特開 2024-179428 内燃機関の制御装置

(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】P2024179428

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F01P 7/16 20060101AFI20241219BHJP

   F01P 3/02 20060101ALI20241219BHJP

   F02D 19/08 20060101ALI20241219BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F01P7/16 505F

F01P3/02 M

F01P3/02 P

F02D19/08 D

F02M37/00 341C

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098277

(22)【出願日】2023-06-15

(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】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高田 倫行

(72)【発明者】

【氏名】平田 義治

【テーマコード（参考）】

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G092AB05

3G092FA50

3G092HB06Z

(57)【要約】

【課題】製造コストを低減し、且つ、暖機時間をなるべく短縮可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【解決手段】アルコールを含む混合燃料を用いる内燃機関の制御装置は、混合燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、内燃機関のシリンダヘッド及びシリンダボディに形成された流路に冷却媒体を循環させる制御部と、を備える。シリンダヘッドには混合燃料の噴射口が配設される。制御部は、アルコール濃度が所定の閾値濃度以上である場合には、アルコール濃度が閾値濃度未満である場合よりも、シリンダヘッドが温まり易くなるように冷却媒体を循環させるように構成される。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルコールを含む混合燃料を用いる内燃機関の制御装置であって、
前記混合燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、
前記内燃機関のシリンダヘッド及びシリンダボディに形成された流路に冷却媒体を循環させる制御部と、を備え、
前記シリンダヘッドには前記混合燃料の噴射口が配設され、
前記制御部は、前記アルコール濃度が所定の閾値濃度以上である場合には、前記アルコール濃度が前記閾値濃度未満である場合よりも、前記シリンダヘッドが温まり易くなるように前記冷却媒体を循環させるように構成された、
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、アルコールを含む混合燃料を用いた内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、アルコールを含む混合燃料を用いた内燃機関を暖機する制御装置が知られている。アルコール濃度が高い混合燃料は低い温度では気化し難いという特性を有する。
例えば、特許文献１に記載の制御装置（以下、「従来装置」と称呼する。）は、上記特性を考慮して、低温時においては、温かい冷却媒体を内燃機関全体に循環させることにより内燃機関を温める。

【0003】

詳細には、従来装置は、温められた冷却媒体を保温した状態で貯蔵する蓄熱タンクを備える。従来装置は、蓄熱用ポンプを駆動して蓄熱タンクに貯蔵された冷却媒体を「内燃機関全体に形成された流路」に循環させる。これにより、内燃機関全体に蓄熱タンクに貯蔵された冷却媒体が循環するので、内燃機関全体が温められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－２５６７６６号公報

【発明の概要】

【0005】

従来装置は、蓄熱タンク及び蓄熱用ポンプを備える必要があるので、製造コストが高くなる。更に、従来装置は内燃機関全体を温めるので、暖機時間が長くなってしまう。暖機時間とは、混合燃料の温度が「混合燃料が気化し易くなるまでの温度」になるまでにかかる時間である。

【0006】

本発明は前述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、製造コストを低減し、且つ、暖機時間をなるべく短縮可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

【0007】

本発明の内燃機関（３０）の制御装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）は、
アルコールを含む混合燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサ（２２）と、
前記内燃機関のシリンダヘッド（３２）及びシリンダボディ（３４）に形成された流路に冷却媒体を循環させる制御部（２０）と、を備え、
前記シリンダヘッドには前記混合燃料の噴射口（３３ａ乃至３３ｃ）が配設され、
前記制御部は、前記アルコール濃度が所定の閾値濃度以上である場合には（ステップ２２０「Ｙｅｓ」）、前記アルコール濃度が前記閾値濃度未満である場合よりも（ステップ２２０「Ｎｏ」）、前記シリンダヘッドが温まり易くなるように前記冷却媒体を循環させる（ステップ２２５乃至２３５）ように構成されている。

【0008】

本発明装置によれば、混合燃料のアルコール濃度が閾値濃度以上である場合には、アルコール濃度が閾値濃度未満である場合よりも、シリンダヘッドが温まり易くなるように冷却媒体が循環する。これにより、噴射口が配設されたシリンダヘッドが温まり易く00ので、暖機時間を短縮でき且つ製造コストも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略システム構成図である。

【図2】図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する暖機制御ルーチンのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

第１実施形態に係る制御装置１０は、図１に示した構成要素を備え、車両ＶＡに適用される。

【0011】

本明細書において、「ＥＣＵ２０」は、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインタフェース等を含むマイクロコンピュータを主要部として備える電子式制御装置である。ＥＣＵ２０は制御部とも称呼される。

