JP6287349B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、火花点火式内燃機関において、機関の低速高負荷域におけるオイルに起因した異常燃焼を抑制するようにした内燃機関の制御装置に関する。

火花点火式内燃機関においては、シリンダ壁温が比較的低い暖機運転中に、燃焼室内に侵入したオイル成分に起因して本来の点火時期よりも早期に着火燃焼を開始する異常燃焼（これはスーパーノックと呼ばれることもある）が発生することがある。この異常燃焼は、低速高負荷域においてのみ発生するが、特許文献１には、機関運転条件がプレイグニッションの発生しやすい所定の低速高負荷域である場合に、ピストン裏面へ向けてオイルを噴射するオイルジェットの動作を間欠噴射とし、サイクル中の爆発行程でのみオイルを噴射するように制御することが開示されている。

特開２０１２−１３６９５３号公報

特許文献１の先行技術では、内燃機関の温度条件とは無関係に低速高負荷域でオイル噴射を制限しており、シリンダ壁温が低いときに発生するいわゆるスーパーノックの抑制として必ずしも適切ではない。例えば、内燃機関が高温となっているときには、スーパーノックが生じにくいにも拘わらず、オイル噴射が制限されることになり、ピストンの冷却が不十分となる懸念がある。

また、特許文献１では、サイクル中の爆発行程でのみオイルを噴射するようにしているが、ピストンの熱容量や伝熱の遅れを考慮すると、爆発行程でのみオイルを噴射することが冷却性の上で効果的であるとは考えられない。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の冷却水温を検知する水温検知手段と、ピストンとシリンダ壁面との摺動面に供給されるオイルの量を制御するオイル供給制御手段と、を備え、オイルに起因した異常燃焼の発生確率が許容し得る閾値を越えない水温閾値よりも上記水温検知手段で検知した水温が低いときに上記摺動面へのオイル供給量を相対的に減少させることを特徴としている。

すなわち、内燃機関の冷却水温が低いときには、ピストンとシリンダ壁温との摺動面に供給されるオイルの量が高水温時に比較して少量となるように制限される。例えばオイルジェットを備えたものでは、オイル噴射を停止するようにしてもよく、オイル噴射を少量に抑制するようにしてもよい。このように摺動面に供給されるオイルを制限することで、暖機運転中（シリンダ壁温が低い状態）の低速高負荷域において生じやすい異常燃焼いわゆるスーパーノックが抑制される。

この発明によれば、暖機運転中の低速高負荷域において生じやすいスーパーノックを効果的に抑制できると同時に、オイルによる冷却の要求を満たすことができる。

この発明の第１実施例を示す構成説明図。 第１実施例におけるオイルジェットの制御の流れを示すフローチャート。 第１実施例における水温に対するオイル噴射量等の特性を示す特性図。 スーパーノックが生じやすい運転領域を示す説明図。 この発明の第２実施例を示す構成説明図。 第２実施例におけるオイルジェットの制御の流れを示すフローチャート。 第２実施例における水温に対するオイル噴射量等の特性を示す特性図。 オイル噴射期間の変化を模式的に示す特性図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の第１実施例のシステム構成を示す構成説明図である。例えば４ストロークサイクルの火花点火式ガソリン機関からなる内燃機関１は、吸気弁４を介して燃焼室６に接続された吸気通路２と、排気弁５を介して燃焼室６に接続された排気通路３と、を有し、燃焼室６の天井面中心部に点火プラグ７を備えている。また、内燃機関１は、例えば筒内直噴型の構成であり、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁８が各気筒毎に設けられている。上記燃料噴射弁８の噴射時期ならびに噴射量、および上記点火プラグ７の点火時期は、エンジンコントロールユニット１０によって制御される。

吸気通路２の比較的上流側には、吸入空気量を制御する電子制御型のスロットル弁９が配置されている。このスロットル弁９は、コレクタ部２ａの入口部に位置する。スロットル弁９は、電動モータ等のアクチュエータを具備したものであり、運転者により操作される図示せぬアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２１の検出信号に基づいて、上記エンジンコントロールユニット１０からの制御信号によって、その開度が制御される。

