JPH045456A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に過給機付内
燃機関において有益な技術に関する。

〈従来の技術〉 排気ターボ過給機付内燃機関では、高負荷運転時に排気
温度が過度に上昇して排気弁、排気マニホールド若しく
は過給機のタービン等に熱的損傷が生ずることがある。

このため、従来においては、高負荷運転域（例えば６０
００ｒ、ｐ、ｍ、以上の高負荷運転域）の目標空燃比を
過度にリッチ化（最大出力空燃比よりもリッチ）して設
定し、燃料により燃焼室を冷却して排気温度を低下させ
るようにしている。

ここで、前記目標空燃比は、定常連続運転時に排気温度
が所定値以下になるように、設定されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、排気系には大きなヒートマスがあるので、定常
連続運転時には問題となる排気温度の上昇も、機関運転
状態が過渡的（加速運転時）に高負荷運転に入るときに
は問題とならず、逆に空燃比のオーバリッチ化により燃
費の悪化を招くと共に排気性状の悪化（特にＣＯ排出量
の増加）を招くという不具合がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、高
負荷連続運転時の排気系温度の上昇を抑制しつつ燃費及
び排気性状を向上できる内燃機関の冷却装置を提供する
ことを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は第１図に示すように、燃料供給量に
基づいて燃料供給手段Ａを駆動制御する燃料供給制御手
段Ｂと、点火時期に基づいて点火栓Ｃを駆動制御する点
火制御手段りと、の少なくとも一方を備える内燃機関に
おいて、機関負荷を検出する機関負荷検出手段Ｅと、機
関の冷却水温度若しくは冷却水温度に関連する状態を検
出する温度検出手段Ｆと、前記検出された機関負荷を少
なくともパラメータとして燃焼室における熱発生量を設
定する熱発生量設定手段Ｇと、前記検出された冷却水温
度若しくは冷却水温度に関連する状態に基づいて基本排
気系温度を設定する基本排気系温度設定手段Ｈと、前記
設定された熱発生量と基本排気系温度とに基づいて排気
系温度を推定する排気系温度推定手段Ｉと、推定された
排気系温度若しくは前記熱発生量の変化量を設定する変
化量設定手段Ｊと、設定された変化量と推定された排気
系温度とに基づいて当該排気系温度を低下させるべく冷
却補正量を設定する補正量設定手段にと、設定された冷
却補正量に基づいて、前記燃料供給量と点火時期との少
なくとも一方を補正する補正手段りと、を備えるように
した。

〈作用〉 このようにして、機関負荷を少なくともパラメータとし
て設定された熱発生量と、冷却水温度若しくはそれに関
連する状態に基づいて設定された基本排気系温度と、に
基づいて排気系温度を推定し、この排気系温度を推定す
ると共に、排気系温度若しくは熱発生量の変化量を求め
る。そして、変化用と排気系温度とに基づいて冷却補正
量を求め、この冷却補正量に基づいて燃料供給量と点火
時期との少なくとも一方を補正して排気系温度を低下さ
せるようにした。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第２図〜第７図に基づいて
説明する。

第２図において、機関１の吸気ボート近傍の吸気通路２
壁には燃料供給手段としての電磁式燃料噴射弁３が取付
けられ、燃料噴射弁３には燃料ポンプ（図示せず）から
燃料が圧送供給される。前記燃料噴射弁３は、制御装置
４からの駆動パルス信号により開弁されて、燃料を吸気
通路２に噴射供給する。

前記吸気通路２には排気ターボ過給機５のコンプレッサ
６が介装され、コンプレッサ６に軸結されたタービン７
は排気通路８に介装されている。

そして、タービン７を排気エネルギにて回転駆動させる
ことにより、コンプレッサ６にて吸気を加圧して燃焼室
に供給する。

前記機関１の燃焼室には点火栓９が設けられている。前
記点火栓７には制御装置４からの点火信号に基づいて点
火コイル１０にて発生する高電圧がディストリビュータ
１１を介して印加、され、これにより火花点火させて燃
料を燃焼させる。

前記制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ。

Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェースを含んで構成さ
れるマイクロコンピュータを備え、各種センサの信号に
基づいて燃料噴射弁３及び点火栓９を制御する。

前記ディストリビュータ１１にはクランク角センサ１２
が設けられ、クランク角センサエ２はレファレンス信号
（４気筒機関ではクランク角度で１８０゜毎）とポジシ
ョン信号（例えばクランク角度で２゜毎）とを前記制御
装置４に出力する。ここで、単位時間当りのポジション
信号の入力数或いはレファレンス信号の入力周期を測定
することにより、機関回転速度を検出できる。

