JP5974619B2 - エンジン冷却システムの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジン冷却システムを制御する制御装置、及び制御方法に関する。

車両に搭載されるラジエータへ供給する冷却水の水量を制御するために、従来のワックス式サーモスタットに代わり、例えば、特許文献１に開示されているように、モータ等の電動アクチュエータを用いて冷却水の流量を制御する電子制御弁が用いられている。

特開２００５−９０４８０号公報

上述した特許文献１に開示された従来例は、エンジン冷却水の温度が所定温度以上となるまでは、暖機促進のため電子制御弁を全閉とすることにより、ラジエータ等の放熱器への冷却水量を絞っている。しかし、エンジンの回転数が増大すると冷却水の圧力が増大することを考慮していないため、冷却水の温度が低い状態でエンジン回転数が高くなった場合には、冷却回路等に冷却水の圧力による負荷がかかる恐れがある。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、エンジンの暖機効率の低下を抑えつつ、且つ、冷却系統の配管に大きな水圧が加えられることを防止できるエンジン冷却システムの制御装置、及びエンジン冷却システムの制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、エンジン回転数を取得し、且つ、該エンジン回転数の第１の閾値と、第１の閾値よりも大きい第２の閾値と、第２の閾値よりも大きい第３の閾値を設定する。エンジン回転数が第１の閾値以下で、且つ、温度測定手段にて測定される温度が所定温度以下である場合には、第１分岐バルブ、第２分岐バルブ、第３分岐バルブを閉とし、エンジン回転数が第１の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブまたは第３分岐バルブのうちのいずれか一方を開放し、エンジン回転数が第２の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブ、及び第３分岐バルブの双方を開放し、エンジン回転数が第３の閾値を超えた場合には、第１分岐バルブ、第２分岐バルブ及び第３分岐バルブを全て開放するように制御する。

本発明では、エンジン回転数が上昇した場合、或いは上昇すると予想される場合には、冷却水の温度に関わらず電子制御バルブを開放して冷却水を循環させるので、エンジンの暖機効果の低下を抑制しつつ、冷却水回路内に負担がかかることを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン冷却システム、及び制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係り、図１に示した電子制御バルブ４の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係り、エンジン回転数と冷却水の水圧との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係り、エンジン回転数と冷却水の水圧との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係り、エンジン回転数と通水抵抗係数との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係るエンジン冷却システムの制御装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン冷却システムの制御装置の構成を模式的に示す説明図である。図１に示すように、このエンジン冷却システムは、冷却水を循環させるウォーターポンプ８と、該ウォーターポンプ８の出力側に接続され、エンジン１に設けられてエンジン１を冷却する冷却水回路３と、該冷却水回路３のエンジン出口近傍に設けられ、冷却水回路３を３つの系統に分岐する電子制御バルブ４と、冷却水回路３のエンジン出口近傍に設けられ冷却水の温度を測定する水温センサ（温度測定手段）１４と、を備えている。

電子制御バルブ４は、図２に示すように、第１分岐バルブ４ａと、第２分岐バルブ４ｂ、及び第３分岐バルブ４ｃを備えており、各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度を調節することにより、冷却水回路３より送られる冷却水を３つの系統に分岐して送出する。

第１分岐バルブ４ａで分岐される系統は、第１冷却水回路３ａ（分岐冷却水回路）を介してラジエータ５を通過し、ウォーターポンプ８の入口側に接続されている。即ち、第１冷却水回路３ａに冷却水を流入させることにより、ラジエータ５を冷却することができる。

第２分岐バルブ４ｂで分岐される系統は、第２冷却水回路３ｂ（分岐冷却水回路）を介してヒータ９、及びＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ１０を通過し、ウォーターポンプ８の入口側に接続されている。即ち、第２冷却水回路３ｂに冷却水を流入させることにより、ヒータ９、及びＥＧＲクーラを冷却することができる。

