JP6658222B2

JP6658222B2 - 車両用熱マネジメントシステム

Info

Publication number: JP6658222B2
Application number: JP2016071837A
Authority: JP
Inventors: 敏正小杉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017180397A

Description

本発明は、車両用熱マネジメントシステムに関する。

下記特許文献１には、内部を流れる冷却水の熱を大気中に放熱させることでエンジン等の熱を放熱させる熱交換器と、エンジン等と熱交換器との間を繋ぐ循環ラインと、作動されることで熱交換器の内部、エンジン等の内部、及び循環ラインの内部の冷却水を循環させるポンプと、を備えた車両エンジン冷却システムが開示されている。

ところで、ポンプの出力等を制御する際においては、熱交換器の内部、エンジン等の内部、及び冷却ラインの内部を流れる冷却水の流量を容易に把握することができることが望ましい。

特開２０１５−２１８７２６号公報

本発明は上記事実を考慮し、内部を流れる冷却水の流量を容易に把握することができる車両用熱マネジメントシステムを得ることが目的である。

請求項１記載の車両用熱マネジメントシステムは、車両に搭載されると共に作動されることで発熱し、冷却水が通過する流路を有する熱発生部と、前記冷却水が通過する流路を有し、この流路を流れる前記冷却水の熱が伝達される放熱部と、前記熱発生部と前記放熱部とをつなぐと共に前記冷却水が通過する流路を有する配管部と、各々作動されることで前記流路内の前記冷却水を循環させる第１ポンプ及び第２ポンプと、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの一方が作動されて、前記冷却水が前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの他方を通過することで前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの他方から出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの他方を通過する前記冷却水の流量を推定する流量推定部と、を備え、前記熱発生部は、内燃機関であり、前記放熱部は、前記内燃機関で発生した熱の一部が前記冷却水を介して伝達される第１熱交換器及び前記内燃機関で発生した熱の他の一部が前記冷却水を介して伝達される第２熱交換器とされており、前記配管部は、前記第１熱交換器と前記内燃機関とをつなぐ第１配管部及び前記第２熱交換器と前記内燃機関とをつなぐ第２配管部とされており、前記第１ポンプが前記第１配管部に設けられていると共に、前記第２ポンプが前記第２配管部に設けられており、前記第２ポンプから出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて推定された前記第２ポンプを通過する前記冷却水の流量と、前記車両の外側の温度と、前記第１配管部内の前記冷却水の温度と、前記第２配管部内の前記冷却水の温度と、に基づいて、前記第１ポンプの作動を調節するポンプ制御部を備えている。

請求項１記載の車両用熱マネジメントシステムによれば、第１ポンプ及び第２ポンプの少なくとも一方が作動されると、熱発生部、放熱部及び配管部の内部の冷却水が循環される。これにより、熱発生部が発生した熱の一部が、冷却水及び放熱部を介して放熱される。ここで、第１ポンプ及び第２ポンプの一方が作動されると、冷却水が第１ポンプ及び第２ポンプの他方を通過する。そして、冷却水が第１ポンプ及び第２ポンプの他方を通過することによって当該第１ポンプ及び第２ポンプの他方から出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて、流量推定部は、第１ポンプ及び第２ポンプの他方を通過する冷却水の流量を推定する。このように、請求項１記載の本発明によれば、流量センサを設けることなく内部を流れる冷却水の流量を容易に把握することができる。

請求項１記載の車両用熱マネジメントシステムによれば、第１ポンプが作動されると、冷却水が内燃機関と第１熱交換器との間で第１配管部を介して循環する。また、内燃機関と第１熱交換器との間で循環する冷却水の一部が、内燃機関を介して第２配管部に流入することで、冷却水が内燃機関と第２熱交換器との間で第２配管部を介して循環する。これに対して、第２ポンプが作動されると、冷却水が内燃機関と第２熱交換器との間で第２配管部を介して循環する。また、内燃機関と第２熱交換器との間で循環する冷却水の一部が、内燃機関を介して第１配管部に流入することで、冷却水が内燃機関と第１熱交換器との間で第１配管部を介して循環する。ここで、請求項２記載の本発明では、第１ポンプ及び第２ポンプの一方の作動により循環された冷却水が第１ポンプ及び第２ポンプの他方を通過する。そして、冷却水が第１ポンプ及び第２ポンプの他方を通過することによって当該第１ポンプ及び第２ポンプの他方から出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて、流量推定部は、第１ポンプ及び第２ポンプの他方を通過する冷却水の流量を推定する。このように、請求項１記載の本発明によれば、流量センサを設けることなく内燃機関と第１熱交換器との間及び内燃機関と第２熱交換器との間を流れる冷却水の流量を容易に把握することができる。

