JP2010209818A

JP2010209818A - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2010209818A
Application number: JP2009057532A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Shimazaki; 勇一島崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】内燃機関の冷却装置において、ヒータ要求を満たしつつ油温制御を行い、さらにポンプの仕事量を減少させる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１からオイルクーラ５へ冷却水を流通させるオイルクーラ流通通路６と、内燃機関１から流出する冷却水にラジエータ３をバイパスさせるラジエータバイパス通路７と、内燃機関１からヒータ８へ冷却水を流通させるヒータ流通通路９と、オイルクーラ流通通路６の出口とラジエータバイパス通路７の出口とを接続しヒータ流通通路９のヒータ８よりも下流側に冷却水を供給する部位に設けられ、オイルクーラ流通通路６の冷却水流量とラジエータバイパス通路７の冷却水流量とを同時に制御する三方弁１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。

内燃機関の冷却装置において、ラジエータバイパス通路中にバルブを配置し、ラジエータバイパス通路の冷却水流量をバルブによって調整してヒータへの冷却水流量を増加させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２８９４４４号公報特開２００７−１０７５２２号公報特開２００２−２２７６４８号公報特開２００７−２２４８１９号公報特開２００７−２２４８２１号公報特開２００３−３２２０１９号公報

しかしながら、上記の技術にあっては、オイルクーラへの冷却水流量までは考慮されておらず、ヒータ要求を満たしつつ油温制御を行うことはできず、ましてポンプの仕事量を減少させるような十分な効果を得ることはできなかった。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関の冷却装置において、ヒータ要求を満たしつつ油温制御を行い、さらにポンプの仕事量を減少させる技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関からオイルクーラへ冷却媒体を流通させるオイルクーラ流通通路と、
前記内燃機関から流出する冷却媒体にラジエータをバイパスさせるラジエータバイパス通路と、
前記内燃機関からヒータへ冷却媒体を流通させるヒータ流通通路と、
前記オイルクーラ流通通路の出口と前記ラジエータバイパス通路の出口とを接続し前記ヒータ流通通路の前記ヒータよりも下流側に冷却媒体を供給する部位に設けられ、前記オイルクーラ流通通路の冷却媒体流量と前記ラジエータバイパス通路の冷却媒体流量とを同時に制御する三方弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置である。

本発明によると、三方弁によってオイルクーラ流通通路の冷却媒体流量とラジエータバイパス通路の冷却媒体流量とを同時に制御し、それらの冷却媒体がヒータ流通通路のヒータよりも下流側に供給される。よって、オイルクーラへの冷却媒体流量が三方弁によって調整されるだけでなく、ヒータへの冷却媒体流量も三方弁によって調整される。したがって、三方弁によって、ヒータへの冷却媒体流量を調整することでヒータ要求を満たすことができると共に、オイルクーラへの冷却媒体流量を調整することで油温制御を行うことができる。

さらに、オイルクーラ流通通路及びラジエータバイパス通路からの冷却媒体がヒータ流通通路のヒータよりも下流側に供給される。これにより、ヒータ流通通路の冷却媒体流量を十分に増加させることができる。したがって、ポンプによってヒータ流通通路の冷却媒体流量を増加させる必要がなくなり、ポンプの仕事量を減少させることができる。

本発明によると、内燃機関の冷却装置において、ヒータ要求を満たしつつ油温制御を行うことができ、さらにポンプの仕事量を減少させることができる。

実施例１に係る内燃機関及びその冷却系の概略構成を示す図である。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン１を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン２を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン３を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン４を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン５を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン６を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン７を示すフローチャートである。実施例１に係る冷却水流量制御ルーチン８を示すフローチャートである。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の内燃機関の冷却装置を適用する内燃機関及びその冷却系の概略構成を示す。図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。

内燃機関１には、内燃機関１からラジエータ３へ冷却水を流通させるラジエータ流通通路４が設けられている。ラジエータ３は、ラジエータ流通通路４の冷却水と空気とで熱交換をして冷却水を冷却する。なお、本実施例では、冷却水を一例として挙げ説明するが、本発明には他の冷却媒体を用いてもよい。

内燃機関１には、内燃機関１からオイルクーラ５へ冷却水を流通させるオイルクーラ流通通路６が設けられている。オイルクーラは、オイルクーラ５内のオイルとオイルクーラ流通通路６の冷却水とで熱交換をしてオイルを冷却する。

