KR101723313B1

KR101723313B1 - 내연 기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR101723313B1
Application number: KR1020150174664A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 오카다
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-04-04
Also published as: EP3040534B1; EP3040534A2; RU2607098C1; CN105697132B; CN105697132A; BR102015031167A2; US20160169161A1; KR20160072034A; EP3040534A3; US9995199B2; BR102015031167B1; JP6064981B2; JP2016113942A

Abstract

내연 기관은, 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러를 구비하고 있다. 인터쿨러는, 실린더 블록을 통과한 HT 냉각수가 도입되는 HT 인터쿨러와, HT 냉각수보다도 저온의 LT 냉각수가 도입되는 LT 인터쿨러를 구비하고, LT 인터쿨러는, HT 인터쿨러의 흡기 하류측에 접촉하여 배치되어 있다. 제어 장치는, HT 인터쿨러에 유입되는 HT 냉각수의 온도가 난기 완료에 대응하는 목표 HT 온도보다 낮은 경우에는 목표 LT 온도를 고온측 목표값으로 설정하고, 당해 HT 냉각수의 온도가 목표 HT 온도 이상인 경우에는 저온측 목표값으로 설정한다.

Description

내연 기관의 제어 장치 {CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-248448호 공보에는, 냉각수가 유통하는 냉각 코어를 2개 사용하여 급기를 2단 냉각하는 흡기 냉각 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 냉각수 온도가 높게 설정된 급기 상류측의 제1단 냉각용 코어와 냉각수 온도가 낮게 설정된 급기 하류측의 제2단 냉각용 코어를 일체적으로 결합하여 급기 매니폴드에 내장하는 것으로 하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 제1단 냉각용 코어의 고온수로서 실린더 블록의 냉각수를 사용함으로써, 열회수량이 증대되어 총합 효율이 향상된다. 또한, 급기 포트에 가까운 제2단 냉각용 코어에 의해 연소실로부터의 역류 가스를 냉각할 수 있으므로, 노킹의 발생이 억제된다.

상술한 종래의 기술과 같이, 실린더 블록을 통과한 고온의 냉각수가 유통하는 고온 인터쿨러(이하, 「HT 인터쿨러」라고 칭함)와, 방열에 의해 저온으로 조정된 냉각수가 유통하는 저온 인터쿨러(이하, 「LT 인터쿨러」라고 칭함)가 접촉하여 구성된 냉각 장치에서는, HT 인터쿨러로부터 LT 인터쿨러로의 열의 이동이 행해진다. 이로 인해, 예를 들어 내연 기관의 난기시에 있어서, LT 인터쿨러를 순환하는 냉각수로부터 대기로의 방열이 행해지면, HT 인터쿨러로부터 LT 인터쿨러로 수송되는 열량이 증대되어, 엔진 난기에 필요로 하는 시간이 장기화되어 버릴 우려가 있다.

본 발명은, 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러를 구비한 내연 기관에 있어서, 내연 기관의 난기에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태는, 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러를 구비한 내연 기관의 제어 장치에 있어서, 상기 인터쿨러는, 상기 내연 기관의 실린더 블록을 통과한 고온 냉각수가 도입되는 고온 인터쿨러와, 상기 고온 인터쿨러에 도입되는 고온 냉각수보다도 저온의 저온 냉각수가 도입되는 저온 인터쿨러를 구비하고, 상기 저온 인터쿨러는, 상기 고온 인터쿨러의 흡기 하류측에 접촉하여 배치되고, 방열에 의해 저온 냉각수의 온도를 조정하는 온도 조정 수단과, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 제1 목표 저온도보다도 높아지는 것을 허용하고, 당해 고온 냉각수의 온도가 상기 목표 고온도 이상으로 된 경우에는 당해 저온 냉각수의 온도가 상기 제1 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 목표 고온도는, 상기 내연 기관의 난기가 완료된 경우의 고온 냉각수의 온도여도 된다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 목표 저온도를 설정하는 설정 수단을 포함해도 된다. 상기 제어 수단은, 당해 저온 냉각수의 온도가 상기 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정 수단을 제어하고, 상기 설정 수단은, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는 상기 목표 저온도를 상기 제1 목표 저온도보다도 고온의 제2 목표 저온도로 설정하고, 당해 고온 냉각수의 온도가 상기 목표 고온도 이상인 경우에는 상기 제1 목표 저온도로 설정해도 된다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 온도 조정 수단은, 상기 저온 인터쿨러와 라디에이터 사이에서 저온 냉각수를 순환시키기 위한 저온 냉각수 회로와, 상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 라디에이터를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 바이패스 유로로 바이패스되는 저온 냉각수의 유량을 조정하는 유량 조정 수단을 구비해도 된다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 과급기의 흡기 상류측에 배기 가스를 도입하는 EGR 장치와, 상기 저온 인터쿨러를 통과한 흡기의 노점이 상기 제1 목표 저온도 이하로 되도록, 상기 EGR 장치의 EGR률을 제어하는 EGR 제어 수단을 구비해도 된다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에 있어서, 상기 내연 기관의 기관 부하와 기관 회전 속도로부터 정해지는 운전 조건이 소정의 고부하 영역에 속하는 경우에는, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 상기 제1 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정 수단을 제어하는 제2 제어 수단을 더 구비해도 된다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에 있어서, 노킹 영역의 사용 비율이 소정 비율보다도 큰 경우에는, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 상기 제1 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정 수단을 제어하는 제3 제어 수단을 더 구비해도 된다.

