JPH08177488A

JPH08177488A - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JPH08177488A
Application number: JP31711294A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Iida; 裕飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】電動ファンの応答遅れによる冷却水の冷却不足
や過冷却を回避し、適正な冷却制御を行うことのできる
内燃機関の冷却装置を提供する。【構成】電動ファン１１はラジエータ５に対向配設され
る。ウォータジャケット、第１及び第２冷却水通路６，
７、ラジエータ５、リザーブタンク９等の全ての冷却系
は完全に密閉された状態とされる。リザーブタンク９の
空気相に連通するようにして圧力センサ１７が設けられ
る。電子制御装置（ＥＣＵ）３１は圧力センサ１７にて
検出された空気相圧力に基づき電動ファン１１を制御す
る。空気相圧力の変化は冷却水温の変動に対応する。ま
た、リザーブタンク９内の圧力は冷却水通路内の圧力に
対応するため、圧力センサ１７による検出結果は冷却系
内の平均冷却水温に対応する。従って、測温部の位置に
よって検出温度に差異が生じていた従来技術とは異な
り、冷却水温の平均値に対応したパラメータがリアルタ
イムで検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の冷却水を冷
却するための冷却装置に係り、詳しくは、内燃機関に冷
却水温に相当するパラメータに応じてラジエータに対向
配置された電動ファンをオンオフ切換する制御手段を有
する冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術として、例えば特開
平５−１１８２１６号公報に開示されたものが知られて
いる。この技術では、ラジエータに対向するようにして
電動ファンが配設される。そして、水温センサによりラ
ジエータ内の冷却水温が検出され、また、冷媒温度セン
サにより凝縮器内の冷媒の温度が検出される。その検出
結果に基づいて、電動ファンがオンされたりオフされた
りする。すなわち、検出水温や検出冷媒温度が作動用の
設定温度よりも高くなった場合には、冷却水を冷却する
必要が生じたものとして、制御回路は電動ファンを作動
させる。一方、検出水温等が停止用の設定温度よりも低
くなった場合には、冷却水を冷却する必要がなくなった
ものとして、制御回路は電動ファンを作動させる。この
ような制御により、冷却水温の異常な上昇又は低下の抑
制が図られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、例えば水温センサは、ラジエータロアタン
ク内や、エンジンのウォータジャケット内等に設けられ
るものであるが、この水温センサの設置位置によって、
検出温度が異なる場合があり、かかる場合に以下の不具
合が発生するおそれがあった。すなわち、測温部から遠
い位置で冷却水の異常沸騰等が発生した場合には、当該
測温部の温度が上昇するまでに時間を要し、電動ファン
の作動遅れが生じてしまう。逆に、ほぼ全体の冷却水の
温度が低下しているにもかかわらず、測温部の温度が低
下していないために、電動ファンの停止遅れが生じるお
それがあった。また、このことは、冷媒温度センサにつ
いても同様のことがいえる。

【０００４】そして、このように、電動ファンの応答遅
れが生じることによって、結果的に冷却水の冷却不足や
過冷却が起こってしまうおそれがあった。本発明は前述
した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、
電動ファンの応答遅れによる冷却水の冷却不足や過冷却
を回避し、もって内燃機関の適正な冷却制御を行うこと
のできる内燃機関の冷却装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明においては、内燃機関内での燃
焼により昇温した冷却水を、放熱により冷却するための
ラジエータと、前記ラジエータを含んでなる冷却水通路
の途中に設けられ、冷却水を循環させるためのウォータ
ポンプと、前記冷却水通路の途中に設けられ、温度変化
によって生ずる冷却水の容積の変化を吸収するためのリ
ザーブタンクと、前記ラジエータによる放熱を促進する
べく、当該ラジエータに対向して設けられ、作動・停止
切換される電動ファンと、前記冷却水の温度に相当する
パラメータを検出するための水温相当パラメータ検出手
段と、前記水温相当パラメータ検出手段による検出結果
に応じて前記電動ファンの作動を制御するファン制御手
段とを備えた内燃機関の冷却装置であって、前記冷却水
を完全密閉系内に封入せしめるようにし、かつ、前記水
温相当パラメータ検出手段を、前記リザーブタンク内の
圧力を検出する圧力センサにより構成したことをその要
旨としている。

【０００６】

【作用】上記の構成によれば、冷却水はウォータポンプ
により圧送され、冷却水通路内を循環する。この冷却水
は、内燃機関内での燃焼により昇温した後、ラジエータ
での放熱により冷却される。冷却水通路の途中に設けら
れたリザーブタンクにより、温度変化によって生ずる冷
却水の容積の変化が吸収される。

