JP2012031811A

JP2012031811A - 電動ウォーターポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2012031811A
Application number: JP2010173431A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tanaka; 英之田中; Yohei Akashi; 陽平明石; Masutaka Watanabe; 益崇渡邉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】暖機モード運転中は電動ウォータポンプを制御し、内燃機関の暖機促進をはかりつつ、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水の上昇により冷却水の劣化を予防する電動ウォータポンプの制御装置を提供する。
【解決手段】冷却水の水温に基づき暖気モードと判定された際に、電動ウォータポンプ停止モード、電動ウォータポンプ間欠駆動モード、電動ウォータポンプ連続駆動モードのいずれかを、エンジン出力および冷却水の水温により判定し制御を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関（エンジン）の冷却水を循環させる電動ウォーターポンプを制御する電動ウォーターポンプの制御装置に関するものである。

従来のエンジン車両には、エンジンの冷却のためにエンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させるウォーターポンプをエンジンよりベルトで駆動するエンジン駆動型ウォーターポンプ装置が装着されている。

近年、燃費規制などの要求からウォーターポンプをベルトで駆動するのではなく、電動機の出力で駆動する電動ウォーターポンプが提案されている。電動ウォーターポンプは、エンジン駆動型ウォーターポンプと異なり電力に基づいて自由に駆動することが可能であるため、必要な場合に必要なだけ冷却水を循環させることができ、燃費向上に寄与する装置である。また、エンジン暖機時など冷却水の循環が不要な場合には、循環量を低下させエンジンの早期暖機を促すことが可能となる装置である。従って、エンジンの冷却にはエンジン駆動型ウォーターポンプ装置に代わり電動ウォーターポンプが多用されている。

例えば、特許文献１あるいは特許文献２には、エンジンの早期暖機を実現するために、冷却水の温度が所定値以下の場合は電動ウォーターポンプを停止もしくは間欠駆動して早期暖機を実現し、燃費を向上する技術が開示されている。

しかし、特許文献１あるいは特許文献２の開示技術のように、冷却水の水温により電動ウォーターポンプを停止もしくは間欠駆動した場合、暖機中であってもエンジンが高負荷の運転を行った場合、例えば、運転者がフルスロットルで運転したような場合には、エンジンのシリンダヘッド部に流れる冷却水が瞬間的に熱せられ、局所的に冷却水が沸騰して冷却水が劣化したり、ノッキングが発生してエンジンが異常燃焼する恐れがある。

このような課題に対し、例えば、特許文献３にはエンジン出力と冷却水の水温との両方を見て暖気運転することにより、一時的なエンジン出力の上昇が発生した場合であっても、適切に電動ウォーターポンプの駆動制御を行うようにしてエンジンの暖機を促進することができる電動ウォーターポンプが提案されている。

特開２００２−１６１７４８号公報特開２００４−３１６４７２号公報特開２０１０−９６０２０号公報

しかしながら、前記特許文献３に開示された技術では、予め搭載されるエンジンの出力特性を細かく取得しておく必要があり、更に、外気温あるいは大気圧など実環境下で適合するには様々な補正が必要となるため、実現するために多くの工数を要することになる。この工数はそのまま製品自体のコストに反映されるため、結果的に電動ウォーターポンプのコストを引上げることになる。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、エンジン暖機運転中
に、エンジンの運転状態に応じて冷却水を循環させる電動ウォーターポンプの制御を行うことで、暖機を促進するだけでなく、エンジンを適切に運転できる電動ウォーターポンプの制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る電動ウォーターポンプの制御装置は、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させるウォーターポンプを制御する電動ウォーターポンプの制御装置において、前記冷却水の温度を検出する温度センサと、前記内燃機関の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、前記温度センサで検出した温度に基づき前記内燃機関が暖機モード運転中と判定された場合に、前記出力トルク検出手段と前記回転数検出手段に基づき前記電動ウォーターポンプを停止するモード、前記電動ウォーターポンプを間欠駆動するモード、前記電動ウォーターポンプを連続駆動するモード、の何れかの電動ウォーターポンプ制御モードを選択するものである。

