JP4075491B2 - 機関停止時間推定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機関停止時間推定装置、特に機関内部あるいはその周辺の温度変化に基づいて機関停止から機関始動までの時間（ソーク時間）を推定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関において機関始動時に燃料を増量する制御が行われている。但し、機関停止後短時間に再始動する場合には燃焼室内に混合気が残留しているのでこの残留ガスを考慮して燃料を増量する必要があり、このため、機関停止から再始動までの時間（ソーク時間）を制御パラメータとして算出する必要がある。一つの方法は、タイマによりソーク時間を直接計測するものであるが、タイマの電力消費が無駄となる。他の方法は、機関内部あるいはその周辺の対象物の温度を測定し、その温度差からソーク時間を間接的に計測（推定）するものである。
【０００３】
例えば、特開平６−１４６９５６号公報には、冷却水温と外気温との差に関して、機関停止時と機関再始動時との偏差を算出し、算出結果に基づき停止時間を推定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、温度の測定対象である冷却水は熱容量が比較的大きく、冷めにくい性質を有しているため、機関停止時間が短い場合には、冷却水温と外気温との差に大きな変化がなく、これに基づき推定したのでは正確に停止時間を推定することができない問題があった。上述したように、例えば燃料の増量を制御する場合においても、特にソーク時間が短い場合において正確に推定することが求められている。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ソーク時間を精度よく推定することができる装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、機関内部あるいはその周辺における機関停止時の温度と機関始動時の温度を検出する３個以上の温度検出手段と、前記３個以上の温度検出手段のうち互いに熱的に接触する２つの対象物の温度を検出する２個の温度検出手段で検出された温度の温度差の機関停止後の時間変化データを複数記憶する記憶手段と、前記２個の温度検出手段の組み合わせのうち特定の組み合わせにおける機関停止時の温度差及び機関始動時の温度差並びに前記記憶手段に記憶された複数の時間変化データのうちの前記特定の組み合わせにおける時間変化データを、推定すべき時間幅に応じて選択する選択手段と、前記選択手段で選択された温度差及び時間変化データに基づき機関停止から機関始動までの時間を推定する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記温度検出手段は、熱伝導率の異なる対象物の温度を検出することが好適である。
【０００８】
また、前記記憶手段は、前記時間変化の傾きが互いに異なる複数の時間変化データを記憶し、前記選択手段は、前記推定すべき時間幅が短いほど時間変化の傾きが大きい時間変化データを選択することが好適である。
【０００９】
また、前記記憶手段は、前記時間変化データを、その有効推定時間データとともに記憶し、前記選択手段は、推定すべき時間幅に合致する有効推定時間データを有する時間変化データを選択することも好適である。
【００１０】
このように、本発明の機関停止時間推定装置は、温度差の時間変化データを複数用い、これらを適宜選択することでソーク時間推定精度を向上させるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、ハイブリッド車両に適用した場合を例にとり説明する。
【００１２】
図１には、本実施形態に係る装置の基本構成が示されている。複数、具体的には３個以上のセンサ１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎ（ｎ＞２）が設けられ、それぞれ対象物の温度を検出する。検出された温度は制御手段１２に供給される。センサ１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎは少なくとも機関（エンジン）停止時と機関再始動時における温度を検出して制御手段１２に供給する。
【００１３】