【０００７】また、水温相当パラメータ検出手段により
冷却水の温度に相当するパラメータが検出される。その
検出結果に応じて、ファン制御手段はラジエータに対向
して設けられた電動ファンの作動を制御する。そして、
電動ファンが作動することにより、ラジエータによる放
熱が促進される。

【０００８】さて、本発明では、冷却水は完全密閉系内
に封入され、かつ、水温相当パラメータ検出手段は、リ
ザーブタンク内の圧力を検出する圧力センサにより構成
されている。このため、リザーブタンク内の圧力の変化
は、冷却水温の変動に対応することとなる。また、リザ
ーブタンク内の圧力は、冷却水通路内の圧力に対応する
ため、前記圧力センサによる検出結果は、冷却系内の冷
却水温のほぼ平均値に対応することとなる。従って、測
温部の位置によって検出温度に差異が生じていた従来技
術とは異なり、冷却水温のほぼ平均値に対応したパラメ
ータをリアルタイムで検出することが可能となる。その
ため、ファン制御手段による電動ファンの制御は、冷却
系全体の温度変化に応じた適正なものとなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明における内燃機関の冷却装置を
具体化した一実施例を図１〜図３に基づいて詳細に説明
する。

【００１０】図１には、内燃機関としてのエンジン１の
冷却系が模式的に示されている。エンジン１では、燃料
と空気との混合気を燃焼させて熱エネルギーを得、この
熱エネルギーを動力に変換している。動力に変換されな
い熱エネルギーの一部は排気ガスとともに、あるいは摩
擦損失として失われ、残りはエンジン１の各部に吸収さ
れる。この吸収された熱によりエンジン１が過熱するの
を防止するために、以下に示す水冷式の冷却装置が設け
られている。

【００１１】エンジン１のシリンダブロック内には、ウ
ォータジャケットが設けられている。また、シリンダヘ
ッド内にも、前記ジャケットに連通した状態でウォータ
ジャケットが設けられている。

【００１２】エンジン１の前方には、アッパタンク２、
コア３及びロアタンク４よりなるラジエータ５が配置さ
れている。コア３は、アッパタンク２及びロアタンク４
を連結する多数本のチューブ３ａと、それらのチューブ
３ａの周囲に設けられた冷却フィン３ｂとを備えてい
る。前記ウォータジャケットを通過した冷却水は、アッ
パタンク２、コア３及びロアタンク４の順に流れる（勿
論この逆に流れるようにしてもよい）。

【００１３】シリンダヘッド内のウォータジャケットは
第１冷却水通路６によってアッパタンク２に連通されて
いる。また、シリンダブロック内のウォータジャケット
は第２冷却水通路７によってロアタンク４に連通されて
いる。これらのウォータジャケット、第１冷却水通路
６、ラジエータ５、第２冷却水通路７等により冷却水通
路が形成されている。

【００１４】シリンダブロックにおいて、第２冷却水通
路７とウォータジャケットとの接続部分には、うず巻き
ポンプよりなるウォータポンプ８が取付けられている。
ウォータポンプ８はプーリ、ベルト等によりクランクシ
ャフトに連結されており、エンジン１の作動にともなう
クランクシャフトの回転により作動する。ウォータポン
プ８は、第２冷却水通路７の冷却水を吸引してウォータ
ジャケットへ吐出する。これらの吸引及び吐出により、
冷却水はウォータポンプ８を起点として冷却水通路内を
循環する。この循環中、冷却水はウォータジャケットを
通過する過程でエンジン１の熱を吸収し昇温する。昇温
した冷却水は、基本的にはラジエータ５のコア３を通過
する際に冷却フィン３ｂから熱を放射する。

【００１５】第１冷却水通路６及び第２冷却水通路７間
は図示しないバイパス通路によって連通されており、第
１冷却水通路６内の冷却水がラジエータ５を迂回して、
バイパス通路を経て第２冷却水通路７へ流通可能となっ
ている。また、第２冷却水通路７に対するバイパス通路
の合流部分には図示しない公知のサーモスタットが配設
されている。サーモスタットは冷却水の温度に応じて作
動する感温弁である。サーモスタットは、冷却水の温度
（冷却水温）が予め定めた所定値以下のとき、ラジエー
タ５からウォータジャケットへの冷却水の流通を遮断す
るとともに、バイパス通路を開放して、同通路から第２
冷却水通路７への冷却水の流通を許容する。また、サー
モスタットは、冷却水の温度が前記所定値よりも高いと
き、第２冷却水通路７を開放してラジエータ５からウォ
ータジャケットへの冷却水の流通を許容するとともに、
バイパス通路を閉塞する。

