JP2018141373A - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】原動機に供給する空気の温度を適切なものにすることができる冷却装置を提供する。【解決手段】複数の熱交換部13を備えて構成されており、原動機3への吸気を冷却する熱交換器5と、第1の放熱器7と、第2の放熱器9と、熱交換5器の各熱交換部13のそれぞれに流す液媒体として、第1の放熱器7を流れる液媒体、第2の放熱器9を流れる液媒体のいずれかを選択する制御部11とを有する冷却装置1である。【選択図】図1
Description
本発明は、冷却装置に係り、特に、冷却水(冷却液)を用いて空気(たとえば吸気)を冷却するものに関する。
従来、高温の冷却水が流れる熱交換部と、低温の冷却水が流れる熱交換部とを備え、上記各熱交換部に空気を通すことでこの空気を冷却する冷却装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、冷却装置によって空気を冷却し、この空気を原動機に供給する場合、上記空気を適切な温度にすることが重要である。
本発明は、原動機に供給する空気の温度を適切なものにすることができる冷却装置を提供することを目的とする。
本発明は、複数の熱交換部を備えて構成されており、原動機への吸気を冷却する熱交換器と、第1の放熱器と、第2の放熱器と、前記熱交換器の各熱交換部のそれぞれに流す液媒体として、前記第1の放熱器を流れる液媒体、前記第2の放熱器を流れる液媒体のいずれかを選択する制御部とを有する冷却装置である。
本発明によれば、原動機に供給する空気の温度を適切なものにすることができるという効果を奏する。
本発明の実施形態に係る冷却装置1は、図1で示すように、原動機(内燃機関;エンジン)3への吸気(原動機3に供給される吸気)2を冷却する熱交換器5(たとえば、CAC;Charge Air Cooler)と、第1の放熱器(たとえば、メインラジエータ)7と、第2の放熱器(たとえば、サブラジエータ)9と、制御部11を備えて構成されている。
熱交換器5は、複数の熱交換部13(13A、13B、13C、13D)を備えて構成されており、これらの熱交換部13を流れる液媒体(たとえば、冷却水;LLC)によって、吸気2を冷却するようになっている。
メインラジエータ7やサブラジエータ(SubRad)9は、大気によって冷却水を冷却するようになっている。制御部11は、CPU15とメモリ17とを備えて構成されており、熱交換器5の各熱交換部13(13A、13B、13C、13D)のそれぞれに流す冷却水として、メインラジエータ7を流れる冷却水、サブラジエータ9を流れる冷却水のいずれかを選択するようになっている(図3〜図7も併せて参照)。
また、冷却装置1には、複数の制御弁19(19A、19B、19C、19D、19E、19F)が設けられている。各制御弁19は、熱交換器5の熱交換部13(13A、13B、13C、13D)の冷却水の入口側やメインラジエータ7の冷却水の入口側で、冷却水の流路を開閉するようになっている。
そして、制御部11は、各制御弁19(19A、19B、19C、19D、19E、19F)を個別に開閉することで上記選択(各熱交換部13のそれぞれに流す冷却水の選択)や、メインラジエータ7に冷却水を流すか否かの選択をするようになっている。
なお、各制御弁19(19A、19B、19C、19D、19E、19F)を、図1に実線で示すように、各熱交換部13(13A、13B、13C、13D)の冷却水の入口側やメインラジエータ7の冷却水の入口側に設けることに代えてもしくは加えて、熱交換部13(13A、13B、13C、13D)の冷却水の出口側やメインラジエータ7の冷却水の出口側に設けて、冷却水の流路を開閉するようになっていてもよい(図1に破線で示す制御弁19を参照)。すなわち、各制御弁19を、熱交換部13やメインラジエータ7における入口側の冷却水の流路、冷却水の出口側の冷却水の流路の少なくともいずれかに設けてもよい。
また、冷却装置1には、原動機液媒体温度検出部(原動機冷却水温度センサ)21と、複数の熱交換部吸気温度検出部(熱交換部吸気温度センサ)23(23A、23B、23C)と第2の放熱器液媒体温度検出部(サブラジエータ冷却水温度センサ)25とが設けられている。
原動機冷却水温度センサ21は、原動機3の液媒体出口(冷却水出口)もしくはこの液媒体出口(冷却水出口)の近くにおける冷却水の温度Te_outを検出するようになっている。
各熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)は、熱交換器5の各熱交換部13(13A、13B、13C、13D)のそれぞれに入る前の吸気(熱交換部13を通過する直前の吸気)2の温度Ta_1、Ta_2、Ta_3を検出するようになっている。
熱交換部吸気温度センサ23Bは、熱交換部13Bに入る直前の吸気2の温度Ta_2を検出するようになっているが、見方を変えれば、熱交換部吸気温度センサ23Bは、熱交換部13Aから出てきた吸気の温度Ta_2を検出するようになっている。同様にして、熱交換部吸気温度センサ23Cは、熱交換部13Bから出てきた吸気の温度Ta_2を検出するようになっている。
サブラジエータ冷却水温度センサ25は、サブラジエータ9の液媒体出口(冷却水出口)もしくはこの液媒体出口(冷却水出口)の近くにおける冷却水の温度Tsr_outを検出するようになっている。
そして、制御部11は、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_out、各熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)のそれぞれが検出した吸気2の温度Ta_1、Ta_2、Ta_3、サブラジエータ冷却水温度センサ25で検出した冷却水の温度Tsr_outの少なくともいずれかに応じて、各制御弁19(19A、19B、19C、19D、19E、19F)を開閉するように構成されている。
冷却装置1についてさらに詳しく説明すると、熱交換器5は、たとえば、第1の熱交換部(高温側熱交換部)13Aと第2の熱交換部(中高温側熱交換部)13Bと第3の熱交換部(中低温側熱交換部)13Cと第4の熱交換部(低温側熱交換部)13Eとを備えて構成されている。そして、熱交換器5(各熱交換部13)が、メインラジエータ7とサブラジエータ9を流れる冷却水を用いて、原動機3に供給される吸気(空気)2を冷却するようになっている。
