JP2010112236A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放熱時(温水供給時)には、蓄熱タンク8の冷却水出口8b側に設けた蓄熱サーモスタット(第2バルブ)9を開弁状態とし、ヒータ回路102に設けたデバイスリリーフバルブ7が開かないように、ウォータポンプ2の吐出流量を制御することにより、蓄熱タンク8に貯蔵されている高温の冷却水をエンジン1に供給する。また、熱回収時(温水回収時)には、蓄熱リリーフバルブ(第3バルブ)10が開弁状態となるようにウォータポンプ2の吐出流量を制御することによって、エンジン1で加熱された冷却水の一部を蓄熱タンク8内に回収する。このような制御つまり1台のウォータポンプの吐出制御のみによって温水供給及び温水回収を可能にする。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の冷却装置の一例を示す概略構成図である。
ECU200は、CPU、ROM、RAM及びバックアップRAMなどを備えている。ROMには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、RAMはCPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAMはエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
まず、電動ウォータポンプ2を最大吐出流量で作動した状態で、蓄熱タンク8内の低温水とエンジン1内の高温水との冷温水交換を1度に行うと、エンジン1及びヒータ回路102に流れる冷却水の温度が下がってしまい、エンジン運転やヒータ機能などに悪影響が及ぶ可能性がある。
温水回収をN回に分けて実行する場合、前回の温水回収終了から今回の温水回収開始までの間隔が短いと、上記した冷却水温度低下の抑制効果が低くなる。この点を考慮して、n回目の温水回収が完了する毎に、そのn回目の温水回収完了時点から冷却水温Thwが安定するまでの待機時間Tbを設ける。待機時間tbは、温水回収時間[T1/N]での温水回収を実行した後に冷却水温Thwが安定するまでの時間を、予め実験・計算等によって取得し、その結果に基づいて適合した値を設定する。
IG−OFF時の温水回収時間Toffは、エンジン1の運転を停止したときに、その運転停止時までに、温水回収時間[T1/N]での温水回収が実行された回数(温水回収回数n)に応じて設定する。具体的には、図5に示すように、温水回収回数が1回(n=1)、2回(n=2)・・・n回である場合、IG−OFF時の温水回収時間Toffを[(N−1)/N×T1]、[(N−2)/N×T1]・・[(N−n)/N×T1]に設定する。ただし、IG−OFF時の温水回収回数nがN回以上(N≦n)である場合は回収時間を「0」とする。なお、図5に示す温水回収時間Toffは、温水回収回数nをパラメータとしてマップ化したものをECU200のROM内に記憶しておいてもよい。
次に、本発明の冷却装置の他の例を図6を参照して説明する。
温水供給時には、蓄熱サーモスタット9は開いた状態となっており(Thw<A)、この状態で電動ウォータポンプ2を、ポンプ吐出圧Pwが上記した設定値αよりも小さい圧力(Pw<α)となるような微小流量で作動する。この電動ウォータポンプ2の作動により、図7(a)に示すように、エンジン1からの低温水がヒータ5、EGRクーラ6及び冷却水導入管131aを通過して蓄熱タンク8内に流入し、これに伴って蓄熱タンク8に貯蔵されている高温水(蓄熱タンク8への高温水の貯蔵については後述する)が、蓄熱タンク8の冷却水出口8bから冷却水導出管132に流出し、蓄熱サーモスタット9を通過した後にエンジン1内部のウォータジャケットに流入する。
以上の温水供給が完了した後、電動ウォータポンプ2をエンジン1の運転状態に応じた吐出流量(ポンプ吐出圧Pw≧α)となるように制御する。この電動ウォータポンプ2の制御によりデバイスリリーフバルブ7が作動(開弁)する。ここで、温水供給が完了した時点では、冷却水温Thwは暖機温度に達していないのでエンジンサーモスタット4は閉じている。また、蓄熱サーモスタット9も閉弁状態であるので、図7(b)に示すように、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ヒータ5]→[EGRクーラ6]→[デバイスリリーフバルブ7]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水回路(ヒータ回路102)が形成され、その循環過程においてエンジン1によって冷却水が加熱されて冷却水温が上昇する。
