JP2008121435A - 車両冷却装置 - Google Patents

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誠也 田中
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Abstract

【課題】冷却水漏れやエンジンの破損等の原因となる熱衝撃を緩和することのできる車両冷却装置を実現する。
【解決手段】ラジエータ流路13から第2流路12に流入する冷却水の流量とバイパス流路14から第2流路12に流入する冷却水の流量との流量分配を行うサーモスタット4と、冷却水を循環させるウォータポンプ5と、ラジエータ流路13の水温を検出する第1水温検出手段7と、を備えた車両冷却装置1において、第1水温検出手段7により検出したラジエータ流路13の水温が設定された基準温度T1より低い場合には、ラジエータ流路の水温が基準温度T1を超える場合に比べ、ラジエータ流路13からサーモスタット4を介して第2流路12に供給される冷却水の流量を抑制する流量抑制制御手段を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両冷却装置に関する。
従来の技術として、例えば、特許文献1の車両冷却装置が知られている。特許文献1の車両冷却装置においては、エンジン内流路下流の管路(特許文献1の図1の1a)の水温を検出する出口水温検出器(特許文献1の図1の15)を設けて、ポンプ(特許文献1の図1の4)の吐出量をフィードバック制御するように構成されている。このように構成することで、管路の水温を一定温度に保つことができ、エンジンの運転状況に応じて冷却水の水温を適正化することができる。
特開平5−231149号公報(図1及び段落番号「0042」の記載参照)
特許文献1の車両冷却装置においては、エンジン始動から流路の水温が一定温度に上がるまでは、冷却水循環回路(特許文献1の図1の1)からの冷却水をエンジンに供給せずに、ラジエータを迂回したバイパス回路(特許文献1の図1の1)からの少量の冷却水を循環させる暖機運転を行っている。この暖機運転時に、上述したフィードバック制御を行うことによって、エンジンに局部的な歪みやエンジンのオーバーヒート等が生じないように構成されている。また、管路の水温が一定温度以上に上がると、流量制御弁(特許文献1の図1の3)が開いて冷却水循環回路の低温の冷却水がエンジンに供給されて、エンジンを多量の冷却水で冷却できるように構成されている。
しかし、管路の水温が一定温度以上に上がった状態で、冷却水循環回路の低温の冷却水がエンジンに供給されると、エンジンが急激に冷却される。エンジンに熱衝撃が加わると、エンジンに用いる取り付けボルトの緩みやエンジンを構成する部品の熱収縮による損傷等が生じていた。その結果、冷却水漏れやエンジンの破損の原因になっていた。
本発明は、冷却水漏れやエンジンの破損等の原因となる熱衝撃を緩和することのできる車両冷却装置を実現することを目的とする。
(第1特徴構成)
本発明の第1特徴構成は、エンジン内を冷却水が通過するエンジン内流路と、前記エンジン内流路の下流及び上流に接続された第1及び第2流路と、前記第1流路の下流からラジエータを介して前記第2流路の上流に接続されたラジエータ流路と、前記ラジエータを迂回して前記第1流路と第2流路とに亘って設けられたバイパス流路と、前記ラジエータ流路から前記第2流路に流入する冷却水の流量と前記バイパス流路から前記第2流路に流入する冷却水の流量との流量分配を行うサーモスタットと、冷却水を循環させるウォータポンプと、前記ラジエータ流路の水温を検出する第1水温検出手段と、を備えた車両冷却装置において、
前記第1水温検出手段により検出した前記ラジエータ流路の水温が設定された基準温度より低い場合には、前記ラジエータ流路の水温が前記基準温度を超える場合に比べ、前記ラジエータ流路から前記サーモスタットを介して前記第2流路に供給される冷却水の流量を抑制する流量抑制制御手段を備えた点にある。
(作用効果)
