JP2005090236A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動ウォータポンプにより内燃機関内を循環して冷却する冷却水が、該内燃機関停止後に沸騰するのを抑止すると共に、バッテリへの負荷を極力抑えることができる内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関であるエンジン１及びエンジンに接続するラジエータ４に冷却水を供給する電動ウォータポンプ３を、エンジン１の停止直前の状態でエンジン１の停止後も継続して作動させると共に、冷却水の温度、および所定時間における冷却水の温度変化量に基づいて電動ウォータポンプ３を制御して、エンジン１への冷却水の流量を制御するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。

自動車の内燃機関であるエンジンの運転中に、燃料混合気が燃焼される燃焼室をなす壁の燃焼室側では、図５に示すように、２００℃以上の高温になる箇所がある。このような高温の箇所では、熱膨張による変形によって油膜切れが起こり、ノッキングやプレ・イグニッションなどによるオーバーヒートを引き起こしてしまう可能性がある。このような可能性を抑制し、エンジンを適温に保つことができるように、電動ウォータポンプにより、冷却された冷却水がエンジン内部を循環している。

しかし、エンジンが停止すると同時に電動ウォータポンプが停止し、この停止に伴い冷却水の循環も停止するので、図６に示すように、エンジンが停止した後エンジン内部に接している冷却水の温度が上昇してしまう。そのため、エンジン内部の熱を十分に奪うことができず、エンジンの温度上昇を抑止できない可能性があった。
そのうえ、冷却水の温度がそのまま上昇して冷却水が沸騰してしまい、ガスが発生することがあった。ガス発生時に生じる沸騰音はエンジンルームの外に漏れ、人に異音として認識されて、違和感を与えてしまうという可能性があった。
さらに、このガスが大量に発生すると、冷却水はリザーバタンクへ押し出され、場合によってはリザーバタンクからオーバーフローして、リザーバタンク内の冷却水を減少させてしまうという可能性があった。

下記特許文献１には、エンジンの冷却装置に関する技術が公開されている。この技術では、エンジン停止後にラジエータと電動ウォータポンプとを結ぶ冷却水通路の途中に設けられた開閉弁を閉じ、エンジン停止からの所定時間、または冷却水が所定温度に達するまで電動ウォータポンプおよびヒータの電動ファンを作動させてエンジンおよびヒータにのみ冷却水を循環させることにより、エンジンを冷却するようにしたものである。そのため、エンジン停止後のエンジンの最高温度を抑制し、エンジンのオーバーヒートを防止し熱歪みを減少させて、フリクションを低減させている。しかし、この技術では、エンジンが停止すると電動ウォータポンプも停止し、エンジン停止後に再び電動ウォータポンプを作動させる必要があるので、消費電力量が多く、バッテリへの負荷が大きくなってしまうという問題がある。そのうえ、電動ウォータポンプの作動が所定時間または冷却水が所定温度に達するまでの間のＯＮ−ＯＦＦ制御しかないので、必要以上に電動ウォータポンプを作動して、バッテリへの負荷を大きくしてしまうという問題がある。

特開２００２−１７４１２０号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関停止後に冷却水が沸騰するのを抑止すると共に、バッテリへの負荷を極力抑えることができる内燃機関の冷却装置を提供するものである。

上記課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の冷却装置は、内燃機関及び熱交換器に冷却水を循環させ、前記冷却水の循環流量が可変である電動ウォータポンプと、前記冷却水の温度に関する情報を検出する冷却水温度情報検出手段と、
前記内燃機関が停止した後、前記冷却水温度情報検出手段により検出された冷却水の温度に関する情報に基づいて、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を制御する冷却水制御手段と、を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明は、第１の発明に係る内燃機関の冷却装置において、前記冷却水温度情報検出手段が検出する前記冷却水の温度に関する情報は、前記冷却水の温度及び所定時間における前記冷却水の温度変化量であり、前記冷却水制御手段は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された前記冷却水の温度及び所定時間における前記冷却水の温度変化量に基づいて、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を制御することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明は、第２の発明に係る内燃機関の冷却装置において、前記冷却水制御手段は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された前記冷却水の温度が所定温度未満である場合、又は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された所定時間における前記冷却水の温度変化量が負である場合、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を所定の割合で減少させるように制御することを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかに係る内燃機関の冷却装置において、前記冷却水制御手段は、前記内燃機関が停止する直前の前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を、前記内燃機関が停止した直後も継続させるように制御することを特徴とする。

第１の発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、電動ウォータポンプの作動時間及び作動量を最小限にすることができ、電動ウォータポンプにより消費される電力量を抑えることができるので、バッテリへの負荷を低減することができる。さらに、内燃機関が停止した後も、電動ウォータポンプによる冷却水の循環流量を制御するので、内燃機関停止後に冷却水が沸騰するのを抑止することができる。

