特開 2022-151108 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022151108

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F01P 3/06 20060101AFI20220929BHJP

   F02F 3/22 20060101ALI20220929BHJP

   F01M 1/08 20060101ALI20220929BHJP

   F01P 3/02 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

F01P3/06

F02F3/22 Z

F01M1/08 B

F01P3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054024

(22)【出願日】2021-03-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】高木 登

(72)【発明者】

【氏名】秋山 翔一

(72)【発明者】

【氏名】高岡 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】田中 浩和

(72)【発明者】

【氏名】青▲柳▼ 貴彦

【テーマコード（参考）】

3G313

【Ｆターム（参考）】

3G313AB02

3G313BC04

3G313BD32

3G313EA05

3G313EA25

3G313FA09

(57)【要約】

【課題】ピストンとシリンダボア壁との隙間を制御することで燃費性能を向上させることを課題とする。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、ピストンを冷却するピストン冷却装置と、冷却水を循環させてシリンダボア壁を冷却する冷却水循環装置と、を備えた内燃機関の制御装置であって、ピストン推定温度が予め定められたピストン温度に関する閾値以上であるときに前記ピストン冷却装置による前記ピストンの冷却を実行するピストン冷却装置制御部と、シリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値以下であるときに前記冷却水循環装置による前記冷却水の循環を抑制する冷却水循環装置制御部と、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストンを冷却するピストン冷却装置と、冷却水を循環させてシリンダボア壁を冷却する冷却水循環装置と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
ピストン推定温度が予め定められたピストン温度に関する閾値以上であるときに前記ピストン冷却装置による前記ピストンの冷却を実行するピストン冷却装置制御部と、シリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値以下であるときに前記冷却水循環装置による前記冷却水の循環を抑制する冷却水循環装置制御部と、
を備えた内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ピストンに向けてオイルを噴射してピストンを冷却するピストンジェットを備えた内燃機関の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、冷却水温度がオイル温度よりも高く、その差が所定値以上であるときにピストンジェットを停止してピストンとシリンダボア壁との間の隙間拡大を回避し、これによりピストンとシリンダボア壁との間の打音発生を抑制する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－５５５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ピストンとシリンダボア壁との隙間が狭くなると、両者間の摩擦が高まる。このため、ピストンとシリンダボア壁との隙間が狭くなり過ぎると燃費性能が低下すると考えられる。特許文献１は、ピストンとシリンダボア壁との間の打音の発生を抑制すべく、ピストンとシリンダボア壁との隙間拡大を回避する制御を行っているのみであり、ピストンとシリンダボア壁との隙間の燃費性能への影響は考慮されていない。ここで、ピストンとシリンダボア壁との間の打音は、例えば、内燃機関の暖機時に燃焼室付近の早期暖気完了を狙って冷却水の循環が抑制されたような場合に生じやすい。このため、内燃機関がこのような特定の状態の場合に、ピストンとシリンダボア壁との隙間拡大を回避すれば、打音の発生の抑制に効果的である。しかしながら、打音が発生しにくい状況では、燃費性能を重視したピストンとシリンダボア壁との隙間に制御することも可能となる。

【0005】

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ピストンとシリンダボア壁との隙間を制御することで燃費性能を向上させることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ピストンを冷却するピストン冷却装置と、冷却水を循環させてシリンダボア壁を冷却する冷却水循環装置と、を備えた内燃機関の制御装置であって、ピストン推定温度が予め定められたピストン温度に関する閾値以上であるときに前記ピストン冷却装置による前記ピストンの冷却を実行するピストン冷却装置制御部と、シリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値以下であるときに前記冷却水循環装置による前記冷却水の循環を抑制する冷却水循環装置制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本明細書開示の内燃機関の制御装置は、ピストンとシリンダボア壁との隙間を制御することで燃費性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は実施形態の内燃機関の制御装置を備えたエンジンシステムを示す模式図である。

【図2】図２は実施形態の内燃機関の制御装置を示すブロック図である。

【図3】図３(Ａ）はシリンダボア壁温度推定マップの一例であり、図３（Ｂ）はピストン温度推定マップの一例である。

【図4】図４は実施形態の内燃機関が搭載される車両の駆動系統を示す図である。

【図5】図５は実施形態のエンジンシステムが備えるＥＣＵが実行する冷却水循環制御の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は実施形態のエンジンシステムが備えるＥＣＵが実行するピストンオイルジェット制御の一例を示すフローチャートである。

