JP2017089584A - 車両の制御方法及び車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の排気浄化性能の低下を抑制する。【解決手段】暖機完了後の過給時に空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比となってガス燃料比が所定値Ａ以上になる場合や、暖機完了後の過給時にＥＧＲ率が所定値以上となってガス燃料比が所定値Ａ以上になる場合に、流量制御弁を閉じて第１ウォータジャケットの冷却水流量を減少させる。これによって、暖機完了後の過給時に、運転頻度の高い中高負荷低中回転の運転条件が継続しても、ガス燃料比が高くなって排気温度が低下する際には第１ウォータジャケットでの排気の冷却を抑制でき、ひいては、排気触媒の排気浄化性能低下を抑制することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、過給機を有する車両の制御方法及び車両の制御装置に関する。

特許文献１には、吸気ポート側冷却水路と、吸気ポート側冷却水路の下流側に位置する排気ポート側冷却水路と、これら両水路間からシリンダブロック側へ冷却水を流す分岐路と、がシリンダヘッド内に形成された冷却水路構造が開示されている。

この特許文献１においては、冷却水温度が低いとき、分岐通路付近に設けられた流量制御弁が開弁してシリンダブロック側への冷却水の流れが許容される。つまり、冷却水温度が低いとき、排気ポート側冷却水路へ流れる冷却水流量が相対的に減少することになり、排気ガスの温度低下が抑制される。そのため、排気通路に設けられた排気ガス浄化用触媒を早期活性化させることが可能となっている。

特開平１１−２１２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された内燃機関は、冷却水の温度に応じて排気ポート側冷却水路を流れる冷却水流量を変更するものであり、運転条件に応じて排気ポート側冷却水路へ流れる冷却水流量を変更することができない。

そのため、例えば暖機完了後に、排気温度が低くなるような運転条件では、排気ポート側冷却水路で排気ガスがさらに冷却されることになり、排気通路に配置した排気浄化用の触媒の温度が低下し、触媒の排気浄化性能が低下する虞がある。

本発明の車両の制御方法は、暖機完了後、シリンダ吸入ガス量を燃料量で除した値であるガス燃料比が所定値以上になると、シリンダヘッドの排気ポート側を冷却する第１ウォータジャケットの冷却水の流量を制御する制御弁を閉じて、第１ウォータジャケットの冷却水流量を減少させることを特徴としている。

本発明によれば、シリンダヘッドにおける排気の温度低下が抑制されて排気浄化用の触媒の温度が抑制される。つまり、触媒の排気浄化性能が低下することを抑制することができる。

本発明が適用された内燃機関及びその吸排気系の概略を模式的に示した説明図。 本発明が適用された内燃機関のシリンダヘッドの概略を模式的に示した説明図。 冷却水の循環経路の概略を模式的に示した説明図。 ガス燃料比と第１ウォータジャケットの冷却水流量との相関を示す特性図。 流量制御弁の開閉に関する制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された直列３気筒の内燃機関１及びその吸排気系の概略を模式的に示した説明図である。

内燃機関１は、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものであって、吸気通路２と排気通路３とが接続されている。吸気通路２には、スロットル弁４が設けられていると共に、その上流側には吸入空気量を検出するエアフローメータ５、エアクリーナ６が設けられている。排気通路３には、排気浄化用として、三元触媒等の排気触媒１０が設けられている。

内燃機関１は、吸気通路２に配置されたコンプレッサ８と排気通路３に配置されたタービン９とを同軸上に備えた過給機７を有している。コンプレッサ８は、スロットル弁４よりも上流側に位置するとともに、エアフローメータ５よりも下流側に位置している。タービン９は、排気触媒１０よりも上流側に位置している。なお、図１中の１１は、スロットル弁４の上流側に設けられたインタークーラである。

吸気通路２には、コンプレッサ８を迂回してコンプレッサ８の上流側と下流側とを接続するリサーキュレーション通路１２が接続されている。リサーキュレーション通路１２には、リサーキュレーション通路１２内の吸気流量を制御するリサーキュレーション弁１３が設けられている。

排気通路３には、タービン９を迂回してタービン９の上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路１４が接続されている。排気バイパス通路１４には、排気バイパス通路１４内の排気流量を制御するウエストゲート弁１５が設けられている。

また、排気通路３と吸気通路２との間には、排気の一部を吸気通路２に還流する排気還流（ＥＧＲ）が実施可能なＥＧＲ通路（排気還流通路）１６が設けられている。ＥＧＲ通路１６は、一端が排気触媒１０の下流側の位置で排気通路３に接続され、他端がエアクリーナ６の下流側となりコンプレッサ８の上流側となる位置で吸気通路２に接続され、過給時であっても排気の一部を吸気通路２に還流させることが可能となっている。このＥＧＲ通路１６には、ＥＧＲ制御弁１７とＥＧＲクーラ１８が設けられている。ＥＧＲ制御弁１７の弁開度は、コントロールユニット２１によって制御され、運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようになっている。

