(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定された内燃機関の温度である測定温度と、上位装置により要求された目標温度との制御偏差に基づいて、内燃機関を冷却する冷却水の流量を冷却水バルブの開度により制御する前記冷却水バルブの流量制御装置であって、
前記内燃機関の負荷量が所定の第１閾値以上である高負荷状態であるか否かを判定する第１判定部と、
前記目標温度が、前記内燃機関が高負荷状態である場合に要求される目標温度である高負荷温度に達したか否かを判定する第２判定部と、
前記第１判定部により前記内燃機関が高負荷状態であると判定された場合、前記目標温度を所定の第１降下率で降下させ、また、前記第２判定部により前記目標温度が前記高負荷温度に達したと判定された場合には該目標温度を前記高負荷温度に設定する第１補正部と、
前記第１補正部により前記第１降下率で降下された目標温度が、前記高負荷温度より所定量だけ高く設定された第１温度以下であるか否かを判定する第５判定部と、
前記第１補正部により補正された目標温度に基づいて冷却水の目標流量を算出して下位装置へ出力する目標流量算出部とを備え、
前記第１補正部は、前記第５判定部により前記目標温度が前記第１温度以下であると判定された場合には前記第１降下率より小さい第２降下率で前記目標温度を降下させることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記第１補正部により前記目標温度が前記高負荷温度に設定された後に前記内燃機関の負荷量が所定の第２閾値未満である定常負荷状態であるか否かを判定する第３判定部と、
前記目標温度が、前記内燃機関が定常負荷状態である場合に要求される目標温度である定常負荷温度に達したか否かを判定する第４判定部と、
前記第３判定部により前記内燃機関が定常負荷状態であると判定された場合、前記目標温度を所定の第１上昇率で上昇させ、また、前記第４判定部により前記目標温度が前記定常負荷温度に達したと判定された場合には該目標温度を前記上位装置により要求された目標温度とする第２補正部と、
前記第２補正部により前記第１上昇率で上昇された目標温度が、前記定常負荷温度より所定量だけ低く設定された第２温度以上であるか否かを判定する第６判定部とを更に備え、
前記第２補正部は、前記第６判定部により前記目標温度が前記第２温度以上であると判定された場合には前記第１上昇率より小さい第２上昇率で前記目標温度を上昇させ、
前記目標流量算出部は、前記第1補正部及び前記第２補正部により補正された目標温度に基づいて前記目標流量を算出して前記下位装置へ出力することを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御に係る流体の流量を制御する流量制御装置、流量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンなどの内燃機関の温度を制御することを目的として、エンジンを冷却する冷却水の流量を制御する技術が知られている。冷却水は、冷却水を冷却するラジエータを経由するメイン経路、またはラジエータを経由しないバイパス経路を経由し、エンジン近傍に設けられたウォータージャケットを通って循環し、メイン経路を経由した場合に冷却され、結果としてエンジンの温度を低下させる。また、メイン経路またはバイパス経路への冷却水の流量がバルブによって調節されることにより、エンジン温度が制御される。また、このようなエンジンの冷却システムにおいて、メイン経路またはバイパス経路に流入させるべき冷却水の流量は、目標とするエンジンの温度と測定されたエンジンの温度との差に基づいて目標流量として決定される。また、この目標流量に基づいて、冷却水の流量を調節するバルブが制御される。
【０００３】
このようなエンジンの冷却システムにおいては、エンジンの状態が変動する状況におけるエンジン温度の制御性を向上させることを目的として、エンジンの測定温度と、エンジンの目標温度との制御偏差に基づくフィードバック制御により、フィードバック流量を算出し、エンジン回転数と、マニホールド圧力と、ラジエータ温度とに基づいて、フィードフォワード流量を算出し、このフィードフォワード流量に基づいて前記フィードバック流量を補正することにより、目標流量を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、エンジンの燃費向上のために、エンジンが定常状態にある場合におけるウォータージャケット内の冷却水温を１００℃程度まで上げることによって、暖気後の燃料消費量や排気量が低減されるように冷却水の流量を制御することが一般的になりつつある。ただし、例えば、急登坂路高速走行のようなエンジンに高負荷出力を要求される際には、冷却水温を下げた方が好ましい場合が存在する。その理由としては、体積効率の向上によるエンジン出力の上昇や、高負荷状態から戻った場合のエンジン温度の急上昇の防止などが挙げられる。