JP5027289B2

JP5027289B2 - エンジン冷却装置

Info

Publication number: JP5027289B2
Application number: JP2010215131A
Authority: JP
Inventors: 陽平明石; 英之田中; 益崇渡邉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: JP2012067718A

Description

この発明は、自動車など車両のエンジンを、電動ウォータポンプによる冷却水の循環により冷却するエンジン冷却装置に関するものである。

従来、自動車などに搭載されるエンジンでは、冷却水をエンジンのウォータジャケット内に循環させ、高温になった冷却水をラジエータにより放熱して、設定された温度の範囲内で運転するのが一般的である。ここで冷却水の循環は、エンジンの出力によりベルト駆動される機械式ウォータポンプで行なうものが主流であった。

しかし、近年では、冷却水の循環には電動機で駆動する電動ウォータポンプが提案されている。電動ウォータポンプは、機械式ウォータポンプと異なりエンジンの回転数から独立して駆動することができるため、必要に応じた最適な冷却水流量を循環させることでウォータポンプの動力を減じ、燃費の向上を図ることが可能になる。

また、エンジンの潤滑油の温度は、高温の方がオイル粘度が低下して機械損失が減少することが知られており、エンジン暖機時には、電動ウォータポンプを停止あるいは間欠駆動させ、冷却水の循環量を減じ、エンジンの早期暖機を行なうことで、燃費の向上を図ることができる。

例えば特許文献１には、エンジンとラジエータの間に冷却水を循環させる電動ウォータポンプを持ち、水温センサによって検出される冷却水温と油温センサによって検出される潤滑油温に応じて電動ウォータポンプの加速制御あるいは減速制御させるものが示されている。

特開２００７−２４０１３号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものでは、冷却水温と潤滑油温によって電動ウォータポンプの制御を行うため、水温センサや油温センサの周辺以外の場所、例えばエンジンの出力が大きくなりエンジンの発熱量によってエンジンが局所的に高温になった場合は、電動ウォータポンプの制御が行なわれずに冷却水の部分沸騰による気泡の発生が生じる可能性がある。

この発明の目的は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、燃費を向上させるためにエンジンの機械損失を極力減らすべく、早期暖機、水温制御、あるいは油温制御を行いながら、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水温の上昇による冷却水や冷却経路の劣化を防止するエンジン冷却装置を提供することである。

この発明に係るエンジン冷却装置は、車両のエンジンを、電動ウォータポンプによる冷却水の循環により冷却するエンジン冷却装置において、前記エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段と、前記エンジンの潤滑油の温度を検出する潤滑油温検出手段と、前記エンジンの出力を算出するとともに、前記各手段から得られる情報に基づいて前記ウォータポンプの運転制御をするエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）とを備え、前記ＥＣＵは、前記エンジンの出力が予め定められた閾値以下の場合（第１の制御モード）では、前記水温と前記油温に基づいて前記電動ウォータポンプを運転し、前記エンジンの出力が予め定められた前記閾値より大きい場合（第２の制御モード）では、前記水温と前記油温によらずに前記電動ウォータポンプを運転するものであると同時に、前記ＥＣＵは、前記エンジンの暖機状態を判定するエンジン暖機状態判定機能を備え、少なくとも前記エンジンの冷却水温や潤滑油温から暖機状態を判定し、前記暖機状態の判定結果に応じて、前記制御モードの切替に使用される前記エンジン出力の閾値を変更するものである。

この発明では、電動ウォータポンプを、エンジンの出力が、定められた閾値よりも低い場合はエンジンの冷却水温と潤滑油温に基づいて制御し、エンジンの出力が定められた閾値よりも高い場合はエンジン出力に応じて制御する。これにより、燃費を向上させるためにエンジンの機械損失を極力減らすべく早期暖機、水温制御、あるいは油温制御を行いながら、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水温の上昇による冷却水や冷却経路の劣化を防止することができるエンジン冷却装置を提供することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係るエンジン冷却装置を示す図である。実施の形態１において使用される電動ウォータポンプの制御動作を示すフローチャートである。実施の形態１に係る電動ウォータポンプの動作制御モードの判定閾値の変更を説明する概念図である。実施の形態１に係る電動ウォータポンプの動作制御モードの判定閾値が持つヒステリシスを説明する概念図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジン冷却装置の冷却系を示す図であり、好ましい形態の一つを示す概略構成図である。

