JP2004360509A

JP2004360509A - Cooling system for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004360509A
Application number: JP2003157662A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Morita; 哲治森田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accelerate the rise of heating performance while preventing needless work of an electric water pump 5. <P>SOLUTION: A cooling system comprises: a radiator 3 connected with a water jacket of an internal combustion engine 1; the electric water pump 5 disposed to an outlet passage 4 of the radiator; a bypass passage 7 extending from an inlet passage 2 of the radiator to an intake side of the electric water pump 5; an electronic control type flow control valve 8 disposed to the outlet passage 4 of the radiator; and a heater core 9 for heating a vehicle compartment. The cooling system further comprises a water temperature sensor 14, an air temperature sensor 15 on a heater inlet side, and an air temperature sensor 16 on a heater outlet side. After the cold start and upon heater request, the pump 5 is stopped until a cooling water temperature exceeds an air temperature on the heater inlet side. When the cooling water temperature exceeds the air temperature on the heater inlet side, the pump 5 is operated at the maximum flow rate. When an air temperature on the heater outlet side approaches a target air temperature, a flow rate of the pump 5 is reduced depending on deviations to prevent overshoot. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用内燃機関の水冷式冷却装置、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】
この冷却装置は、車室暖房用のヒータ回路を備えており、電動ウォータポンプにより圧送される冷却水の一部がヒータコアを循環するように構成されている。そして、機関始動時に、ヒータ要求がある（例えばヒータスイッチＯＮ）場合には、ヒータ優先制御を行い、ラジエータ側の回路およびバイパス通路を全閉としつつ、電動ウォータポンプの流量を高めて、ヒータコアに多量の冷却水を優先的に循環させる構成となっている。
【０００４】
また、特許文献２は、同様に電動ウォータポンプおよび電動サーモスタットを用いた内燃機関の冷却装置を開示しているが、このものでは、ヒータ要求がある場合に、冷却水温度がある目標水温以上になるまでは電動ウォータポンプを停止しておき、目標水温以上となったら、電動ウォータポンプによってヒータ回路に多量の冷却水を循環させて、暖房性能の促進を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４８４３９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−３０３８４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の従来技術では、ヒータ要求があると、冷却水の温度に無関係にヒータ優先制御となってヒータコアに多量の冷却水が強制循環されるため、例えば、水温が車室内の空気温度よりも低く、ヒータとして機能し得ない条件においても、電動ウォータポンプが駆動されて冷却水が循環するので、無駄な電力消費が発生する。
【０００８】
また特許文献２に記載の従来技術では、ヒータ要求があっても、冷却水温度が目標水温以上になるまではヒータコアに冷却水が循環しないので、暖房性能の立ち上がりが遅くなる、という問題がある。
【０００９】
【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、上記ウォータジャケットの冷却水出口から上記電動ウォータポンプの吸入側の間に設けられ、かつヒータコアを備えたヒータ回路と、を備えている。
【００１０】
また、本発明では、さらに、上記ヒータコアに流入するヒータ入口側の空気温度を検出するヒータ入口側空気温度センサを備えている。
【００１１】
そして、冷間始動後、上記水温センサにより検出された冷却水温度が、上記ヒータ入口側空気温度センサにより検出されたヒータ入口側空気温度を超えるまで、上記電動ウォータポンプを停止するようになっている。
【００１２】
上記冷却水温度が上記ヒータ入口側空気温度を超えたら、電動ウォータポンプの駆動が開始され、ヒータ回路に冷却水が循環することになる。このとき、望ましくは、請求項２のように、電動ウォータポンプを最大流量で駆動する最大流量運転を開始する。
【００１３】
つまり、本発明では、ヒータコアにより加熱されるべき車室内の空気温度つまりヒータ入口側空気温度と、ヒータコア内を流れる加熱源となる冷却水の温度と、の相対的な関係によって、電動ウォータポンプの駆動が制御される。冷却水温度がヒータ入口側空気温度以下であれば、冷却水を循環させても空気流を加熱することはできないので、その間の電動ウォータポンプの駆動は無駄となる。本発明では、このような無駄な駆動が回避される。また、冷却水温度が低くても、ヒータ入口側空気温度よりも相対的に高ければ、冷却水の循環によって暖房作用が得られるので、暖房性能の立ち上がりが早くなる。
【００１４】
【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、内燃機関の始動後に、ヒータコアにより加熱されるべき車室内の空気温度と冷却水温度との相対的な関係からヒータコアへの冷却水の通流開始を判断するので、電動ウォータポンプの無駄な駆動を回避しつつ暖房性能の立ち上がりを向上させることができる。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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２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。
【００１８】
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。従って、この実施例では、電動ウォータポンプ５が駆動されると、ウォータジャケットで加熱された冷却水の一部がバイパス通路７もしくはラジエータ３を介して循環するとともに、これと並行して、冷却水の一部がヒータコア９を介して循環する。なお、前述した特許文献１における流量制御弁のように、これらの３つの流路の流量割合を積極的に制御する弁手段を設けてもよい。上記ヒータコア９は、車室空調装置の空調ダクト内に配置されるもので、図示せぬブロアファンによって車室内に供給される空気つまり空調風が該ヒータコア９を通過して加熱されるように構成されている。
