JP2006123902A - 冷却システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒が冷却システムの中で加熱される暖房イベントの間、エネルギーを節約する方法を提供する。
【解決手段】本方法は、冷却システム中の第一の点のために、第一目標温度を設定し、冷却システム中の第二の点のために、上記第一目標温度よりも低い第二目標温度を設定することを含む。通常、冷媒は、冷却システムの中の第二の設定点において、第二目標温度に維持される。暖房イベントの間、第一の点における冷媒に必要な加熱を削減するため、第二目標温度は第一目標温度に実質的に一致するまで上げられる。
【選択図】図２

Description

本発明は車両の冷却システム及びその制御方法に関連する。より詳細には、本発明は、暖房状態において、推進システムに流入する冷媒の温度を制御する弁位置目標温度とヒーターコアに流入する冷媒の温度を制御するヒーター目標温度とを一致させ、非暖房状態において、弁位置目標温度を上記推進システムの効率的な作動に最適な値に戻す冷媒温度制御方法に関連する。

車両の冷却システムにおいて、電気的に制御される弁又は他の流量制御装置が、例えば車両の推進システム内への冷媒の入力部のような、システム内の一点における冷媒の温度を制御することがある。システム内のこの点における冷媒の温度は、弁位置温度として知られており、温度センサーによって測定され得る。弁あるいは他の流量調整装置は、目標温度又は弁位置目標温度に従い、ラジエータ又は他の熱交換器の中を流れる冷媒の量と、上記ラジエータ又は他の熱交換器をバイパスし、車両の推進システムの中に流れる冷媒の量との比を変えることによって、この点での冷媒の弁位置温度を制御することができる。

特定の作動条件において、冷却システム中の別の点で追加の温度要求を必要とする状況があり得る。これらの状況は、例えば、キャビン（cabin）の暖房及び/又は、フロントガラスの霜取り（defrost）が要求される状況を含み得る。これらの追加の温度要求のうちの１つは、例えば、車両のキャビンへ加熱された空気を供給するヒーターコアに入る冷媒の温度であり得る。システム内のこの点で、冷媒のヒーター温度は、弁位置温度を測定するために使用される温度センサーとは異なる温度センサーによって、測定されるだろう。ヒーター目標温度に対応する、システム中のその点におけるヒーター温度要求は、弁位置温度要求とは異なる可能性がある。更に、冷却システムは、システム中のこの点におけるヒーター目標温度要求を達成すべく冷媒のヒーター温度を増大するよう操作され得る冷媒ヒーターを含むことがある。

暖房状態において、一般的に、冷媒ヒーターは冷媒を加熱するためにエネルギーを消費する。したがって、ヒーター目標温度要求を満たす際、車両のエネルギー効率を最大にするため、冷媒ヒーターによって消費されるエネルギーの量を最小限にすることが望ましい。種々の理由のため、弁位置目標温度がヒーター目標温度よりも低いことがある。それゆえ、ヒーター目標温度が冷媒ヒーターから熱の追加を要求し、一方で同時に弁位置目標温度がラジエータから熱の発散を要求する状態が発生し得る。これは、冷媒から熱を引き出すために弁がラジエータを通して冷媒を分配している一方で、冷媒ヒーターが冷媒に熱を加えるためエネルギーを消費しているので、車両のエネルギー効率の低下につながる可能性がある。

したがって、暖房状態が発生したときに、弁位置目標温度が、ヒーター目標温度にぴったり一致するように変化し、暖房状態が存在しないときに、推進システムの冷却のために最適な値に戻す制御ストラテジーが必要である。そのようなストラテジーは、全ての作動条件を通じて、エネルギー効率の最適化を促進するだろう。

