JP2002038949A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

エンジンの冷却装置

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JP2002038949A
JP2002038949A JP2000227392A JP2000227392A JP2002038949A JP 2002038949 A JP2002038949 A JP 2002038949A JP 2000227392 A JP2000227392 A JP 2000227392A JP 2000227392 A JP2000227392 A JP 2000227392A JP 2002038949 A JP2002038949 A JP 2002038949A
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JP
Japan
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engine
cooling water
cooling
radiator
valve
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JP2000227392A
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Naohiro Hara
直広 原
Seiya Tanaka
誠也 田中
Yukio Kawasaki
幸夫 川崎
Takashi Imaida
隆 今井田
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンの温度を運転状態に適応した目標温度
に制御でき、暖機運転時間の短縮、出力性能の向上、燃
料消費率の向上に寄与できる安価なエンジン冷却システ
ムの実現を図ること。 【解決手段】ラジエータからの流路、暖房用放熱装置か
らの流路、バイパス流路およびポンプ装置の吸入流路の
中にロータリバルブ装置を配置し、各流路を制限もしく
は遮断することができるように構成して、エンジン回転
数、アクセル開度等に基づき定められる目標水温になる
ようにバルブを制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用のエンジン
に適用される冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の車両用の冷却装置としては、19
91年3月1日自動車技術会出版の自動車技術ハンドブ
ック第2巻の94及び97ページに掲載され、本明細書
に添付される図10、図11にも示されるような構成が
一般的採用されている。すなわち、エンジン800の温
度が低いとき、サーモスタットを用いた冷却水通路切り
替え弁807によってラジエータ802への通路809
を閉じて冷却水はバイパス通路804を通りウォータポ
ンプ805によってエンジンに圧送され、ラジエータ8
02を迂回して循環する。一方エンジン800の温度が
上昇してきたとき、冷却水通路切り替え弁807はバイ
パス通路804を閉じラジエータ802への通路809
を開放して冷却水をラジエータ802を通し冷却する。
ラジエータ802の放熱は自動車の走行によって生じる
風とファン803にる送風によって行われる。また、上
記のファン803のようにエンジンのクランク軸に連動
して機械駆動される方式と、図11に示すように、モー
ター831で駆動される電動ファン832が使われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、冷却の制御は冷却水通路切り替え弁、ファン、およ
びファンを駆動するモーターの回転制御装置によって行
われ、想定される最も過酷な条件下でもエンジンが過熱
状態に陥ることがないように作動特性を定めていた。特
にサーモスタットを用いた切り替え弁は一定の温度条件
でのみ切り替え作動するものであった。しかしながら、
エンジンは加速時などの負荷が大きい場合は高出力が可
能なようにエンジンの温度を低く、また負荷が少ない場
合は燃料消費性能が良くなるようにエンジンの温度を高
めに設定するのが望ましい。このような最適な運転を実
現するためにはエンジンの回転数、アクセル開度などエ
ンジン負荷を示すデータ、および冷却水温度等の運転状
