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技術 冷却システム及び冷却システムの制御方法

出願人 日産自動車株式会社ルノーエス.ア.エス.
発明者 上原利矢子越島将史
出願日 2018年1月22日 (2年11ヶ月経過) 出願番号 2018-008188
公開日 2019年8月1日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-127836
状態 未査定
技術分野 吸い込み系統 その他の吸気量を増加させるための吸気装置
主要キーワード 切り替え構造 切り替え段階 各分流路 冷却水戻り通路 外気温検出値 加温効果 ヒータ要求 スロットルハウジング
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

過給機を備える内燃機関において、吸気温度調節をより好適に実行できる冷却システム及びその制御方法を提供すること。

解決手段

内燃機関及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行う高温の第1冷却水循環させる第1冷却回路と、第1冷却水により冷却又は加温された吸気に対するさらなる冷却又は加温を行う低温の第2冷却水を循環させる第2冷却回路と、第1冷却水と吸気の熱交換が行われる第1熱交換領域、及び第2冷却水と吸気の熱交換が行われる第2熱交換領域を備えた水冷インタークーラと、第1熱交換領域の容積及び第2熱交換領域の容積の間の比率である熱交換領域容積比率切り替え切り替え構造と、を備えた冷却システム。

概要

背景

過給機を備える内燃機関において、過給機によって圧縮された吸入空気吸気)を冷却する冷却システムが知られている。

特許文献1には、第1冷却水が流れる高温側冷却流路及び高温側冷却流路に設けられる高温側熱交換器を有する第1冷却回路と、第1冷却水よりも低温の第2冷却水が流れる高温側冷却流路及び高温側冷却流路に設けられる高温側熱交換器を有する第2冷却回路と、を有する冷却システムが提案されている。

この冷却システムでは、第1冷却回路により内燃機関及び吸気が冷却され、第1冷却回路によって冷却された吸気がさらに第2冷却回路により冷却される。すなわち、過給機の吸気を高温冷却系の第1冷却回路によって予備的に冷却し、その後、当該吸気をさらに低温冷却系の第2冷却回路によって冷却している。

概要

過給機を備える内燃機関において、吸気の温度調節をより好適に実行できる冷却システム及びその制御方法を提供すること。 内燃機関及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行う高温の第1冷却水を循環させる第1冷却回路と、第1冷却水により冷却又は加温された吸気に対するさらなる冷却又は加温を行う低温の第2冷却水を循環させる第2冷却回路と、第1冷却水と吸気の熱交換が行われる第1熱交換領域、及び第2冷却水と吸気の熱交換が行われる第2熱交換領域を備えた水冷インタークーラと、第1熱交換領域の容積及び第2熱交換領域の容積の間の比率である熱交換領域容積比率切り替え切り替え構造と、を備えた冷却システム。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、過給機を備える内燃機関において、吸気の温度調節をより好適に実行できる冷却システム及びその制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関及び過給機吸気に対する冷却又は加温を行う高温の第1冷却水循環させる第1冷却回路と、前記第1冷却水により冷却又は加温された前記吸気に対するさらなる冷却又は加温を行う低温の第2冷却水を循環させる第2冷却回路と、前記第1冷却水と前記吸気の熱交換が行われる第1熱交換領域、及び前記第2冷却水と前記吸気の熱交換が行われる第2熱交換領域を備えた水冷インタークーラと、前記第1熱交換領域の容積及び前記第2熱交換領域の容積の間の比率である熱交換領域容積比率切り替え切り替え構造と、を備えた、冷却システム

請求項2

請求項1に記載の冷却システムであって、前記水冷インタークーラは、前記吸気の流れ方向に並んで配置された複数の熱交換モジュールを備え、前記切り替え構造は、前記熱交換モジュールが並ぶ方向に沿って伸長して形成され、一端が前記第1冷却回路に接続されるとともに他端が前記第2冷却回路に接続される冷却水誘導路と、前記冷却水誘導路における前記熱交換モジュールのそれぞれの対向位置に配され、前記熱交換モジュールへ前記第1冷却水を流す状態と前記第2冷却水を流す状態を切り替える切り替え弁と、を備えた、冷却システム。

請求項3

請求項1又は2に記載の冷却システムであって、前記切り替え構造による前記熱交換領域容積比率の切り替え操作を制御する切り替え構造制御部をさらに備え、前記切り替え構造制御部は、前記吸気の冷却要求が高いほど、前記第2熱交換領域の容積を大きくする、冷却システム。

請求項4

請求項3に記載の冷却システムであって、前記切り替え構造制御部は、前記吸気の冷却要求が低いほど、前記第1熱交換領域の容積を大きくする、冷却システム。

請求項5

請求項3又は4に記載の冷却システムであって、前記切り替え構造制御部は、前記熱交換領域容積比率が変更される際に、前記吸気の温度の変化率所定値以下となるように前記切り替え構造を操作する、冷却システム。

請求項6

請求項1〜5の何れか1項に記載の冷却システムであって、前記内燃機関の上流において前記第1冷却回路から分岐し、前記水冷インタークーラに連通する上流側冷却水分岐路と、前記内燃機関の下流において前記第1冷却回路から分岐し、前記上流側冷却水分岐路に合流する下流側冷却水分岐路と、前記上流側冷却水分岐路及び下流側冷却水分岐路の合流部に設けられた合流部三方弁と、をさらに備えた、冷却システム。

請求項7

請求項6に記載の冷却システムであって、前記合流部三方弁を制御する合流部三方弁制御部をさらに備え、前記合流部三方弁制御部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記合流部三方弁の開度を調節することで、前記第1冷却水を前記上流側冷却水分岐路から前記水冷インタークーラへ供給する状態と、前記第1冷却水を前記下流側冷却水分岐路から前記上流側冷却水分岐路を介して前記水冷インタークーラへ供給する状態と、を切り替える、冷却システム。

請求項8

高温の第1冷却水により内燃機関及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行い、低温の第2冷却水によりさらに前記吸気の冷却又は加温を行う水冷インタークーラを備えた冷却システムの制御方法であって、第1冷却水による前記吸気に対する熱交換量と第2冷却水による前記吸気に対する熱交換量との間の割合を、前記吸気の冷却要求又は加温要求に応じて調節する、冷却システムの制御方法。

