JP5310868B2 - 車両の制御装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の車両の制御装置を具体化した第1の実施の形態を、図1〜図10を参照して詳細に説明する。なお本実施の形態は、エンジン冷却水を循環させる冷却水回路に設置され、エンジン内部での冷却水の循環とその停止とを切り替えるサーモワックスタイプの切替弁を備える車両に本発明を適用したものとなっている。
同図に示すように、この冷却水回路では、電動ウォーターポンプ1の下流において冷却水通路が、エンジン3を通る第1水路2と、EGRクーラー4及びヒーターコア5を通る第2水路6と、に分岐されている。第1水路2は、エンジン3のシリンダブロック、シリンダヘッドを順に通過するように形成されている。そして第1水路2は、エンジン3の下流において切替弁8に接続されている。
図2は、暖機初期段階における冷却水回路の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁8は、閉弁されており、第3水路11を通じたエンジン冷却水の流れが遮断されている。またこのときのサーモスタット7は、その感温部に流入するエンジン冷却水の温度が低いことから、閉弁しており、ラジエーター10を通じた冷却水の流れを遮断している。そのため、このときの冷却水回路では、第2水路6を通じてのみエンジン冷却水が循環されている。ちなみに、このときのエンジン3では、その内部のエンジン冷却水の循環が停止されており、その内部においてエンジン冷却水がエンジン3の発生する熱で加温され続ける。そのため、エンジン3内部のエンジン冷却水の昇温が促進され、ひいてはエンジン3の暖機が促進されるようになる。
上記のようなサーモワックスの推定温度に基づくヒーター9の加熱制御を行う場合、ヒーター9によるサーモワックスの過加熱を好適に回避するため、本実施の形態では、切替弁8の全開要求時の目標ワックス温度を、同切替弁8が全開となるときのサーモワックスの温度か、それよりも若干低い温度に設定するようにしている。
ヒーター9への通電は行わなければ、切替弁8は、全閉状態に維持される。ただし、切替弁8の全閉時にあっても、シリンダヘッド内のエンジン冷却水の沸騰が生じるような場合には、緊急的に切替弁8を開弁して、エンジン内のエンジン冷却水の循環を開始して沸騰を回避する必要がある。そこで本実施の形態では、このような場合の切替弁8の開弁応答性を確保するため、電子制御ユニット12は、切替弁8の全閉時における目標ワックス温度を、切替弁8の開弁が開始されるときのサーモワックスの温度直前の値に設定するようにしている。すなわち、サーモワックスの予熱を行っておくことで、切替弁8を速やかに開弁可能な状態で待機させておくようにしている。なお、程度に拘わらず、サーモワックスの予熱を行っておけば、予熱を全く行わない場合に比して閉弁から開弁への切替弁8の作動の応答性は向上されるようになる。したがって、受熱量が「0」よりも大きくなり、且つ切替弁の開弁開始温度よりも低い値に切替弁の閉弁時の目標値を設定しさえすれば、閉弁から開弁への切替弁8の作動の応答性は向上される。
切替弁8が急峻に開弁されると、水温センサー13の周囲のエンジン冷却水の温度が急激に変ってしまい、エンジン水温の検知結果に基づく各種のエンジン制御に支障を来す虞がある。そうした場合にも、切替弁8が微小開度となるサーモワックスの温度に目標ワックス温度を一定期間保持した後、切替弁8が全開となるときのサーモワックスの温度に目標ワックス温度を設定するようにすれば、切替弁8が徐々に開弁されるようになり、急激なエンジン水温センサー値の変化を防止することができるようになる。
T_x=T_x(前回値)+(P−P_xw)/M_xs …(1)
なお、式(1)のPは、ヒーター9の投入熱量、P_xwは、サーモワックスからエンジン冷却水への熱の移動量、M_xsは、サーモワックスの固体熱容量となっている。
T_x=T_x(前回値)+(P−P_xw)/M_xsl …(2)
なお、式(2)のM_xslは、サーモワックスの固液共存熱容量である。
T_x=T_x(前回値)+(P−P_xw)/M_xl …(3)
なお、式(3)のM_xlは、サーモワックスの液体熱容量である。
(1)本実施の形態では、サーモワックスを加熱するヒーター9を有するとともに、サーモワックスの融解、凝固により開閉するサーモワックスタイプの切替弁8を備える車両において電子制御ユニット12は、サーモワックスの相転移に伴う熱容量の変化を加味してヒーター9の加熱状態を制御するようにしている。より具体的には、電子制御ユニット12は、