본 발명의 제2 양태는, 과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러를 구비한 내연 기관의 제어 장치에 있어서, 상기 인터쿨러는, 상기 내연 기관의 실린더 블록을 통과한 고온 냉각수가 도입되는 고온 인터쿨러와, 상기 고온 인터쿨러에 도입되는 고온 냉각수보다도 저온의 저온 냉각수가 도입되는 저온 인터쿨러를 구비하고, 상기 저온 인터쿨러는, 상기 고온 인터쿨러의 흡기 하류측에 접촉하여 배치되고, 상기 저온 인터쿨러와 라디에이터 사이에서 저온 냉각수를 순환시키기 위한 저온 냉각수 회로와, 상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 라디에이터를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 바이패스 유로로 바이패스되는 저온 냉각수의 유량 비율을 조정하는 조정 수단과, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는, 상기 유량 비율이 최대로 되도록 상기 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

상기 제2 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 상기 목표 고온도 이상인 경우에, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 목표 저온도로 되도록 상기 조정 수단을 제어해도 된다.

상기 제2 양태에 있어서, 상기 목표 고온도는, 상기 내연 기관의 난기가 완료된 경우의 냉각수의 온도여도 된다.

상기 제2 양태에 있어서, 상기 과급기의 흡기 상류측에 배기 가스를 도입하는 EGR 장치와, 상기 저온 인터쿨러를 통과한 흡기의 노점이 목표 저온도 이하로 되도록 상기 EGR 장치의 EGR률을 제어하는 EGR 제어 수단을 구비해도 된다.

제1 양태에 의하면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 기간에 저온 냉각수로부터의 방열량을 저감시킬 수 있으므로, 그 기간에 있어서의 저온 인터쿨러로부터 고온 인터쿨러로의 열이동량을 저감시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

제2 발명에 의하면, 내연 기관의 난기가 완료될 때까지의 기간에 저온 냉각수로부터의 방열량을 저감시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 난기 전에 있어서의 저온 인터쿨러로부터 고온 인터쿨러로의 열이동량을 저감시킬 수 있으므로, 난기가 완료될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

제3 발명에 의하면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는 저온 냉각수의 온도가 제1 목표 저온도로 조정되고, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도 이상인 경우에는 저온 냉각수의 온도가 제1 목표 저온도보다도 고온의 제2 목표 저온도로 조정된다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도에 도달할 때까지의 기간에 저온 냉각수로부터의 방열량을 저감시킬 수 있으므로, 그 기간에 있어서의 저온 인터쿨러로부터 고온 인터쿨러로의 열이동량을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

제4 발명에 의하면, 유량 조정 수단을 조정하여 라디에이터를 바이패스하는 저온 냉각수의 유량을 조정할 수 있으므로, 저온 냉각수의 온도를 효율적으로 제어할 수 있다.

제5 발명에 의하면, 저온 인터쿨러를 통과한 흡기의 노점이 목표 저온도 이하로 되도록 EGR률이 제어된다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 내연 기관에 결로수가 흡입되는 것을 억제할 수 있다.

제6 발명에 의하면, 내연 기관의 운전 조건이 소정의 고부하 영역에 속하는 경우에, 저온 냉각수의 온도가 제1 목표 저온도를 초과하는 것이 억제되므로, 노킹의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.

제7 발명은, 노킹 영역의 사용 비율이 소정 비율보다도 큰 경우에, 저온 냉각수의 온도가 제1 목표 저온도를 초과하는 것이 억제되므로, 노킹의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.

제2 양태에 의하면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다도 낮은 경우에, 저온 냉각수 회로로부터 라디에이터를 바이패스하는 유량의 비율이 최대로 되도록 조정된다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다도 낮은 경우에, 저온 냉각수로부터의 방열량을 최소한으로 억제할 수 있으므로, 저온 인터쿨러로부터 고온 인터쿨러로의 열이동량을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

제9 발명에 의하면, 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도에 도달되어 있는 경우에는, 저온 냉각수의 온도를 목표 저온도로 제어할 수 있다.

