JP6536236B2 - エンジンの冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却システムに関し、詳しくは電動ファンを有するエンジンの冷却システムに関する。

従来、エンジンの冷却システムとして、車両のエンジンルームでエンジンよりも前方側に配置されてエンジンの冷却水を冷却するラジエータと、ラジエータとエンジンとの間に配置された電動ファンを備える冷却システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

このような電動ファンは、エンジンのクランクシャフトの動力によって駆動されるＡＣジェネレータ等の発電機が発電した電力によって駆動される。そして、電動ファンが正転した場合、電動ファンがラジエータの背面から空気を吸引することで、ラジエータを通過してエンジンに向かう空気の流量は増大する。これにより、エンジンルーム内の空気の流れを促進して、エンジンの冷却水の冷却を促進することができる。

特開２０１２−２４６７９０号公報

ところで、近年、上述したような電動ファンを備える冷却システムにおいて、エンジンブレーキ力の増大が要求されるような条件下において、電動ファンを強制的に正転させることで、発電機の負荷を増大させて、回生発電で生じるクランクシャフトにおける制動力を大きくして、エンジンブレーキ力を増大させる技術が開発されてきている。

しかしながら、エンジンの冷却水が低温であり、その結果、エンジンの暖機が終了する前の状態において、上記のように電動ファンを強制的に正転した場合、エンジンの冷却水が過冷却されてしまい、エンジンの暖機に長時間を要してしまう。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件下において、エンジンの暖機が終了した状態ではエンジンの冷却水の冷却を促進しつつエンジンブレーキ力を増大でき、暖機が終了する前の状態ではエンジンの冷却水が過冷却されることを抑制して暖機を促進しつつエンジンンブレーキ力を増大させることができるエンジンの冷却システムを提供することである。

上記の目的を達成するための本発明のエンジンの冷却システムは、車両のエンジンルームでエンジンよりも前方側に配置されて前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、前記エンジンによって駆動される発電機の電力によって駆動され、正転した場合に前記ラジエータを通過して前記エンジンに向かう空気の流量を増大させる電動ファンと、前記電動ファンを制御する制御装置と、を有するエンジンの冷却システムにおいて、
前記制御装置は、予め設定されたエンジンブレーキ力の増大が要求される条件であるエンジンブレーキ力増大条件が満たされた場合において、前記エンジンの暖機が終了した状態では前記電動ファンを正転させ、前記エンジンの暖機が終了する前の状態では前記電動ファンを逆転させることを特徴とする。

本発明によれば、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件下において、エンジンの暖機が終了した状態では電動ファンが正転するので、エンジンの冷却水の冷却を促進しつつ、発電機の負荷を増大させてエンジンブレーキ力を増大させることができる。一方、エンジンの暖機が終了する前の状態では電動ファンが逆転するので、エンジンルーム内の空気の流れを抑制して、エンジンの冷却水が過冷却されることを抑制してエンジンの暖機を促進しつつ、発電機の負荷を増大させてエンジンブレーキ力を増大させることができる。

なお、本発明によれば、電動ファンが逆転することにより、エンジンルーム内の空気の流れを抑制することができるので、エンジンの冷却水の冷却を抑制することもできる。また、電動ファンが逆転した場合、ラジエータに詰まっている異物を逆転した電動ファンからの風によって除去することもできる。これにより、ラジエータの目詰まりを抑制することもできる。さらに、電動ファンが逆転した場合、ラジエータに流入してくる走行風を阻止する方向の空気流を発生させるので車両の走行抵抗を増加させることもできる。この場合は、車両のブレーキ性能を向上させることができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合に、前記エンジンが暖機運転中は、前記電動ファンを停止させる構成としてもよい。

この構成によれば、エンジンブレーキ力を増大させることが要求されないときにエンジンが暖機運転中であるにもかかわらず、電動ファンを回転させる場合に比較して、この電動ファンを回転させるためのエネルギーを不要にできるので、燃費を節約することができる。また、電動ファンを停止させることで、エンジンの暖機を促進することもできる。

上記構成において、前記エンジンブレーキ力増大条件は、前記車両が前方側に向かって走行しているときにおいて、前記車両の速度が予め設定された範囲内にあり、且つ、前記車両のアクセルペダルの踏み込み量がゼロになったという条件であるとしてもよい。

上記構成において、前記エンジンの暖機が終了した状態の場合は、前記冷却水の温度が予め設定された基準値以上の場合とし、前記エンジンの暖機が終了する前の状態の場合は、前記冷却水の温度が前記基準値より小さい場合としてもよい。