制御手段１２は、センサからの温度データから熱的接触のある２つの対象物の温度差を算出し、機関停止時の温度差と機関再始動時の温度差を算出する。熱的に接触する（物理的に隣接する）２つの対象物とは、例えばモータがオイルにより冷却される場合にはモータと冷却オイルであり、オイルが冷却水により冷却される場合にはオイルと冷却水であり、冷却水が外気により冷却される場合には冷却水と外気である。制御手段１２は、２つの対象物の機関停止時の温度差と機関再始動時の温度差の相違に基づき、機関停止時から機関再始動時までの時間（ソーク時間）を推定して出力する。
【００１４】
ソーク時間の推定には、マップ記憶手段１４に予め記憶されたマップが用いられる。マップは、センサ１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎのうち熱的に接触する２つの対象物の温度差の時間変化データを予め実測して記憶したものである。マップは、互いに隣接する対象物の組み合わせの数だけ記憶される。上述の例に即せば、モータとオイルの温度差の時間変化データ、オイルと冷却水の温度差の時間変化データ、冷却水と外気の温度差の時間変化データがそれぞれ記憶される。一般に、十分な時間が経過すれば熱的に接触する２つの対象物の温度差はほぼゼロとなり、それまでの時間変化は両者の熱伝導率により決定される。熱伝導率の大きな対象物の場合には時間変化の傾きが大きく、熱伝導率の小さな対象物の場合には時間変化の傾きが小さい。本実施形態の特徴の一つは、時間変化の傾きが異なる複数のマップを記憶してこれらを使い分ける点にある。マップは、温度差の時間変化が示されているから、センサで得られた機関停止時の温度差と機関再始動時の温度差の変化から機関停止時から機関再始動時までどの程度時間が経過したかを特定できる。マップを複数用意するために測定対象が３個以上必要であることは容易に理解されよう。
【００１５】
図２には、各センサ１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎで検出される温度データの一例が示されている。センサ１０−１で対象物Ａの温度が検出され、センサ１０−２で対象物Ｂの温度が検出され、センサ１０−３で対象物Ｃの温度が検出され、センサ１０−４で対象物Ｄの温度が検出されるものとする。対象物Ａと対象物Ｂが熱的に接触して対象物Ｂは対象物Ａにより冷却されるものとする。また、対象物Ａと対象物Ｃが熱的に接触して対象物Ｃは対象物Ａにより冷却されるものとする。また、対象物Ｃと対象物Ｄが熱的に接触して対象物Ｄは対象物Ｃにより冷却されるものとする。
【００１６】
対象物Ａの温度はほぼ一定であり、対象物Ｂは対象物Ａにより冷却されるため、時間とともに対象物Ａとほぼ同一の温度に変化していく。対象物Ｃも対象物Ａにより冷却されるため、時間とともに対象物Ａの温度と等しくなっていくが、対象物Ｃは対象物Ｂよりも熱伝導率が小さく、その時間変化は緩慢である。対象物Ｄは対象物Ｃにより冷却されるため、時間とともに対象物Ｃと同一の温度に変化していく。
【００１７】
図に示すように、時間領域をI、II、IIIの３つの領域に分割すると、領域Iでは対象物Ｂの傾き、すなわち対象物Ｂと対象物Ａの温度差の時間変化が大きく、領域IIでは対象物Ｄの傾き、すなわち対象物Ｄと対象物Ｃの温度差の時間的変化が大きく、領域IIIでは対象物Ｃの傾き、すなわち対象物Ｃと対象物Ａの温度差の時間変化が大きい。
【００１８】
このことから、推定すべきソーク時間が領域Iにある場合には、対象物ＢとＡの温度差の時間変化を用いることで高精度に推定でき、推定すべきソーク時間が領域IIにある場合には、対象物Ｄと対象物Ｃの温度差の時間変化を用いることで高精度に推定でき、推定すべきソーク時間が領域IIIにある場合には、対象物Ｃと対象物Ａの温度差の時間変化を用いることで高精度に推定できる。例えば、対象物Ｃと対象物Ａとの温度差の時間変化データのみがマップとして記憶されており、このマップのみを用いたのでは、特に領域Iにおける推定精度（機関停止時時から再始動までの時間が短い場合）が低下することが理解されよう。制御手段１２は、このように推定すべきソーク時間の時間幅に応じて、最適な時間変化データのマップを用いてソーク時間を推定する。
【００１９】
