JP2018080608A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】切替弁の異常判定における誤判定を抑制可能な冷却システムを提供する。
【解決手段】ＥＣＵ３２は、切替弁３０を開弁状態にするための指令を切替弁３０に送った状態において、水温センサ１４，２７の出力の差分が所定温度以上であったとしても、ウォータポンプ１０の目標回転数と実回転数との差分が所定回転数以上である場合には切替弁３０の異常判定を非実行とする。この冷却システム１によれば、水路内にエアが生じている可能性が高い場合には切替弁３０の異常判定が非実行とされるため、切替弁３０の異常判定における誤判定が生じる可能性を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本開示は、冷却システムに関し、特に、内燃機関を冷却するように構成された冷却システムに関する。

国際公開第２０１４／１７８１１２号（特許文献１）は、内燃機関を冷却するように構成された冷却システムを開示する。この冷却システムは、内燃機関の内部を通過する第１の冷却水回路と、内燃機関の内部を通過しない第２の冷却水回路とを備える。第１の冷却水回路と第２の冷却水回路との間にはバルブが設けられている。バルブが閉弁状態である場合には、第２の冷却水回路の冷却水は循環するが、第１の冷却水回路の冷却水はほとんど循環しない。一方、バルブが開弁状態である場合には、第１及び第２の冷却水回路の双方の冷却水が循環する。

バルブが閉弁状態である場合には、第１の冷却水回路の冷却水は内燃機関の内部を通過するため、第１の冷却水回路の冷却水の温度は、第２の冷却水回路の冷却水の温度よりも高い。一方、バルブが開弁状態である場合には、第１及び第２の冷却水回路の各々を循環する冷却水が混ざり合うため、各々の冷却水回路を循環する冷却水の温度差は小さくなる。そのため、この冷却システムにおいては、バルブを開弁状態にするための指令がバルブに送られたにも拘わらず、第１及び第２の冷却水回路の各々の冷却水の温度差が所定温度以上である場合には、バルブが閉故障していると判定される（特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／１７８１１２号

上記特許文献１に開示される冷却システムにおいては、第１及び第２の冷却水回路の冷却水の温度は水温センサによって検知される。水温センサの周辺にエア（気泡）が存在する場合には、水温センサの検知精度が低下する可能性がある。したがって、上記特許文献１に開示される冷却システムにおいて、水温センサの周辺にエアがある場合には、バルブ（切替弁）が開弁状態になっているにも拘わらず、バルブが閉故障していると誤判定される可能性がある。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、切替弁の異常判定における誤判定を抑制可能な冷却システムを提供することである。

本開示の冷却システムは、内燃機関を冷却するように構成されている。冷却システムは、第１及び第２の水路と、ポンプと、切替弁と、第１及び第２の水温センサと、制御装置とを備える。第１の水路は、内燃機関の内部を通過して冷却水を循環させるように構成されている。第２の水路は、内燃機関の内部を通過することなく前記冷却水を循環させるように構成されている。ポンプは、第１及び第２の水路において冷却水を循環させるように構成されている。切替弁は、内燃機関の下流側に配置され、かつ、開弁状態と閉弁状態とを切り替えることによって第１の水路から第２の水路への冷却水の流出量を調整するように構成されている。第１の水温センサは、第１の水路において内燃機関と切替弁との間に配置されている。第２の水温センサは、第２の水路において、切替弁を介して第１の水路が合流する位置よりも下流側に配置されている。制御装置は、切替弁の異常判定を行なうとともに、ポンプの実回転数が目標回転数に近付くようにポンプを制御する。制御装置は、切替弁を開弁状態にするための指令を切替弁に送った状態において、第１及び第２の水温センサの出力の差分が所定温度以上であったとしても、ポンプの実回転数と目標回転数との差分が所定回数以上である場合には異常判定を非実行とする。

この冷却システムにおいては、切替弁の開指令時に、第１及び第２の水温センサの出力の差分が所定温度以上であったとしても、ポンプの実回転数と目標回転数との差分が所定回数以上である場合（水路内にエアが多く含まれている可能性が高い場合）には切替弁の異常判定が非実行とされる。したがって、この冷却システムによれば、水路内のエアが原因となって切替弁の異常判定における誤判定が生じる可能性を低減することができる。

