(57)【要約】【課題】排気弁のバルブタイミングを進角して排気昇温を行う場合に、燃費悪化を抑制する。【解決手段】内燃機関の排気昇温装置は、排気弁のバルブタイミングを変更する可変機構と、ピストン５５に向けてオイルを噴射するオイル噴射装置６３，６６と、排気昇温時に、可変機構を制御して排気弁のバルブタイミングを進角すると共に、オイル噴射装置を制御してオイル噴射を停止するように構成された制御ユニット１００と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁のバルブタイミングを変更する可変機構と、
ピストンに向けてオイルを噴射するオイル噴射装置と、
排気昇温時に、前記可変機構を制御して前記排気弁のバルブタイミングを進角すると共に、前記オイル噴射装置を制御してオイル噴射を停止するように構成された制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気昇温装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記内燃機関の冷間始動時からの経過時間が所定時間を超えているときにオイル噴射を停止する
請求項１に記載の内燃機関の排気昇温装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記内燃機関の運転状態が所定の停止領域にあるときにオイル噴射を停止する
請求項１または２に記載の内燃機関の排気昇温装置。
【請求項４】
前記ピストンの温度に相関する温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記温度センサの検出温度の所定時間当たりの上昇量が所定の閾値以下であるときにオイル噴射を停止する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は内燃機関の排気昇温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両用の内燃機関において、冷間始動後における触媒の暖機促進等を目的として、排気ガスの温度を上昇させる排気昇温を行うことがある。例えば、排気弁のバルブタイミングを変更する可変機構を備えた内燃機関では、排気昇温時に排気弁のバルブタイミングが進角させられる。これにより、進角前の状態に比べ排気弁の開タイミングが早くなるので、その分、排気ガスの温度を上昇することができ、触媒の暖機を促進することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、排気弁のバルブタイミングを進角させると、排気弁の開タイミングが、排気下死点に対しより早いタイミングに設定される。すると、燃料の燃焼によって発生した熱エネルギが十分にピストン仕事に変換される前に、排気弁が開いてしまい、内燃機関の燃費が悪化する問題がある。
【０００５】
こうした燃費悪化はある程度避けられないが、理想的には、燃費悪化代をできるだけ少なくできる改善策が望まれる。
【０００６】
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、排気弁のバルブタイミングを進角して排気昇温を行う場合に、燃費悪化を抑制することが可能な内燃機関の排気昇温装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一の態様によれば、
排気弁のバルブタイミングを変更する可変機構と、
ピストンに向けてオイルを噴射するオイル噴射装置と、
排気昇温時に、前記可変機構を制御して前記排気弁のバルブタイミングを進角すると共に、前記オイル噴射装置を制御してオイル噴射を停止するように構成された制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気昇温装置が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記制御ユニットは、前記内燃機関の冷間始動時からの経過時間が所定時間を超えているときにオイル噴射を停止する。
【０００９】
好ましくは、前記制御ユニットは、前記内燃機関の運転状態が所定の停止領域にあるときにオイル噴射を停止する。
【００１０】
好ましくは、前記排気昇温装置は、前記ピストンの温度に相関する温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記温度センサの検出温度の所定時間当たりの上昇量が所定の閾値以下であるときにオイル噴射を停止する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、排気弁のバルブタイミングを進角して排気昇温を行う場合に、燃費悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の第１実施形態の内燃機関を示す概略図である。
【図２】排気動弁系の概略縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】排気動弁系の概略平面図である。
【図５】吸気弁および排気弁のバルブリフト線図である。
【図６】オイル噴射装置の構成を示す概略縦断面図である。
【図７】オイル噴射制御マップを示す図である。
【図８】排気昇温制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図９】温度センサの検出温度の上昇の様子を示すタイムチャートである。
