JP6992522B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は点火時期を調整してノッキングの発生を抑制するノックコントロール制御を行う内燃機関の制御装置に関するものである。

ノックコントロール制御においては、ノッキングが発生しているときには点火時期を遅角させる。なお、内燃機関の燃焼室において未燃燃料や潤滑油などに由来するデポジットの堆積が進行すると、燃焼室の実質的な容積が減少して圧縮比が大きくなり、ノッキングが発生しやすくなる。

これに対して特許文献１には、ノックコントロール制御において、デポジットが多くなるほど点火時期を遅角側に調整する内燃機関の制御装置が開示されている。

特開２０１１－２５６７２５号公報

ところで、高負荷運転時にはノッキングが発生しやすくなる。そのため、デポジットの堆積が進行してノッキングが発生しやすくなっているときに、加速が要求されて高負荷運転が行われた場合などには、特にノッキングが発生しやすく、ノックコントロール制御を通じて点火時期が更に遅角される。デポジットの堆積を考慮して点火時期を遅角側に調整している上に、このような遅角が行われると、点火時期の遅角量が大きくなりすぎ、加速が要求されているにも拘わらず出力が不足して、所望の加速が行えなくなってしまうおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、ピストンの裏面に向けて潤滑油を噴射するオイルジェットを備えている内燃機関に適用され、ノッキングが発生しているときには点火時期を遅角させるノックコントロール制御を行う。この制御装置は、前記ノックコントロール制御において前記内燃機関の燃焼室におけるデポジットの堆積量に応じた点火時期の遅角量が所定量以上になっているときに、所定水準以上の強度のノッキングが発生したことを条件に、前記オイルジェットによる潤滑油の噴射によって前記ピストンを冷却するピストン冷却制御を開始する。

上記構成によれば、デポジットの堆積が進行していて点火時期が既に遅角側に調整されている状況下において高強度のノッキングが発生した場合には、オイルジェットによってピストンが冷却される。そのため、燃焼室内の温度の低下によってノッキングが発生しにくくなり、ノックコントロール制御による点火時期の遅角が抑制される。すなわち、上記構成によれば、デポジットが堆積していることを考慮して既に点火時期が遅角側に調整されている状態からの更なる点火時期の遅角の進行を抑制できる。したがって、点火時期の遅角量が大きくなりすぎて出力不足に陥ることを抑制できる。

一実施形態の内燃機関の制御装置と同制御装置の制御対象である内燃機関との関係を示す模式図。 ピストン冷却制御の開始にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。 ピストン冷却制御における油圧とｒｇｋｎｋ遅角量との関係を示すグラフ。 ピストン冷却制御の終了にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。 従来のノックコントロール制御における点火時期の推移を示すタイミングチャート。 実施形態の制御装置のノックコントロール制御における点火時期の推移及びオイルジェットの状態の推移を示すタイミングチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示されているように、内燃機関１０の燃焼室１１には、点火プラグ１２が設けられている。また、内燃機関１０のシリンダブロック１３には、ノッキングによる振動のエネルギーの大きさを示す指標値であるノッキング強度を検出するノックセンサ２０が設けられている。

また、内燃機関１０のシリンダブロック１３には、オイルジェット３１が設けられている。オイルジェット３１はオイルポンプ３０によってオイルパンから汲み上げられた潤滑油の一部をピストンの裏面に向かって噴射する。なお、オイルポンプ３０は、吐出量を変更することのできる可変容量型のオイルポンプであり、オイルジェット３１には潤滑油の噴射を停止させる制御弁が設けられている。

内燃機関１０の運転にかかる各種の制御は、内燃機関の制御装置である電子制御装置１００により行われる。電子制御装置１００は、各種の制御を実行するＣＰＵ、同制御に必要な情報が記憶されるメモリ、外部から信号を入力するための入力ポート、外部に指令信号を出力するための出力ポートなどを備えており、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより各種の制御を実行する。