技術分野

0001

本発明は、冷却システム及び冷却システムの制御方法に関する。

背景技術

0002

過給機を備える内燃機関において、過給機によって圧縮された吸入空気吸気)を冷却する冷却システムが知られている。

0003

特許文献1には、第1冷却水が流れる高温側冷却流路及び高温側冷却流路に設けられる高温側熱交換器を有する第1冷却回路と、第1冷却水よりも低温の第2冷却水が流れる高温側冷却流路及び高温側冷却流路に設けられる高温側熱交換器を有する第2冷却回路と、を有する冷却システムが提案されている。

0004

この冷却システムでは、第1冷却回路により内燃機関及び吸気が冷却され、第1冷却回路によって冷却された吸気がさらに第2冷却回路により冷却される。すなわち、過給機の吸気を高温冷却系の第1冷却回路によって予備的に冷却し、その後、当該吸気をさらに低温冷却系の第2冷却回路によって冷却している。

先行技術

0005

特開2010−249129号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1の冷却システムでは、高負荷時等の吸気に対する冷却要求が高くなるシーンにおいて、吸気に対する冷却量が十分に確保できない場合がある。また、冷機始動時などの吸気に対する冷却要求が低いか、又は吸気を加温することが要求されるシーンにおいても、当該要求を好適に満たすことができない場合がある。

0007

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、過給機を備える内燃機関において、吸気の温度調節をより好適に実行できる冷却システム及びその制御方法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

本発明のある態様によれば、内燃機関及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行う高温の第1冷却水を循環させる第1冷却回路と、第1冷却水により冷却又は加温された吸気に対するさらなる冷却又は加温を行う低温の第2冷却水を循環させる第2冷却回路と、第1冷却水と吸気の熱交換が行われる第1熱交換領域、及び第2冷却水と吸気の熱交換が行われる第2熱交換領域を備えた水冷インタークーラと、を有する冷却システムが提供される。さらに、この冷却システムは、第1熱交換領域の容積及び第2熱交換領域の容積の間の比率である熱交換領域容積比率切り替え切り替え構造を備える。

0009

また、本発明の別の態様によれば、第1冷却水により内燃機関及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行い、第2冷却水によりさらに吸気の冷却又は加温を行う水冷インタークーラを備えた冷却システムの制御方法が提供される。この冷却システムの制御方法では、第1冷却水による吸気に対する熱交換量と第2冷却水による吸気に対する熱交換量との間の割合を、吸気の冷却要求又は加温要求に応じて調節する。

発明の効果

0010

これにより、過給機を備える内燃機関において、より好適に吸気の温度調節を実行することができる。

図面の簡単な説明

0011

図1は、第1実施形態の冷却システムの構成を概略的に示す図である。
図2は、水冷インタークーラの構成を概略的に示す図である。
図3Aは、熱交換領域容積比率の切り替えパターンを示す図である。
図3Bは、熱交換領域容積比率の切り替えパターンを示す図である。
図3Cは、熱交換領域容積比率の切り替えパターンを示す図である。
図3Dは、熱交換領域容積比率の切り替えパターンを示す図である。
図3Eは、熱交換領域容積比率の切り替えパターンを示す図である。
図4は、熱交換領域容積比率の切り替え制御の流れを説明するフローチャートである。
図5は、第2実施形態の冷却システムの構成を概略的に示す図である。
図6Aは、合流三方弁が第1開度である場合の水冷インタークーラへの第1冷却水の流れを説明する図である。
図6Bは、合流部三方弁が第2開度である場合の水冷インタークーラへの第1冷却水の流れを説明する図である。
図7は、合流部三方弁の開度の制御態様を説明するマップである。

実施例

0012

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

0013

(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る冷却システム50の概略構成図である。なお、図1では、冷却水の流れ方向を細線の矢印で表している。

0014

図示のように、冷却システム50は、第1冷却水としてのエンジン冷却水が循環するエンジン側冷却回路52と、エンジン冷却水よりも低温の第2冷却水が流れるサブ冷却回路54と、を備える。すなわち、本実施形態では、エンジン側冷却回路52が第1冷却回路を構成し、サブ冷却回路54が第2冷却回路を構成する。

0015

そして、エンジン側冷却回路52は、第1ウォータポンプ2とエンジン1のシリンダヘッド1A及びシリンダブロック1Bの冷却水入口とは冷却水通路20により接続される。そして、シリンダヘッド1A及びシリンダブロック1Bの冷却水出口には冷却水通路21が接続される。

0016

高温側冷却水分岐路27は、後述する水冷インタークーラ13に連通する。

0017

冷却水通路21には、上流から順に、高温側冷却水分岐路27、冷却水通路22、冷却水通路23、冷却水通路24、及び冷却水通路25が分岐して接続される。そして、冷却水通路21は、冷却水通路25との分岐部の下流において冷却水通路26に繋がっている。

0018

冷却水通路22には、エンジン1の吸入空気量を調整するスロットルバルブを含むスロットルハウジング5と、エンジン1の吸入空気を圧縮するターボチャージャ6とが介装される。また、冷却水通路22は、後述する冷却水通路23に接続される。

0019

冷却水通路23には、車室内に送る空気を暖めるためのヒータ7と、EGRバルブ8と、EGRクーラ9とが介装される。ここで、EGRとはExhaust Gas Recirculationの略である。EGRバルブ8は排気通路から吸気通路還流させる排気ガス(以下、EGRガスともいう)の量を調整するためのバルブである。EGRクーラ9はEGRガスを冷却するための冷却装置である。また、冷却水通路23におけるヒータ7の下流であってEGRバルブ8の上流には、冷却水通路22が接続されている。

0020

冷却水通路24には、エンジン1に用いるオイルを冷却するためのエンジン用オイルクーラ10が介装される。また、冷却水通路25には、図示しない変速機に用いるオイルを冷却するための変速機用オイルクーラ11が介装される。

