JP6848257B2 - 車両用の冷却システム、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の冷却システム、及びその制御方法に関し、より詳細には、暖機時間を短縮する車両用の冷却システム、及びその制御方法に関する。

車両用の冷却システムとして、エンジンの回転数が所定回転数以下で、且つ冷却水の温度が所定温度以下の場合には、電子制御バルブを閉とし、エンジンの回転数が所定回転数を上回った場合には、電子制御バルブを開とするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却システムは、エンジンの回転数に基づいて、冷却水の水圧が閾値を超えないように電子制御バルブを開閉することで、エンジンの回転数の増大に伴う冷却水の圧力の増加を回避している。

特開２０１３−２３４６０５号公報

ところで、車両用のヒータは、冷却水を熱源としている。ヒータは、冷却水をヒータコアで熱交換により冷却すると共に、その熱交換で生じた熱風をファンで車内各所に送風している。

しかしながら、上記の装置においては、エンジンの回転数が所定回転数以下で、且つ冷却水の温度が所定温度以下の場合には、電子制御バルブを閉じてしまう。それ故、このような制御がなされた場合に、冷却水がヒータコアに流れずに、ヒータが効かなくなるという問題があった。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、暖機時にヒータコアに冷却水を流しつつ、暖機時間を短縮することができる車両用の冷却システム、及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の車両用の冷却システムは、エンジンから出力される回転動力により駆動するウォータポンプと、そのエンジンの内部に形成されたウォータジャケットと、このウォータジャケットを流れた冷却水が通過するラジエータ及びヒータコアとを備え、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及び前記ラジエータが配管により冷却水の流れに関して環状に接続されているラジエータ流路と、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及び前記ヒータコアが冷却水の流れに関して環状に接続されているヒータ流路と、前記ラジエータ流路に設けられて冷却水の流れに関して前記ラジエータの上流側から分岐して下流側で合流するバイパス路と、が形成されている車両用の冷却システムにおいて、前記ラジエータ、前記ヒータコア、及び前記バイパス路のそれぞれに流れる冷却水の流量を調節する流量調節部と、前記ウォータジャケットを通過後の冷却水の温度を取得する温度取得装置と、前記ウォータポンプから吐出される冷却水の吐出流量を間接的又は直接的に取得する流量取得装置と、前記温度取得装置および前記流量取得装置のそれぞれに信号線を介して接続されて前記流量調節部による冷却水の流量の調節を制御する制御装置とを備えており、前記温度取得装置により取得した冷却水の温度が予め設定した閾値を下回る場合は、前記流量取得装置により取得した吐出流量に基づいて、前記制御装置により、前記流量調節部を調節して、前記ヒータコアを流れる冷却水のヒータ用流量を予め設定した一定量の制限流量に維持すると共に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水のジャケット用流量をそのヒータ用流量以下にする構成にしたことを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明の車両用の冷却システムの制御方法は、エンジンから出力される回転動力によりウォータポンプを駆動して、このウォータポンプから吐出された冷却水を、そのエンジンの内部に形成されたウォータジャケットに流した後に、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及びラジエータが配管により冷却水の流れに関して環状に接続されているとともにバイパス路が冷却水を前記ラジエータの上流側から分岐させて下流側で合流させるラジエータ流路と、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及びヒータコアが冷却水の流れに関して環状に接続されているヒータ流路と、を通過させて、前記ウォータジャケットを通過した冷却水の温度を所定範囲に維持する車両用の冷却システムの制御方法において、前記ウォータジャケットを通過後の冷却水の温度を取得し、前記ウォータポンプから吐出される冷却水の吐出流量を間接的又は直接的に取得し、取得したその温度が予め設定した閾値を下回る場合は、取得した吐出流量に基づいて、前記ヒータコアを流れる冷却水のヒータ用流量を予め設定した一定量の制限流量に維持すると共に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水のジャケット用流量をそのヒータ用流量以下にすることを特徴とする方法である。

本発明によれば、冷却水の温度が閾値を下回る場合は、制限流量のヒータ用流量に合わせてジャケット用流量を制限するので、エンジンの暖機時に、ヒータコアに冷却水を流しつつ、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量を制限して、ウォータジャケットにおける冷却水の流速を低下できる。これにより、ウォータジャケットでの早期の冷却水の温度上昇には有利になり、暖機時間を短縮することができる。これに伴って、ヒータが使用可能になる時間も短縮することができる。

