(57)【要約】【課題】内燃機関における気体比率を適切に制御することのできる制御装置、を提供する。【解決手段】制御装置１００は、内燃機関２００の壁温を取得する壁温取得部１１０と、壁温を調整する壁温調整部１２０と、内燃機関２００に供給される気体の質量流量を、内燃機関２００に供給される燃料の質量流量で除することにより得られる比率、である気体比率を調整する比率調整部１３０と、を備える。壁温調整部１２０は、内燃機関２００が高負荷で運転される際には、壁温を低い温度に保つ低壁温制御を行う一方、内燃機関２００が低負荷で運転される際には、壁温を高い温度に保つ高壁温制御を行うように構成されている。低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われると、比率調整部１３０は、壁温取得部１１０によって取得された壁温に基づいて、気体比率を調整するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２００）の制御装置（１００）であって、
前記内燃機関の壁温を取得する壁温取得部（１１０）と、
前記壁温を調整する壁温調整部（１２０）と、
前記内燃機関に供給される気体の質量流量を、前記内燃機関に供給される燃料の質量流量で除することにより得られる比率、である気体比率を調整する比率調整部（１３０）と、を備え、
前記壁温調整部は、
前記内燃機関が高負荷で運転される際には、前記壁温を低い温度に保つ低壁温制御を行う一方、前記内燃機関が低負荷で運転される際には、前記壁温を高い温度に保つ高壁温制御を行うように構成されており、
前記低壁温制御と前記高壁温制御との間で切り換えが行われると、
前記比率調整部は、
前記壁温取得部によって取得された前記壁温に基づいて、前記気体比率を調整するように構成されている制御装置。
【請求項２】
前記壁温取得部は、
前記内燃機関を通る冷却水の流量及び温度に基づいて前記壁温を取得する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記低壁温制御への切り換えが行われると、
前記比率調整部は、
前記壁温取得部によって取得された前記壁温が低くなるほど、前記気体比率が大きくなるように調整する、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記高壁温制御への切り換えが行われると、
前記比率調整部は、
前記壁温取得部によって取得された前記壁温が高くなるほど、前記気体比率が大きくなるように調整する、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記壁温取得部は、
前記内燃機関のうち、燃焼室が形成されている部分であるヘッド部（２１０）の温度を、前記壁温として取得する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、内燃機関を制御するための制御装置が備えられる。制御装置は、例えば、内燃機関を流れる冷却水の流量や温度を調整し、内燃機関を適温に保つ制御を行う。下記特許文献１には、内燃機関の負荷に応じて冷却水の温度を変化させる制御について記載されている。また、下記特許文献２には、冷却水の温度に応じて、再循環される排ガスの割合の目標値を変化させる制御について記載されている。
【０００３】
下記特許文献１に記載された制御においては、内燃機関の負荷が小さい低負荷時には、冷却水の温度が高温とされ、内燃機関の負荷が大きい高負荷時には、冷却水の温度が低温とされる。このような制御によれば、低負荷時においてはオイル粘度に伴うフリクションを低減しながら、高負荷時には過昇温に伴うノッキングの発生を防止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４５２６号公報
【特許文献２】特開２０１４−８８７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の制御においては、内燃機関における燃焼を理論空燃比よりもリーンな空燃比で行わせたり、所謂排気再循環を行わせたりすることで、燃料消費率を低減できることが知られている。
【０００６】
内燃機関に供給される気体の質量流量を、内燃機関に供給される燃料の質量流量で除することにより得られる比率、のことを「気体比率」と定義すると、上記のような制御はいずれも、気体比率を大きめの値に維持する制御、ということができる。尚、上記の「気体」とは、吸気配管から内燃機関の気筒へと供給される空気のことであり、車両が排気再循環の機構を有する場合には、再循環される排ガスを当該空気に加えたもののことである。
【０００７】
リーンな空燃比とすること等により気体比率が大きくなっているときには、内燃機関の出力低下に伴って、内燃機関に供給される空気の流量が増加する。これにより、吸気配管において空気が受ける流路抵抗が低下し、所謂ポンピングロスが低減されるので、結果的に燃料消費率が低減される。また、再循環される排ガスの割合を高くすることにより気体比率が大きくなっているときには、内燃機関に供給される二酸化炭素の量が増加し、燃焼ガスの比熱が高くなる。これにより、燃焼温度が低下し、燃焼ガスから内燃機関の壁へと逃げてしまう熱量が低下するので、やはり燃料消費率が低減される。
【０００８】
ただし、気体比率を大きくし過ぎると、内燃機関における燃焼が不安定になるなどの不具合が生じてしまう。このため、気体比率は、所定の目標値を超えない範囲内において、可能な限り大きくすることが好ましい。
【０００９】
上記特許文献２に記載されているように、従来、気体比率の目標値は、内燃機関を通る冷却水の温度に基づいて設定されていた。しかしながら、本発明者らが行った実験などによれば、冷却水の温度のみに基づいて設定された気体比率の目標値は、理想的な目標値には必ずしも一致しない、という知見が得られている。
【００１０】
つまり、冷却水の温度のみに基づく目標値に気体比率を一致させたとしても、実際には気体比率をさらに大きくする余地があったり、逆に気体比率が大きくなり過ぎてしまっていたりする可能性があった。特に、上記特許文献１に記載された制御のように、内燃機関の負荷に応じて冷却水の温度を変化させる場合には、冷却水の温度を変化させた直後の期間において、冷却水の温度に基づいて設定される気体比率の目標値と、理想的な目標値との乖離が大きくなる傾向がある。このように、従来の制御装置においては、気体比率を適切に制御するという点において更なる改良の余地があった。
【００１１】
本開示は、内燃機関における気体比率を適切に制御することのできる制御装置、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示に係る制御装置は、内燃機関（２００）の制御装置（１００）であって、内燃機関の壁温を取得する壁温取得部（１１０）と、壁温を調整する壁温調整部（１２０）と、内燃機関に供給される気体の質量流量を、内燃機関に供給される燃料の質量流量で除することにより得られる比率、である気体比率を調整する比率調整部（１３０）と、を備える。壁温調整部は、内燃機関が高負荷で運転される際には、壁温を低い温度に保つ低壁温制御を行う一方、内燃機関が低負荷で運転される際には、壁温を高い温度に保つ高壁温制御を行うように構成されている。低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われると、比率調整部は、壁温取得部によって取得された壁温に基づいて、気体比率を調整するように構成されている。
【００１３】
このような構成の制御装置では、壁温調整部が、内燃機関の負荷に応じて低壁温制御及び高壁温制御を切り換える制御を行う。これにより、従来の制御と同様に、低負荷時においてはオイル粘度に伴うフリクションを低減しながら、高負荷時にはノッキングの発生を防止することが可能となる。
【００１４】
また、上記制御装置では、低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われると、比率調整部は、壁温取得部によって取得された壁温に基づいて気体比率を調整する。本発明者らが行った実験などによれば、理想的な気体比率の値は、冷却水の温度ではなく、正確には内燃機関の壁温に応じて変化するという知見が得られている。このため、上記のように壁温に基づいて気体比率を調整すれば、理想的な目標値を超えない範囲において、気体比率を可能な限り大きくすることが可能となる。このように調整された気体比率の値は、低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われた直後においても、理想的な値から乖離することがない。これにより、内燃機関における気体比率を適切に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、内燃機関における気体比率を適切に制御することのできる制御装置、が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る制御装置、及びその制御対象である内燃機関等の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、流量制御弁の外観を示す図である。
