JP4654752B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
燃焼室の壁面温度や内燃機関の冷却水温度は、内燃機関の運転状態に影響を及ぼすことが知られている。そして、該壁面温度や冷却水温度を求めることができれば、これらの値に基づいて内燃機関の運転制御を行うことができるようになるため、適正な運転状態を得ることができる。 It is known that the wall surface temperature of the combustion chamber and the coolant temperature of the internal combustion engine affect the operating state of the internal combustion engine. And if this wall surface temperature and cooling water temperature can be calculated | required, since it will become possible to perform operation control of an internal combustion engine based on these values, an appropriate driving | running state can be obtained.
ここで、燃焼室内の燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達、および燃焼室壁から冷却水への熱伝達モデルに基づいて燃焼室壁温度を推定する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この従来技術によれば、燃焼室壁から冷却水への熱伝達率を冷却水の流速に応じて補正すべきであると述べられているが、簡略化のため熱伝達率は一定若しくは期間回転数の関数としている。また、燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達率も一定としている。
したがって、従来技術で述べられているように、燃焼室壁から冷却水への熱伝達率を冷却水の流速に応じて変えることで、より正確な冷却水温度の推定が可能となる。特に、冷却水が電動ポンプにより循環される場合には、冷却水の循環が停止されたり極低流量となったりすることがあるため、熱伝達率が大きく変わるおそれがある。そのため、熱伝達率を冷却水の流量に応じて変更する必要性が高い。 Therefore, as described in the prior art, it is possible to estimate the coolant temperature more accurately by changing the heat transfer rate from the combustion chamber wall to the coolant according to the flow rate of the coolant. In particular, when the cooling water is circulated by the electric pump, the circulation of the cooling water may be stopped or the flow rate may be extremely low, so that the heat transfer rate may change greatly. Therefore, it is highly necessary to change the heat transfer coefficient according to the flow rate of the cooling water.
また、従来技術では、水温センサにより冷却水温度を計測しているが、この水温センサは内燃機関の冷却水出口付近に取り付けられている。ここで、電動ポンプ停止時には冷却水の流れが止まるため、内燃機関内の冷却水は燃焼室やポートからの熱伝達により温度が上昇する。しかし、水温センサが取り付けられた位置は熱源から離れているため、この位置において冷却水が受ける熱量は小さいため冷却水の温度上昇が小さい。そのため、内燃機関内部の冷却水の温度と、水温センサにより計測される冷却水の温度と、に差が生じてしまう。 In the prior art, the cooling water temperature is measured by a water temperature sensor, and this water temperature sensor is attached in the vicinity of the cooling water outlet of the internal combustion engine. Here, since the flow of the cooling water stops when the electric pump is stopped, the temperature of the cooling water in the internal combustion engine rises due to heat transfer from the combustion chamber and the port. However, since the position where the water temperature sensor is attached is away from the heat source, the amount of heat received by the cooling water at this position is small, so the temperature rise of the cooling water is small. For this reason, there is a difference between the temperature of the cooling water inside the internal combustion engine and the temperature of the cooling water measured by the water temperature sensor.
さらに、内燃機関の冷間時と暖機完了後とでは、燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達率が変わる。すなわち、熱伝達率は燃焼ガス温度および圧力の影響を受けるが、冷間時と暖機完了後とでは燃焼室壁温度が異なり、冷間時には燃焼ガスから燃焼室壁への熱流速が大きくなるので、燃焼ガス温度も影響を受ける。 Further, the heat transfer rate from the combustion gas to the combustion chamber wall changes between when the internal combustion engine is cold and after the warm-up is completed. That is, the heat transfer coefficient is affected by the combustion gas temperature and pressure, but the temperature of the combustion chamber wall is different between cold and after the warm-up is completed, and the heat flow rate from the combustion gas to the combustion chamber wall increases during cold. Therefore, the combustion gas temperature is also affected.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、燃焼室壁温度および冷却水温度をより正確に求めることができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of more accurately obtaining the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature in the control device for an internal combustion engine. To do.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段により検出される内燃機関の運転状態から燃焼室内のガス温度を推定するガス温度推定手段と、
燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水へ与える熱量との差および燃焼室壁の熱容量から燃焼室壁温度の変化量を算出する第1の式と、燃焼室壁から冷却水が受ける熱量および冷却水の熱容量から冷却水温度の変化量を算出する第2の式と、に基づいて燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Gas temperature estimating means for estimating the gas temperature in the combustion chamber from the operating state of the internal combustion engine detected by the operating state detecting means;
A first expression for calculating the amount of change in the temperature of the combustion chamber wall from the difference between the amount of heat received by the combustion chamber wall from the combustion gas and the amount of heat given to the cooling water from the combustion chamber wall and the heat capacity of the combustion chamber wall, and cooling from the combustion chamber wall A second equation for calculating the amount of change in the coolant temperature from the amount of heat received by the water and the heat capacity of the coolant, and an estimation means for simultaneously estimating the combustion chamber wall temperature and the coolant temperature inside the internal combustion engine based on the second equation;
It is provided with.
