JP2022054789A - 冷却装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料消費率を低くする冷却装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】複数のウォータジャケット13a、13bを備え、シリンダライナ3がX方向の上下に分割されてなる上部3aおよび下部3bを有し、複数のウォータジャケット13a、13bは上部3aおよび下部3bのそれぞれに対応させて配置されて、互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構成である冷却装置10において、下部3bの温度を上昇させる加熱装置25と、ピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する判定パラメータ取得装置22と、制御装置26と、を備え、制御装置26は、判定パラメータ取得装置22が取得した判定パラメータに基づいてピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置25により下部3bの温度を上昇させる制御を行う構成である。【選択図】図1
Description
本発明は、冷却装置およびその制御方法に関し、より詳細には、シリンダライナを冷却する冷却装置およびその制御方法に関する。
シリンダライナを冷却する冷却装置として、互いに独立した第1の冷却回路および第2の冷却回路を備えて、底部側に設けた第2の冷却回路の冷却水温を頂部側に設けた第1の冷却回路の冷却水温よりも低くしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、ピストンとシリンダライナとの間は潤滑油によって潤滑されており、ピストンとシリンダライナとの間の潤滑状態が流体潤滑状態の場合に生じるフリクションは潤滑油の粘性抵抗に依存する。潤滑油の粘性抵抗は温度に対して負の相関となり、温度が低くなるにつれて大きくなる。つまり、特許文献1に記載の冷却装置ではピストンとシリンダライナとの間の潤滑状態が流体潤滑状態の場合に第2の冷却回路により冷却される底部側の粘性抵抗が大きくなる。このように、流体潤滑状態において潤滑油の粘性抵抗が大きくなることは、ピストンとシリンダライナとの間のフリクションが大きくなり、低燃料消費率を妨げる要因となっている。
本開示の目的は、燃料消費率を低くする冷却装置およびその制御方法を提供することである。
上記の目的を達成する本発明の一態様の冷却装置は、往復直動するピストンが内部を摺動するように筒状を成したシリンダライナを冷却する複数のウォータジャケットを備え、前記シリンダライナが前記シリンダライナの筒軸方向の上下に分割されてなる複数の部位を有し、前記複数のウォータジャケットが前記複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて、互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構成である冷却装置において、前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させる加熱装置と、前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する判定パラメータ取得装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記判定パラメータ取得装置が取得した前記判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、前記加熱装置により前記下部の温度を上昇させる制御を行う構成であることを特徴とする。
上記の目的を達成する本発明の一態様の冷却装置の制御方法は、内部をピストンが摺動するように筒状を成したシリンダライナがその筒軸方向の上下に分割された複数の部位を有してなり、それらの複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて互いに独立した複数のウォータジャケットの各々の内部に冷却水を流して前記シリンダライナを冷却する冷却装置の制御方法において、前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得し、取得したその判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かを判定し、流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置により前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、ピストンとシリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態のときに加熱装置によってシリンダライナの下部の温度を上昇させることで、下部の潤滑油の粘性抵抗を小さくできる。これにより、ピストンとシリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態におけるフリクションの低減には有利になり、燃料消費率を低くすることができる。
