JP6946810B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

例えば車両用の内燃機関において、オイルポンプから吐出されたオイルの温度を調節する油温調節部を備えたものが公知である。

特開２０００−１２０４２０号公報 特開平６−１１７２１２号公報 特開２０１２−１２９６３号公報

かかる内燃機関にあっては、従来、内燃機関の運転状態に拘わらず、油温調節部による温度調節前の油温に基づき、油温調節部を制御していた。すなわち、当該油温が高くなるにつれオイル冷却量を増大し、油温を低下させるよう、油温調節部を制御していた。

しかしこれだと、内燃機関が低負荷運転状態となったとき、オイルが過度に冷却されてしまう問題がある。オイルが過度に冷却されると、オイル粘度増加による機械損失の増大、燃費悪化、および油温を再上昇させるのに必要なエネルギの無駄な消費等に繋がる虞がある。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、内燃機関が低負荷運転状態となったときのオイルの過度の冷却を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、オイルポンプと、前記オイルポンプから吐出されたオイルの温度を調節する油温調節部と、を備え、
前記制御装置は、前記油温調節部による温度調節前の第１油温を検出するための第１油温センサと、前記油温調節部による温度調節後の第２油温を検出するための第２油温センサと、前記油温調節部を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、前記内燃機関の負荷が所定の閾値より大きいときには、前記第１油温センサにより検出された第１油温に基づき前記油温調節部を制御し、前記内燃機関の負荷が前記閾値以下のときには、前記第２油温センサにより検出された第２油温に基づき前記油温調節部を制御し、
前記制御ユニットは、第１油温および第２油温が高いほど、オイルの冷却量が大きくなるように前記油温調節部を制御し、
前記制御ユニットは、同一の第１油温および第２油温について、第２油温に対応するオイル冷却量が第１油温に対応するオイル冷却量より小さくなるように、前記油温調節部を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

好ましくは、前記制御ユニットは、第１油温とオイル冷却量の関係を定めた第１マップと、第２油温とオイル冷却量の関係を定めた第２マップとを予め記憶し、第１油温に基づき前記油温調節部を制御するときには前記第１マップを参照し、第２油温に基づき前記油温調節部を制御するときには前記第２マップを参照し、
前記第２マップにおける第２油温に対応するオイル冷却量は、前記第１マップにおける、第２油温と同一の第１油温に対応するオイル冷却量より小さい。

好ましくは、前記油温調節部は、前記オイルポンプの下流側に設けられた油温調節バルブ、油温調節ギャラリおよびオイルクーラを有し、
前記油温調節バルブは、前記オイルポンプから供給されたオイルを前記油温調節ギャラリおよび前記オイルクーラに分配するように構成され、
前記油温調節ギャラリは、前記油温調節バルブから供給されたオイルと、前記オイルクーラを通過した後のオイルとを混合させ、
前記制御ユニットは、オイル冷却量を増加するとき、前記オイルクーラへのオイル分配量を増大するように前記油温調節バルブを制御する。

本発明によれば、内燃機関が低負荷運転状態となったときのオイルの過度の冷却を抑制することができる。

本発明の実施形態の構成を示す概略図である。 第１および第２油温とバイバスバルブ開度との関係を定めた第１および第２マップを示す。 油温制御ルーチンのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意すべきである。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関（エンジンともいう）に搭載された潤滑用オイル供給システムを示す。エンジンは車両用ディーゼルエンジンであり、車両はトラック等の大型車両である。しかしながら、車両およびエンジンの種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。

エンジン（便宜上、Ｅで示す）は、オイルを貯留するオイルパン１と、オイルパン１に貯留されたオイルを吸引して吐出するオイルポンプ２とを備える。オイルポンプ２は、エンジンのクランクシャフト３により回転駆動される。オイルポンプ２は周知の可変容量型オイルポンプであり、その吐出流量を可変にするための可変機構４を一体的に備える。なお可変機構４は別体で設けられてもよい。