上記エンジンコントロールユニット１０には、上述したアクセル開度センサ２１の検出信号のほか、吸入空気量Ｑａを示すエアフロメータ２２からの検出信号、機関回転速度Ｎｅを示すクランク角センサ２３からの検出信号、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを示す水温センサ２４からの検出信号、などが入力されている。

内燃機関１の各シリンダ１１には、上下に摺動するピストン１２がそれぞれ配置されているが、このピストン１２の冠部裏面へ向けて冷却用のオイルを噴射するように、シリンダ１１下端部にオイルジェット１３が設けられている。このオイルジェット１３には、図示せぬオイルポンプによって加圧された高圧のオイルがオイル供給通路１４を介して供給され、図中に符号Ｏでもって示すように、比較的細い噴流となってオイルが噴射される。

ここで、上記オイル供給通路１４には、オイル噴射をオン・オフ的に制御する開閉弁例えば電磁弁１５が設けられており、この電磁弁１５がエンジンコントロールユニット１０からの制御信号によって開閉されることで、ピストン１２へ向けたオイルの噴射と停止とが切り換えられる構成となっている。

図２は、上記エンジンコントロールユニット１０による電磁弁１５の制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示すルーチンは、内燃機関１の運転中に繰り返し実行されるものであって、ステップ１で水温センサ２４が検出した水温Ｔｗを読み込み、ステップ２でこの水温Ｔｗを所定の水温閾値Ｔｃと比較する。水温Ｔｗが水温閾値Ｔｃ以上であれば、ステップ３へ進んで、電磁弁１５を開とする。これにより、オイルジェット１３からのオイル噴射が実行される。水温Ｔｗが水温閾値Ｔｃ未満であれば、ステップ４へ進んで、電磁弁１５を閉とする。これにより、オイルジェット１３からのオイル噴射が停止される。

図３は、上記第１実施例の作用を説明するための水温Ｔｗを横軸とした特性図であって、同図の（ｂ）欄に示すように、水温閾値Ｔｃを境界として、低水温側ではオイルジェット１３からのオイル噴射量が実質的に０となり、高水温側ではある量のオイル噴射が継続的に実行される。オイルジェット１３により供給されるオイルの一部は、クランクケース内に飛散するオイルミストとともに、ピストン１２とシリンダ１１の壁面との摺動面に供給されるが、オイル噴射のオン・オフに伴い、摺動面へのオイル供給量も、（ｃ）欄に示すように、水温閾値Ｔｃを境界としてステップ的に変化することとなり、水温閾値Ｔｃよりも低水温側では高水温側に比較して相対的にオイル供給量が少なくなる。

（ａ）欄は、低速高負荷域（図４の領域Ａ）におけるオイル成分に起因した異常燃焼いわゆるスーパーノックの発生確率を示している。低水温時つまりシリンダ１１の壁温が低いと、シリンダ１１の壁面に付着するオイルが増え、かつ油膜の厚さも増加するため、例えば実線ｂに示すように、水温Ｔｗが低いほど異常燃焼の発生確率は高く、逆に水温Ｔｗが高いほど発生確率が低下していく。ここで、ある発生確率Ｐｃを許容し得る閾値とすると、仮に、オイルジェット１３からのオイル噴射を停止しない場合には、破線ａ２に示すように、暖機完了までの間、異常燃焼の発生確率が許容し得る閾値Ｐｃを越えてしまう。

これに対し、第１実施例では、オイルジェット１３からのオイル噴射を停止することで、水温Ｔｗが水温閾値Ｔｃに達するまでの間の異常燃焼の発生確率が実線ａ１に示すように低下し、暖機完了までの間、閾値Ｐｃよりも低く発生確率を保つことができる。

このように、上記第１実施例によれば、水温Ｔｗが水温閾値Ｔｃ未満のときにオイルジェット１３からのオイル噴射を停止することで、シリンダ１１の壁温が低いときに生じやすい異常燃焼いわゆるスーパーノックを効果的に抑制することができる。そして、暖機完了後は、オイルジェット１３からのオイル噴射が特に制限されずに行われるので、ピストン１２を確実に冷却することができる。

