JP5641037B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関する。

従来、冷却水通路と、冷却水通路に設けられたウォータポンプおよびサーモスタットとを備える冷却装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このサーモスタットは、感温部を加熱するヒータを有しており、冷却水の温度にかかわらず強制的に開弁することが可能である。

特許文献１の冷却装置では、注水開始信号が入力された場合に、サーモスタットのヒータに対して通電を行うことにより、サーモスタットを強制的に開弁してエア抜きを行うように構成されている。

特開２００９−１８５７４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の冷却装置では、作業員による冷却水の注入作業が中断された場合に、サーモスタットに冷却水が供給されていない状態でヒータに対する通電が継続される可能性がある。この場合には、サーモスタットが過加熱されるため、サーモスタットが故障することが考えられる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、サーモスタットが故障するのを抑制することが可能な冷却装置を提供することである。

本発明による冷却装置は、冷却水通路と、冷却水通路内の冷却水を循環させるウォータポンプと、感温部を加熱するヒータを含むサーモスタットとを備える。そして、冷却装置は、冷却水通路への冷却水の注入作業時に、ウォータポンプが駆動されるとともに、ヒータが第１通電量で通電されたときに、ウォータポンプが空転する場合に、ヒータへの通電を停止するように構成されている。

このように構成することによって、作業員による冷却水の注入作業が中断されることにより、サーモスタットに冷却水が供給されていない場合に、ヒータへの通電が停止されるので、サーモスタットが過加熱されるのを抑制することができる。したがって、サーモスタットが故障するのを抑制することができる。

上記冷却装置において、冷却水通路への冷却水の注入作業時に、ウォータポンプが駆動されるとともに、ヒータが第１通電量で通電されたときに、ウォータポンプが空転する場合に、冷却水通路内の冷却水が不足している旨の警告を行うように構成されていてもよい。

このように構成すれば、冷却水の不足を作業員に知らせることができる。

上記冷却装置において、冷却水通路への冷却水の注入作業時に、ウォータポンプが駆動されるとともに、ヒータが第１通電量で通電されたときに、ウォータポンプが空転していない場合に、ヒータに対して第１通電量よりも大きい第２通電量で通電し、冷却水通路内の冷却水からエアを抜くエア抜き制御を行うように構成されていてもよい。

このように構成すれば、作業員による冷却水の注入作業が適切に行われていた場合に、エア抜きを行うことができる。

本発明の冷却装置によれば、サーモスタットが故障するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による冷却装置を示した回路図である。 図１の冷却装置の電気的構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による冷却装置における冷間時の冷却水の循環動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態による冷却装置における完全暖機時の冷却水の循環動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態による冷却装置における冷却水の注入作業時の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。

冷却装置１００は、図１に示すように、冷却水通路１と、冷却水通路１内において冷却水を循環させる電動ウォータポンプ２と、冷却水通路１内において循環する冷却水を冷却するラジエータ３と、冷却水通路１の経路上に配置されたサーモスタット４およびヒータコア５とを備えている。この冷却装置１００は、冷却水通路１内を循環する冷却水によりエンジン（内燃機関）１５０を冷却するように構成されている。

エンジン１５０は、車両に搭載されるガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどであり、シリンダヘッド１５１およびシリンダブロック１５２を含んでいる。シリンダヘッド１５１の内部には、シリンダヘッド１５１を冷却するためのヘッド側ウォータジャケット（ヘッド内冷却水通路）１５１ａが形成され、シリンダブロック１５２の内部には、シリンダブロック１５２を冷却するためのブロック側ウォータジャケット（ブロック内冷却水通路）１５２ａが形成されている。なお、本実施形態によるエンジン１５０では、ヘッド側ウォータジャケット１５１ａとブロック側ウォータジャケット１５２ａとが連通されている。

冷却水通路１は、電動ウォータポンプ２とエンジン１５０とを接続する通路１１と、エンジン１５０とラジエータ３とを接続する通路１２と、ラジエータ３とサーモスタット４とを接続する通路１３と、サーモスタット４と電動ウォータポンプ２とを接続する通路１４とを含んでいる。また、冷却水通路１は、エンジン１５０とヒータコア５とを接続する通路１５と、ヒータコア５とサーモスタット４とを接続する通路１６とを含んでいる。

