JP4337212B2

JP4337212B2 - 液冷式内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP4337212B2
Application number: JP2000056975A
Authority: JP
Inventors: 和貴鈴木; 栄三 ▲高▼橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP2001248440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車載水冷内燃機関の冷却システムに用いると好適な、液冷式内燃機関の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液冷式内燃機関の冷却液温を適正に制御するものとして、特開平５−２３１１４８号公報がある。即ち、図５に示すように、液冷式内燃機関１００からラジエータ２００に冷却液を循環させるラジエータ回路２１０およびバイパス回路３００内に、液冷式内燃機関１００と独立して作動するポンプ５００と、流量制御弁４００とが設けられ、ポンプ５００と流量制御弁４００は、液冷式内燃機関１００の入口液温Ｔｗｉ、出口液温Ｔｗｏ、および液冷式内燃機関１００の負荷状態に応じて制御手段（電子制御装置）６００により制御されるものである。
【０００３】
これにより、暖機時、低負荷時、あるいは高負荷時等、液冷式内燃機関１００の負荷状態に応じてポンプ５００の吐出流量、流量制御弁４００の開度が制御され、冷却液温を適正化している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記装置では、暖機時、低負荷時、高負荷時等、液冷式内燃機関１００の各定常時の負荷状態に見合うように冷却液温は制御されるが、過渡時即ち、液冷式内燃機関１００が高負荷状態のままで繰返し負荷変動する場合、あるいは負荷の変化量が大きい場合には適正な冷却液温に制御することは困難である。例えば、車両が高負荷で走行した後、アイドリングに移ると（ホットソーク）、ポンプ５００の吐出流量は、液冷式内燃機関１００の回転数や吸気圧に応じて設定されるため大きく減少するのに対して、それ以前の高負荷時の高い液温を伴っているため冷却液温は異常に上昇し（オーバーシュート）、液冷式内燃機関１００の許容冷却液温を越えてしまう場合がある。そのため、上記冷却液温の上昇を見越して、ラジエータ２００等の冷却能力をあらかじめ大きく設定する必要が生ずる。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、液冷式内燃機関の負荷が過渡時においても、冷却液温を適正に制御できる液冷式内燃機関の冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、液冷式内燃機関（１００）の冷却液を冷却するラジエータ（２００）を循環する冷却液流路内に、前記液冷式内燃機関（１００）と独立して作動し冷却液を循環させるポンプ（５００）を設け、液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時であって、急激な負荷変動が生じた場合に、ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御することを特徴としている。
これにより、液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時であって、急激な負荷変動が生じた場合でも、液冷式内燃機関（１００）の負荷の大きさに関わりなく、ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御するので、冷却液温の変動量、あるいは急激な上昇を抑制でき、冷却液温を適正に保つことができる。そして冷却液温の変動範囲を狭くできるため、ラジエータ（２００）等の小型化が可能となり、安価な冷却装置が実現できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時において、急激な負荷変動が所定時間（τ１）より長い時間継続して繰返される場合に、ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明では、液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時において、急激な負荷変動が生じた場合であって、負荷変動の変化量が所定値より大きい場合に、ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明のごとく、液冷式内燃機関（１００）の負荷に応じて、流量制御弁（４００）の開度および送風機（２３０）の送風量を同時に制御することにより、ラジエータ（２００）の放熱能力を調整でき、ポンプ（５００）の消費動力を低減することができる。
【００１１】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る液冷式内燃機関の冷却装置を車両走行用の水冷式内燃機関に適用したものであり、図１は冷却装置全体の模式図を示したものである。
【００１３】
