JP3435554B2 - エンジンの冷却制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水冷式エンジンの冷却
制御装置に係り、エンジンとラジエター間を結ぶ冷却水
循環水路に冷却水流量を可変する流量制御弁を配設した
エンジンの冷却制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水冷式エンジンにおけるエンジン
冷却制御装置に関しては各種提案され開示されている
が、図１により例示される従来例を以下に説明する。

【０００３】図１において、エンジン１と、このエンジ
ン１の内部に形成されて冷却水が循環するウォータージ
ャケット２と、このウォータージャケット２の冷却水の
出入口である導出部３、導入部４に冷却水路５、６が取
り付けられており、これら冷却水路５、６とラジエター
９の冷却水出入口である流入口７、流出口８が連結され
ている。この循環水路の冷却水路５、６の間にはバイパ
ス水路１０が形成されるとともに、冷却水路５とバイパ
ス水路１０の連結部分近くにはサーモスタット１２が配
置されている。

【０００４】このようなエンジンの冷却水循環水路にお
いて、暖機運転を開始したエンジンのサーモスタット１
２に内蔵されるバルブ弁体の状態は、冷却水がラジエタ
ー９を循環して過冷却とならないよう閉弁状態でありエ
ンジンの早期暖機化を図るために冷却水は、バイパス水
路１０を介して循環する。暖機運転が終了し冷却水の温
度が上昇すると、サーモスタット１２のバルブが作動し
開弁状態となり冷却水はラジエター９への循環水路へ移
行しラジエター９により放熱冷却される冷却水路を経て
ウォータージャケット２への循環となる。以上のような
装置は、サーモスタット１２が循環する冷却水の温度を
感知することによってサーモスタット１２に内蔵され封
入されたワックスの体積膨張及び収縮を介してバルブ弁
体を作動させ循環水路の冷却水流量を制御しウォーター
ジャケット２へ循環する冷却水の温度制御を行う機構の
冷却装置である。

【０００５】また、前述のサーモスタット１２に代えて
温度センサーを循環水路内に配置し冷却水温を検知し、
その検出信号とエンジンよりの各種運転パラメータとを
演算処理して、所定の冷却循環水温となるよう冷却水流
量を制御するバタフライバルブ及びこの弁体を駆動する
ステッピングモータを操作して前述と同様に冷却水の温
度制御を行う装置も特開平５−１７９９４８等の公報に
より開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記したサーモスタッ
トを備えるエンジン冷却装置では、サーモスタットに封
入されたワックスの体積変化がバルブ弁体を作動させ冷
却水流量を制御し冷却水の温度制御を行う機構であるた
めに、循環する冷却水の温度ファクターだけに制御情報
が限定され他のファクターによる制御情報を加味して冷
却水の温度制御を行うことは不可能である。

【０００７】また、エンジンの暖機運転の段階における
前記冷却装置では、冷却水が設定温度に達するまではサ
ーモスタットのバルブ弁体を閉弁状態に保っており、こ
の段階でサーモスタットに異物が混入したり機械的な故
障による作動不良が発生した場合には、冷却水が設定温
度に達してもバルブ弁体が閉弁状態を保ち冷却水がラジ
エターへ循環せずエンジン本体の温度が上昇しオーバー
ヒートの原因となる危険性を含んでいる。

【０００８】そして暖機運転等の低回転、低負荷時にお
けるエンジンの熱効率を向上させて燃費低減を図るため
に、エンジン温度をオーバーヒート限界まで上昇させる
ようにサーモスタットの作動設定温度を設定した場合や
エンジンに急激な負荷が加わった場合等には、サーモス
タットは、その急速な負荷に追従できずにオーバーヒー
トに至り、エンジンを破損させる恐れがある。つまり、
従来汎用とされているサーモスタットは、循環冷却水の
温度変化に追動するバルブ弁体の早い応答や、可変する
エンジンの運転状況に対応してエンジンの冷却制御をす
ることは困難である。

【０００９】一方、温度センサーを循環水路内に配置し
冷却水温を信号として検出し、その検出信号とエンジン
よりの各種運転パラメータとを演算処理し所定の冷却水
流量に制御するバタフライバルブ及びこの弁体を駆動す
るステッピングモータを操作し冷却水の温度制御を行う
装置とすると、装置自体が複雑な機構となり価格的にも
高価なものとなる。

