JP7099235B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、構造を複雑化することなくバッテリの冷却を行うための技術が開示されている。この技術では、エンジンに接続される吸気管の途中に冷却室が配置されている。冷却室にはバッテリが収容される。これにより、構造を複雑化することなくバッテリの冷却を可能にするとしている。

特開２０１６－０５２８３６号公報

上記の技術では、バッテリを冷却した後の空気が常にエンジンへと吸入される。このため、バッテリからの放熱量が大きい場合、エンジンへ吸入される吸気の温度が高くなり、吸気体積効率の低下による出力低下が問題となる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関へ吸入される吸気を用いて発熱部を冷却する内燃機関において、発熱部の冷却を行いつつ吸気体積効率の低下を抑制することの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。

本発明は、上記の課題を解決するため、内燃機関の制御装置に適用される。内燃機関は、一端がそれぞれ大気に開放された第一分岐路と第二分岐路とが合流した後に吸気導入路の一端に連通し、吸気導入路の他端がシリンダに連通するように構成された吸気通路と、第一分岐路に配置され、第一分岐路を流れる吸気を冷却する吸気冷却部と、第一分岐路における吸気冷却部の下流側に配置され、第一分岐路を流れる吸気との熱交換が可能に配置された発熱部と、第一分岐路からシリンダへと流れる第一吸気と、第二分岐路からシリンダへと流れる第二吸気との流量比率を調整する吸気調整部と、を備える。吸気通路は、一端が大気に開放され、他端が第一分岐路の途中に連通した吸気放出路を含む。吸気調整部は、吸気放出路と第一分岐路との連通部に配置された第一制御弁と、第一分岐路と第二分岐路との合流部に配置された第二制御弁と、を含む。第一制御弁は、第一分岐路から吸気導入路の側へ流れる流路を開放すると共に第一分岐路から吸気放出路の側へ流れる流路を遮断する第一流路形態と、第一分岐路から吸気導入路の側へ流れる流路を遮断すると共に第一分岐路から吸気放出路の側へ流れる流路を開放する第二流路形態と、を切り替え可能に構成される。第二制御弁は、第一分岐路から吸気導入路の側へ流れる流路を開放すると共に第二分岐路からシリンダの側へ流れる流路を遮断する第三流路形態と、第一分岐路から吸気導入路の側へ流れる流路を遮断すると共に第二分岐路から吸気導入路の側へ流れる流路を開放する第四流路形態と、を切り替え可能に構成される。制御装置は、発熱部を通過した吸気の温度である第一温度が第二分岐路を流通する吸気の温度である第二温度より高い場合、第一制御弁を第二流路形態に制御すると共に、第二制御弁を第四流路形態に制御し、第一温度が第二温度以下の場合、第一制御弁を第一流路形態に制御すると共に、第二制御弁を第三流路形態に制御する。

本発明によれば、発熱部を通過した吸気の第一温度が第二分岐路を流通する吸気の第二温度よりも高い場合、第二温度以下である場合に比べてシリンダへと流れる吸気に対する発熱部を通過した吸気の量が相対的に減らされる。これにより、発熱部を冷却しつつ内燃機関の吸気体積効率の低下を抑制することができる。

実施の形態１の内燃機関の制御システムの構成を説明するための図である。 吸気調整部の制御パターンの一例を示す図である。 吸気調整部の制御パターンの他の例を示す図である。 実施の形態１のシステムが実行するルーチンの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の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１．
実施の形態１について図を参照して説明する。

１－１．実施の形態１の構成
図１は、実施の形態１の内燃機関の制御システムの構成を説明するための図である。本実施の形態の内燃機関の制御システム１００は、レンジエクステンダＥＶと呼ばれるエンジンを動力とする発電機を搭載したＥＶ車両に搭載される。図１に示すように、本実施の形態の内燃機関の制御システム１００は、内燃機関（エンジン）１０を備えている。エンジン１０は後述するＥＶバッテリ１６を充電するための発電機として利用される。エンジン１０は、３つのシリンダ１０１が直列に備えられている。エンジン１０には、各シリンダ１０１の吸気側に連通するように吸気マニホールド１０２が取り付けられている。吸気マニホールド１０２には、吸気が流通する吸気通路１２が接続されている。

