JP6111983B2 - 吸気制御装置 - Google Patents

Description

［発明の詳細な説明］
この発明は、吸気制御装置に関し、特に、インタークーラからの冷却水漏れを検出及び抑制する機能を有するものに関する。

インタークーラはエンジンの吸気通路に隣接しているため、腐食などの影響でインタークーラの内壁が破損して冷却水漏れが生じた場合には、漏れた冷却水が吸気通路を経由して燃焼室に流入し、いわゆるウォーターハンマーを起こすおそれがある。特許文献１に開示された装置では、インタークーラから漏れた冷却水の燃焼室への侵入を抑制するために、インタークーラを収容しているダクト内に、保水部材などの流入量低減手段を設置している。

特許文献２に開示された装置では、インタークーラから漏れた冷却水の燃焼室への流入を抑制するために、吸気量を制限している。

特許文献３に開示された装置では、インタークーラから漏れた冷却水の燃焼室への流入を抑制するために、冷却水を循環させるためのウォーターポンプを停止し、かつエンジンの回転数を制限している。

特開２０１３−１３９７４２号公報 特開２０１３−１６００６７号公報 特開２０１２−１０２６６７号公報

しかしながら、インタークーラから漏出した冷却水に起因するウォーターハンマーの発生を抑制するための、更に効果的な手段が提供されることが望ましい。

本発明は、従来技術の有する課題を解決することを目的とし、インタークーラからの冷却水の漏れを抑制し、漏出した冷却水に起因するウォーターハンマーの発生を抑制するための新規な手段を提供するものである。

本発明は、上記の目的を達成するため、
インタークーラの冷却水漏れを検出する検出手段と、
過給圧を制御する過給圧制御手段と、
を備えた吸気制御装置であって、
前記過給圧制御手段は、インタークーラの冷却水漏れが検出された場合に、過給圧をインタークーラ内の冷却水圧よりも高く制御する
ことを特徴とする。

本発明では、検出手段がインタークーラの冷却水漏れを検出すると、過給圧制御手段は、インタークーラの冷却水漏れが検出された場合に、過給圧をインタークーラ内の冷却水圧よりも高く制御する。このようにして過給圧がインタークーラ内の冷却水圧よりも高く制御されると、インタークーラから吸気通路への冷却水の漏出が抑制される。これにより、漏出した冷却水の燃焼室への流入が抑制され、ウォーターハンマーの発生のおそれを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る吸気制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における過給圧制御のルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る吸気制御装置の概略構成を示す。エンジン１は圧縮着火式（ディーゼル式）の内燃機関であり、エンジン本体２と、ターボチャージャ３とを備えている。ターボチャージャ３はタービン３ａ及びコンプレッサ３ｂを有する。ターボチャージャ３は更に、タービン３ａのタービンブレードの開口面積を変化させることで排気ガスの流量を制御するための可変ノズルアクチュエータ３ｃを有する。吸気通路４は、吸気マニホールドを有し、不図示のエアクリーナからコンプレッサ３ｂ及びインタークーラ６を通じて延び、エンジン本体２の各吸気ポートに接続している。エンジン１の動作中に吸気は矢印Ｄａの方向に流れ、高温の圧縮吸気がインタークーラ６によって冷却される。

タービン３ａよりも下流側の排気通路５と、コンプレッサ３ｂよりも上流側の吸気通路４とを結んで、低圧ループＥＧＲ（排気ガス再循環）通路７が設けられている。他方、タービン３ａよりも上流側の排気通路５と、インタークーラ６よりも下流側の吸気通路４とを結んで、高圧ループＥＧＲ通路８が設けられている。これらＥＧＲ通路７，８には、ソレノイドなどを備えたＥＧＲバルブ７ａ，８ａが設けられており、排気を選択的に吸気側に再循環させることが可能にされている。

エンジン本体２のウォータージャケットには、周知の高温冷却水通路９が接続されており、高温冷却水通路９にはＨＴ（高温）ラジエータ１０、サーモスタット１１及び高温ウォーターポンプ１２が設けられている。高温ウォーターポンプ１２は電動式であるが、機械式であってもよい。

