JPWO2018225305A1 - エンジン冷却システム - Google Patents

Abstract

冷媒の温度が第一所定値（Ｔ１）未満の場合は、エンジン（１）の冷却対象部（１０）、ラジエータ（２０）及びサブ熱交換器（３０，４０，５０）への冷媒の供給を抑制し、冷媒の温度が第一所定値（Ｔ１）以上となった場合には冷却対象部（１０）への冷媒の供給抑制を解除する。さらに、冷媒の温度が第一所定値（Ｔ１）以上で第二所定値（Ｔ２）未満の場合はラジエータ（２０）への冷媒の供給を停止し且つサブ熱交換器（３０，４０，５０）への冷媒の供給を行い、第二所定値（Ｔ２）以上である場合にはラジエータ（２０）への冷媒の供給を行う。

Description

この発明は、エンジンの冷却対象部を冷媒によって冷却する液冷式冷却装置を備えたエンジン冷却システムに関する。

ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の各種エンジンを搭載する車両では、冷媒として冷却水を循環させることにより、シリンダ周囲のエンジン本体を冷却する水冷式の冷却装置が設けられている。

エンジン本体を冷却するための水冷式冷却装置では、ウォータポンプと呼ばれるポンプ装置によって、シリンダブロック内に設けられたウォータジャケット等の空間に冷却水が供給され、その冷却水によって、シリンダ内での燃料の燃焼によるエンジン本体の過度な温度上昇を抑制している。冷却水は、ラジエータ等の冷媒冷却用熱交換器で冷却された後、再度ポンプ装置を経由して、エンジン本体側へ循環していく。

この種の水冷式冷却装置では、冷却水の温度に応じて冷却水の流路を切り換えてエンジンの暖機を促進する制御を行っている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１５−１７５２９６号公報

上記特許文献１に記載の技術では、排気ガスの一部を、排気還流ガスとして吸気に還流する排気ガス再循環装置を備え、その排気還流ガスを、エンジン本体を冷却するための冷却水で冷却する水冷式の排気還流ガスクーラが備えられている。また、冷却水の温度を下げるために配置されるラジエータよりも前方には、ラジエータとは別の冷媒冷却用熱交換器であるサブラジエータが配置されている。

そして、排気還流ガスクーラの下流側における冷却水の温度に応じて、例えば、冷却水の温度が閾値未満で低い際に、サーモスタットを閉弁させてエンジンに冷却水を循環させないようにする制御と、冷却水の温度が閾値以上の際に、サーモスタットを開弁させてエンジンに冷却水を循環させるとともに冷却水を冷却するためにラジエータのみを利用する制御、及び、冷却水の温度がさらに高い際に、サーモスタットの開弁状態でラジエータよりも前方に配置されたサブラジエータのみを利用する制御を選択的に行っている。

しかし、従来のエンジン冷却システムでは、エンジンの暖機運転時等、昇温を促進したい場合に、サーモスタットを閉弁させてエンジンへの冷却水の循環を制限した状態から、冷却水の温度がある程度上昇してサーモスタットが開弁すると、ラジエータを通過した冷却水が、一気にエンジンに流入してしまう事態が生じ得る。このため、エンジンを早期に昇温したにもかかわらず、ラジエータを通過した比較的温度の低い冷却水がエンジンに流入して、早期の昇温を妨げてしまうという問題がある。

そこで、この発明は、エンジンの暖機運転時等、昇温を促進したい場合に、温度の低い冷媒がエンジンに流入することによる昇温の妨げを回避することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、冷媒を送り出すポンプ装置と、前記冷媒との熱交換によって冷却されるエンジンの冷却対象部と、前記冷媒を冷却するラジエータと、前記ポンプ装置と前記冷却対象部と前記ラジエータとを接続し前記冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記冷媒が供給され前記ラジエータよりも熱交換性能が低いサブ熱交換器を含むサブ冷媒循環回路と、前記冷却対象部における前記冷媒の温度に相関する情報を取得する冷媒温度取得手段と、を備え、暖機運転時に前記冷媒の温度が第一所定値未満である場合には前記ラジエータ及び前記サブ熱交換器への冷媒の供給を抑制し、前記冷媒の温度が上昇して前記冷媒の温度が第一所定値以上となった場合には前記冷媒の供給抑制を解除するとともに、前記抑制を解除する際、前記冷媒の温度が前記第一所定値よりも高い値に設定された第二所定値未満である場合には前記ラジエータへの冷媒の供給を停止し且つ前記サブ熱交換器への冷媒の供給を行い、前記冷媒の温度が前記第二所定値以上である場合には前記ラジエータへの前記冷媒の供給を行うエンジン冷却システムを採用した。

ここで、前記サブ熱交換器は、該サブ熱交換器から単位時間当たりに流出する冷媒量が前記ラジエータより小さい構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記サブ熱交換器は、該サブ熱交換器を通過して放熱された後の前記冷媒の温度が、前記ラジエータを通過した後の前記冷媒の温度よりも高い構成を採用することができる。

