JP5863360B2

JP5863360B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP5863360B2
Application number: JP2011208717A
Authority: JP
Inventors: 哲也入谷
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: JP2013068190A

Description

本発明は、内燃機関の冷却水の温度を調整すべくラジエータファンを制御する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、自動車には内燃機関を冷却するための冷却水を冷却することにより内燃機関のオーバーヒートを回避するためのラジエータが設けられている。そしてこのラジエータによる冷却水の冷却を促すため、ラジエータの近傍にはラジエータを冷却するためのラジエータファン、並びにこのラジエータファンを駆動するためのラジエータファンモータが設けられている。このラジエータファンモータの作動により、水温センサが配置されているシリンダ付近の冷却水が一定以上の温度となるとラジエータ内の冷却水が冷却され、当該冷却された冷却水はクランクシャフトに連動して作動するウオータポンプンプにより内燃期間内を循環することで内燃機関全体が速やかに冷却されることにより、内燃機関のオーバーヒートは未然に回避される。また従来では、水温センサによる冷却水の冷却水温のみならず、外気温も所定温度を超えたときにのみ、ラジエータファンを作動させる技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、内燃機関が停止しているときにはウオーターポンプによる冷却水の循環も停止するが、このときに冷却水温がラジエータファンの作動温度以上となっていると、ラジエータファンは作動し続けるものの、冷却水の循環が行われない。そのため、ラジエータファンが必要以上に作動し続けることとなってしまう。このような不具合は上記の特許文献記載のものであっても招来し得る。そして斯かる不具合を回避するためには、冷却水の循環を内燃機関の作動から独立して行い得る格別な電動ポンプを設ける等の対策が必要となり、その結果部品点数の増大を余儀なくされることとなる。また近年では、信号等で車両が停止し、所定の停止条件が満たされたと判定された際に内燃機関の運転を自動的に停止させるとともに、発進時に内燃機関を自動的に再始動させるアイドルストップ制御が行われている車両も多く、このような車両では上記の不具合が発生する機会は以前にも増して多くなる。

実公昭５８−２５６１７号公報

本発明は、このような不具合に着目したものであり、ラジエータファンを不要に作動させることを有効に回避し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、少なくとも冷却水温により、ラジエータを冷却するラジエータファンの作動を制御する内燃機関の制御装置であって、冷却水が循環していないアイドルストップ制御による内燃機関の停止時には、燃焼室近傍に配置された水温センサが示す停止直後の冷却水温、外気温を基に、ラジエータファンの作動により冷却水温を低下させる度合いを推定した推定ラジエータ水温から内燃機関全体の温度である推定全体水温を推定し、冷却水温が所定値よりも高い値となっていても推定全体水温が所定値を下回れば速やかにラジエータファンが停止されるようにラジエータファンの作動を制御することを特徴とする。

このようなものであれば、ラジエータファンの作動により冷却水温を低下させる度合いを的確に推定することにより内燃機関全体の温度を的確に推定することができる。これにより内燃機関には、冷却水温センサ以外のセンサや、内燃機関の作動に拘わらず冷却水を循環させる格別の手段を搭載することなく、適正なラジエータファンの制御を実現できる。

本発明によれば、ラジエータファンを不要に作動させることを有効に回避し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成説明図。同実施形態に係る温度の変化を示すグラフ。本実施形態に係る演算式を示す図。同他の演算式を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

内燃機関（以下、エンジンと記す）１００は、自動車用の火花点火式のガソリンエンジンであり、複数の気筒を有する。図１には、その１気筒の構成を代表して図示している。

このエンジン１００の吸気系１には、電子スロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３の下流には、燃料噴射弁４が取り付けられている。燃焼室５を形成するシリンダヘッド６には、吸気弁７及び排気弁８が配設されるとともに、火花を発生する点火プラグ９が装着されている。電子スロットルバルブ２、燃料噴射弁４、及び点火プラグ９は、電子制御装置１０により制御される。電子スロットルバルブ２の開度は、通常、アクセルペダルの操作量（踏度）に応じて制御されるが、アイドリング時等、アクセルペダルの操作量とは無関係に制御されることもある。

このエンジン１００の排気系１１には、図示しないマフラに至るまでの排気管路１２に触媒である三元触媒１３が配設され、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を電子制御装置１０に出力するＯ₂センサ１４が取り付けてある。

またエンジン１００は、シリンダヘッド６とシリンダブロックとの内部に設けられて冷却水が循環するウォータジャケット２３を備えているとともに、ウォータジャケット２３とラジエータ２４とに冷却水を循環させるための図示しないウオーターポンプを備えている。加えて、エンジン１００は、冷却水の温度（冷却水温度）を検出する水温センサ１９を備えている。

そして本実施形態では、ラジエータ２４の背面側に、ラジエータ２４に放熱のための風を供給するラジエータファン２５と、当該ラジエータファン２５を回転駆動するラジエータファンモータ２６とを配している。ラジエータファンモータ２６の作動は、後述する電子制御装置１０により制御される。

