内燃機関の制御装置
【課題】ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０の制御装置１２０は、シリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有する火花点火式の内燃機関のクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な回転速度変更手段３０を制御する制御部１２４を備え、制御部は、内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が加速状態または減速状態になるように回転速度変更手段を制御し、所定の角度は、燃焼室に占めるシリンダライナの表面積の割合がシリンダヘッドの表面積の割合よりも大きい角度であることを特徴とする。
【解決手段】内燃機関１０の制御装置１２０は、シリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有する火花点火式の内燃機関のクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な回転速度変更手段３０を制御する制御部１２４を備え、制御部は、内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が加速状態または減速状態になるように回転速度変更手段を制御し、所定の角度は、燃焼室に占めるシリンダライナの表面積の割合がシリンダヘッドの表面積の割合よりも大きい角度であることを特徴とする。
【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、特に火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失等がある。これらの損失のうち冷却損失は大きなウエイトを占めることから、内燃機関の冷却損失を低減させるための技術が考案されている。例えば特許文献１には、内燃機関のピストン冠面の最外径部に断熱部材を配置することで、燃焼室とシリンダライナとの断熱を図り、以って冷却損失の低減を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る技術では、断熱部材によって燃焼室内の混合気の温度が上昇し易くなる。その結果、ノッキングが発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、一つ以上のシリンダを有し且つシリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有する火花点火式の内燃機関のクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な回転速度変更手段を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にある前記シリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態または前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、前記所定の角度は、前記シリンダに形成された燃焼室に占めるシリンダライナの表面積の割合が前記燃焼室に占める前記シリンダヘッドの表面積の割合よりも大きい角度であることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関はシリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有している。この場合、シリンダライナの冷却が確保されていることによってシリンダライナの温度上昇が抑制されている。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。
【０００８】
また本発明に係る制御装置によれば、制御部は内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が加速状態または減速状態になるように回転速度変更手段を制御している。この構成によれば、クランク軸の回転速度が加速状態になるように制御された場合、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダライナにおける冷却損失の低減を図ることができる。一方、クランク軸の回転速度が減速状態になるように制御された場合、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を上昇させることができる。それにより、燃焼室からシリンダヘッドへ伝わる熱量が減少することから、シリンダヘッドの温度上昇を抑制できる。その結果、シリンダヘッドにおける冷却損失を低減することができる。したがって本発明に係る制御装置によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる。
【０００９】
上記構成において、前記制御部は、前記出力が所定出力以下の場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、前記出力が前記所定出力より大きい場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御してもよい。
【００１０】
この構成によれば、内燃機関に対して要求される出力が所定出力以下の場合に膨張行程にあるシリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が加速状態になることで、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダライナにおける冷却損失の低減を図ることができる。また、シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制された内燃機関では、内燃機関に対して要求される出力が所定出力より大きい場合にはシリンダヘッドが高温になり過ぎるおそれがあるところ、上記構成によれば、この場合において膨張行程にあるシリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が減速状態になる。それにより、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を上昇させて、燃焼室からシリンダヘッドへ伝わる熱量を減少させることができる。その結果、シリンダヘッドが高温になり過ぎることを抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御してもよい。この構成によれば、クランク軸の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが前記圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御してもよい。この構成によれば、クランク軸の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記内燃機関は、前記クランク軸に動力分割機構を介して接続されたモータを備えるハイブリッド車両に搭載され、前記回転速度変更手段は前記モータである構成としてもよい。
【００１４】
上記構成において、前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、前記膨張行程および排気行程をこの順に行う４サイクル機関であり、前記吸気行程の開始の前記クランク角を−３６０°とし、前記排気行程の終了の前記クランク角を３６０°とした場合、前記所定の角度は４５°〜１３５°である構成としてもよい。
【００１５】
上記構成において、前記シリンダライナの冷却を確保しつつ前記シリンダヘッドにおける前記冷却損失の発生を抑制可能な前記構造は、前記シリンダヘッドを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量を、前記シリンダライナを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量よりも小さくする構造としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、冷却媒体によってシリンダライナの冷却を確保することができる。また、シリンダヘッドを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量が、シリンダライナを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量よりも小さくなる構成を有することから、シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）は実施例１に係る制御装置および内燃機関が搭載された車両の一例を示す模式図である。図１（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図２】図２は実施例１に係る内燃機関の模式的断面図である。
【図３】図３は実施例１に係る冷却構造を説明するための模式図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、シリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造による効果を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は制御部による制御で用いられる所定の角度を説明するための図である。
【図６】図６は内燃機関に対して要求される出力が所定出力以下の場合に制御部が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。
【図７】図７は内燃機関に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に制御部が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。
【図８】図８は制御部のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置（以下、制御装置と略称する）について説明する。制御装置は、内燃機関に用いられる制御装置である。図１（ａ）は、本実施例に係る制御装置および内燃機関が搭載された車両５の一例を示す模式図である。車両５の種類は特に限定されるものではないが、本実施例においてはハイブリッド車両である。この場合、車両５は、内燃機関１０、モータ３０、インバータ４０、発電機５０、バッテリ６０、動力分割機構７０、減速機８０、駆動輪９０、アクセル１００、各種センサ（クランク角センサ１１０、電圧検出センサ１１１、アクセル開度センサ１１２）および制御装置１２０を備えている。
【００２１】
内燃機関１０は一つ以上のシリンダ１１を備えている。本実施例に係る内燃機関１０は、一例として＃１〜＃４の４つのシリンダ１１を備えている。これら４つのシリンダ１１は、内燃機関１０のクランク軸の軸線方向に沿って列状に配置されている。内燃機関１０の詳細な構成は後述する。
【００２２】
モータ３０は交流モータである。インバータ４０は電力を直流と交流との間で変換するための装置である。バッテリ６０から出力される電力は直流である。バッテリ６０から出力される直流の電力はインバータ４０によって交流に変換されてモータ３０に供給される。
