JP2016053342A - 車両用熱管理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の冷却要求の変化に合わせて冷媒温度を調整できる車両用熱管理システムを提供する。
【解決手段】車両用熱管理システム1Aは、内燃機関2の機関本体2aを冷却するとともに冷媒を圧送する第1ポンプ5が設けられた第1循環回路3と、内燃機関2の排気熱を回収する排気熱回収器10、車両の空調に利用されるヒータコア11及び冷媒を圧送する第2ポンプ12がそれぞれ設けられた第2循環回路4と、第1循環回路3と第2循環回路4とを連通する連通路15、16と、第1連通路15に設けられて、第1循環回路3と第2循環回路4との連通とその禁止とを切り替え可能な開閉弁18とを備え、第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態となるように開閉弁18を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関が搭載された車両に適用される車両用熱管理システムに関する。
車両用熱管理システムとして、冷媒を循環させる複数の循環回路を有し、内燃機関の本体を冷却する循環回路と、蓄熱容器とヒータコアとが設けられた循環回路との連通と、その禁止とを運転状態(各部位の温度)に応じて切替弁にて切り替えるものが知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2〜4が存在する。
特開2004−285958号公報 特開2004−76603号公報 特開2005−509777号公報 特開平9−158724号公報
特許文献1の車両用熱管理システムは、例えば内燃機関のノッキングや冷媒の局所沸騰に対応できるように内燃機関の冷却要求の変化に合わせて冷媒温度を調整することまでは考慮されておらず制御方法に改善の余地がある。
そこで、本発明は、内燃機関の冷却要求の変化に合わせて冷媒温度を調整できる車両用熱管理システムを提供することを目的とする。
本発明の車両用熱管理システムは、内燃機関が搭載された車両に適用される車両用熱管理システムであって、前記内燃機関の機関本体を冷却するとともに冷媒を圧送する第1ポンプが設けられた第1循環回路と、前記内燃機関の排気熱を回収する排気熱回収器、前記車両の空調に利用されるヒータコア及び冷媒を圧送する第2ポンプがそれぞれ設けられた第2循環回路と、前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連通する連通部と、前記連通部に設けられて、前記第1循環回路と前記第2循環回路との連通とその禁止とを切り替え可能な制御弁と、前記第1循環回路を流れる冷媒の冷媒温度が前記第2循環回路を流れる冷媒の冷媒温度よりも高い状態となるように前記制御弁を制御する冷媒温度制御手段と、を備えるものである(請求項1)。
この車両用熱管理システムによれば、内燃機関の機関本体を冷却するための第1循環回路の冷媒温度が排熱回収器及びヒータコアが設けられた第2循環回路の冷媒温度よりも高い状態となるように制御される。そのため、第1循環回路の冷媒温度が第2循環回路の冷媒温度よりも高い温度差が得られる。これにより、内燃機関の冷却要求が高まる方向に変化した場合に第1循環回路と第2循環回路とが連通するように制御弁を制御することによって第1循環回路の高温の冷媒と第2循環回路の低温の冷媒とを混合させて第1循環回路の冷媒温度を低減できる。
本発明の車両用熱管理システムの一態様において、前記第2循環回路にはEGRクーラが更に設けられてもよい(請求項2)。この態様によれば、EGRクーラの暖機完了前には第1循環回路の高温の冷媒を第2循環回路に流入させることによってEGRクーラの暖機を促進することができる一方で、EGRクーラの暖機完了後には第2循環回路の低温の冷媒によってEGRクーラの冷却性能が確保される。これによりEGRクーラの特性に適した温度制御が可能となる。
本発明の車両用熱管理システムの一態様において、前記冷媒温度制御手段は、前記内燃機関に対する要求負荷がノッキングを発生し易い負荷領域に至る又は前記負荷領域に至る可能性がある場合に前記第1循環回路と前記第2循環回路とが連通するように前記制御弁を制御してもよい(請求項3)。この態様によれば、ノッキングが発生し易い状況で第1循環回路と第2循環回路とが連通することによって第1循環回路の冷媒温度を低減できる。これにより、内燃機関のノッキングの発生を抑制することができる。
本発明の車両用熱管理システムの一態様において、前記冷媒温度制御手段は、デッドソーク時に前記第1循環回路と前記第2循環回路とが連通するように前記制御弁を制御してもよい(請求項4)。この態様によれば、デッドソーク時に第1循環回路と第2循環回路とが連通することによって第1循環回路の冷媒温度を低減できる。これにより、デッドソーク時の局所沸騰の発生を抑制することができる。
