JP2010031701A - 車両用熱交換システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ファン又は冷却水ポンプを適正な温度条件下で作動させて消費電力が無駄に生じるのを抑制する。また、早期暖機を実現する。
【解決手段】熱交換システムは、車室内の暖房を行う暖房装置３０と、ウォータジャケット２１及び冷却水通路３２にて冷却水を流量調節可能に循環させるウォータポンプ２５と、エンジン本体の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１２とを備える。暖房装置３０には、ヒータブロア３１とヒータブロア３３とが設けられている。ＥＣＵ４０は、ウォータポンプ２５の駆動制限中に、その駆動制限が解除されてヒータコア３１に冷却水が循環された状態での冷却水温度を温度推定値として算出し、その温度推定値に基づいてウォータポンプ２５の駆動制限を解除する。また、ウォータポンプ２５の駆動制限が解除された後に冷却水温センサ１２で検出した温度検出値に基づいてヒータブロア３３を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用熱交換システムの制御装置に関するものであり、詳しくは、ヒータコア用の電動ファンと電動式の冷却媒体ポンプとを、内燃機関の機関本体における冷却媒体の温度を検出する温度センサの温度検出値に基づいて駆動する車両用熱交換システムの制御装置に関するものである。

車両には例えば車室内の暖房を行う暖房装置や、内燃機関を冷却する冷却装置などといった種々の熱交換システムが設けられており、内燃機関で発生する熱を放出し又は利用している。同システムには、冷却水通路を介して内燃機関に接続される熱交換器（例えばヒータコアやラジエータ）と、熱交換器の周囲に空気の流れを形成する電動ファン（例えばヒータブロアや冷却ファン）と、冷却水通路内に冷却水を強制的に循環させる例えば電動式の冷却水ポンプとが設けられている。そして、熱交換器側の冷却水温度が所定温度以上になった場合に電動ファンに通電して電動ファンを駆動する。

ところで、内燃機関の冷間始動時には、燃費向上を図るために、内燃機関を早期暖機して内燃機関のフリクションを低減させることが知られている。そこで、電動式の冷却水ポンプを備える構成において、内燃機関の冷間始動時に冷却水ポンプの駆動を停止させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。つまり、特許文献１のシステムでは、内燃機関の冷間始動時に冷却水の循環を停止することにより、内燃機関内に冷却水を滞留したままにする。これにより、暖機促進を図っている。

また、内燃機関内の冷却水温度に加え、熱交換器内の冷却水温度を考慮して冷却水ポンプを駆動制御することが提案されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２には、内燃機関側に設けた水温センサと熱交換器側に設けた水温センサとにより冷却水温度をそれぞれ検出し、内燃機関側の水温検出値が第１しきい値以上であるとともに、熱交換器側の水温検出値が第２しきい値未満の場合に、冷却水ポンプを駆動して熱交換器側の冷却水温度を上昇させることが開示されている。
特開２０００−１０４５４８号公報 特開２０００−３０３８４１号公報

冷却水ポンプの駆動を停止したまま内燃機関の暖機を行う場合、内燃機関側と熱交換器側とで冷却水の温度上昇の度合いが異なり、内燃機関側に比べて熱交換器側では冷却水温度の上昇が緩慢になる。そのため、冷却水ポンプを停止したまま暖機を行うと、システム全体でみた場合に冷却水に温度差が生じる。

一方、上記熱交換システムにおいては一般に、内燃機関本体における冷却水の温度を水温センサで検出し、その水温検出値に基づいて冷却水ポンプや電動ファンの駆動制御が実施される。この構成において、冷却水ポンプを駆動停止したまま内燃機関の暖機を行う場合に、冷却水ポンプの駆動開始前の水温検出値に基づいて冷却水ポンプ及び電動ファンを駆動すると、上記温度差に起因して、熱交換器側の実際の冷却水温度が水温検出値よりも低いにもかかわらず、電動ファン等が駆動されることが考えられる。かかる場合、実際には電動ファン等を駆動するための温度条件を満たしていないにもかかわらず電動ファン等が駆動状態となり、電動ファン等の電力消費に無駄が生じてしまう。また、冷却水ポンプの駆動の必要性が生じる前に冷却水の循環が開始されることにより、内燃機関内に冷却水を滞留させる時間が短くなり、暖機完了に要する時間が長引くことが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電動ファン又は冷却水ポンプを適正な温度条件下で作動させることができ、ひいては消費電力が無駄に生じるのを抑制することができる車両用熱交換システムの制御装置を提供することを一つの目的とする。また、早期暖機を実現することができる車両用熱交換システムの制御装置を提供することを他の一つの目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、車載の内燃機関を冷却する冷却媒体を流通させその冷却媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器周辺に空気の流れを形成する電動ファンと、前記内燃機関の機関内通路及び前記内燃機関と前記熱交換器とを接続する冷却媒体通路において前記冷却媒体を流量調節可能に循環させる冷却媒体ポンプと、前記内燃機関の機関本体における前記冷却媒体の温度を検出する温度センサとを備える車両用熱交換システムに適用され、前記温度センサで検出した温度検出値に基づいて前記電動ファン及び前記冷却媒体ポンプの駆動を制御する車両用熱交換システムの制御装置に関する。請求項１に記載の車両用熱交換システムの制御装置は、前記冷却媒体ポンプの駆動制限及びその駆動制限の解除を実施するポンプ駆動制御手段と、前記ポンプ駆動制御手段により前記冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後の前記温度検出値に基づいて前記電動ファンを駆動するファン駆動制御手段と、を備える。

