JP5919664B2

JP5919664B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5919664B2
Application number: JP2011157901A
Authority: JP
Inventors: 千尋大塚
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: JP2013024085A

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に暖機時に冷却水循環を停止させるエンジンの制御装置に関する。

エンジンの冷却システムとして、冷却水回路に冷却水を圧送供給する電動ウォータポンプを備え、暖機促進の観点から、冷却水温の低温時には電動ウォータポンプを停止させることで、冷却水の循環を停止させるシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１６１７４８号公報

ところで、一般的にエンジンの燃料噴射量、燃料噴射圧、吸入空気量等の各種制御に用いるパラメータの一つとして、サーモスタット周辺にある水温センサの検出値が用いられている。これは、冷却水が冷却水回路を循環してウォータジャケット内を流通している時は、水温センサで検出される冷却水温とシリンダ壁面温度とに相関があると考えられるためである。

しかし、上述の暖機時にウォータポンプを停止させるようなシステムでは、冷却水循環の停止により、水温センサで検出値される冷却水温とシリンダ壁面温度との相関が成り立たなくなる場合がある。そのため、エンジンの各種制御に水温センサの検出値を用いると、特に冷却水循環が停止した状態では、運転状態に応じた最適な制御を行えない可能性がある。

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、冷却水循環が停止した際のエンジンの各種制御を適正化して、エンジンの排気ガス悪化や失火による燃焼悪化を効果的に防止することにある。

上記目的を達成するため、本発明のエンジンの制御装置は、ウォータジャケットを含む冷却水回路を備え、エンジン始動時から冷却水温が所定温度に上昇するまで前記ウォータジャケットの冷却水循環を停止させるエンジンの制御装置であって、前記冷却水回路内の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、少なくともエンジン回転数及び、燃料噴射量を含む前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段により検出されるエンジンの運転状態に基づいて、冷却水の水温上昇幅を所定時間毎に推定する冷却水温上昇幅推定部と、エンジン始動時における前記冷却水温検出手段の検出値を初期水温に設定し、該初期水温にエンジン始動時から所定期間経過時までに前記冷却水温上昇幅推定部により推定された各水温上昇幅を積算することで、該所定期間経過時の推定冷却水温を算出する推定冷却水温演算部と、少なくとも前記運転状態検出手段の検出値及び、前記推定冷却水温演算部により算出される推定冷却水温に基づいて、前記エンジンの運転状態を制御する運転状態制御部とを備えることを特徴とする。

また、前記運転状態制御部は、前記推定冷却水温演算部により算出される推定冷却水温が所定温度よりも高くなった場合は、前記推定冷却水温に切り替えて前記冷却水温検出手段の検出値を前記エンジンの運転状態の制御に用いてもよい。

また、外気温を検出する外気温検出手段と、前記推定冷却水温演算部により算出される推定冷却水温を、該推定冷却水温と前記外気温検出手段により検出された外気温との温度差に基づいて補正する推定冷却水温補正部とをさらに備えてもよい。

本発明のエンジンの制御装置によれば、冷却水循環が停止した際のエンジンの各種制御を適正化することができると共に、エンジンの排気ガス悪化や失火による燃焼悪化を効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置を示す模式的なブロック構成図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置の制御内容を示すフローチャートである。

以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置を説明する。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。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジンの制御装置１は、エンジン１０のシリンダブロック１２内に形成されたウォータジャケット１３と、エンジン１０の前方に所定の間隔を隔て配設されたラジエータ１４と、ウォータジャケット１３からの冷却水をラジエータ１４に導くインレット配管１５と、ラジエータ１４からの冷却水をウォータジャケット１３に導くアウトレット配管１６と、冷却水をラジエータ１４から迂回させるバイパス配管１７と、冷却水の流路を切り替えるサーモスタット１８と、冷却水の水温を検出する水温センサ１９と、冷却水を圧送供給する電動ウォータポンプ２０と、エンジン回転センサ２２と、アクセル開度センサ２３と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０とを有する。なお、本実施形態において、ウォータジャケット１３、ラジエータ１４、インレット配管１５、アウトレット配管１６及びバイパス配管１７は、本発明の冷却水回路を構成する。