このようなエンジンが高負荷となる状態においては、ウォータージャケット内の冷却水温は８０℃程度まで下げる必要があり、エンジンの定常状態と高負荷状態との切り替えにおいては、冷却水温を急激に２０℃程度変化させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、上述した技術によれば、エンジンが定常状態から高負荷状態となる際においては、応答時間が遅く、更にアンダーシュートを生じてしまい、また、エンジンが高負荷状態から定常状態となる際においては、オーバーシュートを生じてしまうという問題があった。つまり、冷却水温を急激に変化させるという要求に対しては、制御性が十分ではないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、冷却水温を急激に変化させる要求に対する制御性を向上させることができる流量制御装置、流量制御方法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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、測定された内燃機関の温度である測定温度と、上位装置により要求された目標温度との制御偏差に基づいて、内燃機関を冷却する冷却水の流量を制御する流量制御装置であって、前記内燃機関の負荷量が所定の第１閾値以上である高負荷状態であるか否かを判定する第１判定部と、前記目標温度が、前記内燃機関が高負荷状態である場合に要求される目標温度である高負荷温度に達したか否かを判定する第２判定部と、前記第１判定部により前記内燃機関が高負荷状態であると判定された場合、前記目標温度を所定の第１降下率で降下させ、前記第２判定部により前記目標温度が前記高負荷温度に達したと判定された場合、該目標温度を前記高負荷温度に設定する第１補正部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却水温を急激に変化させる要求に対する制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す図である。
【図２】ＥＣＵのハードウェア構成を示す図である。
【図３】流量制御装置の機能構成を示す図である。
【図４】目標温度補正処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】目標温度補正処理により補正された目標温度を示す概略図である。
【図６】選択処理の動作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】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
まず、本実施の形態に係るエンジン冷却システムについて説明する。図１は、本実施の形態に係るエンジン冷却システムを示す図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係るエンジン冷却システム１は、エンジン１１、ウォータージャケット１２、ウォーターポンプ１３、冷却水バルブ２１、モータ２２、ポジションセンサ２３、第１水温センサ２４、第２水温センサ２５、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３１、ラジエータ４１、ヒータ４２、スロットル４３、メイン流路パイプ９１、サブ流路パイプ９２、バイパス流路パイプ９３を備える。
【００１４】
エンジン冷却システム１は、メイン流路パイプ９１、サブ流路パイプ９２、またはバイパス流路パイプ９３を介して冷却水を循環させ、ウォータージャケット１２によりエンジン１１の温度を制御する。
【００１５】
エンジン１１は、自動車等の車両の内燃機関である。ウォータージャケット１２は、エンジン１１近傍に備えられ、その内部の冷却水によりエンジン１１を冷却するものである。メイン流路パイプ９１は、ラジエータ４１に冷却水を流入させるものである。サブ流路パイプ９２は、ヒータ４２及びスロットル４３に冷却水を流入させるものである。バイパス流路パイプ９３は、ウォータージャケット１２から流出した冷却水をウォーターポンプ１３に流入させるものである。なお、ラジエータ４１、ヒータ４２及びスロットル４３に流入した冷却水はウォーターポンプ１３に流入する。ウォーターポンプ１３は、ウォータージャケット１２に冷却水を流入させるものである。ラジエータ４１は、冷却水を冷却するものである。ヒータ４２は、車室内を暖めるものである。スロットル４３は、エンジン１１への吸気の流入量を制御するものである。
【００１６】
