JP2015132216A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を悪化させることなく燃料噴射弁へのデポジットの発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の冷却水を循環させる電動ウォーターポンプと、冷却水を冷却する電動ラジエータファンと、を備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の停止後に電動ラジエータファンを駆動して、電動ラジエータファンを駆動した時点から所定時間経過後に電動ウォーターポンプを駆動することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の燃料噴射弁の噴孔内のデポジットの発生を抑制するための制御が知られている。例えば、特許文献１には、電動ウォーターポンプ及び電動ラジエータを備えた内燃機関において、内燃機関の停止時に噴孔内の温度推定値が基準値以上になった場合に、電動ウォーターポンプ及び電動ラジエータを共に駆動する制御手法が開示されている。この制御手法を採用することにより、燃料噴射弁の噴孔近傍で残留燃料が熱によってガム化することを抑制することができる。このため、ガム化した残留燃料に粒子状物質（以下、ＰＭという。）が付着して発生するデポジットが噴孔内に堆積することを抑制することができる。この結果、噴孔内にデポジットが堆積することによる噴射量低下、ドライバビリティの不良、そして噴霧形状の変化による排気エミッションの悪化などを防止することができる。

特開２０１２−１９７７０６号公報 特開２０１０−２２９８７５号公報 特開平９−０６８１４４号公報 特開２０１２−１２７２６２号公報

しかしながら、上記の制御手法では、冷却水が十分に冷却されていない状態で電動ウォーターポンプを駆動させた場合、燃料噴射弁を冷却するために多大な時間が必要となる。このため、燃料噴射弁の冷却が完了するまでに電動ウォーターポンプ及び電動ラジエータを駆動するための多量の電力が必要となる。この結果、燃費が悪化する恐れがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃費を悪化させることなく燃料噴射弁へのデポジットの発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の冷却水を循環させる電動ウォーターポンプと、
前記冷却水を冷却する電動ラジエータファンと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の停止後に前記電動ラジエータファンを駆動して、前記電動ラジエータファンを駆動した時点から所定時間経過後に前記電動ウォーターポンプを駆動することを特徴とする。

第１の発明によれば、電力の消費を抑えつつ、噴孔内へのデポジットの堆積を抑制することができる。これにより、噴射量低下によるドライバビリティ不良、噴霧形状変化による排気エミッションの悪化を防止することができる。

本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。 実施の形態１において燃料噴射弁の噴孔においてデポジットが堆積するメカニズムについて説明するための図である。 実施の形態１においてディレイ時間と噴孔温度推定値との関係を表した図である。 実施の形態１において駆動電圧及び駆動ｄｕｔｙと噴孔温度推定値との関係を表した図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるデポジット抑制制御ルーチンのフローチャートである。 実施の形態１における各種パラメータの時系列の変化を表した図である。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、エンジン本体１００を備える。エンジン本体１００は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１０とを備える。シリンダブロック１２とシリンダヘッド１０とは連結されている。シリンダブロック１２には、電動ウォーターポンプ１４が設けられている。電動ウォーターポンプ１４は、サーモスタット１６を介して、ラジエータ１８と接続されている。ラジエータ１８の近傍には、電動ラジエータファン２０が設けられている。また、エンジン本体１００には、燃料噴射弁（不図示）が備えられている。

ラジエータ１８内には冷却水が満たされている。冷却水は、電動ラジエータファン２０が駆動されることで空気冷却される。冷却水は、電動ウォーターポンプ１４が駆動されることでラジエータ１８からシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１０へ流入する。このようにラジエータ１８とエンジン本体１００との間で冷却水が循環することで、エンジン本体１００が冷却される。

図１には図示されていないが、実施の形態１のシステムは、エンジンの運転状態を制御する制御装置としてＥＣＵ（Engine Control Unit）を備えている。ＥＣＵは、水温センサ（不図示）からの信号に基づいて冷却水の温度を検出する。ＥＣＵは、吸気温度センサ（不図示）からの信号に基づいて吸気温度を検出する。また、ＥＣＵは、信号を出力して電動ウォーターポンプ１４及び電動ラジエータファン２０を駆動させる。

［燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの発生］
ところで、エンジン本体１００に備えられている燃料噴射弁において、燃料が噴出する箇所である噴孔にデポジットが堆積することがある。以下に、噴孔においてデポジットが堆積するメカニズムについて、図２を用いて説明する。

図２は、実施の形態１において燃料噴射弁の噴孔においてデポジットが堆積するメカニズムについて説明するための図である。図２の（ａ）には、エンジン運転時に噴孔から燃料が噴射されている様子が示されている。