【図１０】第２実施形態の排気昇温制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】オイル噴射制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示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。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る内燃機関（エンジン）を概略的に示す。エンジン１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。本実施形態の場合、エンジンは直列４気筒エンジンであり、エンジンの前方から順に＃１気筒〜＃４気筒が配置される。
【００１５】
エンジン１は、排気管等により画成されて排気ガスＧが流される排気通路２を有する。排気通路２には、上流側から順に、酸化触媒（ＤＯＣ）９１、フィルタ（ＤＰＦ）９２、ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）９３およびアンモニア酸化触媒（ＡＳＣ）９４が設けられる。これらはそれぞれ排気後処理を実行する後処理部材をなす。ＳＣＲ９３の直前には尿素水を添加する添加弁９５が設けられる。またＤＯＣ９１の上流側には、ＤＯＣ９１に流入する排気ガスの温度を検出するための排気温センサ９６が設けられる。
【００１６】
周知のように、ＤＯＣ９１は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温し、また排気中のＮＯをＮＯ2に酸化する。ＤＰＦ９２は、所謂連続再生式の触媒付きＤＰＦからなり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、捕集したＰＭを連続的に燃焼除去する。ＳＣＲ９３は、選択還元型ＮＯｘ触媒であり、添加弁９５からの尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。ＡＳＣ９４は、ＳＣＲ９３から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。
【００１７】
なお、後処理部材の数や種類を変更した変形例も可能である。
【００１８】
エンジン１は、吸気弁を開閉するための吸気カムシャフト３と、排気弁を開閉するための排気カムシャフト４とを有する。また排気カムシャフト４には、排気弁のバルブタイミングを変更する可変機構５が付設される。なお、同様の可変機構が吸気カムシャフト３に設けられてもよい。
【００１９】
以下、図２〜図４を参照して、排気カムシャフト４および可変機構５を含む排気動弁系の構成を説明する。便宜上、排気カムシャフト４の中心軸Ｃ１の方向（軸方向）における一端側（図２，図４の左側）を前、他端側（図２，図４の右側）を後とする。これら前後方向は、エンジンおよび車両の前後方向と一致する（エンジンは縦置きされる）。但し必ずしも一致しなくてもよい。前方から順に＃１気筒〜＃４気筒が配置され、図２，図４は最後端の＃４気筒周辺の構成を示す。
【００２０】
図４に示すように、排気カムシャフト４には、バルブスプリング６の付勢力に抗じて排気弁７を開弁するカム８が固設されている。排気弁７は１気筒当たりに二つ設けられ、これら二つの排気弁７にバルブブリッジ９が掛け渡される。カム８は、ロッカーシャフト１０に回動可能に支持されたロッカーアーム１１と、バルブブリッジ９とを介して、二つの排気弁７を同時に開閉するようになっている。Ｃ２はロッカーシャフト１０の中心軸を示す。
【００２１】
図２に示すように、排気カムシャフト４は、下側のカムキャリア１２と、上側のシリンダヘッド１３との間に挟まれてラジアル方向に回転可能に支持される。排気カムシャフト４には、これらカムキャリア１２およびシリンダヘッド１３を軸方向に挟んで排気カムシャフト４をスラスト方向に位置決めするフランジ１４，１５が設けられる。
【００２２】
カムキャリア１２およびシリンダヘッド１３の後方に位置する排気カムシャフト４の後端部は、可変機構５のハウジング３０内に回転可能に収容されている。クランクシャフトから動力を伝達する動力伝達機構の最終ギヤ１６が、ハウジング３０に設けられた入力ギヤ１７に噛合されている。排気カムシャフト４は、この入力ギヤ１７を通じて、クランクシャフトからの回転駆動力を受ける。
【００２３】
可変機構５は、排気弁７のバルブタイミングを、図５に示すような最進角位置Ｓ１と最遅角位置Ｓ２との間で無段階かつ連続的に変化させるように構成されている。ここでバルブタイミングには、排気弁７が開弁を開始する開タイミングと、排気弁７が閉弁を終了する閉タイミングとの両方が含まれる。また排気弁７が開弁している（すなわちバルブリフト量ＶＬがゼロより大きくなっている）クランク角期間を作用角という。本実施形態では、作用角Δθと最大バルブリフト量ＶＬｍａｘとが一定とされる一方で、開タイミングと閉タイミングが可変幅Ｘだけ連続的に変化させられる。
【００２４】
図２および図３に示すように、可変機構５は、排気カムシャフト４の後端部に形成されたロータ３１と、ロータ３１を相対回転可能に収容する前述のハウジング３０とを有する。
【００２５】
図３に示すように、ハウジング３０には半径方向内側に突出する複数（４つ）のハウジングベーン３２が周方向等間隔で形成され、これらハウジングベーン３２の間に油圧室３３が形成される。他方、ロータ３１には半径方向外側に突出する複数（４つ）のロータベーン３４が周方向等間隔で形成され、これらロータベーン３４は各油圧室３３を、カムシャフト回転方向Ｒの前後に仕切る。仕切られた油圧室３３のうち、回転方向後方に位置するのは進角室３５であり、回転方向前方に位置するのは遅角室３６である。