況に基づきエンジンの温度を決定されなければならず、
従来の冷却装置ではその実現が困難であった。
【0004】更に、低温でのエンジン始動時は、冷却水
はバイパス通路を循環しそこでの放熱が生じていた。こ
のため短時間での暖機の達成が難しかった。
【0005】また、エンジンの燃料噴射装置では従来か
らエンジンの回転数、インテークマニホールド負圧また
はアクセル開度などのエンジン負荷、および冷却水温度
等を検知するセンサが利用されエンジンへの燃料噴射量
が制御されている。しかしながらこれらのセンサからの
データを用いて冷却水温を最適に制御することは行われ
ていなかった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記技術課題を解決する
ために、本発明において講じた技術的手段は、エンジン
内を循環する冷却水と、該エンジンの該冷却水が入る側
に配置され該冷却水を循環させるように駆動されるポン
プ装置と、前記エンジンから吐出される前記冷却水の熱
を放熱するように設置されたラジエータを経由して前記
冷却水を前記エンジンに還流するように前記ポンプ装置
に導くラジエータ流路と、前記冷却水を前記ラジエータ
を経由しないで直接前記ポンプ装置に導くバイパス流路
を有する冷却装置において、前記ラジエータ流路、前記
バイパス流路および前記ポンプ装置の吸入口の開口面積
の制限または遮断を制御するバルブ装置を備えているよ
うにしたことである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。
【0008】図1に示す本発明の水冷式エンジン10に
用いられるエンジン冷却システム1は、エンジン冷却シ
ステム1の内部を循環する冷却液11と、冷却液11を
冷却するラジエータ20と、ラジエータ20に冷却液1
1を循環させるラジエータ流路21と、エンジン10か
ら吐出される冷却水11をラジエータ20を迂回させて
ラジエータ20の流出口側に冷却液11を導くバイパス
流路30と、さらにバイパス流路30と同様にラジエー
タ20を迂回させてラジエータ20の流出口側に冷却液
11を導き、その中間に暖房用放熱装置35を有するヒ
ータ流路36とを有している。
【0009】バイパス流路30と、ラジエータ流路21
およびヒータ流路36の合流部位には、各流路を流れる
冷却液11を制御するようにロータリ式流量制御弁装置
(以下ロータリバルブ装置と言う)40が配置されてい
る。このロータリバルブ装置40と一般に知られている
渦巻き型のウォータポンプ50は図2に示されるよう
に、ハウジング41内に収納されて一体的に構成されて
いる。ウォータポンプ50の回転軸52の一端はハウジ
ング41からシール54及びベアリング53を内蔵しハ
ウジング41に取り付けられているハウジングキャップ
42から突出て、突出てた回転軸52上にはプーリ51
が固定的に取り付けられ、プーリ51はエンジン10の
クランク軸(図示せず)からベルト(図示せず)を介し
て駆動される。ウォータポンプ50は冷却液11の流れ
の下流側(エンジン10側)で冷却液11を循環させる
ようにエンジンに固定して取り付けられている。
【0010】更に、ロータリバルブ装置40の構造につ
いて述べる。ロータリバルブ装置40のハウジング41
内には、図2に示される断面図の紙面と直角方向に延び
てその両端部が閉塞された円筒状のバルブシリンダ43
が設けられ、バルブシリンダ43内には回転軸45を有
するバルブ44が収納され、回転軸45には減速装置及
びサーボモータを含むアクチュエータ部46(図1)が
連結されバルブ44の回転角度を制御するように構成さ
れている。
【0011】また、ハウジング41のバルブシリンダ4
3の内面からは径方向にその円筒の外に延びて、ラジエ
ータ流路21と連通するラジエータポート(ラジエータ
20からの流入口)61と、バイパス流路30と連通す
るバイパスポート(バイパスからの流入口)62と、ヒ
ータ流路36と連通するヒータポート(暖房用放熱装置
35からの流入口)63と、さらにポンプ50の吸入と
連通するポンプポート(流出口)64が形成されてい
る。ラジエータポート61、バイパスポート62、ヒー
タポート63、およびポンプポート64の各ポートは、
図2においてポンプポート64を起点として、時計方向
周りにヒータポート63、ラジエータポート61、バイ
パスポート62の順序に角度の間隔を置いて配置されて
いる。
【0012】また、図1に示されるように、ハウジング
