JP5126372B2 - 冷媒の受熱量推定方法および制御装置 - Google Patents
冷媒の受熱量推定方法および制御装置 Download PDFInfo
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷媒の受熱量推定方法および制御装置に関し、特に内燃機関の排気系を冷却する排気系冷却手段における冷媒の受熱量推定方法、および当該冷媒の受熱量推定方法により推定された受熱量に基づき制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系（具体的には例えば排気マニホルド）を水などの冷媒により冷却する技術が知られている。かかる技術に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では排気マニホルドの周囲に形成したウォータジャケットと、該ウォータジャケットに水を噴霧状に噴射する水噴射手段とを備えた排気マニホルド装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−２０８６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、環境問題に対する取組みとして、内燃機関においては排気エミッションを低減することが求められている。この点、主に軽中負荷運転時の排気エミッションを低減するにあたっては、３元触媒を内燃機関に近接した配置とし、早期に３元触媒を暖機させる手法がある。
【０００５】
一方、上記手法を用いた状態で高負荷運転時の排気エミッション低減を行うには、理論空燃比または理論空燃比近傍で内燃機関を運転することが望まれる。しかしながら、この場合には内燃機関に近接して触媒を配置したことに起因して、触媒が過熱し、結果劣化の過大な進行や、劣化の過大な進行による排気エミッションの悪化が懸念される。よって、高負荷運転域の排気エミッション低減を考慮すると、３元触媒を内燃機関から遠ざけて配置する必要がある。しかし、これでは軽中負荷運転域の排気エミッション低減が不十分になる虞があるため、触媒の浄化を促進させる貴金属の量を大きくする必要がある。しかしながら、これら貴金属は希少なものであるため、この場合はコストの増大が懸念される。
【０００６】
これに対してかかる事情のもと、軽中負荷運転時と高負荷運転時の排気エミッションの更なる低減を好適に両立させることを目的として、排気系を冷媒で冷却し、排気温度を低下させることが考えられている。このようにすれば、触媒の過熱を抑制することも可能になる。このためこのようにすれば、触媒を内燃機関に近接して配置することができ、以って軽中負荷運転時と高負荷運転時の排気エミッションの更なる低減を好適に両立させることも可能になる。
【０００７】
しかしながら、冷媒で排気系を冷却した場合、冷媒の温度は排気系からの受熱量に応じて上昇する。そして冷媒の温度が上昇すると、冷媒の冷却性能が低下する。この点、具体的には例えば内燃機関の冷却水を冷媒として用いた場合、冷却水の冷却対象物に排気系が加わる形になることから、冷却水の受熱量が増大し、その分冷却性能が低下する虞がある。さらに上述したように、高負荷運転時に内燃機関を理論空燃比または理論空燃比近傍で運転した場合には、冷却水の受熱量が大幅に増大することから、冷却水の冷却性能が大幅に低下する虞がある。この場合、排気系を適切に冷却できなくなる虞があるほか、内燃機関も適切に冷却できなくなる結果、内燃機関がオーバーヒートしてしまう虞もある。
【０００８】
この点、これに対しては冷媒の冷却対象物である排気系の使用環境状態を把握できれば、冷媒の冷却性能が低下した状況に対応するための種々の措置を採り得る。排気系の使用環境状態を把握するにあたっては、例えば排気温度センサなどのセンサを備えることが考えられる。しかしながらセンサを備えることは、冷媒による排気系の冷却を行うために必要なコストの増加に繋がる。なお、排気温度センサは一般に安価であるものの、かかる冷却を行うシステムの適用を他の内燃機関に全面的に展開した場合に、全体としてみれば大幅なコスト増加に繋がることになる。
【０００９】
また内燃機関の排気系は高温、多湿といった電子部品にとって劣悪な環境である。このため、排気温度センサの使用は信頼性の観点からも好ましいとはいえない。この点、米国ではセンサの故障やレンジ外れへの対応を義務付けるＯＢＤ法規に適合することが必要となることから、具体的には例えば一方の排気温度センサでもう一方の排気温度センサを監視して、センサの故障を検出することが必要となる。そしてこの場合には、センサの故障やレンジ外れを検出できることから、排気温度センサを使用しても信頼性を確保できるともいえる。しかしながら、この場合には排気温度センサが２つ以上必要となるため、コストはさらに増大してしまうことになる。
［００１０］
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、排気系冷却手段における冷媒の受熱量を推定することで、冷媒の冷却対象物である排気系の使用環境状態を低コストで把握することができる冷媒の受熱量推定方法、および当該冷媒の受熱量推定方法により推定された受熱量に基づき制御を行うことで、冷媒の冷却性能が低下した状況に好適に対応することができる制御装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１１］
上記課題を解決するための本発明の冷媒の受熱量推定方法は、内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段における前記冷媒の冷媒温度、前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の回転数、及び内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出するステップと、前記冷媒が排気から受ける受熱量を、前記冷媒温度と前記吸気温度との和、前記回転数、及び前記吸入空気量の積により算出した値に基づき推定するステップとを有する。
［００１２］
また本発明の冷媒の受熱量推定方法は、内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出するステップと、前記内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量を、前記推定因子に基づき推定するステップと、前記推定された受熱量が所定値以上であるときに、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御、前記内燃機関から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御、または冷媒からの放熱を促進する制御のうち、少なくともいずれか１つの制御を行うステップと、を有する。
［００１３］
また本発明の冷媒の受熱量推定方法は、冷媒を前記内燃機関の冷却水とした構成であることが好ましい。
［００１４］
また本発明の制御装置は、内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出する検出手段と、前記内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量を、前記推定因子に基づき推定する推定手段と、前記推定手段により推定された受熱量が所定値以上であるときに、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御、前記内燃機関から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御、または冷媒からの放熱を促進する制御のうち、少なくともいずれか１つの制御を行う制御手段とを備える。
［００１５］
また本発明の制御装置は、前記推定因子が、冷媒温度、前記内燃機関の吸気温度、または前記内燃機関の回転数のうち、少なくともいずれか１つをさらに含む構成であることが好ましい。
【００１６】
また本発明の制御装置は、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御が、前記内燃機関に対する燃料噴射量を減量し、空燃比を理論空燃比よりもリーンにする燃料噴射制御である構成であることが好ましい。
【００１７】
