JP4697463B2 - エンジンオイルの希釈状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンオイルの希釈状態推定装置に係り、詳しくは、ポスト噴射によるエンジンオイルの希釈状態を推定する技術に関する。

ディーゼルエンジンの排気を浄化する装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を備えるものが知られている。ＤＰＦは、排気通路に設けられ、排気中のパティキュレート（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦに捕集されて堆積したＰＭを除去するために、ＤＰＦの上流に酸化触媒を備え、この酸化触媒に未燃燃料を流入させて排気温度を上昇させることにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭの主成分であるすすを燃焼させる強制再生が知られている。強制再生は、例えば燃料の主噴射の後にポスト噴射を行うことにより、未燃燃料を排気通路に排出させることによって行われる。

このようにポスト噴射を行うと、噴射された燃料の一部がシリンダ壁面に付着し、この燃料がピストン外周のピストンリングで掻き落されてオイルパンに落下し、エンジンオイルに混入する場合がある。このような場合では、エンジンオイルが燃料によって希釈され、エンジンオイルの粘性が低下して、エンジンオイルによる潤滑性の低下をもたらす虞がある。そこで、ポスト噴射で噴射された燃料によるエンジンオイルの希釈量を演算し、エンジンオイルの希釈状態を推定する推定装置が知られている。この推定装置では、強制再生の実行毎にエンジンオイルへの燃料の混入量を演算し、これを積算してエンジンオイルの希釈量を演算している（特許文献１）。
特開２００６−９５９７号公報

しかしながら、上記のような推定装置では、強制再生時におけるエンジンの平均回転速度及びポスト噴射による燃料噴射量に基づいて希釈量を演算しているので、エンジンの運転状態が変化するような場合には、正確に希釈量を演算することは困難であった。
さらに、単に希釈量のみを演算していても、オイルパン内におけるエンジンオイル（混入した燃料を含む）全体の量は直接には推定できず、オイルパン内におけるエンジンオイル液面の高さ（オイルレベル）がどの程度となっているかは判別できない。オイルレベルが所定以上に上昇しすぎた場合は、ブローバイガス還元システム（蒸散ガスを吸気側に戻すシステム）により蒸散ガスが過剰に吸気側に送られる、あるいは、エンジンオイルが蒸散ガスの吸込口から吸い込まれる事態に至る可能性がある。そして、この程度が甚だしい場合、特にディーゼルエンジンでは、排ガス性能の悪化を引き起こす虞がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジンの運転状態が変化するような場合でも、正確にエンジンオイルの希釈量を演算し、エンジンオイルの希釈状態を精度良く推定可能なエンジンオイル希釈状態推定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンの膨張行程以降に燃料を噴射するポスト噴射によるエンジンオイルの希釈状態を推定するエンジンオイルの希釈状態推定装置であって、ポスト噴射における燃料噴射量、ポスト噴射とその直前の燃料噴射との噴射間隔、及びポスト噴射の終了時期に基づいて、１燃焼サイクル毎のエンジンオイルの希釈度合を推定する希釈度合推定手段と、希釈度合推定手段により推定された希釈度合を積算してポスト噴射によるエンジンオイルの希釈量を演算する希釈量演算手段と、を含んで構成することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、エンジンの回転速度及び負荷に基づいてエンジンオイルの消費に関係する値を演算するオイル消費関係値演算手段と、オイル消費関係値演算手段により演算された値と希釈量演算手段により演算されたエンジンオイルの希釈量とに基づいてエンジンオイルのオイルレベルの変化量を演算するオイルレベル変化量演算手段と、を更に備えたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、エンジンオイルの消費に関係する値が、エンジンオイルの消費速度及び／又は消費量であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、オイルレベル変化量演算手段により演算されたオイルレベルの変化量に基づいて警報作動を行う警報手段を更に備えたことを特徴とする。

本発明の請求項１のエンジンオイル希釈状態推定装置によれば、エンジンの１燃焼サイクル毎に、ポスト噴射における燃料噴射量と噴射間隔と噴射の終了時期とに基づいてエンジンオイルの希釈度合が推定され、この希釈度合を積算してエンジンオイルの希釈量が演算される。このように、１燃焼サイクル毎に希釈度合が演算されるので、燃料噴射量等が変動してエンジンの状態が変化するような場合でも正確にエンジンオイルの希釈量が演算され、エンジンオイルの希釈状態を精度良く推定することができる。

