JP3552543B2 - 液冷式内燃機関の冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液冷式内燃機関の冷却装置に関するもので、車両に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
液冷式内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ。)の燃費を向上させる手段として、例えば特開平8−128559号公報に記載のごとく、エンジン負荷が小さいときには、エンジン負荷が大きいときに比べて冷却水の温度を高く維持するという手段が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、冷却水を循環させるポンプは、エンジンから駆動力を得て稼働しているため、エンジン内を循環する冷却水の循環流量は、図9に示すように、エンジン回転数に比例して変化する。
一方、冷却水の温度は、循環流量の減少に応じて上昇するので、エンジン負荷が小さいときには、前述のごとく、冷却水の温度を高くしても良いので、エンジン負荷が小さいときには、ポンプの回転数を低くして循環流量を減少することができる。
【0004】
しかし、エンジンから駆動力を得て稼働するポンプでは、エンジン負荷が小さいときには、本来、循環流量を小さくしてポンプ仕事を小さくすることができるのに、エンジン負荷に応じて循環流量を変化させることができないので、不必要なポンプ仕事が増大する。
本発明は、上記点に鑑み、不必要なポンプ仕事の低減を図ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項1に記載の発明では、冷却液循環用ポンプ(500)の回転数を、ポンプ(500)の吐出流量が目標吐出流量となるように制御する電子制御装置(600)を有し、
電子制御装置(600)は、液冷式内燃機関(100)の出口側冷却液温度と入口側冷却液温度との差が液冷式内燃機関(100)の回転数に基づいた所定温度差(ΔT)となるように前記液冷式内燃機関(100)の回転数と前記内燃機関(100)の負荷に基づいて前記目標吐出流量を決定することを特徴とする。
【0006】
これにより、後述するように、液冷式内燃機関(100)の負荷が小さくなるほど、循環させる流量が小さくなるので、不必要なポンプ仕事の低減を図ることができる。
また、入口側と出口側との温度差が所定温度差(ΔT)となるように冷却液を循環させるので、液冷式内燃機関(100)の温度分布が大きく変化することを防止できる。したがって、液冷式内燃機関(100)の熱歪みを防止することができるので、燃費の向上を図りつつ、液冷式内燃機関(100)の耐久性を向上させることができる。
【0007】
請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の液冷式内燃機関の冷却装置において、前記所定温度差(ΔT)は、具体的には液冷式内燃機関(100)の回転数が低くなる程大きくなるように決定すればよい。
【0008】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は本発明に係る液冷式内燃機関の冷却装置を車両走行用の水冷式エンジン(液冷式内燃機関)に適用したものであり、図1は本実施形態に係る冷却装置の模式図である。
【0010】
図1中、200は水冷式エンジン(以下、エンジン略す。)100内を循環する冷却水(冷却液)を冷却するラジエータであり、210はラジエータ200に冷却水を循環させるラジエータ回路である。
300は、エンジン100から流出する冷却水をラジエータ200を迂回させてラジエータ回路210のうちラジエータ200の流出口側に冷却水を導くバイパス回路である。そして、バイパス回路300とラジエータ回路210との合流部位220には、ラジエータ回路210を流通する冷却水の流量(以下、この流量をラジエータ流量Vr と呼ぶ。)と、バイパス回路300を流通する冷却水の流量(以下、この流量をバイパス流量Vb と呼ぶ。)とを制御するロータリ式流量制御弁(以下、制御弁と略す。)400が配設されており、この制御弁400より冷却水流れ下流側(エンジン100側)には、エンジン100と独立して稼働して冷却水を循環させる電動ポンプ(以下、ポンプと略す。)500が配設されている。
