JP2003528241A - 車両用エンジンの冷却方法と装置 - Google Patents
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Abstract
Description
と分岐管を有する冷却液用流体回路を有する冷却装置に関する。車両の熱力学的
装置を流体回路の異なる分岐管に設けることができる。
ジンの性能を維持することが目的である。場合によっては、エンジンの冷却とい
う主要な機能に加えて車両の利用者の全体的な必要性または快適性の向上のため
に、車室の暖房のような追加的な機能を設けることもできる。
れるので、車両の殆どの使用状態においては当該システムは過大である。
に、燃費の低下のようなエンジンの性能低下、排気ガスの増大、熱的環境の悪化
と車両による騒音の増大を招いている。
冷却液回路内を流れる流体の流量を調節する手段を備えたエンジンの冷却システ
ムを開示するものである。流量調節手段は、回路の異なる場所における冷却液の
温度測定装置を通じて車両の運転状態を掌握する。ラジエータ内の流体回路を流
れる冷却液の流量は、エンジンに流入し、またエンジンから流出する冷却液の温
度をそれぞれ所定の温度近傍に維持するように調節される。
らず冷却液の熱交換は最適化されていない。
ることができる車両用エンジンの冷却方法を提案することである。
備する分岐管を有する流体回路内の冷却液の体積と流量を調整する方法であって
、冷却液の温度を決定し、測定された温度とエンジンが「高温」であると判断す
るための閾値温度とを比較する第1のステップを有し、冷却液の温度が閾値温度
を超えていれば、冷却液の温度が予め設定された所定の値(Tc)に近づくよう
に、冷却液の温度と熱力学的バルブの開度との関係を表わす曲線が、所定の温度
の周りにヒステリシスを描くように分岐管内の流量を調節することで、冷却液の
温度を所定の温度に一致させることを特徴とする。
技術が有する問題の一部または全てを解決することができる冷却装置を提案する
ことである。
させるポンプと車両の熱力学的装置とが設けられた複数の分岐管とを有する流体
回路を備え、分岐管のうちの少なくともいくつかには流体の循環を調節するため
の電子制御されたアクチュエータが設けられ、車両の運転状態に関する情報を取
得して当該情報をアクチュエータの制御手段に供給してエンジンの状態を最適化
するために流体回路内を流れる冷却液の流量と体積を調節する手段を備え、前記
流体回路は電子的に制御されたアクチュエータと放熱手段を備えた分岐管を有し
、前記情報取得手段は冷却液の温度を決定し、前記調節手段は冷却液の温度がエ
ンジンを「熱い」と判断するための予め設定された閾値よりも高い場合には冷却
液の温度が所定の値に近づくように分岐管内の流量を調節し、放熱器を有する分
岐管のアクチュエータは電子的に制御された熱力学的バルブを有し、熱力学的バ
ルブの開度と冷却液の温度との関係を表わす曲線が、冷却液の温度が前記所定の
温度に一致するように所定の温度の周りでヒステリシスを描くことを特徴とする
。
定の第1の閾値よりも高い場合には、前記分岐管内の流量を増加させる。 −前記調節手段は、エンジンへの給気温度が上昇し、エンジンへの給気温度が
所定の第2の閾値に達したときは、前記分岐管内の流量を最大にする。 −前記調節手段は前記情報取得手段と協働して、車両の速度を決定し、車両の
速度が所定の第1の閾値を越えているときは前記分岐管内の流量を増大させる。 −前記調節手段は、車両の速度が増大し、車両の速度が所定の第2の閾値に達
したときは、前記分岐管内の流量を最大にする。 −前記装置は、空冷手段または「グループモト換気装置」を具備し、前記調節
手段は放熱手段と協働して冷却液の温度の関数として空冷手段を制御し、冷却液
の温度が上昇するときは空冷手段の回転速度を増大させる。 −前記空冷手段による回転速度の増大は、冷却液温度の変化速度との関連にお
