JP6297870B2 - エンジンの制御装置及びエンジンの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑、冷却用等のオイルを供給するポンプに可変容量形のオイルポンプを用いたエンジンにおいて前記可変容量形のオイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能となった場合でも、車両の走行性、運転性への影響を抑制するエンジンの制御装置及びエンジンの制御方法に関するものである。

従来のこの種の制御装置としては、油路中の圧力に応じてオイルをリリーフするリリーフ弁と、該リリーフ弁と弾性体を隔てて対向配置されるリテーナと、リテーナ位置切替指令に応じて当該リテーナの位置を変更し、前記弾性体の圧縮状態を変更するリテーナ移動手段と、該リテーナ移動手段が動作することによって油圧状態が低油圧と高油圧との間で切り替わる油路に設置された第一の油圧検知手段と、該第一の油圧検知手段による検知結果を用いて油圧制御機能の異常判断を行う演算手段と、を備えたエンジンの油圧制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、低油圧制御時であるか否かの判断において、油圧検知手段による検知結果により油圧制御装置が異常と判断したときは、エンジンのアクセル開度制限実施や、警告灯点灯の措置をとるようになっていた。

また、他の制御装置としては、内燃機関の各潤滑部位に供給される潤滑油を貯留する貯留部と、この貯留部から潤滑油を吸い上げるオイルポンプと、このオイルポンプにより吐出される潤滑油を内燃機関の各潤滑部位に供給する供給通路と、この供給通路の油圧を制御する油圧制御機構と、この油圧制御機構についての異常診断を行う診断手段とを備える内燃機関の潤滑油供給装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。そして、内燃機関の運転状態に適した油圧をエンジン本体の各潤滑部位に供給すべく油圧制御機構の制御を行い、機関回転速度の高低に応じて切替バルブの制御を通じて油圧制御機構の動作状態を低圧モード又は高圧モードに設定するようになっていた。

特開２００９−１１５０７５号公報 特開２０１０−２３６５２５号公報

しかし、特許文献１に記載のエンジンの油圧制御装置では、低油圧制御時であるか否かの判断において、油圧検知手段による検知結果により油圧制御装置が異常と判断したときは、エンジンのアクセル開度を制限するようにしていた。これにより、潤滑系が摩擦や冷却の面で厳しい状態となることを回避できるかも知れないが、エンジンのアクセル開度を制限することで、車両の走行速度が制限されて車両の走行性、運転性が低下する虞がある。

また、特許文献２に記載の内燃機関の潤滑油供給装置では、油圧制御機構の制御において、切替バルブの固着異常により高圧モードに切り替えることができない異常が生じ、供給油圧の不足を招くようなときは、エンジンの吸入空気量を制限したり、エンジンの回転数の上限を制限するようにしていた。これにより、エンジンの焼き付きなどを回避できるかも知れないが、エンジンの回転数の上限を制限することで、車両の走行速度が制限されて車両の走行性、運転性が低下する虞がある。

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、可変容量形のオイルポンプを用いたエンジンにおいて前記可変容量形のオイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能となった場合でも、車両の走行性、運転性への影響を抑制するエンジンの制御装置及びエンジンの制御方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明によるエンジンの制御装置は、各種の補機を具備したエンジンの制御装置であって、前記エンジン及び補機にオイルを供給する可変容量形のオイルポンプと、前記オイルポンプで発生するオイル油圧を高圧、低圧に切り替える電磁バルブと、前記エンジン及び補機を制御するエンジン制御ユニットと、を備え、前記オイルポンプで前記エンジン及び補機にオイルを供給する際に、該オイルポンプの油圧状態を判定し、前記オイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能の故障と判定されたとき、前記エンジン制御ユニットの制御により、前記オイルポンプから吐出されるオイルを使用する可変バルブタイミング機構の駆動を停止し、さらにオイルジェットの駆動を停止するようにしたものである。

