JP2014020344A

JP2014020344A - 可変流量型ポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2014020344A
Application number: JP2012162806A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Yamamoto; 和成山本; Kenji Fujii; 謙治藤井; Nobumasa Ohashi; 伸匡大橋; Yoshinori Yoshimura; 美紀吉村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: JP5994450B2

Abstract

【課題】可変流量型ポンプの制御装置に関し、冷却水温センサの応答遅れや故障の影響を受けることなく冷却水吐出量を最適に制御する。
【解決手段】冷却水吐出量を調整可能な可変流量型ポンプ１４の制御装置であって、冷却水温度を検出する冷却水温センサ２２と、吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３５と、冷却水温センサ２２の検出値に基づいて、可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量を増減させる冷却水吐出量制御部５１と、冷却水吐出量が減少された際に、冷却水温センサ２２の検出値が上昇しない場合は故障と判定する冷却水温センサ故障判定部５３と、冷却水吐出量が減少され、且つ冷却水温センサ２２が故障と判定された際に、酸素濃度センサ３５の検出値が目標酸素濃度よりも高い場合は、可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量を増加させるフィードバック制御部５４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変流量型ポンプの制御装置に関し、特に、排気の一部を吸気系に再循環する排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）を備えるエンジンの冷却水回路に設けられた可変流量型ポンプの制御装置に関する。

従来、エンジンの冷却水回路を流れる冷却水の吐出量をエンジンの運転状態に応じて調整可能な可変流量型ポンプが知られている。例えば、特許文献１には、冷却水温センサの検出値が所定値以上になると、冷却水吐出量を増加させる可変流量型ポンプの制御装置が開示されている。

特開平８−８６２８４号公報

ところで、従来例の可変流量型ポンプの制御装置では、冷却水温センサの検出値に基づいて可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増減させているため、冷却水温センサに故障や応答遅れが生じた場合にその吐出量を最適に制御できなくなる虞がある。

特に、再循環排気（以下、ＥＧＲガスという）と冷却水との熱交換を行うＥＧＲクーラは高温の排気にさらされるため、エンジン構成部品の中でも単位時間当たりにおける冷却水温の上昇幅が大きい。そのため、冷却水温センサの故障等により可変流量型ポンプが適切に制御されず、冷却水吐出量を減少させた状態が長時間継続すると、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下してＥＧＲクーラ内の冷却水温を大幅に上昇させる。その結果、キャビテーション現象等により冷却水流路が破損して、排気ガス通路内に冷却水が漏出することで、エンジンの破損を招く可能性もある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、冷却水温センサの応答遅れや故障の影響を受けることなく、可変流量型ポンプの冷却水吐出量をエンジンの運転状態に応じて最適に制御することにある。

上記目的を達成するため、本発明の可変流量型ポンプの制御装置は、排気の一部を吸気系に再循環する排気再循環装置を備えるエンジンの冷却水回路に設けられ、該冷却水回路を流れる冷却水の吐出量を調整可能な可変流量型ポンプの制御装置であって、前記冷却水の温度を検出する冷却水温センサと、前記エンジンに供給される吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、前記冷却水温センサの検出値を含む前記エンジンの運転状態に基づいて、前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増減させる第１の吐出量制御部と、冷却水吐出量が減少された際に、前記冷却水温センサの検出値が上昇しない場合は、該冷却水温センサを故障と判定する故障判定部と、冷却水吐出量が減少され、且つ前記冷却水温センサが故障と判定された際に、前記酸素濃度センサの検出値が前記エンジンの運転状態に応じて予め定めた目標酸素濃度よりも高い場合は、前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増加させる第２の吐出量制御部とを備えることを特徴とする。

また、前記第２の吐出量制御部は、前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増加させる際に、前記酸素濃度センサの検出値が前記目標酸素濃度となるように前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量をフィードバック制御してもよい。

また、前記排気再循環装置は、流通させる冷却水と吸気との熱交換を行う熱交換機を含み、前記冷却水温センサは、該熱交換機に流入する冷却水の温度を検出するものであってもよい。

本発明の可変流量型ポンプの制御装置によれば、冷却水温センサの応答遅れや故障の影響を受けることなく、可変流量型ポンプの冷却水吐出量をエンジンの運転状態に応じて最適に制御することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却水回路を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る電子制御ユニット（ＥＣＵ）を示す機能構成図である。本発明の一実施形態に係る可変流量型ポンプの制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る可変流量型ポンプの制御装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

まず、図１に基づいて、本実施形態の可変流量型ポンプの制御装置が適用されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の冷却水回路から説明する。