以下に、本開示における冷却装置およびその制御方法の実施形態について説明する。図中において、エンジン1のピストン2が往復直動する方向で、シリンダライナ3の筒軸方向をX方向とし、エンジン1のクランク軸4の軸方向をY方向とし、X方向およびY方向のそれぞれに直交する方向をZ方向とする。また、冷却装置10の冷却水の流れを塗り潰しの矢印で示し、車速風などの冷却風を白抜きの矢印で示す。加えて、信号線や電線を一点鎖線で示す。なお、図中では、構成が分かり易いように寸法を変化させており、必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。
図1に例示するように、第一実施形態の冷却装置10はエンジン1に搭載され、内部をピストン2が摺動するように筒状を成したシリンダライナ3を冷却する装置である。本実施形態のエンジン1としては四気筒のディーゼルエンジンを例示するが、エンジン1の気筒数および配置位置は特に限定されるものではなく、また、燃料は軽油に限定されるものではない。
冷却装置10は、冷却水が循環する冷却回路11を備え、冷却回路11がウォータポンプ12、ウォータジャケット13a、13b、サーモスタット14、ラジエータ15が介設された冷却路16、および、その冷却路16を迂回する迂回路17を有する。冷却回路11において、冷却水は、ウォータポンプ12、ウォータジャケット13a、13b、サーモスタット14、冷却路16および迂回路17の順に循環するように構成される。また、冷却装置10は冷却ファン18を備える。
ウォータポンプ12は機械式であって、エンジン1のクランク軸4からの回転動力が無端状のベルトやギア機構などの動力伝達機構5を介して伝達され、その回転動力により駆動される。ウォータポンプ12の回転速度はエンジン1の回転速度に依存するが、動力伝達機構5を制御することでその回転速度を調節することが可能な構成にしてもよい。また、ウォータポンプ12は電動モータからの回転動力により駆動される電動式のウォータポンプで構成してもよい。
ウォータジャケット13a、13bはシリンダライナ3の周囲に設けられた冷却水の通路であり、その通路が複数のシリンダライナ3を取り巻くように形成されている。本実施形態のウォータジャケットは上部用ウォータジャケット13aと下部用ウォータジャケット13bとの二つに分割されており、上部用ウォータジャケット13aおよび下部用ウォータジャケット13bは互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構造である。本開示において、互いに独立した構造のウォータジャケットとはウォータジャケットどうしの間で冷却水の行き来がなく、それぞれを流れる冷却水がウォータジャケットの中途位置で混ざり合わないものとする。
図2に例示するように、シリンダライナ3は上部3aと下部3bとを有し、上部用ウォータジャケット13aは上部3aに対応してその上部3aを冷却する構成であり、下部用ウォータジャケット13bは下部3bに対応してその下部3bを冷却する構成である。
上部3aおよび下部3bは、シリンダライナ3がX方向の上下に分割されて成る。上部3aおよび下部3bの境界位置P4は、ピストン2が上死点に位置したときの冠面のである上死点位置P1とピストン2が下死点に位置したときの冠面の位置である下死点位置P2との中間の位置P3よりも上死点位置P1の側に寄った位置である。
図3に例示するように、境界位置P4は、シリンダライナ3の内部で燃料の燃焼が生じた際に、上部用ウォータジャケット13aおよび下部用ウォータジャケット13bのそれぞれを流れる冷却水の温度を同一とした場合に、シリンダライナ3に生じる温度分布に基づいて設定される。この温度分布は、上死点位置P1で最も高い温度になり、上死点位置P1から境界位置P4に向かって温度が下降し、境界位置P4から下死点位置P2まで略同一の温度となる分布である。つまり、境界位置P4は温度分布において高温となる領域とそれ以外との境界を示す位置に設定される。
図1に例示するように、サーモスタット14はそれぞれのウォータジャケットを通過後であって、冷却路16および迂回路17の分岐点に配置される。サーモスタット14は冷却水の温度上昇に伴って膨張し、冷却水の温度低下に伴って収縮する性質を有する熱膨張体により伸縮動作するリフタ(図示しない)を有して、冷却水の温度に応じてそのリフタが伸縮することで、冷却路16および迂回路17に流れる冷却水の流量を調節する。サーモスタット14は全開状態で冷却水を冷却路16のみに流し、全閉状態で冷却水を迂回路17のみに流すように構成される。なお、サーモスタット14はリフトを電熱により強制的に伸縮動作させる電熱式サーモスタットで構成してもよい。
本実施形態の冷却回路11はそれぞれのウォータジャケットを通過後で、かつ、ラジエータ15が介在する冷却路16および迂回路17を通過前の流路にサーモスタット14が配置された出口制御式である。出口制御式の冷却回路11は、エア抜き性を向上でき、かつキャビテーションの発生を抑制できるので耐久性の向上に有利になり、特に、トラックなどの大型車両には好適である。なお、冷却回路11としては、出口制御式に代えて、ラジエータ15を通過後でそれぞれのウォータジャケットを通過する前の流路にサーモスタット14が配置された入口制御式でもよい。入口制御式の冷却回路は出口制御式の冷却回路11と比較して冷却水の温度調整の面で有利になる。
