JP5678722B2 - 油温推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関の作動油の温度を機関冷却水の温度に基づいて推定する油温推定装置に関する。

内燃機関においては、燃費の節減や排気性状の向上等を目的として、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミング（以下、バルブタイミング）を可変する油圧駆動式のバルブタイミング可変機構が搭載されているものがある。こうした内燃機関では、冷間始動時のように内燃機関の作動油の温度（以下、作動油温）が低いときには、作動油の粘性が高く、バルブタイミング可変機構を適切に駆動することができないおそれがある。

そこで従来、油温センサにより作動油温を直接検出し、作動油温が判定温度以下のときにはバルブタイミング可変機構の駆動を制限するようにしている。
また、例えば特許文献１に記載されるように、部品点数の低減等を目的として、油温センサを割愛し、水温センサにより検出される機関冷却水の温度（以下、冷却水温）に基づいて作動油温の推定値（以下、油温推定値）を算出する油温推定装置がある。

特許文献１に記載の油温推定装置では、機関始動の際の冷却水温（以下、始動時水温）を当該機関始動の際の作動油温（以下、始動時油温）とみなすとともに、この始動時油温と、機関回転速度及び機関負荷とに基づいて油温推定値を算出するようにしている。具体的には、機関回転速度が高いほど、また機関負荷が高いほど単位時間当りの内燃機関の発熱量が大きくなることを考慮して、機関回転速度や機関負荷の積算値に基づいて作動油温の上昇量を求めている。

特開平１０―２２７２３５号公報

ところで、特許文献１に記載の油温推定装置は、機関回転速度や機関負荷の積算値に基づいて油温推定値を算出するものである。そのため、油温推定値の算出態様が複雑なものとなるばかりか、その算出精度が低いものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水温に基づいて油温推定値を算出する構成にあって、油温推定値を精度良く容易に算出することのできる油温推定装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関からの受熱により温度上昇する作動油の温度の推定値である油温推定値を、機関冷却水の温度を検出する水温センサにより検出される冷却水温に基づいて算出する算出部を備える油温推定装置であって、前記算出部により算出された油温推定値を記憶する揮発性メモリを備え、前記算出部は、運転者のキー操作による機関始動時には、機関始動の際の冷却水温である始動時水温を当該機関始動の際の作動油の温度である始動時油温とする一方、自動停止からの再始動時には、前回の機関運転時に最後に揮発性メモリに記憶した油温推定値を始動時油温とし、当該始動時油温と、当該始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合とに基づいて油温推定値を算出することを要旨としている。また、請求項２に記載の発明は、内燃機関からの受熱により温度上昇する作動油の温度の推定値である油温推定値を、機関冷却水の温度を検出する水温センサにより検出される冷却水温に基づいて算出する算出部を備える油温推定装置であって、前記算出部により算出された油温推定値を記憶する揮発性メモリを備え、前記揮発性メモリは、運転者のキー操作による機関停止時には通電が遮断されて記憶されていた情報が消失する一方、自動停止による機関停止時には通電が継続されて記憶されている情報が保持されるものであり、前記算出部は、機関始動時に前記揮発性メモリに油温推定値が記憶されていない場合には、機関始動の際の冷却水温である始動時水温を当該機関始動の際の作動油の温度である始動時油温とする一方、機関始動時に前記揮発性メモリに油温推定値が記憶されている場合には、前回の機関運転時に最後に前記揮発性メモリに記憶した油温推定値を始動時油温とし、当該始動時油温と、当該始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合とに基づいて油温推定値を算出することを要旨としている。

最初の機関始動時においては冷却水温と作動油温とが等しいため、始動時水温を始動時油温とみなすことができる。当該機関始動が開始されてから現在までの作動油温の変化量と、当該始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合と間には所定の対応関係が成立する。例えば作動油温が０度以下の所定の範囲内にあるときには、冷却水が第１の所定値だけ温度上昇する間に作動油は第２の所定値だけ温度上昇するといった対応関係が成立する。このため、上記構成によれば、上記最初の機関始動時、すなわち揮発性メモリに油温推定値が記憶されていないときには、始動時水温を始動時油温とするとともに、この始動時油温と、始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合とに基づいて油温推定値を精度良く容易に算出することができる。