また、これらの各態様において、暖機運転時に前記冷媒の温度が前記第一所定値未満である場合には前記ラジエータ及び前記サブ熱交換器への冷媒の供給を停止し、前記冷媒の温度が上昇して前記冷媒の温度が前記第一所定値以上となった場合には前記サブ熱交換器への冷媒の供給を開始する構成を採用することができる。

ここで、前記サブ冷媒循環回路は、前記サブ熱交換器として冷媒の温度を上昇させる第一種サブ熱交換器と冷媒の温度を低下させる第二種サブ熱交換器とを備え、前記サブ熱交換器に冷媒を供給する際、前記冷媒の温度が前記第一所定値と前記第二所定値との間に設定された第三所定値未満である場合には前記第一種サブ熱交換器への冷媒の供給を行い且つ前記第二種サブ熱交換器への冷媒の供給を停止し、前記冷媒の温度が前記第三所定値以上である場合には前記第二種サブ熱交換器への冷媒の供給を行う構成を採用することができる。

また、前記サブ冷媒循環回路は、冷媒の温度を低下させる前記サブ熱交換器として相対的に冷却性能が低い小容量サブ熱交換器と相対的に冷却性能が高い大容量サブ熱交換器とを備え、冷媒の温度を低下させる前記サブ熱交換器に冷媒を供給する際、前記冷媒の温度が前記第一所定値と前記第二所定値との間に設定された第四所定値未満である場合には前記小容量サブ熱交換器への冷媒の供給を行い且つ前記大容量サブ熱交換器への冷媒の供給を停止し、前記冷媒の温度が前記第四所定値以上である場合には前記大容量サブ熱交換器への冷媒の供給を行う構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記エンジンは排気ガスの一部を排気還流ガスとして吸気に還流する排気ガス再循環装置を備え、前記排気ガス再循環装置は前記排気還流ガスを前記冷媒で冷却する液冷式の排気還流ガスクーラを備え、前記サブ熱交換器は前記排気還流ガスクーラを含む構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記サブ熱交換器は、前記エンジンを搭載する車両の空調装置が備えるヒータコアを含む構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記サブ熱交換器は、前記エンジンの潤滑油を前記冷媒で冷却する液冷式のエンジンオイルクーラ、吸気を前記冷媒で冷却する液冷式のインタークーラ、エンジンの駆動力が伝達される変速機の潤滑油を前記冷媒で冷却する液冷式のトランスミッションオイルクーラから選択される単一の又は複数の要素を含む構成を採用することができる。

この発明は、エンジンの暖機運転時等、昇温を促進したい場合に、ラジエータを通過した冷媒をエンジンに供給する前に、ラジエータと共通の冷媒が供給されその冷媒の温度を上昇させる又はラジエータよりも冷却性能が低いサブ熱交換器を通過した冷媒を供給するようにしたので、エンジンの暖機運転時等、昇温を促進したい場合に、温度の低い冷媒がエンジンに流入することによる昇温の妨げを回避することができる。

この発明の実施形態の冷媒循環回路を示す模式図である。 冷媒の温度変化示すグラフ図である。 この発明の制御を示すグラフ図である。

この発明の実施形態のエンジン冷却システムを、図面に基づいて説明する。この実施形態は、エンジン１のシリンダ内部にピストン２を収容して燃焼室３を形成したシリンダブロック、及び、そのシリンダブロック周囲の部材を冷却するための液冷式冷却装置を備えている。シリンダブロック、及び、そのシリンダブロック周囲の部材からなるエンジン１の本体が、冷媒との熱交換によって冷却される冷却対象部１０である。

燃焼室３には、その燃焼室３内に吸気を送り込む吸気通路４、燃焼室３からの排気ガスを送り出す排気通路５が接続されている。吸気通路４や排気通路５は、吸気バルブ６や排気バルブ７によって、燃焼室３への開口が開閉される。図中の符号８は、燃焼室３内で点火火花を発生させる点火装置である。この実施形態のエンジン１はガソリンエンジンであるが、エンジン１がディーゼルエンジンである場合は点火装置８は設けられない。

実施形態の液冷式冷却装置は冷媒として水（以下、冷却水と称する。）を用いた水冷式冷却装置である。水冷式冷却装置は、冷却水を送り出すウォータポンプと呼ばれるポンプ装置１１と、冷却水を冷却するコアであるラジエータ２０を備える。ポンプ装置１１と冷却対象部１０とラジエータ２０とが冷媒通路を介して環状に接続されることで、冷却水を循環させる冷媒循環回路２１を構成している。ポンプ装置１１は、電気モータの駆動力やエンジンの駆動力によって冷却水を送り出す機能を有する。ラジエータ２０は、空気等との熱交換によって冷却水の温度を低下させる機能を有する。

ポンプ装置１１によって、エンジン１のシリンダブロック内に設けられたウォータジャケット等の空間に冷却水が供給され、その冷却水によって、燃焼室３内での燃料の燃焼によるエンジン１の過度な温度上昇を抑制している。冷却水は、ラジエータ２０で冷却された後、再度ポンプ装置１１を経由して、エンジン１の本体側へ循環していく。