この構成によれば、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件下において、冷却水の温度が基準値以上の場合には、電動ファンを正転させてエンジンの冷却水の冷却を促進しつつエンジンブレーキ力を増大させることができる。一方、冷却水の温度が基準値より小さい場合には電動ファンを逆転させてエンジンの冷却水が過冷却されることを抑制してエンジンの暖機を促進しつつエンジンブレーキ力を増大させることができる。

本発明によれば、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件下において、エンジンの暖機が終了した状態では、電動ファンを正転させることによりエンジンの冷却水の冷却を促進しつつエンジンブレーキ力を増大でき、暖機が終了する前の状態の場合では、電動ファンを逆転させることによりエンジンの冷却水が過冷却されることを抑制して暖機を促進しつつエンジンンブレーキ力を増大させることができる。

図１（ａ）は車両の走行中において電動ファンが正転した状態の車両を示す概略図であり、図１（ｂ）は車両の走行中において電動ファンが逆転した状態の車両を示す概略図である。 制御装置による電動ファンの制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係るエンジンの冷却システム１０（以下、冷却システム１０と略称する）について図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は本実施形態に係るエンジンの冷却システム１０が適用された車両１の構成を示す概略図である。なお、図１（ａ）は車両１の走行中において、後述する電動ファン１３が正転した状態の車両１を示し、図１（ｂ）は車両１の走行中において電動ファン１３が逆転した状態の車両１を示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、左側が車両１の前方側であり、右側が車両１の後方側である。

車両１の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてバス、トラック等の大型車両を用いる。車両１は、エンジン２、発電機３、アクセルペダル４、アクセル開度センサ５、車速センサ６、温度センサ７、制御装置８、及び冷却システム１０を備えている。エンジン２は車両１のエンジンルームに配置されている。エンジン２の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例として、ディーゼルエンジンを用いる。

発電機３はエンジン２によって駆動されて発電する装置である。このようなものであれば発電機３の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、発電機３の一例として、エンジン２のクランクシャフトにベルト等を介して接続されることで、エンジン２のクランクシャフトの動力によって駆動されるＡＣジェネレータ（ＡＣＧ）を用いる。

アクセルペダル４は車両１の運転席に配置されている。アクセル開度センサ５は、アクセルペダル４の開度（すなわちアクセル開度）を検出し、検出結果を制御装置８に伝える。制御装置８は、アクセル開度センサ５の検出結果に基づいて取得したアクセル開度に応じて、エンジン２の燃料噴射量やエンジン２に吸入される吸気量等を制御することで、エンジン２の運転状態を制御する。車速センサ６は、車両１の速度（すなわち車速）を検出して、検出結果を制御装置８に伝え、温度センサ７は、エンジン２の冷却水の温度を検出して、検出結果を制御装置８に伝える。

制御装置８は、エンジン２を制御するとともに、冷却システム１０の後述する電動ファン１３の動作も制御する。すなわち、本実施形態に係る制御装置８は、エンジン２の制御装置としての機能の他に、冷却システム１０の制御装置としての機能も兼務している。このような制御装置８は、制御部としての機能を有するＣＰＵと、制御部の動作に必要なプログラムや各種情報等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等と、を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）によって構成されている。

冷却システム１０は、インタークーラ１１、ラジエータ１２、及び電動ファン１３を備えている。また、本実施形態に係る冷却システム１０は、前述した電動ファン１３を制御する制御装置８も構成要素に含んでいる。インタークーラ１１、ラジエータ１２及び電動ファン１３は、エンジンルームでエンジン２よりも前方側の部分に配置されている。具体的には、エンジンルームの前方側から順に、インタークーラ１１、ラジエータ１２、及び電動ファン１３、並びにエンジン２が配置されている。

インタークーラ１１は、ターボチャージャ（図示せず）によって過給された後の吸気を冷却するための冷却装置である。なお、冷却システム１０において、このインタークーラ１１は必須の構成というわけではなく、例えば冷却システム１０は、インタークーラ１１
を備えていない構成とすることもできる。但し、冷却システム１０がインタークーラ１１を備えている場合の方が、これを備えていない場合に比較して、過給後の吸気を効果的に冷却できる点において好ましい。

ラジエータ１２は、エンジン２の冷却水とラジエータ１２の周囲の空気との間で熱交換をさせることで、エンジン２の冷却水を冷却する冷却装置である。

電動ファン１３は、ラジエータ１２よりも後方側であり、且つエンジン２よりも前方側（すなわちラジエータ１２とエンジン２との間の部分）に配置されている。電動ファン１３は、発電機３の電力によって駆動する。具体的には電動ファン１３は、発電機３と電気的に接続されたモータを備えており、発電機３の発電した電力を用いてモータが回転することで、駆動する。