0021

さらに、冷却水通路26には、第1ラジエータ12が介装される。第1ラジエータ12は、第1冷却水を空気との熱交換によって冷却する空冷式熱交換器である。

0022

上述した高温側冷却水分岐路27、冷却水通路22、冷却水通路23、冷却水通路24、冷却水通路25、及び冷却水通路26は、上述のそれぞれに介装された装置を介して冷却水戻り通路29に合流し、再び冷却水通路20に送られる。

0023

次に、サブ冷却回路54について説明する。

0024

サブ冷却回路54は、高温側冷却水分岐路27に設けられた水冷インタークーラ13と、第2ウォータポンプ14と、第2ラジエータ15と、を有している。そして、水冷インタークーラ13、第2ウォータポンプ14、及び第2ラジエータ15が、第2冷却水が流れる低温側冷却水通路28に介装されている。

0025

第2ウォータポンプ14は、低温側冷却水通路28において第2冷却水を循環させるポンプである。第2ラジエータ15は、第1ラジエータ12と同様の空冷式の熱交換器である。低温側冷却水通路28を流れる第2冷却水は、第2ラジエータ15によって、エンジン1の暖機が終了した状態における第1冷却水よりも低い温度まで冷却される。

0026

次に、水冷インタークーラ13の構成について説明する。

0027

水冷インタークーラ13は、高温側冷却水分岐路27及び低温側冷却水通路28の双方に跨るように介装されている。すなわち、水冷インタークーラ13には、高温側冷却水分岐路27から高温の第1冷却水、及び低温側冷却水通路28から低温の第2冷却水がともに供給されることとなる。水冷インタークーラ13の内部構成についてより詳細に説明する。

0028

図2は、水冷インタークーラ13の構成を説明する図である。

0029

水冷インタークーラ13は、ターボ過給機コンプレッサの吸気を冷却する装置である。なお、図2中においては、吸気が流れる方向を白抜きの矢印で示す。

0030

水冷インタークーラ13は、ハウジング30内において、第1冷却水又は第2冷却水が流入されて吸気との熱交換が行われる複数の熱交換モジュール31を備える。

0031

特に、本実施形態では、熱交換モジュール31−1、31−2、31−3、31−4が、この順で吸気の流れ方向に上流から並んで配置されている。

0032

本実施形態の冷却システム50においては、各熱交換モジュール31−1、31−2、31−3、31−4は、第1冷却水と吸気の熱交換を行う第1熱交換領域、又は第2冷却水と吸気の熱交換を行う第2熱交換領域として機能する。

0033

より具体的に、本実施形態の水冷インタークーラ13は、熱交換モジュール31−1、熱交換モジュール31−2、熱交換モジュール31−3、及び熱交換モジュール31−4のそれぞれに、高温の第1冷却水又は低温の第2冷却水の何れかを流すように切り替える切り替え構造を備える。すなわち、この切り替え構造によって、第1熱交換領域の容積V1及び第2熱交換領域の容積V2の間の比率である熱交換領域容積比率としての容積比Vpを切り替えることができる。以下、本実施形態の切り替え構造の詳細についてより具体的に説明する。

0034

本実施形態において、上記切り替え構造は、主として、冷却水誘導路33と、入口側三方弁37と、により実現される。

0035

冷却水誘導路33は、4つの熱交換モジュール31−1〜31−4が並ぶ方向に沿って伸長するように形成される。そして、冷却水誘導路33の一端33Aは高温側冷却水分岐路27に接続され、他端33Bは低温側冷却水通路28に接続されている。

0036

入口側三方弁37は、冷却水誘導路33における4つの熱交換モジュール31−1〜31−4のそれぞれの対向位置に配される。なお、以下では、各熱交換モジュール31−1〜31−4の対向位置に位置する入口側三方弁37に対して、「37−1」、「37−2」、「37−3」、及び「37−4」と符号を付す。

0037

各入口側三方弁37−1〜37−4は、各熱交換モジュール31−1〜31−4に分流路35−1、35−2、35−3、35−4を介して接続されている。そして、入口側三方弁37は、冷却水誘導路33から熱交換モジュール31へ第1冷却水を流す開閉状態と第2冷却水を流す開閉状態を切り替える切り替え弁として機能する。

0038

さらに、本実施形態の水冷インタークーラ13においては、各熱交換モジュール31の下流において各分流路35−1、35−2、35−3、35−4が出口側三方弁39−1、39−2、39−3、39−4を介して冷却水合流通路40に合流する。すなわち、熱交換モジュール31を通過する第1冷却水又は第2冷却水は、出口側三方弁39による流れ方向の切り替わりに応じて冷却水合流通路40を介して高温側冷却水分岐路27又は低温側冷却水通路28に戻される。

0039

次に、上述した冷却水誘導路33及び入口側三方弁37を備える切り替え構造による容積比Vpの切り替え態様についてより詳細に説明する。

0040

図3A図3Eは、本実施形態の容積比Vpの切り替えパターンを示す図である。特に、図3Aは、容積比Vpが4:0の態様を示している。また、図3Bは容積比Vpが3:1の態様を示しており、図3Cは容積比Vpが2:2の態様を示しており、図3Dは容積比Vpが1:3の態様を示しており、図3Eは容積比Vpが0:4の態様を示している。なお、図3A図3Eにおいて、第1冷却水の流れを破線の矢印で示し、第2冷却水の流れを一点鎖線の矢印で示す。

0041

先ず、図3Aに示す切り替えパターンでは、全ての入口側三方弁37−1〜37−4は、第1冷却水を冷却水誘導路33から全ての熱交換モジュール31−1〜31−4に流す。一方で、低温側冷却水通路28に最も近い入口側三方弁37−4は、低温側冷却水通路28からの第2冷却水を遮断している。

0042

すなわち、高温側冷却水分岐路27から冷却水誘導路33に供給される第1冷却水は、熱交換モジュール31−1〜31−4に流れ込むこととなる。一方で、低温側冷却水通路28からの第2冷却水は何れの熱交換モジュール31−1〜31−4にも流れ込まない。したがって、図3Aに示す切り替えパターンでは、容積比Vpが4:0となる。

