WO2023223621A1 - 車載制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents
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- F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
Definitions
- the present invention relates to an on-vehicle control device installed in an automobile and a method for controlling an internal combustion engine.
- Cooling the internal combustion engine is effective in suppressing knocking.
- cooling an internal combustion engine may lead to an increase in cooling loss and friction loss. Therefore, when suppressing knocking by cooling the internal combustion engine, it is necessary to optimize the cooling amount and cooling timing based on the driving conditions of the vehicle.
- Patent Document 1 discloses a technique for controlling the temperature and cooling timing of the coolant of an internal combustion engine based on the prediction result of the future engine output (output of the internal combustion engine).
- Patent Document 1 includes a target coolant temperature determination unit that determines a target temperature of the coolant based on the predicted output of the internal combustion engine, and a target coolant temperature determination unit that determines the target temperature of the coolant based on the predicted output of the internal combustion engine.
- the change timing setting unit includes a predicted timing at which the output of the internal combustion engine switches from a low output to a high output, Alternatively, a technique is disclosed in which the timing at which the predicted output of the internal combustion engine switches from high output to low output is set as the change timing.
- a temperature response delay occurs due to the heat capacity of the internal combustion engine.
- This temperature response delay is a time delay from when the cooling mechanism starts cooling the internal combustion engine until the temperature of the internal combustion engine actually falls to the target temperature. Therefore, when the output of the internal combustion engine changes significantly over time, such as when accelerating a car, that is, under transient operating conditions, if the cooling timing is not set in consideration of the temperature response delay time, the cooling There is a risk that the knocking suppression effect will not be sufficiently obtained, or that cooling loss, friction loss, etc. will increase, and the fuel efficiency of the internal combustion engine will deteriorate.
- Patent Document 1 does not take into account the temperature response delay associated with heat capacity in cooling the internal combustion engine, and therefore, there is a risk that the fuel efficiency of the internal combustion engine may deteriorate.
- the present invention has been made in view of the above situation, and aims to provide an on-vehicle control device and an internal combustion engine control method that can effectively suppress knocking and reduce cooling loss and friction loss. purpose.
- an on-vehicle control device is an on-vehicle control device installed in a vehicle whose driving source is an internal combustion engine having a combustion chamber, the on-vehicle control device including a cooling mechanism for cooling the combustion chamber, and a cooling mechanism for cooling the combustion chamber.
- an engine output prediction unit that predicts the engine output that is the future output of the internal combustion engine
- a knock intensity prediction unit that predicts the future knock intensity based on the engine output predicted by the engine output prediction unit
- a knock intensity prediction unit that predicts the future knock intensity.
- a knock occurrence period prediction section that predicts a future knock occurrence period based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction section; and a target that sets a target cooling amount of the cooling mechanism based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction section.
- the timing for increasing the cooling amount of the combustion chamber is set to a timing that is a predetermined time earlier than the start timing of the knock occurrence period predicted by the cooling amount setting section and the knock occurrence period prediction section.
- a cooling timing setting unit that sets a timing for decreasing the cooling amount of the combustion chamber to a timing that precedes the end timing of the predicted knock occurrence period by a predetermined time, and an increase timing and a decreasing timing that are set by the cooling timing setting unit.
- a cooling amount changing section that changes the amount of cooling of the combustion chamber by the cooling mechanism based on the target cooling amount set by the target cooling amount setting section.
- a method for controlling an internal combustion engine is a method for controlling an internal combustion engine in an automobile that includes an internal combustion engine having a combustion chamber and a cooling mechanism that cools the combustion chamber.
- An engine output prediction step that predicts the engine output that is the output, a knock intensity prediction step that predicts the future knock intensity based on the engine output predicted in the engine output prediction step, and a knock predicted in the knock intensity prediction step.
- a knock occurrence period prediction step of predicting a future knock occurrence period based on the intensity a target cooling amount setting step of setting a target cooling amount of the cooling mechanism based on the knock intensity predicted in the knock intensity prediction step;
- the timing for increasing the cooling amount of the combustion chamber is set to a timing that precedes the start timing of the knock occurrence period predicted in the knock occurrence period prediction step by a predetermined time, and the knock occurrence period predicted in the knock occurrence period prediction step is set.
- a cooling time setting step sets the timing for reducing the cooling amount of the combustion chamber to a timing that is a predetermined time earlier than the end timing of and a cooling amount changing step of changing the amount of cooling of the combustion chamber by the cooling mechanism based on the set target cooling amount.
- cooling loss and friction loss can be reduced while effectively suppressing knocking.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a vehicle equipped with an on-vehicle control device according to a first embodiment
- FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine in a first embodiment
- FIG. 2 is an explanatory diagram showing a general relationship between oil pressure and oil jet flow rate in an oil jet section of a type in which a check ball is built into a fixing bolt.
- FIG. 2 is a characteristic diagram showing a general relationship between a valve opening degree and an oil jet flow rate in an oil jet section having a built-in valve mechanism.
- 1 is a block diagram showing a functional configuration of an on-vehicle control device according to a first embodiment.
- FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure for the internal combustion engine according to the first embodiment.
- FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the knock intensity during the knock risk period and the target oil pressure set by the target oil pressure setting section.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the effects of the first embodiment.
- FIG. 3 is a diagram for explaining how to obtain a step response time of piston temperature.
- FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of an on-vehicle control device according to a second embodiment.
- 7 is a flowchart showing a control procedure for an internal combustion engine according to a second embodiment.
- FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between pre-knock piston temperature and advance time of oil pressure increase in the second embodiment.
- FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of an in-vehicle control device according to a third embodiment. It is a flowchart which shows the control procedure of the internal combustion engine based on 3rd Embodiment. It is an explanatory view showing an example of the relationship between target valve opening and knock intensity of a knock risk period in a 3rd embodiment.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an automobile equipped with an on-vehicle control device according to a first embodiment.
- the automobile 100 includes a VCU (Vehicle Control Unit) 1, an ECU (Engine Control Unit) 2, a transmission 5, an accelerator opening sensor 6, a brake switch 7, and a vehicle speed sensor 8. , a crank angle sensor 10, a navigation device 11a, an on-board camera 11b, an on-board radar 11c, an internal combustion engine 13, a differential gear 19, and a variable capacity oil pump 57.
- the VCU 1 is a vehicle control device that controls the vehicle 100.
- ECU 2 is an internal combustion engine control device that controls internal combustion engine 13 .
- the transmission 5 is a mechanism for switching the gear ratio according to the rotational speed of the internal combustion engine 13.
- the accelerator opening sensor 6 is a sensor for detecting the amount of depression of the accelerator pedal, that is, the accelerator opening.
- the brake switch 7 is a sensor for detecting whether or not the brake pedal is depressed.
- the accelerator opening sensor 6 and the brake switch 7 are provided in the cabin of the automobile 100.
- Vehicle speed sensor 8 is a sensor for detecting the traveling speed of vehicle 100.
- the vehicle speed sensor 8 is provided on the drive shaft of the wheel 20.
- the crank angle sensor 10 is a sensor for detecting the rotation angle of a crankshaft included in the internal combustion engine 13.
- the crank angle sensor 10 is provided on the crankshaft of the internal combustion engine 13. Each signal output from the vehicle speed sensor 8 and the crank angle sensor 10 is taken into the VCU 1. Further, each signal output from the accelerator opening sensor 6 and the brake switch 7 is also taken into the VCU 1.
- the navigation device 11a determines the current position of the vehicle 100 by receiving GPS signals transmitted on satellite radio waves by multiple GPS (Global Positioning System) satellites located above the vehicle 100, which is driven by the internal combustion engine 13. Position.
- the current position of the vehicle 100 determined by the navigation device 11a can be displayed in a superimposed manner on a map displayed on a display device within the vehicle 100.
- the navigation device 11a may also use a base station of a mobile phone terminal, a Wi-Fi (registered trademark) access point, etc. to measure the current position.
- Information on the current position of the vehicle 100 determined by the navigation device 11a, and map information including the surrounding area where the vehicle 100 is traveling and the route to the destination are taken into the VCU 1.
- the vehicle-mounted camera 11b is a camera that acquires vehicle images, road surface images, obstacle images, traffic sign images, etc. around the automobile 100.
- the vehicle-mounted radar 11c is, for example, a laser or millimeter wave radar, and measures relative distances to stationary objects and moving objects around the vehicle 100.
- the video signal acquired by the vehicle-mounted camera 11b is taken into the VCU1.
- a measurement signal from the on-vehicle radar 11c is also taken into the VCU1.
- the internal combustion engine 13 is, for example, a three-cylinder gasoline internal combustion engine for automobiles that uses spark ignition combustion, and is an example of an internal combustion engine.
- a crank angle sensor 10 is provided on the crankshaft of the internal combustion engine 13, and the other end of the crankshaft is connected to the transmission 5. Power from internal combustion engine 13 is transmitted to wheels 20 via transmission 5 and differential gear 19.
- the VCU 1 calculates the driver's requested torque based on the output signal of the accelerator opening sensor 6. That is, the accelerator opening sensor 6 is used as a required torque detection sensor that detects the required torque to the internal combustion engine 13. Further, the VCU 1 determines whether or not there is a deceleration request from the driver based on the output signal of the brake switch 7. Further, the VCU 1 calculates the rotation speed of the internal combustion engine 13 based on the output signal of the crank angle sensor 10. Then, the VCU 1 calculates the optimum operating amount of the internal combustion engine required output based on the driver request obtained from the output signals of the above-mentioned sensors and the driving state of the automobile 100.
- the internal combustion engine required output is the engine output (target output) required of the internal combustion engine by the driver's operation.
- the driver's operation is, for example, an accelerator operation or a brake operation
- the operation amount is, for example, the operation amount of a fuel injection section, an ignition section, a throttle valve, a hydraulic pump, etc.
- the internal combustion engine required output calculated by the VCU1 is sent to the ECU2.
- the ECU 2 controls the internal combustion engine 13 based on the required internal combustion engine output sent from the VCU 1.
- the ECU 2 controls the variable displacement oil pump 57 in addition to the aforementioned fuel injection section, ignition section, and throttle valve.
- the variable capacity oil pump 57 is provided as an example of a hydraulic pump that discharges engine oil (hereinafter simply referred to as "oil”) at a predetermined pressure.
- FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the internal combustion engine in the first embodiment.
- the internal combustion engine 13 is a spark ignition four-stroke gasoline internal combustion engine.
- the internal combustion engine 13 includes a cylinder block 23, a cylinder head 24, a piston 25, an intake valve 26, and an exhaust valve 27, and a combustion chamber 28 is formed by these components.
- a spark plug 21 and an ignition coil 22 are installed in the cylinder head 24.
- Combustion air is taken into the combustion chamber 28 through the air cleaner 30, throttle valve 31, and intake port 32.
- An air flow sensor 36 is arranged between the air cleaner 30 and the throttle valve 31.
- the air flow sensor 36 is a sensor for detecting the amount of air taken into the combustion chamber 28 from the air cleaner 30 through the throttle valve 31 and the intake port 32.
- the combustion gas discharged from the combustion chamber 28, that is, the exhaust gas is discharged into the atmosphere through the exhaust port 33 and the catalytic converter 34.
- An air-fuel ratio sensor 37 is arranged upstream of the catalytic converter 34.
- the air-fuel ratio sensor 37 is a sensor for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas exhausted through the exhaust port 33. Further, fuel is supplied into the intake port 32 by a fuel injection valve 35.
- the amount of air taken into the combustion chamber 28 is detected by the ECU 2 reading the output of the air flow sensor 36. Further, inside the air flow sensor 36, a temperature sensor and a humidity sensor (not shown) are provided. The ECU 2 detects the temperature and humidity of the air taken in from the air cleaner 30 by reading the outputs of the temperature sensor and humidity sensor.
- the air-fuel ratio of the gas (exhaust gas) discharged from the combustion chamber 28 is detected by the ECU 2 reading the output of the air-fuel ratio sensor 37.
- the cylinder block 23 is provided with a knock sensor 38.
- the knock sensor 38 is a sensor for detecting knocking (hereinafter also referred to as "knock") in the combustion chamber 28 of the internal combustion engine 13.
- the ECU 2 detects the knock intensity within the combustion chamber 28 by reading the output of the knock sensor 38.
- the opening degree of the throttle valve 31, the amount and timing of fuel injection by the fuel injection valve 35, and the ignition timing by the ignition coil 22 are each changed by control values from the ECU 2.
- a water jacket 42 is provided inside the cylinder block 23. Cooling water flows into the water jacket 42 by a cooling water pump (not shown). Thereby, the cylinder block 23 is cooled. Heat from the cooling water is released into the atmosphere by a radiator (not shown).
- a water temperature sensor 41 is installed in the water jacket 42 .
- the water temperature sensor 41 is a sensor for detecting the temperature of cooling water (hereinafter also referred to as "water temperature").
- the ECU 2 detects the temperature of the cooling water by reading the output of the water temperature sensor 41.
- an oil pan 40 for storing oil is provided at the lower part of the cylinder block 23.
- An oil temperature sensor 39 is provided in the oil pan 40.
- the oil temperature sensor 39 is a sensor for detecting the temperature of oil (hereinafter referred to as "oil temperature").
- the ECU 2 detects oil temperature by reading the output of the oil temperature sensor 39.
- an oil jet section 53 is attached to the cylinder block 23.
- the oil jet section 53 cools the piston 25 by injecting oil toward the back side of the piston 25.
- the oil jet portion 53 is fastened and fixed to the mounting surface 54 of the cylinder block 23 using a fixing bolt 55 so as to avoid interference with the connecting rod 50, the crankshaft, etc.
- the amount of oil per unit time injected by the oil jet section 53 (hereinafter also referred to as "oil jet flow rate") changes depending on the oil discharge pressure of the variable capacity oil pump 57 connected to the oil jet section 53. Further, the oil jet flow rate also changes depending on the opening degree of the valve mechanism built into the oil jet section 53.
- the oil discharge pressure of the variable displacement oil pump 57 and the opening degree of the valve mechanism built into the oil jet section 53 are changed by control values sent from the ECU 2, respectively.
- the oil discharge pressure is the pressure at which the variable displacement oil pump 57 discharges oil.
- An oil supply passage 56 is provided in the cylinder block 23.
- the oil supply passage 56 is a passage for supplying oil to oil supply parts including the oil jet section 53.
- Oil stored in the oil pan 40 is pressurized by a variable capacity oil pump 57.
- the oil pressurized by the variable capacity oil pump 57 is supplied to the oil jet section 53 via the oil supply passage 56, and is also supplied to lubricated parts, hydraulically operated equipment, and the like.
- Typical structures of the oil jet section 53 include a die-cast type, a brazed two-piece type, and a brazed integral type.
- the oil jet part 53 is typically fastened and fixed to the cylinder block 23 by a fixing bolt 55 having a built-in check ball.
- the oil jet part 53 is attached to the cylinder block 23 using a general fixing bolt that does not have a built-in check ball. Fastened and fixed.
- the fixing bolt 55 that fixes the oil jet section 53 has a built-in check ball, this check ball is urged by the spring in the direction of closing the oil supply passage 56.
- the oil pressurized by the variable capacity oil pump 57 is supplied to the oil jet section 53 when the pressure of the oil in the oil supply passage 56 (main gallery), that is, the oil pressure, exceeds the set load of the spring. That is, the oil jet section 53 is configured to spontaneously inject oil when the pressure of the oil supplied to the oil supply passage 56 of the internal combustion engine 13 exceeds a predetermined value.
- the valve mechanism is, for example, a solenoid type. Then, by adjusting the opening degree of the valve mechanism using a solenoid, the injection of oil in the oil jet section 53 is stopped and the oil jet flow rate is adjusted.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing a general relationship between oil pressure and oil jet flow rate in an oil jet section of a type in which a check ball is built into a fixing bolt. As shown in FIG. 3, when the oil pressure exceeds the set load of the spring, oil injection begins, and as the oil pressure rises, the oil jet flow rate increases.
- FIG. 4 is a characteristic diagram showing a general relationship between the valve opening degree and the oil jet flow rate in an oil jet section having a built-in valve mechanism. As shown in FIG. 4, when the oil pressure is constant, the oil jet flow rate increases as the valve opening increases.
- FIG. 5 is a block diagram showing the functional configuration of the in-vehicle control device according to the first embodiment.
- the in-vehicle control device 101 includes an engine output prediction section 58, a knock intensity prediction section 59, a knock risk period prediction section 60, an oil pressure change timing setting section 61, a target oil pressure setting section 62, It includes an oil supply passage 56, a variable capacity oil pump 57, and an oil jet mechanism 530.
- the knock risk period prediction unit 60 is a part that predicts a future knock occurrence period as a knock risk period, and functions as a knock occurrence period prediction unit.
- the oil jet mechanism 530 includes the oil jet section 53 and the fixing bolt 55 described above. In the first embodiment, as an example, it is assumed that the oil jet section 53 is fixed to the cylinder block 23 by a fixing bolt 55 having a built-in check ball.
- the engine output prediction section 58 is installed in the VCU 1, and the knock intensity prediction section 59, knock risk period prediction section 60, oil pressure change timing setting section 61, and target oil pressure setting section 62 are: Installed in ECU2. Further, the variable capacity oil pump 57, the oil supply passage 56, and the oil jet mechanism 530 are installed in the internal combustion engine 13. However, the components installed in the VCU 1 and the ECU 2 are not limited to the example shown in FIG. 5.
- the engine output prediction unit 58 may be installed in the ECU 2. Further, the knock intensity prediction section 59, the knock risk period prediction section 60, the oil pressure change timing setting section 61, and the target oil pressure setting section 62 may be installed in the VCU 1.
