JPS60166714A - 水冷式エンジンの冷却装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は水冷式エンジンの冷却装置、特に冷却水の流速
に応じて適切に冷却制御するようにした冷却装置に関す
る。

（従　来　技　術） エンジンの冷却方式としては、低温の冷却水をシリンダ
周囲のウォータージャケットに供給すると共に、該シリ
ンダを冷却することによって高温どなった冷却水をクジ
ュータに供給し、該ラジェータによって低温に冷却した
上で再びウォータージ１７ケツ１〜に供給するようにし
た冷却水循環式の方式が広く採用されている。

この冷却方式においては、冷却水の循環通路にＪ３りる
エンジン出口部に例えばサーモスタット式の開閉弁を備
え、冷却水温に応じて該開閉弁の開度を増減させること
により冷ｆＪ１水の循環量をｉｌＩ′ｌ制御して、エン
ジン出口部における冷却水温を所定値に保持するように
なっているが、このＪ：うな冷却水温の制御にＪ３いて
は所謂応答遅れとハンチングの問題があり、次のような
不具合が生じる。つまり、応答遅れを少なくするために
は上記開閉弁の動作速度を速くし、冷却水温が所定値よ
り高い場合に冷却水の循環量を速かに増加させるように
ずればよいが、このようにすると、エンジン回転数が高
い場合等においてウォータージャケットを通過りる冷却
水の流速が速い場合に、冷却水の循環量が必要以上に多
くなってエンジンが急激に冷却され、その結果、冷却水
濡が所定値以下に大きくアンダーシュートし、これに伴
って大きな振幅のハンチングが生じることになる。また
、このハンチングを軽減するためには上記開閉弁の動作
速度を遅くすればよいが、その場合、制御の応答遅れが
著しくなって、エンジン回転数が特に高くない低、中速
回転時に、冷却水温を所定値まで低下さＵるのに長時間
を要することになり、そのため例えばエンジンが高負荷
状態にあって発熱量が大きい時にエンジンがＡ−バーヒ
ー１〜する危険性が生じる。

ところで、水冷式エンジンの冷却制御に関しては、例え
ば特開昭５７−１６８０１７号公報に開示された発明が
ある。これは、冷ｕ１水温を一定に制御しても、エンジ
ンの発熱■が運転状態によって変化するため、発熱量の
少ない低負荷時等にエンジンが過冷却の状態となる問題
に着目したもので、冷却系統の冷却能力を規制する流量
制御弁等の冷却規制装置と、シリンダＪ壁温度に相関す
る信号を出力するセンサと、このセンサの出力に応じて
上記冷却規制装置を駆動する制御回路とを設け、該制御
回路により上記冷却規制装置を運転状態に応じて予め設
定されたテーブルに基づいて制御し、或いはシリンダ壁
温度を直接検出して該温度が所定１ピ１どなるように冷
却規制装置をフィードバック制御するようにしたもので
ある。しかし、この発明に（１３いて−ｂ１上記冷却規
制装置が作動してから冷１１水温ないしシリンダ壁温が
所定値まで変化するのに応答遅れがあって、これを少な
くしようと覆れば、特に冷却水の流速が速い場合にハン
チングが著しくなるという上記の問題が生じる。

（光　明　の　目　的） 本発明は、ラジェータとウォータージャケットとの間の
冷却水の循環量を調整することにより冷却水濡を制御す
るようにした冷却装置における−り記のような問題に対
処するもので、冷却水の循環Ｍを調整する開閉弁等の調
整装置の動作速度ないし動作量を冷却水の流速に応じて
変化さＵることにより、制御の応答性を阻害することな
く、冷却水の流速が速い場合のハンチングを効果的に抑
制することを目的とする。

