JPS59226225A - 自動車用内燃機関の冷却水温制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ィードバック制御する装
置に関する。

一般に自動車用内燃機関においては、冷却水温度を制御
するにあたシ、ラジェータと機関本体のウォータジャケ
ッ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ットを介装し、冷却水温が常に８
０’Ｃ前後になるように制御している。

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
タットの開弁設定温度を変化させ、冷却水温を異なった
温度に制御する方式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、サーモスタットの開弁温
度を上昇させて冷却水温を高めることによシ、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
ーモスタットの開弁温度を下げて冷却水温を低くするこ
とにより、ノッキングを防止した勺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５４−１４２
７２２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にはサーモスタット２が介装される。

サーモスタット２は水温が上昇して内部のワックス（図
示せず）が膨張してピストン３が押し出されると、サー
モスタット弁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
御ロッド７の受部８と当接しているため、制御ロッド７
の位置が上方へ移動すると、サーモスタット弁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。

したがって制御ロッド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シもさらに上
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
ット弁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１
１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シ、高負荷時には弱くな
るため、制御ロッド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ット弁４の開弁
温度が高くなシ、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ット弁４を押開か
ねばならない構造上、この反力を制御ロッド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
要となシ、そうするとこのスプリング１１に抗して吸入
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
が要求されることになシ、これら部品の大型化に伴いコ
ストアッ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った。

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って、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図はサーモスタットの取付位置
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
ラジェータ１４に導く出口通路１５にサーモスタツ）２
Ａを介装し、このサーモスタット２Ａの上流から分岐し
たバイパス通路１６が、ラジェータ１４で放熱された冷
却水をウォータポンプ１７を介して機関本体１３のウォ
ータジャケット（図示せず）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）２Ａの開弁温度を高く
設定すると、サーモスタツ）２Ａが開いたときと閉じた
ときの温度差が大きく、いわゆる水温のハンチング現象
が大きくなる傾向があった。

これに対して第３図はサーモスタツ）２Ｂを入口通路１
８の、バイパス通路１６が合流する部分よシもわずかに
上流に介装され、サーモスタット２Ｂはラジェータ１４
を通っ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
もののようなノーンチング現象は少なくなるが、その構
造上、ウォータポンプ１７の吸込圧がサーモスタット弁
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
くする必要があシ、このようにすると上記サーモスタッ
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、制御用アクチュエー
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
。

本発明は機関の運転状態を検出する吸入負圧センサー、
機関回転数センサー等検知手段と、この運転状態に対応
してそれぞれ異なった制御目標水温を設定する目標水温
設定手段と、冷却水の循環通路に介装された流量制御弁
と、冷却水の温度を検出する手段と、前記目標水温と検
出水温が一致するように前記制御弁の開度をフィードバ
ック制御する補正手段とを備えることによυ、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４図において、冷却水の入口通路１８には流量制御弁
２０がバイパス通路１６の合流点よシもわずかに上流に
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って、負
圧調整装置２１からの供給負圧によシ弁開度が制御され
る。流量制御弁２０は入口通路１８に設けたシート部２
２に、流れの上流側から接離する弁体２３が、ロッド２
４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２３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３０と、後
述する制御回路３１からの信号に応動してこの定員圧を
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
とのバランスによシ作動し、負圧室３５の負圧が所定値
以上に強まるとノズル３３Ａを閉じ、逆にそれ以下に弱
まるとノズル３３Ａを開いて負圧を導入する。負圧室３
５に接続した通路３９は途中にオリフィス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によって開閉される。

そしてオリフィス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３９Ａ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４
８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の電磁弁部３２を作動させる。

なお、制御回路３１は通常は第６図にも示すが、マイク
ロコンピュータで構成され、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７図のようなデー
タテーブルに記憶しである記憶部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の駆動信号をつくシ
だす演算処理部５２とからなる。

第８図はマイクロコンピュータの動作ル−チンを示すフ
ローチャートであるが、それぞれＰ１〜Ｐ３で検出水温
Ｔｗ１、吸入負圧Ｐｍ１機関回転数ＲＰＭの読み込みを
行い、Ｐ４で読み込んだ吸入負圧、機関回転数にもとづ
いて目標水温’ｌ’ｗ２を呼び出し、Ｐ、で検出水温Ｔ
ＷＩと目標水温’ｌ’ｗ２とを比較踵ＴＷＩ≧Ｔｗ２な
らばＰ、により負圧調整装置２１の電磁弁部３２に通電
し、ＴＷｌ＜ＴＷ２の場合はＰ、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の定員圧が大気で希釈さ
れて弱″！シ、制御弁２０の開度が増大し、ラジェータ
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、次に全体的な作用につい
て説明する。

吸入負圧センサ４６と機関回転数上ンサ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７図のようなパターンによ多目標
水温が設定される。

つま９、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っている。

このようにして目標水温が選び出されると、制御回路３
１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
王室２６に作用し、ダイヤフラム２５がリターンスプリ
ング２８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、ラジェータ１４からの冷水よシもバイパス通
路１６からの温水が多く取シ入れられ、機関本体１３の
クォータジャケッ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によシ検出され、制御回
路３１にフィードバックされる。

