JP2001248440A

JP2001248440A - 液冷式内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2001248440A
Application number: JP2000056975A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Suzuki; 和貴鈴木; 栄三 ▲高▼橋; Eizo Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP4337212B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン負荷が過渡時においても、冷却水温
を適正に制御できる液冷式内燃機関の冷却装置を提供す
ることにある。【解決手段】エンジン１００と独立して作動するポン
プ５００を有する冷却装置において、エンジン１００が
高負荷状態のままで所定時間τ１より長く繰返し負荷変
動する場合、あるいは負荷の変化量が所定値より大きい
場合、ポンプ５００のデューティを所定の一定量で制御
する。これにより、エンジン１００の負荷が過渡時にお
ける場合でも、冷却水温の変動量、あるいは急激な上昇
を抑制でき、冷却水温を適正に保つことができる。そし
て冷却水温の変動範囲を狭くできるため、ラジエータ２
００等の小型化が可能となり、安価な冷却装置が実現で
きる。また、流量制御弁４００と送風機２３０を組み合
わせて制御すれば、ラジエータ２００の放熱能力を調整
できるので、ポンプ５００の消費動力が低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車載水冷内
燃機関の冷却システムに用いると好適な、液冷式内燃機
関の冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液冷式内燃機関の冷却液温を適正
に制御するものとして、特開平５−２３１１４８号公報
がある。即ち、図５に示すように、液冷式内燃機関１０
０からラジエータ２００に冷却液を循環させるラジエー
タ回路２１０およびバイパス回路３００内に、液冷式内
燃機関１００と独立して作動するポンプ５００と、流量
制御弁４００とが設けられ、ポンプ５００と流量制御弁
４００は、液冷式内燃機関１００の入口液温Ｔｗｉ、出
口液温Ｔｗｏ、および液冷式内燃機関１００の負荷状態
に応じて制御手段（電子制御装置）６００により制御さ
れるものである。

【０００３】これにより、暖機時、低負荷時、あるいは
高負荷時等、液冷式内燃機関１００の負荷状態に応じて
ポンプ５００の吐出流量、流量制御弁４００の開度が制
御され、冷却液温を適正化している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置では、暖機時、低負荷時、高負荷時等、液冷式内燃機
関１００の各定常時の負荷状態に見合うように冷却液温
は制御されるが、過渡時即ち、液冷式内燃機関１００が
高負荷状態のままで繰返し負荷変動する場合、あるいは
負荷の変化量が大きい場合には適正な冷却液温に制御す
ることは困難である。例えば、車両が高負荷で走行した
後、アイドリングに移ると（ホットソーク）、ポンプ５
００の吐出流量は、液冷式内燃機関１００の回転数や吸
気圧に応じて設定されるため大きく減少するのに対し
て、それ以前の高負荷時の高い液温を伴っているため冷
却液温は異常に上昇し（オーバーシュート）、液冷式内
燃機関１００の許容冷却液温を越えてしまう場合があ
る。そのため、上記冷却液温の上昇を見越して、ラジエ
ータ２００等の冷却能力をあらかじめ大きく設定する必
要が生ずる。

【０００５】本発明の目的は、上記問題に鑑み、液冷式
内燃機関の負荷が過渡時においても、冷却液温を適正に
制御できる液冷式内燃機関の冷却装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、以下の技術的手段を採用する。

【０００７】請求項１および請求項２に記載の発明で
は、液冷式内燃機関（１００）の冷却液を冷却するラジ
エータ（２００）を循環する冷却液流路内に、前記液冷
式内燃機関（１００）と独立して作動し冷却液を循環さ
せるポンプ（５００）を設け、前記液冷式内燃機関（１
００）の負荷が過渡時にある場合、即ち、高負荷状態の
ままで所定時間より長く繰返し負荷変動する場合、ある
いは負荷の変化量が所定値より大きい場合、制御手段
（６００）により、前記ポンプ（５００）を所定の制御
量で制御することを特徴としている。

【０００８】また、請求項３または請求項４に記載の発
明では、前記液冷式内燃機関（１００）の負荷に応じ
て、前記ラジエータ（２００）を迂回して冷却液が流通
するバイパス回路（３００）と前記ラジエータ（２０
０）との流量を制御する流量制御弁（４００）の開度
や、前記ラジエータ（２００）に空気を送風する送風機
（２３０）の送風量を制御することを特徴としている。