本発明は、概略的には、車両冷却システムのような冷却システム内の暖房イベント（event）の間に燃料を節約する新規な方法である。本方法は、例えば内燃機関又は燃料電池のスタックのような推進システムを持つ車両の冷却システムでの使用及び、上記推進システム内へ又は上記推進システムから冷媒を分配する冷媒路に適用することができる。冷媒ヒーターは、暖房イベント中に、ヒーターコアの中への分配の前に冷媒を熱するために、冷媒路の中に備えられる。弁は、ラジエータと、ラジエータをバイパスするラジエータバイパス路とのどちらか、又は両方に、冷媒を選択的に分配するために、冷媒路の中に備えられる。

本発明の方法によれば、最初にヒーター目標温度が設定される。ヒーター目標温度は、暖房イベント中にヒーター目標温度に冷媒温度を上げるようにヒーターの作動を制御するために使用される。弁位置目標温度もまた設定される。弁位置目標温度は、弁が、冷媒からの熱を発散するためにラジエータを通して冷媒を分配するか、冷媒中の熱を保持するためにラジエータ・バイパス路を通して冷媒を分配するか、あるいは双方の組み合わせかを決定する。

暖房イベントがないとき、冷却システムは、弁位置目標温度に従って通常通りに運転される。したがって、弁は、必要とされるラジエータを通して冷媒を分配し、推進システムの最適なエネルギー消費及び/又は性能を促進するために、後の冷媒による推進システムからの熱の吸収を促進すべく、冷媒から過剰な熱を発散する。暖房状態の間、冷媒ヒーターは、ヒーターコアへの冷媒の分配に先立ち、冷媒を熱するために作動される。したがって、暖房状態の開始において、弁位置目標温度は実質的にヒーター目標温度と一致するまで上げられる。それゆえ、弁は、熱が冷媒の中に保持されるように、冷媒をラジエータ・バイパス路を通して短絡する。その結果、後に冷媒ヒーターに流入する冷媒の温度が、直ちにヒーター目標温度と実質的に同じになるため、弁位置目標温度の上昇が生じない場合より、冷媒ヒーターが消費する車両エネルギーは少ない。暖房状態がもはや存在しないとき、最適のエネルギー効率及び/又は推進システム効率の性能を促進するために、弁位置目標温度は初期値に戻る。

最初に、図１を参照すると、本発明の実施例における冷却システムのブロック図が、符号１０によって示される。冷却システム１０は、車両を推進する、例えば、内燃機関あるいは燃料電池スタックのような推進システム１２から熱を吸収するように設計された車両冷却システムとすることができる。推進システム１２は、推進システム１２へ冷媒を分配する冷媒注入路２８及び、推進システム１２からの冷媒を分配する冷媒排出路３０へ流体的に接続して配置される。ここにおいて使用される「下流に」という用語は、車両冷却システム１０の冷媒注入路２８又は冷媒排出路３０を通る冷媒流の流れ方向を表す。

冷媒ヒーター１４は、一般的に、推進システム１２の下流の冷媒排出路３０に設けられる。ヒーターコア１８は、冷媒ヒーター１４下流の冷媒排出路３０に設けられる。ヒーター温度センサー１６は、一般的に、冷媒ヒーター１４とヒーターコア１８との間の冷媒排出路３０に設けられる。ヒーターコア１８は、当業者に知られているように、冷媒排出路３０を通る冷媒流から、車両のキャビンに流れ込む空気への熱交換を提供する。車両冷却システム１０の作動において、ヒーター温度センサー１６は、冷媒排出路３０内のヒーターコア１８へ入る前の冷媒の温度を測定する。

三方弁２０の入口孔は、ヒーターコア１８下流で冷媒排出路３０と流体的に接続して設けられる。冷媒排出路３０は、弁２０の１つの出口孔から伸び、一方、ラジエータ・バイパス路２４は弁２０の別の出口孔から伸びる。ラジエータ２２あるいは他の熱交換器の注入口は、弁２０の下流で冷媒排出路３０と流体的に接続して設けられる。