【００１６】また、本実施例では、第１冷却水通路６と
第２冷却水通路７との間には、リザーブタンク９が配設
されている。すなわち、第１冷却水通路６は入口パイプ
９ａに接続され、第２冷却水通路７は出口パイプ９ｂに
接続されている。リザーブタンク９は、温度変化によっ
て生ずる冷却水の容積の変化を吸収するためのものであ
る。

【００１７】本実施例では、上記ラジエータ５に対向す
るようにして、電動ファン１１が設けられている。この
電動ファン１１は、強制的な送風によってラジエータ５
の放熱作用を促進するためのインペラ１２及び同インペ
ラ１２を回転させるためのモータ１３を備えている。

【００１８】次に、本実施例の特徴部分について説明す
る。本実施例では、前記ウォータジャケット、第１冷却
水通路６、ラジエータ５、第２冷却水通路７、リザーブ
タンク９等、冷却水の通過するありとあらゆる冷却系
は、完全に密閉された状態となっている。従って、例え
ば、開放系であった従来技術とは異なり、リザーブタン
ク９に対し加圧キャップ１４が締付けられていることに
より、上記リザーブタンク９内は完全に密閉された状態
となっている。

【００１９】また、前記リザーブタンク９の空気相に開
口するようにしてパイプ１５が形成され、同パイプ１５
にはホース１６を介して圧力センサ１７が設けられてい
る。この圧力センサ１７により、リザーブタンク９内の
空気相圧力Ｐが検出されるようになっている。

【００２０】さらに、本実施例では、リザーブタンク９
内の空気相の容積比率が比較的大きく設定されていると
ともに、入口パイプ９ａ及び出口パイプ９ｂの径は比較
的小さめに設定されている。これらの構成により、エン
ジン回転数の変動による冷却系内の圧力変動の抑制が図
られている。

【００２１】また、車両にはエアコンスイッチ１８が設
けられている。このエアコンスイッチ１８は、エアコン
がオンされているときにオンの信号を出力し（エアコン
信号Ａ／Ｃ＝「１」）、そうでないときにはオフの信号
を出力する（エアコン信号Ａ／Ｃ＝「０」）。さらに、
エンジン１等には、燃料噴射制御等に必要なその他の各
種センサが設けられている。

【００２２】前記圧力センサ１７、エアコンスイッチ１
８をはじめとする各種センサ等は電子制御装置（以下、
「ＥＣＵ」という）３１の入力側に電気的に接続されて
いる。また、前記モータ１３の通電の有無を切換えると
ともに、出力電圧によりモータ１３の回転数を調節する
ことにより、モータ１３を回転駆動する図示しない駆動
回路が設けられている。この駆動回路は、ＥＣＵ３１の
出力側に電気的に接続されている。

【００２３】本実施例において、ＥＣＵ３１は、ファン
制御手段を構成している。また、ＥＣＵ３１は、中央処
理制御装置（ＣＰＵ）と、読出専用メモリ（ＲＯＭ）
と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、バックアッ
プＲＡＭと、入力ポートと、出力ポートとを備え、これ
らは互いにバスによって接続されている。ＣＰＵは、予
め設定された制御プログラムに従って各種演算処理を実
行し、ＲＯＭはＣＰＵで演算処理を実行するために必要
な制御プログラムや初期データを予め記憶している。ま
た、ＲＡＭはＣＰＵの演算結果を一時記憶する。

【００２４】前記圧力センサ１７をはじめとする各種セ
ンサ等からの検出信号は、各種入力ポートに入力され
る。ＣＰＵはこれらの信号に基づき、種々の変換、演算
を行い、最終的にはモータ１３を駆動するための駆動信
号を出力ポートを介して駆動回路に出力する。

【００２５】次に、上記のように構成されてなる本実施
例の作用及び効果について説明する。図２に示すフロー
チャートは、ＥＣＵ３１によって実行される各処理のう
ち、モータ１３を制御して電動ファン１１を作動、停止
させるための動作として行われる「電動ファン制御ルー
チン」であり、所定時間毎の定時割り込みで実行され
る。

【００２６】処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ
３１はまず、ステップ１０１において、エアコンスイッ
チ１８によるエアコン信号Ａ／Ｃ及び圧力センサ１７に
よる空気相圧力Ｐを読み込む。