排気通路８には酸素センサ１３が設けられ、酸素センサ
１３は排気中の酸素濃度を検出することにより空燃比を
検出する。ここで、酸素センサ１３は理論空燃比付近を
境として出力電圧が急変するものである。また、吸入空
気流量を検出する機関負荷検出手段としての熱線式エア
フローメータ１４と、機関１の冷却水温度を検出する水
温センサ１５と、が設けられ、これらの検出信号は制御
袋Ｗ４に入力される。

前記制御装置４には、動作電源としてまた電源電圧の検
出のために、バッテリ１６がエンジンキースイッチ１７
を介して接続されている。

前記制御装置４のＣＰＵは、第３図〜第７図に示すフロ
ーチャートに従って、作動し、燃料噴射弁３と点火栓９
とを駆動制御する。

ここでは、制御装置４（特にＣＰＵ）が燃料供給手段と
点火設定手段と熱発生量設定手段と基本排気系温度設定
手段と排気系温度推定手段と変化量設定手段と補正量設
定手段と補正手段とを構成する。

次に作用を第３図〜第７図のフローチャートに従って説
明する。第３図のフローチャートに示すルーチンは１０
ｍ５ｅｃ毎に時間周期で実行される。

まず、燃料噴射制御を説明する。

Ｓｌでは、クランク角センサ１２．酸素センサ１３゜エ
アフローメータ１４等の各種信号を読込む。

Ｓ２では、検出された吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎ
とに基づいて、基本噴射量Ｔ？（−ＫＱ／Ｎ；には定数
）を演算する。

Ｓ３では、各種補正係数Ｃ０ＥＦを次式により設定する
。

Ｃ０ＥＦ＝１＋水温増量補正係数＋空燃比補正係数士始
動及び始動後増量補正係数＋アイドル後増量係数＋加速
減量補正係数 ここで、前記空燃比補正係数は、機関回転速度と機関負
荷とによりマツプに割付けられており、通常運転領域で
は空燃比が理論空燃比になるように設定され、高負荷運
転域で理論空燃比よりリッチな最大出力空燃比になるよ
うに設定されている。

Ｓ４では、バッテリ１６の電圧値に基づいて電圧補正分
子、を設定する。これはバッテリ電圧の変動により燃料
噴射弁３の噴射量変動を防止するためである。

Ｓ５では、後述の第５図のフローチャートに不すルーチ
ンによって設定された空燃比フィートノベック補正係数
αを読込む。

Ｓ６では、後述の第７図のフローチャートに示すルーチ
ンによって設定された冷却のための冷却補正量としての
燃料増量補正係数ＫＨＯＴを読込む。

Ｓ７では、燃料噴射１ｉＴｉを次式により演算する。

Ｔ　ｒ−Ｔ　ｐ　Ｘ　ＣＯＥ　Ｆ　Ｘ　ｒｘ　Ｘ　Ｋ　
ＨＯＴ　＋　Ｔ　ｓＳ８では、演算された燃料噴射量Ｔ
、を出力レジスタにセットする。これにより、燃料噴射
弁３に燃料噴射量Ｔ、に対応するパルス幅の信号が出力
され、燃料噴射が行われる。

次に、フィードバック制御判定ルーチンを第４図のフロ
ーチャートに従って説明する。ここで、空燃比のフィー
ドバック制御は、低・中速回転かつ低・中負荷運転域で
行い、高回転又は高負荷運転域で停止される。

Ｓｌｌでは、機関回転速度に基づいてマツプから比較負
荷（Ｔ、）を演算する。この比較負荷は機関回転速度が
高くなるに従って小さくなるように設定されている。

Ｓ１２では、実際の負荷（Ｔｐ）が比較負荷以下か否か
を判定し、ＹＥＳのときすなわち低・中速回転かつ低・
中負荷運転域のときには３１３に進み、Ｎｏのときすな
わち高回転又は高負荷運転域のときにはＳ１４に進む。

Ｓ１３では、デイレイタイマを初期値にリセットした後
、Ｓ１７に進む。

Ｓ１４では、デイレイタイマのカウントを開始させる。

Ｓ１５では、デイレイタイマのカウント値が所定値以上
になったか否かを判定し、ＹＥＳのときすなわち高回転
又は高負荷運転域に移行してから前配所定値を経過した
ときにはフィードバック制御を停止させるべくＳ１８に
進みＮｏのときにはＳ１６に進む。

Ｓ１６では、機関回転速度が所定値（例えば３８００ｒ
、ｐ、ｍ、　）以上か否かを判定し、ＹＥＳのときには
フィードバンク制御を停止させるべくＳ１８に進みＮＯ
のときにはＳ１７に進む。