第２の発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、第１の発明における前記冷却水温度情報検出手段が検出する前記冷却水の温度に関する情報は、前記冷却水の温度及び所定時間における前記冷却水の温度変化量であり、前記冷却水制御手段は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された前記冷却水の温度及び所定時間における前記冷却水の温度変化量に基づいて、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を制御することにより、冷却水の温度を沸点より低い温度に抑えることができ、内燃機関停止後に冷却水が沸騰するのを抑止することができる。

第３の発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、第２の発明において、前記冷却水制御手段は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された前記冷却水の温度が所定温度未満である場合、又は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された所定時間における前記冷却水の温度変化量が負である場合、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を所定の割合で減少させるように制御することにより、電動ウォータポンプの作動時間及び作動量を最小限にすることができ、電動ウォータポンプにより消費される電力量を更に抑えることができるので、バッテリへの負荷を更に低減することができる。

第４の発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記冷却水制御手段は、前記内燃機関が停止する直前の前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を、前記内燃機関が停止した直後も継続させるように制御することにより、内燃機関停止前の電動ウォータポンプの作動力をそのまま使用することができ、電動ウォータポンプを始動するための電力の消費を抑えることができるので、バッテリへの負荷を低減することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の冷却装置の概略を説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の冷却装置を示す概略図である。

図１に示すように、内燃機関であるエンジン１を冷却水で冷却する冷却装置は、エンジン１に連通し、冷却水が循環する通路２と、該通路２の間に設けられ、冷却水を冷却する熱交換器の一つであるラジエータ４およびラジエータ４への冷却水の流れを冷却水の温度に応じて遮断するサーモスタット７並びに該通路内を循環する冷却水の循環流量が可変である電動ウォータポンプ（以下、電動ポンプと略す）３とを備える。詳しくは、エンジン１の冷却水出口部に設けられた通路２は二股に分かれ、一方はサーモスタット７へ、他方はラジエータ４に連通する。ラジエータ４から延びる通路２は、サーモスタット７で合流してエンジン１の冷却水入口部の通路２に設けられた電動ポンプ３に連通する。エンジン１の冷却水出口部の通路２には、冷却水の温度を検出する冷却水温度情報検出手段としての温度センサ５が設けられる。なお、ラジエータ４の近傍にはラジエータファン８が設けられ、ラジエータ４の中にある冷却水を冷却する。電動ポンプ３はバッテリ（図示せず）により作動する。
温度センサ５が検出した冷却水の温度は、電気信号に変換されて制御装置６に送信される。制御装置６は、送信された冷却水温度の電気信号に基づいて所定時間における冷却水の温度変化量などを演算する。つまり、制御装置６も冷却水温度に関する情報を検出する冷却水温度検出手段としての機能を一部担っている。制御装置６は、冷却水の温度、バッテリ電圧、エンジン回転数、アクセル開度などの負荷に関する情報などに基づいて演算を行い、電動ポンプ３などを制御する。つまり、制御装置６は、内燃機関及び熱交換器内を循環する冷却水の電動ポンプ３による循環流量を冷却水の温度に関する情報などに基づいて制御する。
また、制御装置６は、エンジン１が停止する直前の電動ポンプ３による冷却水の循環流量をエンジン１が停止した直後も継続させる。

以下に、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施例について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置に用いられる電動ポンプの制御方法の第１の実施例を示すフローチャートである。図３は、エンジン停止後の経過時間に対する電動ポンプによる冷却水の循環流量を示したグラフである。

（ステップＳ１１）
エンジン１が停止しているかどうかを判定する。エンジン１が停止しているときは次のステップＳ１２へ進み、停止していない（運転している）ときはそのまま終了となる。

（ステップＳ１２）
エンジン１を冷却する冷却水の温度が、第１所定温度より高いかどうかを判定する。第１所定温度は例えば１００°Ｃであり、エンジン１が停止した後に、冷却水の温度が上昇して沸騰する可能性が無い温度である。
冷却水の温度が第１所定温度より高い温度のときはステップＳ１３に進み、第１所定温度以下の低い温度のときはステップＳ１７に進む。

（ステップＳ１３）
冷却水の循環流量はエンジン停止直前の循環流量を継続させるように電動ポンプを制御する。

（ステップＳ１４）
冷却水の温度が、第２所定温度より低いかどうかを判定する。さらに、所定時間での冷却水の温度変化量がマイナスかどうかを判定する。第２所定温度は例えば１１０°Ｃであり、冷却水が沸騰する温度（沸点）の近傍で、沸点よりも低い温度である。所定時間は例えば１５秒であり、エンジン内部にあった全ての冷却水が通路２へ循環する程度の時間である。温度変化量がマイナスとは、所定時間で冷却水の温度が下がることである。
冷却水の温度が第２所定温度より低い温度であり、且つ所定時間での冷却水の温度変化量がマイナスのときは、ステップＳ１５に進む。
冷却水の温度が第２所定温度以上の高い温度のとき、または所定時間での冷却水の温度変化量がマイナスではない、即ちプラス若しくは一定のときは、ステップＳ１８に進む。

