JP2017078347A - 液冷式冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒循環回路に発生した水漏れを、より確実に検出する。【解決手段】冷媒を送り出すポンプ装置１２と、冷媒との熱交換によって冷却される車両の冷却対象部１３と、冷媒を冷却する冷媒冷却用熱交換器１４と、ポンプ装置１２と冷却対象部１３と冷媒冷却用熱交換器１４とを接続し冷媒を循環させる冷媒循環回路１１と、ポンプ装置１２の回転数を検出するポンプ回転数検出手段２１と、ポンプ回転数検出手段２１によって検出された回転数の変動に基づいてポンプ装置１２の回転にハンチングが発生しているかどうかを検出するハンチング判定手段２２と、ハンチング判定手段２２によってハンチングが発生していると判定された場合に液漏れの警報を発信する漏れ警報手段２３とを備える液冷式冷却装置とした。【選択図】図１

Description

この発明は、車両の冷却対象部を冷媒によって冷却する液冷式冷却装置に関する。

ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の各種エンジンを搭載する車両では、冷却水を循環させることにより、シリンダ周囲のエンジン本体を冷却する水冷式の冷却装置が設けられている。また、過給機を備えたエンジンでは、過給機によって圧縮された吸気を冷却するために、吸気通路の途中に同じく水冷式の冷却装置が設けられる場合がある。さらに、電力によって走行する電動車においても、モータやバッテリ等の冷却が必要な種々の箇所に、水冷式の冷却装置が設けられている。

例えば、エンジンを冷却するための水冷式冷却装置では、ウォータポンプと呼ばれるポンプ装置によって、シリンダブロック内に設けられたウォータージャケット等の空間に冷却水が供給され、その冷却水によって、シリンダ内での燃料の燃焼によるエンジン本体の過熱を抑制している。冷却水は、ラジエタ等の冷媒冷却用熱交換器で冷却された後、再度ポンプ装置を経由して、エンジン本体側へ循環していく。

また、吸気を冷却するための水冷式冷却装置では、吸気通路に設けられる吸気冷却用の熱交換器（インタークーラ）に冷却水が供給され、その冷却水によって、シリンダへ向かう吸気を冷却している。冷却水は、ラジエタ等の冷媒冷却用熱交換器で冷却された後、再度ポンプ装置を経由して、吸気冷却用熱交換器側へ循環していく。

この種の水冷式の冷却装置は、冷却水の循環経路のいずれかの部分に水漏れが生じると、冷却水の供給が滞ることで、エンジン本体等の発熱部やインタークーラ等の冷却対象部の温度が上昇し、エンジンが所定の性能を発揮できない場合がある。また、その水漏れを放置すると、エンジン等にダメージを与えてしまうという危険性がある。

そこで、水漏れの発生を検出するために、冷媒冷却用熱交換器の近傍に配置したリザーブタンク等に、そのタンク内の液面レベルを検知するレベル検知装置を設けて、液面レベルの低下を早期に把握するようにする技術がある。

また、特許文献１では、水漏れによって冷却水の水量が減少した場合に、ポンプ装置の回転数が上昇することに着目し、その回転数の上昇を検知することにより、水漏れの発生を把握している。

特開２０１３−９６３００号公報

上記特許文献１に記載の技術では、水漏れが発生した場所によっては、冷却水の総量が減少してもポンプ装置の回転数が上昇しない場合がある。例えば、水漏れによって冷却水の総量が減少して、ポンプ装置の前後の配管に水がない状態になったにもかかわらず、ポンプ装置内には水が溜まっている状態等が考えられる。

