(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとシリンダとの相対的位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えるとともに、燃焼室内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁を備え、かつ点火プラグにより点火を行う内燃機関の制御装置であって、
オイルに燃料が混入して該オイルが所定レベル以上に希釈された状態を検出するオイル希釈検出手段を備え、
このオイル希釈検出時に、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高くする、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記オイル希釈検出時に、さらに、点火時期の遅角補正を行う、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記可変圧縮比機構の目標圧縮比を、上記オイル希釈検出時に、機関運転条件に応じて設定される基本目標圧縮比よりも高い目標圧縮比に補正し、かつオイル希釈の解消を検出したときに、上記基本目標圧縮比に復帰させる、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
ピストンとシリンダとの相対的位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えるとともに、燃焼室内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁を備え、かつ点火プラグにより点火を行う内燃機関において、
オイルに燃料が混入して該オイルが所定レベル以上に希釈された状態を検出し、このオイル希釈検出時に、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高くする、内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼室内に燃料を直接に噴射する内燃機関に関し、特に、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に臨んで燃料噴射弁を配置し、吸気行程や圧縮行程において筒内に燃料を直接に噴射するようにした筒内直接噴射式の火花点火内燃機関が公知である。【０００３】
また、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構も、従来から種々の形式のものが知られている。例えば、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリの変更によってピストン上死点位置を上下に変位させるようにした可変圧縮比機構が本出願人らによって多数提案されている。また、特許文献１には、クランクシャフトの中心位置に対しシリンダの位置を上下に変位させることで同様に機械的圧縮比を変化させるようにした可変圧縮比機構が記載されている。【０００４】
特許文献１は、吸気ポートに燃料噴射弁を備えた内燃機関において、シリンダ壁への付着燃料に起因したオイル希釈（燃料成分の混入による潤滑オイルの希釈）を抑制するために、機関の暖機が十分に完了しないショートトリップ運転の場合に、可変圧縮比機構による圧縮比を低下させることを開示している。これは、圧縮比の低下により燃焼室内外の圧力差を小さくし、オイル希釈を抑制しようとする技術思想である。【０００５】
また、特許文献２には、内燃機関の運転中に、オイル希釈の状態を例えば機関運転条件などから求める技術が記載されている。【０００６】
上記特許文献１では、ショートトリップ運転の場合に圧縮比を低下させ、燃焼室内外の圧力差を小さくすることでオイル希釈の抑制を図っているが、このように可変圧縮比機構を低圧縮比側に制御すると、シリンダに対しピストン上死点位置が相対的に低くなり、燃料液滴が接触可能なように燃焼室に露出するシリンダ壁面が増大するため、シリンダ壁面に付着する燃料量が増大する。このことは、オイル希釈の増加要因となるため、燃焼室内外の圧力差を多少小さくしても、むしろオイル希釈が促進される懸念がある。特に、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式燃料噴射装置を備えた内燃機関では、冷間時にシリンダ壁面に多くの燃料が液滴のまま付着することから、圧縮比を低下させることに伴うシリンダ壁面の増大の影響が支配的となり、逆にオイル希釈が悪化する。従って、圧縮比を低下させることは好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６７８５８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４７１号公報
【発明の概要】
【０００８】
この発明は、ピストンとシリンダとの相対的位置関係を変化させることにより機械的な圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えるとともに、燃焼室内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁を備えてなる内燃機関の制御装置であって、
オイルに燃料が混入して該オイルが所定レベル以上に希釈された状態を検出するオイル希釈検出手段を備え、
このオイル希釈検出時に、上記可変圧縮比機構による圧縮比を高くする。
【０００９】
