JPH0214967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は水冷式エンジンの冷却装置、特に、外
気温とエンジンの負荷および回転数に応じて冷却
水温を適切に制御するようにした冷却装置に関す
る。

（従来技術） エンジンの冷却方式としては、低温の冷却水を
シリンダ周囲のウオータージヤケツトに供給する
と共に、該シリンダを冷却することによつて高温
となつた冷却水をラジエータに供給し、該ラジエ
ータによつて低温に冷却した上で再びウオーター
ジヤケツトに供給するようにした冷却水循環式の
方式が広く採用されている。

この冷却方式においては、冷却水の循環通路に
おけるエンジン出口部に例えばサーモスタツト式
の開閉弁を備え、冷却水温に応じて該開閉弁の開
度を増減させることにより冷却水の循環量を制御
して、エンジン出口部における冷却水温を所定値
に保持するようになつているが、このような冷却
水温の制御においては所謂応答遅れとハンチング
の問題があり、次のような不具合が生じる。つま
り、応答遅れを少なくするためには上記開閉弁の
動作速度を速くし、冷却水温が所定値より高い場
合に冷却水の循環量を速かに増加させるようにす
ればよいが、このようにすると、例えばエンジン
に流入する冷却水の温度が外気温等との関係で低
く、或いはエンジン回転数に応じて変化する冷却
水の流速が速い時に、エンジンが急激に冷却され
て冷却水温が所定値以下に大きくアンダーシユー
トすることになり、これに伴つて燃焼効率が低下
して大きな振幅のハンチングが生じることにな
る。また、このハンチングを軽減するためには上
記開閉弁の動作速度を遅くすればよいが、その場
合、制御の応答遅れが著しくなつて、冷却水温が
高い場合に所定値まで低下するのに長時間を要す
ることになり、そのため例えばエンジンが高負荷
状態にあつて発熱量が大きい時にエンジンがオー
バーヒートする場合が起りうる。

ところで、水冷式エンジンの冷却制御に関して
は、例えば特開昭57−168017号公報に開示された
発明がある。これは、冷却水温を一定に制御して
も、エンジンの発熱量が運転状態によつて変化す
るため、発熱量の少ない低負荷時等にエンジンが
過冷却の状態となる問題に着目したもので、冷却
系統の冷却能力を規制する流量制御弁等の冷却規
制装置と、シリンダ壁温度に相関する信号を出力
するセンサと、このセンサの出力に応じて上記冷
却規制装置を駆動する制御回路とを設け、該制御
回路により上記冷却規制装置を運転状態に応じて
予め設定されたテーブルに基づいて制御し、或い
はシリンダ壁温度を直接検出して該温度が所定値
となるように冷却規制装置をフイードバツク制御
するようにしたものである。しかし、この発明に
おいても、上記冷却規制装置が作動してから冷却
水温ないしシリンダ壁温が所定値まで変化するの
に応答遅れがあつて、これを少なくしようとすれ
ば、流入冷却水温が低い場合や冷却水の流速が速
い場合に、ハンチングが著しくなるという上記の
問題が生じる。

（発明の目的） 本発明は、ラジエータとウオータージヤケツト
との間の冷却水の循環量を調整することにより冷
却水温を制御するようにした冷却装置における上
記のような問題に対処するもので、冷却水の循環
量を調整する開閉弁等の調整装置の動作速度ない
し動作量を、外気温とエンジンの負荷および回転
数に応じて変化させることにより、エンジンの加
熱状態を左右する外気温が高く、或はエンジン発
熱量が大きい場合等における応答遅れの問題を生
じることなく、冷却水温のハンチングを効果的に
抑制することを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係る冷却装置は、上記目的のため次の
ように構成される。