内燃機関１には、内燃機関１から流出する冷却水にラジエータ３をバイパスさせるラジエータバイパス通路７が設けられている。

内燃機関１には、内燃機関１からヒータ８へ冷却水を流通させるヒータ流通通路９が設けられている。ヒータ８は、車両室内暖房用であり発熱する。ヒータ８は、過度に発熱することを防止するため、ヒータ流通通路９から冷却水が供給され冷却される。

オイルクーラ流通通路６の出口とラジエータバイパス通路７の出口とを接続し連通通路１０を介してヒータ流通通路９のヒータ８よりも下流側に冷却水を供給する部位に三方弁１１が配置されている。三方弁１１は、オイルクーラ流通通路側弁とラジエータバイパス通路側弁とを有しており、オイルクーラ流通通路側弁でオイルクーラ流通通路６の冷却媒体流量を調節でき、ラジエータバイパス通路側弁でラジエータバイパス通路７の冷却媒体
流量を調節できる。よって、三方弁１１は、オイルクーラ流通通路６の冷却媒体流量とラジエータバイパス通路７の冷却媒体流量とを同時に制御することができる。三方弁１１により、オイルクーラ流通通路６及びラジエータバイパス通路７の冷却水は、連通通路１０を介してヒータ流通通路９に流入する。

ヒータ流通通路９のヒータ８よりも下流側且つ連通通路１０との接続位置よりも上流側には、ヒータ弁１２が配置されている。ヒータ弁１２は、ヒータ流通通路９の冷却水流量を調節できる。

ラジエータ流通通路４の出口、及びヒータ流通通路９の連通通路１０との接続位置よりも下流側の出口は、サーモスタット１３へ通じている。サーモスタット１３は、内燃機関１が暖機運転状態の場合には、ラジエータ流通通路４を閉弁し、ヒータ流通通路９のみの冷却水を流通させる。一方、内燃機関１が通常運転状態の場合には、ラジエータ流通通路４を開弁し、ラジエータ流通通路４及びヒータ流通通路９の両方の冷却水を流通させる。本実施例におけるサーモスタット１３は、ラジエータ流通通路４の開閉だけを制御する簡易なものであるので、信頼性向上、コスト低減及び軽量化を図ることができる。

サーモスタット１３の下流側には、合流通路１４が設けられている。合流通路１４には、ウォータポンプ１５が配置されている。ウォータポンプ１５は、合流通路１４を流通する冷却水を汲み上げ内燃機関１に圧送する。これらにより内燃機関１の冷却系が構成される。

以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１６が併設されている。ＥＣＵ１６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１６には、三方弁１１やヒータ弁１２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１６によりこれらの機器が制御される。

内燃機関１は、その運転状態に応じて幾つかの状態となる。例えば、低温始動後に低速で走行する暖気運転状態となる場合がある。この場合には、高いヒータ８の能力が要求されるが、機関回転数や冷却水温が低く、ヒータ８の性能が出し難い。この場合には、冷却水温が低く、サーモスタット１３はラジエータ流通通路４を閉弁する。ヒータ弁１２は最大に開弁する。三方弁１１は、オイルクーラ５をオイルウォーマとして使用するためオイルクーラ流通通路側弁は大きく開弁し、内燃機関１の冷却はそれほど必要ないためラジエータバイパス通路側弁は最小に開弁又は閉弁する。

例えば、中速中負荷の運転状態となる場合がある。この場合には、冷却水温が８０℃〜９０℃程度に上昇し、サーモスタット１３がラジエータ流通通路４を開弁し、冷却水がラジエータ３を流通している。この場合には、ヒータ８の能力は外気温にもよるが中程度必要であるため、ヒータ弁１２は必要最小限の開度で開弁する。三方弁１１は、油温は８０℃〜９０℃程度でありオイルクーラ５での冷却は不要であるためオイルクーラ流通通路側弁は閉弁し、内燃機関１の冷却はラジエータ３が行うためラジエータバイパス通路側弁は閉弁する。

例えば、高速高負荷の運転状態となる場合がある。この場合には、サーモスタット１３がラジエータ流通通路４を開弁し、冷却水がラジエータ３を流通している。この場合には、ラジエータ３での冷却性能が最も要求されるのでラジエータ流通通路４の冷却水流量を増加するため、ヒータ弁１２は閉弁する。三方弁１１は、油温は１００℃以上となりオイルクーラ５へ冷却水を流通させ油温の安定化を図るためオイルクーラ流通通路側弁は最大に開弁し、ラジエータ３での冷却性能が最も要求されるのでラジエータバイパス通路側弁
は閉弁する。