いて制御される。 −前記冷却液温度の関数としての空冷手段の回転速度は、冷却液温度の変化速
度に所定の比率で比例して直線的に変化する。 −前記空冷手段は、冷却液温度が所定の温度より高く、放熱器を備えた分岐管
内の冷却液の流量がほぼ最大値であるときに起動される。 −前記調節手段は前記情報取得手段と協働して、車両のボンネット内の空気の
温度を決定し、ボンネット内の空気の温度が所定の閾値よりも高いときは前記空
冷手段を起動する。
明によって明らかにする。
当該冷却装置は冷却のための冷却液流体を収容した流体回路2を有する。
、44内を循環するように流体ポンプ3が設けられている。好ましくは、前記ポ
ンプ3は機械的なポンプであるが、電気的なポンプを使用することも可能である
。
器」(BSE)から冷却液が供給される。エンジン1に固定された容器122お
よび好ましくはエンジン1のシリンダーヘッドによって、エンジン1内を循環し
た冷却液が回収される。分岐管内を循環した冷却液は、エンジン1に戻る前に流
入液収集器23によって収集される。
部を流れる流体を制御するための電子的に制御されたアクチュエータ14、15
、16、17、18、29を具備する。電子的に制御されたアクチュエータは、
例えば、電子的に制御された電子バルブまたは熱力学的バルブ、つまり、制御さ
れたサーモスタットであっても良い。当該装置は車両の走行状態に関する情報を
取得する手段22を有する。当該情報取得手段22は、アクチュエータ14、1
5、16、17、18、29のうちの少なくとも一部の制御手段19と接続され
て、エンジンの運転状態を最適化するために流体回路2内を流れる冷却液の体積
と流量を制御する。
(BSI)のような適切な全ての種類の演算装置20を具備することができる。
演算装置20は、例えば、プログラム可能な記憶装置、および/または、読取専
用記憶装置のような記憶装置21と接続されている。演算装置20はまた例えば
種々のセンサーのような車両の状態に関する情報取得手段22やエンジン制御用
コンピュータと接続されている。
決定することができる:エンジン回転数、エンジントルク、車両の速度、エンジ
ンオイルの温度、エンジン冷却液の温度、排気ガスの温度、車両外部の気温、お
よび、車両室内温度。車両の状態に関する種々の情報は演算装置20によって処
理分析され、アクチュエータ14、15、16、17、18、29およびポンプ
3の動作の制御が行われる。
る、あるいは流れない冷却液の流量と体積は、エンジン温度の関数である。例え
ば、エンジンの状態を3つに分類することが可能であり、それらは、エンジンが
「冷たい」第1の状態、エンジンが「熱い」第2の状態、エンジンが冷たい状態
とz対状態の中間である「中間的」状態である。
1から排出される時点での温度によって表わされる。つまり、例えば、冷却液の
温度が所定の第1の閾値温度T1よりも低いときは、エンジン1の状態は「冷た
い」と判断される。同様に、冷却液の所定の第2の閾値温度T2よりも高いとき
は、エンジン1の状態は「熱い」と判断される。最後に、冷却液の温度が第1の
閾値T1と第2の閾値T2の間であれば、エンジン1の状態は「中間的」と判断
される。
であってもあるいはエンジン1の種類によって異なる値であっても良い。好まし
くは、第1の閾値温度T1、および/または、第2の閾値温度T2は、エンジン
1の種類によって異なる値であり、エンジンの動作に関するパラメータのうちの
少なくとも1つに従って変化する値である。例えば、第1の閾値温度T1と第2
の閾値温度T2は、エンジン1の平均出力Pmの関数である。つまり、制御手段
19は情報取得手段22と協働し、エンジン1のその時点における平均出力Pm
を算出する。
れたモデルに従って計算する。エンジンのモデルは冷たい状態、熱い状態(第1
の閾値温度T1と第2の閾値温度T2)をエンジンの平均出力Pmに従って決定
する。
は以下の計算式によって表わされる:P(T)=2π・N・C/60×1000
。ここで、Nは回転/分で表わしたその時点のエンジンの回転数、CはN・mで