【００２６】
図２に示すように、排気カムシャフト４の内部には、進角室３５に連通された進角用オイル通路３７と、遅角室３６に連通された遅角用オイル通路３８とが形成される。シリンダヘッド１３の内部には、進角用オイル通路３７をオイルギャラリ４１に連通させるための進角用オイル供給穴３９が形成される。カムキャリア１２の内部には、遅角用オイル通路３８をオイルギャラリ４１に連通させるための遅角用オイル供給穴４０が形成される。オイルギャラリ４１は、シリンダブロックの内部に形成され高圧オイル（圧力流体としての圧油）を貯留するオイル溜めとしての空間である。
【００２７】
進角室３５、進角用オイル通路３７および進角用オイル供給穴３９は進角用流路を構成する。また遅角室３６、遅角用オイル通路３８および遅角用オイル供給穴４０は遅角用流路を構成する。これら進角用流路および遅角用流路に供給される油圧を制御し、ひいては可変機構５に供給される油圧を制御するため、油圧回路が構成される。
【００２８】
油圧回路は、油圧源としてのオイルギャラリ４１と、オイルを常圧で貯留するオイルタンクとしてのオイルパン４３と、これらオイルギャラリ４１、オイルパン４３、進角用オイル供給穴３９および遅角用オイル供給穴４０の連通状態を切り替える切替バルブ（ＯＣＶという）４２とを含む。ＯＣＶ４２はソレノイドバルブにより構成される。
【００２９】
なお、後述するオイルポンプがオイルパン４３のオイルを吸引し、オイルギャラリ４１に向けて吐出する。オイルギャラリ４１の代わりに、オイルポンプを直接的に油圧源として用いてもよい。
【００３０】
他方、制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵという）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はエンジン全体の制御を司るもので、演算機能を有するＣＰＵ、記憶媒体であるＲＯＭおよびＲＡＭ、入出力ポート、ならびにＲＯＭおよびＲＡＭ以外の記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、ＯＣＶ４２を制御し、可変機構５ひいては排気弁７のバルブタイミングを制御するように構成されている。
【００３１】
また図１に示すように、添加弁９５および排気温センサ９６がＥＣＵ１００に接続され、ＥＣＵ１００は、添加弁９５を制御すると共に排気温センサ９６から検出信号を受け取る。
【００３２】
可変機構５は次のように制御される。バルブタイミングの進角時、ＯＣＶ４２がＥＣＵ１００により進角位置に切り替えられ、オイルギャラリ４１に貯留された高圧オイルが進角用オイル供給穴３９、進角用オイル通路３７を順に経て進角室３５に導入される。また遅角室３６内の高圧オイルは、遅角用オイル通路３８および遅角用オイル供給穴４０を順に経てオイルパン４３に排出される。すると、進角室３５内の油圧が遅角室３６内の油圧より高くなり、ロータ３１ひいては排気カムシャフト４が、進角動作させられる。
【００３３】
他方、バルブタイミングの遅角時には、ＯＣＶ４２がＥＣＵ１００により遅角位置に切り替えられ、進角室３５内の高圧オイルが進角用オイル通路３７、進角用オイル供給穴３９を順に経てオイルパン４３に排出される。またオイルギャラリ４１に貯留された高圧オイルは、遅角用オイル供給穴４０、遅角用オイル通路３８を順に経て遅角室３６に導入される。すると、遅角室３６内の油圧が進角室３５内の油圧より高くなり、ロータ３１ひいては排気カムシャフト４が、ハウジング３０に対し遅角動作させられる。
【００３４】
他方、バルブタイミングの保持時には、ＯＣＶ４２がＥＣＵ１００により保持位置に切り替えられ、進角室３５および遅角室３６に対する高圧オイルの供給および排出は停止される。これにより、ロータ３１および排気カムシャフト４は、進角室３５内の油圧と遅角室３６内の油圧とが等しくなるような、ハウジング３０に対する相対位置に保持され、バルブタイミングは一定のタイミングに保持される。
【００３５】
さらに本実施形態においては、ピストンに向けてオイルを噴射するオイル噴射装置も設けられる。以下、その構成について説明する。
【００３６】
図６に示すように、シリンダブロック５１には各気筒のシリンダボア５２が前後方向に等間隔で立設され、各シリンダボア５２の上端開口部はシリンダヘッド１３により閉止される。各シリンダボア５２の外周側を取り囲むよう、シリンダブロック５１の内部には、冷却水が循環されるウォータジャケット５４が形成される。なお図６には全４気筒のうちの中間の２気筒、すなわち＃２および＃３気筒のみを示す。
【００３７】
シリンダボア５２の内部にはピストン５５が昇降可能に収容される。ピストン５５にはピストンピン５６を介してコンロッド５７が回転可能に取り付けられる。図は＃２，＃３気筒のピストン５５が下死点（ＢＤＣ）の位置にあるときの状態を示す。他方、ピストン５５が上死点（ＴＤＣ）付近の位置にあるとき、シリンダヘッド１３に取り付けられたインジェクタ５８から、ピストン５５の頂面部のキャビティ５９内に向かって、燃料が噴射される。
【００３８】
ピストン５５の内部には、冷却用オイルを循環させるピストン周方向に延びた循環路６０と、循環路６０に対するオイル入口および出口となる入口孔６１および出口孔６２とが設けられる。入口孔６１および出口孔６２はピストン５５の裏面部に開口している。基本的には、この入口孔６１の開口端に向かって、冷却用オイルがオイルジェット６３から噴射される。オイルジェット６３は、ピストン５５よりも下方の位置でシリンダブロック５１に取り付けられ、上向きに指向されている。