冷媒循環回路２１には、バルブ２２が設けられているので、このバルブ２２を開放すれば冷媒循環回路２１に冷却水が循環可能な状態となり、バルブ２２を閉鎖すれば冷媒循環回路２１に冷却水が循環不能な状態となる。

この水冷式冷却装置では、冷媒循環回路２１の途中から分岐したバイパス循環通路１３が設けられており、このバイパス循環通路１３はポンプ装置１１からの冷却水をいずれの熱交換器も経由せず冷却対象部１０に常時循環させている。冷媒温度取得手段である水温センサ１２は冷却対象部１０における冷却水温に相関する情報を検出すべくバイパス循環通路１３に設けられており、この水温センサ１２の情報に基づいて、その冷媒の温度（以下、この実施形態の冷媒である冷却水の温度を水温と称する）が、第一所定値Ｔ１以上であれば、バルブ２２が開放され、ポンプ装置１１の駆動により冷却水がエンジン１の冷却対象部１０に送り込まれ、冷却水を冷媒循環回路２１に循環させることができる。エンジン１の暖機運転時等、昇温を行いたい場合において、水温が、第一所定値Ｔ１未満であれば、バルブ２２を閉鎖して冷却水をエンジン１の冷却対象部１０に送り込まない制御、すなわち、冷却対象部１０への冷却水の供給を停止してエンジン１の暖機を促進する制御を行う。

水冷式冷却装置は、このエンジン１を搭載する車両が備える電子制御ユニット６０によって制御されている。電子制御ユニット６０は、エンジン１の稼働を制御するとともに、冷却対象部１０の温度条件や水温、各種運転状況等に応じて、水冷式冷却装置を制御している。

また、この水冷式冷却装置は、冷媒循環回路２１と共通の冷媒（冷却水）が供給され冷媒の温度を上昇させる、又は、冷媒の温度を低下させるとともにラジエータ２０よりも冷媒の冷却性能が低い三つのサブ熱交換器３０，４０，５０をそれぞれ含む、三つのサブ冷媒循環回路３１，４１，５１を備えている。すなわち、サブ熱交換器３０，４０，５０は、いずれも、ラジエータ２０よりも冷媒との熱交換性能が低いものとなっている。また、これらサブ熱交換器３０，４０，５０は、単位時間当たりに流出する冷媒量がラジエータ２０より小さくなるよう設計されており、温度条件が同じ冷却水が流入した場合には、サブ熱交換器３０，４０，５０を通過して放熱された後の冷却水の温度が、ラジエータ２０を通過した後の冷却水の温度よりも高くなる。

一つ目のサブ熱交換器３０は、エンジン１の潤滑油を冷媒循環回路２１と共通の冷却水で冷却する液冷式のエンジンオイルクーラで構成される。以下、この実施形態では、サブ熱交換器３０をエンジンオイルクーラ３０と称する。

エンジンオイルクーラ３０を含むサブ冷媒循環回路３１にはバルブ３２が設けられているので、バルブ３２を開放すれば、エンジンオイルクーラ３０を含むサブ冷媒循環回路３１に冷却水が循環可能な状態となり、バルブ３２を閉鎖すればサブ冷媒循環回路３１に冷却水が循環不能な状態となる。

なお、エンジンオイルクーラ３０を含むサブ冷媒循環回路３１を、ラジエータ２０の下流側、バルブ２２の上流側で冷媒循環回路２１に合流するようにし、サブ冷媒循環回路３１への冷却水の循環を、冷媒循環回路２１のバルブ２２によって共通に制御できるようにしてもよい。この場合、ラジエータ２０への冷却水の供給と、エンジンオイルクーラ３０への冷却水の供給は、同時に行われるようになる。

エンジン１は、燃焼室３から排出される排気ガスの一部を、排気還流ガスとして吸気に還流して燃焼室３に導入する排気ガス再循環装置１５を備えている。排気ガス再循環装置１５は、吸気通路４と排気通路５とを結ぶ排気還流ガス通路１６と、排気還流ガス通路１６を開閉する排気還流バルブ１７、排気還流ガス通路１６と吸気通路４との合流部の上流側において吸気通路４に設けられ、吸気通路４内を負圧状態に導くスロットルバルブ（図示せず）、排気還流ガス通路１６の途中に設けられる液冷式の排気還流ガスクーラ４０等を備えている。

二つ目のサブ熱交換器４０は、この排気ガス再循環装置１５が備える排気還流ガスクーラで構成される。以下、この実施形態では、サブ熱交換器４０を排気還流ガスクーラ４０と称する。排気還流ガスクーラ４０は、排気還流ガス通路１６に接続されたコア内を通過する排気還流ガスを、そのコアに循環させた冷却水によって冷却する。排気還流ガスクーラ４０に供給される冷却水は、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１と共通の冷却水である。

サブ冷媒循環回路４１には、バルブ４２が設けられているので、このバルブ４２を開放すれば、排気還流ガスクーラ４０を含むサブ冷媒循環回路４１に冷却水が循環可能な状態となり、バルブ４２を閉鎖すればサブ冷媒循環回路４１に冷却水が循環不能な状態となる。