オイルポンプ２の下流側には、バイパスバルブ５、入口ギャラリ６およびオイルクーラ７が設けられる。これらバイパスバルブ５、入口ギャラリ６およびオイルクーラ７は、オイルポンプ２から吐出されたオイルの温度を調節する油温調節部Ｂを構成する。

バイパスバルブ５は、三方電磁弁からなり、オイルポンプ２から供給されたオイルを所定の分配比で入口ギャラリ６およびオイルクーラ７に分配する。オイルクーラ７は水冷式であり、冷媒としてのエンジン冷却水が流される冷却水通路８を有する。オイルクーラ７を通過して冷却された後のオイルは入口ギャラリ６に送られ、ここで、バイパスバルブ５から供給されオイルクーラ７を通過してない未冷却のオイルと混合、合流される。これによりオイルの温度調節が実行される。バイパスバルブ５は油温調節バルブをなし、入口ギャラリ６は油温調節ギャラリをなす。

ここで、バイパスバルブ５から入口ギャラリ６に直接向かうオイルの流れをメインの流れとし、バイパスバルブ５からオイルクーラ７を経て入口ギャラリ６に向かうオイルの流れをバイパスの流れとする。また、バイパスバルブ５において、オイルポンプ２から供給されたオイルを全量入口ギャラリ６に流し、オイルクーラ７に流さないバルブ状態を全閉状態、すなわち開度＝０（％）の状態とする。他方、オイルポンプ２から供給されたオイルを全量オイルクーラ７に流し、入口ギャラリ６に流さないバルブ状態を全開状態、すなわち開度＝１００（％）の状態とする。バイパスバルブ５の開度は、０（％）から１００（％）の間で連続的に可変であり、それ故供給されたオイルを、任意の分配比で入口ギャラリ６およびオイルクーラ７に分配可能である。バイパスバルブ５の開度を増大し、オイルクーラ７へのオイル分配量を増大するほど、オイル冷却量を増大し、入口ギャラリ６における合流後のオイルの温度を低下させることができる。それ故、バイパスバルブ５の開度は、油温調節部Ｂにおけるオイル冷却量に相関する値である。

入口ギャラリ６に貯留されたオイルは、オイルフィルタ９とオーバーフローバルブ１０を通じて、メインのオイルギャラリ１１に送られる。ここでは二つのオイルフィルタ９が並列して設置されているが、その数は任意である。オーバーフローバルブ１０は、その入口側すなわち入口ギャラリ６の油圧が所定の開弁圧以上になったときに開弁するバルブであり、例えばオイルフィルタ９の閉塞時等に開弁してシステムを保護する。

オイルギャラリ１１は、例えばシリンダブロックの内部に形成された比較的大容量のオイル溜めであり、ここからエンジンの各潤滑部に向けてオイルが供給される。かかる潤滑部には、例えば吸排気動弁機構Ｌｂ１、ターボチャージャＬｂ２、ＥＧＲバルブＬｂ３が含まれる。

またエンジンには、ピストン（図示せず）に向けてオイルを噴射するオイルジェット１２も備えられており、オイルギャラリ１１からオイルジェット１２にも向かってオイルが供給される。

但し、オイルギャラリ１１とオイルジェット１２の間にはオイルジェットバルブ１３が設けられ、オイルジェットバルブ１３により、オイルギャラリ１１からオイルジェット１２へのオイルの供給、ひいてはオイルジェット１２からのオイル噴射が制御されるようになっている。

オイルジェットバルブ１３は二方電磁弁からなり、その開度が、０（％）から１００（％）の間で連続的に可変である。従ってオイルジェット１２からは任意の流量のオイルを噴射できる。オイルジェットバルブ１３の開度が１００（％）のとき、すなわちオイルジェットバルブ１３が全開状態のとき、オイルジェット１２からの噴射流量は最大となる。逆にオイルジェットバルブ１３の開度が０（％）のとき、すなわちオイルジェットバルブ１３が全閉状態のとき、オイルジェット１２からの噴射流量は最小となる。