- the engine output prediction unit 58 in the VCU 1 acquires the position information of the car 100 acquired from the navigation device 11a (see FIG. 1) that measures the current position of the car 100, traffic information related to the route to the destination, and the information installed in the car 100.
- the output of the internal combustion engine 13 in a future prediction period is predicted based on the information obtained by the vehicle-mounted camera 11b and the vehicle-mounted radar 11c, the control information of the internal combustion engine 13, and the like.
- the future prediction period is, for example, a period from now to 30 seconds ahead. It is possible to arbitrarily change how far into the future the prediction period is from now.
- the output of the internal combustion engine 13 is defined by, for example, the torque and rotational speed of the internal combustion engine 13.
- the output of the internal combustion engine 13 will also be referred to as “engine output.” Further, the torque of the internal combustion engine 13 is also referred to as “engine torque”, and the rotational speed of the internal combustion engine 13 is also referred to as “engine rotational speed”.
- the engine output prediction unit 58 predicts the engine output, which is the future output of the internal combustion engine 13. For example, when an uphill slope is predicted 10 seconds from now, the engine output prediction unit 58 increases the engine torque and high engine rotation speed to increase the output of the internal combustion engine 13 after 10 seconds. Predict as engine output. Furthermore, if a downhill slope is predicted 20 seconds from now, the engine output prediction unit 58 may reduce the engine torque and engine speed for 20 seconds in order to reduce the output of the internal combustion engine 13 after 20 seconds. Predict it as the later engine output. These combinations of engine torque and engine rotational speed are determined as, for example, the combination that provides the best fuel efficiency with respect to the expected engine output.
- the future engine output in the prediction period is determined by the engine output prediction unit 58 as time-series discrete data every 0.1 seconds, for example. Further, the above-mentioned combination that provides the best fuel efficiency is determined by, for example, a reference table or correlation formula stored in advance in the ECU 2. Further, the reference table or correlation equation is created by a calibration test of the internal combustion engine 13 and stored in the ECU 2.
- the knock intensity prediction unit 59 predicts future knock intensity based on the engine output predicted by the engine output prediction unit 58.
- the knock intensity prediction unit 59 calculates the knock intensity in the prediction period for each time-series discrete data point of the future engine output based on the future engine output in the prediction period described above.
- the knock strength is determined, for example, by referring to a map that uses future engine torque and engine rotational speed as indexes during the prediction period.
- the knock intensity prediction unit 59 predicts the future knock intensity based on the engine torque and engine rotation speed, which are the engine outputs predicted by the engine output prediction unit 58.
- the knock intensity can be accurately predicted by taking into account the difference in knock intensity at engine operating points (combination of engine torque and engine rotational speed).
- the knock risk period prediction unit 60 predicts a knock risk period, which is a future knock occurrence period, based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction unit 59.
- the knock risk period is a period during which there is a possibility that a knock will occur in the future.
- the knock risk period prediction unit 60 predicts a period in which the knock intensity predicted by the knock intensity prediction unit 59 is equal to or greater than a predetermined knock threshold value as a knock risk period (knock occurrence period). Thereby, the knock risk period can be predicted with high accuracy.
- the oil pressure change timing setting unit 61 sets the oil pressure change timing based on the knock risk period predicted by the knock risk period prediction unit 60.
- the oil pressure is the oil discharge pressure from the variable displacement oil pump 57.
- the oil pressure change timing set by the oil pressure change timing setting unit 61 includes oil pressure rise timing and oil pressure fall timing.
- the oil pressure change timing setting section 61 corresponds to an oil jet flow rate change timing setting section.
- the oil jet flow rate change timing setting section sets the oil jet flow rate change timing in the oil jet mechanism 530 to a timing that is a predetermined time earlier than the start timing of the knock risk period (future knock occurrence period) predicted by the knock risk period prediction section 60. Set at the timing of increase in flow rate. Further, the oil jet flow rate change timing setting section sets a timing that is a predetermined time period earlier than the end timing of the knock risk period predicted by the knock risk period prediction section 60 as the oil jet flow rate reduction timing in the oil jet mechanism 530. Set.
- the oil jet flow rate change timing setting section described above corresponds to the cooling timing setting section.
- the cooling timing setting section sets the timing at which the oil jet mechanism 530 as a cooling mechanism changes the amount of cooling of the internal combustion engine 13. Specifically, the cooling timing setting unit sets the cooling amount of the internal combustion engine 13 at a timing that is a predetermined time earlier than the start timing of the knock risk period (future knock occurrence period) predicted by the knock risk period prediction unit 60. Set at the increase timing of . Further, the cooling timing setting section sets a timing preceding the end timing of the knock risk period predicted by the knock risk period predicting section 60 by a predetermined time as the timing for decreasing the cooling amount of the combustion chamber 28 .
- the target oil pressure setting unit 62 sets the target oil pressure of the oil jet mechanism 530 based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction unit 59.
- the target oil pressure setting section 62 corresponds to a target oil jet flow rate setting section. Further, the target oil jet flow rate setting section corresponds to a target cooling amount setting section.
- the target oil jet flow rate setting section sets a target oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530 based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction section 59.
- the target cooling amount setting section sets a target cooling amount of the cooling mechanism based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction section 59.
- the cooling mechanism is configured by an oil jet mechanism 530.
- the cooling mechanism is a mechanism that cools the combustion chamber 28.
- the oil jet mechanism 530 is a mechanism that cools the piston 25 of the internal combustion engine 13 by injection of oil, that is, by an oil jet.
- the amount of cooling of the piston 25 of the internal combustion engine 13 corresponds to the amount of cooling of the combustion chamber 28 .
- the amount of cooling of the combustion chamber 28 is not limited to the amount of cooling of the piston 25.
- the amount of cooling of the combustion chamber 28 includes the amount of cooling of the cylinder block 23, the amount of cooling of the cylinder head 24, and the like.
- the amount of cooling of the piston 25 changes depending on the flow rate of oil injected from the oil jet section 53 of the oil jet mechanism 530, that is, the oil jet flow rate. Specifically, the amount of cooling of the piston 25 increases as the oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530 increases. Further, the oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530 increases as the oil pressure of the oil jet mechanism 530 (the pressure of the oil supplied to the oil jet section 53 by the variable displacement oil pump 57) increases. From this, the target oil pressure of the oil jet mechanism 530 corresponds to the target oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530. Further, the target oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530 corresponds to the target cooling amount of the cooling mechanism.
- the variable capacity oil pump 57 controls the oil jet based on the oil pressure change timing (hydraulic rise timing, oil pressure fall timing) set by the oil pressure change timing setting section 61 and the target oil pressure set by the target oil pressure setting section 62.
- the pressure (hydraulic pressure) of the oil sent to the mechanism 530 is changed.
- the pressure of the oil sent to the oil jet mechanism 530 changes depending on the oil discharge pressure of the variable displacement oil pump 57. Therefore, the variable displacement oil pump 57 changes the pressure of oil sent to the oil jet mechanism 530 by adjusting the oil discharge pressure.
- variable capacity oil pump 57 corresponds to an oil jet flow rate changing section.
- the oil jet flow rate change section controls the oil jet mechanism 530 based on the increase timing and decrease timing of the oil flow rate set by the oil jet flow rate change timing setting section and the target oil jet amount set by the target oil jet flow rate setting section. change the flow rate of the oil jet.
- the oil supply passage 56 is a passage for supplying oil discharged from the variable displacement oil pump 57 to the oil jet mechanism 530.
- the oil jet mechanism 530 controls the flow rate of oil according to the oil pressure. is injected toward the piston 25. Further, the oil jet mechanism 530 stops oil injection when the oil pressure is lower than the spring set load of the check ball.
- FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure (control method) for the internal combustion engine according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of the time history of predicted torque, predicted rotational speed, predicted knock strength, and target oil pressure in order to supplement the explanation of the control procedure of the internal combustion engine.
- the predicted torque and predicted rotational speed are the engine torque and engine rotational speed that are the engine output predicted by the engine output prediction unit 58.
- the predicted knock strength is the knock strength predicted by the knock strength prediction unit 59
- the prediction period is a future prediction period.
- the engine output prediction unit 58 predicts the output of the internal combustion engine 13 in a future prediction period (for example, a period from now to 30 seconds ahead), that is, the future engine output of the internal combustion engine 13 (step S1).
- the future engine output predicted by the engine output prediction unit 58 includes engine torque and period rotational speed.
- the future engine output includes, for example, the position information of the own vehicle obtained from the navigation device 11a, traffic information related to the route to the destination, altitude information, traffic information around the own vehicle obtained from the on-board camera 11b or the on-board radar 11c, It is predicted based on past driving history information, current control information of the internal combustion engine 13, etc.
- time-series data of the engine output expected when the automobile 100 travels on the predetermined route is stored in advance in the navigation device 11a as time history data.
- the time history data may be stored in the device and used to predict future engine output.
- the torque and rotational speed of the internal combustion engine 13 predicted by the engine output prediction unit 58 as described above are expressed as time-series data within the prediction period, as shown in the graph of the predicted torque and predicted rotational speed in FIG. .
- This time series data is discrete data, and the interval between each discrete data is, for example, 0.1 second.
- the time-series discrete data of the engine output predicted by the engine output prediction unit 58 is sent from the engine output prediction unit 58 to the knock intensity prediction unit 59.
- the knock intensity prediction unit 59 calculates the knock intensity in the prediction period for each time-series discrete data point of the engine output based on the engine output predicted by the engine output prediction unit 58 (step S2).
- the knock intensity is determined, for example, by referring to a map that uses the future torque and rotational speed of the internal combustion engine 13 in the prediction period as indexes.
- the map shows, for example, that the expected knock strength when the ignition timing of the internal combustion engine 13 is set to MBT (maximum torque ignition timing) is 0 (knock occurrence) for each torque and rotational speed of the internal combustion engine 13. It is stored as an index value in five stages from (none) to 4 (maximum knock strength).
- the index value of the knock intensity is determined based on the results of a test of the internal combustion engine 13 conducted in advance, the results of a simulation of the internal combustion engine 13, and the like. Furthermore, the knock strength also changes depending on physical factors other than the torque and rotational speed of the internal combustion engine 13. Therefore, if the index value of the knock intensity determined from the map is corrected in consideration of the influence of the above-mentioned physical factors, the knock intensity can be predicted more accurately. Examples of physical factors that affect knock strength include intake air temperature (intake air temperature) and humidity (intake air humidity), cooling water temperature (water temperature), oil temperature (oil temperature), intake pressure, and internal combustion engine 13.
- the index value of the knock intensity obtained from the map can be set to at least one of the following: intake air temperature, intake air humidity, water temperature, oil temperature, intake pressure, wall temperature of the internal combustion engine 13, fuel octane conversion, air-fuel ratio, and EGR rate. Correction may be made based on one.
- the wall temperature of the internal combustion engine 13 includes at least one of the wall temperature of the cylinder head 24, the wall temperature of the cylinder block 23, and the wall temperature of the piston 25.
- the knock strength tends to be higher as the intake air temperature, water temperature, oil temperature, intake pressure, wall temperature of the internal combustion engine 13, and air-fuel ratio are higher than when these are lower. Therefore, it is preferable to correct the knock intensity index value obtained from the map so that it becomes larger as these physical factors become higher. Further, the knock strength tends to be lower as the octane number of the fuel, the intake air humidity, and the EGR rate are higher than when these are lower. Therefore, it is preferable to correct the knock intensity index value obtained from the map so that it becomes smaller as these physical factors become higher. In this way, by correcting the knock intensity predicted by the knock intensity prediction unit 59 based on the above-mentioned physical factors, the knock intensity in the prediction period (future) can be predicted more accurately.
- the knock intensity for the prediction period may be determined by a correlation formula using the plurality of physical factors described above as explanatory variables or a calculated value using a physical model formula. Further, as the above-mentioned physical factor, a current factor value detected by a sensor or the like may be used. Further, the future values of the physical factors may be predicted based on the engine output predicted by the engine output prediction unit 58, and the knock intensity index value may be corrected using the future values.
- the EGR rate and intake pressure are changed by controlling the opening of the EGR valve and throttle valve of the internal combustion engine 13, as well as the opening and closing timing of the intake and exhaust valves, so the control of the internal combustion engine 13 is based on the predicted engine output.
- the control of the internal combustion engine 13 is based on the predicted engine output.
- the knock risk period prediction unit 60 predicts the knock risk period based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction unit 59 (step S3).
- the knock risk period prediction unit 60 receives the knock intensity index value as time-series discrete data from the knock intensity prediction unit 59, and predicts the knock risk period using this time-series discrete data. Further, the knock risk period prediction unit 60 predicts, for example, a section in which the knock intensity index value is 1 (predetermined knock threshold value) or more as a section in which knocking is predicted to occur in the future, that is, a knock risk section.
- the target oil pressure setting unit 62 sets a target oil pressure for the oil jet mechanism 530 based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction unit 59 (step S4).
- the target oil pressure of the oil jet mechanism 530 is set based on the knock intensity of the knock risk period predicted by the knock risk period prediction unit 60.
- FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the knock intensity during the knock risk period and the target oil pressure set by the target oil pressure setting unit 62.
- the target oil pressure setting unit 62 sets the target oil pressure such that the higher the knock intensity during the knock risk period, the higher the target oil pressure during the knock risk period.
- the target oil pressure during the knock risk period is set within the range from the spring set load of the check ball in the fixing bolt 55 to the maximum oil pressure limited by the pressure increase performance of the variable displacement oil pump 57, the pressure resistance of the internal combustion engine 13, etc. be done.
- the target oil pressure during the knock risk period is set within a range that is greater than the spring set load and less than or equal to the maximum oil pressure.
- the target oil pressure for periods other than the knock risk period is set as the base oil pressure required for driving equipment other than the oil jet section 53, for example, the variable valve mechanism, and for lubricating each part of the internal combustion engine 13.
- the base oil pressure is desirably as low as possible within a range that can cover oil-driven equipment and lubrication.
- the base oil pressure is a pressure lower than the spring set load of the check ball built into the fixing bolt 55.
- the knock intensity during the knock risk period is determined, for example, as the average value of the knock intensity index values during the knock risk period. Further, the knock intensity during the knock risk period is determined, for example, as the maximum value of the knock intensity index values during the knock risk period.
- the oil pressure change timing setting unit 61 sets the timing for changing the oil pressure of the oil jet mechanism 530 determined by the oil discharge pressure of the variable displacement oil pump 57, that is, the oil pressure change timing (Tr, Td) (step S5 ).
- the oil pressure change timing setting unit 61 sets oil pressure rise timing Tr and oil pressure fall timing Td as oil pressure change timing.
- the oil pressure reduction timing Td is set as the timing obtained by subtracting a predetermined time ⁇ t from the end timing te of the knock risk period, as shown in equation (5) below.
- Td te- ⁇ t...(5) That is, the oil pressure change timing setting unit 61 sets the period from when the oil pressure is increased to when it is decreased as a period that precedes the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the ECU 2 sets the oil pressure change timing (Tr, Td) set by the oil pressure change timing setting section 61 in step S4 and the target oil pressure of the oil jet mechanism 530 set by the target oil pressure setting section 62 in step S5.
- Each is sent to the variable capacity oil pump 57 as a hydraulic control value (step S6).
- the oil discharge pressure of the variable displacement oil pump 57 reaches the target oil pressure during the knock risk period during the period from time Tr, which is the oil pressure increase timing, to time Td, which is the oil pressure decrease timing. It is controlled by the ECU 2 so that Further, the variable displacement oil pump 57 is controlled by the ECU 2 so that the oil discharge pressure of the variable displacement oil pump 57 becomes the base oil pressure before time Tr or after time Td.
- FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining the effects of the first embodiment, in which FIG. 9A shows a change in engine output over time, FIG. 9B shows a change in knock strength over time, and FIG. 9C shows a change in oil pressure over time. It shows changes over time. Further, FIG. 9D shows the change in piston temperature over time, FIG. 9E shows the ignition timing, and FIG. 9F shows the net fuel efficiency improvement rate according to the first embodiment. Further, in FIG. 9B, the period during which the knock intensity is equal to or greater than a predetermined value is defined as the knock risk period. In addition, in FIGS. 9C, 9D, and 9E, the case of the first embodiment is shown by a solid line, and the comparative form is shown by a broken line.
- the oil pressure rise timing is the same timing as the start timing of the knock risk period (timing when the engine output switches from low output to high output), and the oil pressure fall timing is the same timing as the end of the knock risk period.
- the timing is the same as the timing (timing when engine output switches from high output to low output).
- the oil pressure rise timing is a timing that precedes the knock risk period start timing by a predetermined time ⁇ t
- the oil pressure reduction timing is a timing that precedes the knock risk period start timing.
- the timing is set to be ahead by a predetermined time ⁇ t. In this way, when the timing of increasing the oil pressure is advanced by the predetermined time ⁇ t than the start timing of the knock risk period, the timing of increasing the oil jet flow rate also precedes the start timing of the knock risk period by the predetermined time ⁇ t.
- the oil jet flow rate reduction timing also precedes the end timing of the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the amount of cooling of the piston 25 by the oil jet mechanism 530 increases before the temperature of the piston 25 begins to rise due to the start of knocking (improvement of engine output). Therefore, overheating of the piston 25 at the beginning of the knock risk period can be suppressed.
- the ignition timing can be advanced compared to the comparative embodiment.
- the ignition timing is advanced, the combustion period is advanced accordingly, and the amount of heat generated by the internal combustion engine 13 during the expansion stroke is relatively reduced. Furthermore, when the amount of heat generated by the internal combustion engine 13 decreases, the temperature of the exhaust gas decreases. Therefore, by advancing the ignition timing as described above, exhaust loss can be reduced.
