JP4611784B2 - 油温推定装置及び方法 - Google Patents

Description

この発明は、油温推定装置及び方法に関するものであり、さらに詳しくは、油温センサを用いることなく油温を推定する油温推定装置及び方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、油温センサを用いることなく変速制御油の油温を推定する方法が提案されている。この油温推定方法によると、トルクコンバータの滑り損、自動変速機の撹拌損、自動変速機の冷却量及び過去の温度推定値に基づいて変速制御油の油温を推定することが提案されている。
また、特許文献２には、油温センサを用いることなくバルブタイミング制御機構の作動油の油温を推定する方法が提案されている。この油温推定方法によると、エンジン始動時の冷却水温を代替えした初期油温、機関回転数及びエンジンの運転状態を現した他の負荷に応じてバルブタイミング制御機構の作動油を推定することが提案されている。
また、特許文献３には、エンジン油温センサを用いることなくエンジン油温を推定する方法が提案されている。このエンジン油温推定方法によると、エンジン回転数と車速とから求められる油温マップ値に、吸気管圧力の値に応じて変化する補正係数を乗算して得られた値を目標油温として設定し、この目標油温からエンジン油温を推定することが提案されている。

しかしながら、上記した従来の油温推定方法にあっては、次のような問題があった。すなわち、特許文献１にあっては、トルクコンバータの滑り損、自動変速機の撹拌損、自動変速機の冷却量は、吸気負圧、エンジン出力軸の回転速度、トルクコンバータのタービン回転速度、自動変速機の変速位置、車速及び外気温等のパラメータを用いて算出していると共に、これらパラメータを用いて算出したトルクコンバータの滑り損、自動変速機の撹拌損及び自動変速機過去の温度推定値に過去の温度推定値を加えることによって変速制御油の油温を推定している。
また、特許文献２にあっては、エンジン始動時の冷却水温を代替えした初期油温、シリンダ内での燃焼による総発熱量及びシリンダ・ピストン等による総摩擦熱量のパラメータを用いてバルブタイミング制御機構の作動油の油温を推定している。さらにまた、特許文献３にあっては、エンジン回転数、車速及び吸気管圧力のパラメータを用いてエンジン油温を推定している。このため、特許文献１〜３に記載のものにあっては、多数のパラメータを用いて油温を推定するために演算処理が複雑化してしまい、車載コンピュータ（ＥＣＵ）の処理時間やメモリ等の処理能力を消費するという問題があった。そして、そのような問題を解決するために、処理能力が高いＥＣＵを導入するとコストがかかってしまうという問題が発生する。

特開平０８−１７７５９９号公報 特開平１０−２２７２３５号公報 特開２００２−７４１３７号公報

そこで、この発明は、上記した従来技術が有している問題点を解決するためになされたものであって、油温センサを用いることなく、より簡単な制御で油温を推定することのできる油温推定装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、を用いて油温を推定する油温推定装置であって、前記エンジン回転数検出手段が検出した前記エンジン回転数に基づいて予め設定された設定時間内の平均エンジン回転数を算出する平均エンジン回転数算出部と、前記エンジン平均回転数算出部が算出した平均エンジン回転数と前記冷却水温検出手段が検出した前記エンジン冷却水温とに基づいて油温を推定する油温推定部と、を備え、前記油温推定部は、前記平均エンジン回転数に応じた油温を算出する第１の算出部と、前記平均エンジン回転数に応じた水温を算出する第２の算出部と、前記第２の算出部により算出された水温及び前記エンジン冷却水温に基づいて水温を算出する第３の算出部と、前記第１の算出部により算出された油温及び前記第３の算出部により算出された水温に基づいて油温を算出する第４の算出部と、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記油温推定部は、予め実験により求められた平均エンジン回転数と油温、或いは水温との関係を平均エンジン回転数の関数として示した近似式、或いはマップデータを用いて油温推定時の平均エンジン回転数に応じた油温を推定することを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項３に記載の発明は、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、を用いて油温を推定する油温推定方法であって、前記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数に基づいて予め設定された設定時間内の平均エンジン回転数を算出し、前記平均エンジン回転数に基づいて油温及び水温を算出し、前記平均エンジン回転数に基づいて算出した水温及び前記エンジン冷却水温に基づいて水温を算出し、前記平均エンジン回転数に基づいて算出した油温と、前記平均エンジン回転数に基づいて算出した水温及び前記エンジン冷却水温に基づいて算出した水温と、に基づいて油温マップデータ、或いは近似式から油温を推定する、ことを特徴とする。

