JPH0473473A - 内燃機関の冷却液制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ラジェータに循環される冷却液の流量を、
冷却液温度に対応して弁体が制御されるようにしたサー
モスタットによって制御する、内燃機関の冷却液制御装
置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関にあってはシリンダの周囲に水ジャケットが形
成され、この水ジャケットにラジェータを通して冷却液
が循環され、この内燃機関を冷却するようにしている。

この様な冷却液の循環回路においては、ラジェータの入
口または出口部分にサーモスタットを設け、このサーモ
スタットにより冷却液の循環流量を制御している。例え
ば内燃機関の暖機運転の状態では、冷却液のラジェータ
への循環量を制限し、内燃機関の暖機と共に冷却液の温
度が速やかに上昇させるものであり、また内燃機関が充
分に暖まった状態では、水ジヤケツト内の冷却液をラジ
ェータに積極的に流し、内燃機関がオーバヒートされな
いようにしている。

すなわち、サーモスタットは冷却液の温度を検知して、
ラジェータの入口または出口の通路に設定される弁体の
開度を自動的に制御し、冷却液温度が適正値に保たれる
ようにしている。

従来、冷却液の温度を検知すると共に、この検知温度に
対応して弁体を制御するアクチュエータを駆動する手段
として、サーモワックスが用いられている。このサーモ
ワックスは、低温状態で固体化しており、その容積は小
さいものであるが、温度が上昇するにしたがい溶解して
膨脹する性質を有する。サーモスタットは、このような
サーモワックスの温度変態性を利用し、冷却液温度が低
い状態ではラジェータの入口または出口通路を狭めるよ
うに弁体を駆動し、冷却液温度が上昇した状態では、ラ
ジェータの入口または出口通路を大きくしてその流量を
増加させ、冷却液の温度がラジェータで効率的に下げら
れるようにする。

しかし、この様なサーモワックスを用いたサーモスタッ
トを使用した場合、外気温度の影響を大きく受ける。冷
却液温度を一定温度に保つための目標温度を、例えばＴ
−９０°に設定した場合、外気温度が平温の状態では冷
却水温がその目標温度に対応して制御される。しかし、
寒冷地の冬季等において外気温度が著しく低下したよう
な場合には、冷却液温度を目標温度Ｔに達するように制
御することができず、いわゆるオーバクールの状態とな
る。このため寒冷地においては、サーモスタットの開弁
温度を平温時の目標温度よりやや高めに設定し、低温時
の水温特性を改善するようにしている。しかし、開弁温
度を高めに設定すると、弁体の全開温度も高めとなり、
外気温度が高温の状態ではオーバヒートの原因となる。

したがって、特に外気温度の変化の大きい地域で使用す
る場合には、サーモスタットの設定温度を外気温度に対
応して変化させるように制御する必要が生ずる。

実開昭５９−１６０８２０号公報、あるいは実開昭５９
−１６０８２１号公報には、この様なサーモスタットの
設定温度を外気温度に対応して制御する手段が示されて
いる。すなわち、サーモワックスの温度変態による弁体
の作動を、他のサーモワックスまたは形状記憶合金ばね
によって吸収しまたは補正させ、外気温度に対応して開
弁温度が調整するようにしている。しかし、この様な構
成では必然的に可動部の部品点数が多くなり、作動誤差
を生じ易く、外気温度に対する応答性を充分なものとす
ることが困難である。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
可動部分の部品点数を増加させることなく、サーモスタ
ットの応答性を、外気温度の定常状態から温度が大きく
変化した緊急時まで自在に対応できるようにして、内燃
機関の冷却液温度が常に適性に保たれるように制御でき
る冷却液制御装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関の冷却液制御装置は、ラジェー
タの入り口または出口部分に設定され、ラジェータに流
れる冷却液の流量を制御するサーモスタットが、温度変
化に対応して容積変化するサーモワックスにより弁体の
開度を制御する構成とするものであり、このサーモワッ
クスを収納するワックスケースを前記冷却液内に設定す
ると共に、このワックスケースに冷却液とサーモワック
スとの間で熱交換するペルチェ素子ユニットを取り付け
、このペルチェ素子ユニットに印加される制御電圧を、
冷却液温度に対応して動作される制御手段によって制御
させ、また冷却液の初期水温に基づいて開弁温度が補正
されるようにする。