【００２３】
内燃機関１０、モータ３０、発電機５０および減速機８０は、動力分割機構７０に接続されている。動力分割機構７０は、制御装置１２０によって制御されて内燃機関１０およびモータ３０の接続状態を切替えることで、内燃機関１０およびモータ３０の動力の伝達先を切り替える機構である。動力分割機構７０としては、例えば遊星歯車機構等を用いることができる。
【００２４】
動力分割機構７０を介して減速機８０に伝達された動力は、駆動輪９０を駆動することに用いられる。動力分割機構７０を介して発電機５０に伝達された動力は、発電機５０を駆動することに用いられる。発電機５０は、駆動することで電力を発生させる。発電機５０で発生した電力の一部は、インバータ４０によって直流に変換されてバッテリ６０に充電される。また発電機５０で発生した電力の残りは、モータ３０を駆動するための電力として使用される。
【００２５】
クランク角センサ１１０は内燃機関１０のクランク軸の角度（以下、クランク角と称する）を検出し、検出結果を制御装置１２０に伝える。電圧検出センサ１１１はバッテリ６０の電圧を検出し、検出結果を制御装置１２０に伝える。制御装置１２０は、電圧検出センサ１１１の検出結果に基づいてバッテリ６０の残量を取得する。すなわち、本実施例において電圧検出センサ１１１はバッテリ６０の残量を検出する検出手段としての機能を有している。但し、制御装置１２０がバッテリ６０の残量を取得できる指標であれば、バッテリ６０の電圧以外の指標を用いてもよい。
【００２６】
アクセル開度センサ１１２はアクセル１００の開度（アクセル開度）を検出し、検出結果を制御装置１２０に伝える。制御装置１２０はアクセル開度センサ１１２の検出結果に基づいて、内燃機関１０に対して要求される出力を取得する。すなわち、本実施例においてアクセル開度センサ１１２は内燃機関１０に対して要求される出力を検出する検出手段としての機能を有している。但し、制御装置１２０が内燃機関１０に対して要求される出力を取得できる指標であれば、アクセル開度以外の指標を用いてもよい。例えば制御装置１２０は、内燃機関１０に対して要求される出力と相関を有する指標である内燃機関１０の負荷（例えばアクセル開度、吸入空気量、内燃機関１０の回転速度、燃料噴射量等）を取得することで、内燃機関１０に要求される出力を取得してもよい。
【００２７】
制御装置１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２３を備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。
【００２８】
図１（ｂ）は制御装置１２０の機能ブロック図である。制御装置１２０の機能は、制御部１２４および記憶部１２５によって実現することができる。制御部１２４は、各種センサの検出結果を受けて内燃機関１０、モータ３０および動力分割機構７０を制御する機能を有している。記憶部１２５は、制御部１２４の制御に必要なデータ等を記憶する機能を有している。制御部１２４の機能はＣＰＵ１２１によって実行され、記憶部１２５の機能はＲＯＭ１２２およびＲＡＭ１２３によって実行される。
【００２９】
本実施例に係る車両５によれば、モータ３０によって内燃機関１０の運転状態にかかわらず内燃機関１０のクランク軸の回転速度を変更することできる。例えば制御部１２４がモータ３０の出力軸とクランク軸とが接続されるように動力分割機構７０を制御し、モータ３０が電動機として機能するようにモータ３０を制御することで、クランク軸の回転速度を上昇させることができる。また、制御部１２４がモータ３０の出力軸とクランク軸とが接続されるように動力分割機構７０を制御し、モータ３０が発電機として機能するようにモータ３０を制御することで、クランク軸の回転速度を減少させることができる。
【００３０】
このように本実施例に係るモータ３０は、クランク軸の回転速度を加速状態（回転速度が上昇している状態）と減速状態（回転速度が減少している状態）との間で変更可能な回転速度変更手段としての機能を有している。なお、回転速度変更手段は、制御部１２４に制御されることでクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な装置であれば、モータ３０に限定されるものではない。
【００３１】
続いて内燃機関１０の詳細について説明する。図２は内燃機関１０の模式的断面図である。具体的には図２は、内燃機関１０の複数のシリンダ１１のうち一つのシリンダ１１を模式的に断面図示したものである。本実施例に係る内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程がこの順に行われる４サイクル機関である。
【００３２】
内燃機関１０は、シリンダ１１の周囲に配置されたシリンダライナ１２と、シリンダライナ１２の上部に配置されたシリンダヘッド１３と、シリンダ１１内に配置されたピストン１４と、クランク軸１５と、ピストン１４とクランク軸１５とを接続するコンロッド１６と、を備えている。シリンダ１１におけるシリンダライナ１２とシリンダヘッド１３とピストン１４とによって囲まれた領域に、燃焼室１７が形成されている。すなわち燃焼室１７は、シリンダ１１に形成されている。シリンダヘッド１３には、燃焼室１７に吸気を導くための吸気通路１８と燃焼室１７から排気を排出するための排気通路１９とが形成されている。
【００３３】
また内燃機関１０は、吸気通路１８を開閉する吸気弁２０と、排気通路１９を開閉する排気弁２１と、燃焼室１７の混合気に火花を点火するための点火プラグ２２と、を備えている。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は、火花点火式の内燃機関である。本実施例に係る点火プラグ２２は、燃焼室１７の天井部における吸気通路１８と排気通路１９との間の部分に配置されている。但し、点火プラグ２２の配置箇所は、これに限定されるものではない。
【００３４】
内燃機関１０は、シリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造を有している。この構造の一例として、本実施例に係る内燃機関１０は、シリンダヘッド１３を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量をシリンダライナ１２を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量よりも小さくする構造（以下、冷却構造１３０と称する）を備えている。
【００３５】
図３は、冷却構造１３０を説明するための模式図である。本実施例に係る冷却構造１３０は、一例として、冷却媒体供給装置１３１と、ヘッド用冷却媒体通路１３２と、ライナ用冷却媒体通路１３３と、第１冷却媒体循環通路１３４と、第２冷却媒体循環通路１３５と、流量調整弁１３６と、を備えている。
【００３６】
冷却媒体供給装置１３１は、冷却媒体を内燃機関１０に供給するための装置である。冷却媒体供給装置１３１として、例えばポンプ等を用いることができる。ヘッド用冷却媒体通路１３２は、シリンダヘッド１３の内部に形成された冷却媒体通路である。ヘッド用冷却媒体通路１３２を冷却媒体が通過することで、シリンダヘッド１３は冷却媒体によって冷却される。すなわち、ヘッド用冷却媒体通路１３２は、シリンダヘッド１３を冷却する冷却媒体が流通するための冷却媒体通路である。ライナ用冷却媒体通路１３３は、シリンダライナ１２の周囲に形成された冷却媒体通路である。ライナ用冷却媒体通路１３３を冷却媒体が通過することで、シリンダライナ１２は冷却媒体によって冷却される。すなわち、ライナ用冷却媒体通路１３３は、シリンダライナ１２を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路である。
【００３７】
第１冷却媒体循環通路１３４は、冷却媒体が冷却媒体供給装置１３１とヘッド用冷却媒体通路１３２との間を循環するための循環通路である。第２冷却媒体循環通路１３５は、冷却媒体が冷却媒体供給装置１３１とライナ用冷却媒体通路１３３との間を循環するための循環通路である。
【００３８】
なお、図３において第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、第２冷却媒体循環通路１３５におけるライナ用冷却媒体通路１３３の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、は合流している。但し、第１冷却媒体循環通路１３４および第２冷却媒体循環通路１３５の構造は、これに限定されるものではない。第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、第２冷却媒体循環通路１３５におけるライナ用冷却媒体通路１３３の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、は互いに分離していてもよい。
【００３９】
流量調整弁１３６は、制御部１２４に制御されて、第１冷却媒体循環通路１３４における流量を調整するための弁である。本実施例において流量調整弁１３６は、第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用入口（ＩＮ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分に配置されている。但し、流量調整弁１３６の配置箇所はこれに限定されるものではない。例えば流量調整弁１３６は、第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分（図３においては、さらに第１冷却媒体循環通路１３４と第２冷却媒体循環通路１３５とが合流していない部分）に配置されていてもよい。
【００４０】
制御部１２４は、例えば内燃機関１０の負荷に応じて流量調整弁１３６を制御することで、第１冷却媒体循環通路１３４の流量を第２冷却媒体循環通路１３５の流量よりも小さく制御する。この場合、ヘッド用冷却媒体通路１３２における冷却媒体の流量もライナ用冷却媒体通路１３３における冷却媒体の流量よりも小さく制御される。
【００４１】
冷却構造１３０によれば、ライナ用冷却媒体通路１３３を流通する冷却媒体によってシリンダライナ１２の冷却を確保することができる。また、ヘッド用冷却媒体通路１３２を流通する冷却媒体の流量が、ライナ用冷却媒体通路１３３を流通する冷却媒体の流量よりも小さく制御されることから、このような冷却構造１３０を有さない場合に比較して、シリンダヘッド１３における冷却媒体の冷却損失の発生が低く抑えられている。また、シリンダライナ１２における冷却媒体の冷却損失に比較して、シリンダヘッド１３における冷却媒体の冷却損失が低く抑えられている。すなわち、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている。以上のように冷却構造１３０は、シリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造となっている。
【００４２】