- the amount of cooling of the piston 25 by the oil jet mechanism 530 decreases before the knock ends (before the engine output decreases). Therefore, overcooling of the piston 25 after the knock risk period can be suppressed. As a result, after the knock risk period (after the engine output decreases), cooling loss can be reduced compared to the comparative embodiment. Moreover, since overcooling of the piston is suppressed, an increase in oil viscosity is suppressed, and therefore, friction loss occurring at the piston sliding portion can be reduced.
- the oil pressure increases prior to the start of the knock risk period, so before the start of the knock risk period, the net fuel efficiency is deteriorated compared to the comparative embodiment due to an increase in oil pump drive loss.
- the oil pressure decreases before the end of the knock risk period, so before the end of the knock risk period, the net fuel efficiency is improved compared to the comparative embodiment due to the reduction in oil pump drive loss. do. Therefore, in the first embodiment, the deterioration in fuel efficiency (increase in pump drive loss) before the start of the knock risk period is offset by the improvement in fuel economy (reduction in pump drive loss) before the end of the knock risk period. No deterioration in net fuel efficiency occurs.
- the predetermined time ⁇ t is a time that defines how much the oil pressure increase timing Tr is to be advanced with respect to the start timing ts of the knock risk period. Further, the predetermined time ⁇ t is also a time that defines how much the oil pressure reduction timing Td is to be advanced with respect to the end timing te of the knock risk period. It is desirable that this predetermined time ⁇ t be the step response time ⁇ of the piston temperature of the internal combustion engine 13. In other words, it is preferable that ⁇ t ⁇ be satisfied. The reason is as follows.
- the piston 25 will be excessively cooled from before the knock risk period to the beginning of the knock risk period, and the cooling loss will increase. Furthermore, if the predetermined time ⁇ t is made significantly larger than the step response time ⁇ of the piston temperature, the cooling of the piston 25 before the end of the knock risk period is insufficient and the amount of ignition retard increases.
- the predetermined time ⁇ t is made significantly smaller than the step response time ⁇ of the piston temperature, the cooling of the piston 25 at the beginning of the knock risk period will be insufficient and the ignition retard amount will increase. Furthermore, if the predetermined time ⁇ t is significantly smaller than the step response time ⁇ of the piston temperature, the piston 25 will be cooled excessively before the end of the knock risk period, and the cooling loss will increase.
- the predetermined time ⁇ t is the step response time ⁇ of the piston temperature
- overheating or overcooling of the piston before and after the start of the knock risk period and before and after the end of the knock risk period is suppressed. Therefore, if the predetermined time ⁇ t is the step response time ⁇ of the piston temperature, the occurrence of knocking can be effectively suppressed, and cooling loss and friction loss can be reduced.
- the step response time ⁇ of the piston temperature for determining the predetermined time ⁇ t is obtained by solving the one-dimensional heat conduction equation shown in the following formula [Equation 1].
- T is the temperature of the piston (K)
- x is the distance in the piston thickness direction (m)
- ⁇ is the density of the piston (Kg/m 3 )
- C is the specific heat of the piston (J/kg ⁇ K)
- ⁇ is the thermal conductivity of the piston (W/m ⁇ K).
- FIG. 10 is a diagram for explaining how to obtain the step response time of the piston temperature, in which FIG. 10A shows a model for piston temperature analysis, and FIG. 10B shows the analysis results of the temperature distribution inside the piston.
- the piston is modeled as a homogeneous solid having a thickness d (mm) and an initial temperature TL, as shown in FIG. 10A. This model assumes that the piston reciprocates in the left-right direction in FIG. 10A.
- the temperature of the piston wall (piston crown surface) located on the combustion chamber side is TH
- the temperature of the piston wall on the crank side is the same as the initial temperature TL (however, TH>TL).
- the step response time ⁇ of the piston temperature is determined by solving the above equation [Equation 1] for the temperature change inside the piston when TH and TL are defined as described above.
- FIG. 10B is an analysis result of the temperature distribution inside the piston in the piston thickness direction.
- ⁇ which is the time required from the start of the analysis until reaching the linear equilibrium temperature distribution, is determined as the step response time of the piston temperature.
- the present inventor assumed the piston 25 of the internal combustion engine 13 that is currently in circulation, and determined the step response time ⁇ of the piston temperature using the above method.
- the step response time ⁇ of the piston temperature can range from time t1 (ms) to time t2 (ms) defined by the following equations (1), (2), and (3). found.
- the predetermined time ⁇ t be determined by the step response time ⁇ of the piston temperature. Therefore, it is desirable that the predetermined time ⁇ t be within the range from time t1 to time t2 defined by the above equations (1) to (3).
- ⁇ tr and ⁇ td are not necessarily the same. It doesn't have to be.
- ⁇ tr and ⁇ td may be set to different values depending on the distribution of predicted knock intensity within the knock risk period. For example, if the knock intensity at the beginning of the knock risk period is significantly larger than the knock intensity at the latter half of the knock risk period, by setting ⁇ tr> ⁇ td and advancing the timing of increasing the amount of piston cooling by the oil jet mechanism 530.
- FIG. 11 is a block diagram showing the functional configuration of the on-vehicle control device according to the second embodiment.
- the in-vehicle control device 102 differs from the first embodiment described above (FIG. 5) in that a piston temperature prediction section 63 is added, and the other components are the same as in the first embodiment. The same is true for the form.
- the piston temperature prediction section 63 calculates the piston temperature (hereinafter also referred to as "pre-knock piston temperature") before the start timing of the knock risk period (future knock occurrence period) predicted by the knock risk period prediction section 60. Predict. Further, the piston temperature prediction unit 63 predicts the pre-knock piston temperature based on the engine output (engine torque and engine rotational speed in the prediction period) etc. predicted by the engine output prediction unit 58.
- the oil pressure change timing setting section 61 which functions as an oil jet flow rate change timing setting section, sets the oil pressure rise timing and oil pressure drop timing based on the predicted knock risk period and the predicted piston temperature as described above. Set the timing for each.
- the oil pressure change timing setting unit 61 determines whether the piston temperature predicted by the piston temperature prediction unit 63 is lower than a predetermined temperature, or if the piston temperature predicted by the piston temperature prediction unit 63 is higher than a predetermined temperature. The oil pressure rise timing is delayed compared to . Replacing this with the oil jet flow rate change timing setting section, when the piston temperature predicted by the piston temperature prediction section 63 is lower than a predetermined temperature, the oil jet flow rate change timing setting section The increase timing of the oil jet flow rate is delayed compared to when the piston temperature predicted by is higher than the predetermined temperature.
- piston temperature prediction unit 63 predicts the pre-knock piston temperature based not only on the predicted engine output, but also on the water temperature and oil temperature during the prediction period, or the engine output, water temperature, and oil temperature before the prediction period, for example. You may.
- FIG. 12 is a flowchart showing a control procedure (control method) for an internal combustion engine according to the second embodiment.
- steps S1 to S4 and step S6 are the same as steps S1 to SS4 and step S6 in the internal combustion engine control procedure according to the first embodiment described above, so the explanation will be omitted here. Omitted.
- step S7 the piston temperature prediction unit 63 predicts the pre-knock piston temperature Tp.
- “before knock” refers to any one timing from the present to the start timing of the knock risk period.
- “before knock” refers to a timing that is later than the current time (current point) and is before the start timing of the knock risk period. For example, before knocking is the same timing as the start timing of the knock risk period, or the timing 5 seconds before the start timing of the knock risk period.
- the pre-knock piston temperature Tp is determined by physical analysis using explanatory variables such as the future engine output in the prediction period, the current water temperature or oil temperature, the control information of the internal combustion engine 13, or the output history of the internal combustion engine 13 from the past to the present. Predicted using model formulas, correlation formulas, map references, etc.
- the oil pressure change timing setting unit 61 compares the piston temperature Tp predicted by the piston temperature prediction unit 63 as described above with a predetermined temperature threshold Tc (for example, 100° C.) (step S8). In this comparison result, if the predicted piston temperature Tp is higher than the temperature threshold Tc, the oil pressure change timing setting unit 61 changes the oil pressure increase timing Tr to the start timing of the knock risk period, similarly to the first embodiment described above.
- the timing is set as a timing obtained by subtracting a predetermined time ⁇ t from ts
- the oil pressure drop timing Td is set as a timing obtained by subtracting a predetermined time ⁇ t from the end timing te of the knock risk period (step S5).
- the oil pressure change timing setting unit 61 sets the oil pressure rise timing Tr and the oil pressure fall timing Td as follows (step S9).
- the predetermined time ⁇ t' is shorter than the above-described predetermined time ⁇ t.
- the oil pressure drop timing Td is set as a timing obtained by subtracting a predetermined time ⁇ t from the end timing te of the knock risk period, as shown in equation (5) above.
- the oil pressure rise timing Tr is delayed compared to when the pre-knock piston temperature is higher than the temperature threshold. This differs from the internal combustion engine control procedure according to the first embodiment.
- the reached temperature caused by piston overheating due to a delayed temperature response of the piston is lower when the pre-knock piston temperature is sufficiently low than when the pre-knock piston temperature is high. Therefore, if the pre-knock piston temperature is sufficiently low (for example, lower than 100°C), the time from the oil pressure rise timing to the start of the knock risk period is shorter than the step response time ⁇ of the piston temperature. Even if this occurs, an increase in the amount of ignition retardation at the beginning of the knock risk period is suppressed.
- the oil pressure rise timing Tr is delayed compared to when the pre-knock piston temperature is higher than the temperature threshold.
- the period during which the hydraulic pressure is made high is shorter than when the pre-knock piston temperature is higher than the temperature threshold. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to reduce the work required to increase the pressure of oil by the oil pump (work to rotate the inner rotor of the pump), that is, the loss due to the work of driving the oil pump. Furthermore, before the knock risk period, the amount of cooling by the oil jet is suppressed, so both cooling loss and friction loss can be reduced.
- the amount of cooling by the oil jet is the amount of heat removed from the piston by the oil jet.
- FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the pre-knock piston temperature and the advance time of oil pressure rise in the second embodiment.
- FIG. 13 shows an example of the relationship between the pre-knock piston temperature Tp and the predetermined time ⁇ t' when the predetermined time ⁇ t' is changed in accordance with the pre-knock piston temperature Tp.
- the piston superheat temperature at the beginning of the knock risk period decreases as the pre-knock piston temperature Tp decreases. Therefore, as shown in FIG. 13, by decreasing the pre-knock piston temperature Tp for the predetermined time ⁇ t', the drive loss, cooling loss, and friction loss of the oil pump can be further reduced. . Furthermore, if the pre-knock piston temperature Tp is very low, the predetermined time ⁇ t' may be set to a negative value, and the oil pressure increase timing may be set after the start of the knock risk period.
- the piston cooling by the oil jet can be controlled.
- the timing can be finely set according to the state of the internal combustion engine 13. Therefore, the drive loss, cooling loss, and friction loss of the oil pump can be further reduced without causing an increase in the amount of ignition retardation due to knock.
- FIG. 14 is a block diagram showing the functional configuration of an on-vehicle control device according to a third embodiment.
- the on-vehicle control device 103 includes an engine output prediction section 58, a knock intensity prediction section 59, a knock risk period prediction section 60, a valve opening change timing setting section 61b, and a target valve opening setting. section 62b, a valve opening degree changing section 64, an oil jet mechanism 530b, and a hydraulic pump 57b.
- the oil jet mechanism 530b includes an oil jet section 53b.
- the oil jet section 53b cools the piston 25 of the internal combustion engine 13 by injecting oil (oil jet). Further, the oil jet section 53b injects oil supplied from the hydraulic pump 57b via the oil supply passage 56 toward the piston 25 at a flow rate according to the opening degree of a valve mechanism built in the oil jet section 53b. .
- the engine output prediction section 58 the knock intensity prediction section 59, the knock risk period prediction section 60, and the oil supply passage 56 are the same as in the first embodiment. Therefore, the explanation will be omitted.
- a valve mechanism (not shown) is built into the oil jet section 53b of the oil jet mechanism 530b. Therefore, the oil jet flow rate, which is the flow rate of oil injected by the oil jet portion 53b, changes depending on the opening degree of the valve mechanism.
- the hydraulic pump 57b is constituted by a constant capacity oil pump. In this embodiment, the oil pressure (hydraulic) determined by the discharge pressure of the hydraulic pump 57b is constant.
- the valve opening change timing setting section 61b sets the change timing for changing the opening degree (valve opening degree) of the valve mechanism built in the oil jet section 53b.
- the valve opening change timing setting unit 61b sets the valve opening timing of the valve mechanism and the valve closing timing of the valve mechanism, respectively, based on the knock risk period predicted as described above. Specifically, the valve opening degree change timing setting section 61b sets the opening timing of the valve mechanism at a timing that precedes the start timing of the knock risk period (knock occurrence period) predicted by the knock risk period prediction section 60 by a predetermined time. Set to valve timing.
- valve opening degree change timing setting unit 61b sets the valve closing timing of the valve mechanism to a timing that precedes the end timing of the knock risk period predicted by the knock risk period prediction unit 60 by a predetermined time.
- This valve opening degree change timing setting section 61b corresponds to an oil jet flow rate change timing setting section.
- the target valve opening setting section 62b sets the target valve opening of the valve mechanism based on the knock intensity predicted by the knock intensity prediction section 59.
- the target valve opening degree setting section 62b corresponds to a target oil jet flow rate setting section.
- the valve opening degree changing section 64 is based on the valve opening timing and the valve closing timing set by the valve opening degree change timing setting section 61b and the target valve opening degree set by the target valve opening degree setting section 62b. , changing the opening degree of the valve mechanism.
- the valve opening degree changing section 64 changes the opening degree of the valve mechanism using a solenoid (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 06-042346).
- the valve opening degree changing section 64 corresponds to an oil jet flow rate changing section.
- FIG. 15 is a flowchart showing a control procedure (control method) for an internal combustion engine according to the third embodiment.
- steps S1 to S3 are the same as steps S1 to S3 in the control procedure for the internal combustion engine according to the first embodiment described above, so the description thereof will be omitted here.
- step S4b after step S3, the target valve opening setting section 62b sets a target valve opening of the valve mechanism in the oil jet section 53b based on the predicted knock strength in step S2.
- FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the target valve opening degree and the knock intensity during the knock risk period in the third embodiment. As shown in FIG. 16, the target valve opening setting section 62b sets the target valve opening such that the higher the knock intensity during the knock risk period, the larger the target valve opening. However, the target valve opening degree is set to be less than or equal to the maximum bubble opening degree of the valve mechanism built in the oil jet section 53b.
- the valve opening change timing setting unit 61b sets the timing for changing the oil jet flow rate in the oil jet mechanism 530b, that is, the opening change timing (Top, Tcl) of the valve mechanism (step S5b).
- the valve opening degree change timing setting unit 61b sets the valve opening timing Top of the valve mechanism and the valve closing timing Tcl of the valve mechanism as the opening degree change timing of the valve mechanism.
- the valve opening timing Top is set as the timing obtained by subtracting a predetermined time ⁇ t from the start timing ts of the knock risk period, as shown in equation (7) below.
- valve closing timing Tcl is set as the timing obtained by subtracting a predetermined time ⁇ t from the end timing te of the knock risk period, as shown in equation (8) below.
- Tcl te ⁇ t (8) That is, the valve opening degree change timing setting unit 61b sets the period from when the valve mechanism opens to when the valve closes as a period that precedes the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the ECU 2 selects the target valve opening set by the target valve opening setting section 62b in step S4b and the opening change timing (Top) of the valve mechanism set by the valve opening change timing setting section 61b in step S5b. , Tcl) are respectively sent to the valve opening degree changing section 64 as valve opening degree control values (step S6b).
- the valve opening degree changing unit 64 changes the valve opening degree of the valve mechanism so that the opening degree of the valve mechanism becomes the target valve opening degree during the period from time Top to time Tcl.
- the valve opening degree changing unit 64 opens the valve mechanism so that the opening degree of the valve mechanism becomes zero (or the maximum opening degree at which oil injection stops or less) before time Top or after time Tcl. change the degree.
- the valve opening timing Top of the valve mechanism precedes the start timing ts of the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530b increases when the valve mechanism of the oil jet section 53b opens. Therefore, the timing of increasing the oil jet flow rate precedes the start timing of the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the amount of cooling of the piston 25 by the oil jet mechanism 530b increases before the piston temperature begins to rise due to the start of knocking. Therefore, overheating of the piston 25 at the beginning of the knock risk period can be suppressed.
- the ignition timing can be advanced compared to the above-described comparative embodiment. Therefore, exhaust loss can be reduced.
- the valve closing timing Tcl of the valve mechanism precedes the end timing te of the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the oil jet flow rate of the oil jet mechanism 530b is reduced by closing the valve mechanism of the oil jet section 53b. Therefore, the oil jet flow rate reduction timing precedes the end timing of the knock risk period by a predetermined time ⁇ t.
- the piston 25 forming the combustion chamber 28 is cooled by an oil jet in order to suppress knocking.
- the mechanism is not limited to the oil jet mechanism (530, 530b) that generates an oil jet.
- the cooling mechanism may include a cooling water pump that flows cooling water into the water jacket 42. In that case, it is conceivable that the ECU 2 controls the temperature of the cooling water to cool the cylinder block 23 and the cylinder head 24.
- the present invention is also applicable to the case where the combustion chamber 28 is cooled by cooling water as described above.
