CN106560599A - 冷却控制装置 - Google Patents

Abstract

提供能稳定地维持流量控制阀的控制响应性的冷却控制装置。具备：冷却液泵，其转速根据发动机(E)的转速来设定；冷却流路和热交换器，其冷却从发动机(E)喷出的冷却液；流量控制阀(V)，其设于冷却流路，通过电机(VM)的驱动变更开度而调节冷却液的流量；以及控制部(10)，其基于冷却液的温度与冷却液的目标温度的差对流量控制阀(V)的开度进行反馈控制，根据发动机(E)的转速来校正反馈控制的增益。

Description

冷却控制装置

技术领域

本发明涉及冷却控制装置，具体地涉及通过冷却液进行发动机的温度管理的技术。

背景技术

在专利文献1中，公开了一种发动机的冷却装置，在发动机和散热器之间形成使冷却水循环的冷却流路，使流量控制阀和冷却液泵介于冷却流路之间。该冷却装置示出如下控制方式：电子控制单元(ECU)基于发动机的运转条件或行驶条件设定目标水温，通过与实际水温的比较来变更流量控制阀的开度而设定流到散热器的冷却水量。

考虑专利文献1的冷却装置受到与密封构件等的摩擦阻力使流量控制阀的控制响应性不良，而对流量控制阀的反馈控制的操作量进行校正。具体地说，在操作量算出部中算出基于反馈控制的操作量，并且在状态判断部中判断流量控制阀是变化量小的稳定状态还是变化量大的过渡状态，在判断为稳定状态时校正控制量。

在专利文献2所记载的冷却装置中，在冷却流路的流量控制中为了抑制过冲的发生并保持高响应性，基于目标水温与实际水温的偏差以及实际水温的变化速度来校正流量调整单元的操作量。例如在偏差小且变化速度大的情况下，存在超过目标温度的可能性，因此减小操作量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2014－156828号公报

专利文献2：特开2010－190142号公报

发明内容

发明要解决的问题

在利用发动机的驱动力使冷却液泵工作等情况下，根据发动机的转速设定冷却液泵的转速。因此，随着发动机的转速提高，冷却液泵的转速提高，冷却流路的流量增加且流体压力上升。但是，在流量控制阀受到高的流体压力的情况下，有时阀体被阀主体按压而不易打开关闭。因此，例如在提高控制增益时，流体压力高时的流量控制阀的控制响应性变得良好，在流体压力低时流量控制阀的开度会从目标开度大幅度地上下变动而引起振动。另一方面，在降低控制增益时，能避免流体压力低时的流量控制阀的振动，但流体压力高时的流量控制阀的响应变慢。这样，发动机的冷却装置有时由于冷却流路的流体压力发生变动而使流量控制阀的控制响应性降低。

鉴于上述情况，要求能稳定地维持流量控制阀的控制响应性的冷却控制装置。

用于解决问题的方案

本发明的冷却控制装置的特征构成在于如下点，具备：

冷却液泵，其根据发动机的转速来设定转速；

冷却流路和热交换器，其将从上述发动机喷出的冷却液冷却；

流量控制阀，其设于上述冷却流路，通过电机的驱动变更开度而调节冷却液的流量；以及

控制部，其基于冷却液的温度与冷却液的目标温度的差对上述流量控制阀的开度进行反馈控制，根据上述发动机的转速校正上述反馈控制的增益。

根据该构成，具备根据发动机的转速来设定转速的冷却液泵。因此，随着发动机的转速提高，冷却液泵的转速提高。与冷却液泵的转速的变化相伴地，冷却流路的流体压力发生增减。在冷却流路的流体压力提高时，有时流量控制阀的阀体被流体压力保持而不易打开关闭。因此，在本构成中，根据发动机的转速对反馈控制的增益进行校正。例如在发动机的转速低且流体压力低时，进行降低反馈控制的增益的校正，在发动机的转速高且流体压力高时，进行提高反馈控制的增益的校正。由此，在流量控制阀中能抑制振动或响应的延迟。其结果是，能稳定地进行冷却液的温度控制，能将发动机的温度维持在适当的范围。