請求項１記載の車両用熱マネジメントシステムによれば、第２ポンプから出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて推定された第２ポンプを流れる冷却水の流量と、車両の外気の温度と、第１配管部内の冷却水の温度と、第２配管部内の冷却水の温度と、に基づいて、ポンプ制御部が第１ポンプの作動を調節する。当該構成では、各部の冷却水の温度及び流量に応じて、第１ポンプの作動を調節することができる。これにより、内燃機関の内部を流れる冷却水の温度を所望の温度に調節することができる。

本実施形態の車両用熱マネジメントシステムを模式的に示す模式図である。第２ポンプを通過する冷却水の流量と第２ポンプから出力される電流との関係を示すグラフである。第１ポンプの作動の制御を説明するためのフローチャートである。

図１を用いて本発明の実施形態に係る車両用熱マネジメントシステムについて説明する。

図１に示されるように、本実施形態の車両用熱マネジメントシステム１０は、熱発生部及び内燃機関としてのエンジン１２の内部で燃料が燃焼することで発生した熱を放熱させると共に、この熱を車両用空調装置の暖房に用いるためのものである。この車両用熱マネジメントシステム１０は、エンジン１２と、エンジン１２の熱を放熱させる放熱部及び第１熱交換器としてのラジエータ１４と、エンジン１２の熱を放熱させると共に車両用空調装置の一部を構成する放熱部及び第２熱交換器としてのヒータコア１６と、を備えている。また、車両用熱マネジメントシステム１０は、エンジン１２とラジエータ１４とを繋ぐ配管部及び第１配管部としてのラジエータホース１８と、エンジン１２とヒータコア１６とを繋ぐ配管部及び第２配管部としてのヒータコアホース２０と、ラジエータホース１８の途中に設けられた第１ポンプ２２と、ヒータコアホース２０の途中に設けられた第２ポンプ２４と、を備えている。さらに、車両用熱マネジメントシステム１０は、各部の温度を計測する複数の温度センサ（外気温センサ２６、第１水温センサ２８、第２水温センサ３０）と、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２４の作動を制御する流量推定部及びポンプ制御部としての車両ＥＣＵ３２と、を備えている。

車両に搭載されたエンジン１２は、当該エンジン１２の作動により発生した熱が伝達される冷却水が通過する流路を形成するウォータジャケット１２Ａを備えている。このウォータジャケット１２Ａ内を冷却水が流れるようになっている。

ラジエータ１４は、冷却水が通過する流路１４Ａを有すると共にこの流路１４Ａの外側に車両の走行風やラジエタファンの作動により発生した空気流が通過可能とされたフィンを有して構成されている。このラジエータ１４は図示しないラジエータサポートを介して車両の前部に支持されている。

ヒータコア１６の基本的な構成はラジエータ１４と同様に構成されている。すなわち、ヒータコア１６は、冷却水が通過する流路１６Ａを有すると共にこの流路１６Ａの外側にブロアモータの作動により発生した空気流が通過可能とされたフィンを有して構成されている。このヒータコア１６は車両のキャビン内でかつダッシュボード内に配置されている。

ラジエータホース１８及びヒータコアホース２０は、筒状に形成されることで内部に冷却水が通過する流路１８Ａ、２０Ａを備えている。そして、エンジン１２とラジエータ１４とがラジエータホース１８を介してつながれることで、冷却水をエンジン１２とラジエータ１４との間で循環させることが可能となっている。また、エンジン１２とヒータコア１６とがヒータコアホース２０を介してつながれることで、冷却水をエンジン１２とヒータコア１６との間で循環させることが可能となっている。なお、エンジン１２とラジエータ１４との間で循環される冷却水の流路を第１流路３４というものとし、エンジン１２とヒータコア１６との間で循環される冷却水の流路を第２流路３６というものとする。

第１ポンプ２２及び第２ポンプ２４は、モータと、当該モータによって回転されるインペラと、インペラが収容されると共に冷却水が流入する流入部及び冷却水が流出する流出部を有するポンプ室と、を含んで構成されている。そして、モータによってインペラが回転されて、流入部からポンプ室に流入した冷却水の圧力が高められることで、ポンプ室内に流入した冷却水を流出部から圧送することが可能となっている。また、本実施形態の第１ポンプ２２及び第２ポンプ２４は、モータが作動されていない状態においても、冷却水をポンプ室の流入部から流出部へ通過させることが可能とされたタイプのものである。以上説明した第１ポンプ２２は、ラジエータホース１８の途中におけるラジエータ１４の下流側（冷却水が流れる方向の下流側）に設けられており、第２ポンプ２４は、ヒータコアホース２０の途中におけるヒータコア１６の上流側（冷却水が流れる方向の上流側）に設けられている。

