JP5115650B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。
内燃機関の排気を冷却する冷却装置がある。冷却装置としては、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に設けられているものや、排気マニホールド周囲に設けられているものがある(特許文献1参照)。冷却装置内部に冷却水が流通することにより、排気が冷却される。
特開昭63−208607号公報
このような冷却装置は、冷却水が流通する経路上に配置されている。冷却水は、機械式のポンプによりその経路を循環する。また、このような冷却装置は排気の熱量の一部が蓄熱される。内燃機関がアイドルストップ制御されると、ポンプも停止し冷却水は循環しなくなる。このため、冷却装置に蓄熱された熱量が冷却水へと伝達されて、冷却水が沸騰する恐れがある。
本発明の目的は、冷却水の沸騰を抑制する内燃機関の制御装置を提供することである。
上記目的は、冷却水が循環する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置と、前記排気の熱量を推定する推定部と、推定された前記排気の熱量に応じて、アイドルストップ制御を禁止の可否を決定する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。これにより、例えば排気の熱量が多い場合にはアイドルストップ制御を禁止することにより、冷却水を循環させるポンプの作動が継続され、冷却水を循環させ、冷却装置に蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することを防止できる。
本発明によれば、冷却水の沸騰を抑制する内燃機関の制御装置を提供できる。
図1は、内燃機関の制御装置の説明図である。 図2は、冷却水の経路を示した図である。 図3は、ECUが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図4は、排気ガス温度を算出するためのマップである。 図5は、ECUが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。 図6は、ECUが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。 図7は、ECUが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図8は、目標アイドル回転数を算出するためのマップである。 図9は、実施例3の内燃機関の制御装置の冷却水の経路の説明図である。 図10は、ECUが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図11は、ファンの作動期間を算出するためのマップである。 図12は、ECUが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
以下、図面を参照して複数の実施例について説明する。
図1は、内燃機関の制御装置の説明図である。エンジン10は、一対のバンク12L、12Rを有している。バンク12L、12Rは、互いに傾けて配置されている。エンジン10は、いわゆるV型エンジンである。バンク12Lには3つの気筒14Lからなる気筒群を有している。バンク12Rにも同様に気筒14Rを有している。
また、バンク12Lには、気筒14L内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁15Lが設けられている。同様に、バンク12Rにも、気筒14R内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁15Rが設けられている。バンク12Lに対しては吸気通路4L及び排気マニホールド5Lが接続され、バンク12Rに対しては吸気通路4R及び排気マニホールド5Rが接続されている。吸気通路4L、4Rは、上流側で合流しており、合流した箇所には吸入空気量を調整するためのスロットル弁6、吸入空気量を検出するエアフロメータ18が設けられている。
排気マニホールド5L、5Rの下端部には、それぞれ触媒20L、20Rが設けられている。触媒20L、20Rは、それぞれバンク12L、12R側の気筒から排出された排気を浄化する。排気マニホールド5L、5Rには、それぞれ空燃比センサ9L、9Rが取り付けられている。
バンク12Lの排気ポート(不図示)と排気マニホールド5Lとの間には、冷却装置40Lが設けられている。同様に、バンク12Rの排気ポート(不図示)と排気マニホールド5Rとの間には、冷却装置40Rが設けられている。
冷却装置40L、40Rは、それぞれ排気マニホールド5L、5Rの管の周囲を冷却水が流れるように構成されている。冷却装置40L、40Rについては詳しくは後述する。
スロットル弁6の開度は、ECU(Electronic Control Unit)7L、7Rにより、バンク12L、12R毎に個別に制御される。また、燃料噴射弁15L、15Rから噴射される燃料量も、ECU7L、7Rにより個別に制御される。ECU7L、7Rは、燃料噴射弁15L、15Rから噴射される燃料をカットすることができる。ECU7L、7Rは、詳しくは後述するが、推定部、制御部に相当する。ECU7L、7Rは通信回線8を介して双方向に通信可能である。通信回線8を介して情報を交換することにより、ECU7L、7Rは、担当するバンクの運転制御のために、他のバンクの運転状態に関する情報を参照可能である。
