JP2004360544A

JP2004360544A - 冷却水温制御装置

Info

Publication number: JP2004360544A
Application number: JP2003159083A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Ishida; 哲朗石田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】エンジン負荷に応じて冷却水温度を素早く調節できるようにする。
【解決手段】車両のエンジン運転状態に応じて冷却水温を制御する冷却水温制御装置において、エンジン１の冷却系１０に設けられ冷却水を加熱する電気ヒータ９と、エンジン１の負荷に応じた目標水温を設定する目標水温設定手段１１ｃとをそなえ、冷却水の実温度が目標水温設定手段１１ｃにより設定された目標水温以下である場合には、電気ヒータ９により冷却水が加熱されるように構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載されたエンジンに用いて好適な、冷却水温制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンには冷却水の温度を適温（例えば、８０℃前後）に保つため、サーモスタットが設けられるのが一般的である。このようなサーモスタットの弁体は、冷却水温が所定温度よりも高くなると開弁され、ラジエータからの冷たい冷却水がエンジンに供給されるようになっている。
【０００３】
ところで、上述の冷却水温を一定に保つということに加え、エンジンの負荷に応じて積極的に冷却水温を変更したいという要望がある。これは、エンジンが低負荷で運転している場合には、エンジン温度を積極的に上昇させることによって、フリクションロスを低減させて燃費向上を図る一方で、エンジンが高負荷で運転中である場合にはエンジン温度を積極的に低下させることによって、吸入空気密度を高めて出力増大を図ったりノッキングを抑制したい、という要望に基づくものである。
【０００４】
しかしながら、上述の一般的なサーモスタットによれば、エンジン負荷が増大した場合であっても、冷却水温度が所定温度以下であればラジエータからの冷たい冷却水がエンジンに供給されないため、エンジン温度は上昇してしまう。一方、冷却水温度が所定温度以上であれば、エンジン負荷が低下した場合であっても、ラジエータからの冷却水がエンジンに対して供給され、エンジン温度は低下してしまう。
【０００５】
つまり、上述の一般的なサーモスタットによれば、冷却水温度を一定に保つという目的は達成できるものの、エンジンの負荷に応じて冷却水温度を制御するという目的は達成できない。
このため、エンジン負荷に対して冷却水温度を制御する手法の一例として、以下の特許文献１のような技術が開示されている。この技術によれば、エンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて目標とする冷却水温度を予め設定しておき、エンジン出口側に設けられた冷却水温度センサによって検出された実際の冷却水温度を予め設定された冷却水温度へ近づけるように、ラジエータとエンジンとの間に介装された制御弁開度を調節し、これにより、エンジンへ導入される冷たい冷却水の流量が制御される。
【０００６】
つまり、エンジン温度を上昇させたい場合には、ラジエータからエンジンへ冷たい冷却水が流入しないように制御弁開度を絞ることでエンジン温度を上昇させることができるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３１２２２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンには所定の熱容量が存在し、目標温度が高く変更されてラジエータからの冷却水路を遮断して冷却水温を上昇させようとしても、実際にエンジンが目標とする所定温度に達するにはある程度の時間が必要となる。