［作用］ この様に構成される内燃機関の冷却液制御装置にあって
は、基本的には冷却液温度に対応してサーモワックスの
容積が変化され、このサーモワックスの容積変化に対応
してサーモスタットの弁体の開度が変化されて、ラジェ
ータに循環される冷却液の流量が制御される。そして、
冷却液の初期温度に対応した特性に基づきペルチェ素子
ユニットに印加される電圧が制御されるもので、例えば
夏期において、ペルチェ素子ユニットでサーモワックス
を加熱してサーモスタットの開弁温度を低くし、冬季に
は開弁温度を高くするように制御する。したがって、冷
却液温度は常に安定して目標温度に設定可能とされる。

この場合、特に可動部品を使用することなく外気温度に
対応した制御が実行されるものであるため、特に構成を
複雑化することなく、内燃機関のオーバヒートのみなら
ず、オーバクールの状態も確実に回避させることができ
る。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はサーモスタット１１の構成を示すもので、その
（Ａ）図は冷却液通路３０を閉じた状態、（Ｂ）図は同
じく開いた状態を示し、この状態で冷却液が通路３０を
通過されるようになる。

サーモスタット１１はハウジング１２を備え、このハウ
ジング１２は冷却液通路３０に対して取り付け設定され
る。ハウジング１２の内部にはワックスケース１３か収
納設定され、このワックスケース１３の内部にはサーモ
ワックス１４が収納されている。このワックスケース１
３には、一体内に弁体１５が形成され、この弁体１５は
ワックスケース１３が（Ａ）図の状態および（Ｂ）図の
状態に移動されることによって、弁座１Ｂに選択的に接
触され、弁体１５が弁座１６に接触する（Ａ）図の状態
で、冷却液通路３０が閉じられ、弁体１５が弁座１６か
ら離れる（Ｂ）図の状態で、冷却液通路３０が開かれ、
冷却液がその開度に対応した量で流通されるようになる
。

ワックスケース１３の軸線に対応する部分には、ピスト
ン状のアクチュエータ１７が設定されている。

このアクチュエータ１７は、ワックスケース１３の軸線
方向に移動自在に設定されるもので、そのケース１３の
内部では、サーモワックス１４に内部の端部分が埋設さ
れるようになっており、ケース１３から突出する先端部
は、ハウジング１２と一体的な支持部材１８に係合され
ている。すなわち、サーモワック１４の容積が、温度上
昇に対応して大きくなったときには、アクチュエータ１
７がケース１２内から押し出されるようになる。この場
合、アクチュエータ１７の先端が支持部材１８によって
固定されているから、ワックスケース１３が図の下方に
移動されるようになる。この場合、ワックスケース１３
はスプリング１９によって常時上方の支持部材１８の方
向に変位されているものであり、アクチュエータ１７が
ワックスケース１３から押し出される量に対応して、弁
体１５と弁座１６との間隔が可変制御される。

ここで、ワックスケース１３の周壁には、複数のペルチ
ェ素子によって構成されたペルチェ素子ユニット２０が
設定されているもので、このペルチェ素子ユニット２０
には制御回路２１から電圧信号が印加設定されるように
する。この制御回路２１には、冷却液通路３０に設定さ
れた水温センサ２２からの冷却液温度の検出信号が供給
されている。