また、空燃比センサ9L、9Rは、排気の空燃比に応じた検出信号をそれぞれECU7L、7Rに出力する。ECU7L、7Rは、それぞれ空燃比センサ9L、9Rからの出力に基づいて、それぞれ気筒14L、14Rへの燃料噴射量を制御することにより、空燃比をフィードバック制御する。フィードバック制御とは、検出された排気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量などを制御することである。
水温センサ52は、後述する冷却水の温度に応じた検出信号をECU7Lに出力する。尚、水温センサ52は、冷却水が循環する経路上の任意の位置におかれる。車速センサ54は、車両の速度に応じた検出信号をECU7Lに出力する。シフトポジションセンサ56は、シフトレバー(不図示)の位置に応じた検出信号をECU7Lに出力する。ブレーキスイッチ58は、ブレーキペダル(不図示)のオン、オフ信号をECU7Lに出力する。
ECU7L、7Rは、アイドルストップ制御を実行可能である。アイドルストップ制御とは、次のような制御である。ECU7L、7Rは、車速センサ54から車速と、シフトポジションセンサ56からのシフトレバーの位置と、ブレーキスイッチ58からの信号と、に基づいて、車速が0であり、シフトレバーの位置がニュートラルであり、かつブレーキスイッチ58がオン状態にあると判断したときは、エンジン10を停止させる。
一方、エンジン10が停止された後、ECU7L、7Rは、シフトポジションセンサ56からのシフトレバーの位置と、ブレーキスイッチ58からの信号とに基づいて、シフト位置がドライブDにある、又はブレーキスイッチ58がオフ状態にあると判断したとき、エンジン10を始動させる。このようなアイドルストップ制御により、燃料消費量が低減される。
図2は、冷却水の経路を示した図である。図2に示すように、冷却水の経路上には、ラジエータ72、インレット74、ポンプ76などが配置されている。主経路82は、インレット74、ポンプ76、エンジン10、ラジエータ72の順に冷却水を循環させる。主経路82は、エンジン10のリアジョイント部19からラジエータ72に冷却水を循環させる。補助経路88は、インレット74、ポンプ76、エンジン10、冷却装置40L、40R、Vバンクパイプ60の順に冷却水を循環させる。補助経路88は、リアジョイント部19から分岐して、それぞれ冷却装置40L、40R内に冷却水を流通させる分岐経路86L、86Rを含む。
ポンプ76は、エンジン10の回転に連動して作動する機械式ポンプである。冷却水は、インレット74からエンジン10へと流れる。冷却水は、まずエンジン10のブロック側ウォータジャケット11wに流入し、次に、ヘッド側ウォータジャケット12Lw、12Rwに流入する。ヘッド側ウォータジャケット12Lw、12Rwから排出された冷却水は、リアジョイント部19で合流する。リアジョイント部19には、主経路82と補助経路88とが連結されている。主経路82を流れる冷却水は、リアジョイント部19からラジエータ72に流れ、ラジエータ72で冷却水は放熱する。
分岐経路86Lには、冷却装置40Lが配置されている。冷却装置40L内に冷却水が流通する。冷却装置40L内に冷却水が流通することにより、バンク12Lの気筒14Lから排出された排気の温度を低下させることができる。分岐経路86R、冷却装置40Rについても同様である。
図3は、ECU7L、7Rが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
ECU7L、7Rは、水温センサ52からの出力に基づいて、冷却水温を検出する(ステップS1)。尚、水温センサ52からの出力によらずに、公知の方法により冷却水温を推定してもよい。
次に、ECU7L、7Rは、排気ガス温度、及び排気ガス量を算出する(ステップS2)。排気ガス温度は、例えば、図4に示したマップに基づいて算出される。図4は、排気ガス温度を算出するためのマップであり、ECU7L、7Rに予め記憶されている。図4に示すように、縦軸はエンジン10の回転数を示しており、横軸はエンジン10の負荷を示している。エンジン10の回転数、負荷が大きいほど、排気ガス温度は高いものとして算出される。排気ガス温度は、センサを用いて検出してもよい。
また、排気ガス量(g/sec)は、エアフロメータ18からの出力に基づいて検出された吸入空気量と、空燃比センサ9L、9Rからの出力に基づいて検出された空燃比とに基づいて、算出される。排気ガス量は、その他公知の方法により検出、又は算出してもよい。
次に、ECU7L、7Rは、排気ガスの熱量Pを推定する(ステップS3)。具体的には、以下の式により推定する。
P=M*Cp*(Tex−Tair)・・・(1)
Mは、排気ガス量を示し、Cpは排気ガスの比熱を示し、Texは、排気ガス温度を示し、Tairが外気温度を示している。ステップS2において算出された、排気ガス量、排気ガス温度をそれぞれ、M、Texに代入して熱量Pを算出する。また、外気温は、公知の温度センサを用いて検出してもよいし、その他公知の方法により推定又は算出してもよい。
