JP2012102639A - Engine cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動ウォータポンプによりエンジンの冷却水を循環させるエンジンの冷却装置に関するものである。 The present invention relates to an engine cooling device that circulates engine coolant using an electric water pump.
従来、エンジンから駆動力を得て稼働する機械式のウォータポンプを備え冷却水の循環流量を制御するエンジンの冷却装置が提案されている。また現在、機械式のウォータポンプの他に、エンジンの駆動力に拘わらず冷却水の循環流量を制御することができる電子サーモスタットを用いたエンジンの冷却装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このものは、電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力を考慮して、運転状態に応じて電動ウォータポンプの流量と電子サーモスタットの開度を決定するようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an engine cooling apparatus that includes a mechanical water pump that operates by obtaining driving force from an engine and controls the circulating flow rate of cooling water. Currently, in addition to the mechanical water pump, an engine cooling device using an electronic thermostat capable of controlling the circulating flow rate of cooling water regardless of the driving force of the engine has been proposed (for example, Patent Document 1). reference). In this device, the flow rate of the electric water pump and the opening degree of the electronic thermostat are determined in accordance with the operating state in consideration of the power consumption for opening the valve of the electronic thermostat.
しかしながら、上述した機械式のウォータポンプを備えたものは、冷却水の循環流量がエンジン回転数に依存することを考慮して、冷却水の目標水温を予め低めに設定されたものとなっている。これにより、常に冷却水を必要以上に冷却することによる燃費の悪化を招来するものとなっていた。また上記特許文献1に記載のエンジン冷却装置では、冷却水の水温を目標温度に収束させる視点において、オーバーシュート及びアンダーシュートの区別をせずに制御を行うため、特に要求負荷が上昇する場合には目標水温に追従し難くなるものとなっている。 However, with the above-described mechanical water pump, the target water temperature of the cooling water is set to be low in advance in consideration that the circulating flow rate of the cooling water depends on the engine speed. . As a result, fuel consumption is always deteriorated by cooling the cooling water more than necessary. Further, in the engine cooling device described in Patent Document 1, since control is performed without distinguishing between overshoot and undershoot from the viewpoint of converging the coolant temperature to the target temperature, particularly when the required load increases. Becomes difficult to follow the target water temperature.
本発明は、上述した点のうち、冷却水の水温を目標水温に速やかに追従させることを目的としている。 The object of the present invention is to cause the coolant temperature to quickly follow the target coolant temperature among the points described above.
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve such an object, the present invention takes the following measures.
すなわち本発明に係るエンジンの冷却装置は、電動ウォータポンプと、エンジンとラジエータ間の水量を制御する開閉弁とを備え、電動ウォータポンプを駆動させることによりエンジン内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させるものであって、前記冷却水の水温が目標水温を上回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を増量し、かつ、前記開閉弁を開側に制御してエンジンとラジエータ間の水量を増加させ、前記冷却水の水温が目標水温を下回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を減量し、かつ、前記開閉弁を閉側に制御し、前記電動ウォータポンプの流量は、要求負荷に応じて可変に制御することを特徴とする。 That is, an engine cooling apparatus according to the present invention includes an electric water pump and an on-off valve that controls the amount of water between the engine and the radiator, and includes a cooling water passage in the engine by driving the electric water pump. The cooling water is circulated in the air, and the flow rate of the electric water pump is increased from the time when the temperature of the cooling water exceeds the target water temperature, and the on-off valve is controlled to the open side so that the flow between the engine and the radiator is increased. The amount of water is increased, the flow rate of the electric water pump is reduced from the time when the cooling water temperature falls below the target water temperature, and the on-off valve is controlled to be closed, so that the flow rate of the electric water pump is adjusted to the required load. It is characterized in that it is controlled variably in response.
このようなものであれば、要求負荷に応じて電動ウォータポンプの流量を可変に制御することにより、冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従させることができる。 If it is such, the water temperature of a cooling water can be made to follow a target water temperature rapidly by variably controlling the flow volume of an electric water pump according to a required load.
