JP2004316472A - Cooling system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の水冷式冷却水装置、特に、機械的に駆動されるウォータポンプおよびサーモスタットに代えて、電動ウォータポンプおよび電子制御型流量制御弁を用いた冷却水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1には、内燃機関のウォータジャケットに冷却水を強制循環させるウォータポンプとして、回転数を任意に制御し得る電動ウォータポンプを用いるとともに、開度を任意に制御可能な電動サーモスタットによってラジエータ側に流れる流量を制御するようにした内燃機関の冷却装置が開示されている。
【0003】
このものでは、ウォータジャケット内の冷却水温度が第1閾値に達するまでは電動ウォータポンプを停止しておき、第1閾値を越えたら、電動ウォータポンプの連続運転を開始する構成となっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−303841号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、内燃機関の冷間始動後の暖機運転中に、冷却水温度が第1閾値を越えた段階で、電動ウォータポンプの連続運転が開始するので、内燃機関で発生した熱エネルギが不必要に多く外部に放出され、内燃機関の暖機性能の点で、なお改善の余地がある。また、この熱エネルギの無駄を少なくすべく上記第1閾値を高い温度に設定すると、ウォータジャケット内で冷却水が滞留したまま長時間運転されることになるので、内燃機関各部での温度の偏りが非常に大きくなり、好ましくない。つまり、より一層の暖機促進と温度の偏りの抑制とを両立させることが困難である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の冷却装置は、ラジエータ入口通路およびラジエータ出口通路を介して内燃機関のウォータジャケットに接続されたラジエータと、上記ラジエータ出口通路に配置された電動ウォータポンプと、上記ラジエータ入口通路から上記電動ウォータポンプの吸入側に至るバイパス通路と、上記ラジエータ出口通路もしくは上記ラジエータ入口通路に配置されて上記ラジエータへの冷却水の通流を制御する電子制御型流量制御弁と、上記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検出する水温センサと、を備えている。
【0007】
そして、冷間始動後、上記水温センサにより検出される冷却水温度が所定値未満であれば上記流量制御弁を全閉に保ちつつ上記電動ウォータポンプを停止し、所定値以上であれば、上記電動ウォータポンプを所定時間ずつ断続的に駆動するようになっている。
【0008】
このように暖機運転中に電動ウォータポンプを所定時間ずつ断続的に駆動することにより、ウォータジャケット内の冷却水が適度に入れ替わり、内燃機関各部の温度の偏りは低減する。そして、連続運転する場合に比べて、外部へ放出される熱エネルギは少ない。
【0009】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、冷間始動後、冷却水温度が所定値以上となった段階で電動ウォータポンプを断続運転するので、内燃機関各部の温度の偏りを抑制しつつ良好な暖機性能を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1は、自動車用内燃機関1の冷却装置に適用した本発明の一実施例を示すもので、内燃機関1の内部にウォータジャケットが形成されており、内燃機関1の長手方向の一端部に冷却水入口1aが、他端部に冷却水出口1bが、それぞれ設けられている。上記冷却水出口1bは、ラジエータ入口通路2を介してラジエータ3の上部に接続されている。上記冷却水入口1aは、ラジエータ出口通路4を介してラジエータ3の下部に接続されている。そして、上記冷却水入口1aの直前位置に、電動ウォータポンプ5が配置されている。これらによって、ラジエータ3を含む基本的な冷却水循環系が構成されており、内燃機関1のウォータジャケットで高温となった冷却水がラジエータ3で放熱して再び内燃機関1へと循環する形となっている。上記電動ウォータポンプ5は、適宜な形式のポンプを電動モータにより駆動するように構成したものであって、例えば、駆動パルス信号のONデューティ比を可変制御することによって、その回転速度ひいてはポンプ吐出量を任意に制御できるようになっている。
【0012】