【００３９】
入口孔６１から循環路６０に導入された冷却用オイルは、循環路６０を循環する過程でピストン５５と熱交換し、ピストン５５を冷却する。そして冷却を終えたオイルは、出口孔６２を通じて循環路６０から排出され、図外下方のオイルパン（符号４３で略示）に戻される。
【００４０】
なお、オイルジェット６３はピストン５５の裏面部に向けられ、オイルジェット６３から噴射され入口孔６１に入らなかったオイルは、ピストン５５の裏面部に当たってピストン５５を冷却する。そして当たった後の一部のオイルは、シリンダボア５２の内壁に到達し、これを潤滑する。
【００４１】
各気筒のオイルジェット６３は共通のオイル通路６５に接続され、このオイル通路６５は開閉弁６６を介してオイルギャラリ４１に接続される。オイルギャラリ４１には、オイルポンプ６８から吐出されたオイルが高圧状態で貯留される。開閉弁６６はＥＣＵ１００により制御される。
【００４２】
本実施形態のオイルポンプ６８は、クランクシャフトにより回転駆動される機械式のものであるが、電気モータにより回転駆動される電動式のものであっても構わない。いずれにしても、オイルジェット６３によるオイル噴射が実行されると、その分の高圧オイルをオイルポンプ６８により新たに生成する必要があるから、オイル噴射の実行はポンプ駆動損失の増大に繋がり、燃費悪化の原因となる。
【００４３】
開閉弁６６は二方電磁弁により形成され、オンのとき開、オフのとき閉となる。ＥＣＵ１００により開閉弁６６が開とされると、オイルギャラリ４１内の高圧オイルがオイル通路６５を通じて各気筒のオイルジェット６３に至り、各気筒のオイルジェット６３から噴射される。すなわちオイル噴射が実行される。他方、ＥＣＵ１００により開閉弁６６が閉とされると、オイルギャラリ４１内の高圧オイルは各気筒のオイルジェット６３に供給されなくなり、オイル噴射は停止される。
【００４４】
このようにオイル噴射装置は、オイルを噴射するオイルジェット６３と、オイルジェット６３によるオイル噴射の実行と停止を切り替える開閉弁６６とを備える。
【００４５】
エンジンの回転速度、具体的には単位時間当たりの回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ８１と、アクセル開度Ａｃを検出するためのアクセル開度センサ８２と、シリンダブロック５１の温度を検出する温度センサ８３とが設けられる。これらセンサの出力信号はＥＣＵ１００に送られる。
【００４６】
ＥＣＵ１００は、回転速度センサ８１およびアクセル開度センサ８２によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃに基づき、図示しない所定の燃料噴射量マップに従って、燃料噴射量、特にインジェクタ５８への指示噴射量としての目標燃料噴射量Ｑを算出する。燃料噴射量マップは予め試験等を通じて設定され、ＥＣＵ１００に記憶されている。目標燃料噴射量Ｑは、エンジン負荷を表すパラメータである。但しこのパラメータについては、目標燃料噴射量Ｑ以外にもアクセル開度等の任意のパラメータを採用できる。ここではエンジン運転状態を表すパラメータとしてエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃおよび目標燃料噴射量Ｑを用いたが、他のパラメータを用いてもよい。
【００４７】
温度センサ８３は、気筒列の中間部に位置するシリンダボア５２間の隔壁内に設置される。また温度センサ８３は、ピストン５の上死点ＴＤＣおよび下死点ＢＤＣ間の間隔を二等分する中間高さ位置Ｈｆから、下死点ＢＤＣまでの間の高さ位置に設置される。
【００４８】
本実施形態の場合、＃１〜＃４気筒の４つの気筒が等間隔で配置されている。図中、シリンダ中心軸をＣ３で示す。気筒列の中間部とは、これら４つの気筒で形成される気筒列の方向（すなわち前後方向）における気筒列の中間部であり、具体的には、最前端に位置する＃１気筒のシリンダ中心軸（図示せず）と、最後端に位置する＃４気筒のシリンダ中心軸（図示せず）との間隔を二等分する位置Ｐｆ、またはその付近の位置である。この位置のシリンダボア５２間の隔壁とは、本実施形態では、図示するような互いに隣り合う＃２気筒および＃３気筒のシリンダボア５２間の隔壁６９のことをいう。本実施形態では、二等分位置Ｐｆ上に温度センサ８３が設置されているが、二等分位置Ｐｆから前後方向に多少ずらして温度センサ８３を設置してもよい。なお温度センサ８３は、＃２気筒および＃３気筒のウォータジャケット５４の間の隔壁６９内に設置される。
【００４９】
温度センサ８３は、隔壁６９の内部に設けられたセンサ取付孔７０に挿入して取り付けられ、設置位置の隔壁６９の温度を検出する。
【００５０】
また温度センサ８３は、中間高さ位置Ｈｆから下死点ＢＤＣまでの間の任意の高さ位置に設置される。本実施形態では、中間高さ位置Ｈｆと下死点ＢＤＣの高さ位置との間隔を二等分する高さ位置Ｈｇに温度センサ８３が設置される。しかしながら、その二等分高さ位置Ｈｇよりも上方または下方に若干位置をずらして温度センサ８３を設置してもよい。
【００５１】
温度センサ８３は、直接的には、その設置位置における隔壁６９の温度を検出するが、その隔壁６９の温度は、ピストン５５の温度に相関する。従って温度センサ８３は、ピストン５５の温度に相関する温度を検出するものである。この温度センサ８３の検出温度に基づいて、ピストン温度の著しい上昇があるか否かを検出することができる。
