JP2018031282A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器に冷却液を供給する際には内燃機関の過剰な放熱を抑制できるシステムを構成する。
【解決手段】内燃機関Ｅに冷却液を供給する第１流路Ｌ１に電動型の第１ポンプＰ１を備え、内燃機関Ｅで加熱された冷却液が供給される第２流路Ｌ２に熱交換器３と開閉弁４と電動型の第２ポンプＰ２とを備える。閉弁状態にある開閉弁４を開弁する際に、制御部６が第１ポンプＰ１に供給する駆動電力の第１目標値と、第２ポンプＰ２に供給する駆動電力の第２目標値とを設定し、この設定に基づいて電力を供給する開弁制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、詳しくは、内燃機関の冷却液の流れを制御する技術に関する。

内燃機関の冷却装置として、特許文献１には内燃機関（文献ではエンジン）とラジエータとの間の第２流路に冷却液を循環させる電動式ポンプを備え、第２流路から分岐した第３流路に開閉自在な第１弁を備え、この第１弁より下流側に熱交換器（文献ではヒータコア）を備えた技術が記載されている。

この特許文献１では、第１弁は、電磁ソレノイドへの通電により閉状態を維持する構成であり、開状態に移行するには、電磁ソレノイドへの通電を停止し、電動式ポンプの吐出量を増大させて第１弁に対して開弁に必要な圧力を作用させる制御が行われる。

特開２０１３‐１０８３９８号公報

乗用車のように車内の空調が重要視される車両では、必要とするタイミングで、車内の空気の加熱を行うことも必要である。このような空調は、特許文献１の技術によって実現可能であり、しかも、特許文献１に記載される第１弁は、例えば、電磁ソレノイドによって開弁状態と閉弁状態とを作り出すものと比較して、構成が単純で低廉化も可能となる良好な面を有するものである。

しかしながら、特許文献１に示される第１弁は、電磁ソレノイドの通電を解除しただけでは開弁状態に切り換わるものでなく、冷却液の圧力を上昇させるために電動式ポンプでの冷却液の吐出量の増大を図る制御を必要とする。このような理由から、第１弁を開状態に切り換えるために電動式ポンプの吐出量を増大した場合には、内燃機関に流れる冷却液の流量が増大し、内燃機関を過剰に冷却し、内燃機関のフリクションを増大させる結果、燃費の悪化に繋がるものであった。

また、熱交換器において冷却液の熱交換を行う場合に、室内の温度上昇を促進する観点から熱交換器に供給する冷却液の流量の増大も望まれている。

このような理由から、従来のシステムの良好な面を損なうことなく、熱交換器に冷却液を供給する際には内燃機関の過剰な放熱を抑制できるシステムが求められる。

本発明の特徴は、内燃機関に連通する第１流路からラジエータに供給される冷却液の流量の調節が可能な電動型の第１ポンプと、前記内燃機関で加熱された前記冷却液が供給される第２流路において熱交換器に供給される前記冷却液の流量の調節が可能な電動型の第２ポンプと、前記第２流路において前記第２ポンプと直列に配置され前記冷却液の流れを制御する開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御部とを備えると共に、
前記開閉弁が、弁内流路を開閉する磁性体製の弁体と、前記弁体を閉弁位置に付勢する付勢部材と、前記閉弁位置に前記弁体を吸引する磁力を作り出す電磁ソレノイドとを備えて構成され、
前記制御部が、閉弁状態にある前記開閉弁を開弁する開弁制御を行う際には、前記電磁ソレノイドへの通電を停止し、かつ、開弁に必要な液圧を得るために前記第１ポンプに供給される駆動電力の第１目標値と前記第２ポンプに供給される駆動電力の第２目標値とを設定し、これらの駆動電力で前記第１ポンプと前記第２ポンプとを駆動する点にある。