高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Dとはお互いが隣接してこの順にならんでいる。そして、たとえば、ターボチャージャやスーパーチャージャ等の圧縮機(図示せず)で圧縮されて温度が上昇した吸気2が、高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Eとをこの順に通過し、このときに、各熱交換部13を流れる冷却水(メインラジエータ7やサブラジエータ9を流れる冷却水)との間で熱交換され、冷却されるようになっている。
低温側熱交換部13Dを通過して冷却された圧縮空気が原動機3に供給され、原動機3での燃料の燃焼に使用されるようになっている。
さらに説明すると、圧縮空気の流れ方向において、高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Dとは、この順に直列接続されている。
メインラジエータ7を流れる冷却水の温度のほうがサブラジエータ9を流れる冷却剤の温度よりも通常は高くなっている。
冷却装置1では、熱交換器5とメインラジエータ7とサブラジエータ9と原動機3とが、冷却水が流れる流路(管路)27で接続されており、この流路(液媒体流路)27によって、熱交換器5とメインラジエータ7とサブラジエータ9と原動機3とを冷却水が循環するようになっている。また、原動機3内を流れる冷却水によって原動機3が冷却されるようになっている。
さらに詳しく説明すると、冷却水の流路27は、第1の部位29A〜第12の部位29Lを備えて構成されている。第1の部位29Aは、メインラジエータ7の冷却水入口7nと熱交換器5の第1の熱交換部13Aの冷却水入口13Anとをつないでおり、第2の部位29Bは、メインラジエータ7の冷却水出口7tと熱交換器5の第1の熱交換部13Aの冷却水出口13Atとをつないでいる。
第3の部位29Cは、サブラジエータ9の冷却水出口9tと熱交換器5の第4の熱交換部13Dの冷却水入口13Dnとをつないでおり、第4の部位29Dは、サブラジエータ9の冷却水入口9nと熱交換器5の第4の熱交換部13Dの冷却水出口13Dtとをつないでいる。
第5の部位29Eは、原動機3の冷却水出口3tと第1の部位29Aの中間部29A1とをつないでおり、第6の部位29Fは、原動機3の冷却水入口3nと第2の部位29Bの中間部29B1とをつないでいる。
第7の部位29Gは、熱交換器5の第2の熱交換部13Bの冷却水入口13Bnと第1の部位29Aの中間部(第5の部位29Eが接続されている中間部29A1よりも第1の熱交換部13Aの冷却水入口13An側に位置する中間部)29A2とをつないでいる。
第8の部位29Hは、熱交換器5の第2の熱交換部13Bの冷却水出口13Btと第2の部位29Bの中間部(第6の部位29Eが接続されている中間部29B1よりも第1の熱交換部13Aの冷却水出口13At側に位置する中間部)29B2とをつないでいる。
第9の部位29Iは、熱交換器5の第3の熱交換部13Cの冷却水入口13Cnと第7の部位29Gの中間部29G1とをつないでおり、第10の部位29Jは、熱交換器5の第3の熱交換部13Cの冷却水出口13Ctと第8の部位29Hの中間部29H1とをつないでいる。
第11の部位29Kは、第9の部位29Iの中間部29I1と第3の部位29Cの中間部29C1とをつないでおり、第12の部位29Lは、第10の部位29Jの中間部29J1と第4の部位29Dの中間部29D1とをつないでいる。
流路27がこのように形成されていることで、原動機3から見ると、メインラジエータ7と第1の熱交換部13Aと第2の熱交換部13Bと第3の熱交換部13Cと第4の熱交換部13Dとサブラジエータ9とが、この順にならんでいるとともに、流路27によって並列接続されている。
また、冷却装置1には、ポンプ(たとえば、機械式ポンプ、電動式ポンプ)31、33が設けられている。
機械式ポンプ31は、原動機3によって駆動されるポンプであり、第6の部位29Gの中間部(たとえば、原動機3の冷却水入口3nのところ)に設けられている。
機械式ポンプ31が稼働するころで、原動機3内で原動機3の冷却水入口3nから冷却水出口3tに向かう流れや、たとえば、第5の部位29Fと第1の部位29Aの一部とメインラジエータ7と第2の部位29Bの一部と第6の部位29Gとをこの順に通過する冷却水の流れが生成されるようになっている。
電動式ポンプ33は、第3の部位29Cの中間部(第11の部位29Kよりもサブラジエータ9の冷却水出口9t側に位置する中間部)に設けられている。
電動式ポンプ33が稼働することで、サブラジエータ9内でサブラジエータ9の冷却水入口9nから冷却水出口9tに向かう冷却水の流れや、たとえば、第3の部位29Cと熱交換器5の第4の熱交換部13Dと第4の部位29Dとをこの順に通過する流れが生成されるようになっている。
また、冷却装置1では、原動機3に対してメインラジエータ7と並列に、バイパス流路35が設けられている。そして、冷却水の温度が低いときに(所定の閾値より低いときに)原動機3や機械式ポンプ31が稼働すると、バイパス流路35のみを通って、冷却水が流れるようになっている。そして、冷却水の温度が上昇するに応じて、バイパス流路35を流れる冷却水の量が次第に減少し、代わりに、メインラジエータ7等を流れる冷却水の量が次第に増え、冷却水の温度が高温になったときに(所定の閾値よりも高くなったときに)は、冷却水がバイパス流路35をほとんど流れず、もっぱら、メインラジエータ7等を流れるようになっている。
制御弁(制御バルブ)19として、第1の制御弁19A〜第6の制御弁19Fが設けられている。
第1の制御弁19Aは、第1の部位29Aの中間部(第7の部位29Gが接続されている中間部29A2と第5の部位29Eが接続されている中間部29A1との間の中間部)に設けられている。第2の制御弁19Bは、第7の部位29Gの中間部(第1の部位29Aに接続されている端部と第9の部位29Iが接続されている中間部29G1との間の中間部)に設けられている。