【図３】図３は、流量制御弁の内部構成を模式的に示す図である。
【図４】図４は、流量制御弁の開口率の変化を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】図６は、低壁温制御と高壁温制御との切り換えについて説明するための図である。
【図７】図７は、流量制御弁の動作に伴う壁温等の変化を示す図である。
【図８】図８は、冷却水の流量及び温度と、内燃機関の壁温との関係を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、流量制御弁における弁体の位置と、流量比との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、内燃機関の回転数と、冷却水の流量との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、内燃機関の回転数及び吸入空気量と、内燃機関の基準壁温との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、流量補正係数と冷却水の流量との関係、及び、水温補正係数と冷却水の温度との関係、を示す図である。
【図１５】図１５は、壁温と、燃焼限界における気体比率との関係等を示す図である。
【図１６】図１６は、壁温と、燃焼限界における気体比率との関係等を示す図である。
【図１７】図１７は、空気の流量等の時間変化の例を示すタイムチャートである。
【図１８】図１８は、第２実施形態に係る制御装置、及びその制御対象である内燃機関等の構成を模式的に示す図である。
【図１９】図１９は、第２実施形態に係る制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図２０】図２０は、低壁温制御と高壁温制御との切り換えについて説明するための図である。
【図２１】図２１は、流量制御弁の動作に伴う壁温等の変化を示す図である。
【図２２】図２２は、冷却水の流量及び温度と、内燃機関の壁温との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、第１実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、ウォーターポンプの回転数と、冷却水の流量との関係を示す図である。
【図２５】図２５は、空気の流量等の時間変化の例を示すタイムチャートである。
【図２６】図２６は、第３実施形態における内燃機関等の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１８】
第１実施形態について説明する。本実施形態に係る制御装置１００は、車両１０に搭載される装置であって、車両１０の内燃機関２００を制御するための装置として構成されている。制御装置１００の説明に先立ち、車両１０の構成について先ず説明する。
【００１９】
図１には、制御装置１００を含む車両１０の構成が模式的に示されている。同図においては、車両１０のうち、制御装置１００が行う制御に係る部分のみが示されており、他の部分、例えば車輪等については図示が省略されている。
【００２０】
先ず、内燃機関２００及びその周辺の構成について、主に図１を参照しながら説明する。内燃機関２００は、燃料を燃焼させることによって車両１０の駆動力を発生させる装置である。内燃機関２００は、３つの気筒２０１を有しており、それぞれの気筒２０１において燃料を燃焼させる。それぞれの気筒２０１には、燃料を噴射して共有するためのインジェクタ２０２が設けられている。インジェクタ２０２の開閉動作は制御装置１００によって制御される。これにより、各気筒２０１に対して供給される燃料の質量流量が調整される。
【００２１】
内燃機関２００には、吸気配管２７０と排気配管２８０とが接続されている。吸気配管２７０は、内燃機関２００に燃焼用の空気を供給するための配管である。吸気配管２７０のうち内燃機関２００側の部分は３つの配管に分岐しており、分岐した配管のそれぞれが各気筒２０１へと接続されている。
【００２２】
排気配管２８０は、各気筒２０１における燃焼で生じた排ガスを、車両１０の外部へと排出するための配管である。排気配管２８０のうち内燃機関２００側の部分は３つの配管に分岐しており、分岐した配管のそれぞれが各気筒２０１へと接続されている。
【００２３】
吸気配管２７０の途中にはコンプレッサ２３０が設けられており、排気配管２８０の途中にはタービン２４０が設けられている。コンプレッサ２３０及びタービン２４０は、所謂「過給機」を構成するものである。
【００２４】
タービン２４０は、排気配管２８０を通過する排ガスの流れを受けて回転し、これによりコンプレッサ２３０を動作させるものである。コンプレッサ２３０は、タービン２４０から受ける力によって動作し、吸気配管２７０の空気を圧縮して内燃機関２００側へと送り出すものである。これにより、内燃機関２００の実質的な排気量を高めることができる。
【００２５】
排気配管２８０には、タービン２４０を迂回して排ガスを流すためのバイパス配管２８１が設けられている。また、バイパス配管２８１の途中には、ウェイストゲートバルブ２５０が設けられている。ウェイストゲートバルブ２５０は、その開度を変化させることにより、バイパス配管２８１を通る排ガスの流量を調整するための弁である。バイパス配管２８１の動作は制御装置１００によって制御される。
【００２６】
吸気配管２７０と排気配管２８０との間には、両者を接続するＥＧＲ配管２９０が設けられている。ＥＧＲ配管２９０の一端は、吸気配管２７０のうちコンプレッサ２３０よりも上流側となる部分に接続されている。ＥＧＲ配管２９０の他端は、排気配管２８０のうちタービン２４０よりも下流側となる部分に接続されている。ＥＧＲ配管２９０は、所謂排気再循環を行うための配管である。排気配管２８０を通る排ガスの一部は、ＥＧＲ配管２９０を通って吸気配管２７０へと流入し、再び内燃機関２００の各気筒へと供給される。これにより、内燃機関２００の燃料消費率を低減することが可能となる。
【００２７】
ＥＧＲ配管２９０の途中には、ＥＧＲバルブ２６０とＥＧＲクーラー３３０とが設けられている。ＥＧＲバルブ２６０は、ＥＧＲ配管２９０を通る排ガスの流量を調整するための弁である。これにより、吸気配管２７０へと再循環される排ガスの割合が調整される。ＥＧＲバルブ２６０の動作は制御装置１００によって制御される。
【００２８】
ＥＧＲクーラー３３０は、ＥＧＲ配管２９０を通る高温の排ガスを、冷却水との熱交換によって冷却するための熱交換器である。ＥＧＲクーラー３３０によって、内燃機関２００へと再循環される排ガスを冷却して収縮させ、その密度を高めることができる。
【００２９】
引き続き図１を主に参照しながら、冷却水の循環する経路について説明する。内燃機関２００には冷却水が供給されており、これにより内燃機関２００が適温に保たれている。配管４２０は、内燃機関２００に冷却水を供給するための配管である。配管４３０は、内燃機関２００から外部へと冷却水を排出するための配管である。
【００３０】
配管４２０のうち内燃機関２００とは反対側の端部には、ウォーターポンプ３４０が設けられている。また、ウォーターポンプ３４０には配管４１０が接続されている。ウォーターポンプ３４０は、配管４１０から配管４２０へと冷却水を送り出すためのポンプである。本実施形態のウォーターポンプ３４０は、内燃機関２００からの駆動力を受けて動作するように構成されている。このため、内燃機関２００の回転数が大きくなるほど、ウォーターポンプ３４０から内燃機関２００へと供給される冷却水の流量が大きくなる。
【００３１】
ウォーターポンプ３４０に繋がる配管４１０の他端は、ラジエータ３１０に接続されている。ラジエータ３１０は、空気との熱交換によって冷却水の温度を低下させるための熱交換器である。ラジエータ３１０は、車両１０の前方側部分に配置されている。ラジエータ３１０には、車両１０に設けられた不図示のフロントグリルから流入する空気が供給され、当該空気と冷却水との間で熱交換が行われる。ラジエータ３１０の近傍には、空気の流れを促進するためのファン３１１が設けられている。
【００３２】
尚、図１においては、吸気配管２７０及び排気配管２８０のいずれもが、車両１０の前方側にあるラジエータ３１０へと向かって伸びるように描かれている。しかしながら、図１は、各配管の接続先等を模式的に示すものであるから、同図において各配管の伸びている方向等は実際の構成と異なっている。
【００３３】
内燃機関２００から伸びる配管４３０は、流量制御弁５００及び配管４４０を介してラジエータ３１０に接続されている。これにより、ウォーターポンプ３４０により送り出された冷却水は、配管４２０、配管４３０、流量制御弁５００、配管４４０、及び配管４１０を順に通る経路で、内燃機関２００とラジエータ３１０との間を循環することができる。尚、流量制御弁５００の構成については後に説明する。
