JP6390511B2 - Water pump control device - Google Patents
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Description
本発明は、ウォーターポンプの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a water pump.
ターボチャージャーやスーパーチャージャーを備えた内燃機関の吸気通路にインタークーラーを設けて、過給機により圧縮されて温度が上がった吸気(空気)を冷却することが行われている。インタークーラーには、空冷式のものと水冷式のものとがあるが、水冷式のインタークーラーでは、ウォーターポンプでインタークーラー内に冷却水を循環させることによりインタークーラーを冷却している。 An intercooler is provided in an intake passage of an internal combustion engine equipped with a turbocharger or a supercharger to cool intake air (air) that has been compressed by a supercharger and has risen in temperature. There are two types of intercoolers: an air-cooled type and a water-cooled type. In a water-cooled type intercooler, the intercooler is cooled by circulating cooling water in the intercooler with a water pump.
また、水冷式のインタークーラーに関する制御として、以下のものも知られている。ウォーターポンプによる冷却水の目標循環量を、インタークーラーにより冷却された吸気の温度(以下、出ガス温度と表記する)と目標温度との間の乖離量に基づくフィードバック演算により算出する。そして、目標循環量がウォーターポンプで循環させられる冷却水の最低量以上であった場合には、目標循環量の冷却水が循環するようにウォーターポンプを連続駆動し、目標循環量が上記最低量未満であった場合には、冷却水の循環量の時間平均値が目標循環量となるようにウォーターポンプを間欠駆動する。 Moreover, the following are also known as control regarding a water cooling type intercooler. The target circulation amount of the cooling water by the water pump is calculated by feedback calculation based on the amount of deviation between the temperature of the intake air cooled by the intercooler (hereinafter referred to as the outgas temperature) and the target temperature. When the target circulation amount is equal to or greater than the minimum amount of cooling water circulated by the water pump, the water pump is continuously driven so that the target circulation amount of cooling water circulates, and the target circulation amount is the minimum amount described above. If it is less, the water pump is intermittently driven so that the time average value of the cooling water circulation amount becomes the target circulation amount.
発明者は、インタークーラー、ウォーターポンプ等からなる吸気冷却系を高性能化すべく、鋭意研究した結果、上記従来の制御だと、ウォーターポンプの間欠続駆動時に、出ガス温度が大きくアンダーシュート等して目標温度に速やかに収束しない場合があることを見出した。 As a result of earnest research to improve the performance of the intake air cooling system composed of an intercooler, a water pump, etc., the inventor found that the above-mentioned conventional control caused a large undershoot during the intermittent operation of the water pump. It was found that the target temperature may not converge quickly.
そこで、本発明の課題は、出ガス温度(インタークーラーによる冷却後の吸気温度)が目標温度(目標吸気温度)に速やかに収束するように、インタークーラー用のウォーターポンプを間欠駆動できるウォーターポンプの制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a water pump control device capable of intermittently driving an intercooler water pump so that the outlet gas temperature (the intake air temperature after cooling by the intercooler) quickly converges to the target temperature (target intake air temperature). Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の、内燃機関の吸気通路に配設されたインタークーラーと前記インタークーラーを冷却するための冷却水が循環する冷却水循環路と前記冷却水循環路内の冷却水を循環させるウォーターポンプとを含む吸気冷却系のウォーターポンプを、前記インタークーラーによる冷却後の吸気温度が目標吸気温度となるように駆動するウォーターポンプの制御装置は、前記冷却水循環路内の冷却水循環量の目標量を、前記インタークーラーによる冷却後の吸気温度と目標吸気温度の間の乖離量に基づくフィード
