JP3266851B2 - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用エ
ンジン等の内燃機関を冷却するための冷却制御装置に関
し、特に内燃機関内に循環させる冷却媒体の流量を、加
熱用ヒータが具備されたサーモエレメントにより駆動さ
れるバタフライバルブによって制御することで、温度制
御の応答性並びに制御精度を改善することができるよう
にした冷却制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に使用される内燃機関（以下エ
ンジンと称する）においては、これを冷却するために一
般にラジエータを用いる水冷式の冷却装置が使用されて
いる。この種の冷却装置においては、冷却水の温度を制
御するために冷却水の温度変化に感応する熱膨張体とし
てワックスを用いたサーモスタットが用いられており、
これによりラジエータ側への冷却水の循環量を制御する
ように構成されている。

【０００３】図１１は、サーモスタットを用いたエンジ
ンの冷却水路の構成を示したものであり、符号１はシリ
ンダブロック１ａおよびシリンダヘッド１ｂより構成さ
れたエンジンであり、このエンジン１のシリンダブロッ
ク１ａおよびシリンダヘッド１ｂ内には矢印ｃで示した
流体通路が形成されている。また符号２は熱交換器、す
なわちラジエータを示し、このラジエータ２には周知の
とおり流体通路２ｃが形成されており、ラジエータ２の
冷却水流入口２ａおよび冷却水流出口２ｂは、前記エン
ジン１との間で冷却水を循環させる冷却水路３に接続さ
れている。

【０００４】冷却水路３は、エンジン１の上部に設けら
れた冷却水の流出口１ｄからラジエータ２の上部に設け
られた冷却水の流入口２ａまで連通する流出側冷却水路
３ａと、ラジエータ２の下部に設けられた冷却水の流出
口２ｂからエンジン１の下部に設けられた冷却水の流入
口１ｅまで連通する流入側冷却水路３ｂと、両冷却水路
３ａ，３ｂの途中部位を接続するバイパス水路３ｃより
構成されている。また、冷却水路３における流出側冷却
水路３ａとバイパス水路３ｃの分岐部には、サーモスタ
ット４が配置されている。このサーモスタット４は、冷
却水温の変化により膨張、収縮する熱膨張体（例えばワ
ックス）を内蔵していて、冷却水温が高いとき（例えば
８０℃以上の場合）には、前記熱膨張体の膨張によって
ポペット弁を開き、エンジン１の流出口１ｄから流出す
る冷却水を流出側冷却水路３ａを通してラジエータ２に
流入できるようにし、ラジエータ２で放熱されて低い温
度となった冷却水が流出口２ｂから流出して流入側冷却
水路３ｂを通り、エンジン１の流入口１ｅからエンジン
１内に流れ込むように構成されている。

【０００５】また、冷却水温が低いときには熱膨張体の
収縮によってサーモスタット４のポペット弁は閉じら
れ、エンジン１の流出口１ｄから流出した冷却水は、バ
イパス水路３ｃを通してエンジン１の流入口１ｅよりエ
ンジン１内の冷却通路ｃに流れ込むようにされている。
なお、図１１において符号５はエンジン１の流入口１ｅ
部分に配置されたウォーターポンプであり、エンジン１
の図示しないクランクシャフトの回転により回転軸が回
転されて冷却水を強制的に循環させるものである。ま
た、符号６はラジエータ２に強制的に冷却風を取り入れ
るためのファンユニットであり、冷却ファン６ａと、こ
れを回転駆動するファンモータ６ｂより構成されてい
る。

【０００６】前記したようなサーモスタットによる開弁
および閉弁作用は冷却水の温度により決定されるもので
あり、しかもワックス等の熱膨張体による膨張、収縮作
用によるものであるため、開弁時の温度および閉弁時の
温度が一定ではない。すなわちワックス等の熱膨張体は
冷却水の温度変化を受けてから弁が動作するまでにしば
らくの時間を要するものであり、特に温度上昇時に比較
して温度下降時の応答性が悪く、いわゆるヒステリシス
特性を有している。このために、冷却水の温度が常に上
下するハンチング現象が発生するという技術的課題を有
している。

【０００７】そこで、ワックス等の熱膨張体による開弁
および閉弁作用を利用せず、電気的に冷却水の流量を制
御するようにしたものも提案されている。これは、例え
ばステッピングモータによりバタフライバルブの回転角
を制御するものである。この場合、図１１におけるサー
モスタット４が除かれ、サーモスタット４の代りに例え
ばバタフライバルブを備えたバルブユニット７が図１１
に破線で示すように流出側冷却水路３ａに配置される。
そして、エンジンより検出される各種の運転パラメータ
を取り込む制御ユニット（ＥＣＵ）からの制御信号に応
じて、バタフライバルブを回動させるステッピングモー
タ（図示せず）を駆動し、ラジエータ側への冷却水の流
量を制御するように構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うなＥＣＵからの制御信号を受けて、ステッピングモー
タによりバルブユニット７を制御する構成においては、
図には示されていないものの、バタフライバルブを回転
駆動するステッピングモータはもとより、弁の開閉度合
いを検出する開度センサなども必須となる場合がある。
そして、この開度センサの情報をＥＣＵに帰還させてス
テッピングモータを駆動するなどの複雑な制御構成を採
用せざるを得ず、このために価格的にも高価なものとな
る。

