JPH0259289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用内燃機関において、機関運転
状態に応じて冷却水温度を異なる値にフイードバ
ツク制御する荘置に関する。

一般に自動車用内燃機関おいては、冷却水温度
を制御するにあたり、ラジエータと機関本体のウ
オータジヤケツトを結ぶ冷却水循環通路に、例え
ば水温が80℃前後で開弁するサーモスタツトを介
装し、冷却水温が常に80℃前後になるよう制御し
ている。

これに対して近年内燃機関の運転状態に応じて
サーモスタツトの開弁設定温度を変化させ、冷却
水温を異なつた温度に制御する方が注目をあびて
いる。

これによれば、例えば熱負荷が少なくオーバヒ
ート等の心配のない機関低負荷時には、サーモス
タツトの開弁温度を上昇させて冷却水温を高める
ことにより、燃費の改善と排気の浄化を促進し、
これに対して高負荷時にはサーモスタツトの開弁
温度を下げて冷却水温を低くすることにより、ノ
ツキングを防止したり吸気充填効率を向上させて
機関出力の増大をはかるのである。

このような制御装置として、例えば実開昭54−
142722号公報に開示されたものを第１図に示す。

冷却水循環通路１にはサーモスタツト２が介装
される。サーモスタツト２は水温が上昇して内部
のワツクス（図示せず）が膨張してピストン３が
押し出されると、サーモスタツト弁４がリターン
スプリング５に抗してシート部１２から離れて開
弁する。

ところで、ピストン３の頭部はダイヤフラム装
置６の制御ロツト７の受部８と当接しているた
め、制御ロツド７の位置が上方へ移動すると、サ
ーモスタツト弁４が開き始めるときのピストン３
の伸び出し量が大きくなる。

したがつて制御ロツド７がダイヤフラム８によ
り引き上げられているときは、水温が上記の場合
よりもさらに上昇してピストン３が大きく押し出
されるまでサーモスタツト弁４は開かず、この場
合には冷却水の制御温度は上昇する。

ダイヤフラム装置６の負圧室９には、機関吸入
負圧が通路１０を経由して導入され、ダイヤフラ
ムスプリング１１に抗してダイヤフラム８を引き
上げる方向に作用する。

吸入負圧は機関低負荷時に強まり、高負荷時に
弱くなるため、制御ロツド７は低負荷時に大きく
引き上げられることになる。

このため、機関低負荷時にはサーモスタツト弁
４の開弁温度が高くなり、これに対して高負荷時
には開弁温度が低くなるように制御され、冷却水
温は低負荷時に上昇して高負荷時には低下する。
ところでこの場合、冷却水温を高く設定するに
は、リターンスプリング５に抗してサーモスタツ
ト弁４を押開かねばならない構造上、この反力を
制御ロツド７を介して受けるダイヤフラムスプリ
ング１１に大きなバネ力が必要となり、そうする
とこのスプリング１１を抗して吸入負圧が作用す
るダイヤフラム８も受圧面積の大きなものが要求
されるこになり、これら部品の大型化に伴いコス
トアツプや機関振動による耐久性劣化などの問題
を起こしやすいという欠点があつた。

また、機関負荷による冷却水温の制御は行えて
も、機関回転速度にもとづく制御は不可能であつ
て、例えば同一負荷でも機関回転速度が高くなる
ほど要求冷却水温は低くなるのだが、このような
制御を行うことはできない。

ところで、第２図と第３図はサーモスタツトの
取付位置の一般例を示すものであるが、第２図は
いわゆる出口制御、第３図は入口制御方式であ
る。

すなわち、第２図では機関本体１３を冷却した
冷却水をラジエータ１４に導く出口通路１５にサ
ーモスタツト２Ａを介装し、このサーモスタツト
２Ａの上流から分岐したバイパス通路１６が、ラ
ジエータ１４で放熱された冷却水をウオータポン
プ１７を介して機関本体１３のウオータジヤケツ
ト（図示せせず）へ循環させる入口通路１８の途
中に接続している。

この場合はとくにサーモスタツト２Ａの開弁温
度を高く設定すると、サーモスタツト２Ａが開い
たときと閉じたときの温度差が大きく、第４図に
も示すようにいわゆる水温のハンチング現象が大
きくなる傾向があつた。