また本発明の制御装置は、冷媒を前記内燃機関の冷却水とした構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば排気系冷却手段における冷媒の受熱量を推定することで、冷媒の冷却対象物である排気系の使用環境状態を低コストで把握することができる。また本発明によれば、推定された受熱量に基づき制御を行うことで、冷媒の冷却性能が低下した状況に好適に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】内燃機関システム１００を模式的に示す図である。
【図２】水冷式排気マニホルド（以下、単に水冷エキマニと称す）２０の具体的な構成を模式的に示す図である。
【図３】内燃機関５０を一気筒につき、断面で模式的に示す図である。
【図４】吸気側ＶＶＴ５５の具体的な構成を示す図である。
【図５】ＥＣＵ１の具体的な構成を模式的に示す図である。
【図６】ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図７】ｅｔｈｗと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図８】ｅｔｈａと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図９】ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１０】ｅｔｈｗ×ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１１】（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１２】ＧＡ×ＮＥ／１００と水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１３】（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００と水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１４】（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００×ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１５】ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００２１】
図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現された本実施例に係る制御装置が適用される内燃機関システム１００を模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、エアクリーナ１０、エアフロメータ１１、電子制御スロットル１２、吸気マニホルド１３、水冷エキマニ２０、触媒２１、機械式ウォータポンプ３０、ラジエータ３１、電動ファン３２、サーモスタット３３、冷却水配管４０、内燃機関５０および多段自動変速機６０を備えている。
【００２２】
エアクリーナ１０は吸入空気を濾過する。エアフロメータ１１は吸入空気量センサ１１ａと吸気温度センサ１１ｂとを備えている。エアフロメータ１１は、吸入空気量を計測するとともに吸気温度を検知する。電子制御スロットル１２は吸入空気量を調節する。吸気マニホルド１３は、吸入空気を内燃機関５０の各気筒に分配する。内燃機関５０では、吸入空気と燃料との混合気の燃焼が行われる。燃焼により発生したガスは、排気ガスとして水冷エキマニ２０を介して排出される。水冷エキマニ２０の直後には排気ガスを浄化する触媒２１が設けられており、触媒２１の配置は内燃機関５０に近接した配置となっている。
【００２３】
内燃機関５０には機械式ウォータポンプ３０が設けられている。機械式ウォータポンプ３０は内燃機関５０の出力によって駆動され、冷却水Ｗを圧送する。このとき冷却水Ｗの一部は、内燃機関５０に設けられた図示しないウォータジャケットに供給され、一部は水冷エキマニ２０に供給される。内燃機関５０で熱を受熱した冷却水Ｗの一部はラジエータ３１に流入し、一部はサーモスタット３３に流入する。一方、水冷エキマニ２０で熱を受熱した冷却水Ｗも一部はラジエータ３０に流入し、一部はサーモスタット３３に流入する。ラジエータ３１に流入した冷却水Ｗは走行風或いは電動ファン３２の送風によって放熱した後、サーモスタット３３に流入する。冷却水配管４０のうち、内燃機関５０とラジエータ３０とを接続する配管の内燃機関５０近傍の部分には、水温センサ７１が設けられている。
【００２４】
図２は水冷エキマニ２０の具体的な構成を模式的に示す図である。図２に示すように、水冷エキマニ２０は複数の排気管２０１を全体的に包む外壁部２０２を備えている。外壁部２０２は、複数の排気管２０１と間に冷却水流路を形成している。水冷エキマニ２０では、冷却水導入口２０３から冷却水流路に冷却水Ｗが供給されるとともに、冷却水流路から冷却水排出口２０４を介して冷却水Ｗが排出される。本実施例では内燃機関５０の冷却水Ｗが冷媒となっており、水冷エキマニ２０が排気系冷却手段となっている。
【００２５】
図３は内燃機関５０を一気筒につき、断面で模式的に示す図である。内燃機関５０はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２、ピストン５３、燃料噴射弁５４、吸気弁５７および排気弁５８を備えている。燃料噴射量はＥＣＵ１の制御のもと、燃料噴射弁５４の開弁期間によって調節される。内燃機関５０にはエンジン回転数センサ７２が設けられている。なお、燃料噴射弁５４の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できるように配置されてもよい。
内燃機関５０は可変動弁機構として吸気側ＶＶＴ５５と排気側ＶＶＴ５６とを備えている。吸気側ＶＶＴ５５は吸気弁５７の作用角（開弁期間）及びバルブリフト量を変更するための構成であり、排気側ＶＶＴ５６は排気弁５８の作用角及びバルブリフト量を変更するための構成である。
【００２６】
図４は吸気側ＶＶＴ５５の具体的な構成を示す図である。なお、排気側ＶＶＴ５６の具体的な構成については、吸気側ＶＶＴ５５と同様となっているため図示省略する。吸気側ＶＶＴ５５は、コントロールシャフト５５１と、接続アーム５５２と、摺接アーム５５３と、揺動カム５５４とを備えている。吸気側ＶＶＴ５５では、ＥＣＵ１の制御のもと、コントロールシャフト５５１を適宜駆動することにより、バルブリフト量及び作用角を連続的に可変にすることができる。
【００２７】
図５はＥＣＵ１の具体的な構成を模式的に示す図である。ＥＣＵ１はＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４等からなるマイクロコンピュータと入出力回路５、６とを備えている。これらＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、および入出力回路５、６は互いにバス７で接続されている。ＥＣＵ１は主にエンジン５０を制御するように構成されている。ＥＣＵ１は具体的には例えば燃料噴射弁５４や吸気側ＶＶＴ５５や排気側ＶＶＴ５６を制御するように構成されている。またＥＣＵ１はこのほか電子制御スロットル１３や電動ファン３２などを制御するように構成されている。これらの制御対象はＥＣＵ１に電気的に接続されている。またＥＣＵ１は多段自動変速機６０を制御する変速機ＥＣＵ６１と通信可能に接続されており、ＥＣＵ１は変速機ＥＣＵ６１に対して制御を許可或いは禁止することができるようになっている。
【００２８】
またＥＣＵ１にはエアフロメータ１１（さらに具体的には吸入空気量センサ１１ａおよび吸気温度センサ１１ｂ）や、水温センサ７１や、エンジン回転数センサ７２などの各種のセンサが電気的に接続されている。吸入空気量ＧＡおよび吸気温度ｅｔｈａはエアフロメータ１１の出力に基づき、冷却水温ｅｔｈｗは水温センサ７１の出力に基づき、回転数ＮＥはエンジン回転数センサ７２の出力に基づき、それぞれ検出される。
ＲＯＭ３はＣＰＵ２が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ２がＲＯＭ３に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ４の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００２９】
