JP2014169661A

JP2014169661A - 流量制御装置、流量制御方法

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Publication number: JP2014169661A
Application number: JP2013041578A
Authority: JP
Inventors: Soichi Yokoyama; 宗一横山
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: JP6154159B2

Abstract

【課題】エンジンの状態が変動する状況におけるエンジン温度の制御性を向上させることができる流量制御装置及び流量制御方法を提供する。
【解決手段】内燃機関を冷却する冷却水の流量を制御する流量制御装置であって、測定された内燃機関の温度である測定温度と、目標とする内燃機関の温度である目標温度との制御偏差に基づくフィードバック制御により、フィードバック流量を算出するフィードバック流量算出部と、内燃機関の回転数である内燃機関回転数と、内燃機関のマニホールド圧力と、冷却水を冷却するラジエータの温度であるラジエータ温度とに基づいて、フィードフォワード流量を算出するフィードフォワード流量算出部と、フィードフォワード流量に基づいてフィードバック流量を補正することにより、目標とする流量である目標流量を算出する目標流量算出部とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、温度制御に係る流体の流量を制御する流量制御装置、流量制御方法に関する。

従来、エンジンなどの内燃機関の温度を制御することを目的として、エンジンを冷却する冷却水の流量を制御する技術が知られている。冷却水は、冷却水を冷却するラジエータを経由するメイン経路、またはラジエータを経由しないバイパス経路を経由し、エンジン近傍を通って循環し、メイン経路を経由した場合に冷却され、結果としてエンジンの温度を低下させる。また、メイン経路またはバイパス経路への冷却水の流量がバルブによって調節されることにより、エンジン温度が制御される。また、このようなエンジンの冷却システムにおいて、メイン経路またはバイパス経路に流入させるべき冷却水の流量は、目標とするエンジンの温度と測定されたエンジンの温度との差に基づいて目標流量として決定される。また、この目標流量に基づいて、冷却水の流量を調節するバルブが制御される。

このようなエンジンの冷却システムにおいては、流量の不足または超過を原因として、あらゆる状況においてエンジン温度制御の制御性が低下するという問題がある。このような問題に対して、暖気運転終了後にエンジンの温度が低下することを防止することを目的として、冷却水の流量の制御方法が異なる複数のモード間を移行する際、ステッピングモータによりバルブを駆動する冷却水の流量制御において、エンジンの回転数と吸気圧に基づいてバルブ動作速度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−７４４６１号公報

しかしながら、上述した技術は、異なるモードに移行する際にステッピングモータの回転速度を低速度にし、エンジン温度が低下するのを防いでいるに過ぎず、ドライバーの運転状況などを要因として常に変動するエンジンの負荷には対応できない。したがって、オーバーシュートまたはアンダーシュートを生じてしまい、エンジンの状態が変動する状況において制御性が悪くなるという問題がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、エンジンの状態が変動する状況におけるエンジン温度の制御性を向上させることができる流量制御装置、流量制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、内燃機関を冷却する冷却水の流量を制御する流量制御装置であって、測定された前記内燃機関の温度である測定温度と、目標とする前記内燃機関の温度である目標温度との制御偏差に基づくフィードバック制御により、フィードバック流量を算出するフィードバック流量算出部と、前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数と、前記内燃機関のマニホールド圧力と、前記冷却水を冷却するラジエータの温度であるラジエータ温度とに基づいて、フィードフォワード流量を算出するフィードフォワード流量算出部と、前記フィードフォワード流量に基づいて前記フィードバック流量を補正することにより、目標とする流量である目標流量を算出する目標流量算出部とを備える。

本発明によれば、流体の流量を調整するバルブの制御において、エンジンの状態が変動する状況におけるエンジン温度の制御性を向上させることができる。

本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す図である。ＥＣＵのハードウェア構成を示す図である。バルブ制御装置の機能構成を示す図である。フィードフォワード流量算出部の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、本実施の形態に係るエンジン冷却システムについて説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るエンジン冷却システム１は、エンジン１１、ウォータージャケット１２、ウォーターポンプ１３、冷却水バルブ２１、モータ２２、ポジションセンサ２３、第１水温センサ２４、第２水温センサ２５、ＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３１、ラジエータ４１、ヒータ４２、スロットル４３、メイン流路パイプ９１、サブ流路パイプ９２、バイパス流路パイプ９３を備える。

