JP2016011643A - 車両用内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平坦な高地走行において冷却水温を適正に維持する。
【解決手段】水冷式の冷却システムを備える車両用内燃機関の制御装置は、車両の走行の目的地を設定する手段と、目的地に至る経路の高度情報を取得する手段と、冷却システムの目標水温を目的地に至る経路に高地走行が含まれない場合より低い高地走行用の冷却水温目標値に設定する手段と、を備えることで、平坦地を含む高地走行における冷却水温の上昇を抑制する。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両が高地を走行する場合のエンジン制御に関する。

特許文献１は車両の走行負荷に応じて冷却水温を予測し、予測値に基づき冷却水の温度制御を行なう技術を開示している。これは燃料電池を走行用動力源とする燃料自動車の燃料電池の冷却水に適用される。燃料電池は走行負荷に応じて発熱するため、予測される走行負荷に応じて冷却水門を制御することで燃料電池の性能を好ましい状態に維持することができる。走行負荷の予測要件として特許文献１は道路勾配を例示している。

特開２００２-３４３３９６号公報

燃料電池車に限らず、内燃機関を動力源として走行する従来の車両に関しても、予測される走行負荷に応じて冷却水温を制御することは内燃機関の性能やエミッションの悪化防止に好ましい効果をもたらす。例えば、ナビケーションシステムの情報から傾斜のきつい登坂が予測される場合には走行負荷の予測値が増大する。増大した予測値に応じて冷却能力を高めることで、冷却水温の上昇を防止できる。特許文献１は走行負荷の予測要件として道路勾配の他に、高速走行、渋滞、天気や湿度や外気温といった気象条件を挙げている。

しかしながら、走行負荷要件は特許文献１が開示する以外にも存在する。例えば、標高の高い高地を走行する場合には、低高度の土地を走行する場合よりも高負荷となりがちである。すなわち、高高度では空気中の酸素濃度が低下することで内燃機関の出力が低下する。ドライバは出力低下を補うためにアクセルペダルを踏み込むことになる。つまり、同じ出力を維持するために内燃機関の負荷が増大することになる。特許文献１の開示する制御方法では、道路勾配による負荷の増大は予測できても、平坦な高地を走行する場合の負荷の増大を予測することはできない。

この発明は、以上の問題を解決すべくなされたもので、平坦な高地走行においても冷却水温を適正に維持できる車両用内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、水冷式の冷却システムを備える車両用内燃機関の制御装置に適用される。この発明の実施形態による制御装置は車両の走行の目的地を設定する目的地設定手段と、目的地に至る経路の高度情報を取得する高度情報取得手段と、目的地に至る経路に高地走行が含まれるかどうかを判定する高地判定手段と、目的地に至る経路に高地走行が含まれる場合に、目的地に至る経路に高地走行が含まれない場合と比べて冷却システムの目標水温を低く設定する目標水温設定手段と、を備えている。

目的値に至る高度が所定値を超える場合には、空気中の酸素濃度の低下により走路が平坦であっても、内燃機関の出力が低下する。これを補うべくドライバがアクセルペダルを踏み込むと、内燃機関の回転速度が上昇し、結果として冷却水温が上昇する。高地判定手段は目的地に至る経路に高地走行が含まれるかどうかを判定する。目的地に至る経路に高地走行が含まれる場合には、目標水温設定手段が目的地に至る経路に高地走行が含まれない場合と比べて冷却システムの目標水温を低く設定する。こうして高地走行が予測される場合には、あらかじめ冷却水温を低めに制御することで、高地走行中に冷却水温の過度の上昇が起きにくくなり、高地走行における内燃機関の出力性能の維持に好ましい効果が得られる。

この発明を適用する車両の概略構成図である。 この発明の実施形態による冷却水温設定ルーチンを示すフローチャートである。 冷却水温の設定ルーチンの実行結果を示すタイミングチャートである。

図面を参照して、この発明の実施形態による車両用内燃機関の制御装置を説明する。

図１を参照すると、車両１はエンジン２を動力源とし、エンジン２の出力を変速機４を介して駆動輪７に伝達することで走行する。エンジン２は水冷式の内燃機関であり、ラジエータ６と車室暖房装置１２の放熱器９を循環する冷却水によって冷却を行なう。冷却水は電動ウォータポンプ８の運転によりラジエータ６と放熱器９とを循環する。