なお内燃機関１０は、冷却構造１３０に代えてまたは冷却構造１３０とともに、断熱部材を有する構造を備えていてもよい。具体的には、内燃機関１０は、シリンダヘッド１３を燃焼室１７から断熱する断熱部材を備えた構造を有していてもよい。この構造の一例として、シリンダヘッド１３の燃焼室１７に露出した部分に断熱部材を配置する構造を用いることができる。断熱部材としては、例えば、シリンダヘッド１３を構成する材料である金属よりも熱伝導率の小さい部材を用いることができる。この場合、断熱部材によって燃焼室１７からシリンダヘッド１３への熱伝導を抑制することができる。それにより、シリンダヘッド１３の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３が燃焼室１７から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１３が燃焼室１７から断熱されることで、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４３】
あるいは内燃機関１０は、上記断熱部材を有する構造に代えてまたは上記断熱部材を有する構造とともに、シリンダヘッド１３をシリンダライナ１２から断熱する断熱部材を備える構造を有していてもよい。この構造として、例えばシリンダヘッド１３のシリンダライナ１２側の界面に断熱部材を配置する構造を用いることができる。この場合、シリンダライナ１２からシリンダヘッド１３への熱伝導が抑制されることで、シリンダヘッド１３がシリンダライナ１２から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１３がシリンダライナ１２から断熱されることで、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４４】
上述したように内燃機関１０がシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造を有することで、以下の効果が得られる。図４（ａ）〜（ｃ）は、シリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造による効果を説明するための図である。まず、図４（ａ）に示すように、内燃機関１０の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失がある。これらの損失のうち冷却損失が占めるウエイトは大きい。そのため、冷却損失の低減は内燃機関１０の燃費改善に効果的である。
【００４５】
図４（ｃ）に示すように、冷却損失の低減のためには、空気を断熱することが効果的である。しかしながら、例えばシリンダライナ１２の燃焼室１７側の壁面に断熱部材を配置する、ピストン１４の冠面とシリンダライナ１２との間に断熱部材を配置する等の方法でシリンダライナ１２が燃焼室１７から断熱された場合、図４（ｂ）に示すように、シリンダライナ１２の温度が上昇して燃焼室１７内の混合気が加熱されてしまい、ノッキングが生じる可能性が高くなる。
【００４６】
これに対して本実施例のようにシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造の場合、シリンダライナ１２の冷却が確保されていることから、シリンダライナ１２の温度の上昇が抑制されている。それにより、燃焼室１７内の混合気の加熱が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００４７】
このように内燃機関１０がシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造を有することで、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制しつつノッキングの発生を抑制することができる。しかしながら、燃費向上のためにはさらなる内燃機関１０の冷却損失の低減を図ることが好ましい。そこで、本実施例に係る制御装置１２０は、以下に説明する制御を行うことで、内燃機関１０の冷却損失のさらなる低減を図っている。
【００４８】
続いて制御装置１２０の制御の詳細を説明する。本実施例に係る制御装置１２０の制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態または減速状態になるようにモータ３０を制御している。
【００４９】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、制御部１２４による制御で用いられる所定の角度を説明するための図である。図５（ｃ）および図５（ｄ）において横軸は、膨張行程におけるクランク角である。図５（ｃ）において縦軸は、膨張行程において燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３、ピストン１４およびシリンダライナ１２の表面積の割合を示している。図５（ｄ）において縦軸は温度を示している。図５（ａ）は図５（ｄ）においてクランク角がＡ°のときにおける内燃機関１０の状態を示す断面図である。図５（ｂ）は図５（ｄ）においてクランク角がＢ°のときにおける内燃機関１０の状態を示す断面図である。
【００５０】
図５（ｃ）から分るように、膨張行程において燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３、ピストン１４およびシリンダライナ１２の表面積の割合はクランク角の変化とともに変化する。これは、膨張行程においてクランク角の変化とともにピストン１４の位置が変化することに起因している。特に膨張行程の後半においてシリンダライナ１２の燃焼室１７に占める表面積の割合は、燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きくなっている。
【００５１】
本実施例において、制御部１２４の制御で用いられるクランク角の所定の角度とは、燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度をいう。この所定の角度の一例として、本実施例においては、シリンダ１１の吸気行程の開始のクランク角を−３６０°とし、排気行程の開始のクランク角を３６０°とした場合、４５°〜１３５°を用いる。
【００５２】
なお、図５（ｄ）から分るように膨張行程において、燃焼室１７内の混合気の温度（Ｔｇａｓ）は、クランク角Ａ°までは上昇し、Ａ°を超えたときに減少に転じている。シリンダライナ１２の温度（Ｔｗａｌｌ）は、一定である。図５（ｄ）から、膨張行程においてシリンダライナ１２の温度は、混合気の温度よりも低温になっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関１０においてシリンダライナ１２の冷却が確保されていることによるものである。
【００５３】
制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度、すなわち燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度のときに、クランク軸１５の回転速度が加速状態または減速状態になるようにモータ３０を制御する。
【００５４】
このモータ３０の制御が行われることで、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態になるように制御された場合、燃焼室１７からシリンダライナ１２へ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダライナ１２における冷却損失の低減を図ることができる。一方、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が減速状態になるように制御された場合、燃焼室１７からシリンダライナ１２へ伝わる熱量を上昇させることができる。その結果、燃焼室１７からシリンダヘッド１３へ伝わる熱量は減少する。それにより、シリンダヘッド１３の温度上昇が抑制されることから、シリンダヘッド１３における冷却損失を低減することができる。以上のように、制御部１２４が内燃機関１０に対して要求される出力に応じて上記制御を行うことで、内燃機関１０の冷却損失を低減することができる。
【００５５】
なお、本実施例に係る制御部１２４は、上述したクランク軸１５の回転速度の加速状態および減速状態を、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下か否かによって選択的に行っている。具体的には、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合に膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御する。また、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御する。
【００５６】
さらに制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合において、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御した後に、さらに一つ以上のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御する。この制御により、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合においてクランク軸１５の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００５７】
さらに、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合において、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御した後に、一つ以上のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御する。この制御により、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合においてクランク軸１５の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００５８】
図６は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合に制御部１２４が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。図６のグラフにおいて横軸はクランク角を示し、縦軸はクランク軸１５の回転速度を示している。基準線より上側が加速状態を示し、基準線より下側が減速状態を示している。＃１〜＃４のシリンダ１１は、それぞれ吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程をこの順に行っている。
【００５９】
なお、＃１のシリンダ１１が吸気行程のとき、＃２のシリンダ１１は圧縮行程であり、＃３のシリンダ１１は排気行程であり、＃４のシリンダ１１は膨張行程である。また、＃１のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点（ＴＤＣ）は０°であり、＃２のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点は−１８０°であり、＃３のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点は１８０°であり、＃４のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点は３６０°である。
【００６０】