【００１０】本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みて
なされたものであり、冷却水路を循環する冷却水の水温
を感知しその信号をエンジンよりの各種パラメーターと
を演算処理しエンジンの運転状況に応じて冷却水温を適
正に制御することを可能としたエンジンの冷却装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明であるエンジンの冷却制御装置の第１の特徴
は、水冷式エンジンＥ及びラジエターＲ間に形成された
冷却水路４４ａ、４４ｂ及び４５と、冷却水路４４ａか
ら冷却水路４５へ形成されたバイパス水路４９と、ラジ
エターＲへの冷却水の流量を調整する流量制御手段と、
循環冷却水路の冷却水温を検出する検出手段と、エンジ
ン稼働に伴いエンジンより検出される各種運転パラメー
ターを集積し循環冷却水路の冷却水温のパラメータに応
じて前記流量制御手段の作動の制御を行う作動制御手段
とを備え、前記流量制御手段は、冷却水路間を循環する
冷却水が流入口から流入して吐出口から流出するように
構成されたケーシングと、前記ケーシングにおける流入
口から吐出口までの冷却水の水路を開閉する弁体と、ワ
ックスが封入されたワックスケースと、前記ワックスケ
ースに封入されたワックスを加熱するための発熱体と、
前記発熱体による加熱に伴う前記ワックスケース内のワ
ックスの膨張を前記弁体に伝達して前記弁体を開閉動作
させる蓋体開閉手段と、を備え、前記ワックスケースと
前記発熱体とが、前記ケーシング内における冷却水の水
路と離間した位置に配設されている構成とする。また、
第２の特徴としては、前記発熱体をカートリッジとする
構成とする。さらに、第３の特徴としては、前記発熱体
として、電子素子を用い、前記ワックスケースに吸熱フ
ィンを嵌装すると共に、前記電子素子の底部側に放熱フ
ィンを配設する構成とする。

【００１２】

【作用】本発明は、以上のように構成されているので、
以下のように作用する。循環する冷却水の水温設定は、
エンジン出口の水温及び稼働するエンジンから検出され
る各種パラメーターに基づいて作成したテーブルより算
出する。この算出した数値に基づき作動制御手段により
流量制御手段へ制御指示を行いエンジンとラジエターを
循環する冷却水の流量調整を行い、冷却水の温度を設定
温度に調整する。流量調整手段としての流量調整弁は、
作動制御手段の指示により内蔵するワックスの加熱及び
冷却を行うことにより弁部を作動し冷却水流量の調整を
行う。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて第一
実施例から第三実施例までの説明を順次行う。

【００１４】先ず、図２より図４までは本発明の第一実
施例を示しており、図２はエンジン冷却制御装置の基本
構成図である。図２において、水冷式エンジンＥには図
示されないウォータージャケット４１が内設されており
冷却水の導出部４２及び導入部４３を有すとともにラジ
エターＲとの間に冷却水路４４ａ、４４ｂ、４５が設け
られている。ラジエターＲの流出口４７とウォータージ
ャケット４１により形成される冷却水路４５と冷却水路
４４ａ間にはラジエターＲを迂回するバイパス水路４９
が設けられている。ウォータージャケット４１の導出部
４２とラジエターＲの流入口４６間に形成される冷却水
路４４ａ、４４ｂには流量制御手段の一例である流量制
御弁１３及びその水路上流のウォータージャケット４１
の導出部４２付近にはエンジンＥの出口水温を検出する
出口水温の検出手段の一例である水温センサー１４が配
設されている。

【００１５】図３は前記冷却水路４４ａと４４ｂの途中
に配設される流量制御弁１３の断面図であり、ケーシン
グ１３ａ、１３ｂからなるその内部にはサーモエレメン
ト部、駆動部及びバルブ部を有し、循環する冷却水が冷
却水路４４ａよりケーシング１３ａの上部に形成される
給水口２９に流入し、その側部に形成された吐出口３０
より冷却水路４４ｂへ流出する開弁状態の流量制御弁１
３であり、エンジン停止時又は図２により図示され後述
する作動制御手段の一例である制御装置（以下ＥＣＵと
略す）１５からのパルス制御電圧が印加されていない状
態を図示している。

【００１６】サーモエレメント部には温度変化により膨
張収縮するワックス２０を封入したワックスケース２３
が内蔵されており、所望する流量制御弁１３の閉弁温度
等をワックス２０を調配合する事によって調整可能とし
ている。駆動部の第一実施例のＰＴＣヒーター２１は、
正特性サーミスタであり通電することにより発熱する発
熱素子である。この発熱素子は特定の温度に達すると抵
抗値が急激に増大する性質が大きな特徴である。ＥＣＵ
１５からのパルス制御電圧がＰＴＣヒーター２１に印加
することによりワックスケース２３を加熱する。ワック
スケース２３にはこの加熱作用によるワックス２０の膨
張に伴う体積変化を効率よくラバーピストン２５、バッ
クアッププレート３８及びピストン２６へ伝達し、円滑
にピストン２６の伸長が可能となるよう半流動体２４
が、ダイアフラム３４を介して封入されている。パルス
制御電圧が印加されてからピストン２６までの一連の作
動は瞬時に行われ、常に変化するエンジンの負荷状態に
容易に追動する形態としている。