バック演算によって算出する算出手段と、前記算出手段により算出された目標量が所定の連続運転閾値以上である場合には、前記冷却水循環路内の冷却水の循環量が目標量となるように、前記ウォーターポンプを連続駆動し、前記算出手段により算出された目標量が前記連続運転閾値未満である場合には、前記冷却水循環路内の冷却水の循環量の時間平均値が目標量となるように、前記ウォーターポンプを間欠駆動する駆動手段と、を備え、前記算出手段は、前記駆動手段により前記ウォーターポンプが間欠駆動されている状況下では、前記フィードバック演算のフィードバックゲインを、前記冷却水循環路内の冷却水温度が低い場合は、高い場合に比べて小さくする。
In order to solve the above-described problems, an intercooler disposed in an intake passage of an internal combustion engine of the present invention, a cooling water circulation path through which cooling water for cooling the intercooler circulates, and a cooling water in the cooling water circulation path are circulated. A water pump control device for driving a water pump of an intake air cooling system including a water pump to be driven so that an intake air temperature after cooling by the intercooler becomes a target intake air temperature, a target of a cooling water circulation amount in the cooling water circulation path A calculating means for calculating the amount by a feedback calculation based on a deviation amount between the intake air temperature after cooling by the intercooler and the target intake air temperature, and the target amount calculated by the calculating means is equal to or greater than a predetermined continuous operation threshold value The water pump so that the circulating amount of the cooling water in the cooling water circulation path becomes a target amount. When the target amount calculated by the calculation means is less than the continuous operation threshold value, the water amount is adjusted so that the time average value of the circulating amount of the cooling water in the cooling water circulation path becomes the target amount. Drive means for intermittently driving the pump, and the calculating means, under the situation where the water pump is intermittently driven by the drive means, the feedback gain of the feedback calculation, the cooling water in the cooling water circulation path If the temperature is low, make it smaller than if it is high.
本発明によれば、インタークーラーによる冷却後の吸気温度が目標吸気温度に速やかに収束するように、インタークーラー用のウォーターポンプを間欠駆動できる。 According to the present invention, the water pump for the intercooler can be intermittently driven so that the intake air temperature after cooling by the intercooler quickly converges to the target intake air temperature.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係るウォーターポンプの制御装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示す。 FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine system to which a water pump control device according to an embodiment of the present invention is applied.
この内燃機関システムは、車両に搭載されるシステムであり、内燃機関10、本実施形態に係るウォーターポンプの制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)40等を備えている。
This internal combustion engine system is a system mounted on a vehicle, and includes an
内燃機関10は、3つの気筒を有するディーゼルエンジンである。内燃機関10の各気筒(各気筒の吸気ポート)は、吸気マニホールド11を介して吸気通路12と接続されている。また、内燃機関10の各気筒(各気筒の排気ポート)は、排気マニホールド13を介して排気通路14と接続されている。
The
排気マニホールド13と吸気マニホールド11との間には、排気マニホールド13内を流れる排気の一部を吸気マニホールド11に戻すためのEGR通路(Exhaust Gas Recirculation)20aが配設されている。このEGR通路20aの途中には、EGR通路20a
内を流れる排気量を調節するためのEGR弁20bが設けられている。
Between the
An EGR valve 20b for adjusting the amount of exhaust flowing through the inside is provided.
