(57)【要約】【課題】エンジン等の熱源を冷却する冷却装置において、冷媒内に存在する異物の噛み込みによりポンプに障害が生じる可能性を低減する。【解決手段】冷却システム１００は、ポンプ１１０、エンジン１２０、温度センサ１３０、サーモスタット１４０、ラジエータ１５０、制御ユニット１６０、流路１７０により構成されている。ポンプ１１０は、電動式のポンプであり、電動モータＥＭにより内部のインペラＩＰを回転させて冷却液をエンジン１２０内のウォータジャケットに送出する。制御ユニット１６０は、電動モータＥＭに供給する電源相を入れ替えることによりポンプを適宜、逆回転させる。こうすることにより、冷却システム１００は、冷却液を攪拌し、異物の拡散を図る。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒により熱源を冷却する冷却装置であって、
前記冷媒を流すための流路と、
該流路内で回転することにより、前記冷媒を流すポンプと、
該ポンプの異常の有無にかかわらず、所定のタイミングで所定期間、該ポンプの回転方向を変化させる制御部と、
を備える冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記流路は、前記冷媒が循環可能な循環路である冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記制御部は、前記ポンプを所定期間、継続的に逆回転させる冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記制御部は、前記ポンプを正方向および逆方向に所定期間、交互に回転させる冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置であって、
前記熱源は、温度が所定値以下の未暖機状態にあることを検出する状態検出部を備え、
前記制御部は、前記熱源が未暖機状態の場合に前記制御を行う冷却装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置であって、
更に、前記冷媒の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記温度に応じて、前記所定のタイミングおよび前記所定期間の少なくとも一方を変化させる冷却装置。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却装置であって、
前記制御部は、前記温度が高い場合には、低い場合に比較して、前記所定のタイミングを疎にする、または前記所定期間を短くする冷却装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置であって、
前記熱源は間欠的に稼動される熱源であり、
前記制御部は、該熱源の非稼動時に前記制御を行う冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等の熱源を冷却する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの過熱を防ぐために一般的に冷却装置が用いられている。冷却装置は、冷却液をエンジン内のウォータジャケットに圧送するポンプや、冷却液の熱を外気に放出するラジエータなどから構成されている。
【０００３】
ポンプは、内部に設けられたインペラと呼ばれる羽根車を回転させて冷却液を送出する。このようなポンプでは、インペラが、ラジエータ内に発生した錆や金属片等の異物を噛み込む場合があり、冷却能力を低下させることがあった。
【０００４】
そこで、インペラのロック状態を検出した場合に、インペラを逆回転させて異物を排出する技術が提案されている（特開平７−２１７５８４号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、インペラを逆回転させても確実に異物が除去できない場合があった。このような課題は、エンジンだけではなく、モータや発電機、燃料電池など、熱源になりうる装置を冷却する冷却装置であって、ポンプの回転によって冷媒を循環させる冷却装置に共通の課題であった。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、異物の噛み込みによりポンプに障害が生じる可能性を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の冷却装置を以下のように構成した。すなわち、
冷媒により熱源を冷却する冷却装置であって、
前記冷媒を流すための流路と、
該流路内で回転することにより、前記冷媒を流すポンプと、
