JP5699821B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の冷却装置に関する。

従来、内燃機関の冷却水温の制御について、種々提案されている。例えば、特許文献１には、冷却水温の上昇に伴って電動ファンの回転を徐々に上昇させる自動車用電動ファンの制御機構が開示されている。

特開昭６０−８１４２２号公報

ところで、昨今、ノッキング抑制による燃費向上を目的として、冷却水温制御を行う提案がある。すなわち、ノッキングを抑制すべく、冷却水温を、従来の冷却水温よりも低めに制御し、これによってノッキングを抑制し、燃費向上を図る。このように、通常状態として冷却水温を低めに設定する場合、通常、点火時期もこれに合せて調整される。

このような冷却水温制御による燃費対策が取られている場合、以下のような不都合が考えられる。車両がアイドリング状態となったり、低速運転状態となったりしたときに、走行風によるラジエータの冷却が抑制される。この結果、冷却水温は上昇する。そして、冷却水温が上昇した後に急加速するような状況になると、低めの冷却水温に合せて調整されている点火時期に起因してノッキングが発生するおそれがある。また、内燃機関がＫＣＳ（Knock Control System）を備えている場合、ノッキングの発生が検知されると、ＫＣＳの学習機能が働く。この学習機能により、低水温時の遅角量が大きくなると、燃費性能の低下や、加速のもたつき等の動力性能不足が懸念される。

特許文献１に開示された自動車用電動ファンの制御機構は、冷却水温の上昇に伴って電動ファンの回転を制御するものである。すなわち、冷却水温を参照した制御を行うために、タイミングによっては、水温制御の応答遅れにより水温が上昇し、ノッキングの発生を回避することができないことが想定される。また、できるだけ低水温の状態を維持するために、頻繁にファンが作動すると、ファンの消費電力や駆動抵抗により却って燃費が悪化することが懸念される。さらに、頻繁なファンの作動は、作動騒音の問題や、冷却水温の変化幅の増大を引き起こすおそれがある。また、頻繁なファンの作動は、ファン自体の寿命も低下させる。

そこで本明細書開示の内燃機関の冷却装置は、冷却水温上昇に伴うノッキングの発生の抑制と、ファンの駆動に伴うエネルギ損失、水温変化及び騒音の抑制を課題とする。

上記課題を解決するために本明細書開示の内燃機関の冷却装置は、少なくとも第１の駆動電圧と、この第１の駆動電圧よりも高い第２の駆動電圧で作動して、冷却水を冷却するファンと、車速が車速閾値よりも低い低車速運転時であり、かつ、冷却水温度がファン低電圧作動閾値を上回った場合に、前記ファンを、前記第１の駆動電圧で駆動する制御部と、を備える。

車速閾値を用いてファンの駆動制御を行うことにより、冷却水温の上昇を抑制することができる。この結果、ノッキングの発生を抑制し、燃費向上効果を得ることができる。また、このとき、第１の駆動電力による駆動とすることにより、ファンの駆動に伴うエネルギ損失、水温変化及び騒音の抑制をすることができる。

前記制御部は、前記第１の駆動電圧による前記ファンの駆動開始後、冷却水温がファン停止閾値を下回らない場合に、前記第２の駆動電圧により前記ファンを駆動する。第１の駆動電力によるファンの駆動を行ったにもかかわらず、冷却水温の低下が鈍い場合は、駆動電圧を第２の駆動電圧に上昇させ、冷却水の冷却を促す。駆動電圧を第１の駆動電圧から第２の駆動電圧まで上昇させるとき、ステップ的に駆動電圧を変化させることができる。また、駆動電圧は、リニアに変化させて、第１に駆動電圧から第２の駆動電圧へ上昇させることもできる。

ファン停止閾値はファン低電圧作動閾値よりも低い値とすることができる。これによりファン作動時のハンチングを抑制することができる。

前記低車速運転時は、内燃機関のアイドル状態を含む。内燃機関のアイドル状態時も、ラジエータに走行風が当たらない。このため、アイドル状態時も第１の駆動電圧によるファンの駆動対象に含める。