オイル希釈検出時に可変圧縮比機構の圧縮比を高く制御すると、シリンダに対しピストン上死点位置が相対的に高くなり、燃料噴射時期に燃焼室内に露出しているシリンダ壁面が減少する。従って、筒内に噴射されてシリンダ壁面に付着する燃料量が少なくなり、オイル希釈が抑制される。なお、圧縮比を高くすることで燃焼室内外の圧力差は大きくなるが、前述したように、燃焼室内に燃料が直接に噴射される筒内直接噴射式内燃機関では、圧力差よりも燃料噴霧が接するシリンダ壁面積の大小の方が支配的であり、燃焼室内に露出しているシリンダ壁面が減少することで、オイル希釈の抑制が図れる。
【００１０】
ここで、オイルに混入した燃料成分は、同時並行的に、気化によりオイルから離脱していくので、オイル希釈が抑制されると、両者のバランスにより、オイル希釈が解消し、あるいは、少なくともオイル希釈の進行が抑制される。
【００１１】
また本発明の望ましい一つの態様では、上記オイル希釈検出時に、さらに、点火時期の遅角補正を行う。この点火時期の遅角補正により、圧縮比を高くしたことに伴うノッキング等の異常燃焼の抑制が可能である。
【００１２】
この発明によれば、特に筒内直接噴射式内燃機関において、オイル希釈を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る内燃機関の制御装置のシステム構成を示す構成説明図。
【図２】この実施例における制御の流れを示すフローチャート。
【図３】オイル希釈に対する制御の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構２を備えた４ストロークサイクルの筒内直接噴射式の火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。
【００１６】
上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、燃焼室３内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁８が配置されている。この燃料噴射弁８は、斜め下方へ傾斜した姿勢で取り付けられており、そのノズル先端は、対向するシリンダ壁面を指向している。
【００１７】
上記吸気ポート７に接続される図示せぬ吸気通路には、エンジンコントローラ９からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ（図示せず）が介装されており、さらにその上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１０が配設されている。
【００１８】
また、排気ポート１１に接続された排気通路１２には、三元触媒からなる触媒装置１３が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１４が配置されている。
【００１９】
上記エンジンコントローラ９には、上記のエアフロメータ１０、空燃比センサ１４のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１５、冷却水温を検出する水温センサ１６、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ１７、潤滑オイルの温度を検出する油温センサ１８、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ９は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁８による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、図示せぬスロットルバルブの開度、等を最適に制御している。また、上記エンジンコントローラ９は、後述するように、オイルに混入している燃料量（以下、オイル希釈燃料量と呼ぶ）の推定を逐次行っている。
【００２０】
一方、可変圧縮比機構２は、特開２００４−１１６４３４号公報等に記載の公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト２１のクランクピン２１ａに回転自在に支持されたロアリンク２２と、このロアリンク２２の一端部のアッパピン２３とピストン２４のピストンピン２４ａとを互いに連結するアッパリンク２５と、ロアリンク２２の他端部のコントロールピン２６に一端が連結されたコントロールリンク２７と、このコントロールリンク２７の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト２８と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト２１および上記コントロールシャフト２８は、シリンダブロック２９下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト２８は、該コントロールシャフト２８の回動に伴って位置が変化する偏心軸部２８ａを有し、上記コントロールリンク２７の端部は、詳しくは、この偏心軸部２８ａに回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構２においては、コントロールシャフト２８の回動に伴ってピストン２４の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。
【００２１】
また、上記可変圧縮比機構２の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト２１と平行な回転中心軸を有する電動モータ３１がシリンダブロック２９下部に配置されており、この電動モータ３１と軸方向に直列に並ぶように減速機３２が接続されている。この減速機３２としては、減速比の大きな例えば波動歯車機構が用いられており、その減速機出力軸３２ａは、電動モータ３１の出力軸（図示せず）と同軸上に位置している。従って、減速機出力軸３２ａとコントロールシャフト２８とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、減速機出力軸３２ａに固定された第１アーム３３とコントロールシャフト２８に固定された第２アーム３４とが中間リンク３５によって互いに連結されている。
