JP2024018066A - 内燃機関の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を自動停止しても冷却水と潤滑油の温度差を小さくできる内燃機関の冷却システムを提供する。【解決手段】内燃機関の冷却システムは、自動停止及び自動再始動が可能な内燃機関と、前記内燃機関の駆動中に駆動し前記内燃機関に冷却水を循環させるとともに、前記内燃機関の自動停止に応じ駆動を停止する電動ポンプと、前記冷却水の温度を取得する水温取得手段と、前記内燃機関に循環する潤滑油の温度を取得する油温取得手段と、前記電動ポンプの運転を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が予め定められた第１温度以上となった場合に、前記電動ポンプの運転を開始する。【選択図】 図３

Description

本開示は、内燃機関の冷却システムに関する。

特許文献１には、内燃機関の過給機を冷却する冷却水の循環経路に介装され、冷却水を圧送する電動ポンプと、アイドリングストップによる内燃機関停止状態とアイドリングストップによらない内燃機関停止状態とを検出する検出部と、検出部の検出結果に応じて内燃機関停止状態における電動ポンプの仕事量を制御する制御部と、を備えた内燃機関の冷却システムが開示されている。かかる内燃機関の冷却システムは、アイドリングステップによる内燃機関停止状態での仕事量をアイドリングストップによらない内燃機関停止状態での仕事量よりも小さくする。

特開２０１７－３１８７１号公報

ところで、内燃機関を停止すると、潤滑油の温度は冷却水の温度に比べ緩慢に低下する。そのため、内燃機関を停止すると、冷却水と潤滑油の温度差が大きくなる。この冷却水と潤滑油との温度差は、様々な制御に影響を及ぼす。例えば、冷却水の温度に基づいて内燃機関のフリクショントルクを算出する際、内燃機関を再始動する際に冷却水の温度に基づいて内燃機関のフリクショントルクを算出しても実際のフリクショントルクと大きなズレがある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、内燃機関を自動停止しても冷却水と潤滑油の温度差を小さくできる内燃機関の冷却システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の冷却システムは、自動停止及び自動再始動が可能な内燃機関と、前記内燃機関の駆動中に駆動し前記内燃機関に冷却水を循環させるとともに、前記内燃機関の自動停止に応じ駆動を停止する電動ポンプと、前記冷却水の温度を取得する水温取得手段と、前記内燃機関に循環する潤滑油の温度を取得する油温取得手段と、前記電動ポンプの運転を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が予め定められた第１温度以上となった場合に、前記電動ポンプの運転を開始する。

上記（１）の構成によれば、内燃機関の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差が予め定められた第１温度以上となった場合に、電動ポンプの運転を開始するので、冷却水と潤滑油との間で熱交換が行われ、冷却水と潤滑油の温度差を第１温度未満とすることができる。これにより、内燃機関を自動停止しても冷却水と潤滑油の温度差を小さくできる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が前記第１温度以上、かつ前記冷却水の温度が予め定められた第２温度未満となった場合に、前記電動ポンプの運転を開始する。

上記（２）の構成によれば、内燃機関の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差が第１温度以上、かつ冷却水の温度が予め定められた第２温度未満となった場合に、電動ポンプの運転を開始するので、冷却水と潤滑油との間の熱交換が促進され、冷却水の温度を第２温度以上に維持できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記内燃機関の再始動を予測する予測部を有し、前記制御装置は、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が前記第１温度以上、かつ前記内燃機関の再始動が予測された場合に、前記電動ポンプの運転を開始する。

上記（３）の構成によれば、冷却水と潤滑油の温度差が第１温度以上、かつ内燃機関の再始動が予測された場合に、電動ポンプの運転を開始するので、内燃機関の再始動前に冷却水と潤滑油との間で熱交換を行い、冷却水と潤滑油の温度差を小さくすることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記制御装置は、前記電動ポンプの運転を開始した後に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が小さくならない場合に、前記電動ポンプの出力を大きくする。

