JP6364943B2 - 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し、特に、冷却水の温度に基いて燃料噴射制御を実行する構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２０１３−２３４６０５号公報）に開示されているように、冷却水の温度に基いて燃料噴射制御を実行する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、シリンダブロック及びシリンダヘッドに形成された冷却水通路の出口側に水温センサを配置している。そして、燃料噴射制御では、水温センサにより検出した冷却水温に基いて燃料噴射量を設定するようにしている。

特開２０１３−２３４６０５号公報 特開２００６−３２２３３９号公報

上述した従来技術では、水温センサが冷却水通路の出口側に配置されている。この結果、冷却水の循環が停止している暖機中には、燃焼室で発生する熱が水温センサに伝達し難くなり、燃焼室の温度と水温センサの検出値との間にずれが生じ易い。このため、従来技術では、暖機中の燃料噴射制御に対して燃焼室の温度を適切に反映させるのが難しいという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、暖機中及び暖機後において、燃焼室の温度を燃料噴射量に適切に反映し、燃料噴射制御を精度よく実行することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関の本体部分を構成するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに搭載され、前記シリンダブロックとの間に燃焼室が形成されたシリンダヘッドと、前記燃焼室で燃焼させるための燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記シリンダブロックの内部に設けられ、内燃機関のラジエータから冷却水が流入する上流側冷却水通路と、前記シリンダヘッドの内部に設けられた水路であって、前記上流側冷却水通路から冷却水が流入すると共に、当該冷却水を前記ラジエータ側に戻すための出口を有する下流側冷却水通路と、前記下流側冷却水通路の出口から流出した冷却水の温度である出口水温を検出する出口水温センサと、前記下流側冷却水通路の途中を流れる冷却水の温度であるヘッド水温を検出するヘッド水温センサと、前記冷却水の温度である制御用水温に基いて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備え、前記噴射量制御手段は、内燃機関の暖機が行われているときに、前記制御用水温として前記ヘッド水温を用いる第１の制御手段と、前記暖機が終了するときのヘッド水温である暖機終了時ヘッド水温を取得し、前記暖機の終了後には、最新の出口水温と前記暖機終了時ヘッド水温のうち高い方の水温を前記制御用水温として用いる第２の制御手段と、を備えている。

第１の発明によれば、ヘッド水温センサを備えているので、暖機時に冷却水の循環を停止した場合でも、出口水温と比較して燃焼室の温度が反映され易いヘッド水温を制御用水温として取得することができる。また、暖機後には、出口水温とヘッド水温のうち高い方の水温を制御用水温として取得することができる。従って、暖機中及び暖機後において、燃焼室の温度を燃料噴射量に適切に反映することができ、燃料噴射制御を精度よく実行することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。 制御用水温の切換制御を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図３を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、その本体部分を構成するシリンダブロック１２と、該シリンダブロック１２に搭載されたシリンダヘッド１４とを備えている。シリンダブロック１２とシリンダヘッド１４との間には、各気筒の燃焼室１６が形成されている。各気筒には、燃焼室１６で燃焼させるための燃料を噴射する燃料噴射弁１８が配置されると共に、ピストン、点火プラグ、吸気バルブ及び排気バルブ等が配置されている。

また、エンジン１０は、シリンダブロック１２の内部に設けられた上流側冷却水通路２０と、シリンダヘッド１４の内部に設けられた下流側冷却水通路２２と、上流側冷却水通路２０の入口側に設けられたウォーターポンプ２４と、下流側冷却水通路２２の出口側に設けられた流量制御弁２６とを備えている。上流側冷却水通路２０は、下流側冷却水通路２２と接続されている。ウォーターポンプ２４は、エンジン１０のラジエータで冷却された冷却水を上流側冷却水通路２０に導入する。この冷却水は、冷却水を上流側冷却水通路２０から下流側冷却水通路２２に流入し、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１４とを冷却した後に、下流側冷却水通路２２の出口から流出する。

流量制御弁２６は、多機能型の電子制御弁等により構成され、上流側冷却水通路２０及び下流側冷却水通路２２を流通する冷却水の流量を制御する機能と、下流側冷却水通路２２の出口から流出した冷却水を他の複数の冷却水通路に分配する機能とを備えている。下流側冷却水通路２２から流出した冷却水は、他の冷却水通路を流れることによりエンジン１０の各部を冷却した後に、ラジエータに戻される。なお、図１は、エンジン１０の主要部分及び冷却水通路を模式的に例示したものであり、図示された気筒数、及び、冷却水通路２０，２２と燃焼室１６との位置関係は、本発明を限定するものではない。また、本発明において、電動式のウォーターポンプ２４をＥＣＵ４０により制御することで、後述の水止め処理を実行可能な場合には、必ずしも流量制御弁２６を用いる必要はない。

