JP6962055B2 - 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。

従来の内燃機関にあっては、高回転高負荷運転時におけるピストンやシリンダの温度上昇を抑制するため、ピストンに向けてエンジンオイルを噴射するノズル状のピストンクーリングジェットを備えるものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載のものは、エンジン負荷が増大した場合、ＥＣＵは、電磁スプール弁の電磁アクチュエータへの励磁電流の供給を停止する。すると、リターンスプリングに付勢されたスプールが移動し、電磁スプール弁からのコントロール油が増量側コントロール油路を介してオイルポンプの増量側ポートに流入する。

これにより、油圧アクチュエータが可動ハウジングを左回転方向に駆動し、オイルポンプの吐出量が増大する。一方、ＰＣＪバルブでは、増量側コントロール油路からのコントロール油がコントロールポートに供給され、弁体による閉鎖が解かれて第４フィード油路が開放されてジェットノズルからエンジンオイルがピストンの下面等に向けて噴射される。このため、特許文献１に記載のものは、ピストンクーリングジェットの設置に起因する駆動損失や暖機の遅延等を抑制できる。

特開２０１３−１４２２９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、低回転高負荷時においてノッキングの発生を抑制するためピストンクーリングジェットの噴射圧力を増大させた場合、ピストンに噴射された大量のオイルの一部が燃焼室に侵入するオイル上がりが発生し、燃焼室に侵入したオイルに起因してプレイグニッションが発生しやすくなるという問題があった。

すなわち、ピストンへのオイル噴射量が十分でない場合はピストンを良好に冷却できずにノッキングが発生してしまうが、一方でオイル噴射量が多すぎる場合はプレイグニッションが発生する可能性が高まってしまう。また、オイル噴射量の適正範囲は一定ではなく、内燃機関の運転状態によって異なる。したがって、内燃機関の運転状態に応じてピストンクーリングジェットのオイル噴射量を適正量に制御し、ノッキングの抑制とプレイグニッションの抑制を両立させることが求められていた。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、ノッキングの抑制とプレイグニッションの抑制を両立することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、クランク室からピストンの下面へオイルを噴射するピストンクーリングジェットと、前記ピストンクーリングジェットに前記オイルを圧送するオイルポンプと、を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記ピストンを冷却するように、前記ピストンクーリングジェットの噴射状態および前記オイルポンプの発生する油圧を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内燃機関が過渡状態で機関負荷が所定負荷以上に上昇した場合、前記機関負荷の上昇前の前記油圧に基づいて、前記機関負荷の上昇前よりも増大させた油圧である増大後油圧と、前記増大後油圧を保持する前記内燃機関のサイクル数である保持サイクル数とを決定し、前記増大後油圧および前記保持サイクル数に従って、前記ピストンクーリングジェットの噴射状態および前記オイルポンプが発生する油圧を制御することを特徴とする。

本発明によれば、ノッキングの抑制とプレイグニッションの抑制を両立することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を示す図であり、制御装置を搭載する内燃機関および車両の構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によるＰＣＪ制御動作を説明するフローチャートである。 図３は、図２のステップＳ２の詳細を説明するフローチャートである。 図４は、図２のステップＳ３の詳細を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置により内燃機関の定常時の目標油圧を算出する際に参照される定常時目標油圧マップである。 図６は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置により内燃機関の過渡時の保持サイクル数を算出する際に参照される過渡時油圧保持時間テーブルである。 図７は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置により内燃機関の過渡時の増大後油圧を算出する際に参照される過渡時油圧テーブルである。 図８は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置により内燃機関の定常時のピストンクーリングジェットの噴射状態を決定する際に参照される定常時ＰＣＪＯＮＯＦＦマップである。 図９は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置によりＰＣＪ制御動作を実施する際の内燃機関の運転状態および制御状態の推移を示すタイミングチャートである。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、クランク室からピストンの下面へオイルを噴射するピストンクーリングジェットと、ピストンクーリングジェットにオイルを圧送するオイルポンプと、を有する内燃機関の制御装置であって、内燃機関の運転状態に基づいてピストンを冷却するように、ピストンクーリングジェットの噴射状態およびオイルポンプの発生する油圧を制御する制御部を備え、制御部は、内燃機関の機関負荷が所定負荷以上に上昇した場合、機関負荷の上昇前の油圧に基づいて、機関負荷の上昇前よりも増大させた油圧である増大後油圧と、増大後油圧を保持する内燃機関のサイクル数である保持サイクル数とを決定し、増大後油圧および保持サイクル数に従って、ピストンクーリングジェットの噴射状態およびオイルポンプが発生する油圧を制御することを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、ノッキングの抑制とプレイグニッションの抑制を両立することができる。

