JP2012067718A - Engine cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自動車など車両のエンジンを、電動ウォータポンプによる冷却水の循環により冷却するエンジン冷却装置に関するものである。 The present invention relates to an engine cooling device that cools an engine of a vehicle such as an automobile by circulating cooling water using an electric water pump.
従来、自動車などに搭載されるエンジンでは、冷却水をエンジンのウォータジャケット内に循環させ、高温になった冷却水をラジエータにより放熱して、設定された温度の範囲内で運転するのが一般的である。ここで冷却水の循環は、エンジンの出力によりベルト駆動される機械式ウォータポンプで行なうものが主流であった。 Conventionally, in an engine mounted on an automobile or the like, it is common to circulate cooling water in the water jacket of the engine, dissipate the hot cooling water with a radiator, and operate within a set temperature range. It is. Here, the circulation of the cooling water is mainly performed by a mechanical water pump driven by a belt by the output of the engine.
しかし、近年では、冷却水の循環には電動機で駆動する電動ウォータポンプが提案されている。電動ウォータポンプは、機械式ウォータポンプと異なりエンジンの回転数から独立して駆動することができるため、必要に応じた最適な冷却水流量を循環させることでウォータポンプの動力を減じ、燃費の向上を図ることが可能になる。 However, in recent years, an electric water pump driven by an electric motor has been proposed for circulating cooling water. Unlike the mechanical water pump, the electric water pump can be driven independently of the engine speed, so the optimal cooling water flow rate is circulated to reduce the power of the water pump and improve fuel efficiency. Can be achieved.
また、エンジンの潤滑油の温度は、高温の方がオイル粘度が低下して機械損失が減少することが知られており、エンジン暖機時には、電動ウォータポンプを停止あるいは間欠駆動させ、冷却水の循環量を減じ、エンジンの早期暖機を行なうことで、燃費の向上を図ることができる。 Further, it is known that the temperature of the lubricating oil of the engine is higher when the oil viscosity is lower and the mechanical loss is reduced. When the engine is warmed up, the electric water pump is stopped or intermittently driven, and the cooling water is By reducing the amount of circulation and warming up the engine early, fuel efficiency can be improved.
例えば特許文献1には、エンジンとラジエータの間に冷却水を循環させる電動ウォータポンプを持ち、水温センサによって検出される冷却水温と油温センサによって検出される潤滑油温に応じて電動ウォータポンプの加速制御あるいは減速制御させるものが示されている。 For example, Patent Document 1 has an electric water pump that circulates cooling water between an engine and a radiator, and the electric water pump according to the cooling water temperature detected by the water temperature sensor and the lubricating oil temperature detected by the oil temperature sensor. An acceleration control or a deceleration control is shown.
しかしながら、特許文献1に示されたものでは、冷却水温と潤滑油温によって電動ウォータポンプの制御を行うため、水温センサや油温センサの周辺以外の場所、例えばエンジンの出力が大きくなりエンジンの発熱量によってエンジンが局所的に高温になった場合は、電動ウォータポンプの制御が行なわれずに冷却水のキャビテーション等が発生する可能性がある。 However, since the electric water pump is controlled by the cooling water temperature and the lubricating oil temperature in the one shown in Patent Document 1, the output of the engine other than the vicinity of the water temperature sensor or the oil temperature sensor, for example, the engine output increases and the engine heat is generated. When the engine becomes locally hot depending on the amount, the control of the electric water pump is not performed, and cavitation of cooling water may occur.
この発明の目的は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、燃費を向上させるためにエンジンの機械損失を極力減らすべく、早期暖機、水温制御、あるいは油温制御を行いながら、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水温の上昇による冷却水や冷却経路の劣化を防止するエンジン冷却装置を提供することである。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and in order to reduce engine mechanical loss as much as possible in order to improve fuel efficiency, early warm-up, water temperature control, or oil temperature control is performed. It is to provide an engine cooling device that prevents deterioration of cooling water and a cooling path due to a partial increase in cooling water temperature when the engine output is large.
