JP5943137B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
従来、内燃機関の機関本体の気筒から排出された排気の一部を吸気通路に再循環させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)が知られている。また従来、この気筒に再循環する排気を冷却する装置として、EGRクーラが知られている。EGRクーラは、気筒から排出された排気の一部を吸気通路へ再循環させるEGR通路に配置され、このEGR通路を通過する排気(以下、EGRガスと称する場合がある)を冷媒によって冷却している。内燃機関がEGRクーラを備えることで、EGRガスが高温になり過ぎることを抑制することができる。
特許文献1には、複数のガス通路を有する熱交換体(特許文献1においてはハニカム構造体と称されている)を有する熱交換器が開示されている。特許文献1に係る熱交換体にEGRガスが通過するように特許文献1に係る熱交換器をEGR通路に配置した場合、特許文献1に係る熱交換器はEGRクーラとしての機能を発揮することができる。また特許文献1には、熱交換体の材質としてSiCを含む材質を用いることが開示されている。
SiCはステンレス等の金属に比較して、熱伝導率が高く且つ排気に対する耐食性も良好である。特許文献1に係るSiCを含む材質からなる熱交換体を有する熱交換器をEGRクーラとして用いた場合、EGRクーラの冷却性能および耐食性を向上させることができると考えられる。
ところで、EGRクーラを備える内燃機関において、内燃機関の機関本体を経由した冷媒をEGRクーラ用の冷媒としても用いる場合がある。このような内燃機関において、例えば内燃機関の暖機を促進させるために機関本体への冷媒供給を停止させた場合、冷媒のEGRクーラへの流入も停止される(以下、これを冷媒停止制御と称する)。冷媒停止制御が実行された場合において熱交換体がEGRガスによって加熱されて昇温した場合、熱交換体の温度が所定値以上になることが考えられる。このような状態で冷媒停止制御が終了した場合において、所定流量の冷媒がEGRクーラに流入した場合、熱交換体の温度が急低下する可能性がある。
ここでSiCは、温度が急変化した場合に強度も急変化する性質を有している。これについて図を用いて具体的に説明すると次のようになる。図9はSiCの強度の温度変化を示す模式図である。図9の縦軸はSiCの強度を示している。横軸は、基準温度からSiCの温度を差し引いた値(温度差)を示しており、右に行く程、SiCの温度の低下度合いが高いことを示している。図9に示すように、SiCは、温度が急低下した場合、強度も急低下する性質を有している。したがって、EGRクーラの熱交換体として、SiCを含む材質からなる熱交換体が用いられた場合において、前述したように冷媒停止制御が終了した場合に熱交換体の温度が急低下した場合、熱交換体の強度も急低下し、その結果、熱交換体に劣化が生じる可能性がある。
本発明は、SiCを含む材質からなる熱交換体の劣化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気通路にEGRガスを導入させるEGR通路に配置され、SiCを含む材質からなる熱交換体を有するEGRクーラを備える内燃機関に適用される制御装置であって、冷媒が前記EGRクーラに流入することを停止させる冷媒停止制御を実行する冷媒停止制御部と、前記冷媒の温度が所定値以上で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合に、前記冷媒の温度が前記所定値未満で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合に比較して、前記EGRクーラを通過する前記冷媒の流量を少ない流量に制御する制御部と、を備える。
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、冷媒停止制御が終了した場合における冷媒による熱交換体の冷却度合いを弱めることができる。それにより、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体の温度低下速度を減少させることができる。その結果、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体の温度の急低下を抑制することができることから、熱交換体の劣化を抑制することができる。
上記構成において、前記内燃機関は、前記内燃機関の機関本体および前記EGRクーラに冷媒を供給するポンプを備え、前記制御部は、前記冷媒の温度が前記所定値以上で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合における前記ポンプの出力を、前記冷媒の温度が前記所定値未満で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合における前記ポンプの出力に比較して低下させてもよい。この構成によれば、冷媒の温度が所定値以上で冷媒停止制御部による冷媒停止制御が終了した場合に、冷媒の温度が所定値未満で冷媒停止制御部による冷媒停止制御が終了した場合に比較して、EGRクーラを通過する冷媒の流量を少ない流量に制御することができる。それにより、熱交換体の劣化を抑制することができる。
上記構成において、前記制御部は、前記ポンプの出力を低下させるにあたり、前記ポンプの出力を目標出力まで徐々に変化させてもよい。この構成によれば、熱交換体の温度の急変化を効果的に抑制することができる。それにより、熱交換体の劣化を効果的に抑制することができる。
本発明は、SiCを含む材質からなる熱交換体の劣化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明の実施例1に係る内燃機関の制御装置10について説明する。まず制御装置10が適用される内燃機関5の全体構成について説明し、次いで制御装置10の詳細について説明する。図1は制御装置10が適用される内燃機関5の模式図である。内燃機関5の種類は、特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の種々の内燃機関を用いることができる。本実施例においては、内燃機関5の一例としてガソリンエンジンを用いる。内燃機関5は、制御装置10と、気筒21が形成された機関本体20と、気筒21に接続した吸気通路30と、気筒21に接続した排気通路31と、吸気通路30に配置されたスロットル40とを備えている。なお吸気通路30は、吸気が通過する通路である。本実施例において吸気通路30の吸気流動方向で上流側の端部には、新気が流入する。また機関本体20は、気筒21が形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、気筒21に配置されたピストンとを備えている。