したがって、上述した特許文献１の技術では、高負荷時にラジエータからの冷たい冷却水をエンジンへ導入してエンジン温度を一旦下げた後、負荷の低下に伴ない、目標温度を上昇させた場合、エンジンを目標温度にまで上昇させるにはある程度の時間を要してしまい、この間に燃費が悪化してしまうという課題がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジン負荷に応じて冷却水温度を素早く調節できるようにした、冷却水温制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷却水温制御装置は、車両のエンジン運転状態に応じて冷却水温を制御する冷却水温制御装置において、該エンジンの冷却系に設けられ冷却水を加熱する電気ヒータと、該エンジンの負荷に応じた目標水温を設定する目標水温設定手段とをそなえ、該冷却水の実温度が該目標水温設定手段により設定された該目標水温以下である場合には、該電気ヒータにより該冷却水が加熱されることを特徴としている。
【００１１】
これにより、エンジンが低負荷である場合などに、積極的に冷却水温を上昇させてエンジン温度を上昇させ、フリクションロスを低減させて燃費改善を図ることが可能となる
また、請求項２記載の本発明の冷却水温制御装置は、上記請求項１記載の構成において、該車両の走行エネルギを回生可能な発電機をそなえ、該車両の減速走行時には該発電機によって回生された電力が該電気ヒータに供給されることを特徴としている。
【００１２】
これにより、制動時に生じる回生電力を電気ヒータへ供給できるので、エネルギーロス無く、冷却水温を上昇させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態にかかる冷却水温制御装置について図１〜図２を用いて説明すると、図１はその構成を示す模式図、図２はその動作を説明するためのタイムチャート、図３はその動作を示すフローチャートである。
図１に示す水冷式エンジン（以下、単にエンジン）１には、ウォータポンプ４，ヒータコア５，ラジエータ６，サーモスタット（水温制御バルブ）７により主に構成される冷却系１０が接続されている。また、エンジン１のクランクシャフト２にはベルト３を介して上記ウォータポンプ４が接続されるとともに、モータジェネレータ（発電機）１２も接続されている。
【００１４】
このモータジェネレータ１２は、モータ（電動機）として機能させることによってエンジン１の駆動力をアシストしたり、また、車両の制動時にジェネレータ（発電機）として機能させることによって走行エネルギを回生して発電したりすることができるようになっている。このように、本実施形態に係る車両はいわゆるハイブリッドシステムが適用されて構成されている。
【００１５】
また、冷却水はウォータポンプ４によりエンジン１と冷却系１０との間で循環されるようになっている。また、この冷却系１０に設けられたサーモスタット７はエンジン１の第１ポート１ａとラジエータ６とウォータポンプ４との間に介装されており、冷却水の温度（実温度）に応じてサーモスタット７の感温部（図示略）が伸縮するようになっている。そして、この感温部の伸縮に応じて弁体（図示略）が開閉されるようになっている。
【００１６】
これにより、サーモスタット７は、エンジン１からラジエータ６を経由せずウォータポンプ４へ流れ込む冷却水（図中矢印Ｆ_４参照）と、エンジン１からラジエータ６を経由してウォータポンプ４へ流れ込む冷却水（図中矢印Ｆ_５）との流量を調節できるようになっている。また、このサーモスタット７の開閉弁は、上述した冷却水温度による制御だけではなく、後述するＥＣＵ１１によっても制御されるようになっており、いわゆる電御サーモスタットが適用されている。
【００１７】
また、ラジエータ６は冷却水を放熱させて冷却するものであり、エンジン１の第２ポート１ｂとサーモスタット７との間に介装されている。また、ヒータコア５は、入力ポート５ａがエンジン１の第３ポート１ｃと接続されるとともに、出力ポート５ｂがウォータポンプ４と接続されている。これにより、ヒータコア５は入力ポート５ａからエンジン１を冷却した後の冷却水が供給され、この冷却水から熱を奪うことで図示しないヒータの熱源として機能するようになっている。そして、ヒータコア５で熱が奪われた冷却水は、出力ポート５ｂからウォータポンプ４に戻されるようになっている。