電子制御装置１００の入力ポートには、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種のセンサが接続されている。これらセンサとしては、ノックセンサ２０の他、クランクシャフトの回転位相であるクランク角を検出するためのクランク角センサ２１や、内燃機関１０の吸入空気量を検出するためのエアフロメータ２２などが、接続されている。そして、これらセンサの検出信号が、入力ポートを通じて電子制御装置１００に入力される。なお、電子制御装置１００は、クランク角センサ２１の検出信号から機関回転速度ＮＥを算出する。また、電子制御装置１００は吸入空気量と機関回転速度ＮＥとを用いて基準吸入空気量に対する１気筒の１燃焼サイクル当たりの吸入空気量の比であり、筒内充填空気量を定量化した値である機関負荷ＫＬを算出する。

一方、電子制御装置１００の出力ポートには、点火プラグ１２による混合気の点火に必要な高圧電流を発生させるイグナイタ１４や、オイルジェット３１の制御弁、オイルポンプ３０など、機関制御に必要なアクチュエータ類の駆動回路が接続されている。電子制御装置１００は、上記各センサの検出信号に基づき各種の演算を行うとともに、その演算結果をもとにアクチュエータ類の駆動制御を実行して機関制御を行う。

電子制御装置１００はノッキングの発生状況に応じて点火時期を調整するノックコントロール制御を実行する。ノックコントロール制御では、電子制御装置１００は、ノックセンサ２０によって検出されるノッキング強度が第２閾値Ｙ２以上であるときにノッキングが発生していると判定し、ノッキング強度が第２閾値Ｙ２未満であるときにノッキングが発生していないと判定する。そして、電子制御装置１００は、ノッキングが発生しているときには点火時期を遅角させる。一方で、電子制御装置１００は、ノッキングが発生していないときには点火時期を進角させる。

より詳細には、電子制御装置１００は、機関回転速度ＮＥと機関負荷ＫＬとに基づいてベース点火時期を算出する。そして、遅角量を算出して点火時期の設定に反映させ、ベース点火時期よりもこの遅角量の分だけ遅角側の時期を点火時期として設定する。遅角量は、燃料性状の変化や内燃機関１０の個体差に起因するノッキングの発生しやすさを反映してノッキングの発生を抑制するためのａｇｋｎｋ遅角量と、燃焼室１１へのデポジットの堆積に起因するノッキングの発生しやすさを反映してノッキングの発生を抑制するためのｒｇｋｎｋ遅角量との和として算出される。なお、ａｇｋｎｋ遅角量及びｒｇｋｎｋ遅角量は、ノッキングの有無に応じて更新される。

ａｇｋｎｋ遅角量は、ノッキング強度が第２閾値Ｙ２以上であり、ノッキングが発生していると判定されると、ノッキング強度の大きさに応じて、大きくされる。具体的には、ノッキングが発生していると判定される度に、値が加算されて大きくされるが、そのときに加算される値の大きさはノッキング強度が大きいほど大きくなる。

また、ａｇｋｎｋ遅角量は、ノッキング強度が第２閾値Ｙ２未満であり、ノッキングが発生していないと判定されると、小さくされる。具体的には、ノッキングが発生していないと判定される度に、一定の値が減算されて小さくされる。

ｒｇｋｎｋ遅角量は、機関回転速度ＮＥと機関負荷ＫＬとに基づいて特定される運転状態が燃焼室１１にデポジットが堆積しやすい所定の運転領域にあるときに、ノッキングが発生していると判定されると、ノッキング強度の大きさに応じて、大きくされる。ｒｇｋｎｋ遅角量もａｇｋｎｋ遅角量と同様に、ノッキングが発生していると判定される度に、値が加算されて大きくされるが、そのときに加算される値の大きさはノッキング強度が大きいほど大きくなる。

また、ｒｇｋｎｋ遅角量は、運転状態が燃焼室１１にデポジットが堆積しやすい所定の運転領域にあるときに、ノッキングが発生していないと判定されると、小さくされる。このときにも、ａｇｋｎｋ遅角量と同様に、ノッキングが発生していないと判定される度に、一定の値が減算されて小さくされる。