ラジエータ15はエンジン1が搭載された車両の前方側(図1の左側)に配置されて、ラジエータ15の後方側には冷却ファン18が配置される。ラジエータ15は車速風と後続の冷却ファン18による冷却風とを利用して内部を通過する冷却水を冷却する熱交換器である。ラジエータ15としては冷却水が鉛直方向に流れるダウンフロー式のラジエータや冷却水が水平方向に流れるクロスフロー式のラジエータが例示される。
冷却路16はその中途位置にラジエータ15が設けられて冷却水がラジエータ15により冷却される流路である。迂回路17は冷却路16を迂回して冷却水がラジエータ15により冷却されない流路である。
冷却ファン18は機械式であって、エンジン1のクランク軸4からの回転動力がファンクラッチ19を介して伝達され、その回転動力により駆動される。冷却ファン18はファンクラッチ19により駆動する温度帯が調節される。例えば、エンジン1の暖機時にファンクラッチ19により冷却ファン18の駆動が停止される。冷却ファン18の回転速度はエンジン1の回転速度に依存するが、ファンクラッチを制御することでその回転速度を調節することが可能な構成にしてもよい。
上記の構成に加えて、冷却装置10は、水温取得装置21、判定パラメータ取得装置22(回転数取得装置22a、開度取得装置22bの総称であり、符号は図示しない)、補正パラメータ取得装置23、下部温度取得装置24、加熱装置25、および、制御装置26を備えて構成される。冷却装置10は、制御装置26がピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置25によりシリンダライナ3の下部の温度を上昇させる制御を行う構成である。
水温取得装置21はそれぞれのウォータジャケットを通過後で、かつ、サーモスタット14を通過前の冷却水の温度を取得する装置である。なお、水温取得装置21が取得する冷却水の温度は上部用ウォータジャケット13aおよび下部用ウォータジャケット13bのそれぞれを流れた冷却水が混合した状態の温度である。
判定パラメータ取得装置22はピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する装置である。本開示において、判定パラメータとはピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態か否かを判定可能なパラメータである。判定パラメータとしては潤滑の状態を示すストライベック曲線で用いるパラメータであるピストン2の摺動速度や潤滑油の粘度、あるいは、それらのパラメータを推定可能なエンジン1の運転状態を示すパラメータが例示される。本実施形態において判定パラメータ取得装置22はエンジン1の運転状態を示すパラメータを取得する装置であり、エンジン1のエンジン回転数Nxを取得する回転数取得装置22aと、アクセルペダル6のアクセル開度Axを取得する開度取得装置22bとで構成される。エンジン回転数Nxはピストン2の摺動速度と正の相関にある。また、アクセル開度Axはエンジン1の負荷と正の相関にあり、ひいては、潤滑油の温度および潤滑油の粘度と正の相関にある。
補正パラメータ取得装置23はシリンダライナ3に付着した潤滑油の粘度および温度に関する補正パラメータを取得する装置である。本開示において、シリンダライナ3に付着した潤滑油の粘度および温度は、燃料の燃焼や冷却装置10による冷却により変動するものであり、エンジン1のオイルパンに溜まった潤滑油の粘度および温度とは区別するものとする。補正パラメータとはピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態か否かの判定に用いる閾値を補正するパラメータである。補正パラメータとしては潤滑油の粘度の大小に関わるパラメータであり、潤滑油の温度の高低に関わるパラメータでもある。補正パラメータとしては、外気温や大気圧の環境を示すパラメータや、オイルパンに溜まった潤滑油の温度や粘度を示すパラメータが例示される。本実施形態において補正パラメータ取得装置23はエンジン1のオイルパンに溜まった潤滑油の温度を取得する装置で構成される。
下部温度取得装置24は下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txを直接的にあるいは間接的に取得する装置である。本実施形態の下部温度取得装置24は下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txを直に取得する温度センサで構成される。下部温度取得装置24はエンジン1の運転状態や水温取得装置21が取得する冷却水の温度に基づいて下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txを推定する装置で構成されてもよい。