0043

なお、図3Aに示す切り替えパターンでは、熱交換モジュール31−1〜31−4を通過した第1冷却水を各分流路35−1〜35−4から高温側冷却水分岐路27に流すように出口側三方弁39−1〜39−4が調節される。

0044

次に、図3Bに示す態様では、入口側三方弁37−1〜37−3は、第1冷却水を冷却水誘導路33から熱交換モジュール31−1〜31−3に流す。そして、入口側三方弁37−4は、第2冷却水の冷却水誘導路33から熱交換モジュール31−4に流す。

0045

また、入口側三方弁37−3は、第1冷却水の入口側三方弁37−4側への流れを遮断する。さらに、入口側三方弁37−4は、第2冷却水の入口側三方弁37−3側への流れを遮断する。

0046

すなわち、高温側冷却水分岐路27から冷却水誘導路33に供給される第1冷却水は、熱交換モジュール31−1〜31−3に流れ込むこととなる。また、低温側冷却水通路28から冷却水誘導路33に供給される第2冷却水は、熱交換モジュール31−4に流れこむこととなる。したがって、図3Bに示す切り替えパターンでは、容積比Vpが3:1となる。

0047

なお、図3Bに示す切り替えパターンでは、熱交換モジュール31−1〜31−3を通過した第1冷却水を各分流路35−1〜35−3から高温側冷却水分岐路27に流すように出口側三方弁39−1〜39−3が調節される。また、熱交換モジュール31−4を通過した第1冷却水を各分流路35−4から低温側冷却水通路28に流すように出口側三方弁39−4が調節される。

0048

図3C図3Eの熱交換領域容積比率の切り替えパターンにおいても同様に、高温側冷却水分岐路27から冷却水誘導路33に供給される第1冷却水を流す熱交換モジュール31の数(第1熱交換領域)、及び低温側冷却水通路28から冷却水誘導路33に供給される第2冷却水を流す熱交換モジュール31の数(第2熱交換領域)が、各入口側三方弁37−1〜37−4の操作により調節される。

0049

これにより、図3C図3D、及び図3Eに示す切り替えパターンにおける容積比Vpがそれぞれ、2:2、1:3、及び0:4に設定されることとなる。

0050

ここで、本実施形態の水冷インタークーラ13においては、ターボ過給機のコンプレッサを通過した吸気が熱交換モジュール31−1〜31−4の順でこれらを通過する。すなわち、ターボ過給機のコンプレッサを通過した吸気は、熱交換モジュール31−1〜31−4により順番に冷却される。

0051

したがって、上記容積比Vpの切り替えパターンに応じて、熱交換モジュール31−1〜31−4に供給される冷却水が、高温の第1冷却水であるか低温の第2冷却水であるかにより、吸気に対する冷却性能が変わる。

0052

より具体的には、容積比Vpが4:0、3:1、2:2、1:3、0:4となるにつれて、第2冷却水による吸気の熱交換領域(第2熱交換領域)の容積V2が、第1冷却水による吸気の熱交換領域(第1熱交換領域)の容積V1に対してより大きくなるため、吸気に対する冷却効果が高くなる。

0053

これにより、水冷インタークーラ13は、吸気を第1熱交換領域(高温の第1冷却水による熱交換領域)及び第2熱交換領域(低温の第1冷却水による熱交換領域)によって段階的に冷却することができる。したがって、吸気の冷却を第2熱交換領域のみで行う場合と比べて当該吸気の冷却による第2冷却水の温度上昇が抑制されるので、第2ラジエータ15の大型化を抑制しつつ所望の吸気の冷却を実現することができる。その上で、吸気の冷却要求に応じて第1熱交換領域における熱交換量及び第2熱交換領域における熱交換量を好適に調節することができる。

0054

図1戻り、本実施形態の冷却システム50は、さらに、切り替え構造制御部として機能するコントローラ19を備えている。コントローラ19は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)などを備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ19は、複数のマイクロコンピュータで構成しても良い。

0055

コントローラ19は、吸気温センサ60、アクセル開度センサ62、水温センサ64、及び外気温センサ66等の各種センサ検出信号に基づいて、第1ウォータポンプ2、第2ウォータポンプ14、入口側三方弁37、及び出口側三方弁39を制御する。

0056

そして、コントローラ19は、エンジン1等の冷却又は加温要求に応じて水温センサ64で検出される第1冷却水温度を参照しつつ第1ウォータポンプ2を所定出力で駆動する。さらに、コントローラ19は、吸気温センサ60により検出される吸気温度及びターボ過給機の運転状態などに基づいて、第2ウォータポンプ14を駆動する。例えば、コントローラ19は、ターボ過給機の過給圧が正圧になったときに第2ウォータポンプ14を作動させる。

0057

さらに、コントローラ19は、吸気温度検出値目標吸気温度偏差などに基づいて生じる吸気の冷却要求(又は加温要求)に応じて、上述の図3A図3Eで説明した容積比Vpの切り替えパターンの何れかに設定するように入口側三方弁37の開閉状態を制御する。

0058

以下、本実施形態における容積比Vpの切り替え制御について説明する。

0059

図4は、熱交換領域容積比率の切り替え制御の流れを説明するフローチャートである。なお、以下のフローチャートに示される各ステップは、コントローラ19が備えるプログラムにしたがい、当該コントローラ19が備える各種ハードウェア構成及びソフトウェア構成によって実行される。また、本フローチャートの処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。

0060

ステップS100において、ターボ過給機による過給が行われているか否かが判定される。具体的に、コントローラ19は、図示しないセンサ等によりターボ過給機の過給圧を取得し、この過給圧が正圧である場合に過給が行われていると判定する。

0061

そして、コントローラ19は、ターボ過給機による過給が行われていると判定すると、ステップS110の判定を実行する。

0062

ステップS110において、コントローラ19は、冷却システム50を搭載する車両の運転状態が高負荷状態であるか否かを判定する。具体的に、コントローラ19は、アクセル開度センサ62により検出されるアクセル開度が、予め定められる所定閾値以上である場合、或いは吸気温度及び第1冷却水の水温が双方とも所定値以上となる場合に高負荷状態であると判定する。