コントロールユニット２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備えている。コントロールユニット２１には、上述したエアフローメータ５の検出信号のほか、クランクシャフト（図示せず）のクランク角を検出するクランク角センサ２２、アクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ２３等のセンサ類の検出信号が入力されている。

そして、コントロールユニット２１は、これらの検出信号に基づいて、内燃機関１の点火時期や空燃比等の制御を実施すると共に、ＥＧＲ制御弁１７の弁開度を制御して排気通路３から吸気通路２に排気の一部を還流する排気還流制御（ＥＧＲ制御）を実施している。

内燃機関１のシリンダヘッド３１は、アルミニウム合金等の金属材料からなり、図２に示すように、内部に当該シリンダヘッド３１を冷却するための第１ウォータジャケット３２及び第２ウォータジャケット３３が互いに独立するよう形成される。

第１ウォータジャケット３２は、シリンダヘッド３１の排気ポート３４の周囲に形成される。本実施例におけるシリンダヘッド３１は、各気筒３５の排気を集合させる排気マニホールド部３６を一体に鋳造したものであって、第１ウォータジャケット３２が排気マニホールド部３６の周囲にも形成されている。第２ウォータジャケット３３は、シリンダヘッド３１の吸気ポート３７の周囲に形成される。第１、第２ウォータジャケット３２、３３には、図２に矢示する方向に冷却水が通流する。

図３に示すように、第１、第２ウォータジャケット３２、３３に供給される冷却水は、ウォータポンプ４１により、第１、第２ウォータジャケット３２、３３を含む循環経路４２内を循環する。

循環経路４２は、互いの関係が並列となる第１、第２冷却水通路４３、４４と、第１冷却水通路４３に配置した第１ウォータジャケット３２及び制御弁としての流量制御弁４５と、第２冷却水通路４４に配置した第２ウォータジャケット３３と、を有している。

流量制御弁４５は、電子制御式の電磁弁であり、第１ウォータジャケット３２の下流側に設けられている。流量制御弁４５は、コントロールユニット２１によって、その開度が連続的あるいは段階的に変化するよう制御される。

過給機７を備えた内燃機関１では、暖機完了後に、実用燃費を向上させるために、過給した状態で燃焼室内の空気（吸入空気量）と燃料の重量比である空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることや、過給した状態でＥＧＲ率を高くしたりすることで、各気筒３５のガス燃料比を大きくする場合がある。本明細書において、ガス燃料比とは、燃焼室内のシリンダ吸入ガス量と燃料の重量比との重量比であり、具体的にはシリンダ吸入ガス量を燃料量で除した値とする。また、本明細書において、シリンダ吸入ガス量とは、シリンダに吸入される吸入空気量とＥＧＲガス量の和とする。

ガス燃料比が大きくなると、発生トルクは中高負荷に対応したものになるものの、排気温度が空燃比を理論空燃比としたときに比べて大幅に低くなる状態が発生する可能性がある。

つまり、機関回転数が低中回転で、負荷が中高負荷となる運転領域においては、暖機完了後に過給圧がかかっていても、排気温度が空燃比を理論空燃比としたときに比べて大幅に低くなる状態が発生する可能性がある。また、低中回転中高負荷運転領域での運転頻度は高く、このような運転領域での運転が続くと、排気温度の低下に加え、走行風などで排気触媒１０が冷やされて、排気触媒１０が十分な排気浄化性能を発揮できない虞がある。

そこで、本実施例においては、図４に示すように、暖機完了後の過給時にガス燃料比が所定値Ａ以上になると、流量制御弁４５を制御して第１ウォータジャケット３２の冷却水流量を減少させる。

換言すると、暖機完了後の過給時に空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比となってガス燃料比が所定値Ａ以上になる場合や、暖機完了後の過給時にＥＧＲ率が所定値以上となってガス燃料比が所定値Ａ以上になる場合に、流量制御弁４５を閉じて第１ウォータジャケット３２の冷却水流量を減少させる。なお、ここで用いる空燃比及びＥＧＲ率は、制御上の目標値である目標空燃比及び目標ＥＧＲ率や、センサの検出値に基づいた実測値である排気空燃比及び実ＥＧＲ率である。

これによって、暖機完了後の過給時に、運転頻度の高い中高負荷低中回転の運転条件が継続しても、ガス燃料比が高くなって排気温度が低下する際には第１ウォータジャケット３２での排気の冷却を抑制できる。つまり、運転条件に応じて排気温度を制御することができ、排気触媒１０の温度を適切に保ち、排気触媒１０の排気浄化性能低下を抑制することができる。

そして、排気温度を制御するにあたって、事前の運転条件から排気温度を制御するため、排気触媒１０の温度を検出して排気温度を制御する場合に比べて誤差が少なく、制御性も良好となる。また、排気触媒１０の温度を検出する必要がなく、排気触媒１０の温度を検出するセンサを省略可能となる。

