JP2015045299A - 自動車の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却システムが備えるポンプの故障を検出することができる技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する冷却システムは、冷却対象を通過している循環路と、循環路に液体の冷媒を送出するポンプと、ポンプの振動を検出する振動センサとを備えている。その冷却システムは、ポンプを、通常の駆動状態である通常モードと、循環路内に混入したエアを除去するエア抜きモードとで駆動するコントローラとを備えている。コントローラは、エア抜きモードを実施した後に、ポンプの振動状態に基づいてポンプが故障したことを示す信号を出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車の冷却システムに関する。特に、冷媒として液体を用いる冷却システムに関する。

ハイブリッド車や電気自動車などの自動車を構成する装置のいくつかは、使用時に熱を発生する。そのような装置は、例えば、走行用モータ、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、バッテリ等である。このため、ハイブリッド車等は、熱源となる装置を冷却する冷却システムを有していることがある。特許文献１の冷却システムは、冷却対象を通過する冷却回路と、冷却回路内へ冷却水を圧送する電動ポンプと、電動ポンプの駆動出力を調節する電子制御装置とを備えている。

特開２００８−１８０１６０号公報

冷却システムが備える電動ポンプは冷媒を圧送する機械部品である。このため、このような電動ポンプでは、構成部品の摩耗や亀裂等の機械的な故障が発生することがある。機械的な故障は、軽微であれば、電動ポンプの作動にさほど影響がなく、冷却システムが通常どおりに作動することがある。しかし、軽微な故障が放置されたままで冷却システムが使用され続けると、故障がさらに悪化する虞がある。このため、電動ポンプが故障した際には、速やかに電動ポンプの修理や交換が行われることが望ましい。しかし、自動車の使用者等が、自動車の使用中に電動ポンプの故障を発見することは困難である。このため、電動ポンプが故障した際に、それを検出する技術が求められている。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、冷却システムが備えるポンプの故障を検出することができる技術を提供する。

本明細書が開示する冷却システムは、冷却対象を通過している循環路と、循環路に液体の冷媒を送出するポンプと、ポンプの振動を検出する振動センサとを備えている。その冷却システムは、ポンプを、通常の駆動状態である通常モードと、循環路内に混入したエア（気泡）を除去するエア抜きモードとで駆動するコントローラとを備えている。コントローラは、エア抜きモードを実施した後に、ポンプの振動状態に基づいてポンプが故障したことを示す信号を出力する。

なお、エア抜きモードとは、例えば、ポンプを比較的大きな出力で駆動することにより、エアを循環路から除去するモードである。また、「ポンプの振動状態に基づいて」信号を出力するとは、例えば、振動の大きさ（振幅）が所定の閾値を超えた際に信号を出力することを言う。

ポンプに構成部品の摩耗や亀裂等の機械的な故障が発生すると、ポンプの振動が通常時よりも大きくなる。上記の冷却システムは、ポンプの振動を検出する振動センサと、ポンプの振動状態に基づいてポンプが故障したことを示す信号を出力するコントローラとを備えている。これにより、上記の冷却システムは、電動ポンプが故障したことを検出することができる。

なお、ポンプが故障したことが検出された場合には、自動車の運転者等にそれを知らせる等の対応をすることが望ましい。運転者等にポンプの故障を知らせる方法として、例えば、インパネに設けられているポンプ故障を示すランプを点灯させる方法がある。ランプ点灯等の動作が行われる際には、通常、冷却システムのコントローラから、ランプ点灯のトリガとなる信号が出力される。その信号は、例えば、冷却システムのコントローラの上位のコントローラに入力され、上位のコントローラがランプを点灯させる。上記の冷却システムにおいて、「ポンプが故障したことを示す信号を出力する」とは、コントローラが、ランプ点灯等の動作が行われる為のトリガとなる信号を出力することを言う。

ところで、循環路に液体の冷媒が流れる冷却システムは、通常、循環路の内部が冷媒で満たされた状態で使用される。しかし、冷媒の交換時等に、循環路の内部にエアが混入してしまうことがある。エアは、冷媒と比較して体積が変動し易い。このため、エアが混入した状態で冷却システムを作動すると、冷媒の流れによってエアの体積が周期的に増減することにより循環路やポンプに振動が発生することがある。このような現象は「エア噛み」と呼ばれることもある。ここで、上述のように、コントローラは、ポンプが故障したことを示す信号を出力することを、ポンプの振動状態に基づいて行う。このため、ポンプがエアによって振動してしまうと、ポンプが故障していないにも関わらずコントローラがポンプが故障したことを示す信号を出力する虞がある。

