JP6461221B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
このような冷却装置は、冷間時等に冷却水の過冷却を防止する目的で、ラジエータ流路をバイパスさせるバイパス流路や、暖房用のヒータに熱源として冷却水を導入するヒータ流路等を備えている。
従来は冷却水の昇温に応じたワックスエレメントの熱膨張によって開弁するサーモスタット式の弁が広く普及していたが、近年エンジンや補機類の熱マネージメントをより適切に行うため、電気的に制御可能な調量弁を設けてラジエータへの通水量等を制御することが提案されている。
このような冷却装置に関する従来技術として、例えば特許文献1には、サーモスタット型の制御弁と並行に電磁制御弁を設けて、ラジエータへの通水量を制御することが記載されている。
また、特許文献2には、流量制御バルブの固着故障が発生した際に、固着時の開度レベルにおける通水量に応じてエンジンの出力制限を行い、オーバーヒートを防止しつつ退避走行時の出力低下を抑制することが記載されている。
また、バルブ開度が小さい領域で固着が生じた場合には、ラジエータへの通水量を確保できないため、大幅な出力制限が行われて車両の退避走行に必要な出力を得ることは困難となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、ラジエータ流量の制御弁に故障が生じた場合であってもオーバーヒートの発生を防止するエンジンの制御装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、エンジンの冷却液を前記エンジンの出力軸と連動して吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された前記冷却液を循環させる冷却液流路と、前記冷却液流路を通流する前記冷却液が導入され前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータに導入される前記冷却液の流量を調節するとともに、電動アクチュエータによって駆動される弁体により前記ラジエータへの流量を調節する第1のバルブ手段と、前記第1のバルブ手段と並列に設けられ前記冷却液の圧力と温度との少なくとも一方に応じて開かれる弁体により前記ラジエータへの流路を開閉する第2のバルブ手段と、前記第1のバルブ手段の固着故障を検出する故障診断手段とを有するコントロールバルブとを備えるエンジンの制御装置であって、前記第1のバルブ手段に前記固着故障が発生した場合に、前記エンジンの出力を前記第2のバルブ手段から前記ラジエータに導入される前記冷却液の最大流量に基づいて設定される制限値以下に制限し、前記制限値は、前記出力軸の回転速度の増加に応じて増加するよう設定されることを特徴とするエンジンの制御装置である。
これによれば、第1のバルブ手段の固着故障が発生した場合に、第2のバルブ手段からラジエータに導入される冷却液の最大流量に基づいてエンジンの出力を制限することによって、エンジンの発生熱量をラジエータからの放熱量以下とすることができ、エンジンのオーバーヒートを確実に防止することができる。
また、第1のバルブ手段が固着している開度を検出する開度検出手段自体に故障が生じている場合であっても、信頼性を確保することができる。
また、第2のバルブ手段の流量を確保することにより、仮に第1のバルブ手段が全閉又は小開度で固着した場合であっても、退避走行を行うための出力性能を確保することができる。
これによれば、第1のバルブ手段の固着により冷却回路内の圧損が高くなった状態でポンプ吐出量が過度に増加し、ホース抜け等の故障が発生することを防止できる。
実施形態のエンジンの制御装置は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるエンジン、及び、その補機類を統括的に制御するものである。
エンジンは、本体及び補機類における冷却が必要な箇所を、冷却水(クーラント)を循環させることによって冷却する水冷式の冷却装置を備えている。
また、冷却装置は、エンジンの廃熱により昇温された冷却水を熱源として、車室内暖房用の空気や、CVTフルードを加熱する機能も有する。
冷却水は、水を主成分とし、不凍性、防錆性を向上するための添加物を添加したロングライフクーラント(LLC)を用いる。
図1は、実施形態のエンジンの制御装置を有するエンジンの冷却装置の構成を示す図である。
図1において、図中の実線矢印は冷却水の流れを示し、破線矢印は電気的な信号の流れを示している。
