JP5900701B2 - Control device and control method for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、燃焼室内に燃料を直接に噴射する内燃機関に関し、特に、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber, and more particularly, to a control device and control method for an internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism.
燃焼室内に臨んで燃料噴射弁を配置し、吸気行程や圧縮行程において筒内に燃料を直接に噴射するようにした筒内直接噴射式の火花点火内燃機関が公知である。 2. Description of the Related Art A cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine in which a fuel injection valve is disposed facing a combustion chamber so that fuel is directly injected into the cylinder during an intake stroke or a compression stroke is known.
また、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構も、従来から種々の形式のものが知られている。例えば、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリの変更によってピストン上死点位置を上下に変位させるようにした可変圧縮比機構が本出願人らによって多数提案されている。また、特許文献1には、クランクシャフトの中心位置に対しシリンダの位置を上下に変位させることで同様に機械的圧縮比を変化させるようにした可変圧縮比機構が記載されている。
Various types of variable compression ratio mechanisms for changing the mechanical compression ratio of an internal combustion engine have been known. For example, the applicants have proposed a number of variable compression ratio mechanisms in which the piston top dead center position is displaced up and down by changing the link geometry of a multi-link piston crank mechanism.
特許文献1は、吸気ポートに燃料噴射弁を備えた内燃機関において、シリンダ壁への付着燃料に起因したオイル希釈(燃料成分の混入による潤滑オイルの希釈)を抑制するために、機関の暖機が十分に完了しないショートトリップ運転の場合に、可変圧縮比機構による圧縮比を低下させることを開示している。これは、圧縮比の低下により燃焼室内外の圧力差を小さくし、オイル希釈を抑制しようとする技術思想である。
また、特許文献2には、内燃機関の運転中に、オイル希釈の状態を例えば機関運転条件などから求める技術が記載されている。
上記特許文献1では、ショートトリップ運転の場合に圧縮比を低下させ、燃焼室内外の圧力差を小さくすることでオイル希釈の抑制を図っているが、このように可変圧縮比機構を低圧縮比側に制御すると、シリンダに対しピストン上死点位置が相対的に低くなり、燃料液滴が接触可能なように燃焼室に露出するシリンダ壁面が増大するため、シリンダ壁面に付着する燃料量が増大する。このことは、オイル希釈の増加要因となるため、燃焼室内外の圧力差を多少小さくしても、むしろオイル希釈が促進される懸念がある。特に、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式燃料噴射装置を備えた内燃機関では、冷間時にシリンダ壁面に多くの燃料が液滴のまま付着することから、圧縮比を低下させることに伴うシリンダ壁面の増大の影響が支配的となり、逆にオイル希釈が悪化する。従って、圧縮比を低下させることは好ましくない。
In the above-mentioned
この発明は、ピストンとシリンダとの相対的位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えるとともに、燃焼室内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁を備えてなる内燃機関の制御装置であって、
オイルに燃料が混入して該オイルが所定レベル以上に希釈された状態を検出するオイル希釈検出手段を備え、
このオイル希釈検出時に、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高くする。The present invention includes a variable compression ratio mechanism that changes a mechanical compression ratio by changing a relative positional relationship between a piston and a cylinder, and a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber. A control device for an internal combustion engine,
Oil dilution detection means for detecting a state in which fuel is mixed into oil and the oil is diluted to a predetermined level or more,
When this oil dilution is detected, the compression ratio by the variable compression ratio mechanism is increased.