請求項１又は３に記載の発明によれば、エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数と冷却水温検出手段が検出した水温とをパラメータとして油温が推定される。これにより、油温を推定するのに必要なパラメータ数が従来よりも少なくなるので、油温を推定するための演算処理が簡素化されてＥＣＵの処理時間やメモリ等に余裕が生じる結果、ＥＣＵの余剰処理能力を高めることができ、処理能力の高いＥＣＵを導入する必要が無くなる。更に、車両に既存の検出手段を用いて油温を推定するため、高価な油温センサが不要となるので、コストの上昇を抑止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、油温推定部は、油温推定時における平均エンジン回転数に応じた油温を予め実験により求められた近似式、或いはマップデータを用いて求める。これにより、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、走行状況に応じて変動する油温を精度良く推定することが可能となる。
さらにまた、得られた油温情報から最適な車両制御を選択できるようにすると、エンジン保護、燃費低減、排ガス低減、エンジン出力アップ等の車両制御を低コストに実現することができる。また、この油温推定部を油温センサが取り付けられていない車両に取り付けると、油温センサがなくても油温情報を利用した各種の車両制御が可能になる。

エンジン回転数検出手段及び水温検出手段が検出した検出値を、予め実験により求めた平均エンジン回転数と油温、或いは水温との関係を関数で表した近似式、或いはマップデータを用いて油温を推定することによって、油温センサを用いることなく、しかも油温を推定するための演算処理が簡素化した油温推定装置及び方法が実現した。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用された油温推定装置の構成図、図２は、同例における制御ブロック図、図３〜５は、同例におけるＥＣＵに記憶格納されたマップデータである。

本発明は、図１，２に示されるように、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段としてのクランク角センサ１と、エンジン冷却水温を検出するエンジン冷却水温検出手段としての水温センサ２とを用いて油温、例えばエンジン油温を推定する油温推定装置１００である。車載コンピュータ、例えば、エンジン制御ＥＣＵ（以下、ＥＣＵという）３には、図２に示されるように、クランク角センサ１が検出した検出値に基づいてエンジン回転数ｎを演算するエンジン回転数算出部４と、エンジン回転数算出部４が算出したエンジン回転数ｎに基づいて油温推定開始時の予め設定された設定時間前から油温推定開始時までの平均エンジン回転数ｎｅ、言い換えれば、油温推定開始以前の予め設定された設定時間内における平均エンジン回転数ｎｅを算出する区間平均エンジン回転数算出部５と、この区間平均エンジン回転数算出部５が算出した設定時間内の平均エンジン回転数ｎｅと水温センサ２が検出した検出値（後述する水温Ｔｗのこと）とに基づいて油温Ｔoilを推定する油温推定部６とが設けられている。

詳述すると、クランク角センサ１は、図１に示されるように、クランクシャフトの角度位置を検出するようにエンジン７のシリンダブロック８前端に取り付けられている。このクランク角センサ１内部には、マグネット、ピックアップ、コイル及びターミナル（何れも図示略）が配設されており、クランクシャフトと一体で回転するタイミングベルトスプロケット９の外周に設けられた凸状の突起１０が、クランク角センサ１を通過する際にエアギャップを変化させることによってコイルに急激な磁束変化が起こり起電力が発生する。そして、この電圧パルスがＥＣＵ３に入力されると、正確なエンジン回転数ｎ及びクランク位置が求められるようになっている。なお、図１中の符号１１は、ＥＣＵ３に給電するためのバッテリを示している。

水温センサ２は、左右のシリンダブロック８をつなぐウォータパイプ１２に取り付けられているものであって、水温センサ２内部のサーミスタ（図示略）が温度に応じて抵抗値が変化することによって冷却水温を電圧として検出し、その検出した電圧値がＥＣＵ３に入力される。そして、ＥＣＵ３において正確な冷却水温（以下、水温Ｔｗという）が求められるようになっている。