本開示によれば、切替弁の異常判定における誤判定を抑制可能な冷却システムを提供することができる。

エンジンを搭載した車両の冷却システムの概略構成を示す図である。 冷間、半暖機時、及び、完全暖機後の各々において冷却水が流れる経路を説明するための図である。 切替弁の異常判定の処理手順を示すフローチャートである。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［冷却システムの構成］
図１は、エンジンを搭載した車両の冷却システムの概略構成を示す図である。図中、各矢印は、冷却水が通過する配管を示す。なお、一点鎖線で示される矢印は、センサ出力又は制御信号出力を示す。複数の配管によって冷却水が循環する水路が形成されている。冷却システム１においては、各配管に冷却水が流れることによって、エンジン２６（後述）等が冷却又は暖機される。

図１を参照して、冷却システム１は、ウォータポンプ１０と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ１２と、ＥＧＲバルブ１６と、スロットルボディ１８と、ヒータコア２０と、排気熱回収器２２と、エンジン２６と、切替弁３０と、水温センサ１４，２７と、ラジエータ２８と、サーモスタット２４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２とを備える。

ウォータポンプ１０は、電動機により駆動されることによって冷却水を水路内で循環させるように構成されている。ウォータポンプ１０は、サーモスタット２４側からＥＧＲクーラ１２及びエンジン２６側に冷却水を吐出する。ウォータポンプ１０の回転数は、不図示のセンサにより検知される。検知結果は、ＥＣＵ３２に出力される。

ＥＧＲクーラ１２は、配管を介してウォータポンプ１０に接続されている。ＥＧＲクーラ１２は、冷却水によってＥＧＲガスを冷却するように構成されている。ＥＧＲバルブ１６は、配管を介してＥＧＲクーラ１２に接続されている。ＥＧＲバルブ１６は、冷却水によって冷却される。スロットルボディ１８は、配管を介してＥＧＲバルブ１６に接続されている。スロットルボディ１８は、ＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲバルブ１６を通過することによって温まった冷却水によって暖機される。これにより、スロットルボディ１８の凍結が防止される。

ヒータコア２０は、配管を介してＥＧＲクーラ１２に接続されている。ヒータコア２０は、ＥＧＲクーラ１２を通過することによって温まった冷却水によって空気を暖めるように構成されている。ヒータコア２０によって暖められた空気は、たとえば、暖房やデフロスタのために送風機によって車室内に送風される。排気熱回収器２２は、配管を介してヒータコア２０に接続されている。排気熱回収器２２は、排気ガスの熱によって冷却水を温めるように構成されている。

エンジン２６は、配管（不図示）を介してウォータポンプ１０に接続されている。エンジン２６の内部には配管が設けられており、配管内を通過する冷却水によってエンジン２６は冷却される。

切替弁３０は、配管を介してエンジン２６に接続されている。切替弁３０は、開弁状態と閉弁状態とを切り替え可能に構成されている。切替弁３０が開弁状態である場合には、エンジン２６を通過した冷却水は、ＥＧＲクーラ１２及びラジエータ２８へ送出される。一方、切替弁３０が閉弁状態である場合には、エンジン２６を通過した冷却水のＥＧＲクーラ１２への送出は抑制される。切替弁３０は、たとえばＦＳＶ（Flow Shutting Valve）で構成されている。

水温センサ２７は、エンジン２６と切替弁３０との間に配置され、エンジン２６の下流側を流れる冷却水（エンジン２６で温められた冷却水）の温度を測定するように構成されている。水温センサ１４は、切替弁３０及びＥＧＲクーラ１２を接続する配管と、ウォータポンプ１０及びＥＧＲクーラ１２を接続する配管との合流地点の下流側に配置されている。水温センサ１４は、切替弁３０の開弁時には、エンジン２６をバイパスした冷却水とエンジン２６で温められた冷却水とが混ざり合った冷却水の温度を測定するように構成されている。また、水温センサ１４は、切替弁３０の閉弁時には、エンジン２６をバイパスした冷却水の温度を測定するように構成されている。すなわち、切替弁３０が開弁状態である場合には閉弁状態である場合よりも、水温センサ１４によって検知される水温が上昇し、水温センサ１４，２７の各々によって検知される水温の差分が小さくなる。水温センサ２７，１４の検知結果は、ＥＣＵ３２に出力される。

