JP2019132197A - Control device of engine cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンを冷却するエンジン冷却系の制御装置に関する。 The present invention relates to an engine cooling system control apparatus for cooling an engine.
エンジンを搭載した車両には、エンジンを冷却するエンジン冷却系が設けられている。 A vehicle equipped with an engine is provided with an engine cooling system for cooling the engine.
エンジン冷却系では、ウォータポンプの作動により、冷却水がエンジンを流通する。冷却水がエンジンを流通することにより、冷却水とエンジンとの間で熱交換が行われて、エンジンが冷却される。エンジンを通過した冷却水は、ラジエータに向けて流れる。 In the engine cooling system, the cooling water flows through the engine by the operation of the water pump. As the cooling water flows through the engine, heat exchange is performed between the cooling water and the engine, thereby cooling the engine. The cooling water that has passed through the engine flows toward the radiator.
エンジンからラジエータに向かう冷却水の一部は、車室内の空調のためのヒータコアを流通し、サーモスタットバルブでラジエータからウォータポンプに向けて流れる冷却水に合流する。サーモスタットバルブは、冷却水の温度が所定温度以下のときに、ラジエータからウォータポンプに向かう冷却水の流通を阻止する。これにより、冷却水の温度が所定温度以下のときには、冷却水は、ラジエータを流通せずに、エンジンとヒータコアとの間で循環する。 Part of the cooling water from the engine to the radiator flows through the heater core for air conditioning in the passenger compartment, and merges with the cooling water flowing from the radiator to the water pump by the thermostat valve. The thermostat valve blocks the flow of the cooling water from the radiator to the water pump when the temperature of the cooling water is equal to or lower than a predetermined temperature. Thereby, when the temperature of the cooling water is equal to or lower than the predetermined temperature, the cooling water circulates between the engine and the heater core without passing through the radiator.
冷却水の温度が所定温度を上回ると、サーモスタットバルブの切り替わりにより、冷却水がラジエータを流通する。車両の走行中は、走行風がラジエータのフィン間を通過し、ラジエータを流通する冷却水が走行風によって冷却される。また、ラジエータに対向して、ラジエータに風を送るラジエータファンが設けられている。車両の停車中は、走行風がないので、必要に応じてラジエータファンが駆動されて、ラジエータファンからの送風がラジエータのフィン間を通過し、ラジエータを流通する冷却水が送風によって冷却される。これにより、エンジン通過後の冷却水の水温が一定の水温(たとえば、約90℃)に保たれる。 When the temperature of the cooling water exceeds a predetermined temperature, the cooling water flows through the radiator by switching the thermostat valve. While the vehicle is traveling, the traveling wind passes between the fins of the radiator, and the cooling water flowing through the radiator is cooled by the traveling wind. A radiator fan that sends air to the radiator is provided opposite to the radiator. Since there is no running wind while the vehicle is stopped, the radiator fan is driven as necessary, the air blown from the radiator fan passes between the fins of the radiator, and the cooling water flowing through the radiator is cooled by the air blow. Thereby, the water temperature of the cooling water after passing through the engine is kept at a constant water temperature (for example, about 90 ° C.).
このように、従来のエンジン冷却系では、エンジン通過後の冷却水の水温を一定に保つ制御が行われており、その水温を積極的に変更する制御は行われていない。 Thus, in the conventional engine cooling system, control for keeping the coolant temperature constant after passing through the engine is performed, and control for actively changing the coolant temperature is not performed.
本発明の目的は、冷却水などの冷媒の温度を適切に変更することができる、エンジン冷却系の制御装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the control apparatus of an engine cooling system which can change the temperature of refrigerant | coolants, such as cooling water, appropriately.