上記（４）の構成によれば、電動ポンプの運転を開始した後に、冷却水と潤滑油の温度差が小さくならない場合に、電動ポンプの出力を大きくするので、冷却水と潤滑油との間の熱交換が促進され、冷却水と潤滑油の温度差を小さくできる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記冷却水の循環経路に介装されたラジエータと、前記ラジエータによる前記冷却水の放熱を抑制する放熱抑制手段と、を有し、前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記ラジエータによる前記冷却水の放熱を抑制するように前記放熱抑制手段を制御する。

上記（５）の構成によれば、内燃機関の自動停止中に、ラジエータによる放熱を放熱抑制手段が抑制するので、冷却水が冷えにくくなり、冷却水と潤滑油の温度差を小さくできる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、内燃機関を自動停止しても冷却水と潤滑油の温度差を小さくできる。

実施形態１に係る内燃機関が搭載された車両を示す模式図である。 図１に示した内燃機関を冷却するための冷却システムの機械構成を示すブロック図である。 図２に示した冷却システムの制御構成を示すブロック図である。 図３に示した制御装置の制御内容を示すタイムチャートである。 実施形態２に係る内燃機関の冷却システムの制御構成を示すブロック図である。 図５に示した制御装置の制御内容を示すタイムチャートである。 実施形態３に係る内燃機関の冷却システムの機械構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る内燃機関が搭載された車両を示す模式図である。図２は、図１に示した内燃機関を冷却するための冷却システムの機械構成を示すブロック図であり、図３は、図２に示した冷却システムの制御構成を示すブロック図である。図４は、図３に示した制御装置の制御内容を示すタイムチャートである。

図１に示すように、実施形態に係る内燃機関１０が搭載される車両１は、内燃機関１０及び走行用モータ１２，１４を動力源とするハイブリッド車両（ＨＶ）であるが、これに限定されるものではなく、信号待ち等で一時停車した場合に内燃機関が自動停止となるアイドリングストップ機能を搭載したエンジン車両であってもよい。車両１は、内燃機関１０によって駆動される発電機１６と、発電機１６で発電された電気を充電する走行用バッテリ１８とを備えている。かかる車両１は、走行用バッテリ１８から供給された電気によって走行用モータ１２，１４が駆動輪２０，２２を駆動するＥＶ走行モード、発電機１６から供給された電気によって走行用モータ１２，１４が駆動輪２０，２２を駆動するシリーズ走行モード、又は内燃機関１０が駆動輪２０を駆動するとともに走行用モータ１２、１４により駆動輪２０，２２の駆動をアシスト可能なパラレル走行モードのいずれかから一つの選択が可能である。図１に示す車両１は、四輪駆動のハイブリッド車両であるが、これに限定されるものではなく、二輪駆動のハイブリッド車両であってもよい。

図２に示すように、実施形態に係る内燃機関１０は、内燃機関１０を冷却するための冷却システム２４を備えている。冷却システム２４は、内燃機関１０を冷却するための冷却回路２６と、冷却回路２６に冷却水を循環させるための電動ポンプ（ＥＷＰ）２８と、電動ポンプ２８の出力を制御する制御装置（ＨＶＥＣＵ）３０と、を備えている。

冷却回路２６には、少なくとも、内燃機関１０を構成するシリンダブロック３２及びシリンダヘッド３４に設けられたウォータジャケット（流路）３６、及びラジエータ３８が配置されるが、更に、オイルクーラ４０及びＥＧＲクーラ４２が配置されてもよい。ラジエータ３８と対向する位置にはラジエータファン４４が配置され、ラジエータファン４４の出力は制御装置３０によって制御される。電動ポンプ２８は、補機バッテリ（図示せず）から供給される電気によって駆動されるポンプであって、内燃機関１０の駆動と別個独立して運転可能である。電動ポンプ２８は、通常は内燃機関１０が駆動しているときに駆動され、内燃機関１０が停止すると停止するように制御される。

制御装置３０は、演算装置、命令や情報を格納するレジスタ、及び周辺回路等から構成されるプロセッサ（図示せず）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ（図示せず）、及び入力インタフェース（図示せず）によって構成される。

