特開 2024-171513 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171513

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 368F

F02D45/00 366

F02D45/00 360A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088559

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 崇文

【テーマコード（参考）】

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G384BA04

3G384BA09

3G384BA13

3G384BA31

3G384BA58

3G384CA01

3G384DA12

3G384DA27

3G384EA01

3G384FA01Z

3G384FA28Z

3G384FA37Z

3G384FA40Z

(57)【要約】

【課題】ヒータへの通電を適切なタイミングで開始させることができる技術を提供する。
【解決手段】エンジンシステムは、エンジンと、エンジンの冷却水の水温を検出する水温センサと、エンジンに吸入される空気量を検出する空気量センサと、エンジンの排ガスに含まれる酸素量を検出する酸素センサと、酸素センサを加熱するためのヒータと、エンジンの始動後に、空気量センサによる検出値の積算空気量が所定空気量に達し、かつ、水温センサによる検出温度が閾値温度に達したときに、ヒータへの通電を開始する制御装置と、を備えている。制御装置は、水温センサによる検出温度が閾値温度に達する前に、積算空気量が所定空気量に達したときに、（１）エンジンの始動時における冷却水の水温に、所定空気量から予側される温度上昇幅を加算して、冷却水の予測される到達水温を推定し、（２）水温センサによって検出された実際の到達水温を、推定された到達水温で除算した温度割合に応じて、閾値温度を補正する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンシステムであって、
エンジンと、
前記エンジンの冷却水の水温を検出する水温センサと、
前記エンジンに吸入される空気量を検出する空気量センサと、
前記エンジンの排ガスに含まれる酸素量を検出する酸素センサと、
前記酸素センサを加熱するためのヒータと、
前記エンジンの始動後に、前記空気量センサによる検出値の積算空気量が所定空気量に達し、かつ、前記水温センサによる検出温度が閾値温度に達したときに、前記ヒータへの通電を開始する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記水温センサによる前記検出温度が前記閾値温度に達する前に、前記積算空気量が前記所定空気量に達したときに、
（１）前記エンジンの始動時における前記冷却水の水温に、前記所定空気量から予側される温度上昇幅を加算して、前記冷却水の予測される到達水温を推定し、
（２）前記水温センサによって検出された実際の到達水温を、前記推定された到達水温で除算した温度割合に応じて、前記閾値温度を補正する、
エンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、エンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、エンジンと、エンジンの冷却水の水温を検出する水温センサと、エンジンに吸入される空気量を検出する空気量センサと、エンジンの排ガスに含まれる酸素量を検出する酸素センサと、酸素センサを加熱するためのヒータと、制御装置と、を備えるエンジンシステムが開示されている。制御装置は、エンジン水温が、閾値温度（空燃比フィードバック制御開始水温－所定値）に到達した時点で、ヒータへの通電を開始する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２８６１１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のエンジンシステムでは、制御装置は、酸素センサによって検出される酸素量を利用して、実際の空燃比を目標空燃比に近づけるための空燃比フィードバック制御を行っている。このようなシステムにおいて、酸素センサによって検出される酸素量の検出精度を維持するためには、酸素センサが活性化されている必要がある。特許文献１のエンジンシステムでは、ヒータを加熱させることによって、酸素センサが活性化されている。大気中の水蒸気の一部が結露することによって、酸素センサに水が付着することがある。この状態においてヒータが加熱されると、ヒータに付着している水の突沸によって酸素センサの素子が割れてしまうおそれがある。このような事態を防止するために、エンジンの始動後における空気量の積算値が所定空気量に到達し、かつ、エンジン水温が閾値温度以上になる場合に、ヒータへの通電を開始させる構成が考えられる。エンジンの始動後における空気量の積算値が所定空気量に到達し、かつ、エンジン水温が閾値温度以上になっていれば、エンジンに付着していた水が蒸発している可能性が高いからである。しかしながら、エンジンのサーモスタットが故障した等の理由で、エンジン水温が閾値温度以上にならない状況が発生し得る。この場合、ヒータへの通電が開始されないために、空燃比フィードバック制御が行うことができなくなる。

