(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックに形成されて前記内燃機関の排気通路から分岐した第１分岐通路に接続された内部通路と、前記第１分岐通路よりも下流側において前記排気通路から分岐すると共に前記内部通路に接続された第２分岐通路と、前記第１分岐通路に設けられて前記第１分岐通路から前記内部通路への排気の流入を制御する制御弁と、前記第２分岐通路に設けられて前記第２分岐通路を流れる排気の温度を検出する温度センサと、を備える内燃機関を制御するように構成された内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の始動時において、前記第１分岐通路との接続部よりも上流側の前記排気通路を流れる排気の温度が前記内部通路の壁面温度よりも高く、尚且つ、前記第２分岐通路を流れる排気の温度が前記第２分岐通路を流れる排気中の水蒸気が凝縮し始める温度を下回る場合に、前記第１分岐通路から前記内部通路への排気の流入を許可するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、排気を導入可能に構成されたシリンダブロックを備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−１０８２５６号公報には、内燃機関の冷間始動時に、当該内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を当該内燃機関のシリンダブロックに形成した内部通路に導入するように構成した内燃機関の制御装置が開示されている。内燃機関の冷間始動時に排気の一部をシリンダブロックに形成した内部通路に導入すれば、当該内燃機関の暖機を促進でき、また、当該内燃機関のピストンとシリンダ壁とのフリクションを低減して燃費向上を図ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０８２５６号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した排気の内部通路への導入は、シリンダブロックの構成部材（例えばシリンダ壁）よりも高温の排気による当該構成部材への伝熱を期待したものであり、内部通路に導入される排気の流量が多くなるほど当該構成部材への伝熱量を多くすることができる。しかし、排気から内部通路への熱伝達は基本的に効率が低い。また、内燃機関の冷間始動時は、そもそも、高温の排気が得られ難く、排気の流量もそれ程多くない。故に、内燃機関の冷間始動時にシリンダブロックの内部通路に排気を導入する場合は、排気から内部通路への効率的な熱伝達を実現するための改良が必要であるといえる。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の冷間始動時にシリンダブロックの内部通路に排気を導入する場合において、排気から内部通路への熱伝達を効率的に行うことのできる新たな構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のシリンダブロックに形成されて前記内燃機関の排気通路から分岐した第１分岐通路に接続された内部通路と、前記第１分岐通路よりも下流側において前記排気通路から分岐すると共に前記内部通路に接続された第２分岐通路と、前記第１分岐通路に設けられて前記第１分岐通路から前記内部通路への排気の流入を制御する制御弁と、前記第２分岐通路に設けられて前記第２分岐通路を流れる排気の温度を検出する温度センサと、を備える内燃機関を制御するように構成されており、前記内燃機関の始動時において、前記第１分岐通路との接続部よりも上流側の前記排気通路を流れる排気の温度が前記内部通路の壁面温度よりも高く、尚且つ、前記第２分岐通路を流れる排気の温度が前記第２分岐通路を流れる排気中の水蒸気が凝縮し始める温度を下回る場合に、前記第１分岐通路から前記内部通路への排気の流入を許可するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置では、内燃機関の始動時において、内燃機関からの排出直後の排気の温度が内部通路の壁面温度よりも高く、尚且つ、第２分岐通路を流れる排気の温度が第２分岐通路を流れる排気中の水蒸気が凝縮し始める温度を下回る場合に、第１分岐通路から内部通路への排気の流入が許可される。内燃機関からの排出直後の排気の温度が内部通路の壁面温度よりも高ければ、第１分岐通路から内部通路へ排気を流入させることで内部通路の壁面を温めることができる。また、第２分岐通路を流れる排気の温度が第２分岐通路を流れる排気中の水蒸気が凝縮し始める温度を下回るということは、第２分岐通路よりも上流側の内部通路を流れた際に、内部通路の壁面に排気が接することで冷やされた結果、当該排気中の水蒸気が凝縮していることを意味する。従って本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内部通路に流す排気中の水蒸気の凝縮に伴って放出される熱を内部通路の壁面に移動させることができるので、内燃機関の冷間始動時においても内部通路の壁面を効率よく温めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の各実施の形態に係るシステム構成を説明する図である。