【００１７】前記ピストン２６の端部中心軸にはバルブ
部にバルブシャフト２７の端部中心軸が挿着され、この
バルブシャフト２７の他端部はバルブ弁体２８に係止さ
れている。なお、バルブ弁体２８の背面にはバルブスプ
リング３１がリテーナー３５との間に付裝されており、
限界を越すバルブシャフト２７の伸長によってバルブ弁
体２８の破損とワックスケース２３内のワックス２０の
内圧過大によるワックスエレメントの破損を防止するた
めに、バルブ弁体２８への付勢力の付与を行っている。
また、バルブシート３７とリテーナー３５との間には伸
長したピストン２６を収縮状態へ復元するためのリター
ンスプリング３６が付裝されている。

【００１８】図３においては、エンジン負荷が大きい場
合や冷却水温が高くなった場合及び、エンジン停止の場
合における運転パラメーターによりＥＣＵ１５からのパ
ルス電圧がＰＴＣヒーター２１へ印加されていない状態
の流量制御弁１３を図示しているが、この場合ＰＴＣヒ
ーター２１によるワックスケース２３への加熱は行われ
ず、バルブ弁体２８は、リターンスプリング３６の付勢
力によりピストン２６の収縮時の状態へ復元し、バルブ
弁体２８とバルブシート３７の間に冷却水の流通を可能
にし、ラジエターＲへの循環冷却水路を開放して冷却水
温の上昇を抑えている。つまり、流量制御弁１３自体に
いわゆるフェイルセイフ機能を持たせて、エンジン停止
時やエンジン冷却制御系統の故障時に流量制御弁を開弁
方向に作動しオーバーヒートを防止している。

【００１９】図４においては、エンジンの暖機運転等の
冷却水温が低い場合における運転パラメーターにより前
述した流量制御弁１３のＰＴＣヒーター２１にパルス制
御電圧が印加された状態を図示しており、パルス制御電
圧を印加しワックスケース２３に封入したワックス２０
を加熱膨張させることによりピストン２６等を介してバ
ルブ２８を伸長し、冷却水が図２に図示されるように冷
却水路４４ａより流入し冷却水路４４ｂへの流出を遮断
規制することによりバイパス水路４９への迂回水路に切
り換えを行う。この作用により冷却水温を早期に上昇さ
せエンジンＥの熱効率を向上する。

【００２０】なお、図３及び図４はそれぞれ完全開弁、
完全閉弁の状態を図示しているが、通常のバルブ２８の
作動は、エンジンＥの暖機運転、通常稼働運転を問わず
エンジン負荷状況及び冷却水温に応じてバルブ２８の開
閉作動が常に行われ、ラジエター循環及び、バイパス循
環の流量調整が成される。

【００２１】なお、図５及び図６において第２実施例並
びに第３実施例である他のワックスケース２３への加熱
手段を図示するとともに、以下に説明する。図５におけ
る第２実施例ではワックスケース２３の加熱手段として
ニクロム線ヒーター３２を用いてＰＴＣヒーター２１と
同様な加熱作用をワックスケース２３へ行う。ニクロム
線ヒーター３２は、ＰＴＣヒーター２１と比較してその
形状を比較的自由に設定できるために、ワックスケース
の加熱面積をＰＴＣヒーター２１を用いて加熱するより
広範囲に装設可能とするとともに、発熱に時間を要さな
いためワックスの膨張に対する反応を敏速化する。即
ち、ニクロム線ヒーター３２を用いた流量制御弁１３自
体の応答性はＰＴＣヒーター２１を用いたものと比較す
るとより早い応答機能を備えた流量制御弁とすることが
できる。

【００２２】また、図６における第３実施例では、加熱
及び冷却手段として電子素子３３を用いており、この電
子素子３３は、第一実施例及び第二実施例と同様に加熱
素子としてワックスケース２３へ作用する機能を備える
と同時に、ＥＣＵ１５よりのパルス制御電流を加熱時と
は逆転させて電子素子３３へ通電することにより冷却素
子としての機能も備えている。加熱により膨張したワッ
クス２０を強制的に冷却する機能を流量制御弁１３に持
たせることは、流量制御弁自体の応答性を高めることに
なる。なお、電子素子３３の冷却能力及び放熱効果を高
めるためにワックスケース２３には吸熱フィン５０が嵌
裝され、また、電子素子３３の底部側には放熱フィン５
１が配設されている。