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
よシ制御弁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。このためラジェータ１４かもの冷水
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
目標水温よシも下がれば、これとは逆に再び制御弁２０
が閉じられるのであシ、これらの動作の繰シ返しにより
、冷却水温は低速低負荷時に定められた高温側の最適値
にフィードバック制御される。

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の開度が犬きくなる
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、これによシラジエータ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シも下がれば、上記と同様にフィー
ドバック制御によシ、制御弁２０の開度は減じられるの
であシ、このようにして機関の運転状態が変化しても、
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２ｏの弁体２３にはウ
ォータポンプ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２ｏの作動についてウォータポンプ１７の
吸込圧を相殺することができる。

したがって制御弁２ｏ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、またウォータポンプ１７の回転数が変
動して吸込圧力が変わっても、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２
１に送られる駆動信号は、検出水温が目標水温よシ高い
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０Ｎ−ＯＦＦデユーティを制
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９図の実施例を説明すると、これは流量制御弁２
０を出口通路１５のバイパス分岐点よシも下流に設けた
ものである。

この場合も、前記実施例と同様に水温センサ４５の出力
にもとづいて制御弁２０の開度がフィードバック制御さ
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、この実施例ではウォータポンプ１７に対して吐出
側に流量制御弁２０が介装しであるため、ウォータポン
プ１７の吸込不足にもとづくキャビテーションの発生を
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っ
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であ
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
、また制御弁自体は構造上の制約が少ない、ことから、
ウォータポンプによる圧力変化の影響を受けないタイプ
にすることも可能で、このためダイヤフラム駆動方式と
した場合には受圧部分の小型化が達成できる。

【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である。 第４図はクレーム対応図、第５図は本発明の実施例を示
す断面図、第６図は制御回路の一例を示す説明図、第７
図は同じくその制御パターンの一例を示す説明図、第８
図は制御動作ルーチンを示すフローチャート、第９図は
他の実施例を示す断面図である。 １３・・・機関本体、１４・・・ラジェータ、１５・・
・出口通路、１６・・・バイパス通路、１７・・・ウォ
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、３０・・・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。 特許出願人　日産自動車株式会社 第５図 第６図 １ 第７図 ｇ！１．閾団鉱数 手　　続　　補　　正　　書　（自発）昭和５９年２り
］○日 特１１庁長官　　　若　　杉　　和　　大　　殿１、事
（！１の表示 昭和５８年特ｉ′Ｆ願第１０１９５０号２、発明の名称 自動車用内ソ然機関の冷九り水温制御装置３．７１１１
正をする者 事ｆｌどの関係　　特許出願人 住所　神奈川県横浜市神奈用区宝町二番地氏名（３９９
）日産自動車株式会社 ４、代理人 住所　〒１０４東京都中央１メ銀座８−１０−８銀座８
−１０ビル３階＜　５７４　＞　８４６４６、補正の対
象 明細１：　’ｌ’　ｒ発明の詳細な説明」及び１図面の
７、補正の内容 １）　明細書第５頁第１７行目に「・・・温度メＣが大
きく、いわゆる」とあるのを１・・・温度差が大きく、
いわゆる」とあるのを「・・・温度差が大きく、第４図
にも示すように、いわゆる」と補正する。 １）　同じく第６頁第１８行目に［本発明は機関の・・
・」とあるのを、［本発明は第５図に示づように、１幾
関の・・・」と補正する。 １）　同じく第７頁第１０行目に「第４図において、・
・・」とあるのを、［第６図によ夕いて、・・・１と補
正する。 １）　同じく第７頁第５行目に「第６図」とあるのを１
第７図」と、同第９行目に１第７図」とあるのを「第８
図」と、さらに同第１４行目に「第８図」とあるのを「
第９図」とそれぞれ補正する。 １）　同じく第１１頁第１３行目に１第７図１とあるの
を、「第８図」と補正する。 １〉　同じく第１４頁第１行目に「・・・変化しても、
冷却水温は・・・」とあるのを、［・・・変化しても、
第１）　同じく第１５頁第３行目に「第９図」とあるの
を「第１１図」と補正する。 １〉　同じく第１６頁第７行目〜第１４行目までを次の
ように補正する。 ［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〈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ャート、第
１０図は制御特性図、第１１図は他の実施例を承り断面
図である。」１）　明■ｌｉｄに添（１する図面のうち
、別紙の通り、第４図、第１０図を追加し、同時に、同
第４図を第５図、同第５図を第６図、同第６図を第７図
、同第７図を第８図、同第８図を第９図、同第９図を第
１１図と、それぞれ朱書の通り補正する。 ０°０°ａｏｌ 一時間 ７ 第一４図 １ 第ＷＪ図 シ（ン５］　［すξ・云孕ビ（

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　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った制御目標水温を設定する手段
   と、冷却水の循環通路に介装された流量制御弁と、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が
   一致するように前記流量制御弁の開度をフィードバック
   制御する補正手段とを備え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。 ２　流量制御弁は負圧駆動型の制御弁であって、補正手
   段の信号に応じて作動する負圧調整装置からの供給負圧
   によシ弁開度が制御されることを特徴とする第１項記載
   の自動車用内燃機関の冷却水温制御装置。