また、要求負荷やエンジン回転数の変化によって、冷却水の目標水温自体も変更される場合には、目標水温が変更されたタイミングで冷却水の水温と目標水温とが瞬時に大きく乖離してしまうこととなる。そのような場合であっても冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従させるためには、前記電動ウォータポンプの制御は、前記冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値よりも大きいときはエンジン回転数及び要求負荷を基に前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードフォワード制御を行い、前記冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値よりも小さいときは目標値との差に応じて前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードバック制御を行うようにすることが望ましい。これにより、目標水温が変更されたタイミングからのタイムラグを解消し、速やかな制御を行う事が可能となる。 In addition, when the target water temperature of the cooling water itself is changed due to a change in the required load or the engine speed, the cooling water temperature and the target water temperature are greatly deviated instantaneously at the timing when the target water temperature is changed. It will be. Even in such a case, in order to cause the cooling water temperature to quickly follow the target water temperature, the electric water pump is controlled so that the absolute value of the difference between the cooling water temperature and the target value is predetermined. When the value is larger than the value, feedforward control is performed to determine the flow rate of the electric water pump based on the engine speed and the required load, and the absolute value of the difference between the coolant temperature and the target value is greater than a predetermined value. If it is smaller, it is desirable to perform feedback control for determining the flow rate of the electric water pump according to the difference from the target value. Thereby, the time lag from the timing when the target water temperature is changed can be eliminated, and prompt control can be performed.
本発明によれば、要求負荷に応じて電動ウォータポンプの流量を可変に制御することにより、冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従エンジンの冷却装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cooling device for an engine that promptly follows the coolant temperature to the target coolant temperature by variably controlling the flow rate of the electric water pump according to the required load.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2は、エンジン1とそのエンジン1を冷却するエンジンの冷却装置の概略構成を示す図である。エンジン1は、軽油を燃料とする圧縮着火式のエンジン1(ディーゼルエンジン)又はガソリンを燃料とする火花点火式のエンジン(ガソリンエンジン)であり、自動車等に搭載されるものである。なお図1は後述する電子サーモスタット8が閉状態(P)にあるときを、図2は開状態(Q)にあるときを示している。
1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an engine 1 and an engine cooling device for cooling the engine 1. The engine 1 is a compression ignition type engine 1 (diesel engine) using light oil as a fuel or a spark ignition type engine (gasoline engine) using gasoline as a fuel, and is mounted on an automobile or the like. 1 shows a state where an
エンジン1は、シリンダヘッド、シリンダブロック等を備えて構成され、当該シリンダヘッドおよびシリンダブロックには熱媒体としての水が循環するための通路である冷却水通路1aが設けられている。そして、図1及び図2に示すように、冷却水通路1aの出口側には、車室内暖房用のヒータコア2に冷却水を導くヒータ側冷却水通路3とラジエータ4に冷却水を導くラジエータ側冷却水通路5が接続されている。そして、冷却水通路1a、ヒータ側冷却水通路3及びラジエータ側冷却水通路5とで、本発明に係る冷却水循環経路を構成している。
The engine 1 includes a cylinder head, a cylinder block, and the like, and the cylinder head and the cylinder block are provided with a
また、エンジン1にはヒータ側冷却水通路3とラジエータ側冷却水通路5を流通してきた冷却水を外部から吸い込み、冷却水通路1aに冷却水を送り込む電動ウォータポンプ6が備えられている。この電動ウォータポンプ6は、後述するECU9の指令信号により電圧が印加されると、その印加電圧に応じた分の流量の冷却水を冷却水通路1aに供給する。
Further, the engine 1 is provided with an
また、ラジエータ側冷却水通路5にはラジエータバイパス通路7が接続されており、ラジエータ側冷却水通路5とラジエータバイパス通路7の接続部には開閉弁である電子サーモスタット8が設けられている。
A radiator bypass passage 7 is connected to the radiator-side cooling water passage 5, and an
この電子サーモスタット8は、上記ラジエータ4を通過してラジエータ側冷却水通路5を流通する冷却水と、ラジエータバイパス通路7を流通する冷却水とが電動ウォータポンプ6側へ流出する流量を制御するワックス式のサーモスタットバルブを備えている。このサーモスタットバルブは、温度に応じて圧縮および膨張するワックスを感温部として利用することで、機関内冷却水通路1aを通過した冷却水の水温に応じてそのバルブが機械的に開閉し得る構成のもと、この感温部を電気的に加熱するPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータを備えている。そして、このPTCヒータへ通電することによってワックスを電気的に加熱することで、サーモスタットバルブの開閉を電子制御することが可能になっている。
This
また本実施形態では上述のエンジン1等を制御すべくECU9が設けられている。このECU9は、中央演算処理装置と、記憶装置と、入力インターフェースと、出力インターフェースとを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。 In this embodiment, an ECU 9 is provided to control the engine 1 and the like described above. The ECU 9 is mainly configured by a microcomputer system including a central processing unit, a storage device, an input interface, and an output interface.
