JP2017203396A

JP2017203396A - エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP2017203396A
Application number: JP2016094642A
Authority: JP
Inventors: 篤徳橋本; Atsunori Hashimoto
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-11-16

Abstract

【課題】ラジエータによる冷却液の過冷却を抑制できるエンジンの冷却装置を提供する。【解決手段】車両の収容空間に収容され、エンジン２の放熱を行うラジエータ４と、エンジン２とラジエータ４とに亘って冷却液を循環させる循環路及び冷却液ポンプ２０と、ラジエータ４に対して車両の前面側から外部の空気を導入する空気導入部と、収容空間と車両の外部との間において開閉可能に設けられ、開放したときに収容空間の空気を車両の外部に排出可能にする開閉部３０と、車両の走行速度が予め定められた所定速度以下であって、且つ冷却液の液温が予め定められた所定温度以上である場合に、開閉部３０を開放するよう制御する制御部４０と、を備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関し、詳しくは、冷却液によってエンジンの温度管理を行う技術に関する。

エンジンの冷却装置として、特許文献１には、ラジエータの前方位置に走行風を導入する開口部と、車両の前方下部にエアダムとを設けた構成が示されている。エアダムを設けることでラジエータの近くに負圧が発生する。これにより、車両の走行時に開口部からラジエータに向けて流れる風量を増加させている。エアダムの角度は車両の走行速度に応じて調整可能である。走行速度が高速の状態では、空気抵抗を抑制するために、エアダムの角度はアンダーカバーの面から路面に向けて小さくしている。一方、走行速度が低速の状態では、ラジエータを通過する風量を増加させるために、エアダムの角度はアンダーカバーの面から路面に向けて大きくしている。

特開２００７−５５５２２号公報

特許文献１の構成では、車速が低速時にラジエータの通過風量（車両前方から導入される空気量）を増加させることで、ラジエータの熱交換能力を増強している。エンジンの冷却装置では、通常、ウォータポンプを用いて冷却水をラジエータとエンジンとの間で循環させる。ウォータポンプがエンジン回転数に比例して動作する場合には、ウォータポンプの吐出量はエンジンの回転数に応じて決定される。そのため、走行速度が安定している場合にはエンジンの回転数がほぼ一定になるため、ラジエータとエンジンとの間で循環する冷却水の流量も一定になる。ここで、エアダムを開いてラジエータの通過風量を増加させた場合には、エンジンに供給される冷却水がラジエータによって過度に冷却されることがある。ラジエータによってエンジン用冷却水が冷え過ぎると、エンジン内各部のクリアランスが最適にならずに、燃費が低下する。また、ウォータポンプに必要以上の駆動力が投入され続けることになるため、さらに燃費が低下する。

上記実状に鑑み、ラジエータによるエンジン用冷却液の過冷却を抑制できるエンジンの冷却装置が求められている。

本発明に係るエンジンの冷却装置の特徴構成は、車両の収容空間に収容され、エンジンの放熱を行うラジエータと、前記エンジンと前記ラジエータとに亘って冷却液を循環させる循環路及び冷却液ポンプと、前記ラジエータに対して前記車両の前面側から外部の空気を導入する空気導入部と、前記収容空間と前記車両の外部との間において開閉可能に設けられ、開放したときに前記収容空間の空気を前記車両の外部に排出可能にする開閉部と、前記車両の走行速度が予め定められた所定速度以下であって、且つ前記冷却液の液温が予め定められた所定温度以上である場合に、前記開閉部を開放するよう制御する制御部と、を備えた点にある。

例えば、ラジエータに対して車両の前面側から外部の空気を導入する構成を有し、車両の走行速度が低速のときにラジエータの通過風量（空気流量）を増加させてラジエータの熱交換能力を増強する構成では、エンジンの水温が低い場合に冷却液が過冷却になることがある。
一方、本構成によれば、制御部が、車両の走行速度が予め定められた所定速度以下であって、且つ冷却液の液温が予め定められた所定温度以上である場合に、開閉部を開放するよう制御する。この場合には、例えばエンジンが低温（所定温度未満）のときには開閉部は閉塞状態となる。これにより、ラジエータの周囲において加熱された空気は開閉部からは排出されなくなるため、冷却液が過度に冷却され難くなる。その結果、ラジエータにおいて冷却液が適正に冷却され、エンジンへの過度の冷却が抑制されるので、燃費が向上する。