【図２】水蒸気含有量の異なる２種類の排気をエンジン壁に接触させたときに当該排気から当該エンジン壁に移動する熱量と、エンジン壁への接触後における当該２種類の排気の温度との関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１においてＥＣＵ３０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
先ず、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１１】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明する図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は例えば車両に搭載される直列４気筒ガソリンエンジンであり、内燃機関１０に吸入されるガス（吸気）が流れる吸気通路１２と、内燃機関１０から排出されるガス（排気）が流れる排気通路１４と、を備えている。排気通路１４は途中２箇所で分岐しており、排気流れ方向の上流側に分岐通路（第１分岐流路）１６が位置し、同方向の下流側に分岐通路（第２分岐流路）１８が位置している。分岐通路１６，１８は、内燃機関１０の内部（より正確には内燃機関１０のシリンダブロックの内部）に形成された内部通路２０を介して接続されている。分岐通路１６には、分岐通路１６から内部通路２０に流入する排気の流量を調整可能な制御弁２２が設けられている。分岐通路１８には、分岐通路１８を流れる排気の温度ＴＥＸを検出する温度センサ２４が設けられている。
【００１２】
また、図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えている。ＥＣＵ３０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込んで処理する。各種センサには、上述した温度センサ２４が少なくとも含まれている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、上述した制御弁２２が少なくとも含まれている。
【００１３】
［ＥＣＵ３０による始動時制御］
本実施の形態では、図１に示したＥＣＵ３０による内燃機関１０の冷間始動時の制御として、制御弁２２を開く制御（以下「始動時開弁制御」ともいう。）が行われる。図１に示した内燃機関１０の排気側に示す矢印は、制御弁２２を開いた場合に生じる排気の流れを表したものである。この矢印から分かるように、制御弁２２を開くと、内燃機関１０からの排気の一部が分岐通路１６に導入され、ここから内部通路２０、分岐通路１８の順に流れ、排気通路１４に戻る。排気が内部通路２０を流れる際、当該排気の温度が内部通路２０の壁面の温度よりも高いと、当該排気から当該壁面へ熱が移動する。これにより、内部通路２０の壁面が温められて内燃機関１０の冷却水やオイルが温められる。
【００１４】
始動時開弁制御では、内部通路２０に流す排気中の水蒸気の凝縮に伴って放出される熱を内部通路２０の壁面に移動させるべく、制御弁２２の開弁タイミングと開弁期間とが制御される。具体的には、分岐通路１６よりも上流側の排気通路１４を流れる排気の温度が内燃機関１０の冷却水温よりも高いと判断されたタイミングで制御弁２２を開き始める。また、制御弁２２を開いた後において、分岐通路１８を流れる排気の温度ＴＥＸが露点を下回っていると判断されている間は制御弁２２を開き側にする制御を続けて排気流量を多くして伝達熱量を増加させる。また、温度ＴＥＸが露点を上回ったと判断されたタイミングで制御弁２２を閉じ側に制御し、排気流量を減らす。それにより、排気側が冷え易くなり、温度ＴＥＸが露点よりも僅かに低くなる状態で制御できるので、水蒸気の凝縮熱を制御弁２２が完全に閉じるまで有効に内部通路２０の壁面に与え続けることができる。ここでいう露点とは、分岐通路１８を流れる排気中の水蒸気が凝縮し始める温度を意味している。
【００１５】
内燃機関１０から排出された直後の排気の温度、つまり、分岐通路１６との接続部よりも上流側の排気通路１４を流れる排気の温度は水の沸点（約１００℃）よりも高くなることから、ここを流れる間に排気中の水蒸気が凝縮することは殆どない。また、制御弁２２を開けば、上述したように、内燃機関１０からの排気の一部が分岐通路１６に導入され、ここから内部通路２０、分岐通路１８の順に流れることになる。従って、分岐通路１８を流れる排気の温度ＴＥＸが露点を下回っているということは、分岐通路１８よりも上流側の内部通路２０を流れた際に、内部通路２０の壁面に排気が接することで冷やされた結果、当該排気中の水蒸気が凝縮していることを意味する。