そこで、上記の冷却システムでは、コントローラは、電動ポンプの振動状態の検出を、エア抜きモードを実施した後に行う。エア抜きモードを実施した後は循環路内のエアが除去されているため、ポンプがエアによって振動することがない。その結果、上記の冷却システムでは、ポンプが故障していないにも関わらずポンプが故障したことを示す信号を出力してしまう虞が低減される。すなわち、本明細書が開示する冷却システムは、誤検出の虞を低減しつつ、ポンプが故障したこと検出することができる。

実施例１の冷却システム２を示すブロック図である。 実施例１の冷却システム２が行うポンプ故障検出処理５０のフロー図である。 実施例２の冷却システム２が行うポンプ故障検出処理６０のフロー図である。

本実施例の冷却システム２は、ハイブリッド車に搭載される冷却システム２である。以下に、図１を用いて冷却システム２の構成を説明する。本実施例の冷却システム２が冷却する対象は、ハイブリッド車の走行用モータ１２及び、走行用モータ１２に電力を供給するＰＣＵ（パワーコントロールユニット）１１である。なお、冷却システム２は、走行用バッテリなどの他の装置を冷却していてもよい。

冷却システム２は循環路６を有している。循環路６は、冷却対象であるＰＣＵ１１及び走行用モータ１２を通過している。また、循環路６は、放熱を行うラジエター１０を通過している。循環路６の内部は、液体の冷媒に満たされている。液体の冷媒は、典型的にはＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。循環路６には、リザーブタンク７が設けられている。リザーブタンク７には、冷媒が溜められている。

ポンプ３は、冷媒をリザーブタンク７から吸引すると共に循環路６に向けて圧送する。ポンプ３は、モータ４とポンプ本体５とを有する。ポンプ３は、いわゆる電動ポンプである。ここで、図１ではポンプ本体５を示す図形に「Ｐ」の文字を記載していることに留意されたい。ポンプ３のモータ４には、駆動回路２５を介してバッテリ２６の電力が供給される。モータ４に流れる電流の大きさは、電流センサ１７によって検出される。

ラジエター１０、ＰＣＵ１１、走行用モータ１２には、それぞれ、温度センサ１９、２０、２１が設けられている。温度センサ１９、２０、２１で検出された温度は、コントローラ１５に入力される。ポンプ３には、ポンプ３の振動の状態を検出する振動センサ１８が設けられている。振動センサ１８は、ポンプ３自体に設置してもよく、また、ポンプ３の振動が伝達される範囲で他の位置に設置してもよい。振動センサ１８は、具体的には、加速度センサである。加速度センサによって、ポンプ３の加速度、振動数、振幅等が検出される。但し、振動センサ１８は、ポンプ３の振動の状態を検出することができれば、加速度センサ以外のセンサであってもよい。例えば、ポンプ３の振動に起因して発生する騒音は、ポンプ３の振動と相関が高い。このため、振動センサ１８として、騒音を検出するマイクロホンを使用することができる。振動センサ１８で検出されたポンプ３の振動は、コントローラ１５に入力される。コントローラ１５は、上位コントローラ１６と接続されている。上位コントローラ１６については後述する。

以下に、本実施例の冷却システム２の動作を説明する。具体的には、冷却システム２の通常モード、エア抜きモード、及び、ポンプ故障検出処理５０を説明する。

まず、冷却システム２の通常モードを説明する。通常モードは、ハイブリッド車の通常使用時に行われるモードである。通常モードでは、ポンプ３が、冷却対象の温度が目標温度値以下となるようにＰＷＭ制御される。具体的には、コントローラ１５は、冷却対象であるＰＣＵ１１（あるいは走行用モータ１２）の温度と、所定の目標温度値と比較する。これらの冷却対象の温度は、上述した温度センサ２０、２１によって検出される。コントローラ１５は、ＰＣＵ１１、走行用モータ１２の温度が目標以下となるようにポンプ３の出力を調整する。

次にエア抜きモードを説明する。一般に、液体の冷媒を使用する冷却システムでは、冷媒の交換時等に、循環路６の内部にエアが混入してしまうことがある。エア抜きモードは、循環路６に混入したエアを除去するためのモードである。エア抜きモードでは、ポンプ３は、比較的高い出力で駆動される。換言すると、ポンプ３は、冷媒の吐出量が比較的多い状態で駆動される。「比較的高い出力」とは、ポンプ３の駆動能力の範囲で適宜定められる。以下の説明では、「比較的高い出力」をＨＩ（ハイ）出力と称することがある。ポンプ３がＨＩ出力で駆動されると冷媒の吐出量が多いため、循環路６に混入しているエアが冷媒の流れと共に押し流される。押し流されたエアは、リザーブタンク７に到達する。エアは、リザーブタンク７に到達すると、リザーブタンク７内にある空気に合流する。これにより、循環路６に混入したエアが除去される。なお、エア抜きモードは、循環路６に混入したエアを除去すること自体を目的として、単独で行うこともできるモードである。しかしながら、後述するように、ポンプ故障検出処理５０の一部として行うこともできる。

