(57)【要約】【課題】冷却水などの冷媒の温度を適切に変更することができる、エンジン冷却系の制御装置を提供する。【解決手段】ウォータポンプ２２が作動すると、エンジン１１とラジエータ２３との間で冷却水が循環する。エンジン１１と冷却水との間での熱交換によりエンジン１１が冷却され、ラジエータ２３と冷却水との間での熱交換により冷却水が冷却される。通常は、冷却水の温度が第２温度Ｔ２に設定され、エンジン１１の動作状態に応じて、その設定が第２温度から変更される。エンジン１１の低回転および軽負荷時には、冷却水の温度の設定が第２温度Ｔ２からそれよりも高温の第３温度Ｔ３に引き上げられて、冷却水の温度がその第３温度Ｔ３に近づくようにウォータポンプ２２による冷却水の流量が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータポンプの作動によりエンジンとラジエータとの間で冷媒を循環させて、前記エンジンを冷却するエンジン冷却系に用いられる制御装置であって、
前記冷媒の温度の設定を通常温度から前記エンジンの動作状態に応じて変更する設定変更手段と、
前記冷媒の温度を前記通常温度と前記設定変更手段による変更後の温度との間で変更するために、前記ウォータポンプによる冷媒の流量を制御する流量制御手段とを含む、エンジン冷却系の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを冷却するエンジン冷却系の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを搭載した車両には、エンジンを冷却するエンジン冷却系が設けられている。
【０００３】
エンジン冷却系では、ウォータポンプの作動により、冷却水がエンジンを流通する。冷却水がエンジンを流通することにより、冷却水とエンジンとの間で熱交換が行われて、エンジンが冷却される。エンジンを通過した冷却水は、ラジエータに向けて流れる。
【０００４】
エンジンからラジエータに向かう冷却水の一部は、車室内の空調のためのヒータコアを流通し、サーモスタットバルブでラジエータからウォータポンプに向けて流れる冷却水に合流する。サーモスタットバルブは、冷却水の温度が所定温度以下のときに、ラジエータからウォータポンプに向かう冷却水の流通を阻止する。これにより、冷却水の温度が所定温度以下のときには、冷却水は、ラジエータを流通せずに、エンジンとヒータコアとの間で循環する。
【０００５】
冷却水の温度が所定温度を上回ると、サーモスタットバルブの切り替わりにより、冷却水がラジエータを流通する。車両の走行中は、走行風がラジエータのフィン間を通過し、ラジエータを流通する冷却水が走行風によって冷却される。また、ラジエータに対向して、ラジエータに風を送るラジエータファンが設けられている。車両の停車中は、走行風がないので、必要に応じてラジエータファンが駆動されて、ラジエータファンからの送風がラジエータのフィン間を通過し、ラジエータを流通する冷却水が送風によって冷却される。これにより、エンジン通過後の冷却水の水温が一定の水温（たとえば、約９０℃）に保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２３８３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来のエンジン冷却系では、エンジン通過後の冷却水の水温を一定に保つ制御が行われており、その水温を積極的に変更する制御は行われていない。
【０００８】
本発明の目的は、冷却水などの冷媒の温度を適切に変更することができる、エンジン冷却系の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係るエンジン冷却系の制御装置は、ウォータポンプの作動によりエンジンとラジエータとの間で冷媒を循環させて、エンジンを冷却するエンジン冷却系に用いられる制御装置であって、冷媒の温度の設定を通常温度からエンジンの動作状態に応じて変更する設定変更手段と、冷媒の温度を通常温度と設定変更手段による変更後の温度との間で変更するために、ウォータポンプによる冷媒の流量を制御する流量制御手段とを含む。
【００１０】
この構成によれば、ウォータポンプが作動すると、エンジンとラジエータとの間で冷媒が循環する。エンジンと冷媒との間での熱交換によりエンジンが冷却され、ラジエータと冷媒との間での熱交換により冷媒が冷却される。通常は、冷媒の温度が通常温度に設定され、エンジンの動作状態に応じて、その設定が通常温度から変更される。冷媒の温度の設定が変更された場合には、冷媒の温度を通常温度と変更後の温度との間で変更するために、ウォータポンプによる冷媒の流量が制御される。
