JP2022151108A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
従来、ピストンに向けてオイルを噴射してピストンを冷却するピストンジェットを備えた内燃機関の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、冷却水温度がオイル温度よりも高く、その差が所定値以上であるときにピストンジェットを停止してピストンとシリンダボア壁との間の隙間拡大を回避し、これによりピストンとシリンダボア壁との間の打音発生を抑制する。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a cooling device for an internal combustion engine that includes a piston jet that injects oil toward a piston to cool the piston (see, for example, Patent Document 1).
ところで、ピストンとシリンダボア壁との隙間が狭くなると、両者間の摩擦が高まる。このため、ピストンとシリンダボア壁との隙間が狭くなり過ぎると燃費性能が低下すると考えられる。特許文献１は、ピストンとシリンダボア壁との間の打音の発生を抑制すべく、ピストンとシリンダボア壁との隙間拡大を回避する制御を行っているのみであり、ピストンとシリンダボア壁との隙間の燃費性能への影響は考慮されていない。ここで、ピストンとシリンダボア壁との間の打音は、例えば、内燃機関の暖機時に燃焼室付近の早期暖気完了を狙って冷却水の循環が抑制されたような場合に生じやすい。このため、内燃機関がこのような特定の状態の場合に、ピストンとシリンダボア壁との隙間拡大を回避すれば、打音の発生の抑制に効果的である。しかしながら、打音が発生しにくい状況では、燃費性能を重視したピストンとシリンダボア壁との隙間に制御することも可能となる。
By the way, when the gap between the piston and the cylinder bore wall is narrowed, the friction between them increases. For this reason, if the gap between the piston and the wall of the cylinder bore becomes too narrow, it is considered that the fuel consumption performance will deteriorate.
そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ピストンとシリンダボア壁との隙間を制御することで燃費性能を向上させることを課題とする。 Accordingly, an object of the control device for an internal combustion engine disclosed in the present specification is to improve fuel efficiency by controlling the gap between the piston and the wall of the cylinder bore.
本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ピストンを冷却するピストン冷却装置と、冷却水を循環させてシリンダボア壁を冷却する冷却水循環装置と、を備えた内燃機関の制御装置であって、ピストン推定温度が予め定められたピストン温度に関する閾値以上であるときに前記ピストン冷却装置による前記ピストンの冷却を実行するピストン冷却装置制御部と、シリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値以下であるときに前記冷却水循環装置による前記冷却水の循環を抑制する冷却水循環装置制御部と、を備える。 A control device for an internal combustion engine disclosed in the present specification is a control device for an internal combustion engine that includes a piston cooling device that cools a piston and a cooling water circulation device that circulates cooling water to cool a cylinder bore wall, wherein the piston a piston cooling device control unit for executing cooling of the piston by the piston cooling device when the estimated temperature is equal to or higher than a predetermined piston temperature threshold; and a cylinder bore wall temperature equal to or lower than the predetermined cylinder bore wall temperature threshold. a cooling water circulation device control unit that suppresses circulation of the cooling water by the cooling water circulation device at a certain time.
本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ピストンとシリンダボア壁との隙間を制御することで燃費性能を向上させることができる。 The control device for an internal combustion engine disclosed in this specification can improve fuel efficiency by controlling the gap between the piston and the wall of the cylinder bore.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, etc. of each part may not be illustrated so as to completely match the actual ones. In some drawings, details may be omitted.
（実施形態）
[エンジンシステムの構成]
まず、図１を参照して、実施形態のエンジンシステム５０の概略構成について説明する。エンジンシステム５０は、ガソリンを燃料とする内燃機関１と制御装置を有する。制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）や水温センサ１０１、油温センサ１０２、クランクポジションセンサ１０３等を含む。制御装置については、後に詳細に説明する。