また、本発明によるエンジンの制御方法は、エンジン及び補機にオイルを供給する可変容量形のオイルポンプで前記エンジン及び補機にオイルを供給する際に、前記オイルポンプで発生するオイル油圧を電磁バルブで高圧、低圧に切り替えて供給し、該オイルポンプの油圧状態を判定し、前記オイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能の故障と判定されたとき、エンジン制御ユニットの制御により、前記オイルポンプから吐出されるオイルを使用する可変バルブタイミング機構の駆動を停止し、さらにオイルジェットの駆動を停止するものである。

本発明によるエンジンの制御装置及びエンジンの制御方法によれば、エンジン及び補機にオイルを供給する可変容量形のオイルポンプで前記エンジン及び補機にオイルを供給する際に、前記オイルポンプで発生するオイル油圧を電磁バルブで高圧、低圧に切り替えて供給し、該オイルポンプの油圧状態を判定し、前記オイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能の故障と判定されたとき、エンジン制御ユニットの制御により、前記オイルポンプから吐出されるオイルを使用する可変バルブタイミング機構の駆動を停止し、さらにオイルジェットの駆動を停止することができる。これにより、オイルを使用する補機や操作を減らして運転を続行することができ、可変容量形のオイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能となった場合でも、車両の走行性、運転性への影響を抑制することができる。

本発明によるエンジンの制御装置の実施形態を示す全体概要図である。 前記エンジンの制御装置に用いる可変容量形のオイルポンプの油圧特性を示すグラフである。 前記オイルポンプのオイル油圧を高圧、低圧に切り替える電磁バルブの駆動回路を示す回路図である。 前記エンジンの制御装置の動作及びエンジンの制御方法を説明するフローチャートである。 図４に示す手順の第３ステップ（Ｓ３）の内容を説明するフローチャートである。 図４に示す手順の第４ステップ（Ｓ４）の内容を説明するフローチャートである。 図４に示す手順の第５ステップ（Ｓ５）の内容を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明によるエンジンの制御装置の実施形態を示す全体概要図である。このエンジンの制御装置は、潤滑、冷却用等のオイルを供給するポンプに可変容量形のオイルポンプを用いたエンジンの運転制御を行うもので、オイルポンプ２と、電磁バルブ３と、エンジン制御ユニット（以下「ECU」と略称する）４とを備えている。

制御対象のエンジン１は、空気及び燃料からなる混合気の燃焼を通じて動力を発生させるもので、VTC（Variable Timing Control：可変バルブタイミング機構）や、ピストン冷却用オイルジェット等の各種の補機５を具備している。

オイルポンプ２は、前記エンジン１及び補機５にオイルを供給する可変容量形のポンプであり、ロータの周囲に複数個のベーンを該ロータの半径方向に摺動可能に設け、駆動軸の回転によってベーンが駆動し、ロータが回転することにより吸込み口側のオイルが吐出口へ運ばれて吐き出され、その吐出量が可変とされている。実際には、電子制御により、エンジン回転数に対するオイル油圧が高圧、低圧の２段に切り替えられるようになっている。このような可変容量形のオイルポンプ２は、一般的に「可変容量形ベーンポンプ」と呼ばれ、VDVP（Variable Displacement Vane Pump）と略称される。

図１では、可変容量形のオイルポンプ２が断面図で示されている。図１に示すように、ドライブシャフト６と、ロータ７と、リング８と、ベーン９とを備え、ロータ７の外側に第１作動室１０ａ及び第２作動室１０ｂを有している。なお、符号１１はカムリングを示し、符号１２はスプリングを示している。

電磁バルブ３は、後述のECU４による電子制御により、前記オイルポンプ２で発生するオイル油圧を高圧、低圧に切り替えるもので、ソレノイドを備えており、そのソレノイドをON,OFF切り替えて内部の弁を操作し、油路の開閉を行うようになっている。ソレノイドがONの時は、第１作動室１０ａの油圧のみを作用させ、第２作動室１０ｂはドレンライン１３に連通して、低圧状態となる。ソレノイドがOFFの時は、第１作動室１０ａの油圧の他に第２作動室１０ｂの油圧も作用させて、高圧状態となる。

