(57)【要約】【課題】冷却水の沸騰度合を判定できる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】本実施例の内燃機関の制御装置（１）は、冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置（４０）と、冷却水が沸騰して冷却装置（４０）内で発生した気泡に晒される位置に設けられた出口温度センサ（９２）と、出口温度センサ（９２）の出力値の軌跡長に基づいて冷却水の沸騰度合を判定するＥＣＵ（１０）と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置と、
前記冷却水が沸騰して前記冷却装置内で発生した気泡に晒される位置に設けられた温度センサと、
前記温度センサの出力値の軌跡長に基づいて前記冷却水の沸騰度合を判定する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記温度センサの出力値の軌跡長が長いほど前記沸騰度合は大きいと判定する、請求項１の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記温度センサは、前記冷却水中の気泡が発生しやすい場所の近傍に設けられている、請求項１又は２の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記冷却装置に流入する前の前記冷却水の温度を検出する上流側温度センサを備え、
前記制御手段は、前記温度センサ及び上流側温度センサのそれぞれの出力値の軌跡長に基づいて前記沸騰度合を判定する、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記温度センサ及び上流側温度センサのそれぞれの出力値の軌跡長の比が大きいほど前記沸騰度合が大きいと判定する、請求項４の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記冷却水の沸騰度合を判定結果に応じて、前記冷却水の沸騰を抑制する処理を実行する、請求項１乃至５の何れかの内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気を冷却する冷却装置がある（特許文献１参照）。冷却装置としては、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に設けられているものや、排気マニホールド周囲に設けられているものがある。冷却装置内部に冷却水が流通することにより、排気が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２０８６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却装置を通過した時に受けた熱量に起因して冷却水が沸騰する場合がある。この冷却水の沸騰の度合を判定する技術はない。
【０００５】
本発明の目的は、冷却水の沸騰度合を判定できる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、冷却水が内部を流通することにより内燃機関の排気を冷却する冷却装置と、前記冷却水が沸騰して前記冷却装置内で発生した気泡に晒される位置に設けられた温度センサと、前記温度センサの出力値の軌跡長に基づいて前記冷却水の沸騰度合を判定する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。
【０００７】
冷却水の沸騰度合が大きいほど気泡が多く発生する。温度センサが気泡に晒されると、温度センサの出力値は変動する。この出力値の変動の度合は温度センサの出力値の軌跡長と相関関係がある。従って、温度センサの出力値の軌跡長に基づいて冷却水の沸騰度合を判定できる。
【発明の効果】
【０００８】
冷却水の沸騰度合を判定できる内燃機関の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施例の内燃機関の制御装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、冷却装置の外観図である。
【図３】図３は、冷却水の沸騰度合の判定の概略の説明図である。
【図４】図４Ａは、吸入空気量と冷却水の沸騰度合との関係を示したグラフであり、図４Ｂは、吸入空気量と出口温度センサの出力値の軌跡長の長さとの関係を示したグラフである。
【図５】図５Ａは、冷却水が沸騰してない状態での入口温度センサ、出口温度センサの出力値を示したグラフであり、図５Ｂは、冷却水が沸騰している状態での入口温度センサ、出口温度センサの出力値を示したグラフである。
【図６】図６は、冷却水の沸騰度合の判定制御の一例を示したフローチャートである。
【図７】図７は、ウォータポンプの流量を増大させた場合での出口温度センサの出力値の軌跡長の変化を示している。
【図８】図８は、冷却水の沸騰度合の判定制御の変形例を示したフローチャートである。