車両１はアクセルペダルを備え、エンジン２は基本的にアクセルペダルの踏み込み量に応じた負荷のもとで運転される。

負荷に応じたエンジン２の運転制御、変速機４の変速制御、及び電動ウォータポンプ８の運転制御はコントローラ２０により信号回路を介して行なわれる。

コントローラ２０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

この実施形態においては、コントローラ２０が実行する冷却水温の制御についてのみ説明する。冷却水温の制御のために、コントローラ２０には冷却水温を検出する水温センサ１６，外気温度を検出する外気温センサ１７，及び車両１のドライバが入力した目的値へのルートを決定するナビゲーションシステム１８がそれぞれ信号回路で接続される。

この実施形態によるコントローラ２０が実行するエンジン２の冷却水温制御を説明する。

エンジン２の冷却水温は電動ウォータポンプ８の運転によって制御される。電動ウォータポンプ８の吐出量を増やすと、冷却水の循環量が増大し、結果としてエンジン２の冷却水温が低下する。

コントローラ２０はナビゲーションシステム１８が設定したルートから目的地に至る経路の平均標高を算出し、平均標高が所定値を超えるかどうかを判定する。所定値は例えば標高２０００メートルとする。一方、コントローラ２０は車両１の加速度から車両１が他の車両をけん引するトーイング走行中かどうかを判定する。そして、トーイング走行中であってかつ目的地に至る経路の平均標高が２０００メートル以上の場合には、エンジン２の目標水温を、少なくともこれらのいずれかの条件に該当しない場合よりも低い高地走行用の目標値に設定する。目標水温を低く制定することは、電動ウォータポンプ８をより高速で運転して冷却水の冷却能力を高めることを意味する。

図２を参照して、以上の制御のために、コントローラ２０が実行する冷却水温設定ルーチンを説明する。このルーチンは、ドライバがナビケーションシステム１８に目的地を入力し、ナビケーションシステム１８が目標地に至るルートを決定した段階で１度のみ実行される。

まず、ステップＳ１でコントローラ２０は、目的地及びルート情報をナビケーションシステム１８から読み込む。

ステップＳ２でコントローラ２０は、ルート情報から目的地までの経路の平均標高を算出する。

ステッフＳ３でコトンローラ２０は、平均標高の値が所定値より大きいかどうかを判定する。前述のように、ここでは所定値を２０００メートルに設定する。なお、所定値の値はエンジン２の仕様に応じて変更することができる。平均標高の値が所定値より大きい場合には、コントローラ２０は目的地までの経路に高地走行が含まれると判定し、ステップＳ５以降の処理を行なう。

一方、ステップＳ３の判定が否定的な場合、すなわち目的地までの経路の平均標高の値が所定値より小さい場合には、コントローラ２０はステップＳ４で目標冷却水温に、通常走行用の冷却水温目標値を設定する。通常走行用の冷却水温目標値は例えば摂氏９０度とする。コントローラ２０は別ルーチンで行なわれる冷却水温制御において、この目標値に基づき電動ウォータポンプ８の運転を制御する。ステップＳ４の処理の後、コントローラ２０はルーチンを終了する。

ステップＳ５でコントローラ２０はナビゲーションシステム１８から現在の走路勾配を読み込む。そして、ステップＳ６でコントローラ２０は走路勾配から車両１が登坂走行中であるかどうかを判定する。判定が肯定的な場合には、コントローラ２０はステップＳ５とＳ６の処理を繰り返す。判定が否定的に転じると、すなわち登坂でなく平坦路を走行していると判定すると、コントローラ２０はステップＳ７でエンジン２の出力、変速機４の変速比、変速機４の出力回転と駆動輪７の入力回転の比であるファイナルドライブ比、及び車体重量を読み込む。

ステップＳ８でコントローラ２０は、ステップＳ７で読み込んだデータから車両１の推定加速度を算出する。

次のステップＳ９でコントローラ２０は、推定加速度が実加速度を上回っているかどうかを判定する。車両１の実加速度は車両１が備える車速センサの出力値を微分するか、あるいは専用の加速度センサを設けることで検出する。なお、推定加速度の推定に関する誤差を考慮して、ステップＳ９の判定では推定加速度と、実加速度に誤差補償分を加えた値と、を比較することも好ましい。このように推定値と実測値を比較することで車両１がトーイング走行中かどうかを精度よく判定することができる。

