CN108223169A - 车辆的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供车辆的控制装置，在检测出用于冷却内燃机的冷却设备的故障时，能够维持良好的排气特性并且进行故障应对控制。在对为了冷却内燃机而导入到内燃机室(101)内的空气量进行调整的格栅风门(43)和/或(44)的故障被检测出的状态下，通过将节气门开度TH限制在上限开度THGSFS以下而限制发动机(1)的输出，在油门踏板操作量AP超过高负载判定操作量APWOT时，将高负载运转状态标志FTHWOT设定成“0”(图6、S23、S24、S26)，禁止将空燃比AF控制成比理论空燃比AFST靠浓侧的浓空燃比AFRICH。由此，能够防止因空燃比AF的过浓而引起的排气特性的劣化。

Description

车辆的控制装置
技术领域
本发明涉及由内燃机驱动的车辆的控制装置，尤其涉及具有用于冷却内燃机的冷却设备的车辆的控制装置。
背景技术
在专利文献1中，示出了在由内燃机驱动的车辆的前格栅附近具有格栅风门的车辆的控制装置。为了冷却内燃机，格栅风门被设置在供空气导入的空气导入路，根据内燃机运转状态或车辆行驶状态对其开度进行调整。若格栅风门发生故障，则有可能产生内燃机的过热，因此在专利文献1所示的控制装置中，在检测格栅风门的故障时，进行内燃机的旋转速度和/或输出扭矩的限制。
专利文献2也同样地示出了在检测出格栅风门的故障时进行故障应对控制的控制装置。根据该控制装置，在检测出格栅风门的关闭故障时进行增加内燃机中的燃料喷射量的故障应对控制。
专利文献1：日本特开2014-201103号公报
专利文献2：日本特开2014-218942号公报
在专利文献1所示的装置中，未示出进行输出扭矩的限制的情况下的具体的方法，但估计通常采用限制吸入空气量的方法。在进行这样的限制的情况下，相对于所限制的吸入空气量，空燃比有可能过浓，但在专利文献1所示的装置中完全没有考虑因空燃比的过浓引起的排气特性的劣化。
专利文献2所示的装置通过将燃料喷射量增量而主要抑制配置在内燃机的排气系统中的废气净化用催化剂的温度上升，在该情况下空燃比明显过浓，因此有可能使排气特性劣化。
发明内容
本发明是考虑了上述的点而完成的，其目的在于，提供如下的车辆的控制装置：在检测出用于冷却内燃机的冷却设备的故障时，能够维持良好的排气特性并且进行故障应对控制。
为了实现上述目的，第一方式中记载的发明提供车辆100的控制装置，该车辆100由内燃机1驱动，具有用于对所述内燃机进行冷却的冷却设备43、44，该车辆100的控制装置的特征在于，具有：故障检测单元，其对所述冷却设备的故障进行检测；加速操作量检测单元，其对表示所述车辆的驾驶员的加速意图的加速操作量AP进行检测；以及输出控制单元，其根据所述加速操作量对所述内燃机的输出进行控制，所述输出控制单元具有空燃比控制单元，该空燃比控制单元对在所述内燃机中燃烧的混合气的空燃比AF进行控制，在由所述故障检测单元检测出所述冷却设备的故障的状态下，执行如下的故障应对控制：限制所述内燃机的输出，并且在所述加速操作量AP超过高负载判定操作量APWOT时，禁止将所述空燃比控制成比规定的空燃比AFST靠浓侧。
根据该结构，在检测出用于对内燃机进行冷却的冷却设备的故障的状态下，执行如下的故障应对控制：限制内燃机的输出，并且在加速操作量超过高负载判定操作量时禁止将空燃比控制成比规定的空燃比靠浓侧，因此能够防止因空燃比的过浓而引起的排气特性的劣化。
第二方式中记载的发明的特征在于，在第一方式中记载的车辆的控制装置中具有内燃机温度参数检测单元，该内燃机温度参数检测单元对与所述内燃机的温度相关的内燃机温度参数TW2进行检测，所述输出控制单元在检测出所述冷却设备的故障的状态下，在所检测的内燃机温度参数比规定的温度TWTH低时，不执行所述故障应对控制。
