JP5569374B2

JP5569374B2 - 内燃機関装置および自動車

Info

Publication number: JP5569374B2
Application number: JP2010271790A
Authority: JP
Inventors: 孝鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: JP2012122356A

Description

本発明は、内燃機関装置および自動車に関し、詳しくは、内燃機関と、内燃機関を冷却する冷却液を用いた冷却を行なう冷却部と開度調節が可能なバルブとを有し内燃機関からの排気を冷却部により冷却すると共にバルブの開度調節により排気の流量を調整して内燃機関の吸気系に再循環させる排気再循環装置と、を備える内燃機関装置およびこうした内燃機関装置を搭載する自動車に関する。

従来、この種の内燃機関装置としては、エンジンと、エンジンからの排気をエンジンの冷却水を用いるＥＧＲクーラにより冷却してからエンジンの吸気マニホルドに再循環させる排ガス再循環装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排ガス再循環装置では、エンジンの冷却水をＥＧＲクーラに供給する冷媒供給管に冷媒バルブを設け、この冷媒バルブの開度を制御することによりＥＧＲクーラにおける排気の過冷却を防止するものとしている。

特開２００２−１４７２９２号公報

しかしながら、上述の内燃機関装置では、ＥＧＲクーラにおける排気の過冷却を防止することができたとしても、ＥＧＲクーラでの排気から冷却水への放熱によりエンジンの冷却水が過熱するおそれがある。このため、冷却水の高温時には、排気の吸気マニホルドへの再循環を停止したり制限したりすることも考えられるが、再循環される排気量が低下するため、排気に含まれる未燃焼の燃料の燃焼が進まず、エンジンの運転効率が低下してしまう。

本発明の内燃機関装置および自動車は、冷却液の温度上昇の抑制と内燃機関の運転効率の向上との両立を図ることを主目的とする。

本発明の内燃機関装置および自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
内燃機関と、前記内燃機関を冷却する冷却液を用いた冷却を行なう冷却部と開度調節が可能なバルブとを有し前記内燃機関からの排気を前記冷却部により冷却すると共に前記バルブの開度調節により該排気の流量を調整して前記内燃機関の吸気系に再循環させる排気再循環装置と、を備える内燃機関装置であって、
前記冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段と、
前記検出された冷却液の温度が予め定められた温度閾値以上のとき、前記内燃機関から出力されていると推定される推定出力パワーが予め定められたパワー閾値以上のときには前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値未満のときに前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される前記バルブの開度の目標値である目標開度よりも前記バルブの開度を小さくした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御し、前記推定出力パワーが前記パワー閾値未満のときには前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関装置では、内燃機関を冷却する冷却液の温度が予め定められた温度閾値以上のときに、内燃機関から出力されていると推定される推定出力パワーが予め定められたパワー閾値以上のときには、冷却液の温度が温度閾値未満のときに内燃機関の運転状態に基づいて設定されるバルブの開度の目標値である目標開度よりもバルブの開度を小さくした状態で内燃機関が運転されるよう内燃機関と排気再循環装置とを制御する。これにより、冷却液の温度が温度閾値以上のときに内燃機関から比較的高いパワーが出力されているときには、冷却液の温度が温度閾値未満のときよりも再循環される排気の流量が抑制されて排気再循環装置の冷却部での排気から冷却液への放熱を抑制することができ、冷却液の温度上昇を抑制することができる。また、内燃機関を冷却する冷却液の温度が温度閾値以上のときに、推定出力パワーがパワー閾値未満のときには、バルブの開度を目標開度とした状態で内燃機関が運転されるよう内燃機関と排気再循環装置とを制御する。これにより、冷却液の温度が温度閾値以上のときに内燃機関から比較的低いパワーが出力されているときには、冷却液の温度が温度閾値未満のときと同様に排気を吸気系に再循環させることができ、冷却液の温度が温度閾値以上のときには排気の吸気系への再循環を一律に停止するものや冷却液の温度が温度閾値未満のときよりも制限するものに比して内燃機関の運転効率を向上させることができる。この結果、冷却液の温度上昇の抑制と内燃機関の運転効率の向上との両立を図ることができる。ここで、前記温度閾値は、前記冷却液の温度上昇を抑制すべき温度範囲の下限値として予め定められた閾値である、ものとすることもできる。