即ち、ラジエータと、エンジンのシリンダ周囲
に設けられたウオータージヤケツトと、該ラジエ
ータとジヤケツトとの間で冷却水を循環させる冷
却水通路とを設けた水冷式エンジンにおいて、冷
却水温に関連する信号を出力する冷却水温検知手
段と、上記ラジエータとウオータージヤケツトと
の間の冷却水の循環量を調整する開閉弁等の調整
装置と、上記冷却水温検知手段の出力に応じて調
整装置を作動させて冷却水温が所定以下になるよ
うに冷却水の循環量を制御する冷却水温制御手段
とを備え、これらにより冷却水温を所定値以下に
制御するように構成する。また、これらの構成に
加えて、外気温を検知する外気温検知手段と、エ
ンジンの負荷を検知する負荷検知手段と、エンジ
ンの回転数を検知する回転数検知手段と、これら
の検知手段の出力に応じて上記冷却水温制御手段
による調整装置に対する制御利得を変化させる制
御利得制御手段とを備える。このような構成によ
れば、上記冷却水温制御手段により、冷却水温に
基づいて調整装置が作動されて冷却水の循環量が
制御されることになつて、冷却水温が所定値以下
になるように制御されると共に、上記冷却水温制
御手段により調整装置を作動させる場合に、上記
外気温検知手段と負荷検知手段と回転数検知手段
とからの出力に応じて、例えば、上記制御利得制
御手段により、外気温との関係で冷却水温が低く
或はエンジン回転数に対応する冷却水の流速が速
い時には制御利得を小さくし、また、外気温が高
く或はエンジン発熱量が大きい高負荷時等には制
御利得を大きくすることにより、調整装置の動作
速度或は動作量が、外気温とエンジンの負荷およ
び回転数に応じて可変制御されることになつて、
エンジン発熱量が大きい高負荷時等における応答
遅れによるオーバーヒート等を生じることがな
く、また、流入冷却水温が低く或は冷却水の流速
が速いこと等によるハンチングが抑制されること
になる 尚、上記調整装置は電気的に開度をコントロー
ルされるものの他、従来用いられているサーモス
タツト式の開閉弁を用いることもできる。この場
合、外気温とエンジンの負荷および回転数に応じ
て例えば通路面積を増減させることにより冷却水
の循環量制御の制御利得が変化される。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図に示すように、エンジン１にはシリンダ
２…２の周囲にウオータージヤケツト３が設けら
れていると共に、該ジヤケツト３の出口３ａがエ
ンジン１の近傍に備えられたラジエータ４の入口
４ａに、該ジヤケツト３の入口３ｂがラジエータ
４の出口４ｂに夫々パイプ５，６を介して接続さ
れ、該ジヤケツト３とラジエータ４との間に冷却
水の循環通路７が形成されている。また、ウオー
タージヤケツト３における入口３ｂの近傍には当
該エンジン１のクランク軸８によつてベルト９を
介して駆動される冷却水ポンプ１０が設けられて
いると共に、ジヤケツト３の出口３ａには該出口
３ａからパイプ５ないしラジエータ４側への冷却
水の流出量（循環量）を増減させる調整装置とし
て開閉弁１１が備えられている。ここで、ウオー
タージヤケツト３の出口３ａと入口３ｂとの間に
は、開閉弁１１の閉鎖時に冷却水をラジエータ４
に供給することなく循環させるバイパス通路１２
が設けられている。

また、ウオータージヤケツト３における上記開
閉弁１１の直上流位置には冷却水温を検出する水
温センサ１３が備えられ、該センサ１３から出力
される水温信号Ａが制御回路１４に入力されるよ
うになつている。この制御回路１４は、上記水温
信号Ａが入力され、その電圧レベルと設定電圧発
生回路１５から出力される目標冷却水温に対応す
る電圧レベルとを比較して、前者の電圧レベルが
後者より高い時に“１”の信号Ｂを出力する比較
回路１６と、この比較回路１６の出力信号Ｂを積
分する積分回路１７と、該積分回路１７の出力信
号Ｃを増幅する増幅回路１８とを有し、この増幅
回路１８の出力信号が制御信号Ｄとして上記開閉
弁１１に送給される。そして、開閉弁１１は制御
信号Ｄの値に応じてリフトし、ウオータージヤケ
ツト３からパイプ５ないしラジエータ４に通じる
通路の開度を増減させるようになつている。

一方、エンジン１には、運転状態を検知するも
のとして、スロツトル弁の開度や吸気負圧等から
負荷の大きさを検知する負荷センサ１９と、回転
数を検知する回転数センサ２０とが備えられてい
ると共に、更に外気の温度を検知する外気温セン
サ２１が備えられている。これらのセンサ１９〜
２１の出力信号Ｅ、Ｆ、Ｇは、夫々第１〜第３関
数回路２２〜２４に入力され、第２図１〜３に示
すような特性で関数値に変換される。つまり、第
１関数回路２２は、センサ１９の出力信号Ｅが示
すエンジン負荷が大きくなるに従つて大きくなる
関数値を出力し、第２関数回路２３は、センサ２
０の出力信号Ｆが示すエンジン回転数が高くなる
に従つて小さくなる関数値を出力し、また第３関
数回路２４は、センサ２１の出力信号Ｇが示す外
気温が高くなるに従つて大きくなる関数値を出力
する。そして、これらの関数値を示す信号E′、
F′、G′は演算回路２５に入力され、所定の演算処
理が行われた後、該演算回路２５から積分定数設
定回路２６に信号Ｈとして入力される。この積分
定数設定回路２６は、第３図に示すように演算回
路２５の出力信号Ｈが大きくなるに従つて大きく
なる積分定数、即ちエンジン負荷が大きい程大き
く、エンジン回転数が高い程小さく、外気温が低
い程小さくなる積分定数を設定し、これを信号Ｉ
として上記制御回路１４における積分回路１７に
与える。そして、この積分定数が積分回路１７に
おいて比較回路１６の出力信号Ｂを積分処理する
際の積分定数として用いられるようになつてい
る。

