JPH0415367B2 - - 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、特に冷却
水の流速に応じて適切に冷却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
おけるエンジンの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、エンジン回転
数が高い場合等においてウオータージヤケツトを
通過する冷却水の流速が速い場合に、冷却水の循
環量が必要以上に多くなつてエンジンが急激に冷
却され、その結果、冷却水温が所定値以下に大き
くアンダーシユートし、これに伴つて大きな振幅
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、エンジン回転数が特に高くな
い低、中速回転時に、冷却水温を所定値まで低下
させ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危険性が
生じる。

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、特に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
し動作量を冷却水の流速に応じて変化させること
により、制御の応答性を阻害することなく、冷却
水の流速が速い場合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。そし
て、これらの構成に加えて、冷却水の流速を直接
又は間接に検知する冷却水流速検知手段と、該検
知手段の出力を受けて流速が速い時に上記冷却水
温制御手段による調整装置に対する制御利得を小
さくする制御利得制御手段とを備える。上記冷却
水流速検知手段としては、該流速を直接検知する
センサの他、冷却水ポンプ又はこれを駆動するエ
ンジンの回転数を検知する回転数センサ等が用い
られる。そして、これらのセンサによつて検知さ
れる冷却水流速が速い時に冷却水の循環量を調整
する調整装置の動作速度或いは動作量が小さくな
ることにより、通常時における応答遅れを生じる
ことなく、冷却水温の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、冷却水の流速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の直上流位置にはエンジン出口部におけ
る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１
７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。

然してこの実施例においては、上記の構成に加
えて冷却水の流速を間接的に検知するものとして
エンジン１の回転数を検知する回転数センサ１９
が備えられていると共に、更にエンジン１に流入
する流入冷却水の水温に関連する外気温を検知す
る外気温センサ２０と、スロツトル弁の開度や吸
気負圧からエンジン１の負荷の大きさを検知する
負荷センサ２１とが備えられている。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が示すエンジン回転数が高くなるに従つて
小さくなる関数値を出力し、第２関数回路２３
は、センサ２０の出力信号Ｆ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し、また第
３関数回路２４は、センサ２１の出力信号Ｇ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、即ちエンジン回転数
が高い程小さく、外気温が低い程小さく、またエ
ンジン負荷が大きい程大き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
伴なつて積分回路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
１８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、エンジン１の回転数、即ち冷却水ポンプ１０
の回転数が高いためウオータージヤケツト３を通
過する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冷却水の循環量がより速か
に増加することになる。そのため、エンジン１が
急激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著しくなり、その結
果、第５図１に鎖線a′で示すように冷却水温が設
定値To以下に大きくアンダーシユートすると共
に、ハンチングが著しくなる。しかし、エンジン
回転数の上昇に伴つて冷却水の流速が速くなる
と、これを示すセンサ１９の出力信号Ｅが入力さ
れる第１関数回路２２の出力E′が第２図１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、冷却水の流速が速いにも拘らず循環量
の増加が緩かになり、ウオータージヤケツト出口
３ａにおける冷却水が緩かに低下することになつ
て、第５図１に実線ａで示すように冷却水温のア
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。

また、この実施例では、上記回転数センサ１９
の他に外気温センサ２０及び負荷センサ２１が備
えられ、これらのセンサ２０，２１によつて検知
される外気温及びエンジン負荷によつても制御利
得が変化するようになつている。つまり、外気温
が低い場合は、ウオータージヤケツト３に供給さ
れる流入冷却水の温度も低くなり、そのため開閉
弁１１の一定の開弁速度に対してウオータージヤ
ケツト出口３ａにおける冷却水温が急速に低下
し、第５図１に鎖線a′で示すようにハンチングが
著しくなるのであるが、この場合、第２図２及び
第３図に示すように積分定数設定回路２６におい
て設定される積分定数が小さくなることにより、
冷却水の流速が速い場合と同様に、開閉弁１１の
開弁速度が緩かになつてハンチングが抑制される
ことになる。

また、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時は、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危険性が生じる。しか
し、この場合は、第２図３及び第３図に示すよう
に積分定数設定回路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、これに伴な
つて開閉弁１１の開度が速かに増大し、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に拘らずオーバーヒー
トが防止されることになる。

尚、以上の実施例では、冷却水の流速を検知す
るものとしてエンジン回転数センサ１９を用いた
が、これに代えて、該流速を直接検知するセンサ
を設けてもよい。

（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、冷却水の流速が速い時
に上記冷却水循環量の調整を行う調整装置に対す
る制御利得を小さくするようにしたから、通常時
における冷却水温の制御の応答遅れ、特にエンジ
ン発熱量が大きい場合におけるオーバーヒート等
を生じることなく、エンジンの高回転時等の冷却
水の流速が速い場合における冷却水温のハンチン
グが抑制されるようになる。このようにして、冷
却水温が常に良好に制御されることになる。

【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）、１
１…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…冷却水流速検知手段（エンジン
回転数センサ）、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
   水温検知手段と、冷却水の流速に関連する信号を
   出力する冷却水温検知手段と、該検知手段の出力
   を受けて冷却水の流速が速い時に上記冷却水温検
   知手段による冷却水循環量制御の制御利得を小さ
   くす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。