ウォータジャケット１３は、シリンダブロック１２内の図示しないシリンダ壁面に隣接して形成されている。また、シリンダブロック１２側にあるウォータジャケット１３の入口部１３ａは電動ウォータポンプ２０の吐出口に接続され、シリンダヘッド１１側にあるウォータジャケット１３の出口部１３ｂはインレット配管１５の上流端に接続されている。すなわち、電動ウォータポンプ２０により圧送供給されて入口部１３ａから流入した冷却水は、ウォータジャケット１３内を流通した後、出口部１３ｂからインレット配管１５へと流れ込むように構成されている。

ラジエータ１４の上方側部に設けられた入口部１４ａには、インレット配管１５の下流端が接続されている。また、ラジエータ１４の下方側部に設けられた出口部１４ｂには、アウトレット配管１６の上流端が接続されている。すなわち、インレット配管１５からラジエータ１４に流入した冷却水は、ラジエータ１４で外気との熱交換により冷却された後、アウトレット配管１６から電動ウォータポンプ２０を介してウォータジャケット１３に戻されるように構成されている。

バイパス配管１７は、ラジエータ１４を迂回するように、一端をインレット配管１５に接続され、他端をアウトレット配管１６に接続されている。また、バイパス配管１７とインレット配管１５との分岐部にはサーモスタット１８が介装されている。

サーモスタット１８は、インレット配管１５を流れる冷却水の水温が所定水温（例えば、８５度）まで上昇すると開弁し、冷却水のラジエータ１４への流通を許容する開閉弁として機能する。すなわち、冷却水の温度が所定温度（例えば、８５度）未満の場合、サーモスタット１８は閉弁され、冷却水はラジエータ１４を迂回してバイパス配管１７に流入する。一方、冷却水の温度が所定温度（例えば、８５度）以上になると、サーモスタット１８は開弁され、冷却水はインレット配管１５からラジエータ１４に流入するように構成されている。このサーモスタット１８としては、例えば公知のワックスタイプのサーモスタットが使用される。

水温センサ１９は、冷却水の温度を検出するもので、サーモスタット１８よりも上流側に位置するインレット配管１５に設けられている。この水温センサ１９はＥＣＵ４０に電気的に接続されており、検出された冷却水の温度は冷却水温Ｔ_Sとして出力される。

電動ウォータポンプ２０は、シリンダブロック１２の入口部１３ａに隣接して設けられており、その取入口にはアウトレット配管１６の下流端が接続されている。この電動ウォータポンプ２０は、図示しないインペラの回転により冷却水を圧送する公知の遠心式ポンプで、図示しないインペラシャフトに接続された駆動モータ２１を備えている。

駆動モータ２１は、ＥＣＵ４０と電気的に接続されており、ＥＣＵ４０から出力される電気信号に応じて作動が制御されている。すなわち、電動ウォータポンプ２０は、ＥＣＵ４０によって駆動モータ２１の作動が制御されることで、冷却水の圧送供給（循環）と、圧送供給の停止（循環の停止）とを行うように構成されている。

エンジン回転数センサ２２は、エンジン１０の回転数を検出するもので、検出された回転数は電気的に接続されたＥＣＵ４０にエンジン回転数Ｎとして出力される。

アクセル開度センサ２３は、運転者によるアクセルペダル（不図示）の踏み込み量を検出するもので、検出された踏み込み量としての燃料噴射量は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に燃料噴射量Ｑとして出力される。

外気温センサ２４は、エンジン１０を搭載した車両（不図示）の外気温度を検出するもので、検出された外気温度は電気的に接続されたＥＣＵ４０に外気温Ｔ_OUTとして出力される。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０や車両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に、ＥＣＵ４０には、車速センサ（不図示）、水温センサ１９、エンジン回転数センサ２２、アクセル開度センサ２３等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。また、ＥＣＵ４０は、冷却水温上昇幅推定部４１と、推定冷却水温演算部４２と、推定冷却水温補正部４３と、駆動モータ制御部４４と、エンジン制御部４５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ＥＣＵ４０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。