(embodiment)
[Engine system configuration]
First, a schematic configuration of an
内燃機関１は、エンジン本体１０となるシリンダブロック１１とシリンダヘッド２０を備える。シリンダブロック１１には、シリンダボア壁１１ａは、シリンダを形成している。シリンダボア壁１１ａ内にオープンデッキ型のウォータジャケット１２が設けられている。ウォータジャケット１２は、内燃機関１の冷却水循環経路１３と接続されている。冷却水循環経路１３には、ウォータポンプ１４が配設されている。ウォータポンプ１４は、電動式であり、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の指令に基づいて任意の回転数で駆動される。ウォータジャケット１２、冷却水循環経路１３及びウォータポンプ１４は、冷却水循環装置に含まれる。なお、ウォータジャケット１２は、クローズドデッキ型であってもよい。冷却水循環経路１３には、ラジエータが装備されているが、図１では、省略されている。
The
図１には、一気筒分のシリンダが表れているが、本実施形態の内燃機関１は直列４気筒内燃機関であり、紙面垂直方向に沿って４つのシリンダが設けられている。各シリンダ内には、ピストン１５がシリンダの軸方向に沿って摺動可能に収納されている。ピストン１５は、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１７と接続されている。本実施形態を適用することができる内燃機関の気筒数は、４気筒に限定されるものでなく、他の気筒数であってもよい。また、その配列方式も、直列に限定されず、Ｖ型等、従来公知の配列方式としてもよい。
Although one cylinder is shown in FIG. 1, the
シリンダヘッド２０は、シリンダブロック１１の上側に搭載されている。シリンダヘッド２０には、吸気弁２１ａが装着された吸気ポート２２ａと、排気弁２１ｂが装着された排気ポート２２ｂが設けられている。さらに、シリンダヘッド２０には、燃焼室２３が設けられている。燃焼室２３には、点火プラグ２４が設けられている。
The
シリンダブロック１１の下側には、オイルパン２５が設けられている。オイルパン２５内には、内燃機関１の各部の潤滑や冷却に用いられるオイルが貯留される。オイルパン２５内には、オイルストレーナ２６が配設されている。オイルストレーナ２６は、オイルの吸込口２６ａを備え、接続パイプ２６ｂを介してオイルギャラリ２７と接続されている。オイルギャラリ２７には、オイルポンプ２８が設けられており、オイルポンプ２８の下流側には、オイルフィルタ２９が設けられている。オイルポンプ２８は、電動式であり、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の指令に基づいて任意の回転数で駆動される。オイルポンプ２８の回転数が高まると、オイルギャラリ２７内の油圧が上昇する。なお、オイルポンプ２８は、吐出量を変化させることができる機械式のオイルポンプとしてもよい。このような機械式のオイルポンプには、例えば、トロコイドギアを用いたオイルポンプやベーンを用いたオイルポンプがある。
An
オイルギャラリ２７は、内燃機関１内を巡っており、内燃機関１内において、潤滑剤としてオイルの供給が必要である箇所や冷却材としてオイルの供給が必要となる箇所に向けて分岐している。
The oil gallery 27 circulates around the
内燃機関１は、オイルギャラリ２７から分岐してオイルが供給されるオイルジェット装置３０を備えている。オイルジェット装置３０は、ピストン冷却装置として機能するものであり、各ピストン１５の下面に向かってオイルを噴射するピストンジェットノズル３１を備える。ピストンジェットノズル３１の基端部には、チェック弁３２が組み込まれている。オイルポンプ２８の回転数が高まり、オイルギャラリ２７内の油圧が所定の値まで高まるとチェック弁３２が開弁し、ピストンジェットノズル３１からピストン１５の下面に向かってオイルが噴射され、ピストン１５が冷却される。
The
なお、内燃機関１は、ガソリンに替えて、エタノールや天然ガス等の従来公知のガソリン代替燃料を用いることができる。また、内燃機関は、ディーゼル機関であってもよい。また、オイルパン２５に替えてオイルタンク内にオイルを貯留するドライサンプ方式を採用してもよい。
Note that the
つぎに、図２から図３（Ｂ）を参照して、制御装置に含まれる各種センサ及びＥＣＵ１００の機能について説明する。制御装置には、内燃機関１に設置された各種のセンサと、内燃機関１を搭載した車両の各部に設置された各種のセンサとが含まれる。具体的に、各種センサには、図１にも示されている水温センサ１０１、油温センサ１０２及びクランクポジションセンサ１０３の他に、エアフロメータ１０４、アクセル開度センサ１０５及びＡ／Ｆセンサ１０６等が含まれる。水温センサ１０１は、図１に示すようにシリンダブロック１１に装着され、ウォータジャケット１２内を流通する冷却水の温度を検出する。油温センサ１０２は、オイルパン２５に装着され、オイルパン２５内に貯留されたオイルの温度を検出する。クランクポジションセンサ１０３は、クランクシャフト（図１参照）の回転数、つまり、エンジン回転数を検出するのに用いられる。エアフロメータ１０４は、吸気ポート２２ａと接続されている吸気管内を流れる空気の量（吸入空気量）を検出する。吸入空気量を検出することでエンジン負荷が検出される。アクセル開度センサ１０５は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出する。Ａ／Ｆセンサ１０６は排気ガス中の酸素濃度に基いて空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。
Next, various sensors included in the control device and functions of the
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、バックアップＲＡＭ及びその他の記憶装置等を備える。ＣＰＵ、ＲＯＭやその他の記憶装置に記憶されたプログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵによる演算結果や各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは内燃機関１の停止時などにおいて保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
The
ＥＣＵ１００は、図２に示すシリンダボア壁温度推定部１００ａ、ピストン温度推定部１００ｂ、負荷判定部１００ｃ、沸騰判定部１００ｄ、ウォータポンプ制御部１００ｅとして機能する。ＥＣＵ１００は、また、駆動状態判定部１００ｆ、過冷却判定部１００ｇ及びオイルポンプ制御部１００ｈとして機能する。シリンダボア壁温度推定部１００ａは、図３（Ａ）にマップの一例を示すように、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてシリンダボア壁温度を推定する。ピストン温度推定部１００ｂも同様に、図３（Ｂ）にマップの一例を示すように、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてピストン温度を推定する。図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示すマップは、実験やシミュレーション等に基づいて予め作成しておく。シリンダボア壁温度やピストン温度を、マップを用いて推定する方法は、一例であって、他の演算等によってこれらの温度を推定するようにしてもよい。