このような場合、ポンプ装置の回転数は必ずしも上昇しないので、水漏れの発生を把握できない可能性がある。

そこで、この発明は、冷却水等の冷媒が流通する冷媒循環回路に発生した液漏れを、より確実に検出することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、冷媒を送り出すポンプ装置と、冷媒との熱交換によって冷却される車両の冷却対象部と、冷媒を冷却する冷媒冷却用熱交換器と、前記ポンプ装置と前記冷却対象部と前記冷媒冷却用熱交換器とを接続し冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記ポンプ装置の回転数を検出するポンプ回転数検出手段と、前記ポンプ回転数検出手段によって検出された前記回転数の変動に基づいて前記ポンプ装置の回転にハンチングが発生しているかどうかを検出するハンチング判定手段と、前記ハンチング判定手段によってハンチングが発生していると判定された場合に液漏れの警報を発信する漏れ警報手段と、を備える液冷式冷却装置を採用した。

前記ハンチング判定手段は、前記回転数の変動において、所定振幅以上の波の繰り返しが所定時間以上継続して発生した場合にハンチングが発生していると判定する構成を採用することができる。

あるいは、前記ハンチング判定手段は、前記回転数の変動において、一定の判定時間内に所定振幅以上の波が所定回数以上発生した場合にハンチングが発生していると判定する構成を採用することができる。

また、前記冷媒循環回路は、前記ポンプ装置への流入側には前記ポンプ装置へ向かって下り勾配を含む配管が接続され、前記ポンプ装置からの流出側には前記ポンプ装置から遠ざかる方向へ向かって上り勾配を含む配管が接続される場合に、上記の各構成を採用することができる。

この発明は、ポンプ装置の回転数の変動に基づいて、ポンプ装置の回転にハンチングが発生しているかどうかを検出し、ハンチングが発生していると判定された場合に液漏れの警報を発信するようにしたので、冷媒循環回路に発生した液漏れを、より確実に検出することができる。

この発明の実施形態の冷媒循環回路を示す模式図である。 この発明の実施形態の冷媒循環回路を示す平面図である。 この発明の実施形態の冷媒循環回路を示す正面図である。 この発明の実施形態を示すグラフ図である。 この発明の実施形態の制御を示すフローチャートである。

この発明の実施形態の液冷式冷却装置を、図面に基づいて説明する。この実施形態の液冷式冷却装置は、内部に燃焼室を備えたシリンダブロック、及び、そのシリンダブロック周囲の部材を冷却するための水冷式冷却装置１０である。シリンダブロック、及び、そのシリンダブロック周囲の部材からなるエンジン本体が、この実施形態における冷却対象部１３である。

水冷式冷却装置１０は、図１及び図２Ａ、図２Ｂに示すように、冷媒である冷却水を送り出すポンプ装置１２と、その冷却水との熱交換によって冷却されるエンジンの冷却対象部１３と、冷却対象部１３で加熱された冷却水を空気との熱交換によって冷却する冷媒冷却用熱交換器１４とを備える。冷媒冷却用熱交換器１４は、空気との熱交換によって冷却水の温度を下げるラジエタである。以下、冷媒冷却用熱交換器１４をラジエタ１４と称する。

ポンプ装置１２と冷却対象部１３とラジエタ１４とは、内部に冷媒を供給可能な配管によって順に接続され、全体として冷媒を循環させる環状の冷媒循環回路１１となっている。冷媒循環回路１１の冷却水の流れ方向に沿って、ポンプ装置１２、冷却対象部１３、ラジエタ１４が順に配列している。なお、ラジエタ１４の下流側には、冷却水内の気泡を分離するためにコンデンスタンク１５が設けられている。

ポンプ装置１２は、冷媒循環回路１１に沿って、電気モータの駆動によって冷却水を送り出すウォータポンプである。ウォータポンプによって、冷却対象部１３、すなわち、シリンダブロック内に設けられたウォータージャケット等の空間に冷却水が供給される。その冷却水によって、シリンダ内での燃料の燃焼によるエンジン本体の過熱を抑制する。冷却水は、ラジエタ１４で冷却された後、再度ポンプ装置１２を経由して、エンジン本体側の冷却対象部１３へ循環していくようになっている。