第３分岐バルブ４ｃで分岐される系統は、第３冷却水回路３ｃ（分岐冷却水回路）を介してエンジンオイルクーラ６、及びトランスミッションオイルクーラ７を通過し、ウォーターポンプ８の入口側に接続されている。即ち、第３冷却水回路３ｃに冷却水を流入させることにより、エンジンオイルクーラ６、及びトランスミッションオイルクーラ７を冷却することができる。

更に、冷却水回路３の出口部は、エンジン出口部にて冷却水回路３ｄに接続され、該冷却水回路３ｄは、ターボチャージャー１１、及びスロットルチャンバ１２を通過してＥＧＲバルブ１３に接続されている。該ＥＧＲバルブ１３は、ウォーターポンプ８の入口側に接続されている。従って、ＥＧＲバルブ１３の開度を調節することにより、冷却水回路３ｄに流入する冷却水量を調節することができる。

また、電子制御バルブ４に設けられる各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度を調整するために、バルブ制御装置（バルブ制御手段）２１が設けられている。該バルブ制御装置２１は、電子制御バルブ４、及び水温センサ１４に接続されている。

バルブ制御装置２１は、各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度を検出するバルブ位置検出部２２と、車両の走行状態（エンジン１の回転数の情報や、イグニッションがオンとされているか否かの情報等）を取得し、該走行状態データと、各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度状態に基づいて、冷却水回路３内を循環する冷却水の圧力を予測する水圧予測部２３と、該水圧予測部２３で予測された水圧、及び水温センサ１４で測定される冷却水温度に基づいて、各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度を調節するバルブ開度制御部２４と、を備えている。

なお、バルブ制御装置２１は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

ここで、ベルト駆動のメカウォータポンプが搭載されている車両では、エンジン１の回転数が上昇すると、これに伴ってウォーターポンプ８の回転数が上昇し、冷却水回路３を循環する冷却水の水圧が上昇する。また、暖機のために電子制御バルブ４が閉じているとき（４ａ〜４ｃが全閉のとき）には、より一層水圧が上昇してしまう。具体的な例を挙げると、図３に示すように、電子制御バルブ４が全開の場合には、冷却水の水圧はエンジン１の回転数の上昇に伴って曲線ｑ２に示すように変化し、電子制御バルブ４が全閉の場合には、水圧はエンジン１の回転数の上昇に伴って曲線ｑ１に示すように変化する。即ち、電子制御バルブ４が全閉の場合には、全開の場合と対比して水圧が大きく増加するように変化する。従って、本実施形態では、エンジン１の回転数が増大し、これに伴って冷却水の水圧が増大して水圧の許容値を超えると予想される場合には、各分岐バルブ４ａ〜４ｃを適宜開放することにより、過度な水圧の上昇を抑制するように制御する。

例えば、水圧の許容値を３５０［ＫＰａ］とした場合を例に挙げる。各分岐バルブ４ａ〜４ｃを全て全閉状態とすると、エンジン１の回転数が４８００［ｒｐｍ］に達した場合に水圧が上記の許容値を超える。この特性は、図４の曲線ｑ１（図３のｑ１と同一）に示すように変化する。

また、第２分岐バルブ４ｂのみを全開とし、第１分岐バルブ４ａ及び第３分岐バルブ４ｃを全閉状態とすると、エンジン１の回転数が４９００［ｒｐｍ］に達した場合に水圧が許容値を超える。この特性は、図４の曲線ｑ３に示すように変化する。

更に、第３分岐バルブ４ｃのみを全開とし、第１分岐バルブ４ａ及び第２分岐バルブ４ｂを全閉状態とすると、エンジン１の回転数が４９００［ｒｐｍ］に達した場合に水圧が許容値を超える。この変化は、図４の曲線ｑ３に示すように変化する。なお、第２分岐バルブ４ｂのみを全開とした場合と、第３分岐バルブ４ｃのみを全開とした場合の特性は、同一ではないが、ほぼ一致しているので、図４では、煩雑さを避けるため同一の曲線ｑ３として示している。