冷却水温上昇幅推定部４１は、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑに基づいて、シリンダ壁面に隣接して形成されたウォータジャケット１３内にある冷却水の水温上昇幅ΔＴを所定時間毎（例えば、１秒毎）に推定する。ＥＣＵ４０の記憶部には、予め実験等で作成したエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑと冷却水の水温上昇幅ΔＴとの関係を示す水温上昇マップ（不図示）が記憶されている。冷却水温上昇幅推定部４１は、この水温上昇マップから所定時間毎（例えば、１秒毎）にエンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑに対応する水温上昇幅ΔＴを読み取ることで、エンジン１０の運転状態に応じたウォータジャケット１３内の冷却水温上昇値を推定する。

推定冷却水温演算部４２は、冷却水循環が停止したエンジン暖機時におけるウォータジャケット１３内の冷却水の推定温度（以下、推定冷却水温Ｔ_Eという）を算出する。より詳しくは、推定冷却水温演算部４２は、エンジン始動時に水温センサ１９により検出された冷却水温Ｔ_Sを初期水温Ｔ₀として保存する。その後、推定冷却水温演算部４２は、この初期水温Ｔ₀にエンジン始動後から現在までの間に冷却水温上昇幅推定部４１で所定時間毎に推定された各水温上昇幅ΔＴを積算することで、現在の推定冷却水温Ｔ_Eを算出するように構成されている。例えば、初期水温Ｔ₀が外気と同じ１８℃の状態で、エンジン始動から現在までに水温上昇幅ΔＴが８℃、６℃及び、９℃と３回ほど推定された場合、推定冷却水温演算部４２は現在の推定冷却水温Ｔ_Eを４１℃（＝１８℃＋８℃＋６℃＋９℃）と算出する。

推定冷却水温補正部４３は、推定冷却水温演算部４２により算出された推定冷却水温Ｔ_Eを外気温Ｔ_OUTとの温度差に基づいて補正する。ＥＣＵ４０の記憶部には、予め実験等で作成した推定冷却水温Ｔ_Eと外気温との温度差及び補正量の関係を示す補正マップ（不図示）が記憶されている。推定冷却水温補正部４３は、この補正マップから推定冷却水温Ｔ_Eと外気温Ｔ_OUTとの温度差に対応する補正量を読み取ることで、伝熱を考慮した正確な補正推定冷却水温Ｔ_Cを算出する。

駆動モータ制御部４４は、電動ウォータポンプ２０のインペラシャフトに接続された駆動モータ２１の作動を制御する。具体的には、この駆動モータ制御部４４は推定冷却水温補正部４３により算出される補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）に達するまでは、駆動モータ２１に作動信号を出力しない。すなわち、エンジン１０の暖機時は、冷却水の水温を早期に上昇させるべく、ウォータジャケット１３内の冷却水の循環は停止されるように構成されている。一方、推定冷却水温補正部４３により算出される補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）以上になると、駆動モータ制御部４４はエンジン回転数Ｎや燃料噴射量Ｑに応じた作動信号を駆動モータ２１に出力する。すなわち、エンジン１０の暖機終了後は、駆動モータ２１がエンジン１０の運転状態に応じて作動され、冷却水は電動ウォータポンプ２０によりエンジン１０の運転状態に応じて圧送供給されるように構成されている。