【００１９】
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。さらに、ヒータコア９に対して、該ヒータコア９に流入するヒータ入口側の空気温度を検出するヒータ入口側空気温度センサ１５と、該ヒータコア９を通過したヒータ出口側の空気温度を検出するヒータ出口側空気温度センサ１６と、が設けられており、これらの検出信号も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、上記ヒータ入口側空気温度センサ１５およびヒータ出口側空気温度センサ１６は、図示例では、ヒータコア９の前面および後面にそれぞれ近接して配置されているが、必ずしもこれに限定されず、空調ダクト内の適宜位置に配置することも可能である。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は主に暖機運転中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ＯＮであるか否かを判定する。ヒータ要求がない場合には、ステップ９以降の通常制御モードを直ちに開始する。
【００２２】
ヒータ要求がある場合には、ヒータ性能促進モードを開始し、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をそのときのヒータ入口側空気温度Ｔａ−ｉｎと比較する。冷間始動時であれば、一般に、始動直後の冷却水温Ｔｗはヒータ入口側空気温度Ｔａ−ｉｎよりも低い。冷却水温Ｔｗがヒータ入口側空気温度Ｔａ−ｉｎ以下であれば、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。
【００２３】
その後、冷却水温Ｔｗがヒータ入口側空気温度Ｔａ−ｉｎを超えたら、ステップ３からステップ５へ進み、電動ウォータポンプ５の流量最大運転を開始する。つまり、ポンプ駆動パルス信号のＯＮデューティを最大（１００％）として、電動ウォータポンプ５の駆動を開始する。これにより、ウォータジャケット内で加熱された冷却水がヒータコア９を介して循環し、ヒータコア９を通る空気流を加熱する。そのため、内燃機関１の暖機が完了する以前から、早期に暖房作用を得ることができる。なお、このとき流量制御弁８は全閉状態のままであるので、一部の冷却水はバイパス通路７を通って循環するが、ラジエータ３側へ冷却水が通流することはなく、冷却水温度はさらに上昇していくことになる。
【００２４】
そして、このような電動ウォータポンプ５の流量最大運転の下で、ステップ６で、ヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが、所定温度Ｔａ２−ｏｕｔを超えたか否か監視する。この所定温度Ｔａ２−ｏｕｔは、図５に示すように、最終的に到達すべき目標ヒータ吹き出し温度つまり目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔよりも適宜な温度だけ低く設定されている。なお、目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔおよびこれに関連した所定温度Ｔａ２−ｏｕｔは、固定値であってもよいが、空調装置側の要求に応じて適宜に設定される値であってもよい。また図示例のステップ６では、ヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが、Ｔａ２−ｏｕｔ〜Ｔａ１−ｏｕｔの温度範囲にあるか否かを判定しているが、実質的には、所定温度Ｔａ２−ｏｕｔを超えたか否かの判定を行うことになる。ここで、所定温度Ｔａ２−ｏｕｔ以下であれば、そのまま電動ウォータポンプ５の流量最大運転を継続する。
【００２５】
冷却水温の上昇に伴い、実際のヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが所定温度Ｔａ２−ｏｕｔを超えたら、ステップ６からステップ７へ進み、電動ウォータポンプ５の流量絞り運転へ移行する。
【００２６】
この流量絞り運転は、ヒータ吹き出し温度（ヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔ）のオーバシュートを回避するためのもので、実際のヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔと目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔとの偏差（温度差）に応じてポンプ流量を変更し、偏差が小さくなるに従って、ポンプ流量を減少させるようにしている。
【００２７】
具体的には、流量絞り運転のためのポンプ駆動パルス信号のＯＮデューティをＤｏｎ、最大のＯＮデューティを１００（％）、流量低減のために減算するデューティの値をΔＤ、上記の偏差（温度差）をΔＴ、とすると、適宜な係数Ａ，Ｂを用いて、流量絞り運転中のＯＮデューティＤｏｎは、次式（１），（２）のように決定される。
【００２８】
Ｄｏｎ＝１００−ΔＤ …（１）
ΔＤ＝Ａ（１−Ｂ・ΔＴ） …（２）
上記の式から明らかなように、偏差ΔＴが０のときに、ΔＤが最大となり、ＯＮデューティＤｏｎが最小となる。偏差ΔＴが大きくなるほど、ΔＤが小さくなり、ＯＮデューティＤｏｎは大となる。すなわち、冷却水温の上昇に伴い、ヒータ出口側空気温度の偏差ΔＴが減少するに従って、ポンプ流量が少なくなっていき、目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔに対するヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔのオーバシュートが抑制される。
【００２９】
次の表は、上記の式によって求められる流量絞り運転時のＯＮデューティＤｏｎ（表中では「ポンプ作動ＤＵＴＹ」と表記）の一例を示したもので、係数Ａを７０、係数Ｂを０．１とした場合の数値例を示す。なお、表中の「到達目標吹き出し温度」が目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔに、「実吹き出し温度」がヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔに、それぞれ相当する。
【００３０】
【表１】

【００３１】
ステップ７で上述のような流量絞り運転に移行した後、ステップ８で、実際のヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔを超えたか否か判定し、これを超えるまでは上述の流量絞り運転を継続する。そして、実際のヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔを超えたら、ヒータ要求無しの場合と同様に、ステップ９以降の通常制御モードに移行する。
【００３２】
すなわち、以上の処理によってヒータ性能促進モードが終了し、十分な熱量の暖房が早期に開始されることになる。図５は、ヒータ性能促進モードにおけるヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔ（ヒータ吹き出し温度）に基づくポンプ運転の切換状態を示した説明図であり、図示するように、ヒータ性能促進モードの中で、ヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが所定温度Ｔａ２−ｏｕｔになるまでは流量最大運転となり、所定温度Ｔａ２−ｏｕｔから目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔまでは流量絞り運転となる。そして、目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔを超えると、後述する通常制御モードとなる。また、図８は、このヒータ性能促進モードにおけるヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔ（ヒータ吹き出し温度）の上昇（冷間始動後の変化）の様子を示したもので、所定温度Ｔａ２−ｏｕｔを超えるまでは、ポンプ流量最大運転によって急速に温度上昇し、所定温度Ｔａ２−ｏｕｔを超えた後、上述した流量絞り運転に移行することによって、緩やかな温度上昇となる。そのため、目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔに対するオーバシュートは小さい。仮に、流量絞り運転に移行せずに、目標ヒータ出口側空気温度Ｔａ１−ｏｕｔに達するまで流量最大運転を継続したとすると、破線で示すように、実際のヒータ出口側空気温度Ｔａ−ｏｕｔが大きくオーバシュートしてしまう。本実施例では、上記のようにポンプ流量を絞ってオーバシュートを抑制することにより、空調装置側の制御が安定することは勿論のこと、電動ウォータポンプ５の無駄な仕事が少なくなる。