Ｓ１７では、フィードバック制御を行わせるべく空燃比
フラッグを１に設定する。

３１８では、フィードバック制御を停止させるべく空燃
比フラッグをＯに設定する。

このようにして設定された空燃比フラッグはＲＡＭに記
憶される。

次に、空燃比フィードバック補正係数αの設定ルーチン
を第５図のフローチャートに従って説明する。

Ｓ２１では、空燃比フラッグが１か否かを判定し、ＹＥ
Ｓのときにはフィードバック制御を行うべくＳ２２に進
みＮｏのときにはフィードバック制御を停止させるべく
Ｓ３０に進む。

Ｓ２２では、酸素センサ１３の出力電圧を読込む。

Ｓ２３では、読込まれた出力電圧と理論空燃比相当の基
準電圧とを比較することにより、実際の空燃比が理論空
燃比よりリッチか否かを判定し、ＹＥＳのときすなわち
リッチのときにはＳ２４に進みＮｏのときすなわちリー
ンのときにはＳ２７に進む。

Ｓ２４では、実際の空燃比がリーンからリッチに反転し
た初回か否かを判定し、ＹＥＳのときにはＳ２５に進み
ＮＯのときにはＳ２６に進む。

Ｓ２５では、前回ルーチンで設定された空燃比フィート
ハック補正係数αから比例骨Ｐを減じて新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

Ｓ２６では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
バック補正係数αから積分分Ｉを滅じて新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

このようにして、反転初回は空燃比を比例骨Ｐだけ急激
にリーン化させその後は空燃比を積分分■ずつ徐々にリ
ーン化させるべく空燃比フィードバンク補正係数αを設
定する。

Ｓ２７では、実際の空燃比がリッチからリーンに反転し
た初回か否かを判定し、ＹＥＳのときには３２８に進み
ＮＯのときにはＳ２９に進む。

３２８では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
ハック補正係数αを設定する。

Ｓ２９では、前回ルーチンで設定された空燃比フィード
バック補正係数αから積分分Ｉを滅して新たな空燃比フ
ィードバック補正係数αを設定する。

このようにして、反転初回は空燃比を象、激にリッチ化
させその後は空燃比を徐々にリッチ化させるべく空燃比
フィードバンク補正係数αを設定する。

Ｓ３０では、空燃比フィードバック補正係数αを所定値
（例えば１）にクランプして、フィードバック制御を停
止させる。

次に、点火時期制御を第７図のフローチャートに示すル
ーチンに従って説明する。

Ｓ３１では、クランク角センサ１２の検出信号を読込む
。

Ｓ３２では、検出された機関回転速度と機関負荷（例え
ば基本噴射量）とに基づいて基本点火時期ＡＤＶをマツ
プから検索する。

Ｓ３３では、後述の第７図の噴射に示すルーチンにて設
定された冷却用の冷却補正量としての点火時期進角量Ｋ
ＡＤＶを読込む。

Ｓ３４では、前記基本点火時期ＡＤＶと点火時期進角量
ＫＡＤＶとを加算して点火時期を求める。

このようにして求められた点火時期に点火信号を点火コ
イル１０に出力しディストリビュータ１１を介して点火
栓９を点火作動させる。

次に、燃料増量補正係数ＫＨＯＴ及び点火時期進角量Ｋ
ＡＤＶの設定ルーチンを第７図のフローチャートに従っ
て説明する。

Ｓ４１では、エアフローメータ１４、水温センサ１５等
の各種信号を読込む。

Ｓ４２では、検出された吸入空気流量と機関回転速度と
に基づいて燃焼室における熱発生量Ｈをマツプから検索
する。熱発生量Ｈは、吸入空気流量が増大するに従って
大きくなるように設定され、かつ機関回転速度が増大す
るに従って大きくなるように設定されている。

Ｓ４３では、前回ルーチンと今回ルーチンの熱発生量Ｈ
から熱発生量の変化量（変化率）を演算する。

Ｓ４４では、検出された冷却水温度に基づいて、基準排
気系温度Ｔ。は、冷却水温度が高くなるに従って高くな
るように設定されている。

Ｓ４５では、排気系温度Ｔを次式により演算して推定す
る。

Ｔ　＝　Ｔｏ　＋　（ＨＸ　Ｋ　）　／　ｎＫは熱量を
温度に変換する係数、ｎは燃焼室から排気系までの熱容
量であって実験的に求められる。

Ｓ４６では、推定された排気系温度Ｔと熱発生量の変化
量とに基づいて、排気温度を低下させるための燃料増量
補正係数ＫＯＨＯＴをマツプから検索する。このＫＨＯ
Ｔは１よりも大きくかつ排気系温度が高くなるほど大き
くなるように設定されている。また、前記変化量が大き
いほど燃料増量補正係数ＫＨＯＴは大きくなるように設
定されている。