ステップＳ９の判定が否定的な場合は、車両１が通常の走行重量のもとで走行しており、他の車両をけん引するトーイング走行をしていないことを意味する。この場合には、コントローラ２０はステップＳ４で目標冷却水温を前述の通常走行用の冷却水温目標値に等しく設定する。ステップＳ９の判定が肯定的な場合には、コントローラ２０は車両１がトーインク走行をしていると判定する。この場合には、コントローラ２０はステップＳ１０でトーイングフラグをセットする。

次のステップＳ１１で、コントローラ２０は目標冷却水温を高地走行用の冷却水温目標値に等しく設定する。高地走行用の冷却水温目標値例えば摂氏７０度とする。ステップＳ１１の処理の後、コントローラ２０はルーチンを終了する。

コントローラ２０は以後、エンジン２の運転が停止するか、あるいは目的地ないしルートの設定が解除されるまで、前述の別ルーチンによる冷却水温制御において、ステップＳ１０で設定されたトーイングフラグとステップＳ１１で設定された目標冷却水温とに基づき電動ウォータポンプ８の運転を制御する。

次に図３を参照して、この冷却水温設定ルーチンの実行結果の一例を説明する。

図３において、実線は冷却水温設定ルーチンの実行によるエンジン２の冷却水温の変化を示す。一点鎖線は冷却水温設定ルーチンによらない通常走行用の冷却水温目標値に基づく冷却水温制御のもとでのエンジン２の冷却水温の変化の推移を示す。

チャートの左端の横軸の原点に相当する位置は、車両１の走行開始時点を表す。ドライバは走行開始前にナビゲーションシステム１８に目的地を入力し、ナビケーションシステム１８が走行ルートを決定する。これらが完了すると、コントローラ２０は直ちに冷却水温設定ルーチンを実行する。

冷却水温設定ルーチンにおいては、ステップＳ１とＳ２で目的地及び目的地に至る経路の標高が読み込まれ、ステップＳ３で経路の平均標高が所定値と比較される。図３の例は、経路の平均標高が所定値を上回ると判断される場合、すなわち経路に高地走行が含まれる場合を示す。

ステップＳ３で経路に高地走行が含まれないと判定した場合、コントローラ２０はステップＳ４で目標冷却水温を通常走行用の冷却水温目標値に設定する。ステップＳ３で経路に高地走行が含まれると判定した場合、コントローラ２０はステップＳ５-Ｓ９で車両がトーイング走行中かどうかを判定する。そして、トーイング走行でないと判定した場合には、ステップＳ４で目標冷却水温を通常走行用の冷却水温目標値に設定する。ステップＳ４の処理が行われた場合は、以後通常走行用の冷却水温目標値を目標冷却水温として電動ウォータポンプ８の運転が制御される。

一方、車両がトーイング走行中であると判定した場合には、コントローラ２０はステップＳ１０とＳ１１で目標冷却水温を通常走行時の冷却水温目標値より低い高地走行用の冷却水温目標値に設定する。以後は、高地走行用の冷却水温目標値を目標冷却水温として電動ウォータポンプ８の運転が制御される。

車両１は、このようにして目標冷却水温を通常走行用の目標値と高地走行用の目標値のいずれかに設定した状態で、走行を開始する。図３の実線及び以下の説明は目標冷却水温を高地走行用の目標値に設定した場合に関する。

車両１が走行を開始した後、図３のチャートの「麓」と記載された時点に至る時間帯において、車両１はほぼ平坦路を走行する。しかしながら、走行開始時点で目標冷却水温は高地走行用の冷却水温目標値に設定されている。したがって、この時点でのエンジン２の冷却水温は図に示すように通常制御冷却水温域より低い温度へと制御されている。

一方、冷却水温設定ルーチンを実行しない場合には、通常走行用の冷却水温目標値のもとで電動ウォータポンプ８が運転される。この場合には、図の鎖線に示すように、走行開始から「麓」と記載された地点に至るまで、冷却水温は通常制御冷却水温域の下限値付近に維持される。