【００３３】
次に、通常制御モードについて説明すると、この場合も、ステップ９で、流量制御弁８を全閉として、ラジエータ３側へ冷却水が流れないようにし、かつステップ１０で、電動ウォータポンプ５を比較的少量の所定流量で定常運転する。つまり、所定のＯＮデューティでもって電動ウォータポンプ５を連続的に駆動する。そして、この状態で、ステップ１１において、水温センサ１４により検出される冷却水温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、そのまま電動ウォータポンプ５の所定流量での運転を継続する。
【００３４】
冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１に達したら、ステップ１２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１３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を所定流量で定常運転しつつ、冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１を超えないように、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。
【００３５】
このような電動ウォータポンプ５の所定流量での運転の下で、冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１以上となり、かつ流量制御弁８が全開に達したら、内燃機関１の暖機が完了したものとみなし、図３の処理へ進む。
【００３６】
内燃機関１の暖機が完了した状態では、基本的に図３の処理が繰り返されることになり、電動ウォータポンプ５は、連続的に運転され、かつその流量が可変制御される。そして、これと同時に、ラジエータ３側へ流れる冷却水の割合が可変制御される。すなわち、ステップ２１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、空調装置のヒータ要求、を読み込む。次に、ステップ２２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７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、ヒータ要求によって補正するようにしている。なお、図７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。
【００３７】
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２３，２４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２３からステップ２５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２４からステップ２６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２４から図４に示すオーバヒート防止モードへ移行する。
【００３８】
従って、このような電動ウォータポンプ５および流量制御弁８の可変制御によって、冷却水温Ｔｗは、制御目標水温Ｔｗ３近傍に維持される。
【００３９】
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３１で流量制御弁８を全開とし、かつステップ３２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３３で冷却水温Ｔｗを第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３３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図３のモードに復帰する。
【００４０】
図６は、冷却水温Ｔｗに対するポンプ運転の切換状態を示した説明図であり、図示するように、第１設定温度Ｔｗ１以下では、ポンプ流量を比較的少量の所定流量とした定常運転が行われ、第１設定温度Ｔｗ１から第２設定温度Ｔｗ２の間では、流量可変運転が行われる。そして、第２設定温度Ｔｗ２以上では、オーバヒート防止モードとして最大流量での運転となる。なお、図６のように、第１設定温度Ｔｗ１は、最終的な制御目標水温Ｔｗ３（例えば９０℃）よりも多少低い温度（例えば８０℃）に設定され、第２設定温度Ｔｗ２は、最終的な制御目標水温Ｔｗ３よりも高い温度（例えば１００℃）に設定される。
【００４１】
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やそのときのポンプ流量などに基づいて、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】ヒータ性能促進モードを含む暖機中の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】暖機完了後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】ヒータ性能促進モードにおけるヒータ出口側空気温度に基づくポンプ運転の切換状態を示す説明図。
【図６】冷却水温に基づくポンプ運転の切換状態を示す説明図。
【図７】ポンプ制御デューティマップを示す特性図。
【図８】ヒータ性能促進モードにおけるヒータ出口側空気温度の変化を示すタイムチャート。
【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
１５…ヒータ入口側空気温度センサ
１６…ヒータ出口側空気温度センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water-cooled cooling device for an automotive internal combustion engine, and more particularly to a cooling 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]
Patent Document 1 discloses an electric water pump capable of arbitrarily controlling the number of rotations as a water pump for forcibly circulating cooling water through a water jacket of an internal combustion engine, and a radiator side by an electric thermostat capable of arbitrarily controlling an opening. Discloses a cooling device for an internal combustion engine that controls a flow rate flowing through the internal combustion engine.
[0003]