また、本実施形態では、ラジエータ１４の車両前方側に設けられることで外気の温度を計測する外気温センサ２６と、エンジン１２の内部を流れる冷却水の温度を計測する第１水温センサ２８と、第２ポンプ２４を通過する冷却水の温度を計測する第２水温センサ３０と、を備えている。そして、外気温センサ２６、第１水温センサ２８及び第２水温センサ３０は、車両ＥＣＵ３２に接続されている。

車両ＥＣＵ３２は、各種条件に基づいて第１ポンプ２２及び第２ポンプ２４を作動させる。

一例として、第１水温センサ２８によって計測される冷却水の温度が、所定の温度を超えると、車両ＥＣＵ３２は、第１ポンプ２２を作動させる。これにより、エンジン１２で発生した熱の一部が第１流路３４を流れる冷却水及びラジエータ１４を介して放熱される。

また、第１水温センサ２８によって計測される冷却水の温度が上記所定の温度を超えていると共に、キャビンの内部を温めるために車両用空調装置が作動されている状態では、車両ＥＣＵ３２は、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２４を作動させる。これにより、エンジン１２で発生した熱の一部が第１流路３４を流れる冷却水及びラジエータ１４を介して放熱されると共に、エンジン１２で発生した熱の他の一部が第２流路３６を流れる冷却水及びヒータコア１６を介して放熱される。

さらに、第１水温センサ２８によって計測される冷却水の温度が上記所定の温度以下の場合で、キャビンの内部を温めるために車両用空調装置が作動されている状態では、車両ＥＣＵ３２は、第２ポンプ２４を作動させる。これにより、エンジン１２で発生した熱が第２流路３６を介して優先的にヒータコア１６側へ伝熱される。

ところで、第１ポンプ２２が作動されていると共に第２ポンプ２４が停止された状態では、冷却水は第１流路３４内を循環すると共に当該第１流路３４を循環する冷却水の一部が第２流路３６内に流入する。これにより、第１ポンプ２２のみが作動されている状態においても、冷却水が第２流路３６内を循環する。この第２流路３６内を流れる冷却水の流量が、所定の流量を超えると、すなわち、第２ポンプ２４のポンプ室を通過する冷却水の流量が所定値を超えると、当該第２ポンプ２４のポンプ室を通過する冷却水が、インペラを介してモータを回転させる。これにより、第２ポンプ２４のモータの端子間には電圧及び電流が生じる。そして、車両ＥＣＵ３２は、第２ポンプ２４のモータの端子間に生じる電流に基づいて、第２ポンプ２４のポンプ室を通過する冷却水の流量、すなわち、第２流路３６を流れる冷却水の流量を推定する。また、車両ＥＣＵ３２は、第１流路３４の抵抗を示す係数と第２流路３６の抵抗を示す係数との比を上記により推定された第２流路３６を流れる冷却水の流量に乗ずることで、第１流路３４を流れる冷却水の流量を推定する。

ここで、図２には、第２ポンプ２４単体でポンプ室の流入部から流出部へ冷却水を通過させた際の当該冷却水の流量と、冷却水の通水抵抗と、モータの端子間を流れる電流の電流値と、の関係が示されている。この図に示されるように、ポンプ室に冷却水を通過させる際の通水抵抗Ｒが所定値Ｒ０を超えると、すなわち、ポンプ室を通過する冷却水の流量Ｑが所定の量Ｑ０を超えると、第２ポンプ２４のモータが回転されて当該モータの端子間に電流が流れる。そして、ポンプ室を通過する冷却水の流量Ｑが所定の量Ｑ０を超えている領域では、モータの端子間に流れる電流の電流値Ｉと冷却水の流量Ｑとは比例関係にあるため、この電流値Ｉと冷却水の流量Ｑとの関係を第２ポンプ２４の単体試験等で予め求めておくことにより、第２ポンプ２４のポンプ室を通過する冷却水の流量を推定することができる。

以上説明したように、本実施形態では、流量計を設けることなく第１流路３４及び第２流路３６を流れる冷却水の流量を推定することができる。

また、車両ＥＣＵ３２は、上記により推定された第２流路３６を流れる冷却水の流量、外気温センサ２６により計測された外気温、及び第２水温センサ３０により計測された第２ポンプ２４を通過する冷却水の温度等に基づいて第１ポンプ２２の作動を調節することで、エンジン１２の内部を流れる冷却水の温度が一定となるように制御する。