根据该结构，在检测出冷却设备的故障的状态下，在所检测的内燃机温度参数比规定的温度低时，也不执行故障应对控制。这里，规定的温度被设定成内燃机成为过热状态的可能性较高的温度，即使冷却设备出现故障，在达到成为过热状态的可能性较高的状态之前，也不执行故障应对控制，能够尽力避免内燃机输出的限制，维持良好的运转性。
第三方式中记载的发明的特征在于，在第一方式或第二方式中记载的车辆的控制装置中，所述冷却设备是格栅风门43、44，该格栅风门43、44被配置在收纳所述内燃机的内燃机室101内，对为了冷却所述内燃机而导入的空气的量进行调整。
根据该结构，在检测出格栅风门的故障的状态下，能够防止排气特性的劣化。
第四方式中记载的发明的特征在于，在第三方式中记载的车辆的控制装置中，所述故障检测单元对所述格栅快门的开度比指令开度靠关闭侧的关闭故障进行检测。
根据该结构，在检测出格栅风门的关闭故障的状态下，能够防止排气特性的劣化。
第五方式中记载的发明的特征在于，在第一方式至第四方式中的任意一个方式中记载的车辆的控制装置中，所述规定的空燃比是理论空燃比AFST。
根据该结构，在加速操作量超过高负载判定操作量的状态下，由于最小的空燃比是理论空燃比，因此能够充分地进行设置在内燃机的排气系统中的废气净化催化剂的废气净化，维持良好的排气特性。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的一个实施方式的车辆100的前部结构的图。
图2是示意性地示出图1所示的内燃机1及其控制装置的结构的图。
图3是用于更具体地说明本发明要解决的课题的时序图。
图4是进行故障应对控制执行标志FGSFS的设定的处理的流程图。
图5是节气门开度控制处理的流程图。
图6是判定内燃机1是否处于规定的高负载运转状态的处理的流程图。
图7是示出在图6所示的处理中参照的表的图。
标号说明
1：内燃机；3：节气门；3a：致动器；5：电子控制单元(空燃比控制单元、输出控制单元)；25b：第2冷却水温度传感器(内燃机温度参数检测单元)；27：油门传感器(加速操作量检测单元)；31、32：驱动单元；31b、32b：电动机控制部(故障检测单元)；43、44：格栅风门
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示意性地示出本发明的一个实施方式的车辆的前部结构的图，在设置于车辆100的前部的内燃机室101内收纳有：驱动车辆100的内燃机(以下称为“发动机”)1；构成发动机1的冷却系统的散热器41；构成搭载于车辆100的空调装置(未图示)的制冷剂循环系统的冷凝器42；以及对为了冷却发动机1而导入的空气量进行调整的第1和第2格栅风门43、44。
经由第1前格栅45和第1管道46而从车外向第1格栅风门43导入空气，经由第2前格栅47和第2管道48而向第2格栅风门44导入空气。第1和第2格栅风门43、44分别具有：包含直流电动机的驱动单元31、32；以及由驱动单元31、32驱动的多个翅片(未图示)，具有如下的公知的构造：通过使多个翅片转动而变更门开度，调整导入空气量。
图2是示意性地示出发动机1及其控制装置的结构的图，在发动机1的进气通路2中配置有节气门3。发动机1具有例如4个气缸，在各气缸中设置有向燃烧室内直接喷射燃料的喷射器6。喷射器6的动作由电子控制单元(以下称为“ECU”)5控制。并且，在发动机1的各气缸中安装有火花塞8，通过ECU 5来控制火花塞8的点火正时。