前記の目的を達成するため、本発明に係るエンジン冷却系の制御装置は、ウォータポンプの作動によりエンジンとラジエータとの間で冷媒を循環させて、エンジンを冷却するエンジン冷却系に用いられる制御装置であって、冷媒の温度の設定を通常温度からエンジンの動作状態に応じて変更する設定変更手段と、冷媒の温度を通常温度と設定変更手段による変更後の温度との間で変更するために、ウォータポンプによる冷媒の流量を制御する流量制御手段とを含む。 In order to achieve the above object, a control device for an engine cooling system according to the present invention is used in an engine cooling system for cooling an engine by circulating a refrigerant between an engine and a radiator by operation of a water pump. In order to change the setting of the refrigerant temperature between the normal temperature and the temperature after the change by the setting changing means, the setting changing means for changing the setting of the refrigerant temperature from the normal temperature according to the operating state of the engine And a flow rate control means for controlling the flow rate of the refrigerant by the water pump.
この構成によれば、ウォータポンプが作動すると、エンジンとラジエータとの間で冷媒が循環する。エンジンと冷媒との間での熱交換によりエンジンが冷却され、ラジエータと冷媒との間での熱交換により冷媒が冷却される。通常は、冷媒の温度が通常温度に設定され、エンジンの動作状態に応じて、その設定が通常温度から変更される。冷媒の温度の設定が変更された場合には、冷媒の温度を通常温度と変更後の温度との間で変更するために、ウォータポンプによる冷媒の流量が制御される。 According to this configuration, when the water pump operates, the refrigerant circulates between the engine and the radiator. The engine is cooled by heat exchange between the engine and the refrigerant, and the refrigerant is cooled by heat exchange between the radiator and the refrigerant. Usually, the temperature of the refrigerant is set to the normal temperature, and the setting is changed from the normal temperature according to the operating state of the engine. When the setting of the refrigerant temperature is changed, the refrigerant flow rate by the water pump is controlled in order to change the refrigerant temperature between the normal temperature and the changed temperature.
たとえば、エンジンの低回転および軽負荷時に、冷媒の温度の設定を通常温度から高温に引き上げて、冷媒の温度がその高温に近づくようにウォータポンプによる冷媒の流量が制御されることにより、その温度上昇でエンジン冷却水に逃げる熱量を減らす、つまり熱損失を減らすことで、燃焼により発生する熱を有効に使うことができる。その結果、エンジンの低回転および軽負荷時の熱効率を向上させることができる。 For example, when the engine is running at low speed and light load, the coolant temperature is raised from the normal temperature to a high temperature, and the coolant flow rate is controlled by the water pump so that the coolant temperature approaches that temperature. By reducing the amount of heat that escapes to the engine coolant when rising, that is, by reducing heat loss, the heat generated by combustion can be used effectively. As a result, it is possible to improve the thermal efficiency at low engine speed and light load.