【0005】

本明細書では、ヒータへの通電を適切なタイミングで開始させることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本技術の第１の態様では、エンジンと、前記エンジンの冷却水の水温を検出する水温センサと、前記エンジンに吸入される空気量を検出する空気量センサと、前記エンジンの排ガスに含まれる酸素量を検出する酸素センサと、前記酸素センサを加熱するためのヒータと、前記エンジンの始動後に、前記空気量センサによる検出値の積算空気量が所定空気量に達し、かつ、前記水温センサによる検出温度が閾値温度に達したときに、前記ヒータへの通電を開始する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記水温センサによる前記検出温度が前記閾値温度に達する前に、前記積算空気量が前記所定空気量に達したときに、（１）前記エンジンの始動時における前記冷却水の温度に、前記所定空気量から予側される温度上昇幅を加算して、前記冷却水の予測される到達水温を推定し、（２）前記水温センサによって検出された実際の到達水温を、前記推定された到達水温で除算した温度割合に応じて、前記閾値温度を補正する。

【0007】

上記の構成によると、制御装置は、実際の到達水温を推定された到達水温で除算した温度割合に応じて閾値温度を補正し、エンジン水温が閾値温度以上になる場合に、ヒータへの通電を開始する。この場合、エンジン水温の上昇率に応じて、閾値温度が補正される。従って、エンジン水温が閾値温度以上にならない状況が発生することを抑制することができ、ヒータへの通電を適切なタイミングで開始させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】車両１０の模式図。

【図2】制御装置５０によって実行されるヒータ処理のフローチャートを示す図である。

【図3】ケースＡ、ケースＢにおけるタイムチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施例）
図１に示すように、車両１０は、エンジンシステム２０を備えている。車両１０は、エンジン車両、ハイブリッド車両を含む。

【0010】

エンジンシステム２０は、エンジン３０と、インジェクタ３２と、触媒３４と、水温センサ３６と、空気量センサ３８と、酸素センサ４０と、ヒータ４２と、制御装置５０と、を備えている。

【0011】

インジェクタ３２は、燃料供給通路を介して燃料タンクに接続されている（いずれも図示省略）。インジェクタ３２は、燃料タンクから供給される燃料をエンジン３０に供給する。

【0012】

触媒３４は、エンジン３０から排出される排ガスに含まれている化学物質を浄化する。触媒３４は、例えば三元触媒であり、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化又は還元する。

【0013】

水温センサ３６は、エンジン３０の冷却水の水温であるエンジン水温を検出する。空気量センサ３８は、エンジン３０に吸入される空気量を検出する。酸素センサ４０は、エンジン３０から排出される排ガスに含まれる酸素量を検出する。ヒータ４２は、酸素センサ４０を加熱する。

【0014】

制御装置５０は、ＣＰＵ５２と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリ５４と、を備えている。ＣＰＵ５２は、メモリ５４に記憶されているプログラム５６に従って、様々な処理を実行する。ＣＰＵ５２は、酸素センサ４０によって検出される酸素量を利用して、実際の空燃比を目標空燃比に近づけるための空燃比フィードバック制御を実行する。具体的には、ＣＰＵ５２は、実際の空燃比が目標空燃比に一致するように、インジェクタ３２の動作を制御する。空燃比フィードバック制御は、触媒３４の浄化作用を最大化するための制御である。

【0015】

メモリ５４には、さらに、基準温度と、エンジン水温推定情報と、が記憶されている。基準温度及びエンジン水温推定情報は、後述するヒータ処理（図２参照）で利用される情報である。基準温度は、ヒータ４２への通電を開始するためのエンジン水温の閾値温度の基準値である。一例ではあるが、基準温度は、７５℃である。エンジン水温推定情報は、エンジン３０の始動後における空気量の積算値が所定空気量に到達した際に予測される冷却水のエンジン水温である到達水温を推定するための情報である。一例ではあるが、エンジン水温推定情報には、エンジン３０の始動時におけるエンジン水温である始動時水温に対する温度上昇幅が記憶される。

