JP5168179B2

JP5168179B2 - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5168179B2
Application number: JP2009027997A
Authority: JP
Inventors: 博幸西村; 龍生片本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP2010185282A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置、特にオイルの異常の有無を検出して運転状態を制御する装置に関し、ディーゼルエンジンの運転制御技術の分野に属する。

従来より、エンジン内のピストンとシリンダとの摺動部などの潤滑部を潤滑するオイルは、そのオイル自体に起因する潤滑部の焼きつきなどを確実に防止するために、例えば特許文献１に記載されたエンジンオイル検査装置のように、その温度や動粘度などが監視されている。そして、その監視結果に基づいてオイルの異常が検出されると、その旨がワーニングランプなどの報知手段によって乗員に報知される。

このオイルの異常には、オイル自身の劣化による異常以外に、燃料によるオイルの希釈を原因とする異常があって、これは、燃焼室に噴射された燃料がピストンとシリンダとの摺動部を潤滑するオイルに混入することにより起こる。

特に、排気通路に排気中の微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタが設置されたディーゼルエンジンにおいては、膨張行程中（厳密には、主噴射の燃料が燃焼した後）に燃料を燃焼室内に後噴射し、その後の排気行程で燃焼室から排出された未燃のままの該燃料を触媒によって燃焼して高温の排気ガスを発生させ、この排気ガスによって触媒下流側のパティキュレートフィルタに捕獲されている排気微粒子を燃焼する、いわゆるフィルタの再生が行われるが、その場合、燃焼室内で燃焼しない燃料がシリンダ壁面に付着し、ピストンとシリンダとの摺動部を潤滑するオイルに混入することが多くなる。そして、この燃料の混入によってオイルが希釈されると、その動粘度が下がり、潤滑性が損なわれる。

特開平７−３１７５２４号公報

ところで、燃料を含むオイルは、常温または高温では上述したように燃料の量に応じてその動粘度は下がるが、低温では逆に動粘度が上がる。これは、ディーゼルエンジンの燃料が低温になればなるほど固化（ワックス化）するという特性による。そのため、オイル内燃料の量が増えてその温度が低くなると、オイルの動粘度が適正値を超えて高くなることがある。その結果、オイルが潤滑部に十分に流れず、焼きつきが発生する可能性がある。

そこで、本発明は、低温になるとオイル内燃料がワックス化してオイルの動粘度が適正値を超える可能性を考慮して該オイルの異常の有無を検出し、燃料のワックス化を原因とするディーゼルエンジンの焼きつきを防止することを課題とする。

上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、低温状態では固化する特性の燃料を使用し、潤滑用オイルの動粘度に基づいて運転状態を制御するディーゼルエンジンの制御装置において、
燃料の混入によって希釈されたオイルの希釈度合を推定する希釈度合推定手段と、
オイルの温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、
前記希釈度合推定手段が推定した希釈度合と前記パラメータ値検出手段が検出したパラメータ値とに基づいて、オイルの動粘度を算出する動粘度算出手段と、
前記動粘度算出手段が算出した動粘度が所定値より大きいときにオイルを異常と判定するオイル異常判定手段と、
前記オイル異常判定手段が異常と判定したときにエンジン回転速度の高速回転化を抑制する回転制御手段と、
前記動粘度算出手段が算出する動粘度が、前記所定値より大きい第２の所定値より大きくなった場合、エンジンの次回の始動を制限する始動制限手段とを有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記オイル異常判定手段がオイル異常と判定したときに、乗員にオイルの異常を報知するオイル異常報知手段を有することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記希釈度合推定手段は、排気通路に設置されたパティキュレートフィルタ再生のために噴射された燃料の噴射量に基づいてオイルの希釈度合を推定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、オイルの温度、すなわちオイル内燃料の温度と、燃料によるオイルの希釈度合、すなわちオイル内燃料の量とによってオイルの動粘度が算出され、その動粘度が燃料のワックス化によって所定値より大きくなると、オイルが異常と判定され、ディーゼルエンジンの回転速度の高速回転化が抑制される。これにより、エンジンの高速回転時に起こりうる、オイル内燃料のワックス化を原因とするエンジンの焼きつきが防止される。そして、オイルの動粘度が前記所定値に比べて大きい第２の所定値より大きい場合は、ディーゼルエンジンの次回の始動が制限される。これにより、エンジン始動後すぐのエンジンの焼きつきが防止される。