- the cooling water pump as an electric water pump and increasing the circulation flow rate of the cooling water determined by the discharge flow rate of the electric water pump, the amount of cooling of the combustion chamber 28 by the cooling water can be increased and knock suppression can be achieved. Can be done. Therefore, the timing of increase/decrease in the discharge flow rate of the electric water pump is adjusted so that the increase period (period from the start to the end of the increase) of the circulating flow rate of the cooling water precedes the predicted knock risk period by a predetermined period of time. By controlling this, it is possible to obtain the same effect as the cooling by the oil jet shown in the embodiment described above.
- the predetermined period of time during which the period of increase in the circulation flow rate of the cooling water precedes the knock risk period is set to a step response time of the cylinder temperature determined by the heat capacity of the cylinder block 23 and the like and the cooling water system.
- the parameters for increasing or decreasing the amount of cooling of the combustion chamber 28 are not limited to the oil jet flow rate or the circulating flow rate of cooling water, but may also include, for example, the radiator fan rotation speed (cooling air volume), the amount of oil flowing to the oil cooler, etc. Conceivable.
- the future knock intensity is predicted based on the prediction result of the future engine output
- the knock risk period which is the future knock occurrence period
- the timing of increasing and decreasing the amount of cooling of the combustion chamber 28 is advanced by a predetermined period of time relative to the starting timing and ending timing of the knock risk period, respectively.
- a large discrepancy occurs between the prediction results of future engine output and knock occurrence period and the actual engine output and knock occurrence period during the prediction period. there is a possibility.
- the knock risk period is a period predicted based on the predicted knock intensity, if the predicted knock risk period greatly deviates from the actual knock occurrence period, the internal combustion engine 1 Damage to the engine, deterioration in drivability (noise and vibration of the internal combustion engine 13), deterioration in fuel efficiency, etc. may occur.
- the internal combustion engine control device is configured to detect when the engine output predicted by the engine output prediction unit 58 deviates from the actual engine output by more than an allowable value, or during the knock risk period.
- a mode is considered in which the control method of the internal combustion engine 13 is switched from predictive control to normal control when the knock risk period (knock occurrence period) predicted by the prediction unit 60 deviates from the actual knock occurrence period by more than a permissible value. It will be done.
- the predictive control includes changing the amount of cooling of the combustion chamber 28 based on the prediction results of the engine output prediction unit 58, the engine output prediction unit 58, the knock risk period prediction unit 60, etc.
- This is a method for controlling the internal combustion engine 13.
- normal control changes the amount of cooling of the combustion chamber 28 based on the actual engine output, the actual amount of ignition timing retardation, or the actual knock intensity detected by a knock sensor, etc. , is a method for controlling the internal combustion engine 13.
- the main body that changes the cooling amount of the combustion chamber 28 is an oil jet flow rate changing section (variable capacity oil pump 57, valve opening degree changing section 64) that functions as a cooling amount changing section, or a cooling amount changing section.
- the ECU 2 sets the cooling amount based on the predicted engine output.
- the increase and decrease of the cooling amount at the increase timing and decrease timing of is stopped, and the control method of the internal combustion engine 13 is switched from predictive control to normal control.
- the internal combustion engine 13 is controlled by normal control instead of predictive control.
- the ECU 2 When the control method switches from predictive control to normal control as described above, the ECU 2 outputs the actual engine output during the prediction period, the actual ignition timing retard amount, or the actual knock intensity detected by a knock sensor, etc. Based on this, the internal combustion engine 13 is controlled to change the amount of cooling of the combustion chamber 28 (discharge pressure of the variable displacement oil pump 57, opening degree of the valve mechanism, discharge flow rate of the electric water pump, etc.).
- the control method for the internal combustion engine 13 may be switched in a case other than when the difference between the predicted engine output and the actual engine output becomes a predetermined value or more.
- the cooling amount changing unit changes the ignition retard amount to a predetermined value (ignition retard amount) before the timing of increasing the cooling amount of the combustion chamber 28 that is set based on the predicted engine output. or when the knock intensity detected by a knock sensor etc. exceeds a predetermined intensity, or at least one of water temperature, oil temperature, internal combustion engine wall temperature, and intake air temperature. If one exceeds a predetermined temperature, the increase in the cooling amount of the combustion chamber 28 is stopped at the timing of increasing the cooling amount of the combustion chamber 28 set based on the predicted engine output, and the control method for the internal combustion engine 13 is changed. Switch from predictive control to normal control. As a result, if the prediction is incorrect, the internal combustion engine 13 is controlled by normal control instead of predictive control.
- the ignition retard amount exceeds a predetermined value at the timing of decreasing the cooling amount of the combustion chamber 28, which is set based on the predicted engine output, or if it is detected by a knock sensor, etc.
- the knock strength exceeds a predetermined strength, or when at least one of the cooling water temperature, oil temperature, internal combustion engine wall temperature, and intake air temperature exceeds a predetermined temperature.
- the reduction in the cooling amount of the combustion chamber 28 is stopped at the timing for reducing the cooling amount of the combustion chamber 28 that is set based on the predicted engine output, and the control method for the internal combustion engine 13 is switched from predictive control to normal control. As a result, if the prediction is incorrect, the internal combustion engine 13 is controlled by normal control instead of predictive control.
- VCU 1... VCU, 2... ECU, 13... Internal combustion engine, 25... Piston, 28... Combustion chamber, 53... Oil jet section, 57... Variable capacity oil pump (oil jet flow rate changing section), 58... Engine output prediction section, 59 ... Knock intensity prediction section, 60... Knock risk period prediction section (knock occurrence period prediction section), 61... Oil pressure change timing setting section (oil jet flow rate change timing setting section), 61b...
- Valve opening change timing setting section (oil jet Flow rate change timing setting section), 62...Target oil pressure setting section (target oil jet flow rate setting section), 62b...Target valve opening setting section (target oil jet flow rate setting section), 63...Piston temperature prediction section, 64...Valve opening Degree change unit (oil jet flow rate change unit), 100...Automobile, 101, 102, 103...Vehicle control device, 530...Oil jet mechanism (cooling mechanism)
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Abstract
車載制御装置は、予測されたノック発生期間の開始タイミングよりも先行したタイミングを燃焼室の冷却量の増加タイミングに設定すると共に、予測されたノック発生期間の終了タイミングよりも先行したタイミングを燃焼室の冷却量の減少タイミングに設定する冷却時期設定部と、設定された増加タイミング及び減少タイミングと目標冷却量設定部によって設定された目標冷却量とに基づいて、冷却機構による燃焼室の冷却量を変更する冷却量変更部と、を備える。
Description
本発明は、自動車に搭載される車載制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。
年々強化される自動車の燃費規制に対応するために、内燃機関の小型化、過給化、高圧縮比化を推進する技術が採用されている。これらの技術を採用すると、内燃機関の負荷率が高くなったり、燃焼室内の圧力及び温度が高くなったりする。このため、自動車の燃費規制に対応する場合は、ノッキングの発生が課題となっている。
ノッキングを抑制するには内燃機関を冷却することが効果的である。一方で、内燃機関の冷却は、冷却損失やフリクション損失の増大を招くおそれがある。このため、内燃機関の冷却によってノッキングを抑制する場合は、自動車の運転条件に対して冷却量や冷却タイミングを最適化する必要がある。
そこで、特許文献1には、将来の機関出力(内燃機関の出力)の予測結果に基づいて内燃機関の冷却液の温度と冷却タイミングを制御する技術が開示されている。より具体的に記述すると、特許文献1には、予測された内燃機関の出力に基づいて、冷却液の目標温度を決定する目標冷却液温度決定部と、予測された内燃機関の出力に基づいて、冷却液の温度を目標温度に変更する変更タイミングを設定する変更タイミング設定部とを備える制御装置に関して、変更タイミング設定部は、予測された内燃機関の出力が低出力から高出力に切り替わるタイミング、又は予測された内燃機関の出力が高出力から低出力に切り替わるタイミングを、上記変更タイミングとして設定する技術が開示されている。
内燃機関を冷却すると、内燃機関の熱容量に伴う温度応答遅れが発生する。この温度応答遅れは、冷却機構による内燃機関の冷却動作が始まってから、実際に内燃機関の温度が目標温度に低下するまでの時間的な遅れである。したがって、例えば自動車を加速するときなどのように内燃機関の出力が経時的に大きく変化する場合、すなわち過渡運転条件においては、温度応答遅れの時間を考慮して冷却タイミングを設定しないと、冷却によるノッキング抑制効果が充分に得られなかったり、冷却損失やフリクション損失などが増加したりして、内燃機関の燃費が悪化するおそれがある。
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、内燃機関の冷却において熱容量に伴う温度応答遅れに対する考慮がなされていないため、内燃機関の燃費が悪化するおそれがある。
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、ノッキングを効果的に抑制しつつ、冷却損失やフリクション損失を低減することができる車載制御装置および内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様の車載制御装置は、燃焼室を有する内燃機関を駆動源とする自動車に搭載される車載制御装置であって、燃焼室を冷却する冷却機構と、内燃機関の将来の出力である機関出力を予測する機関出力予測部と、機関出力予測部によって予測された機関出力に基づいて、将来のノック強度を予測するノック強度予測部と、ノック強度予測部によって予測されたノック強度に基づいて、将来のノック発生期間を予測するノック発生期間予測部と、ノック強度予測部によって予測されたノック強度に基づいて、冷却機構の目標冷却量を設定する目標冷却量設定部と、ノック発生期間予測部によって予測されたノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを燃焼室の冷却量の増加タイミングに設定すると共に、ノック発生期間予測部によって予測されたノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを燃焼室の冷却量の減少タイミングに設定する冷却時期設定部と、冷却時期設定部によって設定された増加タイミング及び減少タイミングと目標冷却量設定部によって設定された目標冷却量とに基づいて、冷却機構による燃焼室の冷却量を変更する冷却量変更部と、を備える。