【００１６】
ここで、水蒸気含有量の異なる２種類の排気が有する熱量を比較すると、相対的に水蒸気含有量の多い排気の熱量の方が、水蒸気の潜熱差分だけ高くなる。図２は、水蒸気含有量の異なる２種類の排気をエンジン壁（具体的には内部通路２０の壁面）に接触させたときに当該排気から当該エンジン壁に移動する熱量と、エンジン壁への接触後における当該２種類の排気の温度（具体的には温度ＴＥＸ）との関係を示した図である。但し、この図の関係は、水蒸気含有量のみを変えた排気をエンジン壁に接触させることを前提としている。すなわち、エンジン壁に接触させる排気の流量や、排気接触前のエンジン壁の温度は同一条件とされている。
【００１７】
図２に実線で示す排気（乾燥ガス）と破線で示す排気（湿潤ガス）を比較すると分かるように、排気の水分凝縮温度（約１００℃）よりも低い温度域では、排気から当該エンジン壁に移動する熱量が多くなる。エンジン壁への接触後における排気の温度が水分凝縮温度よりも低いということは、エンジン壁への接触によって排気中の水蒸気が凝縮するまで排気が冷やされていることを意味しており、故に、水分凝縮温度よりも低い温度域では、排気からエンジン壁へ移動する熱量が、排気がエンジン壁に接触することで移動する熱量（排気ガス−エンジン壁熱伝達熱量）と、水蒸気の凝縮に伴って放出される熱量（排気中の水分の凝縮伝達熱量）との和に等しくなる。
【００１８】
従って、内部通路２０に流す排気中の水蒸気の凝縮に伴って放出される熱を内部通路２０の壁面に移動させる始動時開弁制御によれば、高温の排気が得られ難く、また、排気の流量もそれ程多くない内燃機関１０の冷間始動時においても、内部通路２０の壁面を効率よく温めて、内燃機関１０の冷却水やオイルを温めることができる。よって、内燃機関１０のピストンとシリンダ壁とのフリクションの更なる低減や、燃費の向上を実現することができる。
【００１９】
［具体的処理］
図３は、本発明の実施の形態１においてＥＣＵ３０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、内燃機関１０の始動直後から繰り返し実行されるものとする。
【００２０】
図３に示すルーチンでは、先ず、被加熱部の温度が内燃機関１０からの排気の温度を下回るか否かが判定される（ステップＳ１０）。本ステップにおいてＥＣＵ３０は、例えば内燃機関１０のウォータージャケットの出口部に設けた温度センサの検出値を用いて被加熱部（つまり、内部通路２０の壁面）の温度を推定すると共に、推定した被加熱部の温度を、内燃機関１０の排気マニホルドに設けた温度センサの検出値と比較することで両者の大小関係を判定する。判定の結果、被加熱部の温度が排気の温度を下回ると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）、ＥＣＵ３０は制御弁２２を開き側に制御する（ステップＳ１２）。一方、そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）は、制御弁２２を開いても排気から被加熱部に熱が移動しないと判断できるので、ステップＳ１６に進み制御弁２２を閉じ側に制御する。
【００２１】
ステップＳ１２に続き、ＥＣＵ３０は、被加熱部に接触した後の排気の温度が水分凝縮温度を上回るか否かが判定される（ステップＳ１４）。本ステップにおいてＥＣＵ３０は、温度センサ２４の検出値（つまり温度ＴＥＸ）と、別途算出した分岐通路１８を流れる排気の露点とを比較することで両者の大小関係を判定する。判定の結果、被加熱部に接触した後の排気の温度が水分凝縮温度を上回ると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）は、内部通路２０の壁面の温度がある程度上昇しており、内部通路２０に流した排気中の水蒸気を凝縮することができないと判断できるので、ＥＣＵ３０はステップＳ１６に進み制御弁２２を閉じ側に制御する。一方、そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）、ＥＣＵ３０はステップＳ１０に戻る。
【００２２】
ステップＳ１６に続き、ＥＣＵ３０は、制御弁２２が完全に閉じられたか否かを判定する（ステップＳ１８）。そして、制御弁２２が完全に閉じられたと判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）、ＥＣＵ３０本ルーチンによる処理を終了する。一方、そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）、ＥＣＵ３０はステップＳ１０に戻る。
【００２３】