【００１１】
たとえば、エンジンの低回転および軽負荷時に、冷媒の温度の設定を通常温度から高温に引き上げて、冷媒の温度がその高温に近づくようにウォータポンプによる冷媒の流量が制御されることにより、その温度上昇でエンジン冷却水に逃げる熱量を減らす、つまり熱損失を減らすことで、燃焼により発生する熱を有効に使うことができる。その結果、エンジンの低回転および軽負荷時の熱効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷却水などの冷媒の温度を適切に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両のエンジン冷却系の構成を図解的に示す図であり、冷却水の温度が低温である状態における冷却水の流れを示す。
【図２】エンジン冷却系の構成を図解的に示す図であり、冷却水の温度が高温である状態における冷却水の流れを示す。
【図３】車両の制御系の構成（電気的構成）を示すブロック図である。
【図４】エンジンの燃費率等高線、トルク特性線および冷却水の温度設定に用いられる閾値曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
＜エンジン冷却系の構成＞
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る車両１のエンジン冷却系２１の構成を図解的に示す図である。
【００１６】
車両１は、エンジン１１を駆動源として搭載した自動車である。エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。
【００１７】
エンジン１１には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムが採用されている。ＥＧＲシステムは、エンジン１１から排出される排ガスの一部をエンジン１１に還流させるシステムである。ＥＧＲシステムには、排ガスを流通させるＥＧＲ通路およびそのＥＧＲ通路を流通する排ガスの流量を調節するためのＥＧＲバルブが含まれる。また、ＥＧＲシステムには、ＥＧＲ通路を流通する排ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１２が含まれる。
【００１８】
エンジン１１に付随して、電子制御スロットル１３が設けられている。エンジン１１がガソリンエンジンである場合、電子制御スロットル１３は、エンジン１１の燃焼室への吸気量を調節するために設けられている。エンジン１１がディーゼルエンジンである場合、電子制御スロットル１３は、ＥＧＲバルブと協働して、エンジン１１に還流される排ガスの流量を調節するために設けられている。
【００１９】
車両１では、変速機として、ベルト式のＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）１４が採用されている。ＣＶＴ１４は、デファレンシャルギヤとともにケース内に収容されて、トランスアクスルを構成している。このトランスアクスルには、トランスアクスルで使用されるオイルを冷却するためのオイルクーラ（Ｏ／Ｃ）１５が設けられている。エンジン１１の動力は、ＣＶＴ１４を介してデファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の駆動輪に分配されて伝達される。
【００２０】
車両１には、エンジン１１を冷却するエンジン冷却系２１が設けられている。
【００２１】
エンジン冷却系２１は、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２２およびラジエータ２３を含む。ウォータポンプ２２は、電動ウォータポンプである。ラジエータ２３は、ラジエータ入口２４およびラジエータ出口２５を有している。ラジエータ２３内には、複数のラジエータ内流路が形成されており、ラジエータ入口２４とラジエータ出口２５とは、その複数のラジエータ内流路を介して互いに連通している。
【００２２】
エンジン１１には、冷却水が流通する流路であるウォータジャケット（ＷＪ）が形成されている。ウォータジャケットは、その一端にＷＪ入口２６を有し、他端にＷＪ出口２７を有している。
【００２３】