上記判定条件（ステップＳ１４）を満たして、電動ポンプ３の作動パターンを演算し、この作動パターンに応じ電動ポンプ３の作動を制御して、冷却水の循環流量を設定する。
なお、この作動パターンとしては、例えば、図３に示すように、エンジン１が停止してから所定時間ｔ経過した後、冷却水の循環流量を所定の割合で減少させる作動パターンなどが挙げられる。
（ステップＳ１５）
冷却水の循環流量を所定の割合で減少させ、次のステップＳ１６に進む。

（ステップＳ１６）
冷却水の循環流量が所定流量以下かどうか判定する。所定流量としては、例えば、エンジン１が停止した直後における冷却水の循環流量の５割などの割合による循環流量、および毎分５リットルなどの時間当たりの循環流量などが挙げられる。ただし、電動ポンプ３が作動できる範囲内の循環流量とする。
冷却水の循環流量が所定流量以下のときはステップＳ１７に進み、所定流量以下でないとき、即ち所定流量より多いときはステップＳ１８に進む。

（ステップＳ１７）
電動ポンプ３の作動を停止して、電動ポンプ３の制御が終了となる。

（ステップＳ１８）
バッテリの電圧が所定電圧より大きいかどうか判定する。所定電圧は例えば１２Ｖであり、バッテリ上がりを起こさない下限の電圧値である。
バッテリの電圧が所定電圧より大きいときはステップＳ１４に戻り、所定電圧以下のときはステップＳ１７に進む。

つまり、エンジン１が停止した後、電動ポンプ３はエンジン停止直前の作動状態を継続し、冷却水がエンジン１を循環する。そして、冷却水の温度が第２所定温度より低くなり、更に所定時間での冷却水の温度変化量がマイナスになると、制御装置６により電動ポンプ３が制御されて冷却水の循環流量を所定の割合で減少させる、即ち冷却水の循環流量設定が行われる。冷却水の温度判定及び流量設定を繰り返し行い、この冷却水の循環流量が所定量以下になると、制御装置６が電動ポンプ３の作動を停止する。このように冷却水の温度条件に応じて、電動ポンプ３の作動を制御することにより、少ない消費電力で沸騰が発生しないと判定される状態になるように冷却水を循環させている。

したがって、第１の実施例の電動ポンプによれば、電動ポンプ３を作動する条件を、冷却水の温度、且つ所定時間における冷却水の温度変化量に応じて冷却水の循環流量を設定するようにしたことにより、電動ポンプ３の作動を細かく制御し、エンジン停止後の電動ポンプ３の作動時間および作動量を必要最小限にすることができるので、バッテリへの負荷を最小限に抑えることができると共に、エンジン停止後の冷却水の沸騰を抑止することができる。

また、ステップＳ１３でエンジンが停止した後も電動ポンプ３を停止させることなく継続して作動させているので、電動ポンプ３の電力の消費を抑えることができる。
また、ステップＳ１８でバッテリ電圧の判定を行うことでバッテリあがりを防止することができる。
なお、エンジンが停止する直前のエンジンの運転パターンからエンジン構造体のおおよその温度を予測し、温度センサにより計測されるエンジンの冷却水出口部における温度に応じて、エンジンが停止した後の冷却水の循環流量を設定するようにしても良く、またエンジンが停止した後の電動ポンプの作動は連続運転のみならず、運転と停止とを繰り返し行う作動パターンにすることにより冷却水の沸騰を回避するようにしても良い。これらのような場合でも、上記第１の実施例と同様に、エンジン１が停止した後の冷却水の沸騰を抑止することができる。

また、ステップＳ１８とステップＳ１４との間にタイマーを設けて、所定時間を越えるとステップＳ１７に進み、電動ポンプ３を停止するようにしても良い。このような判定条件を有するフローチャートでは、エンジン１の停止直後から所定の時間、例えば５〜１０分を超えたときは、ステップＳ１７に進み、電動ポンプ３を停止することとなる。よって、タイマーを設けることにより、エンジン１が停止した後に所定時間で電動ポンプ３が停止することとなり、エンジン１が停止したにも拘らず、電動ポンプ３を作動しているという違和感を運転手や乗員などに与えることを軽減することができる。
さらに、上記第１の実施例のステップＳ１４における判定条件を、冷却水の温度が第２所定温度より低い温度である、又は所定時間での冷却水の温度変化量がマイナスであるとき次のステップＳ１５に進むという判定条件としても良く、このような判定条件を有するフローチャートの場合でも、電動ポンプ３の作動時間及び作動量を最小限にすることができ、電動ポンプ３により消費される電力量を抑えることができるので、バッテリへの負荷を低減することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置に用いられる電動ポンプ及びラジエータファンの制御方法の一例を説明する。第２の実施例で用いられる内燃機関の冷却装置は、図１に示される内燃機関の冷却装置の概略と同じ構成であり、エンジン１が停止する直前の電動ポンプ３による冷却水の循環流量をエンジン１が停止した直後も継続させると共に、エンジン１が停止する直前のラジエータ４の作動状態及びラジエータファン８の作動状態を継続させる。
図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置に用いられる電動ポンプ及びラジエータファンの制御方法の一例を示すフローチャートである。

