JP2002266679A - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の暖機状態を適正に判定し、ひいては
内燃機関の始動性を向上させること。 【解決手段】蓄熱器５には、内燃機関１を循環した冷却
水が蓄熱水として蓄えられ、その蓄熱水が機関始動時に
内燃機関１に循環されて早期暖機が図られる。冷却水通
路２ａ，２ｂには三方弁７ａ，７ｂが設けられており、
この三方弁７ａ，７ｂにより冷却水の流通経路が切り替
えられる。ＥＣＵ１０には、冷却水温センサ１１、蓄熱
水温センサ１２等、各種センサ情報が取り込まれる。Ｅ
ＣＵ１０は、内燃機関１の始動に際し、蓄熱水の循環前
に冷却水温度の検出値と蓄熱水温度の検出値とを取り込
む。また、ＥＣＵ１０は、前記取り込んだ冷却水温度の
検出値と蓄熱水温度の検出値とを用いて蓄熱水の循環後
における蓄熱水温度の降下分を求め、その温度降下分に
基づいて機関温度を推定する。更に、その機関温度に基
づいて内燃機関１への燃料噴射量を増量補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の早期暖
機を図るための蓄熱システムを備えた内燃機関用制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関（車両）の運転中に
暖められた冷却水を蓄熱水として蓄熱器に蓄え、内燃機
関の始動時に冷却水に代えて蓄熱水を内燃機関に循環さ
せる蓄熱システムが提案されている（特開平１１−１８
２３０７号公報等）。この蓄熱システムによれば、内燃
機関の早期暖機が可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機関始動時
において蓄熱水が内燃機関に循環される場合には、冷却
水温度は比較的早く上昇するのに対し、例えばシリンダ
壁温として定義される内燃機関の実際の温度（以下、こ
れを機関温度と言う）は冷却水温度よりも温度上昇が遅
くなる。図７は、内燃機関の始動時における冷却水温度
と蓄熱水温度と機関温度との変化を示すタイムチャート
である。図７からも分かるように、内燃機関の始動開始
後には、冷却水温度と機関温度とで温度差が生じる。

【０００４】また一方で、既存の内燃機関用制御装置で
は、機関始動時の燃料噴射制御に際して冷却水温度をセ
ンサ等で検出し、その検出値に応じて燃料噴射量を増量
補正するようにしている。かかる場合、上述の如く冷却
水温度と機関温度とで温度差が生じると、内燃機関の実
際の暖機状態に即した増量補正を行うことができず、内
燃機関の始動性が悪化するという問題が生じる。つまり
通常は、始動時の機関温度と冷却水温度とが一致するも
のとして考え、冷却水温度から内燃機関の暖機度合を推
定するが、この時、冷却水温度が機関温度と相違すると
実際の暖機度合を誤って推定し、結果として、適正な増
量補正を行うことができなくなる。

【０００５】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、内燃機関の暖機
状態を適正に判定し、ひいては内燃機関の始動性を向上
させることができる内燃機関用制御装置を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、内燃機関を循環した冷却水が蓄熱水として蓄熱器に
蓄えられる。そして、機関始動時には蓄熱水が内燃機関
に循環され、早期暖機が図られる。また特に、内燃機関
の始動に際し、蓄熱水の循環前に冷却水温度の検出値と
蓄熱水温度の検出値とが取り込まれる（温度検出値取得
手段）。また、前記取り込んだ冷却水温度の検出値と蓄
熱水温度の検出値とを用いて蓄熱水の循環後における冷
却水温度の上昇度合又は蓄熱水温度の降下度合が求めら
れ、その温度上昇又は降下の度合に基づいて内燃機関の
暖機状態が判定される（暖機状態判定手段）。更に、前
記判定した内燃機関の暖機状態に基づいて内燃機関への
燃料噴射量が増量補正される（補正手段）。