【００２２】
すなわち、電動モータ３１が回転すると、減速機３２により大きく減速された形で減速機出力軸３２ａの角度が変化する。この減速機出力軸３２ａの回動は第１アーム３３から中間リンク３５を介して第２アーム３４へ伝達され、コントロールシャフト２８が回動する。これにより、上述したように、内燃機関１の機械的な圧縮比が変化する。なお図示例では、第１アーム３３および第２アーム３４が互いに同方向に延びており、従って、例えば減速機出力軸３２ａが時計回り方向に回動するとコントロールシャフト２８も時計回り方向に回動する関係となっているが、逆方向に回動するようにリンク機構を構成することも可能である。
【００２３】
上記可変圧縮比機構２の目標圧縮比は、エンジンコントローラ９において、機関運転条件（例えば要求負荷と機関回転速度）に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記電動モータ３１が駆動制御される。
【００２４】
図２は、上記エンジンコントローラ９において内燃機関１の運転中に繰り返し実行される本発明の制御の流れを示すフローチャートである。ステップ１では、そのときの機関運転条件（機関回転速度および負荷）、冷却水温、潤滑油温等を読み込む。ステップ２では、この機関運転条件に基づき、基本目標圧縮比ならびに基本点火時期を設定する。また、ステップ３では、そのときのオイル希釈燃料量を求める。このオイル希釈燃料量の算出は、例えば、前述した特許文献２や特開２００４−１３７９５３号公報等に開示されている手法を用いることができ、機関運転条件と温度条件（冷却水温ならびに潤滑油温）に基づき、オイル希釈燃料量の増加量と、オイル希釈燃料量の減少量と、を逐次求め、これらを積算していくことによって、その時点でのオイル希釈燃料量を推定することができる。オイル希釈燃料量の増加は、主にシリンダ壁からクランクケースへの燃料の混入によって生じ、オイル希釈燃料量の減少は、主にオイル中の燃料成分の蒸発による。なお、本発明においては、オイル希釈状態の検出そのものは要部ではなく、公知の検出手段を適宜用いることができる。
【００２５】
ステップ４では、ステップ３で求めたオイル希釈燃料量を所定の閾値と比較することにより、オイルが所定レベル以上に希釈された状態であるか否かを判別する。ここでＮＯであれば、ステップ７へ進み、上記の基本目標圧縮比および基本点火時期を用いた通常制御を実行する。
【００２６】
一方、ステップ４でオイル希釈燃料量が閾値以上である場合は、ステップ５へ進み、目標圧縮比を基本目標圧縮比よりも高い圧縮比に設定して、可変圧縮比機構２を制御する。ここでは、基本目標圧縮比の補正（例えば所定の補正量の加算あるいは補正係数の乗算）により高い圧縮比としてもよく、あるいは、可変圧縮比機構２として制御可能な最高圧縮比に固定的に制御するようにしてもよい。
【００２７】
また同時に、ステップ６において、点火時期として、基本点火時期から所定量の遅角補正を行った値を設定する。このときの遅角補正量は、単純に一定クランク角度としてもよいが、基本目標圧縮比よりも高い圧縮比とすることによるノッキング等の異常燃焼を回避するために、ステップ５において設定される圧縮比の値に対応したものとすることが望ましい。
【００２８】
図３は、オイル希釈燃料量に伴う圧縮比および点火時期の変化の一例を示したタイムチャートである。例えば内燃機関１の温度が低いときなどには、シリンダ壁に燃料液滴が付着してクランクケース側に持ち出される結果、図示するようにオイル希釈燃料量が増加していく。このオイル希釈燃料量は、前述したように、エンジンコントローラ９において逐次推定される。この例では、時間ｔ１において、オイル希釈燃料量が所定の閾値を越え、これに応答して、圧縮比が高くなる。また同時に、点火時期の遅角補正が行われる。
【００２９】
このように圧縮比が高くなることで、前述したように、オイル希釈が抑制される。そして、圧縮比の上昇に伴うノッキング等の異常燃焼は、点火時期の遅角によって抑制される。
【００３０】
図示例では、オイル希釈が抑制される結果、時間ｔ１以降、オイル希釈燃料量が徐々に減少し、時間ｔ２において所定の閾値を下回る。これに伴い、圧縮比は基本目標圧縮比に復帰し、かつ点火時期も基本点火時期となる。
【００３１】
なお、図示するように、圧縮比の上昇および点火時期の遅角補正が開始されるときと、開始後にこれらの圧縮比の上昇および点火時期の遅角補正が解除されるときとで、オイル希釈燃料量の閾値には適度なヒステリシスが与えられており、実質的な閾値は、後者の方がより低い値となっている。
【００３２】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この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、上記実施例では、機関運転条件に基づきオイル希釈の程度を推定するようにしているが、燃料の混入に伴うオイル量の増減やオイル成分の変化などからオイル希釈の程度を検出することも可能である。また上記実施例では、ピストン２４の上死点位置を上下に変位させることで圧縮比を変化させる可変圧縮比機構２が用いられているが、シリンダ側を上下に移動させる形式の可変圧縮比機構においても、本発明は同様に適用が可能である。
【図１】
0005900701.tif 000002
【図２】
0005900701.tif 000003
【図３】
0005900701.tif 000004