【００５２】
なお、温度センサ８３は、ピストン５５の温度に相関する隔壁６９以外の温度を検出してもよい。
【００５３】
次に、本実施形態の制御を詳細に説明する。
【００５４】
本実施形態では、冷間始動後で前述の後処理部材（ＤＯＣ９１、ＤＰＦ９２、ＳＣＲ９３、ＡＳＣ９４）が未だ活性化していないようなときに、後処理部材の暖機を促進し、後処理部材を早期に活性化させるため、排気ガスの温度を上昇させる排気昇温制御を行う。なお、排気昇温制御の目的は他の目的、例えばＤＰＦ９２の再生のためであってもよいが、ここでは一例として、冷間始動後の後処理部材の暖機促進を目的とする場合を述べる。
【００５５】
具体的にはＥＣＵ１００は、排気温センサ９６により検出された排気温度すなわち検出排気温度Ｔｇが、所定の目標排気温度Ｔｇｓより低いとき、排気昇温を実行すべく、可変機構５を制御して排気弁のバルブタイミングを進角させる。目標排気温度Ｔｇｓは、少なくとも排気温センサ９６の直後に位置する後処理部材（ＤＯＣ９１）が活性化できるよう、その活性開始温度に略等しい値、例えば約２００℃に設定される。
【００５６】
図５に示すように、通常時もしくは基準時の排気弁バルブタイミングは最遅角位置Ｓ２であるが、検出排気温度Ｔｇが目標排気温度Ｔｇｓより低いときは、排気弁バルブタイミングが最進角位置Ｓ１まで進角させられる。
【００５７】
すると、最遅角位置Ｓ２で排気ＢＤＣの近傍もしくは直前であった排気弁開タイミングは、最進角位置Ｓ１に進角された結果、より早くなり、膨張行程の中間部付近になる。すると、排気弁開タイミングが早まった分だけ温度が高くなった排気ガスが、燃焼室から排気通路２に排出され、排気昇温が実行される。そして後処理部材の暖機を促進することが可能になる。
【００５８】
しかし、このように排気弁開タイミングを早めると、燃料の燃焼によって発生した熱エネルギが十分にピストン仕事に変換される前に、すなわち、ピストンが排気ＢＤＣ付近まで十分に押し下げられる前に、排気弁が開いてしまう。よって熱エネルギのピストン仕事への変換効率が低下し、エンジンの燃費が悪化する問題がある。
【００５９】
こうした燃費悪化はある程度避けられないが、理想的には、このときの燃費悪化代をできるだけ少なくすることが望まれる。
【００６０】
そこで本実施形態では、排気昇温時に排気弁バルブタイミングを進角させるとき、同時に、オイル噴射装置を制御してオイル噴射を停止する。具体的には、開閉弁６６をオフすなわち閉に制御してオイルジェット６３からのオイル噴射を停止させる。
【００６１】
前述したように、かかるオイル噴射は、オイルポンプ６８によるポンプ駆動損失を増大させ、燃費を悪化させる。本実施形態によれば、排気弁バルブタイミング進角時にオイル噴射を停止するので、停止しない場合に比べ、燃費悪化を抑制することが可能となる。
【００６２】
ここで、本実施形態におけるオイル噴射制御の基本について説明する。ＥＣＵ１００は、エンジンの運転状態に基づいて、オイルジェット１３からのオイル噴射を制御するように構成されている。すなわち、ＥＣＵ１００には、図７に示すようなオイル噴射制御マップが予め記憶されており、ＥＣＵ１００は、基本的にこのオイル噴射制御マップに従って、オイル噴射を実行または停止する。
【００６３】
オイル噴射制御マップは、エンジン運転状態を規定するエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量（具体的には目標燃料噴射量Ｑ）を入力パラメータとしてオイル噴射の実行・停止を決定するためのマップである。
【００６４】
オイル噴射制御マップにおいては、エンジンの全運転領域が、オイル噴射の停止を許可する停止許可領域Ｒ１と、オイル噴射の停止を許可しない（すなわち禁止する）停止禁止領域Ｒ２とに二分される。停止許可領域Ｒ１は、停止禁止領域Ｒ２よりも低回転側かつ低負荷側の領域であり、ピストン温度がそれ程上昇せず、場合によってはオイル噴射を停止してもピストン焼き付き等の問題が生じないような領域である。逆に、停止禁止領域Ｒ２は、ピストン温度が高温まで達するため、ピストン焼き付き等を防止するためオイル噴射が必須となる領域である。
【００６５】
さらに、停止許可領域Ｒ１内には、排気昇温時に排気弁バルブタイミングが進角されるときオイル噴射が停止される停止領域Ｒ３が設定される。停止領域Ｒ３は停止許可領域Ｒ１に含まれる。停止領域Ｒ３は、停止許可領域Ｒ１のうちの最も低回転側かつ低負荷側に設定され、オイル噴射を停止してもピストン焼き付き等の虞が最もないような、オイル噴射停止に最も適した領域に設定される。
【００６６】
また、こうした最も低回転側かつ低負荷側の領域では、エンジン出力が低く、オイル噴射停止による燃費悪化抑制のメリットないし取り代が大きい。よってこの意味でも、停止領域Ｒ３はオイル噴射停止に最も適した領域である。
【００６７】
次に、図８を参照して、本実施形態における排気昇温制御のルーチンを説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００６８】
まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、排気温センサ９６の検出排気温度Ｔｇが目標排気温度Ｔｇｓより低いか否かを判断する。YESの場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２に進み、排気弁バルブタイミング（ＶＴ）を最進角位置Ｓ１まで進角させる。これにより排気昇温が実質的に実行される。
【００６９】