また、上記ラジエータ入口通路2の途中から上記ラジエータ出口通路4の電動ウォータポンプ5よりも上流の合流部6へと至るバイパス通路7が設けられており、上記ラジエータ出口通路4の上記合流部6とラジエータ3との間に、ラジエータ3側の冷却水の通流を可変制御する電子制御型流量制御弁8が設けられている。この電子制御型流量制御弁8は、例えば、駆動パルス信号のONデューティ比を可変制御することによって、その開度つまり流量を任意に制御できるようになっている。この流量制御弁8の開度を小さくすると、ラジエータ3側の流量が少なくなってバイパス通路7側の流量が増加し、逆に流量制御弁8の開度を大きくすると、バイパス通路7側の流量が減少してラジエータ3側に冷却水が多く流れるようになる。なお、この実施例では、ラジエータ出口通路4に介装した流量制御弁8によってラジエータ3側とバイパス通路7側の流量割合を制御しているが、前述した特許文献1における電動サーモスタットのように、2つの通路の開度を同時に変化させる構成のものを用いることもでき、さらには、ラジエータ入口通路2側に流量制御弁8を配置することも可能である。
【0013】
さらに、ヒータコア9、ヒータ入口通路10およびヒータ出口通路11からなる車室暖房用のヒータ回路が設けられている。上記ヒータ入口通路10は、ラジエータ入口通路2から分岐し、内燃機関1の冷却水出口1bから出た高温冷却水をヒータコア9へ導いている。またヒータ出口通路11の先端は、電動ウォータポンプ5上流の合流部6に接続されており、ヒータコア9を通過した冷却水が電動ウォータポンプ5の吸入側に戻されるようになっている。
【0014】
また、上記ラジエータ3に対し電動ファン12が設けられている。この電動ファン12と、上記の電動ウォータポンプ5および電子制御型流量制御弁8は、内燃機関1の種々の制御を行うエンジンコントロールユニット(ECU)13によって制御される。上記エンジンコントロールユニット13には、内燃機関1の運転状態を示す種々のセンサの検出信号が入力されている。そして、上記内燃機関1のウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検出する水温センサ14が例えばウォータジャケットの冷却水出口1bに配設されており、その検出信号が、各種センサの検出信号とともに、エンジンコントロールユニット13に入力されている。なお、水温センサ14の配置は、冷却水出口1bに限られず、冷却水入口1aやウォータジャケットの適宜位置に配置してもよい。
【0015】
次に、図2〜図4のフローチャートに基づいて、上記エンジンコントロールユニット13による冷却装置の制御について説明する。
【0016】
図2は主に暖機運転中のポンプ断続運転モードの処理を示すもので、内燃機関1の始動後、ステップ1で、ヒータ要求の有無、具体的には空調装置におけるヒータスイッチがOFFであるか否かを判定する。ヒータ要求がある場合には、図3のポンプ連続運転モードへ進む。
【0017】
ヒータ要求が無ければ、まずステップ2で、流量制御弁8(フローチャート中ではバルブと略記する)を全閉とし、かつステップ3で、冷却水温Twを第1設定温度Tw1(例えば80℃)と比較する。冷却水温Twが第1設定温度Tw1未満であれば、ステップ4へ進み、電動ウォータポンプ5を停止状態に維持する。これにより、冷却水がウォータジャケット内で滞留した状態のまま運転され、速やかに暖機が進行する。
【0018】
その後、冷却水温Twが第1設定温度Tw1に達したら、ステップ5へ進み、電動ウォータポンプ5を比較的短い所定時間(T秒:例えば10秒)だけ駆動する。なお、このとき、流量制御弁8は全閉状態のままである。従って、電動ウォータポンプ5の短時間の駆動に伴い、冷却水はバイパス通路7を介した経路に沿って移動する。そして、T秒経過して電動ウォータポンプ5が停止した後、ステップ6で、再度冷却水温Twを第1設定温度Tw1と比較する。当初は、ウォータジャケット以外の各通路における冷却水が低温であるので、電動ウォータポンプ5の駆動に伴って、ウォータジャケットにおける冷却水温Twは低下する。そのため、ステップ4へ進んで、電動ウォータポンプ5を停止状態に維持する。
【0019】
電動ウォータポンプ5の停止した状態で再び冷却水温Twが第1設定温度Tw1に達したら、同様に、ステップ5で電動ウォータポンプ5の短時間(T秒間)の駆動を行い、かつステップ6で、第1設定温度Tw1未満に低下したか判定する。つまり、このようなルーチンの繰り返しにより、ウォータジャケット内の冷却水温Twを第1設定温度Tw1近傍に保ちつつ、電動ウォータポンプ5を断続的に運転することになる。これによって、内燃機関1各部の温度の極端な偏りが回避され、かつ内燃機関1の早期の暖機が図れる。
【0020】
やがてバイパス通路7を介した経路における冷却水の全体的な温度が上昇してくるので、電動ウォータポンプ5をT秒間駆動した後でも冷却水温Twが第1設定温度Tw1よりも下がらなくなる。T秒間駆動後のステップ6で冷却水温Twが第1設定温度Tw1以上であったら、ステップ7へ進んで、流量制御弁8が全開(つまり駆動パルス信号のONデューティが100)であるか否か判定し、かつ全開でなければ、ステップ8で、流量制御弁8の開度を所定量だけ増大させる。これにより、ラジエータ3側に僅かずつ冷却水が流れ始める。従って、以後は、電動ウォータポンプ5をT秒間ずつ断続的に運転しつつ、流量制御弁8の開度を全開まで徐々に大きくしていくことになる。
【0021】