図２の（ｂ）には、エンジン停止時において、残留燃料が噴孔に付着している様子が示されている。さらに、図２の（ｃ）には、エンジン停止時において、雰囲気熱及び吹き返しガス中のＮＯｘによって残留燃料が酸化重合してガム化する様子が示されている。

図２の（ｄ）には、エンジン運転時にガム化した残留燃料に吹き返しガス中のＰＭが付着する様子が示されている。

図２の（ａ）〜（ｄ）が繰り返されることによって噴孔にデポジットが堆積していく。噴孔にデポジットが堆積することで、燃料噴射弁が目詰りを引き起こす。これにより、噴射量低下によるドライバビリティ不良、噴霧形状変化による排気エミッションの悪化が引き起こされる。

噴孔へのデポジットの堆積を抑制するために、燃料噴射弁の噴孔の温度を下げる必要がある。これは、図２の（ｃ）で説明した雰囲気熱を下げることが必要になるためである。このために、冷却水をエンジン本体１００において循環させる必要がある。

しかしながら、ラジエータ１８内の冷却水の温度が高い場合、その冷却水を循環させてもエンジン本体１００への熱伝達効率が低い。このため、燃料噴射弁の噴孔の温度を下げるまでに時間がかかる。この結果、電動ウォーターポンプ１４及び電動ラジエータファン２０を駆動するために多量の電力を消費するため、燃費の悪化を引き起こす可能性がある。

そこで、実施の形態１では、吸気温度と冷却水の温度とに基づいて、燃料噴射弁の噴孔の温度の推定値（以下、噴孔温度推定値という。）が算出される。そして、噴孔温度推定値が所定値より高い値になった場合に、まず電動ラジエータファン２０のみが駆動される。次に、電動ラジエータファン２０の駆動から所定時間経過後に電動ウォーターポンプ１４が駆動される。これにより、ラジエータ１８内で冷却水を冷却してからエンジン本体１００に供給することができる。以下に、噴孔温度推定値と電動ウォーターポンプ１４及び電動ラジエータファン２０の制御における各種パラメータとの関係について、図３及び図４を用いて説明する。

［噴孔温度推定値と各種パラメータとの関係］
図３は、実施の形態１においてディレイ時間と噴孔温度推定値との関係を表した図である。図３の縦軸に示すディレイ時間とは、電動ラジエータファン２０の駆動から電動ウォーターポンプ１４を駆動させるまでにかかる所定時間のことである。横軸は、吸気温度、冷却水温度、及び噴孔温度推定値が示されている。図３の実線は、吸気温度、冷却水温度、及び噴孔温度推定値が高くなるほどディレイ時間は長くなるという関係性を示している。これは、噴孔温度推定値が高いほどより低温の冷却水を用いる必要があり、電動ラジエータファン２０で空気冷却する時間を長く取る必要があるためである。

図４は、実施の形態１において駆動電圧及び駆動ｄｕｔｙと噴孔温度推定値との関係を表した図である。図４の縦軸に示す駆動電圧及び駆動ｄｕｔｙとは、電動ウォーターポンプ１４を駆動するための電圧及びｄｕｔｙのことである。横軸は、吸気温度、冷却水温度、及び噴孔温度推定値が示されている。図４の実線は、吸気温度、冷却水温度、及び噴孔温度推定値が高くなるほど駆動電圧及び駆動ｄｕｔｙは高くなるという関係性を示している。これは、噴孔温度推定値が高いほど冷却水を勢い良く流入させてエンジン本体１００においてより強い対流を引き起こす必要があるためである。

［デポジット抑制制御ルーチン］
図５は、実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるデポジット抑制制御ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵは、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵは、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。

まず、ＥＣＵは、ＩＧ−ＯＦＦの要求が有るか否かを判定する（Ｓ１００）。これは、ドライバーがエンジン停止の要求をしたか否かの判定である。ＩＧ−ＯＦＦの要求がない場合には、本ルーチンは始点に戻る。

一方、ＥＣＵがＩＧ−ＯＦＦの要求が有ると判定した場合には、吸気温度と冷却水の温度を取得する（Ｓ１０２）。吸気温度は、吸気温度センサの出力値に基づいて取得される。冷却水の温度は、水温センサの出力値に基づいて取得される。

次に、ＥＣＵは、噴孔温度推定値を算出する（Ｓ１０４）。噴孔温度推定値は、Ｓ１０２で取得した吸気温度及び冷却水の温度に基づいて算出される。

次に、ＥＣＵは、噴孔温度推定値が所定値よりも高いか否かを判定する（Ｓ１０６）。噴孔温度推定値が所定値以下である場合には、エンジンの運転が停止され（Ｓ１０８）、ＥＣＵへの通電が終了（ＩＧ−ＯＦＦ）される（Ｓ１２４）。その後、本ルーチンは終了する。