該ポンプの異常の有無にかかわらず、所定のタイミングで所定期間、該ポンプの回転方向を変化させる制御部と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明の冷却装置によれば、ポンプの回転方向を変化させることにより、流路内の冷媒を攪拌し、異物の拡散を図ることができる。従って、ポンプ内における異物の噛み込みを低減することが可能となる。
【０００９】
上記冷媒としては、例えば、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ　Ｌｉｆｅ　Ｃｏｏｌａｎｔ）、冷却水、冷却油等の冷却液や、冷却ガス等を用いることができる。また、本発明においては、熱源の種類は問わず、例えば、エンジン、モータ、発電機、燃料電池等を冷却対象とすることができる。
【００１０】
上記所定のタイミングとは、予め設定した一定期間で周期的なタイミングであってもよいし、熱源や冷媒の温度などに基づき所定の条件により決まるタイミングであってもよい。
【００１１】
ポンプの回転方向は、種々の方法で変化させることができる。例えば、ポンプを駆動する動力源からの回転動力の伝達経路に、回転方向を逆転させるためのギヤを挿入することにより、逆回転を実現してもよい。また、ポンプを駆動する動力源自体の回転方向を逆転させてもよい。後者の場合、動力源としては、電動モータを利用することが、制御が容易であるという観点から好ましい。
【００１２】
本発明の冷却装置において、前記流路は、前記冷媒が循環可能な循環路とすることができる。また、冷媒が循環しない非循環路として構成することも可能である。前者の場合、異物が冷却装置の外部に自然に排出されることがなく、ポンプへの異物の噛み込みが生じやすいため、本発明の効果が特に大きい。
【００１３】
本発明の冷却装置において、回転方向は、種々の態様で制御することができる。例えば、ポンプを所定期間、継続的に逆回転させてもよい。この場合、逆回転させる「所定期間」は、予め設定された固定期間としてもよいし、熱源や冷媒の温度などに応じて変動させてもよい。別の態様として、正方向および逆方向に所定期間、交互に回転させてもよい。逆方向に回転させる周期、期間などは予め設定してもよいし、熱源や冷媒の温度などに応じて変動させてもよい。
【００１４】
ポンプを逆回転させる制御は、冷却装置の能力を低下させる可能性がある。従って、要求される冷却能力が比較的低い場合に実行することが好ましい。例えば、
本発明の冷却装置において、
前記熱源は、温度が所定値以下の未暖機状態にあることを検出する状態検出部を備え、
前記制御部は、前記熱源が未暖機状態の場合に前記制御を行うものとすることができる。
【００１５】
また、本発明の冷却装置において、
更に、前記冷媒の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記温度に応じて、前記所定のタイミングおよび前記所定期間の少なくとも一方を変化させるものとしてもよい。
【００１６】
こうすることにより、冷媒の温度に応じたポンプの制御を行うことができる。変化は、冷媒の温度に応じて、連続的に変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。
【００１７】
かかる冷却装置において、例えば、前記温度が高い場合には、低い場合に比較して、前記所定のタイミングを疎にする、または前記所定期間を短くするといった制御が可能である。所定のタイミングを疎にするとは、例えば、回転を変化させる頻度を少なくするといった制御であり、所定期間を短くするとは、例えば、回転を変化させる期間を短くするといった制御である。
【００１８】
また、本発明の冷却装置において、
前記熱源は間欠的に稼動される熱源であり、
前記制御部は、該熱源の非稼動時に前記制御を行うものとすることができる。
【００１９】
間欠的に稼動される熱源としては、例えば、ハイブリッドシステムにおけるエンジンやモータが挙げられる。このような構成とすることにより、例えば、エンジンのみによる運転時に非稼動となるモータの冷却系に対して上述した種々の制御を行うことができる。モータのみの運転時も同様に、非稼動となるエンジンの冷却系に対して上述した種々の制御を行うことができる。
【００２０】
また、本発明は、上述した種々の冷却装置としての態様のほか、冷却装置におけるポンプの制御方法等の態様で実現することも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）冷却システムの概要：
（Ａ２）ポンプ制御処理：