本発明の車両用の冷却システムの第一実施形態の暖機時を例示する構成図である。 本発明の車両用の冷却システムの第一実施形態の暖機時以外を例示する構成図である。 図１のロータリ式バルブを例示する斜視図である。 図３の各開口部を周方向に展開し、開度に基づいて整列した説明図である。 図１のロータリ式バルブの開度に基づいた各開口面積を例示した関係図である。 本発明の車両用の冷却システムの制御方法を例示するフロー図である。 温度が閾値を下回る場合の、エンジンの回転速度とロータリ式バルブの開度との関係を例示した関係図である。 温度が閾値を下回る場合の、エンジンの回転速度とヒータ用流量との関係を例示した関係図である。 温度が閾値以上の場合の、温度とロータリ式バルブの開度との関係を例示した関係図である。 図１のウォータジャケットにおける熱伝達の状態を例示する説明図である。 本発明の車両用の冷却システムの第二実施形態の暖機時を例示する構成図である。 エンジンの負荷及び回転速度とヒータ用流量との関係を例示する関係図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、Ｗ１を冷却水、Ａ１を吸気、Ｇ１を排気ガス、Ｇ２をＥＧＲガスとして示している。

図１〜図４に例示するように、第一実施形態の車両用の冷却システム３０は、エンジン１０を冷却するシステムである。

図１及び図２に例示するように、エンジン１０は、車両用のディーゼルエンジンやガソ
リンエンジンである。エンジン１０においては、吸気通路１１へ吸入された吸気Ａ１が、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１３により圧縮されて高温になり、インタークーラ１４で冷却される。その後、この吸気Ａ１は、インテークマニホールド１５を経て、気筒１６に供給される。

気筒１６に供給された吸気Ａ１は、図示しないインジェクタから噴射された燃料と混合されて燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、排気ガスＧ１となる。また、このときに発生した熱エネルギーが、クランクシャフト１７を回転させ、その回転動力が駆動輪に伝達される。

排気ガスＧ１は、エキゾーストマニホールド１８を経由して排気通路１９へ排気されて、ターボチャージャ１２のタービン２０を駆動した後に図示しない排気ガス浄化装置で浄化されてから大気中へ放出される。また、排気ガスＧ１の一部は、排気通路１９から分岐するＥＧＲ通路２１に分流し、ＥＧＲクーラー２２で冷却された後に、ＥＧＲバルブ２３により流量が調節されて、吸気通路１１に供給される。

冷却システム３０は、ウォータポンプ３１、ウォータジャケット３２、ラジエータ３３、及びヒータコア３４を備えており、ラジエータ流路３５、ヒータ流路３６、吸気冷却流路３７、及びバイパス路３８が形成されている。

ウォータポンプ３１は、クランクシャフト１７に無端状のベルトやチェーンなどの動力伝達機構２４を介して連結されており、エンジン１０から出力される回転動力により駆動している。

ウォータジャケット３２は、エンジン１０の内部で、気筒１６や図示しない排気ポートを囲うように形成されている。

ラジエータ３３は、車両の前方側に配置されていて、ラジエータ３３の後方にはクランクシャフト１７に連結されて駆動する冷却ファン２５が配置されている。ラジエータ３３は、車速風と後続の冷却ファン２５による冷却風とを利用して内部を通過する冷却水Ｗ１を冷却している。

ヒータコア３４は、図示しないダッシュボードの内部に配置されていて、ヒータ２６の一部を構成しており、ヒータコア３４の前方には電動ファン２７が配置されている。ヒータ２６は、ヒータコア３４が、電動ファン２７による風を利用して内部を通過する冷却水Ｗ１を冷却する一方で、ヒータコア３４の熱交換により温められた温風を、電動ファン２７により車内各所に送風している。

ラジエータ流路３５は、ウォータポンプ３１、ウォータジャケット３２、及びラジエータ３３が配管により冷却水Ｗ１の流れに関して環状に接続されている。

バイパス路３８は、ラジエータ流路３５に設けられている。バイパス路３８は、ラジエータ３３をバイパスするようにラジエータ流路３５を横断しており、冷却水Ｗ１の流れに関してラジエータ３３の上流側に配置された分岐点Ｐ１から分岐して下流側に配置された合流点Ｐ２で合流している。

ヒータ流路３６は、ウォータポンプ３１、ウォータジャケット３２、及びヒータコア３４が冷却水Ｗ１の流れに関して環状に接続されている。ヒータ流路３６は、冷却水Ｗ１の流れに関して合流点Ｐ２から分岐点Ｐ１までの間の流路をラジエータ流路３５と共用している。