すなわち、ｒｇｋｎｋ遅角量は、ａｇｋｎｋ遅角量とは異なり、運転状態が所定の運転領域にあるときにだけ更新され、運転状態が所定の運転領域にない場合には更新されない。燃焼室１１においてデポジットの堆積が進行すると、燃焼室１１の実質的な容積が減少して圧縮比が大きくなり、ノッキングが発生しやすくなる。したがって、ｒｇｋｎｋ遅角量は、デポジットの堆積量が多くなりノッキングが発生しやすくなると、大きくなる。つまりｒｇｋｎｋ遅角量は燃焼室１１におけるデポジットの堆積量に応じた点火時期の遅角量である。

ところで、高負荷運転時にはノッキングが発生しやすくなる。そのため、デポジットの堆積が進行してノッキングが発生しやすくなっているときに、加速が要求されて高負荷運転が行われた場合などには、特にノッキングが発生しやすく、ノックコントロール制御を通じて点火時期が更に遅角される。デポジットの堆積を考慮して点火時期を遅角側に調整している上に、このような遅角が行われると、点火時期の遅角量が大きくなりすぎ、加速が要求されているにも拘わらず出力が不足して、所望の加速が行えなくなってしまうおそれがある。

そこで、電子制御装置１００は、ノックコントロール制御と合わせてオイルジェット３１によってピストンを冷却するピストン冷却制御を実行する。次に、図２～４を参照してこのピストン冷却制御について説明する。なお、図２のフローチャートはピストン冷却制御を開始するか否かを判定する一連の処理の流れを示しており、図４のフローチャートはピストン冷却制御を終了するか否かを判定する一連の処理の流れを示している。

図２に示されている一連の処理は、ノックコントロール制御が実行されており且つピストン冷却制御が実行されていないときに、電子制御装置１００のメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが所定の周期で繰り返し実行することにより実現される。

図２に示されている一連の処理を開始すると、電子制御装置１００は、ステップＳ１００においてｒｇｋｎｋ遅角量が所定量Ｘ１以上であるか否かを判定する。なお、所定量Ｘ１は、ｒｇｋｎｋ遅角量が所定量Ｘ１以上であることに基づき、デポジットの堆積によってノッキングが発生しやすい状態になっていると判断することのできる大きさに設定されている。

ステップＳ１００においてｒｇｋｎｋ遅角量が所定量Ｘ１以上であると判定した場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、電子制御装置１００はステップＳ１１０においてノッキング強度が第３閾値Ｙ３以上であるか否かを判定する。なお、第３閾値Ｙ３はノッキング強度が第３閾値Ｙ３以上であることに基づいて高強度のノッキングが発生していることを判定するための閾値であり、ノッキングが発生しているか否かを判定するための閾値である第２閾値Ｙ２よりも大きな値である。

ステップＳ１１０においてノッキング強度が第３閾値Ｙ３以上であると判定した（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）場合には、電子制御装置１００はステップＳ１２０においてピストン冷却制御を開始する。なお、ピストン冷却制御では、電子制御装置１００はオイルジェット３１の制御弁を操作してオイルジェット３１からピストンに向かって潤滑油を噴射できるようにするとともに、オイルポンプ３０を操作してオイルジェット３１に供給する潤滑油の油圧を調整する。

図３に示されているように、ピストン冷却制御においてオイルジェット３１に供給する油圧はｒｇｋｎｋ遅角量に応じて、ｒｇｋｎｋ遅角量が大きいほど高くなるように決定される。

こうしてステップＳ１２０を通じてピストン冷却制御を開始すると、電子制御装置１００はこの一連の処理を終了する。また、電子制御装置１００は、ステップＳ１００やステップＳ１１０において否定判定した場合（ステップＳ１００：ＮＯ又はステップＳ１１０：ＮＯ）には、ピストン冷却制御を開始せずにこの一連の処理を一旦終了する。