また、本発明の一態様の内燃機関の制御方法は、燃焼室を有する内燃機関と、燃焼室を冷却する冷却機構と、を備える自動車における内燃機関の制御方法であって、内燃機関の将来の出力である機関出力を予測する機関出力予測ステップと、機関出力予測ステップで予測された機関出力に基づいて、将来のノック強度を予測するノック強度予測ステップと、ノック強度予測ステップで予測されたノック強度に基づいて、将来のノック発生期間を予測するノック発生期間予測ステップと、ノック強度予測ステップで予測されたノック強度に基づいて、冷却機構の目標冷却量を設定する目標冷却量設定ステップと、ノック発生期間予測ステップで予測されたノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを燃焼室の冷却量の増加タイミングに設定すると共に、ノック発生期間予測ステップで予測されたノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを燃焼室の冷却量の減少タイミングに設定する冷却時期設定ステップと、冷却時期設定ステップで設定された増加タイミング及び減少タイミングと目標冷却量設定ステップで設定された目標冷却量とに基づいて、冷却機構による燃焼室の冷却量を変更する冷却量変更ステップと、を含む。
本発明の少なくとも一態様によれば、ノッキングを効果的に抑制しつつ、冷却損失やフリクション損失を低減することができる。
以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び添付図面において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る車載制御装置が搭載される自動車の例を示す概略構成図である。
図1に示すように、自動車100は、VCU(Vehicle Control Unit)1と、ECU(Engine Control Unit)2と、変速機5と、アクセル開度センサ6と、ブレーキスイッチ7と、自動車速度センサ8と、クランク角センサ10と、ナビゲーション装置11aと、車載カメラ11bと、車載レーダ11cと、内燃機関13と、ディファレンシャルギア19と、可変容量オイルポンプ57と、を備えている。
図1は、第1実施形態に係る車載制御装置が搭載される自動車の例を示す概略構成図である。
図1に示すように、自動車100は、VCU(Vehicle Control Unit)1と、ECU(Engine Control Unit)2と、変速機5と、アクセル開度センサ6と、ブレーキスイッチ7と、自動車速度センサ8と、クランク角センサ10と、ナビゲーション装置11aと、車載カメラ11bと、車載レーダ11cと、内燃機関13と、ディファレンシャルギア19と、可変容量オイルポンプ57と、を備えている。
VCU1は、自動車100を制御する自動車制御装置である。ECU2は、内燃機関13を制御する内燃機関制御装置である。変速機5は、内燃機関13の回転速度に応じて変速比を切り替えるための機構である。アクセル開度センサ6は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出するためのセンサである。ブレーキスイッチ7は、ブレーキペダルが踏みこまれているか否かを検出するためのセンサである。アクセル開度センサ6及びブレーキスイッチ7は、自動車100のキャビン内に設けられる。自動車速度センサ8は、自動車100の走行速度を検出するためのセンサである。自動車速度センサ8は、車輪20の駆動軸に備えられている。クランク角センサ10は、内燃機関13が備えるクランク軸の回転角度を検出するためのセンサである。クランク角センサ10は、内燃機関13のクランク軸に備えられている。自動車速度センサ8及びクランク角センサ10から出力される各信号は、VCU1に取り込まれる。また、アクセル開度センサ6及びブレーキスイッチ7から出力される各信号も、VCU1に取り込まれる。
ナビゲーション装置11aは、内燃機関13を駆動源とする自動車100の上空にある複数のGPS(Global Positioning System)衛星が衛星電波に乗せて発信したGPS信号を受信することにより、自動車100の現在位置を測位する。ナビゲーション装置11aが測位した自動車100の現在位置は、自動車100内の表示装置に表示された地図に重畳して表示することが可能である。ナビゲーション装置11aによる現在位置の測位には、携帯電話端末の基地局やWi-Fi(登録商標)のアクセスポイント等も併用されることがある。ナビゲーション装置11aが測位した自動車100の現在位置の情報、及び自動車100が走行する周辺及び目的地までの経路を含む地図情報は、VCU1に取り込まれる。
車載カメラ11bは、自動車100の周囲の車両映像、路面映像、障害物映像、交通標識映像などを取得するカメラである。車載レーダ11cは、例えばレーザーやミリ波レーダであり、自動車100の周辺の静止物体及び移動物体までの相対距離を計測する。車載カメラ11bが取得した映像信号は、VCU1に取り込まれる。また、車載レーダ11cの計測信号も、VCU1に取り込まれる。
内燃機関13は、例えば、火花点火式燃焼を用いる自動車用の3気筒ガソリン内燃機関であり、内燃機関の一例である。内燃機関13のクランク軸には、クランク角センサ10が備えられ、クランク軸の他端は、変速機5に接続されている。内燃機関13の動力は、変速機5及びディファレンシャルギア19を介して車輪20へと伝えられる。
VCU1は、アクセル開度センサ6の出力信号に基づいて、ドライバの要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ6は、内燃機関13への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、VCU1は、ブレーキスイッチ7の出力信号に基づいて、ドライバの減速要求の有無を判断する。また、VCU1は、クランク角センサ10の出力信号に基づいて、内燃機関13の回転速度を演算する。そして、VCU1は、上述した各センサの出力信号から得られるドライバ要求、及び自動車100の運転状態に基づいて、内燃機関要求出力の最適な動作量を演算する。内燃機関要求出力は、ドライバの操作によって内燃機関に要求される機関出力(目標出力)である。また、ドライバの操作は、例えばアクセル操作やブレーキ操作などであり、動作量は、例えば、燃料噴射部、点火部、スロットルバルブ、油圧ポンプなどの動作量である。
VCU1で演算された内燃機関要求出力は、ECU2に送られる。ECU2は、VCU1から送られた内燃機関要求出力に基づいて、内燃機関13を制御する。具体的には、ECU2は、前述した燃料噴射部、点火部、スロットルバルブに加えて、可変容量オイルポンプ57を制御する。可変容量オイルポンプ57は、エンジンオイル(以下、単に「オイル」という。)を所定の圧力で吐出する油圧ポンプの一例として設けられている。
次に、第1実施形態における内燃機関の構成について図2を参照して説明する。
図2は、第1実施形態における内燃機関の概略構成図である。
図2において、内燃機関13は、火花点火式4サイクルガソリン内燃機関である。内燃機関13は、シリンダブロック23と、シリンダヘッド24と、ピストン25と、吸気弁26と、排気弁27とを備え、これらの構成要素によって燃焼室28が形成されている。
図2は、第1実施形態における内燃機関の概略構成図である。
図2において、内燃機関13は、火花点火式4サイクルガソリン内燃機関である。内燃機関13は、シリンダブロック23と、シリンダヘッド24と、ピストン25と、吸気弁26と、排気弁27とを備え、これらの構成要素によって燃焼室28が形成されている。
シリンダヘッド24には、点火プラグ21及び点火コイル22が設置されている。燃焼用の空気は、エアクリーナ30、スロットルバルブ31、及び吸気ポート32を通って、燃焼室28内に取り込まれる。エアクリーナ30とスロットルバルブ31との間には、エアフローセンサ36が配置されている。エアフローセンサ36は、エアクリーナ30からスロットルバルブ31及び吸気ポート32を通じて燃焼室28に取り込まれる空気の量を検出するためのセンサである。
一方、燃焼室28から排出される燃焼後のガス、すなわち排気ガスは、排気ポート33及び触媒コンバータ34を通って大気中に排出される。触媒コンバータ34の上流側には空燃比センサ37が配置されている。空燃比センサ37は、排気ポート33を通じて排気される排気ガスの空燃比を検出するためのセンサである。また、燃料は、燃料噴射弁35によって吸気ポート32内に供給される。
燃焼室28に取り込まれる空気の量は、エアフローセンサ36の出力をECU2が読み取ることによって検出される。また、エアフローセンサ36内には、図示しない温度センサや湿度センサが併設されている。ECU2は、温度センサ及び湿度センサの各出力を読み取ることで、エアクリーナ30から吸入する空気の温度と湿度を検出する。
一方、燃焼室28から排出されたガス(排気ガス)の空燃比は、空燃比センサ37の出力をECU2が読み取ることによって検出される。また、シリンダブロック23にはノックセンサ38が設けられている。ノックセンサ38は、内燃機関13の燃焼室28におけるノッキング(以下、「ノック」ともいう。)を検出するためのセンサである。ECU2は、ノックセンサ38の出力を読み取ることで、燃焼室28内のノック強さを検出する。
スロットルバルブ31の開度、燃料噴射弁35による燃料の噴射量と噴射タイミング、点火コイル22による点火タイミングは、それぞれECU2からの制御値によって変更される。
シリンダブロック23内には水ジャケット42が設けられている。水ジャケット42には、図示しない冷却水ポンプによって冷却水が流れる。これにより、シリンダブロック23が冷却される。冷却水の熱は、図示しないラジエータによって大気中に放出される。水ジャケット42には水温センサ41が設置されている。水温センサ41は、冷却水の温度(以下、「水温」ともいう。)を検出するためのセンサである。ECU2は、水温センサ41の出力を読み取ることで、冷却水の温度を検出する。
一方、シリンダブロック23の下部には、オイルを貯留するオイルパン40が設けられている。オイルパン40には油温センサ39が設けられている。油温センサ39は、オイルの温度(以下、「油温」という。)を検出するためのセンサである。ECU2は、油温センサ39の出力を読み取ることで、油温を検出する。
また、シリンダブロック23には、オイルジェット部53が取り付けられている。オイルジェット部53は、ピストン25の裏面側へ向けてオイルを噴射することで、ピストン25を冷却する。オイルジェット部53は、コネクティングロッド50やクランクシャフト等との干渉を避けるように、シリンダブロック23の取付面54に固定ボルト55を用いて締結され固定されている。
オイルジェット部53が噴射する単位時間あたりのオイル量(以下、「オイルジェット流量」ともいう。)は、オイルジェット部53に接続された可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧に応じて変化する。また、オイルジェット流量は、オイルジェット部53に内蔵されたバルブ機構の開度によっても変化する。可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧、及び、オイルジェット部53に内蔵されたバルブ機構の開度は、それぞれECU2から送出される制御値によって変更される。オイル吐出圧は、可変容量オイルポンプ57がオイルを吐出する圧力である。
シリンダブロック23にはオイル供給通路56が設けられている。オイル供給通路56は、オイルジェット部53を含めたオイル供給部位へオイルを供給するための通路である。オイルパン40に貯留されているオイルは、可変容量オイルポンプ57によって加圧される。可変容量オイルポンプ57によって加圧されたオイルは、オイル供給通路56を介してオイルジェット部53に供給されるほか、潤滑部位や油圧作動機器等などにも供給される。
オイルジェット部53の代表的な構造としては、ダイキャスト型、ろう付け2ピース型、及びろう付け一体型が挙げられる。オイルジェット部53の構造がダイキャスト型又はろう付け2ピース型である場合、典型的には、チェックボールを内蔵した固定ボルト55によってオイルジェット部53がシリンダブロック23に締結固定される。また、オイルジェット部53の構造がろう付け一体型であって、バルブ機構を内蔵している場合には、チェックボールを内蔵していない一般的な固定ボルトによってオイルジェット部53がシリンダブロック23に締結固定される。
ここで、オイルジェット部53を固定する固定ボルト55がチェックボールを内蔵している場合、このチェックボールは、スプリングによりオイル供給通路56を塞ぐ方向に付勢される。可変容量オイルポンプ57によって加圧されたオイルは、オイル供給通路56(メインギャラリー)内のオイルの圧力、すなわち油圧がスプリングのセット荷重を上回ることにより、オイルジェット部53へと供給される。つまり、オイルジェット部53は、内燃機関13のオイル供給通路56へ供給されるオイルの圧力が所定値以上になると、自発的にオイルを噴射するように構成されている。
一方、オイルジェット部53がバルブ機構を内蔵している場合は、例えばバルブ機構をソレノイド式とする。そして、バルブ機構の開度をソレノイドによって調整することにより、オイルジェット部53におけるオイルの噴射を停止したり、オイルジェット流量を調整したりする。
図3は、固定ボルトにチェックボールを内蔵したタイプのオイルジェット部において、油圧とオイルジェット流量との一般的な関係を示す説明図である。
図3に示すように、油圧がスプリングのセット荷重を上回ると、オイルの噴射が始まり、さらに油圧の上昇と共にオイルジェット流量が増加する。
図3に示すように、油圧がスプリングのセット荷重を上回ると、オイルの噴射が始まり、さらに油圧の上昇と共にオイルジェット流量が増加する。
図4は、バルブ機構を内蔵したタイプのオイルジェット部において、バルブ開度とオイルジェット流量との一般的な関係を示す特性図である。
図4に示すように、油圧が一定の場合は、バルブ開度が大きくなるに従ってオイルジェット流量が増加する。
図4に示すように、油圧が一定の場合は、バルブ開度が大きくなるに従ってオイルジェット流量が増加する。
図5は、第1実施形態に係る車載制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図5に示すように、車載制御装置101は、機関出力予測部58と、ノック強度予測部59と、ノックリスク期間予測部60と、油圧変更タイミング設定部61と、目標油圧設定部62と、オイル供給通路56と、可変容量オイルポンプ57と、オイルジェット機構530と、を備えている。ノックリスク期間予測部60は、将来のノック発生期間をノックリスク期間として予測する部分であり、ノック発生期間予測部として機能する。オイルジェット機構530は、前述したオイルジェット部53及び固定ボルト55を備えた構成になっている。第1実施形態においては、一例として、オイルジェット部53は、チェックボールを内蔵した固定ボルト55によってシリンダブロック23に固定されているものとする。
図5に示すように、車載制御装置101は、機関出力予測部58と、ノック強度予測部59と、ノックリスク期間予測部60と、油圧変更タイミング設定部61と、目標油圧設定部62と、オイル供給通路56と、可変容量オイルポンプ57と、オイルジェット機構530と、を備えている。ノックリスク期間予測部60は、将来のノック発生期間をノックリスク期間として予測する部分であり、ノック発生期間予測部として機能する。オイルジェット機構530は、前述したオイルジェット部53及び固定ボルト55を備えた構成になっている。第1実施形態においては、一例として、オイルジェット部53は、チェックボールを内蔵した固定ボルト55によってシリンダブロック23に固定されているものとする。
前述した車載制御装置101の構成要素のうち、機関出力予測部58はVCU1に搭載され、ノック強度予測部59、ノックリスク期間予測部60、油圧変更タイミング設定部61及び目標油圧設定部62は、ECU2に搭載される。また、可変容量オイルポンプ57、オイル供給通路56及びオイルジェット機構530は、内燃機関13に搭載される。ただし、VCU1及びECU2に搭載する構成要素は、図5に示す例に限定されない。例えば、機関出力予測部58をECU2に搭載しても良い。また、ノック強度予測部59、ノックリスク期間予測部60、油圧変更タイミング設定部61及び目標油圧設定部62をVCU1に搭載してもよい。
VCU1内の機関出力予測部58は、自動車100の現在位置を測位するナビゲーション装置11a(図1参照)から取得した自動車100の位置情報、及び目的地までの経路に関わる交通情報、自動車100に搭載された車載カメラ11bや車載レーダ11cによって得られる情報、及び内燃機関13の制御情報などに基づいて、将来の予測期間における、内燃機関13の出力を予測する。将来の予測期間は、例えば現在から30秒先までの期間である。現在からどのくらい先までを予測期間とするかについては任意に変更可能である。内燃機関13の出力は、例えば内燃機関13のトルクと回転速度によって規定される。以降の説明では、内燃機関13の出力を「機関出力」ともいう。また、内燃機関13のトルクを「機関トルク」ともいい、内燃機関13の回転速度を「機関回転速度」ともいう。
機関出力予測部58は、内燃機関13の将来の出力である機関出力を予測する。機関出力予測部58は、例えば現在から10秒後に上り坂が予測される場合には、内燃機関13の10秒後の出力を高めるべく、高い機関トルクと高い機関回転速度を、10秒後の機関出力として予測する。また、機関出力予測部58は、例えば現在から20秒後に下り坂が予測される場合には、内燃機関13の20秒後の出力を下げるべく、低い機関トルクと低い機関回転速度を、20秒後の機関出力として予測する。これら機関トルクと機関回転速度の組み合わせは、予想される機関出力に対して、例えば最も燃費効率が良くなる組み合わせとして求められる。予測期間における将来の機関出力は、機関出力予測部58において、例えば0.1秒毎の時系列離散データとして求められる。また、上述した最も燃費効率が良くなる組み合わせは、例えばECU2内に予め記憶された参照テーブルもしくは相関式によって求められる。また、参照テーブルもしくは相関式は、内燃機関13のキャリブレーション試験によって作成され、ECU2内に記憶される。
ノック強度予測部59は、機関出力予測部58によって予測された機関出力に基づいて、将来のノック強度を予測する。ノック強度予測部59は、前述した予測期間における将来の機関出力に基づいて、将来の機関出力の時系列離散データ点毎に、予測期間におけるノック強度を求める。ここで、ノック強度は、例えば、予測期間における将来の機関トルクと機関回転速度をインデックスとするマップを参照することによって求められる。言い換えると、ノック強度予測部59は、機関出力予測部58によって予測された機関出力である機関トルク及び機関回転速度に基づいて、将来のノック強度を予測する。これにより、機関運転点(機関トルクと機関回転速度の組み合わせ)におけるノック強度の違いを考慮して、ノック強度を精度良く予測することができる。
ノックリスク期間予測部60は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、将来のノック発生期間であるノックリスク期間を予測する。ノックリスク期間は、将来ノックが発生するおそれがある期間である。ノックリスク期間予測部60は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度が所定のノック閾値以上である期間をノックリスク期間(ノック発生期間)と予測する。これにより、ノックリスク期間を精度良く予測することができる。
油圧変更タイミング設定部61は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間に基づいて、油圧の変更タイミングを設定する。油圧は、可変容量オイルポンプ57によるオイルの吐出圧である。油圧変更タイミング設定部61によって設定される油圧の変更タイミングには、油圧の上昇タイミングと、油圧の低下タイミングとが含まれる。油圧変更タイミング設定部61は、オイルジェット流量変更時期設定部に相当する。オイルジェット流量変更時期設定部は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間(将来のノック発生期間)の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを、オイルジェット機構530におけるオイルジェット流量の増加タイミングに設定する。また、オイルジェット流量変更時期設定部は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを、オイルジェット機構530におけるオイルジェット流量の減少タイミングに設定する。
