JP2000027646A

JP2000027646A - エンジンの冷却水制御装置

Info

Publication number: JP2000027646A
Application number: JP10207225A
Authority: JP
Inventors: Tatsujiro Okuno; 達二郎奥野
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Tosok Corp
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で、省電力の流量制御弁を用いつつ、必
要時に冷却水の環流量を急速に増大させることができる
冷却水制御装置を提供する。【解決手段】流量制御弁８の弁体６０の開弁方向、す
なわち環状部６０ｃの移動方向を冷却水が流出口４０ｂ
を流れる方向と同じ方向とする。冷却水の圧力が全て環
状部６０ｃに加わり、弁体６０の開弁方向への操作力と
して働く。冷却水の圧力を全て利用して開弁することが
でき、弁体６０を駆動するアクチュエータの開弁時の負
担が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却水
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車用エンジンの冷却装
置においては、エンジン内の冷却水温度をエンジン負荷
やエンジン回転数等の運転状態に応じて予め設定されて
いる制御目標温度に制御している。

【０００３】具体的な方法としては、流量制御弁をエン
ジンの冷却水の入口または出口に設けておき、水温セン
サによって検出されたエンジン内の冷却水温度と、制御
目標温度との差に基づいて流量制御弁の開度を調整する
ことにより、冷却水の環流量を制御する。これにより、
エンジン内の冷却水温度を制御目標温度に制御してい
る。例えば自動車の加速開始時においては、エンジンの
回転数が急激に上昇し、エンジン負荷が大きくなる。こ
の場合においては、エンジン内の制御目標温度は低温に
設定されており、流量制御弁を急速に開弁することによ
り冷却水の環流量を増大させ、エンジン内の冷却水温度
を急速に目標温度に制御している。

【０００４】前記流量制御弁には、本体であるバルブボ
ディと、流量制御弁の開閉を行って冷却水の環流量を制
御する弁体と、弁体に連結して弁体を作動させる駆動ロ
ッドと、駆動ロッドを駆動させるアクチュエータとして
ステップモータを有するものがある。

【０００５】そしてかかる流量制御弁を急速に開弁する
ために、こうした冷却装置においては、ステップモータ
を高い駆動周波数で駆動させている。これにより、駆動
ロッドが高速回転して弁体を開弁方向に急速に移動させ
ることができるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
プモータは高い駆動周波数で駆動させた場合、駆動軸力
が低減する特性がある。このため、小型のステップモー
タを使用する場合では、流量制御弁を急速に開弁するこ
とができない。これを解消するためには、ステップモー
タへの供給電力を増加させれば良いが、それでは電力消
費量が増加する。一方、電力消費量を抑えようとする
と、ステップモータすなわち流量制御弁が大型化するの
で、流量制御弁をエンジン内に設置するスペースが限ら
れてしまう問題がある。

【０００７】本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなさ
れたものであり、小型で、省電力の流量制御弁を用いつ
つ、必要時に冷却水の環流量を急速に増大させることが
できる冷却水制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１の発明においては、エンジンとラジエータ間
で循環する冷却水の通路に設けられ、冷却水の環流量を
制御する流量制御弁を備えたエンジンの冷却水制御装置
において、前記流量制御弁が、前記冷却水の圧力が開弁
方向への操作力として加わる弁体を有したものとしてい
る。

【０００９】かかる構成においては、冷却水の圧力を利
用して前記流量制御弁の弁体を開弁することができる。

【００１０】また、請求項２の発明においては、前記流
量制御弁が有する弁体の開弁方向を、前記冷却水が流れ
る方向と同じ方向にしたものとしている。

【００１１】かかる構成においては、冷却水の圧力を全
て利用して前記流量制御弁の弁体を開弁することができ
る。

【００１２】また、請求項３の発明においては、前記流
量制御弁が、パルス信号により動作し前記弁体を開閉駆
動させるアクチュエータを有する一方、前記流量制御弁
の閉弁駆動時よりも開弁駆動時に前記パルス信号の周波
数を高く設定する周波数設定手段を備えたものとしてい
る。