こうした本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値以上のときに前記推定出力パワーが前記パワー閾値以上のときには、前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、冷却液の過熱をより確実に抑制することができる。

この冷却液の温度が温度閾値以上のときに推定出力パワーがパワー閾値以上のときには排気再循環装置のバルブを閉じた状態とする態様の本発明の内燃機関装置において、前記パワー閾値は、前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する排気再循環用制御を実行したときよりも前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する非排気再循環用制御を実行したときの方が前記冷却液の温度上昇が抑制される傾向があるパワー範囲の下限値として予め定められた閾値である、ものとすることもできるし、前記パワー閾値は、前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する非排気再循環用制御を実行したときの前記内燃機関から前記冷却液への単位時間あたりの放熱量から、前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する排気再循環用制御を実行したときの前記内燃機関から前記冷却液への単位時間あたりの放熱量を減じて得られる差分放熱量が、前記排気再循環用制御を実行したときの前記排気再循環装置の冷却部での排気から前記冷却液への単位時間あたりの放熱量よりも小さくなる傾向があるパワー範囲の下限値として予め定められた閾値である、ものとすることもできる。こうすれば、冷却液の温度が温度閾値以上のときに推定出力パワーがパワー閾値未満のときには、排気再循環用制御を実行した方が冷却液の温度上昇が抑制されやすくなるものとなるから、このときに排気を吸気系に再循環させることにより、内燃機関の運転効率を向上させることに加えて冷却液の温度上昇を抑制することができる。

また、本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値未満のときには、前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、冷却液の温度が温度閾値未満のときに内燃機関の運転効率を向上させることができる。

さらに、本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記内燃機関を運転する際には前記内燃機関から該内燃機関に要求される要求パワーが出力されるよう該内燃機関を制御する手段である、ものとすることもできる。

本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置、即ち、基本的には、内燃機関と、前記内燃機関を冷却する冷却液を用いた冷却を行なう冷却部と開度調節が可能なバルブとを有し前記内燃機関からの排気を前記冷却部により冷却すると共に前記バルブの開度調節により該排気の流量を調整して前記内燃機関の吸気系に再循環させる排気再循環装置と、を備える内燃機関装置であって、
前記冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段と、
前記検出された冷却液の温度が予め定められた温度閾値以上のとき、前記内燃機関から出力されていると推定される推定出力パワーが予め定められたパワー閾値以上のときには前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値未満のときに前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される前記バルブの開度の目標値である目標開度よりも前記バルブの開度を小さくした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御し、前記推定出力パワーが前記パワー閾値未満のときには前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する制御手段と、を備える内燃機関装置を搭載し、前記内燃機関からの動力を用いて走行することを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を搭載するから、本発明の内燃機関装置が奏する効果、例えば、冷却液の過熱の抑制と内燃機関の運転効率の向上との両立を図ることができる効果などと同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。エンジンＥＣＵ２４により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。実施例のエンジン２２の出力パワーとＥＧＲの実行の有無とエンジン２２の冷却水への単位時間あたりの放熱量との関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力すると共にエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量制御などを行なうエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにデファレンシャルギヤ６２を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、バッテリ５０の端子間電圧や充放電電流，電池温度などを用いてバッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰやアクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジション，車速センサ８８からの車速Ｖなどを入力すると共にエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）を有する浄化装置１３４を介して外気へ排出されると共に排気を吸気に環流する排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム」という）１６０を介して吸気側に供給される。ＥＧＲシステム１６０は、浄化装置１３４の後段に接続されて排気を吸気側のサージタンクに供給するためのＥＧＲ管１６２と、ＥＧＲ管１６２に配置されエンジン２２を冷却する冷却水との熱交換により排気を冷却するＥＧＲクーラ１６４と、ＥＧＲ管１６２に配置されステッピングモータ１６５により駆動されるＥＧＲバルブ１６６とを備え、不燃焼ガスとしての排気の一部を、ＥＧＲクーラ１６４により冷却すると共にＥＧＲバルブ１６４の開度の調節により流量を調整して吸気側に供給する。ＥＧＲクーラ１６４による冷却を行なうのは、エンジン２２の燃焼温度を低下させてノッキングの発生を抑制したり、吸気側に供給される排気の質量流量を増加させるためなどの理由に基づく。エンジン２２は、こうして空気と排気とガソリンとの混合気を燃焼室に吸引することができるようになっている。以下、エンジン２２の排気を吸気側に供給することをＥＧＲといい、吸気側に供給される排気の量をＥＧＲ量Ｖｅという。

エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度Ｔａ，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ１５８からの吸気圧Ｐｉｎ，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２，シリンダブロックに取り付けられてノッキングの発生に伴って生じる振動を検出するノックセンサ１５９からのノック信号Ｋｓ，ＥＧＲバルブ１６６の開度を検出するＥＧＲバルブ開度センサ１６７からのＥＧＲバルブ開度ＥＶなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，ＥＧＲバルブ１６６の開度を調節するステッピングモータ１６５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、エアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて体積効率（エンジン２２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算したり、エアフローメータ１４８からの吸入空気量ＱａとＥＧＲバルブ開度センサ１６７からのＥＧＲバルブ開度ＥＶとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいてＥＧＲ量Ｖｅとエンジン２２の吸入空気量Ｑａとの和に対するＥＧＲ量Ｖｅの比率としてのＥＧＲ率Ｒｅを演算したりしている。実施例の内燃機関装置のハード構成としては、主としてエンジン２２，ＥＧＲシステム１６０，水温センサ１４２，エンジンＥＣＵ２４が該当する。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３２に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸３２に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３２に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸３２に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力を駆動軸３２に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードは、いずれもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動軸３２に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。

エンジン運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、図３に例示するように、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖなどのデータを入力し（ステップＳ１００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて図４に例示するマップを用いて駆動軸３２に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定すると共に、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３２の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に換算係数を乗じて得られる回転数や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて得られる走行用パワーにバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されるバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を加えることによりエンジン２２から出力すべきパワーとしての要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１１０）、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し（ステップＳ１２０）、バッテリ５０を充放電してもよい最大電力としてバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）や電池温度により設定される入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に（ステップＳ１３０）、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３２に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１４０）、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてエンジンＥＣＵ２４に送信しトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１５０）。そして、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とにより示される運転ポイントでエンジン２２が運転されるようエンジン２２の制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にＥＧＲの実行を伴ってエンジン２２を運転する際の動作について説明する。図５はエンジンＥＣＵ２４により実行される運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２を運転するときに繰り返し実行される。

運転制御ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、まず、水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗやエンジン２２の回転数Ｎｅ，体積効率ＫＬ，目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊など制御に必要なデータを入力し（ステップＳ２００）、入力したエンジン２２の冷却水温Ｔｗを水温閾値Ｔｗｒｅｆと比較する処理を実行する（ステップＳ２１０）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいて演算されたものを入力し、体積効率ＫＬは、エアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて演算されたものを入力するものとした。また、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、前述の駆動制御ルーチンにより設定されたものをハイブリッド用電子制御ユニット７０から通信により入力するものとした。さらに、水温閾値Ｔｗｒｅｆは、実施例では、エンジン２２の冷却水の温度上昇を抑制すべき温度範囲の下限値として、冷却水と外気との熱交換を行なう図示しないラジエータの冷却能力やエンジン２２の特性，冷却水の特性などに基づいて予め実験などにより定められたもの（例えば、１００℃や１１０℃など）を用いるものとした。

エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには、エンジン２２の冷却水が過熱するおそれはないと判断し、エンジン２２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとに基づいてＥＧＲバルブ１６６の開度の目標値である目標開度ＥＶ＊（値０より大きい開度）を設定し（ステップＳ２６０）、ＥＧＲバルブ１６６の開度が設定した目標開度ＥＶ＊になるようにステッピングモータ１６５を駆動すると共にエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる目標運転ポイントで運転されるようにエンジン２２の制御（具体的には、スロットルバルブ１２４の開度を制御する吸入空気量制御や、燃料噴射弁１２６からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御，点火プラグ１３０の点火時期を制御する点火制御など）を行なって（ステップＳ２７０）、運転制御ルーチンを終了する。ここで、ＥＧＲバルブ１６６の目標開度ＥＶ＊は、実施例では、エンジン２２を効率よく運転する（エンジン２２の燃料消費率が高くなる）エンジン２２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬと目標開度ＥＶ＊との関係を予め実験や解析により定めて目標開度設定用マップとしてＲＯＭ２４ｂに記憶しておき、エンジン２２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとが与えられると記憶したマップから対応する目標開度ＥＶ＊を導出して設定するものとした。こうした制御により、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには、ＥＧＲの実行を伴ってエンジン２２を効率よく運転しながらエンジン２２から要求パワーＰｅ＊に相当するパワーを出力することができる。以下、こうしてＥＧＲを実行しながらエンジン２２が目標運転ポイントで運転されるようエンジン２２とＥＧＲバルブ１６６とを制御することを、ＥＧＲ実行用制御という。

エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときには、エンジン２２の冷却水が過熱するおそれがあると判断し、エンジン２２から出力されていると推定されるトルクである推定出力トルクＴｅｅｓｔを設定すると共に（ステップＳ２２０）、設定した推定出力トルクＴｅｅｓｔにエンジン２２の回転数Ｎｅを乗じたものをエンジン２２から出力されていると推定されるパワーである推定出力パワーＰｅｅｓｔとして演算する（ステップＳ２３０）。ここで、エンジン２２の推定出力トルクＴｅｅｓｔとしては、前回このルーチンを実行したときに入力したエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定したり、前回このルーチンを実行したときに入力したエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を用いた回転数フィードバック制御により駆動制御ルーチンで設定されたモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と、プラネタリギヤ３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数をリングギヤの歯数で除した値）とを用いて次式（１）により演算されたものを設定したりすることができる。

Teest=-(1+ρ)・前回Tm1*/ρ (1)

こうしてエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔを演算すると、演算した推定出力パワーＰｅｅｓｔと、ＥＧＲを実行するよりもＥＧＲを実行しない方が冷却水の温度上昇が抑制されるパワー範囲の下限値として予め定められたパワー閾値Ｐｅｒｅｆとを比較し（ステップＳ２４０）、推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときには、エンジン２２の冷却水の過熱を抑制するためにＥＧＲを実行しないと判断して、ＥＧＲバルブ１６６の目標開度ＥＶ＊に値０を設定し（ステップＳ２５０）、推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満のときには、ＥＧＲを実行すると判断して、ＥＧＲバルブ１６６の目標開度ＥＶ＊をエンジン２２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとに基づいて設定し（ステップＳ２６０）、ＥＧＲバルブ１６６の開度が設定した目標開度ＥＶ＊になるようにステッピングモータ１６５を駆動すると共にエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる目標運転ポイントで運転されるようにエンジン２２の制御を行なって（ステップＳ２７０）、運転制御ルーチンを終了する。以下、ＥＧＲを実行せずにエンジン２２が目標運転ポイントで運転されるようエンジン２２とＥＧＲバルブ１６６とを制御することを、非ＥＧＲ実行用制御という。