エンジン冷却システム１は、メイン流路パイプ９１、サブ流路パイプ９２、またはバイパス流路パイプ９３を介して冷却水を循環させ、ウォータージャケット１２によりエンジン１１の温度を制御する。

エンジン１１は、自動車等の車両の内燃機関である。ウォータージャケット１２は、エンジン１１近傍に備えられ、その内部の冷却水によりエンジン１１を冷却するものである。メイン流路パイプ９１は、ラジエータ４１に冷却水を流入させるものである。サブ流路パイプ９２は、ヒータ４２及びスロットル４３に冷却水を流入させるものである。バイパス流路パイプ９３は、ウォータージャケット１２から流出した冷却水をウォーターポンプ１３に流入させるものである。なお、ラジエータ４１、ヒータ４２及びスロットル４３に流入した冷却水はウォーターポンプ１３に流入する。ウォーターポンプ１３は、ウォータージャケット１２に冷却水を流入させるものである。ラジエータ４１は、冷却水を冷却するものである。ヒータ４２は、車室内を暖めるものである。スロットル４３は、エンジン１１への吸気の流入量を制御するものである。

冷却水バルブ２１は、ロータリ式のバルブであり、外周面の一部に開口部が設けられ、その開度によってメイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２へ冷却水を流入させるものである。モータ２２は、冷却水バルブ２１を駆動するアクチュエータとしての直流モータである。ポジションセンサ２３は、冷却水バルブ２１の周方向の位置を検出することにより、メイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２に対する冷却水バルブ２１の開度を検出するものである。第１水温センサ２４は、ウォータージェケット１２の出口近傍に設置され、ウォータージャケット１２から流出した冷却水の温度をエンジン温度として検出するものである。第２温度センサ２５は、ラジエータ４１の出口近傍に設置され、ラジエータ４１から流出した冷却水の温度をラジエータ温度として検出するものである。ＥＣＵ３１は、プロセッサとメモリを備え、エンジン１１に係る各種動作を制御するマイクロコントローラであり、本実施例においては、第１水温センサ２４、第２水温センサ２５及びポジションセンサ２３により検出されたエンジン温度、ラジエータ温度、及び冷却水バルブ２１の位置に基づいて、モータ２２の動作を操作するものとする。

上述のような構成により、冷却水は、メイン流路パイプ９１を経由して循環することによりラジエータ４１により冷却され、バイパス流路パイプ９３を経由する場合は冷却されずに循環する。また、エンジン冷却システム１は、冷却水バルブ２１の開度により冷却水の循環経路を切り替え、また、メイン流路パイプ９１への冷却水の流入量を制御することによりエンジン１１の温度を制御する。

次に、ＥＣＵのハードウェア構成について説明する。図２は、ＥＣＵのハードウェア構成を示す図である。

図３に示すように、ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３１１、ＲＡＭ３１２、ＲＯＭ３１３、入出力インターフェイス３１４を備える。ＣＰＵ３１１及びＲＡＭ３１２は、協働して冷却水バルブ２１の制御に係る処理を行う。また、ＲＯＭ３１３は、後述するラジエータ温度テーブル及びルックアップテーブルを格納する不揮発性メモリである。また、入出力インターフェイス３１４はＣＰＵ３１１の入出力に係るインターフェイスであり、ＣＰＵ３１１はこの入出力インターフェイス３１４を介してポジションセンサ２３、第１水温センサ２４、第２水温センサ２５による検出結果を取得するとともに、入出力インターフェイス３１３を介してモータ２２の操作量に応じた信号を駆動回路２５に出力する。この駆動回路２５は、モータ２２をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御するＰＷＭ回路であり、入力された信号の大きさに応じてパルス幅のデューティ比を変更することによりモータ２２を駆動する。