加熱装置25は下部3bの温度を上昇させる装置である。第一実施形態の加熱装置25は下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水量を調節する調節弁で構成される。加熱装置25は下部用ウォータジャケット13bに流入する冷却水の流路または下部用ウォータジャケット13bから流出した冷却水の流路に配置されて、開閉の開度を調節することで下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水量を調節可能な構成である。加熱装置25は、下部3bの温度Txを上昇させる制御において、下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水量を少なくするように閉側の開度に調節される。
制御装置26は、各種情報処理を行う中央演算装置(CPU)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置26は、水温取得装置21、判定パラメータ取得装置22、補正パラメータ取得装置23、下部温度取得装置24、および、加熱装置25に電気的に接続されている。なお、水温取得装置21が取得した冷却水の温度に基づいてウォータポンプ12の回転数や冷却ファン18の回転数を制御する場合に、制御装置26はそれらを制御可能に構成されてもよい。
制御装置26は、機能要素として判定部27および制御部28を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ(PLC)や電気回路で構成されてもよい。
判定部27は判定パラメータ取得装置22および補正パラメータ取得装置23が取得した取得値に基づいて、ピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態か否かを判定する機能要素である。
図4に例示するように、判定部27は、判定パラメータ取得装置22である回転数取得装置22aが取得したエンジン回転数Nxが予め設定された回転数閾値Na以上の場合にピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する。回転数閾値Naは予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。具体的に、回転数閾値Naは、実験、試験、あるいはシミュレーションにより、エンジン回転数Nxごとの潤滑油の粘度、ピストン2の摺動速度、ピストン2からシリンダライナ3が受ける荷重を数値化し、粘度と摺動速度とを乗算した値を荷重で除算して得られる摩擦係数が流体潤滑状態の範囲に収まる領域と外れる領域との境界値として設定される。
また、判定部27は、判定パラメータ取得装置22および補正パラメータ取得装置23が取得した取得値に基づいて、冷却水やシリンダライナ3に付着した潤滑油が熱平衡になったか否かを判定する機能要素でもある。
潤滑油や冷却水は熱容量を有しており、熱平衡になるまでに安定時間が必要であり、単純にエンジン回転数Nxと回転数閾値Naとの比較では潤滑状態が流体潤滑状態になっていない場合がある。そこで、判定部27はエンジン回転数Nxが回転数閾値Na以上になってから経過した回転数経過時間txが予め設定された回転数時間閾値ta以上になったか否かを判定する。
また、エンジン回転数Nxが同一の回転数であっても燃焼温度が異なると潤滑油の温度が異なり、例えば、エンジン1の負荷が小さい場合に燃焼起因の発熱量が少なくなり、シリンダライナ3に付着する潤滑油の温度も低下する。つまり、シリンダライナ3に付着した潤滑油の温度を推定する必要がある。そこで、判定部27は判定パラメータ取得装置22である開度取得装置22bが取得したアクセル開度Axが予め設定した開度閾値Aa以上になってから経過した開度経過時間tyが予め設定された開度時間閾値tb以上になった否かを判定する。
開度閾値Aa、回転数時間閾値taおよび開度時間閾値tbのそれぞれは回転数閾値Naと同様に予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。具体的に、回転数時間閾値taは潤滑油の温度が流体潤滑状態になる温度に安定するまでに要する時間に設定される。開度閾値Aaおよび開度時間閾値tbは燃料の燃焼によりシリンダライナ3に付着した潤滑油の温度が上昇したときの温度が流体潤滑状態になる温度に安定するように設定される。
加えて、判定部27は補正パラメータ取得装置23が取得した取得値に基づいて潤滑状態の判定で用いる閾値を補正する機能要素でもある。例えば、補正パラメータ取得装置23が取得した潤滑油の温度が低くなるにつれてシリンダライナ3に付着した潤滑油の温度も低くなるため、回転数閾値Naが大きくなるように補正する。また、外気温が低くなるにつれてシリンダライナ3に付着した潤滑油の温度も低くなるため、回転数閾値Naが大きくなるように補正する。