本発明によれば、冷却水などの冷媒の温度を適切に変更することができる。 According to the present invention, the temperature of a coolant such as cooling water can be changed appropriately.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<エンジン冷却系の構成>
図1および図2は、本発明の一実施形態に係る車両1のエンジン冷却系21の構成を図解的に示す図である。
<Engine cooling system configuration>
1 and 2 are diagrams schematically showing the configuration of an
車両1は、エンジン11を駆動源として搭載した自動車である。エンジン11は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。
The
エンジン11には、EGR(Exhaust Gas Recirculation)システムが採用されている。EGRシステムは、エンジン11から排出される排ガスの一部をエンジン11に還流させるシステムである。EGRシステムには、排ガスを流通させるEGR通路およびそのEGR通路を流通する排ガスの流量を調節するためのEGRバルブが含まれる。また、EGRシステムには、EGR通路を流通する排ガスを冷却するためのEGRクーラ12が含まれる。
The
エンジン11に付随して、電子制御スロットル13が設けられている。エンジン11がガソリンエンジンである場合、電子制御スロットル13は、エンジン11の燃焼室への吸気量を調節するために設けられている。エンジン11がディーゼルエンジンである場合、電子制御スロットル13は、EGRバルブと協働して、エンジン11に還流される排ガスの流量を調節するために設けられている。
An
車両1では、変速機として、ベルト式のCVT(Continuously Variable Transmission:無段変速機)14が採用されている。CVT14は、デファレンシャルギヤとともにケース内に収容されて、トランスアクスルを構成している。このトランスアクスルには、トランスアクスルで使用されるオイルを冷却するためのオイルクーラ(O/C)15が設けられている。エンジン11の動力は、CVT14を介してデファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の駆動輪に分配されて伝達される。
The
車両1には、エンジン11を冷却するエンジン冷却系21が設けられている。
The
エンジン冷却系21は、ウォータポンプ(W/P)22およびラジエータ23を含む。ウォータポンプ22は、電動ウォータポンプである。ラジエータ23は、ラジエータ入口24およびラジエータ出口25を有している。ラジエータ23内には、複数のラジエータ内流路が形成されており、ラジエータ入口24とラジエータ出口25とは、その複数のラジエータ内流路を介して互いに連通している。
The
エンジン11には、冷却水が流通する流路であるウォータジャケット(WJ)が形成されている。ウォータジャケットは、その一端にWJ入口26を有し、他端にWJ出口27を有している。
The
WJ入口26には、低温流路28の一端が接続されている。低温流路28の他端は、ラジエータ出口25に接続されている。低温流路28の途中部には、第1サーモスタットバルブ29が介装されている。ウォータポンプ22は、低温流路28の途中部であって、エンジン11のWJ入口26と第1サーモスタットバルブ29との間に介装されている。
One end of a low-
WJ出口27には、高温流路31の一端が接続されている。高温流路31の途中部には、第1分岐路32の一端側の端部が分岐して接続されている。第1分岐路32は、EGRクーラ12および電子制御スロットル13を高温流路31側からこの順に経由している。第1分岐路32の他端は、第1サーモスタットバルブ29に接続されている。
One end of the
また、高温流路31の途中部には、第1分岐路32の接続部分とラジエータ23のラジエータ入口24との間に、第2分岐路33の一端側の端部が分岐して接続されている。第2分岐路33の他端は、第2サーモスタットバルブ34に接続されている。
In addition, an end portion of one end side of the
第2サーモスタットバルブ34には、第3分岐路35および第4分岐路36の各一端がさらに接続されている。第3分岐路35は、車室内を空調するエアコンディショナのヒータコア37を経由している。第3分岐路35の他端側の端部は、第1分岐路32の途中部であって、電子制御スロットル13と第1サーモスタットバルブ29との間に分岐して接続されている。第4分岐路36は、オイルクーラ15を経由している。第4分岐路36の他端側の端部は、第1分岐路32の途中部であって、電子制御スロットル13と第1サーモスタットバルブ29との間に分岐して接続されている。
Each end of the
ウォータポンプ22が駆動されると、低温流路28からWJ入口26を介してエンジン11のウォータジャケットに冷却水が流入し、ウォータジャケットを流通した冷却水がWJ出口27から高温流路31に流出する。冷却水がウォータジャケットを流通することにより、冷却水とエンジン11との間で熱交換が行われて、エンジン11が冷却され、冷却水が昇温する。
When the