【図7】図７は実施形態のヒートマネージメントが実行された場合と実施形態のヒートマネージメントが実行されない場合（比較例）における各種数値の変化を示すタイムチャートの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

【0010】

（実施形態）
[エンジンシステムの構成]
まず、図１を参照して、実施形態のエンジンシステム５０の概略構成について説明する。エンジンシステム５０は、ガソリンを燃料とする内燃機関１と制御装置を有する。制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）や水温センサ１０１、油温センサ１０２、クランクポジションセンサ１０３等を含む。制御装置については、後に詳細に説明する。

【0011】

内燃機関１は、エンジン本体１０となるシリンダブロック１１とシリンダヘッド２０を備える。シリンダブロック１１には、シリンダボア壁１１ａは、シリンダを形成している。シリンダボア壁１１ａ内にオープンデッキ型のウォータジャケット１２が設けられている。ウォータジャケット１２は、内燃機関１の冷却水循環経路１３と接続されている。冷却水循環経路１３には、ウォータポンプ１４が配設されている。ウォータポンプ１４は、電動式であり、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の指令に基づいて任意の回転数で駆動される。ウォータジャケット１２、冷却水循環経路１３及びウォータポンプ１４は、冷却水循環装置に含まれる。なお、ウォータジャケット１２は、クローズドデッキ型であってもよい。冷却水循環経路１３には、ラジエータが装備されているが、図１では、省略されている。

【0012】

図１には、一気筒分のシリンダが表れているが、本実施形態の内燃機関１は直列４気筒内燃機関であり、紙面垂直方向に沿って４つのシリンダが設けられている。各シリンダ内には、ピストン１５がシリンダの軸方向に沿って摺動可能に収納されている。ピストン１５は、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１７と接続されている。本実施形態を適用することができる内燃機関の気筒数は、４気筒に限定されるものでなく、他の気筒数であってもよい。また、その配列方式も、直列に限定されず、Ｖ型等、従来公知の配列方式としてもよい。

【0013】

シリンダヘッド２０は、シリンダブロック１１の上側に搭載されている。シリンダヘッド２０には、吸気弁２１ａが装着された吸気ポート２２ａと、排気弁２１ｂが装着された排気ポート２２ｂが設けられている。さらに、シリンダヘッド２０には、燃焼室２３が設けられている。燃焼室２３には、点火プラグ２４が設けられている。

【0014】

シリンダブロック１１の下側には、オイルパン２５が設けられている。オイルパン２５内には、内燃機関１の各部の潤滑や冷却に用いられるオイルが貯留される。オイルパン２５内には、オイルストレーナ２６が配設されている。オイルストレーナ２６は、オイルの吸込口２６ａを備え、接続パイプ２６ｂを介してオイルギャラリ２７と接続されている。オイルギャラリ２７には、オイルポンプ２８が設けられており、オイルポンプ２８の下流側には、オイルフィルタ２９が設けられている。オイルポンプ２８は、電動式であり、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の指令に基づいて任意の回転数で駆動される。オイルポンプ２８の回転数が高まると、オイルギャラリ２７内の油圧が上昇する。なお、オイルポンプ２８は、吐出量を変化させることができる機械式のオイルポンプとしてもよい。このような機械式のオイルポンプには、例えば、トロコイドギアを用いたオイルポンプやベーンを用いたオイルポンプがある。

【0015】

オイルギャラリ２７は、内燃機関１内を巡っており、内燃機関１内において、潤滑剤としてオイルの供給が必要である箇所や冷却材としてオイルの供給が必要となる箇所に向けて分岐している。

【0016】

内燃機関１は、オイルギャラリ２７から分岐してオイルが供給されるオイルジェット装置３０を備えている。オイルジェット装置３０は、ピストン冷却装置として機能するものであり、各ピストン１５の下面に向かってオイルを噴射するピストンジェットノズル３１を備える。ピストンジェットノズル３１の基端部には、チェック弁３２が組み込まれている。オイルポンプ２８の回転数が高まり、オイルギャラリ２７内の油圧が所定の値まで高まるとチェック弁３２が開弁し、ピストンジェットノズル３１からピストン１５の下面に向かってオイルが噴射され、ピストン１５が冷却される。

【0017】

なお、内燃機関１は、ガソリンに替えて、エタノールや天然ガス等の従来公知のガソリン代替燃料を用いることができる。また、内燃機関は、ディーゼル機関であってもよい。また、オイルパン２５に替えてオイルタンク内にオイルを貯留するドライサンプ方式を採用してもよい。