表わしたエンジンのトルクである。回転数NとトルクCの値は、データ取得手段
22つまりそれぞれ適切なセンサーによって得ることができる。従来は、エンジ
ンの回転数Nは凡そ0と6000の間であり、トルクCの値は0と350N・m
の間である。
おけるエンジンの平均出力Pm(t)を計算する。時刻tにおける出力Pm(t
)は次の式によって計算することができる:Pm(t)=((t−1)×Pm(
t−1)+Pm(t))/t。ここで、Pm(t−1)は時刻(T‐1)におけ
る平均出力である。平均出力を上記とは別の式によって算出することも可能であ
り、そのような式とは例えば:Pm(t)=(c・Pm(t−1)+kP(k)
)/(c+k)である。ここで、Pm(t−1)は時刻(t−1)における平均
出力、P(t)は時刻tにおけるその時点での出力、cとkとは重み付け係数で
ある。
して、エンジンの冷たい状態、熱い状態および中間的状態を規定するエンジン1
の状態に関するモデル(第1の閾値温度T1と第2の閾値温度T2)を格納する
ことができる。すなわち、エンジンの種類ごとに、エンジン1の平均出力Pmの
関数として閾値温度T1とT2とが実験的、および/または、表に基づく計算に
よって算出される。エンジンの種類ごとのこの表またはモデル化は例えば多項式
によって表現された関数である。例えば、第1の閾値温度T1は、一般的に、平
均出力の増大に伴って減少する値である。
範囲はさらに好ましくは30度から50度の範囲である。第2の閾値温度T2は
60度から100度の間で変化することができる。第2の閾値温度T2は、80
度近傍でほぼ一定の値をとる。
値温度T1およびT2と比較する。
値温度T1に到達するまでは制御手段19によって一定であるものと仮定する。
図2は、時刻tの関数として、冷却液の温度Tと平均出力の関数である第1の閾
値温度T1(Pm)を同一のグラフに示したものである。温度Tと閾値温度T1 (Pm)を決定する際、所定の平均出力であれば、冷却液の温度Tが第1の閾値
温度T1に到達した後、第1の閾値温度T1の値は一定値T1fの近傍でわずか
に変化する。
放熱器として作用する手段9とを具備する分岐管4を有する。放熱手段9は、同
様に制御装置19によって制御されるグループモト空冷装置30に接続されてい
てもよい。
温度T2よりも高ければ、制御手段19は、冷却液の温度Tが予め設定された目
標温度Tcの近傍になるように放熱器の分岐管4内の流量を調節する。
目標温度Tcは、例えば、対称となるエンジンのモデルに基づいて決定される。
目標温度Tcは、例えば、60度から120度の範囲であり、好ましくは約80
度から約100度の間である。
N、および/または、トルクCの関数として目標温度Tcを決定する。
温度Tcは減少し、同様に、エンジン1の回転数Nが増大するときは、目標温度
Tcは減少する。
Tcの変化を例示したグラフである。目標温度Tcは、Tc=A1+(A2/C n )で表わされる曲線に近く、ここでCはトルク、nは1以上の整数である。よ
り詳細には、Nの最大値Nmaxに対して、トルクCが最大トルクの半分以下で
あれば、目標温度Tcはほぼ100度である。その他の領域では、トルクCが最
大トルクに近づくにつれて、目標温度Tcは約80度に近づく。
変化を表わす曲線は、図3に示した曲線に類似の形状であっても良い。
力学的なバルブから構成されるものであっても良い。従来は、バルブ14は温度
の関数としてバルブの開度を調節することができる、延長および縮小可能なエレ
メントを具備するものであっても良い。さらに、拡大することができるエレメン
トは、実時間におけるバルブの開閉を実行できるように電気的な手段によって加
熱されるものであっても良い。
%Oの例を2つ示すものである。
おいて冷却液の温度Tを制御する2つの例を示すものである。熱力学的バルブ1
4の開度を示す曲線Oは第1の目標温度Tc1の周りで第1のヒステリシスh1