本明細書に開示された内燃機関の冷却装置によれば、冷却水温上昇に伴うノッキングの発生、ファンの駆動に伴うエネルギ損失、水温変化及び騒音を抑制することができる。

図１は、実施例１の冷却装置を組み込んだ内燃機関の概略構成を示す説明図である。 図２は、冷却装置の制御の一例を示すフロー図である。 図３は、冷却装置を組み込んだ内燃機関を搭載した車両の車速の変化と、冷却水温の変化を示すグラフである。 図４は、冷却装置の他の制御の例を示すフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。

まず、図１を参照して実施例１の内燃機関の冷却装置（以下、単に「冷却装置」という）１が組み込まれた内燃機関１０について概略構成を説明する。内燃機関１０は、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２を備える。シリンダブロック１２の側方には、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１３が設けられている。シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２内にはそれぞれウォータジャケットが設けられている。そして、ウォータポンプ１３により圧送された冷却水が、シリンダブロック、シリンダヘッドの順に循環し、冷却水はシリンダヘッド１１から一旦外部へ排出される。この冷却水の出口部分に冷却水温を測定する温度センサ１４が装着されている。

内燃機関１０は、ラジエータ１５備える。ラジエータ１５にはシリンダヘッド１１から排出された冷却水が導入される。ラジエータ１５を通過した冷却水は、サーモスタット１６を通過して、再びウォータポンプ１３に導入される。なお、内燃機関１０は、ラジエータ１５をバイパスするバイパス経路１７も備える。

内燃機関１０は、ラジエータ１５の背面側にファン１８を備える。ファン１８は、ラジエータ１５の通過風量を増大し、冷却水を冷却する。このファン１８の駆動電圧Ｖは、第１の駆動電圧Ｖ１と第２の駆動電圧Ｖ２との間で切り替えることができる。第１の駆動電圧Ｖ１は、第２の駆動電圧Ｖ２よりも低い。駆動電圧を第１の駆動電圧Ｖ１から第２の駆動電圧Ｖ２まで上昇させるとき、ステップ的に駆動電圧を変化させることができる。また、駆動電圧は、リニアに変化させて、第１に駆動電圧Ｖ１から第２の駆動電圧Ｖ２へ上昇させることもできる。ファン１８は、冷却装置１に含まれる。

内燃機関１０は、ＥＣＵ（Electronic control unit）１９を備える。ＥＣＵ１９は、冷却装置１の制御部として機能する。ＥＣＵ１９は、温度センサ１４、ファン１８にそれぞれ電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１９には、車速センサ２０が電気的に接続されている。ＥＣＵ１９は、冷却装置１の制御に用いられる車速閾値Ｘ１を記憶している。また、ファン低電圧作動閾値Ｔ２、低電圧作動ファン停止閾値Ｔ０を記憶している。さらに、ファン１８を第２の駆動電圧Ｖ２で駆動するためのファン高電圧作動閾値Ｔ３、高電圧作動ファン停止閾値Ｔ１を記憶している。ここで、各温度の関係は、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。なお、高電圧作動ファン停止閾値Ｔ１を低電圧作動ファン停止閾値Ｔ０よりも低い値に設定している。すなわち、ファン１８は、高電圧である第２の駆動電圧Ｖ２で作動しているときの方が第１の駆動電圧Ｖ１で作動しているときよりも高い温度で停止する。これにより、電力の消費が大きい状態でのファン１８の駆動が抑制される。第２の駆動電圧Ｖ２での駆動が抑制されることにより、エネルギ損失、水温変化及び騒音抑制の面で有利となる。

内燃機関１０には、エアコンユニット２１が接続されている。具体的に、エアコンユニット２１は、ラジエータ１５とは別体で、ラジエータ１５と共にコンデンサが配置されており、エアコン冷媒を冷却する。なお、エアコンユニット２１が作動しているとき、ファン１８が第１の駆動電圧Ｖ１や、これに近い低電圧で駆動されることがある。実施例１の冷却装置１は、エアコンユニット２１の作動の有無にかかわらず、低車速運転時であり、かつ、冷却水温度がファン低電圧作動閾値を上回った場合に、第１の駆動電圧Ｖ１によりファン１８を駆動することができる。