【０００７】要するに、機関始動時において蓄熱水が循
環されると、その分冷却水温度が上昇すると共に蓄熱水
温度が降下する。この場合、蓄熱水の循環後における冷
却水温度の上昇度合又は蓄熱水温度の降下度合によれ
ば、蓄熱水の熱がどの程度内燃機関の暖機に使われたか
が推測でき、ひいては内燃機関の暖機状態が正しく判定
できる。またこのことから、燃料噴射量の増量補正が適
正に実施でき、ひいては内燃機関の始動性を向上させる
ことができる。

【０００８】なお本明細書において、内燃機関の暖機状
態とは、内燃機関のシリンダがどの程度暖まったかの程
度を示し、暖機状態を判定するとは、具体的にはシリン
ダ壁温としての機関温度を推定することに該当する。

【０００９】請求項２に記載の発明では、前記暖機状態
判定手段は、内燃機関の暖機状態として機関温度を推定
するものであり、蓄熱水の循環後における冷却水温度の
上昇度合又は蓄熱水温度の降下度合に応じて機関温度の
上昇幅を算出し、その上昇幅を蓄熱水循環前における冷
却水温度の検出値に加算して機関温度を推定する。つま
り、蓄熱水循環前には、冷却水温度と機関温度（内燃機
関の暖機状態）とがほぼ一致しており、その時の機関温
度は冷却水温度の検出値として知り得ることができる。
この場合、上記の如く蓄熱水循環後における機関温度の
上昇幅を算出することにより、機関温度が精度良く推定
できる。

【００１０】前記暖機状態判定手段は、以下の如く規定
するタイミングで暖機状態を判定する（機関温度を推定
する）のが望ましい。つまり、請求項３に記載の発明で
は、内燃機関に所定の初期回転が付与された時点で内燃
機関の暖機状態を判定する。また、請求項４に記載の発
明では、蓄熱水の循環開始から所定時間が経過した時点
で内燃機関の暖機状態を判定する。上記各発明によれ
ば、燃料噴射制御の開始当初より適正な燃料噴射量の増
量補正が実施できる。

【００１１】請求項５に記載の発明では、蓄熱水温度と
冷却水温度との差が許容範囲以上であることを条件に前
記暖機状態判定手段による暖機状態の判定を行い、前記
の温度差が許容範囲内であれば、その時の冷却水温度か
ら暖機状態を判定する。つまり、内燃機関の再始動時な
ど冷却水温度が高い状態であり、蓄熱水温度と冷却水温
度とがほぼ一致する場合、冷却水温度と機関温度（内燃
機関の暖機状態）とのずれは比較的少ない。そのため、
前記暖機状態判定手段による暖機判定は不要となり、そ
の時の冷却水温度をそのまま機関温度とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。図１は、蓄熱システ
ムを備えた内燃機関用制御装置に関する概略構成図であ
る。

【００１３】図１において、内燃機関１には冷却水通路
２ａ，２ｂを介してラジエータ３が接続されている。内
燃機関１内を循環する冷却水は冷却水通路２ａを通じて
ラジエータ３に給送され、該ラジエータ３にて冷却され
た後、冷却水通路２ｂを通じて内燃機関１に戻される。
また、冷却水通路２ａ，２ｂの途中には分岐通路４が設
けられ、その分岐通路４には、保温容器からなる蓄熱器
５と電動式のウォータポンプ６とが設けられている。蓄
熱器５では、内燃機関１の運転中に暖められた冷却水が
蓄熱水として蓄えられ、内燃機関１の停止時にはその蓄
熱水が保存される。

【００１４】冷却水通路２ａ，２ｂと分岐通路４との分
岐部には三方弁７ａ，７ｂが設けられており、この三方
弁７ａ，７ｂにより冷却水の流通経路が切り替えられ
る。三方弁７ａ，７ｂが切り替えられることにより、内
燃機関１から流出する冷却水がラジエータ３側か蓄熱器
５側かの何れかに流れる。また、ラジエータ３又は蓄熱
器５の何れかから流れ出す冷却水（蓄熱水）が内燃機関
１に供給される。なお、蓄熱器５には図示しないヒータ
が設けられており、内燃機関１の停止中であってもヒー
タの通電により蓄熱水が所定温度に保持されるようにな
っている。