【0012】

ＥＣＵ２０は、後述する開始条件が成立した場合、内燃機関３０を温めるための暖気制御を実行する。

【0013】

ＥＣＵ２０は、濃度センサ２２及び温度センサ２４に接続されている。
濃度センサ２２は、内燃機関３０の燃料のアルコール濃度Ｃａｌを測定する。温度センサ２４は、内燃機関３０を循環する冷却媒体の温度を表すエンジン水温Ｔｅｎを測定する。ＥＣＵ２０は、これらのセンサ２２及び２４の測定値を取得する。

【0014】

上記開始条件は、エンジン水温Ｔｅｎが所定の閾値温度Ｔｔｈ以下であり且つアルコール濃度Ｃａｌが所定の閾値濃度Ｃｔｈ以上である場合に成立する。

【0015】

内燃機関３０は、ガソリン及び「ガソリンとアルコールとを含む混合燃料」の何れかを燃料として運転可能である。
内燃機関３０は、シリンダヘッド３２及びシリンダボディ３４を備える。本例の内燃機関３０は複数のシリンダを有する。シリンダの上側はシリンダヘッド３２内に形成され、下側はシリンダボディ３４内に形成されている。

【0016】

シリンダヘッド３２には、各シリンダに対応して噴射口３３ａ乃至３３ｃが形成されている。以下、これらを「噴射口３３」と称呼する場合もある。

【0017】

燃料は、噴射口３３からシリンダ内に向けて噴射され、シリンダ内で燃焼する。燃料が燃焼したときに発生する排気ガスは、排気管３５を通って車外及び／又は後述するＥＧＲクーラ４２に排出される。

【0018】

シリンダヘッド３２にヘッド流路３６ａが形成され、シリンダボディ３４にボディ流路３６ｂが形成されている。ヘッド流路３６ａ及びボディ流路３６ｂは、シリンダヘッド３２及びシリンダボディ３４が嵌合したときに各シリンダを冷却するための流路３７ａ乃至３７ｃを形成する。以下、これらを「流路３７」と称呼する場合もある。

【0019】

流路３７ａ乃至３７ｃには、それぞれ、冷却媒体をヘッド流路３６ａに流さないようにするための弁３９ａ乃至３９ｃが設けられている。以下、これらを「弁３９」と称呼する場合もある。これらの弁３９は、開始条件が成立しない限り、開放されている。

【0020】

ＥＣＵ２０はポンプ４０に接続されている。ポンプ４０が順回転している場合には、冷却媒体は、シリンダボディ３４に設けられた第１入口３８ａから流れ込み、流路３７をシリンダボディ３４からシリンダヘッド３２に向かって流れる。そして、冷却媒体はシリンダヘッド３２に設けられた第１出口３８ｂから、「後述するＥＧＲクーラ４２、ヒータ４４及びラジエータ４６」へと排出される。なお、第１出口３８ｂ付近には、上記排気管３５が設けられている。

【0021】

排気管３５は、第１排気管３５ａ及び第２排気管３５ｂに分岐する。第１排気管３５ａは、排気ガスを車外へと排気する。第２排気管３５ｂは、排気ガスをＥＧＲクーラ４２へと導く。なお、排気管３５の分岐点には図示しない弁が配設されており、その弁は、エンジン水温Ｔｅｎが閾値温度Ｔｔｈ以下である場合には、排気ガスを第２排気管３５ｂへと流入させないようにする。

【0022】

ＥＧＲクーラ４２は、排気ガスを冷却媒体により冷却する。ＥＧＲクーラ４２の詳細は、特開２０２２－５９２１９号公報に記載されている。エンジン水温Ｔｅｎが閾値温度Ｔｔｈよりも大きい場合にはＥＧＲクーラ４２に高温の排気ガスが流入しているため、冷却媒体は排気ガスを冷やす。このため、冷却媒体は温められる。エンジン水温Ｔｅｎが閾値温度Ｔｔｈ以下である場合にはＥＧＲクーラ４２に排気ガスが流入しないので、冷却媒体は温められも冷やされもしない。

【0023】

ヒータ４４は車室内を温める。ヒータ４４の作動中にヒータ４４を通過した冷却媒体は車室内を温めるために放熱するため、冷却媒体は冷やされる。ラジエータ４６を通過した冷却媒体は冷やされる。

