(57)【要約】【課題】冷却ファンの駆動を抑えつつ、極低温時における熱交換器の熱歪みを低減することができる冷却システムを提供する。【解決手段】空気と冷却水との熱交換を行うラジエータ２と、ラジエータ２に空気を供給する冷却ファン３と、ラジエータ２内における冷却水の偏流の発生に関連する因子を検出する偏流検出手段５、１０〜１２と、冷却ファン３の駆動制御を行う冷却システムＥＣＵ１４とを備え、冷却システムＥＣＵ１４を、偏流検出手段５、１０〜１２によって検出された偏流の発生に関連する因子に基づいて偏流発生条件が成立していると判定した場合に冷却ファン３を駆動させるように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（２）と、
前記熱交換器（２）に空気を供給する冷却ファン（３）と、
前記熱交換器（２）内における熱媒体の偏流の発生に関連する因子を検出する偏流検出手段（５、１０〜１２）と、
前記冷却ファン（３）の駆動制御を行う制御手段（１４）とを備え、
前記制御手段（１４）は、前記偏流検出手段（５、１０〜１２）によって検出された前記偏流の発生に関連する因子に基づいて偏流発生条件が成立していると判定した場合に前記冷却ファン（３）を駆動させることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記熱媒体は、車両の走行用駆動源として用いられ、運転者によるアクセルの操作量に応じて出力が変化するエンジン（１）に循環するように構成され、
前記アクセルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段（１３）を備え、
前記制御手段（１４）は、前記偏流検出手段（５、１０〜１２）によって前記偏流発生条件が成立していると判定され、かつ前記アクセル操作量検出手段（１３）によって検出された前記アクセルの操作量の増加率が所定値を超えた場合に、前記冷却ファン（３）を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記偏流検出手段は、外気温を検出する外気温検出手段（１０）を有しており、
前記偏流の発生に関する因子には、前記外気温検出手段（１０）により検出された外気温が含まれており、前記偏流発生条件には、前記外気温が所定外気温以下であることが含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記偏流検出手段は、前記熱交換器（２）を流れる熱媒体の流量を検出する流量検出手段（１１）を有しており、
前記偏流の発生に関する因子には、前記流量検出手段（１１）により検出された熱媒体流量が含まれており、前記偏流発生条件には、前記熱媒体流量が所定流量以下であることが含まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却システム。
【請求項５】
前記偏流検出手段は、前記熱交換器（２）を通過する空気の風速を検出する風速検出手段（１２）を有しており、
前記偏流の発生に関する因子には、前記風速検出手段（１２）により検出された空気風速が含まれており、前記偏流発生条件には、前記空気風速が所定風速以下であることが含まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却システム。
【請求項６】
前記偏流検出手段は、熱媒体が前記熱交換器（２）に流入するか否かを検出する通水検出手段（５）を有しており、
前記偏流の発生に関する因子には、前記通水検出手段（５）により検出された前記熱交換器（２）への熱媒体の流入の有無が含まれており、前記偏流発生条件には、前記熱交換器（２）への熱媒体の流入があることが含まれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システムに関するもので、車両の走行用駆動源をなす内燃機関（エンジン）の冷却システムに適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
車両には、エンジンとラジエータとの間に冷却水を循環させることにより熱交換を行う車両用の冷却システムが備えられている。
【０００３】
冷却水として一般に用いられるＬＬＣ（不凍液）は、低温時に粘度が高くなるため、極低温時においては冷却水がラジエータ全体に均一に流れずに一部のチューブのみに集中して流れるという偏流が生じる。この結果、冷却水が流れやすい部位（偏流部）と冷却水が流れにくい部位（非偏流部）とが顕在化し、その境界において温度差が発生してチューブに熱歪みが生じる。
【０００４】
さらに、偏流が生じた時に冷却水流量が増大すると、偏流部に大量の冷却水が集中して流れ込むため、偏流部と非偏流部との温度差がさらに拡大し、大きな熱歪みが発生するという問題がある。
【０００５】