第3の制御弁19Bは、第9の部位29Iの中間部(第7の部位29Gに接続されている端部と第11の部位29Kが接続されている中間部29G1との間の中間部)に設けられている。第4の制御弁19Dは、第11の部位29Kの中間部(第9の部位29Iに接続されている端部と第3の部位29Cに接続されている端部との間の中間部)に設けられている。
第5の制御弁19Eは、第3の部位29Cの中間部(電動ポンプ33と第11の部位29Kが接続されている中間部29C1との間の中間部)に設けられている。第6の制御弁19Fは、第1の部位29Aの中間部(第5の部位29Eが接続されている中間部29A1とメインラジエータ7の冷却水入口7nとの間の中間部)に設けられている。
各制御弁19のそれぞれは、たとえば、開(全開)または閉(全閉)の2値で動作するようになっている。
そして、詳しくは後述するが、たとえば、各制御弁19(19A、19B、19C、19D、19E)のうちの1つの制御弁が閉状態になり、他の総ての制御弁が開状態になるように構成されている。なお、制御弁19Fは、各制御弁19A、19B、19C、19D、19Eとは別個に開閉するようになっている。
制御部11は、上述したように、熱交換器5の各熱交換部13(13A、13B、13C、13D)ごとに、メインラジエータ7を流れる冷却水、サブラジエータ9を流れる冷却水を選択して流すようになっている。
すなわち、制御部11は、吸気2の流れ方向で直列してならんでいる各熱交換部13(13A、13B、13C、13D)の総てにメインラジエータ7を流れる冷却水を流すか、各熱交換部13の総てにサブラジエータ9を流れる冷却水を流すか、各熱交換部13のうちで吸気2の流れ方向の上流側に位置している熱交換部13にメインラジエータ7を流れる冷却水を流すともに各熱交換部13のうちで吸気2の流れ方向の下流側に位置している残りの熱交換部13にサブラジエータ9を流れる冷却水を流すように構成されている。
さらに説明すると、制御部11は、上述したように、原動機冷却水温度センサ21が検出した冷却水の温度Te_out、熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)が検出した吸気2の温度とTa_1、Ta_2、Ta_3、サブラジエータ冷却水温度センサ25が検出した冷却水の温度Tsr_outに応じて、各制御弁19(19A、19B、19C、19D、19E、19F)を制御し、次に示すモードM1〜モードM5のいずれかの態様で各熱交換部13(13A、13B、13C、13D)のそれぞれに流す冷却水を選択する。
モードM1(図3参照);高温側熱交換部13Aにメインラジエータ7を流れる冷却水(原動機3から出て流れてきた冷却水)を流すとともに中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Dとにサブラジエータ9から出て流れてきた冷却水を流す。
モードM2(図4参照);高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bとにメインラジエータ7を流れる冷却水を流すとともに中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Dとにサブラジエータ9を流れてきた冷却水を流す。
モードM3(図5参照);高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cとにメインラジエータ7を流れる冷却水を流すとともに低温側熱交換部13Dにサブラジエータ9を流れてきた冷却水を流す。
モードM4(図6参照);高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Dとにサブラジエータ9を流れてきた冷却水を流す。
モードM5(図7参照);高温側熱交換部13Aと中高温側熱交換部13Bと中低温側熱交換部13Cと低温側熱交換部13Dとにメインラジエータ7を流れる冷却水を流す。
つまり、熱交換器5の複数の熱交換部13のうちで吸気2の流れ方向の上流側に位置している熱交換部(たとえば、熱交換部13A、13B)にメインラジエータ7を流れる冷却水(原動機3から出てきた冷却水の一部もしくは全部)を流し、吸気2の流れ方向の下流側に位置している残りの熱交換部(たとえば、熱交換部13C、13D)にサブラジエータ9を流れる冷却水(サブラジエータ9から出てきた冷却水の一部もしくは全部)を流すか、もしくは、総ての熱交換部13にメインラジエータ7を流れる冷却水を流すか、もしくは、総ての熱交換部13にサブラジエータ9を流れる冷却水を流すようになっている。
次に、冷却装置1の動作を、図2を参照しつつ説明する。
まず、制御部11は、各熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)のうちで原動機3への吸気2の流れ方向で最も上流側に位置している熱交換部吸気温度センサ23Aで検出した吸気2の温度Ta_1が、冷却水の沸騰温度よりも高いか否かを判断する(S1)。吸気2の温度Ta_1が冷却水の沸騰温度よりも高いと判断したときには、第1の制御弁19Aを閉じ(第1の制御弁19Aで冷却水の流れを遮断し)他の制御弁19を開いて、サブラジエータ9を流れてきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流す(セーフモード;S3;図6のモードM4)。これにより、冷却水の沸騰を防ぐことができる。
ステップS1で、熱交換部吸気温度センサ23Aで検出した吸気2の温度Ta_1が、冷却水の沸騰温度よりも低いと判断したときには、熱交換部吸気温度センサ23Aで検出した吸気2の温度Ta_1が、原動機冷却水温度センサ21で検出した液媒体の温度Te_outよりも低いか否かを判断する(S5)。
ステップS5で、吸気2の温度Ta_1が原動機冷却水温度センサ21で検出した液媒体の温度Te_outよりも低いと判断したときには、サブラジエータ冷却水温度センサ25で検出した冷却水の温度Tsr_outが、吸気2の結露もしくは結氷温度よりも低いか否かを判断する(S7)。
ステップS7で、サブラジエータ冷却水温度センサ25で検出した冷却水の温度Tsr_outが、吸気2の結露もしくは結氷温度よりも低いと判断したときには、熱交換器5での吸気2中の水分による熱交換器5での結露や熱交換器5での着氷を防ぐために、第5の制御弁19Eと第6の制御弁19Fとを閉じ他の制御弁を開いて、原動機3を出てきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流す(S9;図7のモードM5)。