ラジエータ２００は、液冷式内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ。）１００内を循環する冷却水を冷却する熱交換器であり、このラジエータ２００には空気を送風する送風機２３０が設けられている。この例では送風機２３０はラジエータ２００側より空気を吸い込むタイプであり、また、送風機２３０の駆動モータは制御量としてのデューティを可変して回転数を連続的に可変でき、送風量を調整できる出力可変タイプである。デューティの増減に伴って送風機２３０の消費動力も増減する。
【００１４】
エンジン１００とラジエータ２００との間は冷却水が循環するラジエータ回路２１０で連結されている。また、エンジン１００から流出する冷却水をラジエータ２００を迂回させてラジエータ回路２１０のうちラジエータ２００の流出口側に冷却水を導くバイパス回路３００が設けられている。そして、バイパス回路３００とラジエータ回路２１０との合流部位２２０には、ラジエータ２００内を流通する冷却水の流量（以下、この流量をラジエータ流量Ｖｒと呼ぶ。）と、バイパス回路３００内を流通する冷却水の流量（以下、この流量をバイパス流量Ｖｂと呼ぶ。）とを制御する流量制御弁４００が設けられており、この流量制御弁４００より冷却水流れ下流側（エンジン１００側）には、エンジン１００と独立して作動し、冷却水を循環させる電動ポンプ（以下、ポンプと呼ぶ。）５００が設けられている。このポンプ５００は、上記送風機２３０と同様に、制御量としてのデューティを可変して回転数を連続的に可変でき、吐出流量を調整できる出力可変タイプである。デューティの増減に伴ってポンプ５００の消費動力も増減する。
【００１５】
ここで、流量制御弁４００は、モータにより開閉するバルブが内部に設けられており、バルブ開度θを可変することにより、ラジエータ流量Ｖｒとバイパス流量Ｖｂが分配される。即ち、バルブ開度θが０％の時、ラジエータ流量Ｖｒは０、バイパス流量Ｖｂが最大となり、バルブ開度θが１００％でラジエータ流量Ｖｒが最大、バイパス流量Ｖｂが最小になるものである。
【００１６】
また、ポンプ５００、流量制御弁４００および送風機２３０を制御する電子制御装置（以下ＥＣＵと呼ぶ。）６００が設けられており、このＥＣＵ６００には、エンジン１００の吸気管内の圧力（以下、吸気圧と呼ぶ。）Ｐａを検出する圧力センサ６１０（圧力検出手段）、エンジン１００の回転数Ｎｅを検出する回転センサ６２４（回転数検出手段）、車両の走行速度（以下、車速と呼ぶ。）Ｖｖを検出する車速センサ６２５（速度検出手段）、外気温Ｔａを検出する外気温センサ６２６（温度検出手段）、ポンプ５００に流入する冷却水の水温Ｔｐを検出する水温センサ６２１（温度検出手段）、流量制御弁４００のバルブ開度θを検出するポテンショメータ４２４（開度検出手段）および空気調和装置７００からの検出信号が入力されており、ＥＣＵ６００はこれらの信号に基づいて、ポンプ５００、流量制御弁４００および送風機２３０を制御する。また、ＥＣＵ６００には各センサ６１０、６２４、６２５、６２６、６２１および空気調和装置７００からの検出信号に基づいて読み込まれた目標水温Ｔｍａｐ（後述する。）の読み込み回数Ｎをカウントするカウンタ（図示せず。）が設けられている。
【００１７】
次に、本実施形態の作動を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００１８】
車両のイグニッションスイッチ（図示せず。）が投入されると、ＥＣＵ６００に電源が投入されＥＣＵ６００が作動する。まず、ステップＳ５０で、カウンタがリセットされ、読み込み回数Ｎは０となる。次に、ステップＳ１００で、エンジン１００の負荷状態を把握するために、各センサ６１０、６２４、６２５、６２６、６２１および空気調和装置７００の検出信号を読み込む。エンジン１００の負荷は、水温Ｔｐに影響を及ぼすものとして、主に吸気圧Ｐａと回転数Ｎｅをパラメータとして検出される。両パラメータが大きいほどエンジン１００の負荷は大きいものとなる。
【００１９】
ステップＳ１１０で、図示しない水温制御マップから目標水温Ｔｍａｐを読み込む。水温制御マップとは、外気温Ｔａ、空気調和装置７００の作動状態、吸気圧Ｐａと回転数Ｎｅに応じて制御すべき冷却水の目標水温値を予め割り付けたものであり、目標水温Ｔｍａｐとは、この目標水温値を意味する。例えば吸気圧Ｐａが高く（エンジン１００のスロットル弁開度が大きい状態）、回転数Ｎｅが大きいほどエンジン１００の負荷は高い状態にあり、目標水温Ｔｍａｐを低めの値になるようにしており、一方、吸気圧Ｐａが低く（スロットル弁開度が小さい状態）、回転数Ｎｅも小さくなるとエンジン１００の負荷は低い状態になるため、目標水温Ｔｍａｐを高めの値になるようにしている。
【００２０】
ステップＳ１１２で、目標水温Ｔｍａｐの読み込み回数ＮをＮ＋１とする。続くステップＳ１１５で、読み込み回数Ｎが１か否かを判定し、Ｎが１であればエンジン１００が始動直後であると判定し、ステップＳ１１８に進む。否と判定した場合は、後述するステップＳ１１８での処理は不要のため、ステップＳ１２０に進む。
【００２１】