吸気冷却流路３７は、ウォータポンプ３１、インタークーラ１４、及びラジエータ３３が冷却水Ｗ１の流れに関して環状に接続されている。吸気冷却流路３７は、冷却水Ｗ１の流れに関してウォータポンプ３１とウォータジャケット３２との間に配置された分岐点Ｐ３からウォータジャケット３２とラジエータ３３との間に配置された合流点Ｐ４までの間の流路をラジエータ流路３５と共用している。

冷却システム３０は、流量調節部４０、流量取得装置としての回転速度センサ４１、温度取得装置としての温度センサ４２、及び制御装置４３を備えている。

流量調節部４０は、ウォータジャケット３２を通過後の冷却水Ｗ１がラジエータ流路３５、ヒータ流路３６、及びバイパス路３８のそれぞれに分岐する分岐点Ｐ１に配置されている。流量調節部４０は、電動モータ４４及びロータリ式バルブ４５から構成されている。流量調節部４０は、電動モータ４４によりロータリ式バルブ４５の開度Ａｘを調節することで、ラジエータ３３、ヒータコア３４、及びバイパス路３８のそれぞれに流れる冷却水Ｗ１の流量を調節している。

回転速度センサ４１は、流量取得装置として動作しており、エンジン１０のクランクシャフト１７の回転速度Ｎｘを取得するセンサである。エンジン１０の回転動力により駆動するウォータポンプ３１から吐出される冷却水Ｗ１の吐出流量は、エンジン１０の回転速度Ｎｘに比例する。この実施形態では、吐出流量と回転速度Ｎｘとの関係を用いて、回転速度Ｎｘから間接的に吐出流量を取得している。

温度センサ４２は、温度取得装置として動作しており、ウォータジャケット３２を通過後の冷却水Ｗ１の温度Ｔｘを取得するセンサである。温度センサ４２は、ラジエータ３３やヒータコア３４よりも冷却水Ｗ１の流れに関して上流側に配置されることが好ましく、この実施形態では、ウォータジャケット３２の出口から分岐点Ｐ１までの間の流路に介在している。

制御装置４３は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成される。制御装置４３は、信号線（一点鎖線で示す）を介して流量調節部４０、回転速度センサ４１、及び温度センサ４２に接続されている。

制御装置４３は、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａを下回る場合は、流量調節部４０の開度Ａｘを調節して、ヒータコア３４を流れる冷却水Ｗ１のヒータ用流量Ｑｙを制限流量Ｑａにする機能要素を有している。また、制御装置４３は、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１のジャケット用流量Ｑｘをヒータ用流量Ｑｙ以下にする機能要素を有している。また、制御装置４３は、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａ以上になる場合は、その温度Ｔｘに基づいて、流量調節部４０の開度Ａｘを調節して、温度Ｔｘを予め設定した温度範囲に維持する機能要素を有している。この実施形態で、これらの機能要素は、プログラムとして制御装置４３の内部記憶装置に記憶されているが、これらの機能要素が個別のハードウェアで構成されてもよい。また、制御装置４３は、エンジン１０のインジェクタなどの各種装置を制御する機能要素を有してもよい。

閾値Ｔａは、予め実験や試験により、エンジン１０の暖機が必要か否かを判定可能な温度に設定されている。閾値Ｔａは、外気温により補正してもよい。

図３及び図４に例示するように、ロータリ式バルブ４５は、ケーシング４６及びロータ４７を有しており、ロータ４７に三つの開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃ（図中の背面側に
形成されている開口部４８ｃは省略）のそれぞれが形成されている。図中では、ｘをロータ４７の軸方向とし、ｙをロータ４７の周方向とする。

図３に例示するように、ケーシング４６は、両端が開口した円筒状に形成されており、一端が冷却水Ｗ１の流路に接続されており、他端がロータ４７により閉口している。ケーシング４６の外周面には、ラジエータ流路３５、ヒータ流路３６、及びバイパス路３８のそれぞれが接続されている。

ロータ４７は、有低の円筒状に形成されており、一端の開口部が冷却水Ｗ１の流路と連通しており、他端の底部に回転軸４９を有しており、この回転軸４９が電動モータ４４に直結している。ロータ４７の外周面には、ラジエータ用開口部４８ａ、ヒータ用開口部４８ｂ、及びバイパス用開口部４８ｃが形成されている。

