JP6984208B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

例えば車両用の内燃機関において、ピストンに向けて冷却用オイルを噴射するオイルジェットを備えたものが公知である。こうした内燃機関では、クランクシャフトにより回転駆動されるオイルポンプから吐出されたオイルを、オイルギャラリに貯留し、オイルギャラリからオイルジェットへのオイルの供給を、オイルジェットバルブの開閉により制御するようになっている。

特開２０１５−１６９１１３号公報 特開２０１５−０４５２８７号公報

しかしながら、かかる内燃機関にあっては、オイルジェットからのオイル噴射を停止すべくオイルジェットバルブを閉弁すると、オイルギャラリ内の油圧が高まり、オイルポンプを駆動するのに必要なポンプ駆動力が増加する。これにより、内燃機関のポンプ駆動損失が増加し、燃費が悪化することがある。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、オイルジェットからのオイル噴射停止時におけるポンプ駆動損失の増加を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、クランクシャフトにより回転駆動されるオイルポンプと、前記オイルポンプの吐出流量を可変にするための可変機構と、前記オイルポンプから吐出されたオイルを貯留するオイルギャラリと、ピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェットと、前記オイルギャラリから前記オイルジェットへのオイルの供給を制御するオイルジェットバルブと、を備え、
前記制御装置は、前記可変機構および前記オイルジェットバルブを制御するように構成された制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記オイルジェットバルブの開度に応じて前記可変機構を制御し、前記オイルポンプの吐出流量を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記オイルジェットバルブの開度が小さいほど前記オイルポンプの吐出流量が小さくなるように前記可変機構を制御する。

好ましくは、前記制御装置は、前記オイルギャラリの油圧を検出するための油圧センサをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記オイルジェットバルブの開度に基づき前記オイルポンプの基本目標流量を算出すると共に、前記油圧センサにより検出された油圧と所定の目標油圧との差に基づいてフィードバック補正項を算出し、前記基本目標流量を前記フィードバック補正項により補正して補正後目標流量を算出し、前記補正後目標流量に実際の吐出流量が等しくなるよう前記可変機構を制御する。

本発明によれば、オイルジェットからのオイル噴射停止時におけるポンプ駆動損失の増加を抑制することができる。

本発明の実施形態の構成を示す概略図である。 制御ルーチンのフローチャートである。 オイルポンプの目標流量を算出するためのマップを示す。 他の実施形態の制御ルーチンのフローチャートである。 変形例の構成を示す概略図である。

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

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

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

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

ここで、バイパスバルブ５から入口ギャラリ６に直接向かうオイルの流れをメインの流れとし、バイパスバルブ５からオイルクーラ７を経て入口ギャラリ６に向かうオイルの流れをバイパスの流れとする。また、バイパスバルブ５において、オイルポンプ２から供給されたオイルを全量入口ギャラリ６に流し、オイルクーラ７に流さないバルブ状態を全閉状態、すなわち開度＝０（％）の状態とする。他方、オイルポンプ２から供給されたオイルを全量オイルクーラ７に流し、入口ギャラリ６に流さないバルブ状態を全開状態、すなわち開度＝１００（％）の状態とする。バイパスバルブ５の開度は、０（％）から１００（％）の間で連続的に可変であり、それ故供給されたオイルを、任意の分配比で入口ギャラリ６およびオイルクーラ７に分配可能である。オイルクーラ７に分配されるオイルの流量を制御することにより、入口ギャラリ６にて合流された後のオイルの温度を適切に制御できる。

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

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

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

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

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

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

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

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

次に、本実施形態の制御について説明する。

オイルジェット１２からのオイル噴射時、ＥＣＵ１００は、オイルジェットバルブ１３を開弁する。すると比較的高圧のオイルギャラリ１１内のオイルがオイルジェット１２に送られ、オイルジェット１２からピストンに向かってオイルが勢いよく噴出される。このときＥＣＵ１００は、別途推定されるピストン温度等に応じてオイルジェットバルブ１３の開度を制御し、オイルジェット１２からのオイル噴射流量を制御する。例えばピストン温度が高い程、オイル噴射流量を増大する。

他方、オイルジェット１２からのオイル噴射の停止時には、ＥＣＵ１００は、オイルジェットバルブ１３を閉弁すなわち全閉状態に制御する。これによりオイルジェット１２からは、前述したように、極小流量のオイルが単に漏れ出すのみとなる。

