WO2013027495A1

WO2013027495A1 - エンジンの冷却制御装置

Info

Publication number: WO2013027495A1
Application number: PCT/JP2012/067152
Authority: WO
Inventors: 孝暢池内
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-02-28
Also published as: JP2013044248A

Abstract

　外気との熱交換によりエンジンの冷却水を冷却するラジエータと、ラジエータに対する通気の遮断が可能な電動シャッターと、ラジエータを含む冷却水循環回路に冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、を備える。冷却水温度が低温側設定値Ｔｅ１未満の第１の冷却モードでは、通気抵抗を低減するために電動シャッターを閉じ、電動ウォータポンプの作動により熱交換を行う。冷却水温度が上昇して、冷却水温度が低温側設定値Ｔｅ１以上となると、電動シャッターを開く第２の冷却モードとして、ラジエータへの通気量を増加させて、熱交換を促進する。この際、電動ウォータポンプの出力を所定の出力低下分ΔＥだけ低下させて、電動シャッターの開作動に伴う冷却水温度の過剰な低下を抑制・防止する。

Description

エンジンの冷却制御装置

　本発明は、エンジンの冷却制御装置に関する。

　水冷式エンジンでは、電動ウォータポンプ等によりエンジンの冷却水循環回路内に冷却水を循環させており、この冷却水循環回路内に、冷却水と外気との間で熱交換を行うラジエータが設けられる。ここで、特許文献１には、ラジエータへの通気を制御するために、ラジエータに対する強制的な通気が可能な電動ファンと、ラジエータに対する通気の遮断が可能な電動シャッターと、を設けた冷却制御装置が記載されている。このものでは、冷却水温度が低温側設定値以上の場合に、電動シャッターを開いてラジエータへの通気を可能とし、かつ、冷却水温度が上記の低温側設定値よりも高い高温側設定値以上となると、電動ファンを作動させて、ラジエータに対する強制的な通気を行うことで熱交換を促進している。

実開昭６２－２４０１２号公報

　しかしながら、このように冷却水温度が低温側設定値以上の場合に電動シャッターを開くと、ラジエータへの通気が急激に開始されることで、冷却水温度が必要以上に低下することがある。特に、ある程度車速の高い状況で電動シャッターを開くと、ラジエータへの通気量が急激に増大するので、冷却水の温度低下が大きい。このように冷却水温度が必要以上に低下すると、冷却水を循環させる電動ウォータポンプが不必要に電力を消費することとなり、燃費の悪化を招くおそれがある。

　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係るエンジンの冷却制御装置は、外気との熱交換によりエンジンの冷却水を冷却するラジエータと、上記ラジエータに対する通気の遮断が可能な電動シャッターと、上記ラジエータを含む冷却水循環回路に冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、を備えている。

　冷却水温度が低温側設定値未満の場合には、通気抵抗を低減するために電動シャッターを閉じる第１の冷却モードとし、エンジン運転状態に応じて電動ウォータポンプの作動を制御することによって、熱交換を行う。

　冷却水温度が上昇して、電動ウォータポンプの作動中に冷却水温度が所定の低温側設定値以上となると、電動シャッターを開く第２の冷却モードとし、第１の冷却モードに対して、ラジエータへの通気量を増加させて、熱交換を促進する。

　
　そして本発明では、上記第１の冷却モードから第２の冷却モードへの切替時には、電動シャッターの開作動に伴って、電動ウォータポンプの出力を低下させている。これによって、電動シャッターの開作動に伴う急激な通気量の増加に起因する冷却水の温度低下を、電動ウォータポンプの出力を低下させることにより相殺して、電動シャッターの開作動に伴う冷却水温度の低下を抑制・防止することができる。

　このように本発明によれば、電動シャッターの開作動に伴って電動ウォータポンプの出力を低下させることで、電動シャッターの開作動に伴う冷却水温度の低下を抑制しつつ、電動ウォータポンプの出力を節約して、燃費向上を図ることができる。

本発明の一実施例に係るエンジンの冷却制御装置を示すシステム構成図。本実施例の制御の流れを示すフローチャート。本実施例に係る電動シャッター，電動ファン及び電動ウォータポンプの作動の一例を示すタイミングチャート。本実施例に係る電動シャッター，電動ファン及び電動ウォータポンプの作動の他の例を示すタイミングチャート。本実施例に係る電動シャッター，電動ファン及び電動ウォータポンプの作動の更に他の例を示すタイミングチャート。