・サーモワックスの温度の目標値である目標ワックス温度を設定すること。
・ヒーター9からサーモワックスに伝えられる熱量(投入熱量P)と、サーモワックスから切替弁8の周囲のエンジン冷却水に放熱される熱量P_xwとに基づいてサーモワックスの受熱量を算出し、その受熱量とサーモワックスの熱容量とに基づいてサーモワックスの温度(推定温度T_x)を推定すること。
・サーモワックスの推定温度T_xが目標ワックス温度となるようにヒーター9を制御すること。
・サーモワックスの相転移点を跨いだ同サーモワックスの推定温度T_xの変化に応じて、推定温度T_xの算出に用いる熱容量の値を変更すること。
を行うようにしている。上記のようなサーモワックスタイプの切替弁8におけるサーモワックスの受熱量は、ヒーター9からサーモワックスに伝えられる熱量(投入熱量P)から、サーモワックスから切替弁の周囲の流体に放熱される熱量(P_xw)を除算した値(P−P_xw)として求めることができる。こうしたサーモワックスの受熱量をその熱容量で除算すれば、サーモワックスの温度変化量を求めることができ、その結果からサーモワックスの温度を求めることが可能となる。一方、サーモワックスタイプの切替弁8の開閉には、固体相から固液共存相、液相間のサーモワックスの相転移を伴い、その相転移に応じてサーモワックスの熱容量が変化する。その点、本実施の形態では、サーモワックスの相転移点を跨いだ同サーモワックスの推定温度T_xの変化に応じて熱容量の値を変更するようにしており、サーモワックスの相転移に合せて適切な熱容量を用いてサーモワックスの温度の推定を行うことができる。したがって、本実施の形態の車両の制御装置によれば、サーモワックス温度を正確に把握して、サーモワックスを加熱することによって作動する切替弁の制御を好適に行うことができるようになる。
続いて、本発明の車両の制御装置を具体化した第2の実施の形態を、図11及び図12を併せ参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態は、目標ワックス温度の設定態様を変更したものであり、他の部分は、第1の実施の形態と共通する。
続いて、本発明の車両の制御装置を具体化した第2の実施の形態を、図13及び図14を併せ参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態は、サーモワックスの熱容量の修正学習を行う点を除いては、上記実施の形態と共通したものとなっている。
上述したように、本実施の形態の適用される車両の冷却水回路の第1水路2は、エンジン3のシリンダブロックと経た後、シリンダヘッドを通過するように形成されている。また水温センサー13は、シリンダヘッドの冷却水出口の近傍に配置されている。こうした場合、全閉状態にあった切替弁8が開かれてエンジン3内のエンジン冷却水の循環が開始されると、水温センサー13の設置位置には、まずシリンダヘッドにあったエンジン冷却水が通過するようになる。そして続いて水温センサー13の設置位置には、シリンダブロックにあったエンジン冷却水が通過するようになる。
T_x=T_x0+∫(P−P_xw)dt/M_xs …(4)
ここでのT_x0は、サーモワックスの初期温度、Pはヒーター9の投入熱量、P_xwはサーモワックスからエンジン冷却水に移動する熱量、M_xsはサーモワックスの固体熱容量である。
切替弁開弁開始温度=T_x0+∫(P−P_xw)dt/M_xs’ …(5)
そこで、上式(5)を満すような値M_xs’にサーモワックスの固体熱容量を修正すれば、正確なサーモワックス温度の推定が可能となる。
なお、こうした本実施の形態では、電子制御ユニット12が、切替弁8の開弁を検知する検知部と、切替弁8の開弁を検知したときのサーモワックスの推定温度T_xと、切替弁8が実際に開弁するサーモワックスの温度との偏差に応じて熱容量を修正する修正部としての処理を実施する構成となっている。
・上記実施の形態では、サーモワックスからエンジン冷却水に移動する熱量P_xwの算出に使用するエンジン冷却水の水温T_wとして、水温センサー13のセンサー値を用いるようにしている。ただし、切替弁8と水温センサー13とが離れた場所に配置され、エンジン3内のエンジン冷却水の循環を停止している場合には、水温センサー13のセンサー値と切替弁8周囲のエンジン冷却水の温度とが乖離していることがある。そうした場合、エンジン3の積算燃料量gaにある係数K1を乗じた値が、エンジン3の熱による切替弁8周囲のエンジン冷却水の温度上昇代として、次式(6)にて切替弁8周囲の水温を算出することができる。