これに対して第３図はサーモスタツト２Ｂを入
口通路１８の、バイパス通路１６が合流する部分
よりもわずかに上流に介装され、サーモスタツト
２Ｂはラジエータ１４を通つて放熱された冷水
と、バイパス通路１６からの温水とが混合した状
態での水温を感知するため、前述したもののよう
なハンチング現象は少なくなるが、その構造上、
ウオータポンプ１７の吸込圧がサーモスタツト弁
の開弁方向に作用することから、オーバークール
を防ぐためにはリターンスプリングのばね定数と
設定荷重を高くする必要があり、このようにする
と上記サーモスタツトのダイヤフラム装置は、こ
れらに対抗してさらに大型化しなければならな
い。

本発明は、機関の運転状態に対応して異なる設
定水温に正確に制御し、燃費や排気性能あるいは
機関運転性能のなお一層の向上をはかるととも
に、制御用アクチユエータ（ダイヤフラム装置）
の小型化などを可能とした自動車用内燃機関の冷
却水温制御装置を提供するものである。

本発明は、機関本体を冷却した冷却水を放熱手
段に導く出口通路と、前記放熱手段からの冷却水
を機関本体に循環させる入口通路と、前記放熱手
段をバイパスするように前記出口通路と入口通路
とを連通するバイパス通路とからなる循環通路を
備えた内燃機関を前提として、第５図に示したよ
うに、機関の運転状態を検出する手段と、この運
転状態に応じてそれぞれ異なつた制御目標水温を
設定する手段と、前記冷却水の循環通路に介装さ
れて放熱手段とバイパス通路を流動する冷却水の
流量を制御する流量制御弁と、前記バイパス通路
の合流部よりも下流側の入口通路に前記流量制御
弁とは独立して設けられた冷却水の温度を検出す
る手段と、前記目標水温と検出水温とが一致する
ように前記流量制御弁の開度をフイードバツク制
御する補正手段とを設け、かつ前記流量制御弁は
その弁体に連結したダイヤフラムの一方の受圧面
に制御負圧を作用させるとともに他方の受圧面に
前記弁体に対向するように循環通路の冷却水圧力
を作用させた負圧駆動の制御弁で構成することに
より、運転状態に応じて常に最適な冷却水温に正
確に制御できるようにした。

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明
する。

第６図において、冷却水の入口通路２８には流
量制御弁２０がバイパス通路１６の合流点よりも
わずかに上流に介装される。

この流量制御弁２０は負圧駆動型の制御弁であ
つて、負圧調整装置２１からの供給負圧により弁
開度が制御される。流量制御弁２０は入口通路１
８に設けたシート部２２に、流れの上流側から接
離する弁体２３が、ロツド２４を介してダイヤフ
ラム２５に連結する。

ダイヤフラム２５は前記弁体２３の受圧面と対
向するように水路中に受圧面をさらす一方、その
反対面は負圧調整装置２１からの供給負圧が導入
される負圧室２６を画成しており、さらに弁体２
３を開弁方向へ付勢するリターンスプリング２８
がダイヤフラム２５に当接している。

一方、負圧調整装置２１は機関吸入負圧を所定
値（例えば−120mmＨｇ）に規制する定圧弁部３
０と、後述する制御回路３１からの信号に応動し
てこの定負圧を制御する電磁弁部３２とから構成
される。

吸入負圧の導入通路３３の先端ノズル３３Ａ
を、ダイヤフラム３４が開閉し、負圧室３５の負
圧を一定に規制する。このためダイヤフラム３４
は大気圧に解放された大気室３６と負圧室３５の
差圧と、スプリング３７，３８とのバランスによ
り作動し、負圧室３５の負圧が所定値以上に強ま
るとノルズ３３Ａを閉じ、逆にそれ以下に弱まる
とノルズ３３Ａを開いて負圧を導入する。負圧室
３５に接続した通路３９は途中にオリフイス４０
が介装されるとともに、その開口先端３９Ａがソ
レノイド４１で駆動される弁体４２によつて開閉
される。

そしてオリフイス４０と開口先端３９Ａとの間
から分岐した信号負圧通路４３が、前記負圧調整
装置２１の負圧室２６と連通する。

上記弁体４２はダイヤフラム４４に連結されて
おり、ソレノイド４１が励磁されると開口先端３
９Ａを開いて負圧を大気で希釈し、非励磁のとき
はダイヤフラム４４の弾性で開口先端３９Ａを閉
じる。

次に、前記制御弁２０の下流に位置して、入口
通路１８には冷却水温を検出する手段、つまり水
温センサ４５が設けられ、この検出水温信号を前
記制御回路３１に入力している。

