JP7243613B2

JP7243613B2 - エンジン装置

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Publication number: JP7243613B2
Application number: JP2019228796A
Authority: JP
Inventors: 健志中野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: JP2021095897A

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、エンジンと、ターボ過給機と、ターボ過給機ととラジエータとに冷却水を循環させる電動式ウォーターポンプとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジン装置では、エンジンの停止後にターボ過給機の加熱が予想されるときには、エンジンの運転中に冷却水量が増加するように電動式ウォーターポンプを制御し、エンジンのアイドルストップを開始すると電動式ウォーターポンプを停止する。

特開２０１６－０７９９３５号公報

上述のエンジン装置では、エンジンのアイドルストップを開始すると電動式ウォーターポンプを停止するため、ターボ過給機を十分に冷却する前に電動式ウォーターポンプを停止することがある。一方、ターボ過給機の推定温度が所定温度以下になるまで電動式ウォーターポンプにより比較的多くの冷却水を圧送すると、エンジンのアイドルストップ中に異音や振動の原因となり、エンジン装置を搭載する車両の乗員に違和感を与える可能性がある。

本発明のエンジン装置は、過給機を冷却しつつ車両の乗員に違和感を与えるのを抑制することを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
車両に搭載され、
過給機を有するエンジンと、
前記過給機とラジエータとに冷却媒体を循環させる電動ポンプを有する冷却装置と、
前記電動ポンプを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンが停止したときに、所定条件が成立している場合、前記エンジンの停止時間が長くなるにつれて前記冷却媒体の流量が減少するように前記電動ポンプを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明のエンジン装置では、エンジンが停止したときに、所定条件が成立している場合、エンジンの停止時間が長くなるにつれて冷却媒体の流量が減少するように電動ポンプを制御する。これにより、エンジンの停止中に電動ポンプの出力が徐々に小さくなるから、過給機を冷却しつつ車両の乗員に違和感を与えるのを抑制することができる。

本発明のエンジン装置において、前記所定条件は、前記エンジンの吸気温が第１所定温度以上である条件、前記エンジンの冷却水温が第２所定温度以上である条件、前記エンジンの油温が第３所定温度以上である条件、前記過給機のタービンの温度が第４所定温度以上である条件、のうちの少なくとも１つを含むものとしてもよい。

本発明のエンジン装置において、前記エンジンが停止したときに、前記所定条件が成立している場合、前記エンジンの停止から所定時間に亘って前記電動ポンプを駆動するものとしてもよい。この場合、前記所定時間は、前記エンジンの油温および／または前記過給機のタービンの温度に基づいて設定されるものとしてもよい。

本発明のエンジン装置において、前記エンジンは、第１，第２吸気系および第１，第２排気系を有し、前記過給機は、第１吸気系および第１排気系に設けられた第１過給機と、第２吸気系および第２排気系に設けられた第２過給機とを有するものとしてもよい。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記車両に乗員が乗車中で且つ前記エンジンが停止したときに、前記所定条件が成立している場合、前記エンジンの停止時間が長くなるにつれて前記冷却媒体の流量が減少するように前記電動ポンプを制御するものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのエンジン装置２０の構成の概略を示す構成図である。冷却装置６０の構成の概略を示す構成図である。ＥＣＵ７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。制御時間設定マップの一例を示す説明図である。流量減少制御の実行時における電動ポンプ６４の吐出流量Ｑｃの様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、冷却装置６０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置２０は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車などに搭載され、図示するように、エンジン２２と冷却装置６０と電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて各気筒の吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の各行程により動力を出力する第１，第２バンク３２Ａ，３２Ｂ（それぞれ２気筒や３気筒など）を有する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エアクリーナ２４Ａ，２４Ｂにより清浄された空気を吸気管２６Ａ，２６Ｂを介して吸気管２６Ｃで合流させて、インタークーラー２７、スロットルバルブ２８、インテークマニホールド３０を介して吸入すると共に各燃料噴射弁から燃料を噴射して空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を各吸気バルブを介してエンジン本体３２の各燃焼室に吸入し、各点火プラグによる電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられる各ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。エンジン本体３２の第１バンク３２Ａの各燃焼室から各排気バルブおよびエキゾーストマニホールド３４Ａを介して排気管３６Ａに排出される排気は、触媒３８Ａ，４０Ａを介して外気に排出される。また、エンジン本体３２の第２バンク３２Ｂの各燃焼室から各排気バルブおよびエキゾーストマニホールド３４Ｂを介して排気管３６Ｂに排出される排気は、触媒３８Ｂ，４０Ｂを介して外気に排出される。触媒３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂは、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する。