を描き、第2の目標温度Tc2の周りで第2のヒステリシスh2を描く。バルブ
14が閉じている状態F1、バルブが開きつつある状態F2、バルブが開いてい
る状態F3、およびバルブが閉じつつある状態F4を矢印によって示した。
度である第2の目標温度Tc2はエンジンの出力が比較的低い状態に対応させる
ことができる。
分岐管4のアクチュエータ14は電子的に制御される比例型のバルブであっても
良い。
け高い場合には、制御手段19はそれに比例してバルブ14を開くことができる
。同様に、冷却液の温度Tが目標温度TcよりもdTだけ、例えば3度、低い場
合には、制御手段19はそれに比例してバルブ14を閉じることができる。
度Taを測定し、この給気温度Taが予め設定されている第1の閾値温度S1よ
りも高ければ放熱器の分岐管4内を流れる冷却液の流量を増大させることも可能
である。
閾値温度S2に達したときは放熱器の分岐管4内の流量を最大にすることもでき
る。給気温度に関する第1および第2の閾値温度はそれぞれ約40度および約6
0度である。
ンへの給気温度Ta、回転数N、トルクCおよび車両の一定の速度の関数として
示すものである。
例型電子バルブまたは熱力学的バルブ)に与えられる電気パルスを示すものであ
る。最大パルスの0%から100%の間で変化するこの電気的パルスl1は、ア
クチュエータ14の所定の開度を示す。給気温度Taが第1の閾値温度S1に近
づくと、アクチュエータ14に供給される電気パルスlはl1に近づく。
れる電気的パルスlは最大値(100%)に向かって増大する、つまり、バルブ
の開度は最大開度に向かう。このことは、目標温度Tcが与えられて放熱器の分
岐管4内の流量が設定されている場合であっても、給気温度Taが増大すれば、
目標温度Tcが変化しなくても流量は増大することを示す。
車両の速度が予め設定された第1の閾値よりも大きければ前記分岐管4内の流量
を増大させる。
分岐管4内を流れる流量を最大値にする。
は強度の変化を示す曲線は、図5に示した曲線と類似の形状を示すものであって
も良い。
められる最大速度であっても良い。
5を具備し冷却液の迂回路またはバイパスを形成する手段10と連結された他の
分岐管5を具備する。制御手段19は冷却液の温度Tにしたがってバイパス分岐
管5内を流れる冷却液の循環を制御することができる。特に、冷却液の温度が第
1の閾値温度T1から第2の閾値温度T2に向かって上昇するときは、バイパス
分岐管5内を流れる冷却液の量を増大させる。好ましくは、バイパス分岐管5の
、電子的手段で制御されるアクチュエータ15は比例型のバルブである。
制御手段19はバイパス分岐管5内を流れる冷却液の量を制限することができる
。つまり、バイパス分岐管5のアクチュエータ15は部分的に開いた状態Ofで
ある。例えば、アクチュエータ15の部分的な開度Ofはバイパス分岐管5内の
冷却液の流量を、分岐管5の最大流量の50分の1から5分の1の範囲に制御す
ることができる。
くとも一時的にバイパス分岐管のアクチュエータ15を全開Oにする(図6)。
あるいは、冷却液の温度が第1の閾値温度T1と第2の閾値温度T2の間であれ
ば、アクチュエータ15の開度は少なくとも一時的に冷却液の温度Tと比例関係
を有する。より正確に言えば、T1とT2の間では、バイパス分岐管のアクチュ
エータ15の開度は、冷却液の温度Tが上昇するときは拡大し、冷却液の温度T
が下降するときは縮小する。アクチュエータ15の開度の変化は冷却液の温度T
に比例しても良い。
曲線はヒステリシスHを示す。つまり、アクチュエータ15の開度は、冷却液の
温度Tが第1の温度閾値T1を超えて、その差が予め設定した第1の値Eに達し
たときに拡大し始める。同様に、アクチュエータ15の開度は、冷却液の温度T
が第2の閾値温度T2を下回って、その差が予め設定した第1の値Eに達したと
きに縮小し始める。つまり、アクチュエータ15の開閉が開始される温度は、閾
値温度T1とT2とは異なる。この所定の温度Eは、例えば5度程度である。