This cooling device includes a heater circuit for heating the passenger compartment, and is configured such that a part of the cooling water pumped by the electric water pump circulates through the heater core. Then, when the engine is started, if there is a heater request (for example, the heater switch is ON), the heater priority control is performed, and while the circuit on the radiator side and the bypass passage are fully closed, the flow rate of the electric water pump is increased, and the heater core is controlled. A large amount of cooling water is circulated preferentially.
[0004]
Patent Document 2 similarly discloses a cooling device for an internal combustion engine using an electric water pump and an electric thermostat. In this device, when a heater is required, the cooling water temperature becomes higher than a certain target water temperature. Until the electric water pump is stopped until the target water temperature is exceeded, a large amount of cooling water is circulated through the heater circuit by the electric water pump to promote heating performance.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-248439 A
[Patent Document 2]
JP 2000-303841 A
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described in Patent Document 1, when there is a heater request, a large amount of cooling water is forcibly circulated through the heater core by the heater priority control regardless of the temperature of the cooling water. Even under conditions where the temperature is lower than the temperature and the heater cannot function as a heater, the electric water pump is driven and the cooling water circulates, so that wasteful power consumption occurs.
[0008]
Further, in the related art described in Patent Literature 2, even when a heater is required, the cooling water does not circulate through the heater core until the cooling water temperature becomes equal to or higher than the target water temperature. .
[0009]
[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 heater circuit provided between the cooling water outlet of the water jacket and the suction side of the electric water pump and provided with a heater core.
[0010]
Further, the present invention further includes a heater inlet side air temperature sensor for detecting a temperature of the heater inlet side air flowing into the heater core.
[0011]
Then, after the cold start, the electric water pump is stopped until the cooling water temperature detected by the water temperature sensor exceeds the heater inlet side air temperature detected by the heater inlet side air temperature sensor. I have.
[0012]
When the cooling water temperature exceeds the heater inlet side air temperature, the driving of the electric water pump is started, and the cooling water circulates in the heater circuit. At this time, preferably, a maximum flow rate operation for driving the electric water pump at the maximum flow rate is started.
[0013]
In other words, in the present invention, the electric water pump is driven by a relative relationship between the temperature of the air in the vehicle compartment to be heated by the heater core, that is, the temperature of the air at the heater inlet side, and the temperature of the cooling water serving as a heating source flowing through the heater core. Driving is controlled. If the cooling water temperature is equal to or lower than the heater inlet air temperature, the air flow cannot be heated even if the cooling water is circulated, and the driving of the electric water pump during that time is useless. In the present invention, such useless driving is avoided. In addition, even if the cooling water temperature is low, if the temperature is relatively higher than the heater inlet side air temperature, a heating action is obtained by circulation of the cooling water, so that the heating performance rises quickly.