本実施形態では、オイルジェットバルブ１３をバイパスして別のオイルフィルタ１４が設けられ、オイルジェットバルブ１３が全閉状態のときでも、極小流量のオイルがオイルギャラリ１１からオイルフィルタ１４を通じてオイルジェット１２に流れ、オイルジェット１２から常時排出されるようになっている。但しこうしたバイパスルートやオイルフィルタ１４は必須ではなく、省略も可能である。

他方、本実施形態に係る制御装置は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称す）１００と、後述するセンサ類とを備える。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、オイルポンプ２の可変機構４、バイパスバルブ５、およびオイルジェットバルブ１３を制御するように構成され、プログラムされている。

センサ類に関しては、オイルパン１内の油温を検出するための第１油温センサ２０と、オイルギャラリ１１内の油圧を検出するための油圧センサ２１と、オイルギャラリ１１内の油温を検出するための第２油温センサ２２とが設けられ、これらセンサの出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

第１油温センサ２０は、油温調節部Ｂによる温度調節前の第１油温Ｔ１を検出するためのセンサである。従って、第１油温センサ２０の設置位置はオイルパン１に限らず、変更可能であり、入口ギャラリ６の上流側かつオイルクーラ７の上流側の任意の位置に設置可能である。

第２油温センサ２２は、油温調節部Ｂによる温度調節後の第２油温Ｔ２を検出するためのセンサである。従って、第２油温センサ２２の設置位置も、オイルギャラリ１１に限らず、変更可能であり、例えば入口ギャラリ６に設置してもよいし、入口ギャラリ６の下流側の任意の位置に設置してもよい。

次に、本実施形態の制御について説明する。

従来は、エンジンの運転状態に拘わらず、油温調節部による温度調節前の油温（第１油温Ｔ１）に基づき、油温調節部を制御していた。すなわち、当該油温が高くなるにつれオイル冷却量を増大し、油温を低下させるよう、油温調節部を制御していた。

しかしこれだと、エンジンが低負荷運転状態となったとき、オイルが過度に冷却されてしまう問題がある。オイルが過度に冷却されると、オイル粘度増加による機械損失の増大、燃費悪化、および油温を再上昇させるのに必要なエネルギの無駄な消費等に繋がる虞がある。

なお、原因は必ずしも明らかでないが、従来の制御だと、エンジンが低負荷運転状態となったとき、温度調節後の油温（第２油温Ｔ２）が、温度調節前の油温（第１油温Ｔ１）と、オイルクーラ出口直後かつ合流前の油温との間でハンチングを起こし、温度調節後の油温が不安定となる問題がある。

そこで、上記問題を解決するため、本実施形態では、エンジンの運転状態に応じて、油温調節部Ｂの制御の基礎となる油温パラメータを変更する。すなわちＥＣＵ１００は、エンジンの負荷Ｌが所定の閾値Ｌｔｈより大きいときには、第１油温センサ２０により検出された第１油温Ｔ１に基づき油温調節部Ｂを制御し、エンジンの負荷Ｌが閾値Ｌｔｈ以下のときには、第２油温センサ２２により検出された第２油温Ｔ２に基づき油温調節部Ｂを制御する。

エンジン負荷Ｌは、これに相関するパラメータ、例えばアクセル開度、エンジンの燃料噴射量または目標トルクに基づき決定される。またエンジン負荷の閾値Ｌｔｈは、エンジンが低負荷運転状態であることを示す値に設定される。例えば閾値Ｌｔｈは、アクセルペダルが踏み込まれておらずエンジンが無負荷（アイドル）運転状態であるときのエンジン負荷に等しく設定される。これにより、アクセルペダルを完全に解放したエンジンの減速時およびアイドル時にはエンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈ以下と判断される。またアクセルペダルを踏み込んだときにはエンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈより大きいと判断される。

あるいは、閾値Ｌｔｈは、エンジンが無負荷（アイドル）運転状態であるときのエンジン負荷より僅かに大きい値に設定される。これにより、アクセルペダルを完全に解放してはいないが大きく戻したときのエンジン減速時や、アクセルペダルを僅かに踏み込んだエンジンの低負荷運転時にも、エンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈ以下と判断される。

なお、典型的に、車両の降坂走行時にはエンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈ以下となり、車両の登坂走行時および定常走行時にはエンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈより大となる。

