JP7228114B2

JP7228114B2 - 冷却装置

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Publication number: JP7228114B2
Application number: JP2019011461A
Authority: JP
Inventors: 弘毅香川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: JP2020118124A; CN111485990A; EP3686408A1; US20200240317A1; US11078824B2; EP3686408B1

Description

本発明は、冷却装置に関する。

ラジエータ通路及びエンジンのウォータージャケットを含む冷却水循環経路を通じて冷却水を循環させることによりエンジンを冷却する冷却装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１の冷却装置では、エンジンの回転に連動して作動するウォーターポンプが、ラジエータ通路を流れる冷却水を吸引してエンジンのウォータージャケットに吐出することにより、冷却水循環通路に冷却水を循環させる。その循環中に、冷却水が、ウォータージャケットを通過する過程でエンジンから熱を吸収して温度上昇し、ラジエータ通路を通過する過程で熱を放出して温度降下する。

特許文献１の冷却装置では、ラジエータ通路を迂回するバイパス通路が設けられている。バイパス通路の一端は、ラジエータとウォータージャケットの出口との間に接続される。バイパス通路の他端は、ラジエータ通路において、ラジエータとウォーターポンプとの間に接続される。バイパス通路の他端とラジエータ通路との接続部分には、ラジエータを通過する冷却水流量を調整する流量制御弁が設けられる。該流量制御弁を調整することにより、冷却水温度が目標冷却水温度に制御される。

特開２００６－１１２３３０号公報

特許文献１では、冷却水温度を制御するＥＣＵにおいて、前記流量制御弁の調整に供する種々のマップを設定するために、装置モデルを用いた種々の実験が必要であって、多大な手間と時間を要し、開発コストが高くなる。しかも、前記マップは数式と比べてデータ量が大きいため、前記マップを格納するメモリとして、データ容量の大きいメモリが必要となり、部品コストが高くなる。このため、製造コストが高くなる。

本発明の目的は、製造コストの安い冷却装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、冷却対象物（７）と熱交換可能な冷却流路（８０）の入口部（８１）及び出口部（８２）に接続される循環流路（１０）に冷却液を圧送する電動ポンプ（２）と、前記冷却対象物の温度である冷却対象物温度（Ｔ_W ）を検出する冷却対象物温度センサ（４）と、前記循環流路における前記入口部の上流側に配置され前記冷却液の温度である冷却液温度（Ｔ_F ）を検出する冷却液温度センサ（５）と、前記電動ポンプの吐出流量が目標流量（Ｑ^*）になるように前記電動ポンプを駆動制御する制御部（６）と、を備え、前記制御部が、前記目標流量を、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却対象物の目標冷却温度との差分（Ｔ_W －Ｔ^* ）を、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却液温度センサにより検出された前記冷却液温度との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）で除して得られる基準値に基づく数式を用いて設定するように構成されており、前記数式では、前記基準値が所定の時定数（ｔ）で除算される、冷却装置（１；１Ｐ；１Ｑ）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。

請求項２に記載の発明は、冷却対象物と熱交換可能な冷却流路の入口部及び出口部に接続される循環流路に冷却液を圧送する電動ポンプと、前記冷却対象物の温度である冷却対象物温度を検出する冷却対象物温度センサと、前記循環流路における前記入口部の上流側に配置され前記冷却液の温度である冷却液温度を検出する冷却液温度センサと、前記冷却対象物の周辺の雰囲気温度（Ｔ_A ）を検出する雰囲気温度センサ（９）と、前記電動ポンプの吐出流量が目標流量になるように前記電動ポンプを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却対象物の目標冷却温度との差分を、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却液温度センサにより検出された前記冷却液温度との差分で除して得られる基準値に基づく数式を用いて前記目標流量を設定するように構成されており、前記数式では、前記雰囲気温度センサにより検出された前記雰囲気温度が所定の基準雰囲気温度に対して高いほど前記目標流量が高くなるように、前記基準値に、前記雰囲気温度センサにより検出された前記雰囲気温度から前記所定の基準雰囲気温度（Ｔ _A0 ）を減じた差分（Ｔ _A －Ｔ _A0 ）が乗算される、冷却装置（１Ｑ）を提供する。