次に、本実施例による冷却水流量制御ルーチン１について説明する。図２は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン１を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

Ｓ１０１では、各種センサ等からの各種出力値をＥＣＵ１６に取り込む。出力値としては、例えば、機関回転数、機関負荷、冷却水温、油温、ヒータ指令値、室内温、外気温等が挙げられる。従来、ヒータ指令値等の出力値はＥＣＵ１６に取り込まれていなかったが、本実施例ではこれら出力値と内燃機関情報が一元化され制御に使用される。

Ｓ１０２では、Ｓ１０１で取り込んだ出力値に応じて三方弁１１及びヒータ弁１２の開度を予め求めたマップから検索する。

Ｓ１０３では、Ｓ１０２で検索した開度に三方弁１１及びヒータ弁１２を制御する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、内燃機関１に最適な冷却水流量の制御ができる。これにより、室内快適性、燃費、排気を最適な状態に維持することができる。

なお、冷却水流量の制御は上記以外の方法であってもよい。例えば、以下のようなものであってもよい。

次に、本実施例による冷却水流量制御ルーチン２について説明する。図３は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン２を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

Ｓ２０１では、冷却水温及び機関回転数の出力値をＥＣＵ１６に取り込む。

Ｓ２０２では、Ｓ２０１で取り込んだ冷却水温が所定値より低いか否かを判別する。なお、所定値とは予め定められた値であり、それよりも高いとラジエータバイパス通路７に冷却水を流通させる必要がなくなる閾値である。Ｓ２０２で肯定判定された場合にはＳ２０３へ移行する。Ｓ２０２で否定判定された場合にはＳ２０５へ移行する。

Ｓ２０３では、Ｓ２０１で取り込んだ機関回転数に応じて三方弁１１及びヒータ弁１２の開度を予め求めたマップから検索する。このマップでは、機関回転数の上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させる。

Ｓ２０４では、Ｓ２０３で検索した開度に三方弁１１及びヒータ弁１２を制御する。

一方、Ｓ２０５では、三方弁１１のラジエータバイパス通路側弁を閉弁する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、機関回転数の上昇と共にヒータ８への冷却水流量が増加すると必要以上の流量となり無駄となるので、機関回転数の上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させることができる。

また、本実施例による冷却水流量制御ルーチン３について説明する。図４は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン３を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンでは、Ｓ２０４のステップの処理の後に、Ｓ３０１として、冷却水温上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させる。その他のステップは、冷却水流量制御ルーチン２と同様であるので、説明を省略する。なお、Ｓ２０３でのマップは、機関回転数の他、冷却水温をも加えて考慮されるものとしてもよい。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、冷却水温が上昇した場合にはヒータ８の放熱性能を考慮しヒータ８への冷却水流量が増加すると必要以上の流量となり無駄となるので、冷却水温上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させることができる。

また、本実施例による冷却水流量制御ルーチン４について説明する。図５は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン４を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンでは、Ｓ２０１の変わりに、Ｓ４０１で冷却水温、機関回転数及び室内温の出力値をＥＣＵ１６に取り込む。また、Ｓ３０１のステップの処理の後に、Ｓ４０２として、室内温上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させる。その他のステップは、冷却水流量制御ルーチン３と同様であるので、説明を省略する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、室内温が高い場合にはヒータ８への要求は高くないためヒータ８への冷却水流量が増加すると必要以上の流量となり無駄となるので、室内温上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させることができる。

また、本実施例による冷却水流量制御ルーチン５について説明する。図６は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン５を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンでは、Ｓ２０１の変わりに、Ｓ５０１で冷却水温、機関回転数及び外気温の出力値をＥＣＵ１６に取り込む。また、Ｓ３０１のステップの処理の後に、Ｓ５０２として、外気温上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させる。その他のステップは、冷却水流量制御ルーチン３と同様であるので、説明を省略する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、外気温が高い場合にはヒータ８への要求は高くないためヒータ８への冷却水流量が増加すると必要以上の流量となり無駄となるので、外気温上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させることができる。

また、本実施例による冷却水流量制御ルーチン６について説明する。図７は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン６を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンでは、Ｓ２０１の変わりに、Ｓ６０１で冷却水温、機関回転数、室内温及び外気温の出力値をＥＣＵ１６に取り込む。また、Ｓ３０１のステップの処理の後に、Ｓ６０２として、室内温から外気温を差し引いた差分温度△Ｔ（＝室内温−外気温）が大きくなるのにつれてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させる。その他のステップは、冷却水流量制御ルーチン３と同様であるので、説明を省略する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、差分温度△Ｔが大きくなる場合にはヒータ８への要求は高くないためヒータ８への冷却水流量が増加すると必要以上の流量となり無駄となるので、差分温度△Ｔが大きくなるにつれてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させることができる。