本実施例において、＃１のシリンダ１１におけるクランク角の所定の角度（燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度）は、４５°〜１３５°である。＃２のシリンダ１１における所定の角度は、−１３５°〜−４５°である。＃３のシリンダ１１における所定の角度は、２２５°〜３１５°である。＃４のシリンダ１１における所定の角度は、−３１５°〜−２２５°である。
【００６１】
制御装置１２０の記憶部１２５は、これら所定の角度を記憶しておく。また記憶部１２５は圧縮上死点も記憶しておく。制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合、クランク角センサ１１０の検出結果に基づいて記憶部１２５に記憶された所定の角度および圧縮上死点を参照することで、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御し、且つクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御した後に複数のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御している（以下、この内燃機関１０に要求される出力が所定出力以下の場合に行われる制御を「第１の制御」と称する）。
【００６２】
第１の制御が行われることで、本実施例に係る内燃機関１０においては、図６のグラフのように、クランク角が所定の角度（４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°、−３１５°〜−２２５°および−１３５°〜−４５°）のとき、クランク軸１５の回転速度は加速状態になり、クランク角が所定の角度以外の角度のとき、クランク軸１５の回転速度は減速状態になっている。
【００６３】
図７は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に制御部１２４が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。図７のグラフにおいて横軸はクランク角を示し、縦軸はクランク軸１５の回転速度を示している。基準線より上側が加速状態を示し、基準線より下側が減速状態を示している。
【００６４】
制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合、クランク角センサ１１０の検出結果に基づいて記憶部１２５に記憶された所定の角度および圧縮上死点を参照することで、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度にあるときにクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御し、且つクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御した後に複数のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御している（以下、この内燃機関１０に要求される出力が所定出力より大きい場合に行われる制御を「第２の制御」と称する）。
【００６５】
第２の制御が行われることで、本実施例に係る内燃機関１０においては、図７のグラフのように、クランク角が所定の角度（４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°、−３１５°〜−２２５°および−１３５°〜−４５°）のとき、クランク軸１５の回転速度は減速状態になり、クランク角が所定の角度以外の角度のとき、クランク軸１５の回転速度は加速状態になっている。
【００６６】
図８は制御部１２４のフローチャートの一例を示す図である。制御部１２４は図８のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず制御部１２４は、電圧検出センサ１１１の検出結果に基づいてバッテリ６０の残量が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。本実施例においては、バッテリ６０の残量が閾値以上の場合に第１の制御または第２の制御が行われる。そのため閾値としては、モータ３０が第１の制御および第２の制御を行うのに必要な量の電圧をバッテリ６０が供給できると判定できるバッテリ６０の残量を用いることができる。この閾値は記憶部１２５が記憶しておく。ステップＳ１０においてバッテリ６０の残量が閾値以上であると判定されなかった場合、制御部１２４はフローチャートの実行を終了する。
【００６７】
ステップＳ１０においてバッテリ６０の残量が閾値以上であると判定された場合、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力（出力要求）が所定出力以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。本実施例に係る制御部１２４は、一例として、アクセル開度センサ１１２の検出結果に基づいて内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下であるか否かを判定する。制御部１２４は、アクセル開度センサ１１２によって検出されたアクセル開度に基づいて、アクセル開度の単位時間当たりの変化率を取得し、この変化率が所定値以上の場合に、内燃機関１０に要求される出力が所定出力以下であると判定する。ステップＳ２０の判定規準となる所定値は、記憶部１２５が記憶しておく。
【００６８】
ステップＳ２０において内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下であると判定された場合、制御部１２４は第１の制御を実行する（ステップＳ３０）。次いで制御部１２４はフローチャートの実行を終了する。
【００６９】
ステップＳ２０において内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下であると判定されなかった場合、制御部１２４は第２の制御を実行する（ステップＳ４０）。次いで制御部１２４はフローチャートの実行を終了する。
【００７０】
以上のように、本実施例に係る内燃機関１０の制御装置１２０によれば、内燃機関１０がシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有していることから、ノッキングの発生が抑制されている。さらに制御装置１２０によれば、制御部１２４が内燃機関１０に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度（燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度）のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態または減速状態になるようにモータ３０を制御していることから、内燃機関１０の冷却損失を低減させることができる。したがって、本実施例に係る制御装置１２０によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関１０の冷却損失の低減を図ることができる。
【００７１】
また制御装置１２０によれば、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合に第１の制御が行われることで、クランク軸１５の回転速度の平均値を一定にしつつ、シリンダライナ１２における冷却損失の低減を図ることができる。また、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に第２の制御が行われることで、クランク軸１５の回転速度の平均値を一定にしつつ、シリンダヘッド１３の温度上昇を抑制してシリンダヘッド１３における冷却損失を低減することができる。
【００７２】
仮に、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されているにもかかわらず内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に第２の制御が行われない場合には、シリンダヘッド１３が高温になり過ぎるおそれがある。これに対して本実施例に係る制御装置１２０によれば、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている内燃機関１０において、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に第２の制御が行われることから、燃焼室１７からシリンダライナ１２へ伝わる熱量を上昇させて、燃焼室１７からシリンダヘッド１３へ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダヘッド１３が高温になり過ぎることが抑制されている。
【００７３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
５ 車両
１０ 内燃機関
１１ シリンダ
１２ シリンダライナ
１３ シリンダヘッド
１４ ピストン
１５ クランク軸
１７ 燃焼室
３０ モータ
１１０ クランク角センサ
１１１ 電圧検出センサ
１１２ アクセル開度センサ
１２０ 制御装置
１２４ 制御部
１２５ 記憶部
１３０ 冷却構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置、特に火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失等がある。これらの損失のうち冷却損失は大きなウエイトを占めることから、内燃機関の冷却損失を低減させるための技術が考案されている。例えば特許文献１には、内燃機関のピストン冠面の最外径部に断熱部材を配置することで、燃焼室とシリンダライナとの断熱を図り、以って冷却損失の低減を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る技術では、断熱部材によって燃焼室内の混合気の温度が上昇し易くなる。その結果、ノッキングが発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、一つ以上のシリンダを有し且つシリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有する火花点火式の内燃機関のクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な回転速度変更手段を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にある前記シリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態または前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、前記所定の角度は、前記シリンダに形成された燃焼室に占めるシリンダライナの表面積の割合が前記燃焼室に占める前記シリンダヘッドの表面積の割合よりも大きい角度であることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関はシリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有している。この場合、シリンダライナの冷却が確保されていることによってシリンダライナの温度上昇が抑制されている。それにより、ノッキングの発生を抑制することができる。