なお、水温閾値Ｔｃとしては、図３のａ欄から明らかなように、異常燃焼の発生確率が許容し得る閾値Ｐｃを越えないように設定すればよい。

次に、図５は、本発明の第２実施例のシステム構成を示す構成説明図である。この第２実施例は、基本的な構成は第１実施例と同様であり、特に、オイルジェット１３のオイル供給通路１４に、電磁弁１５と直列に油圧調整弁１６が配設されている。この油圧調整弁１６は、図示した実施例では、エンジンコントロールユニット１０からの制御信号に基づき、オイルジェット１３に導入される油圧を高低２段階に変更し得るもので足りるが、勿論、油圧を連続的に可変制御し得る構成であってもよい。

図６は、エンジンコントロールユニット１０による電磁弁１５および油圧調整弁１６の制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示すルーチンは、やはり内燃機関１の運転中に繰り返し実行される。第２実施例は、水温Ｔｗに応じた油圧制御とオイル噴射期間の制御とを組み合わせたものであって、ステップ１１で水温センサ２４が検出した水温Ｔｗを読み込み、ステップ１２で水温Ｔｗに基づいて油圧調整弁１６の開度を決定する。そして、ステップ１３で、目標とする開度に沿って油圧調整弁１６を駆動する。油圧を高低２段階に制御する一つの実施例では、所定の水温閾値Ｔｃ以上であれば油圧を高くし、水温閾値Ｔｃ未満であれば油圧を低く制御する。

また、ステップ１４では、サイクル中のオイルの噴射開始時期つまり電磁弁１５の開弁時期を水温Ｔｗに基づいて決定し、かつ、この噴射開始時期からのオイルの噴射期間つまり電磁弁１５の開弁期間を水温Ｔｗに基づいて決定する。そして、ステップ１５において、ステップ１４で決定したクランク角に従って電磁弁１５を駆動する。

具体的には、横軸をクランク角とした図８の説明図に示すように、水温Ｔｗが十分に高いときには、（Ａ）のように連続的にオイルの噴射が行われる。これに対し、水温Ｔｗが比較的低いときには、（Ｂ）のようにオイルの噴射がサイクル中の一部区間のみで行われ、水温Ｔｗがさらに低いときには、（Ｃ）のようにオイル噴射期間がさらに短くなる。特に、（Ｂ），（Ｃ）のように間欠的な噴射を行うときには、下死点近傍のクランク角範囲、例えば下死点を中心として前後に対称となるクランク角範囲でオイル噴射が行われるように、噴射開始時期（電磁弁１５の開弁時期）および噴射期間（電磁弁１５の開弁期間）が設定される。図８の上欄には、ピストン１２の行程を図示しているが、（Ｂ），（Ｃ）のように下死点近傍でオイルの噴射を行うことで、シリンダ１１の壁面に付着するオイル量ひいてはピストン１２とシリンダ１１との摺動面に供給されるオイルの量が低減する。

図７は、上記第２実施例の作用を説明するための水温Ｔｗを横軸とした特性図であって、同図の（ｄ）欄に示すように、水温閾値Ｔｃを境界として、低水温側ではオイルジェット１３への供給油圧が低圧となり、高水温側では供給油圧が高圧のままとなる。この供給油圧に応じて、単位時間当たりのオイル噴射量が変化する。

（ｅ）欄は、電磁弁１５の開弁時期つまり噴射開始時期を示しており、図示するように、噴射開始時期は水温Ｔｗが低いほど下死点寄りとなり、水温Ｔｗの上昇に伴って上死点に近付いていく。なお、水温Ｔｗが十分に高いときには、前述したように連続噴射となる。

（ｆ）欄は、電磁弁１５の開弁期間つまり噴射開始からの噴射期間の長さを示しており、図示するように、噴射期間は水温Ｔｗが低いほど短く、水温Ｔｗの上昇に伴って長くなる。