この点、ＥＣＵ１では内燃機関５０の吸入空気量ＧＡを含む複数の推定因子を検出する検出手段と、水冷エキマニ２０で冷媒が排気から受ける受熱量を、検出手段により検出された複数の推定因子に基づき推定する推定手段とが機能的に実現される。すなわち、本実施例ではＥＣＵ１によって冷媒の受熱量推定方法が実現される。またＥＣＵ１では、推定された冷却損失Ｑｗが所定値以上であるときに、所定の制御を行う制御手段が機能的に実現される。なお、所定の制御については後に詳述する。
【００３０】
上述の複数の推定因子は冷媒温度である冷却水温ｅｔｈｗ、内燃機関５０の吸気温度ｅｔｈａ、または内燃機関５０の回転数ＮＥのうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことが好ましい。これは、これら４因子が冷却損失Ｑｗに対して大きな影響力を持つ因子であることによる。このことは、具体的には図６から図１４までに示す実験結果により特定した。
【００３１】
図６は吸入空気量ＧＡと冷却損失Ｑｗとの関係を示す図である。図６は、内燃機関５０を台上試験で定常運転して得たデータに基づいて作成されている。図６に示すように、冷却損失Ｑｗは吸入空気量ＧＡの増減にほぼ比例して増減しており、吸入空気量ＧＡは冷却損失Ｑｗと高い線形的な相関関係を有していることがわかる。したがって冷却損失Ｑｗの推定因子には、少なくとも吸入空気量ＧＡを含むことが適当である。
【００３２】
一方、冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａは初期状態など内燃機関５０の運転環境条件を表すことができる。したがって冷却水Ｗで水冷エキマニ２０を冷却するにあたり、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定するにあたっては、これら冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａも考慮することが適当である。
しかしながら、図７に示すように推定因子を冷却水温ｅｔｈｗのみとし、冷却水温ｅｔｈｗを冷却損失Ｑｗの指標とした場合には、各データには線形的なまとまりが認められない。そしてこれらのデータを最小二乗法で近似した場合、相関の度合いを示すＲ２（１に近いほど相関の度合いが高い）は、０．３６１３となる。すなわち、この場合には冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係は認められない。
また図８に示すように、推定因子を吸気温度ｅｔｈａのみとし、吸気温度ｅｔｈａを冷却損失Ｑｗの指標とした場合には、Ｒ２が０．２３８７となる。この場合にも冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係は認められない。
さらに図９に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗおよび吸気温度ｅｔｈａとし、ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａを冷却損失Ｑｗの指標とした場合でもＲ２は０．３０１４となり、冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係は認められない。
【００３３】
これに対して図１０に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗおよび吸入空気量ＧＡとし、ｅｔｈｗ×ＧＡを冷却損失Ｑｗの指標とした場合には、Ｒ２は０．８４８２となり、冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
また図１１に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａおよび吸入空気量ＧＡとし、（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＧＡを冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．８７３７となり、この場合にも冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
したがって、これら冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａは吸入空気量ＧＡとともに推定因子とすることが好ましい。
【００３４】
また、回転数ＮＥの大きさは内燃機関５０のフリクションの大きさを表すことができる。具体的には回転数ＮＥが増大するほど内燃機関５０のフリクションが増大する。そしてフリクションが増大すれば、内燃機関５０から発生する熱量も増大することから、冷却損失Ｑｗも増大する傾向にある。このため、冷却水Ｗで水冷エキマニ２０を冷却するにあたり、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定するにあたっては、回転数ＮＥも考慮することが適当である。
この点、図１２に示すように、推定因子を吸入空気量ＧＡおよび回転数ＮＥとし、ＧＡ×ＮＥ／１００を冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．８５６２となり、冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
そしてこれら図６から図１２により、吸入空気量ＧＡを含む複数の推定因子（具体的には吸入空気量ＧＡと、冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａまたは回転数ＮＥのうち、少なくともいずれか１つ）に基づき推定することで、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定できることがわかる。
なお、図１３に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａおよび回転数ＮＥとし、（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００を冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．８６１８となり、この場合にも冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
【００３５】
さらに図１４に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａ、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡとし、（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００×ＧＡを冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．９２６３となる。すなわち、これら４因子を推定因子とした場合に、冷却損失Ｑｗとの間に最も高い線形的な相関関係が認められることがわかる。したがって、冷却損失Ｑｗはこれら４因子をすべて含んだ次の式（１）に基づき推定することが最も好ましい。
Ｑｗ＝（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ×ＧＡ・・・式（１）
【００３６】
すなわち冷却損失Ｑｗは、冷却水温ｅｔｈｗと吸気温度ｅｔｈａとの和と、回転数ＮＥと、吸入空気量ＧＡとの積により算出した値に基づき推定することが最も好ましい。このためＥＣＵ１では、式１に基づき冷却損失Ｑｗを推定するようにしている。またＥＣＵ１で式１に基づき冷却損失Ｑｗを推定するにあたり、冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａ、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡは一般に既設のセンサを用いて検出することができる。このためこれにより、水冷エキマニ２０の使用環境状態を低コストで把握することができる。
【００３７】