【０００９】本発明は、このような技術的課題を解決す
るために成されたものであり、ワックス等の熱膨張体を
封入したサーモエレメントによりバタフライ弁の開弁度
合いを制御すると共に、さらにサーモエレメントをヒー
タによって強制的に熱応動させるように構成したことを
特徴とするものである。これにより、低コストで冷却水
の温度制御の応答性並びに制御精度を改善することがで
きる冷却制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ためになされた本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置
は、内燃機関内に形成された流体通路と熱交換器に形成
された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前
記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機
関において発生する熱を前記熱交換器によって放熱させ
るように構成した内燃機関の冷却制御装置であって、前
記内燃機関と熱交換器間の循環路における冷却媒体の流
量をその開弁度合いに応じて制御するバタフライバルブ
と、前記バタフライバルブの開弁度合いを温度変化に感
応して制御すると共に、加熱用のヒータが具備されたサ
ーモエレメントと、少なくとも前記冷却媒体の温度情報
に基づいて、前記サーモエレメントに具備されたヒータ
に供給する加熱用の電力量を制御するための制御信号を
発生する制御ユニットより構成される。

【００１１】この場合、好ましくは前記制御ユニット
は、さらに熱交換器を強制冷却するためのファンモータ
の駆動を制御するための制御信号を発生するように構成
される。そして前記制御ユニットには、内燃機関の回転
数、エンジン負荷情報がさらに加えられるように構成さ
れ、サーモエレメントに具備された前記ヒータに供給す
る加熱用電力量の制御および／またはファンモータの駆
動制御を実行するように構成される。

【００１２】また好ましい実施の形態においては、サー
モエレメントに具備された前記ヒータに供給する加熱用
電力量の制御信号およびファンモータの駆動制御信号
は、ＰＷＭ信号によりなされ、ＰＷＭ信号のデューティ
値を変更することで供給電力量を制御するように構成さ
れる。

【００１３】一方、前記サーモエレメントは冷却媒体と
熱接触できるように配置され、前記冷却媒体の温度と前
記制御ユニットにより供給される電力に応じた加熱用ヒ
ータの発熱とに感応して前記バタフライバルブの開弁度
合いを制御するように構成される。または、前記サーモ
エレメントが冷却媒体に対して熱的に絶縁されるように
配置され、前記制御ユニットにより供給される電力に応
じた加熱用ヒータの発熱に感応して前記バタフライバル
ブの開弁度合いを制御するように構成する場合もある。

【００１４】そして好ましくは、前記サーモエレメント
には、冷却媒体の温度および／または加熱用ヒータの発
熱に感応するワックスを封入したワックスエレメント
と、このワックスエレメント内のワックスの膨張作用に
伴いワックスエレメントより突出するピストン部材と、
このピストン部材の突出に伴い支持軸に対して回転運動
を行うカム部材とが具備され、前記カム部材の回転運動
に伴って前記バタフライバルブの開度を変更できるよう
に構成される。

【００１５】以上のように構成された冷却制御装置によ
ると、内燃機関と熱交換器間の循環路における冷却媒体
の流量がバタフライバルブの開弁度合いによって調節さ
れ、冷却媒体は最適な温度に調整制御される。そして前
記バタフライバルブは加熱用のヒータが具備されたサー
モエレメントにより開弁状態が調節されるようになされ
るため、内燃機関の運転状態に応じて前記加熱用ヒータ
へ供給する電力量を調整することで、バタフライバルブ
の開度を制御することが可能である。しかも、前記バタ
フライバルブは周知のとおり、支持軸を中心として回動
させることで流量を調整することが可能であり、また冷
却媒体の圧力に殆ど影響を受けずに開閉することができ
る。したがって、冷却媒体の流量の調整に要する回動ト
ルクはきわめて小さなもので済むという特質を有してい
る。

【００１６】よって、熱膨張体としてワックスを用い、
ポペット弁の開閉を制御する従来の冷却制御装置に比較
して遥かに小さな駆動力で、弁を開閉制御することが可
能となり、機械的なストレスを受ける要素も少なく、寿
命および信頼性を向上させることができ、また小型化を
図ることもできる。また、ステッピングモータによって
バタフライバルブの開度を制御する従来の冷却装置に比
較しても、その構成を簡素化することが可能となり、装
置全体のコストを低減することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる内燃機関の
冷却制御装置について、図に示した実施の形態に基づい
て説明する。図１は自動車用エンジンの冷却制御装置に
適用した全体構成を示したものである。なお図１におい
て、図１１に示した従来の構成に相当する部分はそれぞ
れ同一符号で示しており、したがって個々の構成および
作用の説明は適宜省略する。図１に示すように、内燃機
関としてのエンジン１の上部に設けられた冷却水の流出
口１ｄと、熱交換器としてのラジエータ２の上部に設け
られた冷却水の流入口２ａとの間に配置された流出側冷
却水路３ａには、流量制御ユニット１１が介在されてい
る。これにより、流量制御ユニット１１を含んだ形で冷
却媒体、すなわち冷却水の循環路１２が形成されてい
る。