要するに、冷却媒体ポンプの駆動制限により、例えば冷却媒体の循環が停止した状態では、内燃機関で温度上昇した冷却媒体が熱交換器側に流れ込まないことにより、内燃機関側と熱交換器側とに温度差が生じることが考えられる。そのため、温度センサが内燃機関の機関本体における冷却水媒体の温度（例えば機関本体における冷却媒体の出口側温度）を検出する構成において、冷却媒体が循環停止している場合に温度検出値に基づいて電動ファンを駆動制御すると、電動ファンが適正な温度条件下で作動せず、電動ファンの動き無駄が生じることが考えられる。本発明では、電動ファンの作動を、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後の水温検出値に基づいて実施するため、内燃機関側と熱交換器側との温度差が解消された後の温度検出値を用いて電動ファンの駆動制御が実施される。したがって、電動ファンを適正な温度条件下で作動させることができ、ひいては電動ファンで電力が無駄に消費されるのを抑制することができる。

ここで、熱交換器としては、例えばヒータコアやラジエータとするのが望ましい。その場合、電動ファンはヒータコア用のヒータブロアや、ラジエータ用の冷却ファンとするのが望ましい。また、冷却媒体としては、例えば水や油が挙げられる。

冷却媒体ポンプの駆動制限が解除されて、例えば冷却媒体の循環が開始されると、内燃機関で加熱される前の冷却媒体が内燃機関側に流れ込む。そのため、温度センサにおける温度検出値は、冷却媒体の循環開始により一時的に下降した後、再び上昇することが考えられる。つまり、冷却媒体の循環開始後に温度センサの温度検出値が下降から上昇に転じた時点で、内燃機関側と熱交換器側との温度差が解消されたと判断できる。その点に鑑み、請求項２に記載の発明では、前記ファン駆動制御手段が、前記冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後、下降から上昇に転じた後の前記水温検出値に基づいて前記電動ファンを駆動する。この構成によれば、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後に下降から上昇に転じた後の温度検出値に基づいて電動ファンを駆動制御するため、内燃機関側と熱交換器側との温度差が確実に解消された状態で電動ファンの駆動制御を実施することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ファン駆動制御手段が、前記冷却媒体ポンプの駆動制限を実施している駆動制限期間において、前記温度検出値に基づいて前記電動ファンを駆動するのを禁止する。この構成によれば、冷却媒体ポンプの駆動制限中は温度検出値に基づく電動ファンの駆動が行われないため、熱交換器側の冷却媒体の温度を正確に検出できない状況下で温度検出値に基づいて電動ファンが駆動されるのを回避することができる。

内燃機関の始動時には、暖機促進を目的として、冷却媒体ポンプを強制停止することにより内燃機関内に冷却媒体を滞留させることがある。このとき、暖機中であることから内燃機関側と熱交換器側との温度差が大きくなりやすく、熱交換器内の冷却媒体の実温度に対する温度検出値のずれが大きいことが考えられる。その点に鑑み、請求項４に記載の発明は、前記ポンプ駆動制御手段が、前記内燃機関の始動期間に前記冷却媒体ポンプの駆動制限を実施する。この構成によれば、内燃機関の始動期間に、冷却媒体ポンプ駆動後の温度検出値に基づいて電動ファンを駆動するため、電動ファンを適正な温度条件下で作動させるといった効果を好適に得ることができる。

また、内燃機関側と熱交換器側とに温度差が生じている場合に冷却媒体ポンプの駆動制限を解除すると、その制限解除に伴い内燃機関側の冷却媒体温度（つまり温度検出値）が低下する。そのため、冷却媒体ポンプの駆動制限中における温度検出値に基づいて冷却媒体ポンプを駆動した場合、温度検出値が適正値であると判断してポンプの駆動制限を解除したとしても、その制限解除後に温度検出値が低下することにより、ポンプの駆動制限解除後において冷却媒体ポンプが適正な温度条件下で作動しておらず、冷却媒体ポンプの動きに無駄が生じることが考えられる。

その点に鑑み、請求項５に記載の発明は、前記冷却媒体ポンプの駆動制限中において、該冷却媒体ポンプの駆動制限が解除されて前記熱交換器側に前記冷却媒体が循環している状態における前記冷却媒体の温度を温度推定値として算出する温度算出手段を備える。また、前記ポンプ駆動制御手段が、前記冷却媒体ポンプの駆動制限中に、前記温度算出手段により算出した温度推定値に基づいて前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する。この構成によれば、冷却媒体ポンプの駆動制限解除後の冷却媒体温度を推定し、その温度推定値に基づいて冷却媒体ポンプの駆動制限を解除するため、冷却媒体の温度が、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後速やかに温度推定値近傍になる。したがって、冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する温度を適宜設定することにより、冷却媒体ポンプの駆動制限の解除後に冷却媒体ポンプを速やかに適正な温度条件下で作動させることができ、ひいては冷却媒体ポンプの無駄な動きを抑制して冷却媒体ポンプの電力消費を抑制することができる。また、冷却媒体ポンプが適正な温度条件下で作動されるため、冷却媒体ポンプの駆動の必要性が生じる前に冷却媒体の循環が開始されないようになる。したがって、内燃機関内に冷却媒体を滞留させる時間が無駄に短くなるのを抑制することができ、ひいては内燃機関の早期暖機を実現することができる。