図４に例示するように、ロータ４７の外周面は、その周方向ｙに領域Ｉと領域ＩＩとに区分されている。図中の流量調節部４０の開度Ａｘは、０％から１００％まで設定されており、ロータ４７の回転角度が初期位置（ゼロ度）で、各開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃのそれぞれが閉じている状態が０％であり、ラジエータ用開口部４８ａのみが全開となり、他が閉じている状態が１００％である。

領域Ｉは、エンジン１０の暖機時、つまり、温度Ｔｘが閾値Ｔａを下回る場合に、エンジン１０の回転速度Ｎｘに基づいて、流量調節部４０の開度Ａｘが調節される領域である。領域ＩＩは、温度Ｔｘが閾値Ｔａ以上の場合に、その温度Ｔｘに基づいて、流量調節部４０の開度Ａｘが調節される領域である。Ａａは、領域Ｉと領域ＩＩとの境界となる開度である。

領域Ｉにおけるヒータ用開口部４８ｂの開口形状は、ウォータポンプ３１の吐出流量、つまり、この実施形態では、エンジン１０の回転速度Ｎｘに基づいて設定されている。領域ＩＩにおける開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃの開口形状のそれぞれは、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘに基づいて設定されている。

ラジエータ用開口部４８ａは、領域ＩＩに配置されて周方向ｙに延在する長穴である。ラジエータ用開口部４８ａは、軸方向ｘの開口幅が、領域ＩＩの中途位置から開度１００％側に向かって拡径している。

ヒータ用開口部４８ｂは、領域Ｉ及び領域ＩＩの両方に跨って周方向ｙに延在する長穴である。ヒータ用開口部４８ｂは、軸方向ｘの開口幅が、開度０％側から領域ＩＩに向かって縮径し、領域Ｉと領域ＩＩとの境界から開度１００％側に向かって、一旦拡径した後に縮径している。

バイパス用開口部４８ｃは、領域ＩＩに配置されて周方向ｙに延在する長穴である。バイパス用開口部４８ｃは、軸方向ｘの開口幅が、領域Ｉと領域ＩＩとの境界から開度１００％側に向かって、一旦拡径した後に縮径している。

ロータリ式バルブ４５では、ケーシング４６の内部で、ロータ４７が回転することにより、各開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃが周方向ｙに移動する。これにより、ラジエータ流路３５、ヒータ流路３６、及びバイパス路３８のそれぞれと連通する開口面積Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃが変化する。図中では、斜線部分が開口面積Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを示している。

図５に例示するように、領域Ｉにおいて、ラジエータ用開口部４８ａ及びバイパス用開口部４８ｃにおける開口面積Ｓａ、Ｓｃはゼロであり、ヒータ用開口部４８ｂにおける開
口面積Ｓｂは、開度Ａｘがゼロ％の場合を除いて、開度Ａｘが大きくなるにつれて狭くなる。

領域Ｉにおける開口面積Ｓｂは、エンジン１０の始動直後を除いて、ヒータ用流量Ｑｙが一定量の制限流量Ｑａになるように設定されている。この制限流量Ｑａは、ヒータ２６のヒータ性能を維持するために必要な最低限の流量であり、ヒータコア３４の容積や、ヒータコア３４における熱交換の効率などの感温特性に基づいて設定されている。なお、制限流量Ｑａは、制御による目標値であり、完全に一定ではなく、実際のヒータ用流量Ｑｙには、ある程度の振れ幅があってもよい。

以上のことから、領域Ｉにおいて、ラジエータ３３及びバイパス路３８に対しては冷却水Ｗ１の流れが停止した状態になり、ヒータコア３４に対しては一定量の制限流量Ｑａの冷却水Ｗ１が流れている状態になる。そして、ウォータジャケット３２に対しては、ヒータ用流量Ｑｙから吸気冷却流路３７に流れる吸気冷却用流量Ｑｚを減算した制限流量Ｑａ以下の冷却水Ｗ１が流れている状態になる。

領域ＩＩにおいて、ラジエータ用開口部４８ａにおける開口面積Ｓａは、中途位置から開度Ａｘが大きくなるにつれて広くなる。ヒータ用開口部４８ｂにおける開口面積Ｓｂは、開度Ａｘが大きくなるにつれて、一旦広くなった後に徐々に狭くなる。バイパス用開口部４８ｃにおける開口面積Ｓｃは、中途位置まで開度Ａｘが大きくなるにつれて広くなった後に狭くなり、最終的に領域ＩＩの中途位置でゼロになる。