一方、例えば内燃機関が自動停止され、その後に再始動されたときには、冷却水温と作動油温とが乖離しており、始動時水温を始動時油温とみなすことができない。この点、上記構成によれば、上記再始動時、すなわち揮発性メモリに油温推定値が記憶されているときには、前回の機関運転時に最後に記憶した油温推定値を始動時油温とするとともに、この始動時油温と、始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合とに基づいて油温推定値を精度良く容易に算出することができる。

従って、冷却水温に基づいて油温推定値を算出する構成にあって、油温推定値を精度よく容易に算出することができる。
請求項１又は２に記載の油温推定装置は、請求項３に記載の発明によるように、前記作動油は内燃機関の作動油であるといった態様をもって具体化することができる。尚、こうした作動油としては、内燃機関からの直接的な受熱により温度上昇する内燃機関の作動油の他、機関冷却水と熱交換することにより内燃機関からの間接的な受熱により温度上昇する自動変速機の作動油がある。

請求項３に記載の油温推定装置は、請求項４に記載の発明によるように、前記算出部は、当該始動時水温と現在の冷却水温との偏差に所定の係数を乗じることにより当該機関始動が開始されてから現在までの作動油の温度の変化量を算出し、当該変化量と当該始動時油温との加算値を油温推定値として算出するといった態様をもって具体化することができる。この場合、油温推定値を容易に算出することができる。尚、上述したように、冷却水が第１の所定値だけ温度上昇する間に作動油が第２の所定値だけ温度上昇するといった対応関係が成立する場合には、この第１の所定値と第２の所定値との比に基づいて上記所定の係数を設定することが望ましい。

本発明に係る油温推定装置の一実施形態について電子制御装置を中心とした概略構成を示すブロック図。 冷却水温と作動油温との関係の一例を示すグラフ。 冷却水温と作動油温との関係の一例を示すグラフ。 同実施形態における油温推定値の算出処理の手順を示すフローチャート。 冷却水温と作動油温との関係の一例を示すグラフ。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る油温推定装置を、車載内燃機関の作動油の温度の推定値（以下、油温推定値）を算出する装置として具体化した一実施形態について詳細に説明する。尚、本実施形態の車両は、車輪の駆動源として内燃機関及びモータを備えたハイブリッド車両である。また、内燃機関は水冷式のガソリンエンジンである。

図１に示すように、内燃機関５には、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変更するための油圧駆動式のバルブタイミング可変機構６が搭載されている。
電子制御装置１は、内燃機関５の各種制御を実行するものであり、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、及びその制御に必要なプログラムやデータの記憶された不揮発性メモリであるＲＯＭを備えている。また、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶される揮発性メモリであるＳＲＡＭ２、及び外部との間で信号を入力・出力するための入力ポート・出力ポート等を備えている。

ＳＲＡＭ２では、自身への通電中には情報を記憶させておくことができるが、通電が停止されると記憶されていた情報が消失する。
この電子制御装置１により、機関始動制御、燃料噴射制御、スロットル制御、自動停止及び再始動制御、バルブタイミング制御等の各種制御が行なわれる。

電子制御装置１には、車両の走行状態や機関運転状態を把握するための各種センサからの信号が入力される。各種センサとしては、例えばアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキセンサ、スロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ、機関回転速度を検出する回転速度センサ、及び吸気量を検出する吸気量センサが設けられている。また、機関冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷｎを検出する水温センサ３、及びイグニッションスイッチ等が設けられている。尚、内燃機関には、作動油の温度を直接検出する油温センサは設けられていない。

次に、冷却水温と作動油温との関係の一例について説明する。
内燃機関５の作動油及び冷却水は共に、内燃機関５からの受熱により温度上昇する。ここで、機関始動が開始されてからの作動油温の変化量と、冷却水温の変化量との間には所定の対応関係が成立する。

図２に、冷却水温及び作動油温が共にマイナス３０度において機関運転を開始し、冷却水温が３０度に達するまでの冷却水温と作動油温との関係を示す。
図２に実線で示すように、作動油温が０度以下の所定の範囲内にあるときには、例えば冷却水が１０度温度上昇する間に作動油は５度温度上昇するといった対応関係が成立する。従って、作動油温の上昇量をこれに対応する冷却水温の上昇量で除した値は所定値（本実施形態の場合、「０．５」）となる。尚、この所定値は内燃機関の排気量等によって異なる。

