JP2013044230A - Cooling control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の冷却制御装置に関し、特に、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却制御装置に関する。 The present invention relates to a cooling control device for an internal combustion engine, and more particularly to a cooling control device for an internal combustion engine that controls the temperature of cooling water in accordance with the engine operating state.
近年、車両用の内燃機関の冷却系においては、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御することによって燃費の低減や出力の向上を図るため、電子制御式のサーモスタットバルブ「以下単に「電制サーモスタット」という」が採用されることが多い。電制サーモスタットは、そのバルブ開度が冷却水の温度だけに依存するのではなく、制御信号によって任意に変化させることができるものであり、冷却水を循環させる冷却水循環路の途中に設けられる。そして、電制サーモスタットのバルブ開度を調整することにより、ラジエータを通過させる冷却水の流量とラジエータをバイパスさせる冷却水の流量とを変化させる。 In recent years, in an internal combustion engine cooling system for a vehicle, an electronically controlled thermostat valve “hereinafter simply referred to as“ electricity ”is used in order to reduce fuel consumption and improve output by controlling the temperature of cooling water according to engine operating conditions. “Thermostat” is often adopted. The valve opening of the electric control thermostat does not depend only on the temperature of the cooling water, but can be arbitrarily changed by a control signal, and is provided in the middle of the cooling water circulation path for circulating the cooling water. And the flow rate of the cooling water which passes a radiator and the flow rate of the cooling water which bypasses a radiator are changed by adjusting the valve opening degree of an electric control thermostat.
ところで、このような電制サーモスタットを用いた内燃機関の冷却系では、従来から冷却水の温度制御の応答性を改善することが求められており、これまでにもいくつかの提案がなされている。例えば、特許文献1には、実際の冷却水温度のみをモニタリングすることにより電制サーモスタットの操作量を決定して電制サーモスタットを制御する技術が開示されている。また、特許文献2には、電制サーモスタットへの操作量の出力から制御水温になるまでの経過時間と単位時間当たりの水温変化量とを算出し、これらから前記経過時間後の冷却水温度を予測し、この予測された冷却水温度に合わせて電制サーモスタットを制御する技術が開示されている。
By the way, in the cooling system of an internal combustion engine using such an electric control thermostat, it has been conventionally required to improve the responsiveness of the temperature control of the cooling water, and several proposals have been made so far. . For example,
しかし、上記温度制御の応答遅れには、電制サーモスタットの作動遅れ、すなわち、操作量が入力されてからバルブ開度が変化するまでの遅れが含まれるところ、上記従来技術では、この電制サーモスタットの作動遅れ分が十分に解消されているとは言えず、この点において更なる改善の余地がある。 However, the response delay of the temperature control includes an operation delay of the electric thermostat, that is, a delay until the valve opening changes after the operation amount is input. It cannot be said that the delay in operation is sufficiently eliminated, and there is room for further improvement in this respect.
本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、上記電制サーモスタットのような制御バルブを有し、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却系において、従来に比べて、冷却水の温度制御の応答性を向上させること目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a situation, and has a control valve such as the above-mentioned electric control thermostat, and in a cooling system of an internal combustion engine that controls the temperature of cooling water according to the engine operating state. An object of the present invention is to improve the responsiveness of the temperature control of the cooling water as compared with the conventional case.
本発明の一側面による内燃機関の冷却制御装置は、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却制御装置であって、吐出量を変更可能なウォーターポンプと、前記ウォーターポンプから吐出された冷却水を前記内燃機関とラジエータとの間で循環させる冷却水循環路と、前記ラジエータをバイパスするバイパス流路と、前記ラジエータを通過させる冷却水と前記ラジエータをバイパスさせる冷却水の流量配分を変更可能な制御バルブと、前記ウォーターポンプ及び前記制御バルブを制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記冷却水の温度を上昇させる場合には、前記吐出量を減少させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記ラジエータをバイパスさせる冷却水の流量を増加させるように前記制御バルブを制御し、前記冷却水の温度を低下させる場合には、前記吐出量を増加させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記ラジエータを通過させる冷却水の流量を増加させるように前記制御バルブを制御する。 An internal combustion engine cooling control device according to an aspect of the present invention is a cooling control device for an internal combustion engine that controls the temperature of cooling water in accordance with an engine operating state, the water pump capable of changing a discharge amount, and the water pump. A cooling water circulation path for circulating cooling water discharged from the internal combustion engine and the radiator, a bypass flow path for bypassing the radiator, a cooling water for passing the radiator, and a flow rate of the cooling water for bypassing the radiator A control valve capable of changing distribution, and a control unit for controlling the water pump and the control valve, wherein the control unit reduces the discharge amount when the temperature of the cooling water is increased. The control valve is controlled to increase the flow rate of cooling water that controls the water pump and bypasses the radiator. When the temperature of the cooling water is decreased, the water pump is controlled to increase the discharge amount and the control valve is controlled to increase the flow rate of the cooling water that passes through the radiator. .