一方、Ｓ１０６において、噴孔温度推定値が所定値よりも高いと判定された場合、ＥＣＵは、デポジット抑制制御の実行フラグをＯＮにする（Ｓ１１０）。

次に、ＥＣＵは、電動ラジエータファン２０及び電動ウォーターポンプ１４の要求駆動電圧・要求駆動ｄｕｔｙ・要求駆動時間、そしてディレイ時間を算出する（Ｓ１１２）。電動ラジエータファン２０及び電動ウォーターポンプ１４の要求駆動電圧・要求駆動ｄｕｔｙ・要求駆動時間は、図４の実線が示す関係性に基づいて算出される。ディレイ時間は、図３の実線が示す関係性に基づいて算出される。

次に、ＥＣＵは、エンジンの運転を停止させる（Ｓ１１４）。

次に、ＥＣＵは、電動ラジエータファン２０を駆動する（Ｓ１１６）。ＥＣＵは、電動ラジエータファン２０を強制的に駆動してラジエータ１８内の冷却水を冷却する。このときの駆動電圧は、Ｓ１１２で算出した駆動電圧が用いられる。

次に、ＥＣＵは、電動ラジエータファン２０の現在の駆動時間が所定時間より長いか否かを判定する（Ｓ１１８）。ここでいう所定時間とは、Ｓ１１２において算出したディレイ時間のことである。ＥＣＵは、電動ラジエータファン２０の現在の駆動時間が所定時間以下であると判定した場合、本ルーチンはＳ１１６に戻る。

一方、ＥＣＵは、電動ラジエータファン２０の現在の駆動時間が所定時間より長いと判定した場合、電動ウォーターポンプ１４を駆動する（Ｓ１２０）。ＥＣＵは、電動ウォーターポンプ１４を強制的に駆動してラジエータ１８内の冷却水をエンジン本体１００に循環させる。このときの駆動電圧・駆動ｄｕｔｙは、Ｓ１１２で算出したそれぞれの値が用いられる。

次に、ＥＣＵは、電動ウォーターポンプ１４の駆動時間が所定時間より長いか否かを判定する（Ｓ１２２）。ここでいう所定時間とは、Ｓ１１２において算出した駆動時間のことである。ＥＣＵは、電動ウォーターポンプ１４の駆動時間が所定時間以下と判定した場合、本ルーチンはＳ１２０に戻る。

一方、電動ウォーターポンプ１４の駆動時間が所定時間より長いと判定された場合、ＥＣＵへの通電が終了（ＩＧ−ＯＦＦ）される（Ｓ１２４）。その後、本ルーチンは終了する。

［各種パラメータの時系列の変化］
図６は、実施の形態１における各種パラメータの時系列の変化を表した図である。図６の（ａ）には、ドライバーの要求により、ＩＧ−ＯＦＦ要求フラグがＯＮになる様子が示されている。図６の（ｃ）には、上記のＩＧ−ＯＦＦ要求フラグのＯＮと連動して電動ラジエータファン２０が駆動して駆動ｄｕｔｙが１００％になる。これと同時に電動ラジエータファン２０の駆動時間が積算される。そして、図６の（ｄ）には、電動ラジエータファン２０の積算された駆動時間がディレイ時間を超えると同時に、電動ウォーターポンプ１４も駆動する様子が示されている。

図６の（ｂ）には、噴孔温度推定値が徐々に低くなる様子が示されている。これは、電動ウォーターポンプ１４を駆動すると冷却水がエンジン本体１００で循環して噴孔温度推定値が低下するからである。

図６の（ｅ）には、電動ウォーターポンプ１４の駆動時間が要求値を超えると同時に、ＩＧ−ＯＦＦ実行フラグがＯＮになる様子が示されている。また、図６の（ｅ）には、ＩＧ−ＯＦＦ実行フラグがＯＮになると同時に、ＩＧ−ＳＷがＯＦＦになる様子が示されている。ＩＧ−ＳＷがＯＦＦになると、駆動ｄｕｔｙが解除されるとともにＥＣＵへの通電が終了される。

１０ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１４ 電動ウォーターポンプ
１８ ラジエータ
２０ 電動ラジエータファン
１００ エンジン本体

Claims (1)

1. 内燃機関の冷却水を循環させる電動ウォーターポンプと、
   前記冷却水を冷却する電動ラジエータファンと、を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の停止後に前記電動ラジエータファンを駆動して、前記電動ラジエータファンを駆動した時点から所定時間経過後に前記電動ウォーターポンプを駆動することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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