排気通路14の途中には、ターボチャージャー22のタービン22bが配設されている。また、吸気通路12の途中には、ターボチャージャー22のコンプレッサ22aと、コンプレッサ22aからの圧縮空気を冷却するためのインタークーラー30とが配設されている。
A
吸気通路12のコンプレッサ22aよりも上流側の部分には、吸気の流量を測定するためのエアフローメータ21が設けられている。吸気通路12のコンプレッサ22aとインタークーラー30との間の部分には、インタークーラー30内に流入する吸気の温度(以下、入りガス温度と表記する)を測定するための温度センサ25が設けられている。また、吸気通路12のインタークーラー30よりも下流側の部分には、インタークーラー30によって冷却された吸気の温度(以下、出ガス温度と表記する)を測定するための温度センサ26が設けられている。
An
インタークーラー30(インタークーラー30の冷却水入口及び出口)には、冷却水循環路31が接続されている。この冷却水循環路31の途中には、冷却水循環路31内を流れる冷却水(LLC(Long Life Coolant)等)を外気(走行風)により冷却するため
のラジエータ32と、冷却水を循環させるためのウォーターポンプ33(以下、ポンプ33とも表記する)とが設けられている。また、冷却水循環路31には、冷却水循環路31内を流れる冷却水の温度を測定するための温度センサ27が取り付けられており、ラジエータ32の近傍には、外気温度を測定するための温度センサ28が設けられている。
A cooling
ECU40は、CPU(Central Processing Unit)、フラッシュROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、各種インタフェース回路等で構成されたユニットである。ECU40のフラッシュROMには、CPUが実行するプログラム(ファームウェア)や、当該プログラムが参照する各種情報(マップ等)が記憶されている。
The
また、ECU40には、上記した温度センサ25〜28と共に、図示を省略してある各種センサ(スイッチアクセル開度センサ、クランク角センサ等)が電気的に接続されている。そして、ECU40は、CPUが上記プログラムを実行することにより、各種センサからの信号に基づき、内燃機関システムの各部を統合的に制御するユニットとして機能する。
In addition to the
以下、ECU40の機能を、本実施形態に係るウォーターポンプの制御装置としての機能を中心に説明する。
Hereinafter, the function of the
ECU40は、内燃機関10の運転中、図2に示した手順のウォーターポンプ制御処理を周期的に繰り返すように構成(プログラミング)されている。尚、以下の説明において、入りガス温度、出ガス温度とは、既に定義したように、それぞれ、インタークーラー30内に流入する吸気の温度(温度センサ25により測定される温度)、インタークーラー30による冷却後の吸気の温度(温度センサ26により測定される温度)のことである。
The
図2に示してあるように、このウォーターポンプ制御処理を開始したECU40は、まず、運転状態(例えば、機関回転数とアクセル開度)から定めた出ガス目標温度等に基づき、目標循環量Qwpの算出に使用するF/F(フィードフォワード)流量を決定する(ステップS101)。ここで、出ガス目標温度とは、出ガス温度の目標値のことである。また、目標循環量Qwpとは、ポンプ33に循環させる冷却水量の目標値のことである。
As shown in FIG. 2, the
尚、F/F流量は、出ガス温度を出ガス目標温度に近づけることが出来る(出ガス温度が出ガス目標温度と一致している場合には、出ガス温度を維持できる)冷却水循環量であれば良い。従って、ステップS101の処理は、F/F流量を、出ガス温度と出ガス目標温度とから決定する処理であっても良く、F/F流量を、他の情報(吸気量等)も用いて決定する処理であっても良い。 The F / F flow rate is the amount of cooling water circulation that can bring the outlet gas temperature close to the outlet gas target temperature (the outlet gas temperature can be maintained when the outlet gas temperature matches the outlet gas target temperature). I just need it. Therefore, the process of step S101 may be a process for determining the F / F flow rate from the output gas temperature and the output gas target temperature, and the F / F flow rate is also used using other information (intake air amount, etc.). The process to determine may be sufficient.
ステップS101の処理を終えたECU40は、続くステップS102にて以下の処理を行う。 ECU40 which finished the process of step S101 performs the following processes in the following step S102.
ECU40は、まず、ポンプ状態情報に基づき、ポンプ33を連続駆動しているか間欠駆動しているかを判断する。ここで、ポンプ状態情報とは、ECU40が管理している。ポンプ33が連続駆動中であるか間欠駆動中であるかを示す情報のことである。
The ECU 40 first determines whether the
ポンプ33を連続駆動している場合、ECU40は、以下のフィードバック演算式を用
いて、目標循環量Qwpを算出する。
When the
この(1)式(フィードバック演算式)における“F/F”は、ステップS101の処理により算出されたF/F流量である。Gp、Gi、Gdは、それぞれ、予め定められている比例項ゲイン、積分項ゲイン、微分項ゲインである。dT(dTn、dTn−1)は、図3に示したように、出ガス温度と出ガス目標温度との間の乖離量である。dTnは、今回のステップS102の実行時における乖離量であり、dTn−1は、前回のステップS102の実行時における乖離量である。 “F / F” in the equation (1) (feedback calculation equation) is the F / F flow rate calculated by the process of step S101. Gp, Gi, and Gd are a predetermined proportional term gain, integral term gain, and derivative term gain, respectively. dT (dT n , dT n-1 ) is a deviation amount between the outgas temperature and the outgas target temperature, as shown in FIG. dT n is a deviation amount at the time of execution of the current step S102, and dT n−1 is a deviation amount at the time of the previous execution of step S102.