冷却水バルブ２１は、ロータリ式のバルブであり、外周面の一部に開口部が設けられ、その開度によってメイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２へ冷却水を流入させるものである。モータ２２は、冷却水バルブ２１を駆動するアクチュエータとしての直流モータである。ポジションセンサ２３は、冷却水バルブ２１の周方向の位置を検出することにより、メイン流路パイプ９１及びサブ流路パイプ９２に対する冷却水バルブ２１の開度を検出するものである。第１水温センサ２４は、ウォータージェケット１２の出口近傍に設置され、ウォータージャケット１２から流出した冷却水の温度をエンジン温度として検出するものである。第２温度センサ２５は、ラジエータ４１の出口近傍に設置され、ラジエータ４１から流出した冷却水の温度をラジエータ温度として検出するものである。ＥＣＵ３１は、プロセッサとメモリを備え、エンジン１１に係る各種動作を制御するマイクロコントローラであり、本実施の形態においては、第１水温センサ２４、第２水温センサ２５及びポジションセンサ２３により検出されたエンジン温度、ラジエータ温度、及び冷却水バルブ２１の位置に基づいて、モータ２２の動作を操作するものとする。
【００１７】
上述のような構成により、冷却水は、メイン流路パイプ９１を経由して循環する場合にはラジエータ４１により冷却され、バイパス流路パイプ９３を経由する場合には冷却されずに循環する。また、エンジン冷却システム１は、冷却水バルブ２１の開度により冷却水の循環経路を切り替え、また、メイン流路パイプ９１への冷却水の流入量を制御することによりエンジン１１の温度を制御する。
【００１８】
次に、ＥＣＵのハードウェア構成について説明する。図２は、ＥＣＵのハードウェア構成を示す図である。
【００１９】
図２に示すように、ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３１１、ＲＡＭ３１２、ＲＯＭ３１３、入出力インターフェイス３１４を備える。ＣＰＵ３１１及びＲＡＭ３１２は、協働して冷却水バルブ２１の制御に係る処理を行う。また、ＲＯＭ３１３は、後述するラジエータ温度テーブル及びルックアップテーブルを格納する不揮発性メモリである。また、入出力インターフェイス３１４はＣＰＵ３１１の入出力に係るインターフェイスであり、ＣＰＵ３１１はこの入出力インターフェイス３１４を介してポジションセンサ２３、第１水温センサ２４、第２水温センサ２５による検出結果を取得するとともに、入出力インターフェイス３１４を介してモータ２２の操作量に応じた信号を駆動回路２６に出力する。この駆動回路２６は、モータ２２をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御するＰＷＭ回路であり、入力された信号の大きさに応じてパルス幅のデューティ比を変更してモータ２２を駆動する。
【００２０】
次に、流量制御装置の機能構成について説明する。図３は、流量制御装置の機能構成を示す図である。
【００２１】
図３に示すように、流量制御装置５は、判定部５１、目標温度補正部５２、選択部５３、定常負荷制御部５４、高負荷制御部５５を機能として備え、定常負荷制御部５４及び高負荷制御部５５は、目標とする流量である目標流量をバルブ制御装置６へ出力する。バルブ制御装置６は、この目標流量とエンジン温度とに基づいて冷却水バルブ２１の開度を制御する。また、高負荷制御部５５は、降温制御部５５１及び昇温制御部５５２を備える。なお、これらの機能は、上述したＣＰＵ３１１及びＲＡＭ３１２が協働することにより実現されるものとする。つまり、本実施の形態において、ＥＣＵ３１は流量制御装置５及びバルブ制御装置６として機能する。また、流量制御装置５には、図示しない上位装置により要求される目標温度、ＥＣＵ３１がエンジンのパラメータとして取得可能なエンジン回転数、マニホールド圧力、第１温度センサ２４により検出されるエンジン温度、第２温度センサ２５により検出されるラジエータ温度、が入力されるものとする。
【００２２】
判定部５１は、エンジン温度に対する判定、エンジン回転数とマニホールド圧力とに基づいて得られるエンジン負荷に対する判定を行う。ここでエンジン負荷はどのようなパラメータに基づいて得られるものであっても良い。目標温度補正部５２は、判定部５１による判定に基づいて、流量制御装置５に入力される目標温度を補正する。選択部５３は、判定部５１による判定結果に基づいて、目標流量を制御する制御部として定常負荷制御部５４、降温制御部５５１、昇温制御部５５２のいずれかを選択する。
【００２３】
定常負荷制御部５４、降温制御部５５１、昇温制御部５５２は、いずれも、目標温度とエンジン温度との偏差とラジエータ温度によるゲインスケジューリングとによってフィードバック流量を算出し、マニホールド圧力、エンジン回転数、ラジエータ温度に基づいてフィードフォワード流量を算出し、フィードバック流量をフィードフォワード流量により補正した流量を目標流量としてバルブ制御装置６へ出力する。ここで、フィードバック流量の算出において、定常負荷制御部５４は、流量制御装置５に入力された目標温度を用いるのに対し、降温制御部５５１及び昇温制御部５５２は目標温度補正部５２により補正された目標温度を用いる。また、定常負荷制御部５４、降温制御部５５１、昇温制御部５５２は、互いにその制御則が異なり、本実施の形態においては、降温制御部５５１、昇温制御部５５２に用いられるゲインは、定常負荷制御部５４に用いられるゲインよりも大きく設定される。なお、ここで制御則が異なるとは、目標流量の算出方法、算出に基づくパラメータ、算出に係る係数のうち、少なくともいずれかが異なることを示す。