ステップS7で、サブラジエータ冷却水温度センサ25で検出した冷却水の温度Tsr_outが、吸気2の結露もしくは結氷温度よりも高いと判断したときには、第1の制御弁19Aを閉じ他の制御弁19を開いて、サブラジエータ9を流れてきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流す(S11;図6のモードM4)。これにより、熱交換器5で吸気2を暖めてしまうことが抑制される。
ステップS5で、吸気2の温度Ta_1が原動機冷却水温度センサ21で検出した液媒体の温度Te_outよりも高いと判断したときには、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outが、原動機3の暖気運転が必要な温度よりも低いか否かを判断する(S13)。
ステップS13で、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outが、原動機3の暖気運転が必要な温度よりも低いと判断したきには、第5の制御弁19Eと第6の制御弁19Fとを閉じ他の制御弁を開いて、原動機3を出てきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流す(S15;図7のモードM5)。これにより、冷機始動等の暖気運転が必要な場合に、冷却水を熱交換器5で暖めることができる。
ステップS13で、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outが、原動機3の暖気運転が必要な温度よりも高いと判断したきには、原動機3の要求放熱量が熱交換器5の要求放熱量よりも多いか否かを判断する(S17)。
原動機3の要求放熱量が熱交換器5の要求放熱量よりも多いか否かの判断は、たとえば、熱交換器5の各熱交換部13のうちの少なくとも1つの熱交換部に原動機3から出てきた冷却水が流れている状態で、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度が閾値を超えているか否かで判断する。この閾値はCAC吸気温度、Eng出口LLC温度(原動機3出口冷却水温度)、SubRad出口LLC温度等によって変化し、Eng吸気温度(CAC出口空気温度)が最適な値になるように制御される。
ステップS17で、原動機3の要求放熱量が熱交換器5の要求放熱量よりも多いと判断したときには、メインラジエータ7の冷却能力に余裕がないので、第1の制御弁19Aを閉じ他の制御弁19を開いて、サブラジエータ9を流れてきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流す(S19;図6のモードM4)。
ステップS17で、原動機3の要求放熱量が熱交換器5の要求放熱量よりも少ないと判断したときには、各熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気2の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いか否かを判断する(S21、S25、S29)。
ステップS21、S25、S29で、各熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気2の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いと判断したときには、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高い温度を検出した熱交換部吸気温度センサ23のうちで吸気2の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度センサ23で温度が検出された吸気が入る(吸気が直ちに直接入る)熱交換部13を含み、この熱交換部13よりも吸気2の流れ方向で上流側に位置している総ての熱交換部13に、メインラジエータ7を流れる冷却水を流すとともに、残りの熱交換部13に、サブラジエータ9を流れる冷却水を流す(S23、S25S、27)。これにより、メインラジエータ7の冷却能力が効率良く発揮される。
ここで、各ステップS21、S25、S29について、さらに詳しく説明する。
ステップS21では、熱交換部吸気温度センサ23Cで検出した吸気2の温度Ta_3が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いか否かを判断する。
ステップS21で、熱交換部吸気温度センサ23Cで検出した吸気2の温度Ta_3が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いと判断したときには、第4の制御弁19Dを閉じ他の制御弁19を開いて、第1の熱交換部13Aと第2の熱交換部13Bと第3の熱交換部13Cとメインラジエータ7とに原動機3から出てきた冷却水を流し、第4の熱交換部13Dにサブラジエータ9から出てきた冷却水を流す(S23;図5のモードM3)。
ステップS21で、熱交換部吸気温度センサ23Cで検出した吸気2の温度Ta_3が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも低いと判断したときには、熱交換部吸気温度センサ23Bで検出した吸気2の温度Ta_2が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いか否かを判断する(S25)。
ステップS25で、熱交換部吸気温度センサ23Bで検出した吸気2の温度Ta_2が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いと判断したときには、第3の制御弁19Cを閉じ他の制御弁19を開いて、第1の熱交換部13Aと第2の熱交換部13Bとメインラジエータ7とに原動機3から出てきた冷却水を流し、第3の熱交換部13Cと第4の熱交換部13Dにサブラジエータ9から出てきた冷却水を流す(S27;図4のモードM2)。