この特徴構成によると、熱交換器に冷却液を供給する際には、電磁ソレノイドへの通電を停止し、第１目標値の駆動電力を第１ポンプに供給し、第２目標値の駆動電力を第２ポンプに供給することで、第１ポンプと第２ポンプとからの冷却液の吐出圧が弁体に作用し、弁体を開弁位置に作動させる。この制御では、第１ポンプと第２ポンプとによる冷却液の供給量を個別に設定できるため、第２ポンプの吐出量を大きい値に設定することで、第１ポンプの供給量を増大させないことも可能となる。また、開閉弁が開弁状態に切り換えられた後には第２ポンプによる冷却液の供給量の設定により必要とする熱量を熱交換器から取り出すことも可能となる。
従って、従来のシステムの良好な面を損なうことなく、熱交換器に冷却液を供給する際には内燃機関の過剰な放熱を抑制できるシステムが構成された。

他の構成として、前記第１ポンプが駆動状態にある状況で前記制御部が前記開弁制御を行う際には、前記第１ポンプに既に供給されている駆動電力より低い値となる前記第１目標値が設定されても良い。

これによると、第１ポンプが駆動状態にある状況で、開弁制御を行う際には、第１ポンプに既に設定されている駆動電力より低い値の第１目標値を設定することにより、内燃機関に供給される冷却液の量を低減する。これにより、第２ポンプからの冷却液が第１ポンプに流れる流路構成であっても、内燃機関に過剰な量の冷却液を供給する不都合を阻止できる。

他の構成として、前記制御部は、前記開弁制御において前記第１ポンプと前記第２ポンプとを同時に設定時間以上駆動させても良い。

これによると、第１ポンプと第２ポンプとを同時に設定時間以上駆動することにより、閉弁位置にある弁体に対して、冷却液の圧力を設定時間以上作用させ、開弁位置まで確実に作動させ、開弁状態を維持することが可能となる。

他の構成として、前記熱交換器が、車両の室内の空気を加熱するヒータコアであっても良い。

これによると、内燃機関で加熱された作動液をヒータコアに供給して車両の車内の空気の温度上昇を行える。

エンジンの冷却装置のブロック図である。 閉弁状態の開閉弁の断面図である。 開弁状態の開閉弁の断面図である。 開弁ルーチンのフローチャートである。 電磁ソレノイドと第１ポンプと第２ポンプとの制御状態を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥと、ラジエータ１と、第１ポンプＰ１と、サーモ弁２とを備えると共に、熱交換器としてのヒータコア３と、第２ポンプＰ２と、開閉弁４と、ＥＧＲクーラ５と、ＥＣＵとして機能する制御部６を備えてエンジンＥの冷却装置１００が構成されている。

この冷却装置１００では、同図に示す第１流路Ｌ１のうちエンジンＥから送り出された冷却水の水温を検知する水温センサ７と、ラジエータ１に冷却風を供給するように電動型のラジエータファン８とを備えている。

冷却装置１００は、エンジンＥのウォータジャケットと、ラジエータ１との間で冷却水を循環させる第１流路Ｌ１が形成され、この第１流路Ｌ１に流れる冷却水の供給量を制御する第１ポンプＰ１を備え、これと直列する位置にサーモ弁２を備えている。

第１流路Ｌ１のうち、エンジンＥで加熱された冷却水が送られる流路部分から分岐する供給側流路Ｌｓが形成され、第１流路Ｌ１のうち、第１ポンプＰ１とサーモ弁２との間の流路部分に合流する還元側流路Ｌｒが形成されている。

ＥＧＲクーラ５は、供給側流路Ｌｓと還元側流路Ｌｒとに直接接続する位置に配置されている。また、供給側流路Ｌｓと還元側流路Ｌｒとに連通する第２流路Ｌ２が形成され、この第２流路Ｌ２に対して、ヒータコア３と、開閉弁４と、第２ポンプＰ２とが直列に備えられている。尚、第２ポンプＰ２は、第２流路Ｌ２において、開閉弁４より下流側に配置されているが、これに代えて、開閉弁４より上流側に配置しても良い。

この冷却装置１００は、乗用車等の車両に備えられるものを想定しており、ラジエータ１で冷却水（冷却液の一例）の放熱を行い、ヒータコア３において車内の空気を加熱し、ＥＧＲクーラ５において冷却水との間での熱交換を行う。