また内燃機関5は冷媒を供給するポンプ50を備えている。また内燃機関5は、冷媒が通過する冷媒通路として、第1供給通路60、第1排出通路61、第2供給通路62および第2排出通路63を備えている。また内燃機関5は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)通路70と、EGR通路70に配置されたEGRバルブ80と、EGR通路70に配置されたEGRクーラ90とを備えている。さらに内燃機関5は、クランクポジションセンサ100、温度センサ101aおよび温度センサ101bを備えている。
制御装置10は、機関本体20、スロットル40、ポンプ50およびEGRバルブ80を制御する装置である。本実施例においては、制御装置10の一例として、CPU(Central Processing Unit)11、ROM(Read Only Memory)12およびRAM(Random Access Memory)13を備える電子制御装置(Electronic Control Unit)を用いる。CPU11は、機関本体20、スロットル40、ポンプ50およびEGRバルブ80を制御する。CPU11は、後述する各フローチャートの各ステップを実行する。ROM12およびRAM13は、CPU11の動作に必要な情報を記憶する記憶部としての機能を有している。
ポンプ50から吐出された冷媒は、第1供給通路60を通過して、機関本体20の内部に形成された冷媒通路(以下、機関本体冷媒通路と称する場合がある)に流入する。機関本体冷媒通路を経由した冷媒は、第1排出通路61を通過してポンプ50に戻る。また、機関本体冷媒通路の冷媒の一部は、第2供給通路62を通過してEGRクーラ90に導かれる。EGRクーラ90を経由した冷媒は第2排出通路63を通過して機関本体冷媒通路に戻る。このように本実施例に係るポンプ50は、機関本体20およびEGRクーラ90の両方に冷媒を供給している。なお本実施例においては、ポンプ50の一例として電動ウォータポンプを用いる。
EGR通路70は、気筒21から排出された排気の一部を吸気通路30に再循環させる通路である。これ以降、EGR通路70を通過して吸気通路30に再循環する排気をEGRガスと称する。すなわちEGR通路70は、吸気通路30にEGRガスを導入させる通路である。本実施例に係るEGR通路70は、吸気通路30の通路途中と排気通路31の通路途中とを接続している。なおEGR通路70のEGRガス流動方向で上流側の端部は、排気通路31のうちエキゾーストマニホールドに接続している。また、EGR通路70のEGRクーラ90が配置されている部分よりも下流側の一部分は、機関本体20(本実施例においてはシリンダブロック)の内部を通過している。
EGRバルブ80は、制御装置10の指示を受けてEGR通路70を開閉する。EGRバルブ80がEGR通路70を開閉することで、EGRガスの流量(m3/s)を調整することができる。EGRバルブ80が開になった場合(具体的にはEGRバルブ80の開度が0より大きい値になった場合)、EGRガスの気筒21への流入が開始され、EGRバルブ80が閉になった場合、EGRガスの気筒21への流入は停止される。また、EGRバルブ80の開度が大きくなるほど、気筒21に流入するEGRガスの流量も大きくなる。EGRクーラ90は、冷媒とEGRガスとの間で熱交換をさせることで、EGRガスを冷却する装置である。EGRクーラ90の詳細は後述する。
クランクポジションセンサ100は、内燃機関5のクランクシャフトの位置を検出し、検出結果を制御装置10に伝える。温度センサ101aは、EGRクーラ90の内部に形成されている冷媒通路であるクーラ冷媒通路94(後述する図2(a)において図示されている)の冷媒の温度を検出し、検出結果を制御装置10に伝える。温度センサ101bは、排気の温度を検出し、検出結果を制御装置10に伝える。本実施例に係る温度センサ101bは、EGRクーラ90よりも上流側の排気の温度を検出している。
続いてEGRクーラ90の構成について説明する。図2(a)はEGRクーラ90の模式的断面図である。EGRクーラ90は、アウターパイプ91と、アウターパイプ91の内側に配置されたインナーパイプ92と、インナーパイプ92の内部に配置された熱交換体93とを有している。インナーパイプ92は、EGRガスがインナーパイプ92の内部を通過するようにEGR通路70に接続されている。図2(a)においてEGRガスの流動方向は、右から左に向かう方向である。
アウターパイプ91の端部のうち図2(a)において領域Sで図示されている部分は、インナーパイプ92の外周面に接続している。アウターパイプ91の両端部に存在する領域Sによって挟まれた領域とインナーパイプ92との間には空間が設けられている。この空間は、冷媒が通過する冷媒通路であるクーラ冷媒通路94になっている。なお領域Sの部分は、クーラ冷媒通路94からの冷媒の漏洩を抑制するシール部としての機能を有している。アウターパイプ91のうちクーラ冷媒通路94を構成している部分には、冷媒供給口95および冷媒排出口96が設けられている。冷媒供給口95には第2供給通路62が接続され、冷媒排出口96には第2排出通路63が接続されている。インナーパイプ92は、熱交換体93の外周壁面全体を覆っている。また本実施例に係るインナーパイプ92は、熱交換体93のEGRガス流動方向上流側にある端面よりもさらに上流側に延出し、熱交換体93のEGRガス流動方向下流側にある端面よりもさらに下流側に延出している。
熱交換体93は、EGRガスの熱をクーラ冷媒通路94に伝導させる媒体である。図2(b)は熱交換体93の正面図である。具体的には図2(b)は、熱交換体93を図2(a)のX方向から見た様子を模式的に図示している。なお図2(b)には、インナーパイプ92も併せて図示されている。本実施例に係る熱交換体93は、インナーパイプ92の内周面に接触するようにインナーパイプ92の内側に配置されている。具体的には熱交換体93の外径は、インナーパイプ92の内径と同じ値または同じ値よりも若干大きな値に設定されている。それにより、本実施例に係る熱交換体93は、インナーパイプ92の内周面に嵌合するようにインナーパイプ92の内側に配置されている。