この発明に係るエンジン冷却装置は、車両のエンジンを、電動ウォータポンプによる冷却水の循環により冷却するエンジン冷却装置において、前記エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段と、前記エンジンの潤滑油の温度を検出する潤滑油温検出手段と、前記エンジンの出力を算出するとともに、前記各手段から得られる情報に基づいて前記ウォータポンプの運転制御をするエンジンコントロールユニット(ECU)とを備え、前記ECUは、前記エンジンの出力が予め定められた閾値以下の第1の制御モードでは、前記水温と前記油温に基づいて前記電動ウォータポンプを運転制御し、前記エンジンの出力が予め定められた閾値より大きい第2の制御モードでは、前記エンジンの出力に基づいて前記電動ウォータポンプを運転制御するものである。 The engine cooling device according to the present invention is an engine cooling device that cools a vehicle engine by circulating a cooling water by an electric water pump, a cooling water temperature detecting means for detecting a temperature of the cooling water of the engine, and a lubrication of the engine Lubricating oil temperature detecting means for detecting the temperature of the oil, and an engine control unit (ECU) for calculating the output of the engine and controlling the operation of the water pump based on information obtained from the means, The ECU controls the operation of the electric water pump based on the water temperature and the oil temperature in the first control mode in which the output of the engine is equal to or lower than a predetermined threshold, and the output of the engine is predetermined. In the second control mode greater than the threshold value, the electric water pump is operated based on the output of the engine. It is Gosuru thing.
この発明では、電動ウォータポンプを、エンジンの出力が、定められた閾値よりも低い場合はエンジンの冷却水温と潤滑油温に基づいて制御し、エンジンの出力が定められた閾値よりも高い場合はエンジン出力に応じて制御する。これにより、燃費を向上させるためにエンジンの機械損失を極力減らすべく早期暖機、水温制御、あるいは油温制御を行いながら、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水温の上昇による冷却水や冷却経路の劣化を防止することができるエンジン冷却装置を提供することが可能となる。 In the present invention, the electric water pump is controlled based on the engine coolant temperature and the lubricating oil temperature when the engine output is lower than a predetermined threshold, and when the engine output is higher than the predetermined threshold. Control according to engine output. As a result, in order to reduce the mechanical loss of the engine as much as possible in order to improve fuel efficiency, while performing early warm-up, water temperature control, or oil temperature control, when the engine output is large, cooling water and cooling due to partial rise of cooling water temperature It is possible to provide an engine cooling device that can prevent degradation of the path.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るエンジン冷却装置の冷却系を示す図であり、好ましい形態の一つを示す概略構成図である。
Embodiment 1 FIG.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a cooling system of an engine cooling device according to Embodiment 1 of the present invention, and is a schematic configuration diagram showing one preferred embodiment.
エンジン1は、例えば自動車の走行に使用される駆動力を発生させるものである。エンジン1はエンジンコントロールユニット(以下ECUという)11と接続されており、ECU11によって制御されている。
The engine 1 generates a driving force used, for example, for driving a car. The engine 1 is connected to an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 11 and is controlled by the
エンジン1及びトランスミッション2は、図示していないが、ピストンや吸排気バルブやカムや駆動ギアなどの摺動部を持っており、潤滑油の循環を行なう必要があるため、エンジン1の内部に設けられ出力軸に直結あるいはベルト駆動されるオイルポンプ(図示せず)によって潤滑油の循環を行っている。上記潤滑油の循環経路には潤滑油温検出手段である油温センサ9が設けられている。油温センサ9はECU11に接続されており、ECU11は潤滑油温度の情報を持つ。潤滑油はオイルクーラ(図示せず)により冷却水との熱交換が行なわれる。
Although not shown, the engine 1 and the
エンジン1は内部のシリンダで燃料を爆発させ動力を取り出すため、エンジンブロックなどの高温部の冷却が必須となる。そのため、エンジン1を冷却するための冷却水用の冷却経路10が設けられている。冷却経路10はエンジン1を含む主幹通路と、これから枝分かれして熱交換器5に至る通路と、さらに主幹通路から枝分かれしてラジエータ3に至る通路を含んでいる。さらにまた、上記冷却経路10には、ラジエータ3のバイパス通路4が設けられ、ラジエータ3側とバイパス通路4との切替えは、サーモスタット切替弁7により行われる。冷却経路10には、冷却水を循環させる電動ウォータポンプ6と冷却水温検出手段である水温センサ8が設置されており、ECU11は水温センサ8によって水温の情報を取得し、電動ウォータポンプ6の動作を制御することができる。
Since the engine 1 explodes fuel with an internal cylinder and takes out power, cooling of a high temperature part such as an engine block is essential. Therefore, a cooling