図２は、前記可変容量形のオイルポンプ２の油圧特性を示すグラフである。このグラフは、前記電磁バルブ３のソレノイドをON,OFF切り替えて内部の弁を操作し、オイル油圧を高圧、低圧の２段に切り替える状態を示している。このグラフは、横軸がエンジン回転数を表し、縦軸がオイル油圧を表している。エンジン回転数が低くて要求油圧が小さい場面では、ソレノイドをONして低油圧に切り替え、ポンプ吐出量を少なく（低吐出量）して補機負荷が低減できる。このようなエンジン回転数が低い領域がエンジン実用域となる。一方、エンジン回転数が高くて要求油圧が大きい場面では、ソレノイドをOFFして高油圧に切り替え、ポンプ吐出量を多く（高吐出量）して潤滑、冷却等の要求を満たすことができる。このように、オイルポンプ２について電子制御により、高圧、低圧の２段油圧制御が行われる。

図１に示すECU４は、前記エンジン１及び補機５等を統括的に制御するもので、アクセルポジションセンサ、スロットルポジションセンサ、クランクポジションセンサ、油圧センサ及びオイルレベルセンサ等の各種センサからの信号に基づいて、エンジン１の運転状態及び車両走行状態並びに運転者の要求を把握した上で、吸気流量を調整するスロットル制御、燃料噴射量を調整する噴射制御、及びエンジン１に供給する油圧を制御する油圧制御等の制御を行うようになっている。

なお、図１において、符号１４は、オイルの供給元であるメインギャラリーを示し、符号１５は、オイルポンプ２からエンジン１及び補機５へオイルを供給する供給ラインを示し、符号１６は、還流したオイルを受けるオイルパンを示している。

ここで、本発明においては、オイルポンプ２でエンジン１及び補機５にオイルを供給する際に、前記オイルポンプ２が高油圧側の運転状態に切替え不能となったとき、フェイルセーフ措置として、ECU４の制御により、前記オイルポンプ２から吐出されるオイルを使用する操作を抑制するように動作する。この場合、オイルポンプ２の故障モードは、低油圧側（低吐出量）固定又は高油圧側（高吐出量）固定がある。前記オイルポンプ２が高油圧側の運転状態に切替え不能となったときとは、低油圧側（低吐出量）固定となった場合である。

図３は、前記オイルポンプ２のオイル油圧を高圧、低圧に切り替える電磁バルブ３の駆動回路を示す回路図である。制御対象である電磁バルブ３は、断線等の故障時の影響が小さくなるように、図２に示すように、ソレノイドOFF時に高油圧側（高吐出量）となる特性としている。ここで、図３において、電磁バルブ３のソレノイドに電源としてバッテリＥが接続されている状態で、その電磁バルブ３からECU４内の電流検出素子１７までの間の配線上でグランドショート（GND短絡）故障となった場合は、電磁バルブ３のソレノイドはON状態となり、図２においてオイルポンプ２のオイル油圧が低油圧側に固定されて、常時低吐出量となってしまう。この場合は、エンジン１が潤滑量不足となってエンジン１の焼き付きの可能性がある。或いは、電磁バルブ３の弁が機械的に低油圧側に固定された場合も、エンジン１の焼き付きの可能性がある。

そこで、ECU４は、前記オイルポンプ２が低油圧側（低吐出量）固定の故障であると判定した時は、オイルポンプ２から吐出されるオイルを使用する操作を抑制するように動作する。以下、エンジンの制御装置の動作及びエンジンの制御方法について、図４〜図７を参照して説明する。

図４は、エンジンの制御装置の動作及びエンジンの制御方法を説明するフローチャートである。まず、図１に示すエンジン１及び補機５の運転において、可変容量形のオイルポンプ２で前記エンジン１及び補機５にオイルを供給する際に、ECU４でオイルポンプ２の油圧状態を判定する（図４のステップＳ１）。