通常走行時には、図8(a)に示すように、ヒータ回路102に加えて、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ラジエータ3]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水回路が形成される。すなわち、ヒータ回路102にラジエータ回路101が並列接続され、ヒータ回路102を循環する冷却水(高温水)の一部がラジエータ3に流れて冷却水の熱がラジエータ3から外部に放出される。なお、通常走行時には、電動ウォータポンプ2のポンプ吐出圧Pwが[α≦Pw<β]の範囲内となるように吐出流量が制御される。
温水回収時には、電動ウォータポンプ2を最大流量(ポンプ吐出圧Pw≧β)で作動する。このような電動ウォータポンプ2の作動によって、蓄熱リリーフバルブ10が開弁する。これにより、図8(b)に示すように、蓄熱タンク8からの低温水が蓄熱リリーフバルブ10を通過した後にエンジン1内に流入し、これに伴ってエンジン1側の高温水がヒータ5及びEGRクーラ6を通過した後に蓄熱タンク8内に流入して、蓄熱タンク8内に高温水が回収される。
次に、本発明の冷却装置の他の例を図9を参照して説明する。
温水供給時には、蓄熱サーモスタット90の感温部93に接触する冷却水の温度が低くて(冷却水温Thw<A)、蓄熱サーモスタット90が開いた状態となっている(図10(a))。この状態で電動ウォータポンプ2を、ポンプ吐出圧Pwが上記<実施形態1>で説明した設定値αよりも小さい圧力(Pw<α)となるような微小流量で作動する。この電動ウォータポンプ2の作動により、図11(a)に示すように、エンジン1からの冷却水(低温水)が冷却水導入管131を通じて蓄熱タンク8内に流入し、これに伴って蓄熱タンク8に貯蔵されている高温水(蓄熱タンク8への高温水の貯蔵については後述する)が、蓄熱タンク8の冷却水出口8bから冷却水導出管132に流出し、蓄熱サーモスタット90を通過した後にエンジン1内部のウォータジャケットに流入する。
以上の温水供給が完了した後、電動ウォータポンプ2をエンジン1の運転状態に応じた吐出流量となるように制御する。ここで、温水供給が完了した時点では、冷却水温Thwは暖機温度に達していないのでエンジンサーモスタット4は閉じている。また、蓄熱サーモスタット90も閉弁状態であるので、図11(b)に示すように、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ヒータ5]→[EGRクーラ6]→[デバイスリリーフバルブ7]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水回路(ヒータ回路102)が形成され、その循環過程においてエンジン1によって冷却水が加熱されて冷却水温が上昇する。
通常走行時には、図12(a)に示すように、ヒータ回路102に加えて、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ラジエータ3]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水回路が形成される。すなわち、ヒータ回路102にラジエータ3が並列接続され、ヒータ回路102を循環する冷却水(高温水)の一部がラジエータ3に流れて冷却水の熱がラジエータ3から外部に放出される。なお、通常走行時には、電動ウォータポンプ2のポンプ吐出圧Pwが[α≦Pw<β]の範囲内となるように吐出流量が制御される。
温水回収時には、電動ウォータポンプ2を最大流量(ポンプ吐出圧Pw≧β)で作動する。このような電動ウォータポンプ2の作動により、蓄熱サーモスタット90が開弁する(図10(c))。これにより、図12(b)に示すように、蓄熱タンク8からの低温水が蓄熱サーモスタット90を通過した後にエンジン1内に流入し、これに伴ってエンジン1側の高温水の一部が冷却水導入管131を通じて蓄熱タンク8内に流入して蓄熱タンク8内に高温水が回収される。
次に、本発明の冷却装置の他の例を図13〜図15を参照して説明する。