図３に示すように、制御装置３０には、内燃機関１０の駆動中又は自動停止を判断するための駆動停止判断手段４８、冷却水の温度を取得するための水温取得手段５０、及び内燃機関１０に循環する潤滑油の温度を取得するための油温取得手段５２が設けられている。駆動停止判断手段４８は、例えば、制御装置３０に接続されたエンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）５６によって構成され、例えば、内燃機関１０の回転数、エンジン制御装置５６からの内燃機関１０のインジェクタへの燃料噴射指令や点火プラグへの点火指令によって判断される。水温取得手段５０及び油温取得手段５２は、例えば、制御装置３０にそれぞれ接続された温度センサ５８，６０によって構成される。

図４に示すように、実施形態１に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ａでは、制御装置３０Ａは、内燃機関１０の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが予め定められた第１温度Ｔ１以上となった場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するように構成されている。

車両１において、内燃機関１０が自動停止となるのは、シリーズ走行モード又はパラレル走行モード（以下「エンジン走行モード」という）からＥＶ走行モードに切り替わった時や、エンジン走行モード中にコーストストップやアイドルストップが作動したときである。内燃機関１０が自動停止すると、電動ポンプ２８の運転が停止する。内燃機関１０が停止すると、冷却水の温度が低下し、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが徐々に大きくなる。そして、第１温度Ｔ１以上となった場合に、電動ポンプ２８の運転を開始する。

上記内燃機関１０の冷却システム２４Ａによれば、内燃機関１０の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが予め定められた第１温度Ｔ１以上となった場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するので、冷却水と潤滑油との間で熱交換が行われる。これにより、内燃機関１０の自動停止を終了（駆動を再開）するときの冷却水と潤滑油の温度差Ｔを小さくすることができる。

また、図４に示すように、内燃機関１０の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが予め定められた第１温度Ｔ１以上、かつ冷却水の温度ＷＴが予め定められた第２温度Ｔ２未満となった場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するようにしてもよい。

第２温度Ｔ２は、例えば、内燃機関１０のフリクショントルクの算出が必要となる温度であり、例えば、内燃機関１０の暖機運転が必要となる温度である。

図４を基に、エンジン走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった際の内燃機関１０の冷却システム２４Ａについて説明する。エンジン走行モード中（時刻ｔ０以前）は電動ポンプ２８は駆動されており、時刻ｔ０でＥＶ走行モードに切り替わり、内燃機関１０が自動停止することで電動ポンプ２８も停止する。内燃機関１０が停止すると冷却水及び潤滑油の温度が低下するが、潤滑油の温度は冷却水の温度に比べ緩慢に低下するため、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが徐々に大きくなる。時刻ｔ１で冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上となるが、冷却水の温度ＷＴが第２温度Ｔ２以上であるため、電動ポンプ２８は停止したままである。そして、時刻ｔ２で冷却水の温度ＷＴが第２温度Ｔ２未満に低下すると、電動ポンプ２８の運転を開始する。電動ポンプ２８の運転を開始した後、時刻ｔ３で内燃機関１０が再始動するが、この時には冷却水と潤滑油との熱交換により時刻ｔ２に比べ冷却水と潤滑油の温度差Ｔが小さくなる。なお、時刻ｔ２からｔ３までの間の電動ポンプ２８の出力は、冷却水と潤滑油との熱交換できるものであれば良く、内燃機関１０の冷却を目的とする時刻ｔ３以降よりも小さくてもよい。

上記内燃機関１０の冷却システム２４Ａによれば、内燃機関１０が自動停止し電動ポンプ２８の運転が停止することで、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上となっても、冷却水の温度ＷＴが第２温度Ｔ２以上の場合は電動ポンプ２８の運転を開始しない。これにより、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが大きくても、冷却水の温度ＷＴが大きい場合は電動ポンプ２８の運転を開始しないので、電動ポンプ２８により消費される電力を低減することができる。一方、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが大きく冷却水の温度ＷＴが小さい場合は電動ポンプ２８の運転を開始するので、冷却水と潤滑油の温度差Ｔを小さくすることができ、冷却水の温度に基づいて内燃機関１０のフリクショントルクを算出する際に、精度よくフリクショントルクの算出を行うことができる。