41にはバルブ44の回転軸45と連動して、バルブ4
4の回転角度を検出するポテンシオメータ71が取り付
けられており、このポテンシオメータ71の検出信号
は、後述する制御装置70に入力されている。
【0013】エンジン冷却システム1の制御装置70は
種々のセンサからの信号に基づき決められたバルブ44
の位置に制御するようにバルブ44のアクチュエータ部
46を作動させる信号を出力する。そして、制御装置7
0へは、上述のポテンシオメータ71からのバルブ44
の回転角度データが入力されるほかに、エンジン10の
燃料噴射装置(図示せず)の制御装置78からの入力信
号線79が連結されていて、冷却水の出口水温温度を検
出する水温センサ77、エンジンの回転計センサ(図示
せず)、アクセル開度センサ(図示せず)からのデータ
が入力されるように構成されている。このようにセンサ
を共有することによって、特別なセンサを付加せずに実
現できる構成となっている。
【0014】次に、上記の構成を有するエンジン冷却シ
ステム1の作動を図3に示す制御フローチャートに基づ
いて述べる。車両のイグニッションスイッチ(図示せ
ず)が投入された後、エンジン冷却システム1全体の異
常の有無を各種センサー、信号入力線からの入力で判断
される。異常の場合は直ちに運転者に異常診断結果が知
らされる。正常の場合は、水温センサ77が読み込ま
れ、始動直後でエンジン10の出口の水温センサ77の
検出温度が予め定められた温度T0以下の場合は、一連
のバルブ作動位置状態をしめす図6から図9の内、図6
に示される位置にバルブ44は制御され、ウォータポン
プ50の吸入側と連通するポンプポート64を閉じる。
これによりエンジン10が始動しウォータポンプ50が
駆動されても、ラジエータ流路21およびバイパス流路
30およびヒータ流路36には冷却液11の流れは生じ
ない。従って、エンジン10の暖機は急速に進み、エン
ジン燃焼室および潤滑油等の最適温度への到達時間が短
くなり、結果的に燃費の向上をもたらす。またこの場
合、各流路内での流れが無いため、ウォータポンプ50
の仕事量も低減し消費されるエンジンの駆動エネルギが
低減する。エンジンの暖機が進み、水温がT0以上に達
し更にT0より有る温度高く設定されたT1以下の範囲
ではバルブ77は図6と図7に示される間の位置で、ヒ
ータ流路63へと冷却水11を部分的に導くように制御
する。
【0015】さらに水温がT1以上に達すると暖機運転
が終了し、通常の運転の制御状態に至る。この状態では
バルブ77の回転角度は図7の位置から一挙に大きく進
み、図8に示される角度以上の位置で制御されるように
なる。以下にこの通常の制御状態での温度制御様式を説
明する。制御装置70の内部メモリー(図示せず)には
予めエンジン10のテストで求められたエンジン10の
冷却水の制御目標温度が、図4に示されるようにエンジ
ン10の回転数データとエンジンの負荷を示すアクセル
開度データをパラメータとしてマップ形式で記憶されて
いる。図4の目標水温マップでは目標水温はT1は低
く、T2は中間レベルでT3を高い温度にしている。ア
クセル開度が大きくエンジン1の負荷が大きくしかも回
転数が多い場合、即ち車両の走行に対して高出力を必要
とする場合は高出力が出せるように水温をT3より低い
T2を目標に制御する。一方アクセル開度が小さくエン
ジン1の負荷が小さく、しかも回転数も少ない場合、即
ち車両の走行に対して低出力で十分な場合は燃料消費を
少なくできるように高温のT3を目標に制御する。この
温度制御は、図8で示されるバルブ44がポンプポート
64を遮断している位置を起点にして136度回転して
ポート61を遮断している位置と、さらに図9に示され
るように196度回転してバイパスポート62を遮断し
ている位置の間で、ラジエータ流路21とバイパス流路
30内を流れる冷却水11の割合を調整するようにバル
ブ44の制御量が決められる。
【0016】図5には横軸に経過時間をとった制御パタ
ーンの1例を示している。上記したような制御方法で、
例えば図5に示されるようなアクセル開度が50%と大
きくまた回転数も多い(図示せず)ときは、エンジン出
口水温はT2と低く制御されている。また、この制御に
よって、エンジン1の出力が大きい場合その発熱量も多
くなるが、エンジン1のオーバーヒート状態までの温度
範囲に余裕が生じ、エンジン1の運転で信頼性の向上も
図ることができるようになる。
【0017】
【発明の効果】エンジンの温度を運転状態に適応した目