本実施形態の冷却水回路は、シリンダブロック１１内の下部に形成されたオイルクーラ１２と、シリンダブロック１１内の上部に形成されたウォータジャケット１３と、オイルクーラ１２の冷却水入口側に設けられた可変流量型ポンプ１４と、冷却水と外気との熱交換を行うラジエータ１５と、ウォータジャケット１３とラジエータ１５とを連結するラジエータ上流側流路１６と、ラジエータ１５と可変流量型ポンプ１４とを連結するラジエータ下流側流路１７と、オイルクーラ１２と詳細を後述するＥＧＲクーラ４３とを連結するＥＧＲ上流側流路１８と、ＥＧＲクーラ４３と可変流量型ポンプ１４とを連結するＥＧＲ下流側流路１９と、冷却水を貯留する冷却水タンク２３とを備えている。

ラジエータ上流側流路１６とＥＧＲ下流側流路１９との分岐部２０には、公知のサーモスタット２１が設けられている。このサーモスタット２１は、暖機完了時など冷却水温が所定温度（例えば７０℃）よりも高くなると開弁して、冷却水をラジエータ上流側流路１６に流通させる。

可変流量型ポンプ１４は、公知の構造であって、エンジン１０の図示しないクランクシャフトと機械的に接続されている。この可変流量型ポンプ１４による冷却水吐出量は、詳細を後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０から入力される指示信号に応じて調整可能に構成されている。

冷却水温センサ２２は、例えば公知の熱電対であって、ＥＧＲクーラ４３に流入する冷却水の温度を検出する。このため、冷却水温センサ２２は、ＥＧＲクーラ４３の冷却水入口側近傍に位置するＥＧＲ上流側流路１８の下流端に設けられている。この冷却水温センサ２２の検出値（以下、冷却水温Ｔ_C）は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。

次に、図２に基づいて、本実施形態に係るエンジン１０の吸排気系の構成を説明する。

エンジン１０の吸気マニホールド１０ａには吸気通路３０が接続され、排気マニホールド１０ｂには排気通路３１が接続されている。吸気通路３０には上流側から順に、過給機３２のコンプレッサ３２ａと、インタークーラ３３とが設けられ、排気通路３１には過給機３２のタービン３２ｂが設けられている。また、コンプレッサ３２ａよりも上流側の吸気通路３０には吸気流量センサ３４が設けられ、コンプレッサ３２ａよりも下流側の吸気通路３０には酸素濃度センサ３５が設けられている。これら吸気流量センサ３４の検出値（以下、吸気流量Ｉ_F）及び、酸素濃度センサ３５の検出値（以下、酸素濃度Ｏ₂）は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。

ＥＧＲ装置４０は、タービン３２ｂよりも排気上流側の排気通路３１とコンプレッサ３２ａよりも吸気下流側の吸気通路３０とを連通するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ４２と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（熱交換機）４３とを備えている。このＥＧＲ装置４０によるＥＧＲガスの流量は、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じてＥＧＲバルブ４２の開度が制御されることで調整される。

エンジン回転センサ３６は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトの回転数を検出するもので、検出値（以下、エンジン回転数Ｎ）は電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。アクセルポジションセンサ３７は、ドライバによる図示しないアクセルペダルの操作量を検出するもので、検出された操作量は電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。

次に、図３に基づいて、本実施形態のＥＣＵ５０について説明する。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０の燃料噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ５０には、エンジン回転センサ３６、アクセルポジションセンサ３７、冷却水温センサ２２、吸気流量センサ３４、酸素濃度センサ３５等の各種センサ類の出力信号が入力される。

また、ＥＣＵ５０は、冷却水吐出量制御部（第１の吐出量制御部）５１と、ＥＧＲ制御部５２と、冷却水温センサ故障判定部５３と、フィードバック制御部（第２の吐出量制御部）５４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

冷却水吐出量制御部５１は、エンジン回転数Ｎ、アクセルペダルの操作量から換算した燃料噴射量Ｑ、冷却水温Ｔ_C、吸気流量Ｉ_F等の各種センサからの入力値に基づいて可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量を制御する。例えば、冷却水吐出量制御部５１は、高負荷運転により冷却水温Ｔ_Cが上限温度Ｔ_L（例えば７０℃）まで上昇すると、冷却水温Ｔ_Cがこの上限温度Ｔ_Lよりも低くなるまで、可変流量型ポンプ１４に冷却水吐出量を増加させる指示信号を出力する。また、冷却水吐出量制御部５１は、低負荷運転により冷却水温Ｔ_Cが上限温度Ｔ_Lよりも低いときは、エンジン１０のフリクションを低減すべく、可変流量型ポンプ１４に冷却水吐出量を減少させる指示信号を出力する。