具体的には、通路１１は、電動ウォータポンプ２の吐出口とエンジン１５０（ブロック側ウォータジャケット１５２ａ）の流入口とを接続している。通路１２は、エンジン１５０（ヘッド側ウォータジャケット１５１ａ）の流出口とラジエータ３のアッパタンク３２とを接続している。通路１３は、ラジエータ３のロアタンク３１とサーモスタット４の流入口の一方とを接続している。通路１４は、サーモスタット４の流出口と電動ウォータポンプ２の吸入口とを接続している。通路１５は、エンジン１５０（ヘッド側ウォータジャケット１５１ａ）の流出口とヒータコア５の流入口とを接続している。通路１６は、ヒータコア５の流出口とサーモスタット４の流入口の他方とを接続している。

電動ウォータポンプ２は、冷却水を循環させるための水流を発生させる機能を有する。この電動ウォータポンプ２は、バッテリ（図示省略）からの電力によって駆動されるモータ（図示省略）を有しており、そのモータの回転数を制御することにより吐出流量（吐出圧）を可変に設定することが可能である。なお、電動ウォータポンプ２は、ＥＣＵ６（図２参照）により制御されており、エンジン１５０の運転状態などに応じて吐出流量が制御される。

ラジエータ３は、たとえばダウンフロータイプであり、ロアタンク３１と、アッパタンク３２と、ロアタンク３１およびアッパタンク３２の間に配置されたラジエータコア３３とを含んでいる。このラジエータ３は、アッパタンク３２に回収された冷却水がロアタンク３１に向けてラジエータコア３３の内部を流下する際に、その冷却水と外気との間で熱交換を行うことにより、冷却水の熱を外気に放出するように構成されている。

また、ラジエータ３のアッパタンク３２には、ラジエータキャップ３４が着脱可能に装着されている。ラジエータキャップ３４は、冷却水通路１の内圧を大気圧以上に維持することにより冷却水の沸点を高くしてラジエータコア３３での熱交換効率を高める機能を有している。なお、ラジエータキャップ３４は、冷却水通路１への冷却水の注入作業時（冷却水の入れ替え時）にはアッパタンク３２から取り外される。これにより、ラジエータ３の注水口（図示省略）が開放されて冷却水通路１が大気に連通する。

サーモスタット４は、たとえば、サーモワックス（感温部）の膨張・収縮によって作動する弁装置である。このサーモスタット４は、サーモワックスの内部に埋め込まれたヒータ４１（図２参照）を有しており、そのヒータ４１への通電により発生する熱によってワックス温度を制御することが可能である。すなわち、サーモスタット４では、ヒータ４１への通電を制御することにより、開弁温度（開弁する際の冷却水の温度）を制御することが可能である。なお、ヒータ４１への通電はＥＣＵ６により制御されている。

そして、サーモスタット４は、冷却水の温度が低い場合に、閉弁することにより、ラジエータ３のロアタンク３１と電動ウォータポンプ２との間を遮断するように構成されている。また、サーモスタット４は、冷却水の温度が高い場合に、開弁することにより、ラジエータ３のロアタンク３１と電動ウォータポンプ２との間を連通するように構成されている。

ヒータコア５は、冷却水の熱を利用して車室内を暖房するために設けられており、エアコンディショナの送風ダクトに臨んで配置されている。つまり、車室内の暖房時（ヒータオン時）には、送風ダクト内を流れる空調風がヒータコア５を通過して温風となり車室内に供給される一方、それ以外（たとえば冷房時）のとき（ヒータオフ時）には、空調風がヒータコア５をバイパスするようになっている。

また、冷却装置１００は、図２に示すように、冷却装置１００を制御するＥＣＵ６を備えている。このＥＣＵ６は、ＣＰＵ６１と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６３と、バックアップＲＡＭ６４と、入出力インターフェース６５とを含んでいる。

ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する機能を有する。ＲＯＭ６２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１による演算結果や各センサの検出結果などを一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ６４は、エンジン１５０の停止時に保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