The
負荷判定部１００ｃは、エアフロメータ１０４によって検出した吸入空気量に基づいて、内燃機関１の負荷状態を判定する。沸騰判定部１００ｄは、シリンダボア壁温度推定部１００ａによって推定されたシリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値Ｔｃｙ０以下であるか否かを判定する。閾値Ｔｃｙ０は、冷却水が沸騰することがない温度として予め実験やシミュレーションによって定められている。ウォータポンプ制御部１００ｅは、沸騰判定部１００ｄの判定結果に基づいてウォータポンプ１４の稼働状態を制御する。
The
駆動状態判定部１００ｆは、内燃機関１を搭載した車両の駆動系統の状態について判定する。車両の駆動系統については、後に説明する。過冷却判定部１００ｇは、ピストン温度推定部１００ｂによって推定されたピストン温度が予め定められたピストン温度に関する閾値Ｔｐｉ０以上であるか否かを判定する。閾値Ｔｐｉ０は、予め実験やシミュレーションによって定められている。オイルポンプ制御部１００ｈは、過冷却判定部１００ｇの判定結果に基づいてオイルポンプ２８の稼働状態を制御する。
The drive
[車両の駆動系統]
つぎに、図４を参照して内燃機関１を搭載した車両の駆動系統について説明する。内燃機関１が備えるクランクシャフト１７は、トランスミッション４１、ドライブシャフト４２を介して車輪４３と接続されている。このため、クランクシャフト１７の回転出力は、トランスミッション４１及びドライブシャフト４２を介して車輪４３に伝達される。クランクシャフト１７は、また、オルタネータ５１と駆動ベルトを介して接続されている。オルタネータ５１は、クランクシャフト１７の回転出力によって回転し、発電する。オルタネータ５１は、バッテリー５２と電気的に結線されており、オルタネータ５１によって発電された電力は、バッテリー５２に蓄えられる。バッテリー５２は、電力を必要とする車両の各部と結線されているが、電動式であるオイルポンプ２８もバッテリー５２と結線され、電力の供給を受ける。機械式のオイルポンプを採用した場合には、オイルポンプの駆動に電力は不要となる。なお、駆動系統には、クラッチ装置が介在することがあるが、ここでは、その説明は省略する。
[Vehicle drive system]
Next, a drive system of a vehicle equipped with the
このような駆動系統は、例えば、アクセルがオフ状態とされ、車両が減速状態となっているときは、図４において、矢示で示すように車輪４３からクランクシャフト１７へ向かう慣性駆動力の回収経路を形成する。車両が走行しており、車輪４３が回転している状態のときに、アクセルがオフとされ、クランクシャフト１７の回転出力が発揮されていない状態となると、車輪４３の慣性駆動力がクランクシャフト１７に伝達される。つまり、クランクシャフト１７は、新規に燃料を消費することなく回転する。クランクシャフト１７が慣性駆動力によって回転している場合であっても、オルタネータ５１は発電し、その電力は、バッテリー５２に回収、蓄えられる。このようにしてバッテリー５２に蓄えられた電力を使用してオイルポンプ２８を稼働させれば、燃費の面で有利となる。オイルポンプが機械式である場合は、オイルポンプは、クランクシャフト１７の慣性駆動力によって駆動される。
In such a drive system, for example, when the accelerator is turned off and the vehicle is decelerated, the inertia driving force directed from the
[シリンダボア壁温度とシリンダボア径との関係]
実施形態の内燃機関１は、ウォータジャケット１２、冷却水循環経路１３及びウォータポンプ１４を含む冷却水循環装置を備えており、ウォータポンプ１４を稼働させて冷却水を循環させることでシリンダボア壁１１ａを冷却する。これに対し、ウォータポンプ１４の稼働を停止させたり、その稼働を抑制したりして冷却水の流量を低下させると、シリンダボア壁１１ａの温度は上昇する。シリンダボア壁１１ａは、その温度が高くなるとシリンダボア径が拡大し、その温度が低下するとシリンダボア径が収縮する。シリンダボア径の拡大は、ピストン１５とシリンダボア壁１１ａとの隙間（以下、「ピストンクリアランス」という）を拡大させる方向に作用し、シリンダボア径の収縮は、ピストンクリアランスを収縮させる方向に作用する。
[Relationship between cylinder bore wall temperature and cylinder bore diameter]
The
[ピストン温度とピストン径との関係]
実施形態の内燃機関１は、オイルジェット装置３０を備えており、オイルポンプ２８を稼働させて油圧を上昇させることでピストンオイルジェットをピストン１５に向かって噴射し、ピストン１５を冷却する。これに対し、オイルポンプ２８の稼働を抑制し、油圧を低下させるとピストンオイルジェットの噴射が停止し、ピストン１５の温度が上昇する。ピストン１５は、その温度が高くなるとピストン径が拡大し、その温度が低下するとピストン径が収縮する。ピストン径の拡大は、ピストンクリアランスを収縮させる方向に作用し、ピストン径の収縮は、ピストンクリアランスを拡大させる方向に作用する。
[Relationship between piston temperature and piston diameter]
The
[ヒートマネージメント制御]
本実施形態では、ピストンクリアランスを拡大し、燃費性能の向上を図るためのヒートマネージメント制御を実行する。ヒートマネージメント制御には、シリンダボア径の制御に関わる冷却水循環制御と、ピストン径の制御に関わるピストンオイルジェット制御が含まれる。以下、これらの制御について説明する。これらの制御は基本的に別個に実行される。以下の説明では、それぞれ、制御の一例を示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、これらの制御に関連する各種数値の推移や、ピストンクリアランスの推移は、図７に示す一つのタイムチャート上に示す。
[Heat management control]