次に、ステップＳ２で、オイルポンプ２が高油圧側の運転状態に切替え不能か否か判定する。前述のように、オイルポンプ２の故障モードは、低油圧側（低吐出量）固定又は高油圧側（高吐出量）固定があるが、前記オイルポンプ２が高油圧側に切替え不能とは、低油圧側（低吐出量）固定となることを指す。“NO”判定の時は、高油圧側（高吐出量）に切替え可能であり、そのまま“RETURN”となり、ステップＳ１，Ｓ２を繰り返す（正常運転）。

ステップＳ２で“YES”判定の時は、高油圧側（高吐出量）に切替え不能であり、オイルポンプ２が低油圧側（低吐出量）に固定状態の故障と判定した場合である。このオイルポンプ２が低油圧側（低吐出量）固定の故障と判定するには、以下の何れか又は複数の組合せによる１回又は複数回の判定による。
（1）図３に示す電磁バルブ３の駆動回路がグランドショート（GND短絡）により故障となった場合。
（2）電磁バルブ３を高油圧側（高吐出量）に制御しているにも拘らず、低油圧側（低吐出量）と判断された場合。この場合は、次のような状況がある。
（2-1）油圧センサ、油圧スイッチにより、油圧が低いと判断された。
（2-2）潤滑系のフリクションが低いため、以下の現象として表れた。
(a)エンジンのアイドル運転中の吸入空気量が少ない（吸気量計測値又はISC［アイドルスピードコントロール］空気量補正値で判定）。
(b)エンジンの始動時の回転数の噴け上がり量が所定値以上となった。
（2-3）VTC（可変バルブタイミング機構）の応答性が得られない。

ステップＳ２の“YES”判定で、オイルポンプ２が低油圧側（低吐出量）に固定状態の故障であると判定されたので、ステップＳ３に進む。このステップＳ３では、オイルポンプ２から吐出されるオイルを使用する操作を抑制する。この場合は、オイルポンプ２から供給されるオイルが低吐出量となるので、そのオイルを使用する補機５や操作を減少又は低運転状態に抑えるようにする。なお、ステップＳ３の「オイルポンプ２から吐出されるオイルを使用する操作」の対象には、油圧式動弁機構も含まれる。また、ステップＳ３の「オイルポンプ２から吐出されるオイルを使用する操作の抑制」には、そのオイルを使用する操作の「停止」も含まれる。

図５は、図４のステップＳ３の内容を説明するフローチャートである。「オイルを使用する操作の抑制」の一つとして、VTC（可変バルブタイミング機構）の駆動を停止する（ステップＳ３１）。これは、エンジンの各回転数に合わせて最適なバルブタイミングに変化させるVTCへのオイルの供給を禁止するものである。さらに、ピストン冷却用のオイルジェットの駆動を停止する（ステップＳ３２）。これは、エンジンが電子制御によるオイルジェットの場合に、ピストン冷却のためのオイルジェットへのオイルの供給を禁止するものである。

図４のステップＳ３で、オイルを使用する操作を抑制した後、ステップＳ４に進む。このステップＳ４では、オイルポンプ２から供給されるオイルの油温を低下させる措置を更に行う。これは、オイルの油温を低下させて油膜切れを防止する措置を行うものである。なお、ステップＳ４の「オイルの油温を低下させる措置」には、「エンジンの冷却水温度を低下させる措置」も含まれる。

図６は、図４のステップＳ４の内容を説明するフローチャートである。まず、オイルの油温を直接低下させるものとして、オイルクーラーへのオイルの流入量を増加する（ステップＳ４１）。また、オイルクーラーの冷却ファンを駆動（駆動量増加を含む）する（ステップＳ４２）。なお、前記オイルの流入量の増加も、冷却ファンの駆動も、それらが制御可能な場合に限られる。