【００２４】
次に、判定部及び目標温度補正部によって実行される目標温度補正処理の動作について説明する。図４は、目標温度補正処理の動作を示すフローチャートである。図５は、目標温度補正処理により補正された目標温度を示す概略図である。
【００２５】
図４に示すように、まず、判定部５１は、エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０１：第１判定部に相当）。ここで判定部５１は、エンジン回転数とマニホールド圧力に基づいて算出したエンジン負荷量が所定の第１閾値以上である場合、エンジンが高負荷であると判定する。
【００２６】
エンジンが高負荷状態である場合（Ｓ１０１，ＹＥＳ）、目標温度補正部５２は、エンジンが定常状態である際の目標温度である定常温度を所定の第１降下率で降下させる（Ｓ１０２：第１補正部に相当）。ここで第１降下率は、所定の時間当たりに降下される温度の時間に対する割合を示す。
【００２７】
次に、判定部５１は、第１降下率で降下された目標温度が第１温度以下であるか否かを判定する（Ｓ１０３：第５判定部に相当）。ここで第１温度は、図５に示すように、エンジンが高負荷状態にある場合において要求される目標温度である高負荷温度のバンド幅の上限にある温度とする。
【００２８】
第１降下率で降下された目標温度が第１温度以下である場合（Ｓ１０３，ＹＥＳ）、目標温度補正部５２は、目標温度を所定の第２降下率で降下させる（Ｓ１０４：第１補正部に相当）。ここで第２降下率は、第１降下率よりも小さく設定されるものとする。次に、判定部５１は、第２降下率で降下された目標温度が高負荷温度に達したか否かを判定する（Ｓ１０５：第２判定部に相当）。
【００２９】
第２降下率で降下された目標温度が高負荷温度に達した場合（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、目標温度補正部５２は、目標温度を高負荷温度に設定する（Ｓ１０６：第１補正部に相当）。
【００３０】
次に、判定部５１は、エンジンが定常負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０７：第３判定部に相当）。ここで判定部５１は、エンジン負荷量が所定の第２閾値未満である場合、エンジンが高負荷であると判定し、第２閾値は第１閾値よりも小さな値とする。
【００３１】
エンジンが定常負荷状態である場合（Ｓ１０７，ＹＥＳ）、目標温度補正部５２は、目標温度を所定の第１上昇率で上昇させる（Ｓ１０８：第２補正部に相当）。ここで第１上昇率は、所定の時間当たりに上昇される温度の割合を示す。
【００３２】
次に、判定部５１は、第１上昇率で上昇された目標温度が第２温度以上であるか否かを判定する（Ｓ１０９：第６判定部に相当）。ここで第２温度は、図５に示すように、定常温度のバンド幅の下限にある温度とする。
【００３３】
第１上昇率で上昇された目標温度が第２温度以上である場合（Ｓ１０９，ＹＥＳ）、目標温度補正部５２は、目標温度を所定の第２上昇率で上昇させる（Ｓ１１０：第２補正部に相当）。ここで第２上昇率は、第１上昇率よりも小さく設定されるものとする。次に、判定部５１は、第２上昇率で上昇された目標温度が定常温度に達したか否かを判定する（Ｓ１１１：第４判定部に相当）。
【００３４】
第２上昇率で上昇された目標温度が定常温度に達した場合（Ｓ１１１，ＹＥＳ）、判定部５１は、再度、エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
【００３５】
一方、第２上昇率で上昇された目標温度が定常温度に達しない場合（Ｓ１１１，ＮＯ）、目標温度補正部５２は、再度、目標温度を所定の第２上昇率で上昇させる（Ｓ１１０）。
【００３６】
また、ステップＳ１０９の判定において、第１上昇率で上昇された目標温度が第２温度以上でない場合（Ｓ１０９，ＮＯ）、目標温度補正部５２は、再度、目標温度を所定の第１上昇率で上昇させる（Ｓ１０８）。
【００３７】
また、ステップＳ１０７の判定において、エンジンが定常負荷状態でない場合（Ｓ１０７，ＮＯ）、判定部５１は、再度、エンジンが定常負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。
【００３８】
また、ステップＳ１０５の判定において、第２降下率で降下された目標温度が高負荷温度に達しない場合（Ｓ１０５，ＮＯ）、目標温度補正部５２は、再度、目標温度を所定の第２降下率で降下させる（Ｓ１０４）。
【００３９】