エンジン制御部４５は、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、冷却水温等を含むエンジン１０の運転状態を示すパラメータに基づいて、エンジン１０の燃料噴射量、燃料噴射圧、吸入空気量、多段燃料噴射制御等の各種制御を行う。このエンジン制御部４５は、推定冷却水温補正部４３により算出される補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）に達するまでは、この補正推定冷却水温Ｔ_Cをエンジン１０の各種制御に用いる。その後、補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）以上になると、エンジン制御部４５は、各種制御に用いる補正推定冷却水温Ｔ_Cを水温センサ１９の検出値（冷却水温Ｔ_S）に切り替える。すなわち、電動ウォータポンプ２０が停止して冷却水循環も停止するエンジン暖機時は、ウォータジャケット１３内（すなわち、シリンダ壁面周辺）にある冷却水の補正推定冷却水温Ｔ_Cがエンジン１０の各種制御に用いられる一方、電動ウォータポンプ２０が駆動して冷却水も循環するエンジン暖機終了後は、より正確な値である水温センサ１９の検出値（冷却水温Ｔ_S）がエンジン１０の各種制御に用いられるように構成されている。

次に、本実施形態に係るエンジンの制御装置１による制御フローを図２に基づいて説明する。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、冷却水の水温を早期に上昇させるべく、電動ウォータポンプ２０の作動は停止状態に維持され、冷却水の循環も停止する。

Ｓ１１０では、水温センサ１９の検出値である冷却水温Ｔ_Sが推定冷却水温演算部４２に読み込まれ、初期水温Ｔ₀として保存される。

Ｓ１２０では、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑが冷却水温上昇幅推定部４１に所定時間毎（例えば、１秒毎）に読み込まれると共に、ウォータジャケット１３内にある冷却水の水温上昇幅ΔＴが水温上昇マップに基づいて所定時間毎（例えば、１秒毎）に推定される。

Ｓ１３０では、冷却水温上昇幅推定部４１で所定時間毎（例えば、１秒毎）に推定される水温上昇幅ΔＴが推定冷却水温演算部４２に連続して読み込まれると共に、初期水温Ｔ₀に各水温上昇幅ΔＴを積算することで推定冷却水温Ｔ_Eが連続的（所定時間毎）に算出される。

Ｓ１４０では、推定冷却水温演算部４２で連続的に算出される推定冷却水温Ｔ_Eが推定冷却水温補正部４３に連続して読み込まれると共に、補正マップから読み取られた推定冷却水温Ｔ_Eと外気温Ｔ_OUTとの温度差に対応する補正量に基づいて、補正推定冷却水温Ｔ_Cが連続的に算出される。

Ｓ１５０では、エンジン制御部４５により、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、補正推定冷却水温Ｔ_C等を含むエンジン１０の運転状態を示すパラメータに基づいて、エンジン１０の燃料噴射量、燃料噴射圧、吸入空気量、多段燃料噴射制御等の各種制御が行われる。

Ｓ１６０では、Ｓ１２０〜Ｓ１４０のステップで、所定時間毎に連続的に算出される補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）に達したか否かが確認される。補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）未満の場合はＳ１２０へと戻される。すなわち、電動ウォータポンプ２０の作動は停止状態に維持され、冷却水の循環も停止状態で維持される。一方、補正推定冷却水温Ｔ_Cが所定温度（例えば８５℃）以上の場合はＳ１７０へと進む。

Ｓ１７０では、駆動モータ制御部４４から、エンジン回転数Ｎや燃料噴射量Ｑに応じた作動信号が駆動モータ２１に出力される。すなわち、冷却水は電動ウォータポンプ２０によりエンジン１０の運転状態に応じて圧送供給される。

Ｓ１８０では、エンジン制御部４５により、エンジン１０の各種制御に用いられる推定冷却水温Ｔ_Eが水温センサ１９の検出値（冷却水温Ｔ_S）に切り替えられて本制御はリターンされる。すなわち、電動ウォータポンプ２０が作動して冷却水が循環するエンジン暖機終了後は、より正確な値である水温センサ１９の検出値（冷却水温Ｔ_S）がエンジン１０の各種制御に用いられる。