0063

そして、コントローラ19は、車両の運転状態が高負荷状態であると判定すると、ステップS150の処理を実行する。

0064

ステップS150において、コントローラ19は、車両の運転状態が高負荷状態であると判定すると、容積比Vpを1:3又は0:4に設定する(図3D又は図3Eの状態)。すなわち、水冷インタークーラ13内において、相対的に低温の第2冷却水による熱交換を行う第2熱交換領域の容積V2を、相対的に高温の第1冷却水による熱交換を行う第1熱交換領域の容積V1よりも大きくする。

0065

これにより、吸気の冷却要求が高くなることが想定される過給時且つ高負荷状態において、第2冷却水による熱交換量の割合を第1冷却水による熱交換量の割合より大きくすることができる。すなわち、吸気の冷却要求が高くなるシーンにおいても吸気温度を好適に低下させることができる。

0066

特に、高負荷状態であることに加えて、夏場等の外気温度が一定以上になる高温環境下である場合には、上述のように容積比Vpを1:3又は0:4に設定することでより好ましい効果が得られる。

0067

より詳細に説明すると、エンジン側冷却回路52の第1ラジエータ12は、冷却のための空気が取り込まれ易いなどの理由により車両前部において、空調用コンデンサの下流に設置されることが一般である。一方、高温環境下において車室の空調が比較的高い出力で作動している場合には、空調用コンデンサからの放熱量が大きくなる。これにより、空調用コンデンサからの放熱で下流の第1ラジエータ12へ送られる空気が加温され、当該空気と熱交換される第1冷却水の温度が上昇することが想定される。

0068

これに対して、本実施形態によれば、このような高温環境下において容積比Vpを1:3又は0:4に設定して、低温の第2冷却水による吸気に対する熱交換量の割合を増やすことが可能となる。したがって、低温の第2冷却水との熱交換量の増加に起因する吸気の冷却効果の向上に加えて、空調用コンデンサの放熱の影響で温度上昇した第1冷却水と吸気の熱交換量の割合の減に起因する吸気の冷却効果の向上も図ることができる。

0069

なお、コントローラ19は、上記ステップS110において車両の運転状態が高負荷状態ではないと判定すると、ステップS180の処理を実行する。

0070

ステップS180において、コントローラ19は、容積比Vpを2:2に設定する。すなわち、この場合、高負荷状態である場合と比べて第1冷却水の温度が低くなるため、高負荷状態の場合と比べて第1熱交換領域の容積V1を大きくしても吸気の冷却要求を満たすものと判断し、容積比Vpを2:2に設定している。

0071

一方、コントローラ19は、上記ステップS100においてターボ過給機による過給が行われていないと判定された場合、ステップS120の判定を実行する。

0072

ステップS120において、コントローラ19は、車両の運転状態が冷機始動状態であるか否かを判定する。例えば、コントローラ19は、水温センサ64で検出される水温検出値、及び外気温センサ66による検出される外気温検出値が何れも所定の基準値より低い場合に、冷機始動状態である判断する。

0073

そして、コントローラ19は、車両の運転状態が冷機始動状態であると判定すると、ステップS130の判定に移行する。

0074

ステップS130において、コントローラ19は、水温センサ64で検出される第1冷却水の水温が、ヒータ7が適切に作動していると判断可能な所定のヒータ要求水温に到達しているか否かを判定する。

0075

ここで、ステップS130の判定は、非過給時且つ車両の運転状態が冷機始動状態となるシーンにおいて実行される。このようなシーンでは、水冷インタークーラ13に送られてくる吸気は、圧縮されずにほぼ外気温度と同じ温度(例えば、0℃程度)となっている。

0076

したがって、吸気温度を低下させることが要求される過給時とは異なり、吸気に対してエンジン1に供給すべき適正な温度とすべく加温することが要求される。したがって、当該シーンにおいては、第1冷却水及び第2冷却水により吸気を加温する観点から容積比Vpが設定される。

0077

そして、コントローラ19は、第1冷却水の水温がヒータ要求水温に到達していると判定すると、ステップS160において容積比Vpを1:3に設定する。一方、コントローラ19は、第1冷却水の水温がヒータ要求水温に到達していないと判定すると、ステップS170において容積比Vpを3:1に設定する。

0078

すなわち、第1冷却水の水温がヒータ要求水温に到達しておらず、ヒータ7が作動する前であると判断されるシーンにおいては、第1冷却水による吸気の熱交換を行う第1熱交換領域の容積V1を、第2冷却水による吸気の熱交換を行う第2熱交換領域の容積V2よりも大きくするべく容積比Vpを3:1とすることで、高温の第1冷却水の熱により吸気を効率的に加温することができる。

0079

一方で、第1冷却水の水温がヒータ要求水温に到達してヒータ7が作動したと判断されるシーンにおいては、ヒータ7の性能を低下させない観点から第1冷却水の水温を一定以下に下げないようにすることが要求される。したがって、当該シーンでは第2冷却水による吸気の熱交換を行う第2熱交換領域の容積V2を、第1冷却水による吸気の熱交換を行う第1熱交換領域の容積V1よりも大きくするべく容積比Vpを1:3とする。

0080

これにより、外気に近い低温状態の吸気との熱交換による第1冷却水の温度低下を抑制できる範囲で第1冷却水による吸気の加温を行いつつ、さらに、相対的に容積V2が大きく設定された第2熱交換領域において吸気を第2冷却水と熱交換させて加温することができる。

0081

一方、上記ステップS120においてコントローラ19は車両の運転状態が冷機始動状態ではないと判定されると、ステップS140の判定を実行する。

0082

ステップS140において、コントローラ19は、エンジン1のシリンダヘッド1Aの冷却要求(以下、「ヘッド冷却要求」とも記載する)があるか否かを判定する。ここで、ヘッド冷却要求とは、エンジン1のシリンダヘッド1Aを冷却する観点から、第1冷却水の温度を所定温度(例えば70℃)に低下させる要求である。