この内燃機関１０は、冷却水温を低めに設定することにより、ノッキングの発生を抑制する。また、内燃機関１０は、ＫＣＳを搭載しており、ノッキングの発生を検知すると点火時期を遅角する学習機能を備えている。

以上のように、構成される冷却装置１の制御及び動作につき、図２、図３を参照しつつ説明する。図２は、冷却装置１の制御の一例を示すフロー図である。図３は、冷却装置１を組み込んだ内燃機関１０を搭載した車両の車速の変化と、冷却水温の変化を示すグラフである。冷却装置１の制御はＥＣＵ１９によって行われる。図３に示すグラフは、実施例の冷却水温の変化とともに、比較例の冷却水温の変化を示している。比較例は、ファンの第１の駆動電圧Ｖ１での駆動は行わない。

まず、ステップＳ１では、温度センサ１４によって取得された冷却水温Ｔがファン低電圧作動閾値Ｔ２以上であるか否かを判断する。ステップＳ１でＮｏと判断したときは、処理はリターンとなる。ステップＳ１でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、さらに、冷却水温Ｔがファン高電圧閾値Ｔ３以下であるか否かを判断する。ステップＳ２でＮｏと判断したときは、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、ファン１８の駆動電圧Ｖを第２の駆動電圧Ｖ２としてファン１８の駆動を開始する（高電圧ファン駆動）。ステップＳ３の後は、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、冷却水温Ｔが高電圧作動ファン停止閾値Ｔ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ４でＮｏと判断したときは、ステップＳ３の処理を繰り返す。すなわち、第２の駆動電圧Ｖ２によるファン１８の駆動を継続する。一方、ステップＳ４でＹｅｓと判断しときは、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、高電圧ファン駆動をＯＦＦとする。そして、ステップＳ６へ進む。なお、ファン高電圧作動閾値Ｔ３と高電圧作動ファン停止閾値Ｔ１は、Ｔ１＜Ｔ３の関係を有するので、ファン作動時のハンチングを抑制することができる。

ステップＳ２でＹｅｓと判断したときもステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、車速センサ２０から取得した車速Ｘが車速閾値Ｘ１以下であるか否かを判断する。すなわち、車両が低車速運転時であるか否かの判断を行う。低車速運転時は、ラジエータ１５に走行風が当たりにくく、冷却水温が上昇し易い。ステップＳ６でＮＯと判断したときは、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ６でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、ファン１８の駆動電圧Ｖを第１の駆動電圧Ｖ１としてファン１８の駆動を開始する。これにより、図３に示すように冷却水温Ｔの上昇が抑制される。なお、低車速運転時には、内燃機関１０のアイドル状態も含まれる。

仮に、ファン低電圧作動閾値Ｔ２が設けられていない場合、冷却水温Ｔは、図３に示すようにファン低電圧作動閾値Ｔ２を越えて上昇する。この結果、ノッキングが発生することがある。ノッキングが発生すると、ＫＣＳの学習機能が働き、点火時期の遅角が行われることがある。この結果、燃費性能、動力性能が低下するおそれがある。特に、実施例の内燃機関１０の冷却水温は低めに設定されている。そして、これに合せて点火時期が設定されている。このため、冷却水温が上昇し、ノッキング発生すると、ＫＣＳによる遅角量の変動が大きくなり、燃費性能や動力性能に対する影響も大きいものとなる。

これに対し、ファン１８が駆動されると、冷却水温の上昇が抑制され、これに伴って、ノッキングの発生も抑制される。ノッキングの発生が抑制されることにより、燃費性能が維持される。また、ＫＣＳが作動しないため、この点によっても燃費性能が維持される。また、動力性能の低下も抑制される。