In this embodiment, heat management control is executed to increase the piston clearance and improve the fuel efficiency. Heat management control includes cooling water circulation control related to cylinder bore diameter control and piston oil jet control related to piston diameter control. These controls will be described below. These controls are basically executed separately. In the following description, each will be described with reference to a flowchart showing an example of control. The transition of various numerical values related to these controls and the transition of the piston clearance are shown on one time chart shown in FIG.
図７には、内燃機関１の稼働状況を示す数値として吸入空気量ＧＡ、エンジン回転数ＮＥの推移が示されている。そして、これらの数値の推移に伴う冷却水流量の変化及び油圧の変化が、ヒートマネージメント制御が実行された場合とヒートマネージメント制御が実行されなかった場合について示されている。さらに、図７には、ヒートマネージメント制御が実行された場合とヒートマネージメント制御が実行されなかった場合のシリンダボア壁温度差ＤＴｃｙとピストン温度差ＤＴｐｉが示されている。また、図７には、ヒートマネージメント制御が実行された場合とヒートマネージメント制御が実行されなかった場合のピストンクリアランス差ＤＣが示されている。図７では、ヒートマネージメント制御が実行された場合の数値の推移は点線で示され、ヒートマネージメント制御が実行されなかった場合の数値の推移は実線で示されている。
FIG. 7 shows transitions of the intake air amount GA and the engine speed NE as numerical values indicating the operational status of the
図７において、時刻ｔ１は、アクセルが踏み込まれ、吸入空気量ＧＡが増加し始めるタイミングを示している。時刻ｔ２は、吸入空気量ＧＡの増加に伴って、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じたことを判断したタイミングを示している。また、時刻ｔ２は、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じたことに伴って、ピストンオイルジェット噴射を停止するタイミングを示している。時刻ｔ３は、冷却水循環を開始するタイミング、換言すると、それまで行っていた冷却水循環停止を終了するタイミングを示している。時刻ｔ４は、アクセルオフが検知されたタイミングを示している。また、時刻ｔ４は、アクセルオフが検知されたことに伴って、その後エンジン回転数ＮＥが低下することを予測して冷却水循環停止を実施するタイミングを示している。時刻ｔ５は、吸入空気量ＧＡの減少に伴って、エンジン回転数ＮＥが低下に転じたことを判断したタイミングを示している。また、時刻ｔ５は、エンジン回転数ＮＥが低下に転じたことに伴って、ピストンオイルジェット噴射を開始するタイミングを示している。 In FIG. 7, time t1 indicates the timing at which the accelerator is depressed and the intake air amount GA begins to increase. Time t2 indicates the timing at which it was determined that the engine speed NE started to increase as the intake air amount GA increased. Time t2 indicates the timing of stopping the piston oil jet injection as the engine speed NE begins to rise. Time t3 indicates the timing to start cooling water circulation, in other words, the timing to finish stopping the cooling water circulation that has been performed up to that point. Time t4 indicates the timing at which the accelerator-off is detected. Further, time t4 indicates the timing at which cooling water circulation is stopped in anticipation that the engine speed NE will decrease after the accelerator-off is detected. Time t5 indicates the timing at which it is determined that the engine speed NE has started to decrease as the intake air amount GA decreases. Further, time t5 indicates the timing of starting the piston oil jet injection as the engine speed NE begins to decrease.
なお、後に説明するように、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となった場合には、冷却水循環停止を終了するが、図７には、説明の都合上、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となった状態については示されていない。同様に、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも低くなった場合には、ピストンオイルジェット噴射を停止するが、図７には、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも低くなった状態は示されていない。 As will be described later, when the cylinder bore wall temperature becomes equal to or higher than the threshold value Tcy0, the cooling water circulation is terminated. No states are shown. Similarly, when the piston temperature becomes lower than the threshold Tpi0, the piston oil jet injection is stopped, but FIG. 7 does not show the state where the piston temperature becomes lower than the threshold Tpi0.