【００２３】次に、前述した流量制御手段である流量制
御弁１３を駆動制御する作動手段としての制御装置（Ｅ
ＣＵ）１５について説明すると、ＥＣＵ１５は、車両よ
り検出された各システムの頭脳にあたり、入力インター
フェイス回路、Ａ／Ｄコンバーター、出力インターフェ
イス回路、メモリー、ＣＰＵ等（いずれも図示されな
い）からなる。エンジン出口付近の冷却水路４４ａに配
設された水温センサー１４から検出した水温、及びエン
ジンの負荷状態を示す回転数、吸気管負圧等の運転パラ
メーター１６を各々のセンサー（いずれも図示されな
い）で検出し入力インターフェイス回路へ入力し、ＥＣ
Ｕ１５のメモリーに予め設けた水温設定テーブルより所
定の冷却水設定水温を検索し、この設定水温になるよう
にパルス制御電圧を出力インターフェイス回路からＰＴ
Ｃヒーター２１、電子素子３３、ニクロム線ヒーター３
２へ出力して制御する。

【００２４】ここで、エンジン回転数Ｎ及び吸気管負圧
Ｐの運転パラメーター１６を用いてパルス制御電圧の印
加の例示をすると、ＥＣＵ１５のメモリー部へエンジン
回転数Ｎ及び吸気管負圧Ｐに対して所望する冷却水設定
温度Ｔｓのテーブルマップを記憶させ、さらに水温セン
サー１４より検出した冷却水温Ｔｍとの温度偏差ΔＴ

【数１】ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｍ に対して最適な制御可能となるワックス駆動用制御パル
スである比例デューティ値Ｐ（％）値及び積分デューテ
ィ値Ｉ（％／ｓｅｃ）値の制御テーブルマップを記憶さ
せる。

【００２５】本実施例によるエンジン冷却装置は上述の
如き機構を有するもので、以下水温設定処理についての
サブルーチンを図７のフローチャートを用いて説明す
る。

【００２６】まず、ステップ１ではエンジンＥの始動に
より運転状況を表すエンジン回転数Ｎや吸気管負圧Ｐ等
の各々のセンサーより検出された運転パラメーター１６
の読み込みを開始する。完了後にステップ２へ移行し、
これらの運転パラメーターに基づきＥＣＵ１５のメモリ
ー部に記憶されたエンジン回転数Ｎや吸気管負圧Ｐ等の
テーブルマップより所定の冷却水設定水温Ｔｓを検索し
設定を行う。

【００２７】設定を完了するとステップ３では、水温セ
ンサー１４よりの冷却水温パラメーターＴｍを読み込
む。そして、ステップ４では冷却水設定温度Ｔｓと冷却
水温パラメーターＴｍより温度偏差ΔＴをΔＴ＝Ｔｓ−
Ｔｍにより演算処理を行う。さらに、ステップ５では算
出された温度偏差ΔＴに対するＰ（％）値及びＩ（％／
ｓｅｃ）値を制御テーブルマップから検索しこの２つの
デューティ値Ｐ（％）値，Ｉ（％／ｓｅｃ）値からなる
制御パルスを形成する。

【００２８】ステップ６では、冷却水設定温度Ｔｓと冷
却水温パラメーターＴｍとの比較が行われ冷却水設定温
度Ｔｓが冷却水温パラメーターＴｍよりも高い場合には
ステップ７へサブルーチンを進め流量制御弁１３のＰＴ
Ｃヒーター２１又は第二実施例の加熱手段であるニクロ
ム線ヒーター３２を印加し加熱駆動する。なお、ステッ
プ９は図６により説明した第三実施例の加熱手段である
電子素子３３を用いた場合でありステップ７と同様に印
加され加熱駆動する。

【００２９】また、ステップ６の比較において冷却水温
パラメーターＴｍが冷却水設定温度Ｔｓよりも高い場合
には、ステップ８及びステップ１０へサブルーチンを移
行し、ステップ８では、ＰＴＣヒーター２１又はニクロ
ム線ヒーター３２への印加を停止しワックスケース２３
を自然冷却し、ピストン２６を縮退させバルブ２８を開
弁状態として、循環冷却水の流量調整が行われる。ステ
ップ１０は第三実施例の電子素子３３にステップ９とは
反対の方向の電流が印加された場合であるが、加熱用と
しての制御パルスの電流方向を逆転させ電子素子３３に
印加することにより冷却素子として駆動させる。常に変
化するエンジンの負荷状態に容易に追動する応答性に優
れた機能を流量制御弁１３に持たせている。