また、ファン１８の駆動は、第１の駆動電圧Ｖ１で行われている。すなわち、低い電圧で駆動されているため、消費電力（エネルギ損失）を抑制することができ、燃費性能を維持、向上することができる。また、ファン１８が第２の駆動電圧Ｖ２で駆動される場合と比較して、風量が少なくなるため、冷却水温の変化を緩やかにすることができる。この結果、制御のバラツキを抑制することができる。また、ファン１８の作動音が抑制され、ファン１８の寿命延長も図られる。

ステップＳ７の処理の後は、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、冷却水温が低電圧作動ファン停止閾値Ｔ０以下となっているか否かを判断する。低電圧作動ファン停止閾値Ｔ０以下となっているときは、ファン１８が駆動されなくても冷却水温を低く維持することができ、ノッキングの発生も抑制することができる。このため、ステップＳ８でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９へ進み、ファン１８の駆動をＯＦＦする。ステップＳ９の後は、処理はリターンとなる。一方、ステップＳ８でＮｏと判断したときは、再び、ステップＳ２からの処理を繰り返す。なお、ファン低電圧作動閾値Ｔ２と低電圧作動ファン停止閾値Ｔ０は、Ｔ０＜Ｔ２の関係を有するので、ファン作動時のハンチングを抑制することができる。

なお、図４に示すフロー図のように、ステップＳ２を経ることなく、直接ステップＳ３へ進むようにしてもよい。例えば、第１の駆動電圧Ｖ１によるファン１８の駆動を行ったにもかかわらず、冷却水温Ｔの低下がみられない場合は、第２の駆動電圧Ｖ２でファン１８を駆動してもよい。

以上説明したように、実施例の冷却装置１によれば、冷却水温上昇に伴うノッキングの発生の抑制、ファン１８の駆動に伴うエネルギ損失、水温変化及び騒音を抑制することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、低車速運転時となったときは、簡易的に冷却水温の状態にかかわらず、ファン１８の駆動を開始するようにしてもよい。

１ 冷却装置
１０ 内燃機関
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１３ ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）
１４ 温度センサ
１５ ラジエータ
１８ ファン
１９ ＥＣＵ（制御部）
２０ 車速センサ

Claims (4)

1. 少なくとも第１の駆動電圧と、この第１の駆動電圧よりも高い第２の駆動電圧で作動して、冷却水を冷却するファンと、
   車速が車速閾値よりも低い低車速運転時であり、かつ、冷却水温度がファン低電圧作動閾値を上回った場合に、前記ファンを、前記第１の駆動電圧で駆動する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の駆動電圧による前記ファンの駆動開始後、冷却水温がファン停止閾値を下回らない場合に、前記第２の駆動電圧により前記ファンを駆動する内燃機関の冷却装置。
2. ファン停止閾値はファン低電圧作動閾値よりも低い値である請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 少なくとも第１の駆動電圧と、この第１の駆動電圧よりも高い第２の駆動電圧で作動して、冷却水を冷却するファンと、
   車速が車速閾値よりも低い低車速運転時であり、かつ、冷却水温度がファン低電圧作動閾値を上回った場合に、前記ファンを、前記第１の駆動電圧で駆動する制御部と、を、備え、
   前記制御部は、冷却水温度に関し、前記ファンを前記第１の駆動電圧で駆動するための前記ファン低電圧作動閾値と、前記第１の駆動電圧で駆動されている前記ファンを停止させるための低電圧作動ファン停止閾値と、前記ファンを前記第２の駆動電圧で駆動するためのファン高電圧作動閾値と、前記第２の駆動電圧で駆動されている前記ファンを停止させるための高電圧作動ファン停止閾値と、を記憶するとともに、各閾値に基づいて前記ファンを駆動し、各閾値は、低電圧作動ファン停止閾値＜高電圧作動ファン停止閾値＜ファン低電圧作動閾値＜ファン高電圧作動閾値の関係を有する内燃機関の冷却装置。
4. 前記低車速運転時は、内燃機関のアイドル状態を含む請求項１乃至３のいずれか一項記載の内燃機関の冷却装置。

Images