【0018】

つぎに、図２から図３（Ｂ）を参照して、制御装置に含まれる各種センサ及びＥＣＵ１００の機能について説明する。制御装置には、内燃機関１に設置された各種のセンサと、内燃機関１を搭載した車両の各部に設置された各種のセンサとが含まれる。具体的に、各種センサには、図１にも示されている水温センサ１０１、油温センサ１０２及びクランクポジションセンサ１０３の他に、エアフロメータ１０４、アクセル開度センサ１０５及びＡ／Ｆセンサ１０６等が含まれる。水温センサ１０１は、図１に示すようにシリンダブロック１１に装着され、ウォータジャケット１２内を流通する冷却水の温度を検出する。油温センサ１０２は、オイルパン２５に装着され、オイルパン２５内に貯留されたオイルの温度を検出する。クランクポジションセンサ１０３は、クランクシャフト（図１参照）の回転数、つまり、エンジン回転数を検出するのに用いられる。エアフロメータ１０４は、吸気ポート２２ａと接続されている吸気管内を流れる空気の量（吸入空気量）を検出する。吸入空気量を検出することでエンジン負荷が検出される。アクセル開度センサ１０５は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出する。Ａ／Ｆセンサ１０６は排気ガス中の酸素濃度に基いて空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。

【0019】

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、バックアップＲＡＭ及びその他の記憶装置等を備える。ＣＰＵ、ＲＯＭやその他の記憶装置に記憶されたプログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵによる演算結果や各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは内燃機関１の停止時などにおいて保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

【0020】

ＥＣＵ１００は、図２に示すシリンダボア壁温度推定部１００ａ、ピストン温度推定部１００ｂ、負荷判定部１００ｃ、沸騰判定部１００ｄ、ウォータポンプ制御部１００ｅとして機能する。ＥＣＵ１００は、また、駆動状態判定部１００ｆ、過冷却判定部１００ｇ及びオイルポンプ制御部１００ｈとして機能する。シリンダボア壁温度推定部１００ａは、図３（Ａ）にマップの一例を示すように、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてシリンダボア壁温度を推定する。ピストン温度推定部１００ｂも同様に、図３（Ｂ）にマップの一例を示すように、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてピストン温度を推定する。図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示すマップは、実験やシミュレーション等に基づいて予め作成しておく。シリンダボア壁温度やピストン温度を、マップを用いて推定する方法は、一例であって、他の演算等によってこれらの温度を推定するようにしてもよい。

【0021】

負荷判定部１００ｃは、エアフロメータ１０４によって検出した吸入空気量に基づいて、内燃機関１の負荷状態を判定する。沸騰判定部１００ｄは、シリンダボア壁温度推定部１００ａによって推定されたシリンダボア壁温度が予め定められたシリンダボア壁温度に関する閾値Ｔｃｙ０以下であるか否かを判定する。閾値Ｔｃｙ０は、冷却水が沸騰することがない温度として予め実験やシミュレーションによって定められている。ウォータポンプ制御部１００ｅは、沸騰判定部１００ｄの判定結果に基づいてウォータポンプ１４の稼働状態を制御する。

【0022】

駆動状態判定部１００ｆは、内燃機関１を搭載した車両の駆動系統の状態について判定する。車両の駆動系統については、後に説明する。過冷却判定部１００ｇは、ピストン温度推定部１００ｂによって推定されたピストン温度が予め定められたピストン温度に関する閾値Ｔｐｉ０以上であるか否かを判定する。閾値Ｔｐｉ０は、予め実験やシミュレーションによって定められている。オイルポンプ制御部１００ｈは、過冷却判定部１００ｇの判定結果に基づいてオイルポンプ２８の稼働状態を制御する。

【0023】

[車両の駆動系統]
つぎに、図４を参照して内燃機関１を搭載した車両の駆動系統について説明する。内燃機関１が備えるクランクシャフト１７は、トランスミッション４１、ドライブシャフト４２を介して車輪４３と接続されている。このため、クランクシャフト１７の回転出力は、トランスミッション４１及びドライブシャフト４２を介して車輪４３に伝達される。クランクシャフト１７は、また、オルタネータ５１と駆動ベルトを介して接続されている。オルタネータ５１は、クランクシャフト１７の回転出力によって回転し、発電する。オルタネータ５１は、バッテリー５２と電気的に結線されており、オルタネータ５１によって発電された電力は、バッテリー５２に蓄えられる。バッテリー５２は、電力を必要とする車両の各部と結線されているが、電動式であるオイルポンプ２８もバッテリー５２と結線され、電力の供給を受ける。機械式のオイルポンプを採用した場合には、オイルポンプの駆動に電力は不要となる。なお、駆動系統には、クラッチ装置が介在することがあるが、ここでは、その説明は省略する。