上記内燃機関の冷却制御装置によれば、冷却水の温度を上昇又は低下させる場合に、制御バルブだけではなくウォーターポンプも制御するようにしたので、例えば制御バルブの作動遅れ分をウォーターポンプの吐出量の増減によって補うことができ、冷却水の温度制御の応答性が向上する。 According to the cooling control apparatus for an internal combustion engine, when the temperature of the cooling water is increased or decreased, not only the control valve but also the water pump is controlled. This can be compensated for by increasing or decreasing the amount, and the temperature control response of the cooling water is improved.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による車両用の内燃機関1及びその冷却制御装置の概略構成を示している。この内燃機関1の冷却制御装置は、流量(吐出量)を変更可能なウォーターポンプ(W/P)2と、ウォーターポンプ2から吐出された冷却水が内燃機関1(のウォータージャケット)を通過しラジエータ3を経由してウォーターポンプ2へと戻る循環経路4と、冷却制御装置の各構成要素の作動を制御する制御部5と、を含む。
ここで、図1において破線で示すように、内燃機関1を通過した冷却水が、内燃機関1に連結された無段変速機(CVT)6を経由してウォーターポンプ2へと戻る第2循環経路及び内燃機関1を通過した冷却水が、車内空調に用いられる暖房用のヒータコア7を経由してウォーターポンプ2へと戻る第3循環経路をさらに含んでもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a vehicle
Here, as shown by a broken line in FIG. 1, the second circulating water in which the cooling water that has passed through the
ウォーターポンプ2は、図示省略した車載バッテリから供給される電力を動力源として作動し、制御部5からの制御信号(通電デューティー)によってポンプ回転数(すなわち、吐出量)が変更可能な電動ウォーターポンプである。但し、電動ウォーターポンプに限るものではなく、制御部5からの制御信号によって流量(吐出量)を変更可能なポンプであればよい。例えば、電磁クラッチのON/OFFによって流量(吐出量)を変更できる機械式の可変容量型ウォーターポンプを用いるようにしてもよい。
The
ラジエータ3は、循環経路4内を循環する冷却水がシリンダヘッド11やシリンダブロック12から吸収した熱を放散させる。なお、ラジエータ3には、図示省略したラジエータファンが設けられており、このラジエータファンは、冷却水を冷却する必要がある場合に作動してラジエータ3における冷却水からの熱の放散を補助する。
The
循環経路4は、内燃機関1のシリンダヘッド11側に設けられた冷却水出口11aとラジエータ3の冷却水入口部3aとを接続する第1冷却水流路41と、ラジエータ3の冷却水出口部3bと内燃機関1のシリンダブロック12側に設けられた冷却水入口部12aとを接続する第2冷却水流路42と、を有する。また、循環経路4には、ラジエータ3をバイパスするバイパス流路43が設けられており、このバイパス流路43と第2冷却水流路42との合流部には制御バルブ44が設けられている。
制御バルブ44は、サーモスタットの感温部に発熱素子を備えた電制サーモスタットであり、バルブ開度が冷却水の温度だけに依存するのではなく、制御部5による上記発熱素子への通電制御によってバルブ開度を変化させることができる。但し、電制サーモスタットに限るものではなく、制御部5からの制御信号によってバルブ開度を変化させることができるものであればよい。
The circulation path 4 includes a
The
図2は、本実施形態における制御バルブ(電制サーモスタット)44のバルブ特性を示している。横軸は冷却水の温度であり、縦軸はバルブ開度(リフト量)である。また、図2において、実線は制御バルブ44の操作量が最大、すなわち、制御部5による上記発熱素子に対する通電デューティーが100%の場合を示し、破線は制御バルブ44の操作量が最小、すなわち、制御部5による上記発熱素子に対する通電デューティーが0%の場合を示している。
FIG. 2 shows the valve characteristics of the control valve (electrically controlled thermostat) 44 in the present embodiment. The horizontal axis is the cooling water temperature, and the vertical axis is the valve opening (lift amount). In FIG. 2, the solid line indicates the case where the operation amount of the
図2に示すように、本実施形態において、制御バルブ44は、上記発熱素子に対して通電を行わないと(すなわち、通電デューティーを0%とすると)、冷却水の温度が約100℃以上になるまで開弁しないが、上記発熱素子に対して通電を行うことによって、冷却水の温度が約100℃以下でも開弁させることができる。具体的には、本実施形態においては上記発熱素子に対して通電を行うことで、冷却水の温度が約40℃から制御バルブ44を開弁させることができるようになっている。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, if the
ここで、制御バルブ44が閉弁しているときには、内燃機関1を通過した冷却水がラジエータ3を経由せずにバイパス流路43を通過し、制御バルブ44が開弁することにより、内燃機関1を通過した冷却水がラジエータ5を通過するようになる。そして、制御部5が、制御バルブ44への操作量、すなわち、上記発熱素子に対する通電デューティーを調整して当該制御バルブ44のバルブ開度を調整することにより、ラジエータ3を通過させる冷却水とラジエータ3をバイパスさせる冷却水との流量配分を変更することができる。具体的には、制御バルブ44のバルブ開度を大きくするほどラジエータ3を通過させる冷却水の流量(配分)が多くなり、制御バルブ44の開度を小さくするほどラジエータ3をバイパスさせる冷却水の流量(配分)が多くなる。
Here, when the
制御部5は、内燃機関1の運転状態情報として、この内燃機関1を搭載した車両の車速や機関負荷(例えばアクセル開度や吸入空気量)を入力すると共に、シリンダヘッド11(のウォータージャケット)内の冷却水の温度を検知する水温センサ61、外気の温度を検知する外気温センサ62、ノッキングの発生を検知するノックセンサー63などの各種センサから検出信号を入力する。そして、制御部5は、入力された各種情報に基づき、ウォーターポンプ2及び制御バルブ44などの作動を制御する。なお、外気温センサ62としては吸気温センサを用いることができる。
The control unit 5 inputs the vehicle speed and the engine load (for example, accelerator opening degree and intake air amount) of a vehicle on which the
次に、制御部5が実行するウォーターポンプ(電動ウォーターポンプ)2及び制御バルブ(電制サーモスタット)44の制御について説明する。
制御部5は、機関運転状態(ここでは、車速及び機関負荷)を入力し、入力された機関運転状態に基づいて冷却水の目標温度(以下「目標水温」という)を設定する。そして、この設定された目標水温に基づいてウォーターポンプ2及び制御バルブ44を制御する。
以下、まず制御バルブ44についての制御を説明し、その後、ウォーターポンプ2についての制御を説明する。
Next, the control of the water pump (electric water pump) 2 and the control valve (electric control thermostat) 44 executed by the control unit 5 will be described.