次にＥＣＵ１で行われる処理を図１５に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は冷却水温ｅｔｈｗと、吸気温度ｅｔｈａと、吸入空気量ＧＡと、回転数ＮＥをそれぞれ検出する（ステップＳ１１からＳ１４まで）。続いてＥＣＵ１は、式（１）に基づき現在の冷却損失Ｑｗを算出する（ステップＳ１５）。続いてＥＣＵ１は、推定した冷却損失Ｑｗが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。推定した冷却損失Ｑｗは、例えば高負荷運転時に空気過剰率λ＝１で内燃機関５０を運転している場合に所定値以上になることがある。ステップＳ１６で否定判定であれば、本フローチャートに示す処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１６で肯定判定であれば、ＥＣＵ１は所定の制御を行う（ステップＳ１７）。
【００３８】
この所定の制御としては、内燃機関５０から発生する熱量を低減する制御や、内燃機関５０から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御や、冷却水Ｗからの放熱を促進する制御を行うことができる。
具体的には所定の制御として、例えば燃料噴射量を増量する燃料噴射制御を行うことができる。この場合、推定された冷却損失Ｑｗの大きさに応じて燃料増量値を可変にすることが好ましい。これにより内燃機関５０から発生する熱量を低減できる。したがってこれにより、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば燃料噴射量を減量し、空燃比を理論空燃比よりもリーンにする燃料噴射制御を行うことができる。これにより燃料消費を抑制でき、以って内燃機関５０から発生する熱量を低減するとともに排気温度を低下させることができる。したがってこれにより、触媒の過熱によりエミッションが悪化することを防止しつつ、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
【００３９】
また所定の制御として、例えば電子制御スロットル１２を絞る制御を行うことができる。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減するとともに排気温度を低下させることができる。したがってこれにより、エミッションを悪化させることなく、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えばキックダウン操作に応じて多段自動変速機６０の変速段が所定の変速段以下になることを禁止する制御を行うことができる。これにより、回転数ＮＥが大幅に上昇することを防止し、内燃機関５０から発生する熱量がさらに増大することを抑制できる。
【００４０】
また所定の制御として、例えば吸入空気が筒内に入り難くなる設定で吸気側ＶＶＴ５５、排気側ＶＶＴ５６の制御を行うことができる。吸入空気が筒内に入り難くなる設定としては、具体的には例えば吸気側ＶＶＴ５５、排気側ＶＶＴ５６を作動させないようにする設定がある。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減し、以ってエミッションを悪化させることなく、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば排気側ＶＶＴ５６を遅角させる制御を行うことができる。これにより膨張比を向上させて排気温度を低下させることができる。したがってこれにより、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４１】
また所定の制御として、例えばＶＶＴ５５、５６のリフト量を低リフト側に変更する制御を行うことができる。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減することができ、以って内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば内燃機関５０の減筒運転制御を行うことができる。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減することができ、以って内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば電動ファン３２の回転数を高める制御を行うことができる。これにより、ラジエータ３１における冷却水Ｗの放熱を促進することができる。
そしてこれらの所定の制御により、直接的或いは間接的に冷却水Ｗの冷却性能の回復を図ることができる。
【００４２】
このようにＥＣＵ１およびＥＣＵ１によって実現される冷媒の受熱量推定方法は、水冷エキマニ２０における冷却損失Ｑｗを推定することで、水冷エキマニ２０の使用環境状態を低コストで把握することができる。またＥＣＵ１は、推定された冷却損失Ｑｗに基づき制御を行うことで、冷却水Ｗの冷却性能が低下した状況に好適に対応することができる。
【００４３】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば本発明を適用する場合に用いられる水冷エキマニ２０を含む内燃機関５０の冷却系統の具体的な構成は必ずしも図１に示す構成に限られず、その他の適宜の構成であってもよい。
また例えば本発明を適用する場合に用いられる冷却エキマニ２０の具体的な構成は必ずしも図２に示す構成に限られず、冷媒によって排気マニホルドの全部または一部を冷却することが可能なその他の適宜の構成であってもよい。
また例えば本発明を適用する場合に用いられる可変動弁機構の具体的な構成は必ずしも図４に示す構成に限られず、バルブ特性を可変にすることが可能なその他の適宜の構成であってもよい。
【００４４】
また、上述した実施例では冷却エキマニ２０で排気系冷却手段を実現した例を示したが、排気系冷却手段は触媒２１に流入する排気を冷媒により冷却することが可能なその他の適宜の構成であってもよい。
また、上述した実施例では内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とした場合について詳述したが、冷媒は必ずしもこれに限られず、例えば冷却エキマニ２０に専用の冷却系統を別途設け、この冷却系統を流通させる冷却水を冷媒としてもよい。この場合の冷却水としては、さらに具体的には例えば内燃機関５０の冷却水Ｗと同様にＬＬＣ（Long Life coolant）を適用することができる。但し、内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とすれば、専用の冷却系統を新たに備える必要がない点でコスト的に有利である。また内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とした場合には、受熱量の増大によって冷却水Ｗの冷却性能が大幅に低下し易くなることから、本発明は内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とした場合に特に効果的である。
【００４５】
また、本発明を適用する場合に用いられる検出手段や推定手段や制御手段は、主に内燃機関５０を制御するＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。この点、本発明の制御装置は例えば複数の電子制御装置や、電子回路等のハードウェアや、電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。
【０００１】
本発明は冷媒の受熱量推定方法および制御装置に関し、特に内燃機関の排気系を冷却する排気系冷却手段における冷媒の受熱量推定方法、および当該冷媒の受熱量推定方法により推定された受熱量に基づき制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系（具体的には例えば排気マニホルド）を水などの冷媒により冷却する技術が知られている。かかる技術に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では排気マニホルドの周囲に形成したウォータジャケットと、該ウォータジャケットに水を噴霧状に噴射する水噴射手段とを備えた排気マニホルド装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−２０８６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、環境問題に対する取組みとして、内燃機関においては排気エミッションを低減することが求められている。この点、主に軽中負荷運転時の排気エミッションを低減するにあたっては、３元触媒を内燃機関に近接した配置とし、早期に３元触媒を暖機させる手法がある。