제10 발명에 의하면, 내연 기관의 난기가 완료될 때까지의 기간에 저온 냉각수로부터의 방열량을 저감시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 난기 전에 있어서의 저온 인터쿨러로부터 고온 인터쿨러로의 열이동량을 저감시킬 수 있으므로, 난기가 완료될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

제11 발명에 의하면, 저온 인터쿨러를 통과한 흡기의 노점이 목표 저온도 이하로 되도록 EGR률이 제어된다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 내연 기관에 결로수가 흡입되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 동등한 요소들을 동등한 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술된다.

도 1은 본 실시 형태의 제어 장치의 시스템 구성을 도시하는 도면.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 내연 기관의 냉간 시동시에 있어서의 각종 상태량의 변화를 나타내는 타임차트.
도 3a, 도 3b, 도 3c는 내연 기관의 냉간 시동시에 있어서의 각종 상태량의 변화를 나타내는 타임차트.
도 4는 노킹 영역을 나타내는 운전 영역 맵.
도 5는 실시 형태 1에서 실행되는 제어를 위한 루틴을 나타내는 흐름도.

실시 형태 1.

본 발명의 실시 형태 1에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

[실시 형태 1의 구성]

도 1은, 본 실시 형태의 제어 장치의 시스템 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 제어 장치는 내연 기관(10)을 구비하고 있다. 내연 기관(10)은 터보 과급기를 구비한 4사이클 레시프로 엔진으로서 구성되어 있다. 내연 기관(10)의 각 기통에는, 흡기 통로(12) 및 배기 통로(14)가 연통되어 있다. 흡기 통로(12)에 있어서의 에어 클리너(16)의 하류측에는, 터보 과급기의 컴프레서(18)가 배치되어 있다. 터보 과급기는, 배기 가스의 배기 에너지에 의해 작동하는 터빈(도시 생략)을 배기 통로(14)에 구비하고 있다. 컴프레서(18)는, 연결 축을 통해 터빈과 일체적으로 연결되어 있고, 터빈에 입력되는 배기 가스의 배기 에너지에 의해 회전 구동된다.

흡기 통로(12)에 있어서의 컴프레서(18)의 하류측에는, 스로틀(20)이 배치되어 있다. 또한, 흡기 통로(12)에 있어서의 스로틀(20)의 하류측에는, 터보 과급기의 컴프레서(18)에 의해 과급된 흡기를 냉각하기 위한 수냉식 인터쿨러(22)가 배치되어 있다. 인터쿨러(22)는, 내연 기관(10)의 실린더 블록을 통과한 고온 냉각수(이하, 「HT 냉각수」라고 칭함)가 도입되는 HT 인터쿨러(24)와, HT 냉각수보다도 저온의 저온 냉각수(이하, 「LT 냉각수」라고 칭함)가 도입되는 LT 인터쿨러(26)의 2계통의 냉각계를 갖는 유닛으로서 구성되어 있다. LT 인터쿨러(26)는, HT 인터쿨러(24)의 흡기 하류측에 배치되고, HT 인터쿨러(24)와 LT 인터쿨러(26)는 서로 접촉하고 있다.

HT 인터쿨러(24)에는, 내연 기관(10)의 실린더 블록으로부터 도출된 HT 냉각수가 유통하는 HT 냉각수 회로(28)가 접속되어 있다. HT 냉각수 회로(28)에는, HT 인터쿨러(24)에 유입되는 HT 냉각수의 온도(이하, 「HT 수온」이라고 칭함)를 방열에 의해 조정하기 위한 HT 수온 조정 수단(도시하지 않음)이 설치되어 있다.

LT 인터쿨러(26)에는, LT 냉각수를 순환시키기 위한 LT 냉각수 회로(30)가 접속되어 있다. LT 냉각수 회로(30)의 도중에는, LT 냉각수로부터 열을 방열하기 위한 LT 라디에이터(32)가 설치되어 있다. LT 냉각수 회로(30)에는, LT 라디에이터(32)를 바이패스하는 바이패스 유로(34)가 설치되고, 당해 바이패스 유로(34)와 LT 냉각수 회로(30)의 합류부에는 혼합 밸브(36)가 설치되어 있다. 혼합 밸브(36)는 바이패스 유로를 통과한 LT 냉각수의 유량(이하, 「바이패스 통과 유량」이라고 칭함)과 LT 라디에이터(32)를 통과한 LT 냉각수의 유량(이하, 「LT 라디에이터 통과 유량」)의 비율을 조정 가능한 밸브로서 구성되어 있다. LT 냉각수 회로(30)에 있어서의 혼합 밸브(36)의 하류측에는 전동 워터 펌프(EWP)(38)가 배치되고, 그 하류측에는 LT 인터쿨러(26)에 유입되는 LT 냉각수의 온도(이하 「LT 수온」이라고 칭함)를 검출하기 위한 온도 센서(42)가 배치되어 있다.