熱交換体93は、EGRガスが通過するガス通路97を有している。本実施例に係るガス通路97の個数は複数である。図2(b)において右下に図示されている拡大図が示すように、各々のガス通路97は、図2(b)において横方向に延伸した第1隔壁98と、第1隔壁98に対して所定角度(本実施例では一例として90度である)のなす角を有する第2隔壁99とによって区画されている。ガス通路97にEGRガスが流入した場合、EGRガスの熱は、第1隔壁98および第2隔壁99をそれぞれ伝導してインナーパイプ92に伝導し、その後、クーラ冷媒通路94の冷媒に奪われる。このようにしてEGRクーラ90は、EGRガスとクーラ冷媒通路94の冷媒との間で熱交換を行っている。
本実施例に係るアウターパイプ91およびインナーパイプ92の材質は、ステンレスである。但しアウターパイプ91およびインナーパイプ92の材質は、これに限定されるものではなく、例えばステンレス以外の金属、あるいはセラミックスを用いることもできる。本実施例に係る熱交換体93の材質は、SiC(炭化珪素)を含んだセラミックスである。具体的には、熱交換体93の第1隔壁98および第2隔壁99の材質がSiCを含んでいる。熱交換体93の材質の具体例としては、SiC(つまりSiCの他に添加物が添加されていないもの)、Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属複合SiC等、SiCを主成分とする種々の材質を用いることができる。本実施例においては、熱交換体93の材質の一例として、Si含浸SiCを用いる。
続いて制御装置10の制御について説明する。まず、制御装置10は、ポンプ50の運転を所定期間停止させる制御処理(以下、この制御処理を冷媒停止制御と称する)を実行する。冷媒停止制御が実行されることで、ポンプ50から機関本体20への冷媒供給が停止されるとともに、機関本体20を経由した冷媒のEGRクーラ90(具体的にはクーラ冷媒通路94)への流入も停止される。すなわち、本実施例に係る冷媒停止制御は、ポンプ50の運転を停止させる制御処理であるとともに、機関本体20を経由した冷媒がEGRクーラ90に流入することを停止させる制御処理でもある。冷媒停止制御の実行によって機関本体20における冷媒の流動が停止されることから、機関本体20を早期に暖めることができる。それにより、内燃機関5の暖機を促進させることができる。
本実施例に係る制御装置10が冷媒停止制御を実行する時期は、内燃機関5の始動時である。また冷媒停止制御が実行される所定期間としては、内燃機関5を暖機させるのに必要な時間を用いることができる。この所定期間は予め実験、シミュレーション等によって求めておき、制御装置10の記憶部に記憶させておく。本実施例に係る制御装置10は、内燃機関5が始動したときから(具体的にはクランキングが開始されたときから)所定期間、ポンプ50の運転を停止させることで、内燃機関5の始動時に冷媒停止制御を所定期間実行している。但し、制御装置10が冷媒停止制御を実行する時期は、このような内燃機関5の始動時に限定されるものではない。また冷媒停止制御が実行される所定期間も、前述したような期間に限定されるものではない。
また冷媒停止制御の具体的な実行手法は、上述したようにポンプ50の運転を停止させる手法に限定されるものではない。他の例を挙げると、例えば内燃機関5が、ポンプ50と機関本体20との間の冷媒通路(具体的には第1供給通路60または第1排出通路61)に流量制御弁を備えている場合、制御装置10はポンプ50の運転を停止させずに、この流量制御弁を閉に制御してもよい。この場合にも、流量制御弁が閉になることで機関本体20における冷媒の流動を停止させることができ、その結果、機関本体20を経由した冷媒のEGRクーラ90への流入も停止させることができる。
また本実施例に係る制御装置10は、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度変化の度合いを抑制する制御処理(以下、温度制御と称する)を実行する。なお、熱交換体93の温度変化とは、具体的には熱交換体93の温度の時間に対する変化を意味している。本実施例に係る温度制御の詳細についてフローチャートを用いて説明すると次のようになる。
図3は、本実施例に係る制御装置10が温度制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。本実施例に係る制御装置10(具体的にはCPU11)は図3の最初のSTARTを内燃機関5が始動したときに実行する。また制御装置10は図3のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。まず制御装置10は、冷媒停止制御の終了前においてEGRバルブ80が開になったか否かを判定する(ステップS10)。ステップS10でNoと判定された場合、制御装置10は後述するステップS40を実行する。
ステップS10でYesと判定された場合、制御装置10は熱交換体93の温度(Ta)を取得する(ステップS20)。なおステップS20は冷媒停止制御の終了前に実行される。すなわちステップS20において制御装置10は、冷媒停止制御終了前における熱交換体93の温度を取得している。本実施例に係る制御装置10は、熱交換体93の温度を、熱交換体93の温度と相関を有する指標に基づいて取得している。具体的には制御装置10は、熱交換体93の温度と相関を有する指標の一例として、熱交換体93よりも上流側に存在する排気の温度(以下、上流排気温度と称する場合がある)を用いる。制御装置10は、上流排気温度を温度センサ101bの検出結果に基づいて取得する。また制御装置10の記憶部には、熱交換体93の温度を上流排気温度に関連付けて規定したマップが記憶されている。制御装置10は、温度センサ101bの検出結果に基づいて取得した上流排気温度に対応する熱交換体93の温度を記憶部のマップから抽出し、抽出された熱交換体93の温度をステップS20における熱交換体93の温度(Ta)として取得する。但し、熱交換体93の温度(Ta)の具体的な取得手法は、このように指標に基づいて取得する手法に限定されるものではない。他の例を挙げると、例えば内燃機関5が熱交換体93の温度を直接検出する温度センサを備えている場合、制御装置10は、この温度センサの検出結果に基づいて熱交換体93の温度を取得することもできる。