以上説明したように、本発明の車両用熱管理システムによれば、第1循環回路の冷媒温度が第2循環回路の冷媒温度よりも高い温度差が得られるため、内燃機関の冷却要求が高まる方向に変化した場合に第1循環回路と第2循環回路とが連通するように制御弁を制御することによって第1循環回路の高温の冷媒と第2循環回路の低温の冷媒とを混合させて第1循環回路の冷媒温度を低減できる。
第1の形態に係る車両用熱管理システムの全体構成を示した図。 各循環回路の昇温特性を示した説明図。 各ポンプの特性を示した説明図。 ノッキング防止制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 デッドソーク時制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 ヒータ要求時制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 暖機促進制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 始動時暖機促進制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 暖機完了時制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 第2の形態に係る車両用熱管理システムの全体構成を示した図。 第2の形態に係る制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 第3の形態に係る車両用熱管理システムの全体構成を示した図。 第3の形態に係る制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 第4の形態に係る車両用熱管理システムの全体構成を示した図。
(第1の形態)
図1に示すように、車両用熱管理システム(以下、熱管理システムという。)1Aは、内燃機関2が搭載された車両(不図示)に適用される。熱管理システム1Aは冷媒を循環させる2つの循環回路3、4を備えている。第1循環回路3には冷媒を圧送する第1ポンプ5が設けられており、第1ポンプ5にて圧送された冷媒は第1循環回路3を循環することによってシリンダブロック及びシリンダヘッドを含む機関本体2aを冷却する。さらに第1循環回路3はスロットルバルブ6に通じており、第1循環回路3にてスロットルバルブ6も冷却される。第1ポンプ5は内燃機関2の最大冷却要求を満足させる容量を持つ従来相当の電動式ポンプとして構成されている。第1循環回路3からはラジエータ7が設けられた分岐回路8が分岐しており、分岐回路8の分岐位置は機関本体2aの下流に設定されている。分岐回路8はサーモスタット9を介して第1循環回路3に合流している。したがって、第1循環回路3の冷媒温度がサーモスタット9の開弁温度に到達すると、サーモスタット9にて分岐回路8が開通することによって第1循環回路3の冷媒が分岐回路8に導かれてラジエータ7にて冷却される。
第2循環回路4には内燃機関2の排気熱を回収する排気熱回収器10、車両の空調に利用されるヒータコア11及び冷媒を圧送する第2ポンプ12が設けられている。第2ポンプ12は第1ポンプ5よりも小容量の電動式ポンプである。第2ポンプ12はヒータコア11に冷媒を流すことができ、かつ内燃機関2の下限レベルの冷却要求を満足させる容量を有している。
第1循環回路3には第1温度センサ13が、第2循環回路4には第2温度センサ14がそれぞれ設けられている。第1温度センサ13によって第1循環回路3を流れる冷媒の冷媒温度を、第2温度センサ14によって第2循環回路4を流れる冷媒の冷媒温度をそれぞれ検出できる。
第1循環回路3と第2循環回路4とは連通部としての2つの連通路15、16にて連通している。第1連通路15には、第1連通路15を閉鎖する閉位置と第1連通路15を開通する開位置との間で動作する開閉弁18が設けられている。開閉弁18が開弁して第1連通路15が開通すると、各循環回路3、4の冷媒の循環が維持されつつ、破線の矢印で示すように第1循環回路3を流れる一部の冷媒が第1連通路15を介して第2循環回路4に導かれる一方で、同量の冷媒が第2循環回路4から第2連通路16を介して第1循環回路3に導かれる。これによって、第1循環回路3と第2循環回路4との連通が実現する。
一方、開閉弁18が閉弁して第1連通路15が閉鎖されると、第1連通路15の冷媒の流れが止まると同時に第2連通路16の冷媒の流れが止まり、第1循環回路3と第2循環回路4との連通が禁止される。このように、2つの連通路15、16の一方に設けられた開閉弁18を操作することによって、第1循環回路3と第2循環回路4との連通とその禁止とが切り替えられるため、開閉弁18は本発明に係る制御弁に相当する。