第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とは、ブラシレスＤＣモータ等の電動モータによりインペラ等を駆動回転して冷却水を送る電動型のウォータポンプとして構成されている。この構成では、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とは供給される駆動電力により冷却水の供給量の設定が可能となる。制御部６は、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との電動モータに個別に供給する駆動電力を無段階に設定する。また、第２ポンプＰ２は、停止状態においてもインペラ等とハウジングとの隙間において冷却水の流れを許す構成のものが用いられている。

サーモ弁２は、水温が設定温度未満にある場合に閉状態を維持し、水温が設定温度以上である場合に開状態に切り換わる。また、開閉弁４は通電により弁体１２を閉弁位置に維持し、通電を停止した状態で冷却水の圧力により弁体１２を開弁位置に切り換わる。この開閉弁４の構成については後述する。

このような構成から、エンジンＥの起動後で暖機運転時には、サーモ弁２が閉状態にある。また、暖機運転を必要とする場合には水温センサ７の検知結果に基づき制御部６が第１ポンプＰ１を停止状態に維持する。これにより、ラジエータ１に冷却水は供給されない。また、この冷却装置１００では、サーモ弁２が閉状態にあっても第１ポンプＰ１を駆動することでＥＧＲクーラ５に冷却水を供給して熱交換を行うことは可能である。

そして、エンジンＥの温度が上昇し、サーモ弁２が開状態に切り換わり、エンジンＥの温度上昇を抑制する場合には、制御部６が、水温センサ７での検知結果に基づいて、第１ポンプＰ１の駆動電力と、ラジエータファン８の駆動電力とを設定する。

特に、ヒータコア３に冷却水を供給する場合には、後述する開弁制御により閉弁状態にある開閉弁４が、開弁状態に切り換えられる。また、この開弁制御は、サーモ弁２の状態に拘わらず実行可能である。

〔開閉弁〕
図２、図３に示すように、開閉弁４は、樹脂製のハウジング１０と、電磁ソレノイド１１と、鉄やニッケル等の強磁性体で成る弁体１２と、弁体１２を閉弁位置に付勢する付勢部材としてのスプリング１３とを備えている。電磁ソレノイド１１は、強磁性体で成る筒状のコア１１ａと、ボビンに巻回されたコイル１１ｂとを備えており、制御部６が電磁ソレノイド１１に対する（コイル１１ｂに対する）通電と非通電との切り換えを行う。

ハウジング１０は、冷却水を取り入れる取入部１０ａと、冷却水を送り出す吐出筒１０ｂとを備えている。弁体１２は、ハウジング１０の弁室１５にスライド移動自在に収容されると共に、複数の貫通孔１２ｂが形成されている。そして、この弁体１２は、スプリング１３の付勢力により図２に示す閉弁位置に付勢される。

この構成から、開閉弁４は、電磁ソレノイド１１に対する通電状態を維持することにより、弁体１２を図２に示す閉弁位置に保持し、第２流路Ｌ２での冷却水の通水を阻止する。これに対して、電磁ソレノイド１１への通電を停止すると共に、弁内流路１４に対して切換圧を超える圧力の冷却水を供給する制御を行うことにより、弁体１２を図３に示す開弁位置へ移行させ、貫通孔１２ｂに冷却水を流し、第２流路Ｌ２での冷却水の通水を可能にする。

特に、この構成の開閉弁４は、弁体１２が閉弁位置にある状態では、弁体１２の受圧面１２ａのうちコア１１ａの内部の弁内流路１４の断面積に等しい面積に冷却水の圧力が作用し、弁体１２が開弁位置にある状態では弁体１２の受圧面１２ａ（全面積から貫通孔１２ｂの開口面積を除いた面積）に対して冷却水の圧力が作用する。

このような理由から、弁体１２が開弁状態に達した後には、取入部１０ａから貫通孔１２ｂを介して吐出筒１０ｂに冷却水が流れ、この流れに伴い、切換圧より低い圧力が弁体１２に作用する状態でも、開弁状態の維持が可能となる。具体的には、開弁状態に達した後には、第２流路Ｌ２に対して僅かな量の冷却水が流れるだけで、開弁状態が維持されるように受圧面１２ａの面積とスプリング１３の付勢力との関係が設定されている。