本発明に係るエンジンの冷却装置の他の特徴構成は、前記制御部は、前記開閉部が開放された状態のときに、前記ラジエータから前記エンジンに供給される前記冷却液が過冷却状態であるか否かを判定し、前記過冷却状態と判定した場合に前記冷却液ポンプの駆動力を低減させる点にある。

車両の走行時に開閉部が開放されているときには、ラジエータの収容空間において加熱された空気は、開閉部から車両の外部に向けて排出される。これにより、ラジエータの周囲に低温の空気が導入され易くなる。加えて、開閉部が開放された領域において負圧が発生する場合、ラジエータに導入される空気量が増すことになる。これにより、ラジエータの熱交換能力は更に高まることになる。
このように開閉部が開放される状況においては、車両が所定速度以下であって、且つ冷却液が所定温度以上である場合においても、ラジエータからエンジンに供給される冷却液が過度に冷却される可能性がある。

そこで、本構成では、制御部は、開閉部が開放された状態のときに、ラジエータからエンジンに供給される冷却液が過冷却状態であるか否かを判定し、過冷却状態と判定した場合に冷却液ポンプの駆動力を低減させる。これにより、ラジエータを流通する冷却液の流量が減少するので、開閉部が開放された状態であっても、冷却液の液温を適正に維持することができ、その結果として燃費を低減することができる。

本発明に係るエンジンの冷却装置の他の特徴構成は、前記制御部は、ラジエータ放熱量として前記ラジエータによって前記冷却液から放熱される熱量と、エンジン放熱量として前記エンジンから放熱される熱量とを算出し、前記ラジエータ放熱量が前記エンジン放熱量を越える場合に前記過冷却状態と判定する点にある。

ラジエータからエンジンに供給される冷却液が過冷却状態になると、エンジンが冷却され過ぎることになる。そこで、本構成では、制御部が、ラジエータによって冷却液から放熱される熱量とエンジンから放熱される熱量とを比較して、冷却液が過冷却状態であるか否かを判定する。これにより、冷却液が過冷却状態であることを適正に判定することができるため、冷却液ポンプの駆動力を確実に低減することができる。

本発明に係るエンジンの冷却装置の他の特徴構成は、前記開閉部が、前記車両の前後方向において前記ラジエータよりも後方に設けてある点にある。

ラジエータに対して車両前側の空気導入部から導入される空気は、走行する車両においてはラジエータから車両後方に向けて流れる。そのため、本構成では、開閉部が、車両の前後方向においてラジエータよりも後方に設けられている。こうすると、ラジエータによって加熱された空気が開閉部から排出され易くなるため、ラジエータの熱交換能力を高めることができる。

車両の前部のエンジンルームを示す断面図である。開閉部の回動部材の斜視図である。エンジンの冷却装置の構成を示すブロック図である。開閉部の開閉動作に基づく冷却水の流量変化を示す図である。開閉部が開放される際の制御を示すフローチャートである。ウォータポンプの吐出量等の推移を示す図である。

以下、一つの実施形態としてのエンジンの冷却装置を図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
図１に示すように、車両Ａの前部に設けられるエンジンルーム１（収容空間の一例）の内部に、エンジン２、エアコン用のコンデンサ３、ラジエータ４、ファン５、及び、ファンシュラウド６が備えられている。コンデンサ３、ラジエータ４は、図示しないラジエータサポートに支持されている。ファンシュラウド６は、コンデンサ３及びラジエータ４の周囲を支持するとともに、コンデンサ３及びラジエータ４を通過する空気流をガイドする。

コンデンサ３はエンジン２の放熱を行うラジエータ４の前方に配置されており、コンデンサ３の前方には、グリル（空気導入部の一例）１０が配置されている。このグリル１０によってラジエータ４に対して車両Ａの前面側から外部の空気を導入する。ファン５は、ラジエータ４の後側に配置されている。ファン５は、例えば電動モータにより駆動される。ファン５は、エンジン２の駆動力を用いて駆動される構成でもよい。