ラジエータ２８は、配管を介してエンジン２６に接続されている。ラジエータ２８は、エンジン２６を通過して温められた冷却水と外気との間で熱交換を行なうことによって冷却水の熱を放熱するように構成されている。

サーモスタット２４は、配管を介して、スロットルボディ１８、排気熱回収器２２及びラジエータ２８に接続されている。サーモスタット２４は、冷却水の水温に応じて開閉する弁２４ａを含んでいる。弁２４ａには、ラジエータ２８の下流側に設けられた配管が接続されている。弁２４ａは、たとえば、サーモスタット２４を通過する冷却水の温度が高温である場合に開弁し、冷却水の温度が低温である場合に閉弁する。したがって、スロットルボディ１８及び排気熱回収器２２から流入する冷却水の温度が高温になると、弁２４ａが開弁状態となり、ラジエータ２８により冷却された冷却水がサーモスタット２４を通過する。一方、スロットルボディ１８及び排気熱回収器２２から流入する冷却水の温度が低温である場合には、弁２４ａが閉弁状態となり、ラジエータ２８により冷却された冷却水のサーモスタット２４の通過が抑制される。

ＥＣＵ３２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサからの情報に基づいて、たとえばウォータポンプ１０及び切替弁３０を制御する。

ＥＣＵ３２は、たとえば、ウォータポンプ１０の実回転数が目標回転数に近付くようにウォータポンプ１０を制御するように構成されている。

また、ＥＣＵ３２は、たとえば、切替弁３０の異常判定を行なうように構成されている。切替弁３０の異常判定については後程詳しく説明する。

なお、ウォータポンプ１０、エンジン２６、ラジエータ２８、及び、サーモスタット２４を接続する配管によって形成される水路は、「第１の水路」に対応する。また、ウォータポンプ１０、ＥＧＲクーラ１２、ヒータコア２０、排気熱回収器２２、及び、サーモスタット２４を接続する配管によって形成される水路は、「第２の水路」に対応する。なお、第２の水路において、冷却水は、エンジン２６をバイパスする配管を通って、ウォータポンプ１０からＥＧＲクーラ１２に流入する。

［冷却水の循環経路］
図２は、エンジン２６の冷間、半暖機時、及び、完全暖機後の各々において冷却水が流れる経路を説明するための図である。図２を参照して、左方は冷間における冷却水の経路並びにサーモスタット２４及び切替弁３０の弁状態を示し、中央は半暖機時における冷却水の経路並びにサーモスタット２４及び切替弁３０の弁状態を示し、右方は完全暖機後における冷却水の経路並びにサーモスタット２４及び切替弁３０の弁状態を示す。

図２左方を参照して、冷間においては、サーモスタット２４及び切替弁３０は閉弁状態である。冷間においてはエンジン２６を冷却する必要がないからである。この状態においては、エンジン２６を通過した冷却水はほとんど切替弁３０を通過せず、また、ラジエータ２８を通過した冷却水もほとんどサーモスタット２４を通過しない。すなわち、水路４２（第２の水路）において冷却水が循環する一方、水路４０（第１の水路）においてはほとんど冷却水が循環しない。

図２中央を参照して、半暖機時においては、サーモスタット２４は閉弁状態であるが、切替弁３０は開弁状態に切り替えられる。エンジン２６のオーバーヒートを抑制するためである。これにより、エンジン２６から流入する冷却水が切替弁３０を通過することによって循環するため、エンジン２６が冷却される。一方、ラジエータ２８を通過した冷却水は、ほとんどサーモスタット２４を通過しない。