ところで、オイルジェットバルブ１３を全閉状態にすると、オイルギャラリ１１内の油圧が高まり、ひいてはオイルポンプ２の出口側の系全体の圧力が高まる。すると、オイルポンプ２を駆動するのに必要なポンプ駆動力が増加する。これにより、エンジンＥのポンプ駆動損失が増加し、燃費が悪化することがある。

そこで、本実施形態のＥＣＵ１００は、オイルジェットバルブ１３の開度に応じて可変機構４を制御し、オイルポンプ２の吐出流量を制御する。具体的には、ＥＣＵ１００は、オイルジェットバルブ１３の開度が小さいほどオイルポンプ２の吐出流量が小さくなるように可変機構４を制御する。

より詳細には、ＥＣＵ１００は、図２に示すルーチンを所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行することにより、オイルポンプ２の吐出流量を制御する。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、オイルジェットバルブ１３の開度Ｖを（％）取得する。なおオイルジェットバルブ１３の開度ＶはＥＣＵ１００自身が制御しているので、ここではＥＣＵ１００からオイルジェットバルブ１３に送られる指示開度が取得される。

次にステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、開度Ｖに対応した、オイルポンプ２の吐出流量の目標値である目標流量Ｑｂを、図３に示すような所定のマップから算出する。図示するように、マップにおいては、開度Ｖが小さい程、小さくなる目標流量Ｑｂが入力されている。そして目標流量Ｑｂは、全開開度＝１００（％）のとき最大、全閉開度＝０（％）のとき最小となる。

次にステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、オイルポンプ２の実際の吐出流量が、算出した目標流量Ｑｂに等しくなるよう、可変機構４を制御し、オイルポンプ２の吐出流量（ポンプ流量）を制御する。

この制御によれば、オイルジェットバルブ１３が全閉状態のとき、目標流量Ｑｂは最小となるため、ポンプ駆動力を効果的に低下させることができる。よって、オイルジェット１２からのオイル噴射停止時におけるポンプ駆動損失の増加、ひいては燃費悪化を効果的に抑制することができる。

また、オイルジェットバルブ１３の開度が０（％）と１００（％）の間の中間開度のときでも、目標流量Ｑｂを、その最大値よりは低下させることができ、ポンプ駆動力を低下させることができる。よってこのときでもポンプ駆動損失の増加および燃費悪化を効果的に抑制することができる。

他方、オイルジェットバルブ１３の開度が１００（％）のときには、目標流量Ｑｂを最大値とし、オイルジェット１２から十分な流量のオイル噴射を実行することができ、ピストンを確実に冷却できる。従ってオイルジェット１２の所期の性能を確実に満足することができる。

このように本実施形態によれば、ＥＣＵ１００が、オイルジェットバルブ１３の開度Ｖに応じて可変機構４を制御し、オイルポンプ２の吐出流量を制御するため、オイルジェット１２からのオイル噴射停止時におけるポンプ駆動損失の増加を抑制することができる。

次に、他の実施形態を説明する。前述の基本実施形態が、図２に示したようなフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御により可変機構４を制御したのに対し、この他の実施形態は、図４に示すようなフィードフォワード制御とフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の組み合わせにより可変機構４を制御する点で、前述の基本実施形態と異なる。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ１００は、オイルジェットバルブ１３の開度Ｖ（％）と、油圧センサ２１により検出されたオイルギャラリ１１内の油圧（ギャラリ圧）Ｐとを取得する。

次にステップＳ２０２において、ＥＣＵ１００は、前記ステップＳ１０２と同様、図３に示したマップから開度Ｖに対応した目標流量Ｑｂを算出する。この目標流量Ｑｂは、フィードフォワード制御の部分に対応するフィードフォワード項をなすと共に、後に算出される補正後目標流量Ｑｂ’の基礎となる基本目標流量をなす。

次にステップＳ２０３において、ＥＣＵ１００は、取得した油圧Ｐと所定の目標油圧Ｐｔとの差ΔＰ（＝Ｐｔ−Ｐ）に基づいてフィードバック（Ｆ／Ｂ）補正項ΔＱを算出する。このフィードバック補正項ΔＱは、フィードバック制御の部分に対応するフィードバック項をなすと共に、基本目標流量Ｑｂを補正するための補正項をなす。フィードバック補正項ΔＱは、差ΔＰがゼロのときゼロであり、差ΔＰが大きい程大きくなる値である。フィードバック補正項ΔＱは、公知のＰＩＤ制御等の手法に則り差ΔＰに基づいて算出される。

