JP2000274244A - エンジンの冷却水制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水温度のハンチングを防止しつつ、冷却
水温度を素早く所定の温度に制御する。 【解決手段】 ウォータージャケット４の冷却水をラジ
エータ１に戻す出口流路５に、ＥＣＭ１３の制御により
開閉作動して冷却水の循環量を増減する冷却水制御弁９
を設ける。ウォータージャケット４の出口側に流出水温
センサ１０を設け、かつ入口側に流入水温センサ１１を
設ける。エンジンの運転時、ＥＣＭ１３は、流出水温セ
ンサ１０が検出した流出水温が目標温度を中心とする所
定の温度領域から外れているときには、流出水温に応じ
て循環量を制御し、エンジンの発熱量の変化へ即応す
る。流出水温が所定の温度領域にあるときには、流入水
温センサ１１が検出した流入水温に応じて循環量を制御
し、冷却の流量が過度な増減を行うことなく冷却水温度
を安定させる。

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、例えば自動車用のエンジンには、
ラジエータの冷却水をエンジン、具体的にはシリンダー
の外側周囲のウォータージャケット内へ供給するととも
に、暖められた冷却水をラジエータに戻す水冷循環式の
冷却装置が多く用いられている。かかるシステムにおい
ては、冷却水の循環経路に制御弁を設け、その開度を変
化させてラジエータとエンジン間の冷却水の循環量を制
御することにより、エンジン内の冷却水温度を制御して
いる。具体的には、例えば冷却水温度に目標温度を予め
設定しておく一方、エンジンの出口側に水温センサを設
けておき、前述した制御弁の開度を前記水温センサの検
出値と目標水温との乖離量に基づく所定の関数により決
定し、乖離量が大きいときには開閉量を大きくする一
方、乖離量が小さいときには開閉量を小さくし、これに
より冷却水の環流量を増減して冷却水の温度を目標水温
に維持する制御を行う。

【０００３】また、近年においては、前述した冷却水制
御に加え、冷却水の温度をエンジンの負荷状態に応じて
変化させる場合もある。すなわちアイドリング時のよう
に低負荷状態にある間では冷却水の温度を上げ、逆に加
速時のようにエンジンの発熱量が大きい高負荷状態にあ
る間では、冷却水の温度を低く抑える。これにより、低
負荷状態ではエンジン各部のフリクションを低減し燃費
向上を、高負荷状態ではエンジンの冷却効率を高くしエ
ンジン出力やその信頼性の向上を図ることができるので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようにエンジンの出口側の水温に基づき循環量を増減
する場合にあっては、冷却水の温度には、目標温度を中
心として大きな幅で変動するハンチングが発生しやすい
という問題があった。これは、冷却水がエンジン内に送
られてから、それが暖められて出口側に達するまでにタ
イムラグが存在しており、水温の変化に基づく循環量の
制御に応答遅れが生じてしまうことに起因する。

【０００５】一方、ハンチングの発生を防止するには、
エンジンの入口側の水温に基づき循環量を増減すること
が考えられるが、その場合には、エンジンの発熱量が急
増したとき循環量の制御に遅れが生じてしまう。このた
め、そうした場合にはエンジンにノッキングが発生しや
すくなる。また、前述しようにエンジンの負荷状態に応
じて目標温度を変化させるシステムにおいては、目標温
度を低温側に切り替えた時点では、エンジン全体の水温
が低下する以前に入口側の温度の方が早く低下するた
め、循環量を減少させる時期が早くなってしまい、新た
な目標温度への移行に時間がかかり制御性が低下すると
いう問題が生じていた。

【０００６】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、冷却水温度のハンチングを防止しつ
つ、冷却水温度を素早く所定の温度に制御することがで
きるエンジンの冷却水制御装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【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の発明にあっては、ラジエータとエンジンと
を循環する冷却水の流量を制御し、前記冷却水の温度を
目標温度に制御するエンジンの冷却水制御装置におい
て、前記エンジンの入口における前記冷却水の温度を検
出する流入水温検出手段と、前記エンジンの出口におけ
る前記冷却水の温度を検出する流出水温検出手段と、前
記流出水温検出手段の検出値が前記目標温度を中心とす
る所定の温度領域から外れているときには、前記冷却水
の流量を前記流出水温検出手段の検出値に応じた流量に
制御し、かつ前記流出水温検出手段の検出値が前記所定
の温度領域にあるときには、前記冷却水の流量を前記流
入水温検出手段の検出値に応じた流量に制御する制御手
段とを備えたものとした。