此外，在流量控制阀中，有时流体压力相对于开闭动作没有成为阻力而作为推动力起作用。在该情况下，可以进行校正使得增益随着发动机的转速变大而变小。

本发明的冷却控制装置的其它特征构成在于如下点：使上述增益根据上述流量控制阀的打开动作或关闭动作而不同。

流量控制阀根据打开动作或关闭动作的动作方向的不同起作用的流体压力也不同。在使流量控制阀进行打开动作的情况下，作为流量控制阀的开放区域的连通部的流量增加，作为阀体的上游侧的流入部的流体压力降低。因此，打开动作时的阻力会减轻。另一方面，在进行关闭动作的情况下，连通部的流量减小，流入部的流体压力上升。因此，关闭动作时的阻力增大。因此，在本构成中，使增益根据流量控制阀的打开动作或关闭动作而不同。在上述例子中，以关闭动作时的增益大于打开动作时的增益的方式进行校正。由此，能适当地设定使流量控制阀进行打开动作和关闭动作时的反馈控制的增益，能抑制流量控制阀的控制响应性的不匀。

本发明的冷却控制装置的其它特征构成在于如下点：使上述增益根据上述流量控制阀的开度的不同而不同。

流量控制阀根据开度的不同而施加的流体压力也不同。在流量控制阀为低开度时，流量控制阀的流入部的流体压力变高。此时，由于流量控制阀的阀体被阀主体按压，因此阀体进行打开动作或关闭动作时与阀主体的摩擦力成为阻力。另一方面，在流量控制阀为高开度时，与为低开度时相比，流入部的流体压力变低。因此，流量控制阀为高开度比为低开度的基于流入部的流体压力产生的阻力小。这样使流量控制阀动作时的阻力根据开度的不同而不同，因此，在本构成中，使增益根据流量控制阀的开度的不同而不同。如上述情况所示，在流量控制阀开度越大阻力越小的情况下，以流量控制阀的开度越大增益越小的方式进行校正。由此，在不同的开度下也能适当地设定流量控制阀的反馈控制的增益，能抑制流量控制阀的控制响应性的不匀。

本发明的冷却控制装置的其它特征构成在于如下点：上述冷却液泵是被上述发动机驱动的机械式泵。

如本构成所示，若冷却液泵是被发动机驱动的机械式泵，则冷却液泵的转速与发动机的转速联动。因此，无法任意地变更冷却液泵的转速。但是，根据发动机的转速来校正流量控制阀的反馈控制的增益，由此即使冷却液泵是便宜的机械式泵，也能适当地控制发动机的温度。

附图说明

图1是表示冷却控制装置的构成的图。

图2是表示相对于阀体的动作量的各阀部的开度的图表。

图3是表示控制单元的构成的框图。

图4是表示其它方式的控制单元的构成的框图。

图5是表示按控制增益区分的流量控制阀的响应性的坐标图。

图6是表示高开度的阀体承受流体压力的状态的图。

图7是表示低开度的阀体承受流体压力的状态的图。

图8是表示在改变了流体的流动方向的情况下阀体承受流体压力的状态的图。

图9是表示其它方式的低开度的阀体承受流体压力的状态的图。

图10是表示其它方式的高开度的阀体承受流体压力的状态的图。

附图标记说明

3：散热器(热交换器)；10：控制单元；11：负荷校正增益；12：开闭方向校正项；13：阀开度校正项；32：阀体；E：发动机；F3：第3流路(冷却流路)；S：水温传感器；V：流量控制阀；V3：第3阀部(流量控制阀)；VM：阀电机；VS：阀传感器；WP：水泵(冷却液泵)。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

[基本构成]

如图1所示，冷却控制装置构成为具备冷却回路，并且具备设定流量控制阀V的开度的控制单元10(控制部的一例)，上述冷却回路由输送作为内燃机的发动机E的冷却水(冷却液的一例)的水泵WP(冷却液泵的一例)、并列地形成的多个流路F、分别在多个流路F中具备的热交换器以及控制冷却水(冷却液的一例)的流动的流量控制阀V形成。