次に、ECU7L、7Rは、冷却水温が判定値D1を超えているか否かを判定する(ステップS4)。超えている場合には、ECU7L、7Rは、排気ガスの熱量が判定値D2を超えているか否かを判定する(ステップS5)。ここでの排気ガスの熱量は、ステップS3において算出された熱量である。超えている場合には、ECU7L、7Rは、前回の第1カウンタ値T1に1加算した値を、今回の第1カウンタ値T1とする(ステップS6)。第1カウンタ値T1とは、排気ガスの熱量が判定値D2を超えた期間を計測するために用いられる値である。
次に、ECU7L、7Rは、第1カウンタ値T1が判定値D3を超えているか否かを判定する(ステップS7)。超えている場合には、ECU7L、7Rは、アイドルストップ制御を禁止するアイドルストップ禁止フラグをONにする(ステップS8)。アイドルストップ制御を禁止することにより、アイドルストップ制御の実行に伴う冷却水の循環の停止を防止し、これにより、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量に起因した冷却水の沸騰を防止するためである。また、第1カウンタ値T1がD3を超える場合には、排気ガスの熱量がD2を超えた期間が比較的長いものと推定される。このような場合には、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量も比較的大きいものと推定される。
ステップS7において、第1カウンタ値T1が判定値D3以下の場合には、ECU7L、7Rは、アイドルストップ禁止フラグをオフにする(ステップS23)。この場合には、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量も比較的少ないものと推定され、アイドルストップ制御が実行された場合であっても冷却水は沸騰しないと推定されるからである。
ステップS4において、冷却水温が判定値D1以下の場合、ECU7L、7Rは、アイドルストップ禁止フラグをオフにする(ステップS23)。冷却水温が、ある程度低い場合には、アイドルストップ制御が実行された場合であっても、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量により冷却水が沸騰するまで高温になるおそれは少ないからである。
ステップS5において、排気ガスの熱量が判定値D2以下の場合、ECU7L、7Rは、アイドルストップ禁止フラグがオンであるか否かを判定する(ステップS20)。否定判定の場合には、ECU7L、7Rは、ステップS23を実行する。肯定判定の場合、ECU7L、7Rは、前回の第2カウンタ値T2に1加算したものを今回の第2カウンタ値T2として算出する(ステップS21)。第2カウンタ値T2とは、排気ガスの熱量が判定値D2以下である期間を計測するために用いられる。
次に、ECU7L、7Rは、第2カウンタ値T2が判定値D4を超えているか否かを判定する(ステップS22)。第2カウンタ値T2が判定値D4を超えている場合には、ECU7L、7Rは、ステップS23を実行する。この場合には、冷却装置40R、40Lに蓄熱された熱量は少ないと推定されるからである。第2カウンタ値T2が判定値D4以下の場合、ECU7L、7Rは、アイドルストップ禁止フラグをオンにする(ステップS8)。この場合には、冷却装置40R、40Lに蓄熱された熱量はまだ充分にあるものと推定されるからである。第2カウンタ値T2は、排気ガスの熱量が判定値D2以下の期間と対応している。従って、推定された排気の熱量が判定値D2以下の期間と、推定された排気の熱量が判定値D2を超えた期間とに応じて、アイドルストップ制御の禁止の可否が決定される。即ち、推定された排気の熱量が判定値D2以下の期間と、推定された排気の熱量が判定値D2を超えた期間とに応じて、アイドルストップ制御の禁止の可否が決定される。これにより、エンジン10の運転状態を考慮して、アイドルストップ制御の禁止の可否が決定される。
以上のように、ECU7L、7Rは、排気ガスの熱量を推定し、推定された熱量に応じて、アイドルストップ制御の禁止の可否が決定する。これにより、排気の熱量が高い場合には、アイドルストップ制御を禁止し、ポンプ76を継続的に作動させて冷却水を循環させる。よって、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することを防止できる。
次に、ECU7L、7Rが実行する制御についてタイミングチャートにより説明する。図5、図6は、ECU7L、7Rが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。尚、図5、図6には、排気ガスの熱量P、車速、エンジン10の回転数、冷却装置40L、40Rの温度Tc、冷却水の温度Twを示している。尚、冷却水の温度Twは、冷却装置40L、40R周辺での冷却水の温度を示している。