ラジエタ１４とコンデンスタンク１５とは、冷媒循環回路１１の一部を構成する接続管１１ｅで接続されている。コンデンスタンク１５は、ラジエタ１４からの接続管１１ｅの引き出し部、及び、そのコンデンスタンク１５への接続管１１ｅの入流部よりも上方に、内部の貯留空間の上端が位置するように配置されている。すなわち、冷媒循環回路１１の中で、コンデンスタンク１５は鉛直方向に対して最も高い位置に配置されている。

また、コンデンスタンク１５とポンプ装置１２とは、冷媒循環回路１１の一部を構成する接続管１１ａで接続されている。コンデンスタンク１５の排出口よりも下方に、ポンプ装置１２が配置されている。コンデンスタンク１５とポンプ装置１２との間の接続管１１ａは、ポンプ装置１２へ向かって下り勾配である。この下り勾配を含む接続管１１ａが、ポンプ装置１２の流入口に接続されている。なお、接続管１１ａの全体を下り勾配（鉛直下向きを含む）とする場合もあるし、接続管１１ａの一部を下り勾配とする場合もある。

また、コンデンスタンク１５を介さずに、ラジエタ１４から直接にポンプ装置１２へ接続管１１ｅ，１１ａを繋げることもある。図２Ａ、図２Ｂの例では、コンデンスタンク１５の設置を省略している。

また、ポンプ装置１２と冷却対象部１３とは、冷媒循環回路１１の一部を構成する接続管１１ｂ，１１ｃで接続されている。ここでは、図１や図２Ｂに示すように、相対的に上流側に位置する接続管１１ｂは、冷却水の流れ方向に沿って上り勾配、相対的に下流側に位置する接続管１１ｃは水平となっているが、接続管１１ｂを水平、接続管１１ｃを上り勾配とする場合もある他、接続管１１ｂ，１１ｃの全体を上り勾配とする場合もある。

すなわち、ポンプ装置１２からの接続管１１ｂの引き出し部よりも上方に、接続管１１ｃの冷却対象部１３への流入口が配置されている。ポンプ装置１２と冷却対象部１３との間の接続管１１ｂ，１１ｃは、ポンプ装置１２から遠ざかる方向へ向かって上り勾配の区間を有する。この上り勾配を含む接続管１１ｂ，１１ｃが、ポンプ装置１２に接続されている。

すなわち、冷媒循環回路１１は、ポンプ装置１２への流入側にはポンプ装置１２へ向かって下り勾配を含む配管が接続され、ポンプ装置１２からの流出側にはポンプ装置１２から遠ざかる方向へ向かって上り勾配を含む配管が接続されている。このため、ポンプ装置１２は鉛直方向に対して、ラジエタ１４、コンデンスタンク１５、冷却対象部１３よりも低い位置にあり、冷媒循環回路１１の中で、ポンプ装置１２は鉛直方向に対して最も低い部分に配置されている。

また、冷却対象部１３であるエンジン本体とラジエタ１４とは、冷媒循環回路１１の一部を構成する接続管１１ｄで接続されている。これらの接続管１１ａ〜１１ｅによって、環状の冷媒循環回路１１が構成されている。

この水冷式冷却装置１０は、このエンジンを搭載する車両が備える電子制御ユニット２０によって制御されている。電子制御ユニット２０は、エンジンの稼働を制御するとともに、冷却対象部１３の温度条件や運転状況等に応じて、水冷式冷却装置１０を制御している。

電子制御ユニット２０は、ポンプ装置１２の回転数を検出するポンプ回転数検出手段２１を備えている。ポンプ装置１２の回転に伴うパルス出力を電子制御ユニット２０が取得し、電子制御ユニット２０内のポンプ回転数検出手段２１が、パルス出力に基づいて回転数を演算により算出することができる。

なお、ポンプ回転数検出手段２１を、ポンプ装置１２自身が備える構成としてもよい。この場合、ポンプ回転数検出手段２１がポンプ装置１２の回転数を検出し、その回転数の情報を電子制御ユニット２０へ出力する。