このエンジン１を搭載する車両は、空調装置５３を備えている。空調装置５３は、車室内に温風を生じさせるために設けられるヒータコア５０を備えている。

三つ目のサブ熱交換器５０は、この空調装置５３が備えるヒータコアで構成される。以下、この実施形態では、サブ熱交換器５０をヒータコア５０と称する。ヒータコア５０は、電動の送風用ファンを併設しているとともに、そのコアの内部に、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１と共通の冷却水が供給される。送風用ファンを回転させれば、冷却水が持つ熱量を車室内に送り出す空気に放熱し温風が発生するので、車室内の温度を上昇させることができる。

ヒータコア５０を含むサブ冷媒循環回路５１は、サブ冷媒循環回路４１の排気還流ガスクーラ４０の下流側で分岐し、その後、ヒータコア５０を経て、サブ冷媒循環回路４１のバルブ４２の下流側でサブ冷媒循環回路４１に合流して、ポンプ装置１１に戻っている。サブ冷媒循環回路５１のヒータコア５０の下流側にはバルブ５２が設けられているので、このバルブ５２を開放すれば、ヒータコア５０を含むサブ冷媒循環回路５１に冷却水が循環可能な状態となり、バルブ５２を閉鎖すればサブ冷媒循環回路５１に冷却水が循環不能な状態となる。

なお、ヒータコア５０を含むサブ冷媒循環回路５１を、サブ冷媒循環回路４１の排気還流ガスクーラ４０の上流側で分岐するようにしてもよいし、サブ冷媒循環回路５１を、サブ冷媒循環回路３１やサブ冷媒循環回路４１と同様に、冷却対象部１０から直接引き出してもよい。

これらの空調装置５３やサブ冷媒循環回路３１，４１，５１の各バルブ３２，４２，５２は、いずれも電子制御ユニット６０によって制御されている。

なお、この実施形態では、バルブ２２，３２，４２，５２として、ロータ等の部材の回転によりその流量を制御するロータリーバルブを採用している。ロータ等の部材を回転させればバルブ２２，３２，４２，５２は開放されて、その回転速度に応じた量の冷却水が流れ、部材の回転を停止すれば、バルブ２２，３２，４２，５２は閉鎖されて冷却水の流れが停止する。バルブ２２，３２，４２，５２としては、このロータリーバルブに代えて、流体の流量を制御する機能を有する他の構成からなる弁装置を採用してもよい。

ヒータコア５０を備えた空調装置５３は、車室内に設けられた車室内空調スイッチ６１や車室内ファンスイッチ６２を運転者が操作した際の入力信号に基づいて手動制御できるほか、車室内の温度を検出する車室内温度検出手段６３、車外の温度を検出する外気温度検出手段６４からの情報に基づいて、自動的に制御されるようにも設定できる。

手動制御では、車室内ファンスイッチ６２のＯＮ信号に基づいて送風が発生し、ＯＦＦ信号又はＯＮ信号の停止で送風が停止する。ＯＮ信号時に、その送風の強さを設定することも可能である。また、車室内空調スイッチ６１のＯＮ信号に基づいて、空気がコアを通過するようになり、常温の送風がより温度の高い温風に切り替わり暖房が行われる。車室内空調スイッチ６１のＯＦＦ信号又はＯＮ信号の停止で、温風の供給から常温の送風に切り替わる。自動制御では、車室内の温度が設定温度（目標温度）に近づくように送風の有無や温風の温度や強さが自動的に制御され、また、車外の温度に基づいて自動的に設定温度を設定することもできる。

従来の空調装置では、ヒータコアに常時冷却水が供給されているのが一般的であった。しかし、この発明では、空調装置５３は、車室内の暖房を必要としない条件の時には、サブ冷媒循環回路５１のバルブ５２を閉鎖し、ヒータコア５０に冷却水を供給しないように設定することもできるので、運転条件に応じて、意に反して冷却水の温度が低下することを抑制できる。

ここで、車室内の暖房を必要としない条件とは、吸気温度センサ９や外気温度検出手段６４、車室内温度検出手段６３が検出する温度が所定温度以上である場合や、車室内空調スイッチ６１がＯＦＦである場合、あるいは、車室内ファンスイッチ６２がＯＦＦである場合等とすることができる。

この発明のエンジン冷却システムの制御について、以下説明する。

制御の基本的な構成は、まず、エンジン１の暖機運転時等、早期に昇温が必要な運転条件において、水温が予め設定された第一所定値Ｔ１未満である場合（図３の領域ａ参照）には、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１の冷却水が、エンジン１の冷却対象部１０へ供給されるのを停止する。この停止は、冷媒循環回路２１のバルブ２２を閉鎖することで行うことができる。このとき、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１の冷却水が、エンジン１の冷却対象部１０へ供給されるのを完全に停止させるのではなく、その供給量を抑制する制御とする場合もある。冷却対象部１０への冷却水の供給停止又は供給抑制によって、ラジエータ２０やサブ熱交換器への冷却水の供給も停止又は抑制される。