また、請求項２に記載の発明によれば、オイルの異常と判定すると、その異常がオイル異常報知手段を介して乗員に報知される。これにより、オイルの異常を乗員に認知させることができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、燃料によるオイルの希釈度合は、排気通路に設置されたパティキュレートフィルタ再生のために噴射された燃料の噴射量に基づいて推定される。これにより、パティキュレートフィルタを備えた車両において、ディーゼルエンジンのオイルに混入する燃料の量、すなわち希釈度合を精度よく推定することができる。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその排気系の概略的な構成図である。本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置を含む制御系の概略図である。オイル温度と、オイルの希釈度合と、オイルの動粘度との関係を示す図である。ディーゼルエンジンのオイルの異常を判定するためのフローを示す図である。エンジン始動に関する制御のフローを示す図である。

以下、本発明の実施の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、ディーゼルエンジンおよびその排気系の構成を簡略的に示している。また、図２は、ディーゼルエンジンの制御系を示している。

図１に示すディーゼルエンジン１０は、その排気通路１２に、触媒１４と、その下流側に、排気微粒子の外部への排出を抑制するために該微粒子を捕獲するパティキュレートフィルタ１６とを有する。

また、パテキュレートフィルタ１６の上流側の圧力を検出するフィルタ上流側圧センサ１８と、該フィルタ１６の下流側の圧力を検出するフィルタ下流側圧センサ２０と、ディーゼルエンジン１０のピストン１０ａとシリンダ１０ｂとの摺動部などの潤滑部を潤滑するオイルの温度を検出するオイル温度センサ２２とを有する。

さらに、図１には図示されていないが、ディーゼルエンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ２４を有する。

制御装置５０は、フィルタ上流側圧センサ１８、フィルタ下流側センサ２０、オイル温度センサ２２、エンジン回転数センサ２４からの信号に基づいて種々の制御を実行するように構成されている。

まず、制御装置５０は、フィルタ上流側圧センサ１８とフィルタ下流側圧センサ２０とからの信号に基づいて、パティキュレートフィルタ１６の上流側圧と下流側圧との圧力差を算出し、算出した圧力差から該フィルタ１６が捕獲している排気微粒子量を算出するように構成されている。具体的には、実験的に圧力差と排気微粒子の捕獲量との関係が求められており、その関係と算出した圧力差からパティキュレートフィルタ１６が捕獲している排気微粒子量を算出する。上流側と下流側との圧力差が大きくなるほど、パティキュレートフィルタ１６は多くの排気微粒子を捕獲しており、圧力差が略ゼロの場合は、捕獲量は略ゼロである。

このパティキュレータフィルタ１６が捕獲している排気微粒子量が所定量になると、制御装置５０は、パティキュレートフィルタ１６を再生する制御を実行する。

具体的に説明すると、膨張行程中の主噴射された燃料が燃焼した後に噴射ノズル１０ｃを制御して燃焼室１０ｄ内に所定量の燃料を後噴射し、その後の排気行程で燃焼室１０ｄから排気通路１２内に排出された未燃のままの該燃料を触媒１４によって燃焼して高温の排気ガスを発生させ、この排気ガスによって触媒１４下流側のパティキュレートフィルタ１６に捕獲されている排気微粒子を燃焼することにより、フィルタ１６の再生を実行する。この後噴射は、パティキュレートフィルタ１６が捕獲する排気微粒子量が略ゼロになるまで（上流側と下流側との圧力差が略ゼロになるまで）、繰り返し実行される。