ECU 5连接有：吸入空气量传感器21，其检测发动机1的吸入空气量GAIR；进气温度传感器22，其检测进气温度TA；节气门开度传感器23，其检测节气门开度TH；进气压力传感器24，其检测进气压力PBA；第1和第2冷却水温度传感器25a和25b，其检测发动机冷却水温度；曲轴角度位置传感器26，其检测发动机1的曲轴(未图示)的旋转角度；油门传感器27，其检测由发动机1驱动的车辆的油门踏板操作量AP；以及未图示的其他的传感器(例如，车速传感器、大气压力传感器等)，这些传感器的检测信号被提供给ECU 5。第1冷却水温度传感器25a被安装于发动机1主体的冷却水通路，对第1冷却水温度TW1进行检测，第2冷却水温度传感器25b被安装于散热器41附近的冷却水通路(散热器41的上游侧)，对第2冷却水温度TW2进行检测。曲轴角度位置传感器26输出表示曲轴角度位置的多个脉冲信号，该脉冲信号用于燃料喷射正时、点火正时等各种时机的控制、以及发动机转速NE的检测。
在排气通路10中设置有废气净化催化器(例如三元催化器)11。在废气净化催化器11的上游侧且比与各气缸连通的排气歧管的集合部靠下流侧的位置安装有空燃比传感器28，通过在排气通路10中对废气中的氧浓度进行检测，而对在燃烧室内燃烧的混合气的空燃比AF进行检测。空燃比传感器28的检测信号被提供给ECU 5。
ECU 5具有具备CPU、存储器，输入输出电路等的公知的结构，根据发动机运转状态(主要是发动机转速NE和油门踏板操作量AP)而进行基于喷射器6的燃料喷射控制、基于火花塞8的点火控制、基于致动器3a和节气门3的吸入空气量控制。具体而言，根据油门踏板操作量AP来计算节气门3的目标开度THCMD，以所检测的节气门开度TH与目标开度THCMD一致的方式进行通过致动器3a来驱动节气门3的吸入空气量控制。
通过使用目标当量比KCMD和与空燃比传感器23所检测的空燃比AF对应的空燃比校正系数KAF来校正使用吸入空气量GAIR计算的基本燃料量GINJB，从而控制基于喷射器6的燃料喷射量GINJ。以所检测的空燃比AF(当量比KACT)与目标空燃比AFCMD(目标当量比KCMD)一致的方式对空燃比校正系数KAF进行计算。当量比是与空燃比AF的倒数成比例且在空燃比AF与理论空燃比(14.7)相等时取“1.0”的参数。另外，使用公知的方法，根据燃料压力PF和燃料的密度等将燃料喷射量GINJ转换成喷射器6的开阀时间TOUT，控制成在每1循环中使燃烧室内所提供的燃料量成为燃料喷射量GINJ。使用下述式子(1)来计算燃料喷射量GINJ。
GINJ＝GINJB×KCMD×KAF×KTOTAL(1)
GINJB是以根据吸入空气量GAIR使混合气的空燃比成为理论空燃比AFST(＝14.7)的方式进行计算的基本燃料量，目标当量比KCMD是使用目标空燃比AFCMD由下述式子(2)表示的。KTOTAL是目标当量比KCMD和空燃比校正系数KAF以外的校正系数(例如与发动机冷却水温度对应的校正系数等)之积。
KCMD＝AFST/AFCMD(2)
在踩踏油门踏板的加速时的过度状态下，由于基于空燃比校正系数KAF的反馈控制无法充分地追随，因此主要通过基于目标当量比KCMD的前馈控制来进行使空燃比AF与目标空燃比AFCMD一致的控制。
ECU 5与第1和第2格栅风门43、44的驱动单元31、32连接。驱动单元31、32具有：直流电动机31a、32a；通过该直流电动机31a、32a使多个翅片转动的连杆机构(未图示)；以及进行该直流电动机31a、32a的驱动控制的电动机控制部31b、32b。电动机控制部31b、32b根据直流电动机31a、32a的旋转角来计算翅片的动作角，将翅片的动作角调整成目标角度。电动机控制部31b、32b在无法将翅片动作角调整成目标角度时判定为产生了故障，进一步对提供给直流电动机31a、32a的电流值进行检测，在检测电流值超过故障判定阈值时，判定为产生了故障。