〔開弁制御〕
このエンジンＥの冷却装置１００では、車両の室内の温調を行うため、ヒータコア３に冷却水を供給する場合には、制御部６が、図４のフローチャートに示す開弁ルーチン（開弁制御の具体例）を実行する。また、開弁ルーチンにおいて第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とに供給される駆動電力の変化を図５のタイミングチャートに示している。

尚、図５のタイミングチャートでは、上段に開閉弁４の電磁ソレノイド１１に供給される電力の変化を示し、中段に第１ポンプＰ１に供給される駆動電力の変化を示し、下段に第２ポンプＰ２に供給される駆動電力の変化を示している。尚、制御部６はＰＷＭのデューティ比の設定により電力を制御する構成を有するものであるが、これ以外の構成によって電力を制御しても良い。

この開弁ルーチンは、暖機運転において、第１ポンプＰ１が駆動状態にあり、第１駆動電力値Ｐｓ１の電力が供給され、第２ポンプＰ２は停止状態にある状況での実行を想定している。この理由から、制御の初期に第２駆動電力値Ｐｓ２は「０」にある。

この暖機運転においてヒータコア３に冷却水を供給する場合には、制御部６が第１ポンプＰ１に供給すべき駆動電力の第１目標値Ｐｔ１と、第２ポンプＰ２に供給すべき駆動電力の第２目標値Ｐｔ２とを演算によって求める。次に、制御部６が、開閉弁４の電磁ソレノイド１１の通電を停止し（ＯＦＦにし）、第１ポンプＰ１に第１目標値Ｐｔ１の駆動電力を供給し、第２ポンプＰ２に第２目標値Ｐｔ２の駆動電力を供給して第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを同時駆動する（＃０１〜＃０３ステップ）。

つまり、＃０１ステップでは、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを同時駆動することにより、開閉弁４の弁体１２をスプリング１３の付勢力に抗して開弁位置に切り換える切換圧を超える圧力の得る冷却水を供給できるように、演算により第１目標値Ｐｔ１と第２目標値Ｐｔ２とが設定される。

この開弁ルーチンでは、図５に示すように、既に設定されている第１駆動電力値Ｐｓ１より低い値の第１目標値Ｐｔ１が設定され、この第１目標値Ｐｔ１を基にした演算により第２目標値Ｐｔ２が設定される。尚、この第１目標値Ｐｔ１と第２目標値Ｐｔ２とを、演算を行うことなくテーブルを参照して取得するように制御部６の制御形態を設定しても良い。

図１に示すように、冷却装置１００では、第２流路Ｌ２は第１流路Ｌ１と合流可能な流路構成を有している。この流路構成から、第２ポンプＰ２の駆動に伴い、第２流路Ｌ２に流れる冷却水が第１流路Ｌ１に合流し、エンジンＥに供給される却水の水量が増大することもある。このような状況においても、エンジンＥに供給される冷却水の水量の増大を抑制するため、開弁ルーチンでは、第１目標値Ｐｔ１を第１駆動電力値Ｐｓ１より低い値に設定している。

そして、開閉弁４の電磁ソレノイド１１の通電を停止した（ＯＦＦにした）直後から、＃０３ステップのように第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との同時駆動を開始する。そして、同時駆動の開始から予めタイマにセットされた設定時間Ｔが経過した後に、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを元の駆動状態に復帰させる（＃０４〜＃０６ステップ）。

元の駆動状態に復帰する制御では、第１ポンプＰ１に元の第１駆動電力値Ｐｓ１の電力を供給し、第２ポンプＰ２は本来停止状態にあるため、元の第２駆動電力値Ｐｓ２として「０」の値電力が設定され、停止状態に復帰する。また、設定時間Ｔがセットされることにより、弁体１２を確実に開弁位置に切り換えることが可能となる。

この開弁制御では、開閉弁４を開弁状態に移行した後に、第２ポンプＰ２が停止する状態に復帰することになるが、第１ポンプＰ１から冷却水が第２流路Ｌ２に流れるため、開閉弁４が開弁状態に維持される。