上述したオイルジェット流量変更時期設定部は、冷却時期設定部に相当する。冷却時期設定部は、冷却機構としてのオイルジェット機構530が内燃機関13の冷却量を変更する時期を設定する。具体的には、冷却時期設定部は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間(将来のノック発生期間)の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを内燃機関13の冷却量の増加タイミングに設定する。また、冷却時期設定部は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを燃焼室28の冷却量の減少タイミングに設定する。
目標油圧設定部62は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、オイルジェット機構530の目標油圧を設定する。目標油圧設定部62は、目標オイルジェット流量設定部に相当する。また、目標オイルジェット流量設定部は、目標冷却量設定部に相当する。目標オイルジェット流量設定部は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、オイルジェット機構530の目標オイルジェット流量を設定する。目標冷却量設定部は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、冷却機構の目標冷却量を設定する。
本実施形態においては、一例として、冷却機構がオイルジェット機構530によって構成されている。冷却機構は、燃焼室28を冷却する機構である。オイルジェット機構530は、内燃機関13のピストン25をオイルの噴射、すなわちオイルジェットによって冷却する機構である。内燃機関13のピストン25の冷却量は、燃焼室28の冷却量に相当する。ただし、燃焼室28の冷却量は、ピストン25の冷却量に限定されない。例えば、燃焼室28の冷却量には、シリンダブロック23の冷却量、シリンダヘッド24の冷却量なども含まれる。
ピストン25の冷却量は、オイルジェット機構530のオイルジェット部53から噴射されるオイルの流量、すなわちオイルジェット流量に応じて変化する。具体的には、ピストン25の冷却量は、オイルジェット機構530のオイルジェット流量が多くなるほど多くなる。また、オイルジェット機構530のオイルジェット流量は、オイルジェット機構530の油圧(可変容量オイルポンプ57によってオイルジェット部53に供給されるオイルの圧力)が高くなるほど多くなる。このことから、オイルジェット機構530の目標油圧は、オイルジェット機構530の目標オイルジェット流量に相当する。また、オイルジェット機構530の目標オイルジェット流量は、冷却機構の目標冷却量に相当する。
可変容量オイルポンプ57は、油圧変更タイミング設定部61によって設定された油圧変更タイミング(油圧の上昇タイミング、油圧の低下タイミング)と目標油圧設定部62によって設定された目標油圧とに基づいて、オイルジェット機構530へ送出するオイルの圧力(油圧)を変更する。オイルジェット機構530へ送出するオイルの圧力は、可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧に応じて変化する。このため、可変容量オイルポンプ57は、オイル吐出圧を調整することにより、オイルジェット機構530へ送出するオイルの圧力を変更する。
本実施形態において、可変容量オイルポンプ57は、オイルジェット流量変更部に相当する。オイルジェット流量変更部は、オイルジェット流量変更時期設定部によって設定されたオイル流量の増加タイミング及び減少タイミングと目標オイルジェット流量設定部によって設定された目標オイルジェット量とに基づいて、オイルジェット機構530によるオイルジェットの流量を変更する。
オイル供給通路56は、可変容量オイルポンプ57から吐出されるオイルをオイルジェット機構530に供給するための通路である。オイルジェット機構530は、オイル供給通路56を介して可変容量オイルポンプ57から供給されたオイルの圧力(油圧)が固定ボルト内チェックボールのスプリングセット荷重を上回った場合に、油圧に応じた流量のオイルをピストン25に向けて噴射する。また、オイルジェット機構530は、オイルの圧力がチェックボールのスプリングセット荷重よりも小さい場合は、オイルの噴射を停止する。
続いて、第1実施形態に係る内燃機関の制御方法について図6から図8を参照して説明する。
図6は、第1実施形態に係る内燃機関の制御手順(制御方法)を示すフローチャートである。また、図7は、内燃機関の制御手順の説明を補足するために、予測トルク、予測回転速度、予測ノック強度、目標油圧の時間履歴の例を示す図である。図7において、予測トルク及び予測回転速度は、機関出力予測部58によって予測された機関出力である機関トルク及び機関回転数である。また、予測ノック強度は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度であり、予測期間は、将来の予測期間である。
図6は、第1実施形態に係る内燃機関の制御手順(制御方法)を示すフローチャートである。また、図7は、内燃機関の制御手順の説明を補足するために、予測トルク、予測回転速度、予測ノック強度、目標油圧の時間履歴の例を示す図である。図7において、予測トルク及び予測回転速度は、機関出力予測部58によって予測された機関出力である機関トルク及び機関回転数である。また、予測ノック強度は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度であり、予測期間は、将来の予測期間である。
まず、機関出力予測部58は、将来の予測期間(例えば現在から30秒先までの期間)における内燃機関13の出力、すなわち内燃機関13の将来の機関出力を予測する(ステップS1)。機関出力予測部58が予測する将来の機関出力には、機関トルクと期間回転速度とが含まれる。将来の機関出力は、例えばナビゲーション装置11aから取得した自車の位置情報、及び目的地に至る経路に関わる交通情報、高度情報、車載カメラ11bや車載レーダ11cから取得した自車周囲の交通情報、過去の走行履歴情報、内燃機関13の現在の制御情報などに基づいて予測される。
また、定められた経路を自動車100が走行する場合には、例えば、定められた経路を自動車100が走行するときに想定される機関出力の時系列データを時間履歴データとして予めナビゲーション装置11aの記憶装置に記憶しておき、その時間履歴データを使用して将来の機関出力を予測してもよい。
また、定められた経路を自動車100が走行する場合には、例えば、定められた経路を自動車100が走行するときに想定される機関出力の時系列データを時間履歴データとして予めナビゲーション装置11aの記憶装置に記憶しておき、その時間履歴データを使用して将来の機関出力を予測してもよい。
上述のように機関出力予測部58によって予測された内燃機関13のトルクと回転速度は、図7の予測トルクと予測回転速度のグラフに示すように、予測期間内の時系列データで表される。この時系列データは離散データであり、各離散データの間隔は、例えば0.1秒である。機関出力予測部58によって予測された機関出力の時系列離散データは、機関出力予測部58からノック強度予測部59に送出される。
次に、ノック強度予測部59は、機関出力予測部58によって予測された機関出力に基づいて、機関出力の時系列離散データ点毎に、予測期間におけるノック強度を求める(ステップS2)。ノック強度は、例えば、予測期間における将来の内燃機関13のトルクと回転速度をインデックスとするマップを参照することによって求められる。その場合、マップには、例えば、内燃機関13の点火時期をMBT(トルク最大点火時期)に設定した場合に予想されるノック強度が、内燃機関13のトルクと回転速度毎に、0(ノック発生無し)から4(ノック強度最大)までの5段階の指標値として格納される。
ノック強度の指標値は、予め実施した内燃機関13の試験の結果や、内燃機関13のシミュレーションの結果などに基づいて決定される。また、ノック強度は、内燃機関13のトルクと回転速度以外の物理因子によっても変化する。このため、マップから求めたノック強度の指標値を、上記物理因子の影響を考慮して補正すると、より正確にノック強度を予測できる。ノック強度に影響を与える物理因子としては、例えば、吸入空気の温度(吸気温度)及び湿度(吸気湿度)、冷却水の温度(水温)、オイルの温度(油温)、吸気圧、内燃機関13の壁温、燃料のオクタン価、空燃比、EGR(排ガス再循環)率などが挙げられる。このため、マップから求めたノック強度の指標値を、吸気温度、吸気湿度、水温、油温、吸気圧、内燃機関13の壁温、燃料のオクタン化、空燃比、EGR率のうち少なくともいずれか1つに基づいて補正しても良い。内燃機関13の壁温には、シリンダヘッド24の壁温、シリンダブロック23の壁温、及び、ピストン25の壁温のうち少なくともいずれか1つが含まれる。
具体的には、ノック強度は、吸気温度、水温、油温、吸気圧、内燃機関13の壁温、空燃比が高いほど、これらが低い場合に比べて、高くなる傾向がある。このため、これらの物理因子が高くなるほど、マップから求めたノック強度の指標値を大きくなるように補正するのが良い。また、ノック強度は、燃料のオクタン価、吸気湿度、EGR率が高いほど、これらが低い場合に比べて、低くなる傾向がある。このため、これらの物理因子が高くなるほど、マップから求めたノック強度の指標値を小さくなるように補正するのが良い。
このように、ノック強度予測部59によって予測されるノック強度を上記物理因子に基づいて補正することにより、予測期間(将来)のノック強度をより正確に予測することができる。
このように、ノック強度予測部59によって予測されるノック強度を上記物理因子に基づいて補正することにより、予測期間(将来)のノック強度をより正確に予測することができる。
予測期間のノック強度は、前述したマップを参照する方法以外にも、前述した複数の物理因子を説明変数とする相関式や、物理モデル式による計算値によって求めてもよい。また、前述した物理因子としては、センサなどによって検出された現在の因子値を用いても良い。さらに、機関出力予測部58によって予測された機関出力に基づいて、上記物理因子の将来値を予測し、その将来値を用いて、ノック強度の指標値を補正してもよい。特にEGR率や吸気圧は、内燃機関13のEGRバルブやスロットルバルブの開度、さらには吸排気弁の開閉タイミングなどの制御によって変更されるため、予測された機関出力から、内燃機関13の制御状態を推定し、予測期間内のEGR率や吸気圧の変化を予測すると、ノック強度の予測精度をより高めることができる。
次に、ノックリスク期間予測部60は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、ノックリスク期間を予測する(ステップS3)。その場合、ノックリスク期間予測部60は、ノック強度予測部59からノック強度の指標値を時系列離散データとして受け取り、この時系列離散データを用いてノックリスク期間を予測する。また、ノックリスク期間予測部60は、例えばノック強度の指標値が1(所定のノック閾値)以上である区間を、将来的にノックの発生が予測される区間、すなわちノックリスク区間と予測する。
次に、目標油圧設定部62は、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、オイルジェット機構530の目標油圧を設定する(ステップS4)。オイルジェット機構530の目標油圧は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間のノック強度に基づいて設定される。
図8は、ノックリスク期間のノック強度と目標油圧設定部62によって設定される目標油圧との関係の一例を示す説明図である。
図8に示すように、目標油圧設定部62は、ノックリスク期間のノック強度が高いほど、ノックリスク期間の目標油圧が高くなるように、目標油圧を設定する。ただし、ノックリスク期間の目標油圧は、固定ボルト55内のチェックボールのスプリングセット荷重から、可変容量オイルポンプ57の昇圧性能や内燃機関13の耐圧性などで制限される最大油圧までの範囲内で設定される。つまり、ノックリスク期間の目標油圧は、スプリングセット荷重超、最大油圧以下の範囲内で設定される。また、ノックリスク期間以外の目標油圧は、オイルジェット部53以外の機器、例えば可変動弁機構の駆動や、内燃機関13の各部の潤滑に必要なベース油圧とする。内燃機関13を制御する場合は、可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧をベース油圧以上に設定する必要がある。また、ベース油圧は、可変容量オイルポンプ57の駆動力による内燃機関13の燃費悪化を防ぐため、オイル駆動機器や潤滑を賄える範囲でできるだけ低いことが望ましい。一般にベース油圧は、固定ボルト55に内蔵されたチェックボールのスプリングセット荷重よりも低い圧力である。
図8に示すように、目標油圧設定部62は、ノックリスク期間のノック強度が高いほど、ノックリスク期間の目標油圧が高くなるように、目標油圧を設定する。ただし、ノックリスク期間の目標油圧は、固定ボルト55内のチェックボールのスプリングセット荷重から、可変容量オイルポンプ57の昇圧性能や内燃機関13の耐圧性などで制限される最大油圧までの範囲内で設定される。つまり、ノックリスク期間の目標油圧は、スプリングセット荷重超、最大油圧以下の範囲内で設定される。また、ノックリスク期間以外の目標油圧は、オイルジェット部53以外の機器、例えば可変動弁機構の駆動や、内燃機関13の各部の潤滑に必要なベース油圧とする。内燃機関13を制御する場合は、可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧をベース油圧以上に設定する必要がある。また、ベース油圧は、可変容量オイルポンプ57の駆動力による内燃機関13の燃費悪化を防ぐため、オイル駆動機器や潤滑を賄える範囲でできるだけ低いことが望ましい。一般にベース油圧は、固定ボルト55に内蔵されたチェックボールのスプリングセット荷重よりも低い圧力である。
ノックリスク期間のノック強度は、例えばノックリスク期間におけるノック強度の指標値の平均値として求められる。また、ノックリスク期間のノック強度は、例えばノックリスク期間におけるノック強度の指標値の最大値として求められる。
次に、油圧変更タイミング設定部61は、可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧によって決まるオイルジェット機構530の油圧を変更するためのタイミング、すなわち油圧変更タイミング(Tr,Td)を設定する(ステップS5)。油圧変更タイミング設定部61は、油圧変更タイミングとして、油圧の上昇タイミングTrと油圧の低下タイミングTdを設定する。油圧の上昇タイミングTrは、下記の(4)式に示すように、ノックリスク期間の開始タイミングtsから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Tr=ts-Δt …(4)
また、油圧の低下タイミングTdは、下記の(5)式に示すように、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Td=te-Δt …(5)
すなわち、油圧変更タイミング設定部61は、油圧を上昇させてから低下させるまでの期間を、ノックリスク期間に対して所定の時間Δtだけ先行した期間として設定する。
Tr=ts-Δt …(4)
また、油圧の低下タイミングTdは、下記の(5)式に示すように、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Td=te-Δt …(5)
すなわち、油圧変更タイミング設定部61は、油圧を上昇させてから低下させるまでの期間を、ノックリスク期間に対して所定の時間Δtだけ先行した期間として設定する。
次に、ECU2は、上記ステップS4で油圧変更タイミング設定部61が設定した油圧変更タイミング(Tr,Td)と、上記ステップS5で目標油圧設定部62が設定したオイルジェット機構530の目標油圧を、それぞれ油圧制御値として可変容量オイルポンプ57に送出する(ステップS6)。これにより、可変容量オイルポンプ57は、油圧の上昇タイミングである時刻Trから、油圧の低下タイミングである時刻Tdまでの期間において、可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧がノックリスク期間の目標油圧になるように、ECU2によって制御される。また、可変容量オイルポンプ57は、時刻Trより前、もしくは時刻Td以降では、可変容量オイルポンプ57のオイル吐出圧がベース油圧になるように、ECU2によって制御される。
図9は、第1実施形態の効果を説明するための図であって、図9Aは、機関出力の経時変化を示し、図9Bは、ノック強度の経時変化を示し、図9Cは、油圧の経時変化を示している。また、図9Dは、ピストン温度の経時変化を示し、図9Eは、点火時期を示し、図9Fは、第1実施形態による正味燃費改善率を示している。また、図9Bにおいては、ノック強度が所定値以上である期間をノックリスク期間としている。また、図9C、図9D及び図9Eにおいては、第1実施形態の場合を実線で示し、比較形態を破線で示している。
まず、比較形態において、油圧の上昇タイミングは、ノックリスク期間の開始タイミング(機関出力が低出力から高出力に切り替わるタイミング)と同じタイミングになっており、油圧の低下タイミングは、ノックリスク期間の終了タイミング(機関出力が高出力から低出力に切り替わるタイミング)と同じタイミングになっている。
一方、第1実施形態において、油圧の上昇タイミングは、ノックリスク期間の開始タイミングに対して所定の時間Δtだけ先行するタイミングになっており、油圧の低下タイミングは、ノックリスク期間の終了タイミングに対して所定の時間Δtだけ先行するタイミングになっている。このように、油圧の上昇タイミングをノックリスク期間の開始タイミングよりも所定の時間Δtだけ先行させると、オイルジェット流量の増量タイミングもノックリスク期間の開始タイミングに対して所定の時間Δtだけ先行する。また、油圧の低下タイミングをノックリスク期間の終了タイミングよりも所定の時間Δtだけ先行させると、オイルジェット流量の減量タイミングもノックリスク期間の終了タイミングに対して所定の時間Δtだけ先行する。これにより、ノック開始(機関出力の向上)によってピストン25の温度が上昇し始める前に、オイルジェット機構530によるピストン25の冷却量が増加する。このため、ノックリスク期間の初期におけるピストン25の過熱を抑制することができる。この結果、ノックリスク期間の初期においては、比較形態に比べて点火時期を進角させることができる。点火時期を進角させると、これに応じて燃焼の期間が進角し、膨張行程における内燃機関13の発熱量が相対的に減少する。また、内燃機関13の発熱量が減少すると、排ガスの温度が低下する。よって、上述のように点火時期を進角させることで、排気損失を低減することができる。
また、第1実施形態によれば、ノック終了前(機関出力の低下前)に、オイルジェット機構530によるピストン25の冷却量が減少する。このため、ノックリスク期間後におけるピストン25の過冷却を抑制することができる。この結果、ノックリスク期間後(機関出力の低下後)においては、比較形態に比べて冷却損失を低減することができる。また、ピストンの過冷却が抑制されることで、オイルの粘性増加が抑制されるため、ピストン摺動部で発生するフリクション損失を低減することができる。
なお、第1実施形態においては、ノックリスク期間の開始に先立って油圧が上昇するため、ノックリスク期間の開始前では、オイルポンプ駆動損失の増加により、比較形態に比べて正味燃費が悪化することが懸念される。しなしながら、第1実施形態においては、ノックリスク期間の終了に先立って油圧が低下するため、ノックリスク期間の終了前では、オイルポンプ駆動損失の低減により、比較形態に比べて正味燃費が改善する。したがって、第1実施形態では、ノックリスク期間の開始前での燃費悪化(ポンプ駆動損失の増加)が、ノックリスク期間の終了前での燃費改善(ポンプ駆動損失の低減)によって相殺されるため、正味燃費の悪化は発生しない。
ここで、上述した所定の時間Δtについて詳しく説明する。
第1実施形態において、所定の時間Δtは、ノックリスク期間の開始タイミングtsに対して油圧の上昇タイミングTrをどの程度先行させるかを規定する時間である。また、所定の時間Δtは、ノックリスク期間の終了タイミングteに対して油圧の低下タイミングTdをどの程度先行させるかを規定する時間でもある。この所定の時間Δtは、内燃機関13のピストン温度のステップ応答時間τとするのが望ましい。つまり、Δt≒τを満たすことが好ましい。その理由は次のとおりである。
第1実施形態において、所定の時間Δtは、ノックリスク期間の開始タイミングtsに対して油圧の上昇タイミングTrをどの程度先行させるかを規定する時間である。また、所定の時間Δtは、ノックリスク期間の終了タイミングteに対して油圧の低下タイミングTdをどの程度先行させるかを規定する時間でもある。この所定の時間Δtは、内燃機関13のピストン温度のステップ応答時間τとするのが望ましい。つまり、Δt≒τを満たすことが好ましい。その理由は次のとおりである。
例えば、所定の時間Δtをピストン温度のステップ応答時間τよりも顕著に大きくすると、ノックリスク期間前からノックリスク期間初期にかけてピストン25の冷却が過剰となり、冷却損が増大する。また、所定の時間Δtをピストン温度のステップ応答時間τよりも顕著に大きくすると、ノックリスク期間終了前のピストン25の冷却が不足して点火遅角量が増大する。
一方、所定の時間Δtをピストン温度のステップ応答時間τよりも顕著に小さくすると、ノックリスク期間初期のピストン25の冷却が不足して点火遅角量が増大する。また、所定の時間Δtをピストン温度のステップ応答時間τよりも顕著に小さくすると、ノックリスク期間終了前のピストン25の冷却が過剰となり、冷却損が増大する。