入出力インターフェース６５には、冷却水の温度を検出する水温センサ７１および電動ウォータポンプ２の回転数を検出するＷＰ回転数センサ７２などが接続されており、各センサの検出結果が入力されている。水温センサ７１は、エンジン１５０（ヘッド側ウォータジャケット１５１ａ）の流出口近傍に配置されている。ＷＰ回転数センサ７２は、電動ウォータポンプ２の回転軸近傍に配置されている。

また、入出力インターフェース６５には、サーモスタット４のヒータ４１および電動ウォータポンプ２などが接続されている。そして、ＥＣＵ６は、ヒータ４１への通電量（デューティ比）を制御することにより、サーモスタット４の開弁温度を制御するように構成されている。また、ＥＣＵ６は、エンジン１５０の運転状態などに応じて電動ウォータポンプ２の駆動を制御するように構成されている。

さらに、入出力インターフェース６５には、各種情報を表示するメータ装置１６０が接続されるとともに、車両の故障情報などを読み出したりするための整備用ツール１７０が着脱可能に接続されている。この整備用ツール１７０は、冷却水の注入作業が行われた旨の信号をＥＣＵ６に出力可能に構成されている。

ここで、冷却水通路１内の冷却水は定期的に交換することが推奨されており、冷却水の入れ替え後にはエア抜きを行う必要がある。そこで、通常時の冷却水の循環動作を説明した後に、冷却水の注入作業時の動作について詳細に説明する。なお、冷却水通路１内の冷却水の排出は、作業員がラジエータ３の下部に設けられたドレンボルト（図示省略）を取り外すとともに、ラジエータキャップ３４を取り外すことにより行われる。このとき、エンジン１５０のシリンダブロック１５２に設けられたドレンボルト（図示省略）を取り外すようにしてもよい。また、冷却水通路１への冷却水の注入は、ラジエータキャップ３４が取り外されることにより開放された注水口を介して行われる。

−冷却水の循環動作−
次に、図３および図４を参照して、本発明の一実施形態による冷却装置１００における冷却水の循環動作について説明する。

［冷間時（暖機中）］
まず、図３に示すように、エンジン１５０の始動開始後においては、冷却水の温度が低いことにより、サーモスタット４が閉弁している。

そして、電動ウォータポンプ２が駆動されることにより、電動ウォータポンプ２、通路１１、ブロック側ウォータジャケット１５２ａ、ヘッド側ウォータジャケット１５１ａ、通路１５、ヒータコア５、通路１６、サーモスタット４、通路１４および電動ウォータポンプ２の順に冷却水が流される。

これにより、循環する冷却水がラジエータ３をバイパス（迂回）することから、冷却水がラジエータ３において冷却されないため、エンジン１５０の暖機が早期に完了される。

［完全暖機時（暖機完了後）］
そして、図４に示すように、冷却水の温度が高くなることにより、サーモスタット４が開弁する。

そして、電動ウォータポンプ２が駆動されていることにより、冷却水が上記した経路に加えて、電動ウォータポンプ２、通路１１、ブロック側ウォータジャケット１５２ａ、ヘッド側ウォータジャケット１５１ａ、通路１２、ラジエータ３、通路１３、サーモスタット４、通路１４および電動ウォータポンプ２の順に流される。すなわち、ヘッド側ウォータジャケット１５１ａから流出された冷却水がラジエータ３へと分岐され、ラジエータ３を通過した冷却水がサーモスタット４で合流される。

このため、冷却水の一部がラジエータ３を流れるようになり、冷却水の熱が外気に放出される。

−冷却水の注入作業時の動作−
次に、図５を参照して、冷却装置１００における冷却水の注入作業時の動作について説明する。なお、以下の各ステップはＥＣＵ６（図２参照）により実行される。

まず、図５のステップＳ１において、冷却水通路１（図１参照）への冷却水の注入作業がされたか否かが判断される。なお、冷却水通路１への冷却水の注入作業がされたか否かは、たとえば、整備用ツール１７０（図２参照）から入力される信号に基づいて判断される。具体的には、冷却水の注入作業が行われた旨の信号が整備用ツール１７０から入力されている場合に、冷却水通路１への冷却水の注入作業がされたと判断される。そして、冷却水の注入作業がされたと判断された場合には、ステップＳ２に移る。その一方、冷却水の注入作業がされていないと判断された場合には、ステップＳ１が繰り返し行われる。