ECU11にはそれ以外にも各種センサが接続されており、運転者の要求やエンジンの動作状態や車両の運転状態に応じてエンジンの制御を行っている。例えば、ECU11にはエンジン1に設けられたクランク角センサ(図示せず)などによってエンジン回転数を算出し、エンジン1に設けられた吸気圧センサ(図示せず)の吸気圧やエアーフローセンサ(図示せず)の吸気流量やインジェクタ(図示せず)による燃料の噴射量などから出力トルクを算出することができる。ECU11は、CPU、RAM、ROMなどからなる算術論理演算回路であり、これらの情報をRAMやROMなどに格納することができる。
Various other sensors are connected to the ECU 11 to control the engine according to the driver's request, the engine operating state, and the vehicle driving state. For example, the
上記ラジエータ3は車両の前方に設けられ、車両の走行により発生する車速風あるいはラジエータファン(図示せず)によって冷却水の冷却を行なう。ただし、上述したように、ラジエータ3への冷却通路には開閉を行なうサーモスタット切替弁7が設けられており、冷却水温が低温で冷却水の冷却が不要な場合は、ラジエータ3への冷却通路は閉じ冷却水の冷却は行なわない。その場合に電動ウォータポンプ6を動作させ冷却水を流す時は、冷却水はバイパス通路4を介して循環する。 The radiator 3 is provided in front of the vehicle, and cools the cooling water by vehicle speed wind generated by traveling of the vehicle or a radiator fan (not shown). However, as described above, the thermostat switching valve 7 that opens and closes is provided in the cooling passage to the radiator 3, and when the cooling water temperature is low and cooling of the cooling water is unnecessary, the cooling passage to the radiator 3 is Closed cooling water is not cooled. In this case, when the electric water pump 6 is operated to flow the cooling water, the cooling water circulates through the bypass passage 4.
次に、エンジン冷却装置の電動ウォータポンプの制御方法について、図2のフローチャートを用いて具体的な動作を説明する。図2はスタートとエンドの間にステップS201からS208を含んでいる。 Next, a specific operation of the method for controlling the electric water pump of the engine cooling device will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 2 includes steps S201 to S208 between the start and the end.
先ず、ステップS201で、ECU11は水温センサ8から冷却水温情報TWNを、油温センサ9から潤滑油温情報TONを取得し、ECU11内部のメモリに格納する。
First, in step S201, ECU 11 is a coolant temperature information T WN from the water temperature sensor 8, obtains the lubricating oil temperature information T ON from an oil temperature sensor 9, and stored in
次のステップS202で、ECU11はエンジン1の回転数NEとトルクTRQを算出し、エンジン動作点に応じた目標冷却水温TWAと目標潤滑油温TOAを定める。すなわちECU11は事前に定められた計算式、あるいは事前に定められたマップを用いて目標温度設定を行なう。
In the next step S202, ECU 11 calculates the rotational speed NE and torque TRQ of the engine 1, determining a target coolant temperature T WA and the target lubricating oil temperature T OA according to the engine operating point. That is, the
次のステップS203で、ECU11はエンジン1の出力TENGを算出する。エンジン出力TENGは、エンジン1の回転数NEとトルクTRQの乗算により算出される。算出されたエンジン出力TENGが事前に定められた閾値Tth(例えば10kW)よりも大きい場合の制御を第2の制御モード(制御モード2)と呼び、エンジン出力が閾値Tthを上回る度合いに応じてステップS208で電動ウォータポンプ6の回転数を加速させる制御を行い、冷却を行なう。なお、エンジン出力閾値10kWは一例であり、エンジンにより設定される値である。
In the next step S203, ECU 11 calculates the output T ENG of the engine 1. The engine output TENG is calculated by multiplying the rotational speed NE of the engine 1 and the torque TRQ. Control when the calculated engine output T ENG is larger than a predetermined threshold T th (for example, 10 kW) is referred to as a second control mode (control mode 2), and the engine output exceeds the threshold T th. Accordingly, in step S208, control for accelerating the rotational speed of the electric water pump 6 is performed to perform cooling. The
逆にエンジン出力TENGが閾値Tthよりも小さい場合の制御を第1の制御モード(制御モード1)と呼び、ステップS204で潤滑油温TONと目標潤滑油温TOAの比較を行なう。潤滑油温TONが目標潤滑油温TOAより大きい場合は、潤滑油温TONが目標潤滑油温TOAを上回る度合いに応じてステップS206で電動ウォータポンプ6の回転数を加速させる制御を行い、冷却を行なう。 Conversely, control when the engine output T ENG is smaller than the threshold value T th is called a first control mode (control mode 1), and the lubricant temperature TON and the target lubricant temperature TOA are compared in step S204. When the lubricating oil temperature T ON is larger than the target lubricating oil temperature T OA is a control to accelerate the rotational speed of the electric water pump 6 at step S206 in accordance with the degree to which the lubricating oil temperature T ON exceeds the target lubricating oil temperature T OA And cool.