ここで、燃焼室内の燃焼ガスの温度は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。そして、燃焼ガスの温度が変化すると、燃焼室壁が受ける熱量も変化する。これにより、冷却水温度も変化する。このように、燃焼ガスの温度は、燃焼室壁温度および冷却水温度に影響を及ぼす。 Here, the temperature of the combustion gas in the combustion chamber changes according to the operating state of the internal combustion engine. When the temperature of the combustion gas changes, the amount of heat received by the combustion chamber wall also changes. Thereby, the cooling water temperature also changes. Thus, the temperature of the combustion gas affects the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature.
燃焼室壁は燃焼ガスよりも温度が低いため、該燃焼ガスから燃焼室壁へ熱伝達が起こる。また、燃焼室壁は冷却水よりも温度が高いため、燃焼室壁から冷却水へ熱伝達が起こる。そして、燃焼室壁が持っている熱量は、燃焼室壁に入る熱量と燃焼室壁から出る熱量との差、すなわち「燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水へ与える熱量との差」として表すことができる。また、燃焼室壁の温度の変化量は、該燃焼室壁の熱容量によって変わる。そこで、「燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水へ与える熱量との差」および「燃焼室壁の熱容量」から、燃焼室壁温度の変化量を求めるのが第1の式である。 Since the temperature of the combustion chamber wall is lower than that of the combustion gas, heat transfer occurs from the combustion gas to the combustion chamber wall. Further, since the temperature of the combustion chamber wall is higher than that of the cooling water, heat transfer occurs from the combustion chamber wall to the cooling water. The amount of heat that the combustion chamber wall has is the difference between the amount of heat that enters the combustion chamber wall and the amount of heat that exits the combustion chamber wall, that is, It can be expressed as “difference between” and “. Further, the amount of change in the temperature of the combustion chamber wall varies depending on the heat capacity of the combustion chamber wall. Therefore, the first change is to determine the amount of change in the temperature of the combustion chamber wall from the “difference between the amount of heat received by the combustion chamber wall from the combustion gas and the amount of heat given from the combustion chamber wall to the cooling water” and the “heat capacity of the combustion chamber wall” It is a formula.
また、冷却水が持っている熱量は、燃焼室壁から冷却水が受けた熱量として表される。そして、「燃焼室壁から冷却水が受けた熱量」および冷却水の熱容量から、冷却水の温度変化量を求めるのが第2の式である。 The amount of heat that the cooling water has is expressed as the amount of heat that the cooling water has received from the combustion chamber wall. The second equation is to obtain the temperature change amount of the cooling water from the “heat amount received by the cooling water from the combustion chamber wall” and the heat capacity of the cooling water.
そして、燃焼室壁温度は冷却水温度によって変化量が変わり、また冷却水温度は燃焼室壁温度によって変化量が変わるので、第1の式と第2の式とは、互いに影響を及ぼし合っている。そのため、第1の式および第2の式は、二次元変数の微分方程式として解くことができる。この微分方程式を解くことにより燃焼室壁温度および冷却水温度を同時に得ることができる。 Since the amount of change in the combustion chamber wall temperature varies depending on the cooling water temperature, and the amount of change in the cooling water temperature varies depending on the combustion chamber wall temperature, the first equation and the second equation influence each other. Yes. Therefore, the first equation and the second equation can be solved as a differential equation of a two-dimensional variable. By solving this differential equation, the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature can be obtained simultaneously.
