JP3122227B2 - エンジンの冷却水温度制御方法 - Google Patents

エンジンの冷却水温度制御方法

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JP3122227B2 JP04137047A JP13704792A JP3122227B2 JP 3122227 B2 JP3122227 B2 JP 3122227B2 JP 04137047 A JP04137047 A JP 04137047A JP 13704792 A JP13704792 A JP 13704792A JP 3122227 B2 JP3122227 B2 JP 3122227B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷却水温度をエンジン
負荷に応じて可変設定するエンジンの冷却水温度制御方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から採用されている冷却水の温度制
御は冷却水通路に制御バルブを介装し、冷却水温が低い
場合は制御バルブを閉じて冷却水をラジエータを経由せ
ずバイパス通路へ循環させ、また、冷却水温が高くなっ
た場合、制御バルブを開いて冷却水がラジエータを循環
するようにして、冷却水の受熱量が常に一定になるよう
に調整している。
【0003】上記制御バルブとしては、サーモワックス
などの温度センサを内蔵したサーモスタットバルブを採
用するものが多く、また、制御方法には、このサーモス
タットバルブを冷却水通路のエンジン出口側に配設する
出口制御方式と、サーモスタットバルブを冷却水通路の
エンジン入口側に配設する入口制御方式とがある。
【0004】この出口制御方式と入口制御方式の長所、
短所を図6に従って説明する。
【0005】出口制御方式では、エンジン冷却直後の冷
却水温度を検出しているため、例えば図の実線で示すよ
うに、温度センサが冷却水の温度上昇を検知してサーモ
スタットバルブを開弁させても、エンジン内部に高温の
冷却水が残っているためラジエータを循環する冷えた冷
却水がエンジン内部に供給されるまではオーバシュート
を生じ、さらにラジエータを循環した冷えた冷却水を検
出するとアンダシュートが発生して上記サーモスタット
バルブを閉弁してしまうため制御ハンチングが生じるな
ど制御性に問題がある反面、構造が簡単で注水性が良い
という利点がある。
【0006】一方、入口制御方式では、冷却水温が上昇
してサーモスタットバルブが開弁すると、ラジエータを
循環した冷却水がこのサーモスタットバルブを介してエ
ンジン内部へ供給されるため、このラジエータを循環し
た冷却水温度が低ければサーモスタットバルブは再び閉
弁するので、図の一点鎖線で示すように冷却水温を目標
温度にスムーズに近付けることができて制御性が良い反
面、サーモスタットバルブの開閉により、エンジン入口
側に配設したウォーターポンプにかかる圧力が大きく変
動しやすくキャビティションを誘発する恐れがあるばか
りか、注水性が悪い問題がある。
【0007】また、上記両制御方式の長所を取入れたも
のとして、例えば特開昭57−176317号公報に開
示されているように、エンジン入口側に冷却水温検出手
段を臨ませ、この冷却水温検出手段で検出した冷却水温
に基づきエンジン出口側に介装した制御バルブを開閉さ
せて冷却水温を制御するものがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
理想的な冷却状態は運転領域ごとに相違しており、この
冷却状態を適性に保つことはエンジンの運転性能、燃
費、耐久性などの点から重要である。しかし、従来のサ
ーモスタットバルブの温度センサとしてワックスなどを
用いるものでは、冷却水温に対する制御応答性が緩慢で
あるため緻密な温度管理をすることができないばかり
か、冷却水の受熱量を一定するために動作するのみであ
るため冷却水温度を運転条件に応じて適性に設定するこ
とができない。また、温度設定を複数段に設定するため
には少なくとも2系統の冷却システムを必要とするため
構造が複雑化して製品コストの高騰を招く問題がある。
【0009】一方、上記先行技術に開示されているよう
に冷却水温検出手段で検出した冷却水温度を制御装置で
設定した目標冷却水温と比較して制御バルブの開閉を制
御するものでは、目標冷却水温を運転領域ごとに可変設
定することで緻密な温度管理を実現することが可能では
あるが、エンジン入口側の冷却水温度に基づいてのみ温
度管理しているため、冷却水温の急激な上昇に対して対
処することができず応答性に問題がある。