（Ａ３）第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例：
（Ｂ１）ハイブリッドシステムの概要：
（Ｂ２）冷却システムの概要：
（Ｂ３）ポンプ制御処理：
（Ｂ４）第２実施例の変形例：
【００２２】
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）冷却システムの概要：
図１は、エンジンの冷却システム１００の概略構成を示す説明図である。本実施例にかかる冷却システム１００は、ポンプ１１０、エンジン１２０、温度センサ１３０、サーモスタット１４０、ラジエータ１５０、制御ユニット１６０、流路１７０により構成されている。流路１７０内には冷却液が満たされている。また、流路１７０内に示した矢印は冷却液の通常時の流れ方向を示している。
【００２３】
ポンプ１１０は、電動式のポンプであり、電動モータＥＭにより内部のインペラＩＰを回転させて、その遠心力により冷却液を送出する。ポンプ１１０から送出された冷却液は、エンジン１２０のシリンダヘッドやシリンダブロック内に形成されたウォータジャケット（図示省略）を通り、エンジン１２０が発する熱を吸収する。その後、エンジン１２０内を通過した冷却液は、サーモスタット１４０に送られる。このとき、冷却液が、適正温度に満たない場合はバイパス経路Ａ（図のハッチング部分）により、ポンプ１１０に送出される。速やかに暖機を行うためである。適正温度を超えた場合は、冷却液はラジエータ１５０に送られ、外気に熱を放出し、再度ポンプ１１０に到達する。
【００２４】
制御ユニット１６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによりポンプ１１０の回転方向の制御を行う。制御ユニット１６０には、冷却液の温度を測定する温度センサ１３０が接続されている。
【００２５】
図の下部にはポンプ１１０の拡大図を示した。ポンプ１１０に流入する冷却液には、冷却液の注入時に混入した埃や、流路１７０内に発生した錆や金属片などの異物が含まれる場合がある。そのため、図中のＢ内に示したインペラＩＰとケーシングとの細い隙間などにこのような異物が噛み込み、インペラＩＰがロックしてしまう場合があった。
【００２６】
（Ａ２）ポンプ制御処理：
図２は、上述した異物による影響を避けるために制御ユニット１６０のＣＰＵが行うポンプ制御処理のフローチャートである。まず、ＣＰＵは、温度センサ１３０から流路１７０内を流れる冷却液の温度を入力する（ステップＳ１０）。そして、温度が予め設定された所定値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。所定値とは、エンジン１２０の稼動に適した温度、例えば、８０℃とすることができる。温度が所定値以下であれば、ポンプの回転モードを逆回転モードに設定し（ステップＳ１２）、所定値以上であれば、通常回転モードに設定する（ステップＳ１３）。
【００２７】
通常回転モードとは、ポンプを正方向に回転させることにより、図１で示した方向に冷却液を流すためのモードである。逆回転モードとは、所定のタイミングで所定期間、ポンプを逆回転させることにより、冷却液を攪拌するモードである。上記ステップＳ１３において、冷却液の温度が所定値以上の場合に通常回転モードに設定することとしたのは、ポンプ１１０の逆回転に伴う冷却液の循環の妨げにより、エンジン１２０が過熱することを防ぐためである。
【００２８】
図中に逆回転モードの例として、モードＡとモードＢを示した。モードＡは、ｔ２の期間、ポンプ１１０を正方向と逆方向に交互に回転させ、その後一定期間正方向に回転させるモードであり、この動作をｔ１のタイミングで行う。モードＢでは、ｔ２の期間、ポンプ１１０を継続的に逆回転させ、その後一定期間正回転させるモードであり、この動作をｔ１のタイミングで行う。モードＡとモードＢは例示であるため、ＣＰＵはどちらのモードを採用してもよい。また、モードＡとモードＢとを組み合わせたモードとしてもよい。
【００２９】
逆回転モードにおけるｔ１やｔ２の値、およびモードＡにおけるｔ２の交互回転の回数は任意であるが、実験により、最もインペラのロックが起きにくいパラメータを求めて予め設定すると好適である。例えば、実際に冷却システム１００に異物を混入して、一定期間内にインペラがロックする回数をｔ１やｔ２の長さ、交互回転させる回数に応じて測定し、ロックする回数が最も少なくなる値を設定すればよい。ただし、異物によるインペラのロックは実際上頻繁に起こるものではないため、異物の量や大きさを意図的に大きくして実験を行ってもよい。
【００３０】