ここで、パワー閾値Ｐｅｒｅｆについて更に説明する。図６は、実施例のエンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満の所定水温のときのエンジン２２の出力パワーとＥＧＲの実行の有無とエンジン２２の冷却水への単位時間あたりの放熱量との関係の一例を示す説明図である。図示するように、ＥＧＲの実行の有無に関係なく、エンジン２２の出力パワーＰｅが値Ｐｅ１，Ｐｅ２，Ｐｅ３の順に大きくなるほどエンジン２２の冷却水への単位時間あたりの放熱量は大きくなる傾向がある。図中、各パワーＰｅに対して左側に示すように、非ＥＧＲ実行用制御を行なったときの冷却水への単位時間あたりの放熱量は、エンジン２２から冷却水への放熱による熱損失Ｑｏｆｆ（右下がり斜線部分）と考えることができる。また、各パワーＰｅに対して右側に示すように、ＥＧＲ実行用制御を行なったときの冷却水への単位時間あたりの放熱量は、エンジン２２から冷却水への放熱による熱損失Ｑｏｎ（左下がり斜線部分）とＥＧＲクーラ１６４から冷却水への放熱による熱損失Ｑｗ２との和と考えることができる。ここで、ＥＧＲを実行しないときの熱損失ＱｏｆｆからＥＧＲを実行したときの熱損失Ｑｏｎを減じて得られる差分熱損失ΔＱｗ１に着目すると、この差分熱損失ΔＱｗ１（＝Ｑｆｆ−Ｑｏｎ）は、ＥＧＲを実行しないときに対して、ＥＧＲの実行に伴う主にエンジン２２の燃焼温度の低下により熱損失が低下する程度（エンジン２２の運転効率の向上により熱損失が低下する程度）を示すものであるが、エンジン２２の出力パワーＰｅが大きいほど大きくなる。また、ＥＧＲクーラ１６４での熱損失Ｑｗ２は、ＥＧＲを実行しないときに対して、ＥＧＲの実行に伴うＥＧＲクーラ１６４での熱損失が上昇する程度を示すものであるが、同様にエンジン２２の出力パワーＰｅが大きいほど大きくなる。そして、エンジン２２での差分熱損失ΔＱｗ１とＥＧＲクーラ１６４での熱損失Ｑｗ２を比較すると、エンジン２２の出力パワーＰｅが比較的小さい値Ｐｅ１，Ｐｅ２のときには差分熱損失ΔＱｗ１の方が熱損失Ｑｗ２よりも大きく、エンジン２２の出力パワーＰｅが比較的大きい値Ｐｅ３のときには熱損失Ｑｗ２の方が差分熱損失ΔＱｗ１よりも大きい。これは、エンジン２２の出力パワーＰｅが比較的小さいときには、ＥＧＲを実行することによるエンジン２２の燃焼温度の低下等による熱損失の減少の程度が、ＥＧＲを実行することによるＥＧＲクーラ１６４での熱損失の増加の程度よりも大きくなるためと考えられる。したがって、実施例では、こうしてＥＧＲを実行することによるエンジン２２における熱損失の低下の程度とＥＧＲクーラ１６４における熱損失の上昇の程度とを比較考量して、パワー閾値Ｐｅｒｅｆを、ＥＧＲ実行用制御を行なったときよりも非ＥＧＲ実行用制御を行なったときの方が冷却水への放熱が抑制されて冷却水の温度上昇が抑制されるパワー範囲の下限値として、エンジン２２やＥＧＲクーラ１６４，冷却水の特性などに基づいて予め実験や解析により定めたもの（例えば、１０ｋＷや２０ｋＷ，３０ｋＷなど）を用いるものとした。このように、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときには、非ＥＧＲ実行用制御を行なうから、エンジン２２の冷却水の過熱を抑制することができる。また、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満のときには、ＥＧＲ実行用制御を行なうから、エンジン２２の運転効率を向上させると共にエンジン２２の冷却水の過熱を抑制することができる。この結果、エンジン２２本体が過熱したりエンジン２２周辺の部品が過熱したりするのを抑制することができ、冷却水と外気との熱交換を行なうラジエータを大型化するなどラジエータの冷却能力を増大させることなく車載機器や車載部品の保護を図ることができる。

