JPH02125910A - 内燃機関の冷却水流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業−にの利用分野〉 本発明は、機関の冷却水の流量を制御するための流量制
御弁を有する内燃機関の冷却水流量制御装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に自動車用エンジンに於ては、エンジン内のウォー
タジャケットとラジェータとを連通ずる冷却水通路のエ
ンジン側出口部または人口部にサーモスタットを設けて
おり、暖機運転中にはラジェータに冷却水が流れないよ
うにして暖機を促進させるべく、サーモスタットにより
冷却水通路を閉じ、暖機後にはオーバヒートを防止する
べく、冷却水をラジェータに流して循環させるように冷
却水通路を開くようにしている。このサーモスタットに
は、感温部材としてサーモワックスを用いており、その
サーモワックスの膨脂収縮により弁体を作動させている
が、概ね開閉の２位置制御しかできず、高精度な制御が
困難である。

ところで、軽負荷時には熱損失の軽減と排気の浄化を促
進するためにラジェータへの循環水量を比較的少なくし
、高負荷時には吸気光てん効率を向−ｌニさせるために
ラジェータへの循環水量を比較的多くすると良く、運転
状態に応じて冷却水の循環量を変化さることが望ましい
。例えば、特開昭５９−２２６２２５号公報には、負圧
駆動型の流量制御弁と、制御弁とは別個に設けた水温セ
ンサとを用い、運転状態としてのエンジン回転数及び吸
気負圧により目標水温をデータマツプから呼び出して、
その目標水温と上記水温センサにより検出した冷却水温
度とを一致させるように弁開度をフィードバック制御す
るようにしたものが開示されている。

しかしながら、」１記構造によると、冷却水のエンジン
入口部に水温センサが設けられており、エンジン内の冷
却水の最大温度を管理することが難しく、運転状態の変
化による冷却水温度の変化に対して最適な制御を行うこ
とが困難である。また、外気温度に関係なく制御するた
め外気温度の違いに対して精度良く制御することができ
ないばかりでなく、フィードバック制御を行っているこ
とから、例えば空調装置としてのヒータコアに冷却水が
流れた際には、その温度変化に対して応答遅れを生じる
虞れがある。

〈発明が解決しようとする課題〉 このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、機関の運転状態に応じて常に最適な制御が可能な内
燃機関の冷却水流量制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、機関とラジェータ
とを連通ずる冷却水通路中に介装された流量制御弁と、
冷却水の前記機関の出口部の温度を検出する手段と、前
記機関の運転状態を検出する手段と、外気温度を検出す
る手段と、前記運転状態の検出結果に基づいて目標水温
を設定する手段と、前記冷却水温度と前記目標水温との
偏差に基づいて補正放熱量を設定する手段と、前記補正
放熱量を達成するべく前記各検出手段による検出結果に
基づいて前記流量制御弁の開度を制御する手段とを有す
ることを特徴とする内燃機関の冷却水流量制御装置を提
供することにより達成される。

特に、前記補正放熱量設定手段が、前記補正放熱量に前
記冷却水を熱源とする空調装置の作動状態が与える影響
を補償する手段を有すると良い。

〈作用〉 このようにすれば、機関の運転状態の変化に応じて補正
放熱量を算出して、その補正放熱量を達成するべく流量
制御弁の開度を制御することができ、冷却水の循環量を
運転状態の変化に応じてフィードフォワード制御するこ
とができる。また、空調装置が作動した場合の補正放熱
量に対する影響を補償することにより、空調装置の作動
により制御の応答遅れが生じることがない。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図は、本発明が適用されたエンジンの冷却水流量制
御装置を模式的に示す全体図であり、エンジン１に設け
られたウォーターポンプ２の吸込通路１０とラジェータ
３の下部とが、人口側通路４及び流量制御弁５を介して
互いに連通している。

エンジン１内には、ウォータポンプ２により吐出される
冷却水をエンジン１の各部に通すためのウォータジャケ
ット７が郭成されており、ウォータジャケット７とラジ
ェータ３の上部とが出口側通路６を介して互いに連通し
ている。