請求項６に記載の発明は、車載の内燃機関を冷却する冷却媒体を流通させその冷却媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器周辺に空気の流れを形成する電動ファンと、前記内燃機関の機関内通路及び前記内燃機関と前記熱交換器とを接続する冷却媒体通路に前記冷却媒体を流量調節可能に循環させる冷却媒体ポンプと、前記冷却媒体温度を所定位置で検出する１つの温度センサとを備える車両用熱交換システムに適用され、前記温度センサで検出した温度検出値に基づいて前記電動ファン及び前記冷却媒体ポンプの駆動を制御する車両用熱交換システムの制御装置に関する。本発明は、前記冷却媒体ポンプの駆動制限中において、該冷却媒体ポンプの駆動制限が解除されて前記熱交換器側に前記冷却媒体が循環された状態における前記冷却媒体の温度を温度推定値として算出する温度算出手段と、前記冷却媒体ポンプの駆動制限中に、前記温度算出手段により算出した温度推定値に基づいて前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除するポンプ駆動制御手段と、を備える。

要するに、冷却媒体ポンプの駆動制限により、例えば冷却媒体の循環が停止した状態では、内燃機関で温度上昇した冷却媒体が熱交換器側に流れ込まないことにより、内燃機関側と熱交換器側とに温度差が生じることが考えられる。そのため、温度センサが内燃機関の所定位置（例えば、機関本体における冷却水媒体の温度を検出可能な位置）に設けられている構成において、冷却媒体が循環停止している場合に同温度センサの温度検出値に基づいて冷却媒体ポンプ及び電動ファンを駆動制御すると、上記温度差に起因して、冷却媒体ポンプ及び電動ファンを適正な温度条件下で作動できないことが考えられる。本発明では、冷却媒体ポンプの駆動制限解除後の冷却媒体温度を推定し、その温度推定値に基づいて冷却媒体ポンプの駆動制限を解除するため、冷却媒体の温度が、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後速やかに温度推定値近傍になる。したがって、冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する温度を適宜設定することにより、冷却媒体ポンプの駆動制限の解除後に同ポンプを速やかに適正な温度条件下で作動させることができ、ひいては冷却媒体ポンプの無駄な動きを抑制して冷却媒体ポンプの電力消費を抑制することができる。また、冷却媒体ポンプが適正な温度条件下で作動されるため、冷却媒体ポンプの駆動の必要性が生じる前に冷却媒体の循環が開始されないようになる。したがって、内燃機関内に冷却媒体を滞留させる時間が無駄に短くなるのを抑制することができ、ひいては内燃機関の早期暖機を実現することができる。

請求項７に記載の発明は、前記温度検出値が所定のファン駆動開始温度以上になった時点で前記電動ファンの駆動を開始する車両用熱交換システムに適用される。この発明では、前記ポンプ駆動制御手段は、前記温度推定値が前記所定のファン駆動開始温度以上になるまでは前記冷却媒体ポンプの駆動を制限し、前記温度推定値が前記所定のファン駆動開始温度以上になった時点で前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する。

この構成によれば、温度推定値が電動ファンの駆動開始温度に達することで冷却媒体ポンプが駆動されるため、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後において、冷却媒体の温度（温度検出値）が速やかにファン駆動開始温度近傍の値になる。したがって、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後速やかに電動ファンの駆動を開始することができる。特に、電動ファンの駆動要求に伴い冷却媒体ポンプが駆動される構成においては、冷却媒体ポンプの駆動開始から電動ファンの駆動開始までの時間が短くなるため、冷却媒体ポンプの無駄な動きを抑制することができ好適である。

請求項８に記載の発明は、前記温度算出手段が、前記内燃機関から前記冷却媒体に伝達される熱量に基づいて該冷却媒体の温度変化量を算出し、前記内燃機関の始動時点における冷却媒体温度と前記温度変化量とに基づいて前記温度推定値を算出する。この構成によれば、内燃機関から冷却媒体に実際に伝達される熱量（受熱量）から冷却媒体の温度変化量が推定されるため、冷却媒体の循環制限が解除された状態での冷却媒体温度を比較的簡単にかつ正確に算出することができる。ここで、冷却媒体の受熱量については、例えば、内燃機関の発生熱量を燃料噴射量又は吸入空気量等を用いて算出し、その発生熱量のうち冷却損失の割合（例えば３割）分の熱量が冷却媒体に伝達するものとして算出される。

熱交換器が車室内暖房用のヒータコアである場合、ヒータコア側の実際の冷却媒体温度が低いにもかかわらず電動ファン（ヒータブロア）が駆動されると、比較的低温の空気が車室内に送られるため、都度の暖房要求に応えることができず、搭乗者に違和感を与えてしまう。また、暖房要求に応えるために冷却媒体ポンプの駆動制限を解除して冷却媒体をヒータコアに循環させる場合、ヒータコア内の冷却媒体の温度が適温になる前に冷却媒体ポンプが駆動されると、冷却媒体ポンプの動きに無駄が生じ、冷却媒体ポンプの電力消費の無駄が多くなってしまう。

その点に鑑み、請求項９に記載の発明は、車室内の暖房要求があることを検出する暖房要求検出手段を更に備え、前記熱交換器は、暖房用熱交換器としてのヒータコアであり、前記電動ファンは、前記ヒータコア周辺に空気の流れを形成するヒータブロアであり、前記ポンプ駆動制御手段は、前記暖房要求検出手段により暖房要求があることを検出した場合に前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する。この構成によれば、冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後の温度検出値に基づいてヒータブロアを駆動するため、ヒータブロアを適正な温度条件下で作動させることができる。これにより、暖房に適温の空気を車室内に送風することができる。また、温度推定値に基づいて冷却媒体ポンプの駆動制限が解除されるため、冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する温度を適宜設定することにより、冷却媒体ポンプの駆動後速やかに暖房性能を確保することができ、ひいては冷却媒体ポンプで電力が無駄に消費されるのを抑制することができる。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象に熱交換システムを構築するものとしている。当該システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの冷却や車室内の空調等を実施する。この熱交換システムの全体概略構成図を図１に示す。

