JP2518718B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に過給機付
内燃機関において有益な技術に関する。

＜従来の技術＞ 排気ターボ過給機付内燃機関では、高負荷運転時に排
気温度が過度に上昇して排気弁、排気マニホールド若し
くは過給機のタービン等の熱的損傷が生ずることがあ
る。このため、従来においては、高負荷運転域（例えば
6000r.p.m.以上の高負荷運転域）の目標空燃比を過度に
リッチ化（最大出力空燃比よりもリッチ）して設定し、
燃料により燃焼室を冷却して排気温度を低下させるよう
にしている。

ここで、前記目標空燃比は、定常連続運転時に排気温
度が所定値以下になるように、設定されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、排気系には大きなヒートマスがあるので、定
常連続運転時には問題となる排気温度の上昇も、機関運
転状態が過渡的（加速運転時）に高負荷運転に入るとき
には問題とならず、逆に空燃比のオーバリッチ化により
燃費の悪化を招くと共に排気性状の悪化（特にCO排出量
の増加）を招くという不具合がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、
高負荷連続運転時の排気系温度の上昇を抑制しつつ燃費
及び排気性状を向上できる内燃機関の冷却装置を提供す
ることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ このため、本発明は第１図に示すように、燃料供給量
に基づいて燃料供給手段Ａを駆動制御する燃料供給制御
手段Ｂと、点火時期に基づいて点火栓Ｃを駆動制御する
点火制御手段Ｄと、の少なくとも一方を備える内燃機関
において、機関負荷を検出する機関負荷検出手段Ｅと、
機関の冷却水温度を検出する温度検出手段Ｆと、前記検
出された機関負荷を少なくともパラメータとして燃焼室
における熱発生量を設定する熱発生量設定手段Ｇと、前
記検出された冷却水温度に基づいて基本排気系温度を設
定する基本排気系温度設定手段Ｈと、前記設定された熱
発生量と基本排気系温度とに基づいて排気系温度を推定
する排気系温度推定手段Ｉと、推定された排気系温度若
しくは前記熱発生量の変化量を設定する変化量設定手段
Ｊと、設定された変化量と推定された排気系温度とに応
じて当該排気系温度を低下させるべく冷却補正量を設定
する補正量設定手段Ｋと、設定された冷却補正量に基づ
いて前記燃料供給量と点火時期との少なくとも一方を補
正する補正手段Ｌと、を備えるようにした。

＜作用＞ このようにして、機関負荷を少なくともパラメータと
して設定された熱発生量と、冷却水温度に基づいて設定
された基本排気系温度と、に基づいて排気系温度を推定
し、この排気系温度を推定すると共に、排気系温度若し
くは熱発生量の変化量を求める。そして、変化用と排気
系温度とに基づいて冷却補正量を求め、この冷却補正量
に基づいて燃料供給量と点火時期との少なくとも一方を
補正して排気系温度を低下させるようにした。

＜実施例＞ 以下に、本発明の一実施例を第２図〜第７図に基づい
て説明する。

第２図において、機関１の吸気ポート近傍の吸気通路
２壁には燃料供給手段としての電磁式燃料噴射弁３が取
付けられ、燃料噴射弁３には燃料ポンプ（図示せず）か
ら燃料が圧送供給される。前記燃料噴射弁３は、制御装
置４からの駆動パルス信号により開弁されて、燃料を吸
気通路２に噴射供給する。

前記吸気通路２には排気ターボ過給機５のコンプレッ
サ６が介装され、コンプレッサ６に軸結されたタービン
７は排気通路８に介装されている。そして、タービン７
を排気エネルギにて回転駆動させることにより、コンプ
レッサ６にて吸気を加圧して燃焼室に供給する。

前記機関１の燃焼室には点火栓９が設けられている。
前記点火栓９には制御装置４からの点火信号に基づいて
点火コイル10にて発生する高電圧がディストリビュータ
11を介して印加され、これにより火花点火させて燃料を
燃焼させる。

前記制御装置４は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及び入出
力インタフェースを含んで構成されるマイクロコンピュ
ータを備え、各種センサの信号に基づいて燃料噴射弁３
及び点火栓９を制御する。