高温流路31を流れる冷却水の一部は、高温流路31から第1分岐路32に分流する。第1分岐路32を流れる冷却水は、EGRクーラ12および電子制御スロットル13をこの順に経由した後、第1サーモスタットバルブ29を介して低温流路28に流入し、低温流路28をウォータポンプ22に向けて流れる。冷却水がEGRクーラ12を経由することにより、冷却水とEGRクーラ12(EGR通路を流通する排ガス)と間で熱交換が行われて、EGRクーラ12が冷却され、冷却水が昇温する。また、冷却水が電子制御スロットル13を経由することにより、電子制御スロットル13が冷却水から受熱し、電子制御スロットル13が加温される。
A part of the cooling water flowing through the
エンジン11のWJ出口27から流出する冷却水の温度(水温)が所定の第1サーモ設定温度以下であるときには、第1サーモスタットバルブ29の機能により、第1サーモスタットバルブ29と低温流路28のラジエータ23側とが遮断されている。そのため、図1に白抜き矢印で示されるように、エンジン11のWJ出口27から高温流路31に流出する冷却水は、ラジエータ23を流れず、第1分岐路32および第2分岐路33に分かれて流れる。
When the temperature (water temperature) of the cooling water flowing out from the
冷却水の温度が所定の第2サーモ設定温度以下であるときには、第2サーモスタットバルブ34の機能により、第2サーモスタットバルブ34と第4分岐路36とが遮断されている。そのため、第2分岐路33を流れる冷却水は、第2サーモスタットバルブ34から第3分岐路35に流入し、第3分岐路35を第1分岐路32に向けて流れる。第3分岐路35を流れる冷却水は、その途中でヒータコア37を経由する。冷却水がヒータコア37を経由することにより、冷却水とヒータコア37との間で熱交換が行われて、ヒータコア37が加温され、冷却水が降温する。そして、ヒータコア37を通過した冷却水は、第1分岐路32に流入し、第1分岐路32を流れる冷却水に合流する。
When the temperature of the cooling water is equal to or lower than a predetermined second thermoset temperature, the function of the
冷却水の温度が第2サーモ設定温度よりも高温に昇温すると、第2サーモスタットバルブ34の状態が切り替わり、図2に白抜き矢印で示されるように、第2分岐路33から第2サーモスタットバルブ34に流入する冷却水が第2サーモスタットバルブ34から第3分岐路35および第4分岐路36に分かれて流れる。第4分岐路36を冷却水が流れることにより、その冷却水がオイルクーラ15を経由し、冷却水とオイルクーラ15との間で熱交換が行われて、オイルクーラ15が冷却され、冷却水が昇温する。第4分岐路36を流れる冷却水は、オイルクーラ15を通過した後、第1分岐路32に流入し、第1分岐路32を流れる冷却水に合流する。
When the temperature of the cooling water is raised to a temperature higher than the second thermostatic setting temperature, the state of the
第1分岐路32を流れる冷却水は、第1サーモスタットバルブ29を介して、低温流路28に流入する。これにより、冷却水の温度が第1サーモ設定温度以下の状態では、冷却水がラジエータ23を流れずにエンジン11を流通する。そのため、冷却水の温度が速やかに上昇する。
Cooling water flowing through the
冷却水の温度が第1サーモ設定温度よりも高温に昇温すると、第1サーモスタットバルブ29の状態が切り替わり、低温流路28のラジエータ23側から第1サーモスタットバルブ29に冷却水が流入する。これにより、高温流路31を流れる冷却水の一部がラジエータ入口24からラジエータ内流路に流入する。ラジエータ内流路に流入した冷却水は、ラジエータ内流路を通過した後、ラジエータ内流路からラジエータ出口25を介して低温流路28に流出し、低温流路28をエンジン11に向けて流れる。
When the temperature of the cooling water rises to a temperature higher than the first thermosetting temperature, the state of the
ラジエータ23に対向して、ラジエータファン38が設けられており、車両1の停車時には、各ラジエータ内流路を流通する冷却水がラジエータファン38からの送風により冷却される。車両1の走行時は、ラジエータファン38が作動していなくても、各ラジエータ内流路を流通する冷却水が走行風により冷却される。
A
また、ラジエータ23には、調圧弁41を介して、リザーブタンク(R/T)42が接続されている。ラジエータ23内の圧力が上昇すると、調圧弁41の主圧弁が開いて、ラジエータ23内の冷却水がリザーブタンク42に流入して貯留される。ラジエータ23内の圧力が低下すると、調圧弁41の負圧弁が開いて、リザーブタンク42内の冷却水がラジエータ23内に供給される。
In addition, a reserve tank (R / T) 42 is connected to the
<車両の制御系>
図3は、車両1の制御系の構成(電気的構成)を示すブロック図である。
<Vehicle control system>
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration (electrical configuration) of the control system of the