冷媒注入路２８は、ラジエータ２２の出口及び推進システム１２の冷媒注入口と流体的に接続されて設けられる。ラジエータ・バイパス路２４は、冷媒注入路２８の、ラジエータ２２と推進システム１２の間に合流するように接続される。弁位置温度センサー２６は、冷媒注入路２８における、ラジエータ・バイパス路２４と推進システム１２の間に設けられるのが一般的である。車両冷却システム１０の作動において、弁位置温度センサー２６は、推進システム１２に入る前における、冷媒注入路２８を流れる冷媒の温度を測定する。

車両冷却システム１０の作動において、冷媒(図示せず)は、推進システム１２が車両を推進するときに、推進システム１２からの熱を吸収するため、冷媒注入路２８から、推進システム１２を通って、そして冷媒排出路３０の中へ、それぞれ圧送される。多くの状況の下では、冷媒が、ヒーター１４及びヒーターコア１８のそれぞれを通って流れるとき、ヒーター１４は作動されない。しかしながら、後述する「暖房状態」が発生する状況においては、ヒーター１４がヒーターコア１８の中へ分配される前の冷媒の加熱を促進するために作動される。例えば、「暖房状態」は、キャビン内部、あるいはフロントガラスの霜取りのために加熱された空気が要求される状況を含む。したがって、暖房状態において、ヒーター温度センサー１６が、冷媒温度（ここにおいて、ヒーター温度と表す）が、閾値（ここにおいて、ヒーター目標温度と表す）よりも低く下がったことを判定したとき、冷媒ヒーター１４が冷媒の加熱を開始する。

弁２０の位置に基づいて、ヒーターコア１８から流れる冷媒は、ラジエータ２２を通って（この場合、熱が冷媒から発散される）又は、ラジエータ・バイパス路２４を通って（この場合、熱が冷媒内に保持される）、あるいはそれらの組み合わせによって、分配される。ここにおいて「弁位置温度」と表す、弁位置温度センサー２６によって測定されるような冷媒の温度が、ここにおいて「弁位置目標温度」と表す閾値に一致する又は上回る場合には、弁２０は冷媒のうちの幾らか又は全てをラジエータ２２を通して分配する。他方で、弁位置温度が弁位置目標温度よりも低く下がる場合には、弁２０は、熱が冷媒に保持されるよう、ラジエータ・バイパス路２４を通して冷媒を分配する。それから、冷媒は、推進システム１２から熱を吸収するため、推進システム１２に入る。

多くの作動状況の下では、弁位置温度センサー２６における冷媒の弁位置温度は、弁位置目標温度を上回る。したがって、弁２０は、ラジエータ２２を通して冷媒のうちの幾らか又は全てを分配し、それによって、推進システム１２を入力する冷媒の温度が、推進システム１２からの熱の吸収を促進するのに十分低いことを確実なものとする。同様に、これは最適のエネルギー効率及び/又は推進システム１２の性能を促進するだろう。

車両冷却システム１０のある作動条件において、冷媒ヒーター１４の作動を制御するヒーター目標温度は、弁２０の作動を制御する弁位置目標温度よりも高く設定される。したがって、暖房状態の間、冷媒ヒーター１４は、ヒーター温度センサー１６によって測定される冷媒のヒーター温度が、ヒーター目標温度のレベルまで上昇する程度に冷媒を加熱する。これは、車両キャビンの暖房空気要求を満たすために、ヒーターコア１８の中で冷媒と空気との間の十分な熱交換が行われることを確かなものとする。

しかしながら、ヒーター目標温度が弁位置目標温度よりも高いので、弁位置温度センサー２６は弁２０に、冷媒からの熱を発散させて冷媒温度を弁位置目標温度まで下げるために、ラジエータ２２を通して冷媒を分配させる。したがって、弁位置温度センサー２６によって測定された冷媒の弁位置温度は、その前にヒーター温度センサー１６によって測定された冷媒のヒーター温度よりも低い。冷媒が推進システム１２からでてくるとき、冷媒の実際の温度は、まだヒーター目標温度以下であるのが一般的である。したがって、その後、ヒーター１４は、冷媒をヒーターコア１８を通して分配する前に、推進システム１２から分配された冷媒の温度をヒーター目標温度まで戻すために、エネルギー消費を必要とする。