また、ステップＳ１０３の判定において、第１降下率で降下された目標温度が第１温度以下でない場合（Ｓ１０３，ＮＯ）、目標温度補正部５２は、再度、目標温度を所定の第１降下率で降下させる（Ｓ１０２）。
【００４０】
また、ステップＳ１０１の判定において、エンジンが高負荷状態でない場合（Ｓ１０１，ＮＯ）、判定部５１は、再度、エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
【００４１】
このような目標温度補正処理によれば、図５に示すように、エンジンが定常負荷状態から高負荷状態となってからＴ１時間を掛けて定常温度から高負荷温度となり、エンジンが高負荷状態から定常負荷状態となってからＴ２時間を掛けて高負荷温度から定常温度となるように目標温度が補正されるため、アンダーシュートやオーバーシュートが低減される。また、Ｔ１時間において、目標温度はＴ３時間を掛けて比較的大きな第１降下率で降下された後にＴ４時間を掛けて比較的小さな第２降下率で降下されるため、高負荷温度とする要求に対する応答時間を短縮させつつアンダーシュートを低減することができる。また、Ｔ２時間において、目標温度はＴ５時間を掛けて比較的大きな第１上昇率で上昇された後にＴ６時間を掛けて比較的小さな第２上昇率で上昇されるため、定常温度とする要求に対する応答時間を短縮させつつオーバーシュートを低減することができる。
【００４２】
次に、判定部及び選択部により実行される選択処理の動作について説明する。図６は、選択処理の動作を示すフローチャートである。
【００４３】
図６に示すように、まず、判定部５１は、エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。
【００４４】
エンジンが高負荷状態である場合（Ｓ２０１，ＹＥＳ）、選択部５３は、降温制御部５５１を選択し（Ｓ２０２）、判定部５１は、エンジンが定常負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。
【００４５】
エンジンが定常負荷状態である場合（Ｓ２０３，ＹＥＳ）、選択部５３は、昇温制御部５５２を選択し（Ｓ２０４）、判定部５１は、目標温度が定常負荷温度であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
【００４６】
目標温度が定常負荷温度である場合（Ｓ２０５，ＹＥＳ）、選択部５３は、定常負荷制御部５４を選択し（Ｓ２０６）、判定部５１は、再度、エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。
【００４７】
一方、目標温度が定常負荷温度ではない場合（Ｓ２０５，ＮＯ）、判定部５１は、再度、目標温度が定常負荷温度であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
【００４８】
また、ステップＳ２０３の判定において、エンジンが定常負荷状態でない場合（Ｓ２０３，ＮＯ）、判定部５１は、再度、エンジンが定常負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。
【００４９】
また、ステップＳ２０１の判定において、エンジンが高負荷状態でない場合（Ｓ２０１，ＮＯ）、選択部５３は、定常負荷制御部５４を選択する（Ｓ２０６）。
【００５０】
このような選択処理によれば、図５に示すように、エンジンが高負荷状態にある間は降温制御部による降温制御によって流量が制御され、エンジンが高負荷状態から定常負荷状態となり目標温度が定常負荷温度となるまでの間は昇温制御部による昇温制御によって流量が制御される。降温制御によれば、エンジン温度を高負荷温度まで比較的短時間で降下させることができ、また、エンジン温度を高負荷温度まで降下させた後においても増大する熱量に対応することができる。また、エンジンが高負荷状態から定常負荷状態となった後にエンジンブロックに蓄積された熱が遅れて放出されるために、エンジン温度を高負荷温度から定常負荷温度にする場合は定常負荷温度から高負荷温度とする場合と状況が異なるが、昇温制御によればその制御則を降温制御と異ならせることによって適切に対応することができる。なお、流量を制御する制御部を選択するとは、バルブ制御装置へ出力する流量として、いずれかの制御部により出力された流量を選択することを意味する。
【００５１】
本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００５２】
５  流量制御装置、１１  エンジン、５１  判定部、５２  目標温度補正部、５３  選択部、５４  定常負荷制御部、５５  高負荷制御部、５５１  降温制御部、５５２  昇温制御部。
【図１】
0006691355.tif 000002
【図２】
0006691355.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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