他方、インタークーラ６にはこれを冷却するための低温冷却水通路１３が接続されており、低温冷却水通路１３にはＬＴ（低温）ラジエータ１４及び低温ウォーターポンプ１５が設けられている。低温ウォーターポンプ１５は電動式であって、ポンプアクチュエータとしての回転数を制御可能なモータを有する。なお、タービン３ａよりも下流側の排気通路５には、触媒早期暖機及び還元剤供給の目的で燃料を排気中に添加するための排気添加弁１６が設置されており、低温冷却水通路１３は、この排気添加弁１６をも冷却できるように、排気添加弁１６の周囲に設けられたウォータージャケット（不図示）を経由するように配置されている。エンジン１の動作中には、低温冷却水通路１３内の冷却水は矢印Ｄｗの方向に流れ、冷却水はＬＴラジエータ１４によって冷却される。

吸気通路４におけるインタークーラ６よりも下流側の地点には、過給圧を検出するための過給圧センサ１７が設置されている。吸気通路４におけるインタークーラ６よりも下流側かつ高圧ループＥＧＲ通路８の合流点よりも上流側の地点には、吸気温度を検出するための吸気温センサ１９が設置されている。エンジン本体２のウォータージャケットには、高温冷却水通路９の水温を検出するための水温センサ２０が設置されている。インタークーラ６を通じた冷却水の循環を制御する低温ウォーターポンプ１５には、その回転数を検出するためのポンプ回転センサ２１が設置されている。

過給圧センサ１７、吸気温センサ１９、水温センサ２０及びポンプ回転センサ２１は、本発明におけるコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２の入力側に接続されている。ＥＣＵ２２は周知のワンチップマイクロプロセッサであり、データバスによって相互接続された中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性記憶装置、入出力ポート、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器を含んで構成されている。ＥＣＵ２２の出力側には、ＥＧＲバルブ７ａ，８ａ、低温ウォーターポンプ１５、及び可変ノズルアクチュエータ３ｃが接続されている。なお、ＥＣＵ２２の入力側には更に、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ２３、及び要求負荷を検出するためのスロットルバルブセンサ２４並びにアクセルペダルセンサ２５が接続されており、またＥＣＵ２２の出力側には更に、エンジン本体２の出力回転を変速する有段の自動変速機２６及びこれに付随するロックアップクラッチ２７が制御可能に接続されている。

ＥＣＵ２２のＲＯＭには、インタークーラ６の冷却水漏れを検出すると共に、冷却水漏れが検出された場合に過給圧をインタークーラ６内の冷却水圧よりも高く制御するための過給圧制御プログラムが格納されている。

以上のとおり構成された本実施形態における過給圧制御プログラムの動作について説明する。図２のルーチンは、エンジン１の動作中にわたり、所定時間Δｔごとに繰返し実行される。図２において、まずＥＣＵ２２は、低温ウォーターポンプ１５に対する現在の制御出力に基づいて、当該制御出力に対応する低温ウォーターポンプ１５のモータの予想回転数を、所定の関数又はマップを用いて算出する（Ｓ１０）。なお、低温ウォーターポンプ１５に対する現在の制御出力としては、例えば、ポンプ１５のモータに対する出力電圧又は制御デューティ比を用いることができる。

次にＥＣＵ２２は、ポンプ回転センサ２１の出力によって、ポンプ１５のモータの実回転数を検出する（Ｓ２０）。そしてＥＣＵ２２は、冷却水漏れがあるかを判断する（Ｓ３０）。低温冷却水通路１３内の冷却水が減少すると、これに応じた量の空気が混入し攪拌抵抗が減少するため、ウォーターポンプ１５の回転数が過上昇する。したがって、ポンプ１５のモータの予想回転数と実回転数との乖離を参照することによって、冷却水漏れを検出することができる。すなわち、ステップＳ３０における冷却水漏れの有無の判断は、例えば実回転数から予想回転数を減算して得られる偏差が、所定の正の値を上回るかによって実行することができる。なお、冷却水漏れの有無の判断（あるいは冷却水漏れの検出）は、予想回転数回転数と実回転数とに基づく他の方法、例えば実回転数を予想回転数で除し、得られた比率が所定の基準値（１より大きい値）を上回るかによって実行することも可能である。

