JP2012102639A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の水温を目標水温に速やかに追従させることができるエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却水の水温が目標水温を上回る時点から電動ウォータポンプ６の流量を増量し、かつ、開閉弁である電子サーモスタット８を開状態としてエンジン１とラジエータ４間の水量を増加させ、冷却水の水温が目標水温を下回る時点から電動ウォータポンプ６の流量を減量し、かつ、電子サーモスタット８を閉状態Ｐとし、電動ウォータポンプ６の制御に係るフィードバックゲインは、エンジン負荷に応じて可変とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ウォータポンプによりエンジンの冷却水を循環させるエンジンの冷却装置に関するものである。

従来、エンジンから駆動力を得て稼働する機械式のウォータポンプを備え冷却水の循環流量を制御するエンジンの冷却装置が提案されている。また現在、機械式のウォータポンプの他に、エンジンの駆動力に拘わらず冷却水の循環流量を制御することができる電子サーモスタットを用いたエンジンの冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力を考慮して、運転状態に応じて電動ウォータポンプの流量と電子サーモスタットの開度を決定するようになっている。

しかしながら、上述した機械式のウォータポンプを備えたものは、冷却水の循環流量がエンジン回転数に依存することを考慮して、冷却水の目標水温を予め低めに設定されたものとなっている。これにより、常に冷却水を必要以上に冷却することによる燃費の悪化を招来するものとなっていた。また上記特許文献１に記載のエンジン冷却装置では、冷却水の水温を目標温度に収束させる視点において、オーバーシュート及びアンダーシュートの区別をせずに制御を行うため、特に要求負荷が上昇する場合には目標水温に追従し難くなるものとなっている。

特開２００６−３７８８３号公報

本発明は、上述した点のうち、冷却水の水温を目標水温に速やかに追従させることを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係るエンジンの冷却装置は、電動ウォータポンプと、エンジンとラジエータ間の水量を制御する開閉弁とを備え、電動ウォータポンプを駆動させることによりエンジン内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させるものであって、前記冷却水の水温が目標水温を上回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を増量し、かつ、前記開閉弁を開側に制御してエンジンとラジエータ間の水量を増加させ、前記冷却水の水温が目標水温を下回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を減量し、かつ、前記開閉弁を閉側に制御し、前記電動ウォータポンプの流量は、要求負荷に応じて可変に制御することを特徴とする。

このようなものであれば、要求負荷に応じて電動ウォータポンプの流量を可変に制御することにより、冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従させることができる。

また、要求負荷やエンジン回転数の変化によって、冷却水の目標水温自体も変更される場合には、目標水温が変更されたタイミングで冷却水の水温と目標水温とが瞬時に大きく乖離してしまうこととなる。そのような場合であっても冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従させるためには、前記電動ウォータポンプの制御は、前記冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値よりも大きいときはエンジン回転数及び要求負荷を基に前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードフォワード制御を行い、前記冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値よりも小さいときは目標値との差に応じて前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードバック制御を行うようにすることが望ましい。これにより、目標水温が変更されたタイミングからのタイムラグを解消し、速やかな制御を行う事が可能となる。

本発明によれば、要求負荷に応じて電動ウォータポンプの流量を可変に制御することにより、冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従エンジンの冷却装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る模式的な構成説明図。 同実施形態に係る他の模式的な構成説明図。 同実施形態に係るフローチャート。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、エンジン１とそのエンジン１を冷却するエンジンの冷却装置の概略構成を示す図である。エンジン１は、軽油を燃料とする圧縮着火式のエンジン１（ディーゼルエンジン）又はガソリンを燃料とする火花点火式のエンジン（ガソリンエンジン）であり、自動車等に搭載されるものである。なお図１は後述する電子サーモスタット８が閉状態（Ｐ）にあるときを、図２は開状態（Ｑ）にあるときを示している。

エンジン１は、シリンダヘッド、シリンダブロック等を備えて構成され、当該シリンダヘッドおよびシリンダブロックには熱媒体としての水が循環するための通路である冷却水通路１ａが設けられている。そして、図１及び図２に示すように、冷却水通路１ａの出口側には、車室内暖房用のヒータコア２に冷却水を導くヒータ側冷却水通路３とラジエータ４に冷却水を導くラジエータ側冷却水通路５が接続されている。そして、冷却水通路１ａ、ヒータ側冷却水通路３及びラジエータ側冷却水通路５とで、本発明に係る冷却水循環経路を構成している。

また、エンジン１にはヒータ側冷却水通路３とラジエータ側冷却水通路５を流通してきた冷却水を外部から吸い込み、冷却水通路１ａに冷却水を送り込む電動ウォータポンプ６が備えられている。この電動ウォータポンプ６は、後述するＥＣＵ９の指令信号により電圧が印加されると、その印加電圧に応じた分の流量の冷却水を冷却水通路１ａに供給する。