機関停止状態が長時間にわたり継続された状態からの最初の機関始動時、すなわち運転者のキー操作による機関始動時においては冷却水温と作動油温とが等しい。このため、機関始動の際の冷却水温（以下、始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎ）を機関始動の際の作動油温（以下、始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎ）とみなすことができる。従って、上記最初の機関始動時、すなわちＳＲＡＭ２に油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１が記憶されていないときには、以下の式（１）から油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出することができる。

ＴＯｅｓｔｎ ＝ ＴＨＷｓｔｒｔｎ ＋ Ｋ × （ＴＨＷｎ − ＴＨＷｓｔｒｔｎ） ・・・（１）

尚、こうして算出された油温推定値ＴＯｅｓｔｎの推移を図２に一点鎖線で示す。

ところで、最初の機関始動時のように冷却水温と作動油温とが等しいときには、始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎを始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎとみなすことができる。しかしながら、前述したように、作動油温が０度以下の所定の範囲内にあるときには、冷却水温は作動油温よりも早く上昇する。そのため、内燃機関５の暖機途中に内燃機関５の自動停止が行なわれ、その直後に再始動が行なわれ、これ以降において上記式（式１）から油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出した場合には以下の問題が生じる。

すなわち、図３に破線で示すように、例えば冷却水温がマイナス２０度であり作動油温がマイナス２５度のときに内燃機関５の自動停止及び再始動が行なわれたときには、始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎとして始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎ、つまりマイナス２０度が設定される。そのため、実際の作動油温がマイナス２５度であるにもかかわらず、これよりも５度高い温度が油温推定値ＴＯｅｓｔｎとされてしまい、油温推定値ＴＯｅｓｔｎは実際の作動油温よりも高くなる。そして、こうした自動停止及び再始動が繰り返されるほど、油温推定値ＴＯｅｓｔｎと実際の作動油温との乖離が大きくなり、冷却水温が０度をわずかに上回ったときに、実際の作動油温がマイナス１５度程度であるにもかかわらず、油温推定値ＴＯｅｓｔｎが０度を上回るようになる。

その結果、例えば油温推定値ＴＯｅｓｔｎが０度以下のときには作動油の粘性が高く、バルブタイミング可変機構６を適切に駆動することができないおそれがあるとしてその駆動を制限する一方、油温推定値ＴＯｅｓｔｎが０度よりも高くなると同駆動制限を解除する構成にあっては、同駆動制限が解除されてしまう。

また、こうした油温推定値ＴＯｅｓｔｎの誤差を考慮して、冷却水温ＴＨＷｎが比較的高めの判定温度（例えば６０度）となるまでバルブタイミング可変機構６の駆動制限を行なうことが考えられる。しかしながら、内燃機関５の自動停止及び再始動が行なわれず油温推定値ＴＯｅｓｔｎと実際の作動油温との乖離が小さい場合には、以下の問題が生じる。すなわち、実際の作動油温が上昇してバルブタイミング可変機構６を適切に駆動することのできる温度範囲に含まれるようになっているにもかかわらず、冷却水温ＴＨＷｎが上記判定温度未満であるためにバルブタイミング可変機構６の駆動制限が不要に継続されてしまう。

そこで、本実施形態では、内燃機関５の再始動時、すなわちＳＲＡＭ２に油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１が記憶されているときには、前回の機関運転時に最後に記憶した油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１を始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎとするとともに、以下の式（２）から油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出するようにしている。

ＴＯｅｓｔｎ ＝ ＴＯｅｓｔｎ−１ ＋ Ｋ × （ＴＨＷｎ − ＴＨＷｓｔｒｔｎ） ・・・（２）

こうして算出された油温推定値ＴＯｅｓｔｎの推移を図３に一点鎖線で示す。尚、実際の作動油温を推移を図３に実線で示している。

ちなみに、ＳＲＡＭ２では、前述したように、自身への通電が継続されている限り、前回の機関運転時に最後に記憶した油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１が記憶されており、これを読み出すことができる。一方、運転者のキー操作等による最初の機関始動時には直前に通電が停止されているために前回の機関運転時に最後に記憶した油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１がクリアされる。