また、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０のオイルの希釈度合を監視している。

オイルの希釈は、燃料の混入によって起こり、主にパティキュレートフィルタ１６の再生のために実行した後噴射により起こる。

説明すると、燃焼室１０ｄ内に後噴射された燃料は、ほとんどがその後の排気行程により排気通路１２内に排出されるが、一部がシリンダ１０ｂの壁面に付着して燃焼室１０ｄ内に残る。付着した燃料は、ピストン１０ａの摺動によって、該ピストン１０ａとシリンダ１０ｂとの摺動部を潤滑するオイルに混入する。これにより、オイルが希釈される。

なお、主噴射された燃料の一部もシリンダ１０ｂの壁面に付着する。しかしながらシリンダ１０ｂの壁面に付着した燃料は、燃焼室１０ｄ内に漂う燃料とともに燃焼されるので、本実施形態の場合、主噴射によるオイルに混入する量は、後噴射に比べて極めて少なく、そのためオイルの希釈に大きく関与しないものとして考慮していない。

当然ながら、オイルが燃料の混入によって希釈されると、潤滑性が低下してディーゼルエンジン１０に焼きつきが発生する可能があるので、制御装置５０は、オイルの希釈度合を推定し、そのオイルの希釈度合が、焼きつきが発生する所定の希釈度合より小さいことを確認している。推定した希釈度合が、所定の希釈度合より大きい場合は、オイルに異常があるとして、ワーニングランプ２６を介して乗員に報知する。

このオイルの希釈度合を、制御装置５０は、燃料の後噴射量とオイル温度センサ２２が検出するオイル温度とに基づいて推定している。

具体的に説明すると、１回の所定量の後噴射によってオイルに混入する燃料の量（一後噴射あたりの混入量）は、該所定量に対して概ね一定割合の量であって、それは実験的に求められている。

また、オイル内の燃料は、そのままオイル内に留まることはなく、オイルの温度に対応して徐々に蒸発する。その温度と蒸発量（単位時間当たりの蒸発量）との関係は実験的に求められている。

したがって、ある時点でのオイル内の燃料の量は、ある時点までの後噴射の回数と所定量（一後噴射あたりの噴射量）をかけて算出した量（総後噴射量）に対して一定割合の量（総混入量）から、ある時点までのオイル温度の変化に対応する蒸発量を引いた量となる。これにより、精度よくオイルの希釈度合が推定される。これを可能とするために、制御装置５０は、後噴射の実行回数をカウントし、オイルの温度変化を記憶している。

さらに、制御装置５０は、上述のオイルの希釈度合とオイル温度センサ２２が検出するオイルの温度とに基づいて、オイルの動粘度を監視している。

オイルの動粘度は、図３に示すように、所定温度Ｔｃ以下の低温領域では、温度が低くなればなるほど、オイル内燃料が固化（ワックス化）し、その値が大きくなる。この所定温度Ｔｃは、燃料が固化し始める温度である。

また、オイルの動粘度は、図３に示すように、オイルの希釈度合が大きいほど、すなわちオイル内燃料量が多いほど、温度が低くなれば、その値が大きくなる。

制御装置５０は、車両の走行中、推定したオイルの希釈度合と、オイル温度センサ２２が検出するオイルの温度と、図３に示すオイル温度とオイルの希釈度合とオイルの動粘度との関係を示すマップに基づいて、オイルの動粘度を算出する。

算出したオイルの動粘度が所定値ν１（請求の範囲に記載の「所定値」に対応。）より大きい場合、オイルに異常があるとして、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の回転速度の高速化を制限する。具体的には、エンジン回転数センサ２４が検出する回転数に基づいてデーゼルエンジン１０の回転速度が所定速度以下になるように、噴射ノズル１０ｄが噴射する燃料の量を制御する。これにより、低速回転時に比べて高速回転時に起こりやすい、オイル内燃料のワックス化、すなわちオイルの流動性低下を原因とするエンジンの焼きつきを防止している。

