JP6375935B2 - 内燃機関のオイル希釈率算出装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係るオイル希釈率算出装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
本実施形態では、空燃比センサ40、41としては、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図2を用いて、空燃比センサ40、41の構造について簡単に説明する。図2は、空燃比センサの構造を概略的に示す図である。空燃比センサ40、41は、固体電解質層51と、その一方の側面上に配置された排気側電極52と、その他方の側面上に配置された大気側電極53と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層54と、基準ガス室55と、空燃比センサ40、41の加熱、特に固体電解質層51(素子)の加熱を行うヒータ部56とを具備する。
このように構成された内燃機関では、空燃比センサ40、41の出力に基づいて、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が機関運転状態に基づいた最適な空燃比となるように、燃料噴射弁11からの燃料噴射量が設定される。本実施形態では、上流側空燃比センサ40の出力電流(上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比、或いは機関本体から流出する排気ガスの空燃比に相当)に基づいてこの出力電流が目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。加えて、下流側空燃比センサ41の出力電流に基づいて目標空燃比が変更される。
また、本実施形態の内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速時等に、内燃機関の動作中に燃料噴射弁11からの燃料噴射を停止して燃焼室5内への燃料供給を停止する燃料カット制御が実施される。斯かる燃料カット制御は、所定の燃料カット開始条件が成立したときに開始される。具体的には、燃料カット制御は、例えば、アクセルペダル42の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ(すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ)であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。
ところで、クランクケース内のエンジンオイルが液相の燃料によって希釈されるオイル希釈が発生しているとき、内燃機関が暖機されてエンジンオイル中の燃料が蒸発すると、ブローバイガス中の燃料成分が増加する。このため、混合気の空燃比が目標空燃比となるように、燃料噴射弁から噴射される燃料量が制御されていたとしても、ブローバイガス通路から多量の燃料が供給されるため、空燃比が目標空燃比に対してリッチ側にずれる。このことは、空燃比フィードバック処理等の空燃比の各種制御に支障を生じさせ、ひいてはドライバビリティや排気エミッションを悪化させる場合がある。
最初に、図6を参照して、燃料カット制御の前後における機関回転数、ブローバイガス流量割合、上流側空燃比センサ40の出力電流及び下流側空燃比センサ41の出力電流の変化の一つの例について説明する。図6は、内燃機関の燃料カット制御の前後における、機関回転数、ブローバイガス流量割合、上流側空燃比センサ40の出力電流及び下流側空燃比センサ41の出力電流の概略的なタイムチャートである。
Ifc=G×Ln(1/(1−O2D_FC)) …(1)
なお、Lnは自然対数を表す。また、燃料カット制御中の排気ガス中の酸素濃度O2D_FCは、ブローバイガス中の燃料によって酸素が消費されるため、大気中の酸素濃度0.2と、ブローバイガス中の燃料によって消費される酸素濃度O2D_Cとに基づいて、下記式(2)によって算出される。
O2D_FC=0.2−O2D_C …(2)
ブローバイガス中の燃料によって消費される酸素濃度O2D_Cは、ブローバイガス流量割合PCVRと、ブローバイガス中の燃料濃度FD_Bと、ブローバイガス中の燃料濃度当たりの消費酸素濃度Kとに基づいて、下記式(3)によって算出される。
O2D_C=K×PCVR×FD_B …(3)
ここで、ブローバイガス中の燃料濃度FD_Bは、オイル希釈率Dilrateと、オイル希釈率当たりのブローバイガス中の燃料濃度Lとに基づいて、下記式(4)によって算出される。
FD_B=L×Dilrate …(4)
IL=G×Ln(1/(0.8+K×PCVR×L×Dilrate)) …(5)
ここで、上記式(5)を一次式で近似すると、下記式(6)が導出される。
IL=−G×K×L×Dilrate/0.8×PCVR+G×Ln(1/0.8)
…(6)
したがって、ブローバイガス流量割合PCVRと空燃比センサ40、41の出力電流ILとの関係を示す一次近似直線の傾きA及び切片Bはそれぞれ下記式(7)及び式(8)で表される。
A=−G×K×L×Dilrate/0.8 …(7)
B=G×Ln(1/0.8) …(8)
上記二つの式(7)、(8)から、オイル希釈率Dilrateは以下のように導出される。
Dilrate=−0.8×Ln(1/0.8)/(K×L)×A/B …(9)