ステップS20の後に制御装置10は、ステップS20で取得した熱交換体93の温度(Ta)が所定値a以上であるか否かを判定する(ステップS30)。ステップS30でNoと判定された場合(すなわち熱交換体93の温度が所定値a未満の場合)、制御装置10は通常制御を実行する(ステップS40)。ステップS40に係る通常制御において、制御装置10は、冷媒停止制御終了後にEGRクーラ90を通過する冷媒の流量を所定流量(以下、通常流量と称する)に制御する。具体的には制御装置10は、ポンプ50のデューティ比を制御することで、冷媒停止制御終了後にEGRクーラ90のクーラ冷媒通路94を通過する冷媒の流量を通常流量に制御している。より具体的には制御装置10は、ポンプ50の出力(具体的には回転数)が通常流量に対応する出力(これを通常出力と称する)になるようにポンプ50のデューティ比を制御している。次いで制御装置10はフローチャートの実行を終了する。
ステップS30でYesと判定された場合(すなわち熱交換体93の温度が所定値a以上の場合)、制御装置10は温度制御を実行する(ステップS50)。具体的には制御装置10は、冷媒停止制御が終了した後にEGRクーラ90を通過する冷媒の流量を通常流量に比較して少ない流量に制御する。すなわち制御装置10は、熱交換体93の温度が所定値a以上で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合に、熱交換体93の温度が所定値a未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合に比較して、EGRクーラ90を通過する冷媒の流量を少ない流量に制御している。
具体的にはステップS50において制御装置10は、ポンプ50のデューティ比を制御することで、ポンプ50の出力(具体的には回転数)をステップS40が実行される場合のポンプ50の出力である通常出力に比較して低下させている。すなわち制御装置10は、熱交換体93の温度が所定値a以上で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力を、熱交換体93の温度が所定値a未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力に比較して低下させている。この構成によれば、熱交換体93の温度が所定値a以上で冷媒停止制御が終了した場合に、熱交換体93の温度が所定値a未満で冷媒停止制御が終了した場合に比較して、EGRクーラ90を通過する冷媒の流量を少ない流量に制御することができる。なお制御装置10は、ステップS50に係る温度制御を所定期間実行する。
また制御装置10は、熱交換体93の温度が所定値a以上で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力を、熱交換体93の温度が所定値a未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力に比較して低下させるにあたり、ポンプ50の出力を所定の目標出力(これは、熱交換体93の温度が所定値a未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合における目標出力である通常出力より低い値である)まで一気に変化させるのではなく(すなわち急変化させるのではなく)、徐々に変化させている。なお制御装置10は、ポンプ50の出力を徐々に変化させるにあたり、ポンプ50の出力を目標出力まで連続的に変化させてもよく、目標出力まで段階的に変化させてもよい。
ステップS30で用いられている所定値aとしては、例えば熱交換体93の温度が所定値a以上となった場合にステップS50を実行せずに代わりにステップS40に係る通常制御を実行した場合に、熱交換体93が劣化する可能性があると考えられる温度を用いることができる。この所定値aは、予め実験、シミュレーション等によって求めておき記憶部に記憶させておく。
さらに本実施例に係る制御装置10はステップS50において、冷媒停止制御終了後における熱交換体93の温度が所定値aよりも低い所定値xを下回らないように、EGRクーラ90を通過する冷媒の流量を制御している。すなわち本実施例に係る制御装置10はステップS50において、冷媒停止制御終了後における熱交換体93の温度が所定値xを下回らないようにしつつEGRクーラ90を通過する冷媒の流量を通常流量に比較して減少させている。ステップS50の後に制御装置10はフローチャートの実行を終了する。
本実施例に係る制御装置10によれば、ステップS50において説明したように、制御装置10は、熱交換体93の温度が所定値a以上で冷媒停止制御が終了した場合にEGRクーラ90を通過する冷媒の流量を、熱交換体93の温度が所定値a未満で冷媒停止制御が終了した場合にEGRクーラ90を通過する冷媒の流量(通常流量)に比較して少ない流量に制御している。この制御が実行されることで、冷媒による熱交換体93の冷却度合いを弱めることができる。それにより、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度低下速度を減少させることができる。すなわち、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度変化の度合いを抑制することができる。その結果、冷媒停止制御が終了した場合においてSiCを含む材質からなる熱交換体93の温度が急低下することを抑制することができる。それにより、熱交換体93の強度が急低下することを抑制することができる。その結果、熱交換体93に劣化が生じることを抑制することができる。
また制御装置10は、ステップS50においてポンプ50の出力を目標出力まで徐々に変化させていることから、ポンプ50の出力を急変化させる場合に比較して、熱交換体93の温度の急変化を効果的に抑制することができる。それにより、熱交換体93の劣化を効果的に抑制することができる。
(変形例1)
続いて実施例1の変形例1に係る内燃機関の制御装置10について説明する。本変形例に係る制御装置10は、実施例1に係る図3に代えて以下に説明する図4のフローチャートを実行する点において、実施例1に係る制御装置10と異なっている。図4は、本変形例に係る制御装置10が温度制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。図4のフローチャートは、ステップS20に代えてステップS20aを備えている点と、ステップS30に代えてステップS30aを備えている点とにおいて、実施例1に係る図3のフローチャートと異なっている。なおステップS20aおよびステップS30aは、主として、熱交換体93の温度を用いる代わりに熱交換体93の温度と相関を有する指標を用いている点において、それぞれステップS20およびステップS30と異なっている。