【００３４】
配管４２０には入口水温センサ７３０が設けられている。入口水温センサ７３０は、配管４２０を通る冷却水の温度、すなわち、内燃機関２００の入口における冷却水の温度を測定するための温度センサである。入口水温センサ７３０によって測定された冷却水の温度は、制御装置１００へと送信される。
【００３５】
同様に、配管４３０には出口水温センサ７４０が設けられている。出口水温センサ７４０は、配管４３０を通る冷却水の温度、すなわち、内燃機関２００の出口における冷却水の温度を測定するための温度センサである。出口水温センサ７４０によって測定された冷却水の温度は、制御装置１００へと送信される。
【００３６】
車両１０には、循環する冷却水を利用する機器として、ヒーターコア３２０及びＥＧＲクーラー３３０が設けられている。
【００３７】
ヒーターコア３２０は、高温の冷却水と空気との間で熱交換を行うことにより、空気の温度を上昇させるための熱交換器である。ヒーターコア３２０は、車両１０に搭載される空調装置の一部として設けられている。ヒーターコア３２０を通過することにより加熱された空気は、暖房用の空調風として車両１０の車室に供給される。ヒーターコア３２０の近傍には、車室に向けて空気を送り出すためのファン３２１が設けられている。
【００３８】
ヒーターコア３２０と流量制御弁５００との間は、配管４５０によって接続されている。また、ヒーターコア３２０と配管４１０との間は、配管４６０によって接続されている。流量制御弁５００から配管４５０へと冷却水が供給されると、当該冷却水はヒーターコア３２０を通って上記のような熱交換に供された後、配管４６０を通り、配管４１０を流れる冷却水へと合流する。
【００３９】
ＥＧＲクーラー３３０は、先に述べたように、ＥＧＲ配管２９０を通る高温の排ガスを、冷却水との熱交換によって冷却するための熱交換器である。ＥＧＲクーラー３３０と流量制御弁５００との間は、配管４７０によって接続されている。また、ＥＧＲクーラー３３０と配管４１０との間は、配管４８０によって接続されている。流量制御弁５００から配管４７０へと冷却水が供給されると、当該冷却水はＥＧＲクーラー３３０を通って上記のような熱交換に供された後、配管４８０を通り、配管４１０を流れる冷却水へと合流する。
【００４０】
流量制御弁５００の構成について説明する。図２には、流量制御弁５００の外観が斜視図として示されている。同図に示されるように、流量制御弁５００には、３つの流出口５０１、５０２、５０３が形成されている。これらはいずれも、流量制御弁５００からの冷却水の出口となっている。流出口５０１は、配管４７０が接続される部分である。流出口５０２は、配管４５０が接続される部分である。流出口５０３は、配管４４０が接続される部分である。
【００４１】
図３には、流量制御弁５００の内部構成が模式的に示されている。同図において符号５１０が付されているのは、流量制御弁５００の内側に収容された円筒形状の弁体の側面を展開して描いたものである。当該弁体の側面の周方向が、図３においては左右方向となるように描かれている。当該弁体のことを、以下では「弁体５１０」とも称する。また、同図において符号５２０が付されているのは、流量制御弁５００のうち弁体５１０を収容する部分の内周面を描いたものである。当該内周面のことを、以下では「内周面５２０」とも称する。
【００４２】
弁体５１０の内側には不図示の空間が形成されている。配管４３０を通じて流量制御弁５００に供給される冷却水は、先ず弁体５１０の内側の空間に流入する。弁体５１０の側面には、弁体５１０の軸方向に沿って３つのスリット状の開口ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３が形成されている。これらはいずれも、弁体５１０の側面の周方向、すなわち図３における左右方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。弁体５１０の内側の空間に流入した冷却水は、スリット状の開口ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３のいずれかを通って、弁体５１０の内側から外側へと流出する。
【００４３】
内周面５２０には、３つの貫通孔Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が形成されている。
【００４４】
貫通孔Ｈ１は、弁体５１０の中心軸方向に沿って開口ＳＬ１と同じ高さとなる位置に形成されている。貫通孔Ｈ１は流出口５０１に繋がっている。このため、貫通孔Ｈ１が開口ＳＬ１に重なった状態になると、冷却水は、開口ＳＬ１、貫通孔Ｈ１、及び流出口５０１を通過した後、配管４７０を通ってＥＧＲクーラー３３０へと供給される。
【００４５】
貫通孔Ｈ２は、弁体５１０の軸方向に沿って開口ＳＬ２と同じ高さとなる位置に形成されている。貫通孔Ｈ２は流出口５０２に繋がっている。このため、貫通孔Ｈ２が開口ＳＬ２に重なった状態になると、冷却水は、開口ＳＬ２、貫通孔Ｈ２、及び流出口５０２を通過した後、配管４５０を通ってヒーターコア３２０へと供給される。
【００４６】
貫通孔Ｈ３は、弁体５１０の軸方向に沿って開口ＳＬ３と同じ高さとなる位置に形成されている。貫通孔Ｈ３は流出口５０３に繋がっている。このため、貫通孔Ｈ３が開口ＳＬ３に重なった状態になると、冷却水は、開口ＳＬ３、貫通孔Ｈ３、及び流出口５０３を通過した後、配管４４０を通ってラジエータ３１０へと供給される。
【００４７】
流量制御弁５００にはモーター５３０が設けられている。流量制御弁５００は、モーター５３０の駆動力によって、弁体５１０をその中心軸周りに回転させることが可能となっている。弁体５１０の回転角度のことを、以下では弁体５１０の「位置」とも称する。図３では、弁体５１０のうち開口ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３が形成されている部分に沿って点線ＤＬ１が示されている。モーター５３０の駆動力によって弁体５１０の位置が変化すると、弁体５１０の側面においては、点線ＤＬ１は図３の左右方向に移動することとなる。
【００４８】
図３に示される状態では、貫通孔Ｈ１は開口ＳＬ１に重なっておらず、貫通孔Ｈ２は開口ＳＬ２に重なっておらず、貫通孔Ｈ３は開口ＳＬ３に重なっていない。このため、冷却水は、流出口５０１、５０２、５０３のいずれからも排出されない。このときの点線ＤＬ１の位置が、図３ではＰ０として示されている。
【００４９】
図３の状態から弁体５１０が回転し、点線ＤＬ１が開口ＳＬ１に重なる位置であるＰ１まで来ると、貫通孔Ｈ１が開口ＳＬ１に重なった状態となる。このため、冷却水は流出口５０１からＥＧＲクーラー３３０に向けて供給され始める。貫通孔Ｈ１と開口ＳＬ１との重なり具合によって、流出口５０１から流出する冷却水の流量が変化する。すなわち、流出口５０１の開口率が変化する。貫通孔Ｈ１の全体が開口ＳＬ１に重なると、流出口５０１の開口率は１００％となる。
【００５０】
その後、弁体５１０が更に回転し、点線ＤＬ１が開口ＳＬ２に重なる位置であるＰ２まで来ると、貫通孔Ｈ２が開口ＳＬ２に重なった状態となる。このため、冷却水は流出口５０２からヒーターコア３２０に向けても供給され始める。貫通孔Ｈ２と開口ＳＬ２との重なり具合によって、流出口５０２から流出する冷却水の流量が変化する。すなわち、流出口５０２の開口率が変化する。貫通孔Ｈ２の全体が開口ＳＬ２に重なると、流出口５０２の開口率は１００％となる。
【００５１】
その後、弁体５１０が更に回転し、点線ＤＬ１が開口ＳＬ３に重なる位置であるＰ３まで来ると、貫通孔Ｈ３が開口ＳＬ３に重なった状態となる。このため、冷却水は流出口５０３からラジエータ３１０に向けても供給され始める。貫通孔Ｈ３と開口ＳＬ３との重なり具合によって、流出口５０３から流出する冷却水の流量が変化する。すなわち、流出口５０３の開口率が変化する。貫通孔Ｈ３の全体が開口ＳＬ３に重なると、流出口５０３の開口率は１００％となる。
【００５２】
図４には、弁体５１０の位置、具体的には図３の点線ＤＬ１の位置と、流出口５０１、５０２、５０３のそれぞれの開口率との関係が示されている。線Ｌ１に示されるのは流出口５０１の開口率であり、線Ｌ２に示されるのは流出口５０２の開口率であり、線Ｌ３に示されるのは流出口５０３の開口率である。図４にも示されるように、弁体５１０の位置がＰ０からＰ３に向けて変化して行くと、先ず流出口５０１が開状態となり、次に流出口５０２が開状態となり、最後に流出口５０３が開状態となる。
【００５３】
モーター５３０の動作は制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、モーター５３０の制御によって弁体５１０の位置を調整することで、流出口５０１、５０２、５０３のそれぞれの開口率を調整することができる。その結果、ラジエータ３１０、ヒーターコア３２０、及びＥＧＲクーラー３３０のそれぞれに供給される冷却水の流量を調整することができる。