尚、上記積分回路１７と積分定数設定回路２６
とは、例えば第４図に示すように抵抗２７とコン
デンサ２８とで構成されると共に、このコンデン
サ２８が演算回路２５の出力信号Ｈに応じて容量
が変化する可変容量コンデンサとされ、これによ
り積分定数が上記のように変化するようになつて
いる。

次に上記実施例の作用を説明する。

今、エンジン１を始動させたものとすると、ク
ランク軸８によつてベルト９を介して冷却水ポン
プ１０が駆動されることにより、ウオータージヤ
ケツト３内の冷却水が入口３ｂ側から各シリンダ
２…２の周囲を通つて出口３ａ側に流されるが、
始動直後においては冷却水温は低いので、上記ジ
ヤケツト３の出口３ａの近傍に備えられた水温セ
ンサ１３から水温信号Ａが入力される制御回路１
４においては比較回路１６の出力信号Ｂが“０”
であり、従つて該制御回路１４から開閉弁１１に
送給される制御信号Ｄも“０”で、該開閉弁１１
は上記出口３ａを閉じた状態にある。従つて、こ
の時点では冷却水はラジエータ４に供給されるこ
となく、バイパス通路１２を通つて循環すること
になる。

そして、この状態でエンジン始動時からの時間
が経過するに従つて、第５図１に実線ａで示すよ
うに冷却水温が上昇し、該水温が設定値To（例え
ば85℃）に達した時点で水温センサ１３からの水
温信号Ａの電圧レベルが制御回路１４における設
定電圧発生回路１５の出力電圧レベル以上とな
る。そのため、比較回路１６の出力信号Ｂが第５
図２に符号ｂで示すように“１”に転じ、これに
伴つて積分回路１７の出力信号Ｃが同図３に符号
ｃで示すように或る一定の勾配で立ち上る。そし
て、この積分回路１７の出力信号Ｃが増幅回路１
８を介して制御信号Ｄとして上記開閉弁１１に送
給され、該開閉弁１１の開度が制御信号Ｄ（積分
回路１７の出力信号Ｃ）の出力値の上昇に従つて
増大する。これにより、ウオータージヤケツト３
内の冷却水は開閉弁１１の開度に対応してラジエ
ータ４に供給され、該ラジエータ４を通過する冷
却水の循環量が次第に増加する。

このようにしてラジエータ４を通過する冷却水
の循環量が増大すると、冷却水温の上昇が停止
し、次に該水温が低下し始める。そして、上記設
定値Toまで低下した時点で制御回路１４におけ
る比較回路１６の出力信号Ｂが第５図２に符号
b′で示すように“０”に転じると共に、この時点
から積分回路１７の出力信号Ｃないし制御信号Ｄ
の値が同図３に符号c′で示すように減少し始め、
これに伴つて上記開閉弁１１の開度、即ちラジエ
ータ４を通過する冷却水の循環量が減少する。そ
のため、冷却水温は一定温度まで低下した後、再
び上昇し、その結果、第５図１に実線ａで示すよ
うにウオータージヤケツト出口３ａにおける冷却
水温が設定値Toを中心に上下に変動し、ハンチ
ングが生じることになる。