【0011】
ここで、制御弁400の概略構造について述べておく。
制御弁400は、図2に示すように、制御弁400とポンプ500とが、ポンプハウジング510とバルブハウジング410とで一体化されている。因みに、両ハウジング410、510は共に樹脂製である。
そして、バルブハウジング410内には、図3に示すように、長手方向(軸方向)一端側が閉塞された円筒状(コップ状)のロータリバルブ(以下、バルブと略す。)420が回転可能に収納されており、このバルブ420は、図2に示すように、複数枚の歯車431からなる減速装置及びサーボモータ(駆動手段)432を有するアクチュエータ部430により円筒軸周りに回転駆動される。
【0012】
また、バルブ420の円筒側面420aには、図3に示すように、その円筒側面420a内外を連通させる合同形状(本実施形態では、等しい直径寸法を有する円形状)の第1、2バルブポート421、422が形成されており、両バルブポート421、422は、バルブ420の円筒軸に対して約90度ずれている。一方、バルブハウジング410のうちバルブ420の円筒側面420aに対応する部位には、図3に示すように、ラジエータ回路210側に連通するラジエータポート(ラジエータ側流入口)411、及びバイパス回路300側に連通するバイパスポート(バイパス側流入口)412が形成されている。そしてさらに、バルブハウジング410のうち、バルブ420の円筒軸軸方向他端側に対応する部位には、バルブ420の円筒内部420bとポンプ500の吸入側とを連通させるポンプポート(流出口)413が形成されている。
【0013】
なお、440はバルブ420の円筒側面420aとバルブハウジング410の内壁との隙間を密閉して、ラジエータポート411及びバイパスポート412からバルブハウジング410内に流入した冷却水がバルブ420の円筒内部420bを迂回してポンプポート413に流通することを防止するパッキンである。
また、バルブ420の回転シャフト423には、図2に示すように、バルブ420の回転角度(制御弁400の弁開度)を検出するポテンショメータ(開度検出手段)424が設けられており、このポテンショメータ424の検出信号は、後述するECU600に入力されている。
【0014】
また、600は制御弁400及びポンプ500を制御する電子制御装置(ECU)である。そして、ECU600には、エンジン100の吸入負圧を検出する圧力センサ(圧力検出手段)610、冷却水の温度検出する第1〜3水温センサ(温度検出手段)621〜623、及びエンジン100の回転数を検出する回転センサ(回転数検出手段)624からの検出信号が入力されており、ECU600はこれらの信号に基づいて、制御弁400、ポンプ500及び送風機230を制御する。
【0015】
次に、ポンプ500の作動を図4に示すフローチャートに基づいて述べる。
車両のイグニッションスイッチ(図示せず)が投入された後、エンジン100が始動すると、回転センサ624及び圧力センサ610の検出値を読み込み(S100)、圧力センサ610の検出値及び回転センサ624の検出値(エンジン回転数)に基づいて図5に示すマップから流量係数αを決定する(S110)。ここで、圧力センサ610の検出値は、エンジン負荷に対応するものである。
【0016】
なお、図5に示すマップは、図6に示すように、エンジン回転数及びエンジン負荷ごとに、エンジン100の冷却水出口側の冷却水温度(出口水温)と、エンジン100の冷却水入口側の冷却水温度(入口水温)との差が所定温度差ΔTとなるような値を試験にて求め、その値をプロットしたものである。因みに、図6に示す流量とは、後述する目標流量Vwpと一致するものである。
【0017】
次に、数式1に基づいてポンプ500の目標吐出流量(エンジン100内を循環する冷却水の循環流量)Vwpを決定するとともに(S120)、この目標吐出流量Vwpとなるポンプ500の印加電圧Ewpを数式2に基づいて決定する(S130)。
【0018】
【数1】
Vwp=a・Ne・α
a:係数
Ne:エンジン回転数(rpm )
【0019】
【数2】
Ewp=b1 ・(Vwp)n +b2 ・(Vwp)n−1 +……+bn ・(Vwp)+c
b1 、b2 ……、bn 、c:係数