또한, 본 실시 형태의 시스템은, EGR 장치(44)를 구비하고 있다. EGR 장치(44)는 흡기 통로(12)에 있어서의 컴프레서(18)의 상류측과 배기 통로(14)에 있어서의 터빈의 하류측을 접속하는 EGR 통로(46)와, 당해 EGR 통로(46)의 개방도를 조정하기 위한 EGR 밸브(48)에 의해 구성되어 있다.

또한, 본 실시 형태의 시스템은, 제어 수단으로서의 ECU(Electronic Control Unit)(40)를 구비하고 있다. ECU(40)는, 적어도 입출력 인터페이스와 메모리와 연산 처리 장치(CPU)를 구비하고 있다. 입출력 인터페이스는, 내연 기관(10) 혹은 이것을 탑재하는 차량에 장착된 각종 센서로부터 센서 신호를 도입함과 함께, 내연 기관(10)이 구비하는 각종 액추에이터에 대해 조작 신호를 출력하기 위해 설치되어 있다. ECU(40)가 신호를 도입하는 센서에는, 상술한 온도 센서(42)에 부가하여, 크랭크축의 회전 위치 및 기관 회전 속도를 취득하기 위한 크랭크각 센서 등의 엔진 운전 상태를 취득하기 위한 각종 센서가 포함된다. ECU(40)가 조작 신호를 발하는 액추에이터에는, 상술한 혼합 밸브(36), EGR 밸브(48)에 부가하여, 각 기통의 연소실 내에 연료를 공급하기 위한 연료 분사 밸브 및 각 연소실 내의 혼합기에 점화하기 위한 점화 장치 등의 엔진 운전을 제어하기 위한 각종 액추에이터가 포함된다. 메모리에는, 내연 기관(10)을 제어하기 위한 각종 제어 프로그램 및 맵 등이 기억되어 있다. CPU는, 제어 프로그램 등을 메모리로부터 판독하여 실행하고, 도입된 센서 신호에 기초하여 각종 액추에이터의 조작 신호를 생성한다.

[실시 형태 1의 동작]

다음으로, 실시 형태 1의 시스템 동작에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 시스템에서는, ECU(40)에 의해 인터쿨러(22)를 사용한 흡기온 제어가 행해진다. 보다 상세하게는, ECU(40)는, 온도 센서(42)에 의해 검출된 LT 수온이 목표값인 목표 저온도(이하, 목표 LT 온도)(예를 들어, 35℃)로 되도록 혼합 밸브(36)의 개방도를 조정한다. 또한, HT 수온은, HT 수온 조정 수단에 의해 목표값인 목표 고온도(이하, 목표 HT 온도)로 되도록 그 온도가 조정된다. 또한, 목표 HT 온도는, 엔진 난기가 완료되는 온도이며, 예를 들어 80℃로 설정되어 있다.

컴프레서(18)에 의해 과급된 흡기는, HT 인터쿨러(24)에 의해 목표 HT 온도까지 냉각된다. HT 인터쿨러(24)를 통과한 흡기는 이어서 LT 인터쿨러(26)로 도입된다. ECU(40)는, LT 인터쿨러(26)를 통과한 흡기의 온도가 목표 LT 온도까지 냉각되도록, EWP(38)의 출력을 제어한다. 이러한 흡기온 제어에 의하면, 과급된 고온의 흡기를 효율적으로 목표 LT 온도까지 냉각할 수 있다.

그러나, 상술한 흡기온 제어가 내연 기관(10)의 냉간 시동시에 있어서 실행되면, 엔진 난기가 완료될 때까지 필요로 하는 시간이 장기화될 우려가 있다. 도 2는, 내연 기관의 냉간 시동시에 있어서의 각종 상태량의 변화를 나타내는 타임차트이다. 또한, 도 2a는 LT 수온 및 HT 수온의 변화를, 도 2b는 바이패스 통과 유량과 LT 라디에이터 통과 유량의 유량 비율의 변화를, 그리고 도 2c는 LT 라디에이터(32)의 방열량의 변화를, 각각 나타내고 있다.

이 도면에 도시하는 바와 같이, HT 수온 및 LT 수온이 외기온인 상태에 있어서 내연 기관(10)이 시동되면, 내연 기관 내에서 발생하는 열에 의해 HT 수온이 서서히 상승한다. 또한, LT 수온은, LT 인터쿨러(26)에 접촉하고 있는 HT 인터쿨러(24)로부터 수송되는 열 및 흡기에 의해 수송되는 열을 받아, HT 수온보다도 완만하게 상승한다. 또한, LT 수온이 목표 LT 온도에 도달되어 있지 않은 경우에는, 바이패스 통과 유량의 비율이 100％로 제어되어 있으므로, LT 라디에이터(32)로부터의 방열은 행해지고 있지 않다.