熱管理システム1Aは、第1循環回路3と第2循環回路4との連通及びその禁止とを切り替えることによって、冷媒の昇温特性を連通時と非連通時とで切り替えることができる。図2に示すように、開閉弁18の開弁時(連通時)は、第1循環回路3と第2循環回路4とが連通することによって熱容量が閉弁時(非連通時)よりも大きくなるので、連通時の冷媒の昇温速度は非連通時よりも遅くなる。したがって、内燃機関2の暖機前等の速やかな冷媒の昇温が必要な時には開閉弁18を閉じて第1循環回路3と第2循環回路4との連通を禁止することにより短時間の冷媒の昇温を実現できる。また、熱管理システム1Aは互いに容量の異なる2つのポンプ5、12を用いているため、必要に応じて小容量の第2ポンプ12のみを使用することにより図3に示した省電力効果を得ることができる。図3は各ポンプ5、12の積算電力量を比較したものであり、第2ポンプ12を用いた方が第1ポンプ5を用いるよりも省電力であることが分かる。
熱管理システム1Aには、開閉弁18の制御及び各ポンプ5、12の制御を行うための制御装置20が設けられている。制御装置20はコンピュータとして構成されている。制御装置20は内燃機関2の制御を行うためのエンジンコントロールユニットと兼用されていてもよい。制御装置20には第1温度センサ13及び第2温度センサ14の各出力信号が入力されている。これにより制御装置20は第1循環回路3及び第2循環回路4の各冷媒温度を取得できる。また、制御装置20には不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ21の信号が入力される。
制御装置20は、本発明に係る冷媒温度制御手段として機能し、上述した各循環回路3、4の昇温特性を考慮して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高くなるように開閉弁18を制御することを基本とする。これにより、第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い温度差が得られる。そして、状況に応じて開閉弁18を制御することにより上記温度差を利用して各循環回路3、4の冷媒温度を調整する。以下、制御装置20が実施する種々の制御について説明する。
<ノッキング防止制御>
ノッキング防止制御は、内燃機関2の暖機完了後にサーモスタット9が開弁し第1ポンプ5を駆動しながらラジエータ7による冷却が実施されている状況で行われる。従来、ノッキングが発生し易い高負荷時の冷却要求はラジエータによる放熱性能に頼っていたが、本形態のノッキング防止制御は、第1循環回路3の冷媒温度と第2循環回路4の冷媒温度との温度差を利用してノッキングを抑制する。図4はノッキング防止制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図4の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS101において、制御装置20は第1循環回路3の冷媒温度T1を第1温度センサ13の信号に基づいて、第2循環回路4の冷媒温度T2を第2温度センサ14の信号に基づいてそれぞれ取得し、冷媒温度T1が冷媒温度T2よりも高いか否かを判定する。冷媒温度T1が冷媒温度T2よりも高い場合はステップS102に進み、そうでない場合はステップS105に進む。
ステップS102において、制御装置20は内燃機関2の要求負荷Pedがノッキングの発生し易い負荷領域を判定する閾値Pe1よりも大きいか否かを判定する。要求負荷Pedが閾値Pe1よりも大きい場合はステップS104に進み、制御装置20は開閉弁18を開弁する。これにより、第1循環回路3に第2循環回路4の低温の冷媒が流入して第1循環回路3の冷媒温度が低下するのでノッキングの発生を抑制できる。
一方、要求負荷Pedが閾値Pe1以下の場合はステップS103に進む。ステップS103において、制御装置20はアクセル開度センサ21の信号を参照してアクセル変化量ΔAを取得し、アクセル変化量ΔAが閾値Δaccよりも大きいか否かを判定する。この判定処理は、内燃機関2の要求負荷がノッキングの発生し易い負荷領域に現時点で至らないが将来的にその負荷領域に達するか否かを予測するためのものである。
アクセル変化量ΔAが閾値Δaccよりも大きい条件が一定時間tA以上継続する場合は将来的にノッキングが発生し易い負荷領域に達する可能性があるため、制御装置20はステップS104に進んで開閉弁18を開弁して第1循環回路3の冷媒温度を低下させる。一方、アクセル変化量ΔAが閾値Δacc以下の条件が一定時間tA以上継続する場合はノッキングが発生する可能性が低いので、制御装置20はステップS105に進んで開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。
図4に示したノッキング防止制御によれば、ノッキングが発生し易い場合に第2循環回路4の低温の冷媒を第1循環回路3に流入させて第1循環回路3の冷媒温度を低下させることによりノッキングの発生を抑制することができる。
<デッドソーク時制御>