潤滑油温TONが目標潤滑油温TOAより小さい場合は、S205で冷却水温TWNと目標冷却水温TWAの比較を行なう。冷却水温TWNが目標冷却水温TWAより大きい場合は、冷却水温TWNが目標冷却水温TWAを上回る度合いと潤滑油温TONが目標潤滑油温TOAを下回る度合いに応じてS206で電動ウォータポンプ6の回転数を加速させる制御を行う。これによりオイルクーラで潤滑油と冷却水の熱交換量が大きくなり早期に目標冷却水温、目標潤滑油温に近づける。 When the lubricating oil temperature T ON the target lubricating oil temperature T OA smaller than, to compare the cooling water temperature T WN and the target coolant temperature T WA in S205. If the coolant temperature T WN is larger than the target coolant temperature T WA is electric in S206 in accordance with the degree to which degree the lubricating oil temperature T ON the coolant temperature T WN exceeds the target coolant temperature T WA is below the target lubricating oil temperature T OA Control for accelerating the rotational speed of the water pump 6 is performed. As a result, the amount of heat exchange between the lubricating oil and the cooling water is increased in the oil cooler, and the target cooling water temperature and the target lubricating oil temperature are brought closer to each other at an early stage.
冷却水温TWNが目標冷却水温TWAより小さい場合は、冷却水温TWNが目標冷却水
温TWAを下回る度合いと潤滑油温TONが目標潤滑油温TOAを下回る度合いに応じてステップS207で電動ウォータポンプ6の回転数を減速させる制御を行い、早期に目標冷却水温、目標潤滑油温に近づける。
If the coolant temperature T WN is smaller than the target coolant temperature T WA, in step S207 in accordance with the degree to which degree the lubricating oil temperature T ON the coolant temperature T WN falls below the target cooling temperature T WA is below the target lubricating oil temperature T OA Control to decelerate the number of revolutions of the electric water pump 6 is performed, and the target cooling water temperature and the target lubricating oil temperature are brought closer to each other at an early stage.
なお、水温センサ8(前記冷却水温検出手段)あるいは油温センサ9(前記潤滑油温検出手段)が故障した場合は、電動ウォータポンプ6を連続駆動させる。 If the water temperature sensor 8 (the cooling water temperature detecting means) or the oil temperature sensor 9 (the lubricating oil temperature detecting means) fails, the electric water pump 6 is continuously driven.
以上、本実施の形態によると、燃費を向上させるためにエンジンの機械損失を極力減らすべく早期暖機、水温制御、あるいは油温制御を行いながら、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水温の上昇により冷却水や冷却経路の劣化を防止することができるエンジン冷却装置を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, in order to reduce engine mechanical loss as much as possible in order to improve fuel consumption, while performing early warm-up, water temperature control, or oil temperature control, when the engine output is large, the partial cooling water temperature An engine cooling device capable of preventing deterioration of the cooling water and the cooling path due to the rise can be obtained.
本実施の形態では、電動ウォータポンプの回転数を加速、減速させるとしたが、電動ウォータポンプの駆動頻度を増減させてもよい。つまり、回転数を100%から50%に減速させる代わりに、回転数を100%のまま駆動デューティー(Duty)を50%(つまり、10秒ON、10秒OFFなど)にしても同等の冷却効果が得られる。これによって電動ウォータポンプの回転数を変更せず電動ウォータポンプの効率の良い動作点を使用でき、電動ウォータポンプの消費電力を削減することが可能になる。 In the present embodiment, the rotational speed of the electric water pump is accelerated and decelerated, but the driving frequency of the electric water pump may be increased or decreased. That is, instead of decelerating the rotational speed from 100% to 50%, the same cooling effect can be achieved even if the rotational speed is 100% and the drive duty (Duty) is 50% (that is, 10 seconds ON, 10 seconds OFF, etc.). Is obtained. This makes it possible to use an efficient operating point of the electric water pump without changing the rotation speed of the electric water pump, and to reduce the power consumption of the electric water pump.
さらにエンジン出力の閾値Tthは、図3に示すようにエンジンの暖機完了前後で変更してもよい。すなわち、エンジンの冷却水温や潤滑油温が所定の値以上になり、暖機が完了したと判断できる場合(図3(b))は閾値を低めに設定し、暖機が未完了と判断される場合(図3(a))は閾値を高めに設定することで、極力電動ウォータポンプの消費電力を抑えることが可能になる。 Further, the engine output threshold value T th may be changed before and after the completion of warm-up of the engine as shown in FIG. That is, when the engine coolant temperature or the lubricating oil temperature becomes equal to or higher than a predetermined value and it can be determined that the warm-up has been completed (FIG. 3B), the threshold value is set lower, and it is determined that the warm-up has not been completed. In this case (FIG. 3A), the power consumption of the electric water pump can be suppressed as much as possible by setting the threshold value higher.