最初に、図8〜図11を参照して本発明の第1実施形態について説明する。第1実施形態のオイル希釈率算出装置は、燃料カット制御が実行中であり且つブローバイガス通路25を通ってスロットル弁18下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量が異なる複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合及び空燃比センサ40、41の出力電流に基づいて、オイル希釈率を算出するように構成される。
PCVR=PCVV/(PCVV+GA)
なお、吸入空気量GAは、エアフロメータ39によって検出される。
A=(COUNT×SUMXY−SUMX×SUMY)/(COUNT×SUMX2−SUMX×SUMX)
B=(SUMX2×SUMY−SUMXY×SUMX)/(COUNT×SUMX2−SUMX×SUMX)
Dilrate=−0.8×Ln(1/0.8)/(K×L)×A/B
なお、前述したように、ブローバイガス中の燃料濃度当たりの消費酸素濃度Kと、オイル希釈率当たりのブローバイガス中の燃料濃度Lとは試験によって予めわかっている値である。
次に、図12〜図14を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。図7からわかるように、ブローバイガス流量割合と空燃比センサ40、41の出力電流との関係を示す一次近似直線の傾き及び切片を正確に算出するためには、燃料カット制御中に取得されるブローバイガス流量割合がある程度分散される必要がある。このため、複数の時点において取得されたブローバイガス流量割合の変化量が小さい場合、例えば燃料カット制御中に機関回転数があまり変動しない場合、オイル希釈率算出装置はオイル希釈率を正確に算出することができないおそれがある。
PCVRCV=SQRT{(SUMX2−SUMX×SUMX/COUNT)/(COUNT−1)}/(SUMX/COUNT)
なお、SQRTは平方根を表す。
次に、図15〜図17を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。空燃比センサ40、41のゲインは、センサ素子の温度、大気圧等によって変動する。このため、ブローバイガス流量割合及び空燃比センサ40、41の出力電流を取得している間にセンサ素子の温度、大気圧等が変動した場合、オイル希釈率算出装置はオイル希釈率を正確に算出することができないおそれがある。
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
13 吸気枝管
14 サージタンク
18 スロットル弁
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
25 ブローバイガス通路
26 PCVバルブ
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
Claims (4)
- 内燃機関のオイル希釈率算出装置であって、
前記内燃機関は、スロットル弁が配置されると共に空気及び燃料を含む混合気を燃焼室に導く吸気通路と、前記燃焼室における前記混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路と、クランクケース内のブローバイガスを前記スロットル弁下流側の前記吸気通路に還元するブローバイガス通路と、前記排気通路に設けられ、且つ、該排気通路内を流れる前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサとを有し、
当該オイル希釈量算出装置は、前記スロットル弁下流側の吸気通路の圧力を検出又は算出し、検出又は算出された圧力に基づいて、前記ブローバイガス通路を通って前記スロットル弁下流側の吸気通路に流入するブローバイガス流量を算出し、前記内燃機関が前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行しており且つ前記ブローバイガス流量が異なる複数の時点において、該ブローバイガス流量と吸入空気量との合計に対する該ブローバイガス流量の割合を示すブローバイガス流量割合と、前記空燃比センサの出力電流とを取得し、該ブローバイガス流量割合と該出力電流との関係を一次直線で近似することによってオイル希釈率を算出するように構成される、内燃機関のオイル希釈率算出装置。 - 前記複数の時点は、一回の燃料カット制御における複数の時点である、請求項1に記載の内燃機関のオイル希釈率算出装置。
- 当該オイル希釈率算出装置は、前記複数の時点において取得された前記ブローバイガス流量割合の変化量を算出し、該変化量が所定値未満であるとき、前記オイル希釈率を算出しないように構成される、請求項1又は2に記載の内燃機関のオイル希釈率算出装置。
- 当該オイル希釈率算出装置は、前記複数の時点において、さらに、前記空燃比センサの出力電流を変動させる変動因子であって排気ガスの空燃比以外の変動因子の値を取得し、該変動因子の値の変化量を算出し、該変化量が所定値以上であるとき、前記オイル希釈率を算出しないように構成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関のオイル希釈率算出装置。
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