他方、NOの場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３に進み、排気弁バルブタイミングを基準状態の最遅角位置Ｓ２に制御する。この場合、排気昇温は実質的に実行されない。但しこの場合、他の目的により、排気弁バルブタイミングを、最遅角位置Ｓ２より進角させてもよい。
【００７０】
ステップＳ１０２またはＳ１０３の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４に進み、エンジンの冷間始動時からの経過時間ｔｃが所定時間ｔｃｓを超えているか否かを判断する。周知のように、エンジンの冷間始動はスタータモータへのオン信号とその時の水温等から検出でき、経過時間ｔｃはＥＣＵ１００内のタイマ等で計測できる。
【００７１】
エンジンの冷間始動時から短時間しか経過していないような場合には、シリンダボア５２の内壁とピストン５（これに装着された図示しないピストンリングを含む）との摺動部にまだ十分な油膜が形成されていない。このときにオイル噴射を停止すると、当該摺動部に潤滑不良が起こる可能性がある。従ってそのようなときにはオイル噴射を停止せず、摺動部における潤滑不良を未然に防止している。この観点から所定時間ｔｃｓは、摺動部に潤滑不良を生じさせない程の十分な油膜が形成されるまでの最小時間として設定されている。
【００７２】
経過時間ｔｃが所定時間ｔｃｓを超えていない場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０８に進み、開閉弁６６をオンしてオイル噴射を実行する。このとき、開閉弁１６を連続的にオンしてオイルの連続噴射を実行するのが好ましい。
【００７３】
他方、経過時間ｔｃが所定時間ｔｃｓを超えている場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０５に進み、現在のエンジン運転状態が停止許可領域Ｒ１にあるか否かを判断する。停止許可領域Ｒ１にない場合、これは停止禁止領域Ｒ２にあることを意味するから、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０８に進み、オイル噴射を停止せず、それを実行する。
【００７４】
他方、停止許可領域Ｒ１にある場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０６に進み、現在のエンジン運転状態が停止領域Ｒ３にあるか否かを判断する。停止領域Ｒ３にない場合、エンジン出力が停止領域Ｒ３にあるときよりも大きく、オイル噴射停止による燃費悪化抑制のメリットをそれ程多く享受できない可能性がある。従ってこの場合はステップＳ１０８に進み、オイル噴射を停止せず、それを実行する。なおこの場合、他の要件によってオイル噴射を停止してもよい。
【００７５】
他方、停止領域Ｒ３にある場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０７に進み、開閉弁６オフしてオイル噴射を停止する。これにより、排気弁バルブタイミング進角による燃費悪化を抑制することが可能となる。また、オイル噴射停止による燃費悪化抑制のメリットを多く享受できる場合に限ってオイル噴射を停止するので、オイル噴射停止を効率的に実行することが可能となる。
【００７６】
本実施形態の変形例として、ステップＳ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６の少なくとも一つを省略することが考えられる。これらの全てを省略した場合、ステップＳ１０８も省略される。
【００７７】
［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態を説明する。なお前記第１実施形態と同様の部分については説明を割愛し、以下、第１実施形態との相違点を主に説明する。
【００７８】
本実施形態は、温度センサ８３の検出温度にも基づいてオイル噴射を制御する点が、第１実施形態との主な相違点である。
【００７９】
前述したように、停止許可領域Ｒ１は、場合によってはオイル噴射を停止しても問題がない領域である。しかし、エンジン運転状態の変化や故障等の何等かの原因により、停止許可領域Ｒ１であってもピストン温度が著しく上昇する場合がある。この場合にも依然としてオイル噴射を停止することは、ピストン焼き付きの虞があるため、回避するのが望ましい。
【００８０】
そこで本実施形態では、ピストン温度の著しい上昇があるか否かを温度センサ８３によって間接的に検出し、あるいは予想し、その上昇があると予想される場合には、停止許可領域Ｒ１であってもオイル噴射を実行し、ピストン５５の焼き付きを未然に抑止するようにしている。
【００８１】
図９に示すように、ＥＣＵ１００は、温度センサ８３の検出温度Ｔの所定時間τ当たりの上昇量ΔＴを、その所定時間τ毎に逐次的に算出する。所定時間τは言い換えれば演算周期であり、例えばτ＝１（ｓ）である。所定時間τは、後述する図１０のルーチンの演算周期と等しいが、異なっていてもよい。
【００８２】
今回の演算時期の検出温度をＴn、前回の演算時期の検出温度をＴn-1とすると、今回の演算時期の上昇量ΔＴnは式：ΔＴn＝Ｔn−Ｔn-1から算出される。このようにしてＥＣＵ１００は、検出温度Ｔの上昇速度である所定時間τ当たりの上昇量ΔＴを、所定時間τ毎に逐次的に算出する。
【００８３】