[0014]
【The invention's effect】
According to the cooling device for an internal combustion engine according to the present invention, after the internal combustion engine is started, the flow of the cooling water to the heater core is started based on the relative relationship between the air temperature in the vehicle compartment to be heated by the heater core and the temperature of the cooling water. Is determined, the rise of the heating performance can be improved while avoiding unnecessary driving of the electric water pump.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention applied to a cooling device for an internal combustion engine 1 for a vehicle. A water jacket is formed inside the internal combustion engine 1 and is provided at one end in the longitudinal direction of the internal combustion engine 1. A cooling water inlet 1a is provided at the other end, and a cooling water outlet 1b is provided at the other end. The cooling water outlet 1b is connected to an upper part of the radiator 3 via a radiator inlet passage 2. The cooling water inlet 1 a is connected to a lower portion of the radiator 3 via a radiator outlet passage 4. An electric water pump 5 is disposed immediately before the cooling water inlet 1a. With these components, a basic cooling water circulation system including the radiator 3 is formed, and the cooling water that has become high temperature in the water jacket of the internal combustion engine 1 radiates heat in the radiator 3 and circulates again to the internal combustion engine 1. ing. The electric water pump 5 is configured such that an appropriate type of pump is driven by an electric motor. For example, by controlling the ON duty ratio of a drive pulse signal variably, the rotation speed and, consequently, the pump discharge amount are controlled. Can be controlled arbitrarily.
[0017]
In addition, a bypass passage 7 is provided from the middle of the radiator inlet passage 2 to a junction 6 of the radiator outlet passage 4 upstream of the electric water pump 5, and a bypass passage 7 is provided between the radiator outlet passage 4 and the junction 6. An electronically controlled flow control valve 8 for variably controlling the flow of cooling water on the radiator 3 side is provided between the radiator 3 and the radiator 3. The electronic control type flow control valve 8 can arbitrarily control the opening degree, that is, the flow rate, by variably controlling the ON duty ratio of the drive pulse signal. When the opening of the flow control valve 8 is reduced, the flow on the radiator 3 side is reduced and the flow on the bypass passage 7 is increased. Conversely, when the opening of the flow control valve 8 is increased, the flow on the bypass passage 7 is And the cooling water flows more to the radiator 3 side. In this embodiment, the flow rate control on the radiator 3 side and the bypass path 7 side is controlled by the flow control valve 8 interposed in the radiator outlet passage 4. However, as in the electric thermostat in Patent Document 2 described above, It is also possible to use a configuration in which the opening degrees of the two passages are changed at the same time, and it is also possible to arrange the flow control valve 8 on the radiator inlet passage 2 side.
[0018]
Further, a heater circuit for heating the passenger compartment, which includes a heater core 9, a heater inlet passage 10, and a heater outlet passage 11, is provided. The heater inlet passage 10 branches from the radiator inlet passage 2, and guides high-temperature cooling water flowing out of the cooling water outlet 1 b of the internal combustion engine 1 to the heater core 9. The distal end of the heater outlet passage 11 is connected to the junction 6 upstream of the electric water pump 5 so that the cooling water passing through the heater core 9 is returned to the suction side of the electric water pump 5. Therefore, in this embodiment, when the electric water pump 5 is driven, a part of the cooling water heated by the water jacket circulates through the bypass passage 7 or the radiator 3 and, in parallel with this, the cooling water Are circulated through the heater core 9. Note that valve means for positively controlling the flow rate ratio of these three flow paths may be provided as in the flow control valve in Patent Document 1 described above. The heater core 9 is disposed in an air conditioning duct of a vehicle interior air conditioner, and is configured so that air, that is, conditioned air supplied into the vehicle interior by a blower fan (not shown) passes through the heater core 9 and is heated. Have been.
[0019]
An electric fan 12 is provided for the radiator 3. The electric fan 12, the electric water pump 5 and the electronic control type flow control valve 8 are controlled by an engine control unit (ECU) 13 that performs various controls of the internal combustion engine 1. Detection signals of various sensors indicating the operating state of the internal combustion engine 1 are input to the engine control unit 13. A water temperature sensor 14 for detecting the temperature of the cooling water flowing through the water jacket of the internal combustion engine 1 is provided, for example, at the cooling water outlet 1b of the water jacket. It is input to the control unit 13. The arrangement of the water temperature sensor 14 is not limited to the cooling water outlet 1b, but may be arranged at an appropriate position in the cooling water inlet 1a or the water jacket. Further, with respect to the heater core 9, a heater inlet side air temperature sensor 15 for detecting a temperature of a heater inlet side air flowing into the heater core 9, and a heater outlet side for detecting a heater outlet side air temperature passing through the heater core 9 An air temperature sensor 16 is provided, and these detection signals are also input to the engine control unit 13. In the illustrated example, the heater inlet side air temperature sensor 15 and the heater outlet side air temperature sensor 16 are arranged close to the front surface and the rear surface of the heater core 9, respectively. It is also possible to arrange at an appropriate position inside.