【0010】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、応答性が良く、簡単な構造でコストの高騰を抑制す
ることができるばかりでなく、運転領域に応じた緻密な
温度制御を行うことができ、そのうえ、冷却水温の急激
な温度上昇に対しても充分対処することのできるエンジ
ンの冷却水温度制御方法を提供することを目的としてい
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
本発明によるエンジンの冷却水温度制御方法は、エンジ
ン負荷に基づきエンジン出口側上限冷却水温を設定する
手順と、冷却水通路のエンジン出口側に配設した出口側
冷却水温検出手段で検出した出口側冷却水温と上記エン
ジン出口側上限冷却水温とを比較し上記出口側冷却水温
が高い場合、ラジエータへ流通する冷却水流量を制御す
る制御バルブに対して開弁信号を出力する手順と、上記
出口側冷却水温と上記エンジン出口側上限冷却水温とを
比較し上記出口側冷却水温が低い場合、エンジン入口側
目標冷却水温をエンジン負荷に基づき設定する手順と、
冷却水通路のエンジン入口側に配設した入口側冷却水温
検出手段で検出した入口側冷却水温と上記エンジン入口
側目標冷却水温とを比較し上記入口側冷却水温が高い場
合、上記制御バルブに対して開弁信号を出力する手順
と、上記入口側冷却水温と上記エンジン入口側目標冷却
水温とを比較し上記入口側冷却水温が低い場合、上記制
御バルブに対して閉弁信号を出力する手順とを備えてい
るものである。
【0012】
【作 用】本発明では、冷却水温検出手段をエンジン入
口側とエンジン出口側との双方に配設し、出口側冷却水
温検出手段で検出した冷却水温が、エンジン負荷に基づ
き設定したエンジン出口側上限冷却水温以下の場合に
は、入口側冷却水温検出手段で検出した冷却水温と、エ
ンジン負荷に基づいて設定したエンジン入口側目標冷却
水温との比較において制御バルブの開閉を制御する。
【0013】一方、出口側冷却水温度が上記エンジン出
口側上限冷却水温よりも高くなった場合には、入口側冷
却水温度に拘りなく上記制御バルブを直ちに開弁して冷
却水をラジエータへ導く。
【0014】このように、通常は入口側制御で冷却水温
を管理しているため制御性が良い。また、冷却水の制御
温度をエンジン負荷に応じて設定しているため、エンジ
ンの理想的な冷却状態を運転領域ごとに適性に保つこと
ができ、エンジンの運転性能、燃費などを向上させるこ
とができる。
【0015】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【0016】図1〜図5は本発明の一実施例を示し、図
1は冷却水温度制御手順を示すフローチャート、図2は
制御マップの領域を示す概念図、図3は出口側上限冷却
水温マップの概念図、図4は入口側目標冷却水温マップ
の概念図、図5はエンジン冷却システムの概念図であ
る。
【0017】図5の符号1はエンジン本体で、このエン
ジン本体1のウォータジャケット(図示せず)に、ラジ
エータ2を循環する冷却水通路3が接続されている。さ
らに、この冷却水通路3のエンジン入口側3aに冷却水
温検出手段の一例である入口側水温センサ4aが臨まさ
れ、またエンジン出口側3bに冷却水温検出手段の一例
である出口側水温センサ4bが臨まされている。
【0018】さらに、上記冷却水通路3の上記入口側水
温センサ4aのやや上流側にウォータポンプ5が介装さ
れている。また、上記冷却水通路3の上記出口側水温セ
ンサ4bの下流側に制御バルブ6が介装されている。な
お、この制御バルブ6は電磁弁あるいは電磁弁で油圧を
コントロールする油圧弁などである。
【0019】さらに、この冷却水通路3の上記ウォータ
ポンプ5の上流側と、上記出口側水温センサ4b、上記
制御バルブ6間とがバイパス通路7を介して連通されて
いる。また、このバイパス通路7にヒータ通路8が連通
され、このヒータ通路8にヒータコア9が介装されてい
る。
【0020】一方、符号11は制御装置(ECU)で、
このECU11の入力側に、上記両水温センサ4a,4
b、上記エンジン本体1に併設する回転数センサ12、
スロットルバルブ13に連設するスロットル開度センサ
14、および、図示しないインストルメントパネルなど
に配設したヒータスイッチ15が接続されている。さら
に、このECU11の出力側が上記制御バルブ6に接続
されている。
【0021】上記ECU11では、上記各センサ4a,
4b,12,14,および、ヒータスイッチ15からの
出力信号に基づき、上記制御バルブ6の開閉動作を制御
する。 この制御バルブ6が閉弁すると、冷却水はウォ
ータポンプ5→エンジン本体1→バイパス通路7(ヒー
タ通路8を含む)→(ウォータポンプ5)を循環し、ま