【００１８】また、前記エンジン１における冷却水の流
出口１ｄには、例えばサーミスタ等の温度センサ１３が
配置されている。この温度センサ１３による検出値は、
変換器１４によって制御ユニット（以下ＥＣＵと称す
る）１５が認識可能なデータに変換され、エンジン全体
の運転状態を制御する前記ＥＣＵ１５に供給されるよう
に構成されている。また、図１に示す実施の形態におい
ては、エンジン１のスロットルバルブ１６の開度を検出
するスロットル開度センサ１７からの開度情報もＥＣＵ
１５に供給されるように構成されている。さらに、図示
していないが前記ＥＣＵ１５には、他にエンジンの回転
数Ｎ、吸入空気の負圧Ｐなどの情報も供給されるように
構成されている。

【００１９】一方、ＥＣＵ１５からは後述するＰＴＣ駆
動回路１８に対してＰＴＣヒータ加熱制御用のＰＷＭ信
号が供給されるように構成されており、またＥＣＵ１５
からは後述するファンモータ駆動回路１９に対して、フ
ァンモータ駆動制御用のＰＷＭ信号が供給されるように
も構成されている。このＰＴＣ駆動回路１８並びにファ
ンモータ駆動回路１９は、バッテリー２０から供給され
る電流をそれぞれＰＷＭ信号によって制御し、流量制御
ユニット１１に具備された後述するＰＴＣヒータ、並び
にファンモータに対して制御電流（電力）が供給される
ように構成されている。

【００２０】図２は、前記流量制御ユニット１１の第１
の構成を断面状態で示したものである。この流量制御ユ
ニット１１には、エンジン側に接続される筒体部３１が
具備されている。この筒体部３１の内底部には、その中
央部に支持軸３２が配置され、この支持軸３２によって
回転可能に支持されたバタフライバルブ３３が配置され
ている。このバタフライバルブ３３は、後述するサーモ
エレメントが非作動の状態においては、前記支持軸３２
に配置された図示せぬリターンスプリングによって図２
（ａ）に示すように閉弁状態となるように構成されてい
る。そして、前記バタフライバルブ３３の閉弁状態にお
いては、筒体部３１の内底部に配置された可撓性物質に
より構成されたバルブシート３４が弁体に接触するよう
に構成されている。

【００２１】このバタフライバルブ３３の弁体は、周知
のとおり円盤状に形成されており、冷却水の流通方向に
対してその平面方向の角度が支持軸３２の回転角により
冷却水の流量が制御されるように成される。すなわち、
冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が９０
度付近で閉弁状態となり、その平面方向の角度が０度付
近で全開状態となる。そして、その中間角度を適宜とる
ことにより、冷却水の流量はほぼリニアに制御される。
前記バタフライバルブ３３の冷却水の流出側、すなわち
ラジエータ側にはサーモエレメント３５が配置されてい
る。図２に示す例においては、このサーモエレメント３
５は冷却水路３ａの冷却水中に配置され、冷却水と熱接
触できるように構成されている。

【００２２】前記サーモエレメント３５には、熱膨張体
としてのワックスを封入した円筒状のワックスエレメン
ト３６が、冷却水中に位置するように配置されている。
そして、ワックスエレメント３６にはワックスの膨張度
合いに応じて上下方向に可動されるように埋設されたピ
ストン部材３７が配置されている。このピストン部材３
７の上部には、このピストン部材３７を囲撓するように
円筒状のリテーナ３８が配置されており、ピストン部材
３７の上昇によりリテーナ３８は、前記支持軸３２に同
軸状に配置されたカム部材３９に当接し、これを支持軸
３２を中心として回動させることができるように構成さ
れている。

【００２３】したがって、ピストン部材３７の作動によ
る前記カム部材３９の回動に伴って、バタフライバルブ
３３は図２（ｂ）に示すように開弁され、冷却水が循環
するようになされる。一方、ワックスエレメント３６を
囲むように正特性サーミスタを発熱体とした環状のＰＴ
Ｃヒータ４０が配置されており、このＰＴＣヒータ４０
の上下には、ＰＴＣヒータ４０に電流を供給するための
それぞれ環状に形成された一対の電極４１，４２が配置
されている。そして、この電極４１，４２には流量制御
ユニット１１の側面に形成されたソケット４３よりリー
ド線を介して電流が供給されるように構成されている。

【００２４】したがって、ソケット４３を介してＰＴＣ
ヒータ４０に通電することにより、前記ワックスエレメ
ント３６を加熱することができる。よって、ワックスエ
レメント３６に封入されたワックスの熱膨張により、前
述したとおりピストン部材３７が上部に突出して、バタ
フライバルブ３３を開弁させることができる。この図２
に示す第１の構成の流量制御ユニット１１によれば、冷
却水の温度並びにＰＴＣヒータに加える電力量に応じて
バタフライバルブ３３の開弁度合いを制御することがで
きる。

【００２５】次に図３は、前記流量制御ユニット１１の
第２の構成を断面状態で示したものである。なお図３に
おいて、図２と同一部分は同一符号で示しており、した
がってその詳細な説明は省略する。この図３に示す流量
制御ユニット１１におけるサーモエレメント３５は、冷
却水に対して熱的に絶縁されるように構成されている。
このためにバタフライバルブ３３の出口側においてサー
モエレメント３５との間で冷却水の熱を遮断する壁体４
４が配置されている。そして、円盤状のＰＴＣヒータ４
０が、円盤状の各電極４１，４２によって挟持されてサ
ーモエレメント３５の下底部に配置されている。なお、
前記壁体４４は合成樹脂等の材料により成形すること
で、熱的な絶縁性をより向上させることができる。