ファンシュラウド６は、エンジンルーム１の前部のグリル１０からの空気をラジエータ４に導くように角筒状に構成されている。グリル１０は、図１に示すように、予め開放された状態に構成されている。グリル１０は、例えば複数のシャッター板を有して開閉可能に構成されていてもよい。

〔開閉部〕
図１に示すように、エンジンルーム１と車両Ａの外部との間において開閉可能に構成された開閉部３０が設けられている。本実施形態では、ボンネット１２及びアンダーカバー１３に開閉部３０が設けられている。開閉部３０は、ボンネット１２及びアンダーカバー１３の一部に形成された開口１４と、軸Ｘを基軸として開口１４を開閉する回動部材１５とによって構成されている。回動部材１５が開口１４から離間する方向に回動して開閉部３０が開放状態になると、エンジンルーム１の空気が車両Ａの外部に排出可能になる。回動部材１５は樹脂板や金属板等で形成される。

〔回動部材〕
図２に示すように、回動部材１５は、開口１４を閉塞する閉塞部１６と、閉塞部１６の両端から垂直に延設される立設部１７とを備えている。回動部材１５は、閉塞部１６の一辺が軸Ｘに軸支されている。尚、開口１４と回動部材１５とによって構成される開閉部３０は、アンダーカバー１３（又はボンネット１２）に１つ設けても良いし、複数設けても良い。

本実施形態では、開閉部３０が車両Ａの前後方向においてラジエータ４よりも後方に設けられている。こうすると、ラジエータ４によって加熱された空気が開閉部３０から排出され易くなるため、ラジエータ４の熱交換能力を高めることができる。

エンジン２の冷却装置１００は、図３に示すように、エンジン２の放熱を行うラジエータ４と、エンジン２とラジエータ４とに亘って冷却水（冷却液の一例）を循環させる第１流路（循環路の一例）２１及びウォータポンプ（冷却液ポンプの一例）２０と、制御部４０とを有する。制御部４０はＥＣＵ等によって構成される。第１流路２１には流量制御弁２４が備えられており、ラジエータ４からの冷却水は流量制御弁２４を介してウォータポンプ２０に戻される。なお、本実施形態のエンジン２の冷却装置１００は、ラジエータ４の他に、補機２３（他の熱交換器）を備え、エンジン２と補機２３との間で冷却水を循環させる第２流路２２を有する。

第１流路２１において、エンジン２の出口近くにエンジン水温（冷却液の液温の一例）を検出する温度センサＳ１が備えられ、ラジエータ４の入口直前及び出口直後に温度センサＳ２、Ｓ３が備えられている。制御部４０は、温度センサＳ１〜Ｓ３の検出結果に基づいてウォータポンプ２０や流量制御弁２４の動作を制御する。これにより、第１流路２１を流れる冷却水の流量が決定する。ウォータポンプ２０は例えば電動モータで駆動される電動ポンプであり、ウォータポンプ２０が駆動することでエンジン２を介してラジエータ４に冷却水が供給される。

車両Ａの走行時において開閉部３０が閉塞状態のときは、図４の左側の状態のように、ラジエータ４への風量（導入空気量）と、第１流路２１の冷却水の流量とは所定量で一定である。一方、回動部材１５が車両Ａの左右方向に沿う軸Ｘ周りに回動して開閉部３０が開放状態になると、図１に示すようにアンダーカバー１３の下方に回動部材１５が傾斜して位置する。その場合には、車両Ａの走行に伴い回動部材１５の下側を空気が流れるため、回動部材１５の後方側に負圧が発生する。この負圧によってエンジンルーム１から開口１４に向けて空気が流れ易くなり、ラジエータ４への風量（導入空気量）が増加する。風量の増加を受けてラジエータ４の熱交換能力が高まると、ラジエータ４からエンジン２に供給される冷却水が過冷却状態になることがある。その場合には、図４の右側の状態のように、ウォータポンプ２０の電力（駆動力）が低減されてウォータポンプ２０からの吐出量が少なくなる。これにより、第１流路２１における冷却水の流量が低下する。