次に、図２のフローチャートを一緒に図１を参照すると、図２のステップ１で示されているように、本発明の方法は、最初に冷媒ヒーター１４の作動用のヒーター目標温度を設定することにより、実行される。車両の作動の全体にわたって、ヒーター目標温度は、例えば、車両キャビンの内部の加熱空気の必要性に依存して変り得る。ステップ２で示されるように、弁２０の作動用の弁位置目標温度もまた、設定される。ステップ３において、暖房状態が存在しないとき、車両冷却システム１０は弁位置目標温度に従って作動される。したがって、弁２０は通常、冷媒からの熱を発散させるためにラジエータ２２を通して冷媒を分配する。その結果、弁位置温度センサー２６によって測定される冷媒の弁位置温度は下がり、推進システム１２の中への冷媒の分配に先立って、弁位置目標温度に接近するか又は、一致する。冷媒の弁位置温度が弁位置目標温度よりも低く下がる場合、冷媒の弁位置温度を弁位置目標温度にできるだけ近づけて維持するため、弁２０は、冷媒をラジエータ・バイパス路２４を通して短絡する。

推進システム１２内で冷媒は熱を吸収し、それから、冷媒排出路３０を通って分配される。弁位置目標温度は、推進システム１２に流入する冷媒の弁位置温度が、冷媒による推進システム１２からの熱の吸収が最適なエネルギー消費及び/又は推進システム１２の性能の促進に十分であることを確かなものとする。暖房状態がないとき、一般的に冷媒ヒーター１４は、車両キャビン内部の加熱空気の要求を促進するために作動されない。したがって、暖房状態がないとき、車両エネルギーは、冷媒ヒーター１４によって消費されないのが一般的である。

しかしながら、暖房状態の開始において、車両キャビンの内部の加熱空気の増加要求を促進するため、ヒーター目標温度要求が直ちに満たされなければならない。したがって、図２のステップ４で示されるように、冷媒ヒーター１４は、弁位置目標温度よりも高いヒーター目標温度を実現するために操作されるのが一般的である。したがって、冷媒ヒーター１４は、冷媒のヒーター温度が上昇し、高くされた又は修正されたヒーター目標温度に近づく又は一致するように、冷媒の温度を上げる。この冷媒ヒーター１４による冷媒の加熱は、加熱された冷媒とヒーターコア１８中の空気との間の熱交換が、車両キャビン内部に増加した加熱空気要求を満たすのに十分であることを確かなものとする。

ステップ５で示されるように、暖房状態の開始において、弁位置目標温度は、ヒーター目標温度と実質的に一致する修正された弁位置目標温度を設定するために高められる。したがって、弁２０は、実質的にラジエータ２２を通してではなく、実質的にラジエータ・バイパス路２４を通して冷媒を分配する。その結果、冷媒が、推進システム１２、冷媒排出路３０及び冷媒ヒーター１４の夫々を通して分配されるので、冷媒の弁位置温度は高いレベルを維持する。それゆえに、ヒーター温度センサー１６によって測定される冷媒のヒーター温度は、ヒーター閾値温度に実質的に一致する。したがって、冷媒ヒーター１４は、全く操作される必要がないか、十分低減された動力で操作されるか、又は、単にヒーター温度をヒーター目標温度に又はその近くに維持するために断続的に操作されるかである。これは、全ての暖房状態を通して、冷媒ヒーター１４による車両のエネルギーの消費を実質的に低減する。