【００２６】ここで、図３はバタフライバルブ３３の閉
弁状態を示しており、ＰＴＣヒータ４０に通電すること
により、ワックスエレメント３６に封入されたワックス
の熱膨張によりピストン部材３７が上部に突出し、図２
（ｂ）に示した場合と同様の作用によりバタフライバル
ブ３３を開弁させることができる。この図３に示す第２
の構成の流量制御ユニット１１によれば、冷却水の温度
に関係なく、ＰＴＣヒータに加える電力量に応じてバタ
フライバルブ３３の開弁度合いを制御させることができ
る。

【００２７】次に図４は、図１に示したＥＣＵ１５の基
本構成を示したものである。このＥＣＵ１５には、各セ
ンサから供給される信号をＥＣＵが認識可能なデジタル
信号等に変換する信号処理部１５ａと、この信号処理部
１５ａにより処理された入力データと、ＲＡＭ等のメモ
リ１５ｃにテーブル形式で格納された後述する各種のデ
ータと比較する比較部１５ｂと、この比較部１５ｂによ
る比較結果を演算処理して制御信号としてのＰＷＭ信号
を出力する信号処理部１５ｄより構成されている。そし
て、信号処理部１５ｄより出力されるＰＷＭ信号は、図
５および図６に示したＰＴＣ駆動回路１８およびファン
モータ駆動回路１９に供給されるように構成されてい
る。

【００２８】図５に示すＰＴＣ駆動回路１８は、ＮＰＮ
型トランジスタ１８ｂにより構成されており、前記信号
処理部１５ｄより出力されるＰＷＭ信号は、ベース入力
抵抗１８ａを介してトランジスタ１８ｂのベースに供給
されるように構成されている。トランジスタ１８ｂのコ
レクタは、前記流量制御ユニット１１に配置されたＰＴ
Ｃヒータ４０を介してバッテリーに接続されており、そ
のエミッタは基準電位点（自動車のボディー）に接続さ
れている。またＰＴＣヒータ４０に対して並列に保護用
のダイオード１８ｃが接続されている。ここで、トラン
ジスタ１８ｂのベースには図５にＰＷＭ１およびＰＷＭ
２として示すように、デューティ（ＤＵＴＹ）値が制御
されたヒータ加熱制御用のパルス信号がＥＣＵ１５より
供給される。したがってトランジスタ１８ｂは、パルス
信号のデューティ値に応じてＰＴＣヒータ４０に対して
電流を流し、これによりＰＴＣヒータ４０の発熱量が制
御される。

【００２９】図６に示すファンモータ駆動回路１９も同
様に、ＮＰＮ型トランジスタ１９ｂにより構成されてお
り、前記信号処理部１５ｄより出力されるＰＷＭ信号
は、ベース入力抵抗１９ａを介してトランジスタ１９ｂ
のベースに供給されるように構成されている。トランジ
スタ１９ｂのコレクタは、ファンモータ６ｂを介してバ
ッテリーに接続されており、そのエミッタは基準電位点
（自動車のボディー）に接続されている。ここで、トラ
ンジスタ１９ｂのベースには、図５にＰＷＭ１およびＰ
ＷＭ２として示したものと同様に、デューティ（ＤＵＴ
Ｙ）値が制御されたファンモータ制御用のパルス信号が
ＥＣＵ１５より供給される。したがってトランジスタ１
９ｂは、パルス信号のデューティ値に応じてファンモー
タ６ｂに対して電流を流し、これによりファンモータ６
ｂの回転数が設定され、ラジエータによる放熱効率を制
御することができる。

【００３０】＜第１の構成の流量制御ユニット（図２）
を用いた場合の作用＞以下、冷却水の温度並びにＰＴＣ
ヒータに加える電力量に応じてバタフライバルブの開弁
度合いが制御される図２に示す第１の構成の流量制御ユ
ニットを用いた場合の作用について、図７に示す制御工
程図に基づいて説明する。なお図７に示す例は、エンジ
ンの冷却水出口温度を所定の範囲内に制御する場合を示
している。これには、先ずエンジンの冷却水出口温度の
目標設定温度Ｔｓが用いられ、工程Ｋ１において前記目
標設定温度Ｔｓと、エンジンの冷却水出口温度を測定す
る温度センサ１３により得られる冷却水温度Ｔｗｏとの
偏差ΔＴ（＝Ｔｗｏ−Ｔｓ）を演算する。

【００３１】そして工程Ｋ２において、前記偏差ΔＴに
応じたサーモエレメント３５による必要なエレメントリ
フト量を演算する。この場合においては、冷却水温度Ｔ
ｗｏと、冷却水の流量（エンジンの回転数に依存）と、
ＰＴＣヒータに通電するためのＰＷＭ信号のデューティ
値によってエレメントリフト量がほぼ決定される。そし
て、これらのパラメータによってＰＴＣヒータに通電す
るためのＰＷＭ信号のデューティ値が決定される。な
お、ＰＷＭ信号のデューティ値を決定する場合において
は、周知のＰＩＤ（追従制御量）の演算が採用される。
これは現実には種々の外乱要素によって前記したパラメ
ータのみによって正確な制御が不可能な場合が多い。そ
こで制御系の時間的な遅れ等を補正するためにＰＷＭ信
号のデューティ値に微小な正負方向の補正を加えるよう
にしている。