次に、オイルの油温を間接的に低下させるものとして、エンジンの冷却水温度を低下させる以下の措置を更に行う。まず、ラジエーターの冷却ファンを駆動（駆動量増加を含む）する（ステップＳ４３）。これは、ラジエーターの冷却性能を上げて冷却水温度を低下させるものである。次に、ウォーターポンプを駆動（駆動量増加を含む）する（ステップＳ４４）。また、サーモスタットを駆動（駆動量増加を含む）する（ステップＳ４５）。さらに、冷却水切替えバルブを作動する（ステップＳ４６）。これらは、ラジエーターへ流入する水量を増加させて冷却水温度を低下させるものである。

次に、オイルの油温を間接的に低下させるものとして、エンジンの発生熱量を低下させる以下の措置を更に行う。まず、エンジン回転数の上限を制限する（ステップＳ４７）。これは、スロットルの開度制限、燃料カット、点火タイミングの遅角、或いは、CVT,DCTなどのAT（自動変速機）の変速線変更などにより、エンジン回転数の上限を制限するものである。次に、エンジンの吸入空気量の上限を制限する（ステップＳ４８）。これは、スロットルの開度制限により、吸入空気量の上限を制限するものである。

図４のステップＳ４で、オイルの油温を低下させる措置を行った後、ステップＳ５に進む。このステップＳ５では、エンジンの運転条件を制限する措置を更に行う。これは、油膜切れとなるエンジンの運転条件に入れないという措置を行うものである。

図７は、図４のステップＳ５の内容を説明するフローチャートである。まず、エンジン回転数の上限を制限する（ステップＳ５１）。このステップは、図６に示すステップＳ４７と同様の制限を行うものである。次に、アイドルストップシステムを禁止する（ステップＳ５２）。このステップは、車両が停止したときにエンジンを自動停止させると共にその自動停止中における任意のタイミングでエンジンを自動始動して車両を発進可能とさせるアイドルストップシステムの使用を禁止するというものである。

本発明によるエンジンの制御装置及びエンジンの制御方法は、以上のような動作、手順により、可変容量形のオイルポンプ２が高油圧側の運転状態に切替え不能となった場合でも、フェイルセーフ措置を講じて、車両の走行性、運転性への影響を抑制することができる。

１…エンジン１
２…可変容量形のオイルポンプ
３…電磁バルブ
４…ECU（エンジン制御ユニット）
５…補機
６…ドライブシャフト
７…ロータ
９…ベーン
１０ａ…第１作動室
１０ｂ…第２作動室
１３…ドレンライン
１５…供給ライン
１６…オイルパン
１７…電流検出素子

Claims (4)

1. 各種の補機を具備したエンジンの制御装置であって、
   前記エンジン及び補機にオイルを供給する可変容量形のオイルポンプと、
   前記オイルポンプで発生するオイル油圧を高圧、低圧に切り替える電磁バルブと、
   前記エンジン及び補機を制御するエンジン制御ユニットと、を備え、
   前記オイルポンプで前記エンジン及び補機にオイルを供給する際に、該オイルポンプの油圧状態を判定し、前記オイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能の故障と判定されたとき、前記エンジン制御ユニットの制御により、前記オイルポンプから吐出されるオイルを使用する可変バルブタイミング機構の駆動を停止し、さらにオイルジェットの駆動を停止することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記エンジン制御ユニットの制御は、前記オイルポンプから供給されるオイルの油温を低下させる措置を更に行う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. 前記オイルの油温を低下させる措置は、前記エンジンの冷却水温度を低下させる措置を更に行う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. エンジン及び補機にオイルを供給する可変容量形のオイルポンプで前記エンジン及び補機にオイルを供給する際に、前記オイルポンプで発生するオイル油圧を電磁バルブで高圧、低圧に切り替えて供給し、該オイルポンプの油圧状態を判定し、前記オイルポンプが高油圧側の運転状態に切替え不能の故障と判定されたとき、エンジン制御ユニットの制御により、前記オイルポンプから吐出されるオイルを使用する可変バルブタイミング機構の駆動を停止し、さらにオイルジェットの駆動を停止することを特徴とするエンジンの制御方法。