この発明によれば、冷却水の温度に基づき暖気モードと判定された場合、電動ウォーターポンプを停止するモード、電動ウォーターポンプを間欠駆動するモード、電動ウォーターポンプを連続駆動するモード、の何れかに冷却水の温度とエンジン出力から制御するので、暖機を促進するのみでなく、エンジンを適切に運転できる電動ウォーターポンプの制御装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電動ウォーターポンプの制御装置を含むエンジン冷却システムの全体を示す概略構成図である。この発明の実施の形態１に係る電動ウォーターポンプの制御装置を含むエンジン冷却システムの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る電動ウォーターポンプの制御装置を含むエンジン冷却システムの効果を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電動ウォーターポンプの制御装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動ウォーターポンプの制御装置を含むエンジン冷却システムの全体を示す概略構成図である。
図１において、エンジン１は、例えば、自動車走行の駆動力を発生させる内燃機関である。エンジン１には内部にウォータジャケットが形成されており、エンジン１で発生する熱をこのウォータジャケットを通じて放熱するものである。エンジン１の端部には冷却水出口があり、ラジエータ入口通路２を介してラジエータ３の上部に接続されている。冷却水はラジエータ３で大気に放熱することにより冷却水の温度を低下させ、ラジエータ出口通路４に接続される。そして、エンジン１に入る手前に電動ウォーターポンプ５を介して循環する形となっている。

電動ウォーターポンプ５は、電動式のモータとインペラを備えて構成される。具体的にはインペラがモータの軸に備えられており、モータが回転することによりインペラが回転する。このインペラの回転により冷却水は強制的に循環させられる。なお、電動ウォーターポンプ５は、エンジンＥＣＵ６から供給される駆動信号に基づいて駆動される。この駆動信号は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号であり、この場合、電動ウォーターポンプ５は、デューティ制御を行うことで回転数やトルクが制御され回転することになる。また、ＣＡＮなどの通信ドライバを備える場合はＣＡＮ信号などにより駆動してもよい。

ラジエータファン７は、エンジンＥＣＵ６の信号に基づき、車速が低いとき、あるいは冷却水の放熱性能が不足する場合に駆動され、ラジエータ３の放熱量を増加させる役割がある。

バイパス通路８は、サーモスタット９に繋がっており、冷却水は冷却水の温度によってバイパス通路８を通るかどうか決まるように構成されている。冷却水の温度が低いときにはサーモスタット９は閉じており、この場合、冷却水はラジエータ３を通らずバイパス通路８を通りエンジン１へと循環する。また、冷却水の温度が高いときにはサーモスタット９は開き、ラジエータ３を通りエンジン１を冷却する。このようにしてエンジン１のオーバーヒートやオーバークールを抑制できる。

水温センサ１０は、エンジン１を冷却する冷却水の水温を検出し、その信号をエンジンＥＣＵ６へ供給する。また、この他にエンジン回転数を検出するクランク角センサやエアフローセンサ、ドライバの操作を検出するスロットルポジションセンサなどの出力がエンジンＥＣＵに供給される。図１では簡易的に各種センサ１１としているが、エンジンシステムに応じてセンサの種類が異なるのでここでは略して示している。しかし、示されていない信号に関しても発明の範囲内では適用可能である。

実施の形態１に係る電動ウォーターポンプの制御装置を含むエンジン冷却システムは前記のように構成されており、次に、図２のフローチャートに基づいて、エンジンＥＣＵ６によるエンジン冷却システムの動作について説明する。

図２は、スタートとエンドの間にステップＳ２０１からステップＳ２０８を含むエンジン冷却システムの動作を説明するフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１ではエンジン１の冷却水温信号をマイクロコンピュータのメモリ（図示しない）に読み込み、記憶する。次のステップＳ２０２ではエンジン１の回転数信号とエンジン１の出力トルク信号を前記マイクロコンピュータのメモリに読み込み、記憶する。