これに対し、冷却水流量が急激に増大する場合に、冷却ファンを冷却水温度とは無関係に強制的に駆動することで、ラジエータを急速に冷却して偏流部をなくすことが考えられる。これにより、冷却水流量が増大しても、冷却水が一部のチューブに集中して流れ込むことを抑制することができるため、大きな熱歪み発生を抑制することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、偏流が発生する頻度は稀であるにも関わらず、やたらと冷却ファンを駆動させると、冷却ファンモータの寿命低下や、消費電力の増大による燃費の悪化という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、冷却ファンの駆動を抑えつつ、極低温時における熱交換器の熱歪みを低減することができる冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（２）と、熱交換器（２）に空気を供給する冷却ファン（３）と、熱交換器（２）内における熱媒体の偏流の発生に関連する因子を検出する偏流検出手段（５、１０〜１２）と、冷却ファン（３）の駆動制御を行う制御手段（１４）とを備え、制御手段（１４）は、偏流検出手段（５、１０〜１２）によって検出された偏流の発生に関連する因子に基づいて偏流発生条件が成立していると判定した場合に冷却ファン（３）を駆動させることを特徴としている。
【０００９】
なお、「熱媒体の偏流」とは、熱媒体が熱交換器（２）全体に均一に流れずに、一部の部位に集中的に流れるという現象のことをいう。
【００１０】
これにより、熱交換器（２）内に偏流が発生した場合のみ、冷却ファン（３）を強制的に駆動して熱交換器（２）を急速に冷却し、熱媒体が熱交換器（２）内を均一に流れるようにすることで、偏流を抑制することができる。このため、冷却ファン（３）の駆動を抑えつつ、極低温時における熱交換器（２）の熱歪みを低減することが可能となる。
【００１１】
また、本発明では、熱媒体は、車両の走行用駆動源として用いられ、運転者によるアクセルの操作量に応じて出力が変化するエンジン（１）に循環するように構成され、アクセルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段（１３）を備え、制御手段（１４）は、偏流検出手段（５、１０〜１２）によって偏流発生条件が成立していると判定され、かつアクセル操作量検出手段（１３）によって検出されたアクセルの操作量の増加率が所定値を超えた場合に、冷却ファン（３）を駆動させることを第２の特徴としている。
【００１２】
このように、熱交換器（２）内に偏流が発生し、さらにアクセルの操作量が急上昇した、すなわち熱交換器（２）を流れる熱媒体流量の増加を予測した場合のみ、冷却ファン（３）を強制的に駆動して熱交換器（２）を急速に冷却し、熱媒体が熱交換器（２）内を均一に流れるようにすることで、偏流を抑制することができる。このため、冷却ファン（３）の駆動をさらに抑えつつ、極低温時における熱交換器（２）の熱歪みを低減することが可能となる。
【００１３】
なお、上記第１および第２の特徴において、偏流検出手段を、外気温を検出する外気温検出手段（１０）を有するように構成し、偏流の発生に関する因子を、外気温検出手段（１０）により検出された外気温が含まれるように構成し、偏流発生条件を、外気温が所定外気温以下であることが含まれるように構成することができる。
【００１４】
また、上記第１および第２の特徴において、偏流検出手段を、熱交換器（２）を流れる熱媒体の流量を検出する流量検出手段（１１）を有するように構成し、偏流の発生に関する因子を、流量検出手段（１１）により検出された熱媒体流量が含まれるように構成し、偏流発生条件を、熱媒体流量が所定流量以下であることが含まれるように構成することができる。
【００１５】
また、上記第１および第２の特徴において、偏流検出手段を、熱交換器（２）を通過する空気の風速を検出する風速検出手段（１２）を有するように構成し、偏流の発生に関する因子を、風速検出手段（１２）により検出された空気風速が含まれるように構成し、偏流発生条件を、空気風速が所定風速以下であることが含まれるように構成することができる。
【００１６】
また、上記第１および第２の特徴において、偏流検出手段を、熱媒体が熱交換器（２）に流入するか否かを検出する通水検出手段（５）を有するように構成し、偏流の発生に関する因子を、通水検出手段（５）により検出された熱交換器（２）への熱媒体の流入の有無が含まれるように構成し、偏流発生条件を、熱交換器（２）への熱媒体の流入があることが含まれるように構成することができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る冷却システムを車両の走行用駆動源として用いられるエンジン（内燃機関）の冷却に適用したものである。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る冷却システムを示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の冷却システムは、エンジン１およびラジエータ２を備えている。エンジン１は水冷式であり、その冷却水（熱媒体）をラジエータ２にて冷却するシステムとなっている。本実施形態では、冷却水としてＬＬＣ（不凍液）を用いている。ＬＬＣは、低温時には粘度が高くなるという性質を有している。
【００２０】