【００１３】かかる構成においては、前記流量制御弁の
閉弁駆動時よりも開弁駆動時に前記アクチュエータの駆
動速度が速くなる。

【００１４】また、請求項４の発明においては、前記流
量制御弁が、パルス信号により動作し前記弁体を開閉駆
動させるアクチュエータを有する一方、エンジンの回転
数が所定のエンジン回転数未満である場合よりも所定の
エンジン回転数以上である場合に前記パルス信号の周波
数を高く設定する周波数設定手段を備えたものとしてい
る。

【００１５】かかる構成においては、エンジンの回転数
が所定のエンジン回転数以上である場合に、前記アクチ
ュエータの駆動速度が速くなっている。

【００１６】また、請求項５の発明においては、前記流
量制御弁が、パルス信号により動作し前記弁体を開閉駆
動させるアクチュエータを有する一方、エンジンの運転
状態が低負荷状態よりも高負荷状態にエンジン内の冷却
水の制御目標温度を低く設定する制御目標温度設定手段
と、前記制御目標温度設定手段によってエンジンの運転
状態が高負荷状態の制御目標温度が設定された当初の一
定期間における前記パルス信号の周波数を、それ以前の
周波数よりも高く設定する周波数設定手段とを備えたも
のとしている。

【００１７】かかる構成においては、エンジン内の冷却
水温度が、エンジンの運転状態に応じた制御目標温度に
制御される。この時、エンジンの運転状態が高負荷状態
の当初の一定期間においては、それ以前よりも前記アク
チュエータの駆動速度が速くなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
にしたがって説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施の形態を示す自動車
用エンジンの冷却装置を示す概略構成図である。このエ
ンジン冷却装置は、ラジエータ１で放熱された冷却水を
ウォータポンプ２により入口流路３からエンジンＥのウ
ォータジャケット４に循環し、これにより燃焼室やシリ
ンダを冷却した後、暖められた冷却水を出口流路５から
ラジエータ１に戻すとともに放熱した後、再びウォータ
ジャケット４に循環する構造を有している。ウォータジ
ャケット４内には、一度暖められた冷却水を再び入口流
路３側に循環させ、エンジン内の水温や水圧変化を減少
させるためのバイパス流路６が設けられている。また、
前記出口流路５には、冷却水の循環の開始・停止及び循
環量の制御を行う流量制御弁８が設けられており、本実
施の形態においては軸流弁型のものが使用されている。

【００２０】図２は前記流量制御弁８の断面図である。
流量制御弁８はほぼ円筒状のバルブボディ２０と、その
一端側に一体的に設けられたアクチュエータとしてのス
テップモータ３０とを備えている。バルブボディ２０は
他端側に向かって開放する弁室４０を形成しており、そ
の径方向の周壁２０ａにはウォータジャケット４内及び
バイパス流路６に連通される流入口４０ａが設けられて
いる。一方、バルブボディ２０の周壁２０ａの端縁に
は、内部に突出する環状のフランジ部２０ｂが一体形成
されている。これにより、バルブボディ２０の他端部に
は、前記出口流路５の前記ラジエータ１側に連通される
流出口４０ｂが形成されている。前記弁室４０には、冷
却水が循環する循環路４０ｃが形成されている。

【００２１】一方、前記ステップモータ３０はバルブボ
ディ２０に結合されたケーシング１０と、その内部に収
容されるとともにボビン１１の前後に巻回された電磁コ
イル１２，１２とボビン１１に内嵌された筒状の固定コ
ア１３とを有している。固定コア１３内には、その両端
側をベアリング１４，１４を介して回転自在に支持され
るとともに、電磁コイル１２，１２に駆動用のパルス信
号が伝えられることによって正転・逆転するロータ１５
とを有している。ロータ１５には雌ねじが切られたネジ
孔１６が設けられ、その内部には、ロータ１５の回転に
伴い軸方向に進退するように雄ねじが切られた駆動ロッ
ド１７が螺嵌されている。そして駆動ロッド１７のバル
ブボディ２０側の端部に前記流出口４０ｂに向かって開
口する弁体６０が連結されている。弁体６０は、駆動ロ
ッド１７に固定された底部６０ａと、円筒状の周壁部６
０ｂと、椀状の環状部６０ｃとを有している。