た、この制御バルブ6が開弁すると、冷却水はウォータ
ポンプ5→エンジン本体1→制御バルブ6→ラジエータ
2→(ウォータポンプ5)を循環する。
【0022】(作 用)次に、上記ECU11による冷
却水温度制御手順について図1のフローチャートにした
がって説明する。
【0023】このフローチャートは所定時間ごとに実行
されるもので、まず、ステップ(以下「S」と略称)1
01で、ヒータスイッチ15がONかOFFかを判断
し、ONの場合ヒータ制御を実行するためS102へ進
み、OFFの場合S103へ進む(ヒータ制御について
は後述する)。
【0024】S103へ進むと、まず、スロットル開度
センサ14の出力信号から求めたスロットル開度θTHを
読込み、S104で回転数センサ12の出力信号から求
めたエンジン回転数Ne を読込む。次いで、S105で
上記スロットル開度θTH、エンジン回転数Ne をパラメ
ータとして制御マップの負荷領域を特定する。
【0025】図2に示すように、上記制御マップはスロ
ットル開度θTHとエンジン回転数Ne との格子で構成さ
れた三次元マップであり、この制御マップの格子点を検
索することでエンジンが低負荷運転領域か高負荷運転領
域かを判断する。
【0026】その後、S106で出口側冷却水制御を行
うべく、上記制御マップで特定した負荷領域に対応する
出口側冷却水温TW0 を出口側冷却水温マップMPTW0
を参照して設定する。図3に示すように、この出口側上
限冷却水温マップMPTW0 は上記制御マップと同一のパ
ラメータに基づいて同一負荷領域が特定されている。な
お、図においては、出口側上限冷却水温TW0 を低負荷
領域では95℃、高負荷領域では70℃に設定されてい
る。
【0027】次いで、S107で出口側冷却水温センサ
4bの出力信号から求めた出口側冷却水温TWout を読
込み、S108で、上記出口側上限冷却水温TW0 と出
口側冷却水温TWout とを比較する。
【0028】TW0 >TWout の場合、出口側冷却水温
TWout が出口側上限冷却水温TW0 より低いので、入
口側冷却水制御を行うべくS109へ進む。また、TW
0 ≦TWout の場合、出口側冷却水温TWout が出口側
上限冷却水温TW0 を越えているため冷却水をラジエー
タ2側へ循環させるべくS110へ進み、制御バルブ6
に開弁信号を出力してS101へ戻る。
【0029】S109では、上記制御マップ(図2参
照)で特定した負荷領域に対応する入口側目標冷却水温
TW1 を入口側目標冷却水温マップMPTW1 を参照して
設定する。図4に示すように、この入口側目標冷却水温
マップMPTW1 は上記制御マップと同一のパラメータに
基づいて同一負荷領域が特定されている。なお、図にお
いては、入口側目標冷却水温TW1 を低負荷領域では9
0℃、高負荷領域では60℃に設定されている。
【0030】そして、S111で、入口側冷却水温セン
サ4aの出力信号から求めた入口側冷却水温TWinを読
込み、S112で、上記入口側目標冷却水温TW1 と入
口側冷却水温TWinとを比較する。
【0031】TW1 >TWinの場合、入口側冷却水温T
Winが入口側目標冷却水温TW1 より低いので、冷却水
をパイパス通路8を循環させるべくS113へ進み、制
御バルブ6に閉弁信号を出力してS101へ戻る。ま
た、TW1 ≦TWinの場合、入口側冷却水温TWinが入
口側目標冷却水温TW1 を越えているため冷却水をラジ
エータ2側へ循環させるべくS110へ進み、制御バル
ブ6に開弁信号を出力してS101へ戻る。
【0032】このように、低負荷運転時の出口側上限冷
却水温TW0 と入口側目標冷却水温TW1 とを、高負荷
運転時の出口側上限冷却水温TW0 と入口側目標冷却水
温TW1 に比しそれぞれ高く設定することで、燃焼室の
壁面温度が高くなり気化が促進され、エンジン出力が向
上するばかりか、オイルの粘性抵抗が減りフリクション
の低下により燃費が向上する。
【0033】これに対し、高負荷運転時の出口側上限冷
却水温TW0 と入口側目標冷却水温TW1 とを、低負荷
運転時の出口側上限冷却水温TW0 と入口側目標冷却水
温TW1 に比しそれぞれ低く設定することで、燃焼室の
壁面温度を低くして気筒内の充填効率を良くし、しかも
プレイグニッションを回避することができるばかりか良
好なMBT進角(MinimumSparkAdvance for Best
Torque )を得ることができる。
【0034】:ヒータ制御:一方、上記S101でヒー
タスイッチ15がONと判断されてS102へ進むと、
出口側冷却水温TWout を読込み、S114でヒータ用
出口側上限冷却水温TW2 (例えば100℃)とを比較
