JP2010190050A - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの暖機促進と排気熱回収器による熱回収効率向上とを両立させることが可能な内燃機関の冷却制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の冷却制御装置は、冷却水通路上に電動ウォーターポンプ及び排気熱回収器を有し、内燃機関の冷間時に、電動ウォーターポンプの正回転と逆回転とを所定時間おきに交互に繰り返す制御を行う。こうすることにより、排気熱回収器内の冷却水が流動するため、冷却水の循環の停止時と比較して熱伝導率が上がり、排気熱回収器による熱回収効率を向上させることが可能となる。また、内燃機関内の冷却水に、内燃機関で発生した熱をできるだけ留めることが可能となる。したがって、内燃機関の暖機促進と排気熱回収器による熱回収効率向上とを両立することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気熱回収器及び電動ウォーターポンプを備える内燃機関の冷却制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１には、冷間時に電動ウォーターポンプ（以下、「電動ＷＰ」と表記する。）を停止すること、及び、冷間時であっても暖房要求があれば、エンジンの要求流量と暖房の要求流量とのうちの大きい流量にて電動ＷＰを作動させることが提案されている。

特開２００７−１６７１８号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術では、冷間時において電動ＷＰが停止された場合（例えば暖房要求がない場合）、排気熱回収器内の冷却水の流れも停止されるため、排気熱回収器による熱の回収効率が悪化してしまう場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンの暖機促進と排気熱回収器による熱回収効率向上とを両立させることが可能な内燃機関の冷却制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、冷却水通路上に電動ウォーターポンプ及び排気熱回収器が設けられた内燃機関の冷却制御装置は、内燃機関の冷間時に、前記電動ウォーターポンプの正回転と逆回転とを所定時間おきに交互に繰り返す制御を行う電動ウォーターポンプ制御手段を備える。

上記の内燃機関の冷却制御装置は、冷却水通路上に電動ウォーターポンプ及び排気熱回収器を有しており、電動ウォーターポンプによって冷却水を循環させることで冷却を行う。電動ウォーターポンプ制御手段は、内燃機関の冷間時に、電動ウォーターポンプの正回転と逆回転とを所定時間おきに交互に繰り返す制御を行う。こうすることにより、排気熱回収器内の冷却水が流動するため、冷却水の循環の停止時と比較して熱伝導率が上がり、排気熱回収器による熱回収効率を向上させることが可能となる。また、所定時間おきに正回転と逆回転とを交互に繰り返すため、内燃機関内の冷却水に、内燃機関で発生した熱をできるだけ留めることが可能となる。したがって、上記の内燃機関の冷却制御装置によれば、内燃機関の暖機促進と排気熱回収器による熱回収効率向上とを両立することが可能となる。

本実施形態における内燃機関の冷却制御装置の概略構成図を示す。 本実施形態における制御方法のイメージ図を示す。 電動ＷＰの流量と排気熱回収器による熱回収効率との関係の一例を示す。 第２実施形態において電動ＷＰの流量を決定する方法を説明するための図を示す。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
［装置構成］
図１は、本実施形態における内燃機関の冷却制御装置１００の概略構成図を示す。図１においては、実線矢印は冷却水の流れの一例を示しており、破線矢印は信号の入出力を示している。また、太線で表した実線（符号７で示す）は、冷却水が流れる冷却水通路を示している。

内燃機関の冷却制御装置１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、ヒータコア２ａと、ヒータブロア２ｂと、ラジエータ３と、サーモスタット４と、電動ウォーターポンプ（電動ＷＰ）５と、排気熱回収器６ａと、ＥＧＲクーラ６ｂと、冷却水通路７と、冷却水温度センサ１０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、を有する。

内燃機関の冷却制御装置１００は、ハイブリッド車両などの車両に搭載され、冷却水通路７に設けられた構成要素（エンジン１、ヒータコア２ａ、排気熱回収器６ａ、ＥＧＲクーラ６ｂなど）と冷却水との間で熱交換を行うことで、冷却したり暖機したりするシステムである。

エンジン１は、燃料と空気との混合気を燃焼させることによって、車両における動力を発生する装置である。エンジン１には冷却水通路７が形成されており、当該冷却水通路７を通過する冷却水とエンジン１との間で熱交換が行われることで、エンジン１の冷却若しくは暖機が行われる。

ヒータコア２ａは、内部を通過する冷却水によって、車室内の空気を暖める装置であり、ヒータブロア２ｂは、ヒータコア２ａで暖められた空気を車室内に送風する装置である。具体的には、ヒータコア２ａにはヒータブロア２ｂから取り込まれた車室内の空気が供給され、このようにヒータコア２ａに供給された空気は、冷却水と熱交換することで暖められて、ヒータブロア２ｂより吹き出される。