特に、エンジンオイルの希釈度合の推定にあたって、ポスト噴射の終了時期が用いられるので、例えば、コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、ポスト噴射の終了時期は、ポスト噴射の開始時期は一定でもコモンレール圧に応じて変動することから、実際の現象に対応した変数（ポスト噴射の終了時期）で希釈度合を推定することが可能となり、推定精度が向上する。

また、請求項２、３のエンジンオイル希釈状態推定装置によれば、エンジンの回転速度及び負荷に基づいてエンジンオイルの消費速度や消費量が演算され、このエンジンオイルの消費速度や消費量とエンジンオイルの希釈量とからエンジンオイルのオイルレベルの変化量が演算されるので、オイルレベルの変化量を正確に推定することができる。
また、請求項４のエンジンオイルの希釈状態推定装置によれば、エンジンオイルのオイルレベルの変化量に基づいて警報作動が行われるので、例えばオイルレベルの変化量が許容範囲外である場合に警報作動を行うことで運転者にオイルレベルの異常を容易に知らせることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジン（内燃機関）１の全体構成図を示している。
エンジン１は、例えばコモンレール式直列多気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル４が気筒毎に設けられている。各燃料噴射ノズル４は高圧パイプ５によりコモンレール６に接続されるとともに、コモンレール６は高圧パイプ７を介して高圧ポンプ８に接続されている。高圧ポンプ８は燃料タンク９に貯留された燃料（軽油）をコモンレール６に供給する機能を有しており、コモンレール６に供給された燃料は高圧の状態で蓄えられ、各燃料噴射ノズル４から燃焼室３内に噴射される。

シリンダヘッド２には、各気筒毎に燃焼室と連通する吸気ポート１０及び排気ポート１１が夫々形成されており、吸気ポート１０には吸気管１２が、排気ポート１１には排気管１３が接続されている。また、シリンダヘッド２には、吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１４と、排気ポート１１を開閉する排気バルブ１５とが設けられている。
吸気管１２には、吸入空気量を調節する電磁式の吸気絞り弁１６と、その上流側に吸気流量を検出するエアフローセンサ１７が設けられている。

排気管１３と吸気管１２との間には、電磁開閉弁であるＥＧＲ弁１９が介挿されたＥＧＲ管１８が設けられている。ＥＧＲ管１８は、一端が排気ポート１１近傍で排気管１３に接続される一方、他端が吸気ポート１０近傍で吸気管１２に接続され、排気管１３と吸気管１２とを連通する。
排気管１３には、上流側から順番に、触媒ユニット２０、ＤＰＦ２１が介装されている。触媒ユニット２０は、筒状のケースの中に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３が収容されて形成されている。第１の酸化触媒２２は排気上流側に設けられ、第２の酸化触媒２３は第１の酸化触媒２２と間隔をおいて下流側に設けられている。第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３は、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化させてＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換させるとともに、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成する機能を有する。

本実施の形態のＤＰＦ２１は、酸化触媒機能付き（酸化触媒担持型）のものである。ＤＰＦ２１は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して形成され、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、更に、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持している。

また、第１の酸化触媒２２の上流側近傍には、第１の酸化触媒２２に流入する直前の排気温度Ｔfaを検出する第１の温度センサ２４が設けられている。第１の酸化触媒２２と第２の酸化触媒２３との間には、第１の酸化触媒２２を通過した直後の排気温度Ｔfbを検出する第２の温度センサ２５が備えられている。ＤＰＦ２１の下流側には、ＤＰＦ２１通過直後の排気温度Ｔfcを検出する第３の温度センサ２６が設けられている。更に、ＤＰＦ２１の上流側及び下流側には、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧Ｐdを検出する差圧センサ２７が備えられている。

ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上述したエアフローセンサ１７、第１の温度センサ２４、第２の温度センサ２５、第３の温度センサ２６及び差圧センサ２７の他に、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ３１、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ３２及び車速を検出する車速センサ３３等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ３０の出力側には、燃料噴射ノズル４、吸気絞り弁１６及びＥＧＲ弁１９等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期及びＥＧＲ量等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングで吸気絞り弁１６、燃料噴射ノズル４及びＥＧＲ弁１９等の制御が実施される。

以上のようにＤＰＦ２１の上流に第１の酸化触媒２２及び第２の酸化触媒２３を配置することにより、下流側の第２の酸化触媒２３からＮＯ_２がＤＰＦ２１に流入し、ＤＰＦ２１に捕集され堆積しているＰＭ中の炭素成分であるすすと反応して酸化させる。酸化したすすはＣＯ_２となり、ＤＰＦ２１から除去され、ＤＰＦ２１が連続的に再生される（連続再生）。