段19はバイパス分岐管5のアクチュエータ15の開度を、放熱器の分岐管4の
アクチュエータ14の開閉との関連において調節する。
アクチュエータ15、14の開度%Oを示したものである。図7に示したように
、制御手段19は、放熱器分岐管4のアクチュエータ14が開いているときにO
、バイパス分岐管5のアクチュエータ15を閉じることができるF。同様に、放
熱器分岐管4のアクチュエータが閉じているときにF、バイパス分岐管5のアク
チュエータ15は開くことができるO。好ましくは、バイパス分岐管5のアクチ
ュエータ15の開度は放熱器分岐管14のアクチュエータの開度と反比例する。
器分岐管4のアクチュエータの開閉のための温度とは所定の温度差Rを有する。
この温度差Rは数度、例えば、5度程度である。
を制御することができる。より精確には、空冷手段30の回転速度は、冷却液の
温度Tが上昇するときは増大させても良い。
tに比例して上昇する。図8は、グループモト換気装置の回転数の変化を冷却液
の温度Tの関数として2角直線d1とd2で例示したものである。2つの直線d
1とd2は、それぞれ冷却液の温度変化dT/dtに対する傾斜が異なっている
。冷却液の温度Tの変化率dT/dtは制御手段19によって算出することがで
きる。
器分岐管4内の冷却液の流量がほぼ最大値に達しているときに起動される。
の空気の温度を決定し、測定されたボンネット内部の温度が所定の閾値を超えて
いるときに空冷手段30を起動する。
とも1つの故障を検出することができる。この場合、少なくとも1つのアクチュ
エータの故障が検出されると、冷却液温度に関わらず、制御装置19は少なくと
もいくつかの分岐管内を自由に冷却液が流れるようにし、好ましくは、全ての分
岐管内の自由な流動を確保する。つまり、システムの故障が発見されたときは、
回路2の全てのバルブが開状態になる。
を行うことができるものであることが理解される。
されたものと等価な全ての技術が含まれる。
示した図である。
T1を重ねて示した図である。
ンのトルクCの関数として目標温度Tcの変化を示した図である。
ーセント)の変化を示した図である。
における放熱器のバルブの制御のための電気パルスlの変化を、エンジンへの給
気温度Taとの関係において、例示した図である。
した図である。
の関係の一例を概念的に示した図である。
置の回転速度の変化の例を2つ示した図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 電子的手段によって制御されるアクチュエータ(14)と放
熱手段(9)とを具備する分岐管(4)を有する流体回路(2)内の冷却液の体
積と流量を調整する方法であって、冷却液の温度(T)を決定し、測定された温
度とエンジンが高温であると判断するための閾値温度(T2)とを比較する第1
のステップを有し、冷却液の温度が閾値温度(T2)を超えていれば、冷却液の
温度(T)と熱力学的バルブ(4)の開度(O)との関係を所定の温度(Tc1
、Tc2)の周りにヒステリシス(h1、h2)を描く曲線とし、冷却液の温度
(T)を所定の温度(Tc1、Tc2)に一致させることによって分岐管(4)
内の冷却液の温度を予め設定された目標値(Tc)に近づける車両用エンジンの
冷却方法。 - 【請求項2】 車両のエンジン(1)と流体回路を構成する複数の分岐管(
4、5、6、7、8、44)を通るように流体を循環させるポンプ(3)と、熱
力学的手段(9、10、11、12、13、140、150、160)とを具備
し、流体回路(2)を構成する前記分岐管(4、5、6、7、8、44)のうち
の少なくとも1つには電子的に制御されるアクチュエータ(14、15、16、
17、18、29)が備えられた車両用エンジンのエンジン冷却装置であって、
さらに車両の状態に関する情報を取得する手段(22)を備え、当該手段は前記
アクチュエータ(14、15、16、17、18、29)の制御手段(19)と