【0024】

サーモスタット４８は、サーモスタット４８を通過する冷却媒体の温度が所定の温度未満である場合には、ＥＧＲクーラ４２及びヒータ４４側を開放し、ラジエータ４６側を閉塞する。上記温度が所定の温度以上である場合には、サーモスタット４８は、ＥＧＲクーラ４２及びヒータ４４側を閉塞し、ラジエータ４６側を開放する。開始条件の判定に用いられる上記閾値温度Ｔｔｈは上記所定の温度よりも低い値に設定されている。

【0025】

シリンダヘッド３２には第２入口５０ａが形成されている。調整弁５０は、第２入口５０ａに流入する冷却媒体の流入量を調整する。上記開始条件が成立していない場合には、調整弁５０は第２入口５０ａへの流路を閉塞するので、冷却媒体は第２入口５０ａへ流れこまない。

【0026】

（作動の概要）
上記開始条件が成立した場合、混合燃料は気化し難くなっている可能性が高い。上記開始条件が成立した場合にはサーモスタット４８はＥＧＲクーラ４２及びヒータ４４側を開放し、ラジエータ４６側を閉塞している。このため、開始条件が成立した場合、ＥＧＲクーラ４２には排気ガスが流入しないので、ＥＧＲクーラ４２を通過した冷却媒体は温めも冷やされもしない。開始条件が成立した場合、ヒータ４４が作動している可能性が高い。このため、ヒータ４４を通過した冷却媒体は冷やされている可能性が高い。このような冷却媒体が流路３７を循環すると、噴射口３３aが設けられたシリンダヘッド３２は冷やされてしまい、温まり難くなる。

【0027】

そこで、本実施形態では、上記開始条件が成立した場合、上記開始条件が成立しない場合に比べて、シリンダヘッド３２が温まり易くなるように冷却媒体を循環させる。具体的には、上記開始条件が成立した場合には、ＥＣＵ２０は、弁３９を閉塞して冷却媒体がヘッド流路３６ａへ流れないようにする。更に、ＥＣＵ２０は、調整弁５０を開放することにより冷却媒体を第２入口５０ａへ流れこむようにする。調整弁５０の開度は、アルコール濃度Ｃａｌが高いほど小さくなる。例えば、調整弁５０の開度を「３０％」にすると、ポンプ４０から吐出される冷却媒体の流量の３割が第２入口５０ａに流れこみ、７割が第１入口３８ａへ流れこむ。

【0028】

第２入口５０ａに流れ込んだ冷却媒体はヘッド流路３６ａを通過して第１出口３８ｂから排出される。一方、開始条件が成立した場合には弁３９が閉塞されているため、第１入口３８ａに流れこんだ冷却媒体はボディ流路３６ｂを通過して第２出口５０ｂから排出される。第２出口５０ｂは、シリンダボディ３４の上方に形成されている。

【0029】

以上により、上記開始条件が成立した場合、上記開始条件が成立しない場合に比べて、ヘッド流路３６ａに流れる冷却媒体の流量は少なくなる。このため、上記開始条件が成立した場合、上記開始条件が成立しない場合に比べて、シリンダヘッド３２は冷やされ難くなるので、シリンダヘッド３２は温まり易くなる。更に、蓄熱用ポンプ及び蓄熱タンクを備える必要がないので、製造コストを低減できる。

【0030】

（具体的作動）
ＥＣＵ２０のＣＰＵ（以下、「ＣＰＵ」と称呼する。）は、図２にフローチャートにより示した暖機制御ルーチンを所定時間が経過する毎に実行する。

【0031】

適当な時点が到来すると、ＣＰＵは、図２のステップ２００から処理を開始し、処理をステップ２０５に進める。ステップ２０５にて、ＣＰＵは、エンジン水温Ｔｅｎが閾値温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。

【0032】

エンジン水温Ｔｅｎが閾値温度Ｔｔｈよりも大きい場合（ステップ２０５：Ｎｏ）、上記開始条件は成立しない。この場合、ＣＰＵは、ステップ２１０及び２１５を実行する。
ステップ２１０：ＣＰＵは、弁３９を開放させる。
ステップ２１５：ＣＰＵは、調整弁５０の第２入口５０ａへの流路を閉塞させる。
その後、ＣＰＵは、処理をステップ２９５に進め、本ルーチンを一旦終了する。

【0033】

エンジン水温Ｔｅｎが閾値温度Ｔｔｈ未満である場合（ステップ２０５：Ｙｅｓ）、ステップ２２０にて、ＣＰＵは、アルコール濃度Ｃａｌが閾値濃度Ｃｔｈ以上であるか否かを判定する。