【０００８】かかる構成において、制御手段は、エンジ
ンの出口における冷却水の温度と目標温度との差が大き
い間では、エンジンの発熱量が直ちに反映される出口側
の冷却水の温度に基づき冷却水の流量を制御するため、
エンジンの発熱量の変化へ即応した冷却水の流量制御が
可能となる。一方、エンジンの出口における冷却水の温
度と目標温度との差が小さい間では、制御手段がエンジ
ンの入口における冷却水の温度に基づき冷却水の流量を
制御するため、エンジン内の冷却水の温度変化に直接影
響を及ぼす入口の冷却水の温度変化が直ちに冷却水の流
量に反映させることができる。

【０００９】また、請求項２の発明にあっては、ラジエ
ータとエンジンとを循環する冷却水の流量を制御し、前
記冷却水の温度を目標温度に制御するエンジンの冷却水
制御装置において、前記エンジンの入口における前記冷
却水の温度を検出する流入水温検出手段と、前記エンジ
ンの出口における前記冷却水の温度を検出する流出水温
検出手段と、前記流出水温検出手段の検出値が前記目標
温度を中心とする所定の温度領域から外れているときに
は、前記冷却水の流量を前記流出水温検出手段の検出値
に応じた流量に制御し、かつ前記流出水温検出手段の検
出値が前記所定の温度領域にあるときには、前記冷却水
の流量を、前記流出水温検出手段の検出値に応じた流量
を前記流入水温検出手段の検出値の変化傾向に応じて補
正した流量に制御する制御手段とを備えたものとした。

【００１０】かかる構成においても、エンジンの出口に
おける冷却水の温度と目標温度との差が大きい間では、
エンジンの発熱量の変化へ即応した冷却水の流量制御が
可能となり、しかも、エンジンの出口における冷却水の
温度と目標温度との差が小さい間では、冷却水の細かな
流量制御が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施の形態を図にしたがって説明する。図１
は、本発明にかかる冷却水制御装置を示す自動車用エン
ジンの冷却装置の模式図である。

【００１２】この冷却装置は、水冷循環式であって、従
来と同様にラジエータ１で放熱された冷却水をウォータ
ーポンプ２によって入口流路３からウォータージャケッ
ト４、つまりエンジン内に供給し、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に戻し放熱した後、再びウォータージ
ャケット４に供給する構造を有している。入口流路３に
は、ウォータージャケット４からヒータ６に送られて暖
められた冷却水を帰還させる戻り流路７と、ウォーター
ジャケット４から流出する冷却水の一部を環流させ、ウ
ォータージャケット４内の水温分布の向上を図り、かつ
水圧変化を減少させるためのバイパス流路８とが連通さ
れている。

【００１３】前記出口流路５には、必要に応じて開閉動
作し冷却水の循環の開始・停止及びその循環量を増減す
る冷却水制御弁９が、ウォータージャケット４との間に
設けられており、ウォータージャケット４の出口部分に
は、流出する冷却水の温度を検出するための流出水温セ
ンサ１０が設けられている。前記入口流路３には、ウォ
ータージャケット４に流入する冷却水の温度を検出する
ための流入水温センサ１１が戻り流路７及びバイパス流
路８の合流部よりも下方側に位置して設けられる。冷却
水制御弁９、流出水温センサ１０、流入水温センサ１１
は、ラジエータ１の近傍に配置された冷却ファン１２と
共にＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）１
３に接続されている。

【００１４】ＥＣＭ１３は、図示しないＣＰＵ、及びＣ
ＰＵの制御プログラム及び各種パラメータが格納された
ＲＯＭ、ＣＰＵの動作に伴い各種データを記憶するＲＡ
Ｍ、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器等を含む入出力装置
を備えたものであり、前記制御プログラムに基づき動作
することにより本発明の制御手段として機能する。ま
た、ＥＣＭ１３には、図外の各種センサーを介してエン
ジンの回転数やアクセル開度等の運転情報が入力される
ようになっている。