このとき、ポンプ装置１１はエンジン１の稼働時に常時駆動を継続しており、他のバルブ３２，４２，５２も閉鎖しているので、ポンプ装置１１から送り出される冷却水は、ラジエータ２０や、サブ熱交換器であるエンジンオイルクーラ３０や排気還流ガスクーラ４０、ヒータコア５０等、いずれの熱交換器も経由しないバイパス循環通路１３内を循環する。

なお、冷媒循環回路２１のバルブ２２として、サーモスタットの機能によって、第一所定値Ｔ１以上の水温の条件でのみ開弁するバルブを採用してもよい。

エンジン１の暖機運転とともに水温が上昇して、水温が第一所定値Ｔ１以上となった場合には、熱交換器を経由した冷却水を、エンジン１の冷却対象部１０へ供給することを開始する。

ここで、エンジン１の冷却対象部１０へ熱交換器を経由した冷却水の供給を開始する際、又は、供給抑制を解除する際、水温が、第一所定値Ｔ１よりも高い値に設定された第二所定値Ｔ２未満である場合（図３の領域ｂ，ｃ，ｄ参照）には、バルブ２２を閉鎖してラジエータ２０への冷却水の供給を停止した状態を継続し、且つ、バルブ３２やバルブ４２、バルブ５２を順次又は選択的に開放して、サブ熱交換器であるエンジンオイルクーラ３０や排気還流ガスクーラ４０、ヒータコア５０への冷却水の供給を順次又は選択的に開始する。

このとき、サブ冷媒循環回路４１のサブ熱交換器である排気還流ガスクーラ４０を、水温を上昇させる第一種サブ熱交換器Ｈと定義する。また、サブ冷媒循環回路３１のサブ熱交換器であるエンジンオイルクーラ３０や、サブ冷媒循環回路５１のサブ熱交換器であるヒータコア５０を、水温を低下させる第二種サブ熱交換器Ｃと定義する。

水温が第一所定値Ｔ１以上、第二所定値Ｔ２未満で、サブ熱交換器に冷却水を供給する際に、水温が、第一所定値Ｔ１と第二所定値Ｔ２との間に設定された第三所定値Ｔ３未満である場合（図３の領域ｂ参照）には、第一種サブ熱交換器Ｈへの冷却水の供給を行い、且つ、第二種サブ熱交換器Ｃへの冷却水の供給を停止するようにする。

第一種サブ熱交換器Ｈは放熱器であり、冷却水は排気還流ガスの熱を受けて温度が上昇することから、第二種サブ熱交換器Ｃよりも先に、第一種サブ熱交換器Ｈを通過して温度が幾分上昇した冷却水をエンジン１の冷却対象部１０へ供給することにより、温度の低い冷却水がエンジン１に一気に流入することによる昇温の妨げを回避することができる。

そして、水温が第三所定値Ｔ３以上となった場合（図３の領域ｃ，ｄ参照）には、第二種サブ熱交換器Ｃへの冷却水の供給を開始する。水温は、第三所定値Ｔ３以上に高まっているので、冷却水の温度を低下させるサブ熱交換器を通過した冷却水であっても、その水温が、ラジエータ２０を通過した冷媒循環回路２１の冷却水のように極端に低くない限り、エンジン１に供給しても昇温を阻害しない。

ここで、第二種サブ熱交換器Ｃは、冷却水の温度を低下させるサブ熱交換器として、相対的に冷却性能が低い小容量サブ熱交換器Ｃ_Ｓと、相対的に冷却性能が高い大容量サブ熱交換器Ｃ_Ｌとを備えている。

ここで、第二種サブ熱交換器Ｃに冷却水を供給する際、水温が、第一所定値Ｔ１と第二所定値Ｔ２との間に設定された第四所定値Ｔ４未満である場合（図３の領域ｃ参照）には、まずは、小容量サブ熱交換器Ｃ_Ｓへの冷却水の供給を行い、且つ、大容量サブ熱交換器Ｃ_Ｌへの冷却水の供給を停止する。これにより、相対的に水温が低くなる大容量サブ熱交換器Ｃ_Ｌよりも先に、冷却性能が低い小容量サブ熱交換器Ｃ_Ｓを通過した相対的に水温が高い冷却水がエンジン１に供給されるようになる。

ところで、この実施形態では、サブ熱交換器として、第一種サブ熱交換器Ｈと第二種サブ熱交換器Ｃとを併用しているので、第四所定値Ｔ４を、第一種サブ熱交換器Ｈと第二種サブ熱交換器Ｃとの動作の境界条件に関わる第三所定値Ｔ３と、第二所定値Ｔ２との間に設定している。仮に、第一種サブ熱交換器Ｈと第二種サブ熱交換器Ｃとを併用せず、サブ熱交換器として、第二種サブ熱交換器Ｃのみを採用する場合には、第四所定値Ｔ４は、第一所定値Ｔ１と第二所定値Ｔ２との間に設定される。