【０００５】
一方、上記手法を用いた状態で高負荷運転時の排気エミッション低減を行うには、理論空燃比または理論空燃比近傍で内燃機関を運転することが望まれる。しかしながら、この場合には内燃機関に近接して触媒を配置したことに起因して、触媒が過熱し、結果劣化の過大な進行や、劣化の過大な進行による排気エミッションの悪化が懸念される。よって、高負荷運転域の排気エミッション低減を考慮すると、３元触媒を内燃機関から遠ざけて配置する必要がある。しかし、これでは軽中負荷運転域の排気エミッション低減が不十分になる虞があるため、触媒の浄化を促進させる貴金属の量を大きくする必要がある。しかしながら、これら貴金属は希少なものであるため、この場合はコストの増大が懸念される。
【０００６】
これに対してかかる事情のもと、軽中負荷運転時と高負荷運転時の排気エミッションの更なる低減を好適に両立させることを目的として、排気系を冷媒で冷却し、排気温度を低下させることが考えられている。このようにすれば、触媒の過熱を抑制することも可能になる。このためこのようにすれば、触媒を内燃機関に近接して配置することができ、以って軽中負荷運転時と高負荷運転時の排気エミッションの更なる低減を好適に両立させることも可能になる。
【０００７】
しかしながら、冷媒で排気系を冷却した場合、冷媒の温度は排気系からの受熱量に応じて上昇する。そして冷媒の温度が上昇すると、冷媒の冷却性能が低下する。この点、具体的には例えば内燃機関の冷却水を冷媒として用いた場合、冷却水の冷却対象物に排気系が加わる形になることから、冷却水の受熱量が増大し、その分冷却性能が低下する虞がある。さらに上述したように、高負荷運転時に内燃機関を理論空燃比または理論空燃比近傍で運転した場合には、冷却水の受熱量が大幅に増大することから、冷却水の冷却性能が大幅に低下する虞がある。この場合、排気系を適切に冷却できなくなる虞があるほか、内燃機関も適切に冷却できなくなる結果、内燃機関がオーバーヒートしてしまう虞もある。
【０００８】
この点、これに対しては冷媒の冷却対象物である排気系の使用環境状態を把握できれば、冷媒の冷却性能が低下した状況に対応するための種々の措置を採り得る。排気系の使用環境状態を把握するにあたっては、例えば排気温度センサなどのセンサを備えることが考えられる。しかしながらセンサを備えることは、冷媒による排気系の冷却を行うために必要なコストの増加に繋がる。なお、排気温度センサは一般に安価であるものの、かかる冷却を行うシステムの適用を他の内燃機関に全面的に展開した場合に、全体としてみれば大幅なコスト増加に繋がることになる。
【０００９】
また内燃機関の排気系は高温、多湿といった電子部品にとって劣悪な環境である。このため、排気温度センサの使用は信頼性の観点からも好ましいとはいえない。この点、米国ではセンサの故障やレンジ外れへの対応を義務付けるＯＢＤ法規に適合することが必要となることから、具体的には例えば一方の排気温度センサでもう一方の排気温度センサを監視して、センサの故障を検出することが必要となる。そしてこの場合には、センサの故障やレンジ外れを検出できることから、排気温度センサを使用しても信頼性を確保できるともいえる。しかしながら、この場合には排気温度センサが２つ以上必要となるため、コストはさらに増大してしまうことになる。
［００１０］
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、排気系冷却手段における冷媒の受熱量を推定することで、冷媒の冷却対象物である排気系の使用環境状態を低コストで把握することができる冷媒の受熱量推定方法、および当該冷媒の受熱量推定方法により推定された受熱量に基づき制御を行うことで、冷媒の冷却性能が低下した状況に好適に対応することができる制御装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１１］
上記課題を解決するための本発明の冷媒の受熱量推定方法は、内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段における前記冷媒の冷媒温度、前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の回転数、及び内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出するステップと、前記冷媒が排気から受ける受熱量を、前記冷媒温度と前記吸気温度との和、前記回転数、及び前記吸入空気量の積により算出した値に基づき推定するステップとを有する。
［００１２］
また本発明の冷媒の受熱量推定方法は、内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出するステップと、前記内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量を、前記推定因子に基づき推定するステップと、前記推定された受熱量が所定値以上であるときに、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御、前記内燃機関から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御、または冷媒からの放熱を促進する制御のうち、少なくともいずれか１つの制御を行うステップと、を有する。
［００１３］
また本発明の冷媒の受熱量推定方法は、冷媒を前記内燃機関の冷却水とした構成であることが好ましい。
［００１４］
また本発明の制御装置は、内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出する検出手段と、前記内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量を、前記推定因子に基づき推定する推定手段と、前記推定手段により推定された受熱量が所定値以上であるときに、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御、前記内燃機関から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御、または冷媒からの放熱を促進する制御のうち、少なくともいずれか１つの制御を行う制御手段とを備える。
［００１５］
また本発明の制御装置は、前記推定因子が、冷媒温度、前記内燃機関の吸気温度、または前記内燃機関の回転数のうち、少なくともいずれか１つをさらに含む構成であることが好ましい。
【００１６】
また本発明の制御装置は、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御が、前記内燃機関に対する燃料噴射量を減量し、空燃比を理論空燃比よりもリーンにする燃料噴射制御である構成であることが好ましい。
【００１７】
また本発明の制御装置は、冷媒を前記内燃機関の冷却水とした構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば排気系冷却手段における冷媒の受熱量を推定することで、冷媒の冷却対象物である排気系の使用環境状態を低コストで把握することができる。また本発明によれば、推定された受熱量に基づき制御を行うことで、冷媒の冷却性能が低下した状況に好適に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】内燃機関システム１００を模式的に示す図である。
【図２】水冷式排気マニホルド（以下、単に水冷エキマニと称す）２０の具体的な構成を模式的に示す図である。
【図３】内燃機関５０を一気筒につき、断面で模式的に示す図である。
【図４】吸気側ＶＶＴ５５の具体的な構成を示す図である。
【図５】ＥＣＵ１の具体的な構成を模式的に示す図である。
