JPH09304195A - エンジン冷却水の温度推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン冷却水の温度をセンサを設けること
なく求めることができるようにする。 【解決手段】 空調制御用のＥＣＵ１の制御回路２は冷
却水の温度推定手段を兼ねる。冷却水の温度は推定最終
到達温度と現在温度との間で指数関数的に変化するの
で、これを時間の関数として表し、制御回路２により、
エンジンの状態の変化をＥＦＩからの信号で検出する
と、温度推定プログラムを所定時間間隔で割り込み実行
して温度の推定をする。なお、エンジン停止時には、演
算結果が推定最終到達温度に略一致すると、演算処理を
停止して消費電力の節減を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却を
冷却水により行うようにしたものにおけるエンジン冷却
水の温度推定装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、エンジンを冷
却水により冷却するようにしたものでは、エンジンの運
転状態で冷却水をエンジンの外周部に循環させて吸熱
し、これをラジエータに循環させて放熱し、再びエンジ
ンの冷却に供するものである。

【０００３】ところで、車両用の空調装置では、このよ
うにエンジンと熱交換を行って加熱された冷却水の熱を
利用するもので、この加熱された冷却水をヒータコアに
流通させてこれに通風して熱交換を行うことにより温風
を生成して車室内に吹き出して暖房に用いるのである。
また、コンプレッサを用いた冷凍サイクルにより冷媒を
エバポレータに流通させ、ここを通過する空気を冷却す
るようになっており、このエバポレータと上述のヒータ
コアとに空気を分配して流通させて所望の温度の空気を
得るようになっている。

【０００４】その場合に、使用者が所望している温度あ
るいは外気温度や様々な条件などから演算により設定さ
れる空調制御温度が決まると、これに対応するように上
述した空気の分配を行うためのエアミックスダンパの開
度を設定する。このとき、ヒータコア側に流通させる空
気の量はエンジン冷却水の温度に依存することになる。
そこで、冷却水の温度を検出することが重要なファクタ
ーとなる。

【０００５】しかし、冷却水の温度を検出するために
は、一般的には、その循環経路にサーミスタなどの温度
センサを配設してその検出信号に基づいて温度を検出す
る構成が用いられるが、このために、取付スペースが増
加したり、あるいは取付のためのコストが上昇するとい
う技術的課題がある。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、エンジンの冷却水の循環路などにその
温度を検出するための温度センサを直接設けることなく
認識することができ、これによって、取付のためのスペ
ースやコストを不要にできるエンジン冷却水の温度推定
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、エンジンが運転あるいは停止されると、計時手段は
その時点から計時動作を開始する。そして推定手段は、
その時点におけるエンジン冷却水の温度を開始温度と
し、また、推定最終到達温度を、エンジンが運転された
ときには冷却水が沸騰する温度とし、停止されたときに
は凝固点温度として設定するようになる。そして、計時
手段の計時時間に応じて熱伝導の原則に基づいた演算を
実施してその時点でのエンジン冷却水の温度を推定演算
するようになる。

【０００８】これにより、エンジン冷却水の循環路に温
度センサを設けなくともその温度を推定により求めるこ
とができるので、取付スペースを不要としコストダウン
も図れ、例えば、エンジン冷却水の温度に依存した負荷
を制御する場合に非常に有用なものとなる。

【０００９】請求項２の発明によれば、外気温度検出手
段により検出する外気温度に基づいてエンジン始動時の
エンジン冷却水の温度を代替として利用することがで
き、さらに、エンジン停止時の推定最終到達温度として
も利用することができるようになる。

【００１０】請求項３の発明によれば、熱伝導の原理に
基づいた簡単な演算式に基づいてエンジン冷却水の温度
を推定演算することができる。

【００１１】請求項４の発明によれば、エンジンの停止
状態で推定演算動作をその計時時間と共に実施していた
のを、推定温度が略一定となった状態ではその演算動作
を中止するので、その後の計時時間の経過と共に実施す
る演算動作に要するエネルギを節約することができるよ
うになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車の空調装置
に適用した場合の一実施例について図面を参照しながら
説明する。電気的構成の概略を示す図１において、ＥＣ
Ｕ１は、空調装置全体の制御を行うもので、制御回路２
を中心として他に外部との信号の授受を行うためのイン
ターフェース回路を含んで構成されている。制御回路２
は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭやタイマ機能などを含んで
構成されるもので、空調制御を行うための制御プログラ
ムおよび後述する温度推定プログラムがあらかじめ記憶
されており、計時手段および推定手段としての機能も兼
ね備えたものである。