請求項１に記載の発明では、目標流量が、冷却対象物温度センサにより検出された冷却対象物温度と目標冷却温度との差分を、冷却対象物温度センサにより検出された冷却対象物温度と循環流路において冷却流路の入口部の上流側で冷却液温度センサにより検出された冷却液温度との差分で除して得られる基準値に基づく数式を用いて設定される。このため、メモリに格納された種々のマップを用いる従来の場合のようにマップ設定のための多大な時間を要することがなく、開発コストを低減することができる。また、メモリ容量の少ないメモリを採用することができるので、前記開発コストの低減と相俟って、製造コストを安くすることができる。

また、目標流量を設定するための数式において、基準値を除する所定の時定数が用いられる。このため、所要の冷却速度を得ることができる。
請求項２に記載の発明では、目標流量を設定するための数式において、基準値に、雰囲気温度センサにより検出された雰囲気温度から所定の基準雰囲気温度を減じた差分が乗算される。これにより、所定の基準雰囲気温度に対して検出された雰囲気温度が高いほど、目標流量が大きく設定される。このため、雰囲気温度の変化に拘らず、応答性良く冷却を行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態の冷却装置の概略構成のブロック図である。図２は、本発明の第２実施形態の冷却装置の概略構成のブロック図である。図３は、本発明の第３実施形態の冷却装置の概略構成のブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の冷却装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、冷却装置１は、電動ポンプ２と、リザーバタンク３と、冷却対象物温度センサ４と、冷却液温度センサ５と、電動ポンプ２の流量を制御する電子制御ユニットである制御部としてのＥＣＵ６とを備える。

電動ポンプ２は、冷却対象物７と熱交換可能な循環流路１０内に冷却液を圧送する。冷却対象物７は、車両の車輪駆動用のモータである場合や、前記モータに接続されるインバータである場合や、前記インバータを介して前記モータに電力を供給するバッテリである場合がある。冷却対象物７には、ジャケット８が形成され、ジャケット８内に冷却流路８０が形成されている。冷却液は、例えば、水である場合や、オイルである場合がある。

冷却流路８０は、入口部８１と出口部８２とを有している。循環流路１０は、冷却流路８０の入口部８１と出口部８２とを接続している。循環流路１０の途中部に、冷却液を一次的に貯留するリザーバタンク３が介装されている。
循環流路１０は、リザーバタンク３と冷却流路８０の入口部８１とを接続する供給流路１１と、冷却流路８０の出口部８２とリザーバタンク３とを接続する排出流路１２とを含む。電動ポンプ２は、供給流路１１の途中部に介装されている。電動ポンプ２は、供給流路１１内の冷却水を冷却流路８０の入口部８１側へ圧送する。

冷却対象物温度センサ４は、冷却対象物７の温度である冷却対象物温度Ｔ_W を検出する。例えば、冷却対象物７がバッテリである場合に、冷却対象物温度センサ４は、バッテリのセルの温度を冷却対象物温度Ｔ_W として検出する。
冷却液温度センサ５は、供給流路１１において冷却流路８０の入口部８１の上流側に配置されている。冷却液温度センサ５は、冷却流路８０に導入される前の冷却液の温度である冷却液温度Ｔ_F を検出する。

電動ポンプ２は、ポンプ本体２１と、ポンプ本体２１を駆動する電動モータ２２と、電動モータ２２のロータの回転角を検出する回転角センサ２３とを含む。電動ポンプ２の電動モータ２２は、ＥＣＵ６によって制御される。
ＥＣＵ６には、冷却対象物温度センサ４、冷却液温度センサ５及び回転角センサ２３が、電気的に接続されている。

ＥＣＵ６は、マイクロコンピュータ３０と、マイクロコンピュータ３０によって制御され、電動モータ２２に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４０と、電動モータ２２に流れる電流（モータ電流Ｉ_m ）を検出する電流検出回路５０とを備えている。
マイクロコンピュータ３０は、ＣＰＵ及びメモリ３１（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部は、目標流量設定部３２と、目標回転数設定部３３と、回転数制御部３４と、電流制御部３５と、回転数検出部３６とを含む。

メモリ３１には、目標冷却温度Ｔ^* や後述する所定の換算定数Ｋや後述する所定の時定数ｔなどが記憶されている。目標冷却温度Ｔ^* は、冷却対象物７の適温であり、装置モデルを使用した実験により予め求められる値である。
目標流量設定部３２には、メモリ３１から目標冷却温度Ｔ^* 、所定の換算定数Ｋ及び所定の時定数ｔなどが入力される。また、目標流量設定部３２には、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W が入力される。また、目標流量設定部３２には、冷却液温度センサ５により検出された冷却液温度Ｔ_F が入力される。