도 2a, 도 2b, 도 2c의 타임차트에 있어서의 시점 A는, LT 수온이 목표 LT 온도에 도달한 시점을 나타내고 있다. 시점 A 이후의 시간은, 흡기온 제어에 의해 LT 수온이 목표 LT 온도로 되도록 바이패스 통과 유량의 비율이 작아지고, 그것에 수반하여 LT 라디에이터 통과 유량의 비율이 커진다. 즉, 시점 A 이후의 시간은, LT 수온이 목표 LT 온도를 초과하지 않도록, LT 냉각수의 열의 일부가 LT 라디에이터(32)로부터 정상적으로 방출된다.

여기서, 도 2a, 도 2b, 도 2c 있어서의 시점 A 이후의 점선은, LT 라디에이터(32)로부터의 방열이 없는 경우의 LT 수온 및 HT 수온의 변화를 나타내고 있다. 이 도면에 점선으로 나타내는 바와 같이, LT 수온이 목표 LT 온도를 초과하여 상승하면, 이것에 수반하여 HT 수온의 상승 속도가 빠르게 되어 있다. HT 수온과 LT 수온의 온도차가 클수록, HT 인터쿨러(24)로부터 LT 인터쿨러(26)로의 열이동량은 커진다. 이로 인해, 엔진 난기의 완료 전의 기간에 LT 라디에이터(32)로부터의 방열이 행해지면, 그것에 수반하여 HT 냉각수로부터 LT 냉각수로 이동하는 열량이 증대되고, 그 결과 엔진 난기 완료의 지연을 초래하게 된다.

따라서, 본 실시 형태의 시스템에서는, 내연 기관(10)의 엔진 난기가 완료될 때까지의 기간은, LT 라디에이터(32)로부터의 방열이 제한되도록 제어하는 것으로 한다. 도 3a, 도 3b, 도 3c는, 내연 기관의 냉간 시동시에 있어서의 각종 상태량의 변화를 나타내는 타임차트이다. 또한, 도 3a는 LT 수온 및 HT 수온의 변화를, 도 3b는 바이패스 통과 유량과 LT 라디에이터 통과 유량의 유량 비율의 변화를, 그리고 도 3c는 LT 라디에이터(32)의 방열량의 변화를, 각각 나타내고 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 시스템에서는, LT 수온의 목표값인 목표 LT 온도로서, 저온측 목표값과 고온측 목표값의 2개의 목표값을 전환하여 사용하는 것으로 하고 있다. 저온측 목표값은, 엔진 난기가 완료되어 있는 상태에 있어서의 LT 수온의 목표값이고, 고온측 목표값은, 당해 저온측 목표값보다도 고온의 목표값이다. 여기서는, 엔진 난기가 완료되는 시점 B까지의 기간은 목표 LT 온도가 고온측 목표값으로 설정되고, 시점 B에 도달한 시점에서 목표 LT 온도가 고온측 목표값으로부터 저온측 목표값으로 전환된다. 이러한 제어에 의하면, 엔진 난기 완료의 시점 B까지의 기간은, LT 온도가 저온측 목표값을 초과하여 상승하는 것이 허용되므로, 결과적으로 엔진 난기에 필요로 하는 시간이 단축화된다.

또한, LT 수온의 저온측 목표값은, 출력 성능 요구를 만족시키는 온도(예를 들어, 35℃)로 설정된다. 또한, 고온측 목표값은, 노킹 특성을 고려하면서, 엔진 난기 전의 상태에 있어서 허용할 수 있는 흡기온의 상한값(예를 들어, 60℃)으로 설정된다. 또한, 엔진 난기의 완료 전은, 엔진 각 부의 온도가 낮아, 엔진 난기 후에 비해 노킹이 발생하기 어려운 상황에 있다. 또한, 엔진 난기 후에 엔진 냉각수의 온도가 저하되는 상황에 있어서도, 상대적으로 노킹이 발생하기 어려운 상황이라고 할 수 있다. 그러나, 흡기온의 상승 정도 및 운전 상태에 따라서는, 노킹 대책이 연비에 미치는 영향도 무시할 수 없다. 또한, 엔진 난기시에 고부하 요구가 발생된 경우에 있어서는, 엔진 난기가 빨라짐으로써 얻어지는 연비 향상보다도, 흡기온을 냉각하는 것의 쪽이 연비 향상의 관점으로부터 중요해지는 경우도 있다.