そして、S130で決定した印加電圧Ewpをポンプ500に印加し(S140)、S100も戻る。
【0020】
なお、第1〜3水温センサ621〜623の検出値は、制御弁400の開度を制御するために検出されており、本実施形態では、第1〜3水温センサ621〜623の検出値は、ポンプ500の制御には直接に利用されていない。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
エンジン負荷が増大すると、エンジン100に供給される燃料の増大とともにエンジン100の発熱量が増大するので、エンジン100の温度(シリンダやシリンダヘッド等の温度)と冷却水の温度と温度差が大きくなり、図7に示すように、エンジン100から冷却水に与えられる熱量(冷却損失熱量)が上昇し、エンジン100がオーバヒートすることが防止される。
【0021】
そして、エンジン回転数が一定とすれば、エンジン負荷の増大に応じて冷却損失熱量も図7、8に示すように増大するが、本実施形態では、図8に示すように、出口水温と入口水温との温度差がエンジン負荷によらず略一定に維持される。これに対して、エンジンから駆動力を得て稼働するポンプ(メカポンプ)を用いた従来の冷却装置では、本実施形態に係る冷却装置に比べて、エンジン負荷に応じて吐出流量(循環流量)を変化させることができないので、エンジン負荷が小さくなるほど、等しい冷却損失熱量に対する循環流量が大きくなる。
【0022】
そして、通水系の圧力損失(ポンプの吐出圧)は、流量の約2乗に比例して増大するので、メカポンプを用いた従来の冷却装置では、ポンプ仕事が本実施形態に係る冷却装置に比べて大きくなる。
したがって、本実施形態に係る冷却装置によれば、不必要なポンプ仕事の低減を図ることができるとともに、エンジン負荷に応じて冷却水温度を適切に制御することができる。延いては、エンジン100の温度分布が大きく変化することを防止できるので、エンジン100の熱歪みを防止することができ、燃費の向上を図りつつ、エンジンの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷却装置の模式図である。
【図2】制御弁とポンプとが一体化されたものの外形図である。
【図3】(a)は図2のA−A断面図であり、(b)は(a)のB−B断面図である。
【図4】冷却装置の制御フローチャートである。
【図5】流量係数とエンジン回転数との関係を示すグラフである。
【図6】図5のグラフの内容を示す図表である。
【図7】冷却損失熱量とエンジン回転数との関係を示すグラフである。
【図8】電動ポンプの循環流量等とメカポンプの循環流量等とを示す図表である。
【図9】循環流量とエンジン回転数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
100…エンジン(液冷式内燃機関)、200…ラジエータ、
230…送風機、300…バイパス回路、400…ロータリ式流量制御弁、
500…電動ポンプ、600…電子制御装置、610…圧力センサ、
621…第1水温センサ、622…第2水温センサ、
623…第3水温センサ。
Claims (2)
- 液冷式内燃機関(100)から流出する冷却液を冷却し、冷却した冷却水を前記液冷式内燃機関(100)に還流させるラジエータ(200)と、
前記液冷式内燃機関(100)と独立に稼働し、前記液冷式内燃機関(100)と前記ラジエータ(200)とに冷却液を循環させるポンプ(500)と、
前記ポンプ(500)の回転数を、前記ポンプ(500)の吐出流量が目標吐出流量となるように制御する電子制御装置(600)とを有し、
前記電子制御装置(600)は、前記液冷式内燃機関(100)の出口側冷却液温度と入口側冷却液温度との差が前記液冷式内燃機関(100)の回転数に基づいた所定温度差(ΔT)となるように前記液冷式内燃機関(100)の回転数と前記内燃機関(100)の負荷に基づいて前記目標吐出流量を決定することを特徴とする液冷式内燃機関の冷却装置。 - 前記所定温度差(ΔT)は、前記液冷式内燃機関(100)の回転数が低くなる程大きくなるように決定されることを特徴とする請求項1に記載の液冷式内燃機関の冷却装置。
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