【0024】

このような駆動系統は、例えば、アクセルがオフ状態とされ、車両が減速状態となっているときは、図４において、矢示で示すように車輪４３からクランクシャフト１７へ向かう慣性駆動力の回収経路を形成する。車両が走行しており、車輪４３が回転している状態のときに、アクセルがオフとされ、クランクシャフト１７の回転出力が発揮されていない状態となると、車輪４３の慣性駆動力がクランクシャフト１７に伝達される。つまり、クランクシャフト１７は、新規に燃料を消費することなく回転する。クランクシャフト１７が慣性駆動力によって回転している場合であっても、オルタネータ５１は発電し、その電力は、バッテリー５２に回収、蓄えられる。このようにしてバッテリー５２に蓄えられた電力を使用してオイルポンプ２８を稼働させれば、燃費の面で有利となる。オイルポンプが機械式である場合は、オイルポンプは、クランクシャフト１７の慣性駆動力によって駆動される。

【0025】

[シリンダボア壁温度とシリンダボア径との関係]
実施形態の内燃機関１は、ウォータジャケット１２、冷却水循環経路１３及びウォータポンプ１４を含む冷却水循環装置を備えており、ウォータポンプ１４を稼働させて冷却水を循環させることでシリンダボア壁１１ａを冷却する。これに対し、ウォータポンプ１４の稼働を停止させたり、その稼働を抑制したりして冷却水の流量を低下させると、シリンダボア壁１１ａの温度は上昇する。シリンダボア壁１１ａは、その温度が高くなるとシリンダボア径が拡大し、その温度が低下するとシリンダボア径が収縮する。シリンダボア径の拡大は、ピストン１５とシリンダボア壁１１ａとの隙間（以下、「ピストンクリアランス」という）を拡大させる方向に作用し、シリンダボア径の収縮は、ピストンクリアランスを収縮させる方向に作用する。

【0026】

[ピストン温度とピストン径との関係]
実施形態の内燃機関１は、オイルジェット装置３０を備えており、オイルポンプ２８を稼働させて油圧を上昇させることでピストンオイルジェットをピストン１５に向かって噴射し、ピストン１５を冷却する。これに対し、オイルポンプ２８の稼働を抑制し、油圧を低下させるとピストンオイルジェットの噴射が停止し、ピストン１５の温度が上昇する。ピストン１５は、その温度が高くなるとピストン径が拡大し、その温度が低下するとピストン径が収縮する。ピストン径の拡大は、ピストンクリアランスを収縮させる方向に作用し、ピストン径の収縮は、ピストンクリアランスを拡大させる方向に作用する。

【0027】

[ヒートマネージメント制御]
本実施形態では、ピストンクリアランスを拡大し、燃費性能の向上を図るためのヒートマネージメント制御を実行する。ヒートマネージメント制御には、シリンダボア径の制御に関わる冷却水循環制御と、ピストン径の制御に関わるピストンオイルジェット制御が含まれる。以下、これらの制御について説明する。これらの制御は基本的に別個に実行される。以下の説明では、それぞれ、制御の一例を示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、これらの制御に関連する各種数値の推移や、ピストンクリアランスの推移は、図７に示す一つのタイムチャート上に示す。

【0028】

図７には、内燃機関１の稼働状況を示す数値として吸入空気量ＧＡ、エンジン回転数ＮＥの推移が示されている。そして、これらの数値の推移に伴う冷却水流量の変化及び油圧の変化が、ヒートマネージメント制御が実行された場合とヒートマネージメント制御が実行されなかった場合について示されている。さらに、図７には、ヒートマネージメント制御が実行された場合とヒートマネージメント制御が実行されなかった場合のシリンダボア壁温度差ＤＴｃｙとピストン温度差ＤＴｐｉが示されている。また、図７には、ヒートマネージメント制御が実行された場合とヒートマネージメント制御が実行されなかった場合のピストンクリアランス差ＤＣが示されている。図７では、ヒートマネージメント制御が実行された場合の数値の推移は点線で示され、ヒートマネージメント制御が実行されなかった場合の数値の推移は実線で示されている。