【図９】図９Ａは、冷却装置内を示した図であり、図９Ｂは、冷却装置の内壁面の温度分布と吸入空気量との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施例の内燃機関の制御装置を模式的に示す図である。内燃機関の制御装置１は、ＥＣＵ１０、エンジン２０、ラジエータ３１と、サーモスタット３３と、ウォータポンプ３５、冷却装置４０、開閉弁５０、入口温度センサ９１、出口温度センサ９２を備えている。ウォータポンプ３５は、冷却水を圧送するとともに、ＥＣＵ１０からの指令に応じて圧送する冷却水の流量を調整可能である。ウォータポンプ３５が圧送する冷却水はエンジン２０のウォータジャケット２２に供給される。
【００１１】
エンジン２０は、シリンダブロック及びシリンダヘッドを備えている。ウォータジャケット２２は、シリンダブロック及びシリンダヘッド内に形成されており、冷却水が通過する経路として機能する。冷却水がウォータジャケット２２内を通過することにより、冷却水はエンジン２０からの熱量を受ける。これによりエンジン２０は冷却される。
【００１２】
サーモスタット３３及び開閉弁５０が開いている場合には、冷却水は次のように循環する。冷却水はウォータポンプ３５から吐出された後、ウォータジャケット２２、冷却装置４０を流れる。ウォータジャケット２２から流出する冷却水の一部はヒータコア３７、サーモスタット３３に流れる。ウォータジャケット２２から流出する冷却水の他の部分は、冷却装置４０を流出した冷却水と途中で合流して、ラジエータ３１、サーモスタット３３に流れる。図１において実線で示した経路である。
【００１３】
サーモスタット３３が閉じており開閉弁５０が開いている場合には、冷却水は次のように循環する。冷却水はウォータポンプ３５から吐出された後、ウォータジャケット２２、冷却装置４０に流れる。ウォータジャケット２２から流出する冷却水の一部は、冷却装置４０から流出した冷却水と途中で合流して、ラジエータ３１を通過せずにサーモスタット３３に流れる。ウォータジャケット２２から流出する冷却水の他の部分は、ヒータコア３７を通過してサーモスタット３３に流れる。図１において、ウォータジャケット２２からラジエータ３１を通過せずにサーモスタット３３に流れる冷却水の流れ、冷却装置４０からサーモスタット３３に流れる冷却水の流れは点線で示している。
【００１４】
開閉弁５０は、ＥＣＵ１０からの指令に応じて開閉する。開閉弁５０が開いているときには冷却装置４０に冷却水は流れるが、開閉弁５０が閉じているときには冷却装置４０には冷却水は流れない。開閉弁５０は、冷却水の流量を調整可能である。
【００１５】
ラジエータ３１は熱交換器であり、流通する冷却水と空気との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却する。サーモスタット３３は冷却水の流通経路を切り替える。具体的にはサーモスタット１３は、冷却水温が所定値未満の場合に冷却水はラジエータ３１をバイパスし、所定値以上の場合にラジエータ３１を通過するように流通経路を切り替える。
【００１６】
ＥＣＵ１０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを含む。ＥＣＵ１０は、各センサからの出力値にも基づいて本実施例の内燃機関の制御装置１全体の動作を制御する。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、冷却水の沸騰度合を判定する制御を実行するためのプログラムが格納されている。
【００１７】
入口温度センサ９１、出口温度センサ９２は、それぞれ、冷却装置４０に流入する冷却水の温度、冷却装置４０から流出した冷却水の温度を検出する。入口温度センサ９１は、冷却装置４０に流入する前の冷却水の温度を検出する上流側温度センサに相当する。入口温度センサ９１、出口温度センサ９２は、それぞれ冷却装置４０よりも上流側及び下流側に設けられている。入口温度センサ９１、出口温度センサ９２の出力値はＥＣＵ１０に出力される。
【００１８】
図２は、冷却装置４０の外観図である。冷却装置４０内を冷却水が流れることにより、エンジン２０の排気マニホールドが冷却水に晒される。これにより、排気マニホールドを通過する排気が冷却される。冷却装置４０の４１〜４４のそれぞれには、排気マニホールドの配管が嵌合する。入口温度センサ９１、出口温度センサ９２は、それぞれ、冷却装置４０への流入口側及び冷却装置４０からの流出口側に設けられている。出口温度センサ９２は冷却装置４０の出口側に設けられているので、冷却水が沸騰することにより冷却装置４０内で発生した気泡は出口温度センサ９２に向かって流れる。このように、出口温度センサ９２は気泡に晒されやすい位置に設けられている。この理由については以下で説明する。
【００１９】