电动机控制部31b、32b构成为能够与ECU 5相互通信，从ECU 5提供格栅风门的指令开度、即翅片动作角的目标角度。此外，在电动机控制部31b、32b判定为产生了故障时，将该情况通知给ECU 5。
图3是用于更具体地说明本发明要解决的课题的时序图，示出车辆100加速时的油门踏板操作量AP(该图(a))、节气门开度TH(该图(b))、高负载运转状态标志FTHWOT(该图(c))、以及故障应对控制执行标志FGSFS(该图(d))的推移。高负载运转状态标志FTHWOT是在将目标空燃比AFCMD设定成比理论空燃比AFST靠浓侧的规定的浓空燃比AFRICH(例如约6～10)的规定的高负载运转状态下被设定成“1”的标志，故障应对控制执行标志FGSFS在图4所示的处理中被设定。即，是在检测出第1和第2格栅风门43、44中的至少一方的关闭故障且第2冷却水温度TW2为规定的温度TWTH(例如约110℃)以上时被设定成“1”的标志。关闭故障是门开度比指令开度靠关闭侧的故障、换言之是无法使门开度成为全开的故障。
在本实施方式中，采用如下的方法：在油门踏板操作量AP比高负载判定操作量APWOT大且所检测的节气门开度TH比高负载判定开度THWOT大时，判定为发动机1处于规定的高负载运转状态，将高负载运转状态标志FTHWOT设定成“1”。
若在时刻t1将故障应对控制执行标志FGSFS设定成“1”，则为了防止发动机1的过热，而限制为使节气门的目标开度THCMD在上限开度THGSFS以下，执行限制发动机1的输出的故障应对控制。因此，在时刻t2之后将节气门开度TH固定在上限开度THGSFS。在图示例中，将上限开度THGSFS设定成比高负载判定开度THWOT大的开度，若在时刻t3油门踏板操作量AP超过高负载判定操作量APWOT，则高负载运转状态标志FTHWOT被设定成“1”，目标空燃比AFCMD被设定成规定的浓空燃比AFRICH。
但是，由于节气门开度TH固定在上限开度THGSFS，因此吸入空气量比与通常运转状态的油门踏板操作量AP对应的空气量少，实际的空燃比AF比规定的浓空燃比AFRICH进一步被浓化，而产生使排气特性劣化这样的问题。由于节气门开度TH固定在上限开度THGSFS，因此驾驶员会感到油门踏板的操作量不足而进行进一步踩踏油门踏板的操作，因此在发生格栅风门的关闭故障时，高负载运转状态标志FTHWOT容易被设定成“1”，该问题变得明显。
因此，在本实施方式中，在故障应对控制执行标志FGSFS被设定成“1”的状态下，禁止在油门踏板操作量AP超过高负载判定操作量APWOT时高负载运转状态标志FTHWOT被设定成“1”的情况，防止因空燃比AF的过浓而引起的排气特性的劣化。
图4是进行故障应对控制执行标志FGSFS的设定的处理的流程图，在ECU 5中每隔规定的时间执行该处理。
在步骤S1中，判别故障检测标志FGSFD是否为“1”。故障检测标志FGSFD是在检测出第1和第2格栅风门43、44中的至少一方的关闭故障时被设定成“1”的标志。
在步骤S1的答案为肯定(是)时，进一步判别第2冷却水温度TW2是否在规定的温度TWTH以上(步骤S2)。在步骤S2的答案为肯定(是)时，将故障应对控制执行标志FGSFS设定成“1”(步骤S3)。在步骤S1或S2的答案为否定(否)时，将故障应对控制执行标志FGSFS设定成“0”(步骤S3)。
另外，在检测出第2冷却水温度传感器25b的故障的状态下，在步骤S2的判别中应用第1冷却水温度TW1。
图5是节气门开度控制处理的流程图，在ECU 5中每隔规定的时间执行该处理。