エンジン１は、例えば自動車の走行に使用される駆動力を発生させるものである。エンジン１はエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）１１と接続されており、ＥＣＵ１１によって制御されている。

エンジン１及びトランスミッション２は、図示していないが、ピストンや吸排気バルブやカムや駆動ギアなどの摺動部を持っており、潤滑油の循環を行なう必要があるため、エンジン１の内部に設けられ出力軸に直結あるいはベルト駆動されるオイルポンプ（図示せず）によって潤滑油の循環を行っている。上記潤滑油の循環経路には潤滑油温検出手段である油温センサ９が設けられている。油温センサ９はＥＣＵ１１に接続されており、ＥＣＵ１１は潤滑油温度の情報を持つ。潤滑油はオイルクーラ（図示せず）により冷却水との熱交換が行なわれる。

エンジン１は内部のシリンダで燃料を爆発させ動力を取り出すため、エンジンブロックなどの高温部の冷却が必須となる。そのため、エンジン１を冷却するための冷却水用の冷却経路１０が設けられている。冷却経路１０はエンジン１を含む主幹通路と、これから枝分かれして熱交換器５に至る通路と、さらに主幹通路から枝分かれしてラジエータ３に至る通路を含んでいる。さらにまた、上記冷却経路１０には、ラジエータ３のバイパス通路４が設けられ、ラジエータ３側とバイパス通路４との切替えは、サーモスタット切替弁７により行われる。冷却経路１０には、冷却水を循環させる電動ウォータポンプ６と冷却水温検出手段である水温センサ８が設置されており、ＥＣＵ１１は水温センサ８によって水温の情報を取得し、電動ウォータポンプ６の動作を制御することができる。

ＥＣＵ１１にはそれ以外にも各種センサが接続されており、運転者の要求やエンジンの動作状態や車両の運転状態に応じてエンジンの制御を行っている。例えば、ＥＣＵ１１にはエンジン１に設けられたクランク角センサ（図示せず）などによってエンジン回転数を算出し、エンジン１に設けられた吸気圧センサ（図示せず）の吸気圧やエアーフローセンサ（図示せず）の吸気流量やインジェクタ（図示せず）による燃料の噴射量などから出力トルクを算出することができる。ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどからなる算術論理演算回路であり、これらの情報をＲＡＭやＲＯＭなどに格納することができる。

上記ラジエータ３は車両の前方に設けられ、車両の走行により発生する車速風あるいはラジエータファン（図示せず）によって冷却水の冷却を行なう。ただし、上述したように、ラジエータ３への冷却通路には開閉を行なうサーモスタット切替弁７が設けられており、冷却水温が低温で冷却水の冷却が不要な場合は、ラジエータ３への冷却通路は閉じ冷却水の冷却は行なわない。その場合に電動ウォータポンプ６を動作させ冷却水を流す時は、冷却水はバイパス通路４を介して循環する。

次に、エンジン冷却装置の電動ウォータポンプの制御方法について、図２のフローチャートを用いて具体的な動作を説明する。図２はスタートとエンドの間にステップＳ２０１からＳ２０８を含んでいる。

先ず、ステップＳ２０１で、ＥＣＵ１１は水温センサ８から冷却水温情報Ｔ_ＷＮを、油温センサ９から潤滑油温情報Ｔ_ＯＮを取得し、ＥＣＵ１１内部のメモリに格納する。

次のステップＳ２０２で、ＥＣＵ１１はエンジン１の回転数ＮＥとトルクＴＲＱを算出し、エンジン動作点に応じた目標冷却水温Ｔ_ＷＡと目標潤滑油温Ｔ_ＯＡを定める。すなわちＥＣＵ１１は事前に定められた計算式、あるいは事前に定められたマップを用いて目標温度設定を行なう。