【００１５】内燃機関１には、冷却水温度検出手段とし
ての冷却水温センサ１１が設けられ、その冷却水温セン
サ１１により内燃機関１を循環する冷却水の温度が検出
される。また、蓄熱水５には、蓄熱水温度検出手段とし
ての蓄熱水温センサ１２が設けられており、その蓄熱水
温センサ１２により蓄熱器５内の蓄熱水の温度が検出さ
れる。

【００１６】ＥＣＵ（電子制御ユニット）１０は、ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える周知のマイクロコンピュ
ータより成り、そのＥＣＵ１０には、前述した冷却水温
センサ１１、蓄熱水温センサ１２の他、外気温度を検出
するための外気温センサ１３などから各種センサ情報が
逐次取り込まれる。そして、ＥＣＵ１０はこれらセンサ
情報に基づいてウォータポンプ６や三方弁７ａ，７ｂの
駆動を制御する。

【００１７】上記構成の蓄熱システムでは、内燃機関１
の始動時において三方弁７ａ，７ｂが蓄熱器５側に切り
替えられると共にウォータポンプ６が駆動される。これ
により、内燃機関１に蓄熱水が循環され、早期暖機が図
られる。この場合、図７で説明した通り冷却水温度と機
関温度とで温度差が生じると、それが原因で始動時の燃
料噴射制御において所望の暖機増量補正が実施できなく
なる。そこで本実施の形態では、冷却水温度と機関温度
とで温度差が生じても内燃機関１の暖機状態を正確に把
握し、適正な暖機増量補正が可能となる具体的手法を以
下に開示する。

【００１８】次に、内燃機関１の始動時における燃料噴
射制御の概要を図２〜図４のフローチャートを参照して
説明する。図２及び図３は、機関始動時における噴射増
量係数Ｋの算出手順を示すフローチャートであり、この
処理はＥＣＵ１０への電源投入後において所定時間（例
えば１６ｍｓ）毎に該ＥＣＵ１０により実施される。

【００１９】さて図２において、先ずステップ１０１で
は、今現在蓄熱水の循環中であるか否かを判別する。そ
して、蓄熱水の循環中でなければそれを条件にステップ
１０２に進み、内燃機関１の回転数が０であり、更に今
回の処理が電源投入後初回であるか否かを判別する。ス
テップ１０２がＹＥＳであればステップ１０３〜１０６
を実施する。

【００２０】つまり、ステップ１０３では、冷却水温セ
ンサ１１により検出したその時の冷却水温度ＴＡ１と、
蓄熱水温センサ１２により検出したその時の蓄熱水温度
ＴＢ１とを読み込む。また、ステップ１０４では、冷却
水温度ＴＡ１と蓄熱水温度ＴＢ１とがほぼ一致し、それ
らの温度差が誤差範囲以内（例えば５℃以内）であるか
否かを判別する。そして、ステップ１０４がＮＯであれ
ばステップ１０５に進み、蓄熱器５の蓄熱水が内燃機関
１に循環されるよう三方弁７ａ，７ｂを切り替える。更
にその後、ステップ１０６では、ウォータポンプ６をＯ
Ｎする。上記ステップ１０３〜１０６によれば、内燃機
関１の始動当初において、蓄熱水の循環前に冷却水温度
ＴＡ１と蓄熱水温度ＴＢ１が読み込まれ、その後に蓄熱
水の循環が開始されるようになる。

【００２１】また、上記の如く蓄熱水の循環が開始され
た後には、ステップ１０１がＹＥＳとなる。従って、ス
テップ１０７に進み、蓄熱水の循環開始後、所定時間が
経過したか否かを判別し、所定時間が経過した時点でウ
ォータポンプ６をＯＦＦすると共に、三方弁７ａ，７ｂ
をラジエータ３側に切り替える（ステップ１０８，１０
９）。