ステップＳ３０で否定、すなわち冷却水漏れがない場合には、可変ノズルアクチュエータ３ｃ、低温ウォーターポンプ１５、自動変速機２６、ロックアップクラッチ２７及び高圧ループＥＧＲ通路８のＥＧＲバルブ８ａが通常運転される（Ｓ４０）。なお、この通常運転は、冷却水漏れがない場合に適した運転態様であり、可変ノズルアクチュエータ３ｃ、低温ウォーターポンプ１５、自動変速機２６、ロックアップクラッチ２７及び高圧ループＥＧＲ通路８のＥＧＲバルブ８ａは、例えばエンジン１の回転数及び要求負荷に応じた動作状態で動作させられる。

ステップＳ３０で肯定、すなわち冷却水漏れがある場合には、まずＥＣＵ２２は所定の警報出力を行う（Ｓ５０）。この警報出力は、例えば車室内に設けられたメーターコンピュータに対する警報コードの出力であり、メーターコンピュータでは警報コードの受信に応答して、車室内の警報ランプの点灯、及び所定のダイアグノーシスメモリへの異常履歴の記録を行う。このような警報出力によって、ドライバに退避走行を促すことが可能になる。

次にＥＣＵ２２は、低温冷却水通路１３内（すなわちインタークーラ６内）現在の冷却水圧を推定する（Ｓ６０）。この推定演算は、例えばステップＳ２０で検出したポンプ１５のモータの実回転数、及びステップＳ３０で算出した実回転数と予想回転数との偏差に基づいて、所定の関数又はマップを用いて実行することができる。次にＥＣＵ２２は、過給圧センサ１７の検出した過給圧の値を読み込む（Ｓ７０）。

ここで、過給圧（すなわち、コンプレッサ３ｂよりも下流側の吸気通路内の圧力）が、冷却水圧よりも大である状態においては、冷却水は吸気通路４内に侵入しないものと基本的には考えられる。このため本実施形態では、このようにして冷却水漏れが検出された場合に、退避走行モードとして、過給圧をインタークーラ６内の冷却水圧よりも高く制御するような過給圧上昇運転が実行される（Ｓ８０〜Ｓ１１０）。

具体的には、まずＥＣＵ２２は、ステップＳ７０で読み込んだ現在の過給圧と、ステップＳ６０で推定した現在の冷却水圧とを比較し、過給圧が冷却水圧を上回っているかを判断する（Ｓ８０）。このステップＳ８０で肯定、すなわち過給圧が冷却水圧を上回っている場合には、現在の過給圧がインタークーラ６からの冷却水の漏出を抑制するのに十分であってこれを更に上昇させる必要がないため、システムは通常運転に移行する（Ｓ４０）。

ステップＳ８０で否定、すなわち過給圧が冷却水圧以下である場合には、過給圧が増大させられる。ＥＣＵ２２はまず、可変ノズルアクチュエータ３ｃを制御して、可変ノズルの開度を通常時よりも小さくする（Ｓ９０）。これによって、ターボチャージャ３の回転数が通常時よりも増大され、過給圧が増大させられる。

またＥＣＵ２２は、高圧ループＥＧＲ通路８のＥＧＲバルブ８ａを強制的に閉じることで、高圧ＥＧＲを禁止する（Ｓ１００）。これによって、排気圧力の低下及びこれに起因したターボチャージャ３の回転数の低下が抑制される。すなわち、高圧ＥＧＲはタービン３ａの上流側の排気通路５から排気ガスを取り出すものであるため、ＥＧＲバルブ８ａを閉じると排気圧力が上昇し、ターボチャージャ３の回転数が増大し、これによって過給圧が増大させられることになる。なお、高圧ＥＧＲの禁止に代えて、ＥＧＲバルブ８ａの開度を通常制御における場合よりも小さくすることによる高圧ＥＧＲの抑制を行っても良い。また、高圧ＥＧＲが禁止または抑制される場合であっても、低圧ループＥＧＲ通路７を通じた低圧ＥＧＲは許容される。