図３には、マップ記憶手段１４に記憶される複数のマップが模式的に示されている。マップ１として対象物Ｂと対象物Ａの温度差の時間変化データが記憶され、マップ２として対象物Ｃと対象物Ａの温度差の時間変化データが記憶され、マップ３として対象物Ｄと対象物Ｃの温度差の時間的変化データが記憶される。なお、図においては温度差の時間変化データを時間に対する温度差のグラフ、すなわち時間を変数とする関数形として示しているが、時間データに対する温度差データの組（時間，温度差）として記憶してもよい。これらのマップは、各対象物について温度を経時的に実測して得ることができる。
【００２０】
制御手段１２がマップ１を用いてソーク時間を推定する場合、具体的に以下のように推定する。すなわち、機関停止時の対象物Ｂの温度がＴＢｏｆｆ、対象物Ａの温度（外気温とする）がＴＡｏｆｆ、機関再始動時の対象物Ｂの温度がＴＢｏｎ、対象物Ａの温度がＴＡｏｎとすると、機関停止時の温度差ΔＴＢｏｆｆ及び機関再始動時の温度差ΔＴＢｏｎはそれぞれ、
【数１】
ΔＴＢｏｆｆ＝ＴＢｏｆｆ−（ＴＡｏｆｆ＋ＴＡｏｎ）／２・・・・（１）
【数２】
ΔＴＢｏｎ＝ＴＢｏｎ−（ＴＡｏｆｆ＋ＴＡｏｎ）／２・・・・（２）
で算出される。両式において、右辺第２項は外気温の平均を算出したものである。機関停止時と機関再始動時における温度差を算出した後、マップ１を参照してそれぞれの温度差に対応する時間ｔＢｏｆｆ及びｔＢｏｎを抽出する。ソーク時間ｔｓｋは、
【数３】
ｔｓｋ＝ｔＢｏｎ−ｔＢｏｆｆ ・・・・（３）
により推定される。
【００２１】
なお、推定すべきソーク時間の時間幅は一般に未知である。ある程度ソーク時間の予想がつけば、適当なマップを直ちに選択できるが、時間幅が未知の場合には、これらのマップを順次選択し、選択したマップの適否を判定すればよい。具体的には、時間変化の傾きが最も大きい対象物Ｂと対象物Ａの温度差（マップ１）をまず用いてソーク時間を推定し、得られた推定時間が領域I内に含まれるか否かを判定する。判定の結果、推定したソーク時間が領域I内に含まれる場合には正しいマップで推定できたことになるから当該推定時間を確定的なソーク時間とする。一方、推定したソーク時間が領域Iに含まれない場合には、マップ１は適当なマップではないことを意味するので、次に時間変化の傾きが大きいマップ（マップ２）を用いてソーク時間を推定する。以上のような処理を繰り返すことで、結果として推定すべきソーク時間の時間幅に応じた適当なマップを選択しソーク時間を推定できる。
【００２２】
図４には、本実施形態の処理フローチャートが示されている。まず、イグニッションＩＧオフ時の温度を各センサで検出する（Ｓ１０１）。そして、イグニッションＩＧがオフからオンに変化したか否かを判定し（Ｓ１０２）、イグニッションＩＧがオンに変化、すなわち機関停止状態から機関が再始動した場合には、このイグニッションＩＧオン時の温度を再度検出する（Ｓ１０３）。イグニッションＩＧオフ時の温度とイグニッションＩＧオン時の温度はともに制御手段１２に供給される。
【００２３】
イグニッションＩＧオフ時及びイグニッションＩＧオン時の温度を検出した後、これらの温度データを用いてソーク時間を算出する（Ｓ１０４）。すなわち、対象物Ａと対象物ＢのイグニッションＩＧオフ時の温度差とイグニッションＩＧオン時の温度差を（１）式及び（２）式に従って算出し、マップ記憶手段１４に記憶されたマップ１を参照して計測された時間変化に該当する時間変化を（３）式に従い算出する。
【００２４】
そして、Ｓ１０４にて算出されたソーク時間ｔｓｋがマップ１のダイナミックレンジ、すなわち領域Iを越えているか否かを判定する（Ｓ１０５）。なお、各マップのダイナミックレンジ、つまり有効推定時間幅は、予めその時間変化の傾きから決定して（例えば、傾きをしきい値と大小比較して決定する）マップ記憶手段１４にマップの属性として記憶しておけばよい。ダイナミックレンジは各マップ毎に設定され記憶される。そして、算出したソーク時間ｔｓｋがマップ１のダイナミックレンジを越えていない場合には、Ｓ１０４で算出されたソーク時間ｔｓｋが信頼性の高いソーク時間であることを意味するから、確定的なソーク時間として出力する。
【００２５】