[0020]
Next, control of the cooling device by the engine control unit 13 will be described based on the flowcharts of FIGS.
[0021]
FIG. 2 mainly shows processing during a warm-up operation. After the internal combustion engine 1 is started, it is determined in step 1 whether or not a heater request has been made, specifically, whether or not a heater switch in the air conditioner is ON. I do. If there is no heater request, the normal control mode after step 9 is immediately started.
[0022]
If there is a heater request, the heater performance promotion mode is started. First, in step 2, the flow control valve 8 (abbreviated as a valve in the flowchart) is fully closed, and in step 3, the cooling water temperature Tw is Is compared with the heater inlet side air temperature Ta-in. During a cold start, the cooling water temperature Tw immediately after the start is generally lower than the heater inlet side air temperature Ta-in. If the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the heater inlet side air temperature Ta-in, the process proceeds to step 4, and the electric water pump 5 is maintained in a stopped state. Accordingly, the operation is performed with the cooling water remaining in the water jacket, and the warming-up proceeds promptly.
[0023]
Thereafter, when the cooling water temperature Tw exceeds the heater inlet side air temperature Ta-in, the process proceeds from step 3 to step 5, and the maximum flow rate operation of the electric water pump 5 is started. That is, the drive of the electric water pump 5 is started with the ON duty of the pump drive pulse signal set to the maximum (100%). Thereby, the cooling water heated in the water jacket circulates through the heater core 9 and heats the airflow passing through the heater core 9. Therefore, a heating action can be obtained early before the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed. At this time, since the flow control valve 8 remains in the fully closed state, a part of the cooling water circulates through the bypass passage 7, but the cooling water does not flow to the radiator 3 side. The temperature will rise further.
[0024]
Then, under such a maximum flow rate operation of the electric water pump 5, it is monitored in step 6 whether or not the heater outlet air temperature Ta-out has exceeded a predetermined temperature Ta2-out. As shown in FIG. 5, the predetermined temperature Ta2-out is set to be lower than the target heater outlet temperature to be finally reached, that is, the target heater outlet air temperature Ta1-out by an appropriate temperature. In addition, the target heater outlet air temperature Ta1-out and the predetermined temperature Ta2-out related thereto may be fixed values, or may be values appropriately set in response to a request from the air conditioner. Good. In step 6 of the illustrated example, it is determined whether or not the heater outlet air temperature Ta-out is in the temperature range of Ta2-out to Ta1-out. However, substantially, the predetermined temperature Ta2-out is determined. Is determined. If the temperature is equal to or lower than the predetermined temperature Ta2-out, the maximum flow rate operation of the electric water pump 5 is continued.
[0025]
If the actual heater outlet air temperature Ta-out exceeds the predetermined temperature Ta2-out with the rise of the cooling water temperature, the process proceeds from step 6 to step 7 to shift to the flow restriction operation of the electric water pump 5.
[0026]
This flow restricting operation is for avoiding overshoot of the heater outlet temperature (heater outlet air temperature Ta-out), and the actual heater outlet air temperature Ta-out and the target heater outlet air temperature Ta1-out. The pump flow rate is changed according to the deviation (temperature difference) from the above, and the pump flow rate is reduced as the deviation decreases.
[0027]
Specifically, the ON duty of the pump drive pulse signal for the flow restricting operation is Don, the maximum ON duty is 100 (%), the value of the duty to be subtracted to reduce the flow rate is ΔD, and the deviation (temperature difference) ) Is ΔT, the ON duty Don during the flow restricting operation is determined as in the following equations (1) and (2) using appropriate coefficients A and B.
[0028]
Don = 100−ΔD (1)
ΔD = A (1−B · ΔT) (2)
As is clear from the above equation, when the deviation ΔT is 0, ΔD becomes maximum, and the ON duty Don becomes minimum. As the deviation ΔT increases, ΔD decreases and the ON duty Don increases. That is, as the deviation ΔT of the heater outlet side air temperature decreases as the cooling water temperature increases, the pump flow rate decreases, and the heater outlet side air temperature Ta-out exceeds the target heater outlet side air temperature Ta1-out. Shooting is suppressed.