続いて実施例1の変形例1に係る内燃機関の制御装置10について説明する。本変形例に係る制御装置10は、実施例1に係る図3に代えて以下に説明する図4のフローチャートを実行する点において、実施例1に係る制御装置10と異なっている。図4は、本変形例に係る制御装置10が温度制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。図4のフローチャートは、ステップS20に代えてステップS20aを備えている点と、ステップS30に代えてステップS30aを備えている点とにおいて、実施例1に係る図3のフローチャートと異なっている。なおステップS20aおよびステップS30aは、主として、熱交換体93の温度を用いる代わりに熱交換体93の温度と相関を有する指標を用いている点において、それぞれステップS20およびステップS30と異なっている。
ステップS20aにおいて本変形例に係る制御装置10は、熱交換体93の温度と相関を有する指標を取得している。ここで、熱交換体93の温度が高いほど、冷媒の温度も高くなる傾向があり、熱交換体93の温度が低いほど、冷媒の温度も低くなる傾向がある。したがって、冷媒の温度は熱交換体93の温度と相関を有している。そこで、本変形例に係る制御装置10は、熱交換体93の温度と相関を有する指標の一例として、冷媒の温度を用いる。より具体的には制御装置10は、冷媒の温度として、クーラ冷媒通路94の冷媒の温度を用いる。その結果、本変形例に係る制御装置10はステップS20aにおいて、温度センサ101aの検出結果に基づいてクーラ冷媒通路94の冷媒の温度(Tb)を取得する。
次いで制御装置10は、ステップS30aにおいて、ステップS20aで取得したクーラ冷媒通路94の冷媒の温度(Tb)が所定値b以上であるか否かを判定する。所定値bは、所定値aに対応するクーラ冷媒通路94の冷媒の温度である。具体的には所定値bとして、例えばクーラ冷媒通路94の冷媒の温度が所定値b以上となった場合にステップS50を実行せずに代わりにステップS40に係る通常制御を実行した場合に、熱交換体93が劣化する可能性があると考えられる温度を用いることができる。この所定値bは、予め実験、シミュレーション等によって求めておき記憶部に記憶させておく。
なおステップS30aでNoと判定された場合、制御装置10はステップS40を実行する。図4のステップS40は図3のステップS40と同様であるため、説明を省略する。ステップS30aでYesと判定された場合、制御装置10はステップS50を実行する。図4のステップS50は図3のステップS50と同様である。具体的には本変形例に係る制御装置10はステップS50において、冷媒停止制御終了後においてEGRクーラ90を通過する冷媒の流量を、通常流量(ステップS40が実行される場合の冷媒流量である)に比較して、少ない流量に制御している。すなわち、本変形例に係る制御装置10(具体的にはCPU11)は、冷媒の温度が所定値b以上で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合に、冷媒の温度が所定値b未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合に比較して、EGRクーラ90を通過する冷媒の流量を少ない流量に制御している。
より具体的には制御装置10はステップS50において、冷媒停止制御が終了した後におけるポンプ50の出力を通常出力(これはステップS40が実行される場合のポンプ50の出力である)に比較して低下させている。すなわち本変形例に係る制御装置10は、冷媒の温度が所定値b以上で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力を、冷媒の温度が所定値b未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力に比較して低下させている。この構成によれば、冷媒の温度が所定値b以上で冷媒停止制御が終了した場合に、冷媒の温度が所定値b未満で冷媒停止制御が終了した場合に比較して、EGRクーラ90を通過する冷媒の流量を少ない流量に制御することができる。また制御装置10は、ステップS50において、冷媒の温度が所定値b以上で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力を、冷媒の温度が所定値b未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合におけるポンプ50の出力に比較して低下させるにあたり、ポンプ50の出力を所定の目標出力(これは、冷媒の温度が所定値b未満で制御装置10による冷媒停止制御が終了した場合における目標出力である通常出力より低い値である)まで徐々に変化させている。なお制御装置10は、ポンプ50の出力を徐々に変化させるにあたり、ポンプ50の出力を目標出力まで連続的に変化させてもよく、目標出力まで段階的に変化させてもよい。
本変形例に係る制御装置10においても、実施例1と同様の効果を奏することができる。具体的には本変形例に係る制御装置10においても、ステップS50が実行されることで、冷媒停止制御が終了した場合における冷媒による熱交換体93の冷却度合いを弱めることができる。それにより、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度低下速度を減少させることができる。その結果、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度の急低下を抑制することができることから、熱交換体93の劣化を抑制することができる。
また本変形例に係る制御装置10においても、ステップS50においてポンプ50の出力を目標出力まで徐々に変化させていることから、ポンプ50の出力を急変化させる場合に比較して、熱交換体93の温度の急変化を効果的に抑制することができる。それにより、熱交換体93の劣化を効果的に抑制することができる。