具体的には、図５に示すフローチャートに基づいて、制御部４０が開閉部３０及びウォータポンプ２０の動作を制御する。
車両Ａの走行が開始されてグリル１０から外部の空気が導入可能な状態において、ステップ♯１０では、エンジン水温（冷却液の液温）が予め定められた所定温度（以下、設定温度と称する）と比較され、ステップ＃１１では、車両Ａの走行速度（車速）が予め定められた所定速度（以下、設定速度と称する）と比較される。設定温度及び設定速度は、車外の気温、エンジン２の性能、ウォータポンプ２０の性能等に応じて定められる値であって適宜変更することができる。温度センサＳ１によって検出されるエンジン水温が設定温度以上（ステップ♯１０，Ｙｅｓ）になり、且つ車速が設定速度以下（ステップ♯１１，Ｙｅｓ）になると、回動部材１５が開口１４を開放する側に回動して開閉部３０を開放する（ステップ＃１２）。

その後、エンジン２から放熱される熱量（以下、エンジン放熱量と称する）とラジエータ４によって冷却水から放熱される熱量（以下、ラジエータ放熱量と称する）とが比較される（ステップ＃１３）。ここで、エンジン放熱量よりもラジエータ放熱量の方が大きい場合（ステップ＃１３，Ｙｅｓ）には、ラジエータ４からエンジン２に供給される冷却水が過冷却状態であると判定して、ウォータポンプ２０の駆動力を低減する（ステップ＃１４）。具体的には、現在の駆動力（例えば電力）から一定割合（例えば５％）の駆動力を低減したり、一定量の駆動力を低減したりする。

エンジン放熱量は、例えばエンジン２から冷却水に放熱される熱量であって、エンジン２の出入口の冷却水温（温度センサＳ１，Ｓ３によって検出される水温）とウォータポンプ２０の吐出量とによって算出される。エンジン２は周囲の空気によっても冷却されるため、上記熱量にエンジン２から空気への放熱量を加算してエンジン放熱量を算出してもよい。こうすると、エンジン放熱量の精度が向上する。エンジン２から空気への放熱量は、別途設けられた空気用の温度センサ等による実測データや、エンジン水温、外気温等に基づく予測データ（例えばマップデータ）等を用いて算出することができる。一方、ラジエータ放熱量は、例えばラジエータ４の出入口の冷却水温（温度センサＳ２，Ｓ３によって検出される水温）、第１流路２１の流量等を用いて算出することができる。

ステップ＃１４によってウォータポンプ２０の駆動力が低減されると、再びステップ＃１０に戻る。なお、エンジン水温が設定温度未満の場合（ステップ＃１０，Ｎｏ）、車両Ａの走行速度（車速）が設定速度を越えた場合（ステップ＃１１，Ｎｏ）、及び、エンジン放熱量がラジエータ放熱量以上である場合（ステップ＃１３，Ｎｏ）には、ウォータポンプ２０の駆動力は維持される（ステップ＃２０）。ステップ＃２０の後にエンジン２の駆動が確認（ステップ＃２１，Ｎｏ）されると、ステップ＃１０に戻る。一方、エンジン２の停止が確認（ステップ＃２１，Ｙｅｓ）されると、開口１４が閉塞される側に回動部材１５を回動させて開閉部３０を閉塞するとともに、ウォータポンプ２０の駆動を停止する（ステップ＃２２）。

図６に、設定速度以下で走行する車両Ａにおける、エンジン水温、ラジエータ４への風量、及び、ウォータポンプ２０の吐出量の推移を示す。図５では、車速が一定（例えば時速４０ｋｍ）の状態である。車両Ａが走行し始めの時間帯（時間ｔ１の前）は、開閉部３０が閉塞状態である。このときは、ラジエータ４への風量及びウォータポンプ２０の吐出量はほぼ一定（図６の（ｂ），（ｃ）参照）であるが、エンジン水温は徐々に上昇する（図６の（ａ）参照）。エンジン水温が設定水温（例えば９０℃）に達すると（時間ｔ１）、制御部４０により開閉部３０が開放される。この開閉部３０の開放により、ラジエータ４への風量が増加し（図６の（ｂ）参照）、ラジエータ４の熱交換能力が向上する。その後、制御部４０において、ラジエータ放熱量がエンジン放熱量を越えたことが検出され、前記ラジエータ４からエンジン２に供給される冷却液が過冷却状態であると判定されると、ウォータポンプ２０の駆動力（例えば電力）が低減される。これにより、ウォータポンプ２０の吐出量が低下する（図６の（ｃ）参照）。図６の例では、ウォータポンプ２０の吐出量が一度低下し、その後（時間ｔ２）において再度低下している。すなわち、図５のステップ＃１０〜＃１４が２度行われており、時間ｔ２の以後においてエンジン水温は上昇していない。

