JP2014098360A - 内燃機関の異常燃焼判定装置及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の潤滑油に燃料が混ざることによる異常燃焼の発生をより高精度に判定すること、もしくは、内燃機関の潤滑油に燃料が混ざることによる異常燃焼の発生を抑制する。
【解決手段】内燃機関の潤滑油の圧力を検出する油圧検出手段と、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、内燃機関の潤滑油の圧力の基準値である基準油圧を含む所定範囲よりも低い場合に、異常燃焼が発生すると判定する判定手段と、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記所定範囲よりも高い場合に、その時点の該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として設定する基準油圧設定手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の異常燃焼判定装置及び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、火花点火よりも前に燃焼が始まる異常燃焼（プレイグニッション）を抑制するために、プレイグニッションの発生が検出又は予測されたときに、燃料噴射時期を内燃機関の運転条件に基づいて設定される基準燃料噴射時期に対して遅角側に設定することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

なお、この技術においては、内燃機関本体に発生する振動の振動強度と振動発生時期を検出し、振動強度が所定の許容範囲を超えているとき、かつ、振動発生時期が点火時期よりも進角側にあるときに、プレイグニッションの発生を検出している。また、特定運転領域における機関運転が所定時間以上継続したときに、プレイグニッションの発生を予測している。さらに、特定運転領域での機関運転中であって、機関冷却水温度が所定温度以上のときに、プレイグニッションの発生を予測している。また、特定運転領域での機関運転中であって、燃焼室の壁温が所定温度以上のときに、プレイグニッションの発生を予測している。

ところで、異常燃焼は、他にも様々な原因により発生する。ここで、内燃機関の潤滑油に燃料が混ざると、プレイグニッションが発生しやすくなることが判明した。なお、以下においては、潤滑油に燃料が混ざることを「オイル希釈」といい、潤滑油量に対する、潤滑油中に混ざっている燃料量の比を、オイル希釈率と称する。そして、オイル希釈により発生するプレイグニッションを抑制することができれば内燃機関の耐久性を向上させることができる。

特開２００２−３３９７８０号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の潤滑油に燃料が混ざることによる異常燃焼の発生をより高精度に判定すること、もしくは、内燃機関の潤滑油に燃料が混ざることによる異常燃焼の発生を抑制することにある。

上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関の潤滑油の圧力を検出する油圧検出手段と、
前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記内燃機関の潤滑油の圧力の基準値である基準油圧を含む所定範囲よりも低い場合に、異常燃焼が発生すると判定する判定手段と、
を備えた内燃機関の異常燃焼判定装置において、
前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記所定範囲よりも高い場合に、その時点の該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として設定する基準油圧設定手段を備える。

ここで、オイル希釈率が高くなるほど、油圧検出手段により検出される圧力が低くなり
、オイル希釈率が低くなるほど、油圧検出手段により検出される圧力が高くなる。すなわち、オイル希釈率と、油圧とには相関関係がある。基準油圧は、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、所定範囲よりも高くなる毎に更新される。なお、基準油圧の初期値は、内燃機関の始動時点での潤滑油の圧力、または、内燃機関の暖気完了時点での潤滑油の圧力とすることができる。

また、所定範囲は、基準油圧を含んだ圧力の範囲であって、油圧検出手段により検出される圧力が、基準油圧から変化していないと考えることのできる範囲である。この所定範囲は、油圧検出手段により検出される圧力の誤差や圧力変動を考慮して決定してもよい。なお、所定範囲は、圧力の変化が異常燃焼の発生に影響を及ぼさない範囲としてもよい。

油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が所定範囲よりも高い場合には、その時点におけるオイル希釈率は、基準油圧が設定されたときよりも低いといえる。すなわち、基準油圧が設定されたときよりも、オイル希釈が軽減されているといえる。このときに検出される圧力を基準油圧とすることで、それ以降は、その後に検出される油圧と該基準油圧を含む所定範囲とを比較することで、基準油圧が設定された時点に対してオイル希釈率が上昇しているのか又は下降しているのか判定することができる。そして、基準油圧が設定された時点よりもオイル希釈率が上昇した場合には、検出される油圧が、所定範囲よりも低くなるため、このときには異常燃焼が発生すると判定することができる。

また、前記したように、オイル希釈率が下降すると、油圧が上昇するため、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、基準油圧を含む所定範囲よりも高くなる。この場合、オイル希釈が解消されている場合もあるが、オイル希釈率がなお高い場合もある。したがって、オイル希釈率が下降したとしても、なお異常燃焼が発生する虞もある。