なお実施例1および実施例1の変形例1において、温度制御を実行するにあたり制御装置10はポンプ50を制御しているが、これに限定されるものではない。例えば内燃機関5が、EGRクーラ90に流入する冷媒の流量を調整可能な冷媒流量調整機構としてポンプ50以外の構成を備えている場合、制御装置10はこれを制御することで温度制御を実行してもよい。この一例を挙げると、例えば内燃機関5が、ポンプ50以外の冷媒流量調整機構として、流量制御弁を例えば第2供給通路62または第2排出通路63に備えている場合、制御装置10はこの流量制御弁の開度を制御することで、温度制御を実行してもよい。
実施例1および実施例1の変形例1において、冷媒停止制御を実行するCPU11は、冷媒停止制御を実行する冷媒停止制御部としての機能を有する部材に相当する。またステップS50を実行するCPU11は、EGRクーラ90を通過する冷媒の流量を制御する制御部およびポンプ50の出力を制御する制御部としての機能を有する部材に相当する。
続いて本発明の実施例2に係る内燃機関の制御装置10aについて説明する。まず、制御装置10aが適用される内燃機関5aの構成について説明し、次いで制御装置10aについて説明する。図5は内燃機関5aの構成を説明するための模式図である。具体的には図5には、内燃機関5aのEGRクーラ90近傍の構成と制御装置10aとが図示されている。内燃機関5aは、制御装置10に代えて制御装置10aを備えているとともに、第2ポンプ51、第3供給通路64、第3排出通路65および逆止弁110をさらに備えている点において、図1の内燃機関5と異なっている。なお図5には図示されていないが、内燃機関5aは、図1に図示されている制御装置10以外の各構成部材も備えている。
第2ポンプ51は、ポンプ50とは別のポンプである。つまり本実施例に係る内燃機関5aは、2つのポンプ(ポンプ50および第2ポンプ51)を備えている。第2ポンプ51は、制御装置10aからの指示を受けてEGRクーラ90に冷媒を供給する。すなわち第2ポンプ51は、ポンプ50とは別に設けられて、EGRクーラ90に冷媒を供給するポンプである。本実施例においては、第2ポンプ51の一例として、電動ウォータポンプを用いる。但し第2ポンプ51の具体的構成は、制御装置10aからの指示を受けて冷媒を供給できるものであれば、電動ウォータポンプに限定されるものではない。
第3供給通路64は、第2ポンプ51と第2供給通路62とを連通している。第3供給通路64は、第2ポンプ51から吐出された冷媒を第2供給通路62に導く冷媒通路である。第3排出通路65は、第2ポンプ51と第2排出通路63とを連通している。第3排出通路65は、EGRクーラ90を経由して第2排出通路63に流入した冷媒を第2ポンプ51に戻す冷媒通路である。逆止弁110は、第2供給通路62のうち第3供給通路64が接続されている箇所よりも冷媒流動方向で上流側に配置されている。逆止弁110は、第2供給通路62の機関本体20側からEGRクーラ90側への冷媒の通過を許容し、EGRクーラ90側から機関本体20側への冷媒の通過を抑制している。内燃機関5aが逆止弁110を備えることによって、ポンプ50が停止した状態で第2ポンプ51が稼動したときに第3供給通路64を経由して第2供給通路62に流入した冷媒が機関本体20に流入することが抑制されている。
制御装置10aの詳細について説明する。制御装置10aのハードウエア構成は、図1の制御装置10と同様である。具体的には本実施例に係る制御装置10aも、制御装置10と同様に、CPU11、ROM12およびRAM13を備える電子制御装置である。制御装置10aは、図3のフローチャートに代えて以下に説明する図6のフローチャートを実行する点において、実施例1に係る制御装置10と異なっている。図6は、本実施例に係る制御装置10aが温度制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。図6のフローチャートは、ステップS30に代えてステップS30bを備えている点と、ステップS50に代えてステップS50aを備えている点とにおいて、図3のフローチャートと異なっている。
ステップS30bにおいて制御装置10a(具体的にはCPU11)は、ステップS20で取得した熱交換体93の温度(Ta)が所定値c以上であるか否かを判定する。なおステップS30bは冷媒停止制御の終了前に実行される。ステップS30bでNoと判定された場合、制御装置10aはステップS40に係る通常制御を実行する。具体的には制御装置10aはステップS40において、冷媒停止制御終了後にEGRクーラ90を通過する冷媒の流量を通常流量に制御する。なお制御装置10aは、ステップS40において冷媒の流量を通常流量に制御する場合、第2ポンプ51は運転させずに、ポンプ50を制御することによって冷媒の流量を通常流量に制御する。なお本実施例に係るステップS40の具体的内容は実施例1のステップS40と同様であるため、これ以上詳細な説明は省略する。
ステップS30bでYesと判定された場合、制御装置10aはステップS50aに係る温度制御を実行する。ステップS50aにおいて制御装置10aは、第2ポンプ51の運転を開始させる。すなわち本実施例に係る制御装置10aは、冷媒停止制御が終了する前において熱交換体93の温度が所定値c以上になった場合にステップS50aに係る温度制御を実行し、ステップS50aにおいて制御装置10aは、第2ポンプ51の運転を開始させている。ステップS50aが実行される結果、本実施例に係る第2ポンプ51は、冷媒停止制御が終了する前(具体的にはポンプ50の運転が開始する前)から運転を開始することになる。次いで制御装置10aはフローチャートの実行を終了する。
本実施例に係る制御装置10aによれば、ステップS50aに係る温度制御が実行されることで、冷媒停止制御が終了した時点における熱交換体93の温度を、冷媒停止制御が終了する前において熱交換体93の温度が所定値c以上になったにもかかわらず第2ポンプ51の運転を開始させない場合に比較して、低くすることができる。その結果、冷媒停止制御が終了した場合の熱交換体93の温度低下量を減少させることができる。それにより、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度の急低下を抑制することができることから、熱交換体93の劣化を抑制することができる。