【００１３】ＥＣＵ１において、定電圧電源回路３は車
載バッテリ４から給電されるとこれを５Ｖの定電圧に変
換して制御回路２に供給するものである。自動車の車室
内の運転席部に配設される空調装置の操作パネル５は、
パネル用インターフェース回路６を介して制御回路２に
接続され、外部入力用のスイッチ７は、スイッチ用イン
ターフェース回路８を介して制御回路２に接続され、サ
ーミスタなどの各種センサ９は、センサ用インターフェ
ース回路１０を介して制御回路２に接続されている。

【００１４】なお、制御回路２は、Ａ／Ｄ変換機能を有
した入力部２ａを備えており、上述したセンサ用インタ
ーフェース回路１０はその入力部２ａに接続されてお
り、インターフェース回路１０から与えられるアナログ
信号をデジタル信号に変換して制御回路２内部に取り込
まれるようになっている。

【００１５】空調装置の各種ダンパなどを駆動するリレ
ー１１や各種の送風用ファンを駆動するためのモータ１
２は、それぞれ制御回路２から駆動回路１１ａ，１２ａ
を介して駆動制御されるようになっている。また、空調
装置と連携して動作される他のＥＣＵ１３は、データ授
受用のインターフェース回路１４を介して制御回路２に
接続されている。

【００１６】そして、エンジンの状態を検出する手段と
して、本実施例においては、図２に示すように、エンジ
ン１５を駆動制御する電子式燃料噴射装置であるＥＦＩ
１６からのエンジンの始動信号あるいは停止信号を授受
することにより検出するようになっている。なお、エン
ジン１５の状態を検出する手段としては、このようなＥ
ＦＩ１６に限らず、例えば、エンジン１５の回転数を検
出する手段からの検出信号に基づいて検出するようにす
ることもできる。

【００１７】次に本実施例の作用について、図３の温度
推定プログラムのフローチャートおよび図４を参照して
説明する。なお、この説明では、空調制御の内容につい
ては省略し、本実施例の要旨である空調制御に用いるデ
ータのひとつとしてエンジン冷却水の温度を推定する演
算内容について詳述する。

【００１８】ＥＣＵ１は空調制御の指令が操作パネル５
を介して入力されると、空調制御のプログラムに従っ
て、空調制御を実施するようになる。このとき、使用者
により設定されている室内温度に対して、制御回路２は
空調プログラムにしたがってエンジン冷却水の温度を基
準として冷気との混合比率を設定する。そして、そのと
きに必要となるのがエンジン冷却水の温度である。

【００１９】制御回路２は、空調装置の運転如何にかか
わらず、エンジン冷却水の温度の推定動作を行ってお
り、図３に示す温度推定プログラムのフローチャートに
従って行う。このプログラムは、エンジン１５が始動さ
れた時点あるいは停止された時点を開始点として、以
後、２５０ｍｓ（１秒間に４回の頻度）間隔で割り込み
により実行されるようになっている。

【００２０】まず、温度推定プログラムをスタートする
と、制御回路２は、エンジンが始動されたのか停止され
たのかを判断する（ステップＳ１）。この場合において
は、ＥＦＩ１６からの信号に基づいて判断するもので、
始動した場合を想定する。制御回路２は、ここで「ＹＥ
Ｓ」と判断すると、続いて、水温上昇時の温度推定処理
を実施する（ステップＳ２）。

【００２１】この水温上昇時の温度推定処理では、制御
回路２は、図４に示すように、エンジン始動時（時刻ｔ
ｏ）のエンジン冷却水の開始温度Ｔｗｎを、外気温度セ
ンサの検出温度Ｔａｏと冷却水の凝固点Ｔｗｓとの高い
方に設定し、推定最終到達温度Ｔｗｘを冷却水の沸点Ｔ
ｗｈに設定する。そして、始動時ｔｏからの経過時間ｔ
と共に変化する冷却水温度Ｔｗ（ｔ）を、次式に示す近
似式を用いて演算するようになる。 Ｔｗ（ｔ）＝Ｔｗｘ−（Ｔｗｘ−Ｔｗｎ）×ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ） …（１） （Ｔはエンジンの種類（ガソリン，ディーゼル等）や排
気量あるいは回転数等により決まる時定数である）