そして、目標循環量Qwpを算出したECU40は、ステップS102の処理を終了する。
Then, the
一方、ポンプ33を間欠駆動している場合、ECU40は、温度センサ27から冷却水温度を取得し、取得した冷却水温度を用いて、補正係数a、b、c(詳細は後述)の値を特定する。そして、ECU40は、以下のフィードバック演算式を用いて、目標循環量Qwpを算出する。
On the other hand, when the
この(2)式から明らかなように、補正係数a、b、cは、目標循環量Qwp算出用のフィードバック演算式の各F/B(フィードバック)ゲインを変更するための係数である。図4に模式的に示してあるように、各補正係数a、b、cは、冷却水温度が下がるにつれその値が小さくなるように予め定義される。そして、ステップS102では、各補正係数の値が、補正係数の値と冷却水温度との対応関係を記憶したマップや当該対応関係を示す関数を用いて、特定される。 As is apparent from the equation (2), the correction coefficients a, b, and c are coefficients for changing each F / B (feedback) gain of the feedback arithmetic expression for calculating the target circulation amount Qwp. As schematically shown in FIG. 4, each of the correction coefficients a, b, and c is defined in advance so that the value thereof becomes smaller as the cooling water temperature decreases. In step S102, the value of each correction coefficient is specified using a map that stores the correspondence between the value of the correction coefficient and the coolant temperature and a function that indicates the correspondence.
ステップS102の処理を終えたECU40は、算出した目標循環量Qwp、ポンプ33による現在の冷却水の循環量(以下、現循環量と表記する)等に基づき、ポンプ33の動作状態を変更する必要があるか否かを判断する(ステップS103)。
The
ポンプ33の動作状態を変更する必要がないと判断した場合(ステップS103;NO)、ECU40は、特に処理を行うことなく、今回のウォーターポンプ制御処理(図2の処理)を終了する。
If it is determined that there is no need to change the operation state of the pump 33 (step S103; NO), the
一方、ポンプ33の動作状態を変更する必要があると判断した場合(ステップS103;YES)、ECU40は、ポンプ33の動作状態を変更する処理(ステップS104)を行う。
On the other hand, when it is determined that the operation state of the
具体的には、ECU40は、目標循環量Qwpが、ポンプ33を連続運転できる冷却水循環量の下限値として定められている連続運転閾値以上であり、且つ、ポンプ33が間欠駆動中であった場合、ステップS103にて、ポンプ33の動作状態を変更する必要があると判断する。そして、ECU40は、ステップS104にて、ポンプ33の駆動パター
ンを、目標循環量Qwpの冷却水が循環する状態の連続駆動に変更する処理(制御)を行う。
Specifically, when the target circulation amount Qwp is equal to or greater than the continuous operation threshold value defined as the lower limit value of the coolant circulation amount that allows the
また、ECU40は、目標循環量Qwpが連続運転閾値未満であり、且つ、ポンプ33が連続駆動中であった場合、ステップS103にて、ポンプ33の動作状態を変更する必要があると判断する。そして、ECU40は、ステップS104にて、ポンプ33の駆動パターンを、冷却水の循環量の時間平均値が目標循環量Qwpとなる間欠駆動に変更する処理を行う。
In addition, when the target circulation amount Qwp is less than the continuous operation threshold value and the
さらに、ECU40は、現循環量と目標循環量Qwpとの差の絶対値が第1規定量以上であり、ポンプ33が連続駆動中であった場合や、当該差の絶対値が第2規定量以上であり、ポンプ33が間欠駆動中であった場合にも、ステップS103にて、ポンプ33の動作状態を変更する必要があると判断する。尚、第1規定量、第2規定量とは、ポンプ33の循環量の調節精度等に基づき予め定められている量のことである。
Further, the
そして、ECU40は、成立していることを見出した条件に応じた処理、すなわち、ポンプ33による冷却水の循環量を目標循環量Qwpに変更する処理や、冷却水の循環量の時間平均値が目標循環量Qwpとなるように間欠駆動パターン(ポンプ33を駆動する時間及びポンプ33を停止する時間の組合せ)を変更する処理をステップS104にて行う。
Then, the
上記のような処理をステップS104にて行ったECU40は、今回のウォーターポンプ制御処理(図2の処理)を終了する。 ECU40 which performed the above processes in step S104 complete | finishes this water pump control process (process of FIG. 2).