ECU9には、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転速度に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ(図示省略)、エンジン1の気筒内に吸入される空気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ(図示省略)、そして、シリンダヘッド側の機関内冷却水通路1a内を流通する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ10等が電気的に接続され、それらの出力信号がECU9へ入力されるようになっている。
The
また、ECU9は、電動ウォータポンプ6と電気的に接続され、ECU9が、電動ウォータポンプ6を制御することでエンジン1の機関内冷却水通路1aを含めた冷却水循環経路に循環させる冷却水の流量を制御することが可能になっている。また、ECU9は、電子サーモスタット8と電気的に接続され、ECU9が電子サーモスタット8のPTCヒータへの通電を制御することが可能になっている。
The ECU 9 is electrically connected to the
そしてECU9は、前記冷却水の水温が目標水温を上回る時点から電動ウォータポンプ6の流量を増量し、かつ、開閉弁たる電子サーモスタットを開状態(Q)制御してエンジン1とラジエータ4間の水量を増加させる一方、冷却水の水温が目標水温を下回る時点から前記電動ウォータポンプ6の流量を減量し、かつ、電子サーモスタット8を閉状態(P)へと制御し、加えて、前記電動ウォータポンプ6の制御に係るフィードバックゲインは、アクセル踏込量等の要求負荷であるエンジン負荷に応じて可変とするプログラムが内蔵されている。
Then, the
続いて、本実施形態におけるエンジン1を冷却するための電動ウォータポンプ及び電子サーモスタット8の制御について説明する。
Subsequently, the control of the electric water pump and the
本実施形態では、冷却水の水温が目標水温を上回る時点から電動ウォータポンプ6の流量を増量し、かつ、電子サーモスタット8を開状態(Q)に制御してエンジンとラジエータ間の水量を増加させる。そして前記冷却水の水温が目標水温を下回る時点から電動ウォータポンプの流量を減量し、かつ、電子サーモスタット8を閉状態(P)に制御する。
In the present embodiment, the flow rate of the
また本実施形態では、電動ウォータポンプ6を制御するために用いるフィードバックゲインは、エンジン負荷及びエンジン回転数によって作成されたマップに基づいて定められる。当該マップは、アクセルペダルの踏み込み等、エンジン負荷が大きくなる場合にはフィードバックゲインが大きくなるように設定されている。なお当該フィードバックゲインを用いる制御は、当該フィードバックゲインを偏差に乗じる比例制御や、偏差の積分値に乗じる積分制御、又は比例積分制御といった種々のフィードバック制御を適用することができる。
In the present embodiment, the feedback gain used for controlling the
すなわち、エンジン負荷が増大したときには、上述マップに基づいて、エンジン負荷が増大する前のものよりも大きなフィードバックゲインが入力されることにより、電動ウォータポンプ6の流量(の傾き)が増大する。これにより、冷却水の水温を速やかに目標水温まで到達させることができる。
That is, when the engine load increases, the flow rate (the slope) of the
ここで、冷却水の目標温度はエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて作成されたマップに基づいて定められている。つまり、運転中におけるエンジン負荷の増大により冷却水の水温が急激に上がったり、負荷の増大と同時に目標水温が低い値に変更されたりすることで、冷却水の水温が瞬時に目標水温から大きく乖離してしまうということも起こり得る。 Here, the target temperature of the cooling water is determined based on a map created based on the engine speed and the engine load. In other words, when the engine load increases during operation, the coolant temperature rapidly increases, or at the same time as the load increases, the target water temperature is changed to a low value. It can happen.