【００３２】そして、図５に示したＰＴＣ駆動回路１８
に対してＰＴＣヒータ加熱制御用のＰＷＭ信号が供給さ
れ、これにより工程Ｋ３においてＰＴＣヒータ４０が発
熱し、工程Ｋ５においてサーモエレメントがリフトす
る。この場合、工程Ｋ４においてエレメントリフト量に
ついて、他の要件が加わるがこれは後述する。このエレ
メントリフトによって、工程Ｋ６においてカムを介して
機械的な直線運動が回転運動に変換される。すなわちバ
タフライバルブ３３の支持軸３が回動されることにな
る。このバタフライバルブの支持軸３２には、前記した
とおりリターンスプリングが配置されており、工程Ｋ７
においてリターンスプリングによるリターン（戻り）要
素を含め、工程Ｋ８においてバタフライバルブの開閉動
作が行われることになる。

【００３３】これにより、工程Ｋ９においてラジエータ
に流入する冷却液の流量が変化し、工程Ｋ１１に示すよ
うに、エンジン入口における冷却水の温度が変化するこ
とになる。この場合、工程Ｋ１０において冷却水の温度
変化をもたらす他の要件も加わるがこれは後述する。そ
して工程Ｋ１２において、冷却水はエンジン内を通過
し、この際の熱交換によって温度変化がもたらされエン
ジンの出口温度となる。この時、第１の構成の流量制御
ユニットにおいては、サーモエレメント３５はＰＴＣヒ
ータ４０による加熱作用と冷却水の温度による作用とを
同時に受けてエレメントリフトがなされる。すなわち工
程Ｋ１３に示すようにエンジンの出口温度がサーモエレ
メントに作用し、その熱量（温度と流量）が工程Ｋ４に
おいて、ＰＴＣヒータによる熱量に加えられて、エレメ
ントのリフト量が決定される。また、冷却水のエンジン
出口温度は、工程Ｋ１４に示すように温度センサにより
検出され、その出口温度は前記工程Ｋ１において、目標
目標設定温度Ｔｓに対して負要因として加算され、前記
偏差ΔＴを生成する。

【００３４】一方、前記偏差ΔＴの情報は工程Ｋ１５に
おいて、ラジエータファンを駆動するファンモータの回
転数に対応するＰＷＭ信号のデューティ値を演算させ
る。この場合においても、工程Ｋ２と同様にＰＩＤの演
算が採用される。こうして生成されたファンモータ駆動
用のＰＷＭ信号は、図６に示したファンモータ駆動回路
１９に供給されて、工程Ｋ１６に示すようにラジエータ
ファンの回転数の調整（変化）がなされる。この場合、
工程Ｋ１７に示すように車速による風速の変化、外気温
度の変化の要素が加わり、工程Ｋ１８に示すようにラジ
エータにおける冷却効率が変化する。この冷却効率の要
素は、前記した工程Ｋ１０においてラジエータに流入す
る冷却液の流量の変化要素に加わり、エンジンの入口温
度変化に作用する。

【００３５】＜第２の構成の流量制御ユニット（図３）
を用いた場合の作用＞次に、冷却水の温度に依存せず、
主にＰＴＣヒータに加える電力量に応じてバタフライバ
ルブの開弁度合いが制御される図３に示す第２の構成の
流量制御ユニットを用いた場合の作用について、図８に
示す制御工程図に基づいて説明する。なお図８に示す例
は、前例と同様にエンジンの冷却水出口温度を所定の範
囲内に制御する場合を示している。そして、図８に示す
各工程Ｋ１〜Ｋ１８において、前記した図７に示す工程
と同一の工程はそれぞれ同一の符号で示しており、した
がって重複する説明は省略する。

【００３６】図３に示す第２の構成の流量制御ユニット
においては、前述したようにサーモエレメント３５が冷
却水に対して熱的に絶縁されるように配置されており、
したがって図７に比較すると、Ｋ１３に示す工程が実質
的に削除される。すなわち、エンジンの出口温度がサー
モエレメントに作用する工程が削除される。そして、サ
ーモエレメント３５には外気温度が作用するために、図
８に示すように工程Ｋ４において、ＰＴＣヒータによる
熱量に対して外気温度の要素が加わり、エレメントリフ
ト量が決定されることになる。

【００３７】本発明にかかる冷却装置は、以上説明した
図７または図８に示すような制御工程によって冷却作用
が実行されるが、次に図９および図１０に示す主に前記
ＥＣＵ１５が実行する制御フローについて説明する。な
お、図９および図１０に示す制御フローは、図７および
図８に示す主に制御工程Ｋ１〜Ｋ４およびＫ１５に対応
するものである。そして、第１の構成の流量制御ユニッ
ト（図２）を用いた場合と、第１の構成の流量制御ユニ
ット（図３）を用いた場合とにおいては、その制御フロ
ーに若干の相違があり、それぞれに別けて以下に説明す
る。

【００３８】＜第１の構成の流量制御ユニット（図２）
を用いた場合の制御フロー＞図９に示すようにステップ
Ｓ１において、先ずＥＣＵ１５はサーモエレメントの開
弁開始温度Ｔｏ（７０℃〜８０℃）を読み出し取得す
る。続いてＥＣＵ１５はステップＳ２においてエンジン
回転数Ｎ、エンジン負荷情報としての吸入空気の負圧Ｐ
およびスロットルバルブ１６の開度を検出するスロット
ル開度センサ１７からのスロットル開度θT 、並びに温
度センサ１３による冷却水温Ｔｗを検出する。そしてス
テップＳ３においてＥＣＵは、図４に示すメモリ１５ｃ
に格納されたテーブルより、エンジン回転数Ｎとスロッ
トル開度θT との関係で記述されたエンジン出口におけ
る冷却液の目標設定水温Ｔｓを読み出す。続いてＥＣＵ
は、ステップＳ４において、先にテーブルより読み出し
た目標設定水温Ｔｓと、ステップＳ２において検出した
温度センサ１３による冷却水温Ｔｗとの偏差ΔＴ（＝Ｔ
ｓ−Ｔｗ）を演算する。

