常燃焼検出手段により異常燃焼が検出された場合に、前記オイルジェット装置を停止することを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 前記コントロールユニットは、異常燃焼が検出された場合に前記エンジンの点火時期を遅角し、点火時期を遅角したとしても異常燃焼が検出される場合に、前記オイルジェット装置を停止することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
  3. 前記オイルジェット装置が稼働されている場合には、「ピストンの耐力>コネクティングロッドの耐力」となり、前記オイルジェット装置が停止されている場合には、「ピストンの耐力<コネクティングロッドの耐力」となることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記コントロールユニットは、前記エンジンの温度が所定温度以上であり、かつ、異常燃焼が検出されていない場合に、前記オイルジェット装置を稼働することを特徴とする請求項3に記載のエンジンの制御装置。
  5. 前記異常燃焼検出手段は、前記エンジンのノッキングを検出するノックセンサであることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。
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