【０００８】
また本発明に係る制御装置によれば、制御部は内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が加速状態または減速状態になるように回転速度変更手段を制御している。この構成によれば、クランク軸の回転速度が加速状態になるように制御された場合、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダライナにおける冷却損失の低減を図ることができる。一方、クランク軸の回転速度が減速状態になるように制御された場合、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を上昇させることができる。それにより、燃焼室からシリンダヘッドへ伝わる熱量が減少することから、シリンダヘッドの温度上昇を抑制できる。その結果、シリンダヘッドにおける冷却損失を低減することができる。したがって本発明に係る制御装置によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる。
【０００９】
上記構成において、前記制御部は、前記出力が所定出力以下の場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、前記出力が前記所定出力より大きい場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御してもよい。
【００１０】
この構成によれば、内燃機関に対して要求される出力が所定出力以下の場合に膨張行程にあるシリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が加速状態になることで、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダライナにおける冷却損失の低減を図ることができる。また、シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制された内燃機関では、内燃機関に対して要求される出力が所定出力より大きい場合にはシリンダヘッドが高温になり過ぎるおそれがあるところ、上記構成によれば、この場合において膨張行程にあるシリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときにクランク軸の回転速度が減速状態になる。それにより、燃焼室からシリンダライナへ伝わる熱量を上昇させて、燃焼室からシリンダヘッドへ伝わる熱量を減少させることができる。その結果、シリンダヘッドが高温になり過ぎることを抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御してもよい。この構成によれば、クランク軸の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが前記圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御してもよい。この構成によれば、クランク軸の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記内燃機関は、前記クランク軸に動力分割機構を介して接続されたモータを備えるハイブリッド車両に搭載され、前記回転速度変更手段は前記モータである構成としてもよい。
【００１４】
上記構成において、前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、前記膨張行程および排気行程をこの順に行う４サイクル機関であり、前記吸気行程の開始の前記クランク角を−３６０°とし、前記排気行程の終了の前記クランク角を３６０°とした場合、前記所定の角度は４５°〜１３５°である構成としてもよい。
【００１５】
上記構成において、前記シリンダライナの冷却を確保しつつ前記シリンダヘッドにおける前記冷却損失の発生を抑制可能な前記構造は、前記シリンダヘッドを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量を、前記シリンダライナを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量よりも小さくする構造としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、冷却媒体によってシリンダライナの冷却を確保することができる。また、シリンダヘッドを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量が、シリンダライナを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量よりも小さくなる構成を有することから、シリンダヘッドにおける冷却損失の発生が抑制されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関の冷却損失の低減を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）は実施例１に係る制御装置および内燃機関が搭載された車両の一例を示す模式図である。図１（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図２】図２は実施例１に係る内燃機関の模式的断面図である。
【図３】図３は実施例１に係る冷却構造を説明するための模式図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、シリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造による効果を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は制御部による制御で用いられる所定の角度を説明するための図である。
【図６】図６は内燃機関に対して要求される出力が所定出力以下の場合に制御部が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。
【図７】図７は内燃機関に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に制御部が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。
【図８】図８は制御部のフローチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置（以下、制御装置と略称する）について説明する。制御装置は、内燃機関に用いられる制御装置である。図１（ａ）は、本実施例に係る制御装置および内燃機関が搭載された車両５の一例を示す模式図である。車両５の種類は特に限定されるものではないが、本実施例においてはハイブリッド車両である。この場合、車両５は、内燃機関１０、モータ３０、インバータ４０、発電機５０、バッテリ６０、動力分割機構７０、減速機８０、駆動輪９０、アクセル１００、各種センサ（クランク角センサ１１０、電圧検出センサ１１１、アクセル開度センサ１１２）および制御装置１２０を備えている。
【００２１】
内燃機関１０は一つ以上のシリンダ１１を備えている。本実施例に係る内燃機関１０は、一例として＃１〜＃４の４つのシリンダ１１を備えている。これら４つのシリンダ１１は、内燃機関１０のクランク軸の軸線方向に沿って列状に配置されている。内燃機関１０の詳細な構成は後述する。
【００２２】
モータ３０は交流モータである。インバータ４０は電力を直流と交流との間で変換するための装置である。バッテリ６０から出力される電力は直流である。バッテリ６０から出力される直流の電力はインバータ４０によって交流に変換されてモータ３０に供給される。
【００２３】
内燃機関１０、モータ３０、発電機５０および減速機８０は、動力分割機構７０に接続されている。動力分割機構７０は、制御装置１２０によって制御されて内燃機関１０およびモータ３０の接続状態を切替えることで、内燃機関１０およびモータ３０の動力の伝達先を切り替える機構である。動力分割機構７０としては、例えば遊星歯車機構等を用いることができる。
【００２４】
動力分割機構７０を介して減速機８０に伝達された動力は、駆動輪９０を駆動することに用いられる。動力分割機構７０を介して発電機５０に伝達された動力は、発電機５０を駆動することに用いられる。発電機５０は、駆動することで電力を発生させる。発電機５０で発生した電力の一部は、インバータ４０によって直流に変換されてバッテリ６０に充電される。また発電機５０で発生した電力の残りは、モータ３０を駆動するための電力として使用される。
【００２５】
クランク角センサ１１０は内燃機関１０のクランク軸の角度（以下、クランク角と称する）を検出し、検出結果を制御装置１２０に伝える。電圧検出センサ１１１はバッテリ６０の電圧を検出し、検出結果を制御装置１２０に伝える。制御装置１２０は、電圧検出センサ１１１の検出結果に基づいてバッテリ６０の残量を取得する。すなわち、本実施例において電圧検出センサ１１１はバッテリ６０の残量を検出する検出手段としての機能を有している。但し、制御装置１２０がバッテリ６０の残量を取得できる指標であれば、バッテリ６０の電圧以外の指標を用いてもよい。
【００２６】
アクセル開度センサ１１２はアクセル１００の開度（アクセル開度）を検出し、検出結果を制御装置１２０に伝える。制御装置１２０はアクセル開度センサ１１２の検出結果に基づいて、内燃機関１０に対して要求される出力を取得する。すなわち、本実施例においてアクセル開度センサ１１２は内燃機関１０に対して要求される出力を検出する検出手段としての機能を有している。但し、制御装置１２０が内燃機関１０に対して要求される出力を取得できる指標であれば、アクセル開度以外の指標を用いてもよい。例えば制御装置１２０は、内燃機関１０に対して要求される出力と相関を有する指標である内燃機関１０の負荷（例えばアクセル開度、吸入空気量、内燃機関１０の回転速度、燃料噴射量等）を取得することで、内燃機関１０に要求される出力を取得してもよい。
【００２７】
制御装置１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２３を備える電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。
【００２８】
図１（ｂ）は制御装置１２０の機能ブロック図である。制御装置１２０の機能は、制御部１２４および記憶部１２５によって実現することができる。制御部１２４は、各種センサの検出結果を受けて内燃機関１０、モータ３０および動力分割機構７０を制御する機能を有している。記憶部１２５は、制御部１２４の制御に必要なデータ等を記憶する機能を有している。制御部１２４の機能はＣＰＵ１２１によって実行され、記憶部１２５の機能はＲＯＭ１２２およびＲＡＭ１２３によって実行される。
【００２９】
本実施例に係る車両５によれば、モータ３０によって内燃機関１０の運転状態にかかわらず内燃機関１０のクランク軸の回転速度を変更することできる。例えば制御部１２４がモータ３０の出力軸とクランク軸とが接続されるように動力分割機構７０を制御し、モータ３０が電動機として機能するようにモータ３０を制御することで、クランク軸の回転速度を上昇させることができる。また、制御部１２４がモータ３０の出力軸とクランク軸とが接続されるように動力分割機構７０を制御し、モータ３０が発電機として機能するようにモータ３０を制御することで、クランク軸の回転速度を減少させることができる。