次に、ステップＳ２において、電動ウォータポンプ２（図２参照）が駆動される。なお、この電動ウォータポンプ２の駆動はエンジン１５０の運転状態にかかわらず行われる。

そして、ステップＳ３において、電動ウォータポンプ２が空転しているか否かが判断される。なお、この判定では、たとえば、ＷＰ回転数センサ７２（図２参照）により検出された電動ウォータポンプ２の実回転数が、ＥＣＵ６から出力される電動ウォータポンプ２の目標回転数よりも高い場合に、電動ウォータポンプ２が空転していると判断される。そして、電動ウォータポンプ２が空転していると判断された場合には、冷却水通路１内の冷却水が不足していると考えられるため、ステップＳ４に移る。その一方、電動ウォータポンプ２が空転していないと判断された場合には、冷却水通路１内に冷却水が満たされていると考えられるため、ステップＳ９に移る。

次に、ステップＳ４において、サーモスタット４のヒータ４１（図２参照）に対して第１通電量で通電が行われる。これにより、冷却水の温度などにかかわらずサーモスタット４が強制的に開弁される。なお、このとき、サーモスタット４は第１開度で開弁される。また、第１通電量は、後述する第２通電量よりも小さい予め設定された値であり、第１開度は、たとえば、ラジエータ３に冷却水が注入されている場合にその冷却水を電動ウォータポンプ２に供給可能な程度の開度である。

次に、ステップＳ５において、所定の時間が経過したか否かが判断される。なお、所定の時間は、予め設定された時間であって、たとえば、電動ウォータポンプ２を駆動しながら、ラジエータ３の注水口を介して冷却水が注入された場合に、冷却水通路１内を冷却水で満たすことが可能な時間である。そして、所定の時間が経過していないと判断された場合には、ステップＳ５が繰り返し行われる。すなわち、ＥＣＵ６は所定の時間が経過するまで待機する。そして、所定の時間が経過したと判断された場合には、ステップＳ６に移る。

次に、ステップＳ６において、電動ウォータポンプ２が空転しているか否かが判断される。なお、この判定は上記したステップＳ３と同様に行われる。そして、電動ウォータポンプ２が空転していると判断された場合には、冷却水通路１内の冷却水が不足していると考えられるため、ステップＳ７に移る。その一方、電動ウォータポンプ２が空転していないと判断された場合には、冷却水通路１内に冷却水が満たされていると考えられるため、ステップＳ９に移る。

次に、ステップＳ７において、サーモスタット４のヒータ４１への通電が停止されるとともに、電動ウォータポンプ２の駆動が停止される。そして、ステップＳ８において、冷却水通路１内の冷却水が不足している旨の警告をメータ装置１６０（図２参照）に表示させる。その後、冷却水の注入作業時の動作が終了される。

また、電動ウォータポンプ２が空転していない場合（ステップＳ３でNoまたはステップＳ６でNo）には、ステップＳ９において、サーモスタット４のヒータ４１に対して第２通電量で通電が行われる。これにより、冷却水の温度などにかかわらずサーモスタット４が強制的に開弁される。なお、このとき、サーモスタット４は第２開度で開弁される。また、第２通電量は、第１通電量よりも大きい予め設定された値であり、第２開度は、たとえば、サーモスタット４が完全に開く（全開する）開度である。

そして、ステップＳ１０において、サーモスタット４が第２開度で開弁された状態でエア抜き制御が実行される。なお、このエア抜き制御は、たとえば、電動ウォータポンプ２の吐出流量を増減させることにより行われる。具体的には、エア抜き制御は、電動ウォータポンプ２を第１吐出流量で駆動することにより、流れやすい箇所に停滞したエアを流した後に、電動ウォータポンプ２を第１吐出流量よりも大きい第２吐出流量で駆動することにより、流れにくい箇所に停滞したエアを流すことによって行われる。その後、冷却水の注入作業時の動作が終了される。