ＷＪ入口２６には、低温流路２８の一端が接続されている。低温流路２８の他端は、ラジエータ出口２５に接続されている。低温流路２８の途中部には、第１サーモスタットバルブ２９が介装されている。ウォータポンプ２２は、低温流路２８の途中部であって、エンジン１１のＷＪ入口２６と第１サーモスタットバルブ２９との間に介装されている。
【００２４】
ＷＪ出口２７には、高温流路３１の一端が接続されている。高温流路３１の途中部には、第１分岐路３２の一端側の端部が分岐して接続されている。第１分岐路３２は、ＥＧＲクーラ１２および電子制御スロットル１３を高温流路３１側からこの順に経由している。第１分岐路３２の他端は、第１サーモスタットバルブ２９に接続されている。
【００２５】
また、高温流路３１の途中部には、第１分岐路３２の接続部分とラジエータ２３のラジエータ入口２４との間に、第２分岐路３３の一端側の端部が分岐して接続されている。第２分岐路３３の他端は、第２サーモスタットバルブ３４に接続されている。
【００２６】
第２サーモスタットバルブ３４には、第３分岐路３５および第４分岐路３６の各一端がさらに接続されている。第３分岐路３５は、車室内を空調するエアコンディショナのヒータコア３７を経由している。第３分岐路３５の他端側の端部は、第１分岐路３２の途中部であって、電子制御スロットル１３と第１サーモスタットバルブ２９との間に分岐して接続されている。第４分岐路３６は、オイルクーラ１５を経由している。第４分岐路３６の他端側の端部は、第１分岐路３２の途中部であって、電子制御スロットル１３と第１サーモスタットバルブ２９との間に分岐して接続されている。
【００２７】
ウォータポンプ２２が駆動されると、低温流路２８からＷＪ入口２６を介してエンジン１１のウォータジャケットに冷却水が流入し、ウォータジャケットを流通した冷却水がＷＪ出口２７から高温流路３１に流出する。冷却水がウォータジャケットを流通することにより、冷却水とエンジン１１との間で熱交換が行われて、エンジン１１が冷却され、冷却水が昇温する。
【００２８】
高温流路３１を流れる冷却水の一部は、高温流路３１から第１分岐路３２に分流する。第１分岐路３２を流れる冷却水は、ＥＧＲクーラ１２および電子制御スロットル１３をこの順に経由した後、第１サーモスタットバルブ２９を介して低温流路２８に流入し、低温流路２８をウォータポンプ２２に向けて流れる。冷却水がＥＧＲクーラ１２を経由することにより、冷却水とＥＧＲクーラ１２（ＥＧＲ通路を流通する排ガス）と間で熱交換が行われて、ＥＧＲクーラ１２が冷却され、冷却水が昇温する。また、冷却水が電子制御スロットル１３を経由することにより、電子制御スロットル１３が冷却水から受熱し、電子制御スロットル１３が加温される。
【００２９】
エンジン１１のＷＪ出口２７から流出する冷却水の温度（水温）が所定の第１サーモ設定温度以下であるときには、第１サーモスタットバルブ２９の機能により、第１サーモスタットバルブ２９と低温流路２８のラジエータ２３側とが遮断されている。そのため、図１に白抜き矢印で示されるように、エンジン１１のＷＪ出口２７から高温流路３１に流出する冷却水は、ラジエータ２３を流れず、第１分岐路３２および第２分岐路３３に分かれて流れる。
【００３０】
冷却水の温度が所定の第２サーモ設定温度以下であるときには、第２サーモスタットバルブ３４の機能により、第２サーモスタットバルブ３４と第４分岐路３６とが遮断されている。そのため、第２分岐路３３を流れる冷却水は、第２サーモスタットバルブ３４から第３分岐路３５に流入し、第３分岐路３５を第１分岐路３２に向けて流れる。第３分岐路３５を流れる冷却水は、その途中でヒータコア３７を経由する。冷却水がヒータコア３７を経由することにより、冷却水とヒータコア３７との間で熱交換が行われて、ヒータコア３７が加温され、冷却水が降温する。そして、ヒータコア３７を通過した冷却水は、第１分岐路３２に流入し、第１分岐路３２を流れる冷却水に合流する。
【００３１】
冷却水の温度が第２サーモ設定温度よりも高温に昇温すると、第２サーモスタットバルブ３４の状態が切り替わり、図２に白抜き矢印で示されるように、第２分岐路３３から第２サーモスタットバルブ３４に流入する冷却水が第２サーモスタットバルブ３４から第３分岐路３５および第４分岐路３６に分かれて流れる。第４分岐路３６を冷却水が流れることにより、その冷却水がオイルクーラ１５を経由し、冷却水とオイルクーラ１５との間で熱交換が行われて、オイルクーラ１５が冷却され、冷却水が昇温する。第４分岐路３６を流れる冷却水は、オイルクーラ１５を通過した後、第１分岐路３２に流入し、第１分岐路３２を流れる冷却水に合流する。