【0029】

図７において、時刻ｔ１は、アクセルが踏み込まれ、吸入空気量ＧＡが増加し始めるタイミングを示している。時刻ｔ２は、吸入空気量ＧＡの増加に伴って、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じたことを判断したタイミングを示している。また、時刻ｔ２は、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じたことに伴って、ピストンオイルジェット噴射を停止するタイミングを示している。時刻ｔ３は、冷却水循環を開始するタイミング、換言すると、それまで行っていた冷却水循環停止を終了するタイミングを示している。時刻ｔ４は、アクセルオフが検知されたタイミングを示している。また、時刻ｔ４は、アクセルオフが検知されたことに伴って、その後エンジン回転数ＮＥが低下することを予測して冷却水循環停止を実施するタイミングを示している。時刻ｔ５は、吸入空気量ＧＡの減少に伴って、エンジン回転数ＮＥが低下に転じたことを判断したタイミングを示している。また、時刻ｔ５は、エンジン回転数ＮＥが低下に転じたことに伴って、ピストンオイルジェット噴射を開始するタイミングを示している。

【0030】

なお、後に説明するように、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となった場合には、冷却水循環停止を終了するが、図７には、説明の都合上、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となった状態については示されていない。同様に、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも低くなった場合には、ピストンオイルジェット噴射を停止するが、図７には、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも低くなった状態は示されていない。

【0031】

[冷却水循環制御]
まず、冷却水循環制御について、図５に示すフローチャートと図７に示すタイムチャートとを参照して説明する。ステップＳ１１では、ＥＣＵ１００は、シリンダボア壁温度を推定する。具体的に、シリンダボア壁温度推定部１００ａは、クランクポジションセンサ１０３が取得したエンジン回転数ＮＥとエアフロメータ１０４が検出した吸入空気量に基づくエンジン負荷を、図３（Ａ）に示すマップに当て嵌める。これによりシリンダボア壁温度推定部１００ａは、シリンダボア壁温度の推定値を得る。

【0032】

ステップＳ１２では、ＥＣＵ１００は、時定数Τ（タウ）の吸入空気量を算出する。具体的に、負荷判定部１００ｃはエアフロメータ１０４が検出した吸入空気量ＧＡに基づいて時定数Τの吸入空気量を算出する。ここで、時定数Τの吸入空気量を算出する理由について説明する。

【0033】

時定数Τの吸入空気量を算出するのは、車両の走行状態の変化、言い換えると、吸入空気量ＧＡの変化を考慮した緻密な制御を行うためである。例えば、図７に示すタイミングチャートのように、時刻ｔ１において吸入空気量ＧＡが上昇し始め、それ以前の吸入空気量ＧＡが少ない状態から多い状態へ推移する過渡期を迎える場合を想定する。時定数Τの吸入空気量を算出することで、このような吸入空気量ＧＡの推移を把握することができるようになる。図７に示すように時刻ｔ１で吸入空気量ＧＡが増加する場合、時刻ｔ１から少し遅れた時刻ｔ２からエンジン回転数ＮＥが上昇し始め、車両が加速状態に移行したことがわかる。

【0034】

図７に例示するタイミングチャートでは、時刻ｔ１以前において、ウォータポンプ１４の稼働を停止して冷却水の循環を停止している状態となっている。エンジン回転数ＮＥが上昇する加速中の状態に移行すると、その後、シリンダボア壁温度の上昇が予測されるが、そのまま冷却水の循環の停止状態を継続すると、冷却水が沸騰してしまう可能性がある。このため、冷却水の循環停止を終了すべく、ウォータポンプ１４の稼働を開始することが求められる。ここで、時刻ｔ１以前の状態では、吸入空気量ＧＡが少ない軽負荷状態である。このため、冷却水温は低く、冷却水の熱容量には余裕があり、車両の加速初期の段階まで冷却水の循環の停止を継続しても冷却水の沸騰は回避される。本実施形態は、シリンダボア壁温度を高い状態に維持し、シリンダボア径を拡大してピストンクリアランスを大きくすることで燃費向上を目指すものである。このため、冷却水循環停止の状態をできるだけ継続することが望ましい。

【0035】

本実施形態のＥＣＵ１００は、時定数Τの吸入空気量を算出することで、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じ、加速状態に移行することを予測する。そして、このような加速状態が予測された場合には、加速の初期段階において、冷却水の循環が停止された状態を維持するために、冷却水の循環停止の終了のタイミングを後倒し（ディレー）させる。比較例では、エンジン回転数ＮＥが上昇に転じたことを判断した時刻ｔ２に合わせて冷却水の循環停止を終了させているが、本実施形態では、時刻ｔ２から遅らせた時刻ｔ３で冷却水循環停止を終了している。