目標流量設定部３２は、下記の数式（１）を用いて、目標流量Ｑ^* を算出し、目標回転数設定部３３に出力する。
Ｑ^* ＝［Ｋ（Ｔ_W －Ｔ^* ）］／［ｔ（Ｔ_W －Ｔ_F ）］ …（１）
数式（１）において、Ｋは、予め設定される所定の換算定数である。ｔは、予め設定される所定の時定数である。

目標流量Ｑ^* を設定するための数式（１）は、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W と目標冷却温度Ｔ^* との差分（Ｔ_W －Ｔ^* ）を、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W と冷却液温度センサ５により検出された冷却液温度Ｔ_F との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）で除して得られる値を基準値Ｂ［Ｂ＝（Ｔ_W －Ｔ^* ）／（Ｔ_W －Ｔ_F ）］として、該基準値Ｂと所定の換算定数Ｋと所定の時定数ｔとに基づく。

すなわち、数式（１）の演算では、基準値Ｂに所定の換算定数Ｋが乗算された乗算値が、所定の時定数ｔで除算されて、目標流量Ｑ^* が算出されることになる（Ｑ^* ＝Ｂ×Ｋ／ｔ）。
換言すると、目標流量設定部３２は、目標流量Ｑ^* を、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W と目標冷却温度Ｔ^* との差分（Ｔ_W －Ｔ^* ）に比例するように設定する。すなわち、目標冷却温度Ｔ^* に対して冷却対象物温度Ｔ_W が高いほど、目標流量Ｑ^* が大きく設定され、目標冷却温度Ｔ^* に対して冷却対象物温度Ｔ_W が近づくほど、目標流量Ｑ^* が小さく設定される。このため、無駄な出力を抑えつつ冷却に適した流量を提供することができる。

また、目標流量設定部３２は、目標流量Ｑ^* を、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W と冷却液温度センサ５により検出された冷却液温度Ｔ_F との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）に逆比例するように設定する。すなわち、冷却対象物温度Ｔ_W と冷却液温度Ｔ_F との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）が大きいほど、目標流量Ｑ^* が小さく設定され、冷却対象物温度Ｔ_W と冷却液温度Ｔ_F との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）が小さいほど、目標流量Ｑ^* が大きく設定される。このため、冷却対象物温度Ｔ_W と冷却液温度Ｔ_F とを考慮して、無駄な出力を抑えつつ、冷却に適した流量を提供することができる。

また、目標流量設定部３２は、目標流量Ｑ^* を所定の時定数ｔに逆比例するように設定する。
目標流量設定部３２から目標流量Ｑ^* が入力された目標回転数設定部３３は、下記の数式（２）に基づいて、目標回転数Ｎ^* を設定し、該目標回転数Ｎ^* を回転数制御部３４に出力する。

Ｎ^* ＝Ｑ^* ／（ｑ×η） …（２）
数式（２）において、ｑは、電動ポンプ２の基本吐出量（１回転当たりの吐出量）である。ηは、電動ポンプ２の容積効率である。
回転数制御部３４には、目標回転数設定部３３から出力される目標回転数Ｎ^* と、回転角センサ２３から出力される検出信号（フィードバック信号）とが入力される。回転数制御部３４は、回転角センサ２３の検出信号に基づいて得られる電動モータ２２の回転数が、目標回転数Ｎ^* に近づくように、目標電流Ｉ^* を設定し、該目標電流Ｉ^* を電流制御部３５に出力する。

電流制御部３５には、回転数制御部３４から出力される目標電流Ｉ^* と、電流検出回路５０により検出されるモータ電流Ｉ_m （フィードバック信号）とが入力される。電流制御部３５は、モータ電流Ｉ_m が、目標電流Ｉ^* に近づくように、駆動回路４０を介して電動モータ２２を駆動制御する。
本実施形態では、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W と目標冷却温度Ｔ^* との差分（Ｔ_W －Ｔ^* ）を、冷却対象物温度センサ４により検出された冷却対象物温度Ｔ_W と循環流路１０において冷却流路８０の入口部８１の上流側で冷却液温度センサ５により検出された冷却液温度Ｔ_F との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）で除した値（基準値Ｂに相当）に基づく数式（１）を用いて目標流量Ｑ^* が設定される。