また、第２分岐バルブ４ｂ及び第３分岐バルブ４ｃを共に全開とし、第１分岐バルブ４ａを全閉状態とすると、エンジン１の回転数が５０００［ｒｐｍ］に達した場合に水圧が許容値を超える。この特性は、図４の曲線ｑ４に示すように変化する。

従って、エンジン１を始動した後、エンジン回転数が４８００［ｒｐｍ］未満であると予想される場合には各分岐バルブ４ａ〜４ｃを全て全閉状態とする。また、エンジン回転数が４８００［ｒｐｍ］を超えると予想される場合には、第２分岐バルブ４ｂまたは第３分岐バルブ４ｃのうちのいずれか一方を全開とする。エンジン回転数が４９００［ｒｐｍ］を超えると予想される場合には、第２分岐バルブ４ｂ及び第３分岐バルブ４ｃの双方を全開とする。更に、エンジン回転数が５０００［ｒｐｍ］を超えると予想される場合には、第２，第３分岐バルブ４ｂ，４ｃに加えて、第１分岐バルブ４ａを開放する。

また、第１分岐バルブ４ａを開放する場合には、エンジン回転数と、第１分岐バルブ４ａの開度との関係を予め設定しておき、第１分岐バルブ４ａが適切な開度となるように制御する。例えば、図５に示すように、エンジン回転数と通水抵抗係数との関係を示すマップを予め用意し、更に、通水抵抗係数と第１分岐バルブ４ａの開度との関係を予め設定する。そして、エンジン回転数が予測された場合に、この予測したエンジン回転数に基づいて第１分岐バルブ４ａの開度が求められ、この開度となるように第１分岐バルブ４ａの開度を調節すれば良い。

こうすることで、エンジン１の回転数の上昇に伴い、冷却水回路３を循環する冷却水の水圧が上昇した場合でも、水圧が許容値（例えば、３５０［ＫＰａ］）以下となるように調節することができる。

次に、図６に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係るエンジン冷却システムの制御装置による処理手順について説明する。なお、以下に示す処理は、水温センサ１４で検出される冷却水の温度が予め設定した閾値温度以下である場合の処理動作を示している。

初めに、ステップＳ１１において、バルブ制御装置２１は、走行状態検出信号に基づき、車両のアクセル開度が所定値よりも大きいことを検知する。即ち、アクセル開度が大きくなると、これに伴ってエンジン回転数が増加するので、アクセル開度に基づいてエンジン回転数を推定し、エンジン回転数が増大したことを検知する。エンジン回転数を直接検出せずにアクセル開度を用いる理由は、エンジン回転数の増大を検知してからではその後の処理対応に遅れが生じるためである。また、エンジン回転数の推定は、例えばアクセル開度とエンジン回転数との対応関係を示すマップを用いることで実行できる。

ステップＳ１２において、バルブ位置検出部２２は、電子制御バルブ４に設けられる各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度を検出する。これにより、各分岐バルブ４ａ〜４ｃの現在の開度を認識することができる。

ステップＳ１３において、バルブ制御装置２１は、分岐バルブ４ａ〜４ｃのうちのいずれかを開く必要があるか否かを判断する。具体的には、各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度と、推定したエンジン回転数との関係から、冷却水の水圧が予め設定したの閾値圧力（例えば、３５０［ＫＰａ］）に達するか否かを判断する。この判断は、前述したように、エンジン回転数が４８００［ｒｐｍ］（第１の閾値；所定回転数）に到達するか否かにより判断することができる。閾値圧力に達すると判断された場合には、ステップＳ１４に処理を進め、閾値圧力に達しないと判断された場合には、本処理を終了する。

ステップＳ１４において、バルブ制御装置２１は、アクセル開度の変化に応じて再度エンジン回転数を予測する。そして、ステップＳ１５において、第２分岐バルブ４ｂ、或いは第３分岐バルブ４ｃのうちのいずれか一方を開放する。この操作により、第２冷却水回路３ｂ、或いは第３冷却水回路３ｃのうちのいずれか一方に冷却水が流れるので、冷却水回路３に生じる水圧を低減することができる。