ステップS25で、熱交換部吸気温度センサ23Bで検出した吸気2の温度Ta_2が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも低いと判断したときには、熱交換部吸気温度センサ23Aで検出した吸気2の温度Ta_1が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いか否かを判断する(S29)。
ステップS29で、熱交換部吸気温度センサ23Aで検出した吸気2の温度Ta_1が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いと判断したときには、第2の制御弁19Bを閉じ他の制御弁19を開いて、第1の熱交換部13Aに原動機3から出てきた冷却水を流し、第2の熱交換部13Bと第3の熱交換部13Cと第4の熱交換部13Dにメインラジエータ7とサブラジエータ9から出てきた冷却水を流す(S31;図3のモードM1)。
なお、上記動作は、所定の時間間隔で繰り返す。たとえば、ステップS3の処理を所定の時間行った後、ステップS1に戻り、また、ステップS31の処理を所定の時間行った後、ステップS1に戻る。
冷却装置1によれば、熱交換器5の各熱交換部13のそれぞれに流す冷却水として、メインラジエータ7を流れる冷却水、サブラジエータ9を流れる冷却水のいずれかを選択するように構成されているので、熱交換器5の各熱交換部13のそれぞれに流す冷却水の温度を適宜調整することができ、原動機3が搭載されている車両の走行状態に応じて、原動機3に供給する吸気2の温度を適切なものにすることができる。
また、冷却装置1によれば、制御弁19を開閉することで熱交換器5の各熱交換部13のそれぞれに流す冷却水を選択するように構成されているので、ポンプ31、33の圧力等の制御を複雑化することなく、上記選択を確実に行うことができる。
また、冷却装置1によれば、制御弁19が、熱交換器5の各熱交換部13のそれぞれにおける冷却水の入口側の冷却水の流路を開閉するように構成されているので、熱交換器5の各熱交換部13のそれぞれに流れる冷却水を、メインラジエータ7を流れる冷却水もしくはサブラジエータ9を流れる冷却水に、確実に切り換えることができる。
また、冷却装置1によれば、原動機3の冷却水出口における冷却水の温度や熱交換器5における吸気2の温度の少なくともいずれかに応じて、制御弁19を開閉するように構成されているので、熱交換器5の各熱交換部13のそれぞれに流す冷却水の温度を一層的確に調整することができ、原動機3に供給する吸気2の温度を一層適切なものにすることができる。
また、冷却装置1によれば、各熱交換部吸気温度センサ23(23A、23B、23C)のうちで原動機3への吸気2の流れ方向で最も上流側に位置している熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気2の温度が、冷却水の沸騰温度よりも高いときには、サブラジエータ9を流れてきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流すように構成されているので、熱交換器5(特に、高温側熱交換部13A)での冷却水の沸騰を防止することができる。
また、冷却装置1によれば、各熱交換部吸気温度センサ23のうちで吸気の流れ方向で最も上流側に位置している熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも低く、かつ、サブラジエータ冷却水温度センサ25で検出した冷却水の温度が、吸気2の結露もしくは結氷温度よりも低いときには、原動機3を出てきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流すように構成されているので、吸気2に含まれている水蒸気の熱交換器5での結露や着氷を防ぐことができる。
また、冷却装置1によれば、各熱交換部吸気温度センサ23のうちで吸気の流れ方向で最も上流側に位置している熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも低く、かつ、サブラジエータ冷却水温度センサ25で検出した冷却水の温度が、吸気の結露もしくは結氷温度よりも高いときには、サブラジエータ9を流れてきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流すように構成されているので、熱交換器5(特に、高温側熱交換部13A)で吸気2が温められてしまう事態の発生を阻止することができる。
また、冷却装置1によれば、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度が原動機3の暖気運転が必要な温度よりも低いときには、原動機3を出てきた冷却水のみを熱交換器5の総ての熱交換部13に流すように構成されているので、原動機3に入る冷却水を熱交換器5で温めることができ、暖機運転に要する時間を短縮することができる。
また、冷却装置1によれば、原動機3の要求放熱量が熱交換器5の要求放熱量よりも多いときにはサブラジエータ9を流れてきた冷却水のみを、熱交換器5の総ての熱交換部13に流すように構成されているので、原動機3に入る冷却水を熱交換器5で温めることが無くなり、原動機3に入る冷却水の温度上昇を抑制することができる。
また、冷却装置1によれば、各熱交換部吸気温度センサ23のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも高いときには、吸気2の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度センサ23で温度が検出された吸気が入る熱交換部13を含み、この熱交換部13よりも吸気2の流れ方向で上流側に位置している総ての熱交換部13に、メインラジエータ7を流れる冷却水を流すとともに、残りの熱交換部13に、サブラジエータ9を流れる冷却水を流すように構成されているので、各熱交換部13を適切に使用して、吸気2の冷却を効率良く行うことができる。
ここで、冷却装置1の動作モードM1〜M5に関して図8を参照して説明する。
モードM4で動作する場合には、原動機3が搭載されており原動機3で走行する車両(図示せず)は、高外気温環境下を高速走行し、トーイングをし、登坂をしており、原動機3の負荷は大きく、熱交換器5での吸気2の冷却要求度が大きく、原動機3の要求放熱量も多くなっている。モードM4では、熱交換器5は、通常の1ステージの水冷熱交換器として働き、高温水回路(原動機3やメインラジエータ7側の水路)と低温水回路(サブラジエータ側の水路)とが分離されている。この回路で熱交換器5等が最大の能力を発揮するように、冷却装置1が設計される(図8の1行目を参照)。