【００２２】図３は流量制御弁８における弁体６０の開
弁状態と閉弁状態を示す図であり、上半分が開弁状態、
下半分が閉弁状態を示している。閉弁状態は、弁体６０
の環状部６０ｃの側面部が、バルブボディ２０のフラン
ジ部２０ｂの流出口４０ｂ側に当接することにより流出
口４０ｂを閉鎖している状態である。開弁状態は、弁体
６０の環状部６０ｃの側面部が、バルブボディ２０のフ
ランジ部２０ｂの流出口４０ｂの前方側に位置すること
により流出口４０ｂを開放している状態である。そし
て、閉弁状態から開弁状態への弁体６０の動作は、弁体
６０の環状部６０ｃがフランジ部２０ｂから離れて、冷
却水が流出口４０ｂを流れる方向と同じ方向に、前記流
出口４０ｂの前方側まで移動することによって行われ
る。この時、流出口４０ｂを流れる冷却水の圧力が全て
環状部６０ｃに加わるとともに、弁体６０の開弁方向へ
の操作力として働くようになっている。

【００２３】また流量制御弁８はＥＣＭ（エンジン・コ
ントロール・モジュール）７に接続されており、エンジ
ンの運転状態に応じたＥＣＭ７の制御信号により作動し
ている。ＥＣＭ７には、ウォータジャケット４の冷却水
の出口部分の温度を検出する水温検出手段である水温セ
ンサ９が接続されている。また、図示しないが、ＥＣＭ
７にはエンジンの運転状態を検出するためのアクセル開
度センサや回転数センサ等の各種検出手段が接続されて
いる。

【００２４】ＥＣＭ７は図示しないＣＰＵ、及びＣＰＵ
の制御プログラム及び各種パラメータが格納されたＲＯ
Ｍ、ＣＰＵの動作に伴い各種データを記憶するＲＡＭ、
Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器等を含む入出力装置を備
えており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づきＲＡ
Ｍをワーキングメモリとして動作することにより、本発
明の制御手段及び設定手段として機能する。

【００２５】前記ＲＯＭにはエンジンの運転状態に対応
したエンジン内の冷却水の制御目標温度が記憶されてお
り、本実施の形態においてエンジンの運転状態が低負荷
状態における制御目標温度は１１０℃、高負荷状態にお
ける制御目標温度は９０℃にそれぞれ設定されている。

【００２６】次に、前述したエンジンの運転状態におけ
る低負荷状態と高負荷状態について、図４のエンジン運
転時の各状態下における車速とアクセル開度とエンジン
回転数の変化図を用いて説明する。Ａ域は、自動車の速
度が一定であってアクセル開度とエンジン回転数が一定
である低負荷状態を示す領域である。またＢ域は、アク
セルを踏んで自動車が加速する状態を示す領域である。
つまりアクセル開度は急激に増大して、アクセルを戻す
までアクセルは全開で一定しており、エンジン回転数が
急激に上昇する高負荷状態を示す領域である。