このとき、エンジン１の出力トルクは、例えばエンジン１に吸入される空気流量をエアフローセンサで検出し、インテークマニホールドの圧力センサでインマニ圧を検出し、予め設定された燃料噴射量で決まる出力をエンジン１の出力トルクとして演算する。またこの他にも、例えばクランクシャフトなどに設けられたトルクセンサなどから出力トルクを検出してもよい。

次のステップＳ２０３では冷却水温に応じて暖機モードであるかどうか判定を行う。例えば検出された冷却水温が９０℃以上であれば暖機モードは終了しているとし、暖気モード終了後は、エンジン１が効率良く運転するために、予め設定される冷却水温になるように電動ウォーターポンプ５を制御すればよい。

一方冷却水温が９０℃未満であれば、暖機モードと判定される。なお、本実施の形態では９０℃と設定したが、本数値はエンジン１により異なり、設定される値である。

次に、ステップＳ２０４ではエンジン負荷に応じて電動ウォーターポンプ５の駆動モードを選択する。エンジン負荷は、例えばエンジン回転数とエンジン出力トルクからなるマ
ップの動作点に応じて予め設定された値と比べる。例えば第１の閾値をエンジントルク８０Ｎｍ以下、エンジン回転数３０００ｒｐｍ以下と設定することでエンジン負荷がこの動作点範囲内にあればステップＳ２０６で電動ウォーターポンプ５を停止する。

第１の閾値を超える場合はステップＳ２０５で第２の閾値と比較する。例えば第２の閾値をエンジントルク１５０Ｎｍ、エンジン回転数６０００ｒｐｍ以下のときはステップＳ２０７で電動ウォーターポンプ５を間欠駆動する。このとき、例えばデューティ１０％程度で動作させることで、停止９割（９０秒）、駆動１割（１０秒）とし、消費電力を低減しながら効率よく暖機促進が可能となる。なお、第２の閾値に幅をもたせて出力に応じてデューティ制御を段階的に変化させてもよい。

ステップＳ２０５において、第２の閾値より大きい場合はステップＳ２０８で電動ウォーターポンプ５を連続駆動し、安定した燃焼と必要以上に冷却水の温度が上昇しないよう制御する。

前記においては、第１の閾値と第２の閾値を数値で示したが、エンジン１の構造などによりこの数値は定められるためエンジン毎に設定される。

このようにして電動ウォーターポンプ５を駆動することで例えば図３に示すように、必要以上に冷却水の水温が上昇することなく電動ウォーターポンプ５の消費電力も抑えつつ暖機を促進可能となる。

なお、本実施の形態ではエンジン出力に応じて第１の閾値や第２の閾値を設定したが、これらの閾値に加え、エンジン冷却水温も駆動モード選択の要素に組み入れてもよい。例えば図３に示されるようにエンジン出力に応じて冷却水温上昇の勾配は異なる。例えば冷却水０℃の場合と冷却水６０℃ではどちらも暖機運転モード中であるが、冷却水０℃の場合はエンジン負荷が高くても冷却水が沸騰することはない。このようにエンジン出力に加え冷却水の温度に応じても電動ウォーターポンプ５の駆動モードを選択することで、より暖機を促進することができ、短時間で暖機モードを終了することが可能となる。

また、第１の閾値と第２の閾値にヒステリシスをもたせてもよい。ヒステリシスを持たせることで、電動ウォーターポンプ５のＯＮ／ＯＦＦのチャタリングを抑制することができる。

より簡素な構成としては、冷却水温とスロットル開度で制御モードを決めてもよい。このとき、前記で説明した第１の閾値および第２の閾値はスロットル開度で置き換わる。エンジン出力の演算が困難な場合などは、スロットル開度で簡易的に代替することでより簡素な構成で機能の実現が可能となる。

この他にエンジンＥＣＵ６が車両減速中であり、燃料カットしている状態のときは、電動ウォーターポンプ５の駆動を停止する。燃料カット中は基本的に発熱源がなく、不要に冷却水を循環させるとエンジン冷却水温が低下することになり、これを予防することができる。

また、車両がアイドリングストップ状態であるときも、エンジン１が停止しているため電動ウォーターポンプ５の駆動を停止する。アイドリングストップ中はエンジン１が停止しているため、不要に冷却水を循環させるとエンジン１の暖機促進を妨げることになり、これを予防することができる。