【0036】

なお、ステップＳ１１とステップＳ１２の順番の前後は問わず、同じタイミングで実施してもよい。

【0037】

ステップＳ１２に引き続いて行われるステップＳ１３では、負荷判定部１００ｃは、ステップＳ１２で算出した時定数Τの吸入空気量が、予め定めた負荷（吸入空気量）に関する閾値Ｇａ０（ｇ／ｓｅｃ）よりも少ないか否かを判定する。冷却水の循環を停止すると、シリンダボア径が拡大し、燃費面で有利となるが、その一方で、シリンダボア壁温度上昇に起因する冷却水の沸騰や、ヘッドガスケットの耐久性への影響を考慮する必要がある。このため、本実施形態では、内燃機関１が軽負荷状態であることを冷却水循環停止の条件としている。閾値Ｇａ０は、冷却水の沸騰や、ヘッドガスケットの耐久性への影響を考慮して、内燃機関１が軽負荷状態であると判断できる値に設定されている。

【0038】

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３で肯定判定（Ｙｅｓ判定）をした場合は、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、沸騰判定部１００ｄは、ステップＳ１１で推定したシリンダボア壁温度が予め定めた閾値Ｔｃｙ０よりも低いか否かを判定する。閾値Ｔｃｙ０は冷却水が沸騰することがないことを判定できる温度に設定されており、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となる場合は、冷却水が沸騰し、内燃機関１の冷却が適切に行われなくなる可能性がある。そこで、これを回避すべく、シリンダボア壁温と閾値Ｔｃｙ０との比較を行う。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４で肯定判定を行ったときは、ステップＳ１５へ進み、ステップＳ１４で否定判定（Ｎｏ判定）を行ったときは、ステップＳ１７へ進む。

【0039】

つぎに、ＥＣＵ１００が、ステップＳ１３で否定判定（Ｎｏ判定）を行った場合について説明する。ＥＣＵ１００が、ステップＳ１３で否定判定をするのは、例えば、図７に示すタイムチャートで時刻ｔ１から増加し始めた吸入空気量ＧＡが増加された状態で定常状態となっているような場合であり、図７において、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間のような状態である。このような状態のとき、冷却水の循環は行われている。ステップＳ１３で否定判定を行ったＥＣＵ１００は、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１６においてアクセル開度センサ１０５の検出値に基づいてアクセルが全閉か否かを判定する。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６において、肯定判定をした場合、つまり、アクセルが全閉されたと判断した場合、ステップＳ１４へ進む。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４で肯定判定した場合、ステップＳ１５へ進む。一方、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６で否定判定した場合、ステップＳ１７へ進む。

【0040】

つぎに、ステップＳ１５について説明する。ＥＣＵ１００がステップＳ１５へ進むのは、つぎの２つのパターンが想定される。第１のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１５の間にステップＳ１４のみを経由するパターンである。第２のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１５の間にステップＳ１６とステップＳ１４の双方を経由するパターンである。

【0041】

第１のパターンである場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、ステップＳ１５においてウォータポンプ１４の停止フラグを維持する。例えば図７のタイムチャートにおける時刻ｔ１以前の状態が継続しているような場合である。

【0042】

一方、第２のパターンである場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、ステップＳ１５においてウォータポンプ１４に対して停止信号を発信する。ステップＳ１６とステップＳ１４を経由してステップＳ１５へ進んだ場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、例えば図７のタイムチャートでアクセルオフが確認された時刻ｔ４のタイミングで先読みして即座に冷却水の循環停止を実施する。ここで、先読みとは、アクセルが全閉とされた場合、その後、エンジン回転数ＮＥが低下することを予測して冷却水の循環停止を前倒しで実行するものである。比較例では、時刻ｔ４以降に吸入空気量ＧＡが低下し始めたことが確認された後にウォータポンプを停止している。このため、図７において実線で示した冷却水流量は、吸入空気量ＧＡの低下に少し遅れて低下している。これに対し、本実施形態のように、先読みで冷却水の循環停止を行うことで、シリンダボア壁温度が高く、ピストンクリアランスが大きい期間を長くすることができるため、燃費向上を図ることができる。