特に、図５のタイミングチャートに示すように、設定時間Ｔが経過した後には第２ポンプＰ２を元のように電力が供給されない状態に復帰させず、継続第２駆動電力値Ｐｓ２ａの電力を供給することにより、ヒータコア３に冷却水を供給して空調を積極的に行っても良い。

これと同様に、設定時間Ｔが経過した後には第１ポンプＰ１を元の第１駆動電力値Ｐｓ１の電力を供給する状態には復帰させず、これより低い値となる制限第１駆動電力値Ｐｓ１ａの電力を供給するように制御形態を設定しても良い。つまり、設定時間Ｔが経過した後に、前述の如く継続第２駆動電力値Ｐｓ２ａの電力を供給して第２ポンプＰ２の駆動を継続する場合には、エンジンＥに流れる冷却水を制限する目的から、制限第１駆動電力値Ｐｓ１ａの電力を供給することも考えられる。

〔実施形態の作用・効果〕
このように、エンジンＥの冷却装置１００では、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との冷却水の供給量を個別に設定できるため、第２ポンプＰ２の供給量を増大させることにより、第１ポンプＰ１の供給量を増大させずに済む。

また、開閉弁４の弁体１２が開弁位置に達した後には第２ポンプＰ２により冷却水の供給量の設定により必要とする熱量を熱交換器から取り出すことも可能となる。その結果、従来の装置の良好な面を損なうことなく、暖機運転であっても、ヒータコア３に供給する冷却水がエンジンＥのウォータジャケットに流れる不都合を抑制してエンジンＥの過剰な放熱を阻止する。

また、エンジンＥが暖機運転にある状況で開弁制御を実行する場合には、図５のタイミングチャートにも示されるように、第１ポンプＰ１に既に設定されている第１駆動電力値Ｐｓ１より低い値となる第１目標値Ｐｔ１を設定することにより、エンジンＥに供給される冷却水の量を低減し、エンジンＥの過剰な冷却を阻止できる。

また、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを同時に設定時間Ｔだけ駆動することにより、閉弁位置にある弁体１２を、開弁位置まで確実に作動させて開弁状態を維持できる。

本発明は、電動型のウォータポンプと冷却水の圧力により開弁状態が維持される開放弁とを備えた冷却装置に利用できる。

１ ラジエータ
３ ヒータコア・熱交換器
４ 開閉弁
６ 制御部
１１ 電磁ソレノイド
１２ 弁体
１３ スプリング（付勢部材）
１５ 弁内流路
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｌ１ 第１流路
Ｌ２ 第２流路
Ｐ１ 第１ポンプ
Ｐ２ 第２ポンプ
Ｔ 設定時間

Claims (4)

1. 内燃機関に連通する第１流路からラジエータに供給される冷却液の流量の調節が可能な電動型の第１ポンプと、前記内燃機関で加熱された前記冷却液が供給される第２流路において熱交換器に供給される前記冷却液の流量の調節が可能な電動型の第２ポンプと、前記第２流路において前記第２ポンプと直列に配置され前記冷却液の流れを制御する開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御部とを備えると共に、
   前記開閉弁が、弁内流路を開閉する磁性体製の弁体と、前記弁体を閉弁位置に付勢する付勢部材と、前記閉弁位置に前記弁体を吸引する磁力を作り出す電磁ソレノイドとを備えて構成され、
   前記制御部が、閉弁状態にある前記開閉弁を開弁する開弁制御を行う際には、前記電磁ソレノイドへの通電を停止し、かつ、開弁に必要な液圧を得るために前記第１ポンプに供給される駆動電力の第１目標値と前記第２ポンプに供給される駆動電力の第２目標値とを設定し、これらの駆動電力で前記第１ポンプと前記第２ポンプとを駆動する内燃機関の冷却装置。
2. 前記第１ポンプが駆動状態にある状況で前記制御部が前記開弁制御を行う際には、前記第１ポンプに既に供給されている駆動電力より低い値となる前記第１目標値が設定される請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記制御部は、前記開弁制御において前記第１ポンプと前記第２ポンプとを同時に設定時間以上駆動させる請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記熱交換器が、車両の室内の空気を加熱するヒータコアである請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。

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