熱交換システムには、エンジン１１を冷却するための冷却装置２０が設けられている。冷却装置２０について、エンジン１１の本体（シリンダブロックやシリンダヘッド）にはウォータジャケット２１が形成され、ウォータジャケット２１内に冷却水が注入されている。

ウォータジャケット２１は、往流路と復流路とで構成される冷却水通路２３を介してラジエータ２２に接続されている。また、ウォータジャケット２１の冷却水の入口部には、電動式のウォータポンプ２５が設けられている。バッテリ（図示略）からの通電によりウォータポンプ２５が駆動されると、その駆動に伴い冷却水が、ウォータジャケット２１及び冷却水通路２３を循環する。冷却水は、ウォータジャケット２１を通過する間にエンジン１１の熱を奪った後、冷却水通路２３を介してラジエータ２２に導入される。そして、この冷却水がラジエータ２２にて冷却された後、冷却水通路２３を介してエンジン１１に再び戻される。これにより、エンジン１１が適温（例えば８０℃）に保持される。

また、冷却水通路２３（ラジエータ２２→エンジン１１）の途中にはサーモスタット２４が設けられている。サーモスタット２４は、冷却水温度に応じて作動することで冷却水の流路を変更する。具体的には、サーモスタット２４は、冷却水温度が比較的低温の場合（例えばエンジン１１の冷間始動時）に閉弁して、エンジン１１とラジエータ２２との間での冷却水の循環を停止させる。これにより、ラジエータ２２にて冷却された冷却水がエンジン１１に供給されないため、エンジン１１が速やかに暖機される。

そして、エンジン１１側の冷却水温度がサーモスタット開弁温度（例えば７０℃程度）に達すると、サーモスタット２４が開弁し、エンジン１１とラジエータ２２との間で冷却水が循環する。これにより、ラジエータ２２からの冷却水がエンジン１１側に供給されるため、エンジン１１が適温に保持される。

ラジエータ２２の近傍には、電動式の冷却ファン２６が設けられている。冷却ファン２６は、バッテリ（図示略）から電力供給を受けることにより回転駆動し、その回転によりラジエータ２２の周辺に空気の流れを形成する。これにより、ラジエータ２２の放熱効果が高められ、ラジエータ２２内の冷却水の冷却が促進される。

また、上記熱交換システムには、エンジン１１で発生する熱を利用して車室内の暖房を行う暖房装置３０が設けられている。暖房装置３０にはヒータコア３１が設けられており、ヒータコア３１の入口側が冷却水通路３２を介してウォータジャケット２１に接続され、その出口側が冷却装置２０の冷却水通路２３（サーモスタット２４→エンジン１１）の途中に冷却水通路３２を介して接続されている。ウォータポンプ２５が駆動すると、エンジン１１からヒータコア３１に冷却水が圧送され、冷却水がヒータコア３１内を通過する。そして、冷却水がヒータコア３１を通過する間に冷却水とヒータコア３１周辺の空気との間で熱交換が行われ、その後冷却水通路３２を介して冷却水がエンジン１１に戻される。

ヒータコア３１の近傍には、電動式のヒータブロア３３が設けられている。ヒータブロア３３は、バッテリ（図示略）から電力供給を受けることにより回転駆動し、その回転によりヒータコア３１の周辺に空気の流れを形成する。これにより、ヒータコア３１により暖められた空気が車室内に送風され、車室内に温風が送られる。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、エンジン１１の冷却水の出口側で冷却水温度を検出する冷却水温センサ１２が取り付けられている。その他、本システムには、エンジンの所定クランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角度センサ１３や、搭乗者の暖房要求に伴いオンされる暖房スイッチ１４、車両の速度を検出する車速センサ１５等が設けられている。

ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１１の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサから各種検出信号等を入力し、これらの各種検出信号等に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算して図示しない燃料噴射弁や点火装置の駆動を制御したり、あるいはウォータポンプ２５や冷却ファン２６、ヒータブロア３３の駆動を制御したりする。

ウォータポンプ２５の駆動制御について具体的には、通常走行時にはウォータポンプ２５を駆動してエンジン１１と冷却装置２０及び暖房装置３０との間で冷却水を循環させる。一方、エンジン１１の冷間始動時には、水温検出値が循環開始温度（例えば９０℃や１００℃）以上になるまでウォータポンプ２５を駆動停止する。これにより、ウォータジャケット２１内に冷却水が滞留され、エンジン１１の暖機が促進される。

また、ヒータブロア３３の駆動制御について具体的には、暖房スイッチ１４からオン信号を入力し、かつ冷却水温センサ１２の水温検出値が、車室内への温風の下限温度（ブロア駆動開始温度Ｔｗｂ、例えば４０℃や５０℃）以上の場合にヒータブロア３３に通電してヒータブロア３３を回転駆動する。一方、水温検出値がブロア駆動開始温度Ｔｗｂ未満の場合には、ヒータコア３１周辺の空気が十分に暖められていないため、暖房スイッチ１４がオンされている場合であっても、ヒータブロア３３を駆動停止のままにする。

さらに、冷却ファン２６の駆動制御について具体的には、冷却水温センサ１２の水温検出値がファン駆動開始温度（例えば１００℃）以上であって、かつ車両の速度が所定速度以下である場合に冷却ファン２６に通電して冷却ファン２６を回転駆動する。