0083

コントローラ19は、ヘッド冷却要求があると判定するとステップS170において容積比Vpを3:1に設定する。一方、コントローラ19は、ヘッド冷却要求がないと判定するとステップS180において容積比Vpを2:2に設定する。

0084

すなわち、ヘッド冷却要求があるシーンにおいては、第1冷却水の温度を低下させるべく、容積比Vpを3:1に設定することで、第1冷却水と外気に近い低温状態の吸気との熱交換量を相対的に増加させる。これにより、第1冷却水の温度を効率的に低下させることができるとともに、当該熱交換による吸気の加温にも資することとなる。

0085

一方、ヘッド冷却要求が無い場合には、逆に、吸気との熱交換による第1冷却水の温度低下を抑制する観点から、第1熱交換領域の容積V1を減少させるように容積比Vpを2:2に設定している。

0086

さらに、本実施形態では、容積比Vpの変更にかかる入口側三方弁37−1〜37−4に対する切り替え操作は、吸気温度の変化率が所定値以下となるように実行する。

0087

例えば、上述のように、冷機始動時において第1冷却水の水温がヒータ要求水温に到達していないと判定される場合には、容積比Vpは3:1に設定される(ステップS120、ステップS130、及びステップS170)。

0088

そして、後に、第1冷却水の水温がヒータ要求水温に到達したと判定されるシーンに移る場合、容積比Vpは1:3に変更することになる(ステップS130及びステップS160)。すなわち、容積比Vpが3:1から1:3に変更されることとなる。

0089

このような場合において、容積比Vpが3:1から1:3に急激に変更されると、吸気に対する加温量又は冷却量が急激に変動して吸気温度が急激に変化することとなる。これにより、エンジン1に供給される吸気の密度が大きく変化して、エンジントルク急変動がもたらされることが想定される。

0090

したがって、本実施形態では、このようなエンジントルクの急激な変動を抑制すべく、容積比Vpを緩やかに変動させる。例えば、容積比Vpを3:1から1:3に変更する場合には、吸気温度の変化率が望ましくないエンジントルクの変動を回避する観点から定まる所定値以下となるように、一定時間間隔ごとに容積比Vpを3:1→2:2→1:3のように段階的に変更する。

0091

また、このような段階的な変更に代えて又はこれと共に、容積比Vpを3:1から1:3に変更する場合などにおいて、入口側三方弁37−2、37−3に対する操作量目標値まで時間的に徐々に変化させるようにして、容積比Vpの緩やかな変更を実現しても良い。

0092

なお、上述した容積比Vpの段階的又は時間的に緩やかな変更は、容積比Vpを3:1から1:3に変更する場合に限らず、容積比Vpを0:4から2:2に変更する場合などの任意の態様の容積比Vpの変更に対して適用することができる。

0093

以上説明した構成を有する本実施形態の冷却システム50によれば、以下の作用効果を奏する。

0094

本実施形態の冷却システム50は、内燃機関としてのエンジン1及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行う高温の第1冷却水を循環させる第1冷却回路としてのエンジン側冷却回路52と、第1冷却水により冷却又は加温された吸気に対するさらなる冷却又は加温を行う低温の第2冷却水を循環させる第2冷却回路としてのサブ冷却回路54と、第1冷却水と吸気の熱交換が行われる第1熱交換領域、及び第2冷却水と吸気の熱交換が行われる第2熱交換領域を備えた水冷インタークーラ13と、第1熱交換領域の容積V1及び第2熱交換領域の容積V2の間の比率である熱交換領域容積比率(容積比Vp)を切り替える切り替え構造(33、37)と、を有する。

0095

これにより、過給機を備えたエンジン1を搭載する車両の運転状態に応じて、高温の第1冷却水による吸気との熱交換量及び低温の第2冷却水による吸気との熱交換量の割合を適宜調節して、吸気を好適に冷却又は加温することができる。

0096

より具体的には、吸気に対する冷却要求が高い場合には、第2熱交換領域の容積V2を相対的に大きくして低温の第2冷却水によって効率的に吸気を冷却することができる。また、冷却要求が低い場合には、高温の第1冷却水によって熱交換を実行する第1熱交換領域の容積V1を相対的に大きくして吸気に対する冷却量を低下させるか又はこれを加温することができる。

0097

また、本実施形態の冷却システム50において、水冷インタークーラ13は、吸気の流れ方向に沿って並んで配置された複数の熱交換モジュール31−1〜31−4を備える。

0098

そして、上記切り替え構造は、熱交換モジュール31−1〜31−4が並ぶ方向に沿って伸長して形成され、一端33Aがエンジン側冷却回路52に接続されるとともに他端33Bがサブ冷却回路54に接続される冷却水誘導路33と、冷却水誘導路33における熱交換モジュール31−1〜31−4のそれぞれの対向位置に配され、熱交換モジュール31−1〜31−4へ第1冷却水を流す状態と第2冷却水を流す状態を切り替える切り替え弁としての入口側三方弁37−1〜37−4と、を備える。

0099

これにより、各入口側三方弁37−1〜37−4の開度を適宜調節するだけで、熱交換領域を形成する各熱交換モジュール31−1〜31−4に第1冷却水及び第2冷却水の何れを流すかを容易に切り替えることができる。すなわち、各入口側三方弁37−1〜37−4の開度調節によって、各熱交換モジュール31−1〜31−4の内、第1熱交換領域又は第2熱交換領域となり得る熱交換モジュール31の個数を適宜調節することができる。結果として、容積比Vpを切り替えることができる簡易な構成が実現される。

0100

また、本実施形態の冷却システム50は、上記切り替え構造(33、37)による容積比Vpの切り替え操作を制御する切り替え構造制御部としてのコントローラ19をさらに備える。そして、コントローラ19は、吸気の冷却要求が高いほど、第2熱交換領域の容積V2を大きくする。