[冷却水循環制御]
まず、冷却水循環制御について、図５に示すフローチャートと図７に示すタイムチャートとを参照して説明する。ステップＳ１１では、ＥＣＵ１００は、シリンダボア壁温度を推定する。具体的に、シリンダボア壁温度推定部１００ａは、クランクポジションセンサ１０３が取得したエンジン回転数ＮＥとエアフロメータ１０４が検出した吸入空気量に基づくエンジン負荷を、図３（Ａ）に示すマップに当て嵌める。これによりシリンダボア壁温度推定部１００ａは、シリンダボア壁温度の推定値を得る。
[Cooling water circulation control]
First, cooling water circulation control will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 5 and the time chart shown in FIG. In step S11, the
ステップＳ１２では、ＥＣＵ１００は、時定数Τ（タウ）の吸入空気量を算出する。具体的に、負荷判定部１００ｃはエアフロメータ１０４が検出した吸入空気量ＧＡに基づいて時定数Τの吸入空気量を算出する。ここで、時定数Τの吸入空気量を算出する理由について説明する。
In step S12, the
時定数Τの吸入空気量を算出するのは、車両の走行状態の変化、言い換えると、吸入空気量ＧＡの変化を考慮した緻密な制御を行うためである。例えば、図７に示すタイミングチャートのように、時刻ｔ１において吸入空気量ＧＡが上昇し始め、それ以前の吸入空気量ＧＡが少ない状態から多い状態へ推移する過渡期を迎える場合を想定する。時定数Τの吸入空気量を算出することで、このような吸入空気量ＧＡの推移を把握することができるようになる。図７に示すように時刻ｔ１で吸入空気量ＧＡが増加する場合、時刻ｔ１から少し遅れた時刻ｔ２からエンジン回転数ＮＥが上昇し始め、車両が加速状態に移行したことがわかる。 The reason why the intake air amount is calculated with the time constant T is to perform precise control in consideration of changes in the running state of the vehicle, in other words, changes in the intake air amount GA. For example, as shown in the timing chart of FIG. 7, it is assumed that the intake air amount GA begins to rise at time t1 and enters a transitional period in which the intake air amount GA transitions from a low intake air amount GA to a high intake air amount GA. By calculating the intake air amount with the time constant T, it becomes possible to grasp such transition of the intake air amount GA. As shown in FIG. 7, when the intake air amount GA increases at time t1, the engine speed NE begins to rise at time t2, which is slightly later than time t1, indicating that the vehicle is accelerating.
図７に例示するタイミングチャートでは、時刻ｔ１以前において、ウォータポンプ１４の稼働を停止して冷却水の循環を停止している状態となっている。エンジン回転数ＮＥが上昇する加速中の状態に移行すると、その後、シリンダボア壁温度の上昇が予測されるが、そのまま冷却水の循環の停止状態を継続すると、冷却水が沸騰してしまう可能性がある。このため、冷却水の循環停止を終了すべく、ウォータポンプ１４の稼働を開始することが求められる。ここで、時刻ｔ１以前の状態では、吸入空気量ＧＡが少ない軽負荷状態である。このため、冷却水温は低く、冷却水の熱容量には余裕があり、車両の加速初期の段階まで冷却水の循環の停止を継続しても冷却水の沸騰は回避される。本実施形態は、シリンダボア壁温度を高い状態に維持し、シリンダボア径を拡大してピストンクリアランスを大きくすることで燃費向上を目指すものである。このため、冷却水循環停止の状態をできるだけ継続することが望ましい。
In the timing chart illustrated in FIG. 7, before time t1, the operation of the
本実施形態のＥＣＵ１００は、時定数Τの吸入空気量を算出することで、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じ、加速状態に移行することを予測する。そして、このような加速状態が予測された場合には、加速の初期段階において、冷却水の循環が停止された状態を維持するために、冷却水の循環停止の終了のタイミングを後倒し（ディレー）させる。比較例では、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じたことを判断した時刻ｔ２に合わせて冷却水の循環停止を終了させているが、本実施形態では、時刻ｔ２から遅らせた時刻ｔ３で冷却水循環停止を終了している。
The
なお、ステップＳ１１とステップＳ１２の順番の前後は問わず、同じタイミングで実施してもよい。 Note that the steps S11 and S12 may be performed at the same timing regardless of the order of steps S11 and S12.