この電動ウォータポンプ5の断続運転モードの下で流量制御弁8が全開に達したら、ステップ7からステップ9へ進み、冷却水温Twが第2設定温度Tw2未満であるか、具体的には、「Tw1<Tw<Tw2」であるか判定する。図5に示すように、第2設定温度Tw2は第1設定温度Tw1(例えば80℃)および最終的な制御目標水温Tw3(例えば90℃)よりも高い値であり、例えば100℃に設定される。ステップ9で第2設定温度Tw2未満であれば、図3に示すポンプ連続運転モードへ移行する。また、万一、ステップ9で第2設定温度Tw2以上であった場合には、図4に示すオーバヒート防止モードへ移行する。
【0022】
図3のポンプ連続運転モードは、基本的に内燃機関1の暖機が完了した段階で実行されるものであり、ステップ11において、ポンプ運転条件を読み込む。具体的には、内燃機関1の回転数、負荷(例えば燃料噴射量など)、冷却水温Tw、車速、空調装置の室温要求、を読み込む。次にステップ12で、冷却水温Twを第1設定温度Tw1と比較し、第1設定温度Tw1以上であれば、ステップ13へ進んで、電動ウォータポンプ5を、運転条件に対応した回転速度でもって連続運転する。具体的には、図6に示すように、負荷と機関回転数とに対して予め記憶してあるポンプ制御デューティマップを用いて、負荷と機関回転数とに対応したポンプ駆動パルス信号のONデューティを求め、かつこれを、車速、水温条件、室温要求によって補正するようにしている。なお、図6の例では、ポンプ駆動信号のデューティ比をa,b,cの3段階(回転速度としては、a<b<cとなる)に変化させるようにしているが、より細かく制御することも可能である。つまり、低速低負荷側では冷却水循環量は少なく、高速高負荷側では冷却水循環量が大となる。そして、このような電動ウォータポンプ5の連続運転の下で、ステップ14,15において、冷却水温Twを、制御目標水温Tw3(例えば90℃)および第2設定温度Tw2(例えば100℃)と比較する。冷却水温Twが第1設定温度Tw1(例えば80℃)と制御目標水温Tw3との間であれば、ラジエータ3側の流量割合を低下させるために、ステップ14からステップ16へ進んで流量制御弁8の開度を徐々に小さくする。また冷却水温Twが制御目標水温Tw3よりも高く、かつ第2設定温度Tw2未満であれば、ラジエータ3側の流量割合を増加させるために、ステップ15からステップ17へ進み、流量制御弁8の開度を徐々に大きくする。また、万一、第2設定温度Tw2以上となった場合には、ステップ15から図4に示すオーバヒート防止モードへ移行する。
【0023】
さらに、ステップ12で冷却水温Twが第1設定温度Tw1未満であった場合には、ステップ18へ進んで流量制御弁8を全閉とし、ステップ19で、電動ウォータポンプ5を比較的低い所定の流量で連続運転する。
【0024】
従って、このようなポンプ連続運転モードによって、冷却水温Twは、制御目標水温Tw3近傍に維持される。
【0025】
次に、図4は、冷却水温Twが第2設定温度Tw2(例えば100℃)以上となった場合のオーバヒート防止モードを示している。このオーバヒート防止モードでは、内燃機関1の冷却を最大限に行う必要があるので、ステップ21で流量制御弁8を全開とし、かつステップ22で電動ウォータポンプ5の流量を最大とする。そして、ステップ23で冷却水温Twを第1設定温度Tw1および第2設定温度Tw2と比較し、第2設定温度Tw2未満に低下するまで、このオーバヒート防止モードを継続する。ステップ23で第2設定温度Tw2未満となったら、オーバヒート防止モードから前述のポンプ連続運転モードに復帰する。
【0026】
なお、ラジエータ3に冷却風を供給する電動ファン12の制御については詳述しないが、やはり検出した冷却水温Twなどに基づいて、ラジエータ3から放出される熱量を増減させるように適宜に制御される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る冷却装置の一実施例を示す構成説明図。
【図2】ポンプ断続運転モードの制御の流れを示すフローチャート。
【図3】ポンプ連続運転モードの制御の流れを示すフローチャート。
【図4】オーバヒート防止モードの制御の流れを示すフローチャート。
【図5】第1,第2設定温度Tw1,Tw2と制御目標水温Tw3との関係を示す特性図。
【図6】ポンプ制御デューティマップを示す特性図。
【符号の説明】
1…内燃機関
2…ラジエータ入口通路
3…ラジエータ
4…ラジエータ出口通路
5…電動ウォータポンプ
7…バイパス通路
8…電子制御型流量制御弁
13…エンジンコントロールユニット
14…水温センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water-cooled cooling water device for an internal combustion engine, and more particularly, to a cooling water device using an electric water pump and an electronically controlled flow control valve instead of a mechanically driven water pump and thermostat.