つぎに、水温が第四所定値Ｔ４以上となった場合（図３の領域ｄ参照）には、大容量サブ熱交換器Ｃ_Ｌへの冷媒の供給を行う。既に、水温は、第四所定値Ｔ４以上となっているので、大容量サブ熱交換器Ｃ_Ｌを通過した相対的に温度が低い冷却水であっても、その水温が、ラジエータ２０を通過した冷媒循環回路２１の冷却水のように極端に低くない限り、エンジン１に供給しても昇温を阻害しない。

この実施形態では、第二種サブ熱交換器Ｃの小容量サブ熱交換器Ｃ_Ｓとして、エンジンオイルクーラ３０を採用し、大容量サブ熱交換器Ｃ_Ｌとして、ヒータコア５０を採用している。エンジンオイルクーラ３０に冷却水を供給する場合はバルブ３２を開放し、ヒータコア５０に冷却水を供給する場合はバルブ５２を順次開放することとなる。

最後に、水温が第二所定値Ｔ２以上となった場合（図３の領域ｅ参照）には、ラジエータ２０への冷却水の供給を開始する。水温は、第二所定値Ｔ２以上に高まっており、昇温は終了しているので、ラジエータ２０を通過した水温の低い冷却水をエンジン１に供給しても問題はなく、以後、冷却水はエンジン１に対して所定の冷却性能を発揮する。

図２のグラフ図は、エンジン１の暖機運転の開始後、ラジエータ２０への冷却水の供給を停止して、排気還流ガスクーラ４０のみに冷却水を供給した時のシリンダ温度（ライナ温度）を示している。シリンダ温度の挙動として図中Ｘに示す線は、バルブ４２のみを開放して他は閉鎖した際のものである。図中Ｘ＋Ｙに示す線は、バルブ４２とバルブ５２の両方を開放して他は閉鎖した際のものである。図中Ｘ＋Ｙ＋Ｚに示す線は、バルブ４２とバルブ５２とバルブ２２を開放した際のものである。

図中Ｘ＋Ｙ＋Ｚに示す線は、ラジエータ２０を通過した冷却水がエンジン１に供給されているので、シリンダ温度の上昇度合いが遅くなっている。図中Ｘ＋Ｙに示す線は、排気還流ガスクーラ４０とヒータコア５０の両方に冷却水が供給されているものの、ラジエータ２０には冷却水は供給されていないので、図中Ｘ＋Ｙ＋Ｚに示す線よりも、シリンダ温度の上昇度合いが速くなっている。図中Ｘに示す線は、排気還流ガスクーラ４０のみに冷却水が供給され、ヒータコア５０やラジエータ２０には冷却水は供給されていないので、シリンダ温度の上昇度合いが最も速くなっている。また、エンジン１への冷却水の供給を開始した際におけるシリンダ温度の一時的な低下量（図中の符号ａの時期でのアンダーシュート量）も小さくなっている。

従来から、暖機運転時においてはエンジン内の冷却水の流動を極力止めて、敢えて、エンジン内の各部温度分布に不均一を生じさせる、すなわち、高温部から低温部への熱移動を阻害することにより、フリクションへの影響が大きいとされるシリンダライナ部の温度を早期に昇温させ、暖機途上の燃費を改善したいという要請がある。

しかし、ラジエータを含む冷媒循環回路のからの低温の冷却水の流入は、サーモスタットで自動的に制御されており、また、ラジエータ系の冷媒循環回路は、エンジンの冷却に必要な大容量の性能が与えられているため、流量が多く放熱量も大きい。このため、サーモスタットの微少開度の開弁であっても、比較的大量の低温の冷却水がエンジンに一気に流れ込み、折角早期に昇温させているにもかかわらず、一時的な過冷却が生じる問題が生じていた。この過冷却の発生には、単位時間当たりの流入冷却水量、熱交換器で放熱された後の冷却水の温度等が影響していると考えられる。

そこで、この発明では、上記のように、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１からの冷却水の供給を制限する暖機促進制御によって、エンジン１の水温がある程度上昇した後（上記第一所定値Ｔ１に相当）、実際に、熱交換器を通過した冷却水の供給を開始するに当たって、従来のラジエータ系におけるサーモスタット相当の水流制御弁をいきなり開くのではなく、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１よりも冷却性能が相対的に小さい（相対的に小流量又は低放熱量の）サブ熱交換器、又は、逆に水温を上昇させるサブ熱交換器への冷却水の供給を、先に開始するようにしたものである。さらにその後、水温が上昇して昇温が終了すれば（上記第二所定値Ｔ２に相当）、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１に冷却水を供給するようにしたものである。

すなわち、冷却性能の異なる大小２つの熱交換器をもって、暖機時には、冷却性能が相対的に小さい熱交換器から先に活用する、あるいは、冷却水の温度を低下させる熱交換器と冷却水の温度を上昇させる熱交換器とをもって、暖機時には、冷却水の温度を上昇させる熱交換器から先に活用する手法を採用することで、エンジンのシリンダ温度の過冷却、アンダーシュートを抑制することができる。