[0029]
The following table shows an example of the ON duty Don (expressed as “pump operation DUTY” in the table) during the flow restricting operation obtained by the above equation. The coefficient A is 70, and the coefficient B is 0.1. Here is a numerical example in the case of In the table, the “achieved target outlet temperature” corresponds to the target heater outlet air temperature Ta1-out, and the “actual outlet temperature” corresponds to the heater outlet air temperature Ta-out.
[0030]
[Table 1]

[0031]
After shifting to the flow restriction operation as described above in step 7, in step 8, it is determined whether or not the actual heater outlet air temperature Ta-out has exceeded the target heater outlet air temperature Ta1-out. Until the above, the above-described flow restricting operation is continued. Then, when the actual heater outlet air temperature Ta-out exceeds the target heater outlet air temperature Ta1-out, the process shifts to the normal control mode after step 9 as in the case where there is no heater request.
[0032]
That is, the heater performance promotion mode ends by the above processing, and heating with a sufficient amount of heat is started early. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a switching state of the pump operation based on the heater outlet side air temperature Ta-out (heater blow-out temperature) in the heater performance promotion mode. As shown in FIG. The flow rate maximum operation is performed until the heater outlet side air temperature Ta-out reaches the predetermined temperature Ta2-out, and the flow rate reduction operation is performed from the predetermined temperature Ta2-out to the target heater outlet side air temperature Ta1-out. When the temperature exceeds the target heater outlet-side air temperature Ta1-out, a normal control mode described later is set. FIG. 8 shows how the heater outlet air temperature Ta-out (heater outlet temperature) rises (changes after cold start) in the heater performance promotion mode, and exceeds a predetermined temperature Ta2-out. Up to this point, the temperature rapidly rises due to the maximum pump flow rate operation, and after the temperature exceeds the predetermined temperature Ta2-out, the temperature is gradually increased by shifting to the above-described flow rate reduction operation. Therefore, the overshoot with respect to the target heater outlet air temperature Ta1-out is small. Assuming that the maximum flow rate operation is continued until the temperature reaches the target heater outlet air temperature Ta1-out without shifting to the flow throttle operation, the actual heater outlet air temperature Ta-out becomes large as indicated by a broken line. Overshoot. In this embodiment, by suppressing the overshoot by reducing the pump flow rate as described above, not only the control on the air conditioner side is stabilized, but also the useless work of the electric water pump 5 is reduced.
[0033]
Next, the normal control mode will be described. Also in this case, in step 9, the flow control valve 8 is fully closed to prevent cooling water from flowing to the radiator 3 side, and in step 10, the electric water pump 5 is compared. Steady-state operation is performed at a predetermined small flow rate. That is, the electric water pump 5 is continuously driven with a predetermined ON duty. Then, in this state, in step 11, the cooling water temperature Tw detected by the water temperature sensor 14 is compared with a first set temperature Tw1 (for example, 80 ° C.). If the cooling water temperature Tw is lower than the first set temperature Tw1, the operation of the electric water pump 5 at the predetermined flow rate is continued as it is.
[0034]
When the cooling water temperature Tw has reached the first set temperature Tw1, the routine proceeds to step 12, where it is determined whether or not the flow control valve 8 is fully opened (that is, the ON duty of the drive pulse signal is 100). In step 13, the opening of the flow control valve 8 is increased by a predetermined amount. Thereby, the cooling water starts to flow to the radiator 3 side little by little. Therefore, thereafter, while the electric water pump 5 is operated at a predetermined flow rate in a steady state, the opening degree of the flow control valve 8 is gradually increased to the fully opened state so that the cooling water temperature Tw does not exceed the first set temperature Tw1. become.
[0035]
When the cooling water temperature Tw becomes equal to or higher than the first set temperature Tw1 and the flow control valve 8 is fully opened under the operation of the electric water pump 5 at the predetermined flow rate, the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed. And proceeds to the processing of FIG.
[0036]
When the internal combustion engine 1 has been completely warmed up, the process of FIG. 3 is basically repeated, and the electric water pump 5 is continuously operated and its flow rate is variably controlled. At the same time, the ratio of the cooling water flowing to the radiator 3 is variably controlled. That is, in step 21, the pump operating conditions are read. Specifically, it reads the rotational speed of the internal combustion engine 1, the load (for example, the fuel injection amount, etc.), the cooling water temperature Tw, the vehicle speed, and the heater request of the air conditioner. Next, proceeding to step 22, the electric water pump 5 is continuously operated at a rotation speed corresponding to the operation conditions. Specifically, as shown in FIG. 7, the ON duty of the pump drive pulse signal corresponding to the load and the engine speed is determined using a pump control duty map stored in advance for the load and the engine speed. And is corrected based on the vehicle speed, the water temperature condition, and the heater request. In the example of FIG. 7, the duty ratio of the pump drive signal is changed in three stages of a, b, and c (the rotational speed satisfies a <b <c), but more finely controlled. It is also possible. In other words, the cooling water circulation amount is small on the low speed and low load side, and large on the high speed and high load side.