また、ウォータジャケラｌ−７は、バイパス通路８を介
して流量制御弁５に通じており、人口側通路４を閉じる
向きに流量制御弁５が作動した際には、ウォータジャケ
ット７内の冷却水が、図の想像線により示される矢印の
ようにバイパス通路８を介して循環可能なようにされて
いると共に、流量制御弁５により入口側通路４を全開状
態にした際には、バイパス通路８が全閉状態になり、図
の実線により示される矢印のように循環する。なお、ウ
ォータジャケット７内の冷却水は、暖房用のヒータコア
９を介しても循環するようにされており、ヒータ或いは
ニアコンディショナを作動させた時には、ウォータジャ
ケット７内の冷却水が、図の破線の矢印のようにヒータ
コア９内を流れることとなる。

流量制御弁５は、第２図に良く示されるようにに、人口
側通路４と吸込通路１０との間に設けられた弁室１４と
、前記したように人口側通路４とバイパス通路８との開
閉状態を互いに相反する状態にし得る弁体１１と、その
弁体１１を直線的に往復動させるための直動型ステッピ
ングモータ１２とからなる。即ち、ステッピングモータ
１２の駆動シャフト１６の先端に弁体１１が固設されて
いると共に、駆動シャフト１６の基部に形成されたねじ
部とロータ１３の内ねじ部とが互いに螺合しており、ロ
ータ１３が正逆転することにより駆動シャフト１６が軸
線方向に往復動するようにされている。なお、ステッピ
ングモータ１２は、高トルクが得られる所謂ハイブリッ
ド型からなる。

また弁体１１には、第２図の想像線により示されるよう
に入口側通路４を全開にした状態に於て、ラジェータ３
側の内圧が異常に高まった際の異常圧力を逃し得る（＝
Ｊ勢力をもって閉弁方向にばね付勢された副弁体１５が
設けられている。即ち、副弁体１５のばね付勢力以上に
ラジェータ３側の内圧が高まった際には副弁体１５が開
弁するため、入口側通路４内の冷却水を弁体１１内を介
して吸込通路１０側に流すことができる。

前記したステッピングモータ１２は第１図に示されるよ
うに制御装置１７からの出力信号により駆動されるが、
本装置にあっては、入口側通路４の全開状態を流量制御
弁５の初期状態としており、例えばイグニッションをオ
ンした際に人口側通路４を全開にする向きに弁体１１を
移動させるべく、ステッピングモータ１２を回転させる
。ステッピングモータ１２の後端部には例えばリミット
スイッチ型の位置センサ１８が設けられており、駆動シ
ャフト１６の後端が位置センサ１８に衝当した際にその
信号を制御装置１７に送り、弁体１１の初期位置とする
ようにされている。

また、ウォータジャケット７の出口側通路４に臨む出口
部には、冷却水温度を検出するための水温センサ１９が
設けられ、外気温度として例えば吸気温度を検出するた
めの吸気温センサ２０、及びエンジン１の運転状態を検
出するべく吸気負圧を検出する負圧センサ２１が図示さ
れない吸気管にそれぞれ設けられていると共に、同様に
運転状態を検出するべくエンジン回転数を検出する公知
形式の回転センサ２２がエンジン１に設けられており、
それぞれ制御装置１７に検出信号を送るようにされてい
る。また、制御装置１７には、図示されないヒータまた
はニアコンディショナをオンすることによりヒータコア
９に冷却水が流れたことを検出する信号が入力されるよ
うになっている。

第３図は、制御装置１７に於て行なわれる処理のプログ
ラムの流れを示すもので、先ずＳＴ１に於て、弁体１１
の初期位置からの移動量に応じたステッピングモータ１
２の現在のステップ数Ｓを読み込んだ後、ＳＴ２に於て
、回転センサ２２によるエンジン回転数Ｎｅ及び負圧セ
ンサ２１による吸気負圧ｐｂを読み込み、更にＳＴ３に
於て、吸気温センサ２０による外気温度Ｔａ及び水温セ
ンサ１９による冷却水温度Ｔｗを読み込む。次にＳＴ４
に於て、ＳＴ２で読み込んだエンジン回転数Ｎｅ及び吸
気負圧ｐｂに基づいて、第４図に示されるパターンにて
記憶されたデータから目標水温Ｔｏのルックアップを行
なう。そしてＳＴ５に於て、ＳＴ３で読み込んだ冷却水
温度ＴｗとＳＴ４で呼び出した目標水温Ｔｏとを比較し
、Ｔ　ｗ　＜Ｔｏである暖機中ならばＳＴ６に進み、Ｓ
Ｔ６に於て温度の偏差ｔ１を、 ｔｌ−Ｔｏ−Ｔｗ により算出する。次のＳＴ７に於て、その偏差ｔ１に応
じた補正放熱量Ｑを、第５図に示される関数曲線に基づ
いて求めるルックアップを行なう。