次に、ＥＣＵ１０が実行する冷却水の沸騰度合の判定の概略を説明する。図３は、冷却水の沸騰度合の判定の概略の説明図である。図３は、横軸が時間を示し、縦軸が出口温度センサ９２からの出力値を示しているグラフである。ＥＣＵ１０は、所定期間内における、出口温度センサ９２からの出力値の軌跡長に基づいて冷却水の沸騰度合を判定する。沸騰度合が大きいほど冷却水中に気泡が生じ、この気泡に出口温度センサ９２が晒されることにより、出口温度センサ９２からの出力値は変動する。出口温度センサ９２に接触する気泡が多いほど、出口温度センサ９２の出力値の変動の程度は大きくなり、これに伴い出口温度センサ９２の出力値の軌跡長は増大する。従って、出口温度センサ９２の軌跡長が長いほど冷却水の沸騰度合が大きいと判定できる。
【００２０】
図４Ａは、吸入空気量と冷却水の沸騰度合との関係を示したグラフであり、図４Ｂは、吸入空気量と出口温度センサ９２の出力値の軌跡長の長さとの関係を示したグラフである。図４Ａでは、横軸が吸入空気量を示し、縦軸が冷却水の沸騰度合を示している。沸騰度合が０又は１は、沸騰していない状態を示し、沸騰度合２〜５は、沸騰状態を示している。図４Ａ、４Ｂに示すように、冷却水の沸騰度合と出口温度センサ９２の出力値の軌跡長とは相関関係があることがわかる。
【００２１】
図５Ａは、冷却水が沸騰してない状態での入口温度センサ９１、出口温度センサ９２の出力値を示したグラフであり、図５Ｂは、冷却水が沸騰している状態での入口温度センサ９１、出口温度センサ９２の出力値を示したグラフである。図５Ａでは、エンジン回転数が２０００ｒｐｍでありエンジン負荷が４０Ｎｍの運転状態の場合であり、図５Ｂは、エンジン回転数が２０００ｒｐｍでありエンジン負荷が１５０Ｎｍの運転状態の場合を示している。図５Ａ、５Ｂに示すように、エンジン回転数が同一の場合にはエンジン負荷が大きい方が冷却水は沸騰しやすく、冷却水が沸騰すると出口温度センサ９２の出力値は冷却水の沸点近傍で激しく変動する。
【００２２】
次に、ＥＣＵ１０が実行する冷却水の沸騰度合の判定制御を説明する。図６は、冷却水の沸騰度合の判定制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ１０は、出口温度センサ９２の出力値の軌跡長を算出する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ１０は、算出した軌跡長の長さが所定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。否定判定の場合には、ＥＣＵ１０は冷却水が沸騰していない、または沸騰度合が小さいと判定して本制御を終了する。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１０は、冷却水の沸騰度合が大きいと判定して、以下の処理を実行する。
【００２３】
ＥＣＵ１０は、冷却水の沸騰を抑制する沸騰抑制処理を実行する（ステップＳ３）。沸騰抑制処理は、排気から冷却水に伝達する熱量を抑制する処理である。具体的には沸騰抑制処理は、スロットルの開度を調整することにより、吸入空気量を抑制する処理である。吸入空気量を抑制することにより排気量を抑制でき、排気から冷却水に伝達する熱量を抑制できる。沸騰抑制処理は、開閉弁５０を閉じることにより冷却装置４０に冷却水が流入することを防止する処理であってもよい。これにより、排気から冷却水に伝達する熱量を抑制できる。沸騰抑制処理は、エンジン２０のバルブタイミングやバルブリフト量を制御して、排気の流れの乱れを抑制する処理であってもよい。これにより、排気が排気マニホールドや排気管内をスムーズに流れるため、排気から冷却水に伝達する熱量を抑制できる。
【００２４】
また、沸騰抑制処理は、ウォータポンプ３５を制御することにより冷却水の流量を増加させる処理であってもよい。冷却装置４０内を通過する冷却水の流量を増加させることにより、排気の熱量に起因して冷却水が沸騰することを防止できる。図７は、ウォータポンプ３５の流量を増大させた場合での出口温度センサ９２の出力値の軌跡長の変化を示している。ウォータポンプ３５はＥＣＵ１０からの指令に応じて冷却水の流量を調整できる。尚、沸騰抑制処理は、上記複数の処理を組み合わせてもよい。
【００２５】
尚、ＥＣＵ１０は、出口温度センサ９２からの出力値の軌跡長が所定値未満に至るまで沸騰抑制処理を継続する。例えば、ＥＣＵ１０は、出口温度センサ９２の出力値の軌跡長が３００ｍｍを超えている場合には沸騰抑制処理を開始して、出口温度センサ９２の出力値の軌跡長が３００未満に至ったときに沸騰抑制処理を停止する。これにより、冷却水がそれ以上沸騰することを防止できる。これに伴い、冷却装置４０による排気の冷却効率の低下を防止できる。この結果、高温の排気に晒されることに起因する排気浄化触媒の劣化を防止できる。また冷却水が高温化することに起因するウォータポンプ３５の破損などを防止できる。
【００２６】
以上のように、ＥＣＵ１０は、出口温度センサ９２の出力値の軌跡長が長いほど冷却水の沸騰度合が大きいと判定する。例えば、ＥＣＵ１０は、沸騰度合に応じて沸騰抑制処理の内容が変わるように制御してもよい。
【００２７】