ラジエータ２は、周知のごとく扁平チューブとコルゲートフィンとの組み合わせからなる熱交換コア部と、熱交換コア部のチューブに対して冷却水の分配、集合の役割を果たすタンク部とを備えている。そして、ラジエータ２の近傍（例えば、車両後方側）に配設された冷却ファン３から送風される空気（冷却風）と冷却水との間で熱交換して、冷却水を冷却する。
【００２１】
冷却ファン３は、ファンモータ３ａによって回転駆動されるものであり、ファンコントローラ３ｂによって冷却ファン３の回転数が制御されている。ファンコントローラ３ｂには、後述する冷却システムＥＣＵ１４からの制御信号が入力されるため、ラジエータ２への冷却空気の送風量は、冷却システムＥＣＵ１４の制御によって変化する構造となっている。
【００２２】
エンジン１とラジエータ２は、エンジン１とラジエータ２との間で閉回路を形成する第１の冷却水回路Ａによって接続されている。第１の冷却水回路Ａには、エンジン１の動力によって機械的に駆動されて第１の冷却水回路Ａ等に冷却水を循環させる水ポンプ４が配設されている。そして、第１の冷却水回路Ａ内においては、冷却水は、エンジン１の冷却水出口１ａからラジエータ２を経由してエンジン１の冷却水入口１ｂに循環するようになっている。
【００２３】
第１の冷却水回路Ａの冷却水出口１ａ近傍には、冷却水温センサ５が配設されている。冷却水温センサ５は、冷却水出口１ａから吐出された直後の冷却水温度を検出し、その検出信号を後述する冷却システムＥＣＵ１４に出力するように構成されている。
【００２４】
第１の冷却水回路Ａの途中には、ラジエータ２を迂回させて冷却水を流通させるバイパス回路Ｂが、第１の冷却水回路Ａに対して並列に接続されている。水ポンプ４の吸入側に設けられたサーモスタット６により、バイパス回路Ｂに冷却水を流通させる場合とラジエータ２に冷却水を流通させる場合との切替制御がなされる。
【００２５】
サーモスタット６は冷却水温度応動弁であり、周知のごとくサーモワックス（感温部材）の温度による体積変化を利用して弁体を変位させて冷却水通路を開閉する。具体的には、冷却水温度がサーモワックスにより設定される設定温度（本実施形態では８６℃）まで上昇すると、サーモスタット６はラジエータ２の出口側冷却水回路を開口し、冷却水はラジエータ２に流れる。一方、冷却水温度が設置温度以下の場合には、冷却水はバイパス回路Ｂに流れる。
【００２６】
第１の冷却水回路Ａにおいて、冷却水温センサ５が配設されている部位より下流には分岐部７が形成されており、水ポンプ４とサーモスタット６との間には合流部８が形成されている。そして、分岐部７と合流部８との間には、第２の冷却水回路Ｃが設けられている。第２の冷却水回路Ｃには、ヒータコア９が配設されている。ヒータコア９は、車両用空調装置（図示せず）の空調用送風機（図示せず）から送風される空調用空気を、ヒータコア９内に流れる冷却水と熱交換することにより加熱させるものである。
【００２７】
また、本実施形態の冷却システムは、外気温を検出する外気温センサ１０、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ１１、車両の速度を検出する車速センサ１２、および運転者のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１３を備えている。これらのセンサ１０〜１３は、それぞれ検出信号を後述する冷却システムＥＣＵ１４に出力するように構成されている。なお、アクセル開度センサ１３が、本発明のアクセル操作量検出手段に相当している。
【００２８】
冷却システムＥＣＵ（制御手段）１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、冷却システムＥＣＵ１４には、冷却水温センサ５、外気温センサ１０、エンジン回転数センサ１１、車速センサ１２およびアクセル開度センサ１３からのセンサ信号が入力される。また、冷却システムＥＣＵ１４は、演算結果に基づいて、ファンコントローラ３ｂに制御信号を出力する。なお、冷却水温センサ５、外気温センサ１０、回転数センサ１１および車速センサ１２が、本発明の偏流検出手段に相当している。
【００２９】
次に、上記構成の冷却システムの冷却ファン制御について図２および図３に基づいて説明する。図２は本実施形態における冷却システムの冷却システムＥＣＵ１４がＲＯＭに格納されたプログラムに従って行う冷却ファン制御を示すフローチャートで、図３は本実施形態における通常ファン制御を示す制御図である。
【００３０】
図２において、まず、通常ファン制御を行う（Ｓ１００）。すなわち、図３に示すように、エンジンＥＣＵ（エンジン電子制御装置、図示せず）から冷却水温を所定温度に保つための水温制御信号を受けて、ファンモータ３ａをＰＷＭ制御するためのパルス信号をファンコントローラ３ｂに出力する。
【００３１】
図２に戻り、冷却水温センサ５により測定された冷却水温度が所定冷却水温度を上回っているか否かを判定する（Ｓ１１０）。ここで、所定冷却水温度は、サーモスタット６のサーモワックスにより設定される設定温度（本実施形態では８６℃）と同一温度に設定されている。このため、冷却水温度が所定冷却水温度を上回っているか否かを判定することで、冷却水がラジエータ２に流れているか否かを診断することができる。なお、冷却水温センサ５が、本発明の通水検出手段に相当している。