モードM1で動作する場合には、上記車両は、中外気温(20℃度)の環境下で、高速走行をし(Vmax)、熱交換器7の放熱性能が原動機3の放熱要求に対し、十分であり、熱交換器5での吸気2の冷却要求度が大きく、原動機3の放熱量にやや余裕がある。熱交換器5は、原動機3の要求放熱量に余裕があり、高温水路(原動機3やメインラジエータ7)側の冷却水を、熱交換器5での冷却水として使えるので、吸気2の温度を下げることができ、上記車両における燃費の向上が見込める(図8の2行目を参照)。
モードM2で動作する場合には、上記車両は、比較的低外気温(10℃程度)の環境下で、高速走行をし(Vmax)、熱交換器7の放熱性能が原動機3の放熱要求に対し、過剰気味となっている。モードM2では、熱交換器5は、原動機3の要求放熱量に更に余裕がある場合、吸気2と高温水路側の冷却水との温度差がとれるので、高温水路側の冷却水を、熱交換器5での冷却水としてさらに多く使え、上記車両における燃費の向上が見込める(図8の3行目を参照)。
モードM3で動作する場合には、上記車両は、低外気温(0℃程度)の環境下で、高速走行をし(Vmax)、熱交換器7の放熱性能が原動機3の放熱要求に対し、過剰となっている。モードM3では、モードM2の場合と同様に、高温水路側の冷却水を、熱交換器5での冷却水としてさらに多く使え、上記車両における燃費の向上が見込める(図8の4行目を参照)。
また、モードM5で動作する場合には、原動機3が暖気運転中であり、上記車両は加速中であり、原動機3は暖めたいが、熱交換器5での吸気2の冷却要求度が大きくなっている。この場合、メインラジエータ7には、冷却水を流さず、原動機3ら出てきた冷却水のみを熱交換器5の総ての熱交換部13に流すので、吸気2の熱を冷却水で回収することができ、熱交換器5による原動機3の促暖が可能になる(図8の5行目を参照)。また、高温側回路のLLC温度が上昇していった場合(暖機が完了した場合)、吸気温2を冷却するために、Eng吸気温度(CAC出口空気温度)が最適な値になるように上述した閾値(CAC吸気温度、Eng出口LLC温度、SubRad出口LLC温度等によって変化し、Eng吸気温度(CAC出口空気温度)が最適な値になるように制御される閾値)を使い、モードM1、モードM2、モードM3、モードM4の中から選択して制御される。
また、モードM5で動作する場合には、吸気2の水分により、熱交換器5が結露したり氷結するおそれがある。しかし、原動機3ら出てきた冷却水のみを熱交換器5の総ての熱交換部13に流すので、熱交換器5が結露したり氷結するおそれを無くすことができる。
次に、冷却装置1の動作の変形例を説明する。
冷却装置1の制御部11は、各熱交換部吸気温度センサ23のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気2の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも高いか否かを判断する。
続いて、各熱交換部吸気温度センサ23のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気2の温度が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも高いときには、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも高い温度を検出した熱交換部吸気温度センサ23のうちで吸気の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度センサ23で検出した吸気2の温度と、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度との差をもとめ、この差の値が所定の閾値(たとえば2℃程度の差)よりも小さいか否かを判断する。
続いて、上記差の値が所定の閾値よりも小さいときには(僅かな差であるときには)、各熱交換部13での吸気2の冷却効率を高めるために、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも高い温度を検出した熱交換部吸気温度センサ23のうちで吸気2の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度センサ23で温度が検出された吸気2が入る(吸気が直ちに直接入る)熱交換部13を除き、この熱交換部13よりも吸気2の流れ方向で上流側に位置している総ての熱交換部13に、メインラジエータ7を流れる冷却水を流すとともに、残りの熱交換部13に、サブラジエータ9を流れる冷却水を流す。
なお、上記差の値が所定の閾値よりも大きいときには、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度よりも高い温度を検出した熱交換部吸気温度センサ23のうちで吸気の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度センサ23で温度が検出された吸気2が入る(吸気が直ちに直接入る)熱交換部13を含み、この熱交換部13よりも吸気2の流れ方向で上流側に位置している総ての熱交換部13に、メインラジエータ7を流れる冷却水を流すとともに、残りの熱交換部13には、サブラジエータ9を流れる冷却水を流す。
例を掲げて説明すると、図3に示すステップS25で、熱交換部吸気温度センサ23Bで検出した吸気2の温度Ta_2が、原動機冷却水温度センサ21で検出した冷却水の温度Te_outよりも高いと判断したときには、吸気2の温度Ta_2と冷却水の温度Te_outtの差が2℃以内であるか否かを判断する。
吸気2の温度Ta_2と冷却水の温度Te_outtの差が2℃以内であるときには、第2の制御弁19Bを閉じ他の制御弁19を開いて、第1の熱交換部13Aに原動機3から出てきた冷却水を流し、第2の熱交換部13Bと第3の熱交換部13Cと第4の熱交換部13Dにサブラジエータ9から出てきた冷却水を流す(図3で示すモードM1の動作をする)。