【図６】ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図７】ｅｔｈｗと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図８】ｅｔｈａと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図９】ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１０】ｅｔｈｗ×ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１１】（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１２】ＧＡ×ＮＥ／１００と水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１３】（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００と水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１４】（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００×ＧＡと水冷エキマニ２０のＱｗとの関係を示す図である。
【図１５】ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００２１】
図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現された本実施例に係る制御装置が適用される内燃機関システム１００を模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、エアクリーナ１０、エアフロメータ１１、電子制御スロットル１２、吸気マニホルド１３、水冷エキマニ２０、触媒２１、機械式ウォータポンプ３０、ラジエータ３１、電動ファン３２、サーモスタット３３、冷却水配管４０、内燃機関５０および多段自動変速機６０を備えている。
【００２２】
エアクリーナ１０は吸入空気を濾過する。エアフロメータ１１は吸入空気量センサ１１ａと吸気温度センサ１１ｂとを備えている。エアフロメータ１１は、吸入空気量を計測するとともに吸気温度を検知する。電子制御スロットル１２は吸入空気量を調節する。吸気マニホルド１３は、吸入空気を内燃機関５０の各気筒に分配する。内燃機関５０では、吸入空気と燃料との混合気の燃焼が行われる。燃焼により発生したガスは、排気ガスとして水冷エキマニ２０を介して排出される。水冷エキマニ２０の直後には排気ガスを浄化する触媒２１が設けられており、触媒２１の配置は内燃機関５０に近接した配置となっている。
【００２３】
内燃機関５０には機械式ウォータポンプ３０が設けられている。機械式ウォータポンプ３０は内燃機関５０の出力によって駆動され、冷却水Ｗを圧送する。このとき冷却水Ｗの一部は、内燃機関５０に設けられた図示しないウォータジャケットに供給され、一部は水冷エキマニ２０に供給される。内燃機関５０で熱を受熱した冷却水Ｗの一部はラジエータ３１に流入し、一部はサーモスタット３３に流入する。一方、水冷エキマニ２０で熱を受熱した冷却水Ｗも一部はラジエータ３０に流入し、一部はサーモスタット３３に流入する。ラジエータ３１に流入した冷却水Ｗは走行風或いは電動ファン３２の送風によって放熱した後、サーモスタット３３に流入する。冷却水配管４０のうち、内燃機関５０とラジエータ３０とを接続する配管の内燃機関５０近傍の部分には、水温センサ７１が設けられている。
【００２４】
図２は水冷エキマニ２０の具体的な構成を模式的に示す図である。図２に示すように、水冷エキマニ２０は複数の排気管２０１を全体的に包む外壁部２０２を備えている。外壁部２０２は、複数の排気管２０１と間に冷却水流路を形成している。水冷エキマニ２０では、冷却水導入口２０３から冷却水流路に冷却水Ｗが供給されるとともに、冷却水流路から冷却水排出口２０４を介して冷却水Ｗが排出される。本実施例では内燃機関５０の冷却水Ｗが冷媒となっており、水冷エキマニ２０が排気系冷却手段となっている。
【００２５】
図３は内燃機関５０を一気筒につき、断面で模式的に示す図である。内燃機関５０はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２、ピストン５３、燃料噴射弁５４、吸気弁５７および排気弁５８を備えている。燃料噴射量はＥＣＵ１の制御のもと、燃料噴射弁５４の開弁期間によって調節される。内燃機関５０にはエンジン回転数センサ７２が設けられている。なお、燃料噴射弁５４の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できるように配置されてもよい。
内燃機関５０は可変動弁機構として吸気側ＶＶＴ５５と排気側ＶＶＴ５６とを備えている。吸気側ＶＶＴ５５は吸気弁５７の作用角（開弁期間）及びバルブリフト量を変更するための構成であり、排気側ＶＶＴ５６は排気弁５８の作用角及びバルブリフト量を変更するための構成である。
【００２６】
図４は吸気側ＶＶＴ５５の具体的な構成を示す図である。なお、排気側ＶＶＴ５６の具体的な構成については、吸気側ＶＶＴ５５と同様となっているため図示省略する。吸気側ＶＶＴ５５は、コントロールシャフト５５１と、接続アーム５５２と、摺接アーム５５３と、揺動カム５５４とを備えている。吸気側ＶＶＴ５５では、ＥＣＵ１の制御のもと、コントロールシャフト５５１を適宜駆動することにより、バルブリフト量及び作用角を連続的に可変にすることができる。
【００２７】
図５はＥＣＵ１の具体的な構成を模式的に示す図である。ＥＣＵ１はＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４等からなるマイクロコンピュータと入出力回路５、６とを備えている。これらＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、および入出力回路５、６は互いにバス７で接続されている。ＥＣＵ１は主にエンジン５０を制御するように構成されている。ＥＣＵ１は具体的には例えば燃料噴射弁５４や吸気側ＶＶＴ５５や排気側ＶＶＴ５６を制御するように構成されている。またＥＣＵ１はこのほか電子制御スロットル１３や電動ファン３２などを制御するように構成されている。これらの制御対象はＥＣＵ１に電気的に接続されている。またＥＣＵ１は多段自動変速機６０を制御する変速機ＥＣＵ６１と通信可能に接続されており、ＥＣＵ１は変速機ＥＣＵ６１に対して制御を許可或いは禁止することができるようになっている。
【００２８】
またＥＣＵ１にはエアフロメータ１１（さらに具体的には吸入空気量センサ１１ａおよび吸気温度センサ１１ｂ）や、水温センサ７１や、エンジン回転数センサ７２などの各種のセンサが電気的に接続されている。吸入空気量ＧＡおよび吸気温度ｅｔｈａはエアフロメータ１１の出力に基づき、冷却水温ｅｔｈｗは水温センサ７１の出力に基づき、回転数ＮＥはエンジン回転数センサ７２の出力に基づき、それぞれ検出される。
ＲＯＭ３はＣＰＵ２が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ２がＲＯＭ３に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ４の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００２９】
この点、ＥＣＵ１では内燃機関５０の吸入空気量ＧＡを含む複数の推定因子を検出する検出手段と、水冷エキマニ２０で冷媒が排気から受ける受熱量を、検出手段により検出された複数の推定因子に基づき推定する推定手段とが機能的に実現される。すなわち、本実施例ではＥＣＵ１によって冷媒の受熱量推定方法が実現される。またＥＣＵ１では、推定された冷却損失Ｑｗが所定値以上であるときに、所定の制御を行う制御手段が機能的に実現される。なお、所定の制御については後に詳述する。
【００３０】
上述の複数の推定因子は冷媒温度である冷却水温ｅｔｈｗ、内燃機関５０の吸気温度ｅｔｈａ、または内燃機関５０の回転数ＮＥのうち、少なくともいずれか１つをさらに含むことが好ましい。これは、これら４因子が冷却損失Ｑｗに対して大きな影響力を持つ因子であることによる。このことは、具体的には図６から図１４までに示す実験結果により特定した。
【００３１】
図６は吸入空気量ＧＡと冷却損失Ｑｗとの関係を示す図である。図６は、内燃機関５０を台上試験で定常運転して得たデータに基づいて作成されている。図６に示すように、冷却損失Ｑｗは吸入空気量ＧＡの増減にほぼ比例して増減しており、吸入空気量ＧＡは冷却損失Ｑｗと高い線形的な相関関係を有していることがわかる。したがって冷却損失Ｑｗの推定因子には、少なくとも吸入空気量ＧＡを含むことが適当である。