The control unit 5 inputs an engine operating state (here, vehicle speed and engine load), and sets a target temperature of cooling water (hereinafter referred to as “target water temperature”) based on the input engine operating state. Then, the
Hereinafter, control for the
図3は、制御部5によって実行される制御バルブ44についての制御を示すフローチャートである。
図3において、ステップS1では、目標水温の変化量が予め設定された閾値(例えば5℃)以上であるか否か、すなわち、内燃機関1の運転状態(車速、機関負荷)が変化したことによって目標水温と水温センサ61によって検知される冷却水の水温(以下「実際の水温」という)との偏差(絶対値)が上記閾値以上となったか否かを判定する。そして、目標水温の変化量が上記閾値以上であれば過渡時制御を実行すべくステップS2に進む。
ステップS2では、目標水温が高い側から低い側へと変化したか否かを判定する。そして、目標水温が高い側から低い側へと変化していればステップS3に進む。
FIG. 3 is a flowchart showing control of the
In FIG. 3, in step S1, whether or not the amount of change in the target water temperature is greater than or equal to a preset threshold (for example, 5 ° C.), that is, the operating state (vehicle speed, engine load) of the
In step S2, it is determined whether the target water temperature has changed from a high side to a low side. If the target water temperature has changed from the higher side to the lower side, the process proceeds to step S3.
ステップS3では、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーをその最大値である100%に保持する時間(以下「最大DUTY保持時間」という)T100を設定する。この最大DUTY保持時間T100の設定は、制御バルブ44のバルブ特性に基づいて次のようにして行う。
In step S3, a time T 100 for holding the energization duty for the control valve 44 (heat generating element) at 100% which is the maximum value (hereinafter referred to as “maximum DUTY holding time”) is set. Setting the maximum DUTY hold time T 100 is performed as follows based on the valve characteristics of the
図4は、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを0%から100%としたときのバルブ特性(実線)、及び、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを100%から0%としたときのバルブ特性(破線)を示している。横軸は上記通電デューティーの保持時間(操作量出力時間)であり、縦軸はバルブ開度(リフト量)である。
例えば、目標水温が110℃から80℃に変化して制御バルブ44のバルブ開度を目標水温110℃に対応する「Vθa(○)」から目標水温80℃に対応する「Vθb(●)」まで大きくする必要がある場合を考えると、図4に示すように、通電デューティーを100%、すなわち、バルブ開度を大きくする方向の操作量を最大としたときに、制御バルブ44のバルブ開度を「Vθa(○)」から「Vθb(●)」まで変化させるのに必要な時間は「T1」である。そこで、目標水温が110℃から80℃へと変化した場合には、この「T1」を最大DUTY保持時間T100として設定する。このようにして目標水温の変化に応じた最大DUTY保持時間T100の設定を行う。これにより、必要以上に長く、通電デューティーを100%に保持することが防止され、消費電力の増加が抑制される。
FIG. 4 shows the valve characteristics (solid line) when the duty ratio for the control valve 44 (heating element) is changed from 0% to 100%, and the duty ratio for the control valve 44 (heating element) is changed from 100% to 0%. The valve characteristic (dashed line) is shown. The horizontal axis represents the holding time of the energization duty (operation amount output time), and the vertical axis represents the valve opening (lift amount).
For example, the target water temperature is changed from 110 ° C. to 80 ° C., and the valve opening of the
ステップS4では、上記最大DUTY保持時間T100を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷又は機関負荷の変化量が大きいほど上記最大DUTY保持時間T100を大きくするように補正する。この補正による上記最大DUTY保持時間T100の増加分は予め実験等によって決定される。ここで、機関負荷が変化すれば目標水温も変化することになるから、機関負荷の変化量が大きくなれば、当然、目標水温と実際の水温との偏差も大きくなる。したがって、このステップS4では、目標水温と実際の水温との偏差が大きいほど上記最大DUTY保持時間T100を大きくするように補正することになる。
なお、内燃機関1の運転状態が全負荷領域となる場合には、機関負荷に基づく上記補正に加えて、さらに最大DUTY保持時間T100を大きくするような補正(全負荷補正)を行うのが好ましい。
In step S4, corrected in accordance with the engine load the maximum DUTY hold time T 100. More specifically, to correct the larger the amount of change in the engine load or the engine load so as to increase the maximum DUTY hold time T 100. Increase of the maximum DUTY hold time T 100 by the correction is determined in advance by experiment or the like. Here, if the engine load changes, the target water temperature also changes. Therefore, if the amount of change in the engine load increases, the deviation between the target water temperature and the actual water temperature naturally increases. Therefore, in step S4, it will be corrected as the higher the maximum DUTY hold time T 100 is large deviation of the actual temperature and the target temperature is increased.