図６に例示するように、冷却システム３０の制御方法は、エンジン１０が始動してからスタートし、エンジン１０が停止すると終了する。

スタートすると、温度センサ４２がウォータジャケット３２を通過後の冷却水Ｗ１の温度Ｔｘを取得する（Ｓ１０）。次いで、制御装置４３が取得した温度Ｔｘが閾値Ｔａを下回るか否かを判定する（Ｓ２０）。

温度Ｔｘが閾値Ｔａを下回る、つまりエンジン１０の暖機が必要と判定すると、回転速度センサ４１がエンジン１０の回転速度Ｎｘを取得する（Ｓ３０）。次いで、制御装置４３は、取得した回転速度Ｎｘに基づいて、ロータ４７の領域Ｉの範囲内で、開度Ａｘを調節する（Ｓ４０）。

図７に例示するように、このステップで、制御装置４３は、エンジン１０の回転速度Ｎｘに応じたロータ４７の開度Ａｘが設定されている速度制御マップを参照して、開度Ａｘを調節する。速度制御マップは、予め実験や試験により作成しておき、制御装置４３に記憶させておく。

ロータ４７の開度Ａｘは、エンジン１０の回転速度Ｎｘに対して比例する。エンジン１０の回転速度Ｎｘが高速になるにつれて、ウォータポンプ３１から吐出される冷却水Ｗ１の吐出流量は多くなる。これに対して、エンジン１０の回転速度Ｎｘが高速になるにつれてロータ４７の開度Ａｘを大きくすると、ヒータ用開口部４８ｂにおける開口面積Ｓｂは狭くなる。

図８に例示するように、速度制御マップを用いてエンジン１０の回転速度Ｎｘに応じて開度Ａｘを制御すると、ヒータコア３４を流れる冷却水Ｗ１のヒータ用流量Ｑｙは、エンジン１０の始動直後を除いて、一定量の制限流量Ｑａに維持される。そして、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１のジャケット用流量Ｑｘがヒータ用流量Ｑｙ以下になる。以上のステップは、温度Ｔｘが閾値Ｔａ以上になるまで繰り返し行われる。

次いで、温度Ｔｘが閾値Ｔａ以上になる、つまりエンジン１０の暖機が必要無いと判定すると、制御装置４３は、取得した温度Ｔｘに基づいて、ロータ４７の領域ＩＩの範囲内で、開度Ａｘを調節する（Ｓ５０）。このステップで、制御装置４３は、温度Ｔｘに応じたロータ４７の開度Ａｘが設定されているマップを参照して、開度Ａｘを調節する。

図９に例示するように、このステップで、制御装置４３は、温度Ｔｘに応じたロータ４７の開度Ａｘが設定されている温度制御マップを参照して、開度Ａｘを調節する。温度制御マップは、予め実験や試験により作成しておき、制御装置４３に記憶させておく。温度制御マップは、外気温などの周囲環境により補正してもよい。

領域ＩＩにおけるロータ４７の開度Ａｘは、温度Ｔｘに対して比例する。冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが高温になるにつれて、ロータ４７の開度Ａｘを大きくすると、ラジエータ用開口部４８ａにおける開口面積Ｓａは広くなる一方で、バイパス用開口部４８ｃにおける開口面積Ｓｃは狭くなる、あるいはゼロになる。また、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが低温になるにつれて、ロータ４７の開度Ａｘを小さくすると、ラジエータ用開口部４８ａにおける開口面積Ｓａは狭くなる、あるいはゼロになる一方で、バイパス用開口部４８ｃにおける開口面積Ｓｃは広くなる。このように、温度制御マップを用いて温度Ｔｘに応じて開度Ａｘを制御すると、ラジエータ３３を流れる冷却水Ｗ１の流量と、バイパス路３８を流れる冷却水Ｗ１の流量とが、温度Ｔｘを閾値Ｔａよりも高い所定範囲に維持するように調節される。以上のステップは、エンジン１０が停止するまで繰り返し行われる。

以上のような制御を行うことで、冷却システム３０は、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａを下回る場合は、一定量の制限流量Ｑａにヒータ用流量Ｑｙを制限する。また、そのヒータ用流量Ｑｙに合わせてジャケット用流量Ｑｘを制限流量Ｑａ以下に制限する。それ故、エンジン１０の暖機時に、ヒータコア３４に冷却水Ｗ１を流しつつ、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１の流量を制限して、ウォータジャケット３２における冷却水Ｗ１の流速を低下できる。これにより、ウォータジャケットでの早期の冷却水の温度上昇には有利になり、暖機時間を短縮することができる。これに伴って、ヒータ２６が使用可能になる時間も短縮することができる。