【００２２】その後、図３のステップ１１０では、内燃
機関１の始動開始後（実際にはスタータによるクランキ
ング開始後）において機関回転数が所定回転数（本実施
の形態では４００ｒｐｍ）に達したか否かを判別する。
そして、機関回転数が４００ｒｐｍ以下であることを条
件に後続のステップ１１１に進む。ステップ１１１で
は、その時の蓄熱水温度と冷却水温度とがほぼ一致し、
蓄熱水温度と冷却水温度との差が誤差範囲以内（例えば
５℃以内）であるか否かを判別する。このとき、蓄熱水
温度と冷却水温度とがほぼ一致していればステップ１１
２に進み、その時の冷却水温度を始動時の機関温度とす
る。つまり、内燃機関１の再始動時など冷却水温度が高
い状態であり、蓄熱水温度と冷却水温度とがほぼ一致す
る場合、冷却水温度と機関温度とのずれは比較的少な
い。そのため、後述する機関温度推定の処理（ステップ
１１４）を実施しない。

【００２３】また、蓄熱水温度と冷却水温度との差が誤
差範囲以上であればステップ１１３に進み、蓄熱水温セ
ンサ１２により検出したその時の蓄熱水温度ＴＢ２を読
み込む。続くステップ１１４では、蓄熱水による温度上
昇分を見込み、それにより機関温度を推定する。すなわ
ち、内燃機関１の始動開始後に蓄熱水の熱量が内燃機関
１の暖機のためにどれだけ投入されたかは、ステップ１
０３，１１３で各々読み込んだ蓄熱水温度の差（温度降
下分ＴＢ１−ＴＢ２）に反映される。それ故、例えば図
５の関係を用い、蓄熱水温度の降下分ＴＢ１−ＴＢ２を
パラメータとして機関温度の上昇幅ΔＴＡを算出する。
そして、初回時に読み込んだ冷却水温度ＴＡ１にΔＴＡ
を加算し、その和を機関温度とする。

【００２４】なお、機関温度の上昇幅ΔＴＡは概ね前記
図５の関係に従えば良いが、より厳密には、外気温度、
冷却水通路の容積、蓄熱器容積、冷却水通路やシリンダ
の熱伝達率等を考慮すると良い。但し、外気温度以外は
数値固定の要因であるため、前記図５の関係に予め盛り
込んでおけば良い。また、蓄熱水循環後の経過時時間を
パラメータとして追加しても良い。

【００２５】その後、ステップ１１５では、前記ステッ
プ１１２，１１４の何れかで算出した機関温度を用い、
テーブル補間により噴射増量係数Ｋを算出する。このと
き、機関温度が低いほど、噴射増量係数Ｋが大きな値と
して算出される。

【００２６】一方、機関回転数が４００ｒｐｍに達する
と、ステップ１１０がＮＯになりステップ１１６に進
み、機関回転数が４００ｒｐｍに達してから所定時間が
経過したか否かを判別する。所定時間経過前であればス
テップ１１７に進み、前回の噴射増量係数Ｋに所定の減
衰率を掛け合わせて新たに噴射増量係数Ｋを算出する。
所定時間経過後であればステップ１１８に進み、噴射増
量係数Ｋを固定値（１．０）とする。

【００２７】因みに図２及び図３の処理において、内燃
機関１の停止期間が短い再始動時など、ＥＣＵ１０への
電源投入直後における冷却水温度が比較的高い場合には
三方弁７ａ，７ｂを蓄熱器５側に切り替える必要はな
い。そのため、始動直後には冷却水温度等に応じて三方
弁７ａ，７ｂの切り替えの要否を判断する。そして、三
方弁７ａ，７ｂが蓄熱器５側に切り替えられて蓄熱水が
循環されていることを条件に、機関温度の推定（図３の
ステップ１１４）を実施する。