【００１５】次に、以上の構成からなる本実施の形態に
おいて、エンジンが運転時様態にあるときＥＣＭ１３が
実行する冷却水の制御に関する手順を図２に示したフロ
ーチャートに従い説明する。すなわちＥＣＭ１３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、流出水温センサ１０によってウォータージャケット
４の出口側の水温を検出し（ステップＳＡ１）、検出し
た流出水温と、予め決められている制御目標水温Ｔとの
乖離量の関数で冷却水制御弁９の開閉量を演算する（ス
テップＳＡ２）。引き続き、ステップＳＡ１で検出した
流出水温が、予め決められた流入水温制御領域、すなわ
ち図３に斜線で示したように前記制御目標水温Ｔを中心
とする所定幅（本実施の形態では±１℃）の温度領域内
すなわち流入水温制御領域内であるか否かを判別する
（ステップＳＡ３）。ここで、例えば運転開始時のよう
に流出水温が未だ低い場合のように流入水温制御領域に
達していないとき、つまり流入水温制御領域以外の流出
水温制御領域内であるときには、ステップＳＡ２の演算
結果に従い冷却水制御弁９の開度を制御する流出水温制
御を行い（ステップＳＡ６）、ステップＳＡ１へ戻り前
述した処理を繰り返す。

【００１６】一方、かかる処理を行う間に流出水温が流
入水温制御領域に入り、前述したステップＳＡ３の判別
結果がＹＥＳになったときには、流入水温センサ１１に
よってウォータージャケット４の入口側の水温を検出し
（ステップＳＡ４）、検出した流入水温と、予め決めら
れている制御目標水温Ｔとの乖離量の関数で冷却水制御
弁９の開閉量を演算する（ステップＳＡ５）。すなわち
流入水温が制御目標水温Ｔよりも高ければその分だけ冷
却水制御弁９の開度を大きくし、逆に低ければその分だ
け冷却水制御弁９の開度を少なくする演算を行う。そし
て、ここでの演算結果に従い冷却水制御弁９の開度を制
御し（ステップＳＡ６）、ステップＳＡ１へ戻り、前述
した動作を繰り返す。

【００１７】これにより、流出水温と制御目標水温Ｔと
の温度差が小さい間においては、ウォータージャケット
４内の水温変化に直接影響を及ぼす入口側の水温の変化
が、瞬時に冷却水制御弁９の開閉動作すなわち冷却水の
循環量に反映されることとなる。このため、制御目標温
度Ｔの付近では冷却水の流量を過度に増減することがな
い。よって、冷却水温度をハンチングを発生させること
なく制御することができる。しかも、前記動作中に、例
えば急加速やエンジン負荷の急増に伴いエンジンの発熱
量が急激に上昇し、ウォータージャケット４の出口側の
流出温度が高温側の流出水温制御領域に入ると、再び流
出水温に基づき冷却水制御弁９を開閉させる。つまり、
エンジンの発熱量の変化が直ちに冷却水の循環量に反映
される。よって、冷却水の温度が制御目標温度Ｔから大
きく離れることが防止でき、そのような場合であっても
エンジンのノッキングの発生が防止できる。

【００１８】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施の形態を図４のフローチャートに従って説明する。
すなわち図４は、前述したＥＣＭ１３が実行する冷却水
の他の制御に関する手順を示すフローチャートである。
本実施の形態において、ＥＣＭ１３は制御を開始する
と、先ず流出水温センサ１０により流入水温と流出水温
とを検出した後（ステップＳＢ１）、流入水温センサ１
１により流入水温を検出し、かつその検出結果を記憶す
る（ステップＳＢ１）。ここでの流入水温の記憶は、前
述したＲＡＭ内に予め決められたデータ数だけ最新のも
のを順次更新する。次に、ステップＳＢ１で検出した流
出水温と、予め決められている制御目標水温Ｔ）との乖
離量の関数で冷却水制御弁９の開閉量を演算した後（ス
テップＳＢ３）、ステップＳＢ１で検出した流出水温が
流入水温制御領域の温度領域内であるか否かを判別する
とともに（ステップＳＢ４）、流出水温制御領域内であ
れば、ステップＳＢ３の演算結果に従い冷却水制御弁９
の開度を制御し（ステップＳＢ６）、ステップＳＢ１へ
戻り前述した動作を繰り返す。

【００１９】一方、流出水温が流入水温制御領域内であ
って、前述したステップＳＢ４の判別結果がＹＥＳであ
ったときには、ステップＳＢ２によってその時点までに
記憶していた、複数の流入水温のデータから判断される
流入水温の変化傾向、すなわち上昇傾向と下降傾向との
別、及びその変化度合に応じて、ステップＳＢ３の演算
結果（冷却水制御弁９の開閉量）を補正する（ステップ
ＳＢ５）。すなわち、冷却水制御弁９の開度を、流入水
温が上昇傾向である場合には流量を多く、かつ下降傾向
である場合には流量を少なくする補正を行う。しかる
後、補正結果に従い冷却水制御弁９の開度を制御し（ス
テップＳＢ６）、ステップＳＢ１へ戻り前述した動作を
繰り返す。そして、例えば急加速やエンジン負荷の急増
に伴いエンジンの発熱量が急激に上昇し、ウォータージ
ャケット４の出口側の流出温度が高温側の流出水温制御
領域に入ると、再び流出水温に基づき冷却水制御弁９を
開閉させる。