なお、上記実施形態においては内燃機関１０の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上、かつ冷却水の温度ＷＴが予め定められた第２温度Ｔ２未満となった場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するものとしたが、冷却水の温度ＷＴが大きいほど第１温度Ｔ１が大きくなるように設定し、内燃機関１０の自動停止中に、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上となった場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するものとしてもよい。このようにすることで、冷却水の温度ＷＴが小さい場合は電動ポンプ２８の運転が開始され難く、冷却水の温度ＷＴが大きい場合は電動ポンプ２８の運転が開始され易くすることができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、制御装置３０Ａは、電動ポンプ２８の運転を開始した後に冷却水と潤滑油の温度差が小さくならない場合は、電動ポンプ２８の出力が大きくなるように構成されている。

「電動ポンプ２８の出力」は、例えば、電動ポンプ２８の回転数であり、電動ポンプ２８の回転数が増えると電動ポンプの出力が大きくなる。電動ポンプ２８は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって制御されるが、これに限定されるものではない。

すなわち、電動ポンプ２８の運転を開始した後に、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが小さくならない場合は、電動ポンプ２８の出力を大きくすることで、冷却水と潤滑油との間の熱交換が促進され冷却水と潤滑油の温度差Ｔを小さくできる。

［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る内燃機関の冷却システムの制御構成を示すブロック図である。図６は、図５に示した制御装置の制御内容を示すタイムチャートである。

図５に示すように、実施形態２に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ｂでは、制御装置３０Ｂは、内燃機関１０の再始動を予測する予測部６２を有し、図６に示すように、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上、かつ内燃機関１０の再始動が予測された場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するように構成されている。この点を除いて、実施形態１に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ａと同じである。

予測部６２は、例えば、車両１において、走行用バッテリ１８の充電率（ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ））が予め定められたＳＯＣ以下であるか否かを判断し、ＥＶ走行中に走行用バッテリ１８のＳＯＣが予め定められたＳＯＣ以下になると、内燃機関１０を再始動する。また、予測部６２は、例えば、コーストストップやアイドリングストップの機能が搭載された車両において、ブレーキ油圧が予め定められた油圧以下であるか否かを判断し、コーストストップ又はアイドリングストップ中にブレーキ油圧が予め定められた油圧以下になると、内燃機関１０を再始動する。

図６を基に、エンジン走行モードからＥＶ走行モードに切り替わった際の内燃機関１０の冷却システム２４Ｂについて説明する。本実施形態においては、時刻ｔ１までは既に説明した図４と同様のため、説明を省略する。また、本実施形態においては、冷却水の温度ＷＴが予め定められた第２温度Ｔ２未満とならなくとも電動ポンプ２８を駆動するものとする。時刻ｔ１で冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上となるが、予測部６２により内燃機関１０の再始動が予測されていないため、電動ポンプ２８は停止したままである。そして、時刻ｔ４で内燃機関１０の再始動が予測されると、電動ポンプ２８の運転を開始する。すなわち、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上の場合は、時刻ｔ３で内燃機関１０が再始動される前に電動ポンプ２８の運転を開始する。

実施形態２に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ｂによれば、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが第１温度Ｔ１以上、かつ内燃機関１０の再始動が予測された場合に、電動ポンプ２８の運転を開始するので、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが大きくなっても内燃機関１０の再始動が予測されない場合は電動ポンプ２８の運転を開始しないので、電動ポンプ２８により消費される電力を低減することができる。一方、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが大きく内燃機関１０の再始動が予測される場合は、電動ポンプ２８の運転を開始するので、内燃機関１０が再始動する前に冷却水と潤滑油の温度差Ｔを小さくすることができる。

［実施形態３］
図７は、実施形態３に係る内燃機関の冷却システムの機械構成を示すブロック図である。

実施形態３に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ｃは、ラジエータ３８による冷却水の放熱を抑制する放熱抑制手段６４を有する。制御装置３０Ｃは、内燃機関１０の自動停止中に、放熱抑制手段６４を制御することで、ラジエータ３８による冷却水の放熱を抑制するように構成されている。この点を除いて、実施形態１に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ａ、実施形態２に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ｂ、のいずれか一つと同じである。放熱抑制手段６４は、例えば、ラジエータ３８の車両前方に設けられたシャッタ６６により構成される。シャッタ６６を閉鎖するとラジエータ３８による冷却水の放熱が抑制され、シャッタ６６を開放するとラジエータ３８による冷却水の放熱が促進される。