また電動ファン１３は、ラジエータ１２を通過してエンジン２に向かう空気の流れを発生させる方向に回転する正転と、正転の回転方向とは逆方向に回転する逆転とを切り替えることが可能に構成されている。この一例として、本実施形態に係る電動ファン１３は、正転と逆転とを切り替えることが可能なモーターアッセンブリ（モータとこのモータを駆動するための電気回路）を備えている。なお、正転と逆転とを切り替えることが可能な電動ファンの構造自体は、正転および逆転を切り替え可能な公知のファンの構造を適用できるので、これ以上詳細な説明は省略する。

図１（ａ）に示すように電動ファン１３が正転した場合、電動ファン１３が車両１の前方側からの空気を吸引することで、インタークーラ１１及びラジエータ１２を通過してエンジン２に向かう空気の流量は増大する。一方、図１（ｂ）に示すように、車両１の前方側への走行中において電動ファン１３が逆転した場合、電動ファン１３は車両１の前方側に向けて空気を送り出す。この場合、エンジンルーム内の空気の流れは抑制される。

続いて制御装置８による電動ファン１３の制御の詳細について説明する。本実施形態に係る制御装置８の制御部（ＣＰＵ）は、予め設定された、エンジンブレーキ力の増大が要求される条件（以下、エンジンブレーキ力増大条件と称する）が満たされた場合において、エンジン２の暖機が終了した状態では電動ファン１３を正転させ、エンジン２の暖機が終了する前の状態（すなわち暖機運転中）では電動ファン１３を逆転させる。また制御部は、エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合において、エンジン２が暖機運転中では、電動ファン１３を停止させる。

なお、上記エンジンブレーキ力増大条件は、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件であれば、特に限定されるものではない。本実施形態においては、このエンジンブレーキ力増大条件の一例として、車両１の前方側への走行中において、車両１の速度が予め設定された範囲内にあり、且つアクセルペダル４の踏み込み量がゼロになった（すなわちアクセルがＯＦＦになった）という条件を用いる。

また、本実施形態においては、上記エンジン２の暖機が終了した状態の判定の一例として、エンジン２の冷却水の温度が予め設定された基準値以上であることを用いる。また、上記エンジン２の暖機が終了する前の状態の判定の一例として、エンジン２の冷却水の温度が基準値より小さいことを用いる。

以上の制御についてフローチャートを用いて詳細に説明すると次のようになる。図２は、制御装置８による電動ファン１３の制御の一例を示すフローチャートである。制御装置８の制御部は図２のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。なお図２の最初のスタート時において、電動ファン１３は停止しているものとする。

図２のステップＳ１０において、制御装置８の制御部は、車速センサ６の検出結果に基づいて取得した車速が、予め記憶部（例えばＲＯＭ）に記憶された範囲内（すなわち、制御装置８に予め設定された設定範囲内）であるか否かを判定する。

このステップＳ１０に係る車速の設定範囲として、本実施形態においては、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される車速を用いる。この車速の具体的な値は特に限定されるものではなく、車両１の大きさや種類等を考慮して、適切な値を設定すればよい。本実施形態においては、この車速の設定範囲の一例として、１５ｋｍ／ｈ以上の車速を用いることとする。すなわち、本実施形態の場合、車速センサ６の検出結果に基づいて取得した車速が１５ｋｍ／ｈ以上の場合に、予め設定された設定範囲内であるとして、ステップＳ１０でＹｅｓと判定される。

ステップＳ１０でＹｅｓと判定された場合、制御部は、アクセル開度センサ５の検出結果に基づいて取得したアクセル開度に基づいて、アクセルがＯＦＦになったか否か、具体的にはアクセルペダル４の踏み込み量がゼロになったか否かを判定する（ステップＳ２０）。

アクセルペダル４の踏み込み量がゼロないことで、ステップＳ２０でＮｏと判定された場合、制御部はステップＳ１０を再度実行する。アクセルペダル４の踏み込み量がゼロであることで、ステップＳ２０でＹｅｓと判定された場合、制御部は、次に説明するステップＳ３０を実行する。なお、ステップＳ１０及びステップＳ２０を満たすことで、前述したエンジンブレーキ力増大条件を満たすことになる。