【００１８】
また、本実施形態に係る冷却水温制御装置においては、冷却系１０中、サーモスタット７とウォータポンプ４とを接続する水路８に電気ヒータ９が設けられ、冷却水温を必要に応じて上昇させることができるようになっている。また、この電気ヒータ９はモータジェネレータ１２およびバッテリ１３と電気的に接続され、モータジェネレータ１２またはバッテリ１３からの電力によって発熱するようになっている。
【００１９】
このモータジェネレータ１２によって発電された交流電力は、モータジェネレータ１２とバッテリ１３とに接続されたインバータ１４によって、直流電力に変換されたのちにバッテリ１３に送給されてバッテリ１３が充電されたり、直流電力がＥＣＵ１１を介して電気ヒータ９へ供給されたりするようになっている。なお、このインバータ１４はＥＣＵ１１からの制御信号によって制御されるようになっている。また、図中、実線矢印は電力を示し、鎖線矢印は制御信号を示している。
【００２０】
上記のＥＣＵ１１は、減速判定手段１１ａ，ＳＯＣ判定手段１１ｂ，目標水温設定手段１１ｃ，電力制御手段１１ｄ，発電機制御手段１１ｅを内蔵して構成されるとともに、水温センサ（図示略）によって検出された水温情報Ｔ_Ａ、回転数センサ（図示略）によって検出されたエンジン回転数Ｎ_Ｅ、エンジン負荷情報Ｌ_Ｄや、車両の運転状態情報Ｓ_ＴＳなど各種の情報を受信するようになっている。なお、ここでエンジン負荷情報Ｌ_Ｄとは、例えば、アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）、エンジン１の目標筒内圧、吸気マニホールド内圧などである。また、運転状態情報Ｓ_ＴＳとは、スロットルバルブ開度、ブレーキペダル踏み込み量、燃料カット、エンジン回転数などの情報である。
【００２１】
このうち、減速判定手段１１ａは、上述した運転状態情報Ｓ_ＴＳに基づいて車両が減速中であるか否かを判定するものであって、例えば、所定車速以上で且つブレーキランプが点灯した場合あるいは、アイドルスイッチがオン（すなわち、アクセルオフ）となった場合に、車両が減速中であると判定するようになっている。
【００２２】
ここで、減速判定手段１１ａによって車両が減速中であると判定されると、発電機制御手段１１ｅがモータジェネレータ１２に対して発電機として機能する旨の指示を与え、モータジェネレータ１２により回生制動力が付与されて発電が実行されるようになっている。
また、ＳＯＣ判定手段１１ｂは、バッテリ１３からの電流を積算することによってバッテリ１３に残存している電力容量（以後、単に「ＳＯＣ」という）を判定するものである。
【００２３】
また、目標水温設定手段１１ｃは、エンジン負荷に応じて設定された目標冷却水温Ｔ_Ｔを設定するものであり、ここではマップとして設けられている。つまり、この目標水温設定手段１１ｃに、上述のエンジン負荷情報Ｌ_Ｄを適用することで、目標水温Ｔ_Ｔが得られるようになっている。
そして、電力制御手段１１ｄは、水温センサによって検出された冷却水の実温度Ｔ_Ａがエンジン負荷に応じて設定された目標水温Ｔ_Ｔ以下である、という条件が満たされた場合に、電気ヒータ９に対して給電し、冷却水温度を素早く上昇させてエンジン１を暖めてフリクションロスを低減し、燃費を高めることができるようになっている。
【００２４】
本願発明の冷却水温制御装置は上述のように構成されているので、以下、その作用を説明すると、まず、図２のタイムチャートに示すように、エンジン負荷が低い場合（区間Ａ参照）、電力制御手段１１ｄはこの低負荷に応じて設定された目標冷却水温Ｔ_Ｔ１となるようにバッテリ１３もしくはモータジェネレータ１２の電力を電気ヒータ９へ供給し、これにより、冷却水の実水温Ｔ_ＡがＴ_Ｔ１で（すなわち、Ｔ_Ａ＝Ｔ_Ｔ１となるように）維持される。