前記ディストリビュータ11にはクランク角センサ12が
設けられ、クランク角センサ12はレファレンス信号（４
気筒機関ではクランク角度で180゜毎）とポジション信
号（例えばクランク角度で２゜毎）とを前記制御装置４
に出力する。ここで、単位時間当りのポジション信号の
入力数或いはレファレンス信号の入力周期を測定するこ
とにより、機関回転速度を検出できる。

排気通路８には酸素センサ13が設けられ、酸素センサ
13は排気中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検
出する。ここで、酸素センサ13は理論空燃比付近を境と
して出力電圧が急変するものである。また、吸入空気流
量を検出する機関負荷検出手段としての熱線式エアフロ
ーメータ14と、機関１の冷却水温度を検出する水温セン
サ15と、が設けられ、これらの検出信号は制御装置４に
入力される。

前記制御装置４には、動作電源としてまた電源電圧の
検出のために、バッテリ16がエンジンキースイッチ17を
介して接続されている。

前記制御装置４のCPUは、第３図〜第７図に示すフロ
ーチャートに従って、作動し、燃料噴射弁３と点火栓９
とを駆動制御する。

ここでは、制御装置４（特にCPU）が燃料供給制御手
段と点火制御手段と熱発生量設定手段と基本排気系温度
設定手段と排気系温度推定手段と変化量設定手段と補正
量設定手段と補正手段とを構成する。

次に作用を第３図〜第７図のフローチャートに従って
説明する。第３図のフローチャートに示すルーチンは10
_msec毎に時間周期で実行される。

まず、燃料噴射制御を説明する。

S1では、クランク角センサ12,酸素センサ13,エアフロ
ーメータ14等の各種信号を読込む。

S2では、検出された吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎ
とに基づいて、基本噴射量T_P（＝KQ/N;Kは定数）を演算
する。

S3では、各種補正係数COEFを次式により設定する。

COEF＝１＋水温増量補正係数＋空燃比補正係数 ＋始動及び始動後増量補正係数＋アイドル後増量係数 ＋加速減量補正係数 ここで、前記空燃比補正係数は、機関回転速度の機関
負荷とによりマップに割付けられており、通常運転領域
では空燃比が理論空燃比になるように設定され、高負荷
運転域で理論空燃比よりリッチな最大出力空燃比になる
ように設定されている。

S4では、バッテリ16の電圧値に基づいて電圧補正分T_S
を設定する。これはバッテリ電圧の変動により燃料噴射
弁３の噴射量変動を防止するためである。

S5では、後述の第５図のフローチャートに示すルーチ
ンによって設定された空燃比フィードバック補正係数α
を読込む。

S6では、後述の第７図のフローチャートに示すルーチ
ンによって設定された冷却のための冷却補正量としての
燃料増量補正係数KHOTを読込む。

S7では、燃料噴射量T_iを次式により演算する。

T_i＝T_p×COEF×α×KHOT＋T_S S8では、演算された燃料噴射量T_iを出力レジスタにセ
ットする。これにより、燃料噴射弁３に燃料噴射量T_iに
対応するパルス幅の信号が出力され、燃料噴射が行われ
る。

次に、フィードバック制御判定ルーチンを第４図のフ
ローチャートに従って説明する。ここで、空燃比のフィ
ードバック制御は、低・中速回転かつ低・中負荷運転域
で行い、高回転又は高負荷運転域で停止される。

S11では、機関回転速度に基づいてマップから比較負
荷（T_p）を演算する。この比較負荷は機関回転速度が高
くなるに従って小さくなるように設定されている。

S12では、実際の負荷（T_p）が比較負荷以下か否かを
判定し、YESのときすなわち低・中速回転かつ低・中負
荷運転域のときにはS13に進み、NOのときすなわち高回
転又は高負荷運転域のときにはS14に進む。

S13では、ディレィタイマを初期値にリセットした
後、S17に進む。

S14では、ディレィタイマのカウントを開始させる。

S15では、ディレィタイマのカウント値が所定値以上
になったか否かを判定し、YESのときすなわち高回転又
は高負荷運転域に移行してから前記所定値を経過したと
きにはフィードバック制御を停止させるべくS18に進みN
OのときにはS16に進む。