In the case where the operating state of the
ステップS5では、上記最大DUTY保持時間T100をウォーターポンプ(W/P)2の吐出量(回転数)に応じて補正する。具体的には、ウォーターポンプ2の吐出量が少ないほど(回転数が低いほど)上記最大DUTY保持時間T100を大きくするように補正する。この補正による上記最大DUTY保持時間T100の増加分は予め実験等によって決定される。
ステップS6では、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを最大(100%)とする。換言すれば、バルブ開度を大きくする方向に制御バルブ44を制御するための操作量を最大とする。
In step S5, the correction in accordance with the maximum DUTY hold time T 100 a water pump (W / P) 2 of the discharge amount (rotational speed). Specifically, as the discharge amount of the
In step S6, the energization duty for the control valve 44 (heat generating element) is maximized (100%). In other words, the operation amount for controlling the
一方、ステップS2において目標水温が低い側から高い側へと変化している場合にはステップS7に進み、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーをその最小値である0%に保持する時間(以下「最小DUTY保持時間」という)T0を設定する。この最小DUTY保持時間T0の設定は、上記最大DUTY保持時間T100の設定と同様、制御バルブ44のバルブ特性(図4)に基づいて次のようにして行う。
例えば、目標水温が80℃から110℃に変化して制御バルブ44のバルブ開度を目標水温80℃に対応する「Vθb(●)」から目標水温110℃に対応する「Vθa(○)」まで小さくする必要がある場合を考えると、図4に示すように、通電デューティーを0%、すなわち、バルブ開度を小さくする方向の操作量を最大としたときに、制御バルブ44のバルブ開度を「Vθb(●)」から「Vθa(○)」まで変化させるのに必要な時間は「T2」である。そこで、目標水温が80℃から110℃へと変化した場合には、この「T2」を最小DUTY保持時間T0として設定する。このようにして目標水温の変化に応じた最小DUTY保持時間T0の設定を行う。
ここで、最大DUTY保持時間T100と最小DUTY保持時間T0とを別々に設定するのは、図4に示すように、通電デューティーが100%のときの制御バルブ44のバルブ開弁速度と、通電デューティーが0%のときの制御バルブ44のバルブ閉弁速度とが異なるからであり、本実施形態においては、最小DUTY保持時間T0>最大DUTY保持時間T100となっている。
On the other hand, if the target water temperature has changed from the low side to the high side in step S2, the process proceeds to step S7, and the time for holding the energization duty for the control valve 44 (heat generating element) at 0% which is the minimum value ( (Hereinafter referred to as “minimum DUTY holding time”) T 0 is set. Setting the minimum DUTY hold time T 0, like setting of the maximum DUTY hold time T 100, on the basis of the valve characteristic of the control valves 44 (FIG. 4) performed as follows.
For example, the target water temperature is changed from 80 ° C. to 110 ° C., and the valve opening of the
Here, to set the maximum DUTY hold time T 100 and the minimum DUTY hold time T 0 and separately, as shown in FIG. 4, a valve opening speed of the
ステップS8では、上記最小DUTY保持時間T0を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷が小さいほど又は機関負荷の変化量が大きいほど上記最小DUTY保持時間T0を大きくするように補正する。この補正による上記最小DUTY保持時間T0の増加分は、予め実験等によって決定される。 In step S8, corrected in accordance with the engine load the minimum DUTY retention time T 0. More specifically, it corrected so as to increase the minimum DUTY retention time T 0 the larger the amount of change as or engine load the engine load is small. The increment of the minimum DUTY holding time T 0 due to this correction is determined in advance by experiments or the like.
ステップS9では、上記最小DUTY保持時間T0をウォーターポンプ2の吐出量(回転数)に応じて補正する。具体的には、ウォーターポンプ2の吐出量が多いほど(回転数が高いほど)上記最小DUTY保持時間T0を大きくするように補正する。この補正による上記最小DUTY保持時間T0の増加分は予め実験等によって決定される。
ステップS10では、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを最小(0%)とする。換言すれば、バルブ開度を小さくする方向に制御バルブ44を制御するための操作量を最大とする。
In step S9, corrected in accordance with the discharge amount of the minimum DUTY hold time T 0 the water pump 2 (rpm). Specifically, correction is performed so that the minimum DUTY holding time T 0 is increased as the discharge amount of the
In step S10, the energization duty for the control valve 44 (heat generating element) is set to the minimum (0%). In other words, the operation amount for controlling the
ステップS11では、保持時間(上記最大DUTY保持時間又は上記最小DUTY保持時間)が経過したか否か、又は目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)が上記閾値(例えば5℃)未満となったか否かを判定する。そして、上記保持時間が経過しているか又は目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)が上記閾値未満となっていればステップS12に進んで過渡時制御から定常制御へと移行し、それ以外の場合にはステップS1に戻る。
なお、ステップS1における閾値とステップS11における閾値とを異なる値に設定してもよい。この場合ステップS1における閾値>ステップS11における閾値とするのが好ましい。
In step S11, whether or not the holding time (the maximum DUTY holding time or the minimum DUTY holding time) has elapsed, or the deviation (absolute value) between the target water temperature and the actual water temperature is less than the threshold (for example, 5 ° C.). It is determined whether or not. Then, if the holding time has elapsed or the deviation (absolute value) between the target water temperature and the actual water temperature is less than the threshold value, the process proceeds to step S12 to shift from transient control to steady control. Otherwise, the process returns to step S1.
Note that the threshold value in step S1 and the threshold value in step S11 may be set to different values. In this case, it is preferable that the threshold value in step S1> the threshold value in step S11.
ここで、ステップS12で実行される上記定常制御について、基本制御と定常偏差吸収制御とに分けて説明する。
(1)基本制御
制御部5は、目標水温ごとに制御バルブ44の操作量、すなわち、上記発熱素子に対する通電デューティーが割り付けられた制御マップを有している。そして、設定された目標水温に基づいて上記制御マップを参照することにより、制御バルブ44の基本操作量(基本デューティー)を求める。この基本操作量は、各運転条件において定常運転を行ったときに冷却水の温度を目標水温近傍に制御することのできる制御バルブ44のバルブ開度に相当する値として予め設定されたものである。上記基本操作量は、基本的には、目標水温が高く(低く)なるほど、制御バルブ44のバルブ開度を小さく(大きく)するように、すなわち、ラジエータ3を通過させる冷却水の流量(配分)を少なく(多く)するように設定される。
次に、制御部5は、上記基本操作量を外気温に応じて補正して制御バルブ44の操作量(すなわち、発熱素子に対する通電デューティー)を設定する。具体的には、制御部5は、外気温が高いほど(低いほど)上記基本操作量を大きく(小さく)するように、すなわち、ラジエータ3を通過する冷却水の流量(配分)を多く(少なく)するように補正して制御バルブ44の操作量を設定する。
定常時においては、このようにして設定された操作量が制御バルブ44に出力される。
Here, the steady control executed in step S12 will be described separately for basic control and steady deviation absorption control.