また、ラジエータ側冷却水通路５にはラジエータバイパス通路７が接続されており、ラジエータ側冷却水通路５とラジエータバイパス通路７の接続部には開閉弁である電子サーモスタット８が設けられている。

この電子サーモスタット８は、上記ラジエータ４を通過してラジエータ側冷却水通路５を流通する冷却水と、ラジエータバイパス通路７を流通する冷却水とが電動ウォータポンプ６側へ流出する流量を制御するワックス式のサーモスタットバルブを備えている。このサーモスタットバルブは、温度に応じて圧縮および膨張するワックスを感温部として利用することで、機関内冷却水通路１ａを通過した冷却水の水温に応じてそのバルブが機械的に開閉し得る構成のもと、この感温部を電気的に加熱するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを備えている。そして、このＰＴＣヒータへ通電することによってワックスを電気的に加熱することで、サーモスタットバルブの開閉を電子制御することが可能になっている。

また本実施形態では上述のエンジン１等を制御すべくＥＣＵ９が設けられている。このＥＣＵ９は、中央演算処理装置と、記憶装置と、入力インターフェースと、出力インターフェースとを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。

ＥＣＵ９には、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転速度に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ（図示省略）、エンジン１の気筒内に吸入される空気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ（図示省略）、そして、シリンダヘッド側の機関内冷却水通路１ａ内を流通する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１０等が電気的に接続され、それらの出力信号がＥＣＵ９へ入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ９は、電動ウォータポンプ６と電気的に接続され、ＥＣＵ９が、電動ウォータポンプ６を制御することでエンジン１の機関内冷却水通路１ａを含めた冷却水循環経路に循環させる冷却水の流量を制御することが可能になっている。また、ＥＣＵ９は、電子サーモスタット８と電気的に接続され、ＥＣＵ９が電子サーモスタット８のＰＴＣヒータへの通電を制御することが可能になっている。

そしてＥＣＵ９は、前記冷却水の水温が目標水温を上回る時点から電動ウォータポンプ６の流量を増量し、かつ、開閉弁たる電子サーモスタットを開状態（Ｑ）制御してエンジン１とラジエータ４間の水量を増加させる一方、冷却水の水温が目標水温を下回る時点から前記電動ウォータポンプ６の流量を減量し、かつ、電子サーモスタット８を閉状態（Ｐ）へと制御し、加えて、前記電動ウォータポンプ６の制御に係るフィードバックゲインは、アクセル踏込量等の要求負荷であるエンジン負荷に応じて可変とするプログラムが内蔵されている。

続いて、本実施形態におけるエンジン１を冷却するための電動ウォータポンプ及び電子サーモスタット８の制御について説明する。

本実施形態では、冷却水の水温が目標水温を上回る時点から電動ウォータポンプ６の流量を増量し、かつ、電子サーモスタット８を開状態（Ｑ）に制御してエンジンとラジエータ間の水量を増加させる。そして前記冷却水の水温が目標水温を下回る時点から電動ウォータポンプの流量を減量し、かつ、電子サーモスタット８を閉状態（Ｐ）に制御する。

また本実施形態では、電動ウォータポンプ６を制御するために用いるフィードバックゲインは、エンジン負荷及びエンジン回転数によって作成されたマップに基づいて定められる。当該マップは、アクセルペダルの踏み込み等、エンジン負荷が大きくなる場合にはフィードバックゲインが大きくなるように設定されている。なお当該フィードバックゲインを用いる制御は、当該フィードバックゲインを偏差に乗じる比例制御や、偏差の積分値に乗じる積分制御、又は比例積分制御といった種々のフィードバック制御を適用することができる。

すなわち、エンジン負荷が増大したときには、上述マップに基づいて、エンジン負荷が増大する前のものよりも大きなフィードバックゲインが入力されることにより、電動ウォータポンプ６の流量（の傾き）が増大する。これにより、冷却水の水温を速やかに目標水温まで到達させることができる。

ここで、冷却水の目標温度はエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて作成されたマップに基づいて定められている。つまり、運転中におけるエンジン負荷の増大により冷却水の水温が急激に上がったり、負荷の増大と同時に目標水温が低い値に変更されたりすることで、冷却水の水温が瞬時に目標水温から大きく乖離してしまうということも起こり得る。

そこで本実施形態では、図３のフローチャートで示すように、電動ウォータポンプ６の制御は、冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値である１０℃よりも大きいときはエンジン回転数及びエンジン負荷を基に電動ウォータポンプ６の流量を決定するフィードフォワード制御を行い、冷却水の水温と目標水温との差の絶対値が１０℃よりも小さいときはフィードバック制御を行うようにしている。図３を用いて、このような電動ウォータポンプ（電動Ｗ／Ｐ）６及び電子サーモスタット（電子サーモ）８の制御について説明する。