本発明においては、内燃機関の冷却水を循環させ且つ冷却水の流量を変更可能なポンプをさらに備え、
前記推定手段は、燃焼室壁温度の推定方法を冷却水の流量に基づいて変更することができる。
The present invention further includes a pump capable of circulating the cooling water of the internal combustion engine and changing the flow rate of the cooling water,
The estimation means can change the estimation method of the combustion chamber wall temperature based on the flow rate of the cooling water.
例えば、ポンプ作動時には従来の式を用いて燃焼室壁温度を推定し、ポンプ停止時には第1の式および第2の式から燃焼室壁温度および冷却水温度を推定するようにしてもよい。 For example, the combustion chamber wall temperature may be estimated using a conventional equation when the pump is operating, and the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature may be estimated from the first equation and the second equation when the pump is stopped.
さらに、本発明においては、内燃機関の冷却水を該内燃機関の外部へ循環させる冷却水通路と、
前記内燃機関から前記冷却水通路へ流れ出る冷却水の温度を計測する冷却水温度計測手段と、
をさらに備え、
前記推定手段は、前記ポンプの停止時には第1の式および第2の式に基づいて燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定し、前記ポンプの作動時には前記冷却水温度計測手段により計測される冷却水温度に基づいて燃焼室壁温度を推定することができる。
Furthermore, in the present invention, a cooling water passage for circulating the cooling water of the internal combustion engine to the outside of the internal combustion engine,
Cooling water temperature measuring means for measuring the temperature of the cooling water flowing out from the internal combustion engine to the cooling water passage;
Further comprising
The estimating means simultaneously estimates the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature inside the internal combustion engine based on the first and second expressions when the pump is stopped, and the cooling water temperature measuring means when the pump is operating. The combustion chamber wall temperature can be estimated based on the coolant temperature measured by the above.
ここで、ポンプが停止されると、内燃機関内部の冷却水は燃焼室壁やポートから熱を受けて温度が上昇する。しかし、冷却水温度計測手段により温度が計測される冷却水は燃焼室壁やポートから離れているため、直ぐには温度が上昇しない。そのため、内燃機関内部の実際の冷却水温度と、冷却水温度計測手段により計測される冷却水温度と、に差を生じるおそれがある。したがって、冷却水温度計測手段により冷却水温度を計測するよりも、冷却水温度を推定したほうがより正確な値を得ることができる。 Here, when the pump is stopped, the cooling water inside the internal combustion engine receives heat from the walls and ports of the combustion chamber and the temperature rises. However, since the cooling water whose temperature is measured by the cooling water temperature measuring means is away from the combustion chamber wall and the port, the temperature does not increase immediately. Therefore, there is a possibility that a difference occurs between the actual cooling water temperature inside the internal combustion engine and the cooling water temperature measured by the cooling water temperature measuring means. Therefore, a more accurate value can be obtained by estimating the cooling water temperature than by measuring the cooling water temperature by the cooling water temperature measuring means.
一方、ポンプが作動されている場合には、燃焼室壁やポートから熱を受けて温度が上昇した冷却水が、短時間で内燃機関の冷却水出口に到達するため、内燃機関内部の実際の冷却水温度と、冷却水温度計測手段により計測される冷却水温度と、の差が小さい。したがって、冷却水温度計測手段により計測された冷却水温度を用いても正確な値を得ることができる。さらに、冷却水温度計測手段により計測される冷却水温度に基づいて燃焼室壁温度を算出することができる。 On the other hand, when the pump is operated, the cooling water whose temperature has risen due to heat from the combustion chamber wall or port reaches the cooling water outlet of the internal combustion engine in a short time. The difference between the cooling water temperature and the cooling water temperature measured by the cooling water temperature measuring means is small. Therefore, an accurate value can be obtained even if the coolant temperature measured by the coolant temperature measuring means is used. Further, the combustion chamber wall temperature can be calculated based on the cooling water temperature measured by the cooling water temperature measuring means.
本発明においては、前記推定手段は、冷却水の流量および/または冷却水温度に基づいて、燃焼室壁から冷却水への熱伝達率を補正することができる。 In this invention, the said estimation means can correct | amend the heat transfer rate from a combustion chamber wall to cooling water based on the flow volume and / or cooling water temperature of cooling water.