【００３０】
このように本実施例に係るモータ３０は、クランク軸の回転速度を加速状態（回転速度が上昇している状態）と減速状態（回転速度が減少している状態）との間で変更可能な回転速度変更手段としての機能を有している。なお、回転速度変更手段は、制御部１２４に制御されることでクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な装置であれば、モータ３０に限定されるものではない。
【００３１】
続いて内燃機関１０の詳細について説明する。図２は内燃機関１０の模式的断面図である。具体的には図２は、内燃機関１０の複数のシリンダ１１のうち一つのシリンダ１１を模式的に断面図示したものである。本実施例に係る内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程がこの順に行われる４サイクル機関である。
【００３２】
内燃機関１０は、シリンダ１１の周囲に配置されたシリンダライナ１２と、シリンダライナ１２の上部に配置されたシリンダヘッド１３と、シリンダ１１内に配置されたピストン１４と、クランク軸１５と、ピストン１４とクランク軸１５とを接続するコンロッド１６と、を備えている。シリンダ１１におけるシリンダライナ１２とシリンダヘッド１３とピストン１４とによって囲まれた領域に、燃焼室１７が形成されている。すなわち燃焼室１７は、シリンダ１１に形成されている。シリンダヘッド１３には、燃焼室１７に吸気を導くための吸気通路１８と燃焼室１７から排気を排出するための排気通路１９とが形成されている。
【００３３】
また内燃機関１０は、吸気通路１８を開閉する吸気弁２０と、排気通路１９を開閉する排気弁２１と、燃焼室１７の混合気に火花を点火するための点火プラグ２２と、を備えている。すなわち、本実施例に係る内燃機関１０は、火花点火式の内燃機関である。本実施例に係る点火プラグ２２は、燃焼室１７の天井部における吸気通路１８と排気通路１９との間の部分に配置されている。但し、点火プラグ２２の配置箇所は、これに限定されるものではない。
【００３４】
内燃機関１０は、シリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造を有している。この構造の一例として、本実施例に係る内燃機関１０は、シリンダヘッド１３を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量をシリンダライナ１２を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における冷却媒体の流量よりも小さくする構造（以下、冷却構造１３０と称する）を備えている。
【００３５】
図３は、冷却構造１３０を説明するための模式図である。本実施例に係る冷却構造１３０は、一例として、冷却媒体供給装置１３１と、ヘッド用冷却媒体通路１３２と、ライナ用冷却媒体通路１３３と、第１冷却媒体循環通路１３４と、第２冷却媒体循環通路１３５と、流量調整弁１３６と、を備えている。
【００３６】
冷却媒体供給装置１３１は、冷却媒体を内燃機関１０に供給するための装置である。冷却媒体供給装置１３１として、例えばポンプ等を用いることができる。ヘッド用冷却媒体通路１３２は、シリンダヘッド１３の内部に形成された冷却媒体通路である。ヘッド用冷却媒体通路１３２を冷却媒体が通過することで、シリンダヘッド１３は冷却媒体によって冷却される。すなわち、ヘッド用冷却媒体通路１３２は、シリンダヘッド１３を冷却する冷却媒体が流通するための冷却媒体通路である。ライナ用冷却媒体通路１３３は、シリンダライナ１２の周囲に形成された冷却媒体通路である。ライナ用冷却媒体通路１３３を冷却媒体が通過することで、シリンダライナ１２は冷却媒体によって冷却される。すなわち、ライナ用冷却媒体通路１３３は、シリンダライナ１２を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路である。
【００３７】
第１冷却媒体循環通路１３４は、冷却媒体が冷却媒体供給装置１３１とヘッド用冷却媒体通路１３２との間を循環するための循環通路である。第２冷却媒体循環通路１３５は、冷却媒体が冷却媒体供給装置１３１とライナ用冷却媒体通路１３３との間を循環するための循環通路である。
【００３８】
なお、図３において第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、第２冷却媒体循環通路１３５におけるライナ用冷却媒体通路１３３の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、は合流している。但し、第１冷却媒体循環通路１３４および第２冷却媒体循環通路１３５の構造は、これに限定されるものではない。第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、第２冷却媒体循環通路１３５におけるライナ用冷却媒体通路１３３の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分と、は互いに分離していてもよい。
【００３９】
流量調整弁１３６は、制御部１２４に制御されて、第１冷却媒体循環通路１３４における流量を調整するための弁である。本実施例において流量調整弁１３６は、第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用入口（ＩＮ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分に配置されている。但し、流量調整弁１３６の配置箇所はこれに限定されるものではない。例えば流量調整弁１３６は、第１冷却媒体循環通路１３４におけるヘッド用冷却媒体通路１３２の冷却媒体用出口（ＯＵＴ）と冷却媒体供給装置１３１との間の部分（図３においては、さらに第１冷却媒体循環通路１３４と第２冷却媒体循環通路１３５とが合流していない部分）に配置されていてもよい。
【００４０】
制御部１２４は、例えば内燃機関１０の負荷に応じて流量調整弁１３６を制御することで、第１冷却媒体循環通路１３４の流量を第２冷却媒体循環通路１３５の流量よりも小さく制御する。この場合、ヘッド用冷却媒体通路１３２における冷却媒体の流量もライナ用冷却媒体通路１３３における冷却媒体の流量よりも小さく制御される。
【００４１】
冷却構造１３０によれば、ライナ用冷却媒体通路１３３を流通する冷却媒体によってシリンダライナ１２の冷却を確保することができる。また、ヘッド用冷却媒体通路１３２を流通する冷却媒体の流量が、ライナ用冷却媒体通路１３３を流通する冷却媒体の流量よりも小さく制御されることから、このような冷却構造１３０を有さない場合に比較して、シリンダヘッド１３における冷却媒体の冷却損失の発生が低く抑えられている。また、シリンダライナ１２における冷却媒体の冷却損失に比較して、シリンダヘッド１３における冷却媒体の冷却損失が低く抑えられている。すなわち、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている。以上のように冷却構造１３０は、シリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造となっている。
【００４２】
なお内燃機関１０は、冷却構造１３０に代えてまたは冷却構造１３０とともに、断熱部材を有する構造を備えていてもよい。具体的には、内燃機関１０は、シリンダヘッド１３を燃焼室１７から断熱する断熱部材を備えた構造を有していてもよい。この構造の一例として、シリンダヘッド１３の燃焼室１７に露出した部分に断熱部材を配置する構造を用いることができる。断熱部材としては、例えば、シリンダヘッド１３を構成する材料である金属よりも熱伝導率の小さい部材を用いることができる。この場合、断熱部材によって燃焼室１７からシリンダヘッド１３への熱伝導を抑制することができる。それにより、シリンダヘッド１３の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３が燃焼室１７から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１３が燃焼室１７から断熱されることで、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４３】
あるいは内燃機関１０は、上記断熱部材を有する構造に代えてまたは上記断熱部材を有する構造とともに、シリンダヘッド１３をシリンダライナ１２から断熱する断熱部材を備える構造を有していてもよい。この構造として、例えばシリンダヘッド１３のシリンダライナ１２側の界面に断熱部材を配置する構造を用いることができる。この場合、シリンダライナ１２からシリンダヘッド１３への熱伝導が抑制されることで、シリンダヘッド１３がシリンダライナ１２から断熱された構造が得られる。この場合においても、シリンダヘッド１３がシリンダライナ１２から断熱されることで、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている。
【００４４】
上述したように内燃機関１０がシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造を有することで、以下の効果が得られる。図４（ａ）〜（ｃ）は、シリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造による効果を説明するための図である。まず、図４（ａ）に示すように、内燃機関１０の正味仕事に用いられない損失として、ポンプ損失、排気損失、冷却損失、機械損失がある。これらの損失のうち冷却損失が占めるウエイトは大きい。そのため、冷却損失の低減は内燃機関１０の燃費改善に効果的である。
【００４５】
図４（ｃ）に示すように、冷却損失の低減のためには、空気を断熱することが効果的である。しかしながら、例えばシリンダライナ１２の燃焼室１７側の壁面に断熱部材を配置する、ピストン１４の冠面とシリンダライナ１２との間に断熱部材を配置する等の方法でシリンダライナ１２が燃焼室１７から断熱された場合、図４（ｂ）に示すように、シリンダライナ１２の温度が上昇して燃焼室１７内の混合気が加熱されてしまい、ノッキングが生じる可能性が高くなる。
【００４６】
これに対して本実施例のようにシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造の場合、シリンダライナ１２の冷却が確保されていることから、シリンダライナ１２の温度の上昇が抑制されている。それにより、燃焼室１７内の混合気の加熱が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００４７】
このように内燃機関１０がシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制可能な構造を有することで、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生を抑制しつつノッキングの発生を抑制することができる。しかしながら、燃費向上のためにはさらなる内燃機関１０の冷却損失の低減を図ることが好ましい。そこで、本実施例に係る制御装置１２０は、以下に説明する制御を行うことで、内燃機関１０の冷却損失のさらなる低減を図っている。
【００４８】