これに対し、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が基準油圧よりも高くなった場合に、その時点において該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として用いることで、より高い圧力を基準油圧とすることができる。そうすると、次回にオイル希釈率が上昇したとき、すなわち、油圧が下降したときに、異常燃焼が発生するとすぐに判定することができる。このように、油圧が下降したときに異常燃焼が発生すると判定されやすくなる方向に基準油圧を変化させることにより、異常燃焼の発生をより高精度に判定することができる。また、実際に検出された圧力を基準油圧とすることで、内燃機関やセンサなどの個体差、経年変化、または内燃機関の運転条件の変化に対応することもできる。すなわち、基準油圧を固定値とすると、これらの変化に対応することができなくなり、異常燃焼の発生の判定精度が低下する虞があるが、基準油圧を更新することで判定精度の低下を抑制することができる。

また、上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関の潤滑油の圧力を検出する油圧検出手段と、
前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記内燃機関の潤滑油の圧力の基準値である基準油圧を含む所定範囲よりも低い場合に、異常燃焼の発生を抑制する制御を実施する制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記所定範囲よりも高い場合に、その時点の該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として設定する基準油圧設定手段を備える。

異常燃焼の発生を抑制する制御とは、異常燃焼が発生し難くなるようにする制御であり、異常燃焼の発生と相関関係にある物理量を、異常燃焼が発生しない方向に変化させる制御としてもよい。そして、この制御を、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が所
定範囲よりも低いときに実施することで、異常燃焼が発生することを抑制している。

そして、油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が基準油圧よりも高くなった場合に、その時点において該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として用いることで、より高い圧力を基準油圧とすることができる。そうすると、次回にオイル希釈率が上昇したとき、すなわち、油圧が下降したときに、異常燃焼の発生を抑制する制御をすぐに実施することができる。このように、油圧が下降したときに異常燃焼の発生を抑制する制御が実施されやすくなる方向に基準油圧を変化させることにより、異常燃焼の発生を抑制することができる。また、実際に検出された圧力を基準油圧とすることで、内燃機関やセンサなどの個体差、経年変化、または内燃機関の運転条件の変化に対応することもできる。すなわち、基準油圧を固定値とすると、これらの変化に対応することができなくなり異常燃焼が発生する虞があるが、基準油圧を更新することで異常燃焼の発生を抑制することができる。

本発明によれば、内燃機関の潤滑油に燃料が混ざることによる異常燃焼の発生をより高精度に判定することができる。また、内燃機関の潤滑油に燃料が混ざることによる異常燃焼の発生を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 機関回転数と、機関トルクと、プレイグニッションが発生し易い運転領域（プレイグニッション領域）との関係を示した図である。 実施例に係る内燃機関の制御フローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、火花点火式のガソリン機関である。

内燃機関１には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁２、及び、電気火花を発生させる点火プラグ３が設けられている。なお、本実施例に係る燃料噴射弁２は気筒内に燃料を噴射するが、これに代えて、内燃機関１の吸気ポート内または吸気管内に燃料を噴射するものであってもよい。

また、内燃機関１には、ポンプから吐出された潤滑油の圧力（油圧）を検出する油圧センサ４と、内燃機関１の出力軸の回転数（機関回転数）を検出するクランクポジションセンサ５が取り付けられている。なお、本実施例においては油圧センサ４が、本発明における油圧検出手段に相当する。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル６を踏み込んだ量に
応じた電気信号を出力し機関負荷を検出するアクセル開度センサ７が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁２及び点火プラグ３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

そして、ＥＣＵ１０は、油圧センサ４により検出される油圧に基づいて、オイル希釈率の変化を検出し、オイル希釈率が高くなると、プレイグニッション（異常燃焼）が発生すると判定すると共に、プレイグニッションの発生を抑制する制御を実施する。なお、本実施例では、プレイグニッションが発生することを抑制する制御として、内燃機関１の負荷を制限するが、他の周知の制御を実施することによりプレイグニッションの発生を抑制してもよい。

ここで、オイル希釈率が上昇すると、それにしたがって油圧が下降する。すなわち、オイル希釈率と油圧とには相関関係があるため、油圧の推移に基づいて、オイル希釈率が上昇しているのか、又は、下降しているのかを判定することができる。例えば、所定期間において油圧が上昇した場合には、オイル希釈率が下降したと判定でき、所定期間において油圧が下降した場合には、オイル希釈率が上昇したと判定できる。