【００２８】図４は、燃料噴射量の算出手順を示すフロ
ーチャートであり、各気筒の燃料噴射毎に図４が起動さ
れると、ＥＣＵ１０は、前記図２及び図３で算出した噴
射増量係数Ｋを用いて燃料噴射量を算出する（ステップ
２０１）。これにより、内燃機関１の実際の暖機状態に
即した燃料噴射増量が実施できる。

【００２９】なお本実施の形態では、図２のステップ１
０３が特許請求の範囲に記載の「温度検出値取得手段」
に、図３のステップ１１３，１１４が同「暖機状態判定
手段」に、図３のステップ１１５及び図４の処理が同
「補正手段」にそれぞれ相当する。

【００３０】図６は、内燃機関１の始動時における制御
の様子を示すタイムチャートである。なお図６では、ｔ
１のタイミングで図示しないイグニッションスイッチが
操作され、それに伴いスタータによる内燃機関始動が開
始される。

【００３１】図６において、ｔ１のタイミングでは、イ
グニッションスイッチがＯＮに操作され、それ以降ＥＣ
Ｕ１０に電源が投入される。そしてその直後のｔ２のタ
イミングでは、冷却水温度ＴＡ１及び蓄熱水温度ＴＢ１
が読み込まれる。更にそれに引き続き、三方弁７ａ，７
ｂが蓄熱器５側に切り替えられると共にウォータポンプ
６がＯＮされ、蓄熱器５内の蓄熱水が内燃機関１に循環
されるようになる。蓄熱水の循環開始以降、蓄熱水温度
が徐々に降下すると共に、冷却水温度が徐々に上昇す
る。

【００３２】その後、後続のｔ３のタイミングでは、ス
タータによるクランキングに伴い機関回転数が４００ｒ
ｐｍに達し、その時点で蓄熱水温度ＴＢ２が読み込まれ
る。そして、蓄熱水温度の降下分ＴＢ１−ＴＢ２に応じ
て機関温度の上昇幅ΔＴＡが算出され、更に機関温度が
推定される（機関温度ＴＸ＝ＴＡ１＋ΔＴＡ）。要する
に、蓄熱水循環前の前記ｔ２のタイミングでは、冷却水
温度と機関温度とがほぼ一致しており、その時の機関温
度は冷却水温度の検出値（図のＴＡ１）として知り得る
ことができる。この場合、「ＴＡ１＋ΔＴＡ」により機
関温度が精度良く推定できる。

【００３３】また、前記ｔ３のタイミングでは、その時
の機関温度に応じて噴射増量係数Ｋが算出され、その噴
射増量係数Ｋに応じて燃料噴射量が増量補正される。ｔ
３のタイミング以降、噴射増量係数Ｋは徐々に減衰さ
れ、増量補正の程度も徐々に減じられる。

【００３４】以上詳述した本実施の形態によれば、蓄熱
水温度の降下度合（図６のＴＢ１−ＴＢ２）に基づいて
機関温度を推定し、その機関温度により機関始動時にお
ける燃料噴射量の増量補正を実施するようにしたので、
当該増量補正が適正に実施できる。その結果、内燃機関
１の始動性を向上させることができる。

【００３５】機関回転数が４００ｒｐｍに達し所定の初
期回転が付与された時点又はその直前で機関温度を推定
するので、燃料噴射制御の開始当初より適正な燃料噴射
量の増量補正が実施できる。

【００３６】なお本発明は、上記以外に次の形態にて具
体化できる。上記実施の形態では、内燃機関の始動に際
し、蓄熱水の循環後における蓄熱水温度の降下度合（図
６のＴＢ１−ＴＢ２）に基づいて機関温度を推定した
が、これを変更し、蓄熱水の循環後における冷却水温度
の上昇度合に基づいて機関温度を推定しても良い。実際
には、図６のｔ２，ｔ３の各タイミングで取り込んだ冷
却水温度の差から冷却水温度の上昇度合を算出する。こ
の場合にも上記実施の形態と同様に、蓄熱水の熱がどの
程度内燃機関の暖機に使われたかが推測でき、ひいては
内燃機関の暖機状態が正しく判定できる。