温水供給時には、蓄熱サーモスタット90は開いた状態となっており、この状態で電動ウォータポンプ2を、ポンプ吐出圧Pwが上記<実施形態1>で説明した設定値αよりも小さい圧力(Pw<α)となるような微小流量で作動する。この電動ウォータポンプ2の作動により、図14(a)に示すように、エンジン1からの低温水がヒータ5、EGRクーラ6及び冷却水導入管131aを通過して蓄熱タンク8内に流入し、これに伴って蓄熱タンク8に貯蔵されている高温水(蓄熱タンク8への高温水の貯蔵については後述する)が、冷却水出口8bを通じて冷却水導出管132に流出し、蓄熱サーモスタット90を通過した後にエンジン1内部のウォータジャケットに供給される。
以上の温水供給が完了した後、電動ウォータポンプ2をエンジン1の運転状態に応じた吐出流量となるように制御する。ここで、温水供給が完了した時点では、冷却水温Thwは暖機温度に達していないのでエンジンサーモスタット4は閉じている。また、蓄熱サーモスタット90も閉弁状態であるので、図14(b)に示すように、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ヒータ5]→[EGRクーラ6]→[デバイスリリーフバルブ7]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水循環路(ヒータ回路102)が形成され、その循環過程においてエンジン1によって冷却水が加熱されて冷却水温が上昇する。
通常走行時には、図15(a)に示すように、ヒータ回路102に加えて、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ラジエータ3]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水循環路が形成される。すなわち、ヒータ回路102にラジエータ回路101が並列接続され、ヒータ回路102を循環する冷却水(高温水)の一部がラジエータ3に流れて冷却水の熱がラジエータ3から外部に放出される。なお、通常走行時には、電動ウォータポンプ2のポンプ吐出圧Pwが[α≦Pw<β]の範囲内となるように吐出流量が制御される。
温水回収時には、電動ウォータポンプ2を最大流量(ポンプ吐出圧Pw≧β)で作動する。このような電動ウォータポンプ2の作動によって、蓄熱サーモスタット90が開弁する(図10(c))。これにより、図15(b)に示すように、蓄熱タンク8からの低温水が蓄熱サーモスタット90を通過した後にエンジン1内に流入し、これに伴ってエンジン1側の高温水がヒータ5及びEGRクーラ6を通過した後に蓄熱タンク8内に流入して、蓄熱タンク8内に高温水が回収される。
次に、本発明の冷却装置の他の例を図16を参照して説明する。
温水供給時には蓄熱タンク8内に高温水が貯蔵されているので(蓄熱タンク8への高温水の貯蔵については後述する)、蓄熱サーモスタット190の感温部193に接触する冷却水の温度が高くて、蓄熱サーモスタット190が開いた状態となっている(図17(a))。なお、温水供給の開始時の水温センサ11の出力信号から得られるエンジン1側の冷却水温Twhは上記した設定値A以下(Thw<A)である。
以上の温水供給が完了した後、電動ウォータポンプ2をエンジン1の運転状態に応じた吐出流量となるように制御する。ここで、温水供給が完了した時点では、冷却水温Thwは暖機温度に達していないのでエンジンサーモスタット4は閉じている。また、蓄熱サーモスタット190も閉弁状態であるので、図18(b)に示すように、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ヒータ5]→[EGRクーラ6]→[デバイスリリーフバルブ7]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水循環回路(ヒータ回路102)が形成され、その循環過程においてエンジン1によって冷却水が熱せられて冷却水温が上昇する。
通常走行時には、図19(a)に示すように、ヒータ回路102に加えて、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ラジエータ3]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水回路が形成される。すなわち、ヒータ回路102にラジエータ回路101が並列接続され、ヒータ回路102を循環する冷却水(高温水)の一部がラジエータ3に流れて冷却水の熱がラジエータ3から外部に放出される。なお、通常走行時には、電動ウォータポンプ2のポンプ吐出圧Pwが[α≦Pw<β]の範囲内となるように吐出流量が制御される。