【００５４】
図５を参照しながら、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００は、先に述べたように内燃機関２００を制御するための装置として構成されている。制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムであって、所謂ＥＣＵとして用いられるものである。制御装置１００は、機能的な制御ブロックとして、壁温取得部１１０と、壁温調整部１２０と、比率調整部１３０と、を備えている。
【００５５】
壁温取得部１１０は、内燃機関２００の壁温を取得する処理を行う部分である。ここでいう「壁温」とは、内燃機関２００の気筒を構成する部材の温度であって、特に、燃焼室が形成されている部分の近傍の温度のことである。本実施形態に係る壁温取得部１１０は、内燃機関２００を通る冷却水の流量及び温度に基づいて壁温を算出して取得するのであるが、その具体的な取得方法については後に説明する。
【００５６】
壁温調整部１２０は、上記の壁温を調整する処理を行う部分である。本実施形態に係る壁温調整部１２０は、流量制御弁５００の動作を制御することによって、内燃機関２００に供給される冷却水の流量及び温度を変化させ、これにより壁温を調整するように構成されている。
【００５７】
比率調整部１３０は、気体比率を調整する処理を行う部分である。「気体比率」とは、内燃機関２００に供給される気体の質量流量を、内燃機関２００に供給される燃料の質量流量で除することにより得られる比率、のことである。尚、上記の「気体」とは、吸気配管２７０から内燃機関２００の各気筒２０１へと供給される空気のことである。本実施形態のように、車両１０が排気再循環の機構を有する場合には、上記の「気体」とは、ＥＧＲ配管２９０から吸気配管２７０へと再循環される排ガスを、上記の空気に加えたもののことである。
【００５８】
比率調整部１３０は、気体比率についての目標値を設定した上で、当該目標値に気体比率が近づくよう、吸気配管２７０へと再循環される排ガスの割合や、内燃機関２００における燃焼時の空燃比を調整する。吸気配管２７０へと再循環される排ガスの割合は、ＥＧＲバルブ２６０によって調整することができる。また、内燃機関２００における燃焼時の空燃比は、例えばウェイストゲートバルブ２５０によって調整することができる。
【００５９】
比率調整部１３０は、気体比率についての目標値を、内燃機関２００における燃焼が不安定にならない範囲において、可能な限り大きめの値に設定する。これにより、内燃機関２００の燃料消費率を低減することができる。気体比率の調整のために行われる具体的な処理の内容については後に説明する。
【００６０】
これまでに説明したように、制御装置１００は、車両１０に搭載された流量制御弁５００等の各機器の動作を制御する。図５には、制御装置１００が行う制御の対象となる機器として、流量制御弁５００と、ＥＧＲバルブ２６０と、ウェイストゲートバルブ２５０と、インジェクタ２０２と、が示されている。
【００６１】
また、制御装置１００には、車両１０の各部に設けられたセンサから測定値が入力される。図５では、このようなセンサとして、クランク角センサ７１０と、エアフローセンサ７２０と、入口水温センサ７３０と、出口水温センサ７４０と、ポジションセンサ５４０と、が示されている。
【００６２】
クランク角センサ７１０は、内燃機関２００が有する不図示のクランク軸の回転角度を測定するためのセンサである。制御装置１００は、クランク角センサ７１０から入力される回転角度の変化に基づいて、単位時間あたりにおけるクランク軸の回転数を取得することができる。当該回転数のことを、以下では「内燃機関２００の回転数」とも称する。
【００６３】
エアフローセンサ７２０は、吸気配管２７０を通る空気の質量流量を測定するためのセンサである。制御装置１００は、エアフローセンサ７２０から入力される空気の質量流量に基づいて、内燃機関２００の負荷の大きさを取得することができる。
【００６４】
図１を参照しながら既に説明したように、入口水温センサ７３０は、内燃機関２００の入口における冷却水の温度を測定するための温度センサである。また、出口水温センサ７４０は、内燃機関２００の出口における冷却水の温度を測定するための温度センサである。
【００６５】
ポジションセンサ５４０は、流量制御弁５００に内蔵されたセンサであって、流量制御弁５００が有する弁体５１０の位置を検知するためのセンサである。制御装置１００は、ポジションセンサ５４０から入力される位置に基づいて、流出口５０１、５０２、５０３のそれぞれの開口率等を取得することができる。
【００６６】
制御装置１００によって行われる制御の概要について説明する。図６の横軸には、内燃機関２００の回転数が示されている。図６の縦軸には、内燃機関２００の負荷、具体的には、吸気配管２７０を通る空気の流量が示されている。
【００６７】
本実施形態では、内燃機関２００の回転数と、空気の流量とによって定まる運転状態が、図６の点線ＤＬ２よりも高負荷側の領域Ａ１となっているときには、壁温調整部１２０は低壁温制御を行う。「低壁温制御」とは、壁温を低い温度に保つ制御である。
【００６８】
また、内燃機関２００の回転数と、空気の流量とによって定まる運転状態が、図６の点線ＤＬ２よりも低負荷側の領域Ａ２となっているときには、壁温調整部１２０は高壁温制御を行う。「高壁温制御」とは、壁温を高い温度に保つ制御である。
【００６９】
このように、本実施形態に係る壁温調整部１２０は、内燃機関２００が高負荷で運転される際には、壁温を低い温度に保つ低壁温制御を行う一方、内燃機関２００が低負荷で運転される際には、壁温を高い温度に保つ高壁温制御を行うように構成されている。
【００７０】
低負荷時には高壁温制御を行うことで、オイル粘度に伴うフリクションを低減することが可能となる。ただし、高負荷時においてもそのまま高壁温制御を継続してしまうと、内燃機関２００においては過昇温に伴ってノッキングが発生してしまう。このため、高負荷時には低壁温制御に切り換えることで、ノッキングの発生を防止することとしている。
【００７１】
尚、領域Ａ２で高壁温制御が行われているときの壁温の目標値は、一定としてもよいが、運転状態によって変化させてもよい。例えば、点線ＤＬ２に近い状態であるほど低温となり、点線ＤＬ２から遠い状態であるほど高温となるように、壁温が調整されることとしてもよい。同様に、領域Ａ１で低壁温制御が行われているときの壁温は、一定としてもよいが、運転状態によって変化させてもよい。例えば、点線ＤＬ２に近い状態であるほど高温となり、点線ＤＬ２から遠い状態であるほど低温となるように、壁温が調整されることとしてもよい。いずれの場合であっても、図６の各部に対応する運転状態ごとに、高壁温制御又は低壁温制御のそれぞれにおける壁温の目標値が設定されることとすればよい。
【００７２】
壁温調整部１２０による壁温の調整方法について、図７を参照しながら説明する。図７（Ａ）に示されるのは、流量制御弁５００が備える弁体５１０の位置と、壁温との関係である。図７（Ｂ）に示されるのは、弁体５１０の位置と、内燃機関２００を通る冷却水の温度との関係である。図７（Ｃ）に示されるのは、弁体５１０の位置と、内燃機関２００を通る冷却水の流量との関係である。図７（Ｄ）に示されるのは、弁体５１０の位置と、
流量制御弁５００における流出口５０３の開口率との関係である。
【００７３】
弁体５１０の位置を、流出口５０３の開口率が増加する方向に変化させると、冷却水の循環する経路における流路抵抗が小さくなるので、内燃機関２００を通る冷却水の流量が増加する。また、ラジエータ３１０を通過する冷却水の流量が増加するので、内燃機関２００を通る冷却水の温度が低下する。このように、内燃機関２００を通る冷却水の流量が増加し、当該冷却水の温度が低下するので、弁体５１０の位置の変化に伴って壁温は低くなる。そこで、本実施形態に係る壁温調整部１２０は、弁体５１０の位置を変化させることで壁温を調整し、先に述べた高壁温制御や低壁温制御を行う。
【００７４】
ところで、内燃機関２００の壁温は、内燃機関２００を通る冷却水の流量及び温度のそれぞれと相関がある。固体と液体との間の熱伝達は、液体の流量が大きくなるほど大きくなり、固体と液体の温度差が大きくなるほど大きくなるからである。
【００７５】
図８には、冷却水の流量と、冷却水の温度とによって定まる壁温の分布が、複数の等高線によって模式的に示されている。図８における左上部の領域が、壁温が高い領域であり、右下部の領域が、壁温が低い領域である。同図に示されるように、冷却水の流量が大きくなるほど、熱伝達率の増加に伴って熱伝達が大きくなり、壁温は低くなる。また、冷却水の温度が高温になるほど、温度差の低下に伴って熱伝達は小さくなり、壁温は高くなる。
【００７６】