따라서, 본 실시 형태의 시스템에서는, 흡기온의 상승에 의한 연비 악화의 영향이 엔진 난기가 빨라짐으로써 얻어지는 연비 향상의 영향보다도 큰 경우에는, 엔진 난기시의 목표 LT 온도를 저온측 목표값으로 설정하는 것이 행해진다. 보다 상세하게는, 예를 들어 이하의 2개의 제어가 실행된다.

제1 제어에서는, 노킹이 발생하는 운전 영역(이하, 「노킹 영역」이라고 칭함)을 사용하고 있는 노킹 영역 사용 비율을 다음 식(1)을 사용하여 산출한다. 도 4는, 이러한 노킹 영역의 운전 영역 맵을 나타내고 있다. 그리고, 산출된 노킹 영역 사용 비율이 소정 비율보다도 큰 경우에는, 엔진 난기시의 목표 LT 온도를 저온측 목표값으로 설정하는 것으로 한다. 소정 비율은, 점화 지각이나 연료 증량 등의 노킹 회피 제어에 의한 연비 악화의 영향이 엔진 난기가 빨라짐으로써 얻어지는 연비 향상의 영향보다도 커지는 경우의 노킹 영역 사용 비율의 하한값으로서, 미리 실험 등에 의해 설정된 값을 사용할 수 있다.

노킹 영역 사용 비율＝노킹 영역 사용 시간/주행 시간…(1)

또한, 제2 제어에서는, 현재의 기관 부하가 도 4에 나타내는 소정의 고부하 판정 라인 이상으로 되는 고부하 영역에 속하는 경우에, 엔진 난기시의 목표 LT 온도를 저온측 목표값으로 설정한다. 소정의 고부하 판정 라인은, 엔진 난기가 빨라짐으로써 얻어지는 연비 향상보다도, 흡기온을 냉각하는 것의 쪽이 연비 향상의 관점으로부터 중요해지는 기관 부하로서, 미리 실험 등에 의해 설정된 값을 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 시스템에 의하면, 엔진 난기에 필요로 하는 시간을 단축함으로써 연비의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, ECU(40)는, EGR 장치(44)를 조정하여 EGR률을 제어하는 EGR 제어 수단으로서의 기능을 갖고 있다. ECU(40)는, EGR 가스를 포함하는 흡기의 노점이 저온측 목표값 이하로 되도록 EGR률을 제어한다. 이에 의해, LT 인터쿨러(26)에 도입되는 흡기로부터 결로수가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

다음으로, 본 실시 형태의 시스템에 있어서 실행되는 제어의 구체적 처리에 대해 설명한다. 도 5는, 실시 형태 1에서 ECU(40)에 의해 실행되는 제어를 위한 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 루틴에서는, 우선, 엔진 냉각수의 온도로서, HT 수온이 목표 HT 온도 미만인지 여부가 판정된다(스텝 S1). 목표 HT 온도는, 엔진의 난기 완료를 판정하기 위한 HT 수온의 목표값으로서 미리 설정된 값이 사용된다. 그 결과, HT 수온＜목표 HT 온도의 성립이 확인되지 않은 경우에는, 엔진 난기가 이미 완료되어 있다고 판단되어, 다음 스텝으로 이행하여, 목표 LT 온도가 저온측 목표값으로 설정된다(스텝 S2).

한편, 상기 스텝 S1에 있어서, HT 수온＜목표 HT 온도의 성립이 확인된 경우에는, 아직 엔진 난기 중이라고 판단되어, 다음 스텝으로 이행하여, 상기 식(1)에 따라서 산출된 노킹 영역 사용 비율이 소정 비율 이하인지 여부가 판정된다(스텝 S3). 그 결과, 노킹 영역 사용 비율≤소정 비율의 성립이 확인되지 않은 경우에는, 노킹에 의한 연비 악화의 영향이 크다고 판단되어, 상기 스텝 S2로 이행하여, 목표 LT 온도가 저온측 목표값으로 설정된다.

한편, 상기 스텝 S3에 있어서, 노킹 영역 사용 비율≤소정 비율의 성립이 확인된 경우에는, 노킹에 의한 연비 악화의 영향은 작다고 판단되어, 다음 스텝으로 이행하여, 현재의 기관 부하가 도 4에 나타내는 운전 영역 맵에 있어서의 소정의 고부하 라인을 하회하는지 여부가 판정된다(스텝 S4). 그 결과, 현재의 기관 부하가 소정의 고부하 라인 이상으로 된다고 판정된 경우에는, 고부하 주행에 의한 연비 악화의 영향이 크다고 판단되어, 상기 스텝 S2로 이행하여, 목표 LT 온도가 저온측 목표값으로 설정된다.

한편, 상기 스텝 S4에 있어서, 현재의 기관 부하가 소정의 고부하 라인을 하회한다고 판정된 경우에는, 다음 스텝으로 이행하여, 목표 LT 온도가 고온측 목표값으로 설정된다(스텝 S5).