すなわち、この様に構成されるサーモスタット１１は、
サーモワックス１４の温度が冷却液の温度によって設定
され、その温度状態に対応してサーモワックスＩ４の膨
脹度が設定されるようになる。そして、このサーモワッ
クス１４の膨張容積の量に対応してワックスケース１３
の位置が、（Ａ）図の状態から（Ｂ）図の状態まで変化
し、その変化量に対応して弁体１５と弁座１６との間隔
、すなわち開弁量か変化され、冷却液の流通量が最小の
状態から最大状態まで可変制御される。

ここで、ワックスケース１３にペルチェ素子ユニット２
０が設定されているものであるため、このペルチェ素子
ユニット２０に印加設定される電圧によってサーモワッ
クス１４に対する加熱作用、あるいは吸熱作用を行うよ
うになる。

第２図はこの様なサーモスタット１１の、特にワックス
ケース１３を含む本体部分をより詳細に示したもので、
有底筒状のワックスケース１３の中心軸に対応する位置
に、ピストン状のアクチュエータ１７が設定され、この
アクチュエータ１７の下端部分は弾性体層２３によって
覆われている。そして、このアクチュエータ１７は図で
上下方向に移動自在に設定される。

ワックスケース１３の周壁には、これを取り囲むように
配置して複数のペルチェ素子ユニット２０１．２０２、
・・・が設定されるもので、このペルチェ素子ユニット
２０１．２０２　、・・・それぞれは、２０１で代表し
て断面して示すように、ワックスケース１３の周壁を貫
通するように設定した複数のペルチェ素子２０ａ　、　
２０ｂ　、・・・により構成され、これらペルチェ素子
２０ａ　、　２０ｂ　、・・・はそれぞれ電極板によっ
て直列に接続されている。そして、この複数のペルチェ
素子２０ａ　、　２０ｂ　、・・・それぞれに共通して
接合された状態で、ワックスケース１３の内部に露出し
、サーモワックス１４に接触される放熱フィン２４１５
およびワックスケース１３の外周に露出し、冷却液に接
触されるようにした放熱フィン２４２が設けられる。す
なわち、複数のペルチェ素子２０ａ　、　２０ｂ　。

・・・からなるペルチェ素子ユニット２０１２０２　、
・・・は、サーモワックス１４および冷却液それぞれと
熱交換されるようになっている。

第３図はこの様なサーモスタット１１の用いられる内燃
機関の冷却液回路を示しているもので、水冷式エンジン
３１には水ジャケット３２か形成されているもので、こ
の水ジャケット３２に冷却液を循環させることによって
、エンジン３１が冷却されるようにしている。この水ジ
ャケット３２は、冷却液を冷却するためのラジェータ３
３に、水入口３３１および水出口３３２によって連通さ
れるもので、水出口３３２とラジェータ３３の入口とは
往路側冷却液通路３４によって連通し、さらに水ジャケ
ット３１の水入口３３１とラジェータ３３の出口との間
は、復路側冷却液通路３５によって連通されている。そ
して、水入口３３１部分には、エンジン３１によって駆
動される循環ポンプ３５が設けられ、エンジン３１の動
作時に冷却液を水ジャケット３２とラジェータ３３との
間で循環流通させるようにする。

水ジャケット３３の入口３３１と出口３３２との間には
、ラジェータ３３と並列にされるようにして、ラジェー
タ３３を迂回して冷却液が流されるバイパス通路３６が
形成されている。ラジェータ３３部分には、エンジンに
３１によって回転駆動される冷却ファン３７が設けられ
、さらにこの様に循環される冷却液を熱源として車室内
を暖房する温水ヒータの熱交換器３８に冷却液が循環さ
れる。

そして、第１図および第２図で示したようなサーモスタ
ット１１は、例えば水ジャケット３１の水出口３３２に
対応する部分に設置され、ラジェータ３３の往路側冷却
液通路３４（第１図では通路３０として示されている部
分）に設置され、この通路部分に流れる冷却液の流量を
可変制御するようにしている。