（琵　明　の　構　成） 本発明に係る冷却装置は、上記目的のため次のように構
成される。

即ち、ラジェータと、エンジンのシリンダ周囲に設けら
れたウォータージャケットと、該ラジェータとジ１７ケ
ツ１〜との間で冷却水を循環さぼる冷却水通路とを設（
）だ水冷式エンジンにおいて、冷１１水温に関連する信
号を出力する冷却水温検知手段と、上記ラジェータとウ
ォータージャケラ１−との間の冷却水の循環量を調整す
る開閉弁等の調整装置と、上記冷却水温検知手段の出力
に応じて調整装置を作動させて冷却水の循環量を制御１
１’ｌる冷却水温制御手段とを備え、これらにより冷却
水温を所定値以下に制御するように構成する。そして、
これらの構成に加えて、冷却水の流速を直接又は間接に
検知する冷却水流速検知手段と、該検知手段の出力を受
けて流速が速い時に上記冷却水温制御手段による調整装
置に対する制御利得を小さくＪ゛る制御相１９制御手段
とを備える。上記冷却水流速検知手段としては、該流速
を直接検知するセンサの他、冷却水ポンプ又はこれを駆
動するエンジンの回転数を検知する回転数センサ等が用
いられる。そして、これらのセン勺によって検知される
冷）Ｊｌ水流速が速い時に冷却水の循環量を調整する調
整装置の動作速度或いは動作量が小さくなることにＪ：
す、通常時における応答遅れを生じることなく、冷却水
温のハンチングが抑制されることになる。

尚、上記調整装置は電気的に開度をコントロールされる
ものの他、従来用いられているサーモスタット式の開閉
弁を用いることもできる。この場合、冷却水の流速に応
じて例えば通路面積を増減させることにより冷却水の循
環量制御の制御利得が変化される。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示すように、エンジン１にはシリンダ２・・・
２の周囲にウォータージャケット３が設けられていると
共に、該ジャケット３の出口３ａがエンジン１の近傍に
備えられたラジェータ４の入口４ａに、該ジャケット３
の入口３ｂがラジェータ４の出口４ｂに夫々パイプ５．
６を介して接続され、該ジャケット３とラジェータ４と
の間に冷却水の循環通路７が形成されている。また、ウ
オ〜タージャケッ１−３における入口３ｂの近傍には当
該エンジン１のクランク軸８によってベルト９を介して
駆動される冷却水ポンプ１０が設りられていると共に、
ジャケラｌ−３の出口３ａには該出口３ａからパイプ５
ないしラジェータ４側への冷却水の流出量（循環量）を
増減させる調整装置として開閉弁１１が備えられている
。ここで、ウォータージャケット３の出口３ａと入口３
ｂとの間には、開閉弁１１の閉鎖時に冷却水をラジェー
タ４に供給することなく循環させるバイパス通路１２が
設けられている。

また、つＡ−タージャケット３における上記開閉弁１１
の直上流位置には斤ンジン出口部における冷却水温を検
出する水温センサ１３が備えられ、該センサ１３から出
力される水温信号Ａが制御回路１４に入力されるように
なっている。この制御回路１４は、上記水温信号Ａが入
力され、その電圧レベルと設定電圧発生回路１５から出
力される［１標冷ｆＪ＋水温に対応する電圧レベルとを
比較して、ｆｌｌｉの電Ｌ［レベルが後者より高い時に
′１″の信号Ｂを出力する比較回路１６と、この比較回
路１６の出力信号Ｂを積分する積分回路１７と、該積分
回路１７の出力信号Ｃを増幅する増幅回路１８とを有し
、この増幅回路１８の出力信号が制御信＠Ｄとして上記
開閉弁１１に送給される。そして、開閉弁１１は＆１）
御信号りの値に応じてリフトし、ウォータージャケット
３からパイプ５ないしラジェータ４に通じる通路の開度
を増減させるようになっている。

然してこの実施例においては、上記の構成に加えて冷却
水の流速を間接的に検知するものとしてエンジン１の回
転数を検知する回転数センサ１９が備えられていると共
に、更にエンジン１に流入覆る流入冷却水の水温に関連
する外気温を検知する外気温センサ２０と、スロツ］−
ル弁の開度や吸気負圧からエンジン１の負荷の大きさを
検知する負荷センサ２１とが備えられている。これらの
センサ１９〜２１の出力信号Ｅ、Ｆ、Ｇは、夫々第１〜
第３関数回路２２〜２４に人力され、第２図（１）〜（
３）に示づ゛ような特性で関数１４に変換される。

つまり、第１関数回路２２は、センサ１９の出力信号Ｅ
が示づエンジン回転数が高くなるに従って小ざくなる関
数値を出力し、第２関数回路２３は、センサ２０の出力
信号Ｆが示ず外気温が高くなるに従って大きくなる関数
値を出力し、また第３関数回路２４は、センサ２１の出
力信号Ｇが示すエンジン負荷が大きくなるに従って大き
くなる関数給を出力する。そしＣ１これらの関数値を示
す信号Ｅ’　、Ｆ’　、Ｇ’　は演算回路２５に入力さ
れ、所定の演算処理が行われた後、該演算回路２５ｈ１
ら積分定数設定回路２６に信号１」として入力される。