[0037]
Then, under such continuous operation of the electric water pump 5, in

steps

23 and 24, the cooling water temperature Tw is compared with the control target water temperature Tw3 (for example, 90 ° C.) and the second set temperature Tw2 (for example, 100 ° C.). . If the cooling water temperature Tw is between the first set temperature Tw1 (for example, 80 ° C.) and the control target water temperature Tw3, the flow proceeds from step 23 to step 25 to decrease the flow rate ratio on the radiator 3 side, and the flow control valve 8 Gradually reduce the opening. If the cooling water temperature Tw is higher than the control target water temperature Tw3 and lower than the second set temperature Tw2, the process proceeds from step 24 to step 26 in order to increase the flow rate on the radiator 3 side, and the flow control valve 8 is opened. Gradually increase the degree. If the temperature is equal to or higher than the second set temperature Tw2, the process shifts from step 24 to the overheat prevention mode shown in FIG.
[0038]
Therefore, by such variable control of the electric water pump 5 and the flow control valve 8, the cooling water temperature Tw is maintained near the control target water temperature Tw3.
[0039]
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 internal combustion engine 1 to the maximum, the flow control valve 8 is fully opened in step 31 and the flow rate of the electric water pump 5 is maximized in step 32. Then, in step 33, the cooling water temperature Tw is compared with the second set temperature Tw2, and this overheat prevention mode is continued until the temperature falls below the second set temperature Tw2. When the temperature becomes lower than the second set temperature Tw2 in step 33, the mode is returned from the overheat prevention mode to the mode of FIG.
[0040]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a switching state of the pump operation with respect to the cooling water temperature Tw. As shown in the drawing, at a first set temperature Tw1 or lower, a steady operation is performed with the pump flow being a relatively small predetermined flow. The variable flow rate operation is performed between the first set temperature Tw1 and the second set temperature Tw2. When the temperature is equal to or higher than the second set temperature Tw2, the operation is performed at the maximum flow rate in the overheat prevention mode. As shown in FIG. 6, the first set temperature Tw1 is set to a temperature (for example, 80 ° C.) slightly lower than the final control target water temperature Tw3 (for example, 90 ° C.), and the second set temperature Tw2 is set to a final temperature. The temperature is set to be higher than the control target water temperature Tw3 (for example, 100 ° C.).
[0041]
The control of the electric fan 12 for supplying the cooling air to the radiator 3 will not be described in detail, but the amount of heat released from the radiator 3 is increased or decreased based on the detected cooling water temperature Tw and the pump flow rate at that time. Is appropriately controlled.
[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 during warm-up including a heater performance promotion mode.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of control after completion of warm-up.
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of control in an overheat prevention mode.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a switching state of a pump operation based on a heater outlet air temperature in a heater performance promotion mode.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a switching state of a pump operation based on a cooling water temperature.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a pump control duty map.
FIG. 8 is a time chart showing a change in heater outlet air temperature in a heater performance promotion mode.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Radiator inlet passage 3 ... Radiator 4 ... Radiator outlet passage 5 ... Electric water pump 7 ... Bypass passage 8 ... Electronic control type flow control valve 13 ... Engine control unit 14 ... Water temperature sensor 15 ... Heater inlet side air temperature Sensor 16: Heater outlet side air temperature sensor

Claims

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 heater circuit provided between the cooling water outlet of the water jacket and the suction side of the electric water pump, and a heater circuit having a heater core.
A heater inlet side air temperature sensor for detecting a heater inlet side air temperature flowing into the heater core;
After the cold start, the electric water pump is stopped until the cooling water temperature detected by the water temperature sensor exceeds the heater inlet air temperature detected by the heater inlet air temperature sensor. Engine cooling system.

2. The cooling apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein when the cooling water temperature exceeds the heater inlet side air temperature, a maximum flow rate operation for driving the electric water pump at a maximum flow rate is started.

A heater outlet side air temperature sensor for detecting a temperature of the heater outlet side air passing through the heater core; and a temperature difference between the heater outlet side air temperature detected by the heater outlet side air temperature sensor and the target heater outlet side air temperature. 3. The cooling device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein when the pressure reaches a predetermined value, the operation shifts to a pump flow rate reduction operation in which the pump flow rate is reduced below the maximum flow rate.

4. The cooling device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein, in the pump flow restricting operation, the electric water pump is controlled such that the pump flow decreases as the temperature difference decreases.