制御回路３１には機関運転状態を検出する手段
としての、吸入負圧センサ４６及び機関回転数セ
ンサ４７からの信号も同時に入力する。

そして制御回路３１は、これら機関運転状態の
検出値にもとづいてそのときどきで最適な冷却水
温度の目標値を決め、この設定目標信号を出力す
る目標水温検定手段４８と、前記水温の検出値に
もとづいて目標値と検出値が一致するように設定
目標信号を補正する補正手段４９とから構成さ
れ、この補正手段４９からの駆動信号により前記
負圧調整装置２１の電磁部弁３２を作動させる。

なお、制御回路３１は通常は第７図にも示す
が、マイクロコンピユータで構成され、前記各種
検出信号が入力するとともに駆動信号を出力する
入出力部５０と、運転状態に対応しての目標水温
値を例えば第８図のようなダータテーブルに記憶
してある記憶部５１と、運転状態に応じて記憶部
５１から選び出した目標値を検出水温値にもとづ
いて補正し、負圧調整装置２１の駆動信号をつく
りだす演算処理部５２とからなる。

第９図はマイクロコンピユータの動作ルーチン
を示すフローチヤートであるが、それぞれP₁〜
P₃で検出水温Tw₁、吸入負圧Pm、機関回転数
RPMの読み込みを行い、P₄で続み込んだ吸入負
圧、機関回転数にもとづいて目標水温Tw₂を呼
び出し、P₅で検出水温Tw₁と目標水温Tw₂とを
比較し、Tw₁≧Tw₂ならばP₇により負圧調整装
置２１の電磁弁部３２に通電し、Tw₁＜Tw₂の
場合はP₆により同じく通電を遮断する。

この通電時は負圧調整装置２１の定負圧が大気
で希釈されて弱まり、制御弁２０の開度が増大
し、放熱手段としてのラジエータ１４で放熱後の
冷水を多く導入して水温を下げ、逆に非通電時は
負圧を強めて制御弁２０の開度を減じることによ
り、水温を上げるのである。

以上のように構成されており、次に全体的な作
用ついて説明する。

吸入負圧センサ４６と機関回転数センサ４７か
らの信号が制御回路３１に入力すると、このとき
の運転状態にもとづいて、例えば第８図のような
パターンにより目標水温が設定される。

つまり、機関負荷及び回転数が共に低いときは
冷却水温の目標値として高温が、機関負荷及び回
転数が共に高いときは目標値として低温が選ばれ
るのであり、また同一の負荷でも回転数が上昇す
ると低温側に目標値が切換えられ、しかもこの高
温から低温への切換えは負荷が高くなるほど低回
転数域へと移行するようになつている。

このようにして目標水温が選び出されると、制
御回路３１は負圧調整装置２１に対応する駆動信
号を出力する。例えば低速低負荷時など目標水温
が高温側に設定されたときは、負圧調整装置２１
の電磁弁部３２が閉じ、定圧弁部３０からの所定
負圧がそのまま流量制御弁２０の負圧室２６に作
用し、ダイヤフラム２５がリターンスプリング２
８に抗して弁体２３を引き上げ、制御弁開度を減
少ないしはゼロにする。

この結果、ラジエータ１４からの冷水よりもバ
イパス通路１６からの温水が多く取り入れられ、
機関本体１３のウオータジヤケツトを循環する冷
却水温は上昇する。

この冷却水温は水温センサ４５により検出さ
れ、制御回路３１にフイードバツクされる。

もし検出水温が目標水温を上回れば、制御回路
３１からは負圧調整装置２１の電磁弁部３２を開
く信号が出力され、流量制御弁２０への制御負圧
が弱められ、これにより制御弁２０のダイヤフラ
ム２５がリターンスプリング２８に押圧されて変
位し、弁体２３がシート部２２から離れて開弁す
る。このためラジエータ１４からの冷水が入口通
路１８に流れ込み、バイパス通路１６からの温水
と混合し、冷却水の温度を下げる。一方、検出水
温が目標水温よりも下がれば、これとは逆に再び
制御弁２０が閉じられるのであり、これらの動作
の繰り返しにより、冷却水温は低速低負荷時に定
められた高温側の最適値にフイードバツク制御さ
れる。

これに対して、機関の高速高負荷時などでは、
目標水温は低温側に切換えられる。

このような状態では流量制御弁２０の開度が大
きくなるように制御回路３１は負圧調整装置２１
に駆動信号を出力し、これによりラジエータ１４
からの冷水が多く取り入れられ、冷却水温の平均
値が下がる。