(1) Basic control The control unit 5 has a control map in which the operation amount of the
Next, the control unit 5 corrects the basic operation amount according to the outside air temperature, and sets the operation amount of the control valve 44 (that is, the energization duty for the heating element). Specifically, the control unit 5 increases (decreases) the basic operation amount as the outside air temperature is higher (lower), that is, increases (reduces) the flow rate (distribution) of the cooling water passing through the radiator 3. ) And the operation amount of the
At a constant time, the operation amount set in this way is output to the
(2)定常偏差吸収制御
制御部5は、上記のようにして設定された操作量を制御バルブ44に出力したにもかかわらず、実際の水温が目標水温とならない場合には、目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)に応じて以下の処理を行う。
目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)が上記閾値以上である場合には、制御バルブ44の特性変動(個体バラツキや経時劣化など)により、制御バルブ44の実際のバルブ開度が目標水温に相当する本来のバルブ開度になっていないと考えられる。このような場合には、制御部5は、制御バルブ44の実際のバルブ開度を目標水温に相当する本来のバルブ開度とするために必要な補正量ΔDUTYを算出し、算出された補正量ΔDUTYを上記基本操作量に加算する。
例えば、目標水温が80℃のときに実際の水温が85℃である場合には、実際のバルブ開度Vθrが目標水温に相当する本来のバルブ開度Vθtよりもその温度差ΔT(ここでは5℃)に相当するバルブ開度だけ小さくなっている、すなわち、図5に示すように、目標水温が80℃のときの基本操作量(ここでは、基本デューティーが75%とする)でのバルブ特性において、実際のバルブ開度「Vθr(○)」が水温75℃のときのバルブ開度になっていると考えられる。そこで、この場合には、上記バルブ特性に基づいて、実際のバルブ開度「Vθr(○)」が本来のバルブ開度「Vθt(●)」に対して不足しているバルブ開度ΔVθ(=Vθt−Vθr)を推定し、この不足分のバルブ開度ΔVθに相当する通電デューティーを上記補正量ΔDUTYとして算出し、上記基本操作量に加算するようにする。これにより、制御バルブ44の特性変動によるバルブ開度の変動分が相殺されて実際のバルブ開度を本来のバルブ開度とすることができるので、実際の水温がほぼ目標水温に制御される。
一方、目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)が上記閾値未満である場合には、一般的なPID制御を行って実際の水温を上記目標水温に収束させる。
なお、この定常制御における閾値をステップS1における閾値やステップS11における閾値と異なる値に設定してもよい。
(2) Steady deviation absorption control When the actual water temperature does not reach the target water temperature even though the control unit 5 outputs the operation amount set as described above to the
When the deviation (absolute value) between the target water temperature and the actual water temperature is equal to or greater than the above threshold value, the actual valve opening of the
For example, when the target water temperature is 80 ° C. and the actual water temperature is 85 ° C., the actual valve opening degree Vθr is more than the original valve opening degree Vθt corresponding to the target water temperature, ΔT (here, 5T). 5), that is, the valve characteristic at the basic operation amount (here, the basic duty is 75%) when the target water temperature is 80 ° C., as shown in FIG. , The actual valve opening “Vθr (◯)” is considered to be the valve opening when the water temperature is 75 ° C. Therefore, in this case, based on the above valve characteristics, the actual valve opening “Vθr (◯)” is insufficient with respect to the original valve opening “Vθt (●)”. (Vθt−Vθr) is estimated, and the energization duty corresponding to the insufficient valve opening ΔVθ is calculated as the correction amount ΔDUTY and added to the basic operation amount. Thereby, the fluctuation of the valve opening due to the characteristic fluctuation of the
On the other hand, when the deviation (absolute value) between the target water temperature and the actual water temperature is less than the threshold value, general PID control is performed to converge the actual water temperature to the target water temperature.
Note that the threshold value in the steady control may be set to a value different from the threshold value in step S1 or the threshold value in step S11.
図3に戻って、ステップS1において目標水温の変化量が上記閾値未満である場合にはステップS13に進み、上記過渡時制御の実行中であるか否かを判定する。上記過渡時制御の実行中であればステップS14に進み、過渡時制御の実行中でなければステップS12に進んで上記定常制御を実行する。 Returning to FIG. 3, when the change amount of the target water temperature is less than the threshold value in step S <b> 1, the process proceeds to step S <b> 13 to determine whether or not the transient control is being executed. If the transient control is being executed, the process proceeds to step S14. If the transient control is not being executed, the process proceeds to step S12 to execute the steady control.
ステップS14では、ノッキングが発生しているか否かを判定する。この判定は、ノックセンサー63の検知信号に基づいて行う。そして、ノッキングが発生していればステップS15に進み、ノッキングが発生していなければステップS11に進む。
In step S14, it is determined whether knocking has occurred. This determination is made based on the detection signal of the
ステップS15では、ノッキングレベルに応じて上記最大DUTY保持時間T100を補正する。具体的には、ノッキングレベルが高いほど上記最大DUTY保持時間T100の時間を大きくするように補正する。そして、上記最大DUTY保持時間T100を補正した後にステップS11に進む。 In step S15, it corrects the maximum DUTY retention time T 100 in accordance with the knocking level. More specifically, it corrected so as knocking level is increased higher of the maximum DUTY hold time T 100 time. Then, the process proceeds to step S11 after correcting the maximum DUTY hold time T 100.