ステップＳ１２に引き続いて行われるステップＳ１３では、負荷判定部１００ｃは、ステップＳ１２で算出した時定数Τの吸入空気量が、予め定めた負荷（吸入空気量）に関する閾値Ｇａ０（ｇ／ｓｅｃ）よりも少ないか否かを判定する。冷却水の循環を停止すると、シリンダボア径が拡大し、燃費面で有利となるが、その一方で、シリンダボア壁温度上昇に起因する冷却水の沸騰や、ヘッドガスケットの耐久性への影響を考慮する必要がある。このため、本実施形態では、内燃機関１が軽負荷状態であることを冷却水循環停止の条件としている。閾値Ｇａ０は、冷却水の沸騰や、ヘッドガスケットの耐久性への影響を考慮して、内燃機関１が軽負荷状態であると判断できる値に設定されている。
In step S13 that follows step S12, the
ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３で肯定判定（Ｙｅｓ判定）をした場合は、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、沸騰判定部１００ｄは、ステップＳ１１で推定したシリンダボア壁温度が予め定めた閾値Ｔｃｙ０よりも低いか否かを判定する。閾値Ｔｃｙ０は冷却水が沸騰することがないことを判定できる温度に設定されており、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となる場合は、冷却水が沸騰し、内燃機関１の冷却が適切に行われなくなる可能性がある。そこで、これを回避すべく、シリンダボア壁温と閾値Ｔｃｙ０との比較を行う。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４で肯定判定を行ったときは、ステップＳ１５へ進み、ステップＳ１４で否定判定（Ｎｏ判定）を行ったときは、ステップＳ１７へ進む。
When the
つぎに、ＥＣＵ１００が、ステップＳ１３で否定判定（Ｎｏ判定）を行った場合について説明する。ＥＣＵ１００が、ステップＳ１３で否定判定をするのは、例えば、図７に示すタイムチャートで時刻ｔ１から増加し始めた吸入空気量ＧＡが増加された状態で定常状態となっているような場合であり、図７において、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間のような状態である。このような状態のとき、冷却水の循環は行われている。ステップＳ１３で否定判定を行ったＥＣＵ１００は、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１６においてアクセル開度センサ１０５の検出値に基づいてアクセルが全閉か否かを判定する。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６において、肯定判定をした場合、つまり、アクセルが全閉されたと判断した場合、ステップＳ１４へ進む。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４で肯定判定した場合、ステップＳ１５へ進む。一方、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６で否定判定した場合、ステップＳ１７へ進む。
Next, a case where the
つぎに、ステップＳ１５について説明する。ＥＣＵ１００がステップＳ１５へ進むのは、つぎの２つのパターンが想定される。第１のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１５の間にステップＳ１４のみを経由するパターンである。第２のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１５の間にステップＳ１６とステップＳ１４の双方を経由するパターンである。
Next, step S15 will be described. The following two patterns are assumed for the
第１のパターンである場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、ステップＳ１５においてウォータポンプ１４の停止フラグを維持する。例えば図７のタイムチャートにおける時刻ｔ１以前の状態が継続しているような場合である。
In the case of the first pattern, the water
一方、第２のパターンである場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、ステップＳ１５においてウォータポンプ１４に対して停止信号を発信する。ステップＳ１６とステップＳ１４を経由してステップＳ１５へ進んだ場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、例えば図７のタイムチャートでアクセルオフが確認された時刻ｔ４のタイミングで先読みして即座に冷却水の循環停止を実施する。ここで、先読みとは、アクセルが全閉とされた場合、その後、エンジン回転数ＮＥが低下することを予測して冷却水の循環停止を前倒しで実行するものである。比較例では、時刻ｔ４以降に吸入空気量ＧＡが低下し始めたことが確認された後にウォータポンプを停止している。このため、図７において実線で示した冷却水流量は、吸入空気量ＧＡの低下に少し遅れて低下している。これに対し、本実施形態のように、先読みで冷却水の循環停止を行うことで、シリンダボア壁温度が高く、ピストンクリアランスが大きい期間を長くすることができるため、燃費向上を図ることができる。
On the other hand, in the case of the second pattern, the water
ステップＳ１５の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。
After step S15, the
つぎに、ステップＳ１７について、説明する。ＥＣＵ１００がステップＳ１７へ進むのは、つぎの３つのパターンが想定される。第１のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１７の間にステップＳ１６を経由せず、ステップＳ１４のみを経由しているパターンである。第２のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１７の間にステップＳ１４とステップＳ１６の双方を経由している場合である。第３のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１７の間にステップＳ１４を経由せず、ステップＳ１６のみを経由しているパターンである。
Next, step S17 will be explained. The following three patterns are assumed for the
第１のパターンである場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、内燃機関１が適切に冷却されることを重視し、冷却水の沸騰を回避すべく、ステップＳ１７においてウォータポンプ１４の稼働を開始し、冷却水循環を行う。例えば、図７において、時刻ｔ１以前のように冷却水の循環停止が行われている状態で、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となったような場合である。
In the case of the first pattern, the water
第２のパターンである場合、この場合もウォータポンプ制御部１００ｅは、内燃機関１が適切に冷却されることを重視し、冷却水の沸騰を回避すべく、ステップＳ１７においてウォータポンプ１４の稼働フラグを維持する。例えば、図７において、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間のように冷却水循環が行われている状態で、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となったような場合である。なお、上述したように、図７には、第１のパターンや第２のパターンのようにステップＳ１４で否定判定される状態、つまり、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となった状態については示されていない。