【００３２】
第１分岐路３２を流れる冷却水は、第１サーモスタットバルブ２９を介して、低温流路２８に流入する。これにより、冷却水の温度が第１サーモ設定温度以下の状態では、冷却水がラジエータ２３を流れずにエンジン１１を流通する。そのため、冷却水の温度が速やかに上昇する。
【００３３】
冷却水の温度が第１サーモ設定温度よりも高温に昇温すると、第１サーモスタットバルブ２９の状態が切り替わり、低温流路２８のラジエータ２３側から第１サーモスタットバルブ２９に冷却水が流入する。これにより、高温流路３１を流れる冷却水の一部がラジエータ入口２４からラジエータ内流路に流入する。ラジエータ内流路に流入した冷却水は、ラジエータ内流路を通過した後、ラジエータ内流路からラジエータ出口２５を介して低温流路２８に流出し、低温流路２８をエンジン１１に向けて流れる。
【００３４】
ラジエータ２３に対向して、ラジエータファン３８が設けられており、車両１の停車時には、各ラジエータ内流路を流通する冷却水がラジエータファン３８からの送風により冷却される。車両１の走行時は、ラジエータファン３８が作動していなくても、各ラジエータ内流路を流通する冷却水が走行風により冷却される。
【００３５】
また、ラジエータ２３には、調圧弁４１を介して、リザーブタンク（Ｒ／Ｔ）４２が接続されている。ラジエータ２３内の圧力が上昇すると、調圧弁４１の主圧弁が開いて、ラジエータ２３内の冷却水がリザーブタンク４２に流入して貯留される。ラジエータ２３内の圧力が低下すると、調圧弁４１の負圧弁が開いて、リザーブタンク４２内の冷却水がラジエータ２３内に供給される。
【００３６】
＜車両の制御系＞
図３は、車両１の制御系の構成（電気的構成）を示すブロック図である。
【００３７】
車両１には、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン１１およびエンジン冷却系２１を制御するための１つのＥＣＵ５１のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ５１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。
【００３８】
ＥＣＵ５１には、制御に必要な各種センサが接続されている。その一例として、ＥＣＵ５１には、運転者により操作されるアクセルペダル（図示せず）の操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ５２と、エンジン１１の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサ５３と、エンジン１１のＷＪ出口２７から流出する冷却水の温度に応じた検出信号を出力する温度センサ５４とが接続されている。
【００３９】
ＥＣＵ５１では、アクセルセンサ５２から入力される信号に基づいて、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合、つまりアクセルペダルが踏み込まれていないときを０％とし、アクセルペダルが最大に踏み込まれたときを１００％とする百分率であるアクセル開度が演算される。また、ＥＣＵ５１では、エンジン回転センサ５３の検出信号からエンジン回転数が演算される。さらに、ＥＣＵ５１では、温度センサ５４の検出信号から、エンジン１１のＷＪ出口２７から流出する冷却水の温度が取得される。
【００４０】
ＥＣＵ５１は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン１１、エンジン冷却系２１のウォータポンプ２２およびラジエータファン３８などを制御する。
【００４１】
＜冷却水の温度制御＞
図４は、燃費率等高線、トルク特性線および冷却水の温度設定に用いられる閾値曲線を示す図である。
【００４２】
燃費率等高線は、等燃費率におけるエンジン回転数とエンジントルクの位置をプロットした等高線である。等高線の中心に近いほど、燃費率（燃料消費率）が良好である。
【００４３】
トルク特性線は、アクセル開度が全開状態でのエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す曲線である。
【００４４】