次のステップＳ２０３で、ＥＣＵ１１はエンジン１の出力Ｔ_ＥＮＧを算出する。エンジン出力Ｔ_ＥＮＧは、エンジン１の回転数ＮＥとトルクＴＲＱの乗算により算出される。算出されたエンジン出力Ｔ_ＥＮＧが事前に定められた閾値Ｔ_ｔｈ（例えば１０ｋＷ）よりも大きい場合の制御を第２の制御モード（制御モード２）と呼び、エンジン出力が閾値Ｔ_ｔｈを上回る度合いに応じてステップＳ２０８で電動ウォータポンプ６の回転数を加速させる制御を行い、冷却を行なう。なお、エンジン出力閾値１０ｋＷは一例であり、エンジンにより設定される値である。

逆にエンジン出力Ｔ_ＥＮＧが閾値Ｔ_ｔｈよりも小さい場合の制御を第１の制御モード（制御モード１）と呼び、ステップＳ２０４で潤滑油温Ｔ_ＯＮと目標潤滑油温Ｔ_ＯＡの比較を行なう。潤滑油温Ｔ_ＯＮが目標潤滑油温Ｔ_ＯＡより大きい場合は、潤滑油温Ｔ_ＯＮが目標潤滑油温Ｔ_ＯＡを上回る度合いに応じてステップＳ２０６で電動ウォータポンプ６の回転数を加速させる制御を行い、冷却を行なう。

潤滑油温Ｔ_ＯＮが目標潤滑油温Ｔ_ＯＡより小さい場合は、Ｓ２０５で冷却水温Ｔ_ＷＮと目標冷却水温Ｔ_ＷＡの比較を行なう。冷却水温Ｔ_ＷＮが目標冷却水温Ｔ_ＷＡより大きい場合は、冷却水温Ｔ_ＷＮが目標冷却水温Ｔ_ＷＡを上回る度合いと潤滑油温Ｔ_ＯＮが目標潤滑油温Ｔ_ＯＡを下回る度合いに応じてＳ２０６で電動ウォータポンプ６の回転数を加速させる制御を行う。これによりオイルクーラで潤滑油と冷却水の熱交換量が大きくなり早期に目標冷却水温、目標潤滑油温に近づける。

冷却水温Ｔ_ＷＮが目標冷却水温Ｔ_ＷＡより小さい場合は、冷却水温Ｔ_ＷＮが目標冷却水
温Ｔ_ＷＡを下回る度合いと潤滑油温Ｔ_ＯＮが目標潤滑油温Ｔ_ＯＡを下回る度合いに応じてステップＳ２０７で電動ウォータポンプ６の回転数を減速させる制御を行い、早期に目標冷却水温、目標潤滑油温に近づける。

なお、水温センサ８（前記冷却水温検出手段）あるいは油温センサ９（前記潤滑油温検出手段）が故障した場合は、電動ウォータポンプ６を連続駆動させる。

以上、本実施の形態によると、燃費を向上させるためにエンジンの機械損失を極力減らすべく早期暖機、水温制御、あるいは油温制御を行いながら、エンジン出力が大きい場合に部分的な冷却水温の上昇により冷却水や冷却経路の劣化を防止することができるエンジン冷却装置を得ることができる。

本実施の形態では、電動ウォータポンプの回転数を加速、減速させるとしたが、電動ウォータポンプの駆動頻度を増減させてもよい。つまり、回転数を１００％から５０％に減速させる代わりに、回転数を１００％のまま駆動デューティー（Ｄｕｔｙ）を５０％（つまり、１０秒ＯＮ、１０秒ＯＦＦなど）にしても同等の冷却効果が得られる。これによって電動ウォータポンプの回転数を変更せず電動ウォータポンプの効率の良い動作点を使用でき、電動ウォータポンプの消費電力を削減することが可能になる。