次に、流量制御装置の機能構成について説明する。図３は、流量制御装置の機能構成を示す図である。

図３に示すように、流量制御装置５は、フィードバック流量算出部５１、フィードフォワード流量算出部５２、目標流量算出部５３を機能として備え、目標とする流量である目標流量を算出する。バルブ制御装置６は、この目標流量とエンジン温度とに基づいて冷却水バルブ２１の開度を制御する。なお、これらの機能は、上述したＣＰＵ３１１及びＲＡＭ３１２が協働することにより実現されるものとする。つまり、本実施の形態において、ＥＣＵ３１は流量制御装置５及びバルブ制御部６として機能する。

フィードバック流量算出部５１は、目標とするエンジン温度である目標温度、エンジン温度、ラジエータ温度に基づくＰＩＤ制御によりフィードバック流量を算出する。具体的には、目標温度とエンジン温度との偏差とラジエータ温度によるゲインスケジューリングとによってフィードバック流量を算出する。このゲインスケジューリングは、上述したラジエータ温度テーブルにより実行される。このラジエータ温度テーブルは、複数のラジエータ温度とこれらの温度それぞれに対して予め設定された設定値とを対応付けるものである。つまり、フィードバック流量算出部５１は、取得したラジエータ温度に対応する設定値によって制御偏差に基づく制御量を補正することによりフィードバック流量を算出する。

フィードフォワード流量算出部５２は、マニホールド圧力、エンジン回転数、ラジエータ温度に基づいてフィードフォワード流量を算出する。なお、フィードフォワード流量算出部５２の具体的な動作については後述する。

目標流量算出部５３は、フィードバック流量をフィードフォワード流量に基づいて補正することにより、目標流量を算出する。具体的には、フィードフォワード流量を加算したフィードバック流量と積分要素とに基づいて目標流量を算出する。

次に、フィードフォワード流量算出部の動作について説明する。図４は、フィードフォワード流量算出部の動作を示すフローチャートである。なお、以下に説明する動作において、エンジン回転数及びマニホールド圧力の値は予めＲＡＭ３１２に格納されているものとする。

図４に示すように、まず、フィードフォワード流量算出部５２は、ＲＡＭ３１よりエンジン回転数の値を取得し（Ｓ１０１）、取得したエンジン回転数の値を位相進み補償要素によってフィルタリングすることにより補正する（Ｓ１０２）。

また、フィードフォワード流量算出部５２は、ＲＡＭ３１よりマニホールド圧力の値を取得し（Ｓ１０３）、取得したマニホールド圧力の値を一次遅れ要素によってフィルタリングすることにより補正する（Ｓ１０４）。

また、フィードフォワード流量算出部５２は、ＲＯＭ３１３に格納されたルックアップテーブルを参照する（Ｓ１０５）。ここで、ルックアップテーブルについて説明する。ルックアップテーブルは、複数のエンジン回転数とマニホールド圧力との組み合わせのそれぞれに対して、予め設定された設定値を対応付けるものである。フィードフォワード流量算出部５２は、このルックアップテーブルを参照することにより、それぞれ補正されたエンジン回転数の値及びマニホールド圧力に値に対応する設定値を取得する。

次に、フィードフォワード流量算出部５２は、ルックアップテーブルを参照することにより取得した設定値を位相進み補償要素によってフィルタリングすることにより補正する（Ｓ１０６）。

次に、フィードフォワード流量算出部５２は、第２水温センサ２５により測定されたラジエータ温度の値を取得し（Ｓ１０７）、ラジエータ温度テーブルを参照する（Ｓ１０８）。ここでフィードフォワード流量算出部５２は、ラジエータ温度テーブルを参照することにより、取得したラジエータ温度の値に対応する設定値を取得する。

次に、フィードフォワード流量算出部５２は、位相進み補償要素によりフィルタリングされた設定値と、ラジエータ温度テーブルを参照することにより取得された設定値とを乗算することにより、フィードフォワード流量を算出する（Ｓ１０９）。

このように、フィードフォワード流量算出部５２は、エンジン回転数及びマニホールド圧力に基づく値を、ラジエータ温度によるゲインスケジュールによって補正した値をフィードフォワード流量とする。