以上、図３に示したルーチンによれば、被加熱部の温度が排気の温度を下回ると判定された場合に、制御弁２２を開き側に制御することができる。そのため、内部通路２０に流す排気中の水蒸気の凝縮に伴って放出される熱を内部通路２０の壁面に移動させることができるので、内燃機関１０の冷間始動時においても、内部通路２０の壁面を効率よく温めて、内燃機関１０の冷却水やオイルを温めることができる。
また、図３に示したルーチンによれば、ステップＳ１０において被加熱部の温度が排気の温度を上回ると判定された場合（“ＮＯ”の場合）、ステップＳ１６に進んで制御弁２２を閉じ側に制御することができる。ステップＳ１０において被加熱部の温度が排気の温度を上回ると判定された場合に制御弁２２を閉じ側に制御することで、排気側が冷え易くなり、温度ＴＥＸが露点よりも僅かに低くなる状態で制御できるので、水蒸気の凝縮熱を制御弁２２が完全に閉じるまで有効に内部通路２０の壁面に与え続けることができる。また、ステップＳ１０において被加熱部の温度が排気の温度を上回ると判定された場合に制御弁２２を閉じ側に制御することで、内燃機関１０の一時的な停止の後の再始動時といった、被加熱部の温度が排気の温度よりも高いような場合に低温の排気によって被加熱部の温度が下がり、燃費が悪化するような事態を未然に防ぐこともできる。
【００２４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
なお、本実施の形態のシステムは図１で説明した構成を前提としている。
【００２５】
本実施の形態では、始動時開弁制御を行っている際に、内燃機関１０の運転状態（一例としてエンジン回転速度とエンジン負荷）と、制御弁２２の開度とに基づいて内部通路２０に生じている凝縮水の蓄積量をＥＣＵ３０において推測する。そして、推測した蓄積量が設定値以上の場合には、内燃機関１０の暖機完了後であって、内燃機関１０から排出された直後の排気の温度と流量が各設定値以上であることを条件として、ＥＣＵ３０によって制御弁２２を一時的に開く制御（暖機後水除去制御）を行う。内燃機関１０から排出された直後の排気の温度は、例えば内燃機関１０のウォータージャケットの出口部に設けた温度センサの検出値から取得できる。内燃機関１０から排出された直後の排気の流量は、例えば吸気通路１２の入口部に設けたエアフローメータから推定できる。
【００２６】
上記実施の形態１で説明した始動時開弁制御を行えば、内部通路２０で凝縮水が生じることになる。そのため、内部通路２０で生じた凝縮水が溜まり続けると、内部通路２０の詰まりが生じるおそれがある。また、排気中には酸性成分が含まれることから、内部通路２０に凝縮水が長時間留まり続ければこの凝縮水が酸性化して内部通路２０の壁面を腐食するおそれもある。この点、内燃機関１０から排出された直後の排気の温度と流量が各設定値以上である場合に暖機後水除去制御を行えば、内部通路２０に導入した高温の排気によって内部通路２０に溜まった凝縮水を分岐通路１８側に排出し、または、蒸発させることができる。よって、上述した不具合の発生を抑えることができる。
【００２７】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
なお、本実施の形態のシステムは図１で説明した構成を前提としている。
【００２８】
本実施の形態では、内燃機関１０の暖機完了後において、機関温度を高温に維持する要求がある場合には、内燃機関１０から排出された直後の排気の温度が温度ＴＥＸよりも設定値以上高く、尚且つ、当該排気の流量が設定値以上であることを条件として、ＥＣＵ３０によって制御弁２２を開く制御（暖機後加熱制御）を行う。内燃機関１０から排出された直後の排気の温度は、例えば内燃機関１０のウォータージャケットの出口部に設けた温度センサの検出値から取得できる。内燃機関１０から排出された直後の排気の流量は、例えば吸気通路１２の入口部に設けたエアフローメータから推定できる。
【００２９】
上記実施の形態２で説明したように、内部通路２０には凝縮水が溜まっていることから、暖機後水除去制御を行ってこの凝縮水を蒸発させれば、内部通路２０の壁面から熱が奪われることになる。本実施の形態でも同様で、暖機後加熱制御を行えば、内部通路２０に溜まった凝縮水の蒸発に伴って内部通路２０の壁面から熱が奪われることになる。但し、暖機後加熱制御は、内燃機関１０から排出された直後の排気の温度が温度ＴＥＸよりも設定値以上高く、尚且つ、当該排気の流量が設定値以上である場合に行われることから、凝縮水の気化による損失よりも多くの熱を、排気から内部通路２０の壁面に移動させることができる。よって、内部通路２０の壁面を効率よく温めて機関温度を高温に維持し、燃費を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６，１８  分岐通路
２０  内部通路
２２  制御弁
２４  温度センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
0006672992.tif 000002
【図２】
0006672992.tif 000003
【図３】
0006672992.tif 000004