「麓」と記載された位置から、車両１は登坂走行に移行する。その結果、エンジン２の負荷が増大し、それに応じて冷却水温も上昇する。さらに、標高２０００メートルを超える高地走行になると、空気が薄くなることでエンジン２の出力が低下し、それを補うべくドライバがアクセルペダルを踏み込むために、エンジン２の冷却水温がさらに上昇する。したがって、図の「頂上」と記載された時点に至る走行区間では、電動ウォータポンプ８の運転制御によらず冷却水温は上昇する。

しかしながら、冷却水温設定ルーチンの実行により、「麓」の時点で冷却水温を通常制御冷却水温域の下限値より低い温度にしておくことで、「頂上」に到達する時点でも冷却水温は通常冷却水温域の範囲に収まる。つまり、エンジン２は標高２０００メートル以上の高地走行においても十分な性能を発揮することができる。

一方、通常走行用の冷却水温目標値のもとで電動ウォータポンプ８を運転する場合には、通常制御冷却水温域の下限値から温度上昇が開始される。通常走行用の冷却水温目標値のもとでは、図の鎖線に示すように、冷却水温の上昇率が同じであっても、車両１が「頂上」と記載された位置に到達する前に冷却水温は通常制御冷却水温域の上限値を超えてしまう。冷却水温が通常制御冷却水温域の上限値を超えるとエンジン２の出力が低下し、オーバーヒートなどの現象が起きやすくなる。

冷却水温設定ルーチンの実行がもたらす効果はあらかじめ走行経路に高地走行が含まれることを判定し、判定に基づき走行開始時点で目標冷却水温を通常走行時の値より低い高地走行用の値に設定し、実際に高地走行が行なわれる以前から冷却水温を低くしておくことで得られる。

なお、冷却水温設定ルーチンを実行しない場合でも、高地走行によりエンジン２の負荷が増大するのに応じて冷却水温の上昇を抑える制御が行なわれる。しかしながら、エンジン２の負荷が増大するより前に高地走行を予測してエンジン２の冷却水温を低下させておくことで、得られる効果に大きな差異が生じる。

他の車両を牽引したトーイング状態で高地走行を行なう場合には、特にエンジン２の負荷が増大する。したがって、冷却水温設定ルーチンの実行により、こうしたケースを予測し、あらかじめ冷却水温を低下させておくことで、冷却水温の過度の上昇を防止して、エンジン２の出力性能を維持することができる。なお、エンジン２の負荷が増大するのに応じて冷却水温の上昇を抑える制御のみでトーイング状態での高地走行をカバーしようとすれば、言い換えれば図３の鎖線の制御のもとで冷却水音が通常制御水温域に留まるようにするには、大型の冷却システムが必要となる。この冷却水温設定ルーチンはこうした大型の冷却システムを用いずにエンジン２の冷却効果を高める効果をもたらす。

この冷却水温設定ルーチンにおいては、目標冷却水温の設定に際して、高地走行が含まれるかどうか、具体的には目的地までの経路の平均標高が所定値を上回るかどうかを判定している。つまり、目的地までの経路の勾配ではなく標高を判断の基準としている。そのため、たとえ経路が平坦路であっても高地を多く走行する場合には、トーイング走行を条件として高地走行用の冷却水温目標値が適用される。これは次の効果をもたらす。

すなわち、登坂路の走行においては平坦路の走行よりも、冷却水温が上昇しやすいことを車両１のドライバは知っている。そのため、ドライバは登坂路においてはエンジン２が過負荷とならないように冷却水温に注意して運転を行なう。一方、平坦路ではドライバは冷却水温に余り注意を払わない。しかしながら、高地走行では平坦路であっても、前述のようにエンジン２の負荷が増大しやすく、ドライバが意識しないうちに過負荷になることがある。こうした平坦路において、冷却水温の過度の上昇によるエンジン２の出力低下やオーバーヒートが生じると、ドライバに大きな違和感を与えることになる。この冷却水温設定ルーチンは、こうした高地での平坦路の走行におけるエンジン２の冷却水温の上昇の抑制に特に好ましい効果をもたらす。