先に述べたように、本実施形態に係る壁温調整部１２０は、流量制御弁５００の動作を制御することによって、内燃機関２００に供給される冷却水の流量及び温度の両方を変化させ、これにより壁温を調整する。このため、例えば図８のＳＴ１で示される状態から壁温を高くするための調整が行われた場合には、壁温は、点線で示される経路に沿って変化しながら、図８のＳＴ２で示される状態へと移行することになる。
【００７７】
制御装置１００によって行われる処理の具体的な流れについて、図９を参照しながら説明する。図９に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置１００によって繰り返し実行されるものである。
【００７８】
当該処理の最初のステップＳ０１では、内燃機関２００が高負荷で運転されているか否かが判定される。具体的には、内燃機関２００の回転数と、空気の流量とによって定まる運転状態が、図６の点線ＤＬ２よりも高負荷側の領域Ａ１となっている場合には、内燃機関が高負荷で運転されていると判定される。尚、ステップＳ０１における判定は、上記とは異なる方法により行われてもよい。例えば、内燃機関２００の回転数と、空気の流量とによって決定される負荷の大きさが所定値よりも大きくなっている場合に、内燃機関が高負荷で運転されていると判定されることとしてもよい。
【００７９】
内燃機関が高負荷で運転されている場合には、ステップＳ０２に移行する。ステップＳ０２では、壁温調整部１２０によって低壁温制御に切り換える処理が行われる。尚、このとき既に低壁温制御が行われていた場合には、その状態が維持される。
【００８０】
ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、壁温取得部１１０によって壁温を取得する処理が行われる。当該処理の具体的な方法について、図１０を参照しながら説明する。図１０に示されるフローチャートは、図９のステップＳ０３で実行される処理の具体的な流れを示すものである。
【００８１】
最初のステップＳ１１では、内燃機関２００を通る冷却水の温度を取得する処理が行われる。ここでは、出口水温センサ７４０で測定された温度が取得される。
【００８２】
ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、流量制御弁５００における弁体５１０の位置が取得される。ここでは、ポジションセンサ５４０で測定された位置が取得される。
【００８３】
図１１には、弁体５１０の位置と流量比との関係が示されている。「流量比」とは、内燃機関２００を通る冷却水の流量の大きさ示す指標であって、流量制御弁５００の流出口５０３の開口率が全開となっているときの流量を１００％とし、当該流量に対する実際の流量の割合を％の単位で示すものである。流量比の値は、弁体５１０の位置に対応して定まる。内燃機関２００を通る冷却水の実際の流量は、流出口５０３の開口率が全開となっているときの流量に流量比を掛けて、これを１００で除した値となる。
【００８４】
図１１に示されるような、弁体５１０の位置と流量比との対応関係は、予めマップとして作成されており、制御装置１００が有する記憶装置に記憶されている。図１０のステップＳ１２において、壁温取得部１１０は、取得された弁体５１０の位置と、上記のマップとを参照することにより、流量比を算出する。
【００８５】
図１０に戻って説明を続ける。ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、内燃機関２００の回転数を取得する処理が行われる。ここでは、クランク角センサ７１０から入力される回転角度の変化に基づいて、内燃機関２００の回転数が取得される。
【００８６】
図１２には、内燃機関２００の回転数と、全開時の冷却水流量との関係が示されている。「全開時の冷却水流量」とは、上記の流量比が１００％となっているときの、内燃機関２００を通る冷却水の流量のことである。同図に示されるように、内燃機関２００の回転数が大きくなるほど、全開時の冷却水流量は大きくなる。
【００８７】
図１２に示されるような、内燃機関２００の回転数と全開時の冷却水流量との対応関係は、予めマップとして作成されており、制御装置１００が有する記憶装置に記憶されている。図１０のステップＳ１３において、壁温取得部１１０は、取得された内燃機関２００の回転数と、上記のマップとを参照することにより、全開時の冷却水流量を算出する。
【００８８】
図１０に戻って説明を続ける。ステップＳ１３に続くステップＳ１４では、内燃機関２００を通る冷却水の流量を算出する処理が行われる。ここでは、ステップＳ１３で算出された全開時の冷却水流量に、ステップＳ１２で算出された流量比を掛けて、これを１００で除することにより、内燃機関２００を通る冷却水の流量が算出される。
【００８９】
ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、壁温を算出する処理が行われる。ここでは、基準壁温と、流量補正係数と、水温補正係数とに基づいて、壁温が算出される。
【００９０】
上記における「基準壁温」とは、内燃機関２００の回転数と、吸気配管２７０を通る空気の流量とに基づいて算出される標準的な壁温である。図１３には、基準壁温の算出に用いられるマップの例が示されている。図１３の横軸には、内燃機関２００の回転数が示されている。図１３の縦軸には、吸気配管２７０を通る空気の流量が示されている。図１３には、これら２つのパラメータによって定まる基準壁温の分布が、複数の等高線によって模式的に示されている。図１３における右上部の領域が、基準壁温が高い領域であり、左下部の領域が、基準壁温が低い領域である。図１３に示されるマップは予め作成され、制御装置１００が有する記憶装置に記憶されている。図１０のステップＳ１５において、壁温取得部１１０は、内燃機関２００の回転数と、吸気配管２７０を通る空気の流量と、図１３のマップとを参照することにより、基準壁温を算出する。尚、吸気配管２７０を通る空気の流量は、先に述べたようにエアフローセンサ７２０によって測定されるものである。
【００９１】
上記における「流量補正係数」とは、内燃機関２００を通る冷却水の流量に応じて設定される係数である。図１４（Ａ）に示されるように、内燃機関２００を通る冷却水の流量が大きくなるほど、流量補正係数は小さな値として設定される。図１４（Ａ）に示されるような、冷却水の流量と流量補正係数との対応関係は、予めマップとして作成されており、制御装置１００が有する記憶装置に記憶されている。図１０のステップＳ１５において、壁温取得部１１０は、図１０のステップＳ１４で算出された冷却水の流量と、上記のマップとを参照することにより、流量補正係数を算出する。
【００９２】
上記における「水温補正係数」とは、内燃機関２００を通る冷却水の温度に応じて設定される係数である。図１４（Ｂ）に示されるように、内燃機関２００を通る冷却水の温度が高くなるほど、水温補正係数は大きな値として設定される。図１４（Ｂ）に示されるような、冷却水の温度と水温補正係数との対応関係は、予めマップとして作成されており、制御装置１００が有する記憶装置に記憶されている。図１０のステップＳ１５において、壁温取得部１１０は、図１０のステップＳ１１で取得された冷却水の温度と、上記のマップとを参照することにより、水温補正係数を算出する。
【００９３】
ステップＳ１５では、基準壁温に対し、流量補正係数及び流量補正係数のそれぞれを掛けることにより、壁温が算出される。このように、本実施形態に係る壁温取得部１１０は、内燃機関２００を通る冷却水の流量及び温度に基づいて壁温を取得するように構成されている。このような構成においては、壁温を直接取得するための温度センサを設ける必要が無いので、部品コストを抑制することができる。ただし、以上のような態様に換えて、壁温を直接取得するための温度センサが内燃機関２００に設けられているような態様としてもよい。この場合、壁温取得部１１０は、当該温度センサから入力される測定値に基づいて壁温を取得することとすればよい。
【００９４】
図９に戻って説明を続ける。ステップＳ０３において壁温を取得する処理が行われた後は、ステップＳ０４に移行する。ステップＳ０４では、ステップＳ０３で取得された壁温に基づいて、気体比率を調整する処理が行われる。具体的には、壁温が低くなるほど気体比率の目標値が大きくなるように調整する処理が行われる。当該処理は比率調整部１３０によって行われる。
【００９５】
気体比率の目標値の調整が上記のように行われる理由について、図１５を参照しながら説明する。図１５（Ａ）に示されるのは、内燃機関２００が高負荷で運転されているときの、壁温と、燃焼限界における気体比率との関係である。上記における「燃焼限界における気体比率」とは、内燃機関２００における燃焼が安定に行われるような気体比率の範囲の上限のことである。換言すれば、「燃焼限界における気体比率」とは、その値を超えると内燃機関２００における燃焼が不安定になってしまうような、気体比率の値のことである。このような値は、気体比率についての理想的な目標値ということができる。