ＥＧＲ制御部５２は、エンジン１０の運転状態に応じて、ＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。より詳しくは、ＥＣＵ５０には、エンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとをパラメータとするエンジン１０への目標吸気流量Ｉ_FTを定めた吸気流量マップ（不図示）が記憶されている。ＥＧＲ制御部５２は、吸気流量マップからその時のエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとに対応する目標吸気流量Ｉ_FTを読み取ると共に、吸気流量センサ３４から入力される吸気流量Ｉ_F（新気＋ＥＧＲガス）が目標吸気流量Ｉ_FTとなるようにＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。

冷却水温センサ故障判定部５３は、冷却水温センサ２２の検出値に基づいて冷却水温センサ２２の故障を判定する。なお、ここでいう故障には、冷却水温センサ２２が温度を正確に検出できない場合のみならず、断線等によりセンサ値がＥＣＵ５０に入力されない場合も含まれる。可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量が減少すると冷却水温度は上昇するため、冷却水温センサ２２が正常な場合はその検出値も追従して上昇する。冷却水温センサ故障判定部５３は、可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量が減少した際に、冷却水温センサ２２から入力される冷却水温Ｔ_Cが上昇しない場合は故障と判定する。

酸素濃度フィードバック制御部５４は、冷却水温センサ２２が故障と判定された場合に、酸素濃度センサ３５から入力される酸素濃度Ｏ₂に基づいて可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量をフィードバック制御する。より詳しくは、ＥＣＵ５０には、エンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとをパラメータとするエンジン１０への目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tを定めた酸素濃度マップ（不図示）が記憶されている。酸素濃度フィードバック制御部５４は、冷却水温センサ２２が故障した場合に、酸素濃度マップからその時のエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとに対応する目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tを読み取る。そして、酸素濃度センサ３４から入力される酸素濃度Ｏ₂が目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tよりも低い場合（Ｏ₂＜Ｏ_2T）、酸素濃度フィードバック制御部５４は、酸素濃度センサ３５の検出値が目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tとなるように可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量をフィードバック制御する。

なお、本実施形態において、冷却水温センサ２２の故障時に酸素濃度センサ３５を用いる目的は以下の理由による。可変流量型ポンプ１４の吐出量を減少させると、特に高温の排気にさらされるＥＧＲクーラ４３では冷却水温が大幅に上昇する。そして、ＥＧＲクーラ４３の冷却効率が低下して、新気と高温状態のＥＧＲガスとが合流することで、ＥＧＲガスの密度は小さくなる。そのため、必要な吸気量を確保するために、ＥＧＲバルブ４２の開度は小さく制御され、結果としてＥＧＲガス流量の減少により吸気中の酸素濃度が上昇することになる。すなわち、冷却水の吐出量減少時は、冷却水温の上昇と吸気酸素濃度の上昇との間に相関関係があり、冷却水温センサ２２の故障時は酸素濃度センサ３５を代用するこが可能と考えられるためである。

次に、図４に基づいて、本実施形態の可変流量型ポンプの制御装置による制御フローを説明する。なお、本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、冷却水吐出量制御部５１により、可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量が減少されたか否かが確認される。可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量が減少されている場合はＳ１１０に進む。一方、可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量が減少されていない場合（増加、又は一定の場合）はリターンされる。

Ｓ１１０では、冷却水温センサ故障判定部５３により冷却水温センサ２２の故障の有無が判定される。冷却水温センサ２２から入力される冷却水温Ｔ_Cが上昇しない場合は故障と判定されてＳ１２０に進む一方、冷却水温センサ２２から入力される冷却水温Ｔ_Cが上昇している場合は正常と判定されてＳ１４０に進む。

Ｓ１２０では、酸素濃度マップからその時のエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとに対応する目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tが読み取れると共に、酸素濃度センサ３５から入力される酸素濃度Ｏ₂と目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tとが比較される。酸素濃度Ｏ₂が目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tよりも低い場合（Ｏ₂＜Ｏ_2T）は、Ｓ１３０に進む一方、酸素濃度Ｏ₂が目標吸気酸素濃度Ｏ_2T以上の場合（Ｏ₂≧Ｏ_2T）はリターンされる。

Ｓ１３０では、酸素濃度フィードバック制御部５４により、酸素濃度センサ３５から入力される酸素濃度Ｏ₂が目標吸気酸素濃度Ｏ_2Tとなるように可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量を増加させるフィードバック制御が行われて本制御はリターンされる。