以下、ポンプ33の間欠駆動時の目標循環量Qwpを(2)式で算出している理由を説明する。
Hereinafter, the reason why the target circulation amount Qwp during intermittent driving of the
ポンプ33の間欠駆動時には、ポンプ33がONとなっている期間(時間帯)とポンプ33が休止している休止期間とが存在する。ポンプ33の休止期間には、冷却水の循環が停止されるため、ポンプ33の休止期間における冷却水と吸気との間の熱交換は、ほぼ冷却水の自然対流のみにより進行する。従って、ポンプ33の休止期間におけるインタークーラー30内の熱交換速度は、極めて遅くなる。
When the
また、冷却水の温度が下がると、冷却水の粘度が下がり、粘度が下がると、熱交換速度が遅くなる。従って、冷却水の温度が低い場合、ポンプ33の休止期間におけるインタークーラー30内の熱交換速度は、さらに遅くなる。
Moreover, when the temperature of cooling water falls, the viscosity of cooling water will fall, and when a viscosity falls, a heat exchange rate will become slow. Therefore, when the temperature of the cooling water is low, the heat exchange rate in the
従って、図5に模式的に示したように、ポンプ33の間欠駆動時には、出ガス目標温度と出ガス温度との間の乖離量が同じであっても、冷却水温度が低い方が、ポンプ33の制御に対する出ガス温度の応答遅れが大きくなる。
Therefore, as schematically shown in FIG. 5, when the
そして、出ガス温度が出ガス目標温度に到達するのに時間がかかると、積分項によりF/B補正量が増大するが、(1)式における各F/Bゲインの値は、冷却水が循環している状況下において出ガス温度を短時間で出ガス目標温度に収束できるように定められている。従って、ポンプ33の間欠駆動時の目標循環量Qwpを(1)式で算出した場合、積分項により目標循環量Qwpが過剰に増加/減少されて出ガス温度が大きくアンダーシュート/オーバーシュートしやすい。また、ポンプ33の間欠駆動時の目標循環量Qwpを(1)式で算出した場合、各F/Bゲインが適切な値でないため、出ガス温度が、出ガス目標温度近傍の温度となって安定するまでに時間がかかってしまう。
Then, if it takes time for the outgas temperature to reach the outgas target temperature, the F / B correction amount increases due to the integral term. It is determined so that the outlet gas temperature can be converged to the outlet gas target temperature in a short time under the circulating condition. Therefore, when the target circulation amount Qwp at the time of intermittent driving of the
一方、ポンプ33の間欠駆動時の目標循環量Qwpを(2)式で算出するようにしておけば、比例項、積分項、微分項のF/Bゲイン(Gp・a、Gi・b、Gd・c)が小さくなるため、積分項により過剰なF/B補正が行われないようにすることが出来る。また、各F/Bゲインが、応答遅れ(無駄時間)が長い場合に適した値(小さな値)に変更されるので、出ガス目標温度の変更時に、出ガス温度を速やかに安定化させることが可能となる。
On the other hand, if the target circulation amount Qwp at the time of intermittent drive of the
《変形形態》
上記した技術は、各種の変形を行えるものである。例えば、ウォーターポンプ制御処理(図2)を、補正係数a、b、cの値を、冷却水温度自体ではなく、冷却水温度と相関する温度(例えば外気温度)から特定する処理に変形しても良い。また、ウォーターポンプ制御処理を、ポンプ33の間欠駆動時の目標循環量Qwpの算出時に、Gp、Gi、Gdの値自体を変更する処理に変形することが出来る。また、ウォーターポンプ制御処理を、ポンプ33の間欠駆動時の目標循環量Qwpの算出時に、比例項、積分項、微分項のF/Bゲイン中の1つ又は2つのF/Bゲインの値を冷却水温度に応じて変更する処理に変形することも出来る。ただし、収束速度を速くするためには、上記したように、3種のF/Bゲインの値が全て冷却水温度に応じて変更されるようにしておくことが好ましい。
<Deformation>
The above-described technique can perform various modifications. For example, the water pump control process (FIG. 2) is transformed into a process that specifies the values of the correction coefficients a, b, and c not from the cooling water temperature itself but from a temperature correlated with the cooling water temperature (for example, the outside air temperature). Also good. Further, the water pump control process can be modified to a process of changing the values of Gp, Gi, Gd itself when calculating the target circulation amount Qwp when the