ＣＰＵは、ポンプ１１０の回転モードを設定すると、設定したモードに従いポンプ１１０の回転方向の制御を行う（ステップＳ１４）。回転方向の制御は、電動モータＥＭに供給する電源の相の入れ替え等により実現することができる。ＣＰＵは、以上の処理をエンジン１２０の稼動中繰り返し実行する。
【００３１】
以上で説明した第１実施例によれば、ポンプ１１０を適宜、逆回転させて冷却液を攪拌することにより、異物を拡散させ、インペラのロックを抑制することが可能となる。
【００３２】
（Ａ３）第１実施例の変形例：
第１実施例では、冷却液の温度を測定して通常回転モードと逆回転モードとを使い分けるものとしたが、上記ステップＳ１１を省略し、常時、逆回転モードによってポンプ１１０を運転するものとしてもよい。ただし、冷却液の高温時に、逆回転動作を行う頻度を下げるため、以下で説明するように、冷却液の温度に応じてポンプ１１０の制御を行うことが望ましい。
【００３３】
図３は、冷却液の温度に応じたポンプ１１０の制御を示す説明図である。図３（ａ）では、温度が上がるにつれｔ１を大きくし、逆に、ｔ２を短くするものとした。こうすることにより、温度が高くなると、逆回転させる期間が短縮され、かつ、逆回転を行う頻度が少なくなることとなる。このような制御を行うことにより、冷却液が高温となっても、エンジンの過熱を防ぎつつ、異物の拡散を図ることが可能となる。なお、図３（ａ）では、冷却液の温度に応じて連続的に期間を変化させるものとしたが、図３（ｂ）で示すように段階的に変化させるものとしてもかまわない。また、ｔ１とｔ２のうち、どちらか一方を変化させるものとしてもよい。
【００３４】
また、エンジン１２０の始動時にはデフォルトとして逆回転モードに設定されていると好適である。こうすることにより、例えば、比較的長時間エンジン１２０を稼動させないために流路１７０内に堆積してしまった異物を予め拡散することができるからである。
【００３５】
Ｂ．第２実施例：
第１実施例では、冷却する対象を１基のエンジンとした。以下で説明する第２実施例では、いわゆるハイブリッドシステムにおける冷却装置について述べる。
【００３６】
（Ｂ１）ハイブリッドシステムの概要：
図４は、ハイブリッドシステム２００の概略構成を示す説明図である。ハイブリッドシステム２００は、エンジン２１０、モータ２２０、発電機２３０、インバータ２４０，２４１、バッテリ２５０、動力分配機構２６０、駆動軸２７０、制御ユニット２８０等により構成される。動力分配機構２６０としては、遊星歯車（プラネタリギア）を用いることができる。また、図示していないが、制御ユニット２８０にはエンジン２１０とモータ２２０の回転数を各々検出するためのセンサが接続されている。
【００３７】
エンジン２１０の駆動力は、動力分配機構２６０を介して発電機２３０と駆動軸２７０に伝達される。発電機２３０は、こうして伝達された駆動力により発電を行い、インバータ２４０を介してバッテリ２５０に蓄電する。バッテリ２５０に蓄電されたエネルギはモータ２２０の駆動源となる。モータ２２０の駆動力は動力分配機構２６０によりエンジン２１０からの駆動力と合成されて駆動軸２７０に伝達される。モータ２２０は、車両の制動時には発電機としても機能する。モータ２２０はこうして回生した電力を、インバータ２４１を介してバッテリ２５０に蓄電する。
【００３８】
エンジン２１０とモータ２２０は、制御ユニット２８０により、種々の運転モードで制御される。例えば、エンジン２１０の燃費が悪い低速時には、エンジン２１０および発電機２３０を停止して、モータ２２０のみを動力源として走行する。通常走行時には、要求動力に応じて高い燃費が実現できる回転数およびトルクでエンジン２１０を運転するとともに、エンジン２１０から出力される動力を、発電機２３０およびモータ２２０を用いてトルク変換し、駆動軸２７０から出力して走行する。通常運転時には、エンジン２１０、発電機２３０、モータ２２０がそれぞれ運転される。停車中に、バッテリ２５０の残容量が低減した場合には、モータ２２０を停止したまま、エンジン２１０を運転し、その動力で発電機２３０を駆動することでバッテリ２５０の充電を行う。このように、ハイブリッドシステム２００では、駆動源であるエンジン２１０とモータ２２０とが、必要に応じて各々間欠的に運転されることとなる。
【００３９】
（Ｂ２）冷却システムの概要：
図５は、上述したハイブリッドシステム２００における冷却システム３００の概略構成を示す説明図である。本実施例にかかる冷却システム３００は、エンジン２１０を冷却するための冷却系Ａと、モータ２２０を冷却するための冷却系Ｂとにより構成される。冷却系を別個に備えたのは、エンジン２１０とモータ２２０とで冷却の目標温度が異なるからである。冷却系Ａは、第１実施例で示した冷却システム１００と同等のため、詳細な説明を省略する。冷却系Ｂは、冷却系Ａからサーモスタットとバイパス経路を省いた構成を採っている。モータ２２０は暖機する必要がないためである。各々の冷却系は温度センサ３１０，３２０を備えており、制御ユニット２８０に接続されている。制御ユニット２８０は、両者のポンプの制御を行う。