次いでＥＣＵ１００は、算出された上昇量ΔＴを所定の第１閾値ΔＴｓ１と比較する。エンジン運転状態が停止許可領域Ｒ１（停止領域Ｒ３を含む）にある場合において、上昇量がΔＴ1で示すように第１閾値ΔＴｓ１以下であるときには、ＥＣＵ１００は、ピストン温度の著しい上昇がないとみなし、オイル噴射を停止する。
【００８４】
しかしながら、上昇量がΔＴ2で示すように第１閾値ΔＴｓ１を超えたときには、ＥＣＵ１００は、ピストン温度の著しい上昇があるとみなし、オイル噴射を実行し、ピストン５５のオイル冷却を実行する。これによりピストン５５の焼き付きを未然に抑止することができる。
【００８５】
ここで本実施形態では、上昇量ΔＴが第１閾値ΔＴｓ１を超えてオイル噴射を実行する場合に、上昇量ΔＴの大きさに応じてオイル噴射の実行方法を変更している。すなわち、上昇量がΔＴ2で示すように、第１閾値ΔＴｓ１より高い第２閾値ΔＴｓ２以下であるときには、ＥＣＵ１００は、ピストン温度の上昇が軽度であり、ピストン温度の上昇速度が比較的遅いとみなし、オイルの間欠噴射を実行する。このときＥＣＵ１００は、開閉弁６６の開弁と閉弁を所定時間ずつ繰り返すよう、開閉弁６６をオンオフする。これにより連続噴射を実行する場合に比べ、オイル噴射の実行時間を減らし、ポンプ駆動損失を低減して燃費悪化を抑制できる。そして効率的にピストン５５の焼き付きを抑止することができる。
【００８６】
他方、上昇量がΔＴ3で示すように、第２閾値ΔＴｓ２より高いときには、ＥＣＵ１００は、ピストン温度の上昇が重度であり、ピストン温度の上昇速度が比較的早いとみなし、オイルの連続噴射を実行する。このときＥＣＵ１００は、開閉弁６６が連続的に開弁し続けるよう、開閉弁６６をオンし続ける。これによりピストン５５を最大限冷却することができ、ピストン５５の焼き付きを確実に抑止することができる。
【００８７】
なお、オイルの間欠噴射とは、文字通り、オイルジェット６３からのオイルの噴射と噴射停止を繰り返すよう開閉弁６６をオンオフする制御をいう。従ってこれは、オイル噴射流量を制御しつつ、オイルジェットから連続的にオイルを噴射するよう、開閉弁を極短時間のデューティ周期でオンオフするディーティ制御とは異なる。
【００８８】
ところで、エンジン運転状態が停止許可領域Ｒ１にあるのに、上昇量ΔＴが比較的長時間に亘って第１閾値ΔＴｓ１を超えている状態というのは、健全な状態とは言い難い（便宜上、異常状態という）。そこで本実施形態においてＥＣＵ１００は、エンジン運転状態が停止許可領域Ｒ１にありかつ上昇量ΔＴが第１閾値Ｔｓ１を超えている時間を計測し、この計測した時間が所定時間以上に達したときには、何等かの故障が発生している可能性があるとみなして、警告を実行する。具体的には、警告灯等の警告装置を起動させる。これにより、車両の点検整備をユーザに促すことができ、早期に健全な状態に復帰させることができる。
【００８９】
図１０には、本実施形態における排気昇温制御のルーチンを示す。このルーチンは図８に示した第１実施形態のルーチンとほぼ同様であり、同様のステップについては符号を２００番台に変更して図示するに止め、説明を省略する。異なるのは、第１実施形態のルーチンのステップＳ１０７がステップＳ２０７Ａに変更されている点のみである。
【００９０】
ステップＳ２０７Ａでは、図１１に示すサブルーチンに従ってオイル噴射制御が実行される。
【００９１】
このサブルーチンにおいて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０１において、前述の方法により検出温度Ｔの上昇量ΔＴを算出し、上昇量ΔＴを、予め記憶してある第１閾値ΔＴｓ１と比較する。
【００９２】
上昇量ΔＴが第１閾値ΔＴｓ１以下であるときには、ステップＳ３０２に進み、ＥＣＵ１００は、開閉弁６６をオフにしてオイル噴射を停止する。このときにはピストン温度の著しい上昇がなく、ピストン５５の焼き付きの虞が無いからである。そして内部カウンタのカウント値Ｃをゼロにリセットして、本ルーチンを終了し、図１０のメインルーチンに戻る。
【００９３】
他方、上昇量ΔＴが第１閾値ΔＴｓ１を超えているときには、ステップＳ３０４に進み、ＥＣＵ１００は上昇量ΔＴを、予め記憶してある第２閾値ΔＴｓ２と比較する。
【００９４】
上昇量ΔＴが第２閾値ΔＴｓ２以下であるときには、ステップＳ３０５に進み、ＥＣＵ１００は、開閉弁６６をオンオフしてオイルの間欠噴射を実行する。他方、上昇量ΔＴが第２閾値ΔＴｓ２を超えているときには、ステップＳ３０６に進み、ＥＣＵ１００は、開閉弁６６を連続的にオンしてオイルの連続噴射を実行する。
【００９５】
その後、ステップＳ３０７に進み、ＥＣＵ１００は、前述の異常状態の継続時間を計測すべく、内部カウンタのカウント値Ｃを１だけカウントアップする。
【００９６】
そしてステップＳ３０８に進み、ＥＣＵ１００は、カウント値Ｃを所定の閾値Ｃｓと比較する。カウント値Ｃが閾値Ｃｓ未満であるときには、本ルーチンを終了して図１０のメインルーチンに戻る。カウント値Ｃが閾値Ｃｓ以上であるときには、ステップＳ３０９に進み、ＥＣＵ１００は、異常状態の継続時間が所定時間以上に達したとみなし、警告を実行する。そして本ルーチンを終了し、図１０のメインルーチンに戻る。
【００９７】
このように本実施形態によれば、エンジン運転状態が停止許可領域Ｒ１、特に停止領域Ｒ３にあっても、上昇量ΔＴが第１閾値ΔＴｓ１を超えたときには、ピストン温度が著しく上昇していると予想し、オイル噴射を実行する。従ってピストン５の焼き付きを未然に抑止することが可能である。
【００９８】