暖房状態が終わったとき、ヒーター目標温度は、もはやヒーターコアに入力する冷媒温度を制御するためには使用されない。したがって、冷媒ヒーター１４は、もはや冷媒を熱するためには操作されないのが一般的である。図２のステップ６で示されるように、弁位置目標温度は初期値に戻る。したがって、推進システム１２の中への冷媒の分配に先立って、冷媒から過剰な熱を発散するため、弁２０は、再びラジエータ２２を通して冷媒を分配する。これは、冷媒による推進システム１２からの熱の最適な吸収を再び促進し、最適なエネルギー消費及び/又は推進システム１２の性能に寄与する。

本発明が、上述された構造及び方法そのものに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の本発明を技術思想及び範囲から逸脱すること無しに、種々の変更及び改良をすることができることを、理解すべきである。

本発明を実施する車両冷却システムの概略図である。 本発明の方法に従って実行される動作ステップを要約するフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両冷却システム
１２ 推進システム
１４ ヒーター
１６ ヒーター温度センサー
１８ ヒーターコア
２０ 弁
２２ ラジエータ
２４ ラジエータ・バイパス路
２６ 弁位置温度センサー
２８ 冷媒注入路
３０ 冷媒排出路

Claims (26)

1. 冷却システムの制御方法において、
   上記冷却システム内の第一の点のために、第一目標温度を設定するステップと、
   上記冷却システム内の第二の点のために、上記第一目標温度よりも低い、第二目標温度を設定するステップと、
   上記冷却システム内の上記第二の点において、冷媒の温度を上記第二目標温度に維持するステップと、
   暖房イベントの間、上記第二目標温度を、上記第一目標温度に等しくなるように制御するステップとを有することを特徴とする方法。
2. 上記冷却システムが、車両の冷却システムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記冷却システムの中に備えられたヒーターコアを更に有し、
   上記冷却システム内の上記第一の点が、上記冷媒を上記ヒーターコアに入力する点であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 上記冷却システムの中に備えられた推進システムを更に有し、
   上記冷却システム内の上記第二の点が、上記冷媒を上記推進システムに入力する点であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. 上記推進システムが、内燃機関を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 上記推進システムが、燃料電池スタックを有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 冷却システムの制御方法において、
   上記冷却システム内の第一の点のために、第一目標温度を設定するステップと、
   上記冷却システム内の第二の点のために、上記第一目標温度よりも低い、第二目標温度を設定するステップと、
   上記冷却システム中に、熱交換器を供給するステップと、
   上記冷却システム内の上記第二の点において、冷媒の温度を上記第二目標温度に維持するステップと、
   上記冷媒を、必要とされる上記熱交換器を通して分配することによって、上記冷却システム内の上記第二の点において、冷媒の温度を上記第二目標温度に維持するステップと、
   暖房イベントの間、上記第二目標温度を上記第一目標温度に等しくなるように制御することにより、修正された第二目標温度を設定するステップと、
   上記冷媒を上記熱交換器の周りを迂回させることにより、上記冷媒を上記修正された第二目標温度に維持するステップとを有することを特徴とする方法。
8. 上記冷却システムが、車両の冷却システムであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 上記冷却システムの中に備えられたヒーターコアを更に有し、
   上記冷却システム内の上記第一の点が、上記冷媒を上記ヒーターコアに入力する点であることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
10. 上記冷却システムの中に備えられた推進システムを更に有し、
    上記冷却システム内の上記第二の点が、上記冷媒を上記推進システムに入力する点であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１つに記載の方法。
11. 上記推進システムが、内燃機関を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 上記推進システムが、燃料電池スタックを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 冷却システムの制御方法において、