吸気通路１２は、第一分岐路１２１と、第二分岐路１２２と、吸気導入路１２３と、吸気放出路１２４と、により構成されている。第一分岐路１２１及び第二分岐路１２２は、一端がそれぞれ大気に開放され、それぞれの他端は合流した上で吸気導入路１２３の一端に連通している。吸気導入路１２３の他端は吸気マニホールド１０２に連通している。吸気放出路１２４は、一端が大気に開放され、他端が第一分岐路１２１の途中に連通している。

第一分岐路１２１には、吸気放出路１２４の連通部の吸気上流側に、バッテリ冷却装置１４とＥＶバッテリ１６とが上流側からこの順に配置されている。バッテリ冷却装置１４は、ＥＶバッテリ１６の上流側において第一分岐路１２１を流れる吸気を冷却する吸気冷却部として機能する。ＥＶバッテリ１６は、第一分岐路１２１の内部に収納され、第一分岐路１２１を流れる空気との熱交換が可能に構成されている。

吸気通路１２には吸気調整部１８が設けられている。具体的には、吸気調整部１８は、吸気放出路１２４の連通部に配置された第一制御弁１８１と、第一分岐路１２１と第二分岐路１２２との合流部に配置された第二制御弁１８２により構成されている。第一制御弁１８１は、回転駆動するフラップを含んで構成され、フラップの回転角度を調整することにより、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３の側へ流れる流路を開放すると共に吸気放出路１２４の側へ流れる流路を遮断する第一流路形態と、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３の側へ流れる流路を遮断すると共に吸気放出路１２４の側へ流れる流路を開放する第二流路形態と、を切り替え可能に構成されている。第二制御弁１８２は、回転駆動するフラップを含んで構成され、フラップの回転角度を調整することにより、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３の側へ流れる流路を開放すると共に第二分岐路１２２から吸気導入路１２３の側へ流れる流路を遮断する第三流路形態と、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３の側へ流れる流路を遮断すると共に第二分岐路１２２から吸気導入路１２３の側へ流れる流路を開放する第四流路形態と、を切り替え可能に構成されている。吸気導入路１２３にはエアフィルター２０が配置されている。

なお、以下の説明では、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３を通ってシリンダ１０１へ流れる吸気を「第一吸気」と表記する。また、第二分岐路１２２から吸気導入路１２３を通ってシリンダ１０１へ流れる吸気を「第二吸気」と表記する。

本実施の形態に係る内燃機関の制御システム１００はＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、制御システムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ３０の一つの機能として具現化されている。

ＥＣＵ３０は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有する。入出力インタフェースは、制御システム１００が備えるセンサの信号を取り込むとともに、エンジン１０が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力する。センサは制御システム１００の各所に取り付けられている。第一分岐路１２１におけるＥＶバッテリ１６の下流側には、温度センサ２２が設けられている。温度センサ２２は、ＥＶバッテリ１６との熱交換した後の第一吸気の温度Ｔｂを検出する。また、第二分岐路１２２には、温度センサ２４が設けられている。温度センサ２４は、第二分岐路１２２を流れる第二吸気の温度Ｔを検出する。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、吸気調整部１８を構成する第一制御弁１８１及び第二制御弁１８２が含まれている。ＲＯＭには、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラムやマップを含む各種の制御データが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。なお、ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

１－２．実施の形態１の吸気温度制御
ＥＣＵ３０により実行されるエンジン１０の燃焼制御には、吸気温度制御が含まれる。本実施の形態の吸気温度制御では、温度センサ２２によって検出された温度Ｔｂと、温度センサ２４によって検出された温度Ｔを用いて、吸気調整部１８を構成する第一制御弁１８１及び第二制御弁１８２を制御する。

図２は、吸気調整部の制御パターンの一例を示す図である。この図に示す制御パターンＡでは、ＥＣＵ３０は、第一制御弁１８１を第一流路形態に制御すると共に、第二制御弁１８２を第三流路形態に制御する。このような制御パターンＡによれば、第一分岐路１２１へ導入された第一吸気がバッテリ冷却装置１４により冷却される。冷却された第一吸気は、ＥＶバッテリ１６の周囲を通過する過程でＥＶバッテリ１６との熱交換を行う。熱交換後の第一吸気は、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３及び吸気マニホールド１０２を順に通ってエンジン１０の各シリンダ１０１へ吸入される。