制御部28は、判定部27の判定結果が入力されて、その判定結果がピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態である場合に、加熱装置25により下部3bの温度を上昇させる制御を行う機能要素である。また、制御部28は、その判定結果がピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態以外の状態である場合に、加熱装置25による下部3bの温度を上昇させる制御を停止する機能要素である。
図5に例示するように、上昇させる制御は、下部温度取得装置24が取得した下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txを昇温用の範囲Tb~Tdに収めるフィードバック制御である。
上昇させる制御が停止中の場合に、下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txは予め設定された冷却用の範囲Ta~Tbに収められている。冷却用の範囲Ta~Tbとしては80℃~90℃の範囲が例示される。また、冷却水の温度にはオーバーヒート温度Tcが設定されている。このオーバーヒート温度Tcとしては120℃が例示される。なお、上部用ウォータジャケット13aを流れる冷却水の温度も同様である。
昇温用の範囲Tb~Tdは、冷却用の範囲Ta~Tbの上限値Tbよりも高く、オーバーヒート温度Tcよりも低く設定された限界温度Tdよりも低い範囲である。限界温度Tdはシリンダライナ3の表面温度上昇に伴う潤滑油の蒸発の増加による潤滑不良が生じない温度として、予め実験、試験、あるいはシミュレーションにより設定される。
本実施形態の制御部28は潤滑状態が流体潤滑状態である場合に、加熱装置25の開度を閉側にして下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水量を小さくすることで、下部3cの温度を昇温させる。また、制御部28は潤滑状態が流体潤滑状態以外の状態である場合に加熱装置25の開度を全開にして下部ウォータジャケット13を流れる冷却水量を元に戻すことで、下部3cの温度を昇温させる制御を終了する。
図6に例示するように、第一実施形態の冷却装置10の制御方法は、エンジン1の運転中に所定の周期ごとに繰り返し行われる方法である。本開示で、所定の周期とは各取得装置が取得値を取得する周期とする。なお、フロー図における一周期の経過は「リターン」で示す。
補正パラメータ取得装置23が補正パラメータを取得すると(S110)、判定部27が判定で用いる閾値を補正する(S120)。ステップS120において、判定部27は補正パラメータがシリンダライナ3に付着した潤滑油の温度が低い状態を示す場合に判定で用いる閾値を大きくし、潤滑油の温度が高い状態を示す場合に判定で用いる閾値を小さくする。
次いで、判定パラメータ取得装置22が判定パラメータを取得すると(S130)、判定部27がピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かを判定する(S140)。本実施形態のステップS140は、回転数取得装置22aが取得したエンジン回転数Nxが回転数閾値Na以上になってから経過した回転数経過時間txが回転数時間閾値ta以上になり、かつ、開度取得装置22bが取得したアクセル開度Axが開度閾値Aa以上になってから経過した開度経過時間tyが開度時間閾値tb以上になったときにピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する。それ以外のときに潤滑状態が流体潤滑状態以外の状態であると判定する。
流体潤滑状態であると判定すると(S140:YES)、制御部28が加熱装置25により下部3bの温度を上昇させる制御を行う(S150)。一方、流体潤滑状態以外の状態であると判定すると(S140:NO)、制御部28が上昇させる制御を停止する制御を行う(S160)。なお、既に上昇させる制御が行われている場合にステップS150は上昇させる制御を継続するステップであり、上昇させる制御が停止している場合にステッS160はその停止を継続するステップである。以上のステップが繰り返し行われる。
第一実施形態の冷却装置10によれば、ピストン2とシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態のときに加熱装置25によってシリンダライナ3の下部3bの温度を上昇させる。それ故、ピストン2とシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態のときの下部3bに付着した潤滑油の粘性抵抗を小さくできる。それ故、ピストン2とシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態のときのフリクションの低減には有利になり、燃料消費率を低くすることができる。