【００２７】以上の構成からなる本実施の形態におい
て、ＥＣＭ７が流量制御弁８の制御に際して行うステッ
プモータ３０の駆動周波数の設定処理を図５のフローチ
ャートに従って説明する。ＥＣＭ７は、イグニッション
・スイッチのオン操作とともに制御を開始し、水温セン
サ９によりウォータジャケット４の出口側のエンジン内
の冷却水の温度（ＷＴ）を検出する（ＳＡ１）。次に、
エンジンの運転状態が前述したＡ域かＢ域かを判断し
（ＳＡ２）、エンジンの運転状態がＡ域の場合には流量
制御弁８の弁体６０を開弁させるときのステップモータ
３０の駆動周波数を５０ｐｐｓに設定する（ＳＡ３）。
また、ステップＳＡ２の判断結果よりエンジンの運転状
態がＢ域の場合には、ステップＳＡ１で検出したエンジ
ン内の冷却水の温度（ＷＴ）と、エンジンの運転状態が
Ｂ域での制御目標温度（９０℃）との差が５℃を越える
か否かを判断し（ＳＡ４）、５℃を越える場合には前記
駆動周波数を２００ｐｐｓに設定する（ＳＡ５）。ま
た、ステップＳＡ４の判断結果がＮＯである場合には前
記駆動周波数を５０ｐｐｓに設定する（ＳＡ３）。

【００２８】そして流量制御弁８の開弁動作は、先ずＥ
ＣＭ７から、前記駆動周波数のパルス信号がステップモ
ータ３０の電磁コイル１２，１２に伝えられ、駆動ロッ
ド１７が回転しながら流出口４０ｂの方向に向かって移
動する。そして、駆動ロッド１７に連結されている弁体
６０も流出口４０ｂの方向に向かって移動する。そし
て、フランジ部２０ｂに当接している弁体６０の環状部
６０ｃがフランジ部２０ｂから流出口４０ｂの前方に向
かって離れ、流出口４０ｂが開放される。これに伴い、
循環路４０ｃにある冷却水が流出口４０ｂを通って出口
流路５に向かって環流を開始し、やがて環状部６０ｃ
は、冷却水が流出口４０ｂを流れる方向と同じ方向に図
３の上半分に示した位置まで移動する。そしてこの開弁
動作においては、流出口４０ｂを流れる冷却水の圧力が
全て環状部６０ｃに加わるとともに、弁体６０の開弁方
向への操作力として働くようになっていることから、前
記駆動周波数が高くとも、トルクの低下分が十分補われ
ることにより、弁体６０の移動速度が速く、急速に開弁
する。よって前記ステップモータ３０の駆動周波数の設
定処理において、エンジンの運転状態が低負荷状態（Ａ
域）よりも高負荷状態（Ｂ域）に前記駆動周波数を高く
設定したため、Ａ域に比べＢ域のほうがステップモータ
３０の駆動速度が速くなる。従って、エンジンの運転状
態が高負荷状態におけるエンジン内の冷却水の温度と制
御目標温度（９０℃）との差が５℃を越えなくなるまで
流量制御弁８が急速に開弁しているので、冷却水の環流
量が急速に増大する。よって、エンジン内の冷却水の温
度を急速に制御目標温度（９０℃）に制御することがで
きる。

【００２９】また、環状部６０ｃは流出口４０ｂを流れ
る冷却水の圧力を全て受けており、その圧力が全て開弁
方向への操作力として環状部６０ｃに加わっているの
で、その圧力を全て利用して開弁することができる。よ
って、弁体６０を開弁駆動するためのステップモータ３
０に要求される駆動力が少なくて済む。このため、ステ
ップモータ３０への供給電力も少なくて済むので、小型
のステップモータを使用することができる。従って、エ
ンジンの運転状態が高負荷状態におけるエンジンの冷却
水の温度を制御目標温度に制御する場合において、小型
で省電力の流量制御弁を用いつつ、冷却水の環流量を急
速に増大させることができる。

【００３０】次に、図示しないが、ＥＣＭ７に行わせる
他のステップモータ３０の駆動周波数設定処理について
説明する。すなわち、エンジン内の冷却水の温度の制御
中において、開弁させるか閉弁させるかを判断し、開弁
させる場合には、エンジンの運転状態が前述したＡ域や
Ｂ域とは関係なく、ステップモータ３０の駆動周波数
を、閉弁させる場合よりも高く設定する。かかる処理に
おいても、流量制御弁８の開弁駆動時にステップモータ
３０の駆動速度が速くなるので、弁体６０の作動速度も
開弁駆動時に速くなる。従って、流量制御弁８の開弁駆
動時において本実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。