该冷却控制装置用水温传感器S(液温传感器的一例)检测冷却水(冷却液)的水温，控制单元10基于该检测结果控制流量控制阀V，从而管理由热交换器进行的热交换。

作为热交换器，在对应的流路F中具备后述的EGR冷却器1、油冷却器2以及散热器3。另外，水泵WP配置于流量控制阀V和发动机E之间的返回流路FR(流路F的一部分)。

冷却控制装置构成为进行乘用车等车辆的发动机E(内燃机)的温度管理。发动机E具有形成于从缸体直至气缸盖的区域的水套。冷却控制装置构成为将水套的冷却水向流路F送出、在将该冷却水供应到热交换器而进行热交换后通过水泵WP返回水套。另外，发动机E构成为将来自作为输出轴的曲轴的驱动力传递到变速装置。此外，发动机E不限于往复式发动机，能应用于所有内燃机。另外，发动机E不限于使驱动力直接作用于变速装置的构成，也可以例如是混合动力型的车辆那样将驱动力传递到电动机的构成。

[流路/热交换器]

水温传感器S设于发动机E，形成有从主流路FM分支的多个流路F，上述主流路FM输送从发动机E喷出的冷却水。作为多个流路F(冷却流路的一例)，形成有第1流路F1、第2流路F2以及第3流路F3。作为热交换器而在第1流路F1中具备EGR冷却器1，在第2流路F2中具备油冷却器2，在第3流路F3中具备散热器3。

将通过取出发动机E的排出气体的一部分并使其返回进气***从而实现排出气体中的成分的改善或燃油效率提高的技术称为EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)，EGR冷却器1用冷却水对从发动机E取出的排出气体的一部分进行热交换(冷却)。

油冷却器2具有通过油泵6供应积存于发动机E的油底壳5的润滑油的构成，在和冷却水之间进行热交换。将通过该油冷却器2进行了热交换的润滑油供应到阀正时控制装置等液压工作设备或者发动机各部的润滑部分。油泵6是能按2阶段以上控制液压水平的可变液压机械式油泵，由发动机E驱动。

散热器3具有通过进行冷却水的散热而进行发动机E的温度管理的功能，通过散热器风扇7供应冷却风。散热器风扇7被由电动机构成的风扇电机7M驱动。

[流量控制阀]

流量控制阀V构成为旋转动作型，在阀壳体的内部收纳有阀体且阀体自如地旋转。另外，具备以对阀体进行旋转操作的方式由电动机构成的阀电机VM(电机的一例)和检测阀体的旋转角度的阀传感器VS(开度传感器的一例)。此外，流量控制阀V可以使用在阀壳体的内部收纳有进行滑动动作的阀体的滑动动作型。

流量控制阀V具有打开关闭第1流路F1的第1阀部V1、打开关闭第2流路F2的第2阀部V2以及打开关闭第3流路F3的第3阀部V3。在图2中示出该构成的流量控制阀V的相对于阀体的动作量的第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3的开度。此外，将第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3统称为阀部。

在图2中，纵轴示出第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3的开度(开度用百分比表示)，横轴示出阀体的动作量(转动量)。如从该图可理解的，在阀***于初始位置的情况下，成为第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3为关闭状态的全关闭模式M0，冷却水不会流到第1流路F1、第2流路F2和第3流路F3。

接着，使阀体从全关闭模式M0向开放方向动作，由此转移到能在将第2阀部V2和第3阀部V3维持为关闭状态的状态下调整第1阀部V1的开度的第1供应模式M1。

进而，使阀体从第1供应模式M1超过全开状态而向开放方向动作，由此转移到能在将第1阀部V1的开度维持为全开的状态下(第3阀部V3被维持为关闭的状态)调整第2阀部V2的开度的第2供应模式M2。

然后，使阀体从第2供应模式M2超过全开状态而向开放方向动作，由此转移到能在将第1阀部V1的开度和第2阀部V2部的开度维持为全开的状态下调整第3阀部V3的开度的第3供应模式M3。