【００４０】
（Ｂ３）ポンプ制御処理：
図６は、冷却システム３００におけるポンプ制御処理のフローチャートである。制御ユニット２８０のＣＰＵが実行する処理である。ここでは、エンジン２１０側の冷却系Ａの場合について説明するが、モータ２２０側の冷却系Ｂについても同様の処理を行う。
【００４１】
まず、制御ユニット２８０のＣＰＵは、エンジン２１０の回転数と冷却液の温度とを入力する（ステップＳ２０）。ＣＰＵは、回転数を入力することによりエンジンが稼動状態であるか停止状態であるかを判別する。
【００４２】
次に、ＣＰＵは、これらの情報を元にポンプの回転モードを設定する（ステップＳ２１）。設定には、図中に示した条件表を用いる。この表は制御ユニット２８０のＲＯＭに記録されているものとする。図示するように、冷却液の温度が所定値よりも高い場合には、エンジン２１０が稼動中か停止中かにかかわらず通常回転モードに設定する。十分な冷却を行うためである。温度が低い場合には、エンジン２１０が稼動中であれば逆回転モードに設定する。停止中の場合にはポンプを停止させる。エネルギの浪費を抑えるためである。
【００４３】
ＣＰＵは、ポンプの回転モードを設定すると、設定したモードに従い、ポンプの回転方向の制御を行う（ステップＳ２２）。ＣＰＵは、ハイブリッドシステム２００の作動中、繰り返し以上の処理を実行する。
【００４４】
以上で説明した第２実施例によれば、ハイブリッドシステム２００におけるエンジン２１０やモータ２２０のように間欠的に稼動する動力源においても、それぞれの冷却系で冷却液を攪拌することにより、異物の拡散を図り、インペラのロックを抑制することができる。なお、冷却システム３００は、上述したハイブリッド方式に限られず、パラレル方式やシリーズ方式等、種々のハイブリッド方式に適用してもよい。
【００４５】
（Ｂ４）第２実施例の変形例：
第２実施例では、モータ２２０側の冷却系Ｂについても上述した制御処理と同様のポンプ制御を行うものとした。しかし、例えば、冷却系Ｂについては、上記ステップＳ２１において、モータ２２０の停止状態で、かつ、冷却液の温度が低い場合に、逆回転モードに設定するものとしてもよい。モータ２２０は、冷却液を循環させ、温度を低く保つほうが効率的に運転できるからである。
【００４６】
また、第２実施例においても、第１実施例と同様に、ハイブリッドシステム２００の始動時に、デフォルトとしてエンジン２１０側、モータ２２０側とも逆回転モードに設定されていると好適である。こうすることにより、予め冷却液を攪拌し、異物を拡散させることができるからである。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の態様で実施し得ることは勿論である。例えば、実施例においてソフトウェアで実現した機能はハードウェアによって実現してもよい。また、本発明は、エンジンやモータに限られず、例えば、発電機、燃料電池など、種々の熱源を冷却するための冷却装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却システム１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】制御ユニット１６０が行うポンプ制御処理のフローチャートである。
【図３】冷却液の温度に応じたポンプ制御を示す説明図である。
【図４】ハイブリッドシステム２００の概略構成を示す説明図である。
【図５】冷却システム３００の概略構成を示す説明図である。
【図６】冷却システム３００におけるポンプ制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１００…冷却システム
１１０…ポンプ
１２０…エンジン
１３０…温度センサ
１４０…サーモスタット
１５０…ラジエータ
１６０…制御ユニット
１７０…流路
２００…ハイブリッドシステム
２１０…エンジン
２２０…モータ
２３０…発電機
２４０，２４１…インバータ
２５０…バッテリ
２６０…動力分配機構
２７０…駆動軸
２８０…制御ユニット
３００…冷却システム
３１０，３２０…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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