続いて制御装置１２０の制御の詳細を説明する。本実施例に係る制御装置１２０の制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態または減速状態になるようにモータ３０を制御している。
【００４９】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、制御部１２４による制御で用いられる所定の角度を説明するための図である。図５（ｃ）および図５（ｄ）において横軸は、膨張行程におけるクランク角である。図５（ｃ）において縦軸は、膨張行程において燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３、ピストン１４およびシリンダライナ１２の表面積の割合を示している。図５（ｄ）において縦軸は温度を示している。図５（ａ）は図５（ｄ）においてクランク角がＡ°のときにおける内燃機関１０の状態を示す断面図である。図５（ｂ）は図５（ｄ）においてクランク角がＢ°のときにおける内燃機関１０の状態を示す断面図である。
【００５０】
図５（ｃ）から分るように、膨張行程において燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３、ピストン１４およびシリンダライナ１２の表面積の割合はクランク角の変化とともに変化する。これは、膨張行程においてクランク角の変化とともにピストン１４の位置が変化することに起因している。特に膨張行程の後半においてシリンダライナ１２の燃焼室１７に占める表面積の割合は、燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きくなっている。
【００５１】
本実施例において、制御部１２４の制御で用いられるクランク角の所定の角度とは、燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度をいう。この所定の角度の一例として、本実施例においては、シリンダ１１の吸気行程の開始のクランク角を−３６０°とし、排気行程の開始のクランク角を３６０°とした場合、４５°〜１３５°を用いる。
【００５２】
なお、図５（ｄ）から分るように膨張行程において、燃焼室１７内の混合気の温度（Ｔｇａｓ）は、クランク角Ａ°までは上昇し、Ａ°を超えたときに減少に転じている。シリンダライナ１２の温度（Ｔｗａｌｌ）は、一定である。図５（ｄ）から、膨張行程においてシリンダライナ１２の温度は、混合気の温度よりも低温になっていることがわかる。これは、本実施例に係る内燃機関１０においてシリンダライナ１２の冷却が確保されていることによるものである。
【００５３】
制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度、すなわち燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度のときに、クランク軸１５の回転速度が加速状態または減速状態になるようにモータ３０を制御する。
【００５４】
このモータ３０の制御が行われることで、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態になるように制御された場合、燃焼室１７からシリンダライナ１２へ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダライナ１２における冷却損失の低減を図ることができる。一方、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が減速状態になるように制御された場合、燃焼室１７からシリンダライナ１２へ伝わる熱量を上昇させることができる。その結果、燃焼室１７からシリンダヘッド１３へ伝わる熱量は減少する。それにより、シリンダヘッド１３の温度上昇が抑制されることから、シリンダヘッド１３における冷却損失を低減することができる。以上のように、制御部１２４が内燃機関１０に対して要求される出力に応じて上記制御を行うことで、内燃機関１０の冷却損失を低減することができる。
【００５５】
なお、本実施例に係る制御部１２４は、上述したクランク軸１５の回転速度の加速状態および減速状態を、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下か否かによって選択的に行っている。具体的には、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合に膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御する。また、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御する。
【００５６】
さらに制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合において、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御した後に、さらに一つ以上のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御する。この制御により、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合においてクランク軸１５の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００５７】
さらに、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合において、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御した後に、一つ以上のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御する。この制御により、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合においてクランク軸１５の回転速度の平均値を一定にすることができる。
【００５８】
図６は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合に制御部１２４が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。図６のグラフにおいて横軸はクランク角を示し、縦軸はクランク軸１５の回転速度を示している。基準線より上側が加速状態を示し、基準線より下側が減速状態を示している。＃１〜＃４のシリンダ１１は、それぞれ吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程をこの順に行っている。
【００５９】
なお、＃１のシリンダ１１が吸気行程のとき、＃２のシリンダ１１は圧縮行程であり、＃３のシリンダ１１は排気行程であり、＃４のシリンダ１１は膨張行程である。また、＃１のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点（ＴＤＣ）は０°であり、＃２のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点は−１８０°であり、＃３のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点は１８０°であり、＃４のシリンダ１１に配置されたピストン１４の圧縮上死点は３６０°である。
【００６０】
本実施例において、＃１のシリンダ１１におけるクランク角の所定の角度（燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度）は、４５°〜１３５°である。＃２のシリンダ１１における所定の角度は、−１３５°〜−４５°である。＃３のシリンダ１１における所定の角度は、２２５°〜３１５°である。＃４のシリンダ１１における所定の角度は、−３１５°〜−２２５°である。
【００６１】
制御装置１２０の記憶部１２５は、これら所定の角度を記憶しておく。また記憶部１２５は圧縮上死点も記憶しておく。制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合、クランク角センサ１１０の検出結果に基づいて記憶部１２５に記憶された所定の角度および圧縮上死点を参照することで、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御し、且つクランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御した後に複数のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御している（以下、この内燃機関１０に要求される出力が所定出力以下の場合に行われる制御を「第１の制御」と称する）。
【００６２】
第１の制御が行われることで、本実施例に係る内燃機関１０においては、図６のグラフのように、クランク角が所定の角度（４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°、−３１５°〜−２２５°および−１３５°〜−４５°）のとき、クランク軸１５の回転速度は加速状態になり、クランク角が所定の角度以外の角度のとき、クランク軸１５の回転速度は減速状態になっている。
【００６３】
図７は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に制御部１２４が行う制御の内容を詳細に説明するための図である。図７のグラフにおいて横軸はクランク角を示し、縦軸はクランク軸１５の回転速度を示している。基準線より上側が加速状態を示し、基準線より下側が減速状態を示している。
【００６４】
制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合、クランク角センサ１１０の検出結果に基づいて記憶部１２５に記憶された所定の角度および圧縮上死点を参照することで、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度にあるときにクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御し、且つクランク軸１５の回転速度が減速状態になるようにモータ３０を制御した後に複数のシリンダ１１のうちいずれかのシリンダ１１に配置されたピストン１４が圧縮上死点にある場合に、クランク軸１５の回転速度が加速状態になるようにモータ３０を制御している（以下、この内燃機関１０に要求される出力が所定出力より大きい場合に行われる制御を「第２の制御」と称する）。
【００６５】
第２の制御が行われることで、本実施例に係る内燃機関１０においては、図７のグラフのように、クランク角が所定の角度（４５°〜１３５°、２２５°〜３１５°、−３１５°〜−２２５°および−１３５°〜−４５°）のとき、クランク軸１５の回転速度は減速状態になり、クランク角が所定の角度以外の角度のとき、クランク軸１５の回転速度は加速状態になっている。
【００６６】