上記の連続再生では、エンジン１の運転状況により十分にＤＰＦ２１の再生が行われない場合がある。そこで、ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２１に許容量以上のＰＭが堆積した場合に強制再生を実施させる。強制再生は、エンジン運転時における燃料の主噴射の後で膨張行程以降にポスト噴射を行って、未燃燃料を含んだ排気を排気管１３に排出させることによって行われる。排気中の未燃燃料は、第１の酸化触媒２２に流入して酸化し、排気温度を上昇させる。これにより、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ中のすすを燃焼させ、ＤＰＦ２１を再生させる。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０は、ポスト噴射の噴射時期（噴射終了時期）ｔt、ポスト噴射とその前の噴射（例えば、アフター噴射）との間の時間である噴射間隔ｔi、ポスト噴射における燃料の噴射量Ｑs、エンジン回転速度Ｎe及び負荷Ｌdをデータとして用いてエンジンオイルの希釈量Ｑd、エンジンオイルの消費量Ｑc及びオイルレベルの変化量Ｑvを演算する機能を有している。

図２は、ＥＣＵ３０におけるエンジンオイルの希釈量Ｑdの演算手順を示すブロック図である。エンジンオイルの希釈量Ｑdの演算は、ポスト噴射の実行とともに実施され、エンジン１の１燃焼サイクル毎に繰り返される。
まず、希釈率演算部４０では、ポスト噴射の前の噴射終了からポスト噴射の噴射開始までの時間である噴射間隔ｔi1とポスト噴射の噴射時期ｔt1とに基づいて、そのポスト噴射におけるエンジンオイルの希釈率Ｒd1を演算する。この演算は、あらかじめ実験等により確認され記憶装置に記憶された図３に示すようなマップから読み出して行われる。図３は噴射時期ｔt及び噴射間隔ｔiと希釈率Ｒdとの関係を示すマップであって、希釈率Ｒdは図中の濃淡で表わせられており、濃部が希釈率Ｒdが大、淡部が希釈率Ｒdが小である。図３から判明されるように、希釈率Ｒdは噴射時期ｔtが遅く噴射間隔ｔiが短いほど大きくなる。

次に、乗算部４１では、希釈率演算部４０において演算された希釈率Ｒd1と、ポスト噴射における燃料の噴射量Ｑs1とを乗算して、１回のポスト噴射毎のエンジンオイルの希釈度合Ｄd1を演算する。この希釈度合の演算は、１燃焼サイクルにおけるポスト噴射の回数毎に同様に行われる。本実施形態では１燃焼サイクルにおいてポスト噴射が２回行われることから、２回目のポスト噴射における噴射間隔ｔi2、噴射時期ｔt2、噴射量Ｑs2から希釈度合Ｄd2が、希釈度合Ｄd1と同様に求められる。

加算部４２では、乗算部４１において演算された１回目のポスト噴射における希釈度合Ｄd1と２回目のポスト噴射における希釈度合Ｄd2とを加算して、１回の燃焼サイクルにおけるポスト噴射によるエンジンオイルの希釈度合Ｄdを演算する。なお、希釈率演算部４０、乗算部４１及び加算部４２は本発明の希釈度合推定手段に該当する。
積算部４３では、加算部４２において演算された各燃焼サイクル毎の希釈度合Ｄdを積算して、エンジンオイルの希釈量Ｑdを演算する（希釈量演算手段）。

図４は、ＥＣＵ３０におけるエンジンオイルの消費量Ｑcの演算手順を示すブロック図である。エンジンオイルの消費量Ｑcの演算は、エンジン１が運転状態であるときに実施され、エンジン１の１燃焼サイクル毎に繰り返される。
まず、消費度合演算部５０では、エンジン１の回転速度Ｎeと負荷Ｌdとに基づいて、１燃焼サイクル毎のエンジンオイルの消費度合Ｄqを演算する。この消費度合Ｄqの演算は、あらかじめ実験等により確認され記憶装置に記憶された図５に示すようなマップから読み出して行われる。図５はエンジンの回転速度Ｎe及び負荷Ｌdとエンジンオイルの消費度合Ｄqとの関係を示すマップであって、消費度合Ｄqは図中の濃淡で表わせられており、濃部が消費度合Ｄqが大、淡部が消費度合Ｄqが小である。図５から判明されるように、エンジンオイルの消費度合Ｄqはエンジンの回転速度Ｎeが高く負荷Ｌdが大きいほど大きくなる。