このエンジン２２は、排気のエネルギを用いて過給する過給機５０Ａ，５０Ｂも備える。過給機５０Ａ，５０Ｂは、吸気管２６Ａ，２６Ｂに配置されるコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂと、排気管３６Ａ，３６Ｂにおける触媒３８Ａ，３８Ｂよりも上流側に配置されると共に連結軸５３Ａ，５３Ｂを介してコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂに接続されるタービン５４Ａ，５４Ｂと、排気管３６Ａ，３６Ｂにおけるタービン５４Ａ，５４Ｂの上流側と下流側（タービン５４Ａ，５４Ｂと触媒３８Ａ，３８Ｂとの間）とを連絡（バイパス）するバイパス管３７Ａ，３７Ｂに配置されるウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂとを有する
。この過給機５０Ａ，５０Ｂは、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂの開度を調整することにより、バイパス管３７Ａ，３７Ｂを流れる排気の流量とタービン５４Ａ，５４Ｂを流れる排気の流量との分配比を調整し、タービン５４Ａ，５４Ｂの回転駆動力を調整し、コンプレッサ５２Ａ，５２Ｂによる圧縮空気量を調整し、吸気管２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおけるコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂとスロットルバルブ２８との間の圧力（以下、「スロットル前吸気圧」という）を調整する。なお、エンジン２２は、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂが全開のときには、過給機５０Ａ，５０Ｂが取り付けられていない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作可能になっている。

冷却装置６０は、冷却媒体を循環させてエンジン装置２０を冷却する。図２に示すように、冷却装置６０は、冷媒流路６２と、電動ポンプ６４と、ラジエータ６６とを備える。冷媒流路６２は、インタークーラー２７と、直列に配置された過給機５０Ａ，５０Ｂとが並列に冷却媒体を循環させるように構成される。ここで、実施例では、図示するように、過給機５０Ｂ、過給機５０Ａの順に冷却媒体が循環するように冷媒流路６２が構成されるものとした。電動ポンプ６４は、ＥＣＵ７０によって制御され、冷媒流路６２に冷却媒体を圧送する。ラジエータ６６は、冷却媒体と空気との熱交換により冷却媒体を冷却する。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。ＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、エンジン２２のクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサからのクランク角θｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。また、吸気管２６Ａ，２６Ｂにおけるエアクリーナ２４Ａ，２４Ｂとコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂとの間に取り付けられたエアフローメータ７１Ａ，７１Ｂからの吸入空気量Ｑａ１，Ｑａ２や、吸気管２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおけるコンプレッサ５２Ａ，５２Ｂとスロットルバルブ２８との間に取り付けられた圧力センサ７２からの圧力（上述のスロットル前吸気圧）Ｐｉｎ１、吸気管２６Ｃにおけるスロットルバルブ２８よりも下流側に取り付けられた圧力センサ７４からの圧力（以下、「スロットル後吸気圧」という）Ｐｉｎ２、スロットルバルブ２８の開度を検出する開度センサからの開度ＴＨも挙げることができる。さらに、排気管３６Ａにおける触媒３８Ａの上流側および下流側に取り付けられた空燃比センサ７６Ａ，７８Ａからの空燃比ＡＦｆ１，ＡＦｒ１や、排気管３６Ｂにおける触媒３８Ｂの上流側および下流側に取り付けられた空燃比センサ７６Ｂ，７８Ｂからの空燃比ＡＦｆ２，ＡＦｒ２も挙げることができる。加えて、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂの開度を検出する開度センサからの開度Ｏｗｓｔや、吸気管２６Ｃにおける吸気の温度を検出する図示しない吸気温センサからの吸気温Ｔａ、エンジン２２の潤滑油の温度を検出する図示しない油温センサからの油温Ｔｏｉｌも挙げることができる。

ＥＣＵ７０からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力される。ＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２８への制御信号や、燃料噴射弁への制御信号、点火プラグへの制御信号、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂへの制御信号を挙げることができる。また、電動ポンプ６４への制御信号も挙げることができる。