その後、ステップＳ１６において、バルブ制御装置２１は、第２分岐バルブ４ｂ、及び第３分岐バルブ４ｃの双方を開放する必要があるか否かを判断する。具体的には、前述したように、エンジン回転数が４９００［ｒｐｍ］（第２の閾値）を上回るか否かを判断する。

そして、上回ると判断された場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７において、バルブ開度制御部２４は、第２分岐バルブ４ｂ、及び第３分岐バルブ４ｃの双方を開放する。具体的には、ステップＳ１５の処理で第２分岐バルブ４ｂが開放されている場合には、これに加えて第３分岐バルブ４ｃを開放し、第３分岐バルブ４ｃが開放されている場合には、これに加えて第２分岐バルブ４ｂを開放する。これにより、エンジンの回転数の上昇に伴う水圧の上昇を低減させることができる。

次いで、ステップＳ１８において、バルブ制御装置２１は、第１分岐バルブ４ａを開放する必要があるか否かを判断する。具体的には、前述したように、エンジン回転数が５０００［ｒｐｍ］（第３の閾値）を上回るか否かを判断する。そして、上回ると判断された場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、第１冷却水回路３ａに冷却水を流す必要があるので、ステップＳ１９において、前述した図５に示した特性曲線に基づいて、第１分岐バルブ４ａの開度を算出する。

ステップＳ２０において、バルブ開度制御部２４は、第１分岐バルブ４ａの開度をステップＳ１９の処理で算出した開度となるように制御する。これにより、冷却水が第２，第３冷却水回路３ｂ，３ｃに加えて、第１冷却水回路３ａにも流れることになり、冷却水の水圧をより一層低減し、冷却水の水圧が水圧閾値（例えば、３５０［ＫＰａ］）に達することを防止することができる。

また、上述した実施形態では、エンジン回転数に応じて第２分岐バルブ４ｂ、及び第３分岐バルブ４ｃを全開、或いは全閉にする例について説明したが、回転数の大きさに応じて各分岐バルブ４ｂ，４ｃの開度が大きくなるように制御することも可能である。

このようにして、本実施形態に係るエンジン冷却システムの制御装置、及びエンジン冷却システムの冷却方法では、エンジン回転数が所定値を超えた場合、或いは超えると予想される場合には、電子制御バルブ４に設けられる各分岐バルブ４ａ〜４ｃのうちの少なくとも一つを開放して冷却水を流すので、冷却水回路３内の水圧が許容値（例えば、３５０［ＫＰａ］）を上回ることを事前に防止することができ、冷却水回路３内に加わる負担を抑制することができる。また、エンジンの暖機効率が急激に低下することを回避できる。

また、エンジン回転数が大きくなるほど、開度が大きくなるように制御することにより、水圧の許容値ギリギリとなるように冷却水の水圧を微調整することができ、エンジンの暖機効率の低下を抑えつつ、且つ、冷却系統の配管に大きな水圧が加えられることを抑制することができる。

更に、複数の分岐バルブ４ａ〜４ｃを有し、エンジン回転数に応じて各分岐バルブ４ａ〜４ｃの開度を適宜制御するので、エンジン回転数に応じた適切なバルブ制御が可能となる。

また、検出または推定されたエンジン回転数に基づき、エンジン回転数が第１の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブ４ｂまたは第３分岐バルブ４ｃのうちのいずれか一方を開放し、エンジン回転数が第２の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブ４ｂ、及び第３分岐バルブ４ｃの双方を開放し、エンジン回転数が第３の閾値を超えた場合には、全ての分岐バルブ４ａ〜４ｃを開放するように制御するので、エンジン回転数に応じた適切なバルブの開閉制御が可能となり、エンジンの暖機効率を抑えつつ、水圧上昇を抑制することが可能となる。

以上、本発明のエンジン冷却システムの制御装置、及び制御方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、電子制御バルブ４に３個の分岐バルブ４ａ、４ｂ、４ｃが設けられることについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１個、２個、或いは４個以上の分岐バルブが設けられる場合についても適用することができる。