なお制御装置10aは、ステップS50aにおいて第2ポンプ51の運転を開始させた後に、冷媒停止制御が終了した時点における熱交換体93の温度が第2の所定値yを超えないように、第2ポンプ51を制御してもよい。この第2の所定値yとしては、冷媒停止制御が終了する前において熱交換体93の温度が所定値c以上になったにもかかわらず第2ポンプ51の運転を開始させない場合における冷媒停止制御終了時点の熱交換体93の温度(以下、温度zと称する)よりも低い所定の温度を用いることができる。具体的には、この場合、冷媒停止制御が終了した時点における熱交換体93の温度が、この第2の所定値yを超えないような第2ポンプ51の出力(具体的には回転数)を予め求めておき、制御装置10aの記憶部に記憶させておく。制御装置10aは、ステップS30bでYesと判定されてステップS50aにおいて第2ポンプ51の運転を開始させた場合に、この記憶部に記憶されている第2ポンプ51の出力になるように第2ポンプ51を制御する。この構成によれば、冷媒停止制御が終了した時点における熱交換体93の温度を第2の所定値yより低く抑えることができる。その結果、冷媒停止制御が終了した時点における熱交換体93の温度を、温度zよりも確実に低下させることができる。それにより、熱交換体93の劣化をより効果的に抑制することができる。
なおステップS30bで用いられる所定値cは、ステップS30bでNoと判定されてステップS40に係る通常制御が実行された場合において、熱交換体93の劣化が抑制できるような温度を用いことが好ましい。この場合、本実施例に係るステップS40が実行される場合であっても、熱交換体93の劣化を抑制できるからである。この所定値cは、予め実験、シミュレーション等によって求めておき記憶部に記憶させておけばよい。
(変形例1)
続いて実施例2の変形例1に係る内燃機関の制御装置10aについて説明する。本変形例に係る制御装置10aは、実施例2に係る図6に代えて以下に説明する図7のフローチャートを実行する点において、実施例2に係る制御装置10aと異なっている。図7は、本変形例に係る制御装置10aが温度制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。図7のフローチャートは、ステップS20に代えてステップS20aを備えている点と、ステップS30bに代えてステップS30cを備えている点とにおいて、図6のフローチャートと異なっている。なおステップS20aおよびステップS30cは、主として、熱交換体93の温度を用いる代わりに熱交換体93の温度と相関を有する指標、具体的にはクーラ冷媒通路94における冷媒の温度を用いている点において、それぞれステップS20およびステップS30bと異なっている。
続いて実施例2の変形例1に係る内燃機関の制御装置10aについて説明する。本変形例に係る制御装置10aは、実施例2に係る図6に代えて以下に説明する図7のフローチャートを実行する点において、実施例2に係る制御装置10aと異なっている。図7は、本変形例に係る制御装置10aが温度制御を実行する際のフローチャートの一例を示す図である。図7のフローチャートは、ステップS20に代えてステップS20aを備えている点と、ステップS30bに代えてステップS30cを備えている点とにおいて、図6のフローチャートと異なっている。なおステップS20aおよびステップS30cは、主として、熱交換体93の温度を用いる代わりに熱交換体93の温度と相関を有する指標、具体的にはクーラ冷媒通路94における冷媒の温度を用いている点において、それぞれステップS20およびステップS30bと異なっている。
図6のステップS20aは、図4のステップS20aと同様である。具体的にはステップS20aにおいて、本変形例に係る制御装置10aは、温度センサ101aの検出結果に基づいてクーラ冷媒通路94における冷媒の温度(Tb)を取得している。ステップS20aの後に制御装置10aはステップS30cを実行する。
ステップS30cにおいて制御装置10aは、ステップS20aで取得した冷媒の温度(Tb)が、所定値d以上であるか否かを判定する。所定値dは、図6のステップS30bに係る所定値cに対応するクーラ冷媒通路94の冷媒の温度である。具体的には所定値dとして、ステップS30cでNoと判定されてステップS40に係る通常制御が実行された場合において、熱交換体93の劣化が抑制できるような温度を用いることが好ましい。
ステップS30cでNoと判定された場合、制御装置10aはステップS40を実行する。ステップS40は図6のステップS40と同様であるため説明を省略する。ステップS30cでYesと判定された場合、制御装置10aはステップS50aに係る温度制御を実行する。ステップS50aは図6のステップS50aと同様であるため説明を省略する。
以上のように本変形例に係る制御装置10aは、冷媒停止制御が終了する前において冷媒の温度(具体的にはクーラ冷媒通路94の冷媒の温度)が所定値d以上になった場合にステップS50aに係る温度制御を実行し、制御装置10aは温度制御において、第2ポンプ51の運転を開始させている。この温度制御が実行されることで、本変形例に係る制御装置10aにおいても、実施例2と同様の理由によって、冷媒停止制御が終了した場合における熱交換体93の温度の急低下を抑制することができる。それにより、熱交換体93の強度の急低下を抑制することができることから、熱交換体93の劣化を抑制することができる。
なお、実施例2および実施例2の変形例1において、冷媒停止制御を実行するCPU11は、冷媒停止制御を実行する冷媒停止制御部としての機能を有する部材に相当する。またステップS50aを実行するCPU11は、第2ポンプ51を制御する制御部としての機能を有する部材に相当する。
続いて、実施例2に係る温度制御の作用効果と実施例1に係る温度制御の作用効果との相違点を理解し易くするために、実施例1および実施例2に係る温度制御の作用効果を図を用いて総括的に説明する。図8(a)は実施例1および実施例2に係る温度制御が実行された場合の熱交換体93の温度変化を説明するための模式図である。図8(b)は実施例1および実施例2に係る温度制御が実行された場合のクーラ冷媒通路94の冷媒流量の変化を説明するための模式図である。