エンジン７のシリンダブロック８やヘッド１３を冷却するためのエンジン冷却水は、エンジン７に組付けられたウォータポンプ１４によって循環される。循環水路１５には、走行風圧や強制ファンによりエンジン冷却水の冷却を行うラジエータ１６が設けられていると共に、このラジエータ１６の冷却水出口側水路には、予め設定された設定温度（例えば、約８０℃）にて水路を開くサーモスタット１７が配設されている。

エンジン冷却水が設定温度以下の場合はサーモスタット１７は閉じ、エンジン冷却水はラジエータ１６を迂回するバイパス通路１８を通って循環することによって過冷却が防止される。また、エンジン冷却水が設定温度を越えるとサーモスタット１７が開き、ラジエータ１６にエンジン冷却水を通すことによってエンジン冷却水の水温が設定温度に保たれるようになっている。但し、サーモスタット１７による水温調整が有効な間は、サーモスタット１７の設定温度（約８０℃）にて水温変化はないが、エンジン回転数をさらに上昇させると、サーモスタット１７は全開（今回の実施例ではエンジン回転数が４０００ｒｐｍ）状態になり、平衡する水温もまた上昇する。

ＥＣＵ３は、マイクロコンピュータを主体として構成されているものであって、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及びＩ／Ｏポート等が備えられている。
ＲＯＭには後述するプログラム（これには、予め実験により求められた平均エンジン回転数ｎｅと油温Ｔoil、或いは水温Ｔｗとの関係を平均エンジン回転数の関数として表した近似式Ｔoil＝ｆ(ｎｅ)＋(Ｔｗ，Ｔｗｌ)…（１）、或いは近似式（１）を変形させた近似式Ｔoil＝ｆ１(ｎｅ)＋ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)…（２）、Ｔｗｌ＝ｆ３（ｎｅ）…（３）、或いはマップデータ（図３〜５に図示）が書き込まれている）が記憶格納されており、また、ＲＡＭには、クランク角センサ１、水温センサ３からの検出値が個別に格納されるエリア、各種の演算結果等を格納するエリア等が設けられている。そして、これらＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等によって、エンジン回転数算出部４、区間平均エンジン回転数算出部５及び油温推定部６が形成されている。

但し、近似式（１）〜（３）にあっては、Ｔoil：エンジン油温推定値、ｎｅ：区間エンジン平均回転数、ｆ（ｎｅ）：エンジン回転数の関数（区間エンジン平均回転数が決まるとエンジン油温が決まる）、Ｔｗ：油温推定時のエンジン水温（水温センサ３からの入力値）、Ｔｗｌ：一定走行時のエンジン水温（Ｒ／Ｌ負荷時のエンジン水温）。

油温推定部６は、図２に示されるように、ｆ１(ｎｅ)算出部１９、Ｔｗｌ＝ｆ３(ｎｅ)算出部２０、ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)算出部２１、及びＴoil＝ｆ１(ｎｅ)＋ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)算出部２２を備えて構成されている。

ｆ１(ｎｅ)算出部１９は、油温推定時における平均エンジン回転数ｎｅに応じた油温ｆ１を、予め実験により求められた平均エンジン回転数ｎｅと油温ｆ１との関係を平均エンジン回転数ｎｅの関数として表した近似式ｆ１（ｎｅ）、或いはマップデータ（図３に図示）を用いて推定するものである。このｆ１(ｎｅ)算出部１９によって推定された油温ｆ１は、車両の予め設定された所定の条件での定常走行時において平衡状態になった油温を示している。

ところで、車両の予め設定された所定の条件とは、環境条件（気温、気圧、湿度等）が同一の条件、且つ同一走行抵抗（平坦路且つ路面状況に変化無し）の条件にて、エンジン回転数が一定になるようにスロットルを制御し、水温及び油温が平衡状態になった状態のことである。例えば、変速機が５ＭＴであれば５速に固定し、また４ＡＴであれば４速に固定した状態でエンジン回転数を変えて油温及び水温を計測することによって、エンジン回転数と油温、或いは水温との関係が求められている。

Ｔｗｌ＝ｆ３(ｎｅ)算出部２０は、油温推定時における平均エンジン回転数ｎｅに応じた水温Ｔｗｌを、車両の予め設定された所定の条件での定常走行時において平衡状態になった水温Ｔｗｌを平均エンジン回転数ｎｅの関数として表した近似式ｆ３（ｎｅ）、或いはマップデータ（図４に図示）を用いて求めるものである。言い換えれば、Ｔｗｌ＝ｆ３(ｎｅ)算出部２０は、油温推定時における平均エンジン回転数ｎｅに応じた水温Ｔｗｌを、同一環境条件におけるエンジン回転数のみを変えて測定した結果等に基づき決定する。

ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)算出部２１は、油温推定時の水温Ｔｗと、Ｔｗｌ＝ｆ３(ｎｅ)算出部２０にて算出された一定走行時の水温Ｔｗｌとを、予め実験により求められた水温Ｔｗと水温Ｔｗｌとの関数として表した近似式ｆ２（Ｔｗ，Ｔｗｌ）、或いはマップデータ（図５に図示）を用いて水温ｆ２を求めるものである。
実験の結果、ある条件下では、近似式ｆ２＝Ｔｗ−Ｔｗｌにて近似可能であることが判明したが、車両及びエンジンの条件によってはＴｗ−Ｔｗｌでは近似しきれない虞があるので、ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)という関数式で表している。

Ｔoil＝ｆ１(ｎｅ)＋ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)算出部２２は、ｆ１(ｎｅ)算出部１９にて求められた油温ｆ１と、ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)算出部２１にて求められた水温ｆ２とに基づいて油温測定時の油温Ｔoilを算出するものである。この場合、油温ｆ１に対して水温ｆ２を加算補正することによって油温Ｔoilが高精度に算出される。

なお、油温推定部６は、上述した構成に限られたものではなく、例えば、油温推定時の平均エンジン回転数ｎｅに応じた油温ｆ（ｎｅ）を、予め実験により求められた平均エンジン回転数ｎｅと油温ｆとの関係を示した近似式、或いはマップデータを用いて求めると共に、平均エンジン回転数ｎｅに応じた水温Ｔｗｌを近似式、或いはマップデータを用いて算出し、油温推定時の水温Ｔｗから平均エンジン回転数ｎｅに応じた水温Ｔｗｌを減算して得られた水温差Ｔｗ−Ｔｗｌを、推定した油温ｆに加算補正することによって油温Ｔoilを高精度に推定するように構成することも可能である。

図６は、同例におけるＥＣＵ３に記憶格納されたプログラムの内容を示したフローチャートであり、以下、この図６を参照しながら本発明による油温推定手順を説明する。

油温推定が開始され（ステップ１０）、油温推定時のクランク角センサ１及び水温センサ２からの検出値をＥＣＵ３が読み込むと（ステップ１２）、エンジン回転数算出部４においてクランク角センサ１の検出値に基づいてエンジン回転数ｎが算出されたのち（ステップ１４）、区間平均エンジン回転数算出部５において平均エンジン回転数ｎｅが算出される（ステップ１６）。

算出された平均エンジン回転数ｎｅは、ｆ１（ｎｅ）算出部１９に供されて近似式ｆ１（ｎｅ）、或いはマップデータ（図３に図示）を用いて油温ｆ１が算出される（ステップ１８）。さらにまた、平均エンジン回転数ｎｅは、Ｔｗｌ＝ｆ３（ｎｅ）算出部２０に供されて油温推定時の平均エンジン回転数ｎｅに応じた水温Ｔｗｌが近似式ｆ３（ｎｅ）、或いはマップデータ（図４に図示）を用いて算出される（ステップ２０）。

算出された水温Ｔｗｌは、水温センサ２が検出した検出値に基づいて算出された水温Ｔｗ（ステップ２２）と共に、ｆ２（Ｔｗ，Ｔｗｌ）算出部２１に供されて、近似式ｆ２（Ｔｗ，Ｔｗｌ）、或いはマップデータ（図５に図示）を用いて水温ｆ２が算出される（ステップ２４）。そして、算出された水温ｆ２は、ｆ１（ｎｅ）算出部１９にて算出された油温ｆ１と共に、Ｔoil＝ｆ１(ｎｅ)＋ｆ２(Ｔｗ，Ｔｗｌ)算出部２２に供されて油温測定時の油温Ｔoilが算出される（ステップ２６）。