また、車両が暖房をつけている際は、電動ウォーターポンプ５を完全に停止させるとヒ
ータコアの水温は上がらず車室内の暖房が効かない。このため、暖房モードの際は車室内の温度に応じて電動ウォーターポンプ５を間欠もしくは連続駆動することでエンジン１の暖機と車室内の暖房を同時に実現する。

１エンジン
２ラジエータ入口通路
３ラジエータ
４ラジエータ出口通路
５電動ウォーターポンプ
６エンジンＥＣＵ
７ラジエータファン
８バイパス通路
９サーモスタット
１０水温センサ
１１各種センサ

この発明に係る電動ウォーターポンプの制御装置は、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させるウォーターポンプを制御する電動ウォーターポンプの制御装置において、前記冷却水の温度を検出する温度センサと、前記内燃機関の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、前記温度センサで検出した温度に基づき前記内燃機関が暖機モード運転中と判定された場合に、前記出力トルク検出手段と前記回転数検出手段に基づいて前記内燃機関の負荷を検出し、前記負荷が予め設定された第１の閾値以下の場合は前記電動ウォーターポンプを停止する停止モードとし、前記負荷が前記第１の閾値を超えて、予め設定された第２の閾値以下の場合は前記電動ウォーターポンプを間欠駆動する間欠駆動モードとし、前記負荷が前記第２の閾値を超えた場合は前記電動ウォーターポンプを連続駆動する連続駆動モードとすると共に、前記温度センサの出力に応じて前記第１の閾値および前記第２の閾値を変更し、前記停止モード、前記間欠駆動モード、前記連続駆動モードを選択するものである。

この発明によれば、冷却水の温度に基づき暖気モードと判定された場合、電動ウォーターポンプを停止するモード、電動ウォーターポンプを間欠駆動するモード、電動ウォーターポンプを連続駆動するモード、の何れかに冷却水の温度とエンジン出力から制御するので、暖機を促進するのみでなく、エンジンを適切に運転できる電動ウォーターポンプの制御装置を得ることができる。更に、必要以上に冷却水の水温が上昇することなく電動ウォーターポンプの消費電力を抑えつつ暖機が促進できる効果もある。

Claims

内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させるウォーターポンプを制御する電動ウォーターポンプの制御装置において、
前記冷却水の温度を検出する温度センサと、
前記内燃機関の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、
前記温度センサで検出した温度に基づき前記内燃機関が暖機モード運転中と判定された場合に、前記出力トルク検出手段と前記回転数検出手段に基づき前記電動ウォーターポンプを停止するモード、前記電動ウォーターポンプを間欠駆動するモード、前記電動ウォーターポンプを連続駆動するモード、の何れかの電動ウォーターポンプ制御モードを選択することを特徴とする電動ウォーターポンプの制御装置。
前記出力トルク検出手段は、少なくとも、前記内燃機関に吸入する空気流量、インテークマニホールドの圧力、燃料噴射量から演算されることを特徴とする請求項１に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。
前記出力トルク検出手段は、スロットル開度から演算されることを特徴とする請求項１に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。
前記電動ウォーターポンプ制御モードは、前記出力トルク検出手段と前記回転数検出手段に加え、前記温度検出手段の出力に応じて、閾値が変更することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。
前記電動ウォーターポンプ制御モードは、制御モードが変わる際のヒステリシスをもつことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。
前記電動ウォーターポンプ制御モードは、車両が減速し、前記内燃機関が燃料カットしている時には前記電動ウォーターポンプを停止するモードを選択することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。
前記電動ウォーターポンプ制御モードは、車両がアイドルストップ時には電動ウォーターポンプを停止するモードを選択することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。
前記電動ウォーターポンプ制御モードは、車両の暖房運転中は車室内の温度と設定された温度との差が所定値より小さい場合は前記電動ウォーターポンプを停止するモードを選択し、それ以外は前記電動ウォーターポンプを間欠駆動するモードもしくは連続駆動するモードを選択することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の電動ウォーターポンプの制御装置。