協働して、エンジン(1)の状態を最適化するために前記流体回路(2)内の流
体の体積と流量とを制御し、前記流体回路(2)は電子的に制御されたアクチュ
エータ(14)と放熱手段(9)とを備えた分岐管(4)を有し、前記情報取得
手段(22)は冷却液流体の温度(T)を決定して、決定された温度がエンジン
が高温であると判断するための閾値温度(T2)を超えていれば、制御手段(1
9)は、冷却液の温度が予め設定された目標値(Tc)に近い値になるように放
熱器を有する分岐管(4)内の流量を調節し、放熱器を有する分岐管(4)のア
クチュエータ(14)は電子的に制御された熱力学的バルブを備え、冷却液の温
度(T)と熱力学的バルブ(4)の開度(O)との関係を表わす曲線が、所定の
温度(Tc1、Tc2)の周りにヒステリシス(h1、h2)を描いて、冷却液
の温度(T)を所定の温度(Tc1、Tc2)に一致させる車両用エンジンの冷
却装置。 - 【請求項3】 前記目標温度(Tc)は約60度から約120度の範囲であ
ることを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】 前記制御手段(19)は、前記情報取得手段(22)と協働
して、エンジン(1)の給気温度(Ta)を決定し、エンジン(1)給気温度(
Ta)が所定の第1の閾値温度(S1)よりも高ければ前記分岐管(4)内の流
量を増加させることを特徴とする前記請求項2または3に記載の装置。 - 【請求項5】 エンジン(1)への給気温度(Ta)が上昇しつつあるとき
は、前記制御装置(19)は放熱器を有する分岐管(4)内の流量を増大させて
、エンジン(1)の給気温度(Ta)が所定の第2の閾値温度(S2)に達した
ときは、当該分岐管(4)内の流量を最大にすることを特徴とする前記請求項4
に記載の装置。 - 【請求項6】 前記制御手段(19)は前記情報取得手段(22)と協働し
て車両の速度を決定し、車両の速度が所定の第1の閾値よりも大きければ前記分
岐管(4)内の流量を増大させることを特徴とする前記請求項2ないし5のいず
れかに記載の装置。 - 【請求項7】 車両の速度が上昇しつつあるときは、前記制御手段(19)
は前記放熱器を有する分岐管内の流量を増大させ、車両の速度が所定の第2の閾
値に達したときは前記分岐管(4)内の流量を最大にすることを特徴とする前記
請求項6に記載の装置。 - 【請求項8】 前記放熱手段(9)と協働する空冷手段(30)または「グ
ループモト換気装置」を具備し、前記制御手段(19)は冷却液の温度(T)に
基づいて当該空冷手段(3)を制御し、冷却液の温度(T)が上昇しつつあると
きは空冷手段(30)の回転数(V)を上昇させることを特徴とする前記請求項
2ないし7のいずれかに記載の装置。 - 【請求項9】 空冷手段(30)の回転速度(V)の上昇は、冷却液の温度
(T)の上昇速度(dT/dt)に基づいて制御されることを特徴とする前記請
求項8に記載の装置。 - 【請求項10】 前記冷却液の温度(T)に基づいて決定される空冷手段(
30)の回転速度は、冷却液の温度の変化速度(dT/dt)に一定の比率で比
例することを特徴とする前記請求項9に記載の装置。 - 【請求項11】 前記空冷手段(30)は、冷却液の温度(T)が目標温度
(Tc)よりも高く、放熱装置を有する分岐管(4)内の冷却液の流量がほぼ最
大値になっているときに起動されることを特徴とする前記請求項8ないし10の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項12】 前記制御手段(19)は前記情報取得手段(22)と協働
して車両のボンネット内の空気の温度を決定し、ボンネット内の空気の温度が所
定の閾値よりも高い場合に前記空冷手段(30)を起動することを特徴とする前
記請求項8ないし11のいずれかに記載の装置。
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