ＥＣＵ７０は、クランク角センサからのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算する。また、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ７１Ａ，７１Ｂからの吸入空気量Ｑａ１，Ｑａ２の和とエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて、負荷率（エンジン２２の各気筒の燃焼室の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際の吸入される空気の容積の割合）ＫＬや、過給機５０Ａ，５０Ｂのタービン５４Ａ，５４Ｂの温度としてタービン温度Ｔｔａ，Ｔｔｂを演算する。

こうして構成された実施例のエンジン装置２０では、ＥＣＵ７０は、エンジン２２が目標負荷率ＫＬ＊で運転されるように、スロットルバルブ２８の開度を制御する吸入空気量制御や、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、点火プラグの点火時期を制御する点火制御、ウェイストゲートバルブ５６Ａ，５６Ｂの開度を制御する過給制御などを行なう。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置２０の動作、特に、エンジン２２が自動停止した際の動作について説明する。図３は、ＥＣＵ７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン装置２０を搭載する車両に乗員が乗車中で且つエンジン２２が停止したときに実行される。

図３の処理ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、最初に、エンジン２２の吸気温Ｔａや冷却水温Ｔｗ、油温Ｔｏｉｌ、タービン温度Ｔｔａなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、吸気温Ｔａは、図示しない吸気温センサにより検出された値が入力される。冷却水温Ｔｗは、図示しない水温センサにより検出された値が入力される。油温Ｔｏｉｌは、図示しない油温センサにより検出された値が入力される。タービン温度Ｔｔａは、吸入空気量Ｑａ１，Ｑａ２の和とエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて演算された値が入力される。

こうしてデータを入力すると、吸気温Ｔａを閾値Ｔａｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１１０）、冷却水温Ｔｗを閾値Ｔｗｒｅｆと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｔａｒｅｆは、電動ポンプ６４の駆動が必要か否かを判定するための閾値であり、実験や解析により予め定められた値（例えば、４０～５０℃程度）が用いられる。閾値Ｔｗｒｅｆは、電動ポンプ６４の駆動が必要か否かを判定するための閾値であり、実験や解析により予め定められた値（例えば、８５～９５℃程度）が用いられる。ステップＳ１１０で吸気温Ｔａが閾値Ｔａｒｅｆ未満のときや、ステップＳ１２０で冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには、電動ポンプ６４を駆動する必要がないと判断して、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０で吸気温Ｔａが閾値Ｔａｒｅｆ以上で且つステップＳ１２０で冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときには、電動ポンプ６４を駆動する必要があると判断して、油温Ｔｏｉｌとタービン温度Ｔｔａとに基づいて制御時間Ｔｃｏｎを設定する（ステップＳ１３０）。そして、設定された制御時間Ｔｃｏｎを用いて冷却装置６０の流量減少制御を実行して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

ここで、制御時間Ｔｃｏｎの設定は、油温Ｔｏｉｌおよびタービン温度Ｔｔａと制御時間Ｔｃｏｎとの関係を予め求めて制御時間設定マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、油温Ｔｏｉｌとタービン温度Ｔｔａとが与えられると、マップから対応する制御時間Ｔｃｏｎを導出することにより行なわれる。図４は、制御時間設定マップの一例を示す説明図である。制御時間Ｔｃｏｎは、図示するように、油温Ｔｏｉｌが高いほど長くなるように且つタービン温度Ｔｔａが高いほど長くなるように設定される。この理由は後述する。

図５は、流量減少制御の実行時における電動ポンプ６４の吐出流量Ｑｃの様子の一例を示す説明図である。流量減少制御の実行により、図示するように、電動ポンプ６４の吐出流量Ｑｃは、エンジン２２の自動停止から制御時間Ｔｃｏｎが経過する間に、所定流量Ｑｃｍから値０となるように減少する。これにより、過給機５０Ａ，５０Ｂを冷却しつつエンジン装置２０を搭載する車両の乗員に違和感を与えるのを抑制することができる。