図8(a)の縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。曲線200はクーラ冷媒通路94の冷媒温度の時間変化を示し、曲線201は機関本体20の機関本体冷媒通路の冷媒温度の時間変化を示している。曲線202は、実施例1のステップS30でYesと判定された場合にステップS50が実行される代わりにステップS40が実行された場合(以下、これを比較例に係る制御が実行された場合と称する)の熱交換体93の温度の時間変化を示している。つまり曲線202に示す比較例は、ステップS30でYesと判定された場合に、通常流量の冷媒が冷媒停止制御終了後にEGRクーラ90に流入した場合の熱交換体93の温度の時間変化を示している。曲線203は、実施例1に係る温度制御が実行された場合の熱交換体93の温度の時間変化を示している。曲線204は、実施例2に係る温度制御が実行された場合の熱交換体93の温度の時間変化を示している。具体的には曲線204は、ステップS50aに係る温度制御において、冷媒停止制御が終了した時点における熱交換体93の温度が第2の所定値yを超えないように第2ポンプ51が制御された場合の熱交換体93の温度の時間変化を示している。なお実施例1の変形例1に係る温度制御および実施例2の変形例1に係る温度制御が実行された場合も、図8(a)と同様の図が得られる。
図8(b)の縦軸はクーラ冷媒通路94の冷媒流量を示し、横軸は時間を示している。曲線205は、比較例に係る通常制御が実行された場合のクーラ冷媒通路94の冷媒流量の時間変化を示している。曲線206は、実施例1に係るクーラ冷媒通路94の冷媒流量の時間変化を示している。なお曲線206は、途中から曲線205に合流している。曲線207は、実施例2に係るクーラ冷媒通路94の冷媒流量の時間変化を示している。なお曲線207は、途中から曲線205に合流している。なお実施例1の変形例1に係る温度制御および実施例2の変形例1に係る温度制御が実行された場合も、図8(b)と同様の図が得られる。
図8(a)および図8(b)において、時間Aは、実施例2に係る図6のステップS30bにおいて熱交換体93の温度が所定値c以上となった時期である。時間Bは、実施例1および実施例2において冷媒停止制御が終了した時期である。曲線207を参照して、実施例2において第2ポンプ51は時間Aにおいて運転を開始するため、時間Aにおいてクーラ冷媒通路94の冷媒流量は上昇を開始している。また図8(a)および図8(b)において、時間Cは、比較例に係る制御(曲線202)が実行された場合に、冷媒停止制御終了後において熱交換体93の温度が最低となる時間である。時間Dは、実施例1に係る温度制御(曲線203)が実行された場合に、冷媒停止制御終了後において熱交換体93の温度が最低となる時間である。
図8(b)の曲線206(実施例1の温度制御)と曲線205(比較例)とを比較すると分るように、実施例1に係る温度制御が実行されることで、実施例1に係る冷媒停止制御終了後におけるクーラ冷媒通路94の冷媒流量は通常流量よりも少ない流量に制御されている(そのため、曲線206は曲線205よりも下に位置している)。その結果、図8(a)の曲線203(実施例1の温度制御)と曲線202(比較例)とを比較すると分るように、実施例1に係る熱交換体93の温度が最低温度になる時間Dは、比較例に係る熱交換体93の温度が最低温度になる時間Cよりも延びている。このことから、実施例1に係る温度制御の方が比較例に係る制御が実行される場合よりも、冷媒停止制御終了後における熱交換体93の温度低下速度が減少していることが分る。したがって、実施例1に係る温度制御を実行することで、冷媒停止制御が終了した後における熱交換体93の温度の急低下を抑制することができることが分る。
また図8(a)の曲線204(実施例2の温度制御)と曲線202(比較例)とを比較すると分るように、実施例2の場合の冷媒停止制御終了時点における熱交換体93の温度(時間Bにおける熱交換体93の温度)は、冷媒停止制御終了前において熱交換体93の温度が所定値c以上になったにもかかわらず第2ポンプ51の運転を開始させない場合(例えば曲線202の比較例に係る制御が実行される場合、または曲線203の実施例1に係る制御が実行される場合)の冷媒停止制御終了時点における熱交換体93の温度zに比較して、低くなっている。それにより、実施例2に係る温度制御が実行されることで、冷媒停止制御終了後における熱交換体93の温度低下量が減少していることが分る。したがって、実施例2に係る温度制御を実行することで、冷媒停止制御終了後における熱交換体93の温度の急低下を抑制することができることが分る。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
5 内燃機関
10 制御装置
20 機関本体
21 気筒
30 吸気通路
31 排気通路
50 ポンプ
51 第2ポンプ
70 EGR通路
80 EGRバルブ
90 EGRクーラ
93 熱交換体
94 クーラ冷媒通路
10 制御装置
20 機関本体
21 気筒
30 吸気通路
31 排気通路
50 ポンプ
51 第2ポンプ
70 EGR通路
80 EGRバルブ
90 EGRクーラ
93 熱交換体
94 クーラ冷媒通路
Claims (3)
- 内燃機関の吸気通路にEGRガスを導入させるEGR通路に配置され、SiCを含む材質からなる熱交換体を有するEGRクーラを備える内燃機関に適用される制御装置であって、
冷媒が前記EGRクーラに流入することを停止させる冷媒停止制御を実行する冷媒停止制御部と、
前記冷媒の温度が所定値以上で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合に、前記冷媒の温度が前記所定値未満で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合に比較して、前記EGRクーラを通過する前記冷媒の流量を少ない流量に制御する制御部と、を備える内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は、前記内燃機関の機関本体および前記EGRクーラに冷媒を供給するポンプを備え、
前記制御部は、前記冷媒の温度が前記所定値以上で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合における前記ポンプの出力を、前記冷媒の温度が前記所定値未満で前記冷媒停止制御部による前記冷媒停止制御が終了した場合における前記ポンプの出力に比較して低下させる請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御部は、前記ポンプの出力を低下させるにあたり、前記ポンプの出力を目標出力まで徐々に変化させる請求項2記載の内燃機関の制御装置。
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