【００３９】そして、ＥＣＵはステップＳ５において、
前記ステップＳ１において取得したサーモエレメントに
よる開弁開始温度Ｔｏと、ステップＳ２において検出し
た冷却水温Ｔｗとを用いて、〔Ｔｗ＜Ｔｏ〕であるか否
かの判断を行う。ここで前記条件がＮｏの場合には、ス
テップＳ６に移行する。すなわちこれは冷却水温の実測
値Ｔｗがサーモエレメントによる開弁開始温度Ｔｏに等
しいか、または冷却水温ｗがサーモエレメントによる開
弁開始温度Ｔｏよりも大きい状態を意味する。ステップ
Ｓ６においては、ステップＳ４において演算した偏差Δ
Ｔを用いて、〔ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｗ＜０〕であるか否かの
判断を行う。これがＹｅｓの場合においては、ステップ
Ｓ７に進行する。これは、目標設定水温Ｔｓと実測冷却
水温Ｔｗとが等しいか、または目標設定水温Ｔｓよりも
実測冷却水温Ｔｗが高い場合を意味し、冷却水を早急に
冷やす必要がある場合である。

【００４０】ＥＣＵはステップＳ７において、これを受
けてファンモータ６ｂを駆動するためのＰＷＭ信号の生
成ステップを実行する。すなわち、ステップＳ４におい
て演算した温度偏差ΔＴと、これに対応するＰＷＭ信号
のデューティ値であるＤF （回転数ＮF ）を記述したテ
ーブルよりデューティ値を検索し、これに対応したＰＷ
Ｍ信号を作成する。このＰＷＭ信号は図６に示したファ
ンモータ駆動回路１９に供給され、ファンモータ６ｂが
回転駆動される。続いてステップＳ８およびＳ９におい
て、ＰＴＣヒータに供給する電力を制御するためのＰＷ
Ｍ信号の生成ステップを実行する。すなわち、ステップ
Ｓ８においては、ステップＳ２において取得したエンジ
ン回転数Ｎと、スロットル開度θT との関係から、設定
水温Ｔｓになるようなデューティ値を記述したデューテ
ィ値Ｄｏテーブルよりデューティ値Ｄｏｎを検索する。

【００４１】そして、図１０に示すステップＳ９に移
り、ＰＩＤの演算が実行される。すなわち温度偏差ΔＴ
に対応するＰＴＣヒータ駆動用のＰＷＭ信号の比例デュ
ーティ値を記述したテーブルより比例分デューティ値Ｄ
ｐｎを検索し、また温度偏差ΔＴに対応するＰＴＣヒー
タ駆動用のＰＷＭ信号の積分デューティ値を記述したテ
ーブルより積分デューティ値Ｄｉｎを検索する。続いて
ステップＳ１０において、すでにステップＳ８において
得たデューティ値Ｄｏｎと、ステップＳ９において検索
した比例分デューティ値Ｄｐｎ、および積分デューティ
値ＤｉｎとによりＰＴＣ駆動パルスのデューティ値Ｄ
を、〔Ｄ＝Ｄｏｎ±（Ｄｐｎ＋Ｄｉｎ）〕の演算を実行
することで求める。そして、ステップＳ１１において図
５に示したＰＴＣ駆動回路１８に対してデューティ値Ｄ
のＰＷＭ信号を供給する。したがって前記デューティ値
Ｄにより制御された電流がＰＴＣヒータ４０に加えら
れ、サーモエレメント３５はその電流量（電力量）に応
じて発熱し、ステップＳ１１においてサーモエレメント
３５のリフト量ΔＬH が決定される。

【００４２】一方、図２に示す第１の構成の流量制御ユ
ニットを用いた場合においては、サーモエレメント３５
は冷却水温に感応し、以上のステップによる作用と並行
して冷却水温によりリフト量が制御される。図９の符号
Ｅに続く図１０に示すステップＳ１３において、冷却水
温Ｔｗによるサーモエレメントリフト量ΔＬｗが作用
し、これが前記ステップＳ１１においてなされたサーモ
エレメント３５のリフト量にΔＬH に加算される。すな
わちステップＳ１４に示すように、サーモエレメント合
成リフト量ΔＬは、ΔＬ＝ΔＬH ＋ΔＬｗとされる。

【００４３】この合成リフト量ΔＬに基づいて、ステッ
プＳ１５においてバタフライバルブ３３は回転駆動さ
れ、バタフライバルブの開度がθｖとされる。そしてス
テップＳ１５から図９に示す符号Ｄを介してステップＳ
２にリターンされ、このフローが循環して実行される。
こうしてステップＳ１６に示すように冷却水の流量が制
御され、終局的に冷却水の出口温度が目標設定水温Ｔｓ
に収束するように制御される。以上の説明は、ステップ
Ｓ６において冷却水温が所定よりも高い状態において、
これを冷却する必要がある場合についての制御フローを
示している。