【0034】

アルコール濃度Ｃａｌが閾値濃度Ｃｔｈ未満である場合（ステップ２２０：Ｎｏ）、上記開始条件は成立しない。この場合、ＣＰＵは、ステップ２１０及び２１５を実行し、ステップ２９５にて本ルーチンを一旦終了する。

【0035】

アルコール濃度Ｃａｌが閾値濃度Ｃｔｈ以上である場合（ステップ２２０：Ｙｅｓ）、上記開始条件は成立する。この場合、ＣＰＵは、ステップ２２５乃至２３５を実行する。

【0036】

ステップ２２５：ＣＰＵは、弁３９を閉塞させる。

【0037】

ステップ２３０：ＣＰＵは、アルコール濃度Ｃａｌに基いて、調整弁５０の目標弁開度Ｖｔｇｔを特定する。
詳細には、ＣＰＵは、図示しない弁開度マップにアルコール濃度Ｃａｌを適用することにより目標弁開度Ｖｔｇｔを特定する。弁開度マップには、アルコール濃度Ｃａｌが高いほど目標弁開度Ｖｔｇｔが小さくなるように、アルコール濃度Ｃａｌと目標弁開度Ｖｔｇｔとの関係が定義されている。

【0038】

ステップ２３５：ＣＰＵは、調整弁５０の弁開度が目標弁開度Ｖｔｇｔと一致するように調整弁５０を制御する。
その後、ＣＰＵは、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

【0039】

以上により、開始条件が成立した場合には、開始条件が成立しない場合と比べて、シリンダヘッド３２に流れる冷却媒体の流量が少なくなるのでシリンダヘッド３２は温まり易くなる。これにより、製造コストを低減でき、且つ、暖機時間も可能な限り短縮できる。

【0040】

開始条件が成立した場合には、開始条件が成立しない場合と比べて、シリンダヘッド３２に流れる冷却媒体の流量が少なくなる構成であれば、上記実施形態の構成に限定されない。上記実施形態の構成と異なる構成である以下の第１構成及び第２構成を例示する。

【0041】

＜第１構成＞シリンダヘッド３２にヘッド流路３６ａと異なるサブ流路（不図示）が形成されている。この構成の調整弁５０は、サブ流路の入口に流入する冷却媒体の流入量を調整する。開始条件が成立した場合に弁３９が閉塞され、第１実施形態と同様に調整弁５０の開度は制御される。

【0042】

＜第２構成＞弁３９の開度が調整弁５０のように調整可能である。開始条件が成立した場合には、アルコール濃度Ｃａｌが高くなるほど小さくなるように弁３９の開度が制御される。この構成では、制御装置１０は調整弁５０を備えなくてもよい。

【0043】

（第２実施形態）第２実施形態に係る制御装置１０は、開始条件が成立した場合、ポンプ４０を逆回転させる。第２実施形態に係る制御装置１０は、弁３９及び調整弁５０を備えなくてもよい。更に、シリンダヘッド３２には第２入口５０ａが形成されなくてもよく、シリンダボディ３４には第２出口５０ｂが形成されなくてもよい。

【0044】

上記したように、第１出口３８ｂ付近には高温の排気ガスが通過する排気管３５が設けられる。高温の排気ガスにより第１出口３８ｂ付近の冷却媒体は温められる。

【0045】

ポンプ４０が逆回転すると第１出口３８ｂから冷却媒体が流れこみ、冷却媒体は流路３７をシリンダヘッド３２からシリンダボディ３４に向かって流れ、第１入口３８ａから流れ出る。このため、第１出口３８ｂ付近で高温の排気ガスにより温められた冷却媒体がシリンダヘッド３２に流れこむ。これにより、開始条件が成立した場合には、開始条件が成立しない場合に比べて、シリンダヘッド３２が温まり易いように冷却媒体が循環する。なお、開始条件が成立した場合、アルコール濃度Ｃａｌが高いほど、シリンダヘッド３２への温められた冷却媒体の流入量を増やすためにポンプ４０の回転数を高めてもよい。

【符号の説明】

【0046】

１０…制御装置、２０…ＥＣＵ、３０…内燃機関、３２…シリンダヘッド、３３ａ乃至３３ｃ…噴射口、３４…シリンダボディ、３７ａ乃至３７ｃ…流路。

【図1】

【図2】