Ｓ４７では、推定された排気系温度Ｔと前記変化量とに
基づいて、排気温度を低下させるための点火時期進角量
ＫＡＤＶをマツプから検索する。この点火時期進角量Ｋ
ＡＤＶは排気系温度が高くなればなるほど進角するよう
に設定されている。また、前記変化量が大きいほど点火
時期進角量が進角するように設定する。

このようにして設定された燃料増量補正係数ＫＨＯＴは
第３図のフローチャートに示すルーチンにて使用されて
、燃料増量（空燃比の過度なりツタ化）が行われる。ま
た、点火時期進角ＫＡＤＶは第６図のフローチャートに
示すルーチンにて使用されて、点火時期が進角されて排
気温度が低下される。

以上説明したように、吸入空気流量と機関回転速度とか
ら求められた熱発生量と、冷却水温度から求められた基
本排気系温度と、に基づいて排気系温度を推定すると共
に排気系温度若しくは熱発生量の変化量を求め、この排
気系温度と変化量に基づいて燃料噴射量の増量補正と点
火時期の進角補正とを行うようにしたので、高負荷域で
定常運転がなされても空燃比がオーバリッチ化されて燃
焼室が冷却され排気系温度の上昇を抑制できると共に点
火時期進角によっても排気系温度を抑制できる。このた
め、エンジン及び排気ターボ過給機の熱的損傷を防止し
て耐久性を向上できる。

また、過渡的に高負荷運転域に入る時には熱発生量も比
較的少なく排気系温度の上昇も抑制できるので、前記点
火時期進角量ＫＡＤＶ及び燃料増量補正係数ＫＨＯＴが
小さくなり、冷却のための燃料増量を抑制できる。この
ため、加速運転時の出力を向上できると共に、排気性状
の悪化及び燃費の悪化を抑制できる。特に、燃料増量と
点火時期進角とによって排気系温度を低下させるように
したので、燃料増量を抑制でき排気性状の悪化及び燃費
の悪化を抑制でき、また進角量を抑制できノッキングの
発生を防止できる。さらに、熱発生量の変化量から燃料
増量補正係数ＫＨＯＴと進角量とを求めるようにしたの
で、排気系温度の上昇度を正確に予測して、冷却を行う
ことができるため、冷却を高精度に行える。

尚、機関負荷としては、スロットル弁開度、吸気負圧等
が挙げられる。また、排気系温度の変化量を求めても良
い。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、機関負荷を少なくとも
パラメータとして熱発生量を求めると共に冷却水温度若
しくはこれに関連する状態から基本排気系温度を求めた
後、排気系温度を推定すると共に、排気系温度若しくは
熱発生量の変化量とに基づいて冷却用の燃料供給量補正
と点火時期補正との少なくとも一方を行うようにしたの
で、高負荷連続運転時の耐久性を従来例と同様に向上し
つつ、過渡運転時の出力向上と排気性状の向上と燃費の
向上とを図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例を示す構成図、第３図〜第７図は同上のフローチ
ャートである。 １・・・機関　　３・・・燃料噴射弁　　４・・・制御
装置５・・・排気ターボ過給機　　９・・・点火栓　　
１２・・・クランク角センサ　　１３・・・酸素センサ
　　１４・・・エアフローメータ　　１５・・・水温セ
ンサ特許出願人　　　日本電子機器株式会社代理人　弁
理士　笹　島　　冨二雄 第４図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料供給量に基づいて燃料供給手段を駆動制御する燃料
   供給制御手段と、点火時期に基づいて点火栓を駆動制御
   する点火駆動制御手段と、の少なくとも一方を備える内
   燃機関において、機関負荷を検出する機関負荷検出手段
   と、機関の冷却温度若しくは冷却水温度に関連する状態
   を検出温度検出手段と、前記検出された機関負荷を少な
   くともパラメータとして燃焼室における熱発生量を設定
   する熱発生量設定手段と、前記検出された冷却水温度若
   しくは冷却水温度に関連する状態に基づいて基本排気系
   温度を設定する基本排気系温度設定手段と、前記設定さ
   れた熱発生量と基本排気系温度とに基づいて排気系温度
   を推定する排気系温度推定手段と、推定された排気系温
   度若しくは前記熱発生量の変化量を設定する変化量設定
   手段と、設定された変化量と推定された排気系温度とに
   基づいて当該排気系温度を低下させるべく冷却補正量を
   設定する補正量設定手段と、前記燃料供給量と点火時期
   との少なくとも一方を補正する補正手段と、を備えたこ
   とを特徴とする内燃機関の冷却装置。