し、TWout >TW2 の場合、出口側冷却水温TWout
がヒータ用出口側上限冷却水温TW2 を越えているため
冷却水をラジエータ2側へ循環させるべくS110へ進
み、制御バルブ6に開弁信号を出力してS101へ戻
る。
【0035】また、TWout ≦TW2 の場合、入口側冷
却水制御を行うべくS115へ進み入口側冷却水温TW
inを読込み、S116で、ヒータ用入口側目標冷却水温
TW3 (例えば95℃)と入口側冷却水温TWinとを比
較する。
【0036】TW3 >TWinの場合、入口側冷却水温T
Winがヒータ用入口側目標冷却水温TW3 より低いの
で、冷却水をバイパス通路8を循環させるべくS113
へ進み、制御バルブ6に閉弁信号を出力してS101へ
戻る。また、TW3 ≦TWinの場合、入口側冷却水温T
Winがヒータ用入口側目標冷却水温TW3 を越えている
ため冷却水をラジエータ2側へ循環させるべくS110
へ進み、制御バルブ6に開弁信号を出力してS101へ
戻る。
【0037】このように、ヒータ用出口側上限冷却水温
TW2 とヒータ用入口側目標冷却水温TW3 とが高めに
設定されているため、充分な暖房性能を得ることができ
る。
【0038】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
冷却水温検出手段をエンジン入口側とエンジン出口側と
の双方に配設し、出口側冷却水温検出手段で検出した冷
却水温が、エンジン負荷に基づき設定した出口側上限冷
却水温以下の場合には、入口側冷却水温検出手段で検出
した冷却水温と、エンジン負荷に基づいて設定した入口
側目標冷却水温との比較において制御バルブの開閉を制
御するようにしたので、制御性が良い。
【0039】また、冷却水の制御温度をエンジン負荷と
エンジン回転数に基づいて設定しているため、エンジン
の理想的な冷却状態を運転領域ごとに適性に保つことが
でき、エンジンの運転性能、燃費などが向上する。
【0040】一方、出口側冷却水温度が上記出口側上限
冷却水温よりも高くなった場合には、入口側冷却水温度
に拘りなく上記制御バルブを直ちに開弁して冷却水をラ
ジエータへ導くようにしたので、応答性が良く、耐久性
が向上する。
【0041】さらに、構造が簡単であるためコストの高
騰を抑制することができ、そのうえエンジン負荷に応じ
て冷却水温を可変設定しているので、運転領域に応じた
緻密な温度制御を行うことができ、冷却水温の急激な温
度上昇に対しても充分対処することができるなど優れた
効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷却水温度制御手順を示すフローチャート
【図2】制御マップの領域を示す概念図
【図3】出口側上限冷却水温マップの概念図
【図4】入口側目標冷却水温マップの概念図
【図5】エンジン冷却システムの概念図
【図6】従来の入口側冷却水温度制御と出口側冷却水温
制御とを示す特性図
【符号の説明】
2 …ラジエータ 3 …冷却水通路 3a…エンジン入口側 3b…エンジン出口側 4a…入口側冷却水温検出手段 4b…出口側冷却水温検出手段 6 …制御バルブ TW1 …エンジン入口側目標冷却水温 TW0 …エンジン出口側上限冷却水温 TWin …入口側冷却水温 TWout …出口側冷却水温

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジン負荷に基づきエンジン出口側上
    限冷却水温を設定する手順と、 冷却水通路のエンジン出口側に配設した出口側冷却水温
    検出手段で検出した出口側冷却水温と上記エンジン出口
    側上限冷却水温とを比較し、上記出口側冷却水温が高い
    場合、ラジエータへ流通する冷却水流量を制御する制御
    バルブに対して開弁信号を出力する手順と、 上記出口側冷却水温と上記エンジン出口側上限冷却水温
    とを比較し、上記出口側冷却水温が低い場合、エンジン
    入口側目標冷却水温をエンジン負荷に基づき設定する手
    順と、 冷却水通路のエンジン入口側に配設した入口側冷却水温
    検出手段で検出した入口側冷却水温と上記エンジン入口
    側目標冷却水温とを比較し、上記入口側冷却水温が高い
    場合、上記制御バルブに対して開弁信号を出力する手順
    と、 上記入口側冷却水温と上記エンジン入口側目標冷却水温
    とを比較し、上記入口側冷却水温が低い場合、上記制御
    バルブに対して閉弁信号を出力する手順とを備えること
    を特徴とするエンジンの冷却水温度制御方法。
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