【００９６】
図１５（Ｂ）に示されるのは、内燃機関２００が高負荷で運転されているときの、壁温と燃焼圧力ピーク時期との関係である。「燃焼圧力ピーク時期」とは、内燃機関２００において、不図示のスパークプラグによる点火が行われた後、燃焼により圧力が上昇し、その圧力値がピークとなるタイミングのことである。点火が行われるタイミングが早くなるほど、すなわち点火時期が進角化されるほど、図１５（Ｂ）の縦軸に示される燃焼圧力ピーク時期は進角する。
【００９７】
高負荷運転時においては、過昇温に伴うノッキングの発生を防止するために、壁温が高くなるほど点火時期を遅角させ、燃焼室の温度を低下させる処理が行われる。換言すれば、壁温が低くなるほど点火時期を進角させる処理が行われる。このため、図１５（Ｂ）に示されるように、壁温が低くなるほど点火時期は進角し、燃焼圧力ピーク時期は進角する。
【００９８】
壁温が低くなり燃焼圧力ピーク時期が進角すると、より上死点に近い早期のタイミングで燃焼が行われることとなるので、内燃機関２００における燃焼は安定し、気体比率を増加させる余地が大きくなる。このため、図１５（Ａ）に示されるように、壁温が低くなるほど、燃焼限界における気体比率の値は大きくなる。
【００９９】
そこで、本実施形態では上記のように、内燃機関２００が高負荷で運転される際には、壁温調整部１２０が低壁温制御を行うことにより、壁温を低くして燃焼を安定させることとしている。それとともに、比率調整部１３０が、壁温が低くなるほど気体比率の目標値が大きくなるように調整するので、気体比率を、燃焼限界とならない範囲において可能な限り大きくすることができる。これにより、内燃機関２００における燃料消費率を低減することが可能となる。
【０１００】
図９に戻って説明を続ける。ステップＳ０１において、内燃機関２００が高負荷で運転されていないと判定された場合には、ステップＳ０５に移行する。ステップＳ０５では、壁温調整部１２０によって高壁温制御に切り換える処理が行われる。尚、このとき既に高壁温制御が行われていた場合には、その状態が維持される。
【０１０１】
ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、壁温取得部１１０によって壁温を取得する処理が行われる。当該処理の具体的な方法は、ステップＳ０３で行われる方法と同じであるから、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、ステップＳ０６で取得された壁温に基づいて、気体比率を調整する処理が行われる。具体的には、壁温が高くなるほど気体比率の目標値が大きくなるように調整する処理が行われる。当該処理は比率調整部１３０によって行われる。
【０１０３】
気体比率の目標値の調整が上記のように行われる理由について、図１６を参照しながら説明する。図１６（Ａ）に示されるのは、内燃機関２００が低負荷で運転されているときの、壁温と、燃焼限界における気体比率との関係である。
【０１０４】
図１６（Ｂ）に示されるのは、内燃機関２００が低負荷で運転されているときの、壁温と燃焼期間との関係である。「燃焼期間」とは、内燃機関２００において、不図示のスパークプラグによる点火が行われた後、燃焼が完了するまでの期間の長さのことである。
【０１０５】
低負荷運転時においては、壁温が低くなるほど、燃焼ガスから内燃機関２００の壁への伝熱が増加するので、燃焼期間が長くなり、各気筒２０１における燃焼のばらつきが大きくなる。つまり、壁温が低くなるほど、内燃機関２００における燃焼は不安定になる。換言すれば、壁温が高くなるほど、内燃機関２００における燃焼は安定する。このため、図１６（Ａ）に示されるように、壁温が高くなるほど、燃焼限界における気体比率の値は大きくなる。
【０１０６】
そこで、本実施形態では上記のように、内燃機関２００が低負荷で運転される際には、壁温調整部１２０が高壁温制御を行うことにより、壁温を高くして燃焼を安定させることとしている。それとともに、比率調整部１３０が、壁温が高くなるほど気体比率の目標値が大きくなるように調整するので、気体比率を、燃焼限界とならない範囲において可能な限り大きくすることができる。これにより、内燃機関２００における燃料消費率を低減することが可能となる。
【０１０７】
図１７（Ａ）に示されるのは、吸気配管２７０を通る空気の流量の時間変化の例である。図１７（Ｂ）に示されるのは、流量制御弁５００における流出口５０３の開口率の時間変化の例である。図１７（Ｃ）に示されるのは、内燃機関２００を通る冷却水の流量の時間変化の例である。図１７（Ｄ）に示されるのは、内燃機関２００を通る冷却水の温度の時間変化の例である。図１７（Ｅ）に示されるのは、壁温の時間変化の例である。図１７（Ｆ）に示されるのは、気体比率の時間変化の例である。
【０１０８】
図１７の例では、時刻ｔ１において、内燃機関２００の負荷が高負荷から低負荷へと変化している。これに伴い、低壁温制御から高壁温制御への切り換えが同時刻において行われ、吸気配管２７０を通る空気の流量が減少している。
【０１０９】
時刻ｔ１からは高壁温制御が開始されることに伴い、流量制御弁５００における流出口５０３の開口率は小さくなっている。このため、冷却水の流量は、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて減少し、時刻ｔ２以降においては概ね一定となっている。
【０１１０】
流出口５０３の開口率が小さくなると、ラジエータ３１０を通る冷却水の流量が減少するので、内燃機関２００を通る冷却水の温度は上昇する。ただし、冷却水の温度の上昇は短期間では完了せず、時刻ｔ２よりも後の時刻ｔ３まで継続する。
【０１１１】
図８を参照しながら説明したように、壁温は、内燃機関２００を通る冷却水の流量及び温度のそれぞれと相関がある。図１７の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、冷却水の流量が減少することに伴い、壁温は比較的速い速度で上昇する。一方、冷却水の流量が一定となった時刻ｔ２以降の期間においては、冷却水の温度が上昇することに伴い、壁温は比較的遅い速度で上昇する。
【０１１２】
比率調整部１３０は、上記のような壁温の上昇に応じて、気体比率の目標値を変化させる。図１７の例のように、高壁温制御に切り換えられた場合には、比率調整部１３０は、壁温が高くなるほど気体比率の目標値が大きくなるように調整する。このため、気体比率は図１７（Ｆ）の実線のように変化する。このように調整された気体比率の値は、理想的な目標値、すなわち燃焼限界における気体比率の値に概ね近いものとなっている。
【０１１３】
従来の制御においては、気体比率の目標値は、壁温ではなく冷却水の温度に基づいて設定されていた。図１７（Ｆ）には、このような従来の制御が行われた場合における気体比率の変化が、点線ＤＬ３で示されている。また、同図を見ると明らかなように、点線ＤＬ３で示される気体比率の値は、実線の値、すなわち理想的な目標値よりも小さな値となっている。このため、従来の制御においては、実際には気体比率をさらに大きくする余地があったにもかかわらず、気体比率が小さな値に抑えられてしまい、内燃機関２００における燃料消費率が高くなってしまう場合があった。
【０１１４】
図１７（Ｆ）において斜線で示される部分の面積は、本実施形態の制御を行うことによる燃料消費率の向上分、を示すものと言える。図１７（Ｆ）の実線で示される理想的な気体比率の値と、点線ＤＬ３で示されるような水温に基づき設定される気体比率の値と、の間の乖離は、低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われた直後において生じやすい、特に、流量制御弁５００によって流量が迅速に変化するような構成においては、上記の乖離は特に大きくなりやすい。
【０１１５】
尚、図示による説明は省略するが、従来の制御においては、冷却水の温度に基づいて設定された気体比率の目標値が、上記とは逆に理想的な目標値よりも大きな値となってしまい、内燃機関２００における燃焼が不安定となってしまうこともあった。しかしながら、本実施形態の制御によれば、気体比率の目標値が理想的な目標値を超えてしまうことが無いので、内燃機関２００における燃焼を常に安定に保つことができる。
【０１１６】
以上に説明したように、本実施形態では、低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われると、比率調整部１３０は、壁温取得部１１０によって取得された壁温に基づいて、気体比率を調整するように構成されている。具体的には、低壁温制御への切り換えが行われると、比率調整部１３０は、壁温取得部１１０によって取得された壁温が低くなるほど、気体比率が大きくなるように調整する。また、高壁温制御への切り換えが行われると、比率調整部１３０は、壁温取得部１１０によって取得された壁温が高くなるほど、気体比率が大きくなるように調整する。比率調整部１３０による気体比率の調整が上記のように行われることで、気体比率の値を理想的な目標値に近づけることができる。低壁温制御と高壁温制御との間で切り換えが行われた直後においても、気体比率が理想的な値から乖離することがないので、内燃機関２００における燃料消費率を従来よりも向上させることができる。