検出水温が目標値よりも下がれば、上記と同様
にフイードバツク制御により、制御弁２０の開度
は減じられるのであり、このようにして機関の運
転状態が変化しても、第１０図に示すように冷却
水温はそのときどきの目標値に精度よく収束制御
されるのである。

一方、本実施例では、流量制御弁２０の弁体２
３にウオータポンプ１７の吸込圧が閉弁方向に作
用するが、この弁体２３の有効受圧面積と略等し
い受圧面積をもつダイヤフラム２５にはこれと反
対方向に吸込圧が作用するため、制御弁２０の作
動についてウオータポンプ１７の吸込圧を相殺す
ることができる。

したがつて制御弁２０のダイヤフラム２５を従
来のように大きくしなくても、制御負圧に対して
応答性よく作動させられるし、またウオータポン
プ１７の回転数が変動して吸込圧力が変わつて
も、制御弁２０の開度が圧力変化の影響を受ける
ことがない。

なお、この実施例では制御回路３１から負圧調
整装置２１に送られる駆動信号は、検出水温が目
標水温より高いか低いかによりONまたはOFFに
なる特性としたが、所定の周波数の駆動信号の
ON−OFFデユーテイを制御するようにしてもよ
く、この場合には目標水温をさらに細かい段階に
合せて制御することが可能となる。

次に第１１図の実施例を説明すると、これは流
量制御弁２０を出口通路１５のバイパス分岐点よ
りも下流に設けたものである。

この場合も、前記実施例と同様に水温センサ４
５の出力にもとづいて制御弁２０の開度がフイー
ドバツク制御され、運転状態に応じて常に最適な
冷却水温を維持できるのである。

なお、この実施例ではウオータポンプ１７に対
して吐出側に流量制御弁２０が介装してあるた
め、ウオータポンプ１７の吸込不足にもとづくキ
ヤビテーシヨンの発生を未然に防止できる。

以上のように本発明によれば、運転状態に応じ
て異なつた目標水温に対して、常に精度よく冷却
水温を近づけることができ、機関の運転性能を損
うことなく燃費や排気特性の改善がはかれる。

また水温の検出手段は流量制御弁とは独立して
設けるため、流量制御弁を機関冷却水の循環入口
あるいは出口のいずれに設置しても精度よく作動
させることができる。

また、流量制御弁を負圧駆動型としてその弁体
とダイヤフラムとに対向的に冷却水循環通路の水
を作用させるようにしたので、受圧部の寸法を抑
えて装置の小型化を図れるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２図、第３図は
同じくその配置関係をそれぞれ示す冷却水路系の
断面図、第４図は同じくその制御特性図である。
第５図は本発明のクレーム対応図、第６図は同じ
く実施例を示す断面図、第７図は制御回路の一例
を示す説明図、第８図は同じくその制御パターン
の一例を示す説明図、第９図は制御動作ルーチン
を示すフローチヤート、第１０図は制御特性図、
第１１図は他の実施例を示す断面図である。 １３……機関本体、１４……ラジエータ、１５
……出口通路、１６……バイパス通路、１７……
ウオータポンプ、１８……入口通路、２０……流
量制御弁、２１……負圧調整装置、２３……弁
体、２５……ダイヤフラム、２６……負圧室、３
０……定圧弁部、３１……制御回路、３２……電
磁弁部、４５……水温センサ、４６……吸入負圧
センサ、４７……機関回転数センサ、４８……目
標水温設定手段、４９……補正手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関本体を冷却した冷却水を放熱手段に導く
   出口通路と、前記放熱手段からの冷却水を機関本
   体に循環させる入口通路と、前記放熱手段をバイ
   パスするように前記出口通路と入口通路とを連通
   するバイパス通路と、機関の運転状態を検出する
   手段と、この運転状態に応じてそれぞれ異なつた
   制御目標水温を設定する手段と、前記冷却水の循
   環通路に介装されて放熱手段とバイパス通路を流
   通する冷却水の流量を制御する流量制御弁と、前
   記バイパス通路の合流部よりも下流側の入口通路
   に前記流量制御弁とは独立して設けられた冷却水
   の温度を検出する手段と、前記目標水温と検出水
   温とが一致するように前記流量制御弁の開度をフ
   イードバツク制御する補正手段とを設け、かつ前
   記流量制御弁はその弁体に連結したダイヤフラム
   の一方の受圧面に制御負圧を作用させるとともに
   他方の受圧面に前記弁体に対向するように循環通
   路の冷却水圧力を作用させた負圧駆動の制御弁で
   構成したことを特徴とする自動車用内燃機関の冷
   却水温制御装置。