エンジン1は、シリンダブロックRH11、シリンダブロックLH12、シリンダヘッドRH13、シリンダヘッドLH14、スロットルボディ15、ウォータポンプ16等を有する。
シリンダブロックRH11、シリンダブロックLH12には、クランクシャフトに形成されたジャーナル部を回転可能に支持するメインベアリングの半部がそれぞれ形成されている。
シリンダブロックRH11には、第1気筒、第3気筒のシリンダが形成されている。
シリンダブロックLH12には、第2気筒、第4気筒のシリンダが形成されている。
シリンダブロックRH11、シリンダブロックLH12には、各気筒のシリンダにおける燃焼室側の領域に設けられ、冷却水が通流される水路であるウォータジャケットが形成されている。
シリンダヘッドRH13、シリンダヘッドLH14は、燃焼室、吸排気ポート、吸排気バルブ、動弁駆動機構、燃料インジェクタ、点火栓などをそれぞれ有する。
シリンダヘッドRH13、シリンダヘッドLH14には、シリンダブロックRH11、シリンダブロックLH12のウォータジャケットと連通し、燃焼室等を冷却するウォータジャケットが形成されている。
燃焼室を冷却後の冷却水は、シリンダブロックRH11、シリンダブロックLH12内に戻される。
スロットルバルブは、エンジン1に新気(燃焼用空気)を導入する吸気装置に設けられたバタフライバルブである。
スロットルボディ15は、凍結防止等を目的として、冷却水が通流されるようになっている。
ウォータポンプ16は、ベルト等の動力伝達手段を介してクランクシャフトと連動するプロペラ(インペラ)を有し、クランクシャフトの回転速度(回転数)増加に応じて吐出量、吐出圧力が増加するようになっている。
ラジエータ21は、冷却水が通流される複数のチューブの間隔に、例えばアルミニウム系合金等の薄板によって形成された多数のフィンを設けて構成されている。
ラジエータ21は、走行時に車体に対して流れる気流(走行風)との熱交換によって、冷却水を冷却する。
EGRクーラ22は、EGRガスから冷却水への熱伝導によってEGRガスを冷却する熱交換器である。
CVTウォーマ23は、冷却水からCVTフルードへの熱伝導を行う熱交換器である。
また、マルチフローコントロールバルブ30に導入された冷却水の一部は、スロットルボディ15に常時通水されている。
マルチフローコントロールバルブ30の機能及び構造については、後により詳しく説明する。
ウォータポンプ16から吐出された冷却水は、先ず流路41に導入される。
流路41は、流路42乃至45に分岐している。
流路42は、冷却水をシリンダブロックLH12に導入する。
流路43は、冷却水をシリンダブロックRH11に導入する。
流路44は、冷却水をEGRクーラ22に導入する。
流路45は、冷却水をCVTウォーマ23に導入する。
シリンダブロックLH12に導入された冷却水は、流路48を経由してシリンダヘッドLH14に導入された後、流路49を経由してシリンダブロックLH12に戻る。
シリンダブロックRH11から冷却水を排出する流路50は、シリンダブロックLH12から冷却水を排出する流路51と合流し、マルチフローコントロールバルブ30に冷却水を導入する。
流路52は、冷却水をマルチフローコントロールバルブ30からラジエータ21に導入するラジエータ流路である。
ラジエータ21を通過した冷却水は、流路56を経由してウォータポンプ16の入口側に還流される。
ヒータ24を通過した冷却水は、流路57を経由してウォータポンプ16の入口側に還流される。
EGRクーラ22、CVTウォーマ23から出た冷却水は、それぞれ流路58,59を経由して流路54に合流し、流路54を経由してウォータポンプ16に還流される。
スロットルボディ15を通過した冷却水は、流路60を経由して流路57に合流し、流路57を経由してウォータポンプ16に還流される。
マルチフローコントロールバルブ30は、流路52が接続されたラジエータポート31b、流路54が接続されたバイパスポート31d、及び、流路53が接続されたヒータポート31cの開度を、モータ34によって駆動される単一の入力軸を回転駆動することによって変更することが可能である。
なお、スロットルボディ15に冷却水を導入する流路55が接続されたポート(図3においては不図示)は、常時開状態(通水状態)となっている。
なお、マルチフローコントロールバルブ30の入力軸の角度位置を、以下「MCV開度」と称して説明する。
エンジン制御ユニット(ECU)100は、エンジン1及びその補機類を統括的に制御する制御装置である。
エンジン制御ユニット100は、エンジン1のスロットルバルブ開度、燃料噴射量及び噴射時期、点火時期、過給圧、EGR量、バルブタイミング等を制御して、エンジン1の出力調節を行う機能を有する。