一方、吸気2の温度Ta_2と冷却水の温度Te_outtの差が2℃以内であるときには、図4で示すモードM2の動作をする。
変形例の動作をすることで、温度の低い冷却水を用いることになり、熱交換器5の各熱交換部13での吸気2の冷却効率を一層高めることができる。
ところで、吸気2として、ターボチャージャもしくはスーパーチャージャで圧縮された空気が例として掲げられるが、吸気2が、EGR(排気再循環)によって原動機に供給される給気であってもよいし、EGRによって原動機3に供給される給気を含んでいる空気であってもよいし、その他の気体であってもよい。
また、上記説明では、熱交換部13が4つ設けられているが、熱交換部13が2つもしくは3つもしくは5つ以上の複数設けられていてもよい。
熱交換部13が2つ設けられている態様では、図9、図10、図11に矢印で示すような冷却水の流れが発生する。図9で冷却水の流れは、上述したモードM1、M2、M3での冷却水の流れに対応する。図10で冷却水の流れは、上述したモードM4での冷却水の流れに対応する。図11で冷却水の流れは、上述したモードM5での冷却水の流れに対応する。
1 冷却装置
13、13A、13B、13C、13D 熱交換部
5 熱交換器
7 第1の放熱器(メインラジエータ)
9 第2の放熱器(サブラジエータ)
11 制御部
19、19A、19B、19C、19D、19E、19F 制御弁
Te_out 原動機の液媒体出口における液媒体の温度
Ta_1、Ta_2、Ta_3 熱交換器における吸気の温度
27 液媒体流路
21 原動機液媒体温度検出部(原動機冷却水温度センサ)
23 熱交換部吸気温度検出部(熱交換部吸気温度センサ)
25 第2の放熱器液媒体温度検出部(サブラジエータ冷却水温度センサ)
13、13A、13B、13C、13D 熱交換部
5 熱交換器
7 第1の放熱器(メインラジエータ)
9 第2の放熱器(サブラジエータ)
11 制御部
19、19A、19B、19C、19D、19E、19F 制御弁
Te_out 原動機の液媒体出口における液媒体の温度
Ta_1、Ta_2、Ta_3 熱交換器における吸気の温度
27 液媒体流路
21 原動機液媒体温度検出部(原動機冷却水温度センサ)
23 熱交換部吸気温度検出部(熱交換部吸気温度センサ)
25 第2の放熱器液媒体温度検出部(サブラジエータ冷却水温度センサ)
Claims (12)
- 複数の熱交換部を備えて構成されており、原動機への吸気を冷却する熱交換器と、
第1の放熱器と、
第2の放熱器と、
前記熱交換器の各熱交換部のそれぞれに流す液媒体として、前記第1の放熱器を流れる液媒体、前記第2の放熱器を流れる液媒体のいずれかを選択する制御部と、
を有することを特徴とする冷却装置。 - 請求項1に記載の冷却装置において、
前記熱交換器の熱交換部における液媒体の出口側の液媒体の流路、入口側の液媒体の流路の少なくともいずれかを開閉する制御弁を有し、
前記制御部は、前記制御弁を開閉することで前記選択をするように構成されていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項2に記載の冷却装置において、
前記制御弁が、前記熱交換器の熱交換部における液媒体の入口側の液媒体の流路を開閉することを特徴とする冷却装置。 - 請求項2または請求項3のいずれか1項に記載の冷却装置において、
前記制御部は、前記原動機の液媒体出口もしくはこの液媒体出口の近くにおける液媒体の温度、前記熱交換器における吸気の温度の少なくともいずれかに応じて、前記制御弁を開閉するように構成されていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項4に記載の冷却装置において、
前記熱交換器における吸気の温度は、前記熱交換部に入る前の吸気の温度、前記熱交換部を通過した吸気の温度の少なくともいずれかであることを特徴とする冷却装置。 - 複数の熱交換部を備えて構成されており、原動機への吸気を冷却する熱交換器と、
第1の放熱器と、
第2の放熱器と、
前記原動機と前記熱交換器の各熱交換部と前記第1の放熱器と前記第2の放熱器とをつないでいる液媒体流路と、
前記原動機の液媒体出口もしくはこの液媒体出口の近くにおける液媒体の温度を検出する原動機液媒体温度検出部と、
前記熱交換器の各熱交換部に入る前の吸気の温度を検出する複数の熱交換部吸気温度検出部と、
前記液媒体流路に設けられ、開閉することで、前記熱交換器の複数の熱交換部のうちで吸気の流れ方向の上流側に位置している熱交換部に前記第1の放熱器を流れる液媒体を流し吸気の流れ方向の下流側に位置している残りの熱交換部に前記第2の放熱器を流れる液媒体を流すか、もしくは、前記熱交換器の総ての熱交換部に前記第1の放熱器を流れる液媒体を流すか、もしくは、前記熱交換器の総ての熱交換部に前記第2の放熱器を流れる液媒体を流す複数の制御弁と、
前記原動機液媒体温度検出部が検出した液媒体の温度と、前記熱交換部吸気温度検出部が検出した吸気の温度とに応じて、前記制御弁を制御し、前記各熱交換部のそれぞれに流す液媒体を選択する制御部と、
を有することを特徴とする熱交換器。 - 請求項6に記載の熱交換器において、
前記制御部は、
前記各熱交換部吸気温度検出部のうちで前記原動機への吸気の流れ方向で最も上流側に位置している熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度が、前記液媒体の沸騰温度よりも高いときには、前記第2の放熱器を流れてきた液媒体を、前記熱交換器の総ての放熱部に流すように構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項6または請求項7に記載の熱交換器において、
前記第2の放熱器の液媒体出口もしくはこの液媒体出口の近くにおける液媒体の温度を検出する第2の放熱器液媒体温度検出部を有し、
前記制御部は、
前記各熱交換部吸気温度検出部のうちで吸気の流れ方向で最も上流側に位置している熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度が、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも低いときには、前記第2の放熱器液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度が、吸気の結露もしくは結氷温度よりも低いか否かを判断し、