　以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例に係るエンジンの冷却制御装置のシステム構成を示している。エンジン１０の冷却水循環回路１１には、電動ウォータポンプ１２により圧送される冷却水が循環しており、エンジン１０の内部に形成されたウォータジャケット内を冷却水が流れることにより、エンジン１０の冷却が行われる。この冷却水循環回路１１には、外気との間で熱交換を行うことにより冷却水を冷却するラジエータ１３が設けられている。ラジエータ１３は、車両前部のフロントグリル１４とエンジン１０との間の、フロントグリル１４を通して外気（走行風）が通気可能な位置に配置されている。フロントグリル１４の前方には、電動式の電動シャッター１５が設けられている。この電動シャッター１５を開くことにより、ラジエータ１３に対する通気が可能な状態となり、電動シャッター１５を閉じることにより、ラジエータ１３に対する通気が遮断（抑制）された状態となる。

　また、ラジエータ１３の背面には、冷却用の電動ファン１６が設けられ、この電動ファン１６によりラジエータ１３に対する強制的な通気が可能となっている。この電動ファン１６は、ファンリレー１７を介して制御部１８に接続されている。

　制御部１８は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有し、冷却水温度を検出する水温センサ１９等の各種センサの検出信号に基づいて、上記の電動ウォータポンプ１２、電動シャッター１５及び電動ファン１６のファンリレー１７等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。

　また、冷却水循環回路１１には、エンジンオイルを冷却するエンジンオイルクーラ２１、無段変速機（ＣＶＴ）用のオイルを冷却するＣＶＴオイルクーラ２２、温度に応じて作動してＣＶＴオイルクーラ２２へ通流する冷却水の流量を調整するサーモバルブ２２Ａ、ヒーター２３、スロットルチャンバ２４、バイパス通路２５、サーモハウジング２６に設けられて、温度に応じてラジエータ１３への通路を開閉するサーモスタット２７等が設けられている。

　更に、ラジエータ１３の前面側には、空調システム３０の空冷コンデンサ３１及び水冷コンデンサ３２が設けられている。この空調システム３０の冷媒通路３３には、周知のように、膨張弁３４、エバポレータ３５及びコンプレッサ３６が設けられ、また、冷媒と熱交換を行う空調用冷却水通路には、モータ３８及びインバータ３９を介して駆動される空調用ウォータポンプ３７が設けられている。

　図２は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートであり、本ルーチンは上記の制御部１８により極短期間（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し実行される。

　ステップＳ１１では、水温センサ１９により検出される冷却水温度Ｔｅの他、エンジン負荷，エンジン回転速度及び車速等が読み込まれる。ステップＳ１２では、エンジン回転速度及びエンジン負荷等に基づいて、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１２の基本出力Ｅ０を算出する。

　ステップＳ１３では、冷却水温度Ｔｅが、予め設定された所定の低温側設定値Ｔｅ１以上であるかを判定する。冷却水温度Ｔｅが低温側設定値Ｔｅ１より低ければ、第１の冷却モードであるとして、ステップＳ２０以降へ進み、ステップＳ２０において電動シャッター１５を閉じ、ステップＳ２１において電動ファン１６を停止し（ＯＦＦ）、ステップＳ２２において電動ウォータポンプ１２の出力ｅＷ／Ｐを基本出力Ｅ０に設定する。

　一方、冷却水温度Ｔｅが低温側設定値Ｔｅ１以上であれば、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進み、電動シャッター１５を開く。ステップＳ１５では、冷却水温度Ｔｅ及び車速等に基づいて、電動ウォータポンプ１２の出力低下分ΔＥを算出する。この出力低下分ΔＥは、冷却水温度Ｔｅの上昇に伴って電動ウォータポンプの出力が高くなるように、冷却水温度Ｔｅが高くなるほど出力低下分ΔＥが小さくなるように設定される。また、車速が高くなるほどラジエータ１３への通気量が増大し、冷却水温度Ｔｅが低下し易いことから、車速が高くなるほど出力低下分ΔＥが大きくなるように設定される。