以下、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置について図面を用いて説明する。

図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両５０は、内燃機関６０と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０とを含んで構成されている。

内燃機関６０は、ピストン５が気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルエンジンによって構成されている。

内燃機関６０はターボ過給機３を備えており、このターボ過給機３は、コンプレッサ３Ａと、このコンプレッサ３Ａに連結されたタービン３Ｂとからなる。

内燃機関６０は、吸気通路６１Ａを形成する吸気管６１と、排気通路６２Ａを形成する排気管６２とを備えている。

吸気通路６１Ａには、上流側から順次に、エアクリーナ１と、ターボ過給機３のコンプレッサ３Ａと、インタークーラ４と、インテークマニホールド６とが配置されている。エアクリーナ１は吸気を濾過する。コンプレッサ３Ａは吸気を圧縮する。インタークーラ４は吸気を冷却する。インテークマニホールド６は吸気を各気筒の燃焼室に６４に分配する。

排気通路６２Ａには、上流側から順次に、ターボ過給機３のタービン３Ｂと、排気ガス浄化装置２４とが配置されている。タービン３Ｂは排気ガスにより回転し、回転力をコンプレッサ３Ａに伝達する。排気ガス浄化装置２４は排気を浄化する。

内燃機関６０は、インジェクタ２３を備えており、このインジェクタ２３は、高圧の燃料を燃焼室６４に噴射する。インジェクタ２３が噴射する燃料は、ガソリンまたはディーゼル燃料である。すなわち、内燃機関６０は、直噴ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンとして構成されている。

内燃機関６０は、吸気通路６１Ａにおけるコンプレッサ３Ａよりも上流側に、ＭＡＦ（Mass Air flow）センサ１０を備えている。ＭＡＦセンサ１０は、吸気通路６１Ａを通過する吸入空気の量（以下、吸気量ともいう）を検出し、検出信号をＥＣＵ７０に出力する。ＭＡＦセンサ１０は、エアフローメータまたはエアフローセンサとも呼ばれる。

内燃機関６０は、シリンダブロック６０Ａ内に油温油圧センサ１１を備えており、この油温油圧センサ１１は、オイルの油温および油圧を検出し、検出信号をＥＣＵ７０に出力する。

内燃機関６０は、シリンダブロック６０Ａ内にピストンクーリングジェット２０およびＰＣＪ制御バルブ２１を備えている。オイルポンプ１２から吐出されたオイルは、ＰＣＪ制御バルブ２１を経てピストンクーリングジェット２０に導入される。

ピストンクーリングジェット２０は、シリンダブロック６０Ａの内部に形成されたクランク室６５に設けられており、クランク室６５からピストン５の下面に向けてオイルを噴射するようになっている。ピストンクーリングジェット２０はオイルジェットとも呼ばれる。ＰＣＪ制御バルブ２１は、ピストンクーリングジェット２０からのオイル噴射のオン（噴射）またはオフ（非噴射）を制御するバルブである。

内燃機関６０は、シリンダブロック６０Ａ内にオイルポンプ１２を備えており、このオイルポンプ１２は、ピストンクーリングジェット２０および内燃機関６０の複数の潤滑対象部位にオイルを圧送する。オイルポンプ１２は、可変容量オイルポンプからなり、オイルの吐出量を変化させることで油圧を変化させる。

ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、内燃機関６０の運転状態を電気的に制御するようになっている。

ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

ＥＣＵ７０は、内燃機関６０の運転状態に基づいてピストン５を冷却するように、ピストンクーリングジェット２０の噴射状態およびオイルポンプ１２の発生する油圧を制御する。ＥＣＵ７０は、ＰＣＪ制御バルブ２１の開閉を制御することでピストンクーリングジェット２０の噴射状態を制御する。

次に、図２を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置においてＥＣＵ７０により実行されるＰＣＪ制御動作について説明する。このＰＣＪ制御動作は、所定条件の成立時に所定の保持時間、ピストンクーリングジェット２０へ供給する油圧を増大させる制御である。

図２において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１で内燃機関６０の機関負荷が所定値以上に上昇したか否かを繰り返し判別し、所定値以上に上昇した場合は、過渡前の油圧に基づいて増大後油圧を決定する（ステップＳ２）。なお、内燃機関６０の機関負荷は、例えば吸気管圧力に基づいて算出することができる。