そこで本実施形態では、図3のフローチャートで示すように、電動ウォータポンプ6の制御は、冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値である10℃よりも大きいときはエンジン回転数及びエンジン負荷を基に電動ウォータポンプ6の流量を決定するフィードフォワード制御を行い、冷却水の水温と目標水温との差の絶対値が10℃よりも小さいときはフィードバック制御を行うようにしている。図3を用いて、このような電動ウォータポンプ(電動W/P)6及び電子サーモスタット(電子サーモ)8の制御について説明する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 3, the control of the
まず、エンジン1の始動とともに冷却水の水温は上昇するが、冷却水の水温が80℃に到達するまで(ステップS1)は、電動ウォータポンプ6の動作を停止するとともに、電子サーモスタット8は閉状態(P)となっている(ステップS2)。
First, the temperature of the cooling water rises as the engine 1 starts, but the operation of the
そして実水温が80℃を超えた後、冷却水の水温すなわち実水温と目標水温との偏差が10℃を超えた場合(ステップS3)には、以下のようにフィードフォワード(F/F)制御が行なわれる。この場合、目標水温よりも実水温が高い場合(ステップS4)には、電子サーモスタット8を開状態(Q)とし、電動ウォータポンプ6の流量を所定の値へと設定する(ステップS5)。この所定の値とは、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて作成されたマップに基づいて決定される。また目標水温よりも実水温が低い場合(ステップS4)には、電子サーモスタット8を閉状態(P)とし、電動ウォータポンプ6の流量を所定の値へと設定する(ステップS6)。この所定の値とは、前記同様にエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて作成されたマップに基づいて決定される。
When the actual water temperature exceeds 80 ° C. and the deviation between the cooling water temperature, that is, the actual water temperature and the target water temperature exceeds 10 ° C. (step S3), the feedforward (F / F) control is performed as follows. Is done. In this case, when the actual water temperature is higher than the target water temperature (step S4), the
一方、実水温と目標水温との偏差が10℃を超えない場合(ステップS3)にはフィードフォバック(F/B)制御が行なわれる。この場合、目標水温よりも実水温が高い場合(ステップS7)には、電子サーモスタット8を開状態(Q)とし、電動ウォータポンプ6のフィードバックゲインをエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて作成されたマップに定められた値とする(ステップS8)。また目標水温よりも実水温が低い場合(ステップS7)には、電子サーモスタット8を閉状態(P)とし、電動ウォータポンプ6のフィードバックゲインをエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて作成されたマップに定められた値とする(ステップS9)。このようにして、エンジン負荷の変化により目標水温が変化しても、実水温を速やかに目標水温へと追従させることができる。
On the other hand, when the deviation between the actual water temperature and the target water temperature does not exceed 10 ° C. (step S3), feed-back (F / B) control is performed. In this case, when the actual water temperature is higher than the target water temperature (step S7), the
以上のような構成とすることにより、本実施形態によれば、エンジン負荷が大きくなると電動ウォータポンプの流量を大きくフィードバック制御することにより、冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従させ得るものとなっている。 With the configuration as described above, according to the present embodiment, when the engine load increases, the flow rate of the electric water pump is greatly feedback-controlled, so that the coolant temperature can quickly follow the target coolant temperature. It has become.