ステップＳ３０において制御部は、エンジン２の暖機が終了した状態であるか否かを判定する。前述したように本実施形態においては、このエンジン２の暖機が終了した状態の一例として、エンジン２の冷却水の温度が基準値以上である状態を用いているので、ステップＳ３０において制御部は、温度センサ７の検出結果に基づいて取得したエンジン２の冷却水の温度が予め記憶部（例えばＲＯＭ）に記憶された基準値以上であるか否かを判定する。なお、この基準値の具体的な値は特に限定されるものではなく、車両１の大きさや種類等を考慮して、適切な値を求めて、記憶部に記憶しておけばよい。本実施形態においては、この基準値の一例として、８０℃以上、９０℃以下の温度範囲から選択された値を用い、具体的には８５℃を用いることとする。但し、基準値の具体的な値はこれに限定されるものではない。

ステップＳ３０でＹｅｓと判定された場合、すなわち、冷却水の温度が基準値以上であり、その結果、エンジン２の暖機が終了した状態となる場合、制御部は電動ファン１３を正転させる（ステップＳ４０）。この場合、前述した図１（ａ）のような状態になり、その結果、電動ファン１３が車両１の前方側からの空気を吸引することで、インタークーラ１１及びラジエータ１２を通過してエンジン２に向かう空気の流量は増大する。これにより、エンジンルーム内の空気の流れを促進させてエンジン２の冷却水の冷却を促進しつつ、発電機３の負荷を増大させて、回生発電で生じるクランクシャフトにおける制動力を大きくして、エンジンブレーキ力を増大させることができる。次いで制御部はフローチャートの実行を終了する。

ステップＳ３０でＮｏと判定された場合、すなわち、冷却水温が基準値より小さく、その結果、エンジン２の暖機が終了する前の状態となる場合、制御部は電動ファン１３を逆転させる（ステップＳ５０）。この場合、前述した図１（ｂ）のような状態になり、その結果、電動ファン１３が車両１の前方側に向けて空気を送り出すことで、エンジンルーム内の空気の流れを抑制して、エンジン２の冷却水が過冷却されることを抑制しつつ、発電
機３の負荷を増大させてエンジンブレーキ力を増大させることができる。次いで制御部はフローチャートの実行を終了する。

ステップＳ１０でＮｏと判定された場合、制御部は、電動ファン１３に対して第２の制御を行う（ステップＳ６０）。具体的には制御部は、この第２の制御において、エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合にエンジン２が暖機運転中は電動ファン１３を停止させる制御を行う。より具体的には制御部は、この第２の制御において、エンジンブレーキ力を増大させることが要求されない車速の場合（本実施形態では一例として車速が１５ｋｍ／ｈより小さい場合）で、エンジン２の冷却水を冷却する必要がない暖機運転中は電動ファン１３を停止させる。

すなわち、この結果、例えばステップＳ４０において電動ファン１３が正転した場合、あるいはステップＳ５０において電動ファン１３が逆転した場合において、次のフローチャートの実行時に車速がステップＳ１０の設定範囲内に入らなくなった場合、制御部はエンジン２が暖機運転中か否かを判定し、暖機運転中の場合には電動ファン１３を停止させる（ステップＳ６０）。なお、制御部は、このステップＳ６０におけるエンジン２が暖機運転中か否かの判定として、具体的には、ステップＳ３０と同様に、エンジン２の冷却水の温度が基準値より低い場合に、エンジン２が暖機運転中であると判定する。ステップＳ６０の後に制御部はフローチャートの実行を終了する。

以上説明した本実施形態の作用効果をまとめると次のようになる。本実施形態によれば、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件下において、エンジン２の暖機が終了した状態の場合には電動ファン１３が正転するので、エンジン２の冷却水の冷却を促進しつつ、発電機３の負荷を増大させてエンジンブレーキ力を増大させることができる。一方、エンジン２の暖機が終了する前の状態の場合には電動ファン１３が逆転するので、エンジンルーム内の空気の流れを抑制して、エンジン２の冷却水が過冷却されることを抑制してエンジン２の暖機を促進しつつ、発電機３の負荷を増大させてエンジンブレーキ力を増大させることができる。

また本実施形態によれば、電動ファン１３が逆転することにより、エンジンルーム内のラジエータ１２を通過する空気の流れを抑制することができるので、エンジン２の冷却水の冷却を抑制することもできる。これにより、例えば長い下り坂を車両１が走行中において、ステップＳ１０でＹｅｓと判定され且つステップＳ２０でＹｅｓと判定され、ステップＳ３０でＮｏと判定された場合に、電動ファン１３が逆転することで、エンジン２の冷却水の冷却を抑制することができる。また、電動ファン１３が逆転した場合、ラジエータ１２に詰まっている異物を逆転した電動ファン１３からの風によって除去することもできる。これにより、ラジエータ１２の目詰まりを抑制することもできる。また本実施形態によれば、電動ファン１３が逆転した場合、インタークーラ１１とラジエータ１２に流入してくる走行風を阻止する方向の空気流を発生させるので、車両１の走行抵抗を増加させることもできる。この場合、車両１のブレーキ性能を向上させることができる。