なお、第２の実施例は、上記第１の実施例のステップＳ１４である温度判定とステップＳ１５である流量判定との間にラジエータ４の制御を追加した制御フローチャートである。つまり、ステップＳ２１はステップＳ１１であるエンジン停止に、ステップＳ２２はステップＳ１２である第１温度判定に、ステップＳ２３はステップＳ１３であるエンジン１の停止直後の冷却水の循環流量設定に、ステップ２４はステップ１４である第２温度判定に、ステップＳ２７はステップＳ１５である冷却水の循環流量設定に、ステップＳ２８はステップＳ１６である流量判定に、ステップＳ２９はステップＳ１７である電動ポンプ停止に、ステップＳ３０はステップＳ１８バッテリ電圧判定に、それぞれ相当するので、ここでの説明を省略する。

（ステップＳ２５）
冷却水の温度が第３所定温度より低い温度かどうかを判定する。第３所定温度は例えば１０５°Ｃであり、第１所定温度と第２所定温度との間の温度である。
冷却水の温度が第３所定温度より低い温度のときはステップＳ２６に進み、第３所定温度より低くない、即ち高い温度のときはステップＳ２７に進む。

（ステップＳ２６）
ラジエータファン８を停止して、次のステップＳ２７に進む。

つまり、エンジン１が停止した後、電動ポンプ３及びラジエータファン８はエンジン停止直前の作動状態を継続し、冷却水がエンジン１を循環する。そして、冷却水の温度が第２所定値より低くなり、更に所定時間での冷却水の温度変化量がマイナスになり、そのうえ第３所定温度より低くなると、ラジエータファン８が停止される。さらに、制御装置６により電動ポンプ３が制御されて冷却水の循環流量を所定の割合で減少させる、即ち冷却水の循環流量設定が行われる。冷却水の温度判定及び流量設定を繰り返し行い、この冷却水の循環流量が所定量以下になると、制御装置６が電動ポンプ３の作動を停止する。このように冷却水の温度条件に応じて、電動ポンプ３及びラジエータファン８の作動を制御することにより、短時間で冷却水の沸騰を抑止することができ、エンジン１が停止したにも拘らず、電動ポンプ３が運転しているという違和感を運転手や乗員などに与えることを軽減することができる。また、電動ポンプ３のみならずラジエータファン８の作動時間も必要最小限として電力の消費を抑え、更にバッテリへの負荷が軽減される。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置に用いられる電動ポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。 エンジン停止後の経過時間に対する電動ポンプによる冷却水の循環流量を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置に用いられる電動ポンプ及びラジエータファンの制御方法の一例を示すフローチャートである。 従来の冷却装置に用いられる電動ポンプによるエンジン運転中の燃焼室近傍の温度分布を示す図である。 従来の冷却装置に用いられる電動ポンプによるエンジン停止後の燃焼室近傍の温度分布を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 通路
３ 電動ポンプ
４ ラジエータ
５ 温度センサ
６ 制御装置
７ サーモスタット
８ ラジエータファン

Claims (4)

1. 内燃機関及び熱交換器に冷却水を循環させ、前記冷却水の循環流量が可変である電動ウォータポンプと、
   前記冷却水の温度に関する情報を検出する冷却水温度情報検出手段と、
   前記内燃機関が停止した後、前記冷却水温度情報検出手段により検出された冷却水の温度に関する情報に基づいて、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を制御する冷却水制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記冷却水温度情報検出手段が検出する前記冷却水の温度に関する情報は、前記冷却水の温度及び所定時間における前記冷却水の温度変化量であり、
   前記冷却水制御手段は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された前記冷却水の温度及び所定時間における前記冷却水の温度変化量に基づいて、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記冷却水制御手段は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された前記冷却水の温度が所定温度未満である場合、又は、前記冷却水温度情報検出手段により検出された所定時間における前記冷却水の温度変化量が負である場合、前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を所定の割合で減少させるように制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記冷却水制御手段は、前記内燃機関が停止する直前の前記電動ウォータポンプによる前記冷却水の循環流量を、前記内燃機関が停止した直後も継続させるように制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の冷却装置。
   
   

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