なお、ステップＳ２における過渡前の油圧とは、機関負荷が上昇する前、すなわち過渡状態の前の定常状態のときの油圧のことである。また、増大後油圧とは、機関負荷の上昇した運転状態においてピストン５を過不足なく冷却してノッキングを抑制可能なように、増大された油圧である。

ここで、機関負荷の変動のない定常状態において、ＥＣＵ７０は、図５に示す定常時目標油圧マップを参照し、この定常時目標油圧マップに定められた油圧の目標値（目標油圧）となるよう油圧を制御するようになっている。

この定常時目標油圧マップは機関負荷（図中、エンジン負荷率と記す）とエンジン回転数との組み合わせからなる領域ごとに目標油圧を定めたものである。前述のステップＳ２では、機関負荷が上昇する前の定常状態における油圧に基づいて、増大後油圧を決定している。

また、機関負荷の変動のない定常状態において、ＥＣＵ７０は、図８に示す定常時ＰＣＪＯＮＯＦＦマップを参照し、この定常時ＰＣＪＯＮＯＦＦマップに従って、ＰＣＪ制御バルブ２１を開閉するようになっている。この定常時ＰＣＪＯＮＯＦＦマップは機関負荷（図中、エンジン負荷率と記す）とエンジン回転数との組み合わせからなる領域ごとにＰＣＪ制御バルブ２１の開弁または閉弁を定めたものである。

ステップＳ２では、図３に示すように、ＥＣＵ７０は、過渡前の油圧を取得し（ステップＳ２１）、この油圧に基づいて増大後油圧を算出する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２では、ＥＣＵ７０は、図７に示す過渡時油圧テーブルを参照し、過渡前の定常時油圧に基づいて、増大後油圧（図中、過渡時油圧と記す）を算出する。過渡時油圧テーブルにおける増大後油圧は、ノッキングの発生を抑制することを優先して大きめの油圧に設定されている。

次いで、ＥＣＵ７０は、負荷上昇率が所定上昇率以上、または内燃機関６０の運転領域がノック領域であるかを判別する（ステップＳ２３）。ＥＣＵ７０は、負荷上昇率が所定上昇率以上であること、または運転領域がノック領域であること、の何れかが成立している場合にこのステップＳ２３でＹＥＳと判別する。

ステップＳ２３の判別がＹＥＳの場合、ＥＣＵ７０は増大後油圧をプラス補正し（ステップＳ２４）、プラス補正された増大後油圧を、変更後の増大後油圧として決定する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２３の判別がＮＯの場合、ＥＣＵ７０はステップＳ２４をスキップし、ステップＳ２５を実施する。この場合、増大後油圧は変更されない。ステップＳ２５の実施後、ＥＣＵ７０は、呼び出し元プログラムである図２のフローチャートに処理を戻す。

図２に戻り、ＥＣＵ７０は、ステップＳ３で増大後油圧の保持サイクル数を決定する。ここで、保持サイクル数とは、増大後油圧によりピストンクーリングジェット２０からオイルを噴射する際の噴射時間（保持時間）を、内燃機関６０のサイクル数で表わしたものである。このサイクル数のカウント方法は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる４行程を１サイクルとしてもよいし、各行程を１サイクルとしてもよい。

ステップＳ３では、図４に示すように、ＥＣＵ７０は、過渡前の油圧を取得し（ステップＳ３１）、この油圧に基づいて保持サイクル数を算出する（ステップＳ３２）。このステップＳ３２では、ＥＣＵ７０は、図６に示す過渡時油圧保持時間テーブルを参照し、過渡前の定常時油圧に基づいて、保持サイクル数を算出する。なお、図６において保持サイクル数のことを保持時間と記している。

次いで、ＥＣＵ７０は、負荷上昇率が所定上昇率以上、または内燃機関６０の運転領域がノック領域であるかを判別する（ステップＳ３３）。ＥＣＵ７０は、負荷上昇率が所定上昇率以上であること、または運転領域がノック領域であること、の何れかが成立している場合にこのステップＳ３３でＹＥＳと判別する。

ステップＳ３３の判別がＹＥＳの場合、ＥＣＵ７０は保持サイクル数をプラス補正し（ステップＳ３４）、次いでエンジン温度情報を取得する（ステップＳ３５）。エンジン温度情報には、オイルの油温、冷却水の水温、吸気の吸気温度、等が含まれる。