また、算出したオイルの動粘度が所定値ν２（ν１より大きい値であって、請求の範囲に記載の「第２の所定値」に対応。）より大きい場合、オイルに異常があるとして、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の次回の始動を禁止する。これは、再始動時は最もディーゼルエンジン１０が冷えており、すなわちオイル内燃料が大きくワックス化しており、そのため、エンジン１０を始動してもオイルが十分に潤滑部に流れず、再始動後すぐにエンジン１０が焼きつく可能性があるからである。

ここからは、これまで説明した制御装置５０が実行するディーゼルエンジン１０のオイルの異常判定に関する制御の流れを図４に示すフローを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１００において、制御装置５０は、オイル温度センサ２２が検出するオイル温度Ｔと総後噴射量Ｑとに基づいて、オイル内燃料の量を算出し、その算出した量からオイルの希釈度合Ｒｄを推定する。

次に、ステップＳ１１０において、制御装置５０は、ステップＳ１００で推定したオイルの希釈度合Ｒｄが所定の希釈度合Ｒｃより小さいか否かを判定する。小さい場合は、ステップＳ１２０に進む。そうでない場合は、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ１２０において、制御装置５０は、オイル温度検出センサ２２が検出するオイル温度Ｔが所定温度Ｔｃより小さいか否か、すなわち燃料がワックス化する温度領域であるか否かを判定する。小さい場合はステップＳ１３０に進む。そうでない場合は、Ｓ２３０に進む。

ステップＳ１３０において、制御装置５０は、オイル温度検出センサ２２が検出するオイル温度Ｔと、ステップＳ１００で推定したオイルの希釈度合Ｒｄと、図３に示すマップに基づいて、オイルの動粘度νを算出する。

ステップＳ１４０において、制御装置５０は、ステップＳ１３０で算出した動粘度νが所定値ν２より大きいか否かを判定する。大きい場合はステップＳ１５０に進む。そうでない場合はステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１５０において、制御装置５０は、オイルの動粘度νが所定値ν２を超えていることから、オイルに異常があると判定する。そして、ステップＳ１６０において、ディーゼルエンジン１０の次回の始動を禁止する（始動禁止フラグをオンにする。）。

一方、ステップＳ１４０でオイルの動粘度νがν２より大きくないと判定すると、制御装置５０は、ステップＳ１７０において、該動粘度νが所定値ν１より大きいか否かを判定する。大きい場合はステップＳ１８０に進む。そうでない場合はステップＳ２３０に進む。

ステップＳ１８０において、制御装置５０は、オイルの動粘度νが所定値ν１を超えていることから、オイルに異常があると判定する。

ステップＳ１９０において、制御装置５０は、オイルに異常があるとして、ワーニングランプ２６を点灯する。その後、ステップＳ２００において、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の回転速度の高速化を制限する。そして、リターンに進み、スタートに戻る。

一方、ステップＳ１１０でオイルの希釈度合Ｒｄが所定の希釈度合Ｒｃより小さくないと判定すると、すなわち大きいと判定すると、制御装置５０は、ステップＳ２１０において、オイルに異常があると判定する。その後、ステップＳ２２０において、ワーニングランプ２６を点灯する。そして、リターンに進み、スタートに戻る。

一方、ステップＳ１２０でオイル温度Ｔが所定温度Ｔｃより小さくない、すなわち燃料がワックス化する温度領域でないと判定すると、制御装置５０は、ステップＳ２３０において、オイルに異常がないと判定する。そして、リターンに進み、スタートに戻る。

次に、ステップＳ１６０において、登場したディーゼルエンジン１０の始動禁止フラグに関する制御、すなわちディーゼルエンジン１０の始動に関する制御の流れについて、図５に示すフローを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ３００において、制御装置５０は、イグニッションスイッチがオンされているか否かを確認する。イグニッションスイッチのオンを確認して次のステップに進む。