なお、この実施形態による冷却水温設定ルーチンは、高地走行とトーイング走行とを冷却水温の目標値の切り換え条件としている。これはエンジン２の冷却水温の上昇要因として最も過酷な条件を設定したためである。冷却水温を通常制御冷却水温域の下限値よりさらに低い値へと制御することは、燃料消費量の増加を招くなど必ずしも好ましいことではない。そこで、あらかじめ冷却水温を低下させる処理を、エンジン２にとってもっとも過酷な条件が予測される場合に限定することで、燃料消費量を不必要に増加させないようにしている。

しかしながら、高地走行のみを条件として冷却水温を切り換えることも可能である。これは図３のフローチャートのステップＳ５-Ｓ１０を省略し、ステップＳ３の判定が肯定的な場合には直ちにステップＳ１１で冷却水温を高地走行用の値に設定することで実現する。

この冷却水温設定ルーチンは目標冷却水温のみを制御の対象としているが、変速機４のトランスミッション油温をも同様に制御することで、高地走行における変速機４の過熱防止に好ましい効果が得られる。

以上のように、この発明を特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

例えば、この実施形態では、目的地までの経路の標高をナビケーションシステム１８の３次元地図情報から取得しているが、目的地までの経路の標高は他の様々な方法で取得可能である。例えば、通信手段を介して外部から目的地までの経路の標高を取得することが可能である。あるいは、ドライバが高地走行であるか否かを入力し、ステップＳ３でコントローラ２０が高地走行であるかどうかを判定しても良い。

また、上記の実施形態はエンジンの冷却を冷却水で行なっているが、冷却水以外のいかなる液体を用いて冷却を行なうエンジンにもこの発明は適用可能である。すなわち、実施形態の説明では発明の理解を容易にするために一般的な「冷却水」という呼称を用いたが、水以外の冷却液をも包含するものであることを付記する。

以上の実施形態において、ラジエータ８と電動ウォータポンプ９が冷却システムを構成する。ナビケーションシステム１８が目的地設定手段並びに高度情報取得手段を構成する。コントローラ２０が高地判定手段、目標水温設定手段、及びトーイング走行判定手段を構成する。

１ 車両
２ エンジン
４ 変速機
６ ラジエータ
７ 駆動輪
８ 電動ウォータポンプ
９ 放熱器
１２ 車室暖房装置
１６ 水温センサ
１７ 外気温センサ
１８ ナビケーションシステム
２０ コトンローラ

Claims (7)

1. 水冷式の冷却システムを備える車両用内燃機関の制御装置において、
   車両の走行の目的地を設定する目的地設定手段と、
   目的地に至る経路の高度情報を取得する高度情報取得手段と、
   前記目的地に至る経路に高地走行が含まれるかどうかを判定する高地判定手段と、
   前記目的地に至る経路に高地走行が含まれる場合には、前記冷却システムの目標水温を前記目的地に至る経路に、高地走行が含まれない場合より低い高地走行用の冷却水温目標値に設定する目標水温設定手段と、を備えることを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
2. 前記車両がトーイング走行中かどうかを判定するトーイング走行判定手段をさらに備え、前記目標水温設定手段は前記車両がトーイング走行中であって、かつ前記目的地に至る経路に高地走行が含まれる場合に、前記冷却システムの目標水温を前記高地走行用の冷却水温目標値に設定するよう、さらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
3. 前記トーイング走行判定手段は車両の運転条件から推定した推定加速度が車両の実加速度を上回らない場合には、車両はトーイング走行していないと判定するように構成される、ことを特徴とする請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置。
4. 前記高地走行は標高２０００メートル以上の場所の走行である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両内燃機関の制御装置。
5. 前記前記高地走行用の冷却水温目標値は、通常走行用の冷却水温域を下回る値である、ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の車両内燃機関の制御装置。
6. 前記高地判定手段は、前記目的地に至る経路の平均標高が所定値を超える場合に、前記目的地に至る経路に高地走行が含まれると判定するように構成される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車両内燃機関の制御装置。
7. 水冷式の冷却システムを備える車両用内燃機関の制御方法において、
   車両の走行の目的地を設定し、
   目的地に至る経路の高度情報を取得し、
   前記目的地に至る経路に高地走行が含まれるかどうかを判定し、
   前記目的地に至る経路に高地走行が含まれる場合には、前記冷却システムの目標水温を前記目的地に至る経路に高地走行が含まれない場合より低い高地走行用の冷却水温目標値に設定する、ことを特徴とする車両用内燃機関の制御方法。

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