車両1には、マイコンを含む構成のECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)が備えられている。図1には、エンジン11およびエンジン冷却系21を制御するための1つのECU51のみが示されているが、車両1には、各部を制御するため、複数のECUが搭載されている。ECU51を含む複数のECUは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。
The
ECU51には、制御に必要な各種センサが接続されている。その一例として、ECU51には、運転者により操作されるアクセルペダル(図示せず)の操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ52と、エンジン11の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサ53と、エンジン11のWJ出口27から流出する冷却水の温度に応じた検出信号を出力する温度センサ54とが接続されている。
Various sensors necessary for control are connected to the
ECU51では、アクセルセンサ52から入力される信号に基づいて、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合、つまりアクセルペダルが踏み込まれていないときを0%とし、アクセルペダルが最大に踏み込まれたときを100%とする百分率であるアクセル開度が演算される。また、ECU51では、エンジン回転センサ53の検出信号からエンジン回転数が演算される。さらに、ECU51では、温度センサ54の検出信号から、エンジン11のWJ出口27から流出する冷却水の温度が取得される。
The
ECU51は、各種センサの検出信号から取得した情報および/または他のECUから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン11、エンジン冷却系21のウォータポンプ22およびラジエータファン38などを制御する。
The
<冷却水の温度制御>
図4は、燃費率等高線、トルク特性線および冷却水の温度設定に用いられる閾値曲線を示す図である。
<Cooling water temperature control>
FIG. 4 is a diagram showing a fuel efficiency ratio contour line, a torque characteristic line, and a threshold curve used for temperature setting of cooling water.
燃費率等高線は、等燃費率におけるエンジン回転数とエンジントルクの位置をプロットした等高線である。等高線の中心に近いほど、燃費率(燃料消費率)が良好である。 The fuel consumption rate contour is a contour plotting the engine speed and the position of the engine torque at the constant fuel consumption rate. The closer to the center of the contour line, the better the fuel consumption rate (fuel consumption rate).
トルク特性線は、アクセル開度が全開状態でのエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す曲線である。 The torque characteristic line is a curve showing the relationship between the engine speed and the engine torque when the accelerator opening is fully open.
第1閾値曲線は、エンジン11が高回転および重負荷である領域(高回転・重負荷領域)と中回転および中負荷である領域(中回転・中負荷領域)との境界を示す曲線である。第2閾値曲線は、エンジン11の中回転・中負荷領域と低回転および軽負荷である領域(低回転・軽負荷領域)との境界を示す曲線である。
The first threshold curve is a curve showing a boundary between a region (high rotation / heavy load region) where the
ECU51は、アクセルセンサ52の検出信号からアクセル開度を取得し、また、エンジン回転センサ53の検出信号からエンジン回転数を取得して、そのアクセル開度およびエンジン回転数からエンジントルクを推定する。
The
そして、エンジン回転数およびエンジントルクがエンジン11の高回転・重負荷領域に含まれる場合、ECU51は、エンジン冷却系21の冷却水の温度を第1温度T1(たとえば、90℃)に設定し、温度センサ54の検出信号から取得される冷却水の温度がその設定温度(温度目標)に近づくように、ウォータポンプ22の能力(流量)を制御する。また、エンジン回転数およびエンジントルクがエンジン11の中回転・中負荷領域に含まれる場合、ECU51は、冷却水の水温を第1温度T1よりも高い第2温度T2(たとえば、95℃)に設定し、温度センサ54の検出信号から取得される冷却水の温度がその設定温度に近づくように、ウォータポンプ22の能力を制御する。さらにまた、エンジン回転数およびエンジントルクがエンジン11の低回転・低負荷領域に含まれる場合、ECU51は、冷却水の水温を第2温度T2よりもさらに高い第3温度T3(たとえば、100℃)に設定し、温度センサ54の検出信号から取得される冷却水の温度がその設定温度に近づくように、ウォータポンプ22の能力を制御する。