すなわち、燃焼室壁から冷却水への熱伝達率は、冷却水流量および冷却水温度に応じて変化するため、冷却水流量および冷却水温度に応じて熱伝達率を補正することにより、燃焼室壁温度の推定精度を向上させることができる。 That is, since the heat transfer coefficient from the combustion chamber wall to the cooling water changes according to the cooling water flow rate and the cooling water temperature, the combustion chamber is corrected by correcting the heat transfer coefficient according to the cooling water flow rate and the cooling water temperature. The estimation accuracy of the wall temperature can be improved.
本発明においては、前記推定手段は、燃焼室壁温度に基づいて、燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達率および/または燃焼ガス温度を補正することができる。 In the present invention, the estimating means can correct the heat transfer rate from the combustion gas to the combustion chamber wall and / or the combustion gas temperature based on the combustion chamber wall temperature.
内燃機関の冷間時には、燃焼室壁温度が低いために燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達量が大きいので、燃焼ガスの温度低下が大きくなる。これにより、熱伝達率も変わる。したがって、燃焼室壁温度に基づいて熱伝達率および/または燃焼ガス温度を補正することにより、燃焼室壁温度および冷却水温度の推定精度を向上させることができる。 When the internal combustion engine is cold, since the combustion chamber wall temperature is low, the amount of heat transfer from the combustion gas to the combustion chamber wall is large, so that the temperature drop of the combustion gas increases. This also changes the heat transfer coefficient. Therefore, by correcting the heat transfer coefficient and / or the combustion gas temperature based on the combustion chamber wall temperature, it is possible to improve the estimation accuracy of the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature.
実際には、燃焼ガス温度、燃焼室壁温度、および燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達率は相互に影響を及ぼすが、燃焼室壁温度に基づいて燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達率を補正することにより簡略化が可能である。 In practice, the combustion gas temperature, the combustion chamber wall temperature, and the heat transfer rate from the combustion gas to the combustion chamber wall interact, but the heat transfer from the combustion gas to the combustion chamber wall based on the combustion chamber wall temperature. Simplification is possible by correcting the rate.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室壁温度および冷却水温度をより正確に求めることができる。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention can determine the combustion chamber wall temperature and the coolant temperature more accurately.
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関1の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an
また、図2は、本実施例に係る内燃機関1の内部の概略構成を示す図である。
Moreover, FIG. 2 is a figure which shows schematic structure inside the
内燃機関1は、4サイクル機関であり、シリンダヘッド2およびシリンダブロック3を備えて構成されている。
The
内燃機関1の内部には冷却水を循環させるためのウォータジャケット4が形成されている。また、内燃機関1には冷却水を循環させるための通路が接続されている。この冷却水を循環させるための通路は、ラジエータ5を循環する第1循環通路6、ヒータコア7を循環する第2循環通路8、バイパス通路9を循環する第3循環通路10を備えて構成されている。各循環通路の一部には、他の循環通路と共有されている箇所があり、例えばウォータジャケット4は全ての循環通路に含まれている。
A
第1循環通路6は、ラジエータ5、サーモスタット11、電動ポンプ12、ウォータジャケット4を備えて構成されている。サーモスタット11は、冷却水温度が高いときに第1循環通路6に冷却水を流し、冷却水温度が低いときに第3循環通路10に冷却水を流す。