次に、制御系統について説明する。エンジン１０は、出口水温センサ３０及びヘッド水温センサ３２を含むセンサ系統と、センサ系統の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。出口水温センサ３０は、下流側冷却水通路２２の出口の外側に配置されており、下流側冷却水通路２２から流出した冷却水の温度（以下、出口水温と表記する）を検出する。ヘッド水温センサ３２は、シリンダヘッド１４に設けられており、下流側冷却水通路２２の途中を流れる冷却水の温度（以下、ヘッド水温と表記する）を検出する。なお、ヘッド水温センサ３２は、燃焼室１６から冷却水に熱が伝導し易い位置でヘッド水温を検出するのが好ましい。

ＥＣＵ４０は、センサ系統の出力に基いてエンジン１０の各アクチュエータを駆動することにより、エンジン制御を実行する。このエンジン制御には、冷却水制御、燃料噴射制御及び制御用水温の切換制御が含まれている。以下、これらの制御について、例を挙げて説明する。なお、ＥＣＵ４０は、噴射量制御手段の具体例に相当している。

（冷却水制御）
冷却水制御では、エンジン１０の暖機状態に基いて、水止め処理、微流量処理及び温調処理の何れかを実行し、冷却水の流れを制御するものである。この制御では、まず、冷却水の循環を停止すべき条件（水止め判定）が成立したか否かを判定する。そして、水止め判定が成立した場合には、流量制御弁２６を閉弁し、冷却水通路２０，２２を流れる冷却水の流れを停止する処理（水止め処理）を実行する。なお、水止め判定は、例えば暖機が実行される低温時、即ち、出口水温（ヘッド水温でもよい）が予め設定された暖機必要温度以下である場合に成立する。水止め処理によれば、暖機中には、低温な冷却水が冷却水通路２０，２２を循環するのを停止し、暖機を速やかに進行させることができる。

また、水止め判定が成立した後には、例えば微量の冷却水を循環させてもよい条件（微流量判定）が成立したか否かを判定する。この判定は、例えば出口水温（ヘッド水温でもよい）が前記暖機必要温度よりも高い特定の判定値を超えたときに成立させてもよい。微流量判定が成立した場合には、暖機の終了直後であり、冷却水の温度が更に上昇するまで冷却水の流量を抑えた方がよいと判断する。そして、流量制御弁２６の開度を調整し、冷却水通路２０，２２に微量の冷却水を循環させる処理（微流量処理）を実行する。

一方、水止め判定が不成立の場合には、既に暖機が終了したものと判断する。そして、出口水温とヘッド水温のうち高い方の水温に基いて、冷却水通路２０，２２を流れる冷却水の流量を制御する処理（温調処理）を実行する。これにより、冷却水の温度に合わせて冷却効率を適切に調整することができる。

（燃料噴射制御）
燃料噴射制御では、例えばエンジン回転数、エンジン負荷、制御用水温等に基いて燃料噴射弁１８の燃料噴射量を設定する。一般に、燃料噴射量は、制御用水温が低いほど多くなるように設定される。制御用水温は、以下の切換制御により、出口水温とヘッド水温のうち何れか一方の水温に切換られる。

（制御用水温の切換制御）
暖機中には、水止め処理により冷却水の循環が停止されるので、燃焼室周辺の実際の温度が出口水温に反映されなくなる。また、暖機の終了時には、通常量の冷却水が冷却水通路２０，２２を流通し始めるので、燃焼室周辺の温度と出口水温の検出値との間には、大きな乖離が生じる。このため、出口水温を用いて燃料噴射制御を実行すると、燃料噴射量が適切に設定されず、例えば上記乖離の分だけ燃料噴射量が増えるので、燃費の低下等を招く虞れがある。そこで、本実施の形態では、ヘッド水温センサ３２を採用し、暖機状態に基いて出口水温とヘッド水温とを使い分ける構成としている。

図２は、制御用水温の切換制御を示す特性線図である。この図に示すように、暖機中、即ち、水止め処理中においては、燃焼室周辺の温度が出口水温に反映されないので、出口水温は低い温度に留まっている。これに対し、燃焼室周辺の熱は、下流側冷却水通路２２中の冷却水に伝導し易いので、水止め処理中であっても、ヘッド水温は上昇する。従って、この場合には、制御用水温としてヘッド水温を用いる。これにより、冷却水の循環が停止される暖機中には、燃焼室周辺の温度が反映され易いヘッド水温に基いて燃料噴射量を適切に設定することができる。