なお、ガス燃料比が所定値Ａよりも小さい場合に第１ウォータジャケット３２を流れる冷却水の流量は、例えば空燃比が理論空燃比もしくは理論空燃比よりもリッチの場合に設定される流量である。また、ガス燃料比が所定値Ａ以上になると、ガス燃料比が所定値Ｂとなるまで第１ウォータジャケット３２を流れる冷却水の流量が徐々に減少する。ガス燃料比が所定値Ｂ以上になると、第１ウォータジャケット３２を流れる冷却水の流量は所定の最小流量となる。従って、ガス燃料比が所定値Ａ以上となる運転状態が終了すると、第１ウォータジャケット３２を流れる冷却水の流量は、それまで減少させていた分、相対的に増加することになる。また、このように第１ウォータジャケット３２を流れる冷却水流量を制御すれば、スロットル全開時（ＷＯＴ時）には空燃比は理論空燃比か若干リッチ側の運転に戻ることから、第１ウォータジャケット３２の冷却水流量は確保される。

図５は、上述した実施例における流量制御弁４５の開閉に関する制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ１では、暖機が完了したか否かを判定し、暖機が完了していればＳ２へ進み、暖機が完了していなければＳ３へ進む。Ｓ２では、空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定されているか否か（いわゆるリーンバーンか否か）を判定し、空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば（リーンバーンであれば）Ｓ３へ進み、空燃比が理論空燃比よりもリーンでなければ（リーンバーンでなければ）Ｓ４へ進む。Ｓ４では、ＥＧＲ率が所定値よりも高くなっているか否かを判定し、ＥＧＲ率が所定値以上（ＥＧＲ率高）であればＳ３へ進み、ＥＧＲ率が所定値未満であればＳ５へ進む。Ｓ３では、流量制御弁４５を閉弁する。Ｓ５では、流量制御弁４５を開弁する。

なお、上述した実施例の内燃機関１は、シリンダヘッド３１に排気マニホールド部３６が一体に鋳造されているが、シリンダヘッド３１に対して別体の排気マニホールドが取り付けられる内燃機関に対しても本発明は適用可能である。すなわち、第１ウォータジャケット３２がシリンダヘッド３１の各気筒３５の排気ポート３４の周囲にのみ形成された内燃機関に対しても、本発明は適用可能である。 但し、上述した実施例のように、第１ウォータジャケット３２がシリンダヘッド３１の各気筒３５の排気ポート３４の周囲及び排気マニホールド部３６の周囲に形成されていれば、第１ウォータジャケット３２がシリンダヘッド３１の各気筒３５の排気ポート３４の周囲にのみ形成されている場合に比べ、第１ウォータジャケット３２における冷却水と排気との間の熱交換が一層促進される。

また、ガス燃料比が所定値Ａ以上になると直ちに最小流量となるよう冷却水の流量をステップ的に変化させ、ガス燃料比が所定値Ａより小さくなると直ちに空燃比が理論空燃比のときの流量となるよう冷却水の流量をステップ的に変化させてもよい。

１…内燃機関
２…吸気通路
３…排気通路
７…過給機
１０…排気触媒
１６…ＥＧＲ通路
１７…ＥＧＲ制御弁
３１…シリンダヘッド
３２…第１ウォータジャケット
３３…第２ウォータジャケット
４２…循環経路
４５…流量制御弁

Claims (6)

1. シリンダヘッドの排気ポート側を冷却する第１ウォータジャケットと、上記シリンダヘッドの吸気ポート側を冷却する第２ウォータジャケットと、上記第１ウォータジャケットの冷却水の流量を変更可能な制御弁と、吸気を過給する過給機と、を有する車両の制御方法であって、
   暖機完了後、シリンダ吸入ガス量を燃料量で除した値であるガス燃料比が所定値以上になると、上記制御弁を制御して上記第１ウォータジャケットの冷却水流量を減少させることを特徴とする車両の制御方法。
2. 空燃比が理論空燃比よりもリーン側になると、上記制御弁を制御して上記第１ウォータジャケットを通流する冷却水流量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御方法。
3. 排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路の途中に配置さ、上記吸気通路に還流するＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁と、を有し、
   ＥＧＲ率が所定値以上になると、上記制御弁を制御して上記第１ウォータジャケットを通流する冷却水流量を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制御方法。
4. 上記シリンダヘッドは、各気筒の排気を集合させる排気マニホールド部が一体に鋳造されたものであって、上記第１ウォータジャケットを上記排気マニホールド部の周囲にも形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両の制御方法。
5. 上記ガス燃料比が所定値以上となる運転状態が終了した際には、上記制御弁を制御して上記第１ウォータジャケットの冷却水流量を増加させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御方法。
6. シリンダヘッドの排気ポート側を冷却する第１ウォータジャケットと、
   上記シリンダヘッドの吸気ポート側を冷却する第２ウォータジャケットと、
   上記第１ウォータジャケットの冷却水の流量を変更する制御弁と、
   吸気を過給する過給機と、を有し、
   暖機完了後、シリンダ吸入ガス量を燃料量で除した値が所定値以上になると、上記制御弁を制御して上記第１ウォータジャケットの冷却水流量を減少させることを特徴とする車両の制御装置。

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