デッドソーク時制御は、内燃機関2の熱量が大きい状態で車両停止及び内燃機関2が停止した場合に内燃機関2の内部での局所沸騰を防止するものである。従来、デッドソーク時にはポンプの出力を最大化したり、ラジエータファンの出力を最大化することにより車両停車中の冷却を続行して局所沸騰を防止していたが、停車後の消費電力が大きかったり騒音の問題があった。本形態のデットソーク時制御は第1循環回路3の冷媒温度と第2循環回路4の冷媒温度との温度差を利用してデッドソーク時の局所沸騰の発生を抑制する。図5はデッドソーク時制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図5の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS111において、制御装置20は各温度センサ13、14の信号を参照して冷媒温度T1が冷媒温度T2よりも高いか否かを判定する。冷媒温度T1が冷媒温度T2よりも高い場合はステップS112に進み、そうでない場合はステップS116に進む。
ステップS112において、制御装置20は車両停止前に高負荷走行が継続していたか否かを判定する。この判定により内燃機関2の積算熱量の大きさを見積ることができる。車両停止前に高負荷走行が継続していない場合はデッドソーク時に局所沸騰が発生する可能性が低いのでステップS116に進み、制御装置20は開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。一方、車両停止前に高負荷走行が継続している場合はステップS113に進む。
ステップS113において、制御装置20は冷媒温度T1が閾値Thよりも高いか否かを判定する。この閾値Thは95°C〜100°C程度に設定されている。冷媒温度T1が閾値Thよりも低い場合はデッドソーク時に局所沸騰が発生する可能性が低いのでステップ116に進み、制御装置20は開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。一方、冷媒温度T1が閾値Thよりも高い場合はステップS114に進み、制御装置20は開閉弁18を開弁して第1循環回路3の冷媒温度を低下させる。そして、続くステップS115において、制御装置20は第2ポンプ12のみを駆動する。つまり、第1ポンプ5の駆動を停止して第2ポンプ12を駆動する。この場合、第2ポンプ12のみを駆動する代わりに第1ポンプ5のみを駆動してもよい。すなわち、いずれか一方のポンプの駆動により冷媒の循環を確保する。
本形態のデッドソーク時制御によれば、デッドソーク時に内燃機関2の局所沸騰が発生する可能性が高い場合に第2循環回路4の低温の冷媒を第1循環回路3に流入させて第1循環回路3の冷媒温度を低下させることにより局所沸騰の発生を抑制できる。また、ラジエータファンを使用することなく2つのポンプ5、12のいずれか一方のポンプのみを駆動してデッドソーク時の冷却要求を満足させるので、消費電力を低減できるとともに騒音を低減できる。
<ヒータ要求時制御>
ヒータ要求時制御は、車両の空調で暖房が必要となり冷媒からヒータコア11への熱移動が必要となったヒータ要求時に実施される。ヒータ要求に対しては排気熱回収器10が回収した排気熱で賄うことを基本とするが、ヒータ要求に対する不足分については開閉弁18を制御して第1循環回路3の高温の冷媒を第2循環回路4へ流入させることにより賄う。図6はヒータ要求時制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図6の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS121において、制御装置20は上述したヒータ要求の有無を判定する。ヒータ要求の有無は例えば車両の空調に搭載された不図示の暖房スイッチの操作状態に基づいて判定される。ヒータ要求がある場合はステップS122に進み、ヒータ要求がない場合はステップS123に進む。ステップS122において、制御装置20は第2ポンプ12を駆動する。ステップS123において、制御装置20は第2ポンプ12を駆動停止し、ステップS124において開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。
ステップS125において、制御装置20は第2温度センサ14の信号を参照して冷媒温度T2を取得し、冷媒温度T2が暖房可能温度として設定された閾値t2よりも高いか否かを判定する。冷媒温度T2が閾値t2よりも高い場合は排気熱回収器10が回収した排気熱を熱源としてヒータ要求を賄うことができるので、処理をステップS124に進めて開閉弁18を閉弁する。一方、冷媒温度T2が閾値t2以下の場合はステップS126に進み、制御装置20は第1温度センサ13の信号を参照して冷媒温度T1を取得し、冷媒温度T1が閾値t1よりも高いか否かを判定する。