図6は、制御バルブ44についての上記過渡時制御のタイミングチャートである。
図6に示すように、目標水温が低い側から高い側に変化すると、制御部5は、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを最小(0%)とする(時刻t1)。これにより、制御バルブ44の閉弁速度を高めて、ラジエータ3を通過させる冷却水の流量(配分)を速やかに減少させることによって冷却水の温度を上昇させる。その後、最小DUTY保持時間T0が経過し又は目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御(ここでは、通電デューティーが25%)へと移行する(時刻t2)。
FIG. 6 is a timing chart of the transient control for the
As shown in FIG. 6, when the target water temperature changes from the low side to the high side, the control unit 5 sets the energization duty for the control valve 44 (heat generating element) to the minimum (0%) (time t1). As a result, the valve closing speed of the
一方、目標水温が高い側から低い側に変化すると、制御部5は、制御バルブ44(発熱素子)の通電デューティーを最大(100%)とする(時刻t3)。これにより、制御バルブ44の開弁速度を高めて、ラジエータ3を通過させる冷却水の流量(配分)を速やかに増加させることによって冷却水の温度を低下させる。その後、最大DUTY保持時間T100が経過し又は目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御(ここでは、通電デューティーが75%)へと移行する(時刻t4)。
On the other hand, when the target water temperature changes from the higher side to the lower side, the control unit 5 maximizes the energization duty of the control valve 44 (heat generating element) (100%) (time t3). Thereby, the valve opening speed of the
制御部5は、このような過渡時制御を実行することにより、制御バルブ44の作動遅れを可能な限り抑制して冷却水の温度制御の応答性を高めている。ここで、制御バルブ44の操作量を最小とする時間は上記最小DUTY保持時間T0以内に制限され、制御バルブ44の操作量を最大とする時間は上記最大DUTY保持時間T100以内に制限されるのでオーバーシュートも抑制される。
The control unit 5 executes such transient control, thereby suppressing the operation delay of the
次に、制御部5によって実行されるウォーターポンプ2の制御について、主に始動直後に実行される内燃機関1の暖機制御と、この暖機制御によって内燃機関1の暖機が完了した後に実行される暖機後制御とに分けて説明する。
(1)暖機制御
内燃機関1の始動から暖機完了までにおいて、制御部5は、ウォーターポンプ2を間欠的に作動させることにより内燃機関1の暖機を促進する。なお、この暖機制御においては制御バルブ44が閉弁状態となっている。
例えば、実際の水温が第1判定温度(例えば、目標水温−20℃)未満である場合、制御部5は、実際の水温が上記第1判定温度となるまでウォーターポンプ2を作動させない。その後、実際の水温が上記第1判定温度となると、制御部5は、ウォーターポンプ2を作動させ、所定時間が経過した後に実際の水温を確認し、この実際の水温が目標水温よりも低い場合にはウォーターポンプ2の作動を停止させる。さらにその後、実際の水温が第2判定温度(例えば、目標水温−10℃)となると、制御部5は、ウォーターポンプ2を作動させ、所定時間が経過した後に実際の水温を確認する。そして、この実際の水温が目標水温よりも低い場合には、ウォーターポンプ2の作動を再び停止させる。このように、制御部5は、ウォーターポンプ2の作動と停止とを繰り返し、ウォーターポンプ2を間欠的に作動させて暖機を促進し、実際の水温が暖機完了温度(例えば、目標温度−5℃)になると暖機制御を終了する(暖機完了とする)。
Next, the control of the
(1) Warm-up control From the start of the
For example, when the actual water temperature is lower than the first determination temperature (for example, target water temperature −20 ° C.), the control unit 5 does not operate the
(2)暖機完了後
図7は、暖機完了後に制御部5によって実行されるウォーターポンプについての制御を示すフローチャートである。
図7において、ステップS21では、図3のステップS1と同様、目標水温の変化量が上記閾値以上であるか否かを判定する。目標水温の変化量が上記閾値以上であれば過渡時制御を実行すべくステップS22に進む。
ステップS22では、図3のステップS2と同様、目標水温が高い側から低い側へと変化したか否かを判定し、目標水温が高い側から低い側へと変化していればステップS23に進む。
(2) After Warm-Up Completion FIG. 7 is a flowchart showing the control for the water pump executed by the control unit 5 after the warm-up is completed.
In FIG. 7, in step S21, as in step S1 of FIG. If the amount of change in the target water temperature is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S22 to execute the transient control.
In step S22, as in step S2 of FIG. 3, it is determined whether or not the target water temperature has changed from a high side to a low side. If the target water temperature has changed from a high side to a low side, the process proceeds to step S23. .