通常運転時には、エンジン制御ユニット100は、図示しないアクセルペダルの操作量等に基づいて設定されるドライバ要求トルクに、実際のトルクが実質的に一致するよう出力制御を行う。
エンジン制御ユニット100は、CPU等の情報処理手段、RAMやROM等の記憶手段、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有して構成されている。
クランク角センサ101は、クランクシャフトの一方の端部に設けられている。
クランク角センサは、クランクシャフトに取り付けられ放射状に複数の歯が形成されたセンサプレートと、センサプレートの歯と対向して設けられたマグネットピックアップとを有する。
クランク角センサ101は、マグネットピックアップのセンサ部近傍をセンサプレートの歯が通過する都度、1つのパルス信号を出力するようになっている。
エンジン制御ユニット100は、クランク角センサ101が出力するパルス信号に基づいて、クランクシャフトの回転速度(毎分回転数)を算出する。
水温センサ102は、温度に逆比例して抵抗値が変化するサーミスタを用いて構成されている。
図2において、横軸はマルチフローコントロールバルブ30の入力軸の角度位置(位相)を示しており、これは後述するバルブボール32,33の角度位置と実質的に等しい。
また、縦軸はラジエータポート31b、バイパスポート31d、ヒータポート31cの開度をそれぞれ示している。
ラジエータポート31bは、MVC開度が−85°以下の領域では全開とされる。
−85°乃至−50°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が減少し、−50°乃至30°の領域では全閉とされる。
30°乃至80°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が増加し、80°以上の領域では全開とされる。
−100°乃至−50°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が増加し、−50°において全開となる。
−50°乃至−40°の領域では、全開となる。
−40°乃至−5°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が減少し、−5°乃至10°の領域では全閉とされる。
10°乃至30°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が増加し、30°において約80%の開度となる。
30°乃至80°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が減少し、80°以上の領域では全閉とされる。
10°乃至25°の領域では、MCV開度の増加に比例して開度が増加し、25°以上の領域では全開とされる。
マルチフローコントロールバルブ30は、バルブボディ31、ボールバルブ32,33、モータ34、減速機構35、開度センサ36、リリーフバルブ37等を有する。
また、バルブボディ31には、インレットポート31a、ラジエータポート31b、ヒータポート31c、バイパスポート31d、バイパス流路31e等が形成されている。
インレットポート31aは、流路51から冷却水が導入されるポートである。
ラジエータポート31b、ヒータポート31c、バイパスポート31dは、流路52,53,54がそれぞれ接続されている。
バイパス流路31eは、インレットポート31aから、ボールバルブ32,33をバイパスしてラジエータポート31aに冷却水を導入する流路である。
また、バルブボディ31は、ボールバルブ32,33の外周面と当接し、冷却水をシールしつつボールバルブ32,33の回動を許容するスフェリカルバルブシートを有する。
ボールバルブ32は、モータ34、減速機構35と協働して、本発明にいう第1のバルブ手段として機能する。
マルチフローコントロールバルブ30は、2段ロータリーバルブ構造を有し、ボールバルブ32,33は共通の回転中心軸回りにバルブボディ31に対して回動可能となっている。
ボールバルブ32,33には、回転中心角回りにおける所定の角度範囲に冷却液の排出を許容するスリット部が設けられている。
各スリット部は、ボールバルブ32,33の角度位置が所定の開弁範囲にあるときに、対応する各ポートと、インレットポート31aとを、ボールバルブ32,33の内部を介して連通させるようになっている。