温水回収時には、電動ウォータポンプ2を最大流量(ポンプ吐出圧Pw≧β)で作動する。このような電動ウォータポンプ2の作動により、蓄熱タンク8内の蓄熱サーモスタット190が開弁する(図17(c))。これにより、図19(b)に示すように、蓄熱タンク8内の低温水が、蓄熱タンク8内の蓄熱サーモスタット190及び冷却水出口8bを通過してタンク外部に流出し、冷却水導出管132を通じてエンジン1に流入する。これに伴ってエンジン1側の高温水が冷却水導入管131を通過した後に蓄熱タンク8に流入して、蓄熱タンク8内に高温水が回収される。
次に、本発明の冷却装置の他の例を図20を参照して説明する。
温水供給時には蓄熱タンク8内に高温水が貯蔵されているので(蓄熱タンク8への高温水の貯蔵については後述する)、蓄熱サーモスタット190の感温部193に接触する冷却水の温度が高くて、蓄熱サーモスタット190が開いた状態となっている(図17(a))。なお、温水供給の開始時の水温センサ11の出力信号から得られる冷却水温Twhは、上記<実施形態1>で説明した設定値A以下(Thw<A)である。
以上の温水供給が完了した後、電動ウォータポンプ2をエンジン1の運転状態に応じた吐出流量となるように制御する。ここで、温水供給が完了した時点では、冷却水温Thwは暖機温度に達していないのでエンジンサーモスタット4は閉じている。また、蓄熱サーモスタット190も閉弁状態であるので、図21(b)に示すように、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ヒータ5]→[EGRクーラ6]→[デバイスリリーフバルブ7]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水循環回路(ヒータ回路102)が形成され、その循環過程においてエンジン1によって冷却水が熱せられて冷却水温が上昇する。
通常走行時には、電動ウォータポンプ2のポンプ吐出圧Pwが[α≦Pw<β]の範囲内となるように吐出流量が制御される。このような電動ウォータポンプ2の制御により、図22(a)に示すように、ヒータ回路102に加えて、[電動ウォータポンプ2]→[エンジン1]→[ラジエータ3]→[エンジンサーモスタット4]→[電動ウォータポンプ2]の冷却水回路が形成される。すなわち、ヒータ回路102にラジエータ回路101が並列接続され、ヒータ回路102を循環する冷却水(高温水)の一部がラジエータ3に流れて冷却水の熱がラジエータ3から外部に放出される。
温水回収時には、電動ウォータポンプ2を最大流量(ポンプ吐出圧Pw≧β)で作動する。このような電動ウォータポンプ2の作動により、蓄熱タンク8内の蓄熱サーモスタット190が開弁する(図17(c))。これにより、図22(b)に示すように、蓄熱タンク8内の低温水が、蓄熱タンク8内の蓄熱サーモスタット190及び冷却水出口8bを通過してタンク外部に流出し、冷却水導出管132を通じてエンジン1に流入する。これに伴ってエンジン1側の高温水がヒータ5及びEGRクーラ6を通過した後に蓄熱タンク8内に流入して、蓄熱タンク8内に高温水が回収される。
以上の例では、冷却水の循環に電動ウォータポンプを用いているが、本発明はこれに限られることなく、吐出流量(吐出圧)が可変の機械式ウォータポンプを冷却水循環に用いてもよい。
1b 冷却水出口
2 電動ウォータポンプ
3 ラジエータ
4 エンジンサーモスタット
5 ヒータコア
6 EGRクーラ
7 デバイスリリーフバルブ(第1バルブ)
8 蓄熱タンク
9 蓄熱サーモスタット(第2バルブ)
90,190 蓄熱サーモスタット(第2及び第3バルブ)
94 第1圧縮コイルばね
194 圧縮コイルばね
10 蓄熱リリーフバルブ(第3バルブ)
100 冷却水回路
101 ラジエータ回路
102 ヒータ回路(第1冷却水回路)
103 蓄熱回路(第2冷却水回路)
200 ECU
Claims (12)
- 内燃機関にて加熱された冷却水の一部を保温状態で貯蔵する蓄熱装置が組み込まれた冷却装置であって、冷却水を前記内燃機関及び熱交換器を経由して循環させる第1冷却水回路と、冷却水を前記内燃機関及び前記蓄熱装置を経由して循環させる第2冷却水回路と、ウォータポンプとを備えた内燃機関の冷却装置において、
前記熱交換器の冷却水出口と前記蓄熱装置の冷却水出口とが前記内燃機関の冷却水入口に連通しており、前記第1冷却水回路と前記第2冷却水回路との冷却水循環に、前記内燃機関の回転数に依存せずに吐出流量が可変なウォータポンプが併用されているとともに、