[0002]
[Prior art]
[0003]
In this configuration, the electric water pump is stopped until the cooling water temperature in the water jacket reaches the first threshold, and when the temperature exceeds the first threshold, continuous operation of the electric water pump is started.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-303841 A
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional configuration, during the warm-up operation after the cold start of the internal combustion engine, the continuous operation of the electric water pump is started at a stage where the cooling water temperature exceeds the first threshold value. Unnecessarily much energy is released to the outside, and there is still room for improvement in the warm-up performance of the internal combustion engine. Further, if the first threshold is set to a high temperature in order to reduce the waste of heat energy, the water jacket will be operated for a long time while the cooling water stays in the water jacket. Becomes very large, which is not preferable. That is, it is difficult to achieve both further promotion of warm-up and suppression of temperature deviation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A cooling device for an internal combustion engine according to the present invention includes a radiator connected to a water jacket of the internal combustion engine through a radiator inlet passage and a radiator outlet passage; an electric water pump disposed in the radiator outlet passage; and a radiator inlet passage. An electronically controlled flow control valve disposed in the radiator outlet passage or the radiator inlet passage to control the flow of cooling water to the radiator; and the water jacket. And a water temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water flowing therethrough.
[0007]
Then, after the cold start, if the cooling water temperature detected by the water temperature sensor is less than a predetermined value, the electric water pump is stopped while the flow control valve is fully closed, and if the cooling water temperature is equal to or more than a predetermined value, The electric water pump is driven intermittently at predetermined time intervals.
[0008]
As described above, by intermittently driving the electric water pump for a predetermined time during the warm-up operation, the cooling water in the water jacket is appropriately replaced, and the temperature deviation of each part of the internal combustion engine is reduced. Then, heat energy released to the outside is smaller than in the case of continuous operation.
[0009]
【The invention's effect】
According to the cooling device for an internal combustion engine according to the present invention, after the cold start, the electric water pump is operated intermittently when the cooling water temperature becomes equal to or higher than the predetermined value. Good warm-up performance can be obtained.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention applied to a cooling device for an
[0012]
In addition, a
[0013]
Further, a heater circuit for heating the passenger compartment, which includes a
[0014]
An
[0015]
Next, control of the cooling device by the
[0016]
FIG. 2 mainly shows the processing in the pump intermittent operation mode during the warm-up operation. After the start of the
[0017]
If there is no heater request, first, in
[0018]
Thereafter, when the cooling water temperature Tw reaches the first set temperature Tw1, the process proceeds to step 5, and the
[0019]
When the cooling water temperature Tw reaches the first set temperature Tw1 again while the
[0020]
Eventually, the overall temperature of the cooling water in the path via the
[0021]
When the
[0022]
The pump continuous operation mode in FIG. 3 is basically executed when the
[0023]
Further, if the cooling water temperature Tw is lower than the first set temperature Tw1 in
[0024]
Therefore, in such a pump continuous operation mode, the cooling water temperature Tw is maintained near the control target water temperature Tw3.
[0025]
Next, FIG. 4 shows an overheat prevention mode when the cooling water temperature Tw becomes equal to or higher than the second set temperature Tw2 (for example, 100 ° C.). In this overheat prevention mode, since it is necessary to cool the
[0026]
Although the control of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing one embodiment of a cooling device according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of control in a pump intermittent operation mode.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of control in a pump continuous operation mode.
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of control in an overheat prevention mode.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between first and second set temperatures Tw1 and Tw2 and a control target water temperature Tw3.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a pump control duty map.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
冷間始動後、上記水温センサにより検出される冷却水温度が所定値未満であれば上記流量制御弁を全閉に保ちつつ上記電動ウォータポンプを停止し、所定値以上であれば、上記電動ウォータポンプを所定時間ずつ断続的に駆動することを特徴とする内燃機関の冷却装置。A radiator connected to a water jacket of the internal combustion engine via a radiator inlet passage and a radiator outlet passage; an electric water pump disposed in the radiator outlet passage; and a bypass from the radiator inlet passage to a suction side of the electric water pump. A passage, an electronically controlled flow control valve disposed in the radiator outlet passage or the radiator inlet passage for controlling the flow of cooling water to the radiator, and a water temperature sensor for detecting a temperature of the cooling water flowing through the water jacket And a cooling device for an internal combustion engine comprising:
After the cold start, if the cooling water temperature detected by the water temperature sensor is lower than a predetermined value, the electric water pump is stopped while the flow control valve is fully closed. A cooling device for an internal combustion engine, wherein a pump is intermittently driven at predetermined time intervals.
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