在步骤S11中，根据油门踏板操作量AP来计算目标开度THCMD。目标开度THCMD被计算为：油门踏板操作量AP越增加，则目标开度THCMD越增加。在步骤S12中，判别故障应对控制执行标志FGSFS是否为“1”，在该答案为肯定(是)时，判别在步骤S11中计算出的目标开度THCMD是否比上限开度THGSFS大(步骤S13)。在步骤S13的答案为肯定(是)时，将目标开度THCMD设定成上限开度THGSFS(步骤S14)，进入步骤S15。
在步骤S12或S13的答案为否定(否)时，立刻进入步骤S15。在步骤S15中，对致动器3a进行驱动，使得所检测的节气门开度TH与目标开度THCMD一致。
图6是判定发动机1是否处于上述的规定的高负载运转状态的处理的流程图，在ECU 5中与发动机1的旋转同步地例如每隔曲轴角度30度来执行该处理。
在步骤S21中，根据发动机转速NE对图7的(a)所示的APWOT表进行检索，对高负载判定操作量APWOT进行计算。APWOT表被设定为：发动机转速NE越高，则高负载判定操作量APWOT越减少。在将油门踏板操作量AP的最大值设为100％时，高负载判定操作量APWOT被设定在约90％～95％的范围。即，高负载运转状态标志FTHWOT在油门踏板操作量AP处于接近最大值的状态时被设定成“1”。
在步骤S22中，根据发动机转速NE对图7的(b)所示的THWOT表进行检索，对高负载判定开度THWOT进行计算。THWOT表被设定成：发动机转速NE越高，则高负载判定开度THWOT越增加。故障应对控制执行标志FGSFS为“1”的状态下的上限开度THGSFS被设定成图7的(b)所示的程度的开度，在比图所示的转速NE1高的高速旋转范围中，在故障应对控制执行标志FGSFS为“1”时节气门开度TH不会超过高负载判定开度THWOT，更详细地说，在发动机转速NE比转速NE1低时产生上述的课题。
在步骤S23中，判别油门踏板操作量AP是否超过高负载判定操作量APWOT，在该答案为否定(否)时，将高负载运转状态标志FTHWOT设定成“0”(步骤S26)。在步骤S23的答案为肯定(是)时，判别故障应对控制执行标志FGSFS是否为“1”(步骤S24)。在该答案是肯定(是)时，立刻进入步骤S26。
在步骤S24的答案为否定(否)而没有执行故障应对控制时，进入步骤S25，判别节气门开度TH是否比高负载判定开度THWOT大。在该答案为肯定(是)时，将高负载运转状态标志FTHWOT设定成“1”(步骤S27)。在步骤S25的答案为否定(否)时进入步骤S26。
另外，步骤S23和S25的判定实际上伴随着滞后，防止油门踏板操作量AP在高负载判定操作量APWOT附近增减的情况下以及节气门开度TH在高负载判定开度THWOT附近增减的情况下的控制的波动。
在高负载运转状态标志FTHWOT为“0”且节气门开度TH被设定成上限开度THGSFS时，目标空燃比AFCMD被设定成理论空燃比AFST。
在以上那样的本实施方式中，在对为了冷却内燃机而导入到内燃机室101内的空气量进行调整的格栅风门43和/或44的关闭故障被检测出的状态下，执行如下的故障应对控制：通过将节气门开度TH限制在上限开度THGSFS以下而限制发动机1的输出(图5中步骤S12～S14)，并且即使油门踏板操作量AP超过高负载判定操作量APWOT也将高负载运转状态标志FTHWOT设定成“0”(图6中步骤S23、S24、S26)，禁止将空燃比AF控制成比理论空燃比AFST靠浓侧的浓空燃比AFRICH。因此，能够防止因空燃比AF的过浓而引起的排气特性的劣化。
并且，在检测出格栅风门43和/或44的关闭故障的状态下，在与发动机1的温度相关的第2冷却水温度TW2比规定的温度TWTH低时，将故障应对控制执行标志FGSFS维持在“0”(图4中S2、S4)，不执行故障应对控制。规定的温度TWTH被设定成发动机1成为过热状态的可能性较高的冷却水温度，即使格栅风门43和/或44出现关闭故障，到处于成为过热状态的可能性较高的状态为止，不执行故障应对控制而避免发动机输出的限制，能够维持良好的运转性。