【0016】

（ヒータ処理；図２）
図２を参照して、制御装置５０のＣＰＵ５２によって実行されるヒータ処理について説明する。制御装置５０は、エンジン３０が始動する場合に、図２の処理を開始する。

【0017】

Ｓ１０において、制御装置５０は、始動時水温をメモリ５４に記憶する。

【0018】

Ｓ１２において、制御装置５０は、エンジン３０の始動後における空気量の積算値が所定空気量以上になることを監視する。制御装置５０は、積算値が所定空気量以上になる場合に、Ｓ１２でＹＥＳと判断し、Ｓ１４に進む。所定空気量は、酸素センサ４０に付着されている水が突沸せずに、緩慢に蒸発するのに十分な値が設定される。

【0019】

Ｓ１４において、制御装置５０は、メモリ５４に記憶されている始動時水温とエンジン水温推定情報とを利用して、積算値が所定空気量に到達した際に予測される冷却水の到達水温を推定する。本実施例では、制御装置５０は、始動時水温に、所定空気量から予側される温度上昇幅を加算して、到達水温を推定する。

【0020】

Ｓ１６において、制御装置５０は、水温センサ３６による検出温度を、積算値が所定空気量に到達した際の冷却水の実際の到達水温として特定し、実際の到達水温を推定された到達水温で除算する（推定された到達水温／実際の到達水温）ことによって温度割合を算出する。

【0021】

Ｓ１８において、制御装置５０は、Ｓ１６で算出された温度割合とメモリ５４内の基準温度とを利用して、閾値温度を決定する。具体的には、制御装置５０は、温度割合が「１」以下である場合に、基準温度に温度割合を乗算する（基準温度＊温度割合）ことによって、閾値温度を決定する。なお、制御装置５０は、温度割合が「１」よりも大きい場合、基準温度を閾値温度として決定する。このように、制御装置５０は、温度割合が「１」以下である場合に、基準温度を補正することによって、閾値温度を決定する。

【0022】

Ｓ２０において、制御装置５０は、エンジン水温がＳ１８で決定された閾値温度以上になることを監視する。制御装置５０は、エンジン水温が閾値温度以上になる場合に、Ｓ２０でＹＥＳと判断し、Ｓ２２に進む。

【0023】

Ｓ２２において、制御装置５０は、ヒータ４２への通電を開始する。これにより、ヒータ４２が活性化される。

【0024】

Ｓ２４において、制御装置５０は、酸素センサ４０によって検出される空気量を利用した空燃比フィードバック制御を開始する。制御装置５０は、Ｓ２４が終了すると、図２の処理を終了する。

【0025】

（ケースＡ、ケースＢ；図３）
図３を参照して、図２のヒータ処理によって実現されるケースＡ、ケースＢについて説明する。図３のタイムチャートにおいて、縦軸はエンジン水温を示す。ケースＡでは、エンジン３０のサーモスタット（図示省略）が正常であり、ケースＢでは、エンジン３０のサーモスタットが故障している。図３では、ケースＡにおけるエンジン水温の推移を細線で示し、ケースＢにおけるエンジン水温の推移を太線で示している。ケースＡ、Ｂでは、時刻Ｔ０においてエンジン３０が始動される。

【0026】

（ケースＡ）
時刻Ｔ０において、制御装置５０は、始動時水温ＴＥ１をメモリ５４に記憶する（図２のＳ１０）。次いで、時刻Ｔ１において、制御装置５０は、積算値が所定空気量以上になったと判断し（Ｓ１２）、始動時水温ＴＥ１とエンジン水温推定情報とを利用して、到達水温ＴＥ２を推定する（Ｓ１４）。次いで、制御装置５０は、実際の到達水温ＴＥ３を特定し、温度割合（実際の到達水温ＴＥ３／推定された到達水温ＴＥ２）を算出する（Ｓ１６）。本ケースでは、実際の到達水温ＴＥ３が推定された到達水温ＴＥ２よりも高いために、温度割合は「１」より大きい。次いで、制御装置５０は、温度割合が「１」よりも大きいと判断し、基準温度ＴＥＳを閾値温度として決定する（Ｓ１８）。