図２は、エンジン１１の冷間始動時におけるウォータポンプ２５及びヒータブロア３３の駆動状態と冷却水温度の推移との関係を示すタイムチャートである。図２のうち（ａ）は暖房要求の有無を示し、（ｂ）はウォータポンプ２５のＯＮ／ＯＦＦの推移を示し、（ｃ）はヒータブロア３３のＯＮ／ＯＦＦの推移を示す。また、図２の（ｄ）は冷却水温度の推移を示し、（ｅ）は車室送風温度の推移を示す。なお、図２（ｄ）中の実線は冷却水温センサ１２による水温検出値（つまりエンジン１１出口側の冷却水温度）の推移を示し、一点鎖線はヒータコア３１入口側の冷却水温度の推移を示す。

図２において、エンジン１１が始動されると、ウォータポンプ２５が駆動停止した状態でエンジン１１の暖機が開始される。これにより、図２（ｄ）に実線で示すように、エンジン１１内の冷却水温度が上昇して水温検出値Ｔｗｄが徐々に上昇する。そして、水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂに達すると、ヒータブロア３３の通電によりヒータブロア３３が回転駆動される。その後、水温検出値Ｔｗｄが更に上昇して循環開始温度Ｔｗｐに達すると、ウォータポンプ２５の通電によりウォータポンプ２５が駆動される。これにより、エンジン１１とヒータブロア３３との間で冷却水の循環が開始される。なお、このときサーモスタット２４については閉弁状態が保持されている。

また、冷却水温度については、ウォータポンプ２５の駆動を停止したままエンジン暖機を行っているため、エンジン１１側の冷却水温度（図２（ｄ）の実線）がヒータコア３１側の冷却水温度（図２（ｄ）の一点鎖線）に比べて大幅に上昇する。その結果、図２（ｄ）に示すように、ウォータポンプ２５の駆動停止中では、エンジン１１側とヒータコア３１側とで冷却水に温度差が生じる。また、ウォータポンプ２５が駆動されると、エンジン１１側の冷却水温度が低下してヒータコア３１側の冷却水温度が上昇する。その後、双方の冷却水温度が同じになり、冷却水通路３２，２３内の温度差が解消される。したがって、水温検出値Ｔｗｄについては、図２（ｄ）に実線で示すように、ウォータポンプ２５の駆動停止中には徐々に上昇し、その後ウォータポンプ２５の駆動が開始される時点（図２（ｄ）のＡ点）で上昇から下降に転ずる。そして、冷却水通路３２，２３内の温度差が解消される時点（図２（ｄ）のＢ点）で水温検出値Ｔｗｄが下降から上昇に転ずる。

また、ウォータポンプ２５の駆動停止中では、エンジン１１側とヒータコア３１側とに温度差があるため、水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂに達したとしても、ヒータコア３１側の実際の冷却水温度は、ブロア駆動開始温度ＴｗｂよりもΔＴｗｈだけ低い温度になっている（図２（ｄ）参照）。そのため、ウォータポンプ２５の駆動停止中に水温検出値Ｔｗｄに基づいてヒータブロア３３を駆動すると、ヒータコア３１側の冷却水温度がブロア駆動開始温度Ｔｗｂ未満であるにもかかわらず（図２のＣ期間で）、ヒータブロア３３が駆動される。この場合、暖房装置３０の暖房性能が確保されていないにもかかわらずヒータブロア３３が駆動されることとなり、Ｃ期間でのヒータブロア３３の消費電力分の無駄が生じてしまう。また、ブロア駆動開始温度Ｔｗｂよりも低い温度の空気が車室内に送られる時間が長くなり、搭乗者に違和感を与えてしまう。さらに、暖房装置３０の暖房性能が確保される前に（図２のＤ期間で）ウォータポンプ２５が駆動されるため、Ｄ期間でのウォータポンプ２５の消費電力分の無駄が生じてしまう。また、エンジン１１内に冷却水を滞留させる時間が不要に短くなり、暖機完了に要する時間が長引くおそれがある。

そこで、本実施形態では、ヒータブロア３３の駆動制御として、ウォータポンプ２５を駆動した後の水温検出値Ｔｗｄに基づいてヒータブロア３３を駆動する。また、ウォータポンプ２５の駆動制御として、ウォータポンプ２５の駆動停止中において、ヒータコア３１側に冷却水が循環された状態の冷却水温度を水温推定値Ｔｗｅとして算出し、その算出した水温推定値Ｔｗｅに基づいてウォータポンプ２５を駆動する。この処理としてＥＣＵ４０のマイコン４１は、以下に示す処理を実行する。

図３は、ウォータポンプ２５とヒータブロア３３とを駆動するための処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、暖房スイッチ１４がオンされている場合にエンジン１１の始動開始に伴いＥＣＵ４０のマイコン４１により所定周期毎に実行される。図３において、まずステップＳ１０では、ウォータポンプ２５が駆動停止中か否かを判定する。ウォータポンプ２５が駆動停止中であれば、ステップＳ１１へ進み、ヒータブロア３３の駆動を禁止する。

続くステップＳ１２〜Ｓ１４において、水温推定値Ｔｗｅを算出する。具体的には、まずステップＳ１２で、エンジン１１の始動時点における冷却水温度（始動時水温）Ｔｗｓを記憶する。ステップＳ１３では、前回からの冷却水の温度変化分ΔＴｗｅを算出する。本実施形態では、冷却水を介して熱が伝わる箇所全体の熱容量を予め記憶しておき、エンジン１１から冷却水に伝達される熱量（冷却水の受熱量）をその熱容量で除することにより冷却水の温度変化分ΔＴｗｅを算出する。ここで、冷却水の受熱量については、エンジンの発生熱量を、例えば燃料噴射量又は吸入空気量を用いて算出し、その算出した発生熱量に対し冷却損失の割合（例えば３割）分の熱量が冷却水に伝達するものとして算出する。