電子制御装置１０は、ＣＰＵ１０ａ、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、フラッシュメモリ１０ｄ、Ｉ／Ｏインタフェース１０ｅ等を包有するマイクロコンピュータシステムである。Ｉ／Ｏインタフェース１０ｅには、吸気系１を構成するサージタンク３内の圧力を検出する吸気圧センサ１５から出力される吸気圧信号ａ、アイドル回転数を含むエンジン回転数を検出するための回転数センサ１６から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１７から出力される車速信号ｃ、電子スロットルバルブ２の開度状態を検出するためのスロットルセンサ１８から出力される開度信号ｄ、エンジン１００の温度としてのエンジンの冷却水温を検知するための水温センサ１９から出力される水温信号ｅ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ２０から出力されるアクセル信号ｆ、ブレーキの操作量を検出するブレーキセンサ２１から出力されるブレーキ信号ｇ、バッテリの電圧を検出する電圧計２２から出力されるバッテリ電圧信号ｈ、Ｏ₂センサ１４からの信号ｉ、そして外気温（Ｔｏｕｔ）を検出するための外気温センサ２７から出力される外気温信号ｊ等が入力される。また、Ｉ／Ｏインタフェース１０ｅからは、電子スロットルバルブ２に対してその開閉を行うための開度制御信号ｐが、燃料噴射弁４に対して演算された燃料噴射時間に対応する開弁駆動信号ｑが、点火プラグ９に対して点火信号ｒが、それぞれ出力される。各種制御用のプログラムはＲＯＭ１０ｃ又はフラッシュメモリ１０ｄに格納されており、そのプログラムがＲＡＭ１０ｂに読み込まれＣＰＵ１０ａによって解読される。電子制御装置１０は、当該プログラムに従い、吸入空気量の制御、燃料噴射量の制御、点火時期の制御等を実施する。

また、この電子制御装置１０は、信号等で車両が停止し、所定の停止条件が満たされたと判定された際にエンジン１００の運転を自動的に停止させるとともに、発進時にエンジン１００を自動的に再始動させるアイドルストップ制御として周知の制御を行う。なおエンジン１００の運転が自動的に停止されたときは、クランクシャフトに連動する図示しないウオーターポンプの作動による冷却水の循環も停止される。

そして本実施形態では電子制御装置１０は、エンジン１００作動時には水温センサ１９により測定された冷却水温ＴＳ０が所定以下となるとラジエータファン２５の作動を停止するようにしている。そして上記のアイドルストップ制御等によるエンジン１００停止時には、エンジン１００停止直後の冷却水温ＴＳ０、外気温Ｔｏｕｔを基に、ラジエータファン２５の作動により冷却水温を低下させる度合いを推定した推定ラジエータ水温から内燃機関つまりエンジン１００全体の温度たる推定全体水温ＴＡ_n、ＴＡ_n+1を推定し、ラジエータファン２５の作動を制御することを特徴としている。具体的には、ラジエータ２４の熱伝導率及びラジエータ２４の熱容量に基づいて算出された推定ラジエータ水温ＴＲ_nから内燃機関つまりエンジン１００全体の温度たる推定全体水温ＴＡ_n、ＴＡ_n+1を推定し、ラジエータファン２５の作動を制御することを特徴としている。

ここで図２に、エンジン１００の停止時におけるラジエータファン２５の作動による水温センサ１９、ラジエータ２４、そしてエンジン１００全体の温度の推移を示す。エンジン１００の停止によりウオーターポンプも停止するため冷却水の循環も滞る。これにより同図に示すように、ラジエータ２４の温度はエンジン１００停止直後から速やかに閾値ａよりも低い温度へ低下する一方、燃焼室５近傍に配置された水温センサ１９が示す温度の低下度合いは最も緩慢な挙動を示す。他方、エンジン１００全体としてみれば、ラジエータ２４の温度及び水温センサ１９の温度との間の値をとりながら温度が低下していく。つまり、エンジン１００停止時における水温センサ１９の温度はエンジン１００全体の温度が閾値ａを下回っても依然として閾値ａには届かないため、エンジン１００停止時に水温センサ１９の温度のみを基にラジエータファン２５を制御すると、エンジン１００全体の温度が閾値ａに到達してもなおラジエータファン２５が長時間作動し続ける。これがバッテリ電力の消耗を介して燃費向上を妨げる要因となっていた。

以下、本実施形態において推定ラジエータ水温ＴＲ_n並びに推定ラジエータ水温ＴＲ_n+1を推定するために、図３及び図４に示す式１、式２を用いて算出している。特に本実施形態では、式３により、エンジン１００全体の温度を推定するための推定全体水温ＴＡ_n、ＴＡ_n+1を算出している。