ステップＳ３３の判別がＮＯの場合、ＥＣＵ７０はステップＳ３４をスキップし、ステップＳ３５を実施する。この場合、増大後油圧は変更されない。

ステップＳ３５の次に、ＥＣＵ７０は、ステップＳ３６で内燃機関６０がプレイグ発生状態であるか否かを判別する。プレイグ発生状態とは、プレイグニッションが発生しやすい状態のことである。このステップＳ３６において、ＥＣＵ７０は、油温が所定の高油温であること、水温が所定の高水温であること、または吸気温度が所定の高吸気温度であること、の何れかの条件が成立している場合にプレイグ発生状態であると判別する。

ステップＳ３６でプレイグ発生状態であると判別した場合、ＥＣＵ７０は、保持サイクル数をマイナス補正し（ステップＳ３７）、変更後の保持サイクル数を決定する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８における変更後の保持サイクル数は、ステップＳ３７でマイナス補正された保持サイクル数、または後述するステップＳ４０でマイナス補正された保持サイクル数となる。

ステップＳ３６でプレイグ発生状態ではないと判別した場合、ＥＣＵ７０は内燃機関６０が冷機状態であるか否かを判別する（ステップＳ３９）。

ステップＳ３９で冷機状態であると判別した場合、ＥＣＵ７０は、保持サイクル数をマイナス補正し（ステップＳ４０）、その後、ステップＳ３８を実施する。ステップＳ３９で冷機状態ではないと判別した場合、ＥＣＵ７０はステップＳ４０をスキップし、ステップＳ３８を実施する。この場合、保持サイクル数は変更されない。

ステップＳ３８の実施後、ＥＣＵ７０は、呼び出し元プログラムである図２のフローチャートに処理を戻す。

図２に戻り、ＥＣＵ７０は、ステップＳ４において増大後油圧でオイルポンプ１２を駆動し、ステップＳ５にいて保持サイクル数が経過したか否かを繰り返し判別し、保持サイクル数が経過した場合はステップＳ６で油圧が漸減するようオイルポンプ１２を制御する。

次に、図９を参照し、ＰＣＪ制御動作を実施する際の内燃機関６０の運転状態および制御状態の推移を説明する。

図９に示すように、初期状態のｔ０において、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ、機関負荷（図中、エンジン負荷率と記す）が２０％、ピストンクーリングジェット２０（図中、ＰＣＪと記す）が噴射停止状態、油圧が１５０ＫＰａとなっている。また、この初期状態では、ノック制御はオフである。ノック制御とは、図２のステップＳ４のように増大後油圧にまで油圧を増大させてピストン５の冷却を促進し、ノッキングの発生を抑制する制御のことである。

図９の例では、時刻ｔ０以降に機関負荷が所定負荷（２０％）以上に上昇したことを受けて、時刻ｔ１でノック制御がオンにされている。そして、この時刻ｔ１で油圧が増大後油圧としての３５０ＫＰＡに増大され、ピストンクーリングジェット２０の噴射状態が噴射に切り替えられている。

また、時刻ｔ１から保持サイクル数が経過した時刻ｔ２において、所定の保持サイクルが経過したために油圧が漸減されている。また、油圧を漸減する際に、プレイグニッションの発生しやすい状態または冷機状態であるため、油圧の減少率が大きく設定されており、図９に実線で示すように油圧が速やかに漸減している。なお、プレイグニッションの発生しやすい状態または冷機状態の何れでもない場合は、破線で示すように油圧の漸減率が大きく設定されない。

以上説明したように、本実施例では、ＥＣＵ７０は、内燃機関６０の機関負荷が所定負荷以上に上昇した場合、機関負荷の上昇前の油圧に基づいて、機関負荷の上昇前よりも増大させた油圧である増大後油圧と、増大後油圧を保持する内燃機関６０のサイクル数である保持サイクル数とを決定する。そして、ＥＣＵ７０は、決定した増大後油圧および保持サイクル数に従って、ピストンクーリングジェット２０の噴射状態およびオイルポンプ１２が発生する油圧を制御する。

これにより、機関負荷が所定負荷以上に上昇した過渡状態において、機関負荷の上昇前の油圧に応じた過不足のない増大後油圧および保持サイクル数で、ピストンクーリングジェット２０からオイルを噴射できる。