判定部27は判定パラメータとしてエンジン回転数Nxのみを用いて、エンジン回転数Nxが回転数閾値Na以上になったときにピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成にしてもよい。また、判定部27はエンジン回転数Nxが回転数閾値Na以上になってから経過した回転数経過時間txが回転数時間閾値ta以上になったときにピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成にしてもよい。ただし、第一実施形態の判定部27のように、判定パラメータ取得装置22が取得した取得値と閾値との比較のみではなく、取得値が閾値以上になってから経過した時間に基づいて潤滑状態を判定することで、冷却水や潤滑油の熱容量を考慮した判定が可能となる。さらに、第一実施形態の判定部27のように、判定パラメータとしてエンジン回転数Nxおよびアクセル開度Axの二つのパラメータを用いることで、エンジン1の状態に応じたより詳細な潤滑状態を判定することが可能となる。それ故、判定部27は、判定パラメータとしてエンジン回転数Nxおよびアクセル開度Axの二つのパラメータをそれぞれの閾値と比較し、さらに、それらのパラメータが閾値を超えた経過時間を用いて潤滑状態を判定する構成であることが望ましい。この構成により、ピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態を高精度に判定することが可能となる。
判定部27は補正パラメータを用いて潤滑状態の判定に用いる閾値を補正しない構成にしてもよい。ただし、第一実施形態の判定部27のように、補正パラメータ取得装置23が取得した取得値に基づいて閾値を補正する構成であることが望ましく、ピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態を高精度に判定することが可能となる。なお、第一実施形態の補正パラメータはオイルパンに溜まった潤滑油の温度を用いたが、補正パラメータとしては、オイルパンに溜まった潤滑油の温度の他に、外気温や大気圧の環境を示すパラメータや、オイルパンに溜まった潤滑油の粘度を示すパラメータが例示さる。補正パラメータは、それらのいずれか一つ、あるいは、いくつかの組み合わせ、あるいは、全部を用いてもよい。また、補正パラメータにより補正される閾値としては、回転数閾値Naが例示されるが、判定部27における潤滑状態の判定に用いる閾値のすべての閾値を補正してもよい。
制御部28は加熱装置25の開度と冷却水の温度Txとの相関に基づいたフィードフォワード制御でもよい。ただし、第一実施形態の制御部28のように、下部温度取得装置24が取得した下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txを昇温用の範囲Tb~Tdに収めるフィードバック制御を行うことで、高精度の温度制御には有利になる。
下部温度取得装置24は下部3bの温度を直接的にまたは間接的に取得する装置で構成してもよい。この場合に、制御部28は下部3bの温度と下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の温度Txとの相関に基づいて冷却水の温度Txを昇温用の範囲Tb~Tdに収める制御を行う。
加熱装置25は下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水の流量を調節する調節弁に変えて、下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水をラジエータ15を通過前の冷却水とラジエータ15を通過後の冷却水とに切り替える切替弁で構成されてもよい。また、加熱装置25は調節弁と切替弁とを併用してもよい。
図7および図8に例示するように、第二実施形態の冷却装置10は上記の第一実施形態に対して加熱装置25の代わりに加熱装置29を備え、下部用ウォータジャケット13b、13cの二つに分割されている点が異なる。
下部用ウォータジャケット13b、13cのように、シリンダライナ3の下部3bに対応するウォータジャケットは複数に分割されてもよい。下部用ウォータジャケット13b、13cのように下部3bに対応するウォータジャケットを複数に分割することで、それぞれの内部を流れる冷却水の流量が少なくなり、下部3bの温度を上昇させる制御における応答速度の向上には有利になる。
加熱装置29は下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水または下部3bを直に加熱するヒータで構成される。第二実施形態の加熱装置29は下部用ウォータジャケット13b、13cのそれぞれのシリンダライナ3に接する側の内壁に沿って設置されて、電力を供給することで下部3bを加熱可能な構成である。加熱装置29はシリンダライナ3の下部3bの内部に設置されてもよく、下部用ウォータジャケット13b、13cに流れ込む前の冷却水を加熱し、加熱した状態の冷却水を下部用ウォータジャケット13b、13cに流入させる構成にしてもよい。
既述した実施形態の冷却装置10はピストン2およびシリンダライナ3の間の潤滑状態が流体潤滑状態の場合に上昇させる制御を行うものであるが、上昇させる制御をエンジン1が冷間始動してから暖機完了するまでの間で行うように構成してもよい。これにより、エンジン1が冷間始動してから暖機完了に要する時間を短縮することができる。また、その間のフリクションを低減することも可能となる。