図３は、吸気調整部の制御パターンの他の例を示す図である。この図に示す制御パターンＢでは、ＥＣＵ３０は、第一制御弁１８１を第二流路形態に制御すると共に、第二制御弁１８２を第四流路形態に制御する。このような制御パターンＢによれば、第一分岐路１２１へ導入された大気がバッテリ冷却装置１４により冷却される。冷却された大気は、ＥＶバッテリ１６の周囲を通過する過程でＥＶバッテリ１６との熱交換を行う。熱交換後の大気は第一分岐路１２１から吸気放出路１２４へと放出される。また、第二分岐路１２２から導入された第二吸気は、吸気導入路１２３及び吸気マニホールド１０２を順に通ってエンジン１０の各シリンダ１０１へ吸入される。

ここで、ｔ［℃］における空気密度ρ［ｋｇ／ｍ^３］は、大気圧をＰ［ａｔｍ］、水蒸気圧をｅ［ａｔｍ］とすると、以下の式で表される。

式（１）に示すように、空気は、温度ｔが低いほど空気密度ρが高くなる。このため、上記の制御パターンＡのように、バッテリ冷却装置１４によって冷却された第一吸気をエンジン１０のシリンダ１０１へ吸入される吸気として使用することとすれば、吸気の体積効率を高めてエンジン１０の出力を向上させることができる。また、第一吸気がシリンダ１０１へ吸入されると、ＥＶバッテリ１６の周囲を通過する第一吸気の流速が増すため、ＥＶバッテリ１６の冷却を促進することもできる。

ただし、ＥＶバッテリ１６からの放熱量が多い場合、ＥＶバッテリ１６との熱交換後の第一吸気の温度が過剰に上昇する場合がある。このような高温の第一吸気がシリンダ１０１へ吸入されると、吸気の体積効率が低下してエンジン１０の出力が低下してしまう。このような場合には、上記制御パターンＢのように、第二分岐路１２２から吸入される第二吸気をシリンダ１０１へ吸入される吸気として使用するほうが吸気の体積効率が高まる場合もある。

そこで、実施の形態１の吸気温度制御では、ＥＶバッテリ１６との熱交換後の第一吸気の温度Ｔｂに応じて、吸気調整部１８の制御パターンを変更する。具体的には、ＥＶバッテリ１６との熱交換した後の第一吸気の温度Ｔｂが第二分岐路１２２を流通する第二吸気の温度Ｔ以下である場合、ＥＣＵ３０は、制御パターンＡが実現されるように吸気調整部１８を制御する。一方、温度Ｔｂが温度Ｔより大きい場合、ＥＣＵ３０は、制御パターンＢが実現されるように吸気調整部１８を制御する。このような制御によれば、温度の低い吸気を逐次選択してシリンダ１０１内に吸入させることができるので、エンジン１０の出力を逐次高く保つことができる。

１－３．実施の形態１のシステムにおいて実行される制御の具体的処理
次に、フローチャートに沿ってＥＣＵ３０が実行するルーチンの具体的処理について説明する。

図４は、実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンは、所定の制御周期で繰り返し実行される。図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ３０は、エンジン１０がＯＮか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここでは、ＥＣＵ３０は、エンジン１０が駆動しているか否かを判定する。その結果、エンジン１０がＯＮである場合には次のステップの処理に進み、エンジン１０がＯＦＦである場合には、本ルーチンは終了される。

次のステップでは、ＥＣＵ３０は、温度センサ２２によって検出された温度Ｔｂが温度センサ２４によって検出された温度Ｔ以下であるかを判定する（ステップＳ１０２）。その結果、Ｔｂ≦Ｔの成立が認められた場合、第一吸気をシリンダ１０１に吸入させたほうがエンジン１０の出力が向上すると判断することができる。この場合、処理は次のステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３０は、制御パターンＡの流路形態が形成されるように、吸気調整部１８を制御する。

一方、ステップＳ１０２の処理の結果、Ｔｂ≦Ｔの成立が認められない場合、第二吸気をシリンダ１０１に吸入させたほうがエンジン１０の出力が向上すると判断することができる。この場合、処理は次のステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６では、ＥＣＵ３０は、制御パターンＢの流路形態が形成されるように、吸気調整部１８を制御する。

このように、本実施の形態の制御システム１００によれば、ＥＶバッテリ１６の冷却を行いつつ、吸気体積効率の低下を抑制してエンジン１０の出力を高めることが可能となる。

なお、上述した実施の形態１の制御システム１００では、温度Ｔｂが本発明の「第一温度」に相当し、温度Ｔが本発明の「第二温度」に相当し、バッテリ冷却装置１４が本発明の「吸気冷却部」に相当し、ＥＶバッテリ１６が本発明の「発熱部」に相当し、ＥＣＵ３０が本発明の「制御装置」に相当している。