一方、Ｓ１０４で算出されたソーク時間ｔｓｋがマップ１のダイナミックレンジを越えている、すなわち領域Iを越えている場合には、再度ソーク時間を算出する（Ｓ１０６）。このソーク時間算出は、マップ２を用いたソーク時間算出であり、対象物Ｃと対象物ＡのイグニッションＩＧオフ時の温度差とイグニッションＩＧオン時の温度差を算出し、マップ２の時間変化データを参照してソーク時間ｔｓｋを算出する。そして、Ｓ１０６にて算出されたソーク時間ｔｓｋをマップ２のダイナミックレンジと比較し、ダイナミックレンジ、すなわち領域IIを越えているか否かを判定する（Ｓ１０７）。マップ２のダイナミックレンジを越えていない場合にはＳ１０６で算出したソーク時間ｔｓｋを確定的なソーク時間として出力する。マップ２のダイナミックレンジを越えている場合には、残りのマップ３を用いてソーク時間を算出する（Ｓ１０８）。すなわち、対象物Ｄと対象物ＣのイグニッションＩＧオフ時の温度差とイグニッションＩＧオン時の温度差を算出し、マップ３を参照してソーク時間ｔｓｋを算出する。
【００２６】
以上のようにして算出されたソーク時間ｔｓｋは、例えば機関再始動時の燃料の増量制御に用いられる。
【００２７】
図５には、図１に基づく本実施形態の具体的構成ブロック図が示されている。センサとしてモータ温度センサ２０、エンジン水温センサ２２、トランスミッション（ＴＭ）オイル温度センサ２４、外気温センサ２５が設けられる。各センサで検出された温度データはコントローラ２６に供給される。
【００２８】
コントローラ２６はマイコンで構成され、ＲＯＭなどのメモリ２８に予め記憶されたマップにアクセスしてソーク時間を推定し、推定したソーク時間に基づき制御信号を出力する。モータ、エンジン冷却水、ＴＭオイル、外気相互の関係は、モータがＴＭオイルにより冷却され、エンジン冷却水及びＴＭオイルが外気に冷却される関係である。したがって、メモリ２８には、マップとして
マップ１：ＴＭオイルと外気温との温度差の時間変化データ
マップ２：エンジン水温と外気温との温度差の時間変化データ
マップ３：モータとＴＭオイルの温度差の時間変化データ
が予め記憶される。
【００２９】
図６には、モータ温度、エンジン冷却水温度及びＴＭオイル温度の時間変化が示されている。上述したように、モータはＴＭオイルにより冷却され、１０分程度でＴＭオイル温度に近づく。一方、エンジン冷却水及びＴＭオイルは外気により冷却され、相対的に緩慢に変化する。そこで、時間幅が領域I、すなわち１０分以下であれば時間変化の傾きが相対的に大きなモータとＴＭオイルの温度差の時間変化を用い、領域II、すなわち１０分以上であればＴＭオイルと外気温の温度差の時間変化を用いてソーク時間を推定する。なお、領域IIではエンジン冷却水と外気温の温度差の時間変化を用いてもよい。
【００３０】
具体的には、図４に示されたフローチャートに従い、まずモータ温度とＴＭオイル温度のイグニッションＩＧオフ時の温度差とイグニッションＩＧオン時の温度差を算出し、メモリ２８に記憶されたモータ温度とＴＭオイルの温度差の時間変化データを示すマップ３を参照して仮のソーク時間ｔｓｋを算出する。算出された仮のソーク時間ｔｓｋが１０分以内であるか否かを判定し、１０分以内であれば仮のソーク時間ｔｓｋを確定的なソーク時間ｔｓｋとする。一方、算出された仮のソーク時間ｔｓｋが１０分を超える場合には、次にＴＭオイルと外気温のイグニッションＩＧオフ時における温度差とイグニッションＩＧオン時における温度差を算出し、メモリ２８に記憶されたＴＭオイルと外気温の温度差の時間変化データを示すマップ１を参照してソーク時間ｔｓｋを算出する。
【００３１】
なお、図５において外気温センサ２５が用いられているが、外気温がある程度固定されている場合には、その固定値をメモリ２８に予め記憶しておくこともできる。この場合、外気温センサ２５は不要となる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、本実施形態においては温度センサの対象物としてモータ、エンジン冷却水、ＴＭオイルを例示したが、他の検出対象を用いることもできる。例えば、モータ、モータ冷却用オイル、オイル冷却用冷却水などである。
【００３３】
また、本実施形態では時間変化の傾きが大きいマップから順次選択してソーク時間を推定しているが、例えば傾きが中程度でそのダイナミックレンジが比較的大きなマップをまず最初に選択して仮のソーク時間を推定し、仮のソーク時間の大きさに応じて他のマップを選択するようにしてもよい。すなわち、マップの選択順序は任意に変更でき、要は、ソーク時間幅に応じ、有意の傾きを有するマップを最終的に選択すればよい。
【００３４】