また、第一実施形態の冷却装置10は上昇させる制御を行わない場合の加熱装置25の開度を全開から閉側の開度に設定しておくことで、冷却水の温度がオーバーヒート温度Tcに到達すると予測した場合に、開度を全開にして冷却水の流量を増やして冷却能力を向上させて、オーバーヒートを回避する構成にしてもよい。
冷却装置10は、第一実施形態の調節弁で構成された加熱装置25と、第二実施形態のヒータで構成された加熱装置29との両方の加熱装置を併用した構成としてもよい。この両方の加熱装置を併用した冷却装置10の制御装置26は、上昇させる制御として、加熱装置25により下部用ウォータジャケット13bを流れる冷却水量を少なくする制御と、加熱装置29により下部ウォータジャケット13bを流れる冷却水または下部3bを加熱する制御との両方の制御を行う構成である。
1 エンジン
2 ピストン
3 シリンダライナ
3a 上部
3c 下部
10 冷却装置
13a 上部用ウォータジャケット
13b、13c 下部用ウォータジャケット
22a、22b(22) 判定パラメータ取得装置
25、29 加熱装置
26 制御装置
2 ピストン
3 シリンダライナ
3a 上部
3c 下部
10 冷却装置
13a 上部用ウォータジャケット
13b、13c 下部用ウォータジャケット
22a、22b(22) 判定パラメータ取得装置
25、29 加熱装置
26 制御装置
Claims (12)
- 往復直動するピストンが内部を摺動するように筒状を成したシリンダライナを冷却する複数のウォータジャケットを備え、前記シリンダライナが前記シリンダライナの筒軸方向の上下に分割されてなる複数の部位を有し、前記複数のウォータジャケットが前記複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて、互いに独立して各々の内部を冷却水が流れる構成である冷却装置において、
前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させる加熱装置と、前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得する判定パラメータ取得装置と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記判定パラメータ取得装置が取得した前記判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定したときに、前記加熱装置により前記下部の温度を上昇させる制御を行う構成であることを特徴とする冷却装置。 - 前記下部は前記ピストンが上死点に位置した場合の前記ピストンの冠面の位置である上死点位置と前記ピストンが下死点に位置した場合の前記ピストンの冠面の位置である下死点位置との中間の位置よりも前記上死点位置の側に寄った位置から前記下死点位置までの部位である請求項1に記載の冷却装置。
- 前記加熱装置は、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を調節する調節弁で構成され、前記上昇させる制御は前記調節弁により前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を少なくする制御である請求項1または2に記載の冷却装置。
- 前記加熱装置は、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を直に加熱するヒータで構成され、前記上昇させる制御は前記ヒータにより前記下部ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を加熱する制御である請求項1または2に記載の冷却装置。
- 前記加熱装置は、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を調節する調節弁と、前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を直に加熱するヒータと、で構成され、前記上昇させる制御は、前記調節弁により前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水量を少なくする制御と、前記ヒータにより前記下部ウォータジャケットを流れる冷却水または前記下部を加熱する制御との二つの制御である請求項1または2に記載の冷却装置。
- 前記判定パラメータ取得装置は前記判定パラメータとしてエンジン回転数を取得する回転数取得装置を有し、前記制御装置は前記回転数取得装置が取得した前記エンジン回転数が予め設定された回転数閾値以上の場合に前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成である請求項1~5のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記制御装置は前記回転数取得装置が取得した前記エンジン回転数が前記回転数閾値以上になってから経過した回転数経過時間が予め設定された回転数時間閾値以上になったときに前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成である請求項6に記載の冷却装置。