またエンジン出力の閾値Tthは、図4に示すようにヒステリシスをもたせてもよい。図4では、制御モード1の状態では閾値Tth_up以上になった場合に制御モード2に
変更され、制御モード2の状態では閾値Tth_down以下になった場合に制御モード
1に変更される。閾値Tth_upは閾値Tth_downと比較して大きく設定することで制御モードの切替が頻繁に起こることを抑制することが可能になる。
The engine output threshold value T th may be provided with hysteresis as shown in FIG. In Figure 4, is changed to the
また、エンジン出力TENGとしてエンジン1の回転数NEあるいはトルクTRQいずれか単独のパラメータを用いてもよい。エンジンは機種によって発熱特性が異なるため、高トルク(例えば100Nm)で発熱が増加するなどの特性のエンジンでは、エンジン出力トルクTRQをエンジン出力TENGとすることで、エンジン発熱特性に応じて適切な電動ウォータポンプの運転制御モード切替を行なうことが可能になる。 May also be used a parameter of rotational speed NE or torque TRQ either alone engine 1 as the engine output T ENG. Since the engine has different heat generation characteristics depending on the model, the engine output torque TRQ is set to the engine output T ENG in an engine having a characteristic such that the heat generation increases at a high torque (for example, 100 Nm). It becomes possible to switch the operation control mode of the electric water pump.
以上、本発明を一つの実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、他に種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。 Although the present invention has been described with respect to one embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various other modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
1 エンジン、 2 トランスミッション、
3 ラジエータ、 4 バイパス通路、
5 熱交換器、 6 電動ウォータポンプ、
7 サーモスタット切替弁、 8 水温センサ、
9 油温センサ、 10 冷却経路、
11 ECU。
1 engine, 2 transmission,
3 radiator, 4 bypass passage,
5 Heat exchanger, 6 Electric water pump,
7 Thermostat switching valve, 8 Water temperature sensor,
9 Oil temperature sensor, 10 Cooling path,
11 ECU.
しかしながら、特許文献1に示されたものでは、冷却水温と潤滑油温によって電動ウォータポンプの制御を行うため、水温センサや油温センサの周辺以外の場所、例えばエンジンの出力が大きくなりエンジンの発熱量によってエンジンが局所的に高温になった場合は、電動ウォータポンプの制御が行なわれずに冷却水の部分沸騰による気泡の発生が生じる可能性がある。 However, since the electric water pump is controlled by the cooling water temperature and the lubricating oil temperature in the one shown in Patent Document 1, the output of the engine other than the vicinity of the water temperature sensor or the oil temperature sensor, for example, the engine output increases and the engine heat is generated. When the engine becomes locally hot depending on the amount, the electric water pump is not controlled and bubbles may be generated due to partial boiling of the cooling water.
この発明に係るエンジン冷却装置は、車両のエンジンを、電動ウォータポンプによる冷却水の循環により冷却するエンジン冷却装置において、前記エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段と、前記エンジンの潤滑油の温度を検出する潤滑油温検出手段と、前記エンジンの出力を算出するとともに、前記各手段から得られる情報に基づいて前記ウォータポンプの運転制御をするエンジンコントロールユニット(ECU)とを備え、前記ECUは、前記エンジンの出力が予め定められた閾値以下の場合(第1の制御モード)では、前記水温と前記油温に基づいて前記電動ウォータポンプを運転し、前記エンジンの出力が予め定められた前記閾値より大きい場合(第2の制御モード)では、前記水温と前記油温によらずに前記電動ウォータポンプを運転するものである。 The engine cooling device according to the present invention is an engine cooling device that cools a vehicle engine by circulating a cooling water by an electric water pump, a cooling water temperature detecting means for detecting a temperature of the cooling water of the engine, and a lubrication of the engine Lubricating oil temperature detecting means for detecting the temperature of the oil, and an engine control unit (ECU) for calculating the output of the engine and controlling the operation of the water pump based on information obtained from the means, the ECU, when the output is below the threshold a predetermined of said engine in (first control mode), the electric water pump OPERATION based on the oil temperature and the coolant temperature, the output of the engine in advance in case a defined larger than the threshold value (second control mode), the electric Wo without depending on the oil temperature and the coolant temperature Is the luck rolling to shall the Taponpu.
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