【０００９】請求項１〜４に記載の発明によれば、前記
液冷式内燃機関（１００）の負荷が過渡時にある場合で
も、前記ポンプ（５００）の吐出流量を所定の制御量で
制御するので、冷却液温の変動量、あるいは急激な上昇
を抑制でき、冷却液温を適正に保つことができる。そこ
で冷却液温の変動範囲を狭くできるため、前記ラジエー
タ（２００）等の小型化が可能となり、安価な冷却装置
が実現できる。

【００１０】また、請求項３または請求項４に記載の発
明のごとく、前記流量制御弁（４００）の開度および前
記送風機（２３０）の送風量を同時に制御することによ
り、前記ラジエータ（２００）の放熱能力を調整でき、
前記ポンプ（５００）の消費動力を低減することができ
る。

【００１１】尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述す
る実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもので
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る液冷式内燃機関の冷却装置を車両走行用の
水冷式内燃機関に適用したものであり、図１は冷却装置
全体の模式図を示したものである。

【００１３】ラジエータ２００は、液冷式内燃機関（以
下、エンジンと呼ぶ。）１００内を循環する冷却水を冷
却する熱交換器であり、このラジエータ２００には空気
を送風する送風機２３０が設けられている。この例では
送風機２３０はラジエータ２００側より空気を吸い込む
タイプであり、また、送風機２３０の駆動モータは制御
量としてのデューティを可変して回転数を連続的に可変
でき、送風量を調整できる出力可変タイプである。デュ
ーティの増減に伴って送風機２３０の消費動力も増減す
る。

【００１４】エンジン１００とラジエータ２００との間
は冷却水が循環するラジエータ回路２１０で連結されて
いる。また、エンジン１００から流出する冷却水をラジ
エータ２００を迂回させてラジエータ回路２１０のうち
ラジエータ２００の流出口側に冷却水を導くバイパス回
路３００が設けられている。そして、バイパス回路３０
０とラジエータ回路２１０との合流部位２２０には、ラ
ジエータ２００内を流通する冷却水の流量（以下、この
流量をラジエータ流量Ｖｒと呼ぶ。）と、バイパス回路
３００内を流通する冷却水の流量（以下、この流量をバ
イパス流量Ｖｂと呼ぶ。）とを制御する流量制御弁４０
０が設けられており、この流量制御弁４００より冷却水
流れ下流側（エンジン１００側）には、エンジン１００
と独立して作動し、冷却水を循環させる電動ポンプ（以
下、ポンプと呼ぶ。）５００が設けられている。このポ
ンプ５００は、上記送風機２３０と同様に、制御量とし
てのデューティを可変して回転数を連続的に可変でき、
吐出流量を調整できる出力可変タイプである。デューテ
ィの増減に伴ってポンプ５００の消費動力も増減する。

【００１５】ここで、流量制御弁４００は、モータによ
り開閉するバルブが内部に設けられており、バルブ開度
θを可変することにより、ラジエータ流量Ｖｒとバイパ
ス流量Ｖｂが分配される。即ち、バルブ開度θが０％の
時、ラジエータ流量Ｖｒは０、バイパス流量Ｖｂが最大
となり、バルブ開度θが１００％でラジエータ流量Ｖｒ
が最大、バイパス流量Ｖｂが最小になるものである。

【００１６】また、ポンプ５００、流量制御弁４００お
よび送風機２３０を制御する電子制御装置（以下ＥＣＵ
と呼ぶ。）６００が設けられており、このＥＣＵ６００
には、エンジン１００の吸気管内の圧力（以下、吸気圧
と呼ぶ。）Ｐａを検出する圧力センサ６１０（圧力検出
手段）、エンジン１００の回転数Ｎｅを検出する回転セ
ンサ６２４（回転数検出手段）、車両の走行速度（以
下、車速と呼ぶ。）Ｖｖを検出する車速センサ６２５
（速度検出手段）、外気温Ｔａを検出する外気温センサ
６２６（温度検出手段）、ポンプ５００に流入する冷却
水の水温Ｔｐを検出する水温センサ６２１（温度検出手
段）、流量制御弁４００のバルブ開度θを検出するポテ
ンショメータ４２４（開度検出手段）および空気調和装
置７００からの検出信号が入力されており、ＥＣＵ６０
０はこれらの信号に基づいて、ポンプ５００、流量制御
弁４００および送風機２３０を制御する。また、ＥＣＵ
６００には各センサ６１０、６２４、６２５、６２６、
６２１および空気調和装置７００からの検出信号に基づ
いて読み込まれた目標水温Ｔｍａｐ（後述する。）の読
み込み回数Ｎをカウントするカウンタ（図示せず。）が
設けられている。