【００３２】
冷却水温センサ５により測定された冷却水温度が所定冷却水温度を上回っていない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、冷却水はバイパス回路Ｂを流れてラジエータ２には流れていないと診断し、Ｓ１００に戻る。
【００３３】
一方、冷却水温センサ５により測定された冷却水温度が所定冷却水温度を上回っている場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、冷却水がラジエータ２に流れている、すなわちラジエータ２に偏流が発生する可能性があると診断し、外気温センサ１０により測定された外気温が所定外気温度を下回っているか否かを判定する（Ｓ１２０）。
【００３４】
冷却水の偏流は、外気温が極低温（例えば−２０℃以下）の場合に発生する。これは、極低温時において、冷却水に用いられるＬＬＣの粘度が急激に高くなるため、冷却水が一部のチューブにのみ流れやすくなり、ラジエータ２全体に均一に流れにくくなるためである。したがって、所定外気温度を偏流の発生開始温度、すなわちこの温度以下では偏流が発生する可能性があるという温度（本実施形態では−２０℃）に設定し、外気温センサ１０により測定された外気温を所定外気温度と比較することで、冷却水の偏流が発生している可能性があるか否かを診断することができる。なお、外気温センサ１０が、本発明の外気温検出手段に相当している。
【００３５】
この結果、外気温センサ１０により測定された外気温が所定外気温度を下回っていない場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、外気温が偏流の発生条件（極低外気温度時）を満たしていない、すなわちラジエータ２に偏流が発生していないと診断し、Ｓ１００に戻る。
【００３６】
一方、外気温センサ１０により測定された外気温が所定外気温度を下回っている場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、外気温が偏流の発生条件を満たしている、すなわちラジエータ２に偏流が発生している可能性があると診断し、エンジン回転数センサ１１により測定されたエンジン回転数が所定回転数を下回っているか否かを判定する（Ｓ１３０）。
【００３７】
冷却水の偏流は、ラジエータ２に流れる冷却水流量が低流量の場合に発生する。これは、高流量時には冷却水がラジエータ２全体に流れやすくなるが、低流量時には冷却水が一部のチューブにのみ流れやすくなるためである。また、本実施形態のように、水ポンプ４がエンジン１の動力によって機械的に駆動される場合、ラジエータ２に流れる冷却水流量はエンジン回転数に比例する。このため、所定回転数を偏流の発生開始回転数、すなわちこの回転数以下では偏流が発生する可能性があるというエンジン回転数（本実施形態では１５００ｒｐｍ）に設定し、エンジン回転数センサ１１により測定されたエンジン回転数を所定回転数と比較することで、偏流が発生している可能性があるか否かを診断することができる。なお、エンジン回転数センサ１１が、本発明の流量検出手段に相当している。
【００３８】
この結果、エンジン回転数センサ１１により測定されたエンジン回転数が所定回転数を下回っていない場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、エンジン回転数、すなわち冷却水流量が偏流の発生条件（低流量時）を満たしていない、すなわちラジエータ２に偏流が発生していないと診断し、Ｓ１００に戻る。
【００３９】
一方、エンジン回転数センサ１１により測定されたエンジン回転数が所定回転数を下回っている場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、エンジン回転数、すなわち冷却水流量が偏流の発生条件を満たしている、すなわちラジエータ２に偏流が発生している可能性があると診断し、車速センサ１２により測定された車速が所定車速を下回っているか否かを判定する（Ｓ１４０）。
【００４０】
冷却水の偏流は、ラジエータ２を通過する冷却風の風速が低風速の場合に発生する。これは、冷却風が高風速時には、ラジエータ２全体を冷却して均一な温度にすることができるが、低流量時にはラジエータ２全体を確実に冷却することができず、ラジエータ２全体の温度を均一にすることができないためである。また、ラジエータ２を通過する冷却風速は、冷却ファン３が駆動していない時は車速から判断できるため、所定車速を偏流の発生開始速度、すなわちこの車速以下では偏流が発生する可能性があるという速度（本実施形態では１５ｋｍ／ｈ）に設定し、車速センサ１２により測定された車速を所定車速と比較することで、偏流が発生している可能性があるか否かを診断することができる。なお、車速センサ１２が、本発明の風速検出手段に相当している。
【００４１】
この結果、車速センサ１２により測定された車速が所定車速を下回っていない場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、車速、すなわちラジエータ２を通過する冷却風速が偏流の発生条件（低風速時）を満たしていない、すなわちラジエータ２に偏流が発生していないと診断し、Ｓ１００に戻る。