【００３０】以上のサブルーチンによって流量制御弁１
３を制御終了した後、再度ステップ１に戻り以下同様な
制御シーケンスに基づき流量制御弁１３を制御し、ラジ
エターＲへ流入する冷却水流量を調節し冷却水温を所定
の設定温度に制御することにより、エンジンを効率よく
稼働させることを可能にしている。

【００３１】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によるエンジ
ンの冷却制御装置によれば、以下のような効果がある。
エンジン出口水温及びエンジン稼働に伴い検出される各
種パラメーターが、循環冷却水をエンジンの負荷状態に
応じた水温となるように制御装置によって演算処理を行
い、その設定値に基づき冷却水の流量の調整を制御す
る。その結果エンジンの冷却効果が向上するとともに、
エンジンの熱効率向上に伴う燃費低減化が図れる。ま
た、エンジン停止時には流量制御弁を開弁状態とする機
構としたために、流量制御弁の故障等に伴うオーバーヒ
ートを未然に防止する事が可能となる。さらに、流量制
御弁に内蔵され駆動部としてのワックスに、前記制御装
置よりの制御指示を電子素子の加熱冷却手段が作用する
ことにより、エンジンの負荷状態に応じた冷却水の流量
調整による水温調整が可能となる。なお、ワックスの体
積変化を利用した機構の装置であるために、バタフライ
バルブやステップモーターを利用する装置と比較した場
合に、流量制御機構を簡素化可能であると共に、冷却制
御装置の低コスト化が可能となる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術にかかるエンジン冷却制御装置の構成
図である。

【図２】本発明の実施例にかかるエンジン冷却制御装置
の基本構成図である。

【図３】本発明の第一実施例にかかる流量制御弁の開弁
状態の断面図である。

【図４】本発明の第一実施例にかかる流量制御弁の閉弁
状態の断面図である。

【図５】本発明の第二実施例にかかるニクロム線ヒータ
ーを組込んだ流量制御弁の断面図である。

【図６】本発明の第三実施例にかかる電子素子を組込ん
だ流量制御弁の断面図である。

【図７】本発明の実施例にかかる冷却制御のフローチャ
ート図である。

【符号の説明】

１３ 流量制御弁 １４ 水温センサー １５ 制御装置 １６ 運転パラメータ ２０ ワックス ２１ ＰＴＣヒーター ２３ ワックスケース ２４ 半流動体 ２６ ピストン ３２ ニクロム線ヒーター ３３ 電子素子 ４４ａ 冷却水路 ４４ｂ 冷却水路 ４５ 冷却水路 ４９ バイパス水路 ５０ 冷却フィン ５１ 放熱フィン Ｅ エンジン Ｒ ラジエター

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−65215（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231148（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−73473（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−132431（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−56527（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−64682（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01P 7/16 F16K 31/68

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷式エンジンＥ及びラジエターＲ間に
   形成された冷却水路４４ａ、４４ｂ及び４５と、冷却水
   路４４ａから冷却水路４５へ形成されたバイパス水路４
   ９と、ラジエターＲへの冷却水の流量を調整する流量制
   御手段と、循環冷却水路の冷却水温を検出する検出手段
   と、エンジン稼働に伴いエンジンより検出される各種運
   転パラメーターを集積し循環冷却水路の冷却水温のパラ
   メータに応じて前記流量制御手段の作動の制御を行う作
   動制御手段とを備え、 前記流量制御手段は、冷却水路間を循環する冷却水が流
   入口から流入して吐出口から流出するように構成された
   ケーシングと、前記ケーシングにおける流入口から吐出
   口までの冷却水の水路を開閉する弁体と、ワックスが封
   入されたワックスケースと、前記ワックスケースに封入
   されたワックスを加熱するための発熱体と、前記発熱体
   による加熱に伴う前記ワックスケース内のワックスの膨
   張を前記弁体に伝達して前記弁体を開閉動作させる蓋体
   開閉手段と、を備え、前記ワックスケースと前記発熱体
   とが、前記ケーシング内における冷却水の水路と離間し
   た位置に配設されていることを特徴とするエンジンの冷
   却制御装置。
2. 【請求項２】 前記発熱体をカートリッジとして構成し
   たことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記発熱体として、電子素子を用い、前
   記ワックスケースに吸熱フィンを嵌装すると共に、前記
   電子素子の底部側に放熱フィンを配設して構成したこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの冷却制
   御装置。