【００４４】次に前記した状態以外の場合における制御
フローについて説明する。すなわち、ステップＳ６にお
ける判定がＮｏの場合、すなわち目標設定水温Ｔｓに対
して実測冷却水温度Ｔｗが低い場合においては、ステッ
プＳ１７のルーチンに入る。このステップＳ１７におい
ては、ラジエータファンを駆動するモータがＯＦＦとさ
れ、続いてステップＳ１８においてＰＴＣヒータに加え
る電流を制御するＰＷＭ信号のデューティ値は“０”と
される。すなわちこの場合には図９および図１０に示す
符号Ｂを経由してステップＳ１１に移り、ＰＴＣヒータ
４０に加わる電流は遮断状態とされる。したがってラジ
エータファン６ｂの停止と共に、ＰＴＣヒータ４０の発
熱も停止してバタフライバルブ３３は閉弁方向に付勢さ
れる。これにより実測冷却水温度Ｔｗが目標設定水温Ｔ
ｓを越えるまでは、放熱効率を低下させて冷却水温の早
急な上昇を図るように作用する。

【００４５】また、ステップＳ５において冷却水温の実
測値Ｔｗがサーモエレメントによる開弁開始温度Ｔｏよ
り低い場合、すなわち判定がＹｅｓの場合には、ステッ
プＳ１９に示すルーチンに入り、ＰＴＣヒータに加える
電流を制御するＰＷＭ信号のデューティ値は“０”とさ
れる。この場合においても図９および図１０に示す符号
Ｃを経由してステップＳ１１に移り、ＰＴＣヒータ４０
に加わる電流は遮断状態とされる。したがってＰＴＣヒ
ータの発熱は停止状態とされ、冷却水温の早急な上昇を
図るように作用する。

【００４６】＜第２の構成の流量制御ユニット（図３）
を用いた場合の制御フロー＞次に冷却水の温度に依存せ
ず、主にＰＴＣヒータに加える電力量に応じてバタフラ
イバルブの開弁度合いを制御することができる図３に示
す第２の構成の流量制御ユニットを用いた場合の制御フ
ローについて説明する。この場合においては、図９およ
び図１０に示すフローチャートにおいて、符号Ｅで結ば
れるルーチンが実質的に削除される。すなわち、ステッ
プＳ１３における冷却水温Ｔｗによるサーモエレメント
のリフト量ΔＬｗは作用せず、専らステップＳ１２に示
したＰＴＣヒータに依存したサーモエレメントのリフト
量ΔＬHのみの制御となる。

【００４７】以上のように、実施の形態に示した冷却制
御装置によると、エンジンの回転数および負荷情報（ス
ロットル開度θT ) 等のパラメータより目標設定水温を
導き、目標設定水温に対する冷却水温の偏差を演算して
サーモエレメントを加熱するＰＴＣヒータへの電流の供
給量を制御するようになされる。この結果、バタフライ
バルブの開弁状態が制御され、冷却水の放熱効率が変更
される。加えてファンモータの回転制御をも行うように
なされるため、常に最適なエンジンの運転温度を確保す
ることができる。

【００４８】なお、図９および図１０に示したフローチ
ャートにおいては、それぞれのデータが格納されたテー
ブルを構築し、このテーブルより必要なデータを読み出
すように説明しているが、特にテーブル形式にデータを
格納する必要はなく、これらは演算処理によって導出す
るように構成してもよいことは勿論である。また以上
は、本発明の冷却制御装置を自動車用エンジンに適用し
た実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこのよう
な特定なものに限られることなく、その他の内燃機関に
適用することで、同様の作用効果を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
かかる内燃機関の冷却制御装置は、バタフライバルをサ
ーモエレメントによって駆動する形態を採用し、サーモ
エレメントを内燃機関の運転パラメータに基づいて加熱
することで、バタフライバルの開度を制御するように構
成した点に特徴を有する。したがって、課題を解決する
ための手段の項で説明したとおり、冷却媒体の流量の調
整を行うための回動トルクをきわめて小さなものとする
ことができるバタフライバルブの特質を利用することが
でき、よって機械的なストレスを受ける要素も少なく、
装置の寿命および信頼性を向上させることができる。さ
らに装置全体の構成を簡素化することが可能となり、こ
れにより装置全体のコストを低減した冷却制御装置を実
現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷却制御装置を自動車用エンジン
に適用した実施の形態を示した構成図である。

【図２】図１に示す装置に用いられる第１の構成の流量
制御ユニットを一部断面状態で示した構成図である。

【図３】図１に示す装置に用いられる第２の構成の流量
制御ユニットを一部断面状態で示した構成図である。

【図４】図１に示すエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の
基本構成を示したブロック図である。