【００３２】
一方、冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａは初期状態など内燃機関５０の運転環境条件を表すことができる。したがって冷却水Ｗで水冷エキマニ２０を冷却するにあたり、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定するにあたっては、これら冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａも考慮することが適当である。
しかしながら、図７に示すように推定因子を冷却水温ｅｔｈｗのみとし、冷却水温ｅｔｈｗを冷却損失Ｑｗの指標とした場合には、各データには線形的なまとまりが認められない。そしてこれらのデータを最小二乗法で近似した場合、相関の度合いを示すＲ２（１に近いほど相関の度合いが高い）は、０．３６１３となる。すなわち、この場合には冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係は認められない。
また図８に示すように、推定因子を吸気温度ｅｔｈａのみとし、吸気温度ｅｔｈａを冷却損失Ｑｗの指標とした場合には、Ｒ２が０．２３８７となる。この場合にも冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係は認められない。
さらに図９に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗおよび吸気温度ｅｔｈａとし、ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａを冷却損失Ｑｗの指標とした場合でもＲ２は０．３０１４となり、冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係は認められない。
【００３３】
これに対して図１０に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗおよび吸入空気量ＧＡとし、ｅｔｈｗ×ＧＡを冷却損失Ｑｗの指標とした場合には、Ｒ２は０．８４８２となり、冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
また図１１に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａおよび吸入空気量ＧＡとし、（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＧＡを冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．８７３７となり、この場合にも冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
したがって、これら冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａは吸入空気量ＧＡとともに推定因子とすることが好ましい。
【００３４】
また、回転数ＮＥの大きさは内燃機関５０のフリクションの大きさを表すことができる。具体的には回転数ＮＥが増大するほど内燃機関５０のフリクションが増大する。そしてフリクションが増大すれば、内燃機関５０から発生する熱量も増大することから、冷却損失Ｑｗも増大する傾向にある。このため、冷却水Ｗで水冷エキマニ２０を冷却するにあたり、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定するにあたっては、回転数ＮＥも考慮することが適当である。
この点、図１２に示すように、推定因子を吸入空気量ＧＡおよび回転数ＮＥとし、ＧＡ×ＮＥ／１００を冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．８５６２となり、冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
そしてこれら図６から図１２により、吸入空気量ＧＡを含む複数の推定因子（具体的には吸入空気量ＧＡと、冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａまたは回転数ＮＥのうち、少なくともいずれか１つ）に基づき推定することで、冷却損失Ｑｗをより高い精度で推定できることがわかる。
なお、図１３に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａおよび回転数ＮＥとし、（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００を冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．８６１８となり、この場合にも冷却損失Ｑｗとの間に高い線形的な相関関係が認められる。
【００３５】
さらに図１４に示すように、推定因子を冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａ、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡとし、（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ／１００×ＧＡを冷却損失Ｑｗの指標とした場合にはＲ２は０．９２６３となる。すなわち、これら４因子を推定因子とした場合に、冷却損失Ｑｗとの間に最も高い線形的な相関関係が認められることがわかる。したがって、冷却損失Ｑｗはこれら４因子をすべて含んだ次の式（１）に基づき推定することが最も好ましい。
Ｑｗ＝（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ×ＧＡ・・・式（１）
【００３６】
すなわち冷却損失Ｑｗは、冷却水温ｅｔｈｗと吸気温度ｅｔｈａとの和と、回転数ＮＥと、吸入空気量ＧＡとの積により算出した値に基づき推定することが最も好ましい。このためＥＣＵ１では、式１に基づき冷却損失Ｑｗを推定するようにしている。またＥＣＵ１で式１に基づき冷却損失Ｑｗを推定するにあたり、冷却水温ｅｔｈｗ、吸気温度ｅｔｈａ、回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡは一般に既設のセンサを用いて検出することができる。このためこれにより、水冷エキマニ２０の使用環境状態を低コストで把握することができる。
【００３７】
次にＥＣＵ１で行われる処理を図１５に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は冷却水温ｅｔｈｗと、吸気温度ｅｔｈａと、吸入空気量ＧＡと、回転数ＮＥをそれぞれ検出する（ステップＳ１１からＳ１４まで）。続いてＥＣＵ１は、式（１）に基づき現在の冷却損失Ｑｗを算出する（ステップＳ１５）。続いてＥＣＵ１は、推定した冷却損失Ｑｗが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。推定した冷却損失Ｑｗは、例えば高負荷運転時に空気過剰率λ＝１で内燃機関５０を運転している場合に所定値以上になることがある。ステップＳ１６で否定判定であれば、本フローチャートに示す処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１６で肯定判定であれば、ＥＣＵ１は所定の制御を行う（ステップＳ１７）。
【００３８】
この所定の制御としては、内燃機関５０から発生する熱量を低減する制御や、内燃機関５０から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御や、冷却水Ｗからの放熱を促進する制御を行うことができる。
具体的には所定の制御として、例えば燃料噴射量を増量する燃料噴射制御を行うことができる。この場合、推定された冷却損失Ｑｗの大きさに応じて燃料増量値を可変にすることが好ましい。これにより内燃機関５０から発生する熱量を低減できる。したがってこれにより、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば燃料噴射量を減量し、空燃比を理論空燃比よりもリーンにする燃料噴射制御を行うことができる。これにより燃料消費を抑制でき、以って内燃機関５０から発生する熱量を低減するとともに排気温度を低下させることができる。したがってこれにより、触媒の過熱によりエミッションが悪化することを防止しつつ、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