【０１１７】
第２実施形態について説明する。図１８には、第２実施形態に係る車両１０の構成が模式的に示されている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態では、流量制御弁５００が設けられておらず、内燃機関２００から伸びる配管４３０が、ラジエータ３１０に直接接続されている。また、ヒーターコア３２０から伸びる配管４５０は配管４３０に接続されており、ＥＧＲクーラー３３０から伸びる配管４７０も配管４３０に接続されている。
【０１１９】
配管４３０のうち、配管４５０が接続されている部分よりもラジエータ３１０側となる位置には、サーモスタット４３１が設けられている。サーモスタット４３１は、配管４３０を通る冷却水の温度に応じて開度が調整される弁である。サーモスタット４３１により、ラジエータ３１０を通過する冷却水の流量が自動的に調整される結果、ラジエータ３１０から排出される冷却水の温度は常に一定に保たれる。
【０１２０】
本実施形態では、ウォーターポンプ３４０に換えてウォーターポンプ３４０Ａが設けられている。ウォーターポンプ３４０Ａは、内燃機関２００からの駆動力を受けて動作するものではなく、電力の供給を受けて動作する電動ポンプとして構成されている。このため、内燃機関２００の回転数とは無関係に、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数を調整し、ウォーターポンプ３４０Ａから送り出される冷却水の流量を調整することが可能となっている。ウォーターポンプ３４０Ａの回転数は制御装置１００によって制御される。
【０１２１】
図１９に示されるように、本実施形態に係る制御装置１００が行う制御の対象となる機器には、ウォーターポンプ３４０Ａが含まれている。また、車両１０の各部に設けられたセンサには、回転数センサ３４１が含まれている。回転数センサ３４１は、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数を測定するためのセンサであって、ウォーターポンプ３４０Ａに設けられているものである。回転数センサ３４１で測定された回転数は、制御装置１００へと送信される。
【０１２２】
本実施形態における壁温調整部１２０は、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数を変化させることによって、内燃機関２００を通る冷却水の流量を変化させ、これにより内燃機関２００の壁温を調整するように構成されている。
【０１２３】
制御装置１００によって行われる制御の概要について説明する。図２０の横軸には、内燃機関２００の回転数が示されている。図２０の縦軸には、内燃機関２００の負荷、具体的には、吸気配管２７０を通る空気の流量が示されている。
【０１２４】
本実施形態では、内燃機関２００の回転数と、空気の流量とによって定まる運転状態が、図２０の点線ＤＬ４よりも高負荷側の領域Ａ１１となっているときには、壁温調整部１２０は低壁温制御を行う。また、内燃機関２００の回転数と、空気の流量とによって定まる運転状態が、図２０の点線ＤＬ４よりも低負荷側の領域Ａ１２となっているときには、壁温調整部１２０は高壁温制御を行う。
【０１２５】
尚、領域Ａ１２で高壁温制御が行われているときの壁温の目標値は、一定としてもよいが、運転状態によって変化させてもよい。例えば、点線ＤＬ４に近い状態であるほど低温となり、点線ＤＬ４から遠い状態であるほど高温となるように、壁温が調整されることとしてもよい。同様に、領域Ａ１１で低壁温制御が行われているときの壁温は、一定としてもよいが、運転状態によって変化させてもよい。例えば、点線ＤＬ４に近い状態であるほど高温となり、点線ＤＬ４から遠い状態であるほど低温となるように、壁温が調整されることとしてもよい。いずれの場合であっても、図２０の各部に対応する運転状態ごとに、高壁温制御又は低壁温制御のそれぞれにおける壁温の目標値が設定されることとすればよい。
【０１２６】
壁温調整部１２０による壁温の調整方法について、図２１を参照しながら説明する。図２１（Ａ）に示されるのは、制御装置１００からウォーターポンプ３４０Ａに送信される駆動信号のデューティと、壁温との関係である。図２１（Ｂ）に示されるのは、上記のデューティと、内燃機関２００を通る冷却水の温度との関係である。図２１（Ｃ）に示されるのは、上記のデューティと、内燃機関２００を通る冷却水の流量との関係である。図２１（Ｄ）に示されるのは、上記のデューティと、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数との関係である。
【０１２７】
制御信号のデューティを大きくすると、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数が大きくなるので、内燃機関２００を通る冷却水の流量が増加する。一方、本実施形態では、サーモスタット４３１の動作によって、内燃機関２００を通る冷却水の温度が、デューティによって変化することなく常に一定に保たれる。
【０１２８】
このように、本実施形態では、ウォーターポンプ３４０Ａに応じて、内燃機関２００を通る冷却水の流量のみが変化する。冷却水の流量が変化すると、熱伝達率が変化することに伴って、内燃機関２００の壁と冷却水との間の伝熱が変化する。このため、デューティが大きくなりウォーターポンプ３４０Ａの回転数が大きくなるほど、壁温は低下することとなる。そこで、本実施形態に係る壁温調整部１２０は、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数を変化させることで壁温を調整し、先に述べた高壁温制御や低壁温制御を行う。
【０１２９】
図２２には、冷却水の流量と、冷却水の温度とによって定まる壁温の分布が、複数の等高線によって模式的に示されている。図２２に示される壁温の分布は、先に説明した図８に示されるものと同じである。
【０１３０】
上記のように、本実施形態に係る壁温調整部１２０は、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数を変化させることによって、内燃機関２００に供給される冷却水の流量のみを変化させ、これにより壁温を調整する。このため、例えば図２２のＳＴ１１で示される状態から壁温を高くするための調整が行われた場合には、壁温は、点線で示される経路に沿って変化しながら、図２２のＳＴ１２で示される状態へと移行することになる。
【０１３１】
本実施形態でも、制御装置１００によって図９と同様の処理が行われる。ただし、本実施形態では、図９のステップＳ０３やステップＳ０６で行われる処理の内容、つまり、壁温を取得するために行われる処理の内容において、第１実施形態と異なっている。
【０１３２】
壁温を取得するために行われる処理の具体的な方法について、図２３を参照しながら説明する。図２３に示される一連の処理は、図１０に示される一連の処理に換えて実行されるものである。
【０１３３】
最初のステップＳ２１では、内燃機関２００を通る冷却水の温度を取得する処理が行われる。ここでは、出口水温センサ７４０で測定された温度が取得される。
【０１３４】
ステップＳ２１に続くステップＳ２２では、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数を取得する処理が行われる。ここでは、回転数センサ３４１で測定された回転数が取得される。
【０１３５】
ステップＳ２２に続くステップＳ２３では、内燃機関２００を通る冷却水の流量を算出する処理が行われる。ここでは、ステップＳ２２で取得されたウォーターポンプ３４０Ａの回転数に基づいて、内燃機関２００を通る冷却水の流量が算出される。
【０１３６】
図２４には、冷却水の流量の算出に用いられるマップの例が示されている。図２４の横軸には、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数が示されている。図２４の縦軸には、内燃機関２００を通る冷却水の流量が示されている。図２４に示されるように、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数が大きくなるほど、内燃機関２００を通る冷却水の流量も大きくなる。図２４に示されるマップは予め作成され、制御装置１００が有する記憶装置に記憶されている。図２４のステップＳ２３において、壁温取得部１１０は、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数と、図２４のマップとを参照することにより、内燃機関２００を通る冷却水の流量を算出する。