When the engine speed and the engine torque are included in the high rotation / heavy load region of the
<作用効果>
以上のように、ウォータポンプ22が作動すると、エンジン11とラジエータ23との間で冷却水が循環する。エンジン11と冷却水との間での熱交換によりエンジン11が冷却され、ラジエータ23と冷却水との間での熱交換により冷却水が冷却される。通常は、冷却水の温度が第2温度T2に設定され、エンジン11の動作状態に応じて、その設定が第2温度T2から変更される。冷却水の温度の設定が変更された場合には、冷却水の温度を通常温度と変更後の温度との間で変更するために、ウォータポンプ22による冷却水の流量が制御される。
<Effect>
As described above, when the
エンジン11の低回転および軽負荷時には、冷却水の温度の設定が第2温度T2からそれよりも高温の第3温度T3に引き上げられて、冷却水の温度がその第3温度T3に近づくようにウォータポンプ22による冷却水の流量が制御される。これにより、エンジン11の低回転および軽負荷時に、エンジン11のシリンダなどに逃げる熱量を減らす、つまり熱損失を減らすことで、燃焼により発生した熱を有効に使うことができる。その結果、エンジン11の低回転および軽負荷時の熱効率を向上させることができる。
When the
<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
<Modification>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
たとえば、冷却水は、水に限らず、水とエチレングリコールなどとの混合液、水または混合液に添加剤を加えたものであってもよい。また、エンジン冷却系21で使用される冷媒は、冷却水に限らず、オイルであってもよい。
For example, the cooling water is not limited to water, and may be a mixture of water and ethylene glycol, water or a mixture of additives. Further, the refrigerant used in the
また、前述の実施形態では、エンジン11およびCVT14を搭載した車両1を取り上げたが、本発明に係る制御装置は、そのような車両1に限らず、有段式の自動変速機(AT:Automatic Transmission)または動力分割式無段変速機を搭載した車両に用いることもできる。動力分割式無段変速機は、たとえば、変速比の変更により動力を無段階に変速する無段変速機構を備え、インプット軸とアウトプット軸との間で動力を2つの経路で分割して伝達可能な変速機である。また、本発明に係る制御装置は、エンジンおよび駆動モータを搭載したハイブリッド車に用いることもできる。ハイブリッドシステムの方式は、シリーズ方式、パラレル方式またはスプリット方式(シリーズ・パラレル方式)のいずれであるかを問わない。
In the above-described embodiment, the
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.
11:エンジン
21:エンジン冷却系
22:ウォータポンプ
23:ラジエータ
51:ECU(制御装置、設定変更手段、流量制御手段)
11: Engine 21: Engine cooling system 22: Water pump 23: Radiator 51: ECU (control device, setting change means, flow rate control means)
Claims (1)
前記冷媒の温度の設定を通常温度から前記エンジンの動作状態に応じて変更する設定変更手段と、
前記冷媒の温度を前記通常温度と前記設定変更手段による変更後の温度との間で変更するために、前記ウォータポンプによる冷媒の流量を制御する流量制御手段とを含む、エンジン冷却系の制御装置。 A control device used for an engine cooling system for cooling the engine by circulating a refrigerant between the engine and a radiator by operation of a water pump,
Setting changing means for changing the setting of the temperature of the refrigerant from the normal temperature according to the operating state of the engine;
A control device for an engine cooling system, comprising: a flow rate control means for controlling a flow rate of the refrigerant by the water pump in order to change the temperature of the refrigerant between the normal temperature and the temperature after the change by the setting change means. .
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