0101

これにより、高負荷状態等の吸気に対する冷却要求が高いシーンにおいて、吸気を低温の第2冷却水によって効率的に冷却することができる。

0102

特に、高負荷状態であって、上述のように空調用コンデンサの放熱の影響により第1冷却水の温度が上昇し易い高温環境下において、第2熱交換領域の容積V2を相対的に大きくして第2冷却水による吸気との冷却の割合を増加させることにより、吸気の冷却効果の向上がより好適に図られる。すなわち、低温の第2冷却水との熱交換量の増加に起因する吸気の冷却効果の向上に加えて、空調用コンデンサの放熱の影響で温度上昇した第1冷却水と吸気の熱交換量の割合の減に起因する吸気の冷却効果の向上も図ることができる。

0103

また、本実施形態の冷却システム50では、コントローラ19は、吸気の冷却要求が低いほど、第1熱交換領域の容積を大きくする。

0104

これにより、低負荷時等における吸気に対する冷却要求が低い場合、特に非過給且つ冷機始動時のように、吸気をむしろ加温することが望まれるシーンにおいて、吸気に対する高温の第1冷却水による熱交換の割合を増加させることができ、吸気をより効率的に昇温させることができる。特に、冷機始動時において吸気を効率的に昇温させることができるため、吸気温度の低下に起因するエンジン1内の燃焼特性の低下を抑制できる。結果として、エンジン1内の燃焼特性の低下による排気の悪化に対する抑制にも資することとなる。

0105

さらに、本実施形態の冷却システム50では、コントローラ19は、容積比Vpが変更される際に、吸気温度の変化率が所定値以下となるように切り替え構造を操作する。

0106

これにより、上述した好適な吸気の冷却を実現しつつも、吸気温度が急に変化することによるエンジントルクの変動を抑制することができる。

0107

また、本実施形態では、第1冷却水により内燃機関としてのエンジン1及び過給機の吸気に対する冷却又は加温を行い、第2冷却水によりさらに吸気の冷却を行う水冷インタークーラ13を備えた冷却システム50の制御方法が提供される。この冷却システム50の制御方法では、第1冷却水による吸気に対する冷却量と第2冷却水による吸気に対する冷却量との間の割合を、吸気の冷却要求に応じて調節する。

0108

これにより、高負荷時等の吸気に対する冷却要求が高い場合には、相対的に低温の第2冷却水による吸気に対する熱交換量を大きくして、吸気に対するより効率的な冷却を実現することができる。

0109

(第2実施形態)
以下、第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

0110

図5は、本実施形態に係る冷却システム50の概略構成図である。

0111

本実施形態の冷却システム50は、第1実施形態で説明した冷却システム50における高温側冷却水分岐路27に代えて、上流側冷却水分岐路27Aと、下流側冷却水分岐路27Bと、合流部三方弁80と、を有している。

0112

上流側冷却水分岐路27Aは、エンジン側冷却回路52のエンジン1の上流部Uにおいて冷却水通路20から分岐し、水冷インタークーラ13に繋がる。また、下流側冷却水分岐路27Bは、エンジン1の下流部Dにおいて冷却水通路20から分岐し、上流側冷却水分岐路27Aに合流する。

0113

そして、合流部三方弁80は、上流側冷却水分岐路27A及び下流側冷却水分岐路27Bの合流部に設けられる。

0114

図6A及び図6Bは、合流部三方弁80の開度に応じた水冷インタークーラ13への第1冷却水の流れの態様を説明する図である。

0115

図6Aには、エンジン1の上流部Uから上流側冷却水分岐路27Aを介して第1冷却水が水冷インタークーラ13に流れるように合流部三方弁80の開度が調節された状態が示されている(以下では、この合流部三方弁80の開度を「第1開度」とも称する)。

0116

すなわち、エンジン1の下流部Dから下流側冷却水分岐路27Bを介して上流側冷却水分岐路27Aに合流する第1冷却水が遮断されて、エンジン1の上流部Uからの第1冷却水が水冷インタークーラ13に供給される。これにより、エンジン1を通過する前の比較的低温の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給することができる。

0117

また、図6Bには、エンジン1の下流部Dから下流側冷却水分岐路27Bを介して上流側冷却水分岐路27Aに合流する第1冷却水が水冷インタークーラ13に流れるように合流部三方弁80の開度が調節された状態が示されている(以下では、この合流部三方弁80の開度を「第2開度」とも称する)。

0118

すなわち、上流部Uから上流側冷却水分岐路27Aを介して水冷インタークーラ13に流れ込む第1冷却水が遮断されて、エンジン1の下流部Dからの第1冷却水が水冷インタークーラ13に供給される。これにより、エンジン1を通過した後の比較的高温の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給することができる。

0119

さらに、本実施形態のコントローラ19は、合流部三方弁80を制御する合流部三方弁制御部として機能する。すなわち、コントローラ19は、エンジン1の運転状態に基づいて、上記第1開度と上記第2開度を切り替えるように、合流部三方弁80を駆動する。

0120

図7は、合流部三方弁80の開度の制御態様を説明するマップである。

0121

図示のように、本実施形態では、コントローラ19は、吸気温度及び図示しない水温センサ等で検出するエンジン出口水温に基づいて、合流部三方弁80を第1開度又は第2開度に設定する。

0122

より詳細には、コントローラ19は、吸気温度及びエンジン出口温度が、図の実線Lで示す境界以上である場合には、合流部三方弁80を第1開度に設定する。また、コントローラ19は、吸気温度及びエンジン出口水温が、図の実線Lで示す境界以下である場合には、合流部三方弁80を第2開度に設定する。

0123

ここで、エンジン1に対する負荷が増加するとターボ過給による過給量が増大し、吸気温度が比較的高い応答速度で上昇する。したがって、吸気温度が高ければ高いほど負荷が高い可能性があるとみなすことができる。一方、エンジン出口水温は、エンジン1の負荷の増加に対して上昇するものの、吸気温度に比べて応答速度が低い。

0124

したがって、吸気温度及びエンジン出口水温の双方からなる座標点が、実線L以上であるかどうかを判定することで、高負荷状態であるかどうかを好適に判断することができる。なお、実線Lは、予め実験等により求められる負荷状態と吸気温度及びエンジン出口水温の関係から、負荷が高負荷状態と判断される値となる吸気温度及びエンジン出口水温の複数の座標点をプロットするなどして設定することができる。