【００３１】また、これとは別に、ＥＣＭ７に以下の処
理を行わせるようにしてもよい。先ずエンジン回転数セ
ンサによりエンジンの回転数を検出させる。次に、エン
ジンの回転数がＥＣＭ７のＲＯＭに予め記憶された所定
のエンジン回転数以上か未満かを判断させる。その判断
結果により、流量制御弁８の弁体６０を開弁させるステ
ップモータ３０の駆動周波数を、エンジンの回転数が所
定のエンジン回転数未満である場合よりも所定のエンジ
ン回転数以上である場合に高く設定させる。よって、エ
ンジンの回転数が所定のエンジン回転数以上である場合
には、ステップモータ３０の駆動速度が速くなっている
ので、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００３２】なお、本実施の形態では、流量制御弁とし
て軸流弁型のものを使用したが、図６に示したようなバ
タフライ弁型のものを使用してもよい。

【００３３】この流量制御弁８０は、エンジンとラジエ
ータ間で循環する冷却水の通路上に位置して冷却水の環
流量を制御する円盤状の弁体８１と、弁体８１の弁軸で
弁体８１を作動させるシャフト８２と、図示しないがシ
ャフト８２に連結してシャフト８２を駆動させるアクチ
ュエータとを有しており、弁体８１の中心８３を所定寸
法αだけ偏心させている。流量制御弁８０の開弁状態は
弁体８１が冷却水の流れる方向に対して垂直な状態であ
り、閉弁状態は弁体８１が冷却水の流れる方向に対して
平行な状態である。

【００３４】そして流量制御弁８０の開弁動作は、開弁
駆動するためのパルス信号が伝えられたアクチュエータ
によって、シャフト８２を冷却水の流れる方向に向かっ
て回転駆動させる。そうすると、弁体８１が冷却水の流
れる方向に対して垂直な状態から平行になる状態まで冷
却水の流れる方向に向かって回転される。この時、弁体
８１は冷却水の圧力を受けており、弁体８１の中心８３
を偏心させているため、偏心させていない弁体と異な
り、その圧力が開弁方向への操作力として働く。従っ
て、その圧力を利用して弁体８１を回転させて開弁する
ことができる。よって、流量制御弁８０の弁体８１を開
弁駆動するためのアクチュエータに要求される駆動力が
少なくて済む。従って、かかるバタフライ弁型の流量制
御弁８０を使用した場合でも、小型で省電力の流量制御
弁を用いつつ、開弁時に冷却水の環流量を急速に増大さ
せることができる。

【００３５】また、アクチュエータとして、ステップモ
ータを使用したが、位置センサ付のモータを使用しても
よい。また、冷却装置において流量制御弁８を出口流路
５に設けたが、エンジンＥとラジエータ１間で循環する
冷却水の通路上のどの場所に設けても本実施の形態と同
様の効果を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にお
いては、冷却水の圧力を利用して流量制御弁の弁体を開
弁できるようにした。よって、流量制御弁の弁体を開弁
駆動するためのアクチュエータに要求される駆動力が少
なくて済む。従って、小型で省電力の流量制御弁を用い
つつ、開弁時に冷却水の環流量を急速に増大させること
ができる。

【００３７】また、請求項２の発明においては、冷却水
の圧力を全て利用して流量制御弁の弁体を開弁できるよ
うにした。よって、流量制御弁の弁体を開弁駆動するた
めのアクチュエータに要求される駆動力がさらに少なく
て済む。従って、より小型で省電力の流量制御弁を用い
つつ、開弁時に冷却水の環流量をさらに急速に増大させ
ることができる。