ラジエータ３は、内部を通過する冷却水を外気によって冷却する装置である。この場合、電動ファン（不図示）の回転により導入された風によって、ラジエータ３内の冷却水の冷却が促進される。サーモスタット４は、冷却水温度に応じて開閉する弁によって構成される。基本的には、サーモスタット４は、冷却水温度が比較的低温である場合には閉弁することでラジエータ３への冷却水の供給を遮断し、冷却水温度が比較的高温となったときに開弁してラジエータ３へ冷却水を供給する。

電動ＷＰ５は、電動式のモータを備えて構成され、このモータの駆動により冷却水を冷却水通路７内で循環させる。電動ＷＰ５は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ５によって制御される。具体的には、電動ＷＰ５における動作のオン／オフや、電動ＷＰ５内のモータの回転数などが制御される。なお、電動ＷＰ５は、エンジン回転数に関係なく、運転状態を変更することができる。

排気熱回収器６ａは、冷却水通路７上に設けられていると共に、エンジン１の排気ガスが通過する排気通路（不図示）上に設けられており、冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことで排気熱を回収する。ＥＧＲクーラ６ｂは、冷却水通路７上に設けられていると共に、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路（不図示）上に設けられており、冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことでＥＧＲガスを冷却する。

冷却水温度センサ１０は、エンジン１のヘッドの下流側における冷却水通路７上に設けられおり、当該箇所での冷却水温度（以下、単に「水温」とも表記する。）を検出する。冷却水温度センサ１０は、検出した冷却水温度に対応する検出信号Ｓ１０をＥＣＵ５０に供給する。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、内燃機関の冷却制御装置１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、冷却水温度センサ１０によって検出された冷却水温度に基づいて、電動ＷＰ５に対する制御を行う。詳細は後述するが、ＥＣＵ５０は、本発明における電動ウォーターポンプ制御手段として機能する。
［電動ＷＰの制御方法］
次に、本実施形態において、ＥＣＵ５０が電動ＷＰ５に対して行う制御方法について説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、冷間時などにおいて、エンジン１の暖機促進と排気熱回収器６ａによる熱回収効率向上とが両立されるように、電動ＷＰ５に対して制御を行う。こうするのは、エンジン１の冷間時においては、エンジン１本体の暖機促進のためには電動ＷＰ５を停止することが望ましいと言えるが、このように電動ＷＰ５を停止すると、排気熱回収器６ａ内の冷却水の流れも停止されるため、冷却水の循環時と比較して熱伝導率が低下して、排気熱回収器６ａによる熱回収効率が悪化してしまう場合があるからである。よって、本実施形態では、冷間時において、エンジン１の暖機が阻害されない範囲で、排気熱回収器６ａによる熱回収効率が向上されるように、電動ＷＰ５を作動させる制御を行う。

以下で、ＥＣＵ５０が行う制御方法の実施形態について、具体的に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷間時において、電動ＷＰ５の正回転と逆回転とを所定時間おきに交互に繰り返す制御を行う。図２は、本実施形態における制御方法のイメージ図を示している。図２に示すように、ＥＣＵ５０は、短時間で順回転（実線矢印）／逆回転（破線矢印）を交互に繰り返す制御を電動ＷＰ５に対して行う。

こうすることにより、排気熱回収器６ａ内の冷却水が流動するため、冷却水の循環の停止時と比較して熱伝導率が上がり、排気熱回収器６ａによる熱回収効率を向上させることが可能となる。また、短時間で順回転／逆回転を交互に繰り返すため、エンジン１内の冷却水に、エンジン１で発生した熱をできるだけ留めることが可能となる。したがって、第１実施形態によれば、エンジン１の暖機促進と排気熱回収器６ａによる熱回収効率向上とを両立することが可能となる。

図３は、電動ＷＰ５の流量（横軸）と、排気熱回収器６ａによる熱回収効率（縦軸）との関係の一例を示している。図３より、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、排気熱回収器６ａによる熱回収効率が大きくなる傾向が見て取れる。

ＥＣＵ５０は、このような関係に基づいて、上記のように順回転／逆回転させる際の電動ＷＰ５の流量を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン１内の冷却水に、エンジン１で発生した熱をできる限り留めておくために、順回転／逆回転させる際の電動ＷＰ５の流量（つまり冷却水の移動量）を、排気熱回収器６ａの熱伝達率を向上させるのに必要十分な量に設定する。例えば、図３中の破線矢印で示すような熱回収効率が得られる流量に設定する。なお、このように電動ＷＰ５の流量を設定することに限定はされず、順回転／逆回転させる際の電動ＷＰ５の作動時間を設定しても良い。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、前述したように冷間時に電動ＷＰ５を短時間で順回転／逆回転を交互に繰り返す際に、燃費が最良となるような電動ＷＰ５の流量を決定する点で、第１実施形態と異なる。具体的には、ＥＣＵ５０は、排気熱回収器６ａの熱回収効率向上による燃費向上の効果、及びエンジン１内の冷却水温度低下による燃費悪化の効果の両方を考慮に入れて、燃費が最良となるような電動ＷＰ５の流量を決定する。