【００３９】
また所定の制御として、例えば電子制御スロットル１２を絞る制御を行うことができる。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減するとともに排気温度を低下させることができる。したがってこれにより、エミッションを悪化させることなく、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えばキックダウン操作に応じて多段自動変速機６０の変速段が所定の変速段以下になることを禁止する制御を行うことができる。これにより、回転数ＮＥが大幅に上昇することを防止し、内燃機関５０から発生する熱量がさらに増大することを抑制できる。
【００４０】
また所定の制御として、例えば吸入空気が筒内に入り難くなる設定で吸気側ＶＶＴ５５、排気側ＶＶＴ５６の制御を行うことができる。吸入空気が筒内に入り難くなる設定としては、具体的には例えば吸気側ＶＶＴ５５、排気側ＶＶＴ５６を作動させないようにする設定がある。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減し、以ってエミッションを悪化させることなく、内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば排気側ＶＶＴ５６を遅角させる制御を行うことができる。これにより膨張比を向上させて排気温度を低下させることができる。したがってこれにより、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４１】
また所定の制御として、例えばＶＶＴ５５、５６のリフト量を低リフト側に変更する制御を行うことができる。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減することができ、以って内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば内燃機関５０の減筒運転制御を行うことができる。これにより、内燃機関５０から発生する熱量を低減することができ、以って内燃機関５０のオーバーヒートを防止できる。
また所定の制御として、例えば電動ファン３２の回転数を高める制御を行うことができる。これにより、ラジエータ３１における冷却水Ｗの放熱を促進することができる。
そしてこれらの所定の制御により、直接的或いは間接的に冷却水Ｗの冷却性能の回復を図ることができる。
【００４２】
このようにＥＣＵ１およびＥＣＵ１によって実現される冷媒の受熱量推定方法は、水冷エキマニ２０における冷却損失Ｑｗを推定することで、水冷エキマニ２０の使用環境状態を低コストで把握することができる。またＥＣＵ１は、推定された冷却損失Ｑｗに基づき制御を行うことで、冷却水Ｗの冷却性能が低下した状況に好適に対応することができる。
【００４３】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば本発明を適用する場合に用いられる水冷エキマニ２０を含む内燃機関５０の冷却系統の具体的な構成は必ずしも図１に示す構成に限られず、その他の適宜の構成であってもよい。
また例えば本発明を適用する場合に用いられる冷却エキマニ２０の具体的な構成は必ずしも図２に示す構成に限られず、冷媒によって排気マニホルドの全部または一部を冷却することが可能なその他の適宜の構成であってもよい。
また例えば本発明を適用する場合に用いられる可変動弁機構の具体的な構成は必ずしも図４に示す構成に限られず、バルブ特性を可変にすることが可能なその他の適宜の構成であってもよい。
【００４４】
また、上述した実施例では冷却エキマニ２０で排気系冷却手段を実現した例を示したが、排気系冷却手段は触媒２１に流入する排気を冷媒により冷却することが可能なその他の適宜の構成であってもよい。
また、上述した実施例では内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とした場合について詳述したが、冷媒は必ずしもこれに限られず、例えば冷却エキマニ２０に専用の冷却系統を別途設け、この冷却系統を流通させる冷却水を冷媒としてもよい。この場合の冷却水としては、さらに具体的には例えば内燃機関５０の冷却水Ｗと同様にＬＬＣ（Long Life coolant）を適用することができる。但し、内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とすれば、専用の冷却系統を新たに備える必要がない点でコスト的に有利である。また内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とした場合には、受熱量の増大によって冷却水Ｗの冷却性能が大幅に低下し易くなることから、本発明は内燃機関５０の冷却水Ｗを冷媒とした場合に特に効果的である。
【００４５】
また、本発明を適用する場合に用いられる検出手段や推定手段や制御手段は、主に内燃機関５０を制御するＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。この点、本発明の制御装置は例えば複数の電子制御装置や、電子回路等のハードウェアや、電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。
Claims (7)
- 内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段における前記冷媒の冷媒温度、前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の回転数、及び内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出するステップと、
前記冷媒が排気から受ける受熱量を、前記冷媒温度と前記吸気温度との和、前記回転数、及び前記吸入空気量の積により算出した値に基づき推定するステップと
を有する冷媒の受熱量推定方法。 - 内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出するステップと、
前記内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量を、前記推定因子に基づき推定するステップと、
前記推定された受熱量が所定値以上であるときに、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御、前記内燃機関から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御、または冷媒からの放熱を促進する制御のうち、少なくともいずれか１つの制御を行うステップと、
を有する冷媒の受熱量推定方法。 - 請求項１または２記載の冷媒の受熱量推定方法であって、
冷媒を前記内燃機関の冷却水とした冷媒の受熱量推定方法。 - 内燃機関の吸入空気量を含む推定因子を検出する検出手段と、
前記内燃機関の排気系を冷媒により冷却する排気系冷却手段で冷媒が排気から受ける受熱量を、前記推定因子に基づき推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された受熱量が所定値以上であるときに、前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御、前記内燃機関から発生する熱量がさらに増大することを抑制する制御、または冷媒からの放熱を促進する制御のうち、少なくともいずれか１つの制御を行う制御手段と
を備える制御装置。 - 請求項４記載の制御装置であって、
前記推定因子が、冷媒温度、前記内燃機関の吸気温度、または前記内燃機関の回転数のうち、少なくともいずれか１つをさらに含む制御装置。 - 請求項４記載の制御装置であって、
前記内燃機関から発生する熱量を低減する制御が、前記内燃機関に対する燃料噴射量を減量し、空燃比を理論空燃比よりもリーンにする燃料噴射制御である制御装置。 - 請求項４記載の制御装置であって、
冷媒を前記内燃機関の冷却水とした制御装置。
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