標温度に制御でき、暖機運転時間の短縮、出力性能の向
上、燃料消費率の向上に寄与できる安価なエンジン冷却
システムの実現が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わる、エンジン冷却装置のシステム
図である。
【図2】本発明に関わる、エンジン冷却装置のロータリ
バルブとウオータポンプユニットの断面図である。
【図3】本発明に関わる、エンジン冷却装置の作動のフ
ローチャート図である。
【図4】本発明に関わる、エンジンの冷却目標水温マッ
プを示す図である。
【図5】本発明に関わる、エンジン冷却装置の制御パタ
ーンの1例を示す図である。
【図6】本発明に関わる、エンジン冷却装置のロータリ
バルブの作動説明である。
【図7】本発明に関わる、エンジン冷却装置のロータリ
バルブの作動説明である。
【図8】本発明に関わる、エンジン冷却装置のロータリ
バルブの作動説明である。
【図9】本発明に関わる、エンジン冷却装置のロータリ
バルブの作動説明である。
【図10】従来のエンジン冷却装置の構造図である。
【図11】従来のエンジン冷却装置に使用されている電
動ファンの図である。
【符号の説明】
1 エンジン冷却システム(冷却装置) 11 冷却水 20 ラジエータ 40 ロータリバルブ装置(バルブ装置) 50 ウォータポンプ(ポンプ装置) 64 ポンプポート(吸入口)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井田 隆 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 Fターム(参考) 3D038 AA00 AB01 AC01 AC11

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジン内を循環する冷却水と、該エンジ
    ンの該冷却水が入る側に配置され該冷却水を循環させる
    ように駆動されるポンプ装置と、前記エンジンから吐出
    される前記冷却水の熱を放熱するように設置されたラジ
    エータを経由して前記冷却水を前記エンジンに還流する
    ように前記ポンプ装置に導くラジエータ流路と、前記冷
    却水を前記ラジエータを経由しないで直接前記ポンプ装
    置に導くバイパス流路を有する冷却装置において、前記
    ラジエータ流路、前記バイパス流路および前記ポンプ装
    置の吸入口の開口面積の制限または遮断を制御するバル
    ブ装置を備えていることを特徴とするエンジンの冷却装
    置。
  2. 【請求項2】前記ポンプ装置とバルブ装置は一体的に構
    成されたハウジング内に収納されていることを特徴とす
    る請求項1に記載のエンジンの冷却装置。
  3. 【請求項3】前記バルブ装置はロータリバルブであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のエンジンの冷却装置。
  4. 【請求項4】前記バルブ装置は前記冷却水温度がある設
    定値以下の場合は前記ポンプ装置の吸入口を遮断するよ
    うにしたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの
    冷却装置。
  5. 【請求項5】前記制御装置は前記エンジンの負荷が大き
    く回転数が多いときは、負荷が小さく回転数が少ないと
    きより前記冷却水温度を低くするように制御しているこ
    とを特徴とする請求項1に記載のエンジンの冷却装置。
  6. 【請求項6】前記制御装置は前記エンジンの燃料噴射用
    制御装置用センサからデータが入力されていることを特
    徴とする請求項1に記載のエンジンの冷却装置。
  7. 【請求項7】前記冷却水を暖房用放熱装置を経由して前
    記ポンプ装置に導くヒータ流路を有し、前記バルブ装置
    によってヒータ流路を流れる前記冷却水の流量のみを制
    御できるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の
    エンジンの冷却装置。
JP2000227392A 2000-07-27 2000-07-27 エンジンの冷却装置 Withdrawn JP2002038949A (ja)

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