【００２７】次に、ステップ１０２においては、今回読
み込んだエアコン信号Ａ／Ｃが「１」であるか否かを判
断する。そして、エアコン信号Ａ／Ｃが「１」でない場
合には、エアコンが現在作動しておらず、電気負荷が比
較的低いものと判断してステップ１０３に移行する。

【００２８】ステップ１０３においては、今回読み込ん
だ空気相圧力Ｐが予め定められた基準圧力α以上である
か否かを判断する。ここで、基準圧力αとは、当該値以
上となった場合に電動ファン１１を作動させる必要のあ
る圧力であって、予め経験的に定められるものである。
本実施例では、冷却水は完全密閉系内に封入された状態
となっているので、図３に示すように、圧力センサ１７
により検出された空気相圧力Ｐの変化は、冷却系内の平
均冷却水温の変動に対応しうる。従って、当該空気相圧
力Ｐが基準圧力α以上となっている場合には、平均冷却
水温も電動ファン１１を作動させる必要のある温度以上
となっているはずである。そして、このステップ１０３
において、空気相圧力Ｐが基準圧力α以上の場合には、
平均冷却水温が相当上昇しており、冷却水を冷やしてや
る必要があるものとしてステップ１０４へと移行する。

【００２９】ステップ１０４においては、電動ファン１
１をオンさせる旨の信号を駆動回路に出力するととも
に、駆動回路からは、空気相圧力Ｐの関数ｆ₁に相当す
る出力電圧Ｖをモータ１３へと出力させる［Ｖ＝ｆ
₁（Ｐ）］。従って、電動ファン１１のモータ１３及び
インペラ１２は、空気相圧力Ｐに応じた回転数でもって
回転され、この回転により、ラジエータ５の放熱作用が
促進される。

【００３０】また、ステップ１０３において、空気相圧
力Ｐが基準圧力αよりも大きくない場合には、平均冷却
水温がさほど上昇しておらず、未だ冷却の必要がないも
のと判断してステップ１０５へと移行する。ステップ１
０５においては、電動ファン１１をオフさせる旨の信号
を駆動回路に出力し、その後の処理を一旦終了する。

【００３１】一方、前記ステップ１０２において、エア
コン信号Ａ／Ｃが「１」の場合には、エアコンが現在作
動しており、電気負荷が比較的高くあまり余分な電力を
消費したくないものとしてステップ１０６に移行する。

【００３２】ステップ１０６においては、ステップ１０
３と同様、今回読み込んだ空気相圧力Ｐが予め定められ
た基準圧力α以上であるか否かを判断する。そして、空
気相圧力Ｐが基準圧力α以上の場合には、平均冷却水温
が相当上昇しており、ある程度は冷却水を冷却してやる
必要があるものとしてステップ１０７へと移行する。

【００３３】ステップ１０７においては、電動ファン１
１をオンさせる旨の信号を駆動回路に出力するととも
に、駆動回路からは、空気相圧力Ｐの関数ｆ₂に相当す
る出力電圧Ｖをモータ１３へと出力せしめる［Ｖ＝ｆ₂
（Ｐ）］。但し、空気相圧力Ｐが等しい場合、エアコン
が作動している場合の出力電圧Ｖは、作動していない場
合の出力値に比べて低くなるよう設定されている［ｆ₁
（Ｐ₀）＞ｆ₂（Ｐ₀）］。従って、この場合も、比較
的低い回転数ながら、電動ファン１１のモータ１３及び
インペラ１２は、空気相圧力Ｐに応じた回転数でもって
回転され、この回転により、ラジエータ５の放熱作用が
促進される。

【００３４】また、ステップ１０６において、空気相圧
力Ｐが基準圧力αよりも大きくない場合には、未だ冷却
の必要がないものと判断してステップ１０８へと移行
し、電動ファン１１をオフさせる旨の信号を駆動回路に
出力し、その後の処理を一旦終了する。

【００３５】このように、本実施例の「電動ファン制御
ルーチン」においては、電気負荷の有無及び空気相圧力
Ｐに応じて電動ファン１１の作動が制御される。以上説
明したように、本実施例によれば、冷却水を完全密閉系
内に封入する構成とするとともに、圧力センサ１７によ
りリザーブタンク９内の空気相圧力Ｐを検出せしめ、そ
の検出結果に基づき電動ファン１１を制御するようにし
た。ここで、リザーブタンク９内の空気相圧力Ｐの変化
は、冷却水温の変動に対応することとなる。また、リザ
ーブタンク９内の圧力は、冷却水通路内の圧力に対応す
るため、前記圧力センサ１７による検出結果は、冷却系
内の冷却水温のほぼ平均値に対応することとなる。従っ
て、測温部の位置によって検出温度に差異が生じていた
従来技術とは異なり、冷却水温のほぼ平均値に対応した
パラメータをリアルタイムで検出することができる。そ
のため、ＥＣＵ３１による電動ファン１１の制御を、冷
却系全体の温度変化に応じた適正なものとすることがで
き、ひいては、電動ファン１１の応答遅れによる冷却水
の冷却不足や過冷却を回避することができ、もってエン
ジン１の適正な冷却制御を行うことができる。その結
果、大きな温度変化によるラジエータ５内のコア３等の
金属部品の損傷を回避することができ、冷却装置全体の
耐久性の向上及び延命化を図ることができる。