次に、ポンプ故障検出処理５０を説明する。電動ポンプは機械部品であるため、構成部品の摩耗や亀裂等の機械的な故障が発生することがある。ポンプ故障検出処理５０は、電動ポンプの故障を検出する為にコントローラ１５が行う処理である。ポンプ故障検出処理５０を行うタイミングは、適宜決定することができる。ポンプ故障検出処理５０は、例えば、定期的に行ったり、自動車のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオンに切り換えられたときに行ったりすることができる。また、循環路６のエアを除去すること自体を目的として、エア抜きモードを行うタイミングが別途決定されている場合には、そのタイミングに合わせてポンプ故障検出処理５０を行ってもよい。

ポンプ故障検出処理５０の具体的な処理内容を説明する。図２のフロー図に示すように、コントローラ１５は、まず、ポンプ３を上述したエア抜きモードで駆動する（Ｓ２）。これにより、仮に循環路６にエアが混入していても、そのエアが除去される。エア抜きモードは、予め定められた所定の時間継続される。上記の「所定の時間」は、循環路６のエアが除去されるために必要な時間に基づいて適宜定められる（例えば一分間等）。

次に、コントローラは、Ｓ３１〜Ｓ３３において、ポンプ３の振動状態に基づいてポンプ３が故障しているか否かを検出する。具体的には、コントローラ１５は、所定の一定出力で駆動する。「所定の一定出力」は、通常、上述のＨＩ出力よりも低い出力である。このため、以下の説明では、「所定の一定出力」をＬＯ（ロー）出力と称することがある。次に、コントローラ１５は、ＬＯ出力で駆動しているときのポンプ３の振動の状態を検出する（Ｓ３１）。具体的には、コントローラ１５は、上述の振動センサ１８から入力された信号を読み取る。

次にコントローラ１５は、Ｓ３２において、振動センサ１８で検出された振動の（振幅の）大きさと、予め定められた所定の振動閾値とを比較する。所定の振動閾値は、例えば、ポンプ３が故障した場合に発生することが予想される振動の大きさから、一定の余裕量を差し引いた値とすることができる。センサ１８で検出された振動の大きさが、所定の振動閾値よりも大きい場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）は、ポンプ３が故障していることが推定される。このため、コントローラ１５は、ポンプ３が故障していることを自動車の運転者等に知らせる為の動作を行う。換言すると、コントローラ１５は、運転者等に知らせる動作が行われる為のトリガとなる信号を出力する。具体的には、コントローラ１５はポンプ故障を示す信号を上位コントローラ１６に出力する（Ｓ３３）。上位コントローラ１６は、ポンプ故障を示す信号が入力されると、インパネに設けられているポンプ故障を示すランプを点灯させると共に、ダイアグ用の不揮発性メモリにポンプ故障を示す情報を記憶させる。

ポンプの振動が所定の振動閾値よりも大きくない場合（Ｓ３２：ＮＯ）は、コントローラ１５は、ポンプ故障を示す信号を出力することなくポンプ故障検出処理５０を終了する。なお、コントローラ１５はポンプ故障検出処理５０を終了した後は、通常モードでポンプ３を駆動する。

本実施例の冷却システム２では、コントローラ１５は、ポンプ３の振動状態の検出を、エア抜きモードＳ２を実施した後に行う。エア抜きモードＳ２を実施した後は、循環路６内のエアが除去されている。つまり、ポンプ３がエアを原因として振動することが防止されている。これにより、本実施例の冷却システム２では、ポンプ３が故障していないにも関わらずポンプ３の故障を示す信号を出力してしまう虞が低減される。これにより、本実施例の冷却システム２は、誤検出の虞を低減しつつ、ポンプ３が故障したこと検出することができる。

以下に、冷却システム２が行うポンプ故障検出処理の別例を説明する。実施例２のポンプ故障検出処理６０は、実施例１のポンプ故障検出処理５０のステップＳ２を、ステップＳ２１〜Ｓ２３に変更したものである。実施例２のポンプ故障検出処理６０では、コントローラ１５は、まず、Ｓ２１において、循環路６にエアが混入しているか否かを推定する。エアが混入しているか否かの推定方法については後に詳述する。循環路６にエアが混入していると推定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）には、コントローラ１５は、ポンプ３をエア抜きモードで駆動する（Ｓ２３）。エア抜きモードを実施した後、コントローラ１５は、次のステップＳ３１に進む。すなわち、コントローラ１５は、実施例１と同様に、Ｓ３１〜Ｓ３３において、ポンプ３の振動状態に基づいてポンプ３が故障しているか否かを検出する。