さらにＥＣＵ２２は、ロックアップクラッチ２７を解除すると共に、自動変速機２６を通常時よりもシフトダウン側に制御する（Ｓ１１０）。これによって、同一車速でもエンジン１の回転を高めることで、単位時間あたりの空気量を確保して過給圧を増大させることができる。以上の処理の結果、過給圧が冷却水圧よりも高く制御されることになる。

以上のとおり、本実施形態では、ＥＣＵ２２は、インタークーラ６の冷却水漏れを検出（Ｓ１０〜Ｓ３０）すると共に、冷却水漏れが検出された場合には、過給圧をインタークーラ６内の冷却水圧よりも高く制御する（Ｓ６０〜Ｓ１１０）。このようにして、過給圧がインタークーラ６内の冷却水圧よりも高く制御されると、インタークーラ６から吸気通路４への冷却水の漏出が抑制されることになる。これにより本実施形態では、漏出した冷却水の燃焼室への流入が抑制され、ウォーターハンマーの発生のおそれを抑制することができる。また本実施形態の手法によれば、吸気通路４内への保水部材の設置も不要である。

本発明の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。例えば、上記実施形態では、ウォーターポンプ１５の予想回転数と実回転数とに基づいて、冷却水漏れを検出したが、このような構成に代えて、低温冷却水経路１５内に圧力センサを検出し、冷却水圧を直接検出しても良い。

また、上記実施形態では有段の自動変速機２６及びロックアップクラッチ２７を有する車両に本発明を適用した例について説明したが、本発明はＣＶＴなどの無段変速機を有する車両にも好適に適用でき、例えば過給圧を上昇させるために、無段変速機を通常時よりもシフトダウン側に制御することによって、同一車速でもエンジンの回転を相対的に高めることが可能である。

また、上記実施形態では、過給圧を上昇させるための手段として、ステップＳ９０〜Ｓ１１０で説明した３種類の制御のすべてを実行したが、過給圧を上昇させるための具体的な手段はこれらのうちの少なくともいずれかであってもよく、また他の手段であってもよい。また、冷却水漏れが検出された場合に、過給圧を上昇させることに加えて、冷却水圧を低減させるためのウォーターポンプ１５の回転数の抑制（停止を含む）や、吸入空気量の制限を併せて実行しても良い。

また、上記実施形態では高温冷却水通路９及び低温冷却水通路１３を有するエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明は単一の（すなわち、エンジン本体２とインタークーラ６とについて共通の）冷却水通路を用いるエンジンにも適用できる。また、本発明はＥＧＲを実行しない装置にも適用できる。さらに、本発明はディーゼルエンジンのほか、他の形式のエンジンにも好適に適用することが可能である。

１ エンジン
２ エンジン本体
３ ターボチャージャ
３ａ タービン
３ｂ コンプレッサ
３ｃ 可変ノズルアクチュエータ
４ 吸気通路
６ インタークーラ
８ａ 高圧ＥＧＲバルブ
１４ 低温（ＬＴ）ラジエータ
１５ 低温ウォーターポンプ
１７ 過給圧センサ
２１ ポンプ回転センサ
２２ 電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. インタークーラ付きのターボチャージャを備えて、前記ターボチャージャの過給圧に応じて圧縮された吸気通路内の吸気を前記インタークーラの冷却水通路に流れる冷却水により冷却する内燃機関の吸気制御装置であって、
   前記冷却水通路に流れる前記冷却水が前記吸気通路内に漏れる冷却水漏れを検出する検出手段と、
   前記ターボチャージャの過給圧を制御する過給圧制御手段と、を備え、
   前記過給圧制御手段は、前記冷却水漏れが検出された場合に、前記吸気通路内の吸気圧力が前記インタークーラの前記冷却水通路内の冷却水圧よりも高くなるように前記ターボチャージャの過給圧を制御することを特徴とする吸気制御装置。

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