【００４２】
一方、車速センサ１２により測定された車速が所定車速を下回っている場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、車速、すなわちラジエータ２を通過する冷却風速が偏流の発生条件（低風速時）を満たしており、さらにＳ１１０〜Ｓ１３０の診断結果とあわせて、ラジエータ２に偏流が発生していると診断し、アクセル開度センサ１３により測定されたアクセル開度の増加率が所定値を越えているか否かを判定する（Ｓ１５０）。
【００４３】
車両が加速してエンジン回転数が上昇することで、ラジエータ２に流入する冷却水流量が増加する。このため、アクセル開度の増加率が所定値を越えた（アクセル開度が急上昇した）、すなわちアクセル開度信号がステップ応答を示したか否かを判定することで、エンジン回転数の急上昇を事前に予測し、冷却水流量が増大するか否かを診断することができる。
【００４４】
この結果、アクセル開度センサ１３により測定されたアクセル開度の増加率が所定値を越えていない場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、ラジエータ２に流入する冷却水流量が増大しないと診断し、Ｓ１００に戻る。
【００４５】
一方、アクセル開度センサ１３により測定されたアクセル開度の増加率が所定値を越えている場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、ラジエータ２に流入する冷却水流量が増大すると診断し、冷却ファン３を数秒間強制的に駆動し（Ｓ１６０）、Ｓ１００に戻る。
【００４６】
なお、外気温、冷却水流量、冷却風（空気）風速およびラジエータ２への通水の有無が、本発明の「偏流の発生に関連する因子」に相当している。また、極低外気温、低冷却水流量、低冷却風風速およびラジエータ２への通水が、本発明の「偏流発生条件」に相当している。
【００４７】
以上のように、極低外気温、低冷却水流量および低冷却風速の条件を全て満たし、サーモスタット６が開いてラジエータ２に通水している場合に、ラジエータ２に偏流が発生していると診断し、さらに偏流発生状態において冷却水流量が増大すると診断した場合にのみ、冷却ファン３を強制的に駆動してラジエータ２を急速に冷却し、冷却水が全てのチューブに均一に流れるようにすることで、熱歪みの発生を抑制することができる。したがって、冷却ファン３の駆動を抑えつつ、極低温時におけるラジエータ２の熱歪みを低減することが可能となる。これにより、ファンモータ３ａの寿命を向上させることができるとともに、消費電力を低下させて燃費を向上させることができる。
【００４８】
さらに、車両に搭載される既存のセンサ類を使用して偏流の発生を判定することができるため、簡易な構成で、冷却ファン３の駆動を抑えつつ極低温時におけるラジエータ２の熱歪みを低減することが可能となる。
【００４９】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、冷却システムＥＣＵ１４を、偏流発生条件（極低外気温、低冷却水流量、低冷却風風速、ラジエータ２に通水している）を全て満たしている場合に、ラジエータ２内に冷却水の偏流が発生したと診断するように構成したが、これに限らず、偏流発生条件のうち少なくとも１つを満たしている場合に偏流が発生したと診断するように構成してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、アクセル開度信号がアクセル開度センサ１３から冷却システムＥＣＵ１４に直接入力される形態になっているが、アクセル開度センサ１３からアクセル開度信号がエンジンＥＣＵ入力され、エンジンＥＣＵから冷却システムＥＣＵ１４にアクセル開度信号が入力されるようになっていてもよい。同様に、車速センサから車速信号がメータＥＣＵに入力され、メータＥＣＵから冷却システムＥＣＵに車速信号が入力されるようになっていてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態において、水ポンプ４として機械式のポンプを用いたが、電動式のポンプを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムを示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態における冷却ファン制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における通常ファン制御を示す制御図である。
【符号の説明】
【００５３】
２…ラジエータ（熱交換器）、３…冷却ファン、５…冷却水温センサ（通水検出手段）、１０…外気温センサ（外気温検出手段）、１１…エンジン回転数センサ（流量検出手段）、１２…車速センサ（風速検出手段）、１３…アクセル開度センサ（アクセル操作量検出手段）、１４…冷却システムＥＣＵ（制御手段）。
【図１】
2007192033.tif 000003
【図２】
2007192033.tif 000004
【図３】
2007192033.tif 000005