　ステップＳ１６では、冷却水温度Ｔｅが、予め設定された所定の高温側設定値Ｔｅ２以上であるかを判定する。この高温側設定値Ｔｅ２は、上記の低温側設定値Ｔｅ１よりも高い値である。冷却水温度Ｔｅが、低温側設定値Ｔｅ１以上かつ高温側設定値Ｔｅ２未満であれば、第２の冷却モードであるとして、ステップＳ１６からステップＳ２３へ進み、第１の冷却モードから第２の冷却モードへの切替に伴いステップＳ１４で電動シャッター１５を開いた時点Ｔｅ１から、所定のディレイ時間ΔＤを経過したかを判定する。ディレイ時間ΔＤが経過すると、ステップＳ２３からステップＳ２４へ進み、上記の出力低下分ΔＥ、電動ウォータポンプの出力ｅＷ／Ｐを低下側に補正する（Ｅ０－ΔＥ）。

　冷却水温度Ｔｅが高温側設定値Ｔｅ２以上であれば、第３の冷却モードであるとして、ステップＳ１６からステップＳ１７へ進み、上記の出力低下分ΔＥ、電動ウォータポンプの出力ｅＷ／Ｐを低下側に補正する（Ｅ０－ΔＥ）。なお、この第２の冷却モードから第３の冷却モードへの切替時には、電動シャッターが開かれたままであるために、ディレイ時間ΔＤを設けていない。

　続くステップＳ１８では、出力低下分ΔＥが０（ゼロ）、つまり電動シャッター１５の開作動に伴う出力低下補正処理が終了したかを判定する。出力低下分ΔＥが０（ゼロ）であり、電動ウォータポンプ１２の出力が基本出力Ｅ０に達すると、ステップＳ１８からステップＳ１９へ進み、電動ファン１６をＯＮとして、その作動を開始する。なお、電動ウォータポンプ１８の基本出力は冷却水温度の上昇に伴い可及的に最大出力とされることから（図３～図５参照）、このステップＳ１８の処理では、電動ウォータポンプ１２の出力が最大出力であるかを判定し、電動ウォータポンプ１２の出力が最大出力に達した後に、電動ファン１６の作動を開始するようにしても良い。

　図３～図５は、このような本実施例の制御処理を適用した場合の、電動シャッター１５、電動ファン１６、及び電動ウォータポンプ１２の動作を示すタイミングチャートである。先ず図３を参照して、冷却水温度Ｔｅが低温側設定値Ｔｅ１よりも低い状態では、第１の冷却モードとされて、電動ウォータポンプ１２の出力を基本出力（この実施例では、最大出力）に設定して、冷却水循環回路１１内に冷却水を循環させることで熱交換を促進するとともに、通気抵抗を低減するために電動シャッター１５を閉じ、また、消費電力を抑制するために電動ファン１６を停止した状態とする。

　冷却水温度Ｔｅの上昇に伴い、冷却水温度Ｔｅが低温側設定値Ｔｅ１に達した時点ｔ１で、第１の冷却モードから第２の冷却モードに切り替えられて、先ず、冷却水温度の低下を促進するように、電動シャッター１５を閉から開に切り替えて、ラジエータ１３への通気を可能な状態とする。また、通気量の増加に伴う冷却水温度の低下の応答遅れを考慮して、この電動シャッター１５の開作動への切替時点ｔ１から所定のディレイ時間ΔＤを経過した時点ｔ２で、所定の出力低下分ΔＥ、電動ウォータポンプ１２の出力を低下側に補正する。

　このように、第１の冷却モードから第２の冷却モードへの切替時に、電動シャッター１５の開作動に伴って電動ウォータポンプの出力を低下させることによって、電動シャッター１５の開作動に伴う急激な通気量の増加に起因する冷却水の温度低下を、電動ウォータポンプ１２の出力を低下させることにより相殺して、急激な温度低下を抑制・防止することができる。従って、電動シャッター１５の開作動に伴う不必要な冷却水の温度低下を抑制・解消するとともに、電動ウォータポンプ１２の出力を低下させることで、消費電力を節約して、燃費向上を図ることができる。