上記構成により、第1水温検出手段により検出したラジエータ流路の水温が設定された基準温度より低い場合には、ラジエータ流路からサーモスタットを介して第2流路に供給される冷却水の流量を抑制することができる。その結果、ラジエータ流路からの低温の冷却水によってエンジンが急激に冷却されることを防止でき、エンジンに用いる取り付けボルトの緩みやエンジンを構成する部品の熱収縮による損傷等が生じ難くなって、冷却水漏れを防止できる。
(第2特徴構成)
本発明の第2特徴構成は、前記第1流路の水温を検出する第2水温検出手段と、前記第2水温検出手段の検出結果に基づいて前記ラジエータ流路から前記第2流路に冷却水が流入する流入時期を判断する流入時期判断手段と、を備え、
前記流入時期判断手段により前記流入時期と判断され、前記第1水温検出手段により検出した前記ラジエータ流路の水温が前記基準温度より低い場合には、前記ウォータポンプの吐出量を制限して、前記ラジエータ流路から前記サーモスタットを介して前記第2流路に供給される冷却水の流量を抑制するように、前記流量抑制制御手段を構成する点にある。
上記構成により、流入時期判断手段によってラジエータ流路から第2流路に冷却水が流入する流入時期を判断した上で、ウォータポンプの吐出量を制限し、ラジエータ流路から第2流路に供給される冷却水の流量を抑制することができる。その結果、ラジエータ流路からサーモスタットを介してエンジンに供給される冷却水が第2流路に流入する適切な時期にウォータポンプの吐出量を制限することができ、更にエンジンに熱衝撃が加わり難くなる。
(第3特徴構成)
本発明の第3特徴構成は、前記サーモスタットを任意に開閉可能な機能を備えた電気サーモスタットで構成し、前記電気サーモスタットが前記第1又は第2水温検出手段の検出結果に基づいて開閉されるように、前記流量抑制制御手段を構成する点にある。
(作用効果)
上記構成により、電気サーモスタットによって、エンジンにラジエータ流路からの冷却水を供給する時期を調節することができて、電気サーモスタットが開く時期とウォータポンプの吐出量を制限する時期とを連係させることができる。その結果、ラジエータ流路からの冷却水が多量にエンジンに供給される不都合等を防止することができ、更にエンジンに熱衝撃が加わり難くなる。
以下、本発明に係る車両冷却装置について図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る車両冷却装置1の全体構成の概略を示すブロック図であり、図2は、流量抑制モード(流量抑制制御手段)のフローチャートである。また、図3は、流量抑制モードを実施した場合のウォータポンプ5の吐出量、電気サーモスタット4の開閉及び第2水温センサ8により検出した水温の変化の状況を示すタイムチャートである。
〔車両冷却装置の全体構成〕
図1に示すように、車両冷却装置1は、熱源となるエンジン2、冷却水を冷却するラジエータ3、冷却水の流量分配を行う電気サーモスタット4(サーモスタット)、冷却水の循環を行う可変容量で電動式のウォータポンプ5、車室の暖房を行う車室ヒータ6及びラジエータ内流路3a下流の水温TW1を検出する第1水温センサ7(第1水温検出手段)、エンジン内流路2a下流の水温TW2を検出する第2水温センサ(第2水温検出手段)等を備えて構成されている。ラジエータ3には、図示しない冷却ファン、ラジエータキャップ9及びリザーバ10等を備える。
エンジン2には、エンジン内流路2aが形成されて、このエンジン内流路2aに冷却水を循環させることでエンジン2の冷却ができる。エンジン内流路2aの下流及び上流には、それぞれ下流側接続口2b及び上流側接続口2cが形成されている。
ラジエータ3には、冷却水を循環するラジエータ内流路3a(ラジエータ流路13の一部)が形成されており、このラジエータ内流路3aに冷却水を循環させることで冷却水を冷却できる。ラジエータ内流路3aの上流及び下流には、上部接続口3b及び下部接続口3cが形成されている。
エンジン2の下流側接続口2bは、第1流路11及びラジエータ流路13を介してラジエータ3の上部接続口3bに接続されている。ラジエータ3の下部接続口3cは、ラジエータ流路13を介して電気サーモスタット4に接続されている。