また、ステップＳ１４では、エンジン１１の始動時水温Ｔｗｓと冷却水の温度変化分ΔＴｗｅとから水温推定値Ｔｗｅを算出する。つまり、本実施形態では、初回の水温推定値を始動時水温Ｔｗｓとし、水温推定値Ｔｗｅの前回値に温度変化分ΔＴｗｅを加えることで水温推定値Ｔｗｅ今回値を算出する。

続いてステップＳ１５で、水温推定値Ｔｗｅがヒータブロア３３の駆動開始温度Ｔｗｂ以上か否かを判定し、水温推定値Ｔｗｅがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ未満であればステップＳ１６へ進み、ウォータポンプ２５の駆動を停止したままにする。一方、水温推定値Ｔｗｅがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上であれば、ステップＳ１７へ進み、ウォータポンプ２５を駆動する。

ウォータポンプ２５が駆動されると、ステップＳ１８へ進み、ウォータポンプ２５駆動後の水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上か否かを判定する。本実施形態では、ウォータポンプ２５を停止状態から駆動状態に切り替えた後、冷却水通路３２，２３内の温度差が解消されると水温検出値Ｔｗｄが下降から上昇に転じることに着目し（図２参照）、同ステップＳ１７では、水温検出値Ｔｗｄが下降から上昇に転じた後の水温検出値Ｔｗｄとブロア駆動開始温度Ｔｗｂとを比較する。そして、水温検出値Ｔｗｄが下降から上昇に転じた後の水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ未満であればステップＳ１９へ進み、ヒータブロア３３を駆動停止状態にする。一方、水温検出値Ｔｗｄが下降から上昇に転じた後の水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上であれば、ステップＳ２０へ進み、ヒータブロア３３を駆動状態にする。

図４は、本実施形態におけるウォータポンプ２５及びヒータブロア３３の駆動状態と冷却水温度の推移との関係を示すタイムチャートである。図４の（ａ）〜（ｅ）については図２と同様に、（ａ）は暖房要求の有無を示し、（ｂ）はウォータポンプ２５のＯＮ／ＯＦＦの推移を示し、（ｃ）はヒータブロア３３のＯＮ／ＯＦＦの推移を示す。また、図４の（ｄ）は冷却水温度の推移を示し、（ｅ）は車室送風温度の推移を示す。なお、図４（ｄ）中の実線は冷却水温センサ１２による水温検出値（つまりエンジン１１出口側の冷却水温度）の推移を示し、一点鎖線はヒータコア３１入口側の冷却水温度の推移を示し、二点鎖線は水温推定値Ｔｗｅの推移を示す。

図４（ｄ）に二点鎖線で示すように、エンジン暖機に伴い水温推定値Ｔｗｅが上昇し、ブロア駆動開始温度Ｔｗｂに達した時点で（図４のＡ点で）ウォータポンプ２５が駆動される。これにより、エンジン１１とヒータコア３１との間を冷却水が循環する。また、ウォータポンプ２５を駆動した後、所定時間が経過した時点で（図４のＢ点で）冷却水通路３２，２３内の温度差が解消され、水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上になった時点で（図４（ｄ）ではＢ点で）ヒータブロア３３の駆動が開始される。これにより、図４（ｅ）に示すように、ヒータブロア３３の駆動後速やかにブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上の暖かい空気が車室内に送風される。また、図４のＢ点まではヒータブロア３３の駆動が停止されるため、ヒータブロア３３の駆動に用いる消費電力の無駄が抑制される。加えて、ウォータポンプ２５の駆動時に、循環後の冷却水温度の推定値（水温推定値）が暖房性能を確保するのに必要な温度になっているため、ウォータポンプ２５の駆動開始から暖房能力が確保されるまでの時間（図４（ｄ）のＡ−Ｂ期間）が比較的短時間になり、ウォータポンプ２５の消費電力の無駄が抑制される。

以上詳述した実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

ヒータブロア３３の作動を、ウォータポンプ２５の駆動開始後の水温検出値Ｔｗｄに基づいて実施するため、エンジン１１とヒータコア３１との温度差が解消された後の水温検出値Ｔｗｄに基づいてヒータブロア３３が駆動される。これにより、ヒータコア３１側の実際の冷却水温度がブロア駆動開始温度Ｔｗｂ未満の状態でヒータブロア３３が作動されるのを回避することができ、ヒータブロア３３の電力消費を抑制することができる。また、ヒータコア３１側の実際の冷却水温度がブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上の状態でヒータブロア３３が駆動されるため、ヒータブロア３３の駆動後速やかにブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上の暖かい空気を車室内に送風することができる。

ウォータポンプ２５の駆動停止中において、ヒータコア３１側に冷却水が循環された状態の冷却水温度（水温推定値Ｔｗｅ）を算出し、その水温推定値Ｔｗｅに基づいてウォータポンプ２５を駆動するため、冷却水温度を、ウォータポンプ２５の駆動開始後速やかに、ウォータポンプ２５の駆動開始の基準とした水温推定値Ｔｗｅ（本実施形態ではブロア駆動開始温度Ｔｗｂ）又はその近傍の値にすることができる。つまり、ウォータポンプ２５駆動後のヒータコア３１の冷却水温度（水温検出値）を速やかにファン駆動開始温度Ｔｗｓにすることができ、ウォータポンプ２５の駆動後速やかに暖房装置３０の暖房能力を確保することができる。その結果、ウォータポンプ２５の無駄な動きを抑制することができ、ひいてはウォータポンプ２５の電力消費を抑制することができる。また、エンジン１１内に冷却水を滞留させる時間が不要に短くなるのを回避することができ、ひいては早期暖機を実現することができる。