また本実施形態によれば、エンジン２の暖機が終了した状態の場合として、冷却水の温度が基準値以上の場合（ステップＳ３０でＹｅｓの場合）を用い、エンジン２の暖機が終了する前の状態の場合として、冷却水の温度が基準値より小さい場合（ステップＳ３０でＮｏの場合）を用いているので、エンジンブレーキ力を増大させることが要求される条件下において、冷却水の温度が基準値以上の場合には、エンジン２の冷却水の冷却を促進しつつエンジンブレーキ力を増大させることができる。一方、冷却水の温度が基準値より小さい場合には、エンジン２の冷却水が過冷却されることを抑制してエンジン２の暖機を促進しつつエンジンブレーキ力を増大させることができる。

なお、ステップＳ６０において説明したように、本実施形態に係る制御装置８は、エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合で、エンジン２が暖機運転中は、電動ファン１３を停止させているが、冷却システム１０の構成はこれに限定されるものではない。例えば制御装置８は、エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合に、エンジン２が暖機運転中に、電動ファン１３を回転させてもよい。

しかしながら、本実施形態のように、エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合でエンジン２が暖機運転中に（すなわちエンジン２の冷却水をラジエータ１２で冷却する必要が無い場合に）電動ファン１３を停止させることにより、エンジンブレーキ力を増大させることが要求されないときにエンジン２が暖機運転中であるにもかかわらず、電動ファン１３を回転させる場合に比較して、この電動ファン１３を回転させるためのエネルギーを不要にできるので、燃費を節約することができる。また、電動ファン１３を停止させることで、エンジン２の暖機を促進することもできる。

また本実施形態によれば、図２のステップＳ１０及びステップＳ２０で説明したように、エンジンブレーキ力増大条件として、車両１が前方側に向かって走行しているときにおいて、車両１の速度が予め設定された範囲内にあり、且つ、車両１のアクセルペダル４の踏み込み量がゼロになったという条件を用いている。この場合、例えば、長い下り坂を走行中のようにアクセルオフの状態が継続した状態の場合、すなわちエンジンブレーキ力を増大させることが要求される状態であり且つエンジン２の冷却水の温度が低下する状態の場合において、実際にエンジン２の冷却水の温度が基準値より小さくなった場合に（ステップＳ３０でＮｏと判定された場合に）、ステップＳ５０で電動ファン１３が逆転することでエンジン２の冷却水が過冷却されることを抑制できる。また、これにより、エンジン２が暖機状態から冷間状態に移行するのを抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ 発電機
８ 制御装置
１０ エンジンの冷却システム
１１ インタークーラ
１２ ラジエータ
１３ 電動ファン

Claims (4)

1. 車両のエンジンルームでエンジンよりも前方側に配置されて前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、前記エンジンによって駆動される発電機の電力によって駆動され、正転した場合に前記ラジエータを通過して前記エンジンに向かう空気の流量を増大させる電動ファンと、前記電動ファンを制御する制御装置と、を有するエンジンの冷却システムにおいて、
   前記制御装置は、予め設定されたエンジンブレーキ力の増大が要求される条件であるエンジンブレーキ力増大条件が満たされた場合において、前記エンジンの暖機が終了した状態では前記電動ファンを正転させ、前記エンジンの暖機が終了する前の状態では前記電動ファンを逆転させることを特徴とするエンジンの冷却システム。
2. 前記制御装置は、前記エンジンブレーキ力増大条件が満たされない場合に、前記エンジンが暖機運転中は、前記電動ファンを停止させる請求項１記載のエンジンの冷却システム。
3. 前記エンジンブレーキ力増大条件は、前記車両が前方側に向かって走行しているときにおいて、前記車両の速度が予め設定された範囲内にあり、且つ、前記車両のアクセルペダルの踏み込み量がゼロになったという条件である請求項１または２に記載のエンジンの冷却システム。
4. 前記エンジンの暖機が終了した状態の場合は、前記冷却水の温度が予め設定された基準値以上の場合とし、
   前記エンジンの暖機が終了する前の状態の場合は、前記冷却水の温度が前記基準値より小さい場合とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの冷却システム。

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