閾値t1は閾値t2よりも高い値に設定されており、閾値t1は第1循環回路3の冷媒を第2循環回路4に流入させることによりヒータ要求を賄うことができるか否かを基準として設定されている。したがって、冷媒温度T1が閾値t1以下の場合は第1循環回路3の冷媒の流入によりヒータ要求を賄うことができないので、処理をステップS124に進めて開閉弁18を閉弁する。一方、冷媒温度T1が閾値t1よりも高い場合は処理をステップS127に進めて、制御装置20は開閉弁18を開弁して第1循環回路3の高温の冷媒を第2循環回路4に流入させて第2循環回路4の冷媒温度を上昇させてヒータ要求を満足させる。
本形態のヒータ要求時制御によれば、ヒータ要求に対する不足分を開閉弁18の制御によって第1循環回路3の冷媒を第2循環回路4へ流入させて賄うことができる。また、ヒータ要求時には小型の第2ポンプ12の駆動により冷媒を循環させるので省電力化に寄与できる。
<暖機促進制御>
車両がアイドリングストップ搭載車やハイブリッド車の場合、アイドリングストップの実施やEV走行によって走行風や外気放熱の影響によって第1循環回路3の冷媒温度が低下して内燃機関2の暖機完了前の状態(半暖機状態)が比較的長く継続する場合がある。このような状況では、第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも低くなることが想定される。暖機促進制御はこうした車両の走行環境や走行状態の影響により第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも低くなった場合に第2循環回路4の高温の冷媒を第1循環回路3へ流入させることによって暖機を促進するものである。図7は暖機促進制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図7の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS131において、制御装置20は各温度センサ13、14の信号を参照し第1循環回路3の冷媒温度T1が第2循環回路4の冷媒温度T2よりも低いか否かを判定する。冷媒温度T1が冷媒温度T2よりも低い場合はステップS132に進む。冷媒温度T1が冷媒温度T2以上の場合はステップS133に進み、制御装置20は開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態となるようにし、続くステップS134で第2ポンプ12を駆動停止する。
ステップS132において、制御装置20はアイドリングストップやEV走行等を原因として内燃機関2が停止中か否かを判定する。内燃機関2が停止中でない場合は、内燃機関2の熱を逃がさないようにして暖機を促進するためにステップS133及びステップS134の処理を実施する。一方、内燃機関2が停止中の場合はステップS135に進み、制御装置20は開閉弁18を開弁して第2循環回路4の高温の冷媒を第1循環回路3に流入させて第1循環回路3の冷媒温度を上昇させて暖機を促進させる。そして、ステップS136において第2ポンプ12を駆動する。
本形態の暖機促進制御によれば、第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも低くなった場合に第2循環回路4の高温の冷媒が第1循環回路3へ流入して第1循環回路3の冷媒温度が上昇するので暖機を促進できる。また、小型の第2ポンプ12の駆動により冷媒を循環させるので省電力化に寄与できる。
<始動時暖機促進制御>
始動時暖機促進制御は、車両の始動時すなわち車両の運転開始時に第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも低い状態の場合に第2循環回路4の高温の冷媒を第1循環回路3へ流入させることによって内燃機関2の暖機を促進するものである。図8は始動時暖機促進制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図8の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS141において、制御装置20は車両に対する始動要求に応じて車両を始動させる。ステップS142において、制御装置20は各温度センサ13、14の信号を参照し第1循環回路3の冷媒温度T1が第2循環回路4の冷媒温度T2よりも低いか否かを判定する。冷媒温度T1が冷媒温度T2よりも低い場合はステップS145に進む。冷媒温度T1が冷媒温度T2以上の場合はステップS143に進み、制御装置20は開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態となるようにし、ステップS144で第2ポンプ12を駆動停止する。ステップS145において、制御装置20は開閉弁18を開弁して第2循環回路4の高温の冷媒を第1循環回路3に流入させて第1循環回路3の冷媒温度を上昇させて暖機を促進させる。そして、ステップS146において第2ポンプ12を駆動する。