電気サーモスタット4は、第2流路12を介してウォータポンプ5の吸込口に接続されており、ウォータポンプ5の吐出口は、第2流路12を介してエンジン2の上流側接続口2cに接続されている。
第1流路11の下流(ラジエータ流路13の上流)には、ラジエータ3を迂回するバイパス流路14が形成されて、電気サーモスタット4に接続されている。
ウォータポンプ5の吸込口上流の第2流路12には、エンジン2を迂回するヒータ流路15が形成されている。ヒータ流路15には車室ヒータ6が接続されており、常時循環する冷却水による熱交換によって車室内の暖房を行うことができる。
ラジエータ3の下部接続口3c近くのラジエータ流路13には、第1水温センサ7(第1水温検出手段)が接続されて、ラジエータ流路13の冷却水の水温を測定できる。また、エンジン2の下流側接続口2b近くの第1流路11には、第2水温センサ8(第2水温検出手段)が接続されて、エンジン内流路2a下流のエンジン2によって暖められた冷却水の水温を測定できる。
ラジエータ内流路3aの最上部には、リザーバ流路16が形成されて、ラジエータ3に装着されたラジエータキャップ9を介してリザーバ10に接続されている。リザーバ流路16は、ラジエータ内流路3aの最上部から、ラジエータキャップ9に装着された圧力調整弁9aを介してリザーバ10に接続されており、圧力調整弁9aによって、車両冷却装置1を循環する冷却水の圧力を一定に保持することができ、水温の変化等によって冷却水の量を調節できる。
電気サーモスタット4は、サーモエレメント4aとヒータ4bを備えて構成されている。サーモエレメント4aは、ラジエータ3を迂回してバイパス流路14から流入する冷却水の水温の上昇に伴って膨張する。冷却水の水温が暖機運転を完了する所定の制御温度範囲の下限温度T2(例えば80℃)に達するとラジエータ3を通過した冷却水がラジエータ流路13を介して第2流路12に導かれ、所定温度範囲の上限温度T3(例えば、90℃)に近づくに従って第2流路12に導かれる冷却水の流量を増加させる(図3参照)。
電気サーモスタット4には、サーモエレメント4aを加熱するためのヒータ4bが設けられており、ヒータ4bに通電することで人為的に電気サーモスタット4の開閉及び電気サーモスタット4の開度の変更ができるように構成されている。すなわち、上述した所定温度範囲に達しなくても人為的に電気サーモスタット4を開閉することができる。また、人為的に電気サーモスタット4の開度を変更(ヒータ4bに供給する電力量を調節)することで第2流路12に導かれる冷却水の流量を増減できる。
ウォータポンプ5は、可変容量で電動式に構成されており、ウォータポンプ5を駆動するDCモータ(図示せず)に供給する電力量のデューティ比を変更することによってウォータポンプ5の吐出量を変更できる。
電気サーモスタット4のヒータ4b、ウォータポンプ5、第1水温センサ7及び第2水温センサ8は、ECUに接続されており、後述する流量抑制モード(流量抑制制御手段)及び流入時期判断手段によって電気サーモスタット4及びウォータポンプ5を制御できるように構成されている。
〔流量抑制モード〕
図2及び図3に基づいて、流量抑制モードについて説明する。なお、本実施例においては、第1流路11の水温がT0(例えばマイナス5℃)からエンジン2を始動し、暖機運転の完了直後に流量抑制モードを実施した場合を例にとって説明する。
図2に示すように、第1及び第2水温センサ7,8によってラジエータ流路13及び第1流路11の水温TW1,TW2が常時監視されており(ステップ#11)、第2水温センサ8によって検出した水温TW2が予め設定した水温T2(例えば80℃)以上か否か判別する(ステップ#12)。水温TW2がT2以上であると判別された場合には(ステップ#12・YES)、第1水温センサ7によって検出した水温TW1が予め設定した基準温度T1(例えば0℃)以下か否か判別する(ステップ#13)。
水温TW1がT1以下であると判別された場合には(ステップ#13・YES)、ウォータポンプ低流量作動指令を発し、ウォータポンプ5のDCモータに予め設定したデューティ比の電力を供給して、ウォータポンプ5を低い吐出量Q1になるように駆動させる(ステップ#14)。