電子制御ユニット２０は、ポンプ装置１２の回転数の情報に基づいて、ポンプ装置１２の回転数が正常であるか、異常であるかを判断することができる。例えば、ポンプ装置１２の回転数が、正常な範囲を逸脱する回転数、すなわち、予め決められた異常判定回転数（図３参照）を上回るような場合が考えられる。

また、電子制御ユニット２０は、ポンプ回転数検出手段２１によって検出された回転数の変動に基づいて、ポンプ装置１２の回転にハンチングが発生しているかどうかを検出するハンチング判定手段２２を備えている。

また、ハンチング判定手段２２によってハンチングが発生していると判定された場合に音や視覚、その他手段により、水漏れの警報を発信する漏れ警報手段２３を備える。漏れ警報手段２３からの警報により、このエンジンを搭載する車両の運転者は、適宜運転を停止することができる。また、漏れ警報手段２３からの警報により、強制的にエンジンを停止させる手段を備えてもよい。

以下、この実施形態の制御の流れを、図４のフローチャートに基づいて説明する。

図４のステップＳ１において、電子制御ユニット２０から、ポンプ装置１２（ウォータポンプ）を一定回転で駆動する旨の指示が発信される。

ステップＳ２では、ハンチング判定手段２２が、ポンプ装置１２の回転数の変動において、ハンチングが発生しているかどうかを判定する。

ポンプ装置１２は、冷却水の総量が適正であれば、常に適量の冷却水を継続的に下流側へ送り出すので、一定の回転数を維持して動作しているはずである。しかし、例えば、図１に符号Ａで示す箇所で水漏れが発生した場合、冷却水の総量が減少することにより、ポンプ装置１２の前後の接続管１１ａ，１１ｂ内が冷却水で完全に満たされていない状態が発生することがある。すなわち、ポンプ装置１２の前後の接続管１１ａ，１１ｂ内に、冷却水の液面が位置している状態である。この場合、ポンプ装置１２の回転数は異常判定回転数まで上昇することはなく、適正な回転数の領域にとどまるものの、或る程度の振幅で増減を繰り返す傾向がある。すなわち、水漏れがあった場合、ポンプ装置１２は、一定の回転数を維持するように制御されているにもかかわらず、上記のようなハンチングを繰り返す。

このようなハンチングは、冷媒循環回路１１の配置が、ポンプ装置１２への流入側にはポンプ装置１２へ向かって下り勾配の配管が接続され、ポンプ装置１２からの流出側にはポンプ装置１２から遠ざかる方向へ向かって上り勾配の配管が接続される場合に起こりやすい。すなわち、ポンプ装置１２が、冷媒循環回路１１全体における鉛直方向最下部に位置している場合に起こりやすい。また、ポンプ装置１２が、冷媒循環回路１１全体における鉛直方向最下部以外に位置している場合においても、ポンプ装置１２の前後の配管に、冷却水が満たされていない部分が介在する場合に起こりやすい。これは、ポンプ装置１２から送り出した冷却水が、ポンプ装置１２側へと逆流してくることが原因であると考えられる。

そこで、ステップＳ２で、ハンチング判定手段２２がハンチングが発生していると判定した場合には、ステップＳ３において、警告灯を点灯することによって、運転者に水漏れの警報を発信する。運転者は、その警報に基づいて、運転停止等の適宜の措置をとることができる。この警報の発信により、制御を終了する（ステップＳ４参照）。

ここで、ステップＳ２におけるハンチングの発生の有無の判定は、例えば、ポンプ装置１２の回転数の変動において、所定振幅ｈ_０以上の波の繰り返しが、所定時間以上継続して発生した場合にハンチングが発生していると判定することができる。ポンプ装置１２を起動させた際等は、回転数が安定するまでに幾分の時間が必要であるので、その安定するまでの時間（前記所定時間）を考慮し、ハンチングがそれを超える時間継続した場合に、水漏れに伴うハンチングであると判定する。