ところで、上記のような冷却水温の制御におい
て、外気温が低いためラジエータ４からウオータ
ージヤケツト３に流入する冷却水の温度が低い
時、或いはエンジン回転数が高いためポンプ１０
が高速回転して冷却水の流速が速い時は、開閉弁
１１の一定の開弁速度に対してエンジン１がより
速かに冷却されてウオータージヤケツト出口３ａ
における冷却水温の低下が急激となる。そのた
め、第５図１に鎖線a′で示すように冷却水温は設
定値To以下に大きくアンダーシユートし、これ
に伴つてハンチングが著しくなる。しかし、エン
ジン回転数が高くなり或いは外気温が低くなる
と、これらを示すセンサ２０，２１の出力信号
Ｆ，Ｇが入力される第２、第３関数回路２３，２
４の出力F′、G′が第２図２，３に示すように小さ
くなり、これに伴つて積分定数設定回路２６で設
定される積分定数が小さくなる。そのため、制御
回路１４の積分回路１７から出力される信号Ｃは
第５図３に点線c″で示すように勾配が緩かにな
る。このことは、制御回路１４による開閉弁１１
に対する制御の制御利得が小さくなり、冷却水温
が設定値Toを超えた場合における開閉弁１１の
開弁速度が緩かになることを意味する。その結
果、流入冷却水温が低く或いは冷却水の流速が速
いにも拘らず、ウオータージヤケツト出口３ａに
おける冷却水温の低下が緩かになり、第５図１に
実線ａで示すようにアンダーシユート或いはハン
チングが軽減されることになる。

一方、エンジン１の負荷が大きく、従つてエン
ジン発熱量が大きい場合や外気温が高い時には、
冷却水温が設定値Toを超えた時の開閉弁１１の
開弁速度が緩かであると、該冷却水温は第５図１
に鎖線a″で示すように設定値Toを大きくオーバ
ーシユートし、また応答遅れが著しくなつて設定
値Toまで低下するまでに長時間を要することに
なり、その間にエンジン１がオーバーヒートする
場合が起りうる。しかし、この場合は、負荷を検
出する負荷センサ１９からの信号Ｅが入力される
第１関数回路２２の出力E′および外気温を検知す
る外気温センサ２１からの信号Ｇが入力される第
３関数回路２４の出力G′が大きくなり、これに
伴つて積分定数設定回路２６で設定される積分定
数が大きくなる。そのため、制御回路１４におけ
る積分回路１７の出力信号Ｃは、第５図３に符号
ｃで示すように急勾配で上昇することになり、
これに伴つて開閉弁１１の開度が速かに増大す
る。つまり、開閉弁１１に対する制御利得が大き
くなり、ラジエータ４を通過する冷却水の循環量
が急速に増大されて、エンジン発熱量の増加や該
エンジンの加熱状態を左右する外気温の上昇に拘
らずオーバーヒートが防止されることになる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、ラジエータとウ
オータージヤケツトとの間の冷却水の循環量を調
整することにより冷却水温を制御する水冷式エン
ジンの冷却装置において、上記冷却水循環量の調
整を行う調整装置に対する制御利得を、外気温と
エンジンの負荷および回転数に応じて変化させる
ようにしたから、外気温が高く或はエンジン発熱
量が大きい高負荷時等においては冷却水温の制御
の応答遅れによるオーバーヒート等が防止される
と共に、外気温等との関係で流入冷却水温が低い
場合、或いはエンジン回転数に対応する冷却水の
流速が速い場合等における冷却水温のハンチング
が抑制されることになる。このようにして、冷却
水温を外気温とエンジンの負荷および回転数に応
じて極めて精度良く常に適正に制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
制御システム図、第２図１〜３は第１図における
第１〜第３関数回路の出力特性図、第３図は第１
図における積分定数設定回路の出力特性図、第４
図は第１図における積分回路と積分定数設定回路
の具体例を示す電気回路図、第５図は作用を示す
タイムチヤート図である。 １……エンジン、３……ウオータージヤケツ
ト、４……ラジエータ、７……冷却水通路（循環
通路）、１１……調整装置（開閉弁）、１３……冷
却水温検知手段（水温センサ）、１４……冷却水
温制御手段（制御回路）、１９……負荷検知手段
（負荷センサ）、２０……回転数検知手段（回転数
センサ）、２１……外気温検知手段（外気温セン
サ）、２６……制御利得制御手段（積分定数設定
回路）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ラジエータと、エンジンのウオータージヤケ
   ツトと、該ラジエータとジヤケツトとの間で冷却
   水を循環させる冷却水通路と、冷却水温に関連す
   る信号を出力する冷却水温検知手段と、上記ラジ
   エータとジヤケツトとの間の冷却水の循環量を調
   整する調整装置と、上記冷却水温検知手段の出力
   に応じて調整装置を作動させて冷却水温が所定値
   以下になるように冷却水の循環量を制御する冷却
   水温制御手段と、外気温を検知する外気温検知手
   段と、エンジンの負荷を検知する負荷検知手段
   と、エンジンの回転数を検知する回転数検知手段
   と、これらの検知手段の出力に応じて上記冷却水
   温制御手段による冷却水循環量制御の制御利得を
   変化させる制御利得制御手段とからなる水冷式エ
   ンジンの冷却装置。