次に、第1水温センサ7により検出した水温TW1が予め設定した水温T4(例えば30℃)以上か否か判別する。水温TW1が水温T4に達すると、ウォータポンプ低流量解除指令を発し、ウォータポンプ5のDCモータに予め設定したデューティ比の電力を供給して、ウォータポンプ5の吐出量がQ2に徐々に引き上げられて、ラジエータ流路13を通過して冷却された冷却水がエンジン2に供給される。
なお、水温TW2がT2より低いと判別された場合(ステップ#12・NO)及び水温TW1がT1より高いと判別された場合には(ステップ#13・NO)、流量抑制モードが終了する。
図3に基づいて、流量抑制モードを実施した場合のウォータポンプ5の吐出量、電気サーモスタット4の開閉、及び第1流路11の水温の変化の状況について説明する。図3(イ)は、エンジン始動からのウォータポンプ5の吐出量の変化を示すグラフであり、横軸が時間の経過を示し、縦軸がウォータポンプ5の吐出量Qを示す。また、図3(ロ)は、エンジン始動からの電気サーモスタット4の機械的な開閉状況を示すグラフであり、横軸が時間の経過を示し、縦軸が電気サーモスタット4の開閉を示す。なお、図3(ハ)は、第2水温センサ8により検出した水温の変化を示すグラフであり、横軸が時間の経過を示し、縦軸が水温TW2を示す。
図3(イ)に示すように、ウォータポンプ5は、エンジン始動からしばらくして暖機運転に突入し少量の吐出量で駆動される。エンジン2の暖機運転によって水温TW2が上昇しT2に達すると、ウォータポンプ5が吐出量Q1で低流量作動される。次に、ウォータポンプ5を低流量作動させて水温TW1がT4に達すると、ウォータポンプ低流量解除指令が発せられて、ウォータポンプ5の吐出量が上昇して流量抑制モードが終了する。そして、ウォータポンプ5の吐出量がQ2に向かって徐々に引き上げられて、ラジエータ流路13を通過して冷却された多量の冷却水がエンジン2に供給される。
吐出量Q1は、T1、T2及びT4に対して設定されており、エンジン2に熱衝撃が加わることのない温度に、エンジン2に供給される冷却水の温度が低下するように設定されている。また、流量抑制モードにおけるウォータポンプ5の吐出量Q1を変更することによって、エンジン2の特性、ウォータポンプ5の特性、冷却水流路の構成等の差異に応じた適切な吐出量を実現できる。
図3(ロ)に示すように、電気サーモスタット4が機械的に開放されるのと略同時にウォータポンプ低流量解除指令が発せられて、ラジエータ流路13を通過して冷却された少量の冷却水がエンジン2に供給される。
このように、第2水温センサ8によって検出した水温TW2に基づいて、電気サーモスタット4が機械的に開いてラジエータ流路13から第2流路12に冷却水が流入する流入時期を判断し、ウォータポンプ5の吐出量を制限するように、流入時期判断手段及び流量抑制モードが構成されている。
図3(ハ)に示すように、水温がT0(例えばマイナス5℃)からエンジン2を始動すると、第1流路11の水温TW2は徐々に増加していき、暖機運転が完了する温度T2(例えば80℃)に第1流路11の水温TW2が達すると、上述したように流量抑制モードが実施されて、電気サーモスタット4が機械的に開放すると略同時にウォータポンプ5の吐出量が抑制される。
このように、機械的に電気サーモスタット4が開放すると予測される時期に合わせて、ウォータポンプ5のみを制御して流量抑制モードを実現することにより、車両冷却装置1の制御対象の数が減少するため、車両冷却装置1の構成を簡素化することができて、製造コスト削減を図れる。
以上のように流量抑制モードを構成することにより、エンジン2に供給されるラジエータ流路13からの冷たい冷却水を少量に抑えることができる。その結果、バイパス経路14から第2流路12に流入した暖められた冷却水とラジエータ流路13から第2流路12に流入した冷却水が混ざり合って、エンジン2に供給される冷却水の温度が低下して、エンジン2に熱衝撃等が加わることを防止できる。
[別実施形態]
(1)
上記の実施形態においては、電気サーモスタット4の機械的な開動作に合わせて、ウォータポンプ5の低流量作動することによって、流量抑制モードを実施した例を示したが、図4及び図5に示すように、電気サーモスタット4のヒータ4bに通電することで、人為的に電気サーモスタット4を開閉して、ウォータポンプ5の低流量作動を実施するように、流量抑制モードを構成してもよい。