10 内燃機関
11 吸気マニホールド
12 吸気通路
13 排気マニホールド
14 排気通路
20a EGR通路
20b EGR弁
21 エアフローメータ
22 ターボチャージャー
22a コンプレッサ
22b タービン
25〜28 温度センサ
30 インタークーラー
31 冷却水循環路
32 ラジエータ
33 ウォーターポンプ
40 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記冷却水循環路内の冷却水循環量の目標量を、前記インタークーラーによる冷却後の吸気温度と目標吸気温度の間の乖離量に基づくフィードバック演算によって算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された目標量が所定の連続運転閾値以上である場合には、前記冷却水循環路内の冷却水の循環量が目標量となるように、前記ウォーターポンプを連続駆動し、前記算出手段により算出された目標量が前記連続運転閾値未満である場合には、前記冷却水循環路内の冷却水の循環量の時間平均値が目標量となるように、前記ウォーターポンプを間欠駆動する駆動手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記駆動手段により前記ウォーターポンプが間欠駆動されている状況下では、前記フィードバック演算のフィードバックゲインを、前記冷却水循環路内の冷却水温度が低い場合は、高い場合に比べて小さくする
ことを特徴とするウォーターポンプの制御装置。 A water pump for an intake air cooling system comprising an intercooler disposed in an intake passage of an internal combustion engine, a cooling water circulation path through which cooling water for cooling the intercooler circulates, and a water pump for circulating cooling water in the cooling water circulation path A water pump control device for driving the intake air temperature after cooling by the intercooler to be a target intake air temperature,
A calculation means for calculating a target amount of the cooling water circulation amount in the cooling water circulation path by a feedback calculation based on a deviation amount between the intake air temperature after cooling by the intercooler and the target intake air temperature;
When the target amount calculated by the calculation means is equal to or greater than a predetermined continuous operation threshold, the water pump is continuously driven so that the cooling water circulation amount in the cooling water circulation path becomes the target amount, When the target amount calculated by the calculation means is less than the continuous operation threshold, the water pump is intermittently driven so that the time average value of the circulating amount of the cooling water in the cooling water circulation path becomes the target amount. Driving means;
With
In the situation where the water pump is intermittently driven by the driving means, the calculating means reduces the feedback gain of the feedback calculation when the cooling water temperature in the cooling water circulation path is low compared to when it is high. A control device for a water pump.
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