次に、積算部５１では、消費度合演算部５０において演算された１燃焼サイクル毎の消費度合Ｄqを積算して、エンジンオイルの消費量Ｑcを演算する。なお、消費度合演算部５０及び積算部５１は本発明のオイル消費関係値演算手段に該当する。
更に、ＥＣＵ３０は、オイルレベル変化量演算部（オイルレベル変化量演算手段）を備えている。オイルレベル変化量演算部では、積算部４３において演算されたエンジンオイルの希釈量Ｑdと積算部５１において演算されたエンジンオイルの消費量Ｑcとを加算し、オイルレベルの変化量Ｑvを演算する。そして、オイルレベルの変化量Ｑvが許容範囲外であるか否かを判別し、許容範囲外である場合はブザーあるいは警告灯等の警報装置を作動させて運転者に報知する（警報手段）。

また、オイルレベルの初期値Ｌ1があらかじめ定められる場合には、この初期値Ｌ1にオイルレベルの変化量Ｑvを加算することにより、オイルレベルを正確に演算することもできる。
以上のように、本実施形態では、ポスト噴射によるエンジンオイルの希釈量Ｑdを、エンジン１の１燃焼サイクル毎に演算しその演算結果を積算して求めているので、噴射時期ｔtが変動しているような場合でも、正確にエンジンオイルの希釈量Ｑdを求められ、エンジンオイルの希釈状態を精度良く推定することができる。更に、エンジンオイルの消費量Ｑcも求められ、エンジンオイルの消費量Ｑcとエンジンオイルの希釈量Ｑdとによりオイルレベルの変化量Ｑvが演算されるので、オイルレベルの変化量Ｑvを正確に求めることができる。そして、オイルレベルの変化量Ｑvが許容範囲外となったときに警報装置が作動するので、運転者にオイルレベルの異常を容易に知らせることができる。したがって、運転者がこの警報に伴いオイルレベルを適正範囲内に調整することによって、エンジンオイルの不足状態が防止されてエンジン１の潤滑性を確保できる一方、エンジンオイルの過剰状態が防止されてブローバイガス通路からのエンジンオイルの還流や過剰な蒸散ガスの還流が防止され排気の浄化性能を維持することができる。

本発明に係る内燃機関の全体構成図である。 エンジンオイルの希釈量の演算手順を示すブロック図である。 希釈率の演算に用いられるマップである。 エンジンオイルの消費量の演算手順を示すブロック図である。 エンジンオイルの消費度合の演算に用いられるマップである。

符号の説明

１ エンジン
４ 燃料噴射ノズル
３０ ＥＣＵ
４０ 希釈率演算部
４１ 乗算部
４２ 加算部
４３ 積算部
５０ 消費度合演算部
５１ 積算部

Claims (4)

1. エンジンの膨張行程以降に燃料を噴射するポスト噴射によるエンジンオイルの希釈状態を推定するエンジンオイルの希釈状態推定装置であって、
   前記ポスト噴射における燃料噴射量、前記ポスト噴射とその直前の燃料噴射との噴射間隔、及び前記ポスト噴射の終了時期に基づいて、１燃焼サイクル毎のエンジンオイルの希釈度合を推定する希釈度合推定手段と、
   前記希釈度合推定手段により推定された希釈度合を積算してポスト噴射によるエンジンオイルの希釈量を演算する希釈量演算手段と、を含んで構成されたことを特徴とするエンジンオイルの希釈状態推定装置。
2. エンジンの回転速度及び負荷に基づいてエンジンオイルの消費に関係する値を演算するオイル消費関係値演算手段と、
   前記オイル消費関係値演算手段により演算された値と前記希釈量演算手段により演算されたエンジンオイルの希釈量とに基づいてエンジンオイルのオイルレベルの変化量を演算するオイルレベル変化量演算手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンオイルの希釈状態推定装置。
3. 前記エンジンオイルの消費に関係する値が、前記エンジンオイルの消費速度及び／又は消費量であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンオイルの希釈状態推定装置。
4. 前記オイルレベル変化量演算手段により演算されたオイルレベルの変化量に基づいて警報作動を行う警報手段を更に備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載のエンジンオイルの希釈状態推定装置。

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