ここで、図２は、機関回転数と、機関トルクと、プレイグニッションが発生し易い運転領域（以下、プレイグニッション領域という。）との関係を示した図である。図２に示されるように、プレイグニッション領域は、機関回転数が比較的低く且つ機関トルクが比較的高い運転領域である低回転高負荷領域である。一方、オイル希釈は、内燃機関１の温度が低いときや、低負荷のときに起きやすい。そして、オイル希釈が生じている状態のときにプレイグニッション領域にて内燃機関１が運転されると、プレイグニッションが発生し得る。

なお、内燃機関１の暖機完了後であれば、プレイグニッション領域以外において内燃機関１を運転することにより、潤滑油中から燃料が除去される。これにより、プレイグニッションの発生を抑制できる。そして、オイル希釈率の下降と共に、油圧が上昇する。

そして、本実施例では、油圧センサ４により検出される油圧（以下、実油圧という。）と、油圧の基準値（以下、基準油圧という。）を含む所定範囲と、を比較する。そして、実油圧が、所定範囲よりも低い場合に、オイル希釈率が上昇することにより油圧が下降したものと判定する。このときに、プレイグニッションが発生すると判定すると共に、プレイグニッションの発生を抑制する制御を実施する。一方、実油圧が、基準油圧を含む所定範囲よりも高い場合に、オイル希釈率が下降することにより油圧が上昇したものと判定する。このときに、基準油圧を更新する。

なお、基準油圧の初期値は、内燃機関１の始動後であって、所定の機関回転数及び所定の潤滑油温度のときの油圧とすることができる。また、基準油圧と比較する実油圧は、基準油圧と同じ条件である所定の機関回転数及び潤滑油温度のときに検出される油圧とする。すなわち、機関回転数及び潤滑油温度に応じて実油圧が変化するため、実油圧と基準油圧とを比較するときには、条件を合わせる。なお、基準油圧は、機関回転数または潤滑油温度が異なる複数の条件の夫々において、夫々設定してもよい。

なお、内燃機関１の始動時点からオイル希釈率がかなり高い場合も有り得る。このような場合には、実油圧が上昇してもなお、オイル希釈率が高いことも考えられる。そこで本実施例では、内燃機関１の始動時点で既にオイル希釈率が高いことを想定し、基準油圧をその後の実油圧で更新している。ここで、実油圧が以前の基準油圧よりも高い状態ではあるが、実油圧が下降している場合には、仮に基準油圧を変更しないと、オイル希釈率が上
昇しているのにもかかわらず、プレイグニッションは発生しないと判定される虞がある。これに対して、基準油圧をより高い実油圧で更新することで、オイル希釈率がより低いときの油圧を基準とすることができるため、オイル希釈率の上昇を早期に検出することができる。これにより、プレイグニッションの発生の判定精度を高めることができる。

図３は、本実施例に係る内燃機関１の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、所定の機関回転数及び所定の潤滑油温度のときの実油圧が基準油圧Ａとして検出される。本ステップでは、基準油圧Ａの初期値を設定している。なお、機関回転数及び潤滑油温度と、実油圧と、の関係を複数求めて、夫々の機関回転数及び潤滑油温度のときの基準油圧としてもよい。すなわち、基準油圧Ａは複数あってもよい。また、基準油圧Ａは、内燃機関１の始動時点（内燃機関１の始動が完了しアイドル回転数となった時点）における実油圧としてもよく、内燃機関１の暖機完了時点（冷却水温度または潤滑油温度が所定値となった時点）における実油圧としてもよい。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で油圧が検出されてからの経過時間が所定値以上であるか否か判定される。例えば、オイル希釈率が変わり得る期間として所定値が設定される。所定値を小さくするほど、判定頻度を高くすることができるが、オイル希釈率の変化による油圧の変化が小さくなるので、誤判定の可能性が高まる。したがって、判定精度と判定頻度とを考慮して所定値を決定してもよい。また、所定値の最適値を予め実験またはシミュレーション等により求めてもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２を再度実行する。すなわち、経過時間が所定値以上となってからステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、所定の機関回転数及び所定の潤滑油温度のときの実油圧Ｂが検出される。本ステップでは、ステップＳ１０１と同じ機関回転数及び潤滑油温度のときの油圧が検出される。なお、機関回転数及び潤滑油温度は、完全に同一である必要はなく、油圧に影響を与えない程度の範囲内であれば異なっていてもよい。この範囲は、予め実験またはシミュレーションにより求めることができる。