図２右方を参照して、完全暖機後においては、サーモスタット２４及び切替弁３０は開弁状態となる。ラジエータ２８により冷却された冷却水を用いてエンジン２６を冷却するためである。これにより、エンジン２６を通過した冷却水及びラジエータ２８を通過した冷却水は、切替弁３０及びサーモスタット２４をそれぞれ通過する。その結果、ラジエータ２８を通過した冷却水によって水路４０，４２を循環する冷却水の温度が下げられ、温度が下げられた冷却水によってエンジン２６が冷却される。

［切替弁の異常判定の精度向上］
冷却システム１においては、上述のように、切替弁３０の異常判定が行なわれる。特に、ここでは、ＥＣＵ３２が切替弁３０に対して開弁指令を送っているにも拘わらず、切替弁３０が開弁しない異常（閉故障）を検知する方法について説明する。

再び図１を参照して、水温センサ２７は、エンジン２６の下流側の冷却水の温度を測定する。一方、水温センサ１４は、切替弁３０の開弁時にエンジン２６から流入する冷却水とウォータポンプ１０からエンジン２６をバイパスして流入する冷却水との合流地点の下流において冷却水の温度を測定する。上述のように、切替弁３０の開弁時にはエンジン２６の下流側の冷却水が水温センサ１４側に流入するため、閉弁時よりも水温センサ１４により検知される水温が上昇する。その結果、水温センサ１４，２７の各々によって検知される水温の差分が小さくなる。

そこで、本実施の形態に従う冷却システム１において、ＥＣＵ３２は、切替弁３０に対して開弁指令を送った後に、水温センサ１４，２７の検知結果の差分を参照することによって切替弁３０の異常判定（閉故障が生じているか否かの判定）を実行する。この制御は、切替弁３０に対して開弁指令が送られているにも拘わらず、水温センサ１４，２７の各々によって検知された水温の差分が所定温度以上である場合には、切替弁３０が開弁していない可能性が高いという考えに基づいている。なお、所定温度とは、たとえば、実験等を通じて予め定められた温度である。

しかしながら、水温センサ１４，２７の少なくとも一方の周辺にエア（気泡）が存在する場合には、水温センサ１４，２７の検知精度が低下する可能性がある。したがって、仮に水温センサ１４，２７の各々によって検知される水温の差分が所定温度以上である場合に常に切替弁３０が閉故障していると判定されると、水温センサ１４，２７の周辺にエアがある場合には、切替弁３０が閉故障していないにも拘わらず切替弁３０が閉故障していると誤判定される可能性がある。

水温センサ１４，２７の周辺にエアがある可能性が高い場合には、ウォータポンプ１０もエア噛みを生じている可能性が高い。ウォータポンプ１０がエア噛みを生じると、ウォータポンプ１０の実回転数が目標回転数よりも大きくなる。したがって、ウォータポンプ１０の実回転数と目標回転数との差分が所定回転数以上である場合には、ウォータポンプ１０がエア噛みを生じているといえ、水路内にエアが生じているといえる。なお、所定回転数とは、たとえば、実験等を通じて予め定められた温度である。

そこで、本実施の形態に従う冷却システム１において、ＥＣＵ３２は、切替弁３０を開弁状態にするための指令を切替弁３０に送った状態において、水温センサ１４，２７の出力の差分が所定温度以上であったとしても、ウォータポンプ１０の目標回転数と実回転数との差分が所定回数以上である場合には切替弁３０の異常判定を非実行とする。したがって、この冷却システム１によれば、水路内にエアが生じている可能性が高い場合には切替弁３０の異常判定が非実行とされるため、切替弁３０の異常判定における誤判定が生じる可能性を低減することができる。

［切替弁の異常判定の処理手順］
図３は、切替弁の異常判定の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば、水温センサ１４により検知された水温が予め定められた温度以下である等、本処理の精度を確保可能な条件が成立した状態において、ＥＣＵ３２によって切替弁３０に対して開弁指令が送られた後に実行される。