図１０に例示するように、ジャケット用流量Ｑｘを制限流量Ｑａ以下に制限すると、ジャケット用流量Ｑｘは、ラジエータ３３あるいはバイパス路３８に冷却水Ｗ１が流れている場合に比して少なくなる。それ故、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１の流速を遅くすることができる。これにより、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１における気筒１６、あるいは排気ポートから部材（シリンダブロック、シリンダヘッド）を介して伝達される熱の吸収量の増加には有利になり、冷却水Ｗ１から部材を介して外気へと放出される放熱量を低減することができる。これに伴って、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが早期に上昇すると共に、エンジン１０の暖機が促進される。

また、上記の冷却システム３０は、ヒータ流路３６を流れる冷却水Ｗ１も早期に昇温されるので、ヒータ２６により早期に車内各所を温めることができる。

さらに、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１の昇温効果に伴って、エンジン１０の内部の油温、排気ガスＧ１、及びＥＧＲクーラー２２の昇温時間も短縮することができる。これにより、油温の昇温時間の短縮により、フリクションの低減には有利になり、暖機時の燃費を向上することができる。また、排気ポートにおける排気ガスＧ１からの放熱量を早期に低減したことによる排気ガスＧ１の昇温時間の短縮により、図示しない排気ガス浄化装置の昇温時間の短縮には有利になり、暖機時の排気ガスＧ１の浄化率を向上できる。さらに、ＥＧＲクーラー２２の昇温時間の短縮により、ＥＧＲクーラー２２を凝縮水が生じない温度まで早期に昇温できるので、ＥＧＲガスＧ２を吸気Ａ１に供給できる時間の短縮にも有利になり、暖機時の排気ガスＧ１の浄化率を向上できる。

従来、ラジエータ３３及びバイパス路３８を流れる冷却水Ｗ１の流量の調節には、サーモスタットを用いている。サーモスタットは、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘに応じて内部のワックスが膨張、又は収縮することで、流量を調節するものである。したがって、温度Ｔｘによりワックスが変化するまで間にタイムラグが生じて、応答性が遅れるおそれがある。

これに対して、ロータリ式バルブ４５は、温度Ｔｘに応じて開度Ａｘを調節するだけでよく、応答性に優れている。この実施形態では、流量調節部４０としてロータリ式バルブ４５を用いているので、サーモスタットを用いる従来の構成に比して、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘを所定の温度範囲に維持する制御において、よりリニアに冷却水Ｗ１の流量を調節することができる。

また、ロータリ式バルブ４５のロータ４７の外周面を領域Ｉと領域ＩＩとの区分することで、エンジン１０の回転速度Ｎｘに基づいた制御と、温度Ｔｘに基づいた制御とを一つのバルブで行うことができる。これにより、冷却システム３０に要する部品点数を少なくするには有利になると共に、制御の単純化にも有利になり、掛かるコストを削減することができる。

ロータ４７の各開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃの開口形状は、上記に限定されずに、適時変更可能である。例えば、ヒータ用開口部４８ｂは、領域Ｉに配置されて周方向ｙに延在する長穴と、領域ＩＩに配置されて周方向ｙに延在する長穴との二つの長穴から構成されてもよい。また、ヒータ用開口部４８ｂの領域ＩＩにおける開口形状は、軸方向ｘの開口幅が開度１００％に向かって一定の形状でもよい。また、開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃのそれぞれは長穴に限定されずに、複数の穴から構成されてもよい。

図１１に例示するように、第二実施形態の車両用の冷却システム３０は、第一実施形態に対して、流量調節部４０が異なっている。この実施形態の流量調節部４０は、サーモスタット５０、バイパスバルブ５１、及びヒータバルブ５２から構成されている。

サーモスタット５０は、バイパス路３８の分岐点に配置されており、ワックスなどの熱膨張体の温度Ｔｘに応じた膨張又は収縮によりラジエータ３３及びバイパス路３８を流れる冷却水Ｗ１の流量を調節している。この実施形態では、バイパス路３８の分岐点Ｐ１に配置したが、バイパス路３８の合流点Ｐ２に配置してもよい。