オイル希釈検出時に可変圧縮比機構の圧縮比を高く制御すると、シリンダに対しピストン上死点位置が相対的に高くなり、燃料噴射時期に燃焼室内に露出しているシリンダ壁面が減少する。従って、筒内に噴射されてシリンダ壁面に付着する燃料量が少なくなり、オイル希釈が抑制される。なお、圧縮比を高くすることで燃焼室内外の圧力差は大きくなるが、前述したように、燃焼室内に燃料が直接に噴射される筒内直接噴射式内燃機関では、圧力差よりも燃料噴霧が接するシリンダ壁面積の大小の方が支配的であり、燃焼室内に露出しているシリンダ壁面が減少することで、オイル希釈の抑制が図れる。 If the compression ratio of the variable compression ratio mechanism is controlled to be high when oil dilution is detected, the piston top dead center position is relatively high with respect to the cylinder, and the cylinder wall surface exposed in the combustion chamber at the fuel injection timing is reduced. Accordingly, the amount of fuel injected into the cylinder and adhering to the cylinder wall surface is reduced, and oil dilution is suppressed. Although the pressure difference inside and outside the combustion chamber increases by increasing the compression ratio, as described above, in a direct injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber, the fuel spray is larger than the pressure difference. The size of the cylinder wall area in contact with is dominant, and the cylinder wall surface exposed in the combustion chamber is reduced, so that oil dilution can be suppressed.
ここで、オイルに混入した燃料成分は、同時並行的に、気化によりオイルから離脱していくので、オイル希釈が抑制されると、両者のバランスにより、オイル希釈が解消し、あるいは、少なくともオイル希釈の進行が抑制される。 Here, since the fuel component mixed in the oil is separated from the oil by vaporization in parallel, if the oil dilution is suppressed, the oil dilution is canceled or at least the oil dilution is balanced by the balance between the two. Progress is suppressed.
また本発明の望ましい一つの態様では、上記オイル希釈検出時に、さらに、点火時期の遅角補正を行う。この点火時期の遅角補正により、圧縮比を高くしたことに伴うノッキング等の異常燃焼の抑制が可能である。 In one desirable mode of the present invention, at the time of the above-mentioned oil dilution detection, the ignition timing retardation is further corrected. By correcting the retard of the ignition timing, it is possible to suppress abnormal combustion such as knocking caused by increasing the compression ratio.
この発明によれば、特に筒内直接噴射式内燃機関において、オイル希釈を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, oil dilution can be effectively suppressed particularly in a direct injection type internal combustion engine.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明が適用された自動車用内燃機関1のシステム構成を示している。この内燃機関1は、例えば複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構2を備えた4ストロークサイクルの筒内直接噴射式の火花点火内燃機関であって、燃焼室3の天井壁面に、一対の吸気弁4および一対の排気弁5が配置されているとともに、これらの吸気弁4および排気弁5に囲まれた中央部に点火プラグ6が配置されている。
FIG. 1 shows the system configuration of an automotive
上記吸気弁4によって開閉される吸気ポート7の下方には、燃焼室3内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁8が配置されている。この燃料噴射弁8は、斜め下方へ傾斜した姿勢で取り付けられており、そのノズル先端は、対向するシリンダ壁面を指向している。
A fuel injection valve 8 that directly injects fuel into the
上記吸気ポート7に接続される図示せぬ吸気通路には、エンジンコントローラ9からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ(図示せず)が介装されており、さらにその上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ10が配設されている。
An intake passage (not shown) connected to the
また、排気ポート11に接続された排気通路12には、三元触媒からなる触媒装置13が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ14が配置されている。
In addition, a
上記エンジンコントローラ9には、上記のエアフロメータ10、空燃比センサ14のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ15、冷却水温を検出する水温センサ16、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ17、潤滑オイルの温度を検出する油温センサ18、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ9は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁8による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ6による点火時期、図示せぬスロットルバルブの開度、等を最適に制御している。また、上記エンジンコントローラ9は、後述するように、オイルに混入している燃料量(以下、オイル希釈燃料量と呼ぶ)の推定を逐次行っている。
In addition to the