【００２５】
そして、エンジン１の負荷が高まると（区間Ｂ参照）、ＥＣＵ１１は電気ヒータ９への電力供給を中止するので電気ヒータ９による冷却水への加熱が中止される。また、このとき、上述のように、サーモスタット７はＥＣＵ１１によって開弁するように制御されるので、冷却水がラジエータ６を通過しながら循環することによって冷却水の実温度Ｔ_Ａは低下する。そして、サーモスタット７の弁開度が調整され、冷却水の実温度Ｔ_ＡはＴ_２安定でする。
【００２６】
その後、再びエンジン１の負荷が低下すると（区間Ｃ参照）、ＥＣＵ１１は電気ヒータ９に対して電力を供給し、これにより、図中矢印Ｄで示すように、急速に冷却水の実温度Ｔ_Ａが暖められる。なお、図中鎖線矢印Ｅで示す線は、従来の冷却系によって冷却水の実温度をＴ_Ｔ１まで上昇させた場合の特性を示している。このように、本実施形態に係る本願発明によれば、矢印Ｆで示す時間分、エンジン１を素早く暖めることができるようになっている。
【００２７】
次に、図３に示すフローチャートを用いて本実施形態に係る本願発明の作用について説明すると、まず、水温センサによって検出された実冷却水温Ｔ_Ａ，エンジン回転数センサによって検出されたエンジン回転数Ｎ_Ｅ，エンジン負荷情報Ｌ_ＤなどがＥＣＵ１１によって読み込まれる（ステップＳ１１）。次に、読み込んだエンジン負荷情報Ｌ_Ｄに基づいて、ＥＣＵ１１の目標温度設定手段１１ｃにより、目標冷却水温度Ｔ_Ｔが求められる（ステップＳ１２）。
【００２８】
その後、上記のステップＳ１１においてＥＣＵ１１によって読み込まれた実冷却水温Ｔ_Ａが、ステップＳ１２において得られた目標冷却水温度Ｔ_Ｔ以下であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。そして、実冷却水温Ｔ_Ａが、目標冷却水温度Ｔ_Ｔよりも高いと判定された場合（すなわち、Ｔ_Ａ＞Ｔ_Ｔと判定された場合）には、水温を低下させる制御が実行され（Ｎｏルート）、具体的には、ステップＳ１８においてサーモスタット（水温制御バルブ）７が強制的に開弁されることで冷却水がラジエータ６経由で循環され、実冷却水温Ｔ_Ａは低下する。
【００２９】
一方、ステップＳ１３において、実冷却水温Ｔ_Ａが目標冷却水温度Ｔ_Ｔ以下であることが判定された場合（すなわち、Ｔ_Ａ≦Ｔ_Ｔと判定された場合）には、冷却水温を上昇させる制御が実行される（Ｙｅｓルート）。具体的には、ステップＳ１４においてサーモスタット（水温制御バルブ）７が閉弁され、その後、ステップＳ１５においてＥＣＵ１１の減速判定手段１ａが車両は減速中であるか否かが判定される。なお、この減速判定は、上述したように、例えば、所定車速以上で且つブレーキランプが点灯した場合（すなわち、燃料カットが開始された場合）、アイドルスイッチがオンとなった場合に、車両が減速中であると判定する。
【００３０】
このステップＳ１５における判定によって、車両が減速中であると判定された場合、ステップＳ１６において、ＥＣＵ１１の発電機制御手段１１ｄはモータジェネレータ１２に対して回生発電をする旨の指示を与えるほか、インバータ１４に対して、モータジェネレータ１２によって回生発電された電力を直流に変換してＥＣＵ１１へ送給させる旨の指示を与える。そして、ＥＣＵ１１は、ステップＳ１６で得られた回生電力を目標冷却水温度Ｔ_Ｔに応じた大きさの電力に補正して電気ヒータ９へ送給する。
【００３１】
また、一方、ステップＳ１５において車両が減速中ではないと判定された場合、Ｎｏルートを辿ってステップＳ１９へ進み、ＥＣＵ１１のＳＯＣ判定手段１１ｂによってバッテリ１３のＳＯＣが判定され、ここで判定されたＳＯＣが所定のＳＯＣ値以上であればバッテリ１３に蓄えられた電力が電気ヒータ９へと供給される（ステップＳ２０，ステップＳ１７）。一方、ステップＳ１９で判定されたＳＯＣが所定ＳＯＣ値以下であればそのままリターンする。なお、上記の所定のＳＯＣ値とは、これ以上ＳＯＣが低下すると早急に充電が必要となる値であって、バッテリの性能などによって異なる値である。