これに対して、所定の時間Δtをピストン温度のステップ応答時間τにすると、ノックリスク期間の開始前後、及びノックリスク期間の終了前後におけるピストンの過熱又は過冷却が抑制される。このため、所定の時間Δtをピストン温度のステップ応答時間τとした場合は、ノックの発生を効果的に抑制することができると共に、冷却損失の低減及びフリクション損失の低減を図ることができる。
所定の時間Δtを定めるためのピストン温度のステップ応答時間τは、下記の[数1]式に示される一次元熱伝導方程式を解くことで求められる。この[数1]式において、Tはピストンの温度(K)、xはピストン厚さ方向の距離(m)、ρはピストンの密度(Kg/m3)、Cはピストンの比熱(J/kg・K)、λはピストンの熱伝導率(W/m・K)である。
図10は、ピストン温度のステップ応答時間の求め方を説明するための図であって、図10Aは、ピストン温度解析のモデルを示し、図10Bは、ピストン内の温度分布の解析結果を示している。ピストン温度のステップ応答時間を求めるために、図10Aに示すように、ピストンを、厚さd(mm)、初期温度TLの均質な固体でモデル化している。このモデルは、図10Aの左右方向にピストンが往復移動する場合を想定している。また、このモデルでは、燃焼室側に位置するピストンの壁(ピストン冠面)の温度をTHとし、クランク側(オイルジェット部53側)のピストンの壁の温度を初期温度と同じTL(ただし、TH>TLを満たす)としている。ピストン温度のステップ応答時間τは、上述のようにTH及びTLを定義したときのピストン内の温度変化を、上記の[数1]式を解くことで求める。
図10Bは、ピストン厚さ方向におけるピストン内の温度分布の解析結果である。図10Bには、解析開始からの時間t=0、t1、t2、τ(ただし、0<t1<t2<τを満たす)のときの温度分布がそれぞれ示されている。ピストン内の温度分布は、例えばt=t1のときの温度分布を見ると分かるように、解析開始からの時間が短い初期には強い曲率を持つ凹型の分布になる。しかし、ピストン内の温度分布は、例えばt=t2及びt=t3のときの温度分布を見ると分かるように、解析開始から時間が経過するにつれて、凹型の分布の曲率が緩やかとなり、やがて線形の平衡温度分布(t=τ)となる。この場合、解析開始から線形の平衡温度分布に到達するまでの所要時間であるτが、ピストン温度のステップ応答時間として求められる。
本発明者は、現在流通している内燃機関13のピストン25を想定して、ピストン温度のステップ応答時間τを上記方法によって求めた。その結果、ピストン温度のステップ応答時間τは、下記の(1)式、(2)式及び(3)式によって定義される時間t1(ms)から時間t2(ms)までの範囲を採ることが判明した。
t1=4.9d2 …(1)
t2=30d2 …(2)
d=4V/πB2 …(3)
式中、dはピストンの厚さ(mm)であり、Vはビストンの体積(mm3)であり、Bはピストンの直径(mm)であり、πは円周率である。
t2=30d2 …(2)
d=4V/πB2 …(3)
式中、dはピストンの厚さ(mm)であり、Vはビストンの体積(mm3)であり、Bはピストンの直径(mm)であり、πは円周率である。
前述したように、所定の時間Δtは、ピストン温度のステップ応答時間τによって定めることが望ましい。このため、所定の時間Δtは、上記の(1)式から(3)式によって定義される時間t1から時間t2の範囲内とすることが望ましい。
また、ノックリスク期間の開始タイミングtsに対する油圧の上昇タイミングTrの先行時間をΔtrとし、ノックリスク期間の終了タイミングteに対する油圧の低下タイミングTdの先行時間をΔtdとした場合、ΔtrとΔtdは必ずしも同一である必要はない。例えば、ノックリスク期間内の予測ノック強度の分布に対応してΔtrとΔtdを異なる値としても良い。例えば、ノックリスク期間の初期におけるノック強度が、ノックリスク期間の後期におけるノック強度に比べて顕著に大きい場合には、Δtr>Δtdとして、オイルジェット機構530によるピストン冷却量の増加タイミングを早めることにより、ノックリスク期間初期のピストンの過熱をより抑えることが望ましい。また、例えばノックリスク期間の後期におけるノック強度が、ノックリスク期間の初期におけるノック強度に比べて顕著に大きい場合には、Δtr<Δtdとして、オイルジェット機構530によるピストン冷却量の低下タイミングを遅らせることにより、ノック期間後期におけるノック増大を抑えることが望ましい。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る車載制御装置について説明する。
図11は、第2実施形態に係る車載制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図11に示すように、車載制御装置102は、前述した第1実施形態の場合(図5)と比較して、ピストン温度予測部63が加わった点が異なり、その他の構成要素は第1実施形態の場合と同一である。
次に、第2実施形態に係る車載制御装置について説明する。
図11は、第2実施形態に係る車載制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図11に示すように、車載制御装置102は、前述した第1実施形態の場合(図5)と比較して、ピストン温度予測部63が加わった点が異なり、その他の構成要素は第1実施形態の場合と同一である。
ピストン温度予測部63は、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間(将来のノック発生期間)の開始タイミングよりも前のピストン温度(以下、「ノック前ピストン温度」ともいう。)を予測する。また、ピストン温度予測部63は、機関出力予測部58によって予測された機関出力(予測期間における機関トルク及び機関回転速度)等に基づいて、ノック前ピストン温度を予測する。そして、オイルジェット流量変更時期設定部として機能する油圧変更タイミング設定部61は、前述のように予測されたノックリスク期間と予測されたピストン温度とに基づいて、油圧の上昇タイミングと、油圧の低下タイミングをそれぞれ設定する。具体的には、油圧変更タイミング設定部61は、ピストン温度予測部63によって予測されたピストン温度が所定温度よりも低い場合は、ピストン温度予測部63によって予測されたピストン温度が所定温度より高い場合に比べて、油圧の上昇タイミングを遅くする。これをオイルジェット流量変更時期設定部に置き替えて述べると、オイルジェット流量変更時期設定部は、ピストン温度予測部63によって予測されたピストン温度が所定温度よりも低い場合は、ピストン温度予測部63によって予測されたピストン温度が所定温度より高い場合に比べて、オイルジェット流量の増加タイミングを遅くする。なお、ピストン温度予測部63は、予測された機関出力だけでなく、例えば、予測期間における水温及び油温、あるいは予測期間前における機関出力、水温及び油温に基づいて、ノック前ピストン温度を予測してもよい。
続いて、第2実施形態に係る内燃機関の制御方法について図12及び図13を参照して説明する。
図12は、第2実施形態に係る内燃機関の制御手順(制御方法)を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、ステップS1からステップS4まで、及びステップS6は、前述した第1実施形態に係る内燃機関の制御手順におけるステップS1からステップSS4まで、及びステップS6と同一であるので、ここでは説明を省略する。
図12は、第2実施形態に係る内燃機関の制御手順(制御方法)を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、ステップS1からステップS4まで、及びステップS6は、前述した第1実施形態に係る内燃機関の制御手順におけるステップS1からステップSS4まで、及びステップS6と同一であるので、ここでは説明を省略する。
まず、ステップS4の後のステップS7において、ピストン温度予測部63は、ノック前ピストン温度Tpを予測する。ここで、ノック前とは、現在からノックリスク期間の開始タイミングまでのいずれかの一タイミングを示す。言い換えると、ノック前とは、現在(現時点)よりも後のタイミングで、かつ、ノックリスク期間の開始タイミング以前のタイミングをいう。一例を挙げると、ノック前とは、ノックリスク期間の開始タイミングと同じタイミング、あるいはノックリスク期間の開始タイミングより5秒前のタイミングである。
ノック前ピストン温度Tpは、例えば、予測期間における将来の機関出力、現在の水温や油温、内燃機関13の制御情報、又は過去から現在に至る内燃機関13の出力履歴などを説明変数とした物理モデル式、相関式、マップ参照などによって予測される。
次に、油圧変更タイミング設定部61は、上述のようにピストン温度予測部63によって予測されたピストン温度Tpと予め定めた温度閾値Tc(例えば100℃)とを比較する(ステップS8)。この比較結果において、予測されたピストン温度Tpが温度閾値Tcより高い場合、油圧変更タイミング設定部61は、前述した第1実施形態と同様に、油圧の上昇タイミングTrを、ノックリスク期間の開始タイミングtsから所定の時間Δtだけ差し引いたタイミングとして設定すると共に、油圧の低下タイミングTdを、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtだけ差し引いたタイミングとして設定する(ステップS5)。
これに対して、予測されたピストン温度Tpが温度閾値Tc以下の場合、油圧変更タイミング設定部61は、油圧の上昇タイミングTr及び油圧の低下タイミングTdを下記のように設定する(ステップS9)。
まず、油圧の上昇タイミングTrについては、下記の(6)式に示すように、ノックリスク期間の開始タイミングtsから所定の時間Δt’だけ差し引いたタイミングとして設定する。
Tr=ts-Δt’ …(6)
この(6)式において、所定の時間Δt’は、前述した所定の時間Δtよりも短い時間である。
また、油圧の低下タイミングTdについては、上記の(5)式に示したように、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtだけ差し引いたタイミングとして設定する。
まず、油圧の上昇タイミングTrについては、下記の(6)式に示すように、ノックリスク期間の開始タイミングtsから所定の時間Δt’だけ差し引いたタイミングとして設定する。
Tr=ts-Δt’ …(6)
この(6)式において、所定の時間Δt’は、前述した所定の時間Δtよりも短い時間である。
また、油圧の低下タイミングTdについては、上記の(5)式に示したように、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtだけ差し引いたタイミングとして設定する。
このように、第2実施形態に係る内燃機関の制御手順では、ノック前ピストン温度が温度閾値以下の場合に、油圧の上昇タイミングTrが、ノック前ピストン温度が温度閾値より高い場合に比べて遅くなる点が、第1実施形態に係る内燃機関の制御手順と異なる。
以下に、第2実施形態の作用効果について説明する。
まず、ノックリスク期間の初期において、ピストンの温度応答遅れによるピストン過熱によって生じる到達温度は、ノック前ピストン温度が充分に低い場合の方が、ノック前ピストン温度が高い場合に比べて低くなる。このため、ノック前ピストン温度が充分に低い場合(例えば100℃より低い場合)には、油圧の上昇タイミングからノックリスク期間が開始するまでの時間が、ピストン温度のステップ応答時間τに比べて短くなっても、ノックリスク期間の初期における点火遅角量の増大が抑制される。
まず、ノックリスク期間の初期において、ピストンの温度応答遅れによるピストン過熱によって生じる到達温度は、ノック前ピストン温度が充分に低い場合の方が、ノック前ピストン温度が高い場合に比べて低くなる。このため、ノック前ピストン温度が充分に低い場合(例えば100℃より低い場合)には、油圧の上昇タイミングからノックリスク期間が開始するまでの時間が、ピストン温度のステップ応答時間τに比べて短くなっても、ノックリスク期間の初期における点火遅角量の増大が抑制される。
そこで、第2実施形態に係る内燃機関の制御手順では、ノック前ピストン温度が温度閾値以下の場合に、油圧の上昇タイミングTrを、ノック前ピストン温度が温度閾値より高い場合に比べて遅くしている。これにより、ノック前ピストン温度が温度閾値以下の場合には、ノック前ピストン温度が温度閾値よりも高い場合に比べて、油圧を高圧にする期間が短くなる。このため、第2実施形態によれば、オイルポンプによってオイルを昇圧させるために必要な仕事(ポンプのインナーロータを回転させる仕事)、すなわちオイルポンプ駆動仕事による損失を低減することができる。また、ノックリスク期間前においては、オイルジェットによる冷却量が抑えられるため、冷却損失及びフリクション損失を共に低減することができる。オイルジェットによる冷却量は、オイルジェットによってピストンから除去される熱量である。
ノック前ピストン温度Tpが温度閾値Tc以下である場合、油圧の上昇タイミングを先行させる所定の時間Δt’は、ノック前ピストン温度Tpに応じて変更してもよい。
図13は、第2の実施形態におけるノック前ピストン温度と油圧上昇の先行時間との関係の一例を示す説明図である。図13には、所定の時間Δt’をノック前ピストン温度Tpに対応して変更する場合の、ノック前ピストン温度Tpと所定の時間Δt’との関係が一例として示されている。
図13は、第2の実施形態におけるノック前ピストン温度と油圧上昇の先行時間との関係の一例を示す説明図である。図13には、所定の時間Δt’をノック前ピストン温度Tpに対応して変更する場合の、ノック前ピストン温度Tpと所定の時間Δt’との関係が一例として示されている。
ノックリスク期間初期のピストン過熱温度は、ノック前ピストン温度Tpが低いほど下がる。このため、図13に示すように、所定の時間Δt’についてはノック前ピストン温度Tpが低くなるほどを小さくすることで、オイルポンプの駆動損失、冷却損失及びフリクション損失をより一層低減することができる。また、ノック前ピストン温度Tpが非常に低い場合には、所定の時間Δt’をマイナスの値にして、ノックリスク期間の開始以降に油圧の上昇タイミングを設定しても良い。
このように、ノック前ピストン温度Tpが閾温度Tcより低い場合は、油圧の上昇タイミングを先行させる所定の時間Δt’をノック前ピストン温度Tpに応じて変更することにより、オイルジェットによるピストン冷却のタイミングを内燃機関13の状態に応じてきめ細かく設定することができる。このため、ノックによる点火遅角量の増大を招くことなく、オイルポンプの駆動損失、冷却損失及びフリクション損失の更なる低減を図ることができる。
<第3実施形態>
前述した第1実施形態及び第2実施形態では、油圧ポンプとして可変容量オイルポンプ57を採用し、オイルジェット流量を可変容量オイルポンプ57の吐出圧の高さによって制御する事例について示した。一方、オイルジェット部53がバルブ機構を内蔵している場合には、油圧ポンプの吐出圧(油圧)を変更しなくても、バルブ機構の開度を調整することで、オイルジェット部53におけるオイルの噴射を停止したり、オイルジェット流量を調整したりすることが可能である。そこで、第3実施形態においては、オイルジェット部53がバルブ機構を内蔵している場合であって、かつ、油圧ポンプとして定容量オイルポンプを採用する場合を例に挙げて説明する。
前述した第1実施形態及び第2実施形態では、油圧ポンプとして可変容量オイルポンプ57を採用し、オイルジェット流量を可変容量オイルポンプ57の吐出圧の高さによって制御する事例について示した。一方、オイルジェット部53がバルブ機構を内蔵している場合には、油圧ポンプの吐出圧(油圧)を変更しなくても、バルブ機構の開度を調整することで、オイルジェット部53におけるオイルの噴射を停止したり、オイルジェット流量を調整したりすることが可能である。そこで、第3実施形態においては、オイルジェット部53がバルブ機構を内蔵している場合であって、かつ、油圧ポンプとして定容量オイルポンプを採用する場合を例に挙げて説明する。
図14は、第3実施形態に係る車載制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図14に示すように、車載制御装置103は、機関出力予測部58と、ノック強度予測部59と、ノックリスク期間予測部60と、バルブ開度変更タイミング設定部61bと、目標バルブ開度設定部62bと、バルブ開度変更部64と、オイルジェット機構530bと、油圧ポンプ57bと、を備えている。また、オイルジェット機構530bは、オイルジェット部53bを備えている。オイルジェット部53bは、内燃機関13のピストン25をオイルの噴射(オイルジェット)によって冷却する。また、オイルジェット部53bは、オイル供給通路56を介して油圧ポンプ57bから供給されるオイルを、オイルジェット部53bに内蔵されたバルブ機構の開度に従った流量でピストン25に向けて噴射する。
図14に示すように、車載制御装置103は、機関出力予測部58と、ノック強度予測部59と、ノックリスク期間予測部60と、バルブ開度変更タイミング設定部61bと、目標バルブ開度設定部62bと、バルブ開度変更部64と、オイルジェット機構530bと、油圧ポンプ57bと、を備えている。また、オイルジェット機構530bは、オイルジェット部53bを備えている。オイルジェット部53bは、内燃機関13のピストン25をオイルの噴射(オイルジェット)によって冷却する。また、オイルジェット部53bは、オイル供給通路56を介して油圧ポンプ57bから供給されるオイルを、オイルジェット部53bに内蔵されたバルブ機構の開度に従った流量でピストン25に向けて噴射する。
前述した車載制御装置103の構成要素にうち、機関出力予測部58と、ノック強度予測部59と、ノックリスク期間予測部60と、オイル供給通路56については、第1実施形態の場合と同一であるため、説明を省略する。
オイルジェット機構530bのオイルジェット部53bには、図示しないバルブ機構が内蔵されている。このため、オイルジェット部53bによって噴射されるオイルの流量であるオイルジェット流量は、バルブ機構の開度によって変わる。油圧ポンプ57bは、定容量オイルポンプによって構成されている。本実施形態において、油圧ポンプ57bの吐出圧によって決まるオイルの圧力(油圧)は一定である。
バルブ開度変更タイミング設定部61bは、オイルジェット部53bに内蔵されたバルブ機構の開度(バルブの開度)を変更するための変更タイミングを設定する。バルブ開度変更タイミング設定部61bは、上述のように予測されたノックリスク期間に基づいて、上記バルブ機構の開弁タイミングと、上記バルブ機構の閉弁タイミングをそれぞれ設定する。具体的には、バルブ開度変更タイミング設定部61bは、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間(ノック発生期間)の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングをバルブ機構の開弁タイミングに設定する。また、バルブ開度変更タイミング設定部61bは、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングをバルブ機構の閉弁タイミングに設定する。このバルブ開度変更タイミング設定部61bは、オイルジェット流量変更時期設定部に相当する。
目標バルブ開度設定部62bは、ノック強度予測部59によって予測されたノック強度に基づいて、上記バルブ機構の目標バルブ開度を設定する。目標バルブ開度設定部62bは、目標オイルジェット流量設定部に相当する。
バルブ開度変更部64は、バルブ開度変更タイミング設定部61bによって設定された上記開弁タイミング及び上記閉弁タイミングと目標バルブ開度設定部62bによって設定された上記目標バルブ開度とに基づいて、上記バルブ機構の開度を変更する。バルブ開度変更部64は、オイルジェット部53bにバルブ機構が内蔵されている場合、バルブ機構の開度をソレノイドによって変更する(例えば、特開平06-042346号公報を参照)。バルブ開度変更部64は、オイルジェット流量変更部に相当する。
続いて、第3実施形態に係る内燃機関の制御方法について図15及び図16を参照して説明する。
図15は、第3実施形態に係る内燃機関の制御手順(制御方法)を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、ステップS1からステップS3までは、前述した第1実施形態に係る内燃機関の制御手順におけるステップS1からステップS3までと同一であるため、ここでは説明を省略する。
図15は、第3実施形態に係る内燃機関の制御手順(制御方法)を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、ステップS1からステップS3までは、前述した第1実施形態に係る内燃機関の制御手順におけるステップS1からステップS3までと同一であるため、ここでは説明を省略する。
まず、ステップS3の後のステップS4bにおいて、目標バルブ開度設定部62bは、ステップS2におけるノック強度の予測結果を基に、オイルジェット部53bにおけるバルブ機構の目標バルブ開度を設定する。
図16は、第3実施形態における目標バルブ開度とノックリスク期間のノック強度との関係の一例を示す説明図である。
図16に示すように、目標バルブ開度設定部62bは、ノックリスク期間のノック強度が高いほど目標バルブ開度が大きくなるように、目標バルブ開度を設定する。ただし、目標バルブ開度は、オイルジェット部53bに内蔵されたバルブ機構の最大バブル開度以下に設定される。
図16は、第3実施形態における目標バルブ開度とノックリスク期間のノック強度との関係の一例を示す説明図である。
図16に示すように、目標バルブ開度設定部62bは、ノックリスク期間のノック強度が高いほど目標バルブ開度が大きくなるように、目標バルブ開度を設定する。ただし、目標バルブ開度は、オイルジェット部53bに内蔵されたバルブ機構の最大バブル開度以下に設定される。