一方、可変圧縮比機構2は、特開2004−116434号公報等に記載の公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト21のクランクピン21aに回転自在に支持されたロアリンク22と、このロアリンク22の一端部のアッパピン23とピストン24のピストンピン24aとを互いに連結するアッパリンク25と、ロアリンク22の他端部のコントロールピン26に一端が連結されたコントロールリンク27と、このコントロールリンク27の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト28と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト21および上記コントロールシャフト28は、シリンダブロック29下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト28は、該コントロールシャフト28の回動に伴って位置が変化する偏心軸部28aを有し、上記コントロールリンク27の端部は、詳しくは、この偏心軸部28aに回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構2においては、コントロールシャフト28の回動に伴ってピストン24の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。
On the other hand, the variable
また、上記可変圧縮比機構2の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト21と平行な回転中心軸を有する電動モータ31がシリンダブロック29下部に配置されており、この電動モータ31と軸方向に直列に並ぶように減速機32が接続されている。この減速機32としては、減速比の大きな例えば波動歯車機構が用いられており、その減速機出力軸32aは、電動モータ31の出力軸(図示せず)と同軸上に位置している。従って、減速機出力軸32aとコントロールシャフト28とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、減速機出力軸32aに固定された第1アーム33とコントロールシャフト28に固定された第2アーム34とが中間リンク35によって互いに連結されている。
As a drive mechanism for variably controlling the compression ratio of the variable
すなわち、電動モータ31が回転すると、減速機32により大きく減速された形で減速機出力軸32aの角度が変化する。この減速機出力軸32aの回動は第1アーム33から中間リンク35を介して第2アーム34へ伝達され、コントロールシャフト28が回動する。これにより、上述したように、内燃機関1の機械的な圧縮比が変化する。なお図示例では、第1アーム33および第2アーム34が互いに同方向に延びており、従って、例えば減速機出力軸32aが時計回り方向に回動するとコントロールシャフト28も時計回り方向に回動する関係となっているが、逆方向に回動するようにリンク機構を構成することも可能である。
That is, when the
上記可変圧縮比機構2の目標圧縮比は、エンジンコントローラ9において、機関運転条件(例えば要求負荷と機関回転速度)に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記電動モータ31が駆動制御される。
The target compression ratio of the variable
図2は、上記エンジンコントローラ9において内燃機関1の運転中に繰り返し実行される本発明の制御の流れを示すフローチャートである。ステップ1では、そのときの機関運転条件(機関回転速度および負荷)、冷却水温、潤滑油温等を読み込む。ステップ2では、この機関運転条件に基づき、基本目標圧縮比ならびに基本点火時期を設定する。また、ステップ3では、そのときのオイル希釈燃料量を求める。このオイル希釈燃料量の算出は、例えば、前述した特許文献2や特開2004−137953号公報等に開示されている手法を用いることができ、機関運転条件と温度条件(冷却水温ならびに潤滑油温)に基づき、オイル希釈燃料量の増加量と、オイル希釈燃料量の減少量と、を逐次求め、これらを積算していくことによって、その時点でのオイル希釈燃料量を推定することができる。オイル希釈燃料量の増加は、主にシリンダ壁からクランクケースへの燃料の混入によって生じ、オイル希釈燃料量の減少は、主にオイル中の燃料成分の蒸発による。なお、本発明においては、オイル希釈状態の検出そのものは要部ではなく、公知の検出手段を適宜用いることができる。
FIG. 2 is a flowchart showing a control flow of the present invention that is repeatedly executed by the engine controller 9 during operation of the
ステップ4では、ステップ3で求めたオイル希釈燃料量を所定の閾値と比較することにより、オイルが所定レベル以上に希釈された状態であるか否かを判別する。ここでNOであれば、ステップ7へ進み、上記の基本目標圧縮比および基本点火時期を用いた通常制御を実行する。
In
一方、ステップ4でオイル希釈燃料量が閾値以上である場合は、ステップ5へ進み、目標圧縮比を基本目標圧縮比よりも高い圧縮比に設定して、可変圧縮比機構2を制御する。ここでは、基本目標圧縮比の補正(例えば所定の補正量の加算あるいは補正係数の乗算)により高い圧縮比としてもよく、あるいは、可変圧縮比機構2として制御可能な最高圧縮比に固定的に制御するようにしてもよい。
On the other hand, if the amount of oil-diluted fuel is greater than or equal to the threshold value in
また同時に、ステップ6において、点火時期として、基本点火時期から所定量の遅角補正を行った値を設定する。このときの遅角補正量は、単純に一定クランク角度としてもよいが、基本目標圧縮比よりも高い圧縮比とすることによるノッキング等の異常燃焼を回避するために、ステップ5において設定される圧縮比の値に対応したものとすることが望ましい。
At the same time, in
図3は、オイル希釈燃料量に伴う圧縮比および点火時期の変化の一例を示したタイムチャートである。例えば内燃機関1の温度が低いときなどには、シリンダ壁に燃料液滴が付着してクランクケース側に持ち出される結果、図示するようにオイル希釈燃料量が増加していく。このオイル希釈燃料量は、前述したように、エンジンコントローラ9において逐次推定される。この例では、時間t1において、オイル希釈燃料量が所定の閾値を越え、これに応答して、圧縮比が高くなる。また同時に、点火時期の遅角補正が行われる。
FIG. 3 is a time chart showing an example of changes in the compression ratio and ignition timing according to the amount of oil diluted fuel. For example, when the temperature of the
このように圧縮比が高くなることで、前述したように、オイル希釈が抑制される。そして、圧縮比の上昇に伴うノッキング等の異常燃焼は、点火時期の遅角によって抑制される。 By increasing the compression ratio in this manner, oil dilution is suppressed as described above. Abnormal combustion such as knocking due to an increase in the compression ratio is suppressed by retarding the ignition timing.