このため、十分な量のオイルによりピストン５を十分に冷却でき、機関負荷の上昇後のノッキングの発生を抑制できる。また、オイルが供給過剰となることがないため、噴射したオイルがピストン５の外周を通って燃焼室６４に侵入することによるオイル上がりを防止でき、オイル上がりに起因するプレイグニッションの発生を抑制できる。すなわち、本実施例では、増大後油圧のみではなく保持サイクル数も過不足のない適正範囲となるように制御し、オイルの供給過剰状態が長期間継続することを回避しているため、ピストン５が上死点方向に移動する際のオイルの掻き上げに起因するオイル上がりを好適に防止することができる。この結果、ノッキングの抑制とプレイグニッションの抑制を両立することができる。

また、本実施例では、ＥＣＵ７０は、内燃機関６０が機関負荷の負荷上昇率が所定上昇率以上となる過渡状態であること、または内燃機関６０がノッキングの発生しやすいノッキング状態であること、を判定している場合、増大後油圧または保持サイクル数の少なくとも一方を増加する。

これにより、過渡状態である場合またはノッキングが発生しやすい状態である場合は、増大後油圧または保持サイクル数の少なくとも一方を増加することで、内燃機関６０の冷却能力を向上させることができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。

また、本実施例では、ＥＣＵ７０は、内燃機関６０の吸気の吸気温度、冷却水の水温またはオイルの油温の少なくとも１つに基づいて、内燃機関６０がプレイグニッションの発生しやすい状態であること、または内燃機関６０が冷機状態であること、を判定している場合、保持サイクル数を減少する。

これにより、プレイグニッションの発生しやすい状態である場合は、保持サイクル数を減少することで、供給過剰のオイルによるオイル上がりをより一層低減できるので、オイル上がりに起因するプレイグニッションの発生をさらに抑制できる。また、内燃機関６０が冷機状態である場合は、保持サイクル数を減少することで、ピストン５の過冷却を防止することができる。

また、本実施例では、ＥＣＵ７０は、保持サイクル数の経過後、オイルポンプ１２の発生する油圧を増大後油圧から所定の減少率で漸減する。

また、ＥＣＵ７０は、油圧を漸減する際に、プレイグニッションの発生しやすい状態であること、または冷機状態であること、を判定している場合、油圧の減少率を大きくする。

これにより、増大後油圧を漸減しているので、ピストン温度が急激に変化することを防止でき、一時的な機関負荷が上昇する際のピストン温度の変化の遅れを考慮した冷却が可能となる。

また、内燃機関６０が冷機状態の場合は、増大後油圧まで増大した油圧を大きな減少率で速やかに減少できるので、ピストン５の過冷却を防止できる。

また、プレイグニッションの発生しやすい状態である場合は、増大後油圧まで増大した油圧を大きな減少率で速やかに減少できるので、プレイグニッションの誘発を防止できる。このため、ノッキングの抑制とプレイグニッションの抑制を両立することができる。

上述の通り、本発明の一実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

５ ピストン
１２ オイルポンプ
２０ ピストンクーリングジェット
６０ 内燃機関
６５ クランク室
７０ ＥＣＵ（制御部）

Claims (4)

1. クランク室からピストンの下面へオイルを噴射するピストンクーリングジェットと、前記ピストンクーリングジェットに前記オイルを圧送するオイルポンプと、を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記ピストンを冷却するように、前記ピストンクーリングジェットの噴射状態および前記オイルポンプの発生する油圧を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記内燃機関が過渡状態で機関負荷が所定負荷以上に上昇した場合、
   前記機関負荷の上昇前の前記油圧に基づいて、前記機関負荷の上昇前よりも増大させた油圧である増大後油圧と、前記増大後油圧を保持する前記内燃機関のサイクル数である保持サイクル数とを決定し、
   前記増大後油圧および前記保持サイクル数に従って、前記ピストンクーリングジェットの噴射状態および前記オイルポンプが発生する油圧を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記内燃機関が前記機関負荷の負荷上昇率が所定上昇率以上となる過渡状態であること、または前記内燃機関がノッキングの発生しやすいノッキング状態であること、を判定している場合、
   前記増大後油圧または前記保持サイクル数の少なくとも一方を増加することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記内燃機関の吸気の吸気温度、冷却水の水温または前記オイルの油温の少なくとも１つに基づいて、前記内燃機関がプレイグニッションの発生しやすい状態であること、または前記内燃機関が冷機状態であること、を判定している場合、
   前記保持サイクル数を減少することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記保持サイクル数の経過後、前記オイルポンプの発生する油圧を前記増大後油圧から所定の減少率で漸減し、
   前記プレイグニッションの発生しやすい状態であること、または前記冷機状態であること、を判定している場合、前記油圧の減少率を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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