第１閾値曲線は、エンジン１１が高回転および重負荷である領域（高回転・重負荷領域）と中回転および中負荷である領域（中回転・中負荷領域）との境界を示す曲線である。第２閾値曲線は、エンジン１１の中回転・中負荷領域と低回転および軽負荷である領域（低回転・軽負荷領域）との境界を示す曲線である。
【００４５】
ＥＣＵ５１は、アクセルセンサ５２の検出信号からアクセル開度を取得し、また、エンジン回転センサ５３の検出信号からエンジン回転数を取得して、そのアクセル開度およびエンジン回転数からエンジントルクを推定する。
【００４６】
そして、エンジン回転数およびエンジントルクがエンジン１１の高回転・重負荷領域に含まれる場合、ＥＣＵ５１は、エンジン冷却系２１の冷却水の温度を第１温度Ｔ１（たとえば、９０℃）に設定し、温度センサ５４の検出信号から取得される冷却水の温度がその設定温度（温度目標）に近づくように、ウォータポンプ２２の能力（流量）を制御する。また、エンジン回転数およびエンジントルクがエンジン１１の中回転・中負荷領域に含まれる場合、ＥＣＵ５１は、冷却水の水温を第１温度Ｔ１よりも高い第２温度Ｔ２（たとえば、９５℃）に設定し、温度センサ５４の検出信号から取得される冷却水の温度がその設定温度に近づくように、ウォータポンプ２２の能力を制御する。さらにまた、エンジン回転数およびエンジントルクがエンジン１１の低回転・低負荷領域に含まれる場合、ＥＣＵ５１は、冷却水の水温を第２温度Ｔ２よりもさらに高い第３温度Ｔ３（たとえば、１００℃）に設定し、温度センサ５４の検出信号から取得される冷却水の温度がその設定温度に近づくように、ウォータポンプ２２の能力を制御する。
【００４７】
＜作用効果＞
以上のように、ウォータポンプ２２が作動すると、エンジン１１とラジエータ２３との間で冷却水が循環する。エンジン１１と冷却水との間での熱交換によりエンジン１１が冷却され、ラジエータ２３と冷却水との間での熱交換により冷却水が冷却される。通常は、冷却水の温度が第２温度Ｔ２に設定され、エンジン１１の動作状態に応じて、その設定が第２温度Ｔ２から変更される。冷却水の温度の設定が変更された場合には、冷却水の温度を通常温度と変更後の温度との間で変更するために、ウォータポンプ２２による冷却水の流量が制御される。
【００４８】
エンジン１１の低回転および軽負荷時には、冷却水の温度の設定が第２温度Ｔ２からそれよりも高温の第３温度Ｔ３に引き上げられて、冷却水の温度がその第３温度Ｔ３に近づくようにウォータポンプ２２による冷却水の流量が制御される。これにより、エンジン１１の低回転および軽負荷時に、エンジン１１のシリンダなどに逃げる熱量を減らす、つまり熱損失を減らすことで、燃焼により発生した熱を有効に使うことができる。その結果、エンジン１１の低回転および軽負荷時の熱効率を向上させることができる。
【００４９】
＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００５０】
たとえば、冷却水は、水に限らず、水とエチレングリコールなどとの混合液、水または混合液に添加剤を加えたものであってもよい。また、エンジン冷却系２１で使用される冷媒は、冷却水に限らず、オイルであってもよい。
【００５１】
また、前述の実施形態では、エンジン１１およびＣＶＴ１４を搭載した車両１を取り上げたが、本発明に係る制御装置は、そのような車両１に限らず、有段式の自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）または動力分割式無段変速機を搭載した車両に用いることもできる。動力分割式無段変速機は、たとえば、変速比の変更により動力を無段階に変速する無段変速機構を備え、インプット軸とアウトプット軸との間で動力を２つの経路で分割して伝達可能な変速機である。また、本発明に係る制御装置は、エンジンおよび駆動モータを搭載したハイブリッド車に用いることもできる。ハイブリッドシステムの方式は、シリーズ方式、パラレル方式またはスプリット方式（シリーズ・パラレル方式）のいずれであるかを問わない。
【００５２】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１１：エンジン
２１：エンジン冷却系
２２：ウォータポンプ
２３：ラジエータ
５１：ＥＣＵ（制御装置、設定変更手段、流量制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019132197.tif 000005
【図４】
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