ボールバルブ32のスリット部はラジエータポート31bを開閉し、ボールバルブ33のスリット部はヒータポート33c、バイパスポート33dを開閉するようになっている。
減速機構35は、モータ34の出力軸の回転を減速してボールバルブ32,33に伝達するギヤ列を備えている。
開度センサ36は、ボールバルブ32,33のバルブボディ31に対する角度位置を検出する角度エンコーダを備えている。
開度センサ36の出力は、エンジン制御ユニット100に伝達される。
モータ34は、開度センサ36が検出するMCV開度が目標開度と一致するように、エンジン制御ユニット100によりフィードバック制御される。
また、エンジン制御ユニット100は、モータ34に駆動を指令したにも関わらず開度センサ36がボールバルブ32,33の角度変化を検出しない場合に、マルチフローコントロールバルブ30の固着故障を検出する診断機能を備えている。ここで、マルチフローコントロールバルブ30の故障とは、開度情報の固着であって、例えば開度センサ36の故障(出力値の固着)や、ボールバルブ32,33の故障(実開度の固着)、モータ34の故障(不動)を示す。
リリーフバルブ37は、本発明にいう第2のバルブ手段として機能する。
リリーフバルブ37は、感温素子であるワックスエレメント(サーモペレット)を備え、ワックスエレメントの熱膨張に応じて弁体を開弁状態に駆動するようになっている。
また、リリーフバルブ37は、上流側(インレットポート31a側)の圧力が下流側(ラジエータポート31b側の圧力に対して所定値以上高圧となった場合に開弁する圧力リリーフ弁としての機能も有する。
図4は、実施形態のエンジンの制御装置におけるマルチフローコントロールバルブ故障時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
エンジン制御ユニット100は、上述した診断機能により、マルチフローコントロールバルブ30の故障の発生有無を判別する。
故障が発生している場合はステップS02に進み、正常である場合は一連の処理を終了(リターン)する。
エンジン制御ユニット100は、クランク角センサ101の出力に基づいて、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転速度(毎分回転数)であるエンジン回転数Neを検出する。
その後、ステップS03に進む。
エンジン制御ユニット100は、ステップS02で検出したエンジン回転数Neを、予め設定された所定の上限回転数と比較する。
上限回転数は、冷却水路内の圧力増加によるホース抜け等の発生が懸念される回転数を考慮して設定される。
エンジン回転数Neが上限回転数以上である場合はステップS05に進み、上限回転数未満である場合はステップS04に進む。
エンジン制御ユニット100は、エンジン回転数Neに基づいて、エンジン1の目標出力トルクの上限値である制限トルクを設定する。
制限トルクは、バイパス流路31e及びリリーフバルブ37のみを経由してラジエータ21に導入可能な冷却水の最大流量に基づいて、当該流量においてオーバーヒートが発生しないことを考慮して設定される。
エンジン回転数Neの増加に応じて、ウォータポンプ16の吐出量が増加するため、リリーフバルブ37を通過する流量も増加する。
このため、制限トルクは、エンジン回転数Neの増加に応じて増加するよう設定されている。
例えば、制限トルクは、エンジン回転数Neに応じて段階的、あるいは、連続的に変化するように設定される。
制限トルクが設定された後、ステップS06に進む。
エンジン制御ユニット100は、直ちにエンジン回転数Neを抑制してホース抜け等の故障を未然に防止するため、燃料噴射の中止(燃料カット)を実行する。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。
エンジン制御ユニット100は、例えばアクセルペダル開度等に基づいて設定されるドライバ要求トルクを、ステップS04において設定した制限トルクと比較する。
ドライバ要求トルクが制限トルク以上である場合はステップS08に進み、制限トルク未満である場合はステップS07に進む。
エンジン制御ユニット100は、エンジン1が実際に発生するトルクがドライバ要求トルクと実質的に一致するようエンジン1の出力を制御する通常の制御を行う。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。
エンジン制御ユニット100は、エンジン1が実際に発生するトルクが、ドライバ要求トルクに関わらず、制限トルク以下(例えば、制限トルクと実質的に一致)となるようにエンジン1の出力を制御する。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。