次のステップＳ３１０において、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の始動禁止フラグがオンであるか否かを判定する。オンの場合はステップＳ３２０に進む。そうでなくオフの場合はステップＳ３３０に進む。

ステップＳ３２０において、制御装置５０は、ワーニングランプ２６を点灯する。

ステップＳ３３０において、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０を始動する。

本実施形態によれば、オイルの温度Ｔ、すなわちオイル内燃料の温度と、燃料によるオイルの希釈度合Ｒｄ、すなわちオイル内燃料の量とによってオイルの動粘度νが算出され、その動粘度νが燃料のワックス化によって所定値ν１より大きくなると、オイルが異常と判定され、ディーゼルエンジン１０の回転速度の高速回転化が抑制される。これにより、エンジン１０の高速回転時に起こりうる、オイル内燃料のワックス化を原因とするエンジン１０の焼きつきが防止される。

また、オイルの動粘度νが所定値ν１に比べて大きい所定値ν２より大きい場合、ディーゼルエンジン１０の次回の始動が制限される。これにより、始動後すぐのエンジン１０の焼きつきが防止される。

さらに、オイルの異常がある場合は、その異常がワーニングランプ２６を介して乗員に報知される。これにより、オイルの異常を乗員に認知させることができる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、上述の実施形態の場合、オイルの希釈は、主にパティキュレートフィルタ１６の再生のための後噴射によって起こるものとして、その希釈度合を後噴射量に基づいて推定しているがこれに限らない。後噴射前の主噴射（燃焼室に噴射された燃料が燃焼される噴射）によるオイルの希釈を考慮してもよい。例えば、主噴射によるオイルの希釈度合、すなわちピストンとシリンダとの摺動部を潤滑するオイルに混入する燃料の量は、エンジンの回転速度と負荷に基づいて決定される噴射量から推定することができる。これにより、パティキュレートフィルタを備えず、後噴射を実行しないエンジンを搭載した車両においても、オイル内燃料のワックス化を原因とするエンジンの焼きつきを防止することができる。

以上のように、本発明は、低温状態ではワックス化する特性の燃料を使用し、潤滑用オイルの動粘度に基づいて運転状態を制御するディーゼルエンジンを搭載した車両において、低温になるとオイル内燃料がワックス化してオイルの動粘度が適正値を超える可能性を考慮して該オイルの異常の有無を検出し、燃料のワックス化を原因とするディーゼルエンジンの焼きつきを防止することができる。したがって、ディーゼルエンジンを搭載した車両の分野において好適に利用される可能性がある。

１０ディーゼルエンジン
２２パラメータ値検出手段（オイル温度センサ）
５０希釈度合推定手段、動粘度算出手段、オイル異常判定手段、回転制御手段（制御装置）

Claims

低温状態では固化する特性の燃料を使用し、潤滑用オイルの動粘度に基づいて運転状態を制御するディーゼルエンジンの制御装置において、
燃料の混入によって希釈されたオイルの希釈度合を推定する希釈度合推定手段と、
オイルの温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、
前記希釈度合推定手段が推定した希釈度合と前記パラメータ値検出手段が検出したパラメータ値とに基づいて、オイルの動粘度を算出する動粘度算出手段と、
前記動粘度算出手段が算出した動粘度が所定値より大きいときにオイルを異常と判定するオイル異常判定手段と、
前記オイル異常判定手段が異常と判定したときにエンジン回転速度の高速回転化を抑制する回転制御手段と、
前記動粘度算出手段が算出する動粘度が、前記所定値より大きい第２の所定値より大きくなった場合、エンジンの次回の始動を制限する始動制限手段とを有することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記オイル異常判定手段がオイル異常と判定したときに、乗員にオイルの異常を報知するオイル異常報知手段を有することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記希釈度合推定手段は、排気通路に設置されたパティキュレートフィルタ再生のために噴射された燃料の噴射量に基づいてオイルの希釈度合を推定することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。