【００２２】上述の演算式（１）は、エンジン始動に伴
って冷却水が循環経路（エンジン部とラジエータ部を環
状に連結された経路）を循環している状態で時間経過に
伴う冷却水の温度、あるいは、エンジンが停止された時
点から時間経過に伴う冷却水の温度のそれぞれについて
表現したものである。これは、冷却水の温度が一般的に
時定数をもって一定の温度に収束するように変化すると
いう原理に基づき、一般的な時定数の公式に代入するこ
とにより得たものである。

【００２３】そして、この場合、推定最終到達温度Ｔｗ
ｘはエンジン始動時には冷却水の沸点Ｔｗｈに設定さ
れ、停止時には凝固点Ｔｗｓあるいは外気温度Ｔａｏの
高い方に設定され、開始時点の温度Ｔｗｎはその時点で
推定処理により得られている温度あるいは定常状態にあ
る場合には推定最終到達温度Ｔｗｘに設定されるように
なっている。

【００２４】さて、図４に示す状態では、エンジンの始
動と共に、エンジン冷却水の温度Ｔｗ（ｔ）は初め急激
に上昇して推定最終到達温度Ｔｗｘに近付くにしたがっ
てゆっくり上昇するようになり、指数関数的な変化とな
る。逆に、エンジン停止のとき（図中時刻ｔ１以降ｔ２
までの間）には、エンジン冷却水の温度Ｔｗ（ｔ）は、
初め急激に下降して推定最終到達温度Ｔｗｘに近付くに
したがってゆっくり下降するようになり、指数関数的な
変化となる。このような変化の様子を示すのが前述した
式（１）である。

【００２５】上述のようにして、エンジン冷却水の温度
Ｔｗ（ｔ）を推定すると、制御回路２は、ステップＳ３
に移行し、得られた冷却水の推定温度Ｔｗ（ｔ）を記憶
すると共に、その推定温度Ｔｗ（ｔ）を利用する演算処
理を実行し、メインプログラムにリターンするようにな
る。

【００２６】メインプログラムでは、例えば空調制御を
行っている場合には、記憶されたその時点でのエンジン
冷却水の推定温度Ｔｗ（ｔ）に基づいて、空調制御のた
めの種々の演算処理を実行し、これによって種々のダン
パやファンを制御すべく、リレー１１やモータ１２に駆
動回路１１ａ，１２ａを介して制御信号を出力するよう
になっている。

【００２７】以後、２５０ｍｓ（２５０ミリ秒）が経過
すると、制御回路２は、再び推定プログラムを開始し、
上述同様にしてエンジン冷却水の温度推定処理を行う。
この場合には、前回の演算処理のタイミングから時間が
２５０ｍｓ経過しているので、その分だけ推定される温
度にも変化がおこる。そして、この後も、同様にして温
度推定処理を実施するようになる。さて、このように温
度推定処理を進めて行くと、時間の経過に伴って推定温
度Ｔｗ（ｔ）は、ほぼ推定最終到達温度Ｔｗｘに等しく
なる。

【００２８】次に、エンジンが停止された場合には、制
御回路２は、ステップＳ１にて「ＮＯ」と判断し、ステ
ップＳ４に移行する。ここで、制御回路２は、エンジン
が停止された場合の冷却水の温度を推定演算するように
なる。この場合にも、前述した演算式（１）を用いて経
過時間に応じた推定温度の演算処理を行う。なお、式
（１）中で、推定最終到達温度Ｔｗｘは冷却水の凝固点
Ｔｗｓと外気温度Ｔａｏとの高い方に設定され、開始温
度Ｔｗｎは、その時点までエンジン始動に対応して推定
していた冷却水温度の最後に演算して求めた値を設定す
る。

【００２９】この後、ステップＳ５に進むと、制御回路
２は、演算によって求めた推定温度Ｔｗ（ｔ）の値が推
定最終到達温度Ｔｗｘに対して略同程度になっているか
否かを判断し、「ＮＯ」の場合には再び２５０ｍｓが経
過した後に上述の推定演算処理を繰り返し実行し、「Ｙ
ＥＳ」の場合にはステップＳ６に移行し、推定演算処理
を停止するようになる。なお、エンジンが停止されてい
る状態では、このまま放置しても、冷却水の温度Ｔｗ
（ｔ）は推定最終到達温度Ｔｗｘ（つまりＴｗｓまたは
Ｔａｏのうちの高い方）と略同じ温度に保たれることが
推定されるので、演算を実行しなくとも支障はない。