【０１３７】
図２３に戻って説明を続ける。ステップＳ２３に続くステップＳ２４では、壁温を算出する処理が行われる。ここでは、第１実施形態において説明した基準壁温と、流量補正係数と、水温補正係数とがそれぞれ算出され、これらに基づいて壁温が算出される。その算出方法については第１実施形態と同じである。
【０１３８】
図２５（Ａ）に示されるのは、吸気配管２７０を通る空気の流量の時間変化の例である。図２５（Ｂ）に示されるのは、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数の時間変化の例である。図２５（Ｃ）に示されるのは、内燃機関２００を通る冷却水の流量の時間変化の例である。図２５（Ｄ）に示されるのは、内燃機関２００を通る冷却水の温度の時間変化の例である。図２５（Ｅ）に示されるのは、壁温の時間変化の例である。図２５（Ｆ）に示されるのは、気体比率の時間変化の例である。
【０１３９】
図２５の例では、時刻ｔ１１において、内燃機関２００の負荷が高負荷から低負荷へと変化している。これに伴い、低壁温制御から高壁温制御への切り換えが同時刻において行われ、吸気配管２７０を通る空気の流量が減少している。
【０１４０】
時刻ｔ１１からは高壁温制御が開始されることに伴い、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数は小さくなっている。このため、冷却水の流量は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけて減少し、時刻ｔ１２以降においては概ね一定となっている。一方、内燃機関２００を通る冷却水の温度は、ウォーターポンプ３４０Ａの回転数によることなく一定である。
【０１４１】
図８や図２２を参照しながら説明したように、壁温は、内燃機関２００を通る冷却水の流量及び温度のそれぞれと相関がある。図２５の例では、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間においては、冷却水の流量が減少することに伴い、壁温は比較的速い速度で上昇する。時刻ｔ１２以降においては、冷却水の温度及び流量の両方が一定となることに伴い、壁温は一定となる。
【０１４２】
比率調整部１３０は、上記のような壁温の上昇に応じて、気体比率の目標値を変化させる。図２５の例のように、高壁温制御に切り換えられた場合には、比率調整部１３０は、壁温が高くなるほど気体比率の目標値が大きくなるように調整する。このため、気体比率は図２５（Ｆ）の実線のように変化する。このように調整された気体比率の値は、理想的な目標値、すなわち燃焼限界における気体比率の値に概ね近いものとなっている。
【０１４３】
先に述べたように、従来の制御においては、気体比率の目標値は、壁温ではなく冷却水の温度に基づいて設定されていた。図２５（Ｆ）には、このような従来の制御が行われた場合における気体比率の変化が、点線ＤＬ５で示されている。また、同図を見ると明らかなように、点線ＤＬ５で示される気体比率の値は、実線の値、すなわち理想的な目標値よりも小さな値となっている。このため、従来の制御においては、実際には気体比率をさらに大きくする余地があったにもかかわらず、気体比率が小さな値に抑えられてしまい、内燃機関２００における燃料消費率が高くなってしまう場合があった。図２５（Ｆ）において斜線で示される部分の面積は、本実施形態の制御を行うことによる燃料消費率の向上分、を示すものと言える。
【０１４４】
尚、図示による説明は省略するが、従来の制御においては、冷却水の温度に基づいて設定された気体比率の目標値が、上記とは逆に理想的な目標値よりも大きな値となってしまい、内燃機関２００における燃焼が不安定となってしまうこともあった。しかしながら、本実施形態の制御によれば、気体比率の目標値が理想的な目標値を超えてしまうことが無いので、内燃機関２００における燃焼を常に安定に保つことができる。
【０１４５】
以上のように、本実施形態に係る構成においても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏することができる。
【０１４６】
第３実施形態について説明する。図２６には、第３実施形態に係る車両１０の構成が模式的に示されている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
【０１４７】
図２６においては、内燃機関２００の構成、及び冷却水を循環させる経路に係る構成のみが模式的に示されている。吸気配管２７０や排気配管２８０等の一部の構成については、第１実施形態と同一であるためにその図示が省略されている。
【０１４８】
図２６に示されるように、内燃機関２００は、ヘッド部２１０とブロック部２２０とを有している。ヘッド部２１０は、内燃機関２００の上方側部分を構成する部品である。ブロック部２２０は、内燃機関２００の下方側部分を構成する部品である。
【０１４９】
図２６において符号「２０１」が付された点線は、各気筒２０１に形成された燃焼室の形状を模式的に示すものである。不図示のピストンが上死点又はその近傍にあるとき、すなわち燃料の燃焼が行われるときには、ピストンの上部の空間である燃焼室は、図２６に示されるようにヘッド部２１０の内側のみに形成されることとなる。このように、ヘッド部２１０はその内側に燃焼室が形成されている部分ということができる。一方、ブロック部２２０は、その内側に不図示のクランクシャフトやピストン等を収容する部分ということができる。
【０１５０】
ウォーターポンプ３４０から内燃機関２００へと伸びる配管４２０は、本実施形態では途中で分岐しており、配管４２１と配管４２２とに分かれている。配管４２１の端部はヘッド部２１０に接続されており、配管４２２の端部はブロック部２２０に接続されている。入口水温センサ７３０は、本実施形態では配管４２１の途中となる位置に設けられている。
【０１５１】
ヘッド部２１０の内部には、冷却水を通すための流路２１１が形成されている。配管４２１は、流路２１１の上流側端部に接続されている。流路２１１の下流側端部には、流量制御弁５００へと伸びる配管４３０が接続されている。
【０１５２】
ブロック部２２０の内部には、冷却水を通すための流路２２１が形成されている。配管４２２は、流路２２１の上流側端部に接続されている。流路２２１の下流側端部には、サーモスタット４９２を介して配管４９１の一端が接続されている。配管４９１の他端は、配管４１０へと接続されている。サーモスタット４９２は、流路２２１を通る冷却水の温度に応じて開度が調整される弁である。サーモスタット４９２により、流路２２１を通る冷却水の流量が自動的に調整される結果、ブロック部２２０の温度は常に一定に保たれる。
【０１５３】
第１実施形態で説明したように、壁温取得部１１０は、図１０のステップＳ１１で取得された冷却水の温度、具体的には、出口水温センサ７４０で測定された冷却水の温度に基づいて壁温を算出し取得する。本実施形態の場合、出口水温センサ７４０で測定されるのは、ヘッド部２１０の流路２１１を通った後の冷却水の温度である。このため、当該温度に基づいて算出される壁温は、概ね、ヘッド部２１０の温度ということができる。
【０１５４】
このように、本実施形態に係る壁温取得部１１０は、内燃機関２００のうち、燃焼室が形成されている部分であるヘッド部２１０の温度を、壁温として取得するように構成されている。
【０１５５】
ヘッド部２１０は燃焼室が形成されている部分であるから、「燃焼限界における気体比率」に対しては、ブロック部２２０の温度よりもヘッド部２１０の温度の方がより大きな影響を与える。従って、本実施形態のように、ヘッド部２１０の温度を壁温として取得し、当該壁温に基づいて気体比率の調整が行われる構成においては、気体比率の値をより理想的な目標値に近づけることが可能となる。
【０１５６】
尚、ヘッド部２１０の温度を壁温として取得するための構成としては、ヘッド部２１０の温度を直接取得するための温度センサをヘッド部２１０に設けて、当該温度センサによって測定された温度が制御装置１００へと送信されるような構成としてもよい。
【０１５７】
また、上記のように、温度センサをヘッド部２１０に設けることによって壁温を取得する構成は、先に説明した第１実施形態や第２実施形態において採用することとしてもよい。
【０１５８】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【０１５９】
本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
【符号の説明】
【０１６０】
１００：制御装置
１１０：壁温取得部
１２０：壁温調整部
１３０：比率調整部
２００：内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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