0125

そして、コントローラ19は、図7に示すマップに基づいて、吸気温度及びエンジン出口水温からなる座標点が直線L以上であると判定した場合(高負荷状態であると判定した場合)には、合流部三方弁80を第1開度に設定する。

0126

これにより、エンジン出口水温が高くなる高負荷状態においては、エンジン1を通過する前の比較的低温の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給することができる。結果として、水冷インタークーラ13内の第1熱交換領域における第1冷却水による吸気の冷却効果をより高めることができる。

0127

一方、コントローラ19は、図7に示すマップに基づいて、吸気温度及びエンジン出口水温からなる運転点が図の直線の境界未満であると判定した場合(低負荷状態であると判定した場合)には、合流部三方弁80を第2開度に設定する。

0128

これにより、エンジン出口水温が低くなる低負荷状態(例えば冷間始動時)においては、エンジン1を通過した後の比較的高温の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給することができる。結果として、水冷インタークーラ13内の第1熱交換領域における第1冷却水による吸気の加温効果をより高めることができる。

0129

以上説明した構成を有する本実施形態の冷却システム50によれば、以下の作用効果を奏する。

0130

本実施形態の冷却システム50は、エンジン1の上流(上流部U)においてエンジン側冷却回路52から分岐し、水冷インタークーラ13に連通する上流側冷却水分岐路27Aと、エンジン1の下流(下流部D)においてエンジン側冷却回路52から分岐し、上流側冷却水分岐路27Aに合流する下流側冷却水分岐路27Bと、上流側冷却水分岐路27A及び下流側冷却水分岐路27Bの合流部に設けられた合流部三方弁80と、をさらに備える。

0131

これにより、第1冷却水をエンジン1の上流部Uから上流側冷却水分岐路27Aを介して水冷インタークーラ13に流す状態(図6A参照)と、第1冷却水をエンジン1の下流部Dから下流側冷却水分岐路27Bを介して上流側冷却水分岐路27Aに合流させる状態(図6B参照)を、合流部三方弁80により切り替えることができる。

0132

すなわち、水冷インタークーラ13にエンジン1を通過する前の比較的低温の第1冷却水を供給する状態と、エンジン1を通過した後の比較的高温の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給する状態と、を切り替えることができる。

0133

結果として、エンジン1の負荷状態に応じた吸気の冷却要求又は加温要求に応じて、好適な温度状態の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給することができ、当該水冷インタークーラ13における吸気の冷却又は加温をより効率的に行うことができる。

0134

また、本実施形態の冷却システム50では、合流部三方弁80を制御する合流部三方弁制御部としてのコントローラ19をさらに備える。そして、コントローラ19は、エンジン1の運転状態(負荷状態等)に基づいて、合流部三方弁80の開度(第1開度又は第2開度)を調節することで、第1冷却水を上流側冷却水分岐路27Aから水冷インタークーラ13へ供給する状態と、第1冷却水を下流側冷却水分岐路27Bから上流側冷却水分岐路27Aを介して水冷インタークーラ13に供給する状態を切り替える。

0135

これにより、エンジン1の運転状態に応じた吸気の冷却要求又は加温要求を考慮して、水冷インタークーラ13にエンジン1を通過する前の低温の第1冷却水を供給する状態、及びエンジン1を通過した後の高温の第1冷却水を水冷インタークーラ13に供給する状態を好適に切り替えることのできる制御態様が実現されることとなる。

0136

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

0137

例えば、上記各実施形態において水冷インタークーラ13の切り替え構造を構成する入口側三方弁37に代えて、マルチコントロールバルブを用いても良い。すなわち、マルチコントロールバルブを冷却水誘導路33に設けて、当該マルチコントロールバルブにより各熱交換モジュール31−1〜31−4に第1冷却水及び第2冷却水の何れを流すかを選択に切り替えるようにしても良い。

0138

また、水冷インタークーラ13が備える熱交換モジュール31の数は、上記各実施形態で説明した4つに限られるものではなく、冷却システム50の大きさや望まれる容積比Vpの切り替え段階数などに応じて種々変更が可能である。

0139

さらに、図4において説明した容積比Vpの切り替え制御における具体的な数値は例示であり、種々変更が可能である。すなわち、容積比Vpの具体的な数値は、吸気に対する冷却要求の高低又は製品仕様に応じて、第1冷却水と吸気の熱交換及び第2冷却水と吸気の熱交換の相互の割合をどの程度に設定するべきかという観点から適宜設定することが可能である。

0140

また、第2実施形態において説明した吸気温度及びエンジン出口水温に基づく合流部三方弁80の開度の設定において、外気温度を考慮して合流部三方弁80の開度を設定するための閾値図7の直線L)を適宜補正しても良い。例えば、外気温度が高い場合には、第1実施形態で説明したように空調用コンデンサの放熱の影響でエンジン出口水温が高くなることがあるため、この点を考慮して、エンジン出口水温を検出値から所定の補正値を減算した上で、直線Lを設定しても良い。

0141

1エンジン(内燃機関)
1Aシリンダヘッド
1Bシリンダブロック
5スロットルハウジング
6ターボチャージャ
7ヒータ
8EGRバルブ
9EGRクーラ
10 エンジン用オイルクーラ
11変速機用オイルクーラ
12 第1ラジエータ
13水冷インタークーラ
14 第2ウォータポンプ
15 第2ラジエータ
19コントローラ
20冷却水通路
21 冷却水通路
22 冷却水通路
23 冷却水通路
24 冷却水通路
25 冷却水通路
26 冷却水通路
27高温側冷却水分岐路
27A上流側冷却水分岐路
27B 下流側冷却水分岐路
28低温側冷却水通路
29冷却水戻り通路
31熱交換モジュール
32ハウジング
33 冷却水誘導路
33A 一端
33B 他端
35分流路
37 入口側三方弁
39出口側三方弁
40 冷却水合流通路
50 冷却システム
52 エンジン側冷却回路
54サブ冷却回路
60吸気温センサ
62アクセル開度センサ
64水温センサ
66外気温センサ
80合流部三方弁

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