本発明は、エンジン冷却水の水圧上昇を抑制することに利用することができる。

１ エンジン
３ 冷却水回路
３ａ 第１冷却水回路
３ｂ 第２冷却水回路
３ｃ 第３冷却水回路
４ 電子制御バルブ
４ａ 第１分岐バルブ
４ｂ 第２分岐バルブ
４ｃ 第３分岐バルブ
５ ラジエータ
６ エンジンオイルクーラ
７ トランスミッションオイルクーラ
８ ウォーターポンプ
９ ヒータ
１０ クーラ
１１ ターボチャージャー
１２ スロットルチャンバ
１３ ＥＧＲバルブ
１４ 水温センサ
２１ バルブ制御装置
２２ バルブ位置検出部
２３ 水圧予測部
２３ 該水圧予測部
２４ バルブ開度制御部

Claims (3)

1. エンジンにより駆動され、冷却水を循環するウォーターポンプと、
   前記冷却水の温度を測定する温度測定手段と、
   前記ウォーターポンプより送出され前記エンジンを通過した冷却水を分岐して流す冷却水回路に設けられ、ラジエータに送る冷却水の流量を調整する第１分岐バルブと、ヒータに送る冷却水の流量を調整する第２分岐バルブと、オイルクーラに送る冷却水の流量を調整する第３分岐バルブと、を有する電子制御バルブと、
   前記電子制御バルブを制御するバルブ制御手段と、を有し、
   前記バルブ制御手段は、
   エンジン回転数を取得し、且つ、該エンジン回転数の第１の閾値と、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値と、前記第２の閾値よりも大きい第３の閾値を設定し、
   前記エンジン回転数が前記第１の閾値以下で、且つ、前記温度測定手段にて測定される温度が所定温度以下である場合には、前記第１分岐バルブ、第２分岐バルブ、第３分岐バルブを閉とし、
   前記エンジン回転数が前記第１の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブまたは第３分岐バルブのうちのいずれか一方を開放し、
   前記エンジン回転数が前記第２の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブ、及び第３分岐バルブの双方を開放し、
   前記エンジン回転数が前記第３の閾値を超えた場合には、第１分岐バルブ、第２分岐バルブ及び第３分岐バルブを全て開放するように制御すること
   を特徴とするエンジン冷却システムの制御装置。
2. 前記バルブ制御手段は、前記エンジンの回転数の上昇に応じて、前記第２分岐バルブ、及び前記第３分岐バルブのうち少なくとも一方の開度を大きくするように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却システムの制御装置。
3. エンジンにより駆動され、冷却水を循環するウォーターポンプと、前記冷却水の温度を測定する温度測定手段と、
   前記ウォーターポンプより送出され前記エンジンを通過した冷却水を分岐して流す冷却水回路に設けられ、ラジエータに送る冷却水の流量を調整する第１分岐バルブと、ヒータに送る冷却水の流量を調整する第２分岐バルブと、オイルクーラに送る冷却水の流量を調整する第３分岐バルブと、を有する電子制御バルブと、前記電子制御バルブを制御するバルブ制御手段と、を備えたエンジン冷却システムを制御する制御方法であって、
   エンジン回転数を取得し、且つ、該エンジン回転数の第１の閾値と、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値と、前記第２の閾値よりも大きい第３の閾値を設定し、
   前記エンジン回転数が前記第１の閾値以下で、且つ、前記温度測定手段にて測定される温度が所定温度以下である場合には、前記第１分岐バルブ、第２分岐バルブ、第３分岐バルブを閉とし、
   前記エンジン回転数が前記第１の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブまたは第３分岐バルブのうちのいずれか一方を開放し、
   前記エンジン回転数が前記第２の閾値を超えた場合には、第２分岐バルブ、及び第３分岐バルブの双方を開放し、
   前記エンジン回転数が前記第３の閾値を超えた場合には、第１分岐バルブ、第２分岐バルブ及び第３分岐バルブを全て開放するように制御すること
   を特徴とするエンジン冷却システムの制御方法。

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