ステップS23では、ウォーターポンプ2の吐出量(回転数)を増加させる。具体的には、ウォーターポンプ2に対する通電デューティーを所定量だけ増加させる。
ステップS24では、ウォーターポンプ2の吐出量を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷又は機関負荷の変化量が大きいほどウォーターポンプ2の吐出量を増加させる。この補正による吐出量の増加分は予め実験等によって決定される。ここで、機関負荷が変化すれば目標水温も変化することになるから、機関負荷の変化量が大きくなれば、当然、目標水温と実際の水温との偏差も大きくなる。したがって、このステップS23では、目標水温と実際の水温との偏差が大きいほどウォーターポンプ2の吐出量を増量補正することになる。
なお、内燃機関1の運転状態が全負荷領域となる場合には、機関負荷に基づく上記補正に加えて、さらに吐出量を増加させる補正(全負荷補正)を追加するのが好ましい。
In step S23, the discharge amount (rotation speed) of the
In step S24, the discharge amount of the
When the operating state of the
一方、ステップS22において目標水温が低い側から高い側へと変化している場合にはステップS25に進み、ウォーターポンプ2の吐出量(回転数)を減少させる。具体的には、ウォーターポンプ2に対する通電デューティーを所定量だけ減少させる。
ステップS26では、ウォーターポンプ2の吐出量を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷が小さいほど又は機関負荷の変化量が大きいほどウォーターポンプ2の吐出量を減少させる。なお、この補正による吐出量の減少分は予め実験等によって決定される。
On the other hand, when the target water temperature has changed from the low side to the high side in step S22, the process proceeds to step S25, and the discharge amount (rotation speed) of the
In step S26, the discharge amount of the
ステップS27では、図3のステップS11と同様、上記保持時間(上記最大DUTY保持時間又は上記最小DUTY保持時間)が経過したか否か、又は目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)が上記閾値未満となったか否かを判定する。そして、上記保持時間が経過しているか又は目標水温と実際の水温との偏差(絶対値)が上記閾値未満となっていればステップS28に進んで過渡時制御から定常制御へと移行し、それ以外の場合にはステップS21に戻る。 In step S27, as in step S11 of FIG. 3, whether or not the holding time (the maximum DUTY holding time or the minimum DUTY holding time) has elapsed, or the deviation (absolute value) between the target water temperature and the actual water temperature is determined. It is determined whether or not the value is less than the threshold value. Then, if the holding time has elapsed or the deviation (absolute value) between the target water temperature and the actual water temperature is less than the threshold value, the process proceeds to step S28, and transition from transient control to steady control is performed. Otherwise, the process returns to step S21.
ここで、ステップS28で実行される上記定常制御について説明する。
制御部5は、目標水温ごとにウォーターポンプ2の操作量、すなわち、ウォーターポンプ2に対する通電デューティーが割り付けられた制御マップ(図示省略)を有しており、機関運転状態に基づいて設定された目標水温に基づき上記制御マップを参照することによってウォーターポンプ2の操作量を求め、この求めた操作量をウォーターポンプ2に出力する。
Here, the steady control executed in step S28 will be described.
The control unit 5 has a control map (not shown) in which the operation amount of the
図7に戻って、ステップS21において目標水温の変化量が上記閾値未満である場合にはステップS29に進み、図3のステップS13と同様、過渡時制御の実行中であるか否かを判定する。そして、過渡時制御の実行中であればステップS30に進み、過渡時制御の実行中でなければステップS28に進んで上記定常制御を実行する。 Returning to FIG. 7, when the amount of change in the target water temperature is less than the threshold value in step S21, the process proceeds to step S29, and it is determined whether or not the transient control is being executed, as in step S13 of FIG. . If the transient control is being executed, the process proceeds to step S30. If the transient control is not being executed, the process proceeds to step S28 to execute the steady control.
ステップS30では、図3のステップS14と同様、ノッキングが発生しているか否かを判定する。そして、ノッキングが発生していればステップS31に進み、ノッキングが発生していなければステップS28に進む。
ステップS31では、ウォーターポンプ2に吐出量を最大とする。そして、ウォーターポンプ2の吐出量を最大とした後にステップS27に進む。
なお、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値以下となってもノッキングが発生し続ける場合には、ウォーターポンプ2の吐出量を最大に維持させるようにする。
In step S30, as in step S14 of FIG. 3, it is determined whether knocking has occurred. If knocking has occurred, the process proceeds to step S31. If knocking has not occurred, the process proceeds to step S28.
In step S31, the discharge amount to the
If knocking continues to occur even when the deviation between the target water temperature and the actual water temperature is equal to or lower than the above threshold, the discharge amount of the
図8は、ウォーターポンプ2についての上記過渡時制御のタイミングチャートである。
図8(A)に示すように、目標水温が低い側から高い側に変化すると、制御部5は、(変化後の)目標水温に相当するウォーターポンプ2の操作量(通電デューティー)を所定量だけ減少させて吐出量を減少させる(時刻t1)。上述したように、このとき、制御部5は、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを最小(0%)、すなわち、バルブ開度を小さくする方向に制御バルブ44を制御するための操作量を最大としている。この結果、ラジエータ3を通過する冷却水の流量がさらに減少して冷却水の温度の上昇速度を高めることができる。そして、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御へと移行する(時刻t2)。
FIG. 8 is a timing chart of the transient control for the
As shown in FIG. 8A, when the target water temperature changes from the low side to the high side, the control unit 5 sets the operation amount (energization duty) of the
一方、図8(B)に示すように、目標水温が高い側から低い側に変化すると、制御部5は、(変化後の)目標水温に相当するウォーターポンプ2の操作量(通電デューティー)を所定量だけ増加させて吐出量を増加させる(時刻t3)。上述したように、このとき、制御部5は、制御バルブ44(発熱素子)に対する通電デューティーを最小(0%)、すなわち、バルブ開度を大きくする方向に制御バルブ44を制御するための操作量を最大としている。この結果、ラジエータ3を通過する冷却水の流量がさらに増加して冷却水の温度の低下速度を高めることができる。そして、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御へと移行する(時刻t4)。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the target water temperature changes from the high side to the low side, the control unit 5 sets the operation amount (energization duty) of the
このように、本実施形態においては、目標温度が変化した場合には、制御部5が、制御バルブ44についての過渡時制御と共にウォーターポンプ2についての過渡時制御を実行する。これにより、制御バルブ44の作動遅れ分を冷却水の流量の増減によって補うことができ、冷却水の温度制御の応答性をさらに向上させている。ここで、ウォーターポンプ2の吐出量を増加させる時間は、上記最大DUTY保持時間T100以内に制限されるので、当該過渡時制御に伴う消費電力の増加を最小限に抑えることができる。