ピストン冷却制御が実行されているときは、図４に示されている一連の処理が所定の周期で繰り返し実行される。図４に示されている一連の処理は、電子制御装置１００のメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。

図４に示されている一連の処理を開始すると、電子制御装置１００は、ステップＳ２００においてノッキング強度が第１閾値Ｙ１以下であるか否かを判定する。なお、第１閾値Ｙ１はノッキング強度が第１閾値Ｙ１以下であることに基づいてピストン冷却制御を終了させてもノッキングが発生しなくなっていると判定するための閾値であり、ノッキングが発生しているか否かを判定するための閾値である第２閾値Ｙ２よりも小さな値である。

ステップＳ２００においてノッキング強度が第１閾値Ｙ１以下であると判定した場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）には、電子制御装置１００はステップＳ２１０においてピストン冷却制御を終了する。ここでは、電子制御装置１００はオイルジェット３１の制御弁を操作してオイルジェット３１からの潤滑油の噴射を停止させる。

こうしてステップＳ２１０を通じてピストン冷却制御を終了すると、電子制御装置１００はこの一連の処理を終了する。また、電子制御装置１００は、ステップＳ２００において否定判定した場合（ステップＳ２００：ＮＯ）には、ピストン冷却制御を終了せずにこの一連の処理を一旦終了する。

次に、図５及び図６を参照して本実施形態の作用について説明する。図６は本実施形態においてピストン冷却制御が実行される場合のノックコントロール制御による点火時期の推移を示すタイミングチャートであり、図５は比較例として同様の状況においてピストン冷却制御を実行しなかった場合の点火時期の推移を示すタイミングチャートである。なお、図５及び図６では、燃焼室１１へのデポジットの堆積が既に進行しおり、ｒｇｋｎｋ遅角量が第３閾値Ｙ３以上になっている状況下での点火時期の推移を示している。

図５に示されているように、ピストン冷却制御を実行しない場合には、加速が要求されて高負荷運転に移行し、時刻ｔ１０において高強度のノッキングの発生が判定されると、ノックコントロール制御を通じて点火時期が大幅に遅角される。そして、破線よりも遅角側の加速不良に陥る領域に至るまで点火時期が遅角されてしまう。そのため、この場合には、点火時期の遅角量が大きくなりすぎ、加速が要求されているにも拘わらず出力が不足して、所望の加速が行えなくなってしまう。なお、高負荷運転が行われなくなり、時刻ｔ２０においてノッキングが発生していないと判定されるようになると、ノックコントロール制御を通じて点火時期は徐々に進角されていく。

これに対して、図６に示されているように、本実施形態の場合には、加速が要求されて高負荷運転に移行し、時刻ｔ１０において高強度のノッキングの発生が判定されると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ピストン冷却制御が開始され（ステップＳ１２０）、オイルジェット３１による潤滑油の噴射が実施されるようになる。その結果、潤滑油の噴射によってピストンが冷却されるようになり、時刻ｔ１１からはノッキングが発生しにくくなってノッキング強度が低下し、ノックコントロール制御を通じた点火時期の遅角の進行が緩やかになる。

そして、時刻ｔ１２においてノッキング強度が第２閾値未満になり、ノッキングが発生していないと判定されるようになると、ノックコントロール制御を通じて点火時期は徐々に進角されていくようになる。その後、時刻ｔ１３においてノック強度が第１閾値以下になると、ピストン冷却制御が終了し、オイルジェット３１から潤滑油の噴射が停止される。

すなわち、本実施形態では、デポジットの堆積が進行していて点火時期が既に遅角側に調整されている状況下において高強度のノッキングが発生した場合には、オイルジェット３１によってピストンが冷却される。そのため、燃焼室１１内の温度の低下によってノッキングが発生しにくくなり、ノックコントロール制御による点火時期の遅角が抑制される。これにより、破線よりも遅角側の加速不良に陥る領域に至るまで点火時期が遅角されることが回避されている。