上述のように制御時間Ｔｃｏｎを設定した理由は、油温Ｔｏｉｌやタービン温度Ｔｔａが高いほど時間をかけて冷却媒体を循環させる必要があると考えられるからである。また、タービン温度Ｔｔａ，Ｔｔｂのうちタービン温度Ｔｔａを制御時間Ｔｃｏｎの設定に使用する理由は、過給機５０Ｂ、過給機５０Ａの順に冷却媒体が循環するため、タービン温度Ｔｔａがタービン温度Ｔｔｂに比して高くなりやすいからである。

なお、イグニッションオフによりエンジン２２が停止した場合、吸気温Ｔａが閾値Ｔａｒｅｆ以上で且つ冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときには、一定の吐出流量Ｑｃで駆動すると共に制御時間Ｔｃｏｎが経過時に停止するように電動ポンプ６４を制御するものとしてもよい。これは、エンジン装置２０を搭載した車両の乗員が降車することを想定し、異音や振動が発生しても問題ないと考えられるからである。

以上説明した実施例のエンジン装置２０では、エンジン２２が停止したときに、吸気温Ｔａが閾値Ｔａｒｅｆ以上で且つ冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上である場合、エンジン２２の停止時間が長くなるにつれて吐出流量Ｑｃが減少するように電動ポンプ６４を制御する。これにより、エンジン２２の停止中に電動ポンプ６４の出力が小さくなり、過給機５０Ａ，５０Ｂを冷却しつつ車両の乗員に違和感を与えるのを抑制することができる。

実施例のエンジン装置２０では、エンジン装置２０を搭載する車両に乗員が乗車中で且つエンジン２２が停止したときに図３の処理ルーチンを実行するものとした。しかし、乗員の有無に拘わらずエンジン２２が停止したときに図３の処理ルーチンを実行するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置２０では、冷却装置６０の流量減少制御を実行する条件として、吸気温Ｔａが閾値Ｔａｒｅｆ以上で且つ冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上である条件を用いた。しかし、吸気温Ｔａが閾値Ｔａｒｅｆ以上である条件、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上である条件、油温Ｔｏｉｌが閾値Ｔｏｒｅｆ以上である条件、タービン温度Ｔｔａが閾値Ｔｔｒｅｆ以上である条件、のうちの少なくとも１つを含むものとしてもよい。

実施例のエンジン装置２０では、油温Ｔｏｉｌとタービン温度Ｔｔａとに基づいて制御時間Ｔｃｏｎを設定するものとした。しかし、油温Ｔｏｉｌだけに基づいて制御時間Ｔｃｏｎを設定するものとしてもよく、タービン温度Ｔｔａだけに基づいて制御時間Ｔｃｏｎを設定するものとしてもよい。また、制御時間Ｔｃｏｎに一定値を設定するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置２０では、エンジン２２は、吸気系および排気系が２系統で２機の過給機５０Ａ，５０Ｂを備えるものとしたが、吸気系および排気系が１系統で１機の過給機を備えるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、冷却装置６０が「冷却装置」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

２０エンジン装置、２２エンジン、２４Ａ，２４Ｂエアクリーナ、２６吸気管２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ吸気管、２８スロットルバルブ、３０インテークマニホールド、３２エンジン本体、３２Ａ第１バンク、３２Ｂ第２バンク、３４Ａ，３４Ｂ
エキゾーストマニホールド、３６Ａ，３６Ｂ排気管、３７Ａバイパス管、３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ触媒、５０Ａ，５０Ｂ過給機、５２Ａ，５２Ｂコンプレッサ、５３Ａ，５３Ｂ連結軸、５４Ａ，５４Ｂタービン、５６Ａ，５６Ｂウェイストゲートバルブ、６０冷却装置、６２冷媒流路、６４電動ポンプ、６６ラジエータ、６８インタークーラー、７０ＥＣＵ、７２，７４圧力センサ、７６Ａ，７６Ｂ，７８Ａ，７８Ｂ空燃比センサ。

Claims

車両に搭載され、
過給機を有するエンジンと、
前記過給機とラジエータとに冷却媒体を循環させる電動ポンプを有する冷却装置と、
前記電動ポンプを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンが停止したときに、所定条件が成立している場合、前記エンジンの停止から制御時間に亘って、前記エンジンの停止時間が長くなるにつれて前記冷却媒体の流量が減少するように前記電動ポンプを制御し、
前記制御時間は、前記エンジンの油温が高いほど長くなるように、および／または、前記過給機の温度が高いほど長くなるように設定される、
エンジン装置。