在本实施方式中，格栅风门43、44相当于冷却设备，油门踏板操作量AP和油门传感器27分别相当于加速操作量和加速操作量检测单元。并且，设置于格栅风门43、44的电动机控制部31b、32b构成故障检测单元，ECU 5构成包含空燃比控制单元在内的输出控制单元，节气门3和致动器3a构成输出控制单元的一部分。并且，第2冷却水温度传感器25b相当于内燃机温度参数检测单元。
另外本发明不限于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述的实施方式中示出了车辆100是具有发动机1作为原动机的车辆的例子，但本发明也能够应用于具有发动机和电动机作为原动机的混合动力车辆的控制装置。并且，作为输入驾驶员的加速意图的装置，不限于油门踏板，也可以使用基于手动杆的输入装置等，在该情况下手动杆的操作量被用作加速操作量。并且，在上述的实施方式中，虽然将第2冷却水温度TW2(或第1冷却水温度TW1)用作内燃机温度参数，但也可以使用例如发动机1的润滑油温度等。
并且，在上述的实施方式中，在高负载运转状态标志FTHWOT为“0”且节气门开度TH被设定成上限开度THGSFS时，目标空燃比AFCMD被设定成理论空燃比AFST，但也可以设定成接近理论空燃比AFST的浓侧的空燃比。并且，也可以重视更可靠地避免发动机1的过热的情况，在故障检测标志FGSFD被设定成“1”时，不论冷却水温度TW2(或TW1)如何都执行故障应对控制。
并且，在上述的实施方式中，示出了冷却设备是格栅风门的例子，但不限于此，在冷却设备例如包括散热器、散热风扇、使冷却水循环的水泵或配置在冷却水通道中的恒温器的情况下，也能应用本发明。

Claims (5)

1.一种车辆的控制装置，该车辆由内燃机驱动，具有用于对所述内燃机进行冷却的冷却设备，该车辆的控制装置的特征在于，具有：
故障检测单元，其对所述冷却设备的故障进行检测；
加速操作量检测单元，其对表示所述车辆的驾驶员的加速意图的加速操作量进行检测；以及
输出控制单元，其根据所述加速操作量对所述内燃机的输出进行控制，
所述输出控制单元具有空燃比控制单元，该空燃比控制单元对在所述内燃机中燃烧的混合气的空燃比进行控制，
在由所述故障检测单元检测出所述冷却设备的故障的状态下，执行如下的故障应对控制：限制所述内燃机的输出，并且在所述加速操作量超过高负载判定操作量时，禁止将所述空燃比控制成比规定的空燃比靠浓侧。
2.根据权利要求1所述的车辆的控制装置，其特征在于，
所述车辆的控制装置具有内燃机温度参数检测单元，该内燃机温度参数检测单元对与所述内燃机的温度相关的内燃机温度参数进行检测，
所述输出控制单元在检测出所述冷却设备的故障的状态下，在所检测的内燃机温度参数比规定的温度低时，不执行所述故障应对控制。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的控制装置，其特征在于，
所述冷却设备是格栅风门，该格栅风门被配置在收纳所述内燃机的内燃机室内，对为了冷却所述内燃机而导入的空气的量进行调整。
4.根据权利要求3所述的车辆的控制装置，其特征在于，
所述故障检测单元对所述格栅风门的开度比指令开度靠关闭侧的关闭故障进行检测。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的车辆的控制装置，其特征在于，
所述规定的空燃比是理论空燃比。
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