T_w=T_w0+K1×∫ga dt …(6)
なお式(6)におけるT_w0は、初期水温、すなわちエンジン始動開始時の水温センサー値を示している。また積算燃料量gaにある係数K2を乗じた値が、水温センサー値と切替弁8周囲のエンジン冷却水温度との乖離分に相当するとして、次式(7)にて切替弁8周囲の水温を算出することもできる。
T_w=Thw+K2×∫ga dt …(7)
なお式(7)においてThwは、水温センサー値を示している。
・切替弁8のサーモワックスを加熱する加熱部としては、熱線式ヒーターやPTCヒーター、ヒートポンプなど、任意の加熱装置を用いることができる。
Claims (11)
- サーモワックスを加熱する加熱部を有するとともに、前記サーモワックスの融解、凝固により開閉するサーモワックスタイプの切替弁を備える車両の制御装置において、
前記サーモワックスの温度の目標値を設定する目標値設定部と、
前記加熱部から前記サーモワックスに伝えられる熱量と、前記サーモワックスから前記切替弁の周囲の流体に放熱される熱量とに基づいて前記サーモワックスの受熱量を算出し、その受熱量と前記サーモワックスの熱容量とに基づいて前記サーモワックスの温度を推定するワックス温度推定部と、
その推定した前記サーモワックスの温度が前記目標値となるように前記加熱部を制御する制御部とを備え、
前記ワックス温度推定部が、前記サーモワックスの相転移点を跨いだ同サーモワックスの推定温度の変化に応じて前記熱容量の値を変更する
車両の制御装置。 - 前記目標値設定部は、前記切替弁の開弁要求時の前記目標値を、同切替弁が全開となるときの前記サーモワックスの温度以下の温度に設定する
請求項1に記載の車両の制御装置。 - 前記目標値設定部は、開弁速度の抑制が要求されるときの前記切替弁の開弁時には、前記切替弁が微小開度となる前記サーモワックスの温度に前記目標値を一定期間保持した後、前記切替弁が全開となるときの前記サーモワックスの温度に前記目標値を設定する
請求項1又は2に記載の車両の制御装置。 - 前記目標値設定部は、前記切替弁の閉弁時の前記目標値を、前記サーモワックスの受熱量が「0」よりも大きくなり、且つ前記切替弁の開弁開始温度よりも低い値に設定する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記目標値設定部は、前記切替弁の閉弁時の前記目標値を、前記切替弁の開弁が開始されるときの前記サーモワックスの温度直前の値に設定する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記切替弁の開度を同一の目標開度とするときにも、前記切替弁の開度を開弁側に変更して前記目標開度とするときと、同切替弁の開度を閉弁側に変更して前記目標開度とするときとでは、前記目標値を異ならせる
請求項1〜5のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記切替弁の開弁を検知する検知部と、
前記切替弁の開弁を検知したときの前記サーモワックスの推定温度と、前記切替弁が実際に開弁する前記サーモワックスの温度との偏差に応じて前記熱容量を修正する修正部と、
を備える請求項1〜6のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記制御部は、前記サーモワックスの推定温度が前記目標値よりも低いときに、前記加熱部による前記サーモワックスの加熱を行い、そうでないときには、その加熱を停止する
請求項1〜7のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記熱容量は、前記切替弁のケースと前記サーモワックスとを合せたものの熱容量として求められる
請求項1〜8のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記切替弁は、エンジン冷却水を循環する冷却水回路に設けられる
請求項1〜9のいずれか1項に記載の車両の制御装置。 - 前記切替弁は、エンジン内部での冷却水の循環とその停止とを切り替える
請求項10に記載の車両の制御装置。
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