The first circulation passage 6 includes a radiator 5, a
第1循環通路6では、電動ポンプ12から吐出された冷却水が、ウォータジャケット4、ラジエータ5、サーモスタット11の順に流れる。
In the first circulation passage 6, the cooling water discharged from the
第2循環通路8は、ヒータコア7、電動ポンプ12、ウォータジャケット4を備えて構成されている。
The
第2循環通路8では、電動ポンプ12から吐出された冷却水が、ウォータジャケット4、ヒータコア7の順に流れる。
In the
第3循環通路10は、バイパス通路9、サーモスタット11、電動ポンプ12、ウォータジャケット4を備えて構成されている。
The third circulation passage 10 includes a bypass passage 9, a
第3循環通路10では、電動ポンプ12から吐出された冷却水が、ウォータジャケット4、バイパス通路9、サーモスタット11の順に流れる。
In the third circulation passage 10, the cooling water discharged from the
第1循環通路6および第2循環通路8の内燃機関1からの出口付近には、該第1循環通路6および第2循環通路8内の冷却水の温度に応じた信号を出力する冷却水温度センサ13が取り付けられている。
Cooling water temperature that outputs a signal corresponding to the temperature of the cooling water in the first circulation passage 6 and the
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU14が併設されている。このECU14は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
The
ECU14には、冷却水温度センサ13の他、アクセル開度すなわち機関負荷に応じた信号を出力するアクセル開度センサ15、内燃機関1の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ16、内燃機関1の吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ17が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がECU14に入力されるようになっている。
In addition to the
一方、ECU14には、電動ポンプ12が電気配線を介して接続され、ECU14はこの電動ポンプ12を制御する。電動ポンプ12は、該電動ポンプ12へ供給する電力を調整することにより、冷却水の吐出量すなわち冷却水の流量を調整することができる。また、内燃機関1の運転中であっても、電動ポンプ12を停止することができる。
On the other hand, the
シリンダブロック3には、シリンダ20が形成されている。そして、シリンダ20には、ピストン21が挿入されている。シリンダヘッド2、シリンダ20、およびピストン21により燃焼室22が形成されている。すなわち、燃焼室22は、上部を燃焼室壁23で
、下部をピストン21で、側面をシリンダ20で囲われた空間により形成されている。そして、燃焼室壁23は、燃焼室22と、シリンダヘッド2およびシリンダブロック3に形成されたウォータジャケット4と、の隔壁となっている。
A
ここで、特許第2666366号公報によれば、燃焼室壁23の温度の変化量を以下のモデル式により得ている。
Here, according to Japanese Patent No. 2666366, the amount of change in the temperature of the
CcΔTc=Hc(Tg−Tc)−Hw(Tc−Tw)・・・(1)式
ただし、Ccは燃焼室壁23の熱容量、ΔTcは燃焼室壁23の温度の変化量、Hcは燃焼ガスから燃焼室壁23への熱伝達率(以下、燃焼ガス側熱伝達率という。)、Tgは燃焼ガスの温度、Tcは燃焼室壁23の温度、Hwは燃焼室壁23から冷却水への熱伝達率(以下、冷却水側熱伝達率という。)、Twは冷却水の温度である。ここで、冷却水温度Twは、電動ポンプ12作動時において冷却水温度センサ13から得られる計測値である。また、燃焼室壁23の熱容量Cc、燃焼ガス側熱伝達率Hc、および冷却水側熱伝達率Hwは夫々実験により得られる値である。さらに、冷却水側熱伝達率Hwは簡略化のため一定値とし、燃焼ガス温度Tgは200℃前後でほぼ一定としている。燃焼室壁23の熱容量Ccは、内燃機関1の熱容量としてもよい。
CcΔTc = Hc (Tg−Tc) −Hw (Tc−Tw) (1) where Cc is the heat capacity of the
この(1)式を変形後に離散化すると、以下の(2)式を得ることができる。 When this equation (1) is discretized after deformation, the following equation (2) can be obtained.
一方、本実施例においては、電動ポンプ12停止時において燃焼室壁温度とウォータジャケット4内の冷却水温度とを同時に推定する。そのモデル式を以下に示す。
On the other hand, in this embodiment, the combustion chamber wall temperature and the coolant temperature in the
CcΔTc=Hc(Tg−Tc)−Hw(Tc−Tw2)・・・(3)式
CwΔTw2=Hw(Tc−Tw2)・・・(4)式
ただし、Tw2は電動ポンプ12停止時の冷却水温度、Cwはウォータジャケット4内の冷却水の熱容量である。ここで、Cc、Cw、Hc、およびHwは夫々実験により得られる値である。また、燃焼ガス温度Tgは、機関回転数と機関負荷とから推定される値であり予め実験等により得ておき、さらにマップ化してECU14に記憶させておく。さらに、電動ポンプ12停止時にはウォータジャケット4内の冷却水量は一定であるため、Cwの値を一定とする。
CcΔTc = Hc (Tg−Tc) −Hw (Tc−Tw2) (3) Formula CwΔTw2 = Hw (Tc−Tw2) (4) where Tw2 is the cooling water temperature when the
(3)式は、電動ポンプ12停止時における燃焼ガスから燃焼室壁23への熱伝達量が