まず、エンジン１の始動とともに冷却水の水温は上昇するが、冷却水の水温が８０℃に到達するまで（ステップＳ１）は、電動ウォータポンプ６の動作を停止するとともに、電子サーモスタット８は閉状態（Ｐ）となっている（ステップＳ２）。

そして実水温が８０℃を超えた後、冷却水の水温すなわち実水温と目標水温との偏差が１０℃を超えた場合（ステップＳ３）には、以下のようにフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御が行なわれる。この場合、目標水温よりも実水温が高い場合（ステップＳ４）には、電子サーモスタット８を開状態（Ｑ）とし、電動ウォータポンプ６の流量を所定の値へと設定する（ステップＳ５）。この所定の値とは、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて作成されたマップに基づいて決定される。また目標水温よりも実水温が低い場合（ステップＳ４）には、電子サーモスタット８を閉状態（Ｐ）とし、電動ウォータポンプ６の流量を所定の値へと設定する（ステップＳ６）。この所定の値とは、前記同様にエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて作成されたマップに基づいて決定される。

一方、実水温と目標水温との偏差が１０℃を超えない場合（ステップＳ３）にはフィードフォバック（Ｆ／Ｂ）制御が行なわれる。この場合、目標水温よりも実水温が高い場合（ステップＳ７）には、電子サーモスタット８を開状態（Ｑ）とし、電動ウォータポンプ６のフィードバックゲインをエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて作成されたマップに定められた値とする（ステップＳ８）。また目標水温よりも実水温が低い場合（ステップＳ７）には、電子サーモスタット８を閉状態（Ｐ）とし、電動ウォータポンプ６のフィードバックゲインをエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて作成されたマップに定められた値とする（ステップＳ９）。このようにして、エンジン負荷の変化により目標水温が変化しても、実水温を速やかに目標水温へと追従させることができる。

以上のような構成とすることにより、本実施形態によれば、エンジン負荷が大きくなると電動ウォータポンプの流量を大きくフィードバック制御することにより、冷却水の水温を目標水温へ速やかに追従させ得るものとなっている。

また本実施形態では、冷却水の水温前記ウォータポンプの制御は、前記冷却水の水温の値と目標値との差が所定値よりも大きいときはエンジン回転数及びエンジン負荷を基に前記ウォータポンプの単位時間当たりの流量を算定するフィードフォワード制御を行い、前記冷却水の水温の値と目標値との差が所定値よりも小さいときは目標値との差に対してフィードバック制御を行うようにしているので、目標水温が変更されたタイミングから制御が実行されるまでのタイムラグを解消し、速やかなに冷却水の水温を目標水温まで到達させ得るものとなっている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では電子サーモスタットは開状態、閉状態の二段階のみとして制御を行う態様を開示したが、勿論、二段階よりも多い多段階に制御したり、無段階に制御したりするような開閉弁としたものであってもよい。そして上記実施形態ではフィードバック制御とフィードフォワード制御とを切り換える際の目標水温と冷却水の実水温との差の絶対値を一例として１０℃に設定したが、勿論他の値に設定しても良い。また目標水温やフィードバックゲイン、フィードフォワード制御に用いる値を決定するマップの具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は電動ウォータポンプによりエンジンの冷却水を循環させるエンジンの冷却装置として利用することができる。

１…エンジン
４…ラジエータ
６…電動ウォータポンプ
８…電子サーモスタット

Claims (2)

1. 電動ウォータポンプと、エンジンとラジエータ間の水量を制御する開閉弁とを備え、前記電動ウォータポンプを駆動させることにより前記エンジン内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させるものであって、
   前記冷却水の水温が目標水温を上回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を増量し、かつ、前記開閉弁を開側に制御してエンジンとラジエータ間の水量を増加するフィードバック制御を行い、
   前記冷却水の水温が目標水温を下回る時点から前記電動ウォータポンプの流量を減量し、かつ、前記開閉弁を閉側に制御するフィードバック制御を行い、
   前記電動ウォータポンプの制御に係るフィードバックゲインは、エンジン負荷に応じて可変とすることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記電動ウォータポンプの制御は、前記冷却水の水温と目標水温との差の絶対値が所定値よりも大きいときは、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードフォワード制御を行い、
   前記冷却水の水温の値と目標値との差の絶対値が所定値よりも小さいときは目標水温との差に応じて前記電動ウォータポンプの流量を決定するフィードバック制御を行う請求項１記載のエンジンの冷却装置。

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