また、水温推定値Ｔｗｅについて、冷却水の受熱量に基づいて冷却水の温度変化分ΔＴｗｅを算出し、エンジン１１の始動時水温Ｔｗｓと温度変化分ΔＴｗｅとから算出する構成としたため、水温推定値Ｔｗｅを比較的簡単にかつ正確に算出することができる。 冷却水の循環開始後の水温検出値が下降から上昇に転じた後の水温検出値Ｔｗｄに基づいてヒータブロア３３を駆動するため、エンジン１１とヒータコア３１との温度差が確実に解消された状態でヒータブロア３３を駆動することができる。

ウォータポンプ２５の駆動停止中はヒータブロア３３の駆動を禁止するため、ヒータコア３１内の冷却水温度を正確に検出できない状況下で水温検出値Ｔｗｄに基づいてヒータブロア３３が駆動されるのを回避することができる。

また、エンジン暖機中には、ウォータポンプ２５の駆動停止によりエンジン１１とヒータコア３１とで冷却水の温度差が大きくなりやすいところ、エンジン始動に伴い上記制御が実施されるため、ヒータブロア３３を適正な温度条件下で作動させるといった効果を好適に得ることができる。 （他の実施形態）
・上記実施形態では、水温検出値Ｔｗｄに基づいてヒータブロア３３を駆動するのにあたり、冷却水温センサ１２で実際に検出した水温検出値Ｔｗｄが、ウォータポンプ２５駆動後にブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上である場合にヒータブロア３３を駆動する構成としたが、冷却水温センサ１２で実際に検出した水温検出値Ｔｗｄを用いる代わりに、ウォータポンプ２５を駆動してからの経過時間を計測し、その経過時間が所定時間を超える場合にヒータブロア３３を駆動する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ウォータポンプ２５駆動後の水温検出値Ｔｗｄがブロア駆動開始温度Ｔｗｂ以上であることを判定するのにあたり、水温検出値Ｔｗｄが下降から上昇に転じた後の水温検出値Ｔｗｄとブロア駆動開始温度Ｔｗｂとを比較する構成としたが、ウォータポンプ２５駆動後所定時間が経過した後の水温検出値Ｔｗｄとブロア駆動開始温度Ｔｗｂとを比較する構成としてもよい。

・上記実施形態では、水温推定値Ｔｗｅを算出するのにあたり、エンジン１１の始動時水温に都度の冷却水の温度変化分ΔＴｗｅを加算し、その加算後の値を水温推定値Ｔｗｅとする構成としたが、エンジン始動後の都度の温度検出値Ｔｗｄにおいて、ウォータポンプ２５の駆動を開始してヒータコア３１側に冷却水を循環させた状態での冷却水温度を実験により予め設定して記憶しておき、冷却水温センサ１２で検出した温度検出値Ｔｗｄに対応する実験値を水温推定値Ｔｗｅとする構成としてもよい。このとき、始動時水温に応じて水温推定値Ｔｗｅを設定するのが好ましい。具体的には、エンジン１１の始動時水温ごとに水温検出値Ｔｗｄと水温推定値Ｔｗｅとの関係を例えばマップ等として予め設定しておき、都度の始動時水温に対応するマップ等を用いて水温推定値Ｔｗｅを算出する。あるいは、都度の温度検出値Ｔｗｄに対応する実験値に対し始動時水温に応じて補正を行い、その補正後の値を水温推定値Ｔｗｅとしてもよい。

・上記実施形態では、ウォータポンプ２５の駆動制限としてウォータポンプ２５の駆動が停止される場合について説明したが、ウォータポンプ２５の駆動制限としてウォータポンプ２５のフル駆動状態よりも弱い駆動力で駆動される場合についても同様のことが言える。つまり、ウォータポンプ２５の駆動状態を、フル駆動状態よりも弱い駆動力での駆動状態からフル駆動状態へ切り替える構成においても、エンジン１１とヒータコア３１との温度差が解消されることにより水温検出値が変化するため、上記と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、熱交換器をヒータコア３１とし、電動ファンをヒータブロア３３とする構成としたが、その他の熱交換器及び電動ファンに本発明を適用する構成としてもよい。例えば、熱交換器をラジエータ２２とし、電動ファンを冷却ファン２６としてもよい。この構成においても、上記と同様に、ウォータポンプ２５の駆動が制限されることによりエンジン１１側とラジエータ２２側とで冷却水温度に温度差が生じる。そのため、ウォータポンプ２５の駆動停止中に水温検出値Ｔｗｄがファン駆動開始温度になり、冷却ファン２６が駆動される場合、ラジエータ２２内の実際の冷却水温度がファン駆動開始温度よりも低温であることが考えられる。かかる場合、冷却ファン２６によってラジエータ２２の放熱を促進する必要がないのにもかかわらず、冷却ファン２６が駆動され、冷却ファン２６で無駄に電力が消費されてしまう。したがって、ウォータポンプ２５駆動後の水温検出値Ｗｅｄに基づいて冷却ファン２６の駆動制御を実施することにより、冷却ファンを適正な温度条件下で作動させることができ、ひいては冷却ファンで電力が無駄に消費されるのを抑制することができる。