特别是该流量控制阀V在第1阀部V1的开度达到全开以前不会通过第2阀部V2进行冷却水的供应。与此同样，在第2阀部V2的开度达到全开以前不会通过第3阀部V3进行冷却水的供应。此外，流量控制阀V不限于该构成，例如也可以是具备4个以上的阀部或者多个阀部的开度关联而同时进行开放动作的构成。

[控制单元]

图3所示的控制单元10进行发动机整体的管理并且在发动机E运转时通过流量控制阀V控制在流路F中流动的冷却水的水量来进行由热交换器交换的热量的管理。特别是在进行发动机E的温度管理的情况下，构成为能通过流量控制阀V的控制将供应到散热器3的冷却水的流量设定为最佳。

该控制单元10基于由水温传感器S检测的冷却水的温度与目标温度的差来设定目标流量，并且为了得到该目标流量而与发动机E的转速(每单位时间的转速)对应地设定流量控制阀V的目标阀开度。

如图3所示，将来自水温传感器S(液温传感器)、转速传感器21和阀传感器VS(开度传感器)的信号输入控制单元10。另外，控制单元10将控制信号输出到控制流量控制阀V的开度的阀电机VM。

水温传感器S设于发动机E以检测冷却水的水温，由热敏电阻等构成。转速传感器21包括测量发动机E的曲轴的转速的非接触型的传感器，能根据该转速传感器21的检测来检测曲轴的转速(每单位时间的转数)。

阀传感器VS由孔IC或电位器等构成，检测流量控制阀V的阀体的旋转角度。通过该检测，能检测在流量控制阀V中各供应模式下的阀部的开度。

控制单元10具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、DSP(DigitalSignal Processor：数字信号处理器)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)等。另外，该控制单元10根据需要使用通过软件算出的负荷校正增益11、开闭方向校正项12和阀开度校正项13。

控制单元10基于水温传感器S的检测结果选择第1供应模式M1、第2供应模式M2和第3供应模式M3中的任一供应模式。在第1供应模式M1和第2供应模式M2中，基于水温传感器S的检测结果设定第1阀部V1和第2阀部V2的开度而进行管理供应到EGR冷却器1和油冷却器2的冷却水的水量的控制。

在第3供应模式M3下，设定通过第3流路F3供应到散热器3的冷却水的目标流量，基于发动机E的转速设定流量控制阀V的目标阀开度，为了得到该目标阀开度而进行驱动阀电机VM的控制。此外，在该第3供应模式M3下，在低速行驶且水温高时驱动风扇电机7M来驱动散热器风扇7而将冷却风供应到散热器3。但是，在高速行驶时不驱动风扇电机7M。

下面说明在第3供应模式M3下的控制方式。

在控制单元10中，变更第3阀部V3(流量控制阀V)的开度并控制第3流路F3的流量，控制发动机E的温度。从控制单元10对阀电机VM输出控制信号。控制单元10具有进行PWM控制的PWM电路，基于校正后的控制增益变更脉冲宽度的占空比来控制阀电机VM。由此，能使第3阀部V3容易且迅速地动作。

基于第3流路F3的目标流量运算第3阀部V3的目标阀开度。基于目标阀开度与实际阀开度的差来算出对第3阀部V3的开度进行反馈控制时的控制增益。

另一方面，根据发动机转速算出第3阀部V3的反馈控制的负荷校正增益11。而且，基于开闭方向校正项12和阀开度校正项13来校正负荷校正增益11。开闭方向校正项12是根据第3阀部V3的打开动作或关闭动作来校正控制增益的参数。阀开度校正项13是根据第3阀部V3的开度来校正控制增益的参数。将基于实际阀开度和目标阀开度的控制量与负荷校正增益相乘后得到最终的控制增益，将基于该控制增益的控制信号输出到阀电机VM。

控制单元10也可以是与图3所示的构成不同的控制方式。例如，在图4所示的例子中，对基于实际阀开度和目标阀开度的控制增益乘以根据发动机转速算出的负荷校正增益11，得到基于发动机转速而校正了的控制增益。之后，对该控制增益加上开闭方向校正项12和阀开度校正项13，从而得到最终的控制增益。