【００２０】したがって、本実施の形態においても、冷
却水の温度が制御目標温度Ｔの付近にあるときには冷却
水の流量を過度に増減することがなくハンチングの発生
を防止でき、同時に、常に冷却水の温度が制御目標温度
Ｔから大きく離れることを防止し、エンジンのノッキン
グの発生が防止できる。

【００２１】また、以上説明した第１及び第２の実施の
形態においては、前述したように流入水温と流出水温と
に基づく制御を行うことによって、ハンチングを防止で
き、同時にエンジンの発熱量の急激に変化にも対応でき
る。したがって、例えばエンジンの負荷状態に応じて細
かく冷却水制御弁９の開度を変化させる場合に必要とな
るエンジンの負荷状態と、それに対応する開度との関係
を示す制御マップが不要である。したがって、ＥＣＭ１
３が有するＲＯＭのメモリ空間の有効利用が可能とな
り、その低コスト化が可能となる。

【００２２】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施の形態を説明する。本実施の形態は、制御目標温度
をエンジンの運転状況に応じて変化させる場合に関する
ものである。

【００２３】すなわち図５は、前述したＥＣＭ１３が実
行する冷却水のその他の制御に関する手順を示すフロー
チャートであって、ＥＣＭ１３は制御を開始すると、先
ず運転情報に基づきエンジンの負荷状態を検出する（ス
テップＳＣ１）。引き続き、エンジンが低負荷状態であ
る場合には（ステップＳＣ２でＹＥＳ）、冷却水の制御
目標温度を高温側Ｔ１（本実施の形態では１１０℃）に
設定する一方、高負荷状態である場合には（ステップＳ
Ｃ２でＮＯ）、冷却水の制御目標温度を低温側Ｔ２（本
実施の形態では８０℃）に設定する。そして、前述した
第２の実施の形態におけるステップＳＢ１〜ＳＢ６と同
一の処理を行った後、ステップＳＣ１へ戻り、冷却水の
制御目標温度を適宜切り替えながら上記処理を繰り返し
行う。

【００２４】図６は、本実施の形態において、エンジン
の負荷状態が低負荷状態（図でＡ域）から高負荷状態
（図でＢ域）へと移行した場合における冷却水の水温変
化の一例を示す図である。本図においても斜線で示した
領域が前述した流入水温制御領域であり、それ以外が流
出水温制御領域である。また、流入水温制御領域は、高
温側の制御目標温度Ｔ１を中心とする高温側の流入水温
制御領域と、低温側の制御目標温度Ｔ２を中心とする低
温側の流入水温制御領域との２つが存在する。

【００２５】図に示すように本実施の形態においては、
例えばアイドリング時等の低負荷状態にある間では、冷
却水の温度が高くなることによりエンジン各部のフリク
ションが低減し、燃費が向上する。また、例えば加速時
のようにエンジンの発熱量が大きい高負荷状態にある間
では、冷却水の温度が低く抑えられエンジンの冷却効率
が高くなり、エンジン出力やその信頼性が向上する。

【００２６】ここで、制御目標温度を高温側Ｔ１から低
温側Ｔ２へ切り替えた時点Ｐ直後に注目すると、冷却水
制御弁９の開度の制御が一旦ウォータージャケット４の
出口側の流出水温のみに基づく流出水温制御に戻り、か
つ流出水温と制御目標温度Ｔ２との乖離量が大きくな
る。したがって、冷却水制御弁９は全開となり、ウォー
タージャケット４内の冷却水は急速に冷却される。一
方、その後、流出水温が低温側の流入水温制御領域に入
ると、ウォータージャケット４の入口側の流入水温が反
映される流入水温制御が再開される。これにより、冷却
水の温度は短時間で低温側Ｔ２に移行するとともに、そ
の付近で安定する。しかも、このとき図示したように、
仮に制御が間に合わず流出水温が流入水温制御領域から
低温側に外れてしまった場合であっても、その場合には
流出水温と制御目標温度Ｔ２との乖離量が大きくなり冷
却水の循環量が急激に減少されることにより、即座に流
入水温制御領域に再び戻り、低温側Ｔ２付近で安定す
る。