Thus, in the present embodiment, when the target temperature changes, the control unit 5 executes the transient control for the
以上説明した実施形態によれば、目標水温が変化して冷却水の温度を上昇させる場合には、吐出量を減少させるようにウォーターポンプ2を制御すると共にラジエータ3をバイパスさせる冷却水の流量(配分)を増加させるように制御バルブ44を制御し、目標水温が変化して冷却水の温度を低下させる必要がある場合には、吐出量を増加させるようにウォーターポンプ2を制御すると共にラジエータ3を通過させる冷却水の流量(配分)を増加させるように制御バルブ44を制御する。すなわち、目標水温が変化した過渡時においては、ウォーターポンプ2による冷却水の循環流量の調整と、制御バルブ44によるラジエータ3を通過させる又は通過させない冷却水の流量調整とを同時に行う。これにより、制御バルブ44の作動遅れ分を効果的に補うことができるので、従来に比べて、冷却水の温度制御の応答性を大幅に向上させることができる。
According to the embodiment described above, when the target water temperature is changed and the temperature of the cooling water is increased, the flow rate of the cooling water (by controlling the
ここで、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値以上である場合に、制御バルブ44についての過渡時制御及びウォーターポンプ2についての過渡時制御を実施するので、消費電力の大幅な増加が抑制される。
また、目標水温と実際の水温との偏差に応じて制御バルブ44の操作量及びウォーターポンプ2の操作量を増減するので、消費電力の大幅な増加を抑制しつつ、却水の温度制御の応答性をさらに向上させることができる。
Here, when the deviation between the target water temperature and the actual water temperature is equal to or greater than the above threshold value, the transient control for the
Further, since the operation amount of the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて変形及び変更が可能である。
ここで、上記実施形態及びその変形例から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A deformation | transformation and change are possible based on the technical idea of this invention.
Here, technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiment and the modifications thereof will be described together with the effects thereof.
(イ)請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却制御装置であって、
前記制御部は、前記冷却水の温度を上昇させる場合、前記ラジエータをバイパスさせる冷却水の流量を増加させる方向に前記制御バルブを制御するための操作量の最大値を第1所定時間出力し、前記冷却水の温度を低下させる場合、前記ラジエータを通過させる冷却水の流量を増加させる方向に前記制御バルブを制御するための操作量の最大値を第2所定時間出力する。
(ロ)上記(イ)のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却制御装置であって、
前記制御部は、前記冷却水の目標温度と前記冷却水の実際の温度との偏差に応じて前記第1所定時間及び前記第2所定時間を設定する。
上記(イ)、(ロ)によれば、オーバーシュートを抑制しつつ制御バルブの作動遅れを低減できる。これにより、冷却水の温度制御に応答性を高めることができる。
(A) A cooling control device for an internal combustion engine according to any one of
The controller, when increasing the temperature of the cooling water, outputs a maximum value of an operation amount for controlling the control valve in a direction to increase a flow rate of the cooling water that bypasses the radiator for a first predetermined time, When lowering the temperature of the cooling water, the maximum value of the operation amount for controlling the control valve in the direction of increasing the flow rate of the cooling water passing through the radiator is output for a second predetermined time.
(B) The internal combustion engine cooling control apparatus according to any one of (a) above,
The controller sets the first predetermined time and the second predetermined time according to a deviation between a target temperature of the cooling water and an actual temperature of the cooling water.
According to the above (a) and (b), the operation delay of the control valve can be reduced while suppressing overshoot. Thereby, the responsiveness to the temperature control of the cooling water can be enhanced.
1…内燃機関、2…ウォーターポンプ(W/P)、3…ラジエータ、4…循環経路、5…制御部、43…バイパス流路、44…制御バルブ、61…水温センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
吐出量を変更可能なウォーターポンプと、
前記ウォーターポンプから吐出された冷却水を前記内燃機関とラジエータとの間で循環させる冷却水循環路と、
前記ラジエータをバイパスするバイパス流路と、
前記ラジエータを通過させる冷却水と前記ラジエータをバイパスさせる冷却水の流量配分を変更可能な制御バルブと、
前記ウォーターポンプ及び前記制御バルブを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記冷却水の温度を上昇させる場合には、前記吐出量を減少させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記ラジエータをバイパスさせる冷却水の流量を増加させるように前記制御バルブを制御し、
前記冷却水の温度を低下させる場合には、前記吐出量を増加させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記ラジエータを通過させる冷却水の流量を増加させるように前記制御バルブを制御する、内燃機関の冷却制御装置。 A cooling control device for an internal combustion engine that controls the temperature of cooling water according to an engine operating state,
A water pump with variable discharge rate,
A cooling water circulation path for circulating the cooling water discharged from the water pump between the internal combustion engine and the radiator;
A bypass flow path for bypassing the radiator;
A control valve capable of changing a flow rate distribution of the cooling water that passes through the radiator and the cooling water that bypasses the radiator;
A control unit for controlling the water pump and the control valve,
The controller is
When the temperature of the cooling water is increased, the water pump is controlled to decrease the discharge amount, and the control valve is controlled to increase the flow rate of cooling water that bypasses the radiator,
An internal combustion engine that controls the water pump so as to increase the discharge amount and controls the control valve so as to increase the flow rate of the cooling water passing through the radiator when the temperature of the cooling water is decreased Cooling control device.
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