・上記実施形態では、エンジン１１の出口側に冷却水温センサ１２を設ける構成としたが、冷却水温センサ１２を設ける位置はこれに限定せず、例えばエンジン１１の入口側に冷却水温センサ１２を設け、エンジン１１の入口側で検出した水温検出値に基づいてウォータポンプ２５又はヒータブロア３３を駆動する構成としてもよい。あるいは、冷却水温センサ１２をヒータコア３１の入口側に設け、ヒータコア３１の入口側で検出した水温検出値に基づいてウォータポンプ２５を駆動してもよい。この場合、水温推定値に基づいてウォータポンプ２５を駆動することにより、ウォータポンプ２５を適正な温度条件下で作動させることができる。なお、ヒータブロア３３の駆動制御については、エンジン１１側に設けたセンサにて実施する必要がある。

・上記実施形態では、冷却水ポンプとして電動式のウォータポンプ２５を用いる構成としたが、冷却水の流量を調節可能であればこれに限定せず、例えばマグネットクラッチへの通電のＯＮ／ＯＦＦにより冷却水の流量を調節するクラッチ付きウォータポンプを用いる構成としてもよい。

熱交換システムの全体概略構成図。 ウォータポンプ及びヒータブロアの駆動状態と冷却水温度の推移との関係を示すタイムチャート。 ウォータポンプ及びヒータブロアを駆動するための処理手順の一例を示すフローチャート。 本実施形態におけるウォータポンプ及びヒータブロアの駆動状態と冷却水温度の推移との関係を示すタイムチャート。

符号の説明

１１…エンジン、１２…冷却水温センサ、１４…暖房スイッチ、２０…冷却装置、２２…ラジエータ、２３…冷却水通路、２５…ウォータポンプ、２６…冷却ファン、３０…暖房装置、３１…ヒータコア、３２…冷却水通路、３３…ヒータブロア、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン。

Claims (9)

1. 車載の内燃機関を冷却する冷却媒体を流通させその冷却媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器周辺に空気の流れを形成する電動ファンと、前記内燃機関の機関内通路及び前記内燃機関と前記熱交換器とを接続する冷却媒体通路において前記冷却媒体を流量調節可能に循環させる冷却媒体ポンプと、前記内燃機関の機関本体における前記冷却媒体の温度を検出する温度センサとを備える車両用熱交換システムに適用され、
   前記温度センサで検出した温度検出値に基づいて前記電動ファン及び前記冷却媒体ポンプの駆動を制御する車両用熱交換システムの制御装置であって、
   前記冷却媒体ポンプの駆動制限及びその駆動制限の解除を実施するポンプ駆動制御手段と、
   前記ポンプ駆動制御手段により前記冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後の前記温度検出値に基づいて前記電動ファンを駆動するファン駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用熱交換システムの制御装置。
2. 前記ファン駆動制御手段は、前記冷却媒体ポンプの駆動制限が解除された後、下降から上昇に転じた後の前記水温検出値に基づいて前記電動ファンを駆動する請求項１に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
3. 前記ファン駆動制御手段は、前記冷却媒体ポンプの駆動制限を実施している駆動制限期間において、前記温度検出値に基づいて前記電動ファンを駆動するのを禁止する請求項１又は２に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
4. 前記ポンプ駆動制御手段は、前記内燃機関の始動期間に前記冷却媒体ポンプの駆動制限を実施する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
5. 前記冷却媒体ポンプの駆動制限中において、該冷却媒体ポンプの駆動制限が解除されて前記熱交換器側に前記冷却媒体が循環している状態における前記冷却媒体の温度を温度推定値として算出する温度算出手段を備え、
   前記ポンプ駆動制御手段は、前記冷却媒体ポンプの駆動制限中に、前記温度算出手段により算出した温度推定値に基づいて前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
6. 車載の内燃機関を冷却する冷却媒体を流通させその冷却媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器周辺に空気の流れを形成する電動ファンと、前記内燃機関の機関内通路及び前記内燃機関と前記熱交換器とを接続する冷却媒体通路に前記冷却媒体を流量調節可能に循環させる冷却媒体ポンプと、前記冷却媒体温度を所定位置で検出する１つの温度センサとを備える車両用熱交換システムに適用され、
   前記温度センサで検出した温度検出値に基づいて前記電動ファン及び前記冷却媒体ポンプの駆動を制御する車両用熱交換システムの制御装置であって、
   前記冷却媒体ポンプの駆動制限中において、該冷却媒体ポンプの駆動制限が解除されて前記熱交換器側に前記冷却媒体が循環された状態における前記冷却媒体の温度を温度推定値として算出する温度算出手段と、
   前記冷却媒体ポンプの駆動制限中に、前記温度算出手段により算出した温度推定値に基づいて前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除するポンプ駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用熱交換システムの制御装置。
7. 前記温度検出値が所定のファン駆動開始温度以上になった時点で前記電動ファンの駆動を開始する車両用熱交換システムに適用され、
   前記ポンプ駆動制御手段は、前記温度推定値が前記所定のファン駆動開始温度以上になるまでは前記冷却媒体ポンプの駆動を制限し、前記温度推定値が前記所定のファン駆動開始温度以上になった時点で前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する請求項５又は６に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
8. 前記温度算出手段は、前記内燃機関から前記冷却媒体に伝達される熱量に基づいて該冷却媒体の温度変化量を算出し、前記内燃機関の始動時点における冷却媒体温度と前記温度変化量とに基づいて前記温度推定値を算出する請求項５乃至７のいずれか一項に記載の車両用熱交換システムの制御装置。
9. 車室内の暖房要求があることを検出する暖房要求検出手段を更に備え、
   前記熱交換器は、暖房用熱交換器としてのヒータコアであり、
   前記電動ファンは、前記ヒータコア周辺に空気の流れを形成するヒータブロアであり、
   前記ポンプ駆動制御手段は、前記暖房要求検出手段により暖房要求があることを検出した場合に前記冷却媒体ポンプの駆動制限を解除する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の車両用熱交換システムの制御装置。

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