ここで、冷却水の温度を低下させるサブ熱交換器を含むサブ冷媒循環回路では、その冷却性能が、メインの冷却系であるラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１よりも、相対的に小さい必要がある。ここで、冷却性能が相対的に小さい状態であるためには、例えば、エンジン１側から見れば単位時間当たりの流入冷却水量、熱交換器側から見れば単位時間当たりの流出水量、すなわち、流出する冷媒量が小さいことが求められる。さらに、サブ熱交換器を通過して放熱した後の冷却水の温度、すなわち、冷媒の温度が、メイン冷却系のラジエータ２０を通過した後の冷却水の温度、すなわち、冷媒の温度よりも高ければより好ましい。

前述の単位時間当たりの流入冷却水量、流出水量の条件については、例えば、メインの冷却系であるラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１よりも、サブ熱交換器を含むサブ冷媒循環回路の通水抵抗を大きくすることで実現することができる。具体的には、サブ熱交換器のコア内部の配管径を、メイン冷却系のラジエータ２０のコア内部の配管系よりも細くする（絞る）手法が挙げられる。

放熱後の冷却水の温度の条件については、メイン冷却系のラジエータ２０よりも、サブ熱交換器の容量を少なくすることで実現することができる。具体的には、サブ熱交換器を含むサブ冷媒循環回路の配管長を短くする等の手法により、放熱量、放熱面積を小さくすることで実現できる。

例えば、サブ熱交換器として採用したヒータコア５０は、ラジエータ２０よりもコア内部の配管径が細く、また、ヒータコア５０全体の体積もラジエータ２０のコアよりも小型であるため、ラジエータ２０よりも通水抵抗は大きく、放熱量も小さくなりやすい。なお、ヒータコア５０の設置位置次第では、ヒータコア５０を含むサブ冷媒循環回路５１の配管長は、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１の配管長よりも長くなる場合もあると考えられるが、配管長が長いことは通水抵抗を増大させる要因でもあるため、配管長が長いことで、ヒータコア５０を含むサブ冷媒循環回路５１の冷却性能が、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１の冷却性能を上回ることは基本的にないと考えられる。

この冷却性能の大小比較については、ラジエータ２０とサブ熱交換器との間だけでなく、冷媒の温度を低下させるサブ熱交換器を含むサブ冷媒循環回路が複数存在する場合において、その複数のサブ冷媒循環回路同士の間においても、同様の傾向があるということができる。

上記の実施形態では、サブ熱交換器として、エンジンオイルクーラ３０、排気還流ガスクーラ４０、ヒータコア５０を採用し、特に、排気還流ガスクーラ４０を第一種サブ熱交換器Ｈ（冷媒の温度を上昇させるサブ熱交換器）、エンジンオイルクーラ３０とヒータコア５０とを第二種サブ熱交換器Ｃ（冷媒の温度を低下させるサブ熱交換器）としたが、この実施形態には限定されず、この発明のエンジン冷却システムの制御の対象となるサブ熱交換器としては、種々の熱交換器を採用できる。

例えば、制御の対象となるサブ熱交換器として、第一種サブ熱交換器Ｈを一つだけ採用して第二種サブ熱交換器Ｃを採用しない実施形態、第一種サブ熱交換器Ｈを複数採用して第二種サブ熱交換器Ｃを採用しない実施形態、第一種サブ熱交換器Ｈを採用せず第二種サブ熱交換器Ｃを一つだけ採用する実施形態、第一種サブ熱交換器Ｈを採用せず第二種サブ熱交換器Ｃを複数採用する実施形態等が考えられる。

また、サブ熱交換器の他の例として、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１と共通の冷媒で吸気を、冷却する液冷式のインタークーラ、あるいは、エンジンの駆動力が伝達される変速機の潤滑油を、ラジエータ２０を含む冷媒循環回路２１と共通の冷媒で冷却する液冷式のトランスミッションオイルクーラ等が挙げられる。これらの種々のサブ熱交換器の中から、制御の対象となるサブ熱交換器を一つ又は複数選択することができる。

この実施形態では、液冷式冷却装置として、冷却水を冷媒とする水冷式冷却装置を採用した例について、この発明のエンジン冷却システムを説明したが、それ以外にも、例えば、潤滑油を冷媒とする油冷式冷却装置など、他の冷媒による冷却装置を採用してもよい。

１ エンジン
２ ピストン
３ 燃焼室
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ 吸気バルブ
７ 排気バルブ
８ 点火装置
９ 吸気温度センサ
１０ 冷却対象部
１１ ポンプ装置（ウォータポンプ）
１２ 水温センサ
１５ 排気ガス再循環装置
１６ 排気還流ガス通路
１７ 排気還流バルブ
２０ ラジエータ
２１ 冷媒循環回路
２２ バルブ
３０ エンジンオイルクーラ（サブ熱交換器）
３１ サブ冷媒循環回路
３２ バルブ
４０ 排気還流ガスクーラ（サブ熱交換器）
４１ サブ冷媒循環回路
４２ バルブ
５０ ヒータコア（サブ熱交換器）
５１ サブ冷媒循環回路
５２ バルブ
５３ 空調装置
６０ 電子制御ユニット
６１ 車室内空調スイッチ
６２ 車室内ファンスイッチ
６３ 車室内温度検出手段
６４ 外気温度検出手段
Ｈ 第一種サブ熱交換器（冷媒の温度を上昇させるサブ熱交換器）
Ｃ 第二種サブ熱交換器（冷媒の温度を低下させるサブ熱交換器）
Ｃ_Ｓ 小容量サブ熱交換器
Ｃ_Ｌ 大容量サブ熱交換器