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 1의 시스템에 의하면, 엔진 난기시에 있어서 HT 인터쿨러(24)로부터 LT 인터쿨러(26)로 이동하여 방출되는 열량을 저감시킬 수 있으므로, HT 냉각수의 승온을 촉진시켜 난기에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

그런데, 상술한 실시 형태 1의 시스템에서는, 방열에 의해 LT 냉각수의 온도를 조정하기 위한 온도 조정 수단으로서, LT 라디에이터(32), 바이패스 유로(34) 및 혼합 밸브(36)를 사용한 구성에 대해 설명하였다. 그러나, 온도 조정 수단의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 다른 공지의 구성을 채용해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태 1의 시스템에서는, 엔진 난기 중에 있어서의 목표 LT 온도의 설정시에, 노킹 영역 사용 비율로부터 판단되는 연비의 영향과 기관 부하로부터 판단되는 연비의 영향을 고려한 조건 판정을 행하는 것으로 하고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 엔진 난기 중에는 노킹이 발생하기 어렵고, 또한 고부하 주행 요구도 발생되기 어렵다. 또한, 고온측 목표값을 약간 낮게 설정하는 것이나 고부하에 대한 출력 제한을 행하는 등, 엔진 난기시의 조건 설정에 의해 연비의 악화를 작게 할 수도 있다. 이로 인해, 엔진 난기 중에 있어서의 상기 조건 판정은 필수는 아니다.

또한, 상술한 실시 형태 1의 시스템에서는, 엔진 난기 전후에서 목표 LT 온도를 고온측 목표값으로부터 저온측 목표값으로 전환하는 제어를 행하는 것으로 하였다. 그러나, 엔진 난기 중에 있어서, LT 수온이 저온측 목표값보다도 승온되는 것을 허용하도록 제어하는 것이면, 다른 방법이어도 된다. 예를 들어, 엔진 난기 전의 기간은 바이패스 통과 유량 비율이 유지 또는 큰 방향으로 조정되고, 엔진 난기 후에는 바이패스 통과 유량 비율이 작은 방향으로 조정되도록 혼합 밸브(36)를 제어하는 것으로 해도 된다. 또한, 엔진 난기 전의 기간은, 바이패스 통과 유량 비율이 최대(100％)로 조정되는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 실시 형태 1의 시스템에서는, LT 인터쿨러(26)에 도입되는 흡기로부터 결로수가 발생하지 않기 위한 대책으로서, EGR 가스를 포함하는 흡기의 노점이 저온측 목표값 이하로 되도록 EGR률을 제어하는 것으로 하였다. 그러나, 결로수의 발생에 대한 대책은 이 방법에 한정되지 않고, 예를 들어 EGR률을 일정 비율로 고정하고, 저온측 목표값이 EGR 가스를 포함하는 흡기의 노점보다도 높아지도록 당해 저온측 목표값을 설정하는 것으로 해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, HT 인터쿨러(24)가 제1 발명의 「고온 인터쿨러」에 상당하고, LT 인터쿨러(26)가 제1 발명의 「저온 인터쿨러」에 상당하고, HT 냉각수가 제1 발명의 「고온 냉각수」에 상당하고, LT 냉각수가 제1 발명의 「저온 냉각수」에 상당하고, 목표 HT 온도가 제1 발명의 「목표 고온도」에 상당하고, 목표 LT 온도가 제1 발명의 「목표 저온도」에 상당하고 있다. 또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, 저온측 목표값이 제1 발명의 「제1 목표 저온도」에 상당하고, LT 냉각수 회로(30), LT 라디에이터(32), 바이패스 유로(34) 및 혼합 밸브(36)가 제1 발명의 「온도 조정 수단」에 상당하고 있다. 또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, ECU(40)가 스텝 S1 및 스텝 S2, 또는 스텝 S1 및 스텝 S5의 처리를 실행함으로써, 제1 발명의 「제어 수단」이 실현되어 있다.

또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, 고온측 목표값이 제3 발명의 「제2 목표 저온도」에 상당하고 있다. 또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, ECU(40)가 상기 스텝 S2 또는 스텝 S5의 처리를 실행함으로써, 제3 발명의 「설정 수단」이 실현되어 있다.

또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, 혼합 밸브(36)가 제4 발명의 「유량 조정 수단」에 상당하고 있다.

또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, ECU(40)가 스텝 S4 및 스텝 S2, 또는 스텝 S4 및 스텝 S5의 처리를 실행함으로써, 제6 발명의 「제2 제어 수단」이 실현되어 있다.

또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, ECU(40)가 스텝 S3 및 스텝 S2, 또는 스텝 S3 및 스텝 S5의 처리를 실행함으로써, 제7 발명의 「제3 제어 수단」이 실현되어 있다.