本形態の始動時暖機促進制御によれば、車両の運転開始時に第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも低くなった場合に第2循環回路4の高温の冷媒が第1循環回路3へ流入して第1循環回路3の冷媒温度が上昇するので暖機を促進できる。また、小型の第2ポンプ12の駆動により冷媒を循環させるので省電力化に寄与できる。
<暖機完了時制御>
暖機完了時制御は、内燃機関2の暖機が完了した後に各循環回路3、4の冷媒温度に温度差を設ける必要性に応じて開閉弁18を制御するものである。こうした温度差を設ける必要がない場合にはラジエータ7による放熱が無駄になるので、第1循環回路3の高温の冷媒を第2循環回路4に流入させて第2循環回路4の冷媒温度を上昇させる。図9は暖機完了時制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図9の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS151において、制御装置20は内燃機関2の暖機が完了したか否かを判定する。暖機完了の判定は第1循環回路3の冷媒温度がサーモスタット9の開弁温度に到達したか否かにより実施される。暖機完了した場合はステップS152に進む。暖機完了していない場合はステップS153に進み、制御装置20は開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。
ステップS152において、制御装置20は各循環回路3、4の冷媒温度に温度差を設ける必要性を判断する。こうした温度差を設けることが必要な場合としては、上述したヒータ要求がない場合、ノッキングの抑制が必要な場合、デッドソーク時の局所沸騰の発生の抑制が必要な場合等が該当する。温度差を設ける必要がある場合は処理をステップS153に進めて第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。一方、温度差を設ける必要がない場合はステップS154に進み、制御装置20は開閉弁18を開弁して第1循環回路3の高温の冷媒を第2循環回路4に流入させて第2循環回路4の冷媒温度を上昇させる。そして、ステップS155において、制御装置20は、第1ポンプ5及び第2ポンプ12のいずれか一方又は両方を駆動して冷媒を循環させる。
本形態の暖機完了時制御によれば、第1循環回路3の冷媒温度と第2循環回路4の冷媒温度との間に温度差を設ける必要がない場合に開閉弁18が開弁され、第1循環回路3の高温の冷媒が第2循環回路4に流入する。その結果、第1循環回路3の冷媒温度が低下してサーモスタット9が閉弁することによってラジエータ7による放熱が回避される。
(第2の形態)
次に本発明の第2の形態を図10及び図11を参照しながら説明する。第1の形態と共通する構成には同一の参照符号を図10に付して説明を省略する。図10に示したように、第2の形態の熱管理システム1Bは、第2連通路16にCVTウォーマ30が配置された点に特徴がある。CVTウォーマ30は車両に搭載された不図示の無段変速機の暖機に利用される周知のものであり無段変速機のケーシングの底部に配置される。上述したように、開閉弁18が閉弁されると2つの連通路15、16はいずれも冷媒の流通が止まるので、開閉弁18が閉弁されている限りCVTウォーマ30に冷媒の熱は移動しない。したがって常時冷媒が循環する第1循環回路3や第2循環回路4にCVTウォーマ30を設ける場合と比べてCVTウォーマ30が内燃機関2の暖機や暖房の妨げとなりにくい。
図11は第2の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。図11の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップS201において、制御装置20は内燃機関2の暖機が完了したか否かを判定する。暖機完了の判定は第1循環回路3の冷媒温度T1が閾値を超えたか否かによって実施される。この閾値としては、サーモスタット9の開弁温度と同じ温度に設定してよい。暖機完了した場合はステップS202に進む。暖機完了していない場合はステップS204に進み、制御装置20は開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。
ステップS202において、制御装置20は上述したヒータ要求の有無を判定する。ヒータ要求がある場合はステップS203に進み、ヒータ要求がない場合はステップS205に進む。ステップS203において、制御装置20は排気熱回収器10による排気熱の回収が完了したか否かを判定する。排気熱の回収完了は第2循環回路4の冷媒温度T2が閾値を超えたか否かに基づいて判定される。この閾値は、例えばヒータ要求を満足し得る冷媒温度の下限値に設定される。排気熱の回収が完了した場合はステップS205に進み、そうでない場合はステップS204に進む。
ステップS205において、制御装置20は開閉弁18を開弁する。そして、ステップS206において、制御装置20は第2ポンプ12又は第1ポンプのいずれか一方を駆動する。これにより、第2連通路16を介してCVTウォーマ30に冷媒が流通するのでCVTを暖機できる。