【００２７】また、制御目標温度を低温側Ｔ２から高温
側Ｔ１へ切り替えた直後においては、冷却水の循環量が
急激に増大されることによって、冷却水の温度は即座に
流入水温制御領域に移行し、かつ仮に流出水温が流入水
温制御領域から高温側に外れてしまった場合であって
も、直ちに流入水温制御領域へ戻ることにより直ちに高
温側Ｔ１付近に安定することとなる。よって、燃費の向
上、エンジン出力やその信頼性を向上させつつ、前述し
た他の実施の形態と同様に、冷却水温度をハンチングを
防止することができる。

【００２８】なお、本実施の形態においては、ステップ
ＳＣ１〜ＳＣ４においてエンジンの負荷状態に応じて制
御目標温度を設定した後、第２の実施の形態と同様の処
理（ステップＳＣ５〜ＳＣ１０）を行うものを示した
が、かかる処理を第１の実施におけるステップＳＡ１〜
ＳＡ６の処理にした場合であっても、同様の効果が得ら
れる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
エンジンの出口における冷却水の温度と目標温度との差
が小さい間では、エンジン内の冷却水の温度変化に直接
影響を及ぼす入口の冷却水の温度変化が直ちに冷却水の
流量に反映させることができるようにしたことから、冷
却水の流量の過度な増減をなくすことができる。よっ
て、温度の変動幅が大きなハンチングの発生が防止でき
る。しかもエンジンの出口における冷却水の温度と目標
温度との差が大きい間では、エンジンの発熱量の変化へ
即応した冷却水の流量制御が可能となる。よって、冷却
水温度を素早く所定の温度に制御することができる。そ
の結果、エンジンの発熱量が急増したときでも循環量の
制御に遅れがなく、しかも、目標温度を変化させるシス
テムにおいて目標温度を低温側へ変化させるとき、冷却
水の温度を短時間で新たな目標温度に移行させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す自動車用エン
ジンの冷却装置の模式図である。

【図２】同実施の形態における冷却水の制御手順を示す
フローチャートである。

【図３】同実施の形態における流出水温の変化を示す図
である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す冷却水の制御
手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す冷却水の制御
手順を示すフローチャートである。

【図６】同実施の形態における流出水温の変化を示す図
である。

【符号の説明】

１ ラジエータ ３ 入口流路 ４ ウォータージャケット ５ 出口流路 ９ 冷却水制御弁 １０ 流出水温センサ １１ 流入水温センサ １３ ＥＣＭ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラジエータとエンジンとを循環する冷却
   水の流量を制御し、前記冷却水の温度を目標温度に制御
   するエンジンの冷却水制御装置において、 前記エンジンの入口における前記冷却水の温度を検出す
   る流入水温検出手段と、 前記エンジンの出口における前記冷却水の温度を検出す
   る流出水温検出手段と、 前記流出水温検出手段の検出値が前記目標温度を中心と
   する所定の温度領域から外れているときには、前記冷却
   水の流量を前記流出水温検出手段の検出値に応じた流量
   に制御し、かつ前記流出水温検出手段の検出値が前記所
   定の温度領域にあるときには、前記冷却水の流量を前記
   流入水温検出手段の検出値に応じた流量に制御する制御
   手段とを備えたことを特徴とするエンジンの冷却水制御
   装置。
2. 【請求項２】 ラジエータとエンジンとを循環する冷却
   水の流量を制御し、前記冷却水の温度を目標温度に制御
   するエンジンの冷却水制御装置において、 前記エンジンの入口における前記冷却水の温度を検出す
   る流入水温検出手段と、 前記エンジンの出口における前記冷却水の温度を検出す
   る流出水温検出手段と、 前記流出水温検出手段の検出値が前記目標温度を中心と
   する所定の温度領域から外れているときには、前記冷却
   水の流量を前記流出水温検出手段の検出値に応じた流量
   に制御し、かつ前記流出水温検出手段の検出値が前記所
   定の温度領域にあるときには、前記冷却水の流量を、前
   記流出水温検出手段の検出値に応じた流量を前記流入水
   温検出手段の検出値の変化傾向に応じて補正した流量に
   制御する制御手段とを備えたことを特徴とするエンジン
   の冷却水制御装置。