このため、メモリに格納された種々のマップを用いる従来の場合のようにマップ設定のための多大な時間を要することがなく、開発コストを低減することができる。また、メモリ容量の少ないメモリを採用することができるので、前記開発コストの低減と相俟って、製造コストを安くすることができる。
また、種々のマップを用いる従来の場合と比較して、ＥＣＵ６の負荷を低減できて、応答性良く目標流量Ｑ^* を設定することができる。これにより、応答性良く流量を制御して、応答性の良い冷却を行うことができる。

また、目標流量Ｑ^* が所定の時定数ｔに逆比例するように設定されることで、所要の冷却速度を得ることができる。
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態の冷却装置１Ｐの概略構成を示すブロック図である。図２の第２実施形態の冷却装置１Ｐが図１の第１実施形態の冷却装置１と異なるのは、目標冷却温度Ｔ^* と所定の時定数ｔとが、車両の上位ＥＣＵ６０から車載ネットワークを介して、電動ポンプ用のＥＣＵ６に与えられることである。

上位ＥＣＵ６０から出力される目標冷却温度Ｔ^* は、ＥＣＵ６のメモリ３１に格納される。また、上位ＥＣＵ６０から出力される所定の時定数ｔは、ＥＣＵ６の目標流量設定部３２に入力される。本実施形態では、車両の上位ＥＣＵ６０からの情報の提供によって、電動ポンプ２が搭載される車両の車種毎に適した制御が可能となる。
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態の冷却装置１Ｑの概略構成を示すブロック図である。図３の第３実施形態の冷却装置１Ｑが図１の第１実施形態の冷却装置１と異なるのは、下記である。

すなわち、冷却装置１Ｑには、冷却対象物７の周囲の空気の温度である雰囲気温度Ｔ_A を検出する雰囲気温度センサ９が設けられている。雰囲気温度センサ９により検出された雰囲気温度Ｔ_A は、目標流量設定部３２に入力される。
また、目標流量設定部３２は、下記の数式（３）に基づいて、目標流量Ｑ^* を設定し、該目標流量Ｑ^* を目標回転数設定部３３に出力する。

Ｑ^* ＝［Ｋ（Ｔ_W －Ｔ^* ）×Ｋ_A （Ｔ _A －Ｔ _A0 ）］／［ｔ×（Ｔ_W －Ｔ_F ）］…（３）
数式（３）において、Ｋ及びＫ_A のそれぞれは、予め設定される所定の換算定数であり、ｔは、予め設定される所定の時定数であり、これらの定数Ｋ、Ｋ_A 及びｔは、予めメモリ３１に記憶されている。
目標流量Ｑ^* を設定するための数式（３）は、値［（Ｔ_W －Ｔ^* ）／（Ｔ_W －Ｔ_F ）］（該値が基準値Ｂに相当）と、雰囲気温度センサ９により検出された雰囲気温度Ｔ _A から所定の基準雰囲気温度Ｔ _A0 を減じた差分（Ｔ _A －Ｔ _A0 ）と、所定の換算定数Ｋと、所定の換算定数Ｋ_Aと、所定の時定数ｔとに基づく。数式（３）の演算では、基準値Ｂに、所定の換算定数Ｋと所定の換算定数Ｋ_A と前記差分（Ｔ _A －Ｔ _A0 ）とが乗算された乗算値が、所定の時定数ｔで除算されて目標流量Ｑ^* が算出されることになる（Ｑ^* ＝Ｂ×Ｋ×Ｋ_A ×（Ｔ _A －Ｔ _A0 ）／ｔ）。

すなわち、目標流量設定部３２は、目標流量Ｑ^* を、冷却対象物温度Ｔ_W と目標冷却温度Ｔ^* との差分（Ｔ_W －Ｔ^* ）に比例し、雰囲気温度センサ９により検出された雰囲気温度Ｔ_A から所定の基準雰囲気温度Ｔ _A0 を減じた差分（Ｔ _A －Ｔ _A0 ）に比例し、且つ冷却対象物温度Ｔ_W と冷却液温度Ｔ_F との差分（Ｔ_W －Ｔ_F ）に逆比例するように設定する。また目標流量設定部３２は、目標流量Ｑ^* を時定数ｔに逆比例するように設定する。