また、暖機の終了後、即ち、微流量処理中及び温調処理中においては、まず、暖機が終了するときのヘッド水温、即ち、微流量処理が開始されるときのヘッド水温を取得し、当該ヘッド水温を暖機終了時ヘッド水温として記憶する。そして、出口水温が暖機終了時ヘッド水温よりも低い場合には、制御用水温として暖機終了時ヘッド水温（一定値）を用いる。一方、出口水温が暖機終了時ヘッド水温よりも高くなった場合には、制御用水温として出口水温を用いる。即ち、暖機の終了後には、最新の出口水温と暖機終了時ヘッド水温のうち高い方の水温が制御用水温として用いられる。

出口水温は、図２に示すように、暖機が終了すると、冷却水の循環が開始されることにより上昇し、比較的短い時間でヘッド水温よりも高くなる。従って、上記制御によれば、暖機の終了後には、冷却水温の上昇状態に応じて出口水温と暖機終了時ヘッド水温のうち燃料噴射制御に適した水温を選択することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジン運転中に繰り返し実行されるものとする。図３に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、ヘッド水温センサ３２の出力に基いてヘッド水温を読込む。また、ステップ１０２では、出口水温センサ３０の出力に基いて出口水温を読込む。

次に、ステップ１０４では、前述の水止め判定を実行し、この判定が成立した場合には、ステップ１０６に移行する。ステップ１０６では、当該ステップを実行する時点でのヘッド水温を取得して記憶する。次に、ステップ１０８では、前述の微流量判定を実行し、この判定が成立した場合には、ステップ１１０に移行する。また、ステップ１０８の判定が不成立の場合には、ステップ１０４に戻り、ステップ１０８の判定が成立するまで、ステップ１０４〜１０８の処理を繰返す。従って、ステップ１０８の判定が成立した時点、即ち、暖機が終了した時点では、ステップ１０６で最後に記憶されたヘッド水温を、暖機終了時ヘッド水温として取得することができる。

次に、ステップ１１０では、上記の暖機終了時ヘッド水温を暫定的な制御用水温として採用する。そして、ステップ１１２では、当該ステップを実行する時点での出口水温が制御用水温よりも高いか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１１４に移行し、出口水温を制御用水温として採用する。また、ステップ１１２の判定が不成立の場合には、ステップ１１４を実行せずに終了する。この場合には、ステップ１１０の処理が有効となるので、暖機終了時ヘッド水温が制御用水温として採用される。

一方、ステップ１０４の判定が不成立の場合には、暖機の終了であるから、ステップ１１６〜１２０に移行し、暖機後の温度設定制御を実行する。具体的に述べると、まず、ステップ１１６では、ヘッド水温が出口水温よりも高いか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１１８に移行し、制御用水温としてヘッド水温を採用する。そして、ステップ１１６，１１８の処理を繰返す。一方、ステップ１１６の判定が不成立の場合には、ステップ１２０に移行し、制御用水温として出口水温を採用する。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、ヘッド水温センサ３２を備えているので、暖機時に冷却水の循環を停止した場合でも、出口水温と比較して燃焼室１６の温度が反映され易いヘッド水温を制御用水温として取得することができる。また、暖機後には、出口水温とヘッド水温のうち高い方の水温を制御用水温として取得することができる。従って、暖機中及び暖機後において、燃焼室１６の温度を燃料噴射量に適切に反映することができ、燃料噴射制御を精度よく実行することができる。

なお、前記実施の形態では、図２中の左側に示す処理が第１の制御手段の具体例を示し、同図の中央及び右側に示す処理が第２の制御手段の具体例を示している。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１６ 燃焼室
１８ 燃料噴射弁
２０ 上流側冷却水通路
２２ 下流側冷却水通路
２４ ウォーターポンプ
２６ 流量制御弁
３０ 出口水温センサ
３２ ヘッド水温センサ
４０ ＥＣＵ（噴射量制御手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の本体部分を構成するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに搭載され、前記シリンダブロックとの間に燃焼室が形成されたシリンダヘッドと、
   前記燃焼室で燃焼させるための燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記シリンダブロックの内部に設けられ、内燃機関のラジエータから冷却水が流入する上流側冷却水通路と、
   前記シリンダヘッドの内部に設けられた水路であって、前記上流側冷却水通路から冷却水が流入すると共に、当該冷却水を前記ラジエータ側に戻すための出口を有する下流側冷却水通路と、
   前記下流側冷却水通路の出口から流出した冷却水の温度である出口水温を検出する出口水温センサと、
   前記下流側冷却水通路の途中を流れる冷却水の温度であるヘッド水温を検出するヘッド水温センサと、
   前記冷却水の温度である制御用水温に基いて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備え、
   前記噴射量制御手段は、
   内燃機関の暖機が行われているときに、前記制御用水温として前記ヘッド水温を用いる第１の制御手段と、
   前記暖機が終了するときのヘッド水温である暖機終了時ヘッド水温を取得し、前記暖機の終了後には、最新の出口水温と前記暖機終了時ヘッド水温のうち高い方の水温を前記制御用水温として用いる第２の制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置。

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