図８は制御部１２４のフローチャートの一例を示す図である。制御部１２４は図８のフローチャートを所定の周期で繰り返し実行する。まず制御部１２４は、電圧検出センサ１１１の検出結果に基づいてバッテリ６０の残量が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。本実施例においては、バッテリ６０の残量が閾値以上の場合に第１の制御または第２の制御が行われる。そのため閾値としては、モータ３０が第１の制御および第２の制御を行うのに必要な量の電圧をバッテリ６０が供給できると判定できるバッテリ６０の残量を用いることができる。この閾値は記憶部１２５が記憶しておく。ステップＳ１０においてバッテリ６０の残量が閾値以上であると判定されなかった場合、制御部１２４はフローチャートの実行を終了する。
【００６７】
ステップＳ１０においてバッテリ６０の残量が閾値以上であると判定された場合、制御部１２４は、内燃機関１０に対して要求される出力（出力要求）が所定出力以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。本実施例に係る制御部１２４は、一例として、アクセル開度センサ１１２の検出結果に基づいて内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下であるか否かを判定する。制御部１２４は、アクセル開度センサ１１２によって検出されたアクセル開度に基づいて、アクセル開度の単位時間当たりの変化率を取得し、この変化率が所定値以上の場合に、内燃機関１０に要求される出力が所定出力以下であると判定する。ステップＳ２０の判定規準となる所定値は、記憶部１２５が記憶しておく。
【００６８】
ステップＳ２０において内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下であると判定された場合、制御部１２４は第１の制御を実行する（ステップＳ３０）。次いで制御部１２４はフローチャートの実行を終了する。
【００６９】
ステップＳ２０において内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下であると判定されなかった場合、制御部１２４は第２の制御を実行する（ステップＳ４０）。次いで制御部１２４はフローチャートの実行を終了する。
【００７０】
以上のように、本実施例に係る内燃機関１０の制御装置１２０によれば、内燃機関１０がシリンダライナ１２の冷却を確保しつつシリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制可能な構造を有していることから、ノッキングの発生が抑制されている。さらに制御装置１２０によれば、制御部１２４が内燃機関１０に対して要求される出力に応じて、膨張行程にあるシリンダ１１に配置されたピストン１４のクランク角が所定の角度（燃焼室１７に占めるシリンダライナ１２の表面積の割合が燃焼室１７に占めるシリンダヘッド１３の表面積の割合よりも大きい角度）のときにクランク軸１５の回転速度が加速状態または減速状態になるようにモータ３０を制御していることから、内燃機関１０の冷却損失を低減させることができる。したがって、本実施例に係る制御装置１２０によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ内燃機関１０の冷却損失の低減を図ることができる。
【００７１】
また制御装置１２０によれば、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力以下の場合に第１の制御が行われることで、クランク軸１５の回転速度の平均値を一定にしつつ、シリンダライナ１２における冷却損失の低減を図ることができる。また、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に第２の制御が行われることで、クランク軸１５の回転速度の平均値を一定にしつつ、シリンダヘッド１３の温度上昇を抑制してシリンダヘッド１３における冷却損失を低減することができる。
【００７２】
仮に、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されているにもかかわらず内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に第２の制御が行われない場合には、シリンダヘッド１３が高温になり過ぎるおそれがある。これに対して本実施例に係る制御装置１２０によれば、シリンダヘッド１３における冷却損失の発生が抑制されている内燃機関１０において、内燃機関１０に対して要求される出力が所定出力より大きい場合に第２の制御が行われることから、燃焼室１７からシリンダライナ１２へ伝わる熱量を上昇させて、燃焼室１７からシリンダヘッド１３へ伝わる熱量を減少させることができる。それにより、シリンダヘッド１３が高温になり過ぎることが抑制されている。
【００７３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
５ 車両
１０ 内燃機関
１１ シリンダ
１２ シリンダライナ
１３ シリンダヘッド
１４ ピストン
１５ クランク軸
１７ 燃焼室
３０ モータ
１１０ クランク角センサ
１１１ 電圧検出センサ
１１２ アクセル開度センサ
１２０ 制御装置
１２４ 制御部
１２５ 記憶部
１３０ 冷却構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上のシリンダを有し且つシリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有する火花点火式の内燃機関のクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な回転速度変更手段を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にある前記シリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態または前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、
前記所定の角度は、前記シリンダに形成された燃焼室に占めるシリンダライナの表面積の割合が前記燃焼室に占める前記シリンダヘッドの表面積の割合よりも大きい角度であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力が所定出力以下の場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、前記出力が前記所定出力より大きい場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが前記圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記クランク軸に動力分割機構を介して接続されたモータを備えるハイブリッド車両に搭載され、
前記回転速度変更手段は前記モータである請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、前記膨張行程および排気行程をこの順に行う４サイクル機関であり、
前記吸気行程の開始の前記クランク角を−３６０°とし、前記排気行程の終了の前記クランク角を３６０°とした場合、前記所定の角度は４５°〜１３５°である請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記シリンダライナの冷却を確保しつつ前記シリンダヘッドにおける前記冷却損失の発生を抑制可能な前記構造は、前記シリンダヘッドを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量を、前記シリンダライナを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量よりも小さくする構造である請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
一つ以上のシリンダを有し且つシリンダライナの冷却を確保しつつシリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制可能な構造を有する火花点火式の内燃機関のクランク軸の回転速度を加速状態と減速状態との間で変更可能な回転速度変更手段を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記内燃機関に対して要求される出力に応じて、膨張行程にある前記シリンダに配置されたピストンのクランク角が所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態または前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、
前記所定の角度は、前記シリンダに形成された燃焼室に占めるシリンダライナの表面積の割合が前記燃焼室に占める前記シリンダヘッドの表面積の割合よりも大きい角度であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力が所定出力以下の場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御し、前記出力が前記所定出力より大きい場合に前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク角が前記所定の角度のときに前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記膨張行程にある前記シリンダに配置された前記ピストンの前記クランク軸の前記回転速度が前記減速状態になるように前記回転速度変更手段を制御した後に、さらに一つ以上の前記シリンダのうちいずれかの前記シリンダに配置された前記ピストンが前記圧縮上死点にある場合に前記クランク軸の前記回転速度が前記加速状態になるように前記回転速度変更手段を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記クランク軸に動力分割機構を介して接続されたモータを備えるハイブリッド車両に搭載され、
前記回転速度変更手段は前記モータである請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、前記膨張行程および排気行程をこの順に行う４サイクル機関であり、
前記吸気行程の開始の前記クランク角を−３６０°とし、前記排気行程の終了の前記クランク角を３６０°とした場合、前記所定の角度は４５°〜１３５°である請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記シリンダライナの冷却を確保しつつ前記シリンダヘッドにおける前記冷却損失の発生を抑制可能な前記構造は、前記シリンダヘッドを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量を、前記シリンダライナを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路における該冷却媒体の流量よりも小さくする構造である請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１０８３８（Ｐ２０１２−２１０８３８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６５７８（Ｐ２０１１−７６５７８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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