図5は、アイドルストップが禁止される場合のタイミングチャートである。例えば、車両が坂道などを上り、継続して高回転高負荷運転が実行されると、排気ガスの熱量Pは上昇して、判定値D2を超える。熱量Pが判定値D2を超えた期間に相当する第1カウンタ値T1が、判定値D3を超えると、アイドルストップ禁止フラグがオンになる。アイドルストップ禁止フラグがオンの状態で、車速がゼロになり停車した場合には、アイドルストップ制御は実行されずにアイドル運転が行われる。アイドル運転が行われた際の冷却装置40L、40Rの温度Tcを200℃とすると、アイドル運転の実行により排気ガスの熱量Pは急激に低下し、冷却装置40L、40Rの温度Tcも、200℃から徐々に低くなる。また、アイドル運転が実行されることにより、エンジン10の回転数は低回転で回転し続け、これに伴いポンプ76も作動が継続されて、冷却水の循環が継続される。これにより、冷却水の温度Twは、車両の停車前後で大きく変化することなく90℃程度を維持する。このようにして、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量に起因して冷却水が沸騰することが防止できる。
排気ガスの熱量が高熱の場合にアイドルストップ制御が実行された場合を想定する。この場合にはポンプ76が停止するので、冷却水は循環せずに冷却装置40L、40R内、又は冷却装置40L、40R周辺に滞留した冷却水が、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量に起因して沸騰する恐れがある。しかしながら、本実施例においては、所定の条件下でアイドルストップ制御が禁止されてアイドル運転が実行されるため、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量が低下するまで冷却水は循環される。これにより、冷却水が沸騰する恐れを防止できる。
次に、アイドルストップ制御が実行される場合いについて説明する。図6は、アイドルストップ制御が実行される場合のタイミングチャートである。図6に示すように、排気ガスの熱量Pが判定値D2を超えてその後に判定値D2以下となって停車した場合、熱量Pが判定値D2以下となった期間に対応した第2カウンタ値T2が判定値D4を超えている場合にはアイドルストップ制御が実行される。これにより、エンジン10が停止しポンプ76の作動も停止する。しかしながら、アイドルストップが実行される直前での排気ガスの熱量Pは、比較的小さいため、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量も小さい。このため、アイドルストップ制御を実行した場合であっても、冷却水の温度上昇は僅かである。従って、このような場合には、アイドルストップ制御を実行しても冷却水は沸騰しない。アイドルストップ制御を実行することにより燃料消費量を抑制することができる。
次に、実施例2の内燃機関の制御装置のECU7L、7Rが実行する制御について説明する。図7は、ECU7L、7Rが実行する制御の一例を示したフローチャートである。実施例2の内燃機関の制御装置は、図1、図2に示した実施例1の内燃機関の制御装置と同様の構成である。
ECU7L、7Rは、ステップS1〜S8まで実行すると、アイドル運転時の目標アイドル回転数を算出する(ステップS9)。図8は、目標アイドル回転数を算出するためのマップである。図8のマップは、ECU7L又は7RのROMに予め記憶されている。図8のマップは、縦軸は目標アイドル回転数、横軸は第1カウンタ値T1を示している。第1カウンタ値T1が大きいほど、目標アイドル回転数は大きくなる。例えば、第1カウンタ値T1が、1000、2000、3000、4000の場合には、アイドル回転数は、それぞれ、700、1000、1400、1800(rpm)に設定される。
第1カウンタ値T1は、前述したように、排気ガスの熱量が判定値D2を超えた期間に相当するものであるから、第1カウンタ値T1が大きいほど、冷却装置40L,40Rに蓄熱された熱量が大きいものと推定できる。従って、ECU7L、7Rは、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量が大きいほど、目標アイドル回転数は大きく設定する。目標アイドル回転数は大きいほど、ポンプ76によって循環される冷却水の流速が増大する。従って、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量が大きいほど、アイドル運転時での冷却水の流速は増大することになる。これにより、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量が大きい場合であっても、冷却水の沸騰を防止すると共に、早期に冷却装置40L、40Rの温度を低下させることができる。
次に、実施例3の内燃機関の制御装置について説明する。
図9は、実施例3の内燃機関の制御装置の冷却水の経路の説明図である。図9に示すように、実施例3の内燃機関の制御装置には、ラジエータ72を冷却するためのラジエータファン(以下、ファンと称する)73aが設けられている。ファン73aは、モータ73bによって作動する。モータ73bは、ECU7Lからの指令に応じて作動する。ファン73aにより、ラジエータ72での冷却水の放熱が促進される。ファン73aは、車両走行時においては停止している。走行時においては、走行風によりラジエータ72での冷却水の放熱が促進される。