또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, 혼합 밸브(36)가 제8 발명의 「조정 수단」에 상당하고 있다. 또한, 상술한 실시 형태의 시스템에서는, ECU(40)가 상기 스텝 S1 또는 스텝 S5의 처리를 실행함으로써, 제8 발명의 「제어 수단」이 실현되고, ECU(40)가 상기 스텝 S1 또는 스텝 S2의 처리를 실행함으로써, 제9 발명의 「제어 수단」이 실현되어 있다.

Claims

내연 기관의 제어 장치에 있어서,
과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러를 포함하고, 당해 인터쿨러는, 상기 내연 기관의 실린더 블록을 통과한 고온 냉각수가 도입되는 고온 인터쿨러와, 상기 고온 인터쿨러에 도입되는 고온 냉각수보다도 저온의 저온 냉각수가 도입되는 저온 인터쿨러를 구비하고,
상기 저온 인터쿨러는, 상기 고온 인터쿨러의 흡기 하류측에 접촉하여 배치되고,
상기 제어 장치는,
방열에 의해 저온 냉각수의 온도를 조정하는 온도 조정부와,
상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 제1 목표 저온도보다도 높아지는 것을 허용하고, 당해 고온 냉각수의 온도가 상기 목표 고온도 이상으로 된 경우에는 당해 저온 냉각수의 온도가 상기 제1 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정부를 제어하는 컨트롤러를 구비하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 목표 고온도는, 상기 내연 기관의 난기가 완료된 경우의 고온 냉각수의 온도인, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 목표 저온도를 설정하고, 당해 저온 냉각수의 온도가 상기 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정부를 제어하고,
상기 컨트롤러는, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는 상기 목표 저온도를 상기 제1 목표 저온도보다도 고온의 제2 목표 저온도로 설정하고, 당해 고온 냉각수의 온도가 상기 목표 고온도 이상인 경우에는 상기 제1 목표 저온도로 설정하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 온도 조정부는,
상기 저온 인터쿨러와 라디에이터 사이에서 저온 냉각수를 순환시키기 위한 저온 냉각수 회로와,
상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 라디에이터를 바이패스하는 바이패스 유로와,
상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 바이패스 유로로 바이패스되는 저온 냉각수의 유량을 조정하는 유량 조정부를 구비하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 과급기의 흡기 상류측에 배기 가스를 도입하는 EGR 장치와,
상기 저온 인터쿨러를 통과한 흡기의 노점이 상기 제1 목표 저온도 이하로 되도록, 상기 EGR 장치의 EGR률을 제어하는 EGR 제어부를 더 포함하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에 있어서, 상기 내연 기관의 기관 부하와 기관 회전 속도로부터 정해지는 운전 조건이 소정의 고부하 영역에 속하는 경우에는, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 상기 제1 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정부를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는, 내연 기관의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에 있어서, 노킹 영역의 사용 비율이 소정 비율보다도 큰 경우에는, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 상기 제1 목표 저온도로 되도록 상기 온도 조정부를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는, 내연 기관의 제어 장치.
내연 기관의 제어 장치에 있어서,
과급기에 의해 과급된 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러를 포함하고,
상기 인터쿨러는, 상기 내연 기관의 실린더 블록을 통과한 고온 냉각수가 도입되는 고온 인터쿨러와, 상기 고온 인터쿨러에 도입되는 고온 냉각수보다도 저온의 저온 냉각수가 도입되는 저온 인터쿨러를 구비하고,
상기 저온 인터쿨러는, 상기 고온 인터쿨러의 흡기 하류측에 접촉하여 배치되고,
상기 저온 인터쿨러와 라디에이터 사이에서 저온 냉각수를 순환시키기 위한 저온 냉각수 회로와,
상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 라디에이터를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 저온 냉각수 회로로부터 상기 바이패스 유로로 바이패스되는 저온 냉각수의 유량 비율을 조정하는 조정부와,
상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 목표 고온도보다 낮은 경우에는, 상기 유량 비율이 최대로 되도록 상기 조정부를 제어하는 컨트롤러를 구비하는, 내연 기관의 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 고온 인터쿨러에 유입되는 고온 냉각수의 온도가 상기 목표 고온도 이상인 경우에, 상기 저온 인터쿨러에 유입되는 저온 냉각수의 온도가 목표 저온도로 되도록 상기 조정부를 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 목표 고온도는, 상기 내연 기관의 난기가 완료된 경우의 냉각수의 온도인, 내연 기관의 제어 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 과급기의 흡기 상류측에 배기 가스를 도입하는 EGR 장치와,
상기 저온 인터쿨러를 통과한 흡기의 노점이 목표 저온도 이하로 되도록 상기 EGR 장치의 EGR률을 제어하는 EGR 제어부를 더 포함하는, 내연 기관의 제어 장치.