在图5中表示发动机转速和流体压力(水压)与第3阀部V3的开度的反馈控制的按增益区分的响应性的关系。根据发动机E的转速来设定水泵WP的转速。因此，在发动机E的转速低时，水泵WP的转速也变低，第3阀部V3承受的流体压力处于低的状态。另一方面，在发动机E的转速变高时，水泵WP的转速也变高，因此第3阀部V3所承受的流体压力也变高。

在这种条件下，在设定适合高水压的增益时，在流体压力高时可确保合适的响应性。但是，在发动机转速低且流体压力低时，阀开度会从目标开度上下大幅度地变动并引起振动。另一方面，在设定适合低水压的增益时，在流体压力低时可确保合适的响应性。但是，在发动机转速变高且流体压力高时，到阀开度成为目标开度为止的时间变长，阀开度的反馈控制的响应性降低。

而本实施方式的控制单元10通过根据发动机转速算出的负荷校正增益11来校正反馈控制的增益。例如在发动机转速低时，设定适合低流体压力的负荷校正增益11，在发动机转速高时，设定适合高流体压力的负荷校正增益11。由此，能在第3阀部V3中抑制振动或响应的延迟。其结果是，能稳定地进行冷却液的温度控制，能将发动机的温度维持在适当的范围。

开闭方向校正项12是根据第3阀部V3的开闭方向即根据打开动作或关闭动作校正控制增益的参数。说明作为第3阀部V3的动作方向的打开动作或关闭动作与流体压力的关系。在第3阀部V3中设有阀体32的上游侧的流入部15、通过阀体32打开而形成的连通部16以及阀体32的下游侧的流出部17。在旋转阀中，在为了从图6的状态成为图7的状态而使阀体32进行打开动作的情况下，连通部16的流量增加，阀体32的流入部15的流体压力减少。另外，阀体32的开放端面32a被流体压力向打开动作侧按压，因此打开动作的阻力减小。

另一方面，在为了从图7的状态成为图6的状态而使阀体32进行关闭动作的情况下，连通部16的流量减少，流入部15的流体压力增加。另外，由于连通部16的高压的流体压力作用于开放端面32a，因此阀体32进行关闭动作时的阻力增大。这样在阀体32进行打开动作和关闭动作中的关闭动作时的阻力大的情况下，开闭方向校正项12设定为使关闭动作时的控制增益大于打开动作时的控制增益的参数。

阀开度校正项13是根据第3阀部V3的开度校正控制增益的参数。说明第3阀部V3的开度与流体压力的关系。例如在旋转阀中如图6所示，在阀体32为低开度时，流入部15的流体压力变高。因此，在阀体32从作为低开度的图6的状态进行打开动作或关闭动作的情况下，阀体32被阀主体33按压所致的摩擦力成为阻力。

另一方面，如图7所示，在阀体32为高开度时，与作为低开度的图6的情况相比，流入部15的流体压力变低。因此，在阀体32为高开度的情况下，与低开度的情况相比，基于流入部15的流体压力产生的阻力小。这样在阀体32越成为高开度阻力越小的情况下，阀开度校正项13设定为第3阀部V3的开度越大控制增益越小的参数。

[第1实施方式的变形例]

在本实施方式中，冷却液向与第1实施方式相反的方向流到第3阀部V3。如图8所示，构成为在流出部17中具备圆弧状的阀体32，冷却水从流入部15朝向流出部17流动。在该情况下，由于流入部15的流体压力按压圆弧状的阀体32的外周面，因此阀体32承受的流体压力的大小和方向与第1实施方式不同。例如，流入部15的流体压力有时对阀体32起作用以推动其进行打开动作。因此，在本实施方式中，进行进一步减小第3阀部V3打开动作时的控制增益等与第1实施方式不同的控制增益的校正。

[第2实施方式]