　仮に本実施例のように電動シャッター１５の開作動に伴って電動ウォータポンプの出力を低下させなかった場合には、図３の破線の特性で示すように、電動シャッター１５の開作動に伴ってラジエータ１３への通気量が急激に増大することから、冷却水温度が急激に低下し、その後、冷却水温度の低下に応じて電動シャッター１５が再び閉じられることで冷却水温度が再び上昇することとなり、電動シャッター１５の閉と開が繰り返され、これに伴って冷却水温度が上昇と下降とを繰り返すこととなる。

　図４は、車速が上昇する運転状態の例を示している。図３の場合と同様、冷却水温度Ｔｅが低温側設定値Ｔｅ１に達すると、第１の冷却モードから第２の冷却モードに切り替えられて、電動シャッター１５を開作動し、所定のディレイ時間ΔＤ経過後に、所定の出力低下分ΔＥ、電動ウォータポンプ１２の出力が低下側に補正される。その後、車速の増加に応じて、この出力低下分ΔＥを増加させることによって、車速の増加に伴うラジエータ１３への通気量の増加による冷却水温度の低下分を、出力低下分ΔＥの増加により相殺することで、冷却水温度をほぼ一定に維持することができる。このように、車速に応じた形で電動ウォータポンプ１２の出力低下分を調整することで、冷却水温度をほぼ一定に保ちつつ消費電力の更なる節約を図ることができる。

　図５の例では、冷却水温度Ｔｅが低温側設定値Ｔｅ１に達した時点ｔ１で電動シャッター１５を開き、ディレイ時間ΔＤ経過後ｔ２に電動ウォータポンプ１２の出力を低下させた後に、冷却水温度が徐々に上昇する例を示している。つまり、冷却水温度の上昇に伴って、冷却水温度を低下させるように電動ウォータポンプ１２の出力低下分ΔＥが抑制されているものの、それにもかかわらず冷却水温度が徐々に上昇する例を示している。冷却水温度が高温側設定値Ｔｅ２まで上昇すると、第２の冷却モードから第３の冷却モードに切り替えられて、電動ウォータポンプの出力低下代ΔＥが０であること、つまり電動ウォータポンプの出力が低下されておらず、基本出力（最大出力）の状態であることを条件に、時刻ｔ３において電動ファン１６を作動させる。つまり本実施例では、電動シャッター１５を開くとともに、電動ウォータポンプ１２の出力低下を終了した後に、電動ファン１６を作動させることで、電動ファン１６の作動に伴う消費エネルギーの増加を最小限に抑制している。このように電動ファン１６を作動させることによって、ラジエータ１３への通気量を増大して、冷却水温度の上昇をより確実に抑制することができる。

　以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では低温側設定値Ｔｅ１や高温側設定値Ｔｅ２を固定値としているが、車両運転状態に応じてこれらの値を調整するようにしても良い。

Claims

　外気との熱交換によりエンジンの冷却水を冷却するラジエータと、
　
　上記ラジエータに対する通気の遮断が可能な電動シャッターと、
　上記ラジエータを含む冷却水循環回路に冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、を備えたエンジンの冷却制御装置において、
　冷却水温度が所定の低温側設定値未満の場合には、電動シャッターを閉じる第１の冷却モードとし、
　電動ウォータポンプの作動中に冷却水温度が上記低温側設定値以上となると、電動シャッターを開く第２の冷却モードとし、
　
　上記第１の冷却モードから第２の冷却モードへの切替時には、電動シャッターの開作動に伴って、電動ウォータポンプの出力を低下させるエンジンの冷却制御装置。
　上記第２の冷却モードでは、車速に応じて、上記電動ウォータポンプの出力低下量を補正する請求項１に記載のエンジンの冷却制御装置。
　上記第２の冷却モードでは、車速が高いほど、上記電動ウォータポンプの出力低下量を大きくする請求項２に記載のエンジンの冷却制御装置。
　上記ラジエータに対する強制的な通気が可能な電動ファンを備え、
電動ウォータポンプの作動中に冷却水温度が上記低温側設定値よりも温度の高い所定の高温側設定値以上となると、電動ファンを作動するとともに、電動シャッターを開く第３の冷却モードとする請求項１に記載のエンジンの冷却制御装置。
上記第３の冷却モードで、上記電動ウォータポンプの出力を低下させている場合には、上記電動ファンの作動を禁止し、電動ウォータポンプの出力低下を終了してから、上記電動ファンを作動させる請求項４に記載のエンジンの冷却制御装置。