（ｃ）欄は、これらの複数の要素により得られる摺動面へのオイル供給量の特性を示しており、水温閾値Ｔｃにおいてステップ的に変化するとともに、特に水温閾値Ｔｃよりも低温側の領域において、水温Ｔｗが低いほど摺動面へのオイル供給量が少なくなる特性が得られる。

（ａ）欄は、図３と同じく、低速高負荷域（図４の領域Ａ）におけるオイル成分に起因した異常燃焼いわゆるスーパーノックの発生確率を示している。前述したように、仮に、電磁弁１５や油圧調整弁１６によるオイルジェットの可変制御を行わない場合は、破線ｅに示すように、暖機完了までの間に、異常燃焼の発生確率が許容し得る閾値Ｐｃを越えてしまう。

これに対し、第２実施例では、オイルジェット１３からのオイル噴射の油圧制御（単位時間当たりのオイル噴射量の変更）および噴射期間の制御によって、異常燃焼の発生確率が実線ｃ，ｄに示すように低下する。そのため、暖機完了までの間、閾値Ｐｃよりも低く発生確率を保つことができる。

このように、上記第２実施例によれば、第１実施例と同じく、シリンダ１１の壁温が低いときに生じやすい異常燃焼いわゆるスーパーノックを効果的に抑制することができる。そして、暖機の進行に伴って、オイルジェット１３からのオイル噴射が積極的になされることになるので、ピストン１２を確実に冷却することができる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、上記第１実施例では、電磁弁１５を介して低水温時のオイル噴射の停止を行っているが、サーモスタット弁のように水温に感応して機械的に開閉動作を行う感温弁によってオイル噴射を停止するようにしてもよい。

また、上記第２実施例では、オイル噴射の油圧制御（単位時間当たりのオイル噴射量の変更）と噴射時期の可変制御（上死点と下死点との間での噴射時期の変更）と噴射期間の長さの可変制御（噴射時間の変更）との三者を組み合わせて実行しているが、これらのいずれかを単独で用いることも可能である。

また、オイル供給量の可変制御としては、オイル噴射を間欠的に（例えば、所定のクランク角毎あるいは所定のサイクル数毎に１回の噴射を行う）行うようにするとともに、この間欠噴射の周期を低水温時に拡大することで、オイル供給量を少なくするようにすることもできる。

さらに、上記第１，第２実施例では、内燃機関１の負荷や回転速度を考慮せずに水温Ｔｗに基づきオイル噴射を可変制御するようにしているが、異常燃焼が問題となる低速高負荷域であることを加重条件としてオイル噴射の制限を実行するようにしてもよい。

１…内燃機関
６…燃焼室
８…燃料噴射弁
１０…エンジンコントロールユニット
１１…シリンダ
１２…ピストン
１３…オイルジェット
１５…電磁弁
１６…油圧調整弁

Claims (7)

1. 内燃機関の冷却水温を検知する水温検知手段と、ピストンとシリンダ壁面との摺動面に供給されるオイルの量を制御するオイル供給制御手段と、を備え、オイルに起因した異常燃焼の発生確率が許容し得る閾値を越えない水温閾値よりも上記水温検知手段で検知した水温が低いときに上記摺動面へのオイル供給量を相対的に減少させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記内燃機関は、オイルをピストン裏面へ向けて噴射するオイルジェットを備えており、上記オイル供給制御手段は、このオイルジェットからのオイルの噴射を水温に基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 水温が閾値よりも低いときにオイルジェットからのオイルの噴射を停止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 水温が低いときに、オイルジェットから噴射するオイルの油圧を低くすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. オイルジェットからのオイルの噴射を間欠的に行うとともに、この間欠的な噴射の周期を、水温が低いときに拡大することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
6. オイルジェットからのオイルの噴射期間を、水温が低いときには、下死点近傍のクランク角範囲に制限することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
7. 上記オイル供給制御手段は、機関運転条件が所定の低速高負荷域であることを加重条件としてオイル供給量の減少を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

Images