図３を参照して、ＥＣＵ３２は、水温センサ１４，２７の検知結果の差分が所定温度以上か否かを判定する（ステップＳ１００）。水温センサ１４，２７の検知結果の差分が所定温度未満であると判定されると（ステップＳ１００においてＮＯ）、切替弁３０が開弁している可能性が高いため、処理はリターンに移行する。

一方、水温センサ１４，２７の検知結果の差分が所定温度以上であると判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、切替弁３０が閉故障している可能性があるため、ＥＣＵ３２は、ウォータポンプ１０の実回転数と目標回転数との差分が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。たとえば、この判定は、ウォータポンプ１０の目標回転数が低回転域にある場合に行なわれる。

ウォータポンプ１０の実回転数と目標回転数との差分が所定回転数以上である場合には（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、水路内のエアが原因で水温センサ１４，２７の少なくとも一方が正確に水温を検知できていない可能性があるため、ＥＣＵ３２は、切替弁３０の異常判定を非実行とする（ステップＳ１２０）。

一方、ウォータポンプ１０の実回転数と目標回転数との差分が所定回転数未満である場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ＥＣＵ３２は、ウォータポンプ１０が最大出力で所定時間（たとえば、数秒）駆動するようにウォータポンプ１０を制御する（ステップＳ１３０）。その後、ＥＣＵ３２は、ウォータポンプ１０の最大出力時の回転数に基づいてウォータポンプ１０が空転しているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。

ウォータポンプ１０が空転していると判定されると（ステップＳ１４０においてＹＥＳ）、水路内のエアが原因で水温センサ１４，２７の少なくとも一方が正確に水温を検知できていない可能性があるため、ＥＣＵ３２は、切替弁３０の異常判定を非実行とする（ステップＳ１２０）。一方、ウォータポンプ１０が空転していないと判定されると（ステップＳ１４０においてＮＯ）、ＥＣＵ３２は、切替弁３０が異常である（閉故障している）と判定する（ステップＳ１５０）。

以上のように、本実施の形態に従う冷却システム１において、ＥＣＵ３２は、切替弁３０を開弁状態にするための指令を切替弁３０に送った状態において、水温センサ１４，２７の出力の差分が所定温度以上であったとしても、ウォータポンプ１０の目標回転数と実回転数との差分が所定回数以上である場合には切替弁３０の異常判定を非実行とする。したがって、この冷却システム１によれば、水路内にエアが生じている可能性が高い場合には切替弁３０の異常判定が非実行とされるため、切替弁３０の異常判定における誤判定が生じる可能性を低減することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 冷却システム、１０ ウォーターポンプ、１２ ＥＧＲクーラ、１４，２７ 水温センサ、１６ ＥＧＲバルブ、１８ スロットルボディ、２０ ヒータコア、２２ 排気熱回収器、２４ サーモスタット、２６ エンジン、２８ ラジエータ、３０ 切替弁、３２ ＥＣＵ、４０，４２ 水路。

Claims (1)

1. 内燃機関を冷却するように構成された冷却システムであって、
   前記内燃機関の内部を通過して冷却水を循環させるように構成された第１の水路と、
   前記内燃機関の内部を通過することなく前記冷却水を循環させるように構成された第２の水路と、
   前記第１及び第２の水路において前記冷却水を循環させるように構成されたポンプと、
   前記内燃機関の下流側に配置され、かつ、開弁状態と閉弁状態とを切り替えることによって前記第１の水路から前記第２の水路への前記冷却水の流出量を調整するように構成された切替弁と、
   前記第１の水路において前記内燃機関と前記切替弁との間に配置された第１の水温センサと、
   前記第２の水路において、前記切替弁を介して前記第１の水路が合流する位置よりも下流側に配置された第２の水温センサと、
   前記切替弁の異常判定を行なうとともに、前記ポンプの実回転数が目標回転数に近付くように前記ポンプを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記切替弁を前記開弁状態にするための指令を前記切替弁に送った状態において、前記第１及び第２の水温センサの出力の差分が所定温度以上であったとしても、前記実回転数と前記目標回転数との差分が所定回数以上である場合には前記異常判定を非実行とする、冷却システム。

Images