【００３０】これにより、以後の演算に要する消費電力
を節約することができ、エンジンの停止時間が長時間に
渡る場合でも、その間のＥＣＵ１の動作を停止すること
で演算によるバッテリの消費をなくし、ＥＣＵ１の電力
消費に起因した「バッテリ上がり」の不具合が発生する
のを防止することができる。

【００３１】さて、上述のようにエンジンが始動された
時点あるいは停止された時点を起点として温度推定プロ
グラムを新たに実行開始するので、例えば、図４に示す
ように、新たに温度推定プログラムを実行した時点にお
いてエンジンの冷却水温度Ｔｗ（ｔ）が推定最終到達温
度Ｔｗｘとほぼ同じになっていない状態でも、直前まで
推定演算を行っていた結果を利用することにより、その
後の温度を推定することができる。

【００３２】このような本実施例によれば、エンジン冷
却水の温度Ｔｗ（ｔ）をエンジンの始動時あるいは停止
時を起点として所定時間間隔（２５０ｍｓ間隔）で温度
推定プログラムを実行することにより推定することがで
きるようになり、空調制御などに用いる冷却水の温度と
して支障なく利用することができ、これによって温度セ
ンサの取付スペースを不要としさらに取付のためのコス
トを低減することができるようになる。

【００３３】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のではなく、次のように変形また拡張できる。エンジン
の冷却水の温度を利用するもの全般に適用することがで
きる。エンジンの状態を検出する手段としては、ＥＦＩ
１６以外に、エンジンの回転数を検出する手段から回転
数信号を入力して検出することもできる。この場合に、
エンジンの回転数を温度推定の式の時定数Ｔの設定に盛
り込むことができる。エンジンの始動時あるいは停止時
を起点として温度推定プログラムの実行を開始し、以後
所定時間間隔で割り込み実行するようにしたが、エンジ
ンの運転状態に関係なく定期的に割り込み実行するよう
にしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気的構成のブロック
図

【図２】ＥＣＵとエンジンとの関係を示す概念図

【図３】温度推定プログラムのフローチャート

【図４】エンジンの始動，停止による冷却水温度の時間
的推移を示す図

【符号の説明】

１はＥＣＵ、２は制御回路（計時手段、推定手段）、３
は定電圧回路、４は車載バッテリ、５は操作パネル、６
はパネル用インターフェース回路、７は外部入力スイッ
チ、８はスイッチ用インターフェース回路、９は各種セ
ンサ（外気温度検出手段）、１０はセンサ用インターフ
ェース回路、１１はリレー、１２はモータ、１３は他の
ＥＣＵ、１４はインターフェース回路、１５はエンジ
ン、１６はＥＦＩ（検出手段）である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの冷却を冷却水を循環させるこ
   とにより行うようにしたものにおいて、 前記エンジンの運転状態を検出する検出手段と、 この検出手段により前記エンジンの運転あるいは停止が
   検出されるとその時点から計時動作を開始する計時手段
   と、 前記検出手段により前記エンジンの運転あるいは停止が
   検出されるとその時点のエンジン冷却水温度を開始温度
   とし、この開始温度から推定最終到達温度までの温度変
   化を前記計時手段による計時時間に基づいて演算を行っ
   てその時点のエンジン冷却水温度を推定する推定手段と
   を備えたことを特徴とするエンジン冷却水の温度推定装
   置。
2. 【請求項２】 前記エンジン始動時に外気温度を検出す
   る外気温度検出手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載のエンジン冷却水の温度推定装置。
3. 【請求項３】 前記推定手段は、前記開始温度をＴｗ
   ｎ，推定最終到達温度をＴｗｘとしたときに、前記計時
   手段による計時時間ｔにおけるエンジン冷却水の推定温
   度Ｔｗの値を、次式に従って演算を行うことにより求め
   るように構成されていることを特徴とする請求項１また
   は２記載のエンジン冷却水の温度推定装置。 Ｔｗ＝Ｔｗｘ−（Ｔｗｘ−Ｔｗｎ）× exp（−ｔ／Ｔ） ただし、Ｔはエンジンの性能により決定される時定数で
   ある
4. 【請求項４】 前記推定手段は、前記エンジンが停止状
   態で且つ推定温度が略一定の温度となったときに演算動
   作を中止することを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載のエンジン冷却水の温度推定装置。