図4及び図5に基づいて、この別実施形態における流量抑制モードについて説明する。なお、本実施例においては、第1流路11の水温がT0(例えばマイナス5℃)からエンジン2を始動し、流量抑制モードを実施した場合を例にとって説明する。
図4に示すように、第1及び第2水温センサ7,8によってラジエータ流路13及び第1流路11の水温TW1,TW2が常時監視されており(ステップ#21)、第2水温センサ8によって検出した水温TW2が予め設定した水温T2´(例えば暖機運転が完了する温度(80℃)よりやや低い75℃)以上か否か判別する(ステップ#22)。
水温TW2がT2´以上であると判別された場合には(ステップ#22・YES)、第1水温センサ7によって検出した水温TW1が予め設定した水温T1(例えば0℃)以下か否か判別する(ステップ#23)。
水温TW1がT1以下であると判別された場合には(ステップ#23・YES)、電気サーモスタット開指令を発し、ヒータ4bに電力を供給して電気サーモスタット4を開放する(ステップ#24)。次に、ウォータポンプ低流量作動指令を発し、ウォータポンプ5のDCモータに予め設定したデューティ比の電力を供給して、ウォータポンプ5を低い吐出量Q1´になるように駆動させる(ステップ#25)。
次に、タイマー1で予め設定した時間t1の経過後(ステップ#26)、ウォータポンプ低流量解除指令を発し、ウォータポンプ5のDCモータに予め設定したデューティ比の電力を供給して、ウォータポンプ5の吐出量がQ2に向かって徐々に上昇し、ラジエータ流路13を通過して冷却された多量の冷却水がエンジン2に供給される(ステップ#27)。
そして、電動サーモスタット閉指令を発し(ステップ#28)、ヒータ4bへの電力の供給を遮断して、流量抑制モードを終了する。なお、タイマー1で予め設定した時間t1が経過した時点においては、既に電動サーモスタット4が機械的に開放しており、ウォータポンプ5の吐出量の変化に伴ってラジエータ流路13からの冷却水がエンジン2に供給されている。
図5に基づいて、この別実施形態における流量抑制モードを実施した場合のウォータポンプ5の吐出量、電気サーモスタット4の入切及び第1流路11の水温の変化の状況について説明する。図5(イ)は、エンジン始動からのウォータポンプ5の吐出量の変化を示すグラフであり、横軸が時間の経過を示し、縦軸がウォータポンプ5の吐出量Qを示す。また、図5(ロ)は、エンジン始動からの電気サーモスタット4の通電状況を示すグラフであり、横軸が時間の経過を示し、縦軸が電気サーモスタット4の入切を示す。なお、図5(ハ)は、第1水温センサ7により検出した水温の変化を示すグラフであり、横軸が時間の経過を示し、縦軸が水温TW2を示す。
図5(イ)に示すように、ウォータポンプ5は、エンジン始動から暖機運転に突入し少量の吐出量で駆動される。エンジン2の暖機運転によって水温TW2が上昇しT2´に達すると、タイマー1で予め設定した時間t1を経過するまでの間ウォータポンプ5の吐出量がQ1´に制限されて、タイマー1で予め設定した時間t1を経過すると、ウォータポンプ5の吐出量が上昇し、流量抑制モードを終了する。そして、ウォータポンプ5の吐出量がQ2に徐々に引き上げられて、ラジエータ流路13を通過して冷却された多量の冷却水がエンジン2に供給される。
図5(ロ)に示すように、エンジンの暖機運転によって水温TW2が上昇しT2´に達すると、電動サーモスタット4のヒータ4bへ電力が供給されて電気サーモスタット4が開放される。電気サーモスタット4が開放されてからタイマー1で予め設定した時間t1を経過すると、電動サーモスタット4のヒータ4bへの電力の供給が遮断される。
このように、電気サーモスタット4のヒータ4bに通電することによって、人為的に電気サーモスタット4を開閉することで、電気サーモスタット4の開閉とウォータポンプ5の低流量作動のタイミングを合わせることができて、精度よくラジエータ流路13からエンジン2に供給される冷却水の流量を抑制できる。
(2)