前記熱交換器の冷却水入口側または冷却水出口側に設けられ、前記ウォータポンプの吐出流量に応じて作動する第1バルブと、前記蓄熱装置の冷却水出口側または蓄熱装置の内部に設けられ、冷却水の水温に応じて作動する第2バルブとを備えていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項1記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置の放熱時には、前記第2バルブを開弁状態とし、前記第1バルブが閉弁状態となるように前記ウォータポンプの吐出流量を制御することにより、前記蓄熱装置に貯蔵されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項2記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置の放熱後に、前記第2バルブを閉弁状態にするとともに、前記ウォータポンプを停止することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項3記載の内燃機関の冷却装置において、
前記第2バルブの冷却水温度に対する閉弁の応答性を考慮して、前記内燃機関から前記蓄熱装置に回収した低温水が前記内燃機関側に流入しないタイミングで前記ウォータポンプを停止することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置の放熱後に、前記第1バルブが開弁状態となるように前記ウォータポンプの吐出流量を制御することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置の冷却水出口側に前記第2バルブが設けられており、前記蓄熱装置の放熱時に、前記第2バルブを開弁状態にするとともに前記第1バルブが閉弁状態となるように前記ウォータポンプの吐出流量を制御し、前記蓄熱装置の冷却水出口側の第2冷却水回路内の冷却水温度が高温になったときに、前記第2バルブを閉弁状態にするとともに前記ウォータポンプを停止することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置の内部に前記第2バルブが設けられており、前記蓄熱装置の放熱時に、前記第2バルブを開弁状態にするとともに前記第1バルブが閉弁状態となるように前記ウォータポンプの吐出流量を制御し、前記蓄熱装置内の冷却水温度が低温になったときに、前記第2バルブを閉弁状態にするとともに前記ウォータポンプを停止することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関の冷却装置において、
冷却水圧力によって作動する第3バルブを前記第2バルブに対して並列に設け、前記蓄熱装置への熱回収時には、前記内燃機関の運転中に前記第3バルブが開弁状態となるように前記ウォータポンプの吐出流量を制御することによって、前記内燃機関で加熱された冷却水の一部を前記蓄熱装置内に回収することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項8記載の内燃機関の冷却装置において、
前記第2バルブは、弁体を閉じ側に押圧する圧縮コイルばねを有するサーモスタットであって、前記弁体及び圧縮コイルばねを利用してリリーフバルブが構成されており、当該第2バルブが前記第3バルブの機能を有することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項8または9記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置への熱回収時の冷却水の温度を記憶する水温記憶手段を備え、前記水温記憶手段に記憶された冷却水温度と、前記内燃機関運転時の現在の冷却水温度とを比較し、現在の冷却水温度が前回記憶の冷却水温度以上であるときに前記熱回収を実行することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項8〜10のいずれか1つに記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置への熱回収を複数回に分けて実行することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項11記載の内燃機関の冷却装置において、
前記蓄熱装置への熱回収回数に応じて熱回収時間を可変とすることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
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