バイパスバルブ５１は、バイパス路３８に介在しており、バイパスバルブ５１を開放又は遮断するバルブである。

ヒータバルブ５２は、ヒータ流路３６に介在しており、開度Ａｙが調節自在で、ヒータ流路３６を流れる冷却水Ｗ１のヒータ用流量Ｑｙを調節するバルブである。

この実施形態の冷却システム３０は、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａを下回る場合に、サーモスタット５０によりラジエータ流路３５を遮断し、バイパスバルブ５１を全閉することによりバイパス路３８を遮断し、ヒータバルブ５２の開度を回転速度Ｎｘに基づいて調節することによりヒータコア３４を流れる冷却水Ｗ１のヒータ用流量Ｑｙを一定量の制限流量Ｑａに維持する。

一方、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａ以上になる場合に、サーモスタット５０が温度Ｔｘに基づいて開度を変化させることによりラジエータ流路３５及びバイパス路３８のそ
れぞれの冷却水Ｗ１の流量を調節し、バイパスバルブ５１を全開することによりバイパス路３８を開放し、ヒータバルブ５２の開度を回転速度Ｎｘに基づいて調節することによりヒータコア３４を流れる冷却水Ｗ１のヒータ用流量Ｑｙを一定量の制限流量Ｑａに維持する。

このように制御することで、一定量の制限流量Ｑａに制限されたヒータ用流量Ｑｙに合わせてジャケット用流量Ｑｘを制限する。それ故、エンジン１０の暖機時に、ヒータコア３４に冷却水Ｗ１を流しつつ、ウォータジャケット３２を流れる冷却水Ｗ１の流量を制限して、ウォータジャケット３２における冷却水Ｗ１の流速を低下できる。これにより、ウォータジャケットでの早期の冷却水の温度上昇には有利になり、暖機時間を短縮することができる。これに伴って、ヒータ２６が使用可能になる時間も短縮することができる。

この実施形態は、バイパスバルブ５１及びヒータバルブ５２を追加することで、サーモスタット５０によりラジエータ３３及びバイパス路３８を流れる冷却水Ｗ１の流量を調節していた従来の構成に適用することができる。

また、流量調節部４０が、サーモスタット５０、バイパスバルブ５１、及びヒータバルブ５２のそれぞれから構成されている。これにより、ヒータバルブ５２の開度を調節することで、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａ以上になり、サーモスタット５０によりラジエータ流路３５及びバイパス路３８のそれぞれの冷却水Ｗ１の流量を調節する場合でも、ヒータ用流量Ｑｙを一定量の制限流量Ｑａに維持することができる。

図１２に例示するように、既述した実施形態の冷却システム３０は、冷却水Ｗ１の温度Ｔｘが閾値Ｔａ以下の場合のヒータ用流量Ｑｙをエンジン１０の負荷に応じて変化させてもよい。エンジン１０の負荷は、エンジン１０の回転速度Ｎｘと、図示しないインジェクタから噴射される燃料噴射量とから求めている。

冷却水Ｗ１の温度Ｔｘは、エンジン１０の負荷に比例しており、冷却水Ｗ１の温度上昇に伴う膨張による圧力も、エンジン１０の負荷に比例する。そこで、所定のエンジン１０の負荷を基準として、その基準よりもエンジン１０の負荷が低い場合はヒータ用流量Ｑｙを少なくし、その基準よりもエンジン１０の負荷が高い場合はヒータ用流量Ｑｙを多くするとよい。このように、ヒータ用流量Ｑｙをエンジン１０の負荷に対して負の関係になる量に調節することで、冷却水Ｗ１の圧力増加により冷却システム３０に掛かる負荷を抑制することができる。

既述した実施形態では、流量取得装置としてエンジン１０の回転速度Ｎｘを取得する回転速度センサ４１を用いたが、ウォータポンプ３１の回転速度を取得するセンサや、吐出流量を直接的に取得するセンサを用いてもよい。

既述した実施形態に、オイルクーラーなどを追加した構成にしてもよく、また、既述した実施形態から、吸気冷却流路３７が省いた構成にしてもよい。また、ヒータ流路３６が、ウォータジャケット３２の出口で分岐したり、吸気冷却流路３７が、ウォータポンプ３１の出口で分岐したりしてもよい。なお、暖機時において、ラジエータ流路３５、ヒータ流路３６以外のウォータジャケット３２の出入口で分岐合流する流路（例えば、吸気冷却流路３７）を設けることにより、ジャケット用流量Ｑｘがヒータ用流量Ｑｙよりも少なくなる。一方、他の流路を設けない場合は、ジャケット用流量Ｑｘがヒータ用流量Ｑｙに等しくなる。