また本実施形態では、冷却水の水温前記ウォータポンプの制御は、前記冷却水の水温の値と目標値との差が所定値よりも大きいときはエンジン回転数及びエンジン負荷を基に前記ウォータポンプの単位時間当たりの流量を算定するフィードフォワード制御を行い、前記冷却水の水温の値と目標値との差が所定値よりも小さいときは目標値との差に対してフィードバック制御を行うようにしているので、目標水温が変更されたタイミングから制御が実行されるまでのタイムラグを解消し、速やかなに冷却水の水温を目標水温まで到達させ得るものとなっている。 In this embodiment, the water temperature of the cooling water is controlled by the water pump based on the engine speed and the engine load when the difference between the cooling water temperature and the target value is larger than a predetermined value. Feedforward control is performed to calculate the flow rate per unit time, and when the difference between the coolant temperature and the target value is smaller than a predetermined value, feedback control is performed for the difference between the target value and the target value. Therefore, the time lag from when the target water temperature is changed to when the control is executed can be eliminated, and the coolant temperature can be quickly reached the target water temperature.
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では電子サーモスタットは開状態、閉状態の二段階のみとして制御を行う態様を開示したが、勿論、二段階よりも多い多段階に制御したり、無段階に制御したりするような開閉弁としたものであってもよい。そして上記実施形態ではフィードバック制御とフィードフォワード制御とを切り換える際の目標水温と冷却水の実水温との差の絶対値を一例として10℃に設定したが、勿論他の値に設定しても良い。また目標水温やフィードバックゲイン、フィードフォワード制御に用いる値を決定するマップの具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the electronic thermostat is controlled to be controlled only in two stages, that is, the open state and the closed state. However, of course, the electronic thermostat is controlled in multiple stages more than two stages, or in a non-stage control. An open / close valve may be used. In the above embodiment, the absolute value of the difference between the target water temperature and the actual water temperature of the cooling water when switching between the feedback control and the feedforward control is set to 10 ° C. as an example. . Further, the specific mode of the map for determining the target water temperature, the feedback gain, and the value used for the feedforward control is not limited to that of the above embodiment, and various modes including the existing one are applied. be able to.
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明は電動ウォータポンプによりエンジンの冷却水を循環させるエンジンの冷却装置として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an engine cooling device that circulates engine coolant using an electric water pump.
1…エンジン
4…ラジエータ
6…電動ウォータポンプ
8…電子サーモスタット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 4 ...
Claims (2)
前記冷却水の水温が目標水温を上回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を増量し、かつ、前記開閉弁を開側に制御してエンジンとラジエータ間の水量を増加するフィードバック制御を行い、
前記冷却水の水温が目標水温を下回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を減量し、かつ、前記開閉弁を閉側に制御するフィードバック制御を行い、
前記電動ウォータポンプの制御に係るフィードバックゲインは、エンジン負荷に応じて可変とすることを特徴とするエンジンの冷却装置。 An electric water pump and an open / close valve that controls the amount of water between the engine and the radiator are provided, and the cooling water is circulated through a cooling water circulation path including a cooling water passage in the engine by driving the electric water pump. And
Increase the flow rate of the electric water pump from the time when the coolant temperature exceeds the target water temperature, and perform feedback control to increase the amount of water between the engine and the radiator by controlling the open / close valve to the open side,
Reducing the flow rate of the electric water pump from the time when the temperature of the cooling water falls below the target water temperature, and performing feedback control to control the open / close valve to the closed side;
An engine cooling apparatus characterized in that a feedback gain related to the control of the electric water pump is variable in accordance with an engine load.
前記冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値よりも小さいときは目標水温との差に応じて前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードバック制御を行う請求項1記載のエンジンの冷却装置。 When the absolute value of the difference between the cooling water temperature and the target water temperature is greater than a predetermined value, the electric water pump is controlled to determine the flow rate of the electric water pump according to the engine speed and the engine load. Forward control,
The feedback control for determining the flow rate of the electric water pump according to the difference with the target water temperature when the absolute value of the difference between the water temperature value and the target value is smaller than a predetermined value. Engine cooling system.
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