【００１７】次に、本実施形態の作動を図２に示すフロ
ーチャートに基づいて説明する。

【００１８】車両のイグニッションスイッチ（図示せ
ず。）が投入されると、ＥＣＵ６００に電源が投入され
ＥＣＵ６００が作動する。まず、ステップＳ５０で、カ
ウンタがリセットされ、読み込み回数Ｎは０となる。次
に、ステップＳ１００で、エンジン１００の負荷状態を
把握するために、各センサ６１０、６２４、６２５、６
２６、６２１および空気調和装置７００の検出信号を読
み込む。エンジン１００の負荷は、水温Ｔｐに影響を及
ぼすものとして、主に吸気圧Ｐａと回転数Ｎｅをパラメ
ータとして検出される。両パラメータが大きいほどエン
ジン１００の負荷は大きいものとなる。

【００１９】ステップＳ１１０で、図示しない水温制御
マップから目標水温Ｔｍａｐを読み込む。水温制御マッ
プとは、外気温Ｔａ、空気調和装置７００の作動状態、
吸気圧Ｐａと回転数Ｎｅに応じて制御すべき冷却水の目
標水温値を予め割り付けたものであり、目標水温Ｔｍａ
ｐとは、この目標水温値を意味する。例えば吸気圧Ｐａ
が高く（エンジン１００のスロットル弁開度が大きい状
態）、回転数Ｎｅが大きいほどエンジン１００の負荷は
高い状態にあり、目標水温Ｔｍａｐを低めの値になるよ
うにしており、一方、吸気圧Ｐａが低く（スロットル弁
開度が小さい状態）、回転数Ｎｅも小さくなるとエンジ
ン１００の負荷は低い状態になるため、目標水温Ｔｍａ
ｐを高めの値になるようにしている。

【００２０】ステップＳ１１２で、目標水温Ｔｍａｐの
読み込み回数ＮをＮ＋１とする。続くステップＳ１１５
で、読み込み回数Ｎが１か否かを判定し、Ｎが１であれ
ばエンジン１００が始動直後であると判定し、ステップ
Ｓ１１８に進む。否と判定した場合は、後述するステッ
プＳ１１８での処理は不要のため、ステップＳ１２０に
進む。

【００２１】ステップＳ１１８で、図示しないマップか
ら初期値として、ポンプ５００の基本デューティと流量
制御弁４００の基本バルブ開度θを決定し、ポンプ５０
０を作動させ、流量制御弁４００のバルブを開く。ポン
プ５００のデューティが大きいほどポンプ回転数は上昇
してラジエータ回路２１０内を流れる冷却水の流量は増
加し、ポンプ５００自身の消費動力も大きくなる。ま
た、流量制御弁４００のバルブ開度θが大きいほどラジ
エータ流量Ｖｒは増加する。

【００２２】ステップＳ１２０で、水温センサ６２１で
検出される水温Ｔｐが、目標水温Ｔｍａｐを基準とする
所定範囲内（本実施形態では、目標水温を基準として±
２度の範囲）にあるか否かを判定し、水温Ｔｐが所定範
囲内であれば、ステップＳ１３０に進み、ステップＳ１
１８、ないしは後述するステップＳ１６０、Ｓ１８０、
Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２３０で設定されたポンプ５０
０のデューティと流量制御弁４００のバルブ開度θが保
持される。

【００２３】しかし、ステップＳ１２０で、水温Ｔｐが
所定範囲内にないときは、ステップＳ１４０に進み、水
温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐより高いか否かを判定し、高
い場合は、エンジン１００の負荷が過渡時か定常時かに
応じてポンプ５００および流量制御弁４００を制御する
ためにステップＳ１５０へ進む。