【００３６】また、本実施例では、エアコンの作動の有
無に応じてモータ１３の回転数を調整するようにした。
このため、電動ファン１１の作動に伴う電気負荷の著し
い増大を防止することができ、ひいてはオルタネータ等
への負荷の増大を抑制し、燃費の向上をも図ることがで
きる。さらには、電動ファン１１は余計な作動をしない
ため、総合的な電動ファン１１の作動頻度を低減させる
ことができ、騒音の発生頻度の低減を図ることができ
る。

【００３７】尚、本発明は上記実施例に限定されず、例
えば次の如く構成してもよい。（１）前記実施例では、圧力センサ１７により、リザー
ブタンク９内の空気相圧力Ｐを検出する構成としたが、
リザーブタンク９内の冷却水自体の圧力を検出するよう
な構成としてもよい。

【００３８】（２）前記実施例では、エアコンの作動の
有無に応じてモータ１３の回転数を調整するようにした
が、かかる調整を行わなくともよい。また、その他の電
気負荷をも考慮するようにしてもよい。

【００３９】（３）冷却系の構成については、前記実施
例における構成に限定されるものではなく、発明の趣旨
を逸脱しない範囲で適宜に変更することもできる。（４）前記実施例では、電動ファン１１を作動させる場
合に、空気相圧力Ｐに応じてモータ１３の回転数を可変
とするようにしたが、回転数を変更させなくとも、オン
・オフ切換のみを行う場合に具体化することもできる。

【００４０】（５）前記実施例では、電動ファン１１を
１つしか設けない場合について説明したが、複数個の電
動ファンを設け、各電動ファンを圧力等に基づき制御す
るようにしてもよい。

【００４１】（６）前記実施例における内燃機関は、ガ
ソリンエンジンであってもディーゼルエンジンであって
もよい。特許請求の範囲の請求項に記載されないもので
あって、上記実施例から把握できる技術的思想について
以下にその効果とともに記載する。

【００４２】（ａ）請求項１に記載の内燃機関の冷却装
置において、前記ファン制御手段は、電気負荷に応じて
電動ファンの回転数を変更しうるものとしたことを特徴
とする。かかる構成とすることにより、電気負荷の著し
い増大によるオルタネータ等への悪影響を防止すること
ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の冷却装置によれば、電動ファンの応答遅れによる冷却
水の冷却不足や過冷却を回避し、もって内燃機関の適正
な冷却制御を行うことができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例におけるエンジンの冷却装置を示す概
略構成図である。

【図２】ＥＣＵにより実行される「電動ファン制御ルー
チン」を示すフローチャートである。

【図３】平均冷却水温と空気相圧力との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、５…ラジエータ、６…
第１冷却水通路、７……第１冷却水通路、８…ウォータ
ポンプ、９…リザーブタンク、１１…電動ファン、１７
…圧力センサ、３１…ファン制御手段を構成するＥＣ
Ｕ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関内での燃焼により昇温した冷却
水を、放熱により冷却するためのラジエータと、前記ラジエータを含んでなる冷却水通路の途中に設けら
れ、冷却水を循環させるためのウォータポンプと、前記冷却水通路の途中に設けられ、温度変化によって生
ずる冷却水の容積の変化を吸収するためのリザーブタン
クと、前記ラジエータによる放熱を促進するべく、当該ラジエ
ータに対向して設けられ、作動・停止切換される電動フ
ァンと、前記冷却水の温度に相当するパラメータを検出するため
の水温相当パラメータ検出手段と、前記水温相当パラメータ検出手段による検出結果に応じ
て前記電動ファンの作動を制御するファン制御手段とを
備えた内燃機関の冷却装置であって、前記冷却水を完全密閉系内に封入せしめるようにし、か
つ、前記水温相当パラメータ検出手段を、前記リザーブ
タンク内の圧力を検出する圧力センサにより構成したこ
とを特徴とする内燃機関の冷却装置。