図11の制御によれば、内燃機関2の暖機が完了し、かつ第2循環回路4の冷媒温度がヒータ要求を満足させる程度に高まった場合に限りCVTが暖機される。そのため、内燃機関2の暖機及びヒータ要求がCVTの暖機に優先されるので、CVTの暖機がこれらの妨げとなることが回避される。なお、車両に搭載される変速機が自動変速機(AT)の場合には、CVTウォーマ30の代わりにATFウォーマを配置することもできる。
また、第2の形態では、第1の形態で実施した各種制御(ノッキング防止制御、デッドソーク時制御、ヒータ要求時制御、暖機促進制御、始動時暖機促進制御、及び暖機完了時制御)の少なくとも一つを図11の制御に代えて又は図11の制御とともに実施することができる。
(第3の形態)
次に、本発明の第3の形態を図12及び図13を参照しながら説明する。第1の形態と共通する構成には同一の参照符号を図12に付して説明を省略する。図12に示したように第3の形態の熱管理システム1Cは、第2循環回路4にEGRクーラ35が設けられている点に特徴がある。周知のように、EGRクーラ35は内燃機関2に排気を再循環させるEGR装置の一要素であり、再循環させる排気(EGRガス)を冷却する装置である。
EGRクーラ35の要求冷媒温度はEGRの実施前後で変化する。すなわちEGR実施前の要求冷媒水温はEGR実施後の要求冷媒温度よりも高い。そのため、EGR実施前は早期にEGR実施可能となるようにEGRクーラ35の暖機を促進すべきであり、EGR実施後はEGRガスの冷却性能を確保するため冷媒温度の昇温を抑えるべきである。本形態はこうしたEGRクーラ35の特性を考慮したものであり、図13の制御を実施することによりEGRクーラ35の特性に適した温度制御が可能となる。
図13は第3の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。図13の制御ルーチンのプログラムは制御装置20に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップS301において、制御装置20は第1循環回路3の冷媒温度T1がEGR導入許可判定温度te1よりも高いか否かを判定する。EGR導入許可判定温度te1は内燃機関2の構成に応じて適宜設定されるが、本形態のEGR導入許可判定温度te1は70°Cに設定されている。冷媒温度T1がEGR導入許可判定温度te1よりも高い場合はステップS302に進む。冷媒温度T1がEGR導入許可判定温度te1以下の場合はEGRを実施できる状態に至っていないためステップS303に進み、開閉弁18を閉弁して第1循環回路3の冷媒温度が第2循環回路4の冷媒温度よりも高い状態に維持する。これにより、EGRクーラ35の暖機を促進する。
ステップS302において、制御装置20は第2循環回路4の冷媒温度T2がEGRクーラ暖機完了判定温度te2よりも高いか否かを判定する。このEGRクーラ暖機完了判定温度te2は、EGRクーラ35の暖機完了を判定するための閾値でありEGR導入許可判定温度te1よりも低い適切な値に設定されている。冷媒温度T2がEGRクーラ暖機完了判定温度te2よりも高い場合はEGRクーラ35の暖機が完了したのでステップS303に進んで開閉弁18の閉弁を維持する。これにより、EGRクーラ35は第1循環回路3よりも冷媒温度が低い第2循環回路4の冷媒にて冷却性能が確保される。一方、冷媒温度T2がEGRクーラ暖機完了判定温度te2以下の場合はEGRクーラ35の暖機が未了であるので、ステップS304に進んで開閉弁18を開弁する。これにより、第1循環回路3の高温の冷媒が第2循環回路4に流入することによってEGRクーラ35の暖機が促進される。
図13の制御によれば、内燃機関2の暖機過渡時に熱量が不足する場合には第1循環回路3から高温の冷媒が第2循環回路4に流入することによってEGRクーラ35の暖機が促進される一方で、EGRクーラ35の暖機が完了した後には開閉弁18の閉弁が維持されて第2循環回路4の低温の冷媒にてEGRクーラ35の冷却性能が確保される。したがって、図13の制御を実施することによりEGRクーラ35の特性に適した温度制御が可能となる。
なお、第3の形態では、第1の形態で実施した各種制御(ノッキング防止制御、デッドソーク時制御、ヒータ要求時制御、暖機促進制御、始動時暖機促進制御、及び暖機完了時制御)の少なくとも一つを図13の制御に代えて又は図13の制御とともに実施することができる。
(第4の形態)
次に、本発明の第4の形態を図14を参照しながら説明する。第4の形態は第3の形態の改良に相当しEGRクーラ35の冷却性能を向上させるための構成が設けられている。なお、第3の形態と共通する構成には図14に同一の参照符号を付して説明を省略する。第4の形態の熱管理システム1Dは、EGRクーラ35の冷却性能を向上させる構成として、第2循環回路4のヒータコア11とEGRクーラ35との間から分岐してEGRクーラ35の上流に合流する分岐回路41と、分岐回路41に設けられた補助ラジエータ42と、分岐回路41の合流位置に設けられたサーモスタット43とを備えている。サーモスタット43の開弁温度は第1循環回路3に設けられたサーモスタット9の開弁温度よりも低い温度に設定されている。