上記の実施形態においては、第1及び第2水温センサ7,8で検出したそれぞれの水温TW1,TW2によって条件判別をし、流量抑制モードを実施した例を示したが、第1及び第2水温センサ7,8の温度差が予め定められた温度差以上になると流量抑制モードに入り、第1及び第2水温センサ7,8の温度差が予め定められた温度差未満になると流量抑制モードを終了するように流量抑制モードを構成してもよい。
(3)
上記の実施形態において示した温度(T0〜T4,T2´)、時間(t1)、ウォータポンプの吐出量(Q1,Q1´,Q2)は一例として示したものであり、異なる値であってもよい。
上記の実施形態においては、電動式のウォータポンプ5を用いて流量抑制モードを実施した例を示したが、電動式のウォータポンプ5に限らず、機械式のウォータポンプ(図示せず)の場合においても同様に適用できる。
上記の実施形態においては、ウォータポンプ5をエンジン内流路2a上流の第2流路12に配置して流量抑制モードを実施した例を示したが、ウォータポンプ5をエンジン内流路2aの下流の第1流路11に配置して、冷却水を循環させるように車両冷却装置1を構成してもよい。
上記の実施形態においては、電気サーモスタット4を用いて流量抑制モードを実施した例を示したが、ヒータ4b等を備えて人為的に開閉可能に構成した電気サーモスタット4に限らず、人為的に開閉できないサーモスタット(図示せず)の場合においても同様に適用できる。また、サーモスタットに代えて、流量調整弁等(図示せず)によって機械的又は電気的に流量分配を行うように車両冷却装置1を構成してもよい。
車両冷却装置の全体構成の概略を示すブロック図 流量抑制モードのフローチャート 流量抑制モードの一実施例を示すタイムチャート 別実施形態での流量抑制モードのフローチャート 別実施形態での流量抑制モードの一実施例を示すタイムチャート
符号の説明
1 車両冷却装置
2 エンジン
2a エンジン内流路
3 ラジエータ
4 電気サーモスタット(サーモスタット)
5 ウォータポンプ
7 第1水温センサ(第1水温検出手段)
8 第2水温センサ(第2水温検出手段)
11 第1流路
12 第2流路
13 ラジエータ流路
14 バイパス流路
1 基準温度

Claims (3)

  1. エンジン内を冷却水が通過するエンジン内流路と、前記エンジン内流路の下流及び上流に接続された第1及び第2流路と、前記第1流路の下流からラジエータを介して前記第2流路の上流に接続されたラジエータ流路と、前記ラジエータを迂回して前記第1流路と第2流路とに亘って設けられたバイパス流路と、前記ラジエータ流路から前記第2流路に流入する冷却水の流量と前記バイパス流路から前記第2流路に流入する冷却水の流量との流量分配を行うサーモスタットと、冷却水を循環させるウォータポンプと、前記ラジエータ流路の水温を検出する第1水温検出手段と、を備えた車両冷却装置において、
    前記第1水温検出手段により検出した前記ラジエータ流路の水温が設定された基準温度より低い場合には、前記ラジエータ流路の水温が前記基準温度を超える場合に比べ、前記ラジエータ流路から前記サーモスタットを介して前記第2流路に供給される冷却水の流量を抑制する流量抑制制御手段を備えた車両冷却装置。
  2. 前記第1流路の水温を検出する第2水温検出手段と、前記第2水温検出手段の検出結果に基づいて前記ラジエータ流路から前記第2流路に冷却水が流入する流入時期を判断する流入時期判断手段と、を備え、
    前記流入時期判断手段により前記流入時期と判断され、前記第1水温検出手段により検出した前記ラジエータ流路の水温が前記基準温度より低い場合には、前記ウォータポンプの吐出量を制限して、前記ラジエータ流路から前記サーモスタットを介して前記第2流路に供給される冷却水の流量を抑制するように、前記流量抑制制御手段を構成してある請求項1に記載の車両冷却装置。
  3. 前記サーモスタットを任意に開閉可能な機能を備えた電気サーモスタットで構成し、前記電気サーモスタットが前記第1又は第2水温検出手段の検出結果に基づいて開閉されるように、前記流量抑制制御手段を構成してある請求項2に記載の車両冷却装置。
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