【0043】

ステップＳ１５の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

【0044】

つぎに、ステップＳ１７について、説明する。ＥＣＵ１００がステップＳ１７へ進むのは、つぎの３つのパターンが想定される。第１のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１７の間にステップＳ１６を経由せず、ステップＳ１４のみを経由しているパターンである。第２のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１７の間にステップＳ１４とステップＳ１６の双方を経由している場合である。第３のパターンは、ステップＳ１３からステップＳ１７の間にステップＳ１４を経由せず、ステップＳ１６のみを経由しているパターンである。

【0045】

第１のパターンである場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、内燃機関１が適切に冷却されることを重視し、冷却水の沸騰を回避すべく、ステップＳ１７においてウォータポンプ１４の稼働を開始し、冷却水循環を行う。例えば、図７において、時刻ｔ１以前のように冷却水の循環停止が行われている状態で、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となったような場合である。

【0046】

第２のパターンである場合、この場合もウォータポンプ制御部１００ｅは、内燃機関１が適切に冷却されることを重視し、冷却水の沸騰を回避すべく、ステップＳ１７においてウォータポンプ１４の稼働フラグを維持する。例えば、図７において、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間のように冷却水循環が行われている状態で、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となったような場合である。なお、上述したように、図７には、第１のパターンや第２のパターンのようにステップＳ１４で否定判定される状態、つまり、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０以上となった状態については示されていない。

【0047】

第３のパターンである場合、内燃機関１は軽負荷の状態ではないことから、ウォータポンプ制御部１００ｅは、冷却水の沸騰や、ヘッドガスケットの耐久性への影響を考慮してウォータポンプ１４を稼働させ、冷却水を循環させる。ここで、第３のパターンに該当する状況の中で、特に、冷却水の循環停止が実行されていた状況でステップＳ１３における否定判定がされた場合について説明する。この場合、ウォータポンプ制御部１００ｅは、上述した冷却水の循環停止の終了のタイミングの後倒しを実施する。つまり、冷却水の循環停止が実行されていた状況でステップＳ１３における否定判定がされた場合というのは、内燃機関１が加速状態に移行した状態であるため、加速初期の状態において冷却水循環停止の状態を継続する。これにより、ピストンクリアランスを大きくして燃費向上を図ることできる。

【0048】

ステップＳ１７の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

【0049】

[ピストンオイルジェット制御]
つぎに、ピストンオイルジェット制御について、図６に示すフローチャートと図７に示すタイムチャートとを参照して説明する。まず、ステップＳ２１では、ＥＣＵ１００は、ピストン温度を推定する。具体的に、ピストン温度推定部１００ｂは、クランクポジションセンサ１０３が取得したエンジン回転数ＮＥとエアフロメータ１０４が検出した吸入空気量に基づくエンジン負荷を、図３（Ｂ）に示すマップに当て嵌める。これによりピストン温度推定部１００ｂは、ピストン温度の推定値を得る。

【0050】

ステップＳ２２では、駆動状態判定部１００ｆが車両の駆動トルクを算出する。駆動トルクは、アクセル開度センサ１０５により取得したアクセル開度、エアフロメータ１０４によって取得した吸入空気量、水温センサ１０１によって取得した冷却水温をパラメータとしたマップによって推定される。

【0051】

なお、ステップＳ２１とステップＳ２２の順番の前後は問わず、同じタイミングで実施してもよい。

【0052】

ステップＳ２３では、駆動状態判定部１００ｆは、内燃機関１の駆動トルクが０Ｎｍよりも小さいか否か、つまり、内燃機関１が駆動トルクを発揮しておらず、車両が惰性で走行している状態であるか否かを判定する。ここで、駆動トルクが０Ｎｍよりも小さいか否かを判定するのは、車両の駆動系統が減速時の慣性駆動力を回収する状態となっているか否かを判定するためである。本実施形態のオイルポンプ２８は、電動式であるため、オイルポンプ２８を駆動することで電力が消費される。ここで、単に電力を消費するのでは、燃費が悪化してしまう。そこで、本実施形態では、駆動系統の慣性駆動力を回収することで得られた電力によってオイルポンプ２８を駆動することで、燃費の悪化を回避している。例えば、図７に示す時刻ｔ２以前や時刻ｔ５以降のように、アクセルが踏み込まれていないような場合である。