−効果−
本実施形態では、上記のように、ヒータ４１を第１通電量で通電し、所定の時間が経過した後に、電動ウォータポンプ２が空転している場合に、ヒータ４１への通電を停止することによって、作業員による冷却水の注入作業が中断されることにより、サーモスタット４に冷却水が供給されていない場合に、ヒータ４１への通電が停止されるので、サーモスタット４が過加熱されるのを抑制することができる。したがって、サーモスタット４が故障するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ヒータ４１を第１通電量で通電し、所定の時間が経過した後に、電動ウォータポンプ２が空転している場合に、冷却水通路１内の冷却水が不足している旨の警告をメータ装置１６０に表示することによって、冷却水の不足を作業員に知らせることができる。

また、本実施形態では、ヒータ４１を第１通電量で通電し、所定の時間が経過した後に、電動ウォータポンプ２が空転していない場合に、ヒータ４１を第２通電量で通電してエア抜き制御を行うことによって、作業員による冷却水の注入作業が適切に行われていた場合に、エア抜きを行うことができる。

また、本実施形態では、ヒータ４１を第１通電量で通電する前に、電動ウォータポンプ２の空転を判定し、電動ウォータポンプ２が空転していない場合に、ヒータ４１を第２通電量で通電してエア抜き制御を行うことによって、冷却水通路１内に冷却水が満たされている場合に、早期にエア抜き制御を行うことができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、ヒータコア５を備える冷却装置１００を示したが、これに限らず、ＥＧＲクーラなどのその他の熱交換器を備える冷却装置に本発明を適用してもよい。

また、本実施形態では、冷却装置１００にサーモスタット４が１つだけ設けられる例を示したが、これに限らず、冷却装置に複数のサーモスタットが設けられていてもよい。

また、本実施形態では、ヒータ４１を第１通電量で通電する前に、電動ウォータポンプ２の空転を判定する例を示したが、これに限らず、ヒータを第１通電量で通電する前に、電動ウォータポンプの空転を判定しないようにしてもよい。すなわち、図５のステップＳ３を省略するようにしてもよい。

また、本実施形態では、第１通電量および第２通電量が予め設定された値である例を示したが、これに限らず、第１通電量および第２通電量が冷却水の温度に応じて変更されるようにしてもよい。

また、本実施形態では、整備用ツール１７０から入力される信号に基づいて冷却水の注入作業がされたか否かを判断する例を示したが、これに限らず、車両の操作部（図示省略）から入力される信号に基づいて冷却水の注入作業がされたか否かを判断するようにしてもよい。

また、本実施形態では、冷却水通路１内の冷却水が不足している旨の警告をメータ装置１６０に表示させる例を示したが、これに限らず、冷却水通路内の冷却水が不足している旨の警告を整備用ツールに表示させるようにしてもよい。

本発明は、エンジンの冷却装置に利用可能であり、さらに詳しくは、サーモスタットを強制的に開弁してエア抜き制御を行う冷却装置に有効に利用することができる。

１ 冷却水通路
２ 電動ウォータポンプ（ウォータポンプ）
４ サーモスタット
４１ ヒータ
１００ 冷却装置

Claims (3)

1. 冷却水通路と、
   前記冷却水通路内の冷却水を循環させるウォータポンプと、
   感温部を加熱するヒータを含むサーモスタットとを備える冷却装置であって、
   前記冷却水通路への冷却水の注入作業時に、前記ウォータポンプが駆動されるとともに、前記ヒータが第１通電量で通電されたときに、前記ウォータポンプが空転する場合に、前記ヒータへの通電を停止するように構成されていることを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置において、
   前記冷却水通路への冷却水の注入作業時に、前記ウォータポンプが駆動されるとともに、前記ヒータが第１通電量で通電されたときに、前記ウォータポンプが空転する場合に、前記冷却水通路内の冷却水が不足している旨の警告を行うように構成されていることを特徴とする冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の冷却装置において、
   前記冷却水通路への冷却水の注入作業時に、前記ウォータポンプが駆動されるとともに、前記ヒータが第１通電量で通電されたときに、前記ウォータポンプが空転していない場合に、前記ヒータに対して前記第１通電量よりも大きい第２通電量で通電し、前記冷却水通路内の冷却水からエアを抜くエア抜き制御を行うように構成されていることを特徴とする冷却装置。

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