次にステップＳ２０４において、ＥＣＵ１００は、目標流量Ｑｂにフィードバック補正項ΔＱを加算して補正後目標流量Ｑｂ’を算出する（Ｑｂ’＝Ｑｂ＋ΔＱ）。

最後にステップＳ２０５において、ＥＣＵ１００は、オイルポンプ２の実際の吐出流量が、算出した補正後目標流量Ｑｂ’に等しくなるよう、可変機構４を制御し、オイルポンプ２の吐出流量（ポンプ流量）を制御する。

この制御によれば、オイルギャラリ１１内の油圧Ｐを目標油圧Ｐｔに近づけるようフィードバック制御するので、これによってもオイルジェット１２からのオイル噴射停止時におけるポンプ駆動損失の増加および燃費悪化を効果的に抑制できる。すなわち、オイル噴射停止時にオイルジェットバルブ１３が全閉にされ、オイルギャラリ１１内の油圧Ｐが目標油圧Ｐｔから上昇した場合、その油圧Ｐを目標油圧Ｐｔに下げるべく、オイルポンプ２の吐出流量を低下させることができる。従って、オイルギャラリ１１内の油圧低下を一層促進してポンプ駆動損失増加を一層抑制することができる。

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

（１）例えば、図１に示した構成は、図５に示す如く変更することも可能である。図５に示す変形例では、オイルポンプ２自体は可変容量型でない定容量型とされるが、エンジンＥのクランクシャフトに対するオイルポンプ２の相対的な回転速度を変化させることにより、オイルポンプ２の吐出流量を実質的に可変としている。このため、エンジンＥのクランクシャフトとオイルポンプ２の間に変速機３０が設けられ、変速機３０の変速比の変更により、オイルポンプ２の吐出流量が変化させられる。よって変速機３０は、オイルポンプ２の吐出流量を可変にするための可変機構４をなす。変速機３０はＥＣＵ１００により制御される。変速機３０はＣＶＴ等の無段変速機であるのが好ましい。

（２）オイルジェットバルブ１３は、全開か全閉にのみ制御されてもよい。すなわち、オイルジェット１２からのオイル噴射時に全開、オイル噴射停止時に全閉となるよう制御されてもよい。このときにも図３のマップは使用可能である。あるいは、図３のマップを使用せず、単に全開時に大、全閉時に小となる二つの目標流量を予め定めておいてもよい。

（３）図１および図５に示した構成は、例えばよりシンプルになるよう変更することも可能である。例えばオイルクーラ７を含む温度調節部は省略してもよい。またオイルフィルタ９は必ずしも図示の位置になくてもよく、省略してもよい。

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

２ オイルポンプ
３ クランクシャフト
４ 可変機構
１１ オイルギャラリ
１２ オイルジェット
１３ オイルジェットバルブ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｅ 内燃機関（エンジン）

Claims (2)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、クランクシャフトにより回転駆動されるオイルポンプと、前記オイルポンプの吐出流量を可変にするための可変機構と、前記オイルポンプから吐出されたオイルを貯留するオイルギャラリと、ピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェットと、前記オイルギャラリから前記オイルジェットへのオイルの供給を制御するオイルジェットバルブと、を備え、
   前記制御装置は、前記可変機構および前記オイルジェットバルブを制御するように構成された制御ユニットを備え、
   前記制御ユニットは、前記オイルジェットバルブの開度に応じて前記可変機構を制御し、前記オイルポンプの吐出流量を制御し、
   前記制御装置は、前記オイルギャラリの油圧を検出するための油圧センサをさらに備え、
   前記制御ユニットは、前記オイルジェットバルブの開度に基づき前記オイルポンプの基本目標流量を算出すると共に、前記油圧センサにより検出された油圧と所定の目標油圧との差に基づいてフィードバック補正項を算出し、前記基本目標流量を前記フィードバック補正項により補正して補正後目標流量を算出し、前記補正後目標流量に実際の吐出流量が等しくなるよう前記可変機構を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御ユニットは、前記オイルジェットバルブの開度が小さいほど前記オイルポンプの吐出流量が小さくなるように前記可変機構を制御する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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