更にＳＴ８に於て、ヒータまたはニアコンディショナが
オンされてヒータコア９に冷却水が流れていると判断し
た場合には、ＳＴ９に進み、ヒータコア９による必要放
熱量に応じて予め記憶されている補正放熱量Ｑｈを呼び
出して、ＳＴＩ　１に進む。なおＳＴ８に於て、ヒータ
またはエアコンディショナがオフであると判断した場合
には、５Ｔ１０に進み、補正放熱量Ｑｈを０にして、５
Ｔ１１に進む。５ＴＩＩに於て、Ｓｒ７で呼び出した補
正放熱量Ｑと、Ｓｒ１または５ＴＩＯで呼び出した補正
放熱量Ｑｈとに基づいて、弁体１１の閉方向への移動量
に応じた補正ステップ数ΔＳを次式により算出する。

ΔＳ＝Ｋ　（Ｑｈ　　Ｑ）／Ｎｅ　（Ｔｗ−Ｔａ）なお
上記式は、エンジン１の冷却水への放熱量が冷却水の循
環水量に比例することに基づくと共に、循環水量がエン
ジン回転数に比例するとして導き出したものであり、式
中のＫは、補正放熱量に応じた冷却水の循環水量を確保
するために、流量制御弁５の開度に応じた弁体１１の移
動量をステップ数に換算するための係数である。

そして、５ＴＩ２に於て補正後のステップ数Ｓを算出し
、５Ｔ１３に於て補正ステップ数６８分だけステッピン
グモータ１２を回転させる。

ところで、Ｓｒ５に於て、目標水温Ｔｏよりも冷却水温
度Ｔｗが高い場合には、５Ｔ１４に進み、ＳＴ１４に於
て、冷却水の上限水温Ｔ１に対する高低を比較し、低い
場合には５Ｔ１５に進む。この５Ｔ１５に於て、温度の
偏差ｔ２を、ｔ　２＝Ｔｗ−Ｔ。

により算出し、次のｓ’ｒ１６に於て、その偏差ｔ２に
応じた補正放熱量Ｑを、第６図に示される関数曲線に基
づいて求めるルックアップを行なう。

そしてＳｒ１に進み、以後前記と同様の処理を行なう。

また５Ｔ１４に於て、」１限水温Ｔ１よりも冷却水温度
Ｔｗが高い場合には５ＴＩ７に進み、５Ｔ１７に於てス
テップ数Ｓを０としてがら５Ｔ１３に進み、人口側通路
４を全開にするべく弁体１１を初期位置に向けて移動さ
せるようにステッピングモータ１２を回転する。

なお、本実施例に於ては、Ｓｒ４に於て呼び出す目標水
温Ｔｏを、第４図に示されるように高温域、中温域及び
低温域の３領域に区分けしており、エンジン回転数Ｎｅ
及び吸気負圧ｐｂの両者の相対関係に応じた目標水温Ｔ
ｏを定めている。即ち、エンジン回転数Ｎｅが高いほど
目標水温Ｔｏを低くし、かつ高負荷になるほど目標水温
Ｔｏが低くなるようにしており、高回転または高負荷状
態の運転時にはＳｒ５から５Ｔ１４に進み易くして、冷
却能力を高めるようにしている。

また、Ｓｒ７に於て呼び出す補正放熱量Ｑを、第５図に
示されるように偏差ｔ１が大きくなるにつれて減少させ
、所定値具−にになると負の補正量となる関数曲線によ
り導き出すようにしている。

これにより、例えば冷間時に始動する場合には、冷却水
をラジェータ３に流さないようにして素早く暖めること
が望ましいため、人口側通路４を閉じる向きに弁体１１
を移動させる必要がある。即ち、冷間時には冷却水温度
Ｔｗが低いため温度偏差ｔ１が大きくなって、上記補正
放熱量Ｑが負の値になり、ΔＳが正の値となるため、ス
テップ数Ｓを増やして弁体１１を閉じる向きに駆動する
。