また、放熱抑制手段６４は、例えば、ラジエータ３８をバイパスするバイパス経路６８と、ラジエータ３８に流れる冷却水の流量とバイパス経路６８に流れる冷却水の流量を制御する制御弁７２とにより構成される。制御弁７２を閉鎖する、若しくは制御弁７２の開度を小さくすることでラジエータ３８による冷却水の放熱が抑制され、制御弁７２を開く、若しくは制御弁７２の開度を大きくすることでラジエータ３８による冷却水の放熱が促進される。

実施形態３に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ｃでは、制御装置３０Ｃは、内燃機関１０の運転停止中に、冷却水がラジエータ３８とオイルクーラ４０をバイパスするように、制御弁７２，７４を制御するように構成されている。

例えば、制御装置３０Ｃは、内燃機関１０の自動停止中であって、電動ポンプ２８の運転中に冷却水がラジエータ３８とオイルクーラ４０をバイパスするように、制御弁７２、７４を制御する。

実施形態３に係る内燃機関１０の冷却システム２４Ｃによれば、内燃機関１０の自動停止中に放熱抑制手段６４を制御することで、ラジエータ３８による冷却水の放熱を抑制するので、冷却水が冷えにくくなり、冷却水と潤滑油の温度差Ｔが大きくなることを抑制できる。

１ 車両
１０ 内燃機関
１２，１４ 走行用モータ
１６ 発電機
１８ 走行用バッテリ
２０，２２ 駆動輪
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ 冷却システム（内燃機関の冷却システム）
２６ 冷却回路
２８ 電動ポンプ（ＥＷＰ）
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 制御装置（ＨＶＥＣＵ）
３２ シリンダブロック
３４ シリンダヘッド
３６ ウォータジャケット
３８ ラジエータ
４０ オイルクーラ
４２ ＥＧＲクーラ
４４ ラジエータファン
４６ 走行停車判断手段
４８ 自動停止判断手段
５０ 水温取得手段
５２ 油温取得手段
５４ 車輪速センサ
５６ エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）
５８，６０ 温度センサ
６２ 予測部
６４ 放熱抑制手段
６６ シャッタ
６８，７０ バイパス経路
７２，７４ 制御弁

Claims (5)

1. 自動停止及び自動再始動が可能な内燃機関と、
   前記内燃機関の駆動中に駆動し前記内燃機関に冷却水を循環させるとともに、前記内燃機関の自動停止に応じ駆動を停止する電動ポンプと、
   前記冷却水の温度を取得する水温取得手段と、
   前記内燃機関に循環する潤滑油の温度を取得する油温取得手段と、
   前記電動ポンプの運転を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が予め定められた第１温度以上となった場合に、前記電動ポンプの運転を開始する、
   内燃機関の冷却システム。
2. 前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が前記第１温度以上、かつ前記冷却水の温度が予め定められた第２温度未満となった場合に、前記電動ポンプの運転を開始する、
   請求項１に記載の内燃機関の冷却システム。
3. 前記内燃機関の再始動を予測する予測部を有し、
   前記制御装置は、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が前記第１温度以上、かつ前記内燃機関の再始動が予測された場合に、前記電動ポンプの運転を開始する、
   請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却システム。
4. 前記制御装置は、前記電動ポンプの運転を開始した後に、前記冷却水と前記潤滑油の温度差が小さくならない場合に、前記電動ポンプの出力を大きくする、
   請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却システム。
5. 前記冷却水の循環経路に介装されたラジエータと、
   前記ラジエータによる前記冷却水の放熱を抑制する放熱抑制手段と、を有し、
   前記制御装置は、前記内燃機関の自動停止中に、前記ラジエータによる前記冷却水の放熱を抑制するように前記放熱抑制手段を制御する、
   請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却システム。
   
   

Images