第4の形態において制御装置20は図13の制御を実施する。これにより、第3の形態と同様にEGRクーラ35の暖機が促進される。さらに、EGRクーラ35の暖機完了後に第2循環回路4の冷媒温度が上昇してサーモスタット43が開弁すると、第2循環回路4の冷媒が補助ラジエータ42に導かれて冷却される。このため、第3の形態と比較してより低温の冷媒がEGRクーラ35に導かれるので、EGRクーラ35の暖機完了後における冷却性能が向上する。
なお、第4の形態では、第1の形態で実施した各種制御(ノッキング防止制御、デッドソーク時制御、ヒータ要求時制御、暖機促進制御、始動時暖機促進制御、及び暖機完了時制御)の少なくとも一つを図13の制御に代えて又は図13の制御とともに実施することができる。
本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では連通部の構成を2つの連通路とし、それらのいずれか一方に制御弁としての開閉弁を設けているが、第1循環回路と第2循環回路との連通とその禁止とを切り替えることができる限り、連通部の個数や制御弁の設置箇所に制限はない。
上記各形態では、第1連通路15の開閉を行う開閉弁が制御弁として設けられているが、このような開閉弁の代わりに開度を連続的に変更できる弁を制御弁として設けることもできる。このような弁を設けた場合には、第1循環回路と第2循環回路との間を流れる冷媒の流量を連続的に調整できるので、上述した各制御を実施する際により詳細な冷媒の温度調整が可能となる。さらに、当該弁の開度と第1ポンプ又は第2ポンプの駆動デューティーとを協調制御することにより、冷媒のより正確な温度調整が可能となる。
1A〜1D 車両用熱管理システム
2 内燃機関
3 第1循環回路
4 第2循環回路
5 第1ポンプ
10 排気熱回収器
11 ヒータコア
12 第2ポンプ
15 第1連通路(連通部)
16 第2連通路(連通部)
18 開閉弁(制御弁)
20 制御装置(冷媒温度制御手段)
35 EGRクーラ
本発明の車両用熱管理システムは、内燃機関が搭載された車両に適用される車両用熱管理システムであって、前記内燃機関の機関本体を冷却するとともに冷媒を圧送する第1ポンプが設けられた第1循環回路と、前記内燃機関の排気熱を回収する排気熱回収器、前記車両の空調に利用されるヒータコア及び冷媒を圧送する第2ポンプがそれぞれ設けられた第2循環回路と、前記第1循環回路の冷媒と前記第2循環回路の冷媒とが混合可能となるように前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連通する連通部と、前記連通部に設けられて、前記第1循環回路と前記第2循環回路との連通とその禁止とを切り替え可能な制御弁と、前記第1循環回路を流れる冷媒の冷媒温度が前記第2循環回路を流れる冷媒の冷媒温度よりも高い状態となるように前記制御弁を制御する冷媒温度制御手段と、を備えるものである(請求項1)。

Claims (4)

  1. 内燃機関が搭載された車両に適用される車両用熱管理システムであって、
    前記内燃機関の機関本体を冷却するとともに冷媒を圧送する第1ポンプが設けられた第1循環回路と、
    前記内燃機関の排気熱を回収する排気熱回収器、前記車両の空調に利用されるヒータコア及び冷媒を圧送する第2ポンプがそれぞれ設けられた第2循環回路と、
    前記第1循環回路と前記第2循環回路とを連通する連通部と、
    前記連通部に設けられて、前記第1循環回路と前記第2循環回路との連通とその禁止とを切り替え可能な制御弁と、
    前記第1循環回路を流れる冷媒の冷媒温度が前記第2循環回路を流れる冷媒の冷媒温度よりも高い状態となるように前記制御弁を制御する冷媒温度制御手段と、
    を備えることを特徴とする車両用熱管理システム。
  2. 前記第2循環回路にはEGRクーラが更に設けられている請求項1に記載の車両用熱管理システム。
  3. 前記冷媒温度制御手段は、前記内燃機関に対する要求負荷がノッキングを発生し易い負荷領域に至る又は前記負荷領域に至る可能性がある場合に前記第1循環回路と前記第2循環回路とが連通するように前記制御弁を制御する請求項1又は2に記載の車両用熱管理システム。
  4. 前記冷媒温度制御手段は、デッドソーク時に前記第1循環回路と前記第2循環回路とが連通するように前記制御弁を制御する請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用熱管理システム。
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