また、温度センサ８３の設置位置にも特徴がある。まず温度センサ８３を、気筒列の中間部（＃２気筒と＃３気筒の間）に位置するシリンダボア５２間の隔壁６９内に設置した。このため、ウォータジャケット５４内に設置する場合に比べ、冷却水の変動の影響を無くし、ピストン温度に相関する温度をより正確に検出できる。また、気筒列の中間部以外の隔壁内に設置する場合に比べ、外気による冷却の影響を減らし、同相関温度をより正確に検出できる。
【００９９】
また温度センサ８３を、中間高さ位置Ｈｆから下死点ＢＤＣまでの間の高さ位置に設置した。このため、ピストン温度のみでなく、ピストン５５とシリンダボア５２内壁との間の潤滑状態にも相関した温度を温度センサ８３により検出することができ、同潤滑状態も考慮してオイル噴射の実行および停止を適切に判断できる。
【０１００】
シリンダボア５２間の隔壁の温度が著しく上昇する場合、次の三つの原因が考えられる。
（１）ピストン５５とシリンダボア５２内壁との間の潤滑油不足による摩擦増加。
（２）異常燃焼によるピストン温度の上昇。
（３）冷却水回路の不調（詰まり、オーバーヒート等）によるウォータジャケット５４の冷却水循環不良。
【０１０１】
ここで（２）の影響は、ピストン５５の下死点ＢＤＣ側よりもむしろ上死点ＴＤＣ側で顕著に現れる。また（３）の影響も同様である。ウォータジャケット５４内の冷却水温度が、下死点ＢＤＣ側よりもむしろ上死点ＴＤＣ側で高くなりがちだからである。
【０１０２】
一方、隔壁温度は、ピストン５５の下部のスカート部がシリンダボア５２内壁に摩擦摺動することで上昇する。オイル噴射停止により、その摺動部へのオイル供給が無くなると、（１）が生じ易い。また（１）の影響は、上死点ＴＤＣ側よりもむしろ下死点ＢＤＣ側で顕著に現れる。
【０１０３】
従って、温度センサ８３を中間高さ位置Ｈｆから下死点ＢＤＣまでの間の高さ位置に設置することで、（２）および（３）の影響を排除または抑制すると共に、（１）の影響を積極的に反映させて隔壁温度を検出できる。よって、ピストン５５とシリンダボア５２内壁との間の潤滑状態にも相関した温度を温度センサ８３により検出することができ、同潤滑状態も考慮してオイル噴射の実行および停止を適切に判断できる。
【０１０４】
なお、温度センサ８３は、（ｉ）気筒列の中間部に位置するシリンダボア５２間の隔壁６９内の位置、および（ｉｉ）中間高さ位置Ｈｆから下死点ＢＤＣまでの間の高さ位置のうち、少なくとも一方に設置することが可能である。本実施形態では（ｉ）および（ｉｉ）の位置に設置したが、（ｉ）のみの位置、または（ｉｉ）のみの位置に設置してもよい。
【０１０５】
ここで、気筒列の中間部に位置するシリンダボア間の隔壁は、気筒列の気筒数が偶数の場合には、本実施形態と同様の考え方で当該隔壁が設定される。例えば直列６気筒エンジンの場合には、＃３気筒と＃４気筒の間の隔壁が当該隔壁である。Ｖ４、Ｖ８、Ｖ１２エンジンのＶ字を構成する２つのバンクのいずれか一方（以下、片バンク）についても同様である。これに対し、気筒列の気筒数が奇数の場合には、気筒列の中間に最も近い隔壁が当該隔壁である。例えば直列３気筒エンジンでは、気筒列の中間が＃２気筒の中心なので、これに最も近い＃１気筒と＃２気筒の間の隔壁、または＃２気筒と＃３気筒の間の隔壁が、当該隔壁である。直列５気筒エンジン、またはＶ６、Ｖ１０エンジンの片バンクについても同様である。
【０１０６】
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は他にも様々考えられる。
【０１０７】
（１）例えば、排気昇温時の排気弁バルブタイミングの進角は、最遅角位置Ｓ２から最進角位置Ｓ１までの進角に限定されず、任意の位置から任意の位置までの進角であってよい。
【０１０８】
（２）排気温センサ９６は、ＤＯＣ９１の上流側に限らず、排気通路２の任意の位置に設置可能である。但し、暖機促進対象となる後処理部材の上流側ないし直前に設置されるのが好ましい。
【０１０９】
（３）ピストン５５の循環路６０を省略してもよい。
【０１１０】
（４）温度センサ８３を複数設置し、これら検出温度の平均値等に基づいてオイル噴射制御を行ってもよい。
【０１１１】
（５）上昇量ΔＴが第１閾値ΔＴｓ１を超えている場合、上昇量ΔＴが第２閾値ΔＴｓ２を超えているか否かに応じて、警告方法を変更してもよい。また、上昇量ΔＴが第２閾値ΔＴｓ２を超えてない場合には、警告を実行するまでの所定時間（Ｃｓ）を長くし、上昇量ΔＴが第２閾値ΔＴｓ２を超えている場合には、警告を実行するまでの所定時間を短くしてもよい。
【０１１２】
本開示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開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示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。
【符号の説明】
【０１１３】
５  可変機構
７  排気弁
５５  ピストン
６３  オイルジェット
６６  開閉弁
８３  温度センサ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ｔｃ  経過時間
Ｒ３  停止領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020002899.tif 000009
【図８】
2020002899.tif 000010
【図９】
2020002899.tif 000011
【図１０】
2020002899.tif 000012
【図１１】
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