【0027】

時刻Ｔ２において、制御装置５０は、エンジン水温が閾値温度以上になったと判断し（Ｓ２０でＹＥＳ）、ヒータ４２への通電を開始し（Ｓ２２）、空燃比フィードバック制御を開始する（Ｓ２４）。

【0028】

（ケースＢ）
ケースＡと同様に、時刻Ｔ０において、制御装置５０は、始動時水温ＴＥ１をメモリ５４に記憶する（図２のＳ１０）。次いで、時刻Ｔ１において、制御装置５０は、積算値が所定空気量以上になったと判断し（Ｓ１２）、始動時水温ＴＥ１とエンジン水温推定情報とを利用して、到達水温ＴＥ２を推定する（Ｓ１４）。次いで、制御装置５０は、実際の到達水温ＴＥ１３を特定し、温度割合（実際の到達水温ＴＥ１３／推定された到達水温ＴＥ２）を算出する（Ｓ１６）。本ケースでは、実際の到達水温ＴＥ１３が推定された到達水温ＴＥ２よりも低いために、温度割合は「１」よりも小さい。次いで、制御装置５０は、基準温度ＴＥＳに温度割合を乗算することによって、閾値温度ＴＥ１４を決定する（Ｓ１８）。閾値温度ＴＥ１４は、ケースＡの閾値温度ＴＥ４よりも低い。

【0029】

時刻Ｔ１２において、制御装置５０は、エンジン水温が閾値温度ＴＥ１４以上になったと判断し（Ｓ２０でＹＥＳ）、ヒータ４２への通電を開始し（Ｓ２２）、空燃比フィードバック制御を開始する（Ｓ２４）。

【0030】

上述のように、エンジンシステム２０は、エンジン３０と、エンジン３０の冷却水のエンジン水温を検出する水温センサ３６と、エンジン３０に吸入される空気量を検出する空気量センサ３８と、エンジン３０の排ガスに含まれる酸素量を検出する酸素センサ４０と、酸素センサ４０を加熱するためのヒータ４２と、エンジン３０の始動後に、空気量センサ３８による検出値の積算空気量が所定空気量に達し（図２のＳ１２でＹＥＳ）、かつ、水温センサ３６による検出温度が閾値温度に達したとき（Ｓ２０でＹＥＳ）に、ヒータ４２への通電を開始する（Ｓ２２）制御装置５０と、を備えている。制御装置５０は、水温センサ３６による検出温度が閾値温度に達する前に、積算空気量が所定空気量に達したときに、（１）エンジン３０の始動時における冷却水の水温に、所定空気量から予側される温度上昇幅を加算して、冷却水の予測される到達水温を推定し（Ｓ１４）、（２）水温センサ３６によって検出された実際の到達水温を、推定された到達水温で除算した温度割合に応じて、閾値温度を補正する（Ｓ１６、Ｓ１８）。

【0031】

上記の構成によると、制御装置５０は、実際の到達水温を推定された到達水温で除算した温度割合に応じて閾値温度を決定し、エンジン水温が閾値温度以上になる場合に、ヒータ４２への通電を開始する。この場合、エンジン水温の上昇率に応じて、閾値温度が補正される。従って、エンジン水温が閾値温度以上にならない状況が発生することを抑制することができ、ヒータ４２への通電を適切なタイミングで開始させることができる。

【符号の説明】

【0032】

１０：車両、２０：エンジンシステム、３０：エンジン、３２：インジェクタ、３４：触媒、３６：水温センサ、３８：空気量センサ、４０：酸素センサ、４２：ヒータ、５０：制御装置、５２：ＣＰＵ、５４：メモリ、５６：プログラム

【図1】

【図2】

【図3】