一方、前述のＳ１１０からＳ１４０に進んだ場合は、冷却水温センサ２２から入力される冷却水温Ｔ_Cが上限温度Ｔ_Lを超えているか否かが確認される。冷却水温Ｔ_Cが上限温度Ｔ_Lを超えていない場合（Ｔ_C≦Ｔ_L）はリターンされる。一方、冷却水温Ｔ_Cが上限温度Ｔ_Lを超えている場合（Ｔ_C＞Ｔ_L）は、Ｓ１５０で、冷却水温Ｔ_Cが上限温度Ｔ_Lよりも低くなるまで可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量が増加されてリターンされる。その後、上述の制御フローは、エンジン１０の停止（イグニッションスイッチのキースイッチＯＦＦ）まで繰り返し実行される。

次に、本実施形態に係る可変流量型ポンプの制御装置による作用効果を説明する。

従来の可変流量型ポンプの制御装置では、冷却水温センサの検出値に基づいて、センサ値が所定値以上になると可変流量型ポンプの吐出量を増加させている。そのため、冷却水温センサが故障した場合には、可変流量型ポンプの吐出量を最適に制御できなくなる虞がある。

特に、ＥＧＲクーラは高温の排気にさらされるため、冷却水温センサの故障等により冷却水吐出量を減少させた状態が長時間継続すると、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下して、ＥＧＲクーラ内の冷却水温を上昇させる。その結果、キャビテーション現象等により冷却水流路が破損して、排気ガス通路内に冷却水が漏出することで、エンジンの破損を招く可能性もある。

また、ＥＧＲクーラの冷却効率低下によりＥＧＲガスの温度が上昇すると、新気は高温のＥＧＲガスと接して密度が小さくなるため、必要な吸気量を確保するためにＥＧＲバルブの開度は小さく制御される。その結果、ＥＧＲガス密度が小さくなることと相まってＥＧＲガス流量は減少し、吸気（新気＋ＥＧＲガス）中の酸素濃度上昇により、排ガス性能の悪化を招く可能性もある。

これに対して、本実施形態の可変流量型ポンプの制御装置では、冷却水温センサ２２が故障した場合は、酸素濃度センサ３５の検出値に基づいて可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量をエンジン１０の運転状態に応じて制御している。

したがって、本実施形態の可変流量型ポンプの制御装置によれば、冷却水温センサ２２が故障した場合においても、可変流量型ポンプ１４の冷却水吐出量を安全に制御することが可能になり、ＥＧＲクーラ４３やエンジン１０の破損を防止することができると共に、排ガス悪化を効果的に抑制することもできる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、冷却水温センサ２２は、ＥＧＲクーラ４３に流入する冷却水温度を検出するものとして説明したが、ラジエータ１５に流入する冷却水温度を検出するもの等、エンジン１０の他の部位に設けられる冷却水温センサ（不図示）に適用することも可能である。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、ＥＧＲ装置４０のＥＧＲ通路４１は、タービン３２ｂよりも排気下流側の排気通路３１とコンプレッサ３２ａよりも吸気上流側の吸気通路３０とを連通するものであってもよい。

１０エンジン
１４可変流量型ポンプ
２２冷却水温センサ
３５酸素濃度センサ
４０ＥＧＲ装置（排気再循環装置）
４３ＥＧＲクーラ（熱交換機）
５０ＥＣＵ
５１冷却水吐出量制御部（第１の吐出量制御部）
５３冷却水温センサ故障判定部（故障判定部）
５４フィードバック制御部（第２の吐出量制御部）

Claims

排気の一部を吸気系に再循環する排気再循環装置を備えるエンジンの冷却水回路に設けられ、該冷却水回路を流れる冷却水の吐出量を調整可能な可変流量型ポンプの制御装置であって、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温センサと、
前記エンジンに供給される吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
前記冷却水温センサの検出値を含む前記エンジンの運転状態に基づいて、前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増減させる第１の吐出量制御部と、
冷却水吐出量が減少された際に、前記冷却水温センサの検出値が上昇しない場合は、該冷却水温センサを故障と判定する故障判定部と、
冷却水吐出量が減少され、且つ前記冷却水温センサが故障と判定された際に、前記酸素濃度センサの検出値が前記エンジンの運転状態に応じて予め定めた目標酸素濃度よりも高い場合は、前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増加させる第２の吐出量制御部とを、備えることを特徴とする可変流量型ポンプの制御装置。
前記第２の吐出量制御部は、前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量を増加させる際に、前記酸素濃度センサの検出値が前記目標酸素濃度となるように前記可変流量型ポンプの冷却水吐出量をフィードバック制御する請求項１に記載の可変流量型ポンプの制御装置。
前記排気再循環装置は、流通させる冷却水と吸気との熱交換を行う熱交換機を含み、前記冷却水温センサは、該熱交換機に流入する冷却水の温度を検出する請求項１又は２に記載の可変流量型ポンプの制御装置。