次にＥＣＵ１００は、第１油温Ｔ１および第２油温Ｔ２が高いほど、オイルの冷却量が大きくなるように油温調節部Ｂを制御する。

具体的にはＥＣＵ１００は、図２に示すような、第１油温Ｔ１とバイパスバルブ開度Ｖとの関係を線Ｌ１の如く定めた第１マップ（関数でもよい。以下同様）と、第２油温Ｔ２とバイパスバルブ開度Ｖとの関係を線Ｌ２の如く定めた第２マップとを予め記憶している。なお図では便宜上、二つのマップを併記している。バイパスバルブ開度Ｖがオイル冷却量に相関するので、第１マップは、第１油温Ｔ１とオイル冷却量の関係を定めているに等しく、第２マップは、第２油温Ｔ２とオイル冷却量の関係を定めているに等しい。

そしてＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈより大きく、第１油温Ｔ１に基づき油温調節部Ｂを制御するときには、第１マップを参照し、第１油温Ｔ１に対応したバイパスバルブ開度Ｖを目標バルブ開度として求める。他方、ＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈ以下であり、第２油温Ｔ２に基づき油温調節部Ｂを制御するときには、第２マップを参照し、第２油温Ｔ２に対応したバイパスバルブ開度Ｖを目標バルブ開度として求める。

最後にＥＣＵ１００は、求めたバイパスバルブ開度Ｖに実際のバイパスバルブ開度が一致するよう、バイパスバルブ５の開度を制御する。

図２の特性線Ｌ１，Ｌ２から理解されるように、第１油温Ｔ１および第２油温Ｔ２が高いほど、バイパスバルブ開度Ｖは増大される。ここで前述したように、バイパスバルブ開度Ｖの増大は油温調節部Ｂにおけるオイル冷却量の増大を意味し、バイパスバルブ開度Ｖの減少は油温調節部Ｂにおけるオイル冷却量の減少を意味する。図示例の特性線Ｌ１，Ｌ２は単純な比例直線とされるが、これは変更可能で、曲線とされてもよい。

ここで、特性線Ｌ２は特性線Ｌ１よりバイパスバルブ開度Ｖの減少側、すなわちオイル冷却量の減少側に設定される。従って、同一の値Ｔａの第１油温Ｔ１および第２油温Ｔ２について（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔａ）、特性線Ｌ２から得られるバイパスバルブ開度Ｖ２は、特性線Ｌ１から得られるバイパスバルブ開度Ｖ１よりも小さく、オイル冷却量減少側である。よって第２マップにおける第２油温Ｔ２に対応するオイル冷却量は、第１マップにおける、第２油温Ｔ２と同一の第１油温Ｔ１に対応するオイル冷却量より小さい。

従ってエンジン負荷Ｌが、閾値Ｌｔｈより大きい値から、閾値Ｌｔｈ以下の値に変化したとき、使用マップが第１マップから第２マップに切り替わり、バイパスバルブ開度Ｖの目標値は、仮にＴ１＝Ｔ２＝Ｔａであれば、図２に実線矢印で示す如く減少する。これにより、オイル冷却量を減少し、エンジンが低負荷運転状態となったときのオイルの過度の冷却を抑制することができる。

なお通常、第２油温Ｔ２は第１油温Ｔ１より低温である。従ってエンジン負荷Ｌが上記のように変化し、基礎となる油温がある第１油温（例えばＴ１＝Ｔａ）から、それより低温の第２油温（例えばＴ２＝Ｔｂ）に低下したとき、図２に破線矢印で示すように、バイパスバルブ開度Ｖの目標値は減少する。よって上記特性線Ｌ１，Ｌ２の設定と相俟って、バイパスバルブ開度Ｖひいてはオイル冷却量を確実に減少することができる。