次に、図４のフローチャートを参照して、油温推定値ＴＯｅｓｔｎの算出処理の手順について説明する。尚、図４に示す一連の処理は、機関運転中において電子制御装置１により所定期間毎に繰り返し実行される。

この一連の処理では、まず、ステップＳ１において、油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１がＳＲＡＭ２からクリアされているか否か、すなわち最初の機関始動時であるか否かを判断する。ここで、油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１がクリアされている場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ２に進み、始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎに始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎを設定する。

一方、油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１がクリアされていない場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）、すなわち自動停止後の再始動時には、次に、ステップＳ３に進み、始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎに油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１を設定する。

こうして始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎを設定すると、次に、ステップＳ４に進み、始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎ、係数Ｋ、現在の冷却水温ＴＨＷｎ、及び始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎに基づいて油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出する。そして、次に、ステップＳ５に進み、算出した油温推定値ＴＯｅｓｔｎをＳＲＡＭ２に記憶して、この一連の処理を一旦終了する。

ちなみに、図５に示すように、作動油温が０度以上であり、冷却水温が４０度以上においては、実線に示す実際の作動油温は一点鎖線で示す油温推定値ＴＯｅｓｔｎよりも高くなる。しかしながら、作動油温が０度以上では、油温推定値ＴＯｅｓｔｎが実際の作動油温よりも低く算出されることに起因してバルブタイミング制御を行なう上で問題となることはない。

尚、電子制御装置１が本発明に係る油温推定装置及び算出部として機能する。
以上説明した本実施形態に係る油温推定装置によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。

（１）電子制御装置１は、内燃機関５の作動油の温度の推定値である油温推定値ＴＯｅｓｔｎを、水温センサ３により検出される冷却水温に基づいて算出する。また、算出された油温推定値ＴＯｅｓｔｎを記憶するＳＲＡＭ２を備えている。また、ＳＲＡＭ２に油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１が記憶されていない場合には、機関始動の際の冷却水温である始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎを当該機関始動の際の作動油の温度である始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎとする。また、ＳＲＡＭ２に油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１が記憶されている場合には、前回の機関運転時に最後に記憶した油温推定値ＴＯｅｓｔｎ−１を始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎとする。そして、当該始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎと現在の冷却水温ＴＨＷｎとの偏差ΔＴＨＷ（＝ＴＨＷｎ−ＴＨＷｓｔｒｔｎ）に所定の係数Ｋを乗じることにより当該機関始動が開始されてから現在までの作動油温の上昇量ΔＴＯを算出し、当該上昇量ΔＴＯと当該始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎとの加算値を油温推定値ＴＯｅｓｔｎとして算出する。こうした構成によれば、冷却水温に基づいて油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出する構成にあって、機関始動時に冷却水温と作動油温とが乖離している場合であっても、油温推定値ＴＯｅｓｔｎを精度よく容易に算出することができる。

（２）電子制御装置１は、算出された油温推定値ＴＯｅｓｔｎに基づいて油圧駆動式のバルブタイミング可変機構６の駆動を制限する。こうした構成によれば、精度良く算出された油温推定値ＴＯｅｓｔｎに基づいてバルブタイミング可変機構６の駆動が制限される。このため、冷却水温に基づいて油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出する構成にあって、油圧駆動式のバルブタイミング可変機構６の駆動が不要に制限されること、すなわちバルブタイミング制御が不要に制限されることを抑制することができる。

尚、本発明に係る油温推定装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・本発明の適用対象となる内燃機関はガソリンエンジンに限られるものではなく、水冷式の内燃機関であれば、他に例えばディーゼルエンジンに対して適用することもできる。

・上記実施形態では、ハイブリッド車両に適用される内燃機関５に対して本発明を適用したが、車両の駆動源として内燃機関のみを備えるものに対して、本発明を適用するようにしてもよい。すなわち、こうした内燃機関であっても自動停止及び再始動を行なうものであれば上記実施形態において示した課題が同様にして生じ得る。従って、本発明の適用により、上記実施形態の効果に準じた効果を奏することができる。