次に、バルブ開度変更タイミング設定部61bは、オイルジェット機構530bにおけるオイルジェット流量を変更するためのタイミング、すなわちバルブ機構の開度変更タイミング(Top,Tcl)を設定する(ステップS5b)。バルブ開度変更タイミング設定部61bは、バルブ機構の開度変更タイミングとして、バルブ機構の開弁タイミングTopとバルブ機構の閉弁タイミングTclを設定する。
開弁タイミングTopは、下記の(7)式に示すように、ノックリスク期間の開始タイミングtsから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Top=ts-Δt …(7)
また、閉弁タイミングTclは、下記の(8)式に示すように、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Tcl=te-Δt …(8)
すなわち、バルブ開度変更タイミング設定部61bは、バルブ機構を開弁してから閉弁するまでの期間を、ノックリスク期間に対して所定の時間Δtだけ先行した期間として設定する。
開弁タイミングTopは、下記の(7)式に示すように、ノックリスク期間の開始タイミングtsから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Top=ts-Δt …(7)
また、閉弁タイミングTclは、下記の(8)式に示すように、ノックリスク期間の終了タイミングteから所定の時間Δtを差し引いたタイミングとして設定される。
Tcl=te-Δt …(8)
すなわち、バルブ開度変更タイミング設定部61bは、バルブ機構を開弁してから閉弁するまでの期間を、ノックリスク期間に対して所定の時間Δtだけ先行した期間として設定する。
次に、ECU2は、上記ステップS4bで目標バルブ開度設定部62bが設定した目標バルブ開度と、上記ステップS5bでバルブ開度変更タイミング設定部61bが設定したバルブ機構の開度変更タイミング(Top,Tcl)を、それぞれバルブ開度制御値としてバルブ開度変更部64に送出する(ステップS6b)。これにより、バルブ開度変更部64は、時刻Topから時刻Tclまでの期間において、バルブ機構の開度が目標バルブ開度になるように、バルブ機構のバルブ開度を変更する。また、バルブ開度変更部64は、時刻Topより前、もしくは時刻Tcl以降では、バルブ機構の開度がゼロ(もしくはオイルの噴射が停止する最大開度以下)になるように、バルブ機構の開度を変更する。
第3実施形態においては、バルブ機構の開弁タイミングTopがノックリスク期間の開始タイミングtsよりも所定の時間Δtだけ先行する。また、オイルジェット機構530bのオイルジェット流量は、オイルジェット部53bのバルブ機構が開弁することによって増加する。このため、オイルジェット流量の増量タイミングは、ノックリスク期間の開始タイミングよりも所定の時間Δtだけ先行することになる。これにより、ノック開始によってピストン温度が上昇し始める前に、オイルジェット機構530bによるピストン25の冷却量が増加する。このため、ノックリスク期間の初期におけるピストン25の過熱を抑制することができる。この結果、ノックリスク期間の初期においては、前述した比較形態に比べて点火時期を進角させることができる。よって、排気損失を低減することができる。
また、第3実施形態においては、バルブ機構の閉弁タイミングTclがノックリスク期間の終了タイミングteよりも所定の時間Δtだけ先行する。また、オイルジェット機構530bのオイルジェット流量は、オイルジェット部53bのバルブ機構が閉弁することによって減少する。このため、オイルジェット流量の減量タイミングは、ノックリスク期間の終了タイミングよりも所定の時間Δtだけ先行することになる。これにより、ノックリスク期間後におけるピストン25の過冷却を抑制することができる。この結果、ノックリスク期間後においては、前述した比較形態に比べて冷却損失やフリクション損失を低減することができる。
(オイルジェット以外の冷却について)
なお、上述した各実施形態では、ノックを抑制するために、燃焼室28を形成するピストン25をオイルジェットによって冷却する内燃機関の制御装置及び制御方法について説明したが、燃焼室28を冷却する冷却機構は、オイルジェットを発生させるオイルジェット機構(530、530b)に限らない。例えば、冷却機構は、水ジャケット42に冷却水を流す冷却水ポンプを備えた構成であってもよい。その場合は、ECU2が冷却水の温度を制御することで、シリンダブロック23やシリンダヘッド24を冷却することが考えられる。
なお、上述した各実施形態では、ノックを抑制するために、燃焼室28を形成するピストン25をオイルジェットによって冷却する内燃機関の制御装置及び制御方法について説明したが、燃焼室28を冷却する冷却機構は、オイルジェットを発生させるオイルジェット機構(530、530b)に限らない。例えば、冷却機構は、水ジャケット42に冷却水を流す冷却水ポンプを備えた構成であってもよい。その場合は、ECU2が冷却水の温度を制御することで、シリンダブロック23やシリンダヘッド24を冷却することが考えられる。
本発明は、上述のように冷却水によって燃焼室28を冷却する場合にも適用可能である。例えば、冷却水ポンプを電動ウォーターポンプによって構成し、この電動ウォーターポンプの吐出流量によって決まる冷却水の循環流量を増やすことで、冷却水による燃焼室28の冷却量を増大し、ノック抑制を図ることができる。したがって、予測されたノックリスク期間に対して、冷却水の循環流量の増量期間(増量の開始から終了までの期間)が所定の時間だけ先行するように、電動ウォーターポンプの吐出流量の増減タイミングを制御することで、前述した実施形態で示したオイルジェットによる冷却と同様の効果を得ることができる。この場合、ノックリスク期間に対して冷却水の循環流量の増量期間を先行させる所定の時間は、シリンダブロック23等と冷却水系統の熱容量によって決まるシリンダ温度のステップ応答時間とするのが望ましい。
なお、燃焼室28の冷却量を増減するためのパラメータは、オイルジェット流量や却水の循環流量に限らず、例えば、ラジエータのファン回転数(冷却風量)、オイルクーラに流すオイルの量なども考えられる。
(予測が外れた場合の制御について)
上記実施形態では、将来の機関出力の予測結果を基に、将来のノック強度を予測し、さらにこのノック強度の予測結果を基に、将来のノック発生期間であるノックリスク期間を予測している。そして、それらの予測結果に基づいて、例えば、燃焼室28の冷却量の増加タイミング及び減少タイミングを、ノックリスク期間の開始タイミング及び終了タイミングに対してそれぞれ所定の時間だけ先行させている。
一方、自動車100の周囲の交通状況や意図しないドライバの操作などによって、将来の機関出力やノック発生期間の予測結果と、予測期間における実際の機関出力やノック発生期間との間に大きな乖離が生じる可能性がある。特に、ノックリスク期間は、ノック強度の予測結果に基づいて予測される期間であるため、ノックリスク期間の予測結果が実際のノック発生期間と大きく乖離すると、強いノックの発生に起因した内燃機関13の損傷、運転性(内燃機関13の騒音や振動)の悪化、燃費の悪化などが起こるおそれがある。
上記実施形態では、将来の機関出力の予測結果を基に、将来のノック強度を予測し、さらにこのノック強度の予測結果を基に、将来のノック発生期間であるノックリスク期間を予測している。そして、それらの予測結果に基づいて、例えば、燃焼室28の冷却量の増加タイミング及び減少タイミングを、ノックリスク期間の開始タイミング及び終了タイミングに対してそれぞれ所定の時間だけ先行させている。
一方、自動車100の周囲の交通状況や意図しないドライバの操作などによって、将来の機関出力やノック発生期間の予測結果と、予測期間における実際の機関出力やノック発生期間との間に大きな乖離が生じる可能性がある。特に、ノックリスク期間は、ノック強度の予測結果に基づいて予測される期間であるため、ノックリスク期間の予測結果が実際のノック発生期間と大きく乖離すると、強いノックの発生に起因した内燃機関13の損傷、運転性(内燃機関13の騒音や振動)の悪化、燃費の悪化などが起こるおそれがある。
そこで、予測が外れた場合の好ましい態様として、内燃機関制御装置は、機関出力予測部58によって予測された機関出力が、実際の機関出力から許容値を超えて外れた場合、あるいは、ノックリスク期間予測部60によって予測されたノックリスク期間(ノック発生期間)が、実際のノック発生期間から許容値を超えて外れた場合に、内燃機関13の制御方式を予測制御から通常制御に切り替える態様が考えられる。
予測制御は、上述した各実施形態で述べたとおり、機関出力予測部58、機関出力予測部58、ノックリスク期間予測部60等の予測結果に基づいて、燃焼室28の冷却量を変更するように、内燃機関13を制御する方式である。これに対して、通常制御は、実際の機関出力、もしくは実際の点火時期遅角量、もしくはノックセンサ等で検出された実際のノック強度に基づいて、燃焼室28の冷却量を変更するように、内燃機関13を制御する方式である。いずれの制御方式においても、燃焼室28の冷却量を変更する主体は、冷却量変更部として機能するオイルジェット流量変更部(可変容量オイルポンプ57、バルブ開度変更部64)、あるいは冷却量変更部として機能する冷却水流量変更部(電動ウォーターポンプ)などである。
例えば、ECU2は、現在の予測期間において予測された機関出力と、当該予測機関における実際の機関出力との差が所定値以上となった場合は、予測された機関出力に基づいて設定した冷却量の増加タイミング及び減少タイミングにおける冷却量の増加及び減少を中止して、内燃機関13の制御方式を予測制御から通常制御に切り替える。これにより、予測が外れた場合は、予測制御ではなく通常制御によって内燃機関13が制御される。
上述のように制御方式が予測制御から通常制御に切り替わった場合、ECU2は、上記予測期間における実際の機関出力、もしくは実際の点火時期遅角量、もしくはノックセンサ等で検出された実際のノック強度に基づいて、燃焼室28の冷却量(可変容量オイルポンプ57の吐出圧、バルブ機構の開度、電動ウォーターポンプの吐出流量など)を変更するように、内燃機関13を制御する。
内燃機関13の制御方式の切り替えは、予測された機関出力と実際の機関出力との差が所定値以上となった場合以外に行ってもよい。例えば、冷却量変更部は、予測された機関出力に基づいて設定した燃焼室28の冷却量の増加タイミングよりも前に、点火遅角量が予め定められた所定の値(点火遅角量)を超えた場合、もしくはノックセンサ等で検出されたノック強度が予め定められた所定の強度を超えた場合、もしくは水温、油温、内燃機関の壁温、吸入空気の温度のうちの少なくともいずれか1つが予め定められた所定の温度を超えた場合に、予測された機関出力に基づいて設定した燃焼室28の冷却量の増加タイミングにおける当該冷却量の増加を中止し、内燃機関13の制御方式を予測制御から通常制御に切り替える。これにより、予測が外れた場合は、予測制御ではなく通常制御によって内燃機関13が制御される。
また、例えば、予測された機関出力に基づいて設定した燃焼室28の冷却量の減少タイミングにおいて、点火遅角量が予め定められた所定の値を超えた場合、もしくはノックセンサ等で検出されたノック強度が予め定められた所定の強度を超えた場合、もしくは冷却水温、油温、内燃機関の壁温、吸入空気の温度のうちの少なくともいずれか1つが予め定められた所定の温度を超えた場合に、予測された機関出力に基づいて設定した燃焼室28の冷却量の減少タイミングにおける当該冷却量の減少を中止し、内燃機関13の制御方式を予測制御から通常制御に切り替える。これにより、予測が外れた場合は、予測制御ではなく通常制御によって内燃機関13が制御される。
このように、ECU2による内燃機関13の制御方式を切り替えることにより、機関出力の予測結果やノックリスク期間の予測結果が、実際の機関出力やノック発生期間と大きく乖離した場合、つまり予測が外れた場合において、強いノックの発生に起因した内燃機関13の損傷、運転性の悪化、燃費の悪化を抑制することができる。
1…VCU、2…ECU、13…内燃機関、25…ピストン、28…燃焼室、53…オイルジェット部、57…可変容量オイルポンプ(オイルジェット流量変更部)、58…機関出力予測部、59…ノック強度予測部、60…ノックリスク期間予測部(ノック発生期間予測部)、61…油圧変更タイミング設定部(オイルジェット流量変更時期設定部)、61b…バルブ開度変更タイミング設定部(オイルジェット流量変更時期設定部)、62…目標油圧設定部(目標オイルジェット流量設定部)、62b…目標バルブ開度設定部(目標オイルジェット流量設定部)、63…ピストン温度予測部、64…バルブ開度変更部(オイルジェット流量変更部)、100…自動車、101,102,103…車載制御装置、530…オイルジェット機構(冷却機構)
Claims (14)
- 燃焼室を有する内燃機関を駆動源とする自動車に搭載される車載制御装置であって、
前記燃焼室を冷却する冷却機構と、
前記内燃機関の将来の出力である機関出力を予測する機関出力予測部と、
前記機関出力予測部によって予測された前記機関出力に基づいて、将来のノック強度を予測するノック強度予測部と、
前記ノック強度予測部によって予測された前記ノック強度に基づいて、将来のノック発生期間を予測するノック発生期間予測部と、
前記ノック強度予測部によって予測された前記ノック強度に基づいて、前記冷却機構の目標冷却量を設定する目標冷却量設定部と、
前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記燃焼室の冷却量の増加タイミングに設定すると共に、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記燃焼室の冷却量の減少タイミングに設定する冷却時期設定部と、
前記冷却時期設定部によって設定された前記増加タイミング及び前記減少タイミングと前記目標冷却量設定部によって設定された前記目標冷却量とに基づいて、前記冷却機構による前記燃焼室の冷却量を変更する冷却量変更部と、
を備える車載制御装置。 - 前記冷却機構は、前記内燃機関のピストンをオイルジェットによって冷却するオイルジェット機構であり、
前記目標冷却量設定部は、前記ノック強度予測部によって予測された前記ノック強度に基づいて、前記オイルジェット機構の目標オイルジェット流量を設定する目標オイルジェット流量設定部であり、
前記冷却時期設定部は、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記オイルジェット機構におけるオイルジェット流量の増加タイミングに設定すると共に、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記オイルジェット機構におけるオイルジェット流量の減少タイミングに設定するオイルジェット流量変更時期設定部であり、
前記冷却量変更部は、前記オイルジェット流量変更時期設定部によって設定された前記増加タイミング及び前記減少タイミングと前記目標オイルジェット流量設定部によって設定された前記目標オイルジェット流量とに基づいて、前記オイルジェット機構による前記オイルジェットの流量を変更するオイルジェット流量変更部である、
請求項1に記載の車載制御装置。 - 前記目標オイルジェット流量設定部は、前記ノック強度予測部によって予測された前記ノック強度に基づいて、前記オイルジェット機構の目標油圧を設定する目標油圧設定部であり、
前記オイルジェット流量変更時期設定部は、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記オイルジェット機構における油圧の上昇タイミングに設定すると共に、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記オイルジェット機構における油圧の低下タイミングに設定する油圧変更タイミング設定部であり、
前記オイルジェット流量変更部は、前記油圧変更タイミング設定部によって設定された前記上昇タイミング及び前記低下タイミングと前記目標油圧設定部によって設定された前記目標油圧とに基づいて、前記オイルジェット機構へ送出するオイルの圧力を変更する可変容量オイルポンプである、
請求項2に記載の車載制御装置。 - 前記オイルジェット機構は、バルブ機構が内蔵されたオイルジェット部を備え、
前記目標オイルジェット流量設定部は、前記ノック強度予測部によって予測された前記ノック強度に基づいて、前記バルブ機構の目標バルブ開度を設定する目標バルブ開度設定部であり、
前記オイルジェット流量変更時期設定部は、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記バルブ機構の開弁タイミングに設定すると共に、前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記バルブ機構の閉弁タイミングに設定するバルブ開度変更タイミング設定部であり、
前記オイルジェット流量変更部は、前記バルブ開度変更タイミング設定部によって設定された前記開弁タイミング及び前記閉弁タイミングと前記目標バルブ開度設定部によって設定された前記目標バルブ開度とに基づいて、前記バルブ機構の開度を変更するバルブ開度変更部である、
請求項2に記載の車載制御装置。 - 前記ノック発生期間予測部によって予測された前記ノック発生期間の開始タイミングよりも前のピストン温度を予測するピストン温度予測部を備え、
前記オイルジェット流量変更時期設定部は、前記ピストン温度予測部によって予測された前記ピストン温度が所定温度よりも低い場合は、前記ピストン温度予測部によって予測された前記ピストン温度が前記所定温度より高い場合に比べて、前記オイルジェット流量の増加タイミングを遅くする、
請求項2に記載の車載制御装置。 - 前記所定の時間は、前記内燃機関のピストン温度のステップ応答時間によって定まる、
請求項2に記載の車載制御装置。 - 前記ピストン温度のステップ応答時間は、前記内燃機関のビストンの容積をV(mm3)、前記ビストンの直径をB(mm)、前記ピストンの厚さをd(mm)、円周率をπとした場合に、下記の(1)式、(2)式及び(3)式によって定義される時間t1(ms)から時間t2(ms)までの範囲内である、
t1=4.9d2 …(1)
t2=30d2 …(2)
d=4V/πB2 …(3)
請求項6に記載の車載制御装置。 - 前記冷却量変更部は、前記機関出力予測部によって予測された前記機関出力と、実際の機関出力との差が所定値以上になった場合は、前記実際の機関出力、もしくは実際の点火遅角量、もしくは実際のノック強度に基づいて、前記燃焼室の冷却量を変更する、
請求項1に記載の車載制御装置。 - 前記冷却量変更部は、前記冷却時期設定部によって設定された前記冷却量の増加タイミングよりも前に、点火遅角量が所定の点火遅角量を超えた場合、もしくはノック強度が所定の強度を超えた場合、もしくは水温、油温、内燃機関の壁温、吸入空気の温度のうち少なくともいずれか1つが所定の温度を超えた場合に、実際の機関出力、もしくは実際の点火時期遅角量、もしくは実際のノック強度に基づいて、前記燃焼室の冷却量を変更する、
請求項1に記載の車載制御装置。 - 前記冷却量変更部は、前記冷却時期設定部によって設定された前記冷却量の減少タイミングにおいて、点火遅角量が所定の点火遅角量を超えた場合、もしくはノック強度が所定の強度を超えた場合、もしくは水温、油温、内燃機関壁温、吸入空気温度のうち少なくともいずれか1つが所定の温度を超えた場合に、実際の機関出力、もしくは実際の点火時期遅角量、もしくは実際のノック強度に基づいて、前記燃焼室の冷却量を変更する、
請求項1に記載の車載制御装置。 - 前記機関出力予測部は、前記機関出力として機関トルク及び機関回転速度を予測し、
前記ノック強度予測部は、前記機関出力予測部によって予測された前記機関トルク及び前記機関回転速度に基づいて、将来のノック強度を予測する、
請求項1に記載の車載制御装置。 - 前記ノック強度予測部によって予測される前記ノック強度は、吸気温度、吸気湿度、水温、油温、吸気圧、内燃機関の壁温、燃料のオクタン値、空燃比、EGR率のうち少なくともいずれか1つに基づいて補正される、
請求項11に記載の車載制御装置。 - 前記ノック発生期間予測部は、前記ノック強度予測部によって予測された前記ノック強度が所定のノック閾値以上である期間を前記ノック発生期間と予測する、
請求項1に記載の車載制御装置。 - 燃焼室を有する内燃機関と、前記燃焼室を冷却する冷却機構と、を備える自動車における内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の将来の出力である機関出力を予測する機関出力予測ステップと、
前記機関出力予測ステップで予測された前記機関出力に基づいて、将来のノック強度を予測するノック強度予測ステップと、
前記ノック強度予測ステップで予測された前記ノック強度に基づいて、将来のノック発生期間を予測するノック発生期間予測ステップと、
前記ノック強度予測ステップで予測された前記ノック強度に基づいて、前記冷却機構の目標冷却量を設定する目標冷却量設定ステップと、
前記ノック発生期間予測ステップで予測された前記ノック発生期間の開始タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記燃焼室の冷却量の増加タイミングに設定すると共に、前記ノック発生期間予測ステップで予測された前記ノック発生期間の終了タイミングよりも所定の時間だけ先行したタイミングを前記燃焼室の冷却量の減少タイミングに設定する冷却時期設定ステップと、
前記冷却時期設定ステップで設定された前記増加タイミング及び前記減少タイミングと前記目標冷却量設定ステップで設定された前記目標冷却量とに基づいて、前記冷却機構による前記燃焼室の冷却量を変更する冷却量変更ステップと、
を含む内燃機関の制御方法。
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