ステップＳ１０４では、実油圧Ｂが、基準油圧Ａを含む所定範囲よりも低いか否か判定される。本ステップでは、オイル希釈率が上昇したことにより、プレイグニッションが生じるか否か判定している。すなわち、実油圧Ｂが所定範囲よりも高ければ、実油圧Ｂが上昇しており、オイル希釈率が下降していると考えられ、実油圧Ｂが所定範囲よりも低ければ、実油圧Ｂが下降しており、オイル希釈率が上昇していると考えられる。また、所定範囲は、基準油圧Ａを含んだ範囲であって、誤差や圧力変動等を考慮して決定される。また、所定範囲は、オイル希釈率が変化しなくても実油圧Ｂが変化し得る範囲としてもよい。さらに、所定範囲は実油圧Ｂが、基準油圧Ａから変化していないと考えることのできる範囲としてもよい。所定範囲は、予め実験またはシミュレーション等により最適値を求めておいてもよい。

なお、ステップＳ１０４では、実油圧Ｂが基準油圧Ａよりも低いか否か判定してもよい。また、基準油圧Ａにある程度の幅を持たせるようにしてもよい。例えば、油圧センサ４により検出された油圧に対して、誤差や圧力変動等の影響を考慮した範囲を基準油圧Ａとしてもよい。

そして、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、ステップＳ１０５では、プレイグニッションが発生すると判定される。さらに、内燃機関１
の負荷が制限される。すなわち、図２に示したプレイグニッション領域よりも機関トルクが小さくなるように負荷が調整される。負荷を制限するときには、内燃機関１を搭載する車両の速度が変化しないようにしてもよい。例えば、機関トルクを小さくすることに合わせて機関回転数が大きくなるように、変速機を操作してもよい。また、電動モータを備えるハイブリッド車両においては、機関トルクを小さくすることに合わせて電動モータからトルクを発生させてもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段または制御手段に相当する。

一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、ステップＳ１０６では、実油圧Ｂが、基準油圧Ａを含む所定範囲よりも高いか否か判定される。本ステップでは、オイル希釈率が下降したか否か判定している。ここでいう所定範囲は、ステップＳ１０４における所定範囲と同じであるが、異なっていてもよい。

ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、ステップＳ１０７では、基準油圧Ａの値を、実油圧Ｂの値で置き換える。ここで、ステップＳ１０６で肯定判定がなされたということは、基準油圧Ａは、オイル希釈が生じているときの油圧であると考えられるため、基準油圧Ａをオイル希釈が生じていないときの値に近付けるように変更する。そして、この処理を繰り返すことにより、基準油圧Ａを、オイル希釈の生じていないときの値に近付けることができる。これにより、内燃機関１の始動時点からオイル希釈率が高い場合であっても、プレイグニッションの発生を抑制できる。

なお、ステップＳ１０５において負荷制限が実際された後に、ステップＳ１０６において肯定判定がなされた場合には、オイル希釈が軽減しているものとして、プレイグニッションは発生しないと判定し、負荷制限を解除する。なお、本実施例においてはステップＳ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における基準油圧設定手段に相当する。

一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０２へ戻る。ここで、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合には、油圧が変化していないと考えることができるため、オイル希釈率の変化はないと考えられる。したがって、何もせずにステップＳ１０２へ戻る。

以上説明したように本実施例によれば、油圧の変化に基づいてプレイグニッションが発生するか否か判定することができる。そして、プレイグニッションが発生し得るときには、負荷を制限することにより、プレイグニッションの発生を抑制することができる。これにより、内燃機関１の耐久性を向上させることができる。また、基準油圧及び実油圧に基づいて、プレイグニッションが発生するか否か判定することができるため、オイル希釈率を実際に求めなくてもよい。さらに、実油圧が基準油圧よりも高くなった場合に、基準油圧を変更することで、オイル希釈率がなお高い場合においてプレイグニッションの発生を精度よく判定することができ、また、プレイグニッションが発生することを抑制できる。

１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
３ 点火プラグ
４ 油圧センサ
５ クランクポジションセンサ
６ アクセルペダル
７ アクセル開度センサ
１０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の潤滑油の圧力を検出する油圧検出手段と、
   前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記内燃機関の潤滑油の圧力の基準値である基準油圧を含む所定範囲よりも低い場合に、異常燃焼が発生すると判定する判定手段と、
   を備えた内燃機関の異常燃焼判定装置において、
   前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記所定範囲よりも高い場合に、その時点の該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として設定する基準油圧設定手段を備える内燃機関の異常燃焼判定装置。
2. 内燃機関の潤滑油の圧力を検出する油圧検出手段と、
   前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記内燃機関の潤滑油の圧力の基準値である基準油圧を含む所定範囲よりも低い場合に、異常燃焼の発生を抑制する制御を実施する制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力が、前記所定範囲よりも高い場合に、その時点の該油圧検出手段により検出される潤滑油の圧力を、それ以降の基準油圧として設定する基準油圧設定手段を備える内燃機関の制御装置。

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