より詳しくは、ＥＣＵ５０は、電動ＷＰ５の流量を引数として、排気熱回収器６ａの熱回収効率向上による燃費効果を予測すると共に、エンジン１内の冷却水温度低下による燃費効果を予測し、これらの予測された値（以下では「燃費効果予測値」と呼ぶ。この燃費効果予測値は例えば「％」で表される。）を足し合わせた値から、燃費最良となる電動ＷＰ５の流量を決定する。こうするのは、冷間時において電動ＷＰ５を短時間で順回転／逆回転を交互に繰り返す際の流量が増加するにつれ、排気熱回収器６ａによる熱回収効率は向上するが、エンジン１内の冷却水も移動するためエンジン１の暖機促進効果が目減りすることがあるからである。

図４は、第２実施形態において電動ＷＰ５の流量を決定する方法を具体的に説明するための図である。

実線Ａ１は、電動ＷＰ５の流量（横軸）と排気熱回収器６ａの熱回収効率（縦軸）との関係の一例を示している。これより、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、排気熱回収器６ａによる熱回収効率が大きくなる傾向が見て取れる。次に、実線Ａ２は、排気熱回収器６ａの熱回収効率（横軸）と燃費効果予測値（縦軸）との関係の一例を示している。これより、排気熱回収器６ａの熱回収効率がある値を超えると、熱回収効率が大きくなるほど、燃費効果予測値が大きくなる傾向が見て取れる。実線Ａ１及び実線Ａ２より、実線Ａ３で示すような、電動ＷＰ５の流量（横軸）と熱回収効率向上による燃費効果予測値（縦軸）との関係が得られる。これより、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、燃費効果予測値が大きくなる傾向が見て取れる。つまり、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、燃費が向上すると言える。

次に、実線Ｂ１は、電動ＷＰ５の流量（横軸）とエンジン１の暖機促進効果（縦軸）との関係の一例を示している。エンジン１の暖機促進効果は例えば温度（℃）で表される。これより、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、エンジン１の暖機促進効果が小さくなる傾向が見て取れる。次に、実線Ｂ２は、エンジン１の暖機促進効果（横軸）と燃費効果予測値（縦軸）との関係の一例を示している。これより、エンジン１の暖機促進効果がある値を超えると、暖機促進効果が大きくなるほど、燃費効果予測値が大きくなる傾向が見て取れる。実線Ｂ１及び実線Ｂ２より、実線Ｂ３で示すような、電動ＷＰ５の流量（横軸）とエンジン１の暖機促進による燃費効果予測値（縦軸）との関係が得られる。これより、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、燃費効果予測値が小さくなる傾向が見て取れる。つまり、電動ＷＰ５の流量が大きくなると、燃費が悪化すると言える。

次に、実線Ａ３で示す熱回収効率向上による燃費効果予測値と、実線Ｂ３で示すエンジン１の暖機促進による燃費効果予測値とを足し合わせることで、実線Ｃ１で示すような、電動ＷＰ５の流量（横軸）と、熱回収効率向上による燃費効果予測値とエンジン１の暖機促進による燃費効果予測値との合成値（縦軸）との関係が得られる。このような関係より、点Ｃ２で示すような燃費最良となる電動ＷＰ５の流量が得られる。

ＥＣＵ５０は、こうして得られる電動ＷＰ５を用いて、冷間時において電動ＷＰ５を短時間で順回転／逆回転を交互に繰り返す制御を行う。これにより、燃費を最適化しつつ、エンジン１の暖機促進と排気熱回収器６ａによる熱回収効率向上とを適切に両立することが可能となる。

なお、上記の方法によって電動ＷＰ５の流量を決定することに限定はされず、当該方法と同様の方法によって電動ＷＰ５の作動時間を決定しても良い。

１ エンジン
２ａ ヒータコア
３ ラジエータ
４ サーモスタット
５ 電動ウォーターポンプ（電動ＷＰ）
６ａ 排気熱回収器
７ 冷却水通路
１０ 冷却水温度センサ
５０ ＥＣＵ
１００ 内燃機関の冷却制御装置

Claims (1)

1. 冷却水通路上に電動ウォーターポンプ及び排気熱回収器が設けられた内燃機関の冷却制御装置であって、
   内燃機関の冷間時に、前記電動ウォーターポンプの正回転と逆回転とを所定時間おきに交互に繰り返す制御を行う電動ウォーターポンプ制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。

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