ステップＳ１１８で、図示しないマップから初期値として、ポンプ５００の基本デューティと流量制御弁４００の基本バルブ開度θを決定し、ポンプ５００を作動させ、流量制御弁４００のバルブを開く。ポンプ５００のデューティが大きいほどポンプ回転数は上昇してラジエータ回路２１０内を流れる冷却水の流量は増加し、ポンプ５００自身の消費動力も大きくなる。また、流量制御弁４００のバルブ開度θが大きいほどラジエータ流量Ｖｒは増加する。
【００２２】
ステップＳ１２０で、水温センサ６２１で検出される水温Ｔｐが、目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲内（本実施形態では、目標水温を基準として±２度の範囲）にあるか否かを判定し、水温Ｔｐが所定範囲内であれば、ステップＳ１３０に進み、ステップＳ１１８、ないしは後述するステップＳ１６０、Ｓ１８０、Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２３０で設定されたポンプ５００のデューティと流量制御弁４００のバルブ開度θが保持される。
【００２３】
しかし、ステップＳ１２０で、水温Ｔｐが所定範囲内にないときは、ステップＳ１４０に進み、水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐより高いか否かを判定し、高い場合は、エンジン１００の負荷が過渡時か定常時かに応じてポンプ５００および流量制御弁４００を制御するためにステップＳ１５０へ進む。
【００２４】
即ち、ステップＳ１５０で、エンジン１００の負荷が過渡時にあるか、つまりエンジン１００が高負荷状態のままで繰返し負荷変動しており、その変動時間（つまり変動の継続時間）τが所定の設定時間τ１より長いか否かを判定し、長い場合は、ステップＳ１６０で、エンジン１００の負荷の大きさに関わりなく、ポンプ５００の作動デューティを所定の一定量で制御する。また流量制御弁４００のバルブ開度θも所定の一定量に開くように制御する。因みにエンジン１００が高負荷状態のままで繰返し負荷変動する状態とは、例えば図３に示すように、登坂路を主体とする高負荷時において、途中降坂路も含み、加速、減速を頻繁に繰返して走行するような場合が挙げられ、エンジン１００の吸気圧Ｐａおよび回転数Ｎｅはともに図３中（ア）、（イ）、（ウ）で示すように急激な変動が設定時間τ１より長い時間（変動時間τ）継続して繰り返されるような状態をさす。
【００２５】
次に、ステップＳ１５０で、変動時間τが設定時間τ１以下と判定された場合は、ステップＳ１７０で、エンジン１００の負荷の変化量が所定値より大きいか否かを判定し、大きい場合はステップＳ１６０に進み、上記同様にポンプ５００の作動デューティを所定の一定量で制御し、また流量制御弁４００のバルブ開度θも所定の一定量に開くように制御する。因みにエンジン１００の負荷の変化量とは、例えば図４に示すように、時間とともに負荷が上昇していき（Ｃ部）、高負荷で走行した後、一時アイドリングに移り再び高負荷で走行するような場合（Ｄ部）に、エンジン１００の吸気圧Ｐａおよび回転数Ｎｅが大きく増減するような状態（Ａ、Ｂ部）が生じ、このような吸気圧Ｐａおよび回転数Ｎｅの変化量をパラメータとして得られる量をさす。ステップＳ１６０は、ステップＳ１００に戻ることを繰り返すことにより、水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに収束するように制御される。
【００２６】
ステップＳ１７０で、エンジン１００の負荷の変化量が所定値より小さいと判定された場合は、水温Ｔｐを下げるために流量制御弁４００とポンプ５００がエンジン１００の負荷状態に応じて制御される。具体的には、ステップＳ１８０で、冷却装置の消費動力を増加させずに水温Ｔｐを下げるために、流量制御弁４００を優先作動させてそのバルブ開度θを所定量大きくする。これにより、ラジエータ流量Ｖｒが増加し、ラジエータ２００の放熱能力を上げることで水温Ｔｐを下げる。次に、ステップＳ１９０で、バルブ開度θが１００％か否かを判定し、１００％に達していれば、更に、ステップＳ２００で、ポンプ５００のデューティを所定量上げる。これにより、ポンプ５００の吐出流量が増加し、水温Ｔｐが下がる方向に制御される。ステップＳ１９０で、バルブ開度θが１００％に達していない場合は、ステップＳ１８０で開かれたバルブ開度θが維持される。
【００２７】
一方、ステップＳ１４０で、水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐよりも低いと判定された場合は、ステップＳ２１０に進み、まず冷却装置の消費動力がより少なくて済むように、ポンプ５００を優先作動させてそのデューティを所定量下げ、ポンプ５００の吐出流量を減少させ、水温Ｔｐが上がる方向に制御される。次に、ステップＳ２２０で、ポンプ５００のデューティが最小値に達したか否かを判定し、最小値に達した場合は、更に、ステップＳ２３０で、流量制御弁４００のバルブ開度θを所定量下げ、ラジエータ流量Ｖｒを減少させ、ラジエータ２００の放熱能力を下げることで水温Ｔｐを上げる。ステップＳ２２０で、ポンプ５００のデューティが最小値に達していない場合は、ステップＳ２１０で制御されたポンプ５００のデューティが維持される。そして、ステップＳ１９０、Ｓ２００、Ｓ２２０、Ｓ２３０は、ステップＳ１００に戻ることを繰り返すことにより、水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに収束するようにフィードバック制御される。