【００２４】即ち、ステップＳ１５０で、エンジン１０
０の負荷が過渡時にあるか、つまりエンジン１００が高
負荷状態のままで繰返し負荷変動しており、その変動時
間（つまり変動の継続時間）τが所定の設定時間τ１よ
り長いか否かを判定し、長い場合は、ステップＳ１６０
で、エンジン１００の負荷の大きさに関わりなく、ポン
プ５００の作動デューティを所定の一定量で制御する。
また流量制御弁４００のバルブ開度θも所定の一定量に
開くように制御する。因みにエンジン１００が高負荷状
態のままで繰返し負荷変動する状態とは、例えば図３に
示すように、登坂路を主体とする高負荷時において、途
中降坂路も含み、加速、減速を頻繁に繰返して走行する
ような場合が挙げられ、エンジン１００の吸気圧Ｐａお
よび回転数Ｎｅはともに図３中（ア）、（イ）、（ウ）
で示すように急激な変動が設定時間τ１より長い時間
（変動時間τ）継続して繰り返されるような状態をさ
す。

【００２５】次に、ステップＳ１５０で、変動時間τが
設定時間τ１以下と判定された場合は、ステップＳ１７
０で、エンジン１００の負荷の変化量が所定値より大き
いか否かを判定し、大きい場合はステップＳ１６０に進
み、上記同様にポンプ５００の作動デューティを所定の
一定量で制御し、また流量制御弁４００のバルブ開度θ
も所定の一定量に開くように制御する。因みにエンジン
１００の負荷の変化量とは、例えば図４に示すように、
時間とともに負荷が上昇していき（Ｃ部）、高負荷で走
行した後、一時アイドリングに移り再び高負荷で走行す
るような場合（Ｄ部）に、エンジン１００の吸気圧Ｐａ
および回転数Ｎｅが大きく増減するような状態（Ａ、Ｂ
部）が生じ、このような吸気圧Ｐａおよび回転数Ｎｅの
変化量をパラメータとして得られる量をさす。ステップ
Ｓ１６０は、ステップＳ１００に戻ることを繰り返すこ
とにより、水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに収束するよう
に制御される。

【００２６】ステップＳ１７０で、エンジン１００の負
荷の変化量が所定値より小さいと判定された場合は、水
温Ｔｐを下げるために流量制御弁４００とポンプ５００
がエンジン１００の負荷状態に応じて制御される。具体
的には、ステップＳ１８０で、冷却装置の消費動力を増
加させずに水温Ｔｐを下げるために、流量制御弁４００
を優先作動させてそのバルブ開度θを所定量大きくす
る。これにより、ラジエータ流量Ｖｒが増加し、ラジエ
ータ２００の放熱能力を上げることで水温Ｔｐを下げ
る。次に、ステップＳ１９０で、バルブ開度θが１００
％か否かを判定し、１００％に達していれば、更に、ス
テップＳ２００で、ポンプ５００のデューティを所定量
上げる。これにより、ポンプ５００の吐出流量が増加
し、水温Ｔｐが下がる方向に制御される。ステップＳ１
９０で、バルブ開度θが１００％に達していない場合
は、ステップＳ１８０で開かれたバルブ開度θが維持さ
れる。

【００２７】一方、ステップＳ１４０で、水温Ｔｐが目
標水温Ｔｍａｐよりも低いと判定された場合は、ステッ
プＳ２１０に進み、まず冷却装置の消費動力がより少な
くて済むように、ポンプ５００を優先作動させてそのデ
ューティを所定量下げ、ポンプ５００の吐出流量を減少
させ、水温Ｔｐが上がる方向に制御される。次に、ステ
ップＳ２２０で、ポンプ５００のデューティが最小値に
達したか否かを判定し、最小値に達した場合は、更に、
ステップＳ２３０で、流量制御弁４００のバルブ開度θ
を所定量下げ、ラジエータ流量Ｖｒを減少させ、ラジエ
ータ２００の放熱能力を下げることで水温Ｔｐを上げ
る。ステップＳ２２０で、ポンプ５００のデューティが
最小値に達していない場合は、ステップＳ２１０で制御
されたポンプ５００のデューティが維持される。そし
て、ステップＳ１９０、Ｓ２００、Ｓ２２０、Ｓ２３０
は、ステップＳ１００に戻ることを繰り返すことによ
り、水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに収束するようにフィ
ードバック制御される。

【００２８】尚、上記フローチャート内のステップＳ１
３０、Ｓ１６０、Ｓ２００、Ｓ２１０においては、送風
機２３０の送風量は、ポンプ５００と送風機２３０の消
費動力とが最も小さくなるように決定し、作動させる。