このように、制御部４０は、開閉部３０が開放された状態のときに、ラジエータ４からエンジン２に供給される冷却水が過冷却状態であるか否かを判定し、過冷却状態と判定した場合にウォータポンプ２０の動力を低減させる。これにより、開閉部３０が開放された状態のときにおいても、エンジン水温を適正に維持しつつ、ウォータポンプ２０の駆動コストを低減させることができるため、燃費を低減することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記の実施形態では、開閉部３０をボンネット１２及びアンダーカバー１３の両方に設ける例を示したが、開閉部３０はボンネット１２及びアンダーカバー１３のいずれか一方のみに設けてもよい。また、開閉部３０が開放された状態における、アンダーカバー１３（又はボンネット１２）に対する回動部材１５の閉塞部１６の角度は、１つに固定されていても良いし、複数の角度に切換可能に構成されていてもよい。

（２）上記の実施形態では、開閉部３０を開口１４と回動部材１５とによって構成する例を示したが、回動部材１５に代えて単に開口１４を開放状態と閉塞状態とにスライドするシャッター板によって開閉部３０を構成してもよい。シャッター板によって開閉部３０が開放されると、ラジエータ４によって加熱された空気が外部に排出されるため、ラジエータ４の熱交換能力が高まる。ただし、この場合には、開閉部が開放状態であってもエンジンルーム１に負圧が発生しないため、ラジエータ４への風量は増加しない。

（３）上記の実施形態では、開閉部３０を車両Ａの前後方向においてラジエータ４よりも後方に配置する例を示したが、開閉部３０は車両Ａの前後方向においてラジエータ４と同じ位置に配置してもよい。

（４）上記の実施形態は、エンジン２の過冷却状態を判定するために、エンジン放熱量としてエンジン２から冷却水や空気に放熱される熱量を用いる例を示したが、エンジン放熱量は、車速やエンジン水温、ラジエータ４への風量等に基づく予測データ（例えばマップデータ）を用いて算出しても良い。

（５）上記の実施形態では、流量制御弁２４が制御部４０によって制御される例を示したが、流量制御弁２４は、サーモ弁によって構成し制御部４０とは係わりなく動作させてもよい。

本発明は、ラジエータを有するエンジンの冷却装置に広く用いることができる。

２：エンジン
４：ラジエータ
１０：グリル（空気導入部）
１２：ボンネット
１３：アンダーカバー
１４：開口
１５：回動部材
２０：ウォータポンプ
２１：第１流路（循環路）
３０：開閉部
４０：制御部
１００：冷却装置

Claims

車両の収容空間に収容され、エンジンの放熱を行うラジエータと、
前記エンジンと前記ラジエータとに亘って冷却液を循環させる循環路及び冷却液ポンプと、
前記ラジエータに対して前記車両の前面側から外部の空気を導入する空気導入部と、
前記収容空間と前記車両の外部との間において開閉可能に設けられ、開放したときに前記収容空間の空気を前記車両の外部に排出可能にする開閉部と、
前記車両の走行速度が予め定められた所定速度以下であって、且つ前記冷却液の液温が予め定められた所定温度以上である場合に、前記開閉部を開放するよう制御する制御部と、を備えたエンジンの冷却装置。
前記制御部は、前記開閉部が開放された状態のときに、前記ラジエータから前記エンジンに供給される前記冷却液が過冷却状態であるか否かを判定し、前記過冷却状態と判定した場合に前記冷却液ポンプの駆動力を低減させる請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
前記制御部は、ラジエータ放熱量として前記ラジエータによって前記冷却液から放熱される熱量と、エンジン放熱量として前記エンジンから放熱される熱量とを算出し、前記ラジエータ放熱量が前記エンジン放熱量を越える場合に前記過冷却状態と判定する請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
前記開閉部が、前記車両の前後方向において前記ラジエータよりも後方に設けてある請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの冷却装置。