以上のような構成により、本実施形態に係るエンジンの制御装置１によれば以下のような作用効果を奏する。

エンジン暖機時に冷却水循環が停止した場合、エンジン１０の運転状態に応じた冷却水の水温上昇幅ΔＴが推定されると共に、エンジン始動時の初期水温Ｔ₀にこの水温上昇幅ΔＴを積算することで、シリンダ壁面温度と相関のあるウォータジャケット１３内の推定冷却水温Ｔ_Eが算出される。また、算出された推定冷却水温Ｔ_Eは外気温Ｔ_OUTとの温度差に応じて補正され、伝熱を考慮した正確な補正推定冷却水温Ｔ_Cとして算出される。さらに、算出された補正推定冷却水温Ｔ_Cは、冷却水循環が停止している間、エンジン１０の燃料噴射量、燃料噴射圧、吸入空気量、多段燃料噴射制御等の各種制御を行うパラメータの一つとして用いられる。

すなわち、冷却水循環が停止するエンジン暖機時は、水温センサ１９の検出値とシリンダ壁面温度との相関が成り立たない場合があるが、本実施形態のエンジンの制御装置１によれば、シリンダ壁面温度と相関のあるウォータジャケット１３内の正確な冷却水温が補正推定冷却水温Ｔ_Cとして算出され、エンジン１０の各種制御はこの補正推定冷却水温Ｔ_Cに基づいて適正に行われることになる。

したがって、冷却水循環が停止した状態におけるエンジン１０の各種制御を精度良く最適化することが可能となり、排気ガス中のＮＯｘ濃度の悪化や、失火による燃焼の悪化を効果的に防止することができる。

また、エンジン暖機時におけるエンジン１０の各種制御を最適化し、失火による燃焼悪化を防ぐことで、エンジン１０の燃費を効果的に向上することができる。

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、上述の実施形態において、冷却水の圧送供給には、駆動モータ２１を備える電動ウォータポンプ２０を用いるものとして説明したが、エンジン１０を駆動源とするウォータポンプを用いてもよい。この場合、ウォータポンプの作動停止は電磁クラッチのＯＮ・ＯＦＦにより制御すればよい。

また、ＥＣＵ４０に予め記憶されている水温上昇マップを、冷却水が循環している時の水温センサ１９の検出値と、算出された推定冷却水温Ｔ_Eとの温度差に基づいて書き換える学習機能を付加してもよい。

１０エンジン
１３ウォータジャケット（冷却水回路）
１４ラジエータ（冷却水回路）
１５インレット配管（冷却水回路）
１６アウトレット配管（冷却水回路）
１７バイパス配管（冷却水回路）
１９水温センサ（冷却水温検出手段）
２２エンジン回転センサ（運転状態検出手段）
２３アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
２４外気温センサ（外気温検出手段）
４１冷却水温上昇幅推定部
４２推定冷却水温演算部
４３推定冷却水温補正部
４５エンジン制御部（運転状態制御部）

Claims

ウォータジャケットを含む冷却水回路を備え、エンジン始動時から冷却水温が所定温度に上昇するまで前記ウォータジャケットの冷却水循環を停止させるエンジンの制御装置であって、
前記冷却水回路内の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
少なくともエンジン回転数及び、燃料噴射量を含む前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段により検出されるエンジンの運転状態に基づいて、冷却水の水温上昇幅を所定時間毎に推定する冷却水温上昇幅推定部と、
エンジン始動時における前記冷却水温検出手段の検出値を初期水温に設定し、該初期水温にエンジン始動時から所定期間経過時までに前記冷却水温上昇幅推定部により推定された各水温上昇幅を積算することで、該所定期間経過時の推定冷却水温を算出する推定冷却水温演算部と、
少なくとも前記運転状態検出手段の検出値及び、前記推定冷却水温演算部により算出される推定冷却水温に基づいて、前記エンジンの燃料噴射を制御する運転状態制御部と、を備え、
前記運転状態制御部は、
前記推定冷却水温演算部により算出される推定冷却水温が所定温度よりも高くなった場合は、前記推定冷却水温演算部により算出される推定冷却水温を用いることなく、前記冷却水温検出手段の検出値を前記エンジンの燃料噴射の制御に用いることを特徴とするエンジンの制御装置。