以上説明したように、本実施の形態に係る流量制御装置５は、エンジン回転数、マニホールド圧力の変動、ラジエータ温度の変化を外乱として扱い、フィードフォワード流量により相殺する。これにより、流量制御装置５は、エンジン１１の変動に対して、ウォータージャケット１２の温度の制御性を向上させることができる。例えば、流量制御装置５によれば、エンジン１１の状態が急激に変動したような場合であっても、ウォータージャケット１２の温度の変動を低減させることができる。

また、エンジン回転数、マニホールド圧力、及びこれらに基づく値に一時遅れ要素または位相進み要素によってフィルタリングをすることにより、エンジン１１の特性に応じたキャリブレーションを行うことができる。

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１エンジン冷却システム、５流量制御装置、６バルブ制御装置、１１エンジン、１２ウォータージャケット、１３ウォーターポンプ、２１冷却水バルブ、２２モータ、２３ポジションセンサ、２４第１水温センサ、２５第２水温センサ、３１ＥＣＵ、４１ラジエータ、４２ヒータ、４３スロットル、５１フィードバック流量算出部、５２フィードフォワード流量算出部、５３目標流量算出部、９１メイン流路パイプ、９２サブ流路パイプ、９３バイパス流路パイプ、３１１ＣＰＵ、３１２ＲＡＭ、３１３ＲＯＭ、３１４入出力インターフェイス。

Claims

内燃機関を冷却する冷却水の流量を制御する流量制御装置であって、
測定された前記内燃機関の温度である測定温度と、目標とする前記内燃機関の温度である目標温度との制御偏差に基づくフィードバック制御により、フィードバック流量を算出するフィードバック流量算出部と、
前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数と、前記内燃機関のマニホールド圧力と、前記冷却水を冷却するラジエータの温度であるラジエータ温度とに基づいて、フィードフォワード流量を算出するフィードフォワード流量算出部と、
前記フィードフォワード流量に基づいて前記フィードバック流量を補正することにより、目標とする流量である目標流量を算出する目標流量算出部と
を備える流量制御装置。
前記フィードフォワード流量算出部は、前記内燃機関回転数と前記マニホールド圧力とに基づく値を前記ラジエータ温度によりゲインスケジューリングすることにより、前記フィードフォワード流量を算出することを特徴とする
請求項１に記載の流量制御装置。
前記フィードフォワード流量算出部は、前記内燃機関回転数を位相進み補償要素により補正した値に基づいて前記フィードフォワード流量を算出することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の流量制御装置。
前記フィードフォワード流量算出部は、前記マニホールド圧力を一次遅れ要素により補正した値に基づいて前記フィードフォワード流量を算出することを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流量制御装置。
前記フィードバック流量算出部は、更に前記ラジエータ温度に基づいて、前記フィードバック流量を算出することを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流量制御装置。
内燃機関を冷却する冷却水の流量を制御する流量制御方法であって、
測定された前記内燃機関の温度である測定温度と、目標とする前記内燃機関の温度である目標温度との制御偏差に基づくフィードバック制御により、フィードバック流量を算出し、
前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数と、前記内燃機関のマニホールド圧力と、前記冷却水を冷却するラジエータの温度であるラジエータ温度とに基づいて、フィードフォワード流量を算出し、
前記フィードフォワード流量に基づいて前記フィードバック流量を補正することにより、目標とする流量である目標流量を算出する
ことをコンピュータが実行する流量制御方法。
前記内燃機関回転数と前記マニホールド圧力とに基づく値を前記ラジエータ温度によりゲインスケジューリングすることにより、前記フィードフォワード流量を算出することを特徴とする
請求項６に記載の流量制御方法。
前記内燃機関回転数を位相進み補償要素により補正した値に基づいて前記フィードフォワード流量を算出することを特徴とする
請求項６または請求項７に記載の流量制御方法。
前記マニホールド圧力を一次遅れ要素により補正した値に基づいて前記フィードフォワード流量を算出することを特徴とする
請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の流量制御方法。
更に前記ラジエータ温度に基づいて、前記フィードバック流量を算出することを特徴とする
請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の流量制御装置。