Claims (9)

1. 冷媒を送り出すポンプ装置と、
   前記冷媒との熱交換によって冷却されるエンジンの冷却対象部と、
   前記冷媒を冷却するラジエータと、
   前記ポンプ装置と前記冷却対象部と前記ラジエータとを接続し前記冷媒を循環させる冷媒循環回路と、
   前記冷媒が供給され前記ラジエータよりも熱交換性能が低いサブ熱交換器を含むサブ冷媒循環回路と、
   前記冷却対象部における前記冷媒の温度に相関する情報を取得する冷媒温度取得手段と、
   を備え、
   暖機運転時に前記冷媒の温度が第一所定値未満である場合には前記ラジエータ及び前記サブ熱交換器への冷媒の供給を抑制し、前記冷媒の温度が上昇して前記冷媒の温度が第一所定値以上となった場合には前記冷媒の供給抑制を解除するとともに、
   前記抑制を解除する際、前記冷媒の温度が前記第一所定値よりも高い値に設定された第二所定値未満である場合には前記ラジエータへの冷媒の供給を停止し且つ前記サブ熱交換器への冷媒の供給を行い、前記冷媒の温度が前記第二所定値以上である場合には前記ラジエータへの前記冷媒の供給を行う
   エンジン冷却システム。
2. 前記サブ熱交換器は、該サブ熱交換器から単位時間当たりに流出する冷媒量が前記ラジエータより小さい
   請求項１に記載のエンジン冷却システム。
3. 前記サブ熱交換器は、該サブ熱交換器を通過して放熱された後の前記冷媒の温度が、前記ラジエータを通過した後の前記冷媒の温度よりも高い
   請求項１又は２に記載のエンジン冷却システム。
4. 暖機運転時に前記冷媒の温度が前記第一所定値未満である場合には前記ラジエータ及び前記サブ熱交換器への冷媒の供給を停止し、前記冷媒の温度が上昇して前記冷媒の温度が前記第一所定値以上となった場合には前記サブ熱交換器への冷媒の供給を開始する
   請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジン冷却システム。
5. 前記サブ冷媒循環回路は、前記サブ熱交換器として冷媒の温度を上昇させる第一種サブ熱交換器と冷媒の温度を低下させる第二種サブ熱交換器とを備え、
   前記サブ熱交換器に冷媒を供給する際、前記冷媒の温度が前記第一所定値と前記第二所定値との間に設定された第三所定値未満である場合には前記第一種サブ熱交換器への冷媒の供給を行い且つ前記第二種サブ熱交換器への冷媒の供給を停止し、前記冷媒の温度が前記第三所定値以上である場合には前記第二種サブ熱交換器への冷媒の供給を行う
   請求項４に記載のエンジン冷却システム。
6. 前記サブ冷媒循環回路は、冷媒の温度を低下させる前記サブ熱交換器として相対的に冷却性能が低い小容量サブ熱交換器と相対的に冷却性能が高い大容量サブ熱交換器とを備え、
   冷媒の温度を低下させる前記サブ熱交換器に冷媒を供給する際、前記冷媒の温度が前記第一所定値と前記第二所定値との間に設定された第四所定値未満である場合には前記小容量サブ熱交換器への冷媒の供給を行い且つ前記大容量サブ熱交換器への冷媒の供給を停止し、前記冷媒の温度が前記第四所定値以上である場合には前記大容量サブ熱交換器への冷媒の供給を行う
   請求項４又は５に記載のエンジン冷却システム。
7. 前記エンジンは排気ガスの一部を排気還流ガスとして吸気に還流する排気ガス再循環装置を備え、
   前記排気ガス再循環装置は前記排気還流ガスを前記冷媒で冷却する液冷式の排気還流ガスクーラを備え、
   前記サブ熱交換器は前記排気還流ガスクーラ
   を含む請求項１〜６の何れか１項に記載のエンジン冷却システム。
8. 前記サブ熱交換器は、
   前記エンジンを搭載する車両の空調装置が備えるヒータコア
   を含む請求項１〜７の何れか１項に記載のエンジン冷却システム。
9. 前記サブ熱交換器は、
   前記エンジンの潤滑油を前記冷媒で冷却する液冷式のエンジンオイルクーラ、
   吸気を前記冷媒で冷却する液冷式のインタークーラ、
   エンジンの駆動力が伝達される変速機の潤滑油を前記冷媒で冷却する液冷式のトランスミッションオイルクーラ
   から選択される単一の又は複数の要素を含む請求項１〜８の何れか１項に記載のエンジン冷却システム。

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