    上記冷却システム内に冷媒ヒーターを供給するステップと、
    上記冷却システム内に熱交換器を供給するステップと、
    上記冷却システム内に、上記熱交換器をバイパスするバイパス路を供給するステップと、
    上記冷却システム内の第一の点のために、第一目標温度を設定するステップと、
    上記冷却システム内の第二の点のために、上記第一目標温度よりも低い、第二目標温度を設定するステップと、
    上記冷媒を、必要とされる上記熱交換器を通して分配することによって、上記冷却システム内の上記第二の点において、冷媒の温度を上記第二目標温度に維持するステップと、
    暖房イベントの間、上記第二目標温度を上記第一目標温度に等しくなるように制御することによって、修正された第二目標温度を設定するステップと、
    上記冷媒ヒーターの動作によって上記暖房イベントの間、上記冷媒を上記第一目標温度に維持するステップと、
    上記冷媒を上記熱交換器の周りを迂回させることにより、上記冷媒を上記修正された第二目標温度に維持するステップとを有することを特徴とする方法。
14. 上記冷却システムが、車両の冷却システムであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 上記冷却システムの中に備えられたヒーターコアを更に有し、
    上記冷却システム内の上記第一の点が、上記冷媒を上記ヒーターコアに入力する点であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 上記冷却システムの中に備えられた推進システムを更に有し、
    上記冷却システム内の上記第二の点が、上記冷媒を上記推進システムに入力する点であることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の方法。
17. 上記推進システムが、内燃機関を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 上記推進システムが、燃料電池スタックを有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 推進システム、
    上記推進システムに接続された冷媒ヒーター、
    上記冷媒ヒーターと前記推進システムとの間の熱交換器、
    上記冷媒ヒーターと前記推進システムとの間で、上記熱交換器をバイパスするバイパス路、
    上記冷媒ヒーターと上記バイパス路との間の第一温度センサー、及び、
    上記バイパス路と上記推進システムとの間の第二温度センサーを有することを特徴とする車両の冷却システム。
20. 上記第二温度センサーによって検出される、上記バイパス路と上記推進システムとの間の上記冷媒の温度に基づいて、上記バイパス路を通る上記冷媒の量を制御することを特徴とする請求項１９に記載の車両の冷却システム。
21. 上記第一温度センサーによって検出される、上記冷媒ヒーターと上記バイパス路との間の上記冷媒の温度に基づいて、上記冷媒ヒーターを制御することを特徴とする請求項１９に記載の車両の冷却システム。
22. 上記第二温度センサーによって検出される、上記バイパス路と上記推進システムとの間の上記冷媒の温度に基づいて、上記バイパス路を通る上記冷媒の量を制御し、
    上記第一温度センサーによって検出される、上記冷媒ヒーターと上記バイパス路との間の上記冷媒の温度に基づいて、上記ヒーターを制御することを特徴とする請求項１９に記載の車両の冷却システム。
23. 上記バイパス路と上記推進システムとの間の上記冷媒の温度が、第二目標温度になるよう上記バイパス路を通る上記冷媒の量を制御することを特徴とする請求項２０又は２２に記載の車両の冷却システム。
24. 上記冷媒ヒーターと上記バイパス路との間の上記冷媒の温度が、第一目標温度になるよう上記ヒーターを制御することを特徴とする請求項２１又は２２に記載の車両の冷却システム。
25. 上記バイパス路と上記推進システムとの間の上記冷媒の温度が、第二目標温度になるよう上記バイパス路を通る上記冷媒の量を制御し、
    上記冷媒ヒーターと上記バイパス路との間の上記冷媒の温度が、上記第二目標温度よりも高い第一目標温度になるよう上記ヒーターを制御することを特徴とする請求項２２に記載の車両の冷却システム。
26. 特定の作動条件である暖房イベントの間、上記冷媒ヒーターと上記バイパス路との間の上記冷媒の温度が、上記第二目標温度よりも高い第一目標温度になるよう上記ヒーターを制御するとともに、
    上記第二目標定温度を上記第一目標温度に近づく又は一致するように修正し、上記バイパス路と上記推進システムとの間の上記冷媒の温度が該修正された第二目標温度になるように上記バイパス路を通る上記冷媒の量を制御することを特徴とする請求項２５に記載の車両の冷却システム。