【図５】ＰＴＣヒータを駆動するためのＰＴＣヒータ駆
動回路の構成を示した結線図ある。

【図６】ファンモータを駆動するためのモータ駆動回路
の構成を示した結線図ある。

【図７】図２に示す第１の構成の流量制御ユニットを用
いた場合の制御工程図である。

【図８】図３に示す第２の構成の流量制御ユニットを用
いた場合の制御工程図である。

【図９】ＥＣＵにおいてなされる作用を説明するための
フローチャートである。

【図１０】ＥＣＵにおいてなされる作用を説明するため
の図９に続くフローチャートである。

【図１１】従来の冷却制御装置の例を示した構成図であ
る。

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） ２ ラジエータ（熱交換器） ３ 冷却水路 ５ ウォータポンプ ６ ファンユニット ６ａ 冷却ファン ６ｂ ファンモータ １１ 流量制御ユニット １２ 冷却媒体循環路 １３ 温度検知素子 １５ ＥＣＵ（制御ユニット） １６ スロットルバルブ １８ ＰＴＣ駆動回路 １９ ファンモータ駆動回路 ３２ 支持軸 ３３ バタフライバルブ ３５ サーモエレメント ３６ ワックスエレメント ３７ ピストン部材 ３９ カム部材 ４０ ＰＴＣヒータ ４４ 壁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−183216（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−258916（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−232661（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−25682（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01P 7/16 502 F16K 31/68

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関内に形成された流体通路と熱交
   換器に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を
   形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによ
   って内燃機関において発生する熱を前記熱交換器によっ
   て放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御装置で
   あって、 前記内燃機関と熱交換器間の循環路における冷却媒体の
   流量をその開弁度合いに応じて制御するバタフライバル
   ブと、 前記バタフライバルブの開弁度合いを温度変化に感応し
   て制御すると共に、加熱用のヒータが具備されたサーモ
   エレメントと、 少なくとも前記冷却媒体の温度情報に基づいて、前記サ
   ーモエレメントに具備されたヒータに供給する加熱用の
   電力量を制御するための制御信号を発生する制御ユニッ
   トとを具備し、 前記サーモエレメントが冷却媒体に対して熱的に絶縁さ
   れるように配置され、前記制御ユニットにより供給され
   る電力に応じた加熱用ヒータの発熱に感応して前記バタ
   フライバルブの開弁度合いを制御するように構成したこ
   とを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関内に形成された流体通路と熱交
   換器に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を
   形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによ
   って内燃機関において発生する熱を前記熱交換器によっ
   て放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御装置で
   あって、 前記内燃機関と熱交換器間の循環路における冷却媒体の
   流量をその開弁度合いに応じて制御するバタフライバル
   ブと、 前記バタフライバルブの開弁度合いを温度変化に感応し
   て制御すると共に、加熱用のヒータが具備されたサーモ
   エレメントと、 少なくとも前記冷却媒体の温度情報に基づいて、前記サ
   ーモエレメントに具備されたヒータに供給する加熱用の
   電力量を制御するための制御信号を発生する制御ユニッ
   トとを具備し、 前記サーモエレメントには、冷却媒体の温度および／ま
   たは加熱用ヒータの発熱に感応するワックスを封入した
   ワックスエレメントと、このワックスエレメント内のワ
   ックスの膨張作用に伴いワックスエレメントより突出す
   るピストン部材と、このピストン部材の突出に伴い支持
   軸に対して回転運動を行うカム部材とが具備され、 前記カム部材の回転運動に伴って前記バタフライバルブ
   の開度を変更できるように構成したことを特徴とする内
   燃機関の冷却制御装置。
3. 【請求項３】 前記サーモエレメントが冷却媒体と熱接
   触できるように配置され、前記冷却媒体の温度と前記制
   御ユニットにより供給される電力に応じた加熱用ヒータ
   の発熱とに感応して前記バタフライバルブの開弁度合い
   を制御するように構成したことを特徴とする請求項２記
   載の内燃機関の冷却制御装置。
4. 【請求項４】 内燃機関内に形成された流体通路と熱交
   換器に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を
   形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによ
   って内燃機関において発生する熱を前記熱交換器によっ
   て放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御装置で
   あって、 前記内燃機関と熱交換器間の循環路における冷却媒体の
   流量をその開弁度合いに応じて制御するバタフライバル
   ブと、 前記バタフライバルブの開弁度合いを温度変化に感応し
   て制御すると共に、加熱用のヒータが具備されたサーモ
   エレメントと、 少なくとも前記冷却媒体の温度情報に基づいて、前記サ
   ーモエレメントに具備されたヒータに供給する加熱用の
   電力量を制御するための制御信号を発生する制御ユニッ
   トとを具備し、 前記サーモエレメントには、加熱用ヒータの発熱に感応
   するワックスを封入したワックスエレメントと、このワ
   ックスエレメント内のワックスの膨張作用に伴いワック
   スエレメントより突出するピストン部材と、このピスト
   ン部材の突出に伴い支持軸に対して回転運動を行うカム
   部材とが具備され、前期カム部材の回転運転に伴って前
   記バタフライバルブの開度を変更できるように構成し、 前記サーモエレメントが冷却媒体に対して熱的に絶縁さ
   れるように配置され、前記制御ユニットにより供給され
   る電力に応じた加熱用ヒータの発熱に感応して前記バタ
   フライバルブの開弁度合いを制御するように構成したこ
   とを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御ユニットは、さらに熱交換器を
   強制冷却するためのファンモータの駆動を制御するため
   の制御信号を発生するように構成したことを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれか記載の内燃機関の冷却
   制御装置。
6. 【請求項６】 前記制御ユニットには、内燃機関の回転
   数、エンジン負荷情報がさらに加えられるように構成さ
   れ、サーモエレメントに具備された前記ヒータに供給す
   る加熱用電力量の制御および／またはファンモータの駆
   動制御を実行するように構成したことを特徴とする請求
   項１乃至請求項４のいずれか記載の内燃機関の冷却制御
   装置。