【0053】

ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３で肯定判定したときは、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、過冷却判定部１００ｇは、ステップＳ２１で取得したピストン推定温度が予め定めた閾値Ｔｐｉ０以上であるか否かの判定を行う。ここで、このようなピストン推定温度と閾値Ｔｐｉ０との比較（過冷却判定）を行うのは、内燃機関１において燃料の適切な燃焼を行うためである。内燃機関１では、ピストン１５の温度が低くなりすぎると、燃料の気化が悪化し、適切な混合気の形成に影響が及ぶ。そして、内燃機関１における燃料の燃焼が不安定となったり、黒鉛（ＰＭ）や炭化水素（ＨＣ）が発生したりする。そこで、本実施形態では、ピストン推定温度が閾値Ｔｐｉ０よりも高い場合ことをオイルピストンジェット噴射の条件としている。閾値Ｔｐｉ０は内燃機関１における燃料の適切な燃焼が保証された値に設定されている。

【0054】

ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４で肯定判定したときは、ステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５では、オイルポンプ制御部１００ｈは、オイルポンプ２８に対し、オイルギャラリ２７内の油圧が上昇するオイル吐出量となるように稼働信号を発信する。これにより、オイルギャラリ２７内の油圧が、オイルジェット装置３０のチェック弁３２の開弁圧を超えると、チェック弁３２が開弁し、ピストンジェットノズル３１からピストン１５の下面に向かってオイルが噴射され、ピストン１５が冷却される（ステップＳ２６）。この結果、ピストン径が縮小し、ピストンクリアランスが拡大して燃費の向上が図られる。

【0055】

一方、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３で否定判定した場合やステップＳ２４で否定判定した場合には、ステップＳ２７へ進む。ステップＳ２７では、オイルポンプ制御部１００ｈは、オイルポンプ２８に対し、オイルギャラリ２７内の油圧が通常油圧となるオイル吐出量となるように稼働信号を発信する。ここで、通常油圧とは、内燃機関１内においてオイルの供給が必要となる箇所にオイルが行き渡らせることができるが、オイルジェット装置３０のチェック弁３２の開弁圧を超えない圧力である。これによりオイルピストンジェットは停止され、ピストン１５の過度な冷却が回避される。この結果、内燃機関１における燃料の安定した燃焼が実現される。ステップＳ２３で否定判定されるのは、例えば、図７における時刻ｔ５のようにエンジン回転数ＮＥが低下し始めたタイミングと一致する。なお、上述したように、図７には、ステップＳ２４で否定判定される状態、つまり、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも低くなった状態は示されていない。

【0056】

ステップＳ２６及びステップＳ２７の後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１からの処理を繰り返す。

【0057】

[ヒートマネージメント制御の効果]
つぎに、本実施形態のヒートマネージメント制御の効果について説明する。図７に示したタイムチャートに表れている全タイミングにおいて、実施形態のシリンダボア壁温度が比較例のシリンダボア壁温度よりも高く、シリンダボア壁温度差ＤＴｃｙが生じている。また、実施形態のピストン温度が比較例のピストン温度よりも低く、ピストン温度差ＤＴｐｉが生じている。この結果、実施形態のピストンクリアランスが比較例のピストンクリアランスよりも大きく、ピストンクリアランス差ＤＣが生じている。このように、ピストンクリアランスが大きくなることで、シリンダボア壁１１ａとピストン１５との間の摩擦が低減され、燃費の向上が達成される。

【0058】

本実施形態によれば、冷却水の循環を抑制することでシリンダボア径を拡大し、ピストン１５に向かってピストンオイルジェット噴射をすることでピストン径を収縮させることでピストンクリアランスを拡大し、燃費向上が図られる。また、冷却水の循環の抑制は、シリンダボア壁温度が閾値Ｔｃｙ０よりも低いときに実行されるため、冷却水の沸騰が回避される。また、ピストン冷却装置によるピストンの冷却は、ピストン温度が閾値Ｔｐｉ０よりも高いときに実行されるため、内燃機関１における燃料の適切な燃焼が図られる。

【0059】

なお、上記の実施例ではウォータポンプ１４の稼働状態を制御し、冷却水の循環を行ったり停止したりしたが、冷却水の循環を完全に停止するのではなく、冷却水流量を絞るなどの調整をしてシリンダボア壁温度をコントロールするようにしてもよい。また、内燃機関１に例えば多機能弁を装備し、多機能弁の開度を調整することで、冷却水流量を調整するようにしてもよい。

【0060】

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

【符号の説明】

【0061】

１ 内燃機関 １１ シリンダブロック
１１ａ シリンダボア壁 １２ ウォータジャケット
１３ 循環経路 １４ ウォータポンプ
１５ ピストン １７ クランクシャフト
２８ オイルポンプ ３０ オイルジェット装置
３１ ピストンジェットノズル ３２ チェック弁
５０ エンジンシステム １００ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】