【００３８】また、請求項３の発明においては、流量制
御弁の閉弁駆動時よりも開弁駆動時にアクチュエータの
駆動速度が速くなるようにした。よって、アクチュエー
タによって駆動する流量制御弁の弁体の作動速度も閉弁
駆動時より開弁駆動時に速くなる。従って、エンジン内
の冷却水の温度を急速に低下させたい時には冷却水の環
流量を急速に増大させることができる。

【００３９】また、請求項４の発明においては、エンジ
ンの回転数が所定のエンジン回転数以上である場合に、
アクチュエータの駆動速度が速くなっているようにし
た。従って、エンジンの回転数が所定のエンジン回転数
以上である場合に、冷却水の環流量を急速に増大させ、
エンジン内の冷却水の温度を直ちに低下させることがで
きる。

【００４０】また、請求項５の発明においては、エンジ
ン内の冷却水温度が、エンジンの運転状態に応じた制御
目標温度に制御されるようにした。この時、エンジンの
運転状態が高負荷状態の当初の一定期間においては、そ
れ以前よりもアクチュエータの駆動速度が速くなるよう
にした。よって、エンジンの運転状態が高負荷状態の当
初の一定期間において、弁体が急速に開弁するので、冷
却水の環流量を急速に増大させることができる。従っ
て、エンジンが高負荷状態となった時には、エンジン内
の冷却水の温度を急速に目標温度まで低下させることが
できる。

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す自動車用エンジン
の冷却装置を示す概略構成図である。

【図２】本実施の形態における軸流弁型の流量制御弁の
断面図である。

【図３】同流量制御弁における弁体の開弁状態と閉弁状
態を示す図であって、上半分が開弁状態、下半分が閉弁
状態を示す図である。

【図４】エンジン運転時の各状態下における車速とアク
セル開度とエンジン回転数の変化図である。

【図５】ＥＣＭにおけるステップモータの駆動周波数の
設定処理を示すフローチャートである。

【図６】他の実施の形態におけるバタフライ弁型の流用
制御弁の断面図である。

【符号の説明】

Ｅエンジン１ラジエータ７ＥＣＭ８流量制御弁９水温センサ２０バルブボディ２０ｂフランジ部３０ステップモータ４０弁室４０ｂ流出口６０弁体６０ｃ環状部８０流量制御弁８１弁体８２シャフト８３中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンとラジエータ間で循環する冷却
水の通路に設けられ、冷却水の環流量を制御する流量制
御弁を備えたエンジンの冷却水制御装置において、前記
流量制御弁が、前記冷却水の圧力が開弁方向への操作力
として加わる弁体を有したことを特徴とするエンジンの
冷却水制御装置。
【請求項２】前記流量制御弁が有する弁体の開弁方向
を、前記冷却水が流れる方向と同じ方向にしたことを特
徴とする請求項１記載のエンジンの冷却水制御装置。
【請求項３】前記流量制御弁が、パルス信号により動
作し前記弁体を開閉駆動させるアクチュエータを有する
一方、前記流量制御弁の閉弁駆動時よりも開弁駆動時に
前記パルス信号の周波数を高く設定する周波数設定手段
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却水
制御装置。
【請求項４】前記流量制御弁が、パルス信号により動
作し前記弁体を開閉駆動させるアクチュエータを有する
一方、エンジンの回転数が所定のエンジン回転数未満で
ある場合よりも所定のエンジン回転数以上である場合に
前記パルス信号の周波数を高く設定する周波数設定手段
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却水
制御装置。
【請求項５】前記流量制御弁が、パルス信号により動
作し前記弁体を開閉駆動させるアクチュエータを有する
一方、エンジンの運転状態が低負荷状態よりも高負荷状
態にエンジン内の冷却水の制御目標温度を低く設定する
制御目標温度設定手段と、前記制御目標温度設定手段に
よってエンジンの運転状態が高負荷状態の制御目標温度
が設定された当初の一定期間における前記パルス信号の
周波数を、それ以前の周波数よりも高く設定する周波数
設定手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記
載の冷却水制御装置。