在本实施方式中，第3阀部V3(流量控制阀V)构成为具备以直线的方式动作的门式阀体32。在该情况下，如图9所示，流入部15的流体压力起作用以保持阀体32，连通部16的流体的流动还作用于阀体32的开放端面32a。在此，在使阀体32如图10所示进行打开动作时，连通部16的流量增加，流入部15的流体压力降低。因此，存在使第3阀部V3进行打开动作时阀体32所承受的阻力变小的倾向。

另一方面，在为了从图10的状态成为图9的状态而使阀体32进行关闭动作的情况下，连通部16的流量减少，流入部15的流体压力上升。因此，存在使第3阀部V3进行关闭动作时阀体32所承受的阻力变大的倾向。因而，在该阀体32中，开闭方向校正项12设定为第3阀部V3关闭动作时的控制增益大于打开动作时的控制增益的参数。

关于第3阀部V3的开度与流体压力的关系，如图9所示，在阀体32为低开度时，流入部15的流体压力变高。因此，在阀体32从作为低开度的图9的状态进行打开动作或关闭动作的情况下，阀体32被阀主体33按压所致的摩擦力成为阻力。另一方面，如图10所示，在阀体32为高开度时，与作为低开度的图9的情况相比，流入部15的流体压力变低。因此，在阀体32为高开度的情况下，与低开度的情况相比，基于流入部15的流体压力产生的阻力小。

[其它实施方式]

(1)在上述实施方式中，示出了使用控制单元10校正对第3供应模式M3下的第3阀部V3进行反馈控制时的增益的例子，但同样地也可以校正对第1供应模式M1下的第1阀部V1或第2供应模式M2下的第2阀部V2进行反馈控制时的增益。

(2)在上述实施方式中，示出了在控制单元10中进行校正以使对流量控制阀V进行反馈控制时的增益随着发动机转速增加而变大的例子，但在流量控制阀V由于发动机转速的增加所承受的阻力降低的情况下，将该增益校正为变小。

(3)在上述实施方式中，示出了开闭方向校正项12设定为流量控制阀V关闭动作时的控制增益大于打开动作时的控制增益的参数的例子，但在打开动作和关闭动作中的打开动作时的阻力较大的情况下，设定为流量控制阀V打开动作时的控制增益大于关闭动作时的控制增益的参数。

(4)在上述实施方式中，示出了阀开度校正项13设定为流量控制阀V的开度越高控制增益越小的参数的例子，但在高开度时阀体32所承受的阻力大于低开度时的阻力的情况下，设定为流量控制阀V的开度越高控制增益越大的参数。

(5)在上述实施方式中，示出了水泵WP是被发动机E驱动的机械式泵的例子，但水泵WP也可以是电动泵。即使水泵WP是电动泵，也能根据发动机E的转速来设定泵的转速。在使用电动泵作为水泵WP的情况下，也可以在控制单元10中根据泵的转速来校正反馈控制的增益。除此以外，也可以取代变更反馈控制的增益而通过将水泵WP的转速设为固定来确保流量控制阀V的反馈控制的适当的响应性。

(6)在上述实施方式中，示出了将流量控制阀V的阀体32形成为圆弧状和平板状的例子，但阀体32也可以是球体或圆形等其它形状。

工业上的可利用性

本发明能应用于使冷却液流通来进行发动机的温度管理的冷却控制装置。

Claims (4)

1.一种冷却控制装置，其特征在于，具备：

冷却液泵，其转速根据发动机的转速来设定；

冷却流路和热交换器，其将从上述发动机喷出的冷却液冷却；

流量控制阀，其设于上述冷却流路，通过电机的驱动变更开度而调节冷却液的流量；以及

控制部，其基于冷却液的温度与冷却液的目标温度的差对上述流量控制阀的开度进行反馈控制，根据上述发动机的转速校正上述反馈控制的增益。

2.根据权利要求1所述的冷却控制装置，

使上述增益根据上述流量控制阀的打开动作或关闭动作而不同。

3.根据权利要求1或2所述的冷却控制装置，

使上述增益根据上述流量控制阀的开度的不同而不同。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的冷却控制装置，

上述冷却液泵是被上述发动机驱动的机械式泵。