図３では、エンジン１００停止直後の値を求める際の初回の演算ループに係る各式を記している。式１では、ラジエータ２４による放熱容量Ｑｃを算出する。具体的には、エンジン１００停止時に測定された水温センサ１９による冷却水温ＴＳ０の測定値から外気温Ｔｏｕｔの差に対し、予め設定されたラジエータ２４の熱伝導率と、これらの演算を行う演算周期を乗じた値を、この演算ループでの放熱容量Ｑｃとする。また式２では、推定ラジエータ水温ＴＲ_nを算出する。具体的には、エンジン１００停止時に測定された水温センサ１９による冷却水温ＴＳ０の測定値から、式１にて算出された放熱容量Ｑｃに予め設定されたラジエータ２４の熱容量を除した値を引いた値が推定ラジエータ水温ＴＲ_nである。そして式３では、ラジエータファン２５の作動を直接制御するための判定値である推定全体水温ＴＡ_nを算出する。具体的には、エンジン１００停止時に測定された水温センサ１９による冷却水温ＴＳ０の測定値から式１にて算出された放熱容量Ｑｃに予め設定されたエンジン１００全体の熱容量を除した値を引いた値が、推定全体水温ＴＡ_nである。そしてこの推定全体水温ＴＡ_nが閾値ａ以下であると、ラジエータファン２５の作動が停止される。

図４では図３及び当該図４において算出された、前回の推定ラジエータ水温ＴＲ_nを基に今回の放熱容量Ｑｃ、推定ラジエータ水温ＴＲ_n+1及び推定全体水温ＴＡ_n+1を算出するための２回目以降の演算ループに係る各式を記している。式１では、ラジエータ２４による放熱容量Ｑｃを改めて算出する。具体的には、推定ラジエータ水温ＴＲｎから外気温Ｔｏｕｔの差に対し、予め設定されたラジエータ２４の熱伝導率と、これらの演算を行う演算周期を乗じた値を新たな放熱容量Ｑｃとする。また式２では、前記推定ラジエータ水温ＴＲ_nから、式１にて算出された放熱容量Ｑｃに前記ラジエータ２４の熱容量を除した値を引いた値を今回の推定ラジエータ水温ＴＲ_n+1としている。そして式３に示すように、前回の推定ラジエータ水温ＴＲ_nから式１にて算出された放熱容量Ｑｃに前記エンジン１００全体の熱容量を除した値を引いた値が、今回の推定全体水温ＴＡ_n+1である。そしてこの推定全体水温ＴＡ_n+1が閾値ａ以下であると、ラジエータファン２５の作動が停止される。

そして、図４にて算出された推定ラジエータ水温ＴＲ_n+1の値は、次回以降の演算ループでは改めて同図における前回の推定ラジエータ水温ＴＲ_nとして代入され、エンジン１００の停止中は当該図４に係る演算ループが繰り返される。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る内燃機関たるエンジン１００の制御装置たる電子制御装置１０は、ラジエータファン２５の作動により冷却水温ＴＳ０を低下させる度合いを的確に推定することによりエンジン１００全体の温度である推定全体水温ＴＡ_n、推定全体水温ＴＡ_n+1を的確に推定し得たものとなっている。これにより内燃機関たるエンジン１００には、冷却水温センサ１９以外のセンサや、エンジン１００作動に拘わらず冷却水を循環させる格別の手段を搭載することなく、水温センサ１９による値が所定値よりも高い値となっていても推定全体水温ＴＡ_n、推定全体水温ＴＡ_n+1が所定値を下回れば速やかにラジエータファン２５が停止される。これにより冷却水が循環していないエンジン１００停止時でも適正なラジエータファン２５の制御を実現できる。そして斯かるラジエータファン２５の制御により当該ラジエータファン２５が不必要に作動することによるエネルギーの無駄が有効に回避され、ひいてはエンジン１００自体の燃費の向上にも寄与し得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では推定ラジエータ水温に基づいて得られた放熱容量か及び内燃機関全体の温度を改めて算出する態様を開示したが、勿論、推定ラジエータ水温から、予め記憶された全体推定温度の学習値を参照し、当該学習値の如何によりラジエータファンの制御を行うようにしてもよい。またラジエータやエンジンの具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は内燃機関の冷却水の温度を調整すべくラジエータファンを制御する内燃機関の制御装置として利用することができる。

１００…内燃機関（エンジン）
１０…制御装置（電子制御装置）
２４…ラジエータ
２５…ラジエータファン
ＴＳ０…冷却水温
ＴＲ_n、ＴＲ_n+1…推定ラジエータ水温
ＴＡ_n、ＴＡ_n+1…内燃機関全体の温度（推定全体水温）

Claims

少なくとも冷却水温により、ラジエータを冷却するラジエータファンの作動を制御する内燃機関の制御装置であって、
冷却水が循環していないアイドルストップ制御による内燃機関の停止時には、燃焼室近傍に配置された水温センサが示す停止直後の冷却水温、外気温を基に、ラジエータファンの作動により冷却水温を低下させる度合いを推定した推定ラジエータ水温から内燃機関全体の温度である推定全体水温を推定し、冷却水温が所定値よりも高い値となっていても推定全体水温が所定値を下回れば速やかにラジエータファンが停止されるようにラジエータファンの作動を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。