(1)マルチフローコントロールバルブ30の故障が発生した場合に、リリーフバルブ37からラジエータ21に導入される冷却水の最大流量に基づいてエンジン1の出力を制限することによって、エンジン1の発生熱量をラジエータ21からの放熱量以下とすることができ、エンジン1のオーバーヒートを確実に防止することができる。
(2)制限トルクをエンジン回転数Neの増加に応じて増加するよう設定することによって、エンジン回転数Neの増加に応じて増加する冷却水の流量(ポンプ吐出量)に応じて、制限トルクを適切に設定することができ、過度な出力制限を防止して退避走行時の出力性能を確保することができる。
(3)エンジン回転数Neが上限回転数以上である場合に燃料カットを行うことによって、バルブボール32の固着により冷却水路内の圧損が高くなった状態でウォータポンプ16の吐出量が過度に増加し、ホース抜け等の故障が発生することを防止できる。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
エンジン及び冷却装置の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、シリンダレイアウト、気筒数や、冷却水の流路構成等は適宜変更することが可能である。
また、コントロールバルブの構成やポート数、ポートを開閉する弁体の構成なども特に限定されず、適宜変更することができる。
また、実施形態においては、リリーフバルブは温度及び圧力に応じて開弁するものであったが、これに限らず温度、圧力の少なくとも一方に応じて開弁するものを利用できる。
また、本発明はガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンやそれ以外の水冷式の内燃機関にも適用が可能である。
また、実施形態においては、上限回転数を超過した場合に燃料カットを行っているが、他の手法により回転数を抑制してもよい。例えば、点火カットや、スロットルバルブを閉じることによって回転数を抑制してもよい。
さらに、冷却液は冷却水に限らず、他の液体であってもよい。
11 シリンダブロックRH 12 シリンダブロックLH
13 シリンダヘッドRH 14 シリンダヘッドLH
15 スロットルボディ 16 ウォータポンプ
21 ラジエータ 22 EGRクーラ
23 CVTウォーマ 24 ヒータ
30 マルチフローコントロールバルブ(MCV)
31 バルブボデイ 31a インレットポート
31b ラジエータポート 31c ヒータポート
31d バイパスポート 31e バイパス流路
32 ボールバルブ 33 ボールバルブ
34 モータ 35 減速機構
36 開度センサ 37 リリーフバルブ
41〜60 流路
100 エンジン制御ユニット(ECU)
101 クランク角センサ 102 水温センサ
Claims (2)
- エンジンの冷却液を前記エンジンの出力軸と連動して吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された前記冷却液を循環させる冷却液流路と、
前記冷却液流路を通流する前記冷却液が導入され前記冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータに導入される前記冷却液の流量を調節するとともに、電動アクチュエータによって駆動される弁体により前記ラジエータへの流量を調節する第1のバルブ手段と、前記第1のバルブ手段と並列に設けられ前記冷却液の圧力と温度との少なくとも一方に応じて開かれる弁体により前記ラジエータへの流路を開閉する第2のバルブ手段と、前記第1のバルブ手段の固着故障を検出する故障診断手段とを有するコントロールバルブと
を備えるエンジンの制御装置であって、
前記第1のバルブ手段に前記固着故障が発生した場合に、前記エンジンの出力を前記第2のバルブ手段から前記ラジエータに導入される前記冷却液の最大流量に基づいて設定される制限値以下に制限し、
前記制限値は、前記出力軸の回転速度の増加に応じて増加するよう設定されること
を特徴とするエンジンの制御装置。 - 前記第1のバルブ手段に前記固着故障が発生した場合に、前記エンジンの前記出力軸の回転速度を所定の上限回転速度以下に制限すること
を特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
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