サーモスタット１１に設定される複数のペルチェ素子ユ
ニット２０１　、２０２　、・・・には、第４図で示す
ように制御回路２１から電圧Ｖが並列的に印加設定され
るようになっている。そして、制御回路２１では水温セ
ンサ２２からの水温信号が供給され、この水温センサ２
２で検出された冷却液温度に対応して、ペルチェ素子ユ
ニット２０１．２０２、・・・に印加される電圧Ｖが制
御されるようにしている。

この制御回路２１は、例えばマイクロコンピュータ等に
よって構成されるもので、このサーモスタット１１の開
弁温度を、第５図で示されるように夏期は低めに設定し
、冬季は高めに設定できるように作動する。具体的には
Ａて示す状態で冷却液温度に対して開弁動作に対応する
アクチュエータ１７のリフト量が設定されるものである
が、外気温度の高い夏期にあっては、特性Ｂで示すよう
に低水温域で開弁じ、外気温度が低い冬季にあっては、
特性Ｃで示すように高水温域開弁するようにしている。

第６図は制御回路２１の動作の流れを示しているもので
、その初期設定において後述するステップ１０３で示さ
れるような特性に対応して、外気温度に関連したスター
ト時の冷却液の初期水温Ｔｗ（ｏ）レベルに基づき、ペ
ルチェ素子に対する印加電圧の制御を行う。例えば第５
図で示したようにサーモスタット開弁温度を夏期は低め
に設定し、冬季は高めに設定できるように作動させる。

そして、スタート後のステップ１０１でカウンタｎの計
数値を“０″に設定し、次にステップ１０２で時間Δτ
毎に水温Ｔｗ（ｎ）をサンプリングした後ステップ１０
３に進み、初期水温Ｔｗ（ｏ）に比例した補正電圧ｖＥ
を設定する。その後、ステップ１０４で次式（１）で示
すように、目標水温Ｔｖｓに対する補正項と単位時間当
たりの水温の変化量に対する補正項との和としてペルチ
ェ素子印加電圧補正量を計算する。

ＤＶ（ｎ）　＝Ｋｌ　　（（Ｔｗ　（ｎ）　　Ｔｗｓ）
＋に２　　（Ｔｗ　（ｎ）　−Ｔｗ　（ｎ−１）　）・
・・・・・・・・　（１） そして、ステップ１０５で次式によって水温の変化度合
いに応じたペルチェ素子の印加電圧Ｖを算出し、この電
圧Ｖを第４図で示したように各ペルチェ素子ユニット２
０１．２０２、・・・に与える。

ｗ−）−Ｋ３　・Ｄ　Ｖ　（ｎ）　＋　ＶＥ　　　　　
　　　（２）この様にペルチェ素子印加電圧を計算した
後、ステップ１０６でカウンタｎの値をｒ＋ＩＪして、
ステップ１０２に戻る。

第７図は冷却液の水温変化の制御状態を示しているもの
で、水温が初期水温Ｔｖ（ｏ）から目標水温Ｔｖｓに近
付き、水温に基づいて制御されるサーモスタット１１に
よってラジェータ３３に流れる冷却液水量が可変制御さ
れることによって、水温が目標温度Ｔｖｓに向かって制
御されるようになる。

第８図はサーモワックス１４と冷却液との間の熱バラン
スの状態を示しているもので、ペルチェ素子ユニット２
０に電圧Ｖを印加することによって熱量Ｑ、が発生され
、ワックス１４の熱量Ｑが変化されるようになる。第９
図は吸加熱量ΔＱｐに対する冷却液の水温とサーモワッ
クスの容積変化との関係を示している。

この様に構成される冷却液制御装置により、第５図で示
したように外気温度の高い夏期において、開弁温度を低
くすることによって、第１０図の（Ａ）で示すように冷
却液の平均水温を破線で示す従来より低いレベルに維持
できるようになる。