本実施形態の効果について説明する。
（１）デポジットが堆積していることを考慮して既に点火時期が遅角側に調整されている状態からの更なる点火時期の遅角の進行を抑制できる。したがって、点火時期の遅角量が大きくなりすぎて出力不足に陥ることを抑制できる。ひいては、加速要求がなされているにも拘わらず出力が不足して加速不良に陥ってしまうことを抑制することができる。

（２）デポジットの堆積によってノッキングが発生しやすくなっている状況において、燃料性状や内燃機関１０の個体差に起因するノッキングを抑制するためのａｇｋｎｋ遅角量が更新され、大きくなってしまうことを抑制できる。つまり、デポジットの堆積に起因してノッキングが発生しているにも拘わらずａｇｋｎｋ遅角量が更新され、大きくなってしまうことを抑制できる。

（３）ｒｇｋｎｋ遅角量が大きくなっており、デポジットが堆積している状態であることを条件に、ピストン冷却制御を実行するようにしているため、闇雲にオイルジェット３１によるオイルの噴射を実施せずに、潤滑油の消費量を抑制することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・オイルポンプ３０は可変容量型のオイルポンプに限らない。電動のオイルポンプであってもよい。電動のオイルポンプの場合にはオイルポンプの駆動量を調整することによりオイルジェット３１に供給する油圧をｒｇｋｎｋ遅角量に応じて変更することができる。また、オイルポンプから吐出された潤滑油の一部をオイルパンに戻すリターン通路と、リターン通路を通じてオイルパンに戻す潤滑油の量を調整する調整弁と、を設け、余分な潤滑油をオイルパンに戻すようにすれば、電動のオイルポンプや可変容量型のオイルポンプを採用しなくてもオイルジェット３１に供給する潤滑油の油圧を変更することができる。

・ｒｇｋｎｋ遅角量に応じてオイルジェット３１に供給する油圧を変更する構成を省略し、ｒｇｋｎｋ遅角量の大小によらずにオイルジェット３１からの潤滑油の噴射の実施・停止のみを切り替える構成を採用することもできる。

・ノッキング強度が大きいほど遅角量を大きくする構成を例示したが、ノッキングの発生が判定される度に一定量ずつ遅角量を大きくする構成を採用してもよい。
・内燃機関の制御装置としては、ＣＰＵとメモリとを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣなど）を備えてもよい。すなわち、内燃機関の制御装置は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）全ての制御をプログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリなどのプログラム格納装置とを備える。（ｂ）制御の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラム格納装置と、残りの制御を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）全ての制御を実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置及びプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、各種の制御は、１つ又は複数のソフトウェア処理回路と、１つ又は複数の専用のハードウェア回路と、の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

１０…内燃機関、１１…燃焼室、１２…点火プラグ、１３…シリンダブロック、１４…イグナイタ、２０…ノックセンサ、２１…クランク角センサ、２２…エアフロメータ、３０…オイルポンプ、３１…オイルジェット、１００…電子制御装置。

Claims (1)

1. ピストンの裏面に向けて潤滑油を噴射するオイルジェットを備えている内燃機関に適用され、ノッキングが発生しているときには点火時期を遅角させるノックコントロール制御を行う内燃機関の制御装置であり、
   前記ノックコントロール制御では、前記内燃機関の運転状態に基づいて算出されるベース点火時期から、第１遅角量及び第２遅角量の和の分だけ遅角側の時期を、最終的な点火時期として設定し、
   前記第１遅角量は、前記運転状態に拘らず、前記ノッキングが発生したか否かに応じて更新され、
   前記第２遅角量は、前記運転状態がデポジットの堆積しやすい所定の運転領域にあるときに限り、前記ノッキングが発生したか否かに応じて更新され、
   前記ノックコントロール制御において前記第２遅角量が所定量以上になっているときに、所定水準以上の強度のノッキングが発生したことを条件に、
   前記オイルジェットによる潤滑油の噴射によって前記ピストンを冷却するピストン冷却制御を開始する内燃機関の制御装置。

Images