S16では、機関回転速度が所定値（例えば3800r.p.
m.）以上か否かを判定し、YESのときにはフィードバッ
ク制御を停止させるべくS18に進みNOのときにはS17に進
む。

S17では、フィードバック制御を行わせるべく空燃比
フラッグを１に設定する。

S18では、フィードバック制御を停止させるべく空燃
比フラッグを０に設定する。

このようにして設定された空燃比フラッグはRAMに記
憶される。

次に、空燃比フィードバック補正係数αの設定ルーチ
ンを第５図のフローチャートに従って説明する。

S21では、空燃比フラッグが１か否かを判定し、YESの
ときにはフィードバック制御を行うべくS22に進みNOの
ときにはフィードバック制御を停止させるべくS30に進
む。

S22では、酸素センサ13の出力電圧を読込む。

S23では、読込まれた出力電圧と理論空燃比相当の基
準電圧とを比較することにより、実際の空燃比が理論空
熱比よりリッチか否かを判定し、YESのときすなわちリ
ッチのときにはS24に進みNOのときすなわちリーンのと
きにはS27に進む。

S24では、実際の空燃比がリーンからリッチに反転し
た初回か否かを判定し、YESのときにはS25に進みNOのと
きにはS26に進む。

S25では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
バック補正係数αから比例分Ｐを減じて新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

S26では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
バック補正係数αから積分分Ｉを減じて新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

このようにして、反転初回は空燃比を比例分Ｐだけ急
激にリーン化させその後は空燃比を積分分Ｉずつ徐々に
リーン化させるべく空燃比フィードバック補正係数αを
設定する。

S27では、実際の空燃比がリッチからリーンに反転し
た初回か否かを判定し、YESのときにはS28に進みNOのと
きにはS29に進む。

S28では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
バック補正係数αに比例分Ｐを加算して新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

S29では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
バック補正係数αに積分分Ｉを加算して新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

このようにして、反転初回は空燃比を急激にリッチ化
させその後は空燃比を徐々にリッチ化させるべく空燃比
フィードバック補正係数αを設定する。

S30では、空燃比フィードバック補正係数αを所定値
（例えば１）にクランプして、フィードバック制御を停
止させる。

次に、点火時期制御を第７図のフローチャートに示す
ルーチンに従って説明する。

S31では、クランク角センサ12の検出信号を読込む。

S32では、検出された機関回転速度と機関負荷（例え
ば基本噴射量）とに基づいて基本点火時期ADVをマップ
から検索する。

S33では、後述の第７図の噴射に示すルーチンにて設
定された冷却用の冷却補正量としての点火時期進角量KA
DVを読込む。

S34では、前記基本点火時期ADVと点火時期進角量KADV
とを加算して点火時期を求める。

このようにして求められた点火時期に点火信号を点火
コイル10に出力しディストリビュータ11を介して点火栓
９を点火作動させる。

次に、燃料増量補正係数KHOT及び点火時期進角量KADV
の設定ルーチンを第７図のフローチャートに従って説明
する。

S41では、エアフローメータ14、水温センサ15等の各
種信号を読込む。

S42では、検出された吸入空気流量と機関回転速度と
に基づいて燃焼室における熱発生量Ｈをマップから検索
する。熱発生量Ｈは、吸入空気流量が増大するに従って
大きくなるように設定され、かつ機関回転速度が増大す
るに従って大きくなるように設定されている。

S43では、前回ルーチンと今回ルーチンの熱発生量Ｈ
から熱発生量の変化量（変化率）を演算する。

S44では、検出された冷却水温度に基づいて、基本排
気系温度T₀をマップから検索する。基本排気系温度T
₀は、冷却水温度が高くなるに従って高くなるように設
定されている。

S45では、排気系温度Ｔを次式により演算して推定す
る。

Ｔ＝T₀＋（Ｈ×Ｋ）/n Ｋは熱量を温度に変換する係数,nは燃焼室から排気系
までの熱容量であって実験的に求められる。

S46では、推定された排気系温度Ｔと熱発生量の変化
量とに基づいて、排気温度を低下させるための燃料増量
補正係数KHOTをマップから検索する。このKHOTは１より
も大きくかつ排気系温度が高くなるほど大きくなるよう
に設定されている。また、前記変化量が大きいほど燃料
増量補正係数KHOTは大きくなるように設定されている。