前記第2の放熱器液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度が、吸気の結露もしくは結氷温度よりも低いときには、前記原動機を出てきた液媒体を、前記熱交換器の総ての放熱部に流し、
前記第2の放熱器液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度が、吸気の結露もしくは結氷温度よりも高いときには、前記第2の放熱器を流れてきた液媒体を、前記熱交換器の総ての放熱部に流すように構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の熱交換器において、
前記制御部は、
前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度が、前記原動機の暖気運転が必要な温度よりも低いか否かを判断し、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度が前記原動機の暖気運転が必要な温度よりも低いときには、前記原動機を出てきた液媒体を、前記熱交換器の総ての放熱部に流すように構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項6〜請求項9のいずれか1項に記載の熱交換器において、
前記制御部は、
前記制御部は、前記原動機の要求放熱量が前記熱交換器の要求放熱量よりも多いか否かを判断し、前記原動機の要求放熱量が前記熱交換器の要求放熱量よりも多いときには、前記第2の放熱器を流れてきた液媒体を、前記熱交換器の総ての放熱部に流すように構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項6〜請求項10のいずれか1項に記載の熱交換器において、
前記制御部は、
前記各熱交換部吸気温度検出部のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度が、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高いか否かを判断し、
前記各熱交換部吸気温度検出部のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度が、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高いときには、
前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高い温度を検出した前記熱交換部吸気温度検出部のうちで吸気の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度検出部で温度が検出された吸気が入る熱交換部を含み、この熱交換部よりも吸気の流れ方向で上流側に位置している熱交換部に、前記第1の放熱器を流れる液媒体を流すとともに、残りの熱交換部に、前記第2の放熱器を流れる液媒体を流すように構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項6〜請求項10のいずれか1項に記載の熱交換器において、
前記制御部は、
前記各熱交換部吸気温度検出部のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度が、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高いか否かを判断し、
前記各熱交換部吸気温度検出部のうちの少なくとも1つの熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度が、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高いときには、
前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高い温度を検出した前記熱交換部吸気温度検出部のうちで吸気の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度検出部で検出した吸気の温度と、前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度との差をもとめ、この差の値が所定の閾値よりも小さいか否かを判断し、
前記差の値が所定の閾値よりも小さいときには、
前記原動機液媒体温度検出部で検出した液媒体の温度よりも高い温度を検出した前記熱交換部吸気温度検出部のうちで吸気の流れ方向で最も下流側に位置している1の熱交換部吸気温度検出部で温度が検出された吸気が入る熱交換部を除き、この熱交換部よりも吸気の流れ方向で上流側に位置している熱交換部に、前記第1の放熱器を流れる液媒体を流すとともに、残りの熱交換部に、前記第2の放熱器を流れる液媒体を流すように構成されていることを特徴とする熱交換器。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230072937A (ko) * | 2021-11-18 | 2023-05-25 | 현대모비스 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 |
-
2017
- 2017-02-27 JP JP2017034545A patent/JP2018141373A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20230072937A (ko) * | 2021-11-18 | 2023-05-25 | 현대모비스 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 |
KR102585300B1 (ko) * | 2021-11-18 | 2023-10-05 | 현대모비스 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 |
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