【００２８】
尚、上記フローチャート内のステップＳ１３０、Ｓ１６０、Ｓ２００、Ｓ２１０においては、送風機２３０の送風量は、ポンプ５００と送風機２３０の消費動力とが最も小さくなるように決定し、作動させる。
【００２９】
以上の構成および作動により、エンジン１００の負荷が過渡時にあり、高負荷状態のままで所定時間τ１より長く繰返し負荷変動する場合（図３参照）、あるいは負荷の変化量が所定値より大きい場合（図４参照）でも、ポンプ５００の吐出流量を所定の一定量で制御するので、水温Ｔｐの変動を小さくすることができる。また、エンジン１００の負荷が急激に減少しても水温Ｔｐが急激に上昇（オーバーシュート）することを抑制でき、水温Ｔｐを適正に保つことができる。そして最高水温を抑えられた分、ラジエータ２００等の小型化が可能となり、安価な冷却装置が実現できる。
【００３０】
また、流量制御弁４００のバルブ開度θと送風機２３０のデューティを同時に制御することにより、ラジエータ流量Ｖｒと送風量を調整でき、ポンプ５００、流量制御弁４００および送風機２３０の組み合わせでラジエータ２００の放熱能力を調整できるので、ポンプ５００の消費動力を低減することができる。
【００３１】
尚、エンジン１００の負荷を検出するパラメータとして、本実施形態では吸気圧Ｐａ、回転数Ｎｅを用いたが、冷却水の水温Ｔｐに影響を及ぼすようなエンジン状態および車両の走行状況を示すパラメータであれば、例えば車速Ｖｖ、エンジン１００のスロットル弁開度や吸入空気量などのパラメータも利用できる。
【００３２】
また、本実施形態では、電動式ポンプを前提に構成説明したが、油圧式ポンプでも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態を示す冷却装置全体の模式図である。
【図２】冷却装置の制御フローチャートである。
【図３】エンジンが高負荷状態のままで繰返し負荷変動する場合の、本発明と従来技術での冷却水温の比較を示すグラフである。
【図４】エンジン負荷の変化量が所定値以上の場合の、本発明と従来技術での冷却水温の比較を示すグラフである。
【図５】従来技術を示す冷却装置全体の模式図である。
【符号の説明】
１００エンジン（液冷式内燃機関）
２００ラジエータ
２１０ラジエータ回路
２２０合流部
２３０送風機
３００バイパス回路
４００流量制御弁
４２４ポテンショメータ
５００電動ポンプ（ポンプ）
６００ＥＣＵ（電子制御装置）
６１０圧力センサ
６２１水温センサ
６２４回転センサ
６２５車速センサ
６２６外気温センサ
７００空気調和装置

Claims

液冷式内燃機関（１００）から流出する冷却液を冷却した後、その冷却された冷却液を前記液冷式内燃機関（１００）に向けて流出するラジエータ（２００）と、
前記液冷式内燃機関（１００）と独立して作動し、冷却液を循環させるポンプ（５００）と、
前記液冷式内燃機関（１００）の負荷状態に応じて、前記ポンプ（５００）の作動を制御する制御手段（６００）とを有する液冷式内燃機関の冷却装置において、
前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時であって、急激な負荷変動が生じた場合に、前記ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御することを特徴とする液冷式内燃機関の冷却装置。
前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時において、急激な負荷変動が所定時間（τ１）より長い時間継続して繰返される場合に、前記ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御することを特徴とする請求項１に記載の液冷式内燃機関の冷却装置。
前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１００）の負荷が高負荷時において、急激な負荷変動が生じた場合であって、前記負荷変動の変化量が所定値より大きい場合に、前記ポンプ（５００）の吐出流量を所定の一定量で制御することを特徴とする請求項１に記載の液冷式内燃機関の冷却装置。
前記液冷式内燃機関（１００）から流出する冷却液を前記ラジエータ（２００）を迂回させて、このラジエータ（２００）の流出口側に導くバイパス回路（３００）と、
このバイパス回路（３００）を流通する冷却液のバイパス流量（Ｖｂ）、前記ラジエータ（２００）を流通する冷却液のラジエータ流量（Ｖｒ）を制御する流量制御弁（４００）と、
前記ラジエータ（２００）に空気を送風する送風機（２３０）とを備えており、
前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１００）の負荷に応じて、前記流量制御弁（４００）の開度を制御すると共に、
前記液冷式内燃機関（１００）の負荷に応じて、前記送風機（２３０）の送風量を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液冷式内燃機関の冷却装置。