以上説明したように本発明によれば、クランク角センサ１が検出したエンジン回転数ｎと水温センサ２が検出した水温Ｔｗとをパラメータとして油温Ｔoilが推定される。これにより、油温Ｔoilを推定するのに必要なパラメータ数が従来よりも少なくなるので、油温Ｔoilを推定するための演算処理が簡素化されてＥＣＵ３の処理時間やメモリ等に余裕が生じる結果、ＥＣＵ３の余剰処理能力を高めることができ、処理能力の高いＥＣＵを導入する必要が無くなる。更に、車両に既存の検出手段を用いて油温Ｔoilを推定するため、高価な油温センサが不要となるので、コストの上昇を抑止することができる。

さらに、本発明によれば、油温推定部６は、油温推定時における平均エンジン回転数ｎｅに応じた油温Ｔoilを予め実験により求められた近似式（１）、或いは（２）及び（３）、或いは図３〜５に示されたマップデータを用いて求める。これにより、走行状況に応じて変動する油温Ｔoilを精度良く推定することが可能となる。
さらにまた、本発明によれば、得られた油温情報から最適な車両制御を選択できるようにすると、エンジン保護、燃費低減、排ガス低減、エンジン出力アップ等の車両制御を低コストに実現することができる。また、本発明が適用されたＥＣＵ３を油温センサが取り付けられていない車両のＥＣＵと付け替えることによって、油温センサがなくても油温情報を利用した各種の車両制御が可能になる。

なお、本発明は、エンジン油温を推定するのに限られたものではなく、ＡＴＦやギヤオイル等の油温を推定するのにも適用することができる。

本発明が適用された油温推定装置の構成図である。 同例における制御ブロック図である。 同例におけるＥＣＵに記憶格納されたマップデータである。 同例におけるＥＣＵに記憶格納されたマップデータである。 同例におけるＥＣＵに記憶格納されたマップデータである。 同例におけるＥＣＵに記憶格納されたプログラムの内容を示したフローチャートである。

符号の説明

１００ 油温推定装置
１ クランク角センサ（エンジン回転数検出手段）
２ 水温センサ（エンジン冷却水温検出手段）
３ ＥＣＵ（エンジン制御ＥＣＵ）
５ 区間平均エンジン回転数算出部
６ 油温推定部
１９ ｆ１（ｎｅ）算出部
２０ Ｔｗｌ＝ｆ３（ｎｅ）算出部
２１ ｆ２（Ｔｗ，Ｔｗｌ）算出部
２２ Ｔoil＝ｆ１（ｎｅ）＋ｆ２（Ｔｗ，Ｔｗｌ）算出部

Claims (3)

1. エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、を用いて油温を推定する油温推定装置であって、
   前記エンジン回転数検出手段が検出した前記エンジン回転数に基づいて予め設定された設定時間内の平均エンジン回転数を算出する平均エンジン回転数算出部と、
   前記エンジン平均回転数算出部が算出した平均エンジン回転数と前記冷却水温検出手段が検出した前記エンジン冷却水温とに基づいて油温を推定する油温推定部と、を備え、
   前記油温推定部は、前記平均エンジン回転数に応じた油温を算出する第１の算出部と、
   前記平均エンジン回転数に応じた水温を算出する第２の算出部と、
   前記第２の算出部により算出された水温及び前記エンジン冷却水温に基づいて水温を算出する第３の算出部と、
   前記第１の算出部により算出された油温及び前記第３の算出部により算出された水温に基づいて油温を算出する第４の算出部と、を有することを特徴とする油温推定装置。
2. 前記油温推定部は、予め実験により求められた平均エンジン回転数と油温、或いは水温との関係を平均エンジン回転数の関数として表した近似式、或いはマップデータを用いて油温推定時の平均エンジン回転数に応じた油温を推定することを特徴とする請求項１に記載の油温推定装置。
3. エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、を用いて油温を推定する油温推定方法であって、
   前記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数に基づいて予め設定された設定時間内の平均エンジン回転数を算出し、
   前記平均エンジン回転数に基づいて油温及び水温を算出し、
   前記平均エンジン回転数に基づいて算出した水温及び前記エンジン冷却水温に基づいて水温を算出し、
   前記平均エンジン回転数に基づいて算出した油温と、前記平均エンジン回転数に基づいて算出した水温及び前記エンジン冷却水温に基づいて算出した水温と、に基づいて油温マップデータ、或いは近似式から油温を推定する、ことを特徴とする油温推定方法。

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