既述した実施形態は、冷却水Ｗ１が常時、ヒータコア３４を流れる構成を例に説明したが、ヒータ流路３６に介在するバルブを備えて、このバルブにより、ヒータ２６を使用す
るときに、冷却水Ｗ１がヒータコア３４を流れる構成にしてもよい。但し、このバルブは、暖機時に全開になるように制御されることが好ましい。

１０ エンジン
３０ 冷却システム
３１ ウォータポンプ
３２ ウォータジャケット
３３ ラジエータ
３４ ヒータコア
３５ ラジエータ流路
３６ ヒータ流路
３８ バイパス路
４０ 流量調節部
４１ 回転速度センサ
４２ 温度センサ
４３ 制御装置
Ｑｘ ジャケット用流量
Ｑｙ ヒータ用流量

Claims (5)

1. エンジンから出力される回転動力により駆動するウォータポンプと、そのエンジンの内部に形成されたウォータジャケットと、このウォータジャケットを流れた冷却水が通過するラジエータ及びヒータコアとを備え、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及び前記ラジエータが配管により冷却水の流れに関して環状に接続されているラジエータ流路と、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及び前記ヒータコアが冷却水の流れに関して環状に接続されているヒータ流路と、前記ラジエータ流路に設けられて冷却水の流れに関して前記ラジエータの上流側から分岐して下流側で合流するバイパス路と、が形成されている車両用の冷却システムにおいて、
   前記ラジエータ、前記ヒータコア、及び前記バイパス路のそれぞれに流れる冷却水の流量を調節する流量調節部と、前記ウォータジャケットを通過後の冷却水の温度を取得する温度取得装置と、前記ウォータポンプから吐出される冷却水の吐出流量を間接的又は直接的に取得する流量取得装置と、前記温度取得装置および前記流量取得装置のそれぞれに信号線を介して接続されて前記流量調節部による冷却水の流量の調節を制御する制御装置とを備えており、
   前記温度取得装置により取得した冷却水の温度が予め設定した閾値を下回る場合は、前記流量取得装置により取得した吐出流量に基づいて、前記制御装置により、前記流量調節部を調節して、前記ヒータコアを流れる冷却水のヒータ用流量を予め設定した一定量の制限流量に維持すると共に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水のジャケット用流量をそのヒータ用流量以下にする構成にしたことを特徴とする車両用の冷却システム。
2. 前記制限流量が、前記ヒータコアによるヒータ性能に基づいて設定されている請求項１に記載の車両の冷却システム。
3. 前記ヒータ流路が、前記ラジエータ流路における前記バイパス路の合流点から分岐点までの間の流路をそのラジエータ流路と共用しており、
   前記流量調節部が、その分岐点に配置されて、前記ラジエータ流路、前記ヒータ流路、及び前記バイパス路のそれぞれに接続されたロータリ式バルブで構成されている請求項１または２に記載の車両用の冷却システム。
4. 前記流量調節部が、前記ラジエータ流路における前記バイパス路の合流点又は分岐点のどちらか一方に配置されたサーモスタットと、前記バイパス路に介在するバイパスバルブと、前記ヒータ流路に介在するヒータバルブとから構成されている請求項１または２に記載の車両用の冷却システム。
5. エンジンから出力される回転動力によりウォータポンプを駆動して、このウォータポンプから吐出された冷却水を、そのエンジンの内部に形成されたウォータジャケットに流した後に、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及びラジエータが配管により冷却水の流れに関して環状に接続されているとともにバイパス路が冷却水を前記ラジエータの上流側から分岐させて下流側で合流させるラジエータ流路と、前記ウォータポンプ、前記ウォータジャケット、及びヒータコアが冷却水の流れに関して環状に接続されているヒータ流路と、を通過させて、前記ウォータジャケットを通過した冷却水の温度を所定範囲に維持する車両用の冷却システムの制御方法において、
   前記ウォータジャケットを通過後の冷却水の温度を取得し、
   前記ウォータポンプから吐出される冷却水の吐出流量を間接的又は直接的に取得し、
   取得したその温度が予め設定した閾値を下回る場合は、取得した吐出流量に基づいて、前記ヒータコアを流れる冷却水のヒータ用流量を予め設定した一定量の制限流量に維持すると共に、前記ウォータジャケットを流れる冷却水のジャケット用流量をそのヒータ用流量以下にすることを特徴とする車両用の冷却システムの制御方法。

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