Hc(Tg−Tc)で表され、燃焼室壁23から冷却水への熱伝達量がHw(Tc−Tw2)で表されており、燃焼室壁23の熱収支がHc(Tg−Tc)−Hw(Tc−Tw2)として表されている。そして、この熱収支と燃焼室壁23の熱容量Ccとから燃焼室壁温度の変化量ΔTcを得ることができる。
In the equation (3), the heat transfer amount from the combustion gas to the
また、(4)式は、電動ポンプ12の停止時における燃焼室壁23から冷却水への熱伝達量がHw(Tc−Tw2)で表されている。そして、この熱伝達量と冷却水の熱容量Cwとからウォータジャケット4内の冷却水の温度の変化量ΔTw2を得ることができる。
In addition, in equation (4), the amount of heat transfer from the
なお、電動ポンプ12停止時には、(3)式と(4)式とが相互に影響を及ぼすため、二次元の微分方程式となる。(3)式および(4)式を変形して次の(5)式を得ることができる。
Note that, when the
また、
Also,
すなわち、(5)式は、
CΔT=A・T+B・u
で表される。この式を変形すると、
That is, equation (5) is
CΔT = A ・ T + B ・ u
It is represented by If this equation is transformed,
このように、本実施例によれば、電動ポンプ12停止時における燃焼室壁温度Tcおよび冷却水温度Tw2を同時に得ることができる。このようにして求めた燃焼室壁温度Tcおよび冷却水温度Tw2に基づいて、ECU14は内燃機関1を制御することができる。
Thus, according to this embodiment, the combustion chamber wall temperature Tc and the cooling water temperature Tw2 can be obtained simultaneously when the
本実施例においては、電動ポンプ12停止時と作動時とで燃焼室壁温度の推定モデルを変更する。
In the present embodiment, the combustion chamber wall temperature estimation model is changed between when the
すなわち、電動ポンプ12の作動時には(2)式により燃焼室壁温度を推定する。また、電動ポンプ12の停止時には(6)式により燃焼室壁温度および冷却水温度を同時に得る。
That is, when the
ここで、電動ポンプ12の作動時には、冷却水が第1循環通路6若しくは第2循環通路8を循環しているので、冷却水温度センサ13により得られる冷却水温度と、ウォータジャケット4内の冷却水温度と、の差はほとんど無い。そのため、冷却水温度センサ13により得られる値を冷却水温度Twとすることができる。このように、冷却水温度Twを推定する必要はないため、電動ポンプ12の作動時においては、(2)式によって精度よく燃焼室壁温度Tcを得ることができる。これにより、処理の簡略化も可能となる。
Here, since the cooling water circulates through the first circulation passage 6 or the
一方、電動ポンプ12の停止時には、冷却水温度センサ13により得られる冷却水温度と、ウォータジャケット4内の冷却水温度と、の差が大きくなるので、(6)式により燃焼室壁温度および冷却水温度を同時に得る。
On the other hand, when the
次に、本実施例による燃焼室壁温度の推定フローについて説明する。 Next, an estimation flow of the combustion chamber wall temperature according to the present embodiment will be described.
図3は、本実施例による燃焼室壁温度の推定フローを示したフローチャートである。本フローは、所定の時間毎に繰り返し実行される。 FIG. 3 is a flowchart showing an estimation flow of the combustion chamber wall temperature according to the present embodiment. This flow is repeatedly executed every predetermined time.
ステップS101では、電動ポンプ12が作動中であるか否か判定される。
In step S101, it is determined whether the
ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS103へ進む。 If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S103.
ステップS102では、(2)式により燃焼室壁温度が推定される。 In step S102, the combustion chamber wall temperature is estimated from equation (2).
ステップS103では、(6)式により燃焼室壁温度および冷却水温度が同時に推定される。 In step S103, the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature are simultaneously estimated by the equation (6).
このようにして、電動ポンプ12の停止時であり且つ内燃機関の運転時における燃焼室壁温度の推定精度を向上させることができる。また、電動ポンプ12停止時であり且つ内燃機関の運転時におけるウォータジャケット4内の冷却水の沸騰を抑制することが可能となる。
In this way, it is possible to improve the estimation accuracy of the combustion chamber wall temperature when the
本実施例においては、冷却水の流量および/または冷却水温度に応じて、冷却水側熱伝達率Hwを変更する。 In the present embodiment, the cooling water side heat transfer coefficient Hw is changed according to the flow rate of the cooling water and / or the cooling water temperature.