１－３．実施の形態１のシステムの変形例
実施の形態１の制御システム１００は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

上述した実施の形態１の制御システム１００では、発熱部としてＥＶバッテリ１６を冷却するシステムについて説明した。しかしながら、本発明に適用可能な発熱部はこれに限られない。すなわち、例えばＰＣＵや各種制御装置、エンジン部品、アクチュエータ等、冷却が必要とされる発熱部品であれば、本発明の発熱部として適用することができる。

第一制御弁１８１は、フラップの回転角度を段階的に調整することにより、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３の側へ流れる空気と、第一分岐路１２１から吸気放出路１２４へと流れる空気の流量比率を調整可能に構成されていてもよい。

第二制御弁１８２は、フラップの回転角度を段階的に調整することにより、第一分岐路１２１から吸気導入路１２３の側へ流れる空気と第二分岐路１２２から吸気導入路１２３の側へ流れる空気の流量比率を調整可能に構成されていてもよい。この場合、ＥＣＵ３０は、Ｔｂ≦Ｔの成立が認められない場合、当該成立が認められた場合に比べて、第二分岐路１２２から吸気導入路１２３の側へ流れる空気との流量比率が高くなるように制御することとしてもよい。

温度Ｔｂは温度センサ２２による検出値に限らず、公知の手法で推定した値を用いてもよい。また、温度Ｔについても、温度センサ２４の検出値に限らず、公知の手法で推定した値を用いてもよい。

１０ エンジン
１２ 吸気通路
１２１ 第一分岐路
１２２ 第二分岐路
１２３ 吸気導入路
１２４ 吸気放出路
１４ バッテリ冷却装置
１６ ＥＶバッテリ
１８ 吸気調整部
１８１ 第一制御弁
１８２ 第二制御弁
２０ エアフィルター
２２ 温度センサ
２４ 温度センサ
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
１００ 制御システム
１０１ シリンダ
１０２ 吸気マニホールド

Claims (1)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   一端がそれぞれ大気に開放された第一分岐路と第二分岐路とが合流した後に吸気導入路の一端に連通し、前記吸気導入路の他端がシリンダに連通するように構成された吸気通路と、
   前記第一分岐路に配置され、前記第一分岐路を流れる吸気を冷却する吸気冷却部と、
   前記第一分岐路における前記吸気冷却部の下流側に配置され、前記第一分岐路を流れる吸気との熱交換が可能に配置された発熱部と、
   前記第一分岐路から前記シリンダへと流れる第一吸気と、前記第二分岐路から前記シリンダへと流れる第二吸気との流量比率を調整する吸気調整部と、を備え、
   前記吸気通路は、一端が大気に開放され、他端が前記第一分岐路の途中に連通した吸気放出路を含み、
   前記吸気調整部は、
   前記吸気放出路と前記第一分岐路との連通部に配置された第一制御弁と、
   前記第一分岐路と前記第二分岐路との合流部に配置された第二制御弁と、を含み、
   前記第一制御弁は、
   前記第一分岐路から前記吸気導入路の側へ流れる流路を開放すると共に前記第一分岐路から前記吸気放出路の側へ流れる流路を遮断する第一流路形態と、
   前記第一分岐路から前記吸気導入路の側へ流れる流路を遮断すると共に前記第一分岐路から前記吸気放出路の側へ流れる流路を開放する第二流路形態と、を切り替え可能に構成され、
   前記第二制御弁は、
   前記第一分岐路から前記吸気導入路の側へ流れる流路を開放すると共に前記第二分岐路から前記シリンダの側へ流れる流路を遮断する第三流路形態と、
   前記第一分岐路から前記吸気導入路の側へ流れる流路を遮断すると共に前記第二分岐路から前記吸気導入路の側へ流れる流路を開放する第四流路形態と、を切り替え可能に構成され、
   前記制御装置は、
   前記発熱部を通過した吸気の温度である第一温度が第二分岐路を流通する吸気の温度である第二温度より高い場合、前記第一制御弁を前記第二流路形態に制御すると共に、前記第二制御弁を前記第四流路形態に制御し、前記第一温度が前記第二温度以下の場合、前記第一制御弁を前記第一流路形態に制御すると共に、前記第二制御弁を前記第三流路形態に制御する
   ように構成されることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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