さらに、本実施形態においては推定すべきソーク時間の時間幅に応じて２つの測定対象の温度差の時間変化を用いてソーク時間を推定しているが、このようにして推定されたソーク時間を用いて、他の測定対象のイグニッションＩＧオン時の温度を推定することも可能である。すなわち、予めメモリにイグニッションＩＧオン時の温度を推定すべき対象の温度変化データを記憶しておき、上述した処理により推定されたソーク時間ｔｓｋと、予めメモリに記憶された時間変化データとを用いて、当該対象物のイグニッションＩＧオン時の温度を推定できる。この処理により、当該測定対象に温度センサを設けることなくイグニッションＩＧオン時の温度を推定できる。以下、具体的に例示する。例えば、モータがオイルにより冷却され、オイルが冷却水により冷却される場合、（１）モータの温度は長時間運転されないとオイルの温度に収束すること、（２）モータの発熱量はモータの運転状態に依存すること、（３）モータとオイルとの熱移動は経時的に実測できることにより、モータが長時間運転されない最初期（出荷時等）は（１）からモータの温度はオイルと同温度であると考えることができ、その後のイグニッションＩＧオフ時のモータの温度は（２）及び（３）の特性をそれぞれマップ等で有することにより推定することができる。さらに、イグニッションＩＧオン時のモータの温度は、上記（３）の特性を有するマップと、オイルと冷却水の温度変化から推定されたソーク時間ｔｓｋとにより推定することができる。従って、モータに温度センサを設けることなくイグニッションＩＧオン時のモータの温度を推定することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば高精度にソーク時間を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の基本構成ブロック図である。
【図２】 対象物Ａ〜Ｄの温度の時間変化を示すグラフ図である。
【図３】 測定対象物の温度差の時間変化マップ説明図である。
【図４】 実施形態の基本処理フローチャートである。
【図５】 実施形態の構成ブロック図である。
【図６】 モータ温度、エンジン水温、ＴＭオイル温度の時間変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０ センサ、１２ 制御手段、１４ マップ記憶手段。

Claims (4)

1. 機関内部あるいはその周辺における機関停止時の温度と機関始動時の温度を検出する３個以上の温度検出手段と、
   前記３個以上の温度検出手段のうち互いに熱的に接触する２つの対象物の温度を検出する２個の温度検出手段で検出された温度の温度差の機関停止後の時間変化データを複数記憶する記憶手段と、
   前記２個の温度検出手段の組み合わせのうち特定の組み合わせにおける機関停止時の温度差及び機関始動時の温度差並びに前記記憶手段に記憶された複数の時間変化データのうちの前記特定の組み合わせにおける時間変化データを、推定すべき時間幅に応じて選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択された温度差及び時間変化データに基づき機関停止から機関始動までの時間を推定する演算手段と、
   を有することを特徴とする機関停止時間推定装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記温度検出手段は、熱伝導率の異なる対象物の温度を検出することを特徴とする機関停止時間推定装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記記憶手段は、前記時間変化の傾きが互いに異なる複数の時間変化データを記憶し、
   前記選択手段は、前記推定すべき時間幅が短いほど時間変化の傾きが大きい時間変化データを選択する
   ことを特徴とする機関停止時間推定装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   前記記憶手段は、前記時間変化データを、その有効推定時間データとともに記憶し、
   前記選択手段は、推定すべき時間幅に合致する有効推定時間データを有する時間変化データを選択する
   ことを特徴とする機関停止時間推定装置。

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