さらにエンジン出力の閾値Ｔ_ｔｈは、図３に示すようにエンジンの暖機完了前後で変更してもよい。すなわち、エンジンの冷却水温や潤滑油温が所定の値以上になり、暖機が完了したと判断できる場合（図３（ｂ））は閾値を低めに設定し、暖機が未完了と判断される場合（図３（ａ））は閾値を高めに設定することで、極力電動ウォータポンプの消費電力を抑えることが可能になる。

またエンジン出力の閾値Ｔ_ｔｈは、図４に示すようにヒステリシスをもたせてもよい。図４では、制御モード１の状態では閾値Ｔ_{ｔｈ_ｕｐ}以上になった場合に制御モード２に
変更され、制御モード２の状態では閾値Ｔ_{ｔｈ_ｄｏｗｎ}以下になった場合に制御モード
１に変更される。閾値Ｔ_{ｔｈ_ｕｐ}は閾値Ｔ_{ｔｈ_ｄｏｗｎ}と比較して大きく設定することで制御モードの切替が頻繁に起こることを抑制することが可能になる。

また、エンジン出力Ｔ_ＥＮＧとしてエンジン１の回転数ＮＥあるいはトルクＴＲＱいずれか単独のパラメータを用いてもよい。エンジンは機種によって発熱特性が異なるため、高トルク（例えば１００Ｎｍ）で発熱が増加するなどの特性のエンジンでは、エンジン出力トルクＴＲＱをエンジン出力Ｔ_ＥＮＧとすることで、エンジン発熱特性に応じて適切な電動ウォータポンプの運転制御モード切替を行なうことが可能になる。

以上、本発明を一つの実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、他に種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

１エンジン、２トランスミッション、
３ラジエータ、４バイパス通路、
５熱交換器、６電動ウォータポンプ、
７サーモスタット切替弁、８水温センサ、
９油温センサ、１０冷却経路、
１１ＥＣＵ。

Claims

車両のエンジンを、電動ウォータポンプによる冷却水の循環により冷却するエンジン冷却装置において、前記エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段と、前記エンジンの潤滑油の温度を検出する潤滑油温検出手段と、前記エンジンの出力を算出するとともに、前記各手段から得られる情報に基づいて前記ウォータポンプの運転制御をするエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）とを備え、前記ＥＣＵは、前記エンジンの出力が予め定められた閾値以下の場合（第１の制御モード）では、前記水温と前記油温に基づいて前記電動ウォータポンプを運転し、前記エンジンの出力が予め定められた前記閾値より大きい場合（第２の制御モード）では、前記水温と前記油温によらずに前記電動ウォータポンプを運転するものであると同時に、前記ＥＣＵは、前記エンジンの暖機状態を判定するエンジン暖機状態判定機能を備え、少なくとも前記エンジンの冷却水温や潤滑油温から暖機状態を判定し、前記暖機状態の判定結果に応じて、前記制御モードの切替に使用される前記エンジン出力の閾値を変更することを特徴とするエンジン冷却装置。
前記エンジン出力の閾値は、前記エンジン出力が上昇するときと下降するときとで変更され、前記エンジン出力が下降する場合での値より前記エンジン出力が上昇する場合での値が大きいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
前記ＥＣＵは、前記冷却水温か前記潤滑油温のいずれかが目標温度に達した場合は、前記第２の制御モードで前記ウォータポンプを運転することを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
前記第１の制御モードにおける前記ウォータポンプの運転制御は、前記電動ウォータポンプを停止もしくは間欠駆動（駆動デューティーを変更）させるものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
前記冷却水温検出手段あるいは前記潤滑油温検出手段が故障した場合は、前記電動ウォータポンプを連続駆動させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。
前記ＥＣＵは、エンジン出力を、少なくとも前記エンジンの回転数と前記エンジンの出力トルクによって求めることを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。