このように本実施形態によれば、ＥＣＵ１００が、同一の第１油温および第２油温（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔａ）について、第２油温に対応するオイル冷却量（Ｖ２）が第１油温に対応するオイル冷却量（Ｖ１）より小さくなるように、油温調節部Ｂを制御するので、エンジンが低負荷運転状態となったときのオイルの過度の冷却を抑制することができる。そしてこの過冷却に伴う種々の問題も抑制できる。また、エンジンが低負荷運転状態となったときの温度調節後油温のハンチングも抑制し、油温を安定化し、エンジンの耐久性を向上できる。

次に、図３を参照して本実施形態の油温制御ルーチンを説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈより大きいか否かを判断する。イエスの場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２に進み、第１マップを参照して、第１油温Ｔ１の検出値に対応したバイパスバルブ開度Ｖ（目標バルブ開度）を算出する。そしてＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３に進み、算出した目標バルブ開度Ｖに実際のバイパスバルブ開度が一致するよう、バイパスバルブ５の開度を制御する。

他方、ステップＳ１０１がノーの場合、すなわちエンジン負荷Ｌが閾値Ｌｔｈ以下の場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４に進み、第２マップを参照して、第２油温Ｔ２の検出値に対応したバイパスバルブ開度Ｖ（目標バルブ開度）を算出する。そしてＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３に進み、その目標バルブ開度Ｖに一致するようバイパスバルブ５の開度を制御する。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々考えられる。

（１）油温調節部Ｂの構成は変更可能である。例えば、オイルクーラ７へのバイパスルートを設けることなく、単にバイパスバルブ５、オイルクーラ７および入口ギャラリ６を上流側から直列に接続し、オイルクーラ７への冷却水流量を調節することで油温調節部Ｂのオイル冷却量を調節してもよい。

（２）他の部分の構成も変更可能である。例えばオイルフィルタ９は必ずしも図示の位置になくてもよく、省略してもよい。またオイルポンプは、クランクシャフトではなく電動モータにより駆動される電動式であってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

２ オイルポンプ
５ バイパスバルブ
６ 入口ギャラリ
７ オイルクーラ
２０ 第１油温センサ
２２ 第２油温センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｂ 油温調節部

Claims (3)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、オイルポンプと、前記オイルポンプから吐出されたオイルの温度を調節する油温調節部と、を備え、
   前記制御装置は、前記油温調節部による温度調節前の第１油温を検出するための第１油温センサと、前記油温調節部による温度調節後の第２油温を検出するための第２油温センサと、前記油温調節部を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットは、前記内燃機関の負荷が所定の閾値より大きいときには、前記第１油温センサにより検出された第１油温に基づき前記油温調節部を制御し、前記内燃機関の負荷が前記閾値以下のときには、前記第２油温センサにより検出された第２油温に基づき前記油温調節部を制御し、
   前記制御ユニットは、第１油温および第２油温が高いほど、オイルの冷却量が大きくなるように前記油温調節部を制御し、
   前記制御ユニットは、同一の値の第１油温および第２油温について、第２油温に基づき前記油温調節部を制御する際のオイル冷却量が第１油温に基づき前記油温調節部を制御する際のオイル冷却量より小さくなるように、前記油温調節部を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御ユニットは、第１油温とオイル冷却量の関係を定めた第１マップと、第２油温とオイル冷却量の関係を定めた第２マップとを予め記憶し、第１油温に基づき前記油温調節部を制御するときには前記第１マップを参照し、第２油温に基づき前記油温調節部を制御するときには前記第２マップを参照し、
   前記第２マップにおける第２油温に対応するオイル冷却量は、前記第１マップにおける、第２油温と同一の値の第１油温に対応するオイル冷却量より小さい
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記油温調節部は、前記オイルポンプの下流側に設けられた油温調節バルブ、油温調節ギャラリおよびオイルクーラを有し、
   前記油温調節バルブは、前記オイルポンプから供給されたオイルを前記油温調節ギャラリおよび前記オイルクーラに分配するように構成され、
   前記油温調節ギャラリは、前記油温調節バルブから供給されたオイルと、前記オイルクーラを通過した後のオイルとを混合させ、
   前記制御ユニットは、オイル冷却量を増加するとき、前記オイルクーラへのオイル分配量を増大するように前記油温調節バルブを制御する
   請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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