図示例では、オイル希釈が抑制される結果、時間t1以降、オイル希釈燃料量が徐々に減少し、時間t2において所定の閾値を下回る。これに伴い、圧縮比は基本目標圧縮比に復帰し、かつ点火時期も基本点火時期となる。 In the illustrated example, as a result of the oil dilution being suppressed, the oil diluted fuel amount gradually decreases after time t1, and falls below a predetermined threshold at time t2. Along with this, the compression ratio returns to the basic target compression ratio, and the ignition timing also becomes the basic ignition timing.
なお、図示するように、圧縮比の上昇および点火時期の遅角補正が開始されるときと、開始後にこれらの圧縮比の上昇および点火時期の遅角補正が解除されるときとで、オイル希釈燃料量の閾値には適度なヒステリシスが与えられており、実質的な閾値は、後者の方がより低い値となっている。 As shown in the figure, when the compression ratio increase and ignition timing retardation correction are started, and after the start of the compression ratio increase and ignition timing retardation correction, the oil dilution is performed. Appropriate hysteresis is given to the threshold value of the fuel amount, and the actual threshold value is lower in the latter case.
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、機関運転条件に基づきオイル希釈の程度を推定するようにしているが、燃料の混入に伴うオイル量の増減やオイル成分の変化などからオイル希釈の程度を検出することも可能である。また上記実施例では、ピストン24の上死点位置を上下に変位させることで圧縮比を変化させる可変圧縮比機構2が用いられているが、シリンダ側を上下に移動させる形式の可変圧縮比機構においても、本発明は同様に適用が可能である。
As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various change is possible. For example, in the above embodiment, the degree of oil dilution is estimated based on the engine operating conditions, but it is also possible to detect the degree of oil dilution from the increase or decrease of the oil amount or the change of the oil component due to fuel mixing. Is possible. In the above embodiment, the variable
Claims (4)
オイルに燃料が混入して該オイルが所定レベル以上に希釈された状態を検出するオイル希釈検出手段を備え、
このオイル希釈検出時に、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高くする、内燃機関の制御装置。A variable compression ratio mechanism that changes the mechanical compression ratio by changing the relative positional relationship between the piston and cylinder, a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber, and ignition by an ignition plug A control device for an internal combustion engine that performs
Oil dilution detection means for detecting a state in which fuel is mixed into oil and the oil is diluted to a predetermined level or more,
A control device for an internal combustion engine that increases the compression ratio by the variable compression ratio mechanism when detecting the oil dilution.
オイルに燃料が混入して該オイルが所定レベル以上に希釈された状態を検出し、このオイル希釈検出時に、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高くする、内燃機関の制御方法。A variable compression ratio mechanism that changes the mechanical compression ratio by changing the relative positional relationship between the piston and cylinder, a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber, and ignition by an ignition plug In an internal combustion engine that performs
A control method for an internal combustion engine, which detects a state in which fuel is mixed into oil and the oil is diluted to a predetermined level or more, and increases the compression ratio by the variable compression ratio mechanism when the oil dilution is detected.
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