循環路６にエアが混入していないと推定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）には、エア抜きモードを行うことなく、次のステップＳ３１に進む。つまり、ポンプ３の振動状態に基づいてポンプ３が故障しているか否かを検出する（Ｓ３１〜Ｓ３３）。

上述したように、エア抜きモードではポンプがＨＩ出力で駆動される。このため、エア抜きモードは、比較的多くの電力を消費する。本実施例の冷却システム２では、コントローラ１５は、循環路６にエアが混入しているか否かを推定し（Ｓ２１）、循環路６にエアが混入していると推定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）に、ポンプ３をエア抜きモードで駆動する（Ｓ２３）。これにより、エア抜きモードを行う頻度を低減することができる。その結果、冷却システム２の消費電力を低減することができる。

以下に、エアが混入しているか否かの推定方法の例を説明する。循環路６にエアが溜まっていると、エアが溜まっている位置において冷却性能が低下する。あるいは、循環路６における、エアが溜まっている位置よりも下流側で冷却性能が低下する。このため、循環路６にエアが溜まっていると、上述の温度センサ１９、２０、２１（ラジエター１０、ＰＣＵ１１、走行用モータ１２に設けられている）で検出される温度に差が生じる。そこで、コントローラ１５は、温度センサ１９、２０、２１のうちのいずれか２つの温度センサで検出された温度を比較し、温度差を算出する。どの温度を比較するかはエア混入を検出し易いか否か等を考慮して予め適宜定められる。コントローラ１５は、算出された温度差が、予め定められた温度差閾値よりも高い場合には、循環路６にエアが混入していると推定する。

あるいは、コントローラ１５は、ポンプ３に所定の一定電圧（例えば、上述のＬＯ出力に対応する電圧）を印加した際に、ポンプ３に流れる電流（詳しくは、モータ４に流れる電流）に基づいて、循環路６にエアが混入しているか否かを推定してもよい。循環路６にエアが混入していると、エアが混入していな場合と比較してポンプ３の負荷（トルク）が小さくなる。ここで、ポンプ３の負荷の大きさと、モータ４に流れる電流の大きさとは比例する。つまり、循環路にエアが混入していると、モータ４に流れる電流が小さくなる。つまり、コントローラ１５は、ポンプ３に流れる電流が通常の電流よりも小さい場合には、循環路６にエアが混入していると推定する。

なお、循環路６にエアが混入していると、エアが混入していない場合と比較してポンプ３の回転数が増大する。このため、冷却システム２は、ポンプ３に回転数センサ（不図示）を備えると共に、回転数センサで検出された回転数が通常の回転数よりも大きい場合に循環路６にエアが混入していると推定してもよい。

上記の実施例の冷却システム２は、ハイブリッド車だけでなく、電気自動車や燃料自動車等に搭載することもできる。これらの自動車に搭載すれば、走行用モータ、ＰＣＵ、バッテリ等を良好に冷却することができる。冷却システム２が搭載される対処はエンジン自動車であってもよい。

実施例で説明した技術に関するその他の留意点を述べる。「通常モード」とは、別言すれば、冷却対象の過熱を抑制するようにポンプを駆動する制御モードであり、典型的には、冷却対象の温度を目標温度以下に維持するようにポンプを駆動する制御モードである。また、「エア抜きモード」とは、別言すれば、冷却対象の温度に関わらず、ポンプを比較的大きな出力（予め定められた出力）で駆動することにより、エアを循環路から除去するモードである。エア抜きモードは、実施例２のように、エアの混入が推定されたときに実行してもよいし、実施例１のように、エアが混入しているか否かに関わらず、車両のメインスイッチが入れられた後など、特定のタイミングで実行してもよい。以上の点をまとめると、実施例の冷却システムは、一つの表現として次のように表すことができる。実施例の冷却システムは、冷却対象を通過している循環路と、その循環路に液体の冷媒を送出するポンプと、ポンプの振動を検出する振動センサと、コントローラを備える。コントローラは、ポンプを予め定められた出力で駆動した後にポンプの振動の振幅が予め定められた振動閾値を超えた場合にポンプが故障したことを示す信号を出力する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ 冷却システム
３ ポンプ
６ 循環路
７ リザーブタンク
１０ ラジエター
１２ モータ
１２ 走行用モータ
１５ コントローラ
１６ 上位コントローラ
１７ 電流センサ
１８ 振動センサ
１９、２０、２１ 温度センサ

Claims (1)

1. 冷却対象を通過している循環路と、
   前記循環路に液体の冷媒を送出するポンプと、
   前記ポンプの振動を検出する振動センサと、
   前記ポンプを、通常の駆動状態である通常モードと、前記循環路内に混入したエアを除去するエア抜きモードとで駆動するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記エア抜きモードを実施した後に、前記ポンプの振動状態に基づいて前記ポンプが故障したことを示す信号を出力する、
   冷却システム。

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