これに対して暖間時に始動する場合には、冷却水がある
程度暖まっているため水温の−Ｌ昇曲線がオーバシュー
トしないようにするべく、冷却水をうジエータ３に流す
ようにすると良い。従って、暖間時には冷却水温度Ｔｗ
が高いため温度偏差ｔ１が小さくなって、上記補正放熱
量Ｑが正の値になり、ΔＳが負の値となるため、ステッ
プ数Ｓを減らして、弁体１１を開く向きに駆動する。

また、５Ｔ１６に於て呼び出す補正放熱量Ｑを、第６図
に示されるように、温度偏差ｔ２が大きくなるにつれて
増加するようにしている。この場合にはエンジン１が暖
機後の状態にあり、冷却水をラジェータ３に大量に流し
て冷却する必要がある。

従って、冷却水温度Ｔｗが高くなるにつれて温度偏差ｔ
２が大きくなるため、補正放熱量Ｑが大きくなり、全開
位置に向けて弁体１１を駆動することとなる。

このように、冷却水温度の高低に応じて、低水温である
暖機状態のときには暖機を促進する制御を行い、暖機後
でありかつ高水温の場合にはラジェータに流す冷却水が
最大となるように制御している。また、暖機後の通常の
温度範囲である場合に於て、負荷の大きさに応じた適切
な放熱を行うように制御するため、熱損失の軽減及び排
気の浄化を向」二し得ると共に、エンジンの運転状態に
応じた必要放熱量を基準として所謂フィードフォワード
制御を行うため、フィードバック制御による制御遅れが
ない。また、サーモスタットを用いるものに対して制御
弁の取付は自由度が大きく、その設計が容易であるばか
りでなく、ステッピングモータ１２を用いることにより
弁体１１を高精度に位置制御できるため、半開状態に於
ける流量の制御を極めて精度良くかつ容易に行うことが
できる。

また、系全体の応答性がそれほど早くないと共にハンチ
ングを防止するためにも、比較的長いサイクルタイムを
もって制御を行えば充分であり、例えば他の制御装置の
ＣＰＵを用いることも可能である。なお、エンジンコン
トロール装置に冷却水温度、吸気温度、及び吸気負圧用
の各センサを設けているエンジンについては、新に各セ
ンサを設ける必要がないため、部品コストの高騰を抑制
できるなどの効果もある。

［発明の効果コ このように本発明によれば、冷却水の機関出口部の水温
と外気温とを検出することにより、機関の運転状態の変
化による補正放熱量を精度良く算出でき、その補正放熱
量を達成するべく流量制御弁の開度を制御するため、常
に最適な冷却効果が得られると共に、燃費及び排気の浄
化を向」ニすることができる。また、補正放熱量に対す
る空調装置の作動状態による影響を補償することにより
、空調装置が作動した際の温度変化に対する応答遅れを
防止できる等、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用された冷却水流量制御装置の全
体を模式的に示す図である。 第２図は、本発明に基づく流量制御弁を示す要部拡大図
である。 第３図は、本発明に基づく流量制御装置のプログラムの
流れを示すフロー図である。 第４図は、第３図に示すＳｒ１に於ける制御パターンの
一例を示す図である。 第５図は、第３図に示すＳｒ７に於ける制御関数曲線の
一例を示す図である。 第６図は、第３図に示す５Ｔ１６に於ける制御関数曲線
の一例を示す図である。 １・・・エンジン　　　　２・・・ウォータポンプ３・
・・ラジェータ　　　４・・・人口側通路５・・・流量
制御弁　　　６・・・出口側通路７・・・ウォータジャ
ケット ８・・・バイパス通路　　９・・・ヒータコア１０・・
・吸込通路　　　１１・・・弁体１２・・・ステッピン
グモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関とラジエータとを連通する冷却水通路中に介
   装された流量制御弁と、冷却水の前記機関の出口部の温
   度を検出する手段と、前記機関の運転状態を検出する手
   段と、外気温度を検出する手段と、前記運転状態の検出
   結果に基づいて目標水温を設定する手段と、前記冷却水
   温度と前記目標水温との偏差に基づいて補正放熱量を設
   定する手段と、前記補正放熱量を達成するべく前記各検
   出手段による検出結果に基づいて前記流量制御弁の開度
   を制御する手段とを有することを特徴とする内燃機関の
   冷却水流量制御装置。
2. （２）前記補正放熱量設定手段が、前記補正放熱量に前
   記冷却水を熱源とする空調装置の作動状態が与える影響
   を補償する手段を有することを特徴とする請求項１に記
   載の内燃機関の冷却水流量制御装置。