【００３２】
したがって、本発明の冷却水温制御装置によれば、上述の通り、エンジン１が低負荷である場合、積極的に冷却水の温度を上昇させてエンジンを短時間で温めることが可能となり、フリクションロスを低減させて燃費改善を図ることができる。
また、制動時にモータジェネレータ１２を発電機として機能させることで、回生電力を電気ヒータへ供給することができるので、エネルギーロス無く、冷却水の温度を上昇させることが可能となる。
【００３３】
さらに、電気ヒータ９の電源としてバッテリ１３を用いることも可能であるため、例えば、ジェネレータ１２による回生電力では電力が不足する場合にバッテリ１３からの電力とジェネレータ１２による回生電力とを組み合わせて用いることで、確実に電気ヒータ９へ電力を供給し、冷却水を加熱することが可能となる。
【００３４】
また、バッテリ１３に蓄えられた電力を電気ヒータ９へ供給する場合であっても、ＥＣＵ１１のＳＯＣ判定手段１１ｂによってバッテリ１３のＳＯＣが随時モニタされているので、バッテリ１３の残存電力を過度に低下させることなく、電気ヒータ９へ電力を供給し、確実に冷却水温を上昇させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３５】
例えば、図３を用いて説明した上述の実施形態の動作フローチャートについて、ステップＳ１５とステップＳ１６との間に、減速度に応じて要求されるモータジェネレータ１２の要求負荷電力を算出するステップを挿入するとともに、ステップＳ１６とステップＳ１７との間に、余剰電力（＝実際の回生電力―要求負荷電力）を算出するステップを挿入するようにしてもよい。このようにして算出された余剰電力を電気ヒータ９へ供給するようにすれば、本来は無駄となってしまうエネルギーのみを用いて冷却水を暖めることが可能となるので、エネルギーロスの更なる抑制に寄与することが可能となる。
【００３６】
また、上述の実施形態においては、モータジェネレータ１２によって発電が行なわれているが、これに限定するものではなく、例えば、オルタネータなどの小型の発電機であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の冷却水温制御装置によれば、エンジン負荷に応じて冷却水温度を素早く調節できる。つまり、エンジンが低負荷である場合などに、積極的に冷却水温を上昇させることができるので、エンジンを短時間で温めることができ、フリクションロスを低減させて燃費改善を図ることが可能となる（請求項１）。
【００３８】
また、制動時にモータジェネレータを発電機として機能させて回生発電を行ない、ここで生じた回生電力を電気ヒータへ供給することができるので、エネルギーロス無く、冷却水温を上昇させることが可能となる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却水温制御装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却水温制御装置の作用を模式的に示すタイムチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る冷却水温制御装置の作用を模式的に示すフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
９電気ヒータ
１２モータジェネレータ（発電機）

Claims

車両のエンジン運転状態に応じて冷却水温を制御する冷却水温制御装置において、
該エンジンの冷却系に設けられ冷却水を加熱する電気ヒータと、
該エンジンの負荷に応じた目標水温を設定する目標水温設定手段とをそなえ、
該冷却水の実温度が該目標水温設定手段により設定された該目標水温以下である場合には、該電気ヒータにより該冷却水が加熱される
ことを特徴とする、冷却水温制御装置。
該車両の走行エネルギを回生可能な発電機をそなえ、
該車両の減速走行時には該発電機によって回生された電力が該電気ヒータに供給される
ことを特徴とする、請求項１記載の冷却水温制御装置。