ここで、ヌセルト数Nu=h・x/k、レイノルズ数Re=u・x/ν、プラントル数Pr=ν/a=ν・ρ・Cp/kである。 Here, the Nusselt number Nu = h · x / k, the Reynolds number Re = u · x / ν, and the Prandtl number Pr = ν / a = ν · ρ · Cp / k.
ただし、hは熱伝達率、xは代表長さ、kは流体の熱伝導率、aは温度伝導率、uは主流の流速、νは流体の動粘度係数、ρは流体密度、Cpは流体比熱である。 Where h is the heat transfer coefficient, x is the representative length, k is the thermal conductivity of the fluid, a is the thermal conductivity, u is the main flow velocity, ν is the kinematic viscosity coefficient of the fluid, ρ is the fluid density, and Cp is the fluid Specific heat.
そして、円管内が乱流の際には例えばコルバーンの実験式によると、ヌセルト数Nuは、 And when the inside of the pipe is turbulent, for example, according to Colburn's empirical formula, the Nusselt number Nu is
また、熱伝達率hは熱伝導率kに依存するので、冷却水側熱伝達率Hwは冷却水の温度に依存することが分かる。 Moreover, since the heat transfer coefficient h depends on the heat conductivity k, it can be seen that the cooling water side heat transfer coefficient Hw depends on the temperature of the cooling water.
そこで、本実施例においては、冷却水の流量および/または冷却水温度に応じて、冷却水側熱伝達率Hwを変更している。冷却水の流量と冷却水側熱伝達率Hwとの関係、および冷却水温度と冷却水側熱伝達率Hwとの関係は、予め実験により求めてマップ化しECU14に記憶させておく。
Therefore, in this embodiment, the cooling water side heat transfer coefficient Hw is changed according to the flow rate of the cooling water and / or the cooling water temperature. The relationship between the flow rate of the cooling water and the cooling water side heat transfer coefficient Hw, and the relationship between the cooling water temperature and the cooling water side heat transfer coefficient Hw are obtained through experiments and mapped in advance and stored in the
ここで、図4は、冷却水の流量と冷却水側熱伝達率Hwとの関係を示した図である。なお、冷却水の流量は、予め求めておいた電動ポンプ12へ供給する電力との関係から求める。図4により、冷却水の流量に応じて冷却水側熱伝達率Hwを補正することができる。
Here, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the cooling water and the cooling water side heat transfer coefficient Hw. The flow rate of the cooling water is obtained from the relationship with the electric power supplied to the
また、図5は、冷却水温度と冷却水側熱伝達率Hwとの関係を示した図である。図5により、冷却水温度に応じて冷却水側熱伝達率Hwを補正することができる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cooling water temperature and the cooling water side heat transfer coefficient Hw. According to FIG. 5, the coolant side heat transfer coefficient Hw can be corrected according to the coolant temperature.
なお、図4および図5により、冷却水流量および冷却水温度に応じて冷却水側熱伝達率Hwを補正することができる。 4 and 5, the cooling water side heat transfer coefficient Hw can be corrected according to the cooling water flow rate and the cooling water temperature.
このようにして、本実施例においては、熱伝達率を冷却水流量および/または冷却水の温度に応じて変更することができるので、燃焼室壁温度Tcの推定精度を向上させることができる。 Thus, in this embodiment, the heat transfer coefficient can be changed according to the cooling water flow rate and / or the temperature of the cooling water, so that the estimation accuracy of the combustion chamber wall temperature Tc can be improved.
本実施例においては、内燃機関の冷間時と暖機完了後とで、燃焼ガス側熱伝達率Hc若しくは燃焼ガス温度Tgの値を変える。 In this embodiment, the value of the combustion gas side heat transfer coefficient Hc or the combustion gas temperature Tg is changed between when the internal combustion engine is cold and after the warm-up is completed.