・上記実施形態では、算出された油温推定値ＴＯｅｓｔｎに基づいて油圧駆動式のバルブタイミング可変機構６の駆動を制限するようにしたが、こうした油温推定値ＴＯｅｓｔｎに基づく制御はこれに限られるものではない。要するに作動油温が第１の所定温度（上記実施形態では０度）以下であるときに算出される油温推定値が問題となるものであれば任意の制御対象に対して適用することができる。従って、例えば、吸気バルブや排気バルブのバルブリフト量を可変する油圧駆動式のバルブリフト量可変機構の制御に対して油温推定値ＴＯｅｓｔｎを用いるようにしてもよい。

・油温推定値ＴＯｅｓｔｎの算出方法は上記実施形態において例示した一次式（式（１）及び式（２））を用いたものに限定されない。要するに、始動時油温ＴＯｓｔｒｔｎと、始動時水温ＴＨＷｓｔｒｔｎと現在の冷却水温ＴＨＷｎとの乖離度合とに基づいて算出するものであればよく、マップ等を用いて導出するようにしてもよい。また、作動油温が第１の所定温度よりも高い場合に、一次式以外の関数、例えば二次式等を用いて油温推定値ＴＯｅｓｔｎを算出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、油温推定装置を、内燃機関５の作動油の温度を推定するものに具体化したが、本発明に係る油温推定装置はこれに限られるものではなく、他に例えば、自動変速機の作動油（ＡＴＦ）の温度を推定するものに具体化することもできる。自動変速機では一般にＡＴＦを機関冷却水と熱交換させるようにしているため、ＡＴＦは内燃機関からの間接的な受熱により温度上昇する作動油といえる。

１…電子制御装置、２…ＳＲＡＭ（揮発性メモリ）、３…水温センサ、５…内燃機関、６…バルブタイミング可変機構。

Claims (4)

1. 内燃機関からの受熱により温度上昇する作動油の温度の推定値である油温推定値を、機関冷却水の温度を検出する水温センサにより検出される冷却水温に基づいて算出する算出部を備える油温推定装置であって、
   前記算出部により算出された油温推定値を記憶する揮発性メモリを備え、
   前記算出部は、運転者のキー操作による機関始動時には、機関始動の際の冷却水温である始動時水温を当該機関始動の際の作動油の温度である始動時油温とする一方、自動停止からの再始動時には、前回の機関運転時に最後に前記揮発性メモリに記憶した油温推定値を始動時油温とし、当該始動時油温と、当該始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合とに基づいて油温推定値を算出する
   ことを特徴とする油温推定装置。
2. 内燃機関からの受熱により温度上昇する作動油の温度の推定値である油温推定値を、機 関冷却水の温度を検出する水温センサにより検出される冷却水温に基づいて算出する算出部を備える油温推定装置であって、
   前記算出部により算出された油温推定値を記憶する揮発性メモリを備え、
   前記揮発性メモリは、運転者のキー操作による機関停止時には通電が遮断されて記憶されていた情報が消失する一方、自動停止による機関停止時には通電が継続されて記憶されている情報が保持されるものであり、
   前記算出部は、機関始動時に前記揮発性メモリに油温推定値が記憶されていない場合には、機関始動の際の冷却水温である始動時水温を当該機関始動の際の作動油の温度である始動時油温とする一方、機関始動時に前記揮発性メモリに油温推定値が記憶されている場合には、前回の機関運転時に最後に前記揮発性メモリに記憶した油温推定値を始動時油温とし、当該始動時油温と、当該始動時水温と現在の冷却水温との乖離度合とに基づいて油温推定値を算出する
   ことを特徴とする油温推定装置。
3. 請求項１又は２に記載の油温推定装置において、
   前記作動油は内燃機関の作動油である
   ことを特徴とする油温推定装置。
4. 請求項３に記載の油温推定値において、
   前記算出部は、当該始動時水温と現在の冷却水温との偏差に所定の係数を乗じることにより当該機関始動が開始されてから現在までの作動油の温度の変化量を算出し、当該変化量と当該始動時油温との加算値を油温推定値として算出する
   ことを特徴とする油温推定装置。

Images