本実施形態では、第１実施形態と同じく、数式を用いて目標流量Ｑ^* を設定するため、製造コストを安くすることができる。また、応答性良く流量を制御して、応答性の良い冷却を行うことができる。また、目標流量Ｑ^* が所定の時定数ｔに逆比例するように設定されることで、所要の冷却速度を得ることができる。
さらに、目標流量Ｑ^* を設定するための数式（３）において、値［（Ｔ_W －Ｔ^* ）／（Ｔ_W －Ｔ_F ］（該値が基準値Ｂに相当）に対して、雰囲気温度センサ９により検出された雰囲気温度Ｔ_A から所定の基準雰囲気温度Ｔ _A0 を減じた差分（Ｔ _A －Ｔ _A0 ）が乗算される。これにより、検出された雰囲気温度Ｔ_A が所定の基準雰囲気温度Ｔ_A0に対して高いほど、目標流量Ｑ^* が大きく設定される。このため、雰囲気温度の変化に拘らず、応答性良く冷却を行うことができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、冷却対象物７が搭載される車両は、駆動源としてモータを用いる電気自動車であってもよいし、駆動源としてエンジン及びモータを選択的に用いるハイブリッド電気自動車であってもよい。
また、冷却対象物７は、前述した車両の車輪駆動用のモータや、前記モータに接続されるインバータや、前記インバータを介して前記モータに電力を供給するバッテリの他、車両の駆動源としてのエンジンであってもよい。

また、冷却対象物７は、車両に搭載される装置に限定されるものではない。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１；１Ｐ；１Ｑ…冷却装置、２…電動ポンプ、３…リザーバタング、４…冷却対象物温度センサ、５…冷却液温度センサ、６…ＥＣＵ（制御部）、７…冷却対象物、８…ジャケット、９…雰囲気温度センサ、１０…循環流路、１１…供給流路、１２…排出流路、２１…ポンプ本体、２２…電動モータ、２３…回転角センサ、３０…マイクロコンピュータ、３２…目標流量設定部、３３…目標回転数設定部、３４…回転数制御部、３５…電流制御部、３６…回転数検出部、４０…駆動回路、５０…電流検出回路、６０…上位ＥＣＵ、８０…冷却流路、８１…入口部、８２…出口部、Ｉ^* …目標電流、Ｉ_m …モータ電流、Ｎ^* …目標回転数、Ｑ^* …目標流量、Ｔ^*…目標冷却温度、Ｔ_F …冷却液温度、Ｔ_W …対象物温度、Ｔ_A …雰囲気温度

Claims

冷却対象物と熱交換可能な冷却流路の入口部及び出口部に接続される循環流路に冷却液を圧送する電動ポンプと、
前記冷却対象物の温度である冷却対象物温度を検出する冷却対象物温度センサと、
前記循環流路における前記入口部の上流側に配置され前記冷却液の温度である冷却液温度を検出する冷却液温度センサと、
前記電動ポンプの吐出流量が目標流量になるように前記電動ポンプを駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却対象物の目標冷却温度との差分を、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却液温度センサにより検出された前記冷却液温度との差分で除して得られる基準値に基づく数式を用いて前記目標流量を設定するように構成されており、
前記数式では、前記基準値が所定の時定数で除算される、冷却装置。
冷却対象物と熱交換可能な冷却流路の入口部及び出口部に接続される循環流路に冷却液を圧送する電動ポンプと、
前記冷却対象物の温度である冷却対象物温度を検出する冷却対象物温度センサと、
前記循環流路における前記入口部の上流側に配置され前記冷却液の温度である冷却液温度を検出する冷却液温度センサと、
前記冷却対象物の周辺の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサと、
前記電動ポンプの吐出流量が目標流量になるように前記電動ポンプを駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却対象物の目標冷却温度との差分を、前記冷却対象物温度センサにより検出された前記冷却対象物温度と前記冷却液温度センサにより検出された前記冷却液温度との差分で除して得られる基準値に基づく数式を用いて前記目標流量を設定するように構成されており、
前記数式では、前記雰囲気温度センサにより検出された前記雰囲気温度が所定の基準雰囲気温度に対して高いほど前記目標流量が高くなるように、前記基準値に、前記雰囲気温度センサにより検出された前記雰囲気温度から前記所定の基準雰囲気温度を減じた差分が乗算される、冷却装置。