ここで、燃焼ガス側熱伝達率Hc、燃焼ガス温度Tg、燃焼室壁温度Tcは相互に影響を与えるので、簡略化のため例えば燃焼室壁温度Tcに応じて燃焼ガス側熱伝達率Hcを
可変とする。これは、内燃機関1の冷間時には、燃焼室壁温度が低いために燃焼ガスから燃焼室壁23への熱伝達量が大きくなり、燃焼ガス温度Tgの低下が大きいことによる。
Here, since the combustion gas side heat transfer coefficient Hc, the combustion gas temperature Tg, and the combustion chamber wall temperature Tc influence each other, for example, the combustion gas side heat transfer coefficient Hc is set according to the combustion chamber wall temperature Tc for simplification. Variable. This is because, when the
ここで、図6は、本実施例に係る燃焼室壁温度Tcと燃焼ガス側熱伝達率Hcとの関係を示した図である。このように、燃焼室壁温度Tcが大きくなるほど、燃焼ガス側熱伝達率Hcを大きくする。この関係は、予め実験等により求めてマップ化しECU14に記憶させておく。
Here, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the combustion chamber wall temperature Tc and the combustion gas side heat transfer coefficient Hc according to the present embodiment. Thus, the combustion gas side heat transfer coefficient Hc is increased as the combustion chamber wall temperature Tc increases. This relationship is obtained in advance through experiments or the like, mapped, and stored in the
このようにして、全運転領域での燃焼室壁温度Tcの推定精度をより向上させることができる。 Thus, the estimation accuracy of the combustion chamber wall temperature Tc in the entire operation region can be further improved.
1 内燃機関
2 シリンダヘッド
3 シリンダブロック
4 ウォータジャケット
5 ラジエータ
6 第1循環通路
7 ヒータコア
8 第2循環通路
9 バイパス通路
10 第3循環通路
11 サーモスタット
12 電動ポンプ
13 冷却水温度センサ
14 ECU
15 アクセル開度センサ
16 クランクポジションセンサ
17 エアフローメータ
20 シリンダ
21 ピストン
22 燃焼室
23 燃焼室壁
1 Internal combustion engine 2
15
Claims (4)
前記運転状態検出手段により検出される内燃機関の運転状態から燃焼室内のガス温度を推定するガス温度推定手段と、
燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水へ与える熱量との差および燃焼室壁の熱容量から燃焼室壁温度の変化量を算出する第1の式と、燃焼室壁から冷却水が受ける熱量および冷却水の熱容量から冷却水温度の変化量を算出する第2の式と、に基づいて燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定する推定手段と、
内燃機関の冷却水を循環させ且つ冷却水の流量を変更可能なポンプと、
を備え、
前記推定手段は、燃焼室壁温度の推定方法を冷却水の流量に基づいて変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。 An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Gas temperature estimating means for estimating the gas temperature in the combustion chamber from the operating state of the internal combustion engine detected by the operating state detecting means;
A first expression for calculating the amount of change in the temperature of the combustion chamber wall from the difference between the amount of heat received by the combustion chamber wall from the combustion gas and the amount of heat given to the cooling water from the combustion chamber wall and the heat capacity of the combustion chamber wall, and cooling from the combustion chamber wall A second equation for calculating the amount of change in the coolant temperature from the amount of heat received by the water and the heat capacity of the coolant, and an estimation means for simultaneously estimating the combustion chamber wall temperature and the coolant temperature inside the internal combustion engine based on the second equation;
A pump capable of circulating the cooling water of the internal combustion engine and changing the flow rate of the cooling water;
With
The control device for an internal combustion engine, wherein the estimating means changes a method of estimating a combustion chamber wall temperature based on a flow rate of cooling water .
前記内燃機関から前記冷却水通路へ流れ出る冷却水の温度を計測する冷却水温度計測手段と、
をさらに備え、
前記推定手段は、前記ポンプの停止時には第1の式および第2の式に基づいて燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定し、前記ポンプの作動時には前記冷却水温度計測手段により計測される冷却水温度に基づいて燃焼室壁温度を推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 A cooling water passage for circulating cooling water of the internal combustion engine to the outside of the internal combustion engine;
Cooling water temperature measuring means for measuring the temperature of the cooling water flowing out from the internal combustion engine to the cooling water passage;
Further comprising
The estimating means simultaneously estimates the combustion chamber wall temperature and the cooling water temperature inside the internal combustion engine based on the first and second expressions when the pump is stopped, and the cooling water temperature measuring means when the pump is operating. 2. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the temperature of the combustion chamber wall is estimated based on the cooling water temperature measured by the control.
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