以上説明した実施例の内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときには、ＥＧＲバルブ１６６の開度を値０とした状態でエンジン２２が運転されるようエンジン２２とＥＧＲシステム１６０のＥＧＲバルブ１６６を制御するから、エンジン２２の冷却水の温度上昇を抑制することができる。また、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満のときには、ＥＧＲバルブ１６６の開度をエンジン２２の運転状態に基づく目標開度ＥＶ＊とした状態でエンジン２２が運転されるようエンジン２２とＥＧＲシステム１６０のＥＧＲバルブ１６６を制御するから、エンジン２２の運転効率を向上させると共にエンジン２２の冷却水の温度上昇を抑制することができる。この結果、エンジン２２の冷却水の温度上昇の抑制とエンジン２２の運転効率の向上との両立を図ることができる。

実施例の内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときには、ＥＧＲバルブ１６６の開度を値０としてＥＧＲを実行しないものとしたが、ＥＧＲバルブ１６６の開度が冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときに設定される目標開度ＥＶ＊よりも小さくなる範囲内でＥＧＲバルブ１６６を僅かに開くなどしてＥＧＲを実行するものとしてもよい。

実施例の内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０では、パワー閾値Ｐｅｒｅｆを、ＥＧＲ実行用制御を行なったときよりも非ＥＧＲ実行用制御を行なったときの方がエンジン２２の冷却水の温度上昇が抑制されるパワー範囲の下限値として予め実験や解析により定めたものを用いるものとしたが、エンジン２２での差分熱損失ΔＱｗ１がＥＧＲクーラ１６４での熱損失Ｑｗ２よりも小さくなるパワー範囲の下限値として予め実験や解析により定めたものを用いるものとしてもよい。