図10は、ECU7L、7Rが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
ECU7L、7Rは、ステップS1〜S8まで実行すると、ECU7L、7Rは、ファン73aの作動期間を算出する(ステップS9a)。詳細には、ファン73aの作動期間とは、アイドル運転中におけるファン73aの作動期間である。図11は、ファン73aの作動期間を算出するためのマップである。図11のマップは、縦軸がファン73aの作動期間、横軸が第1カウンタ値T1を示している。図11のマップは、予めECU7L又はECU7RのROMに記憶されている。図11に示すように、第1カウンタ値T1が大きいほどファン73aの作動期間は長くなる。例えば、第1カウンタ値T1が、1000、2000、3000、4000の場合には、ファン73aの作動期間は、それぞれ、30、60、90、120(sec)に設定される。
次に、ECU7L、7Rは、アイドル運転中であるか否かを判定し(ステップS10)、否定判定の場合には、一連の処理を終了する。アイドル運転中の場合には、ECU7Lは、モータ73bに指令を出してファン73aの作動を実行する(ステップS11)。
このように、アイドル運転中にファン73aを作動させる理由は、アイドル運転中は車両が停車しているため、走行風によるラジエータ72での冷却水の放熱が見込めない。従って、アイドル運転中にファン73aを作動させることにより、アイドル運転中でのラジエータ72での冷却水の放熱を確保することができる。これにより、冷却水が、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量に起因して沸騰することが防止される。
また、ファン73aの作動期間を第1カウンタ値T1に応じて設定した理由は次による。前述したように第1カウンタ値T1は、排気ガスの熱量が判定値D2を超えた期間に対応している。従って、第1カウンタ値T1が大きいほど、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量が大きいものと推定される。従って、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量が大きいほど、冷却水が高温化しやすい状況となる。このような状況を考慮して、ファン73aの作動期間を設定することにより、冷却水が高温化することを防止している。また、冷却装置40L、40Rに蓄熱された熱量に応じてファン73aの作動期間を設定することにより、ファン73aの作動に伴う電力消費も可能な限り抑制できる。
次に、実施例4の内燃機関の制御装置のECU7L、7Rが実行する制御について説明する。図12は、ECU7L、7Rが実行する制御の一例を示したフローチャートである。尚、実施例4の内燃機関の制御装置は、実施例3の内燃機関の制御装置と同様に、ファン73a、モータ73bを備えている。
ECU7L、7Rが、ステップS1〜S8を実行した後、目標アイドル回転数及びファン73aの作動期間を算出する(ステップS9、S9a)。目標アイドル回転数及びファン73aの作動期間の算出は、前述したように、第1カウンタ値T1に応じて規定されたマップに基づいて算出される。次に、ECU7L、7Rは、アイドル運転中であるか否かを判定し(ステップS10)、肯定判定の場合には、ファン73aの作動を実行すると共に、エンジン10のアイドル回転数を目標アイドル回転数になるように制御する(ステップS11、S12)。目標アイドル回転数への制御は、燃料噴射量及び吸入空気量を制御することにより行われる。
このように、ECU7L、7Rは、アイドル運転中は、ファン73aを作動させると同時にアイドル回転数も制御する。これにより、冷却水が高温化することを防止でき、冷却装置40L、40Rの冷却を促進することができる。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係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。

Claims (3)

  1. 冷却水が循環する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置と、
    前記排気の熱量を推定する推定部と、
    推定された前記排気の熱量に応じて、アイドルストップ制御を禁止の可否を決定する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記推定された排気の熱量が判定値を超えた期間に応じて、アイドル運転時の前記内燃機関の目標回転数を設定する、内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御部は、前記推定された排気の熱量が判定値を超えた場合に、前記アイドルストップ制御を禁止する、請求項1の内燃機関の制御装置。
  3. 前記制御部は、前記推定された排気の熱量が判定値を超えた期間と、前記推定された排気の熱量が前記判定値以下となった期間とに応じて、前記アイドルストップ制御の禁止の可否を決定する、請求項1の内燃機関の制御装置。
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