この様にすれば、冷却補機の省力化と共に、緊急時の高
水温の低減化に効果か発揮される。一方性気温の低い冬
季にあっては、第１０図の（Ｂ）で示されるように上記
夏期の場合とは逆の特性とされ、冷却液の温度を高いレ
ベルに保てるようになり、エンジンの熱効率の向上と共
に、空調機のヒータ性能向上等の効果が期待できる。

第１１図は夏期の負荷変動時のオーバシュート特性を示
すもので、初期時Ａの水温変化の大きい状態のときは、
サーモワックスの加熱によってサーモスタットの開弁度
を促進させ、ラジェータの水量を増加させることによっ
て、冷却液の水温上昇を緩和させるようになる。次に冷
却液温度が適温より下かり始めると、ペルチェ素子ユニ
ットに対する通電の方向を逆にし、サーモワックスを冷
却することによって、サーモスタットの開弁度ヲ絞り、
ラジェータに流れる冷却液の量を少なくすることによっ
て、適温以下でハンチングすることを防止するようにな
る。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明に係る内燃機関の冷却液制御装置
によれば、ラジェータに流れる冷却液の流量を制御する
サーモスタットをサーモワックスによって制御されるよ
うにすると共に、ペルチェ素子の吸加熱特性を利用して
サーモワックスの温度制御が実行されるようにすること
によって、サーモスタットの応答特性を定常時から緊急
時まで自在に適正化できるようになる。さらに冷却液の
初期水温に対応してサーモワックスの温度制御が行われ
、特に初期量弁温度が補正されることによって、外気温
度の高い状態から低い状態まで全て適性に冷却液温度制
御が実行されるものであり、内燃機関の動作が常に安定
化される。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）はこの発明の一実施例に係る
冷却液制御装置を構成するサーモスタットの断面構造を
閉弁状態および開弁状態で示す断面構成図、第２図は上
記サーモスタットの構成をより明確にして示した一部を
断面して示した図、第３図は上記サーモスタットを使用
したラジェータに対する冷却液回路を示す図、第４図は
上記サーモスタットを構成するペルチェ素子ユニットの
回路を示す図、第５図はサーモスタットの開弁特性を説
明する図、第６図はペルチェ素子を制御する制御回路の
動作の流れを示す図、第７図は水温の制御状態を示す図
、第８図はペルチェ素子の熱交換のバランスを説明する
図、第９図は冷却水温とワックス容積との関係を示す図
、第１０図は冷却液の水温制御状態を説明する図、第１
１図は水温制御のオーバシュート特性を示す図である。 １１・・・サーモスタット、１２・・・ハウジング、１
３・・・ワックスケース、１４・・・サーモワックス、
１５・・・弁体、１６・・・弁座、１７・・・アクチュ
エータ、２０．２０１．２０２、・・・ペルチェ素子ユ
ニット、２１・・・制御回路、２２・・・水温センサ、
３１・・・エンジン、３２・・・水ジャケット、３３・
・・ラジェータ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２弱 第 図 図（Ｂ） 第 図 に１〜に３９足数 水温 第 図 水温（Ｔｗ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ラジエータの入口または出口の冷却液通路を開閉
   する弁体と、 この弁体を駆動するアクチュエータを支持し、前記冷却
   液内に設置されたワックスケースと、このワックスケー
   ス内に収納され、前記アクチュエータをその容積変化に
   対応して駆動し、前記弁体を変位制御させるサーモワッ
   クスと、前記ワックスケースの壁に取り付け設定され、
   前記サーモワックスとの間で熱交換するペルチェ素子ユ
   ニットと、 このペルチェ素子ユニットに供給される電圧を、前記冷
   却液温度に対応して制御する制御手段とを具備し、 冷却液の前記ラジエータに対する循環流量が、前記冷却
   液の温度に対応して可変制御されるようにしたことを特
   徴とする内燃機関の冷却液制御装置。