S47では、推定された排気系温度Ｔと前記変化量とに
基づいて、排気温度を低下させるための点火時期進角量
KADVをマップから検索する。この点火時期進角量KADVは
排気系温度が高くなればなるほど進角するように設定さ
れている。また、前記変化量が大きいほど点火時期進角
量が進角するように設定する。

このようにして設定された燃料増量補正係数KHOTは第
３図のフローチャートに示すルーチンにて使用されて、
燃料増量（空燃比の過度なリック化）が行われる。ま
た、点火時期進角KADVは第６図のフローチャートに示す
ルーチンにて使用されて、点火時期が進角されて排気温
度が低下される。

以上説明したように、吸入空気流量と機関回転速度と
から求められた熱発生量と、冷却水温度から求められた
基本排気系温度と、に基づいて排気系温度を推定すると
共に排気系温度若しくは熱発生量の変化量を求め、この
排気系温度と変化量に基づいて燃料噴射量の増量補正と
点火時期の進角補正とを行うようにしたので、高負荷域
で定常運転がなされても空燃比がオーバリッチ化されて
燃焼室が冷却され排気系温度の上昇を抑制できると共に
点火時期進角によっても排気系温度を抑制できる。この
ため、エンジン及び排気ターボ過給機の熱的損傷を防止
して耐久性を向上できる。

また、過渡的に高負荷運転域に入る時には熱発生量も
比較的少なく排気系温度の上昇も抑制できるので、前記
点火時期進角量KADV及び燃料増量補正係数KHOTが小さく
なり、冷却のための燃料増量を抑制できる。このため、
加速運転時の出力を向上できると共に、排気性状の悪化
及び燃費の悪化を抑制できる。特に、燃料増量と点火時
期進角とによって排気系温度を低下させるようにしたの
で、燃料増量を抑制でき排気性状の悪化及び燃費の悪化
を抑制でき、また進角量を抑制できノッキングの発生を
防止できる。さらに、熱発生量の変化量から燃料増量補
正係数KHOTと進角量とを求めるようにしたので、排気系
温度の上昇度を正確に予測して、冷却を行うことができ
るため、冷却を高精度に行える。

尚、機関負荷としては、スロットル弁開度，吸気負圧
等が挙げられる。また、排気系温度の変化量を求めても
良い。

＜発明の効果＞ 本発明は、以上説明したように、機関負荷を少なくと
もパラメータとして熱発生量を求めると共に冷却水温度
から基本排気系温度を求めた後、排気系温度を推定する
と共に、排気系温度若しくは熱発生量の変化量とに基づ
いて冷却用の燃料供給量補正と点火時期補正との少なく
とも一方を行うようにしたので、高負荷連続運転時の耐
久性を従来例と同様に向上しつつ、過渡運転時の出力向
上と排気性状の向上と燃費の向上とを図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例を示す構成図、第３図〜第７図は同上のフローチ
ャートである。 １……機関、３……燃料噴射弁、４……制御装置、５…
…排気ターボ過給機、９……点火栓、12……クランク角
センサ、13……酸素センサ、14……エアフローメータ、
15……水温センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料供給量に基づいて燃料供給手段を駆動
   制御する燃料供給制御手段と、点火時期に基づいて点火
   栓を駆動制御する点火制御手段と、の少なくとも一方を
   備える内燃機関において、 機関負荷を検出する機関負荷検出手段と、機関の冷却水
   温度を検出する温度検出手段と、前記検出された機関負
   荷を少なくともパラメータとして燃焼室における熱発生
   量を設定する熱発生量設定手段と、前記検出された冷却
   水温度に基づいて基本排気系温度を設定する基本排気系
   温度設定手段と、前記設定された熱発生量と基本排気系
   温度とに基づいて排気系温度を推定する排気系温度推定
   手段と、推定された排気系温度若しくは前記熱発生量の
   変化量を設定する変化量設定手段と、設定された変化量
   と推定された排気系温度とに応じて当該排気系温度を低
   下させるべく冷却補正量を設定する補正量設定手段と、
   設定された冷却補正量に基づいて前記燃料供給量と点火
   時期との少なくとも一方を補正する補正手段と、を備え
   たことを特徴とする内燃機関の冷却装置。