また、ハンチングの発生の有無の判定する他の手法として、例えば、図３に示すように、ポンプ装置１２の回転数の変動において、予め決められた一定の判定時間Ｔ_０内に、所定振幅ｈ_０以上の波が所定回数以上発生した場合に、ハンチングが発生していると判定することができる。回転数の変動は、正常時においても多少は発生する可能性があるものの、短時間に所定振幅ｈ_０以上の大きな波が何度も発生する場合は、水漏れに伴うハンチングであると判定する。

ハンチングの波のカウント方法は、図３に示すように、波形のグラフにおける一つの頂部（１）とそれに続く底部（２）との間の第一振幅ｈ_１、その底部（２）とそれに続く頂部（３）との間の第二振幅ｈ_２、以下順に、頂部（３）と底部（４）との間の第三振幅ｈ_３、底部（４）とそれに続く頂部（５）との間の第四振幅ｈ_４・・・を、順に検測していく。このとき、例えば、一つの頂部からそれに続く底部への振幅ｈｎ（ｎは奇数）のみをハンチング判定のための波としてカウントしてもよいし、一つの底部からそれに続く頂部への振幅ｈｎ（ｎは偶数）のみをハンチング判定のための波としてカウントしてもよい。あるいは、その両方の振幅ｈｎ（ｎは奇数及び偶数）をカウントしてもよい。

この実施形態では、液冷式冷却装置として、冷却水を冷媒とする水冷式冷却装置１０を採用した例について説明したが、潤滑油を冷媒とする油冷式冷却装置など他の冷媒による冷却装置を採用してもよい。また、冷却対象部１３を、エンジンの吸気を冷却するインタークーラとしてもよい。また、冷却対象部１３は、エンジンやその周辺機器には限定されず、例えば、電動車のモータやバッテリ等の車両が備える冷却対象部１３であれば、全て採用できる。

１０ 液冷式冷却装置（水冷式冷却装置）
１１ 冷媒循環回路
１２ ポンプ装置
１３ 冷却対象部
１４ 冷媒冷却用熱交換器（ラジエタ）
２０ 電子制御ユニット
２１ ポンプ回転数検出手段
２２ ハンチング判定手段
２３ 漏れ警報手段
Ａ 水漏れ箇所

Claims (4)

1. 冷媒を送り出すポンプ装置と、
   冷媒との熱交換によって冷却される車両の冷却対象部と、
   冷媒を冷却する冷媒冷却用熱交換器と、
   前記ポンプ装置と前記冷却対象部と前記冷媒冷却用熱交換器とを接続し冷媒を循環させる冷媒循環回路と、
   前記ポンプ装置の回転数を検出するポンプ回転数検出手段と、
   前記ポンプ回転数検出手段によって検出された前記回転数の変動に基づいて前記ポンプ装置の回転にハンチングが発生しているかどうかを検出するハンチング判定手段と、
   前記ハンチング判定手段によってハンチングが発生していると判定された場合に液漏れの警報を発信する漏れ警報手段と、
   を備える液冷式冷却装置。
2. 前記ハンチング判定手段は、前記回転数の変動において、所定振幅以上の波の繰り返しが所定時間以上継続して発生した場合にハンチングが発生していると判定する
   請求項１に記載の液冷式冷却装置。
3. 前記ハンチング判定手段は、前記回転数の変動において、一定の判定時間内に所定振幅以上の波が所定回数以上発生した場合にハンチングが発生していると判定する
   請求項１に記載の液冷式冷却装置。
4. 前記冷媒循環回路は、前記ポンプ装置への流入側には前記ポンプ装置へ向かって下り勾配を含む配管が接続され、前記ポンプ装置からの流出側には前記ポンプ装置から遠ざかる方向へ向かって上り勾配を含む配管が接続される
   請求項１〜３の何れか１項に記載の液冷式冷却装置。

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