In the case of the second pattern, the water
第３のパターンである場合、内燃機関１は軽負荷の状態ではないことから、ウォータポンプ制御部１００ｅは、冷却水の沸騰や、ヘッドガスケットの耐久性への影響を考慮してウォータポンプ１４を稼働させ、冷却水を循環させる。ここで、第３のパターンに該当する状況の中で、特に、冷却水の循環停止が実行されていた状況でステップＳ１３における否定判定がされた場合について説明する。この場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、上述した冷却水の循環停止の終了のタイミングの後倒しを実施する。つまり、冷却水の循環停止が実行されていた状況でステップＳ１３における否定判定がされた場合というのは、内燃機関１が加速状態に移行した状態であるため、加速初期の状態において冷却水循環停止の状態を継続する。これにより、ピストンクリアランスを大きくして燃費向上を図ることできる。
In the case of the third pattern, since the
ステップＳ１７の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。
After step S17, the
[ピストンオイルジェット制御]
つぎに、ピストンオイルジェット制御について、図６に示すフローチャートと図７に示すタイムチャートとを参照して説明する。まず、ステップＳ２１では、ＥＣＵ１００は、ピストン温度を推定する。具体的に、ピストン温度推定部１００ｂは、クランクポジションセンサ１０３が取得したエンジン回転数ＮＥとエアフロメータ１０４が検出した吸入空気量に基づくエンジン負荷を、図３（Ｂ）に示すマップに当て嵌める。これによりピストン温度推定部１００ｂは、ピストン温度の推定値を得る。
[Piston oil jet control]
Next, piston oil jet control will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 6 and the time chart shown in FIG. First, in step S21, the
ステップＳ２２では、駆動状態判定部１００ｆが車両の駆動トルクを算出する。駆動トルクは、アクセル開度センサ１０５により取得したアクセル開度、エアフロメータ１０４によって取得した吸入空気量、水温センサ１０１によって取得した冷却水温をパラメータとしたマップによって推定される。
In step S22, the drive
なお、ステップＳ２１とステップＳ２２の順番の前後は問わず、同じタイミングで実施してもよい。 Note that the steps S21 and S22 may be performed at the same timing regardless of the order of the steps.
ステップＳ２３では、駆動状態判定部１００ｆは、内燃機関１の駆動トルクが０Ｎｍよりも小さいか否か、つまり、内燃機関１が駆動トルクを発揮しておらず、車両が惰性で走行している状態であるか否かを判定する。ここで、駆動トルクが０Ｎｍよりも小さいか否かを判定するのは、車両の駆動系統が減速時の慣性駆動力を回収する状態となっているか否かを判定するためである。本実施形態のオイルポンプ２８は、電動式であるため、オイルポンプ２８を駆動することで電力が消費される。ここで、単に電力を消費するのでは、燃費が悪化してしまう。そこで、本実施形態では、駆動系統の慣性駆動力を回収することで得られた電力によってオイルポンプ２８を駆動することで、燃費の悪化を回避している。例えば、図７に示す時刻ｔ２以前や時刻ｔ５以降のように、アクセルが踏み込まれていないような場合である。
In step S23, the driving
ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３で肯定判定したときは、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、過冷却判定部１００ｇは、ステップＳ２１で取得したピストン推定温度が予め定めた閾値Ｔｐｉ０以上であるか否かの判定を行う。ここで、このようなピストン推定温度と閾値Ｔｐｉ０との比較（過冷却判定）を行うのは、内燃機関１において燃料の適切な燃焼を行うためである。内燃機関１では、ピストン１５の温度が低くなりすぎると、燃料の気化が悪化し、適切な混合気の形成に影響が及ぶ。そして、内燃機関１における燃料の燃焼が不安定となったり、黒鉛（ＰＭ）や炭化水素（ＨＣ）が発生したりする。そこで、本実施形態では、ピストン推定温度が閾値Ｔｐｉ０よりも高い場合ことをオイルピストンジェット噴射の条件としている。閾値Ｔｐｉ０は内燃機関１における燃料の適切な燃焼が保証された値に設定されている。
When the
ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４で肯定判定したときは、ステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５では、オイルポンプ制御部１００ｈは、オイルポンプ２８に対し、オイルギャラリ２７内の油圧が上昇するオイル吐出量となるように稼働信号を発信する。これにより、オイルギャラリ２７内の油圧が、オイルジェット装置３０のチェック弁３２の開弁圧を超えると、チェック弁３２が開弁し、ピストンジェットノズル３１からピストン１５の下面に向かってオイルが噴射され、ピストン１５が冷却される（ステップＳ２６）。この結果、ピストン径が縮小し、ピストンクリアランスが拡大して燃費の向上が図られる。
When the
一方、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３で否定判定した場合やステップＳ２４で否定判定した場合には、ステップＳ２７へ進む。ステップＳ２７では、オイルポンプ制御部１００ｈは、オイルポンプ２８に対し、オイルギャラリ２７内の油圧が通常油圧となるオイル吐出量となるように稼働信号を発信する。ここで、通常油圧とは、内燃機関１内においてオイルの供給が必要となる箇所にオイルが行き渡らせることができるが、オイルジェット装置３０のチェック弁３２の開弁圧を超えない圧力である。これによりオイルピストンジェットは停止され、ピストン１５の過度な冷却が回避される。この結果、内燃機関１における燃料の安定した燃焼が実現される。ステップＳ２３で否定判定されるのは、例えば、図７における時刻ｔ５のようにエンジン回転数ＮＥが低下し始めたタイミングと一致する。なお、上述したように、図７には、ステップＳ２４で否定判定される状態、つまり、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも低くなった状態は示されていない。
On the other hand, when the
ステップＳ２６及びステップＳ２７の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１からの処理を繰り返す。
After steps S26 and S27, the
[ヒートマネージメント制御の効果]
つぎに、本実施形態のヒートマネージメント制御の効果について説明する。図７に示したタイムチャートに表れている全タイミングにおいて、実施形態のシリンダボア壁温度が比較例のシリンダボア壁温度よりも高く、シリンダボア壁温度差ＤＴｃｙが生じている。また、実施形態のピストン温度が比較例のピストン温度よりも低く、ピストン温度差ＤＴｐｉが生じている。この結果、実施形態のピストンクリアランスが比較例のピストンクリアランスよりも大きく、ピストンクリアランス差ＤＣが生じている。このように、ピストンクリアランスが大きくなることで、シリンダボア壁１１ａとピストン１５との間の摩擦が低減され、燃費の向上が達成される。
[Effect of heat management control]