具体的には、図３に示されるように、車両ＥＣＵ３２は、先ずステップＳ１において第１ポンプ２２が作動されているか否かを判断する。ステップＳ１で肯定判断されると、車両ＥＣＵ３２は、ステップＳ２で第２ポンプ２４が停止されているか否かを判断する。ステップＳ２で肯定判断されると、車両ＥＣＵ３２は、ステップＳ３で第２ポンプ２４のモータの端子間に電流が流れているか否かを判断する。ステップＳ３で肯定判断されると、車両ＥＣＵ３２は、ステップＳ４で第２ポンプ２４のモータの端子間を流れる電流の電流値に基づいて、第２ポンプ２４を通過する冷却水の流量を推定する。そして、ステップＳ５において、車両ＥＣＵ３２は、ステップＳ４で推定された第２ポンプ２４を通過する冷却水の流量、ヒータコア１６を通過する空気の温度、及び第２ポンプ２４を通過する冷却水の温度等からヒータコア１６から放熱される熱量を計算する。次いで、ステップＳ６において、車両ＥＣＵ３２は、ステップＳ５において計算されたヒータコア１６から放熱される熱量に基づいて、ラジエータ１４から放熱されるべき熱量を計算する。そして、ステップＳ７において、車両ＥＣＵ３２は、ラジエータ１４から放熱される熱量がステップＳ６において計算された熱量となるように、第１ポンプ２２の出力を調節することで、第１流路３４を流れる冷却水の流量を調節する。これにより、エンジン１２の内部を流れる冷却水の温度を一定に保つことができる。

なお、本実施形態では、エンジン１２の内部で燃料が燃焼することで発生した熱を放熱させると共に、この熱を車両用空調装置の暖房に用いる車両用熱マネジメントシステム１０に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、エンジンから排出された排気ガスの一部を冷却して再びインテークマニフォールド側へ戻す熱発生部としてのＥＧＲシステムを備えた車両に本発明の車両用熱マネジメントシステムを適用してもよい。

また、本実施形態では、第２ポンプ２４のモータが回転されることで生じる電流の電流値に基づいて、第２ポンプ２４を通過する冷却水の流量を推定した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２ポンプ２４のモータが回転されることで生じる電圧の電圧値、或いは、電流値と電圧値の両方に基づいて第２ポンプ２４を通過する冷却水の流量を推定してもよい。また、第１ポンプ２２の作動がていされた状態で、第１ポンプ２２のモータが回転されることで生じる電流の電流値及び電圧の電圧値の少なくとも一方に基づいて、第１ポンプ２２を通過する冷却水の流量を推定してもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０車両用熱マネジメントシステム
１２エンジン（熱発生部、内燃機関）
１２Ａウォータジャケット（流路）
１４ラジエータ（放熱部、第１熱交換器）
１４Ａ流路
１６ヒータコア（放熱部、第２熱交換器）
１６Ａ流路
１８ラジエータホース（配管部、第１配管部）
１８Ａ流路
２０ヒータコアホース（配管部、第２配管部）
２０Ａ流路
２２第１ポンプ
２４第２ポンプ
３２車両ＥＣＵ（流量推定部、ポンプ制御部）

Claims

車両に搭載されると共に作動されることで発熱し、冷却水が通過する流路を有する熱発生部と、
前記冷却水が通過する流路を有し、この流路を流れる前記冷却水の熱が伝達される放熱部と、
前記熱発生部と前記放熱部とをつなぐと共に前記冷却水が通過する流路を有する配管部と、
各々作動されることで前記流路内の前記冷却水を循環させる第１ポンプ及び第２ポンプと、
前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの一方が作動されて、前記冷却水が前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの他方を通過することで前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの他方から出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの他方を通過する前記冷却水の流量を推定する流量推定部と、
を備え、
前記熱発生部は、内燃機関であり、
前記放熱部は、前記内燃機関で発生した熱の一部が前記冷却水を介して伝達される第１熱交換器及び前記内燃機関で発生した熱の他の一部が前記冷却水を介して伝達される第２熱交換器とされており、
前記配管部は、前記第１熱交換器と前記内燃機関とをつなぐ第１配管部及び前記第２熱交換器と前記内燃機関とをつなぐ第２配管部とされており、
前記第１ポンプが前記第１配管部に設けられていると共に、前記第２ポンプが前記第２配管部に設けられており、
前記第２ポンプから出力される電圧及び電流の少なくとも一方の出力値に基づいて推定された前記第２ポンプを通過する前記冷却水の流量と、前記車両の外側の温度と、前記第１配管部内の前記冷却水の温度と、前記第２配管部内の前記冷却水の温度と、に基づいて、前記第１ポンプの作動を調節するポンプ制御部を備えた車両用熱マネジメントシステム。