【００３７】上記実施の形態では、機関回転数が４００
ｒｐｍに達した時点で機関温度を推定したが、これに代
えて、蓄熱水の循環開始から所定時間が経過した時点で
機関温度を推定しても良い。

【００３８】上記実施の形態では、機関回転数が４００
ｒｐｍに達するまでは機関温度により噴射増量係数Ｋを
算出し、それ以降は噴射増量係数Ｋを所定の比率で減衰
させたが、この構成を変更する。例えば、機関回転数が
４００ｒｐｍに達した後も同様に機関温度を推定し、そ
の都度の機関温度に応じて噴射増量係数Ｋを算出するよ
う構成しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱システムを備えた内燃機関用制御装置に関
する概略構成図。

【図２】噴射増量係数の算出手順を示すフローチャー
ト。

【図３】図２に引き続き、噴射増量係数の算出手順を示
すフローチャート。

【図４】燃料噴射量の算出手順を示すフローチャート。

【図５】機関温度の上昇幅ΔＴＡを算出するための関係
図。

【図６】機関始動時の制御の様子を示すタイムチャー
ト。

【図７】内燃機関の始動時における冷却水温度と蓄熱水
温度と機関温度との変化を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関、５…蓄熱器、１０…ＥＣＵ、１１…冷却
水温センサ、１２…蓄熱水温センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA13 CA01 CA02 DA04 DA25 EA04 EA07 EA11 FA20 FA33 FA36 3G301 JA08 KA01 KA05 LC01 MA11 NA08 NB02 NC06 NE01 NE08 NE17 NE19 NE23 PA10Z PE01Z PE08Z PF16Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関を循環した冷却水を蓄熱水として
   蓄熱器に蓄え、その蓄熱水を機関始動時に内燃機関に循
   環させるための蓄熱システムを備える内燃機関用制御装
   置において、 内燃機関を循環する冷却水の温度を検出するための冷却
   水温度検出手段と、 蓄熱器に蓄えられる蓄熱水の温度を検出するための蓄熱
   水温度検出手段と、 内燃機関の始動に際し、蓄熱水の循環前に冷却水温度の
   検出値と蓄熱水温度の検出値とを取り込む温度検出値取
   得手段と、 前記取り込んだ冷却水温度の検出値と蓄熱水温度の検出
   値とを用いて蓄熱水の循環後における冷却水温度の上昇
   度合又は蓄熱水温度の降下度合を求め、その温度上昇又
   は降下の度合に基づいて内燃機関の暖機状態を判定する
   暖機状態判定手段と、 前記判定した内燃機関の暖機状態に基づいて内燃機関へ
   の燃料噴射量を増量補正する補正手段と、を備えること
   を特徴とする内燃機関用制御装置。
2. 【請求項２】前記暖機状態判定手段は、内燃機関の暖機
   状態として機関温度を推定するものであり、蓄熱水の循
   環後における冷却水温度の上昇度合又は蓄熱水温度の降
   下度合に応じて機関温度の上昇幅を算出し、その上昇幅
   を蓄熱水循環前における冷却水温度の検出値に加算して
   機関温度を推定する請求項１に記載の内燃機関用制御装
   置。
3. 【請求項３】内燃機関に所定の初期回転が付与された時
   点で、前記暖機状態判定手段が内燃機関の暖機状態を判
   定する請求項１又は２に記載の内燃機関用制御装置。
4. 【請求項４】蓄熱水の循環開始から所定時間が経過した
   時点で、前記暖機状態判定手段が内燃機関の暖機状態を
   判定する請求項１又は２に記載の内燃機関用制御装置。
5. 【請求項５】蓄熱水温度と冷却水温度との差が許容範囲
   以上であることを条件に前記暖機状態判定手段による暖
   機状態の判定を行い、前記の温度差が許容範囲内であれ
   ば、その時の冷却水温度から暖機状態を判定する請求項
   １〜４の何れかに記載の内燃機関用制御装置。