実施例の内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときに、エンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満のときには冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときに用いる目標開度設定用マップと同じマップを用いてＥＧＲバルブ１６６の目標開度ＥＶ＊を設定し、エンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときにはＥＧＲバルブ１６６の目標開度ＥＶ＊に値０を設定するものとしたが、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときには、冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときに用いる目標開度設定用マップとは異なるマップを用いて目標開度ＥＶ＊を設定するものとしてもよい。即ち、エンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満の範囲に相当する範囲では冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときに用いる目標開度設定用マップと同じ目標開度ＥＶ＊が設定され、推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上の範囲に相当する範囲では目標開度ＥＶ＊に値０が設定されるようにエンジン２２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとの関係を予め定めたマップを用いるものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、例えばエンジンからの動力を変速機を介して駆動輪側に出力して走行する自動車などのハイブリッド自動車以外の自動車や、こうした自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される内燃機関装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた内燃機関装置の形態としても構わない。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、ＥＧＲシステム１６０が「排気再循環装置」に相当し、水温センサ１４２が「冷却液温度検出手段」に相当し、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときには非ＥＧＲ実行用制御を行ない、冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときに推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満のときにはＥＧＲ実行用制御を行なう図５の運転制御ルーチンを実行するエンジンＥＣＵ２４が「制御手段」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「排気再循環装置」としては、ＥＧＲクーラ１６４やＥＧＲバルブ１６６を備えるＥＧＲシステム１６０に限定されるものではなく、内燃機関を冷却する冷却液を用いた冷却を行なう冷却部と開度調節が可能なバルブとを有し内燃機関からの排気を冷却部により冷却すると共にバルブの開度調節により排気の流量を調整して内燃機関の吸気系に再循環させるものであれば如何なるものとしても構わない。「冷却液温度検出手段」としては、水温センサ１４２に限定されるものではなく、冷却液の温度を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときにエンジン２２の推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ以上のときには非ＥＧＲ実行用制御を行ない、冷却水温Ｔｗが水温閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときに推定出力パワーＰｅｅｓｔがパワー閾値Ｐｅｒｅｆ未満のときにはＥＧＲ実行用制御を行なうものに限定されるものではなく、検出された冷却液の温度が予め定められた温度閾値以上のとき、内燃機関から出力されていると推定される推定出力パワーが予め定められたパワー閾値以上のときには検出された冷却液の温度が温度閾値未満のときに内燃機関の運転状態に基づいて設定されるバルブの開度の目標値である目標開度よりもバルブの開度を小さくした状態で内燃機関が運転されるよう内燃機関と排気再循環装置とを制御し、推定出力パワーがパワー閾値未満のときにはバルブの開度を目標開度とした状態で内燃機関が運転されるよう内燃機関と排気再循環装置とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関装置や自動車の製造産業に利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａＣＰＵ、２４ｂＲＯＭ、２４ｃＲＡＭ、２６クランクシャフト、３０プラネタリギヤ、３２駆動軸、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、５０バッテリ、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、６４ａ，６４ｂ車輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、１２２エアクリーナ、１２４スロットルバルブ、１２６燃料噴射弁、１２８吸気バルブ、１３０点火プラグ、１３２ピストン、１３４浄化装置、１３５ａ空燃比センサ、１３５ｂ酸素センサ、１３６，スロットルモータ、１３８イグニッションコイル、１４０クランクポジションセンサ、１４２水温センサ、１４４カムポジションセンサ、１４６スロットルバルブポジションセンサ、１４８エアフローメータ、１４９温度センサ、１５０可変バルブタイミング機構、１５９ノックセンサ、１６０ＥＧＲシステム、１６２ＥＧＲ管、１６４ＥＧＲクーラ、１６５ステッピングモータ、１６６ＥＧＲバルブ、１６７ＥＧＲバルブ開度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、前記内燃機関を冷却する冷却液を用いた冷却を行なう冷却部と開度調節が可能なバルブとを有し前記内燃機関からの排気を前記冷却部により冷却すると共に前記バルブの開度調節により該排気の流量を調整して前記内燃機関の吸気系に再循環させる排気再循環装置と、を備える内燃機関装置であって、
前記冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段と、
前記検出された冷却液の温度が予め定められた温度閾値以上のとき、前記内燃機関から出力されていると推定される推定出力パワーが予め定められたパワー閾値以上のときには前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値未満のときに前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される前記バルブの開度の目標値である目標開度よりも前記バルブの開度を小さくした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御し、前記推定出力パワーが前記パワー閾値未満のときには前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値以上のときに前記推定出力パワーが前記パワー閾値以上のときには、前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する手段であり、
前記パワー閾値は、前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する排気再循環用制御を実行したときよりも前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する非排気再循環用制御を実行したときの方が前記冷却液の温度上昇が抑制される傾向があるパワー範囲の下限値として予め定められた閾値である、
内燃機関装置。
内燃機関と、前記内燃機関を冷却する冷却液を用いた冷却を行なう冷却部と開度調節が可能なバルブとを有し前記内燃機関からの排気を前記冷却部により冷却すると共に前記バルブの開度調節により該排気の流量を調整して前記内燃機関の吸気系に再循環させる排気再循環装置と、を備える内燃機関装置であって、
前記冷却液の温度を検出する冷却液温度検出手段と、
前記検出された冷却液の温度が予め定められた温度閾値以上のとき、前記内燃機関から出力されていると推定される推定出力パワーが予め定められたパワー閾値以上のときには前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値未満のときに前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される前記バルブの開度の目標値である目標開度よりも前記バルブの開度を小さくした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御し、前記推定出力パワーが前記パワー閾値未満のときには前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記検出された冷却液の温度が前記温度閾値以上のときに前記推定出力パワーが前記パワー閾値以上のときには、前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する手段であり、
前記パワー閾値は、前記バルブを閉じた状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する非排気再循環用制御を実行したときの前記内燃機関から前記冷却液への単位時間あたりの放熱量から、前記バルブの開度を前記目標開度とした状態で前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記排気再循環装置とを制御する排気再循環用制御を実行したときの前記内燃機関から前記冷却液への単位時間あたりの放熱量を減じて得られる差分放熱量が、前記排気再循環用制御を実行したときの前記排気再循環装置の冷却部での排気から前記冷却液への単位時間あたりの放熱量よりも小さくなる傾向があるパワー範囲の下限値として予め定められた閾値である、
内燃機関装置。
請求項１または２記載の内燃機関装置であって、
前記温度閾値は、前記冷却液の温度上昇を抑制すべき温度範囲の下限値として予め定められた閾値である、
内燃機関装置。
請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の内燃機関装置を搭載し、前記内燃機関からの動力を用いて走行する自動車。