【００２９】以上の構成および作動により、エンジン１
００の負荷が過渡時にあり、高負荷状態のままで所定時
間τ１より長く繰返し負荷変動する場合（図３参照）、
あるいは負荷の変化量が所定値より大きい場合（図４参
照）でも、ポンプ５００の吐出流量を所定の一定量で制
御するので、水温Ｔｐの変動を小さくすることができ
る。また、エンジン１００の負荷が急激に減少しても水
温Ｔｐが急激に上昇（オーバーシュート）することを抑
制でき、水温Ｔｐを適正に保つことができる。そして最
高水温を抑えられた分、ラジエータ２００等の小型化が
可能となり、安価な冷却装置が実現できる。

【００３０】また、流量制御弁４００のバルブ開度θと
送風機２３０のデューティを同時に制御することによ
り、ラジエータ流量Ｖｒと送風量を調整でき、ポンプ５
００、流量制御弁４００および送風機２３０の組み合わ
せでラジエータ２００の放熱能力を調整できるので、ポ
ンプ５００の消費動力を低減することができる。

【００３１】尚、エンジン１００の負荷を検出するパラ
メータとして、本実施形態では吸気圧Ｐａ、回転数Ｎｅ
を用いたが、冷却水の水温Ｔｐに影響を及ぼすようなエ
ンジン状態および車両の走行状況を示すパラメータであ
れば、例えば車速Ｖｖ、エンジン１００のスロットル弁
開度や吸入空気量などのパラメータも利用できる。

【００３２】また、本実施形態では、電動式ポンプを前
提に構成説明したが、油圧式ポンプでも同様の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態を示す冷却装置全体の模式図であ
る。

【図２】冷却装置の制御フローチャートである。

【図３】エンジンが高負荷状態のままで繰返し負荷変動
する場合の、本発明と従来技術での冷却水温の比較を示
すグラフである。

【図４】エンジン負荷の変化量が所定値以上の場合の、
本発明と従来技術での冷却水温の比較を示すグラフであ
る。

【図５】従来技術を示す冷却装置全体の模式図である。

【符号の説明】

１００エンジン（液冷式内燃機関）２００ラジエータ２１０ラジエータ回路２２０合流部２３０送風機３００バイパス回路４００流量制御弁４２４ポテンショメータ５００電動ポンプ（ポンプ）６００ＥＣＵ（電子制御装置）６１０圧力センサ６２１水温センサ６２４回転センサ６２５車速センサ６２６外気温センサ７００空気調和装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｐ 7/04 Ｆ０１Ｐ 7/04 Ｎ 7/16 ５０２ 7/16 ５０２Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液冷式内燃機関（１００）から流出する
冷却液を冷却した後、その冷却された冷却液を前記液冷
式内燃機関（１００）に向けて流出するラジエータ（２
００）と、前記液冷式内燃機関（１００）と独立して作動し、冷却
液を循環させるポンプ（５００）と、前記液冷式内燃機関（１００）の負荷状態に応じて、前
記ポンプ（５００）の作動を制御する制御手段（６０
０）とを有する液冷式内燃機関の冷却装置において、前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１０
０）の負荷が過渡時において、前記ポンプ（５００）を
所定の制御量で制御することをことを特徴とする液冷式
内燃機関の冷却装置。
【請求項２】前記過渡時とは、前記液冷式内燃機関
（１００）が高負荷状態のままで所定時間より長く繰返
し負荷変動する場合、あるいは負荷の変化量が所定値よ
り大きい場合であることを特徴とする請求項１に記載の
液冷式内燃機関の冷却装置。
【請求項３】前記液冷式内燃機関（１００）から流出
する冷却液を前記ラジエータ（２００）を迂回させて、
このラジエータ（２００）の流出口側に導くバイパス回
路（３００）と、このバイパス回路（３００）を流通する冷却液のバイパ
ス流量（Ｖｂ）、前記ラジエータ（２００）を流通する
冷却液のラジエータ流量（Ｖｒ）を制御する流量制御弁
（４００）とを有し、前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１０
０）の負荷に応じて、前記流量制御弁（４００）の開度
を制御することをことを特徴とする請求項１または請求
項２のいずれかに記載の液冷式内燃機関の冷却装置。
【請求項４】前記ラジエータ（２００）に空気を送風
する送風機（２３０）を備えており、前記制御手段（６００）は、前記液冷式内燃機関（１０
０）の負荷に応じて、前記送風機（２３０）の送風量を
制御することをことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の液冷式内燃機関の冷却装置。