また、本実施例による冷却水流量制御ルーチン７について説明する。図８は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン７を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンでは、Ｓ２０１の変わりに、Ｓ７０１で冷却水温、機関回転数及び機関負荷の出力値をＥＣＵ１６に取り込む。また、Ｓ３０１のステップの処理の後に、Ｓ７０２として、機関負荷上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させる。その他のステップは、冷却水流量制御ルーチン３と同様であるので、説明を省略する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、機関負荷が上昇する場合にはラジエータ３による冷却性能が要求され且つヒータ８へ流通する冷却水流量も比較的多いためラジエータ３への冷却水流量を増加しヒータ８への冷却水流量を減少させるように、機関負荷上昇に合わせてヒータ弁１２の開度を低減しヒータ８への冷却水流量を減少させることができる。

次に、本実施例による冷却水流量制御ルーチン８について説明する。図９は、本実施例による冷却水流量制御ルーチン８を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１６により一定時間毎に繰り返し実行される。

Ｓ８０１では、室内が冷房中であることを検出する出力値をＥＣＵ１６に取り込む。

Ｓ８０２では、Ｓ８０１で取り込んだ出力値が冷房中であるか否かを判別する。Ｓ８０２で否定判定された場合にはＳ８０３へ移行する。Ｓ８０２で肯定判定された場合にはＳ８０４へ移行する。

Ｓ８０３では、冷却水流量制御を行う。例えば、冷却水流量制御ルーチン１〜７を用いることができる。

一方、Ｓ８０４では、ヒータ弁１２を閉弁する。

このようにして、本ルーチンを実行することにより、室内が冷房中である場合にはヒータ８が発熱せずヒータ８へ冷却水が流通すると無駄となるので、室内が冷房中である場合にはヒータ弁１２を閉弁しヒータ８へ冷却水を流通させないようにできる。

以上説明した本実施例によると、三方弁１１によってオイルクーラ流通通路６の冷却水流量とラジエータバイパス通路７の冷却水流量とを同時に制御し、それらの冷却水がヒータ流通通路９のヒータ８よりも下流側に供給される。よって、オイルクーラ５への冷却水流量が三方弁１１によって調整されるだけでなく、ヒータ８への冷却水流量も三方弁１１によって調整される。したがって、三方弁１１によって、ヒータ８への冷却水流量を調整することでヒータ要求を満たすことができると共に、オイルクーラ５への冷却水流量を調整することで油温制御を行うことができる。

さらに、オイルクーラ流通通路６及びラジエータバイパス通路７からの冷却水がヒータ
流通通路９のヒータ８よりも下流側に供給される。よって、ヒータ流通通路９の冷却水流量を十分に増加させることができる。したがって、ウォータポンプ１５によってヒータ流通通路９の冷却水流量を増加させる必要がなくなり、ウォータポンプ１５の仕事量を減少させることができる。これにより、ウォータポンプ１５の仕事量が多いことによる機械損失を低減し、燃費を向上することができ、また低温での始動性や高回転時の出力を向上することができ、さらにはウォータポンプ１５の吸い込み部のキャビテーションを防止でき耐久性の向上及び高回転で冷却水温が高い時の冷却水流量の低下を防止できる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１内燃機関
２気筒
３ラジエータ
４ラジエータ流通通路
５オイルクーラ
６オイルクーラ流通通路
７ラジエータバイパス通路
８ヒータ
９ヒータ流通通路
１０連通通路
１１三方弁
１２ヒータ弁
１３サーモスタット
１４合流通路
１５ウォータポンプ
１６ＥＣＵ

Claims

内燃機関からオイルクーラへ冷却媒体を流通させるオイルクーラ流通通路と、
前記内燃機関から流出する冷却媒体にラジエータをバイパスさせるラジエータバイパス通路と、
前記内燃機関からヒータへ冷却媒体を流通させるヒータ流通通路と、
前記オイルクーラ流通通路の出口と前記ラジエータバイパス通路の出口とを接続し前記ヒータ流通通路の前記ヒータよりも下流側に冷却媒体を供給する部位に設けられ、前記オイルクーラ流通通路の冷却媒体流量と前記ラジエータバイパス通路の冷却媒体流量とを同時に制御する三方弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。