Next, the effect of the heat management control of this embodiment will be described. At all the timings appearing in the time chart shown in FIG. 7, the cylinder bore wall temperature of the embodiment is higher than the cylinder bore wall temperature of the comparative example, and a cylinder bore wall temperature difference DTcy is generated. Further, the piston temperature of the embodiment is lower than the piston temperature of the comparative example, and a piston temperature difference DTpi is generated. As a result, the piston clearance of the embodiment is larger than the piston clearance of the comparative example, resulting in a piston clearance difference DC. By increasing the piston clearance in this way, the friction between the cylinder bore
本実施形態によれば、冷却水の循環を抑制することでシリンダボア径を拡大し、ピストン１５に向かってピストンオイルジェット噴射をすることでピストン径を収縮させることでピストンクリアランスを拡大し、燃費向上が図られる。また、冷却水の循環の抑制は、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０よりも低いときに実行されるため、冷却水の沸騰が回避される。また、ピストン冷却装置によるピストンの冷却は、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも高いときに実行されるため、内燃機関１における燃料の適切な燃焼が図られる。
According to this embodiment, the cylinder bore diameter is enlarged by suppressing the circulation of cooling water, and the piston diameter is contracted by injecting the piston oil jet toward the
なお、上記の実施例ではウォータポンプ１４の稼働状態を制御し、冷却水の循環を行ったり停止したりしたが、冷却水の循環を完全に停止するのではなく、冷却水流量を絞るなどの調整をしてシリンダボア壁温度をコントロールするようにしてもよい。また、内燃機関１に例えば多機能弁を装備し、多機能弁の開度を調整することで、冷却水流量を調整するようにしてもよい。
In the above embodiment, the operating state of the
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these, and various modifications of these examples are within the scope of the present invention, and furthermore, It is self-evident from the above description that many other embodiments are possible within the scope.
１ 内燃機関 １１ シリンダブロック
１１ａ シリンダボア壁 １２ ウォータジャケット
１３ 循環経路 １４ ウォータポンプ
１５ ピストン １７ クランクシャフト
２８ オイルポンプ ３０ オイルジェット装置
３１ ピストンジェットノズル ３２ チェック弁
５０ エンジンシステム １００ ＥＣＵ
Claims (1)
ピストン推定温度が予め定められたピストン温度に関する閾値以上であるときに前記ピストン冷却装置による前記ピストンの冷却を実行するピストン冷却装置制御部と、シリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値以下であるときに前記冷却水循環装置による前記冷却水の循環を抑制する冷却水循環装置制御部と、
を備えた内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine comprising a piston cooling device for cooling a piston and a cooling water circulation device for circulating cooling water to cool a cylinder bore wall,
a piston cooling device control unit for executing cooling of the piston by the piston cooling device when the estimated piston temperature is equal to or higher than a predetermined piston temperature threshold; and a cylinder bore wall temperature equal to or lower than the predetermined cylinder bore wall temperature threshold. a cooling water circulation device control unit that suppresses circulation of the cooling water by the cooling water circulation device when
A control device for an internal combustion engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021054024A JP2022151108A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Control device of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021054024A JP2022151108A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Control device of internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2022151108A true JP2022151108A (en) | 2022-10-07 |
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Family Applications (1)
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| JP2021054024A Pending JP2022151108A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Control device of internal combustion engine |
Country Status (1)
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2021
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