- 前記判定パラメータ取得装置はアクセル開度を取得する開度取得装置を有し、前記制御装置は前記回転数経過時間が前記回転数時間閾値以上になり、かつ、前記開度取得装置が取得した前記アクセル開度が予め設定された開度閾値以上になってから経過した開度経過時間が予め設定した開度時間閾値以上になったときに前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であると判定する構成である請求項7に記載の冷却装置。
- 前記シリンダライナに付着する潤滑油の粘度および温度に関する補正パラメータを取得する補正パラメータ取得装置を備え、
前記制御装置は、前記補正パラメータ取得装置が取得した前記補正パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かの判定に用いる閾値を補正する構成である請求項6~8のいずれか1項に記載に冷却装置。 - 前記上昇させる制御が停止中の前記複数のウォータジャケットのうちの前記下部に対応させて配置された下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度は予め設定された冷却用の範囲内に収められており、前記制御装置は前記上昇させる制御として前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を前記冷却用の範囲の上限値よりも高く、予め設定された限界温度よりも低い昇温用の範囲に収める制御を行う構成である請求項1~9のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度または前記下部の温度を取得する下部温度取得装置を備え、前記上昇させる制御は前記下部温度取得装置が取得した温度に基づいて前記下部用ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を前記昇温用の範囲に収めるフィードバック制御である請求項10に記載の冷却装置。
- 内部をピストンが摺動するように筒状を成したシリンダライナがその筒軸方向の上下に分割された複数の部位を有してなり、それらの複数の部位のそれぞれに対応させて配置されて互いに独立した複数のウォータジャケットの各々の内部に冷却水を流して前記シリンダライナを冷却する冷却装置の制御方法において、
前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態に関する判定パラメータを取得し、
取得したその判定パラメータに基づいて前記ピストンおよび前記シリンダライナの間の潤滑状態が流体潤滑状態であるか否かを判定し、
流体潤滑状態であると判定したときに、加熱装置により前記複数の部位のうちの下側に配置された下部の温度を上昇させることを特徴とする冷却装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020161998A JP2022054789A (ja) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 冷却装置およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020161998A JP2022054789A (ja) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 冷却装置およびその制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022054789A true JP2022054789A (ja) | 2022-04-07 |
Family
ID=80997846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020161998A Pending JP2022054789A (ja) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 冷却装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022054789A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11937358B1 (en) | 2022-11-14 | 2024-03-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Engine |
-
2020
- 2020-09-28 JP JP2020161998A patent/JP2022054789A/ja active Pending
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US11937358B1 (en) | 2022-11-14 | 2024-03-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Engine |
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