次に、ＥＣＵ１０が実行する冷却水の沸騰度合の判定制御の変形例について説明する。図８は、冷却水の沸騰度合の判定制御の変形例を示したフローチャートである。ＥＣＵ１０は、入口温度センサ９１、出口温度センサ９２からのそれぞれの出力値の軌跡長を算出する（ステップＳ１１）。次に、ＥＣＵ１０は、入口温度センサ９１の出力値の軌跡長と出口温度センサ９２の出力値の軌跡長との比を算出して、この比が所定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１２）。否定判定の場合には、ＥＣＵ１０は判定制御を終了し、肯定判定の場合には沸騰抑制処理を実行する（ステップＳ１３）。入口温度センサ９１の出力値の軌跡長と出口温度センサ９２の出力値の軌跡長との比とは、出口温度センサ９２の出力値の軌跡長／入口温度センサ９１の出力値の軌跡長を意味する。
【００２８】
このように、入口温度センサ９１の出力値の軌跡長と出口温度センサ９２の出力値の軌跡長との比に基づいて冷却水の沸騰度合を判定する。これにより、誤判定を防止できる。例えば、入口温度センサ９１付近で冷却水が受熱する構造の場合や、サーモスタット３３の開閉に際して入口温度センサ９１付近で冷却水が増大する場合であっても、比に基づいて沸騰度合を判定することにより、冷却水が冷却装置４０を通過することに起因して沸騰したことの判定精度が向上する。例えば、冷却装置４０に流入する前の冷却水が沸騰していないにもかかわらず、入口温度センサ９１の出力値の軌跡長が長くなった場合である。ＥＣＵ１０は、比が大きいほど沸騰度合が大きいと判定する。
【００２９】
尚、比を用いる代わりに、出口温度センサ９２の出力値の軌跡長から入口温度センサ９１の出力値の軌跡長を引いた値、即ち軌跡長の差に基づいて沸騰度合を判定してもよい。軌跡長の差は、冷却水が冷却装置４０を通過時に排気から受けた熱量に相当する。このため、軌跡長の差に基づいて沸騰度合を判定することにより、排気から受けた熱量に起因して冷却水が沸騰したことの判定精度が向上する。
【００３０】
次に、温度センサの取付け可能な位置について説明する。図２に示したように出口温度センサ９２は、冷却装置４０の出口側に設けられている。しかしながら、冷却装置４０内で発生した気泡に晒される温度センサは、このような位置に限定されない。例えば、冷却装置４０内に温度センサを設けてもよい。この場合、温度センサは、冷却装置４０内で発生した気泡に晒され得る位置に設ける。更にいえば、温度センサは、冷却装置４０の高温化しやすい部分近傍に設けることが望ましい。冷却装置４０の高温化しやすい部分では、気泡が生じやすいからである。気泡が生じやすい部分近傍に温度センサを設けることにより、沸騰度合が小さい場合であっても検出することができる。
【００３１】
次に、冷却装置４０の内壁面の温度分布を説明する。図９Ａは、冷却装置４０内を示した図であり、図９Ｂは、冷却装置４０の内壁面の温度分布と吸入空気量との関係を示したグラフである。図９Ｂには、エンジン２０の排気ポート（以下、ポートと称する）の上部の内壁面、ポートの下部の内壁面、隣接する排気ポートの間の内壁面、の位置毎に温度を測定した。図９Ｂでは、ポートの上部での温度を平行四辺形でプロットし、ポートの下部での温度を正四角形でプロットし、ポートの間での温度を三角形でプロットしている。ポートの間とは、図２に示したように、冷却装置に設けられた、排気マニホールドの配管と嵌合するための孔４１〜４４のそれぞれの間を意味する。図９Ｂに示すように、ポートの下部は温度が低く、ポートの間が高温化しやすい。吸入空気量によっては、ポートの下部の温度とポートの間の温度とでは温度差が５０℃程度にまでなる。ポートの間は、略排気マニホールドの外壁の温度に近い温度となる。高温化しやすい部分では気泡が発生しやすい。このため、冷却装置４０内に温度センサを設ける場合、ポートの上部又はポートの間近傍に設けることが望ましい。これにより、沸騰度合の判定精度が向上する。尚、ポート間に設けられる温度センサは、孔４１、４２の間や、孔４２、４３の間、孔４３、４４の間の何れであってもよい。
【００３２】
尚、温度センサは、冷却水が流れる方向を考慮した位置に設けてもよい。気泡は、発生した箇所よりも下流側に流れる。このため、気泡が発生しやすい箇所よりも若干下流側に温度センサを設けてもよい。例えば、温度センサは、気泡が発生しやすいポートの上部又はポートの間よりも若干下流側に設けてもよい。
【００３３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３４】
上記実施例において入口温度センサ９１を採用した構成を例示したが、図６に示した判定制御を実行する場合には入口温度センサ９１はなくてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  内燃機関の制御装置
１０  ＥＣＵ（制御手段）
２０  エンジン
２０  ウォータジャケット
３５  ウォータポンプ
４０  冷却装置
９１  入口温度センサ（上流側温度センサ）
９２  出口温度センサ（温度センサ）
【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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