この積分定数設定回路２６は、第３図に示すように演算
回路２５の出力信号１−１が大きくなるに従って大きく
なる積分定数、即ちエンジン回転数が＾い稈小さく、外
気温が低い程小さく、またエンジン負荷が大きい程大き
くなる積分定数を設定し、これを信号Ｉとして上記制御
回路１４における積分回路１７に与える。そして、この
積分定数が積分回路１７において比較回路１６の出力信
号（３を積分処理する際の積分定数として用いられるよ
うになっＣいる。

尚、上記積分回路１７と積分定数設定回路２６どは、例
えば第４図に示すように抵抗２７とコンデンサ２８とで
欝或されると共に、このコンデンサ−２８が演陣回路２
５の出力信＠１−Ｉに応じて容量が変化ザる可変容量コ
ンデンサとされ、これにより積分定数が上記のように変
化Ｊるようになっている。

次に上記実施例の作用を説明する。

今、エンジン１を始動させたものとすると、クランク軸
８によってベルト９を介して冷却水ポンプ１０が駆動さ
れることにより、つＡ−タージャケット３内の冷却水が
入口３ｂ側から各シリンダ２・・・２の周囲を通って出
口３ａ側に流されるが、始動直後においては冷却水温は
低いので、上記ジ１ｒケッ１−３の出口３ａの近傍に備
えられた水温センサ１３から水温信号Ａが入力される制
御回路１４においては比較回路１６の出力信号Ｂが１１
０１＋であり、従って該制御回路１４から開閉弁１１に
送給される制御信号りも１１０　Ｉ＋で、該開閉弁１１
は上記出口３ａを閉じた状態にある。従って、この時点
では冷７．（Ｉ水はラジェータ４に供給されることに１
く、バイパス通路１２を通って循環することになる。

ぞして、この状態でエンジン始動時からの時間が経過す
るに従って、第５図（１）に実線ａで示すように冷却水
温が上昇し、該水温が設定値Ｔｏ　（例えば８５℃）に
達した時点で水温センサ１３からの水温信＠Ａの電圧レ
ベルが制御回路１４における設定電圧発生回路１５の出
力電圧レベル以上となる。そのため、比較回路１６の出
力信号Ｂが第５図（２）に符＠ｂて示すように１″に転
じ、これに伴って積分回路１７の出力、信号Ｃが同図（
３）に符号Ｇで示りように成る一定の勾配で立ち上る。

そして、この積分回路１７の出力信号Ｃが増幅回路１８
を介して制御信号りとして上記開閉弁１１に送給され、
該開閉弁１１の開度が制御信号Ｄ（積分回路１７の出力
信号Ｃ）の出力値の上昇に従って増大する。これにより
、ウォータージャケット３内の冷却水は開閉弁１１の開
度に対応してラジェータ４に供給され、該ラジェータ４
を通過する冷却水の循環量が次第に増加する。

このようにしてラジェータ４を通過する冷却水の循環量
が増大すると、冷Ｎノ水温の上昇が停止し、次に該水温
が低下し始める。そして、上記設定値Ｔ　ｏまで低−ト
した時点でｌｔｌＪｍ回路１４における比較回路１６の
出力信号Ｂが第５図（２）に符号ｂ′で示すように“Ｏ
”に転じると共に、この時点から積分回路１７の出力信
＠Ｃないし制御信号りの値が同図（３）に符号Ｃ′で示
すように減少し始め、これに伴って上記間開弁１１の開
度、即ちラジェータ４を通過する冷却水の循環量が減少
する。その１こめ、冷却水温は一定温度まで低下し１ｃ
後、再び上昇し、その結果、第５図（１）に実線ａで示
すようにウォータージャケット出口３ａにお番プる冷却
水温が設定値Ｔｏを中心に上下に変動し、ハンチングが
生じることになる。

ところで、上記のような冷却水温の制御において、エン
ジン１の回転数、即ち冷却水ポンプ１０の回転数が高い
ためウォータージャケット３を通過する冷却水の流速が
速い時は、開閉弁１１の一定の開弁速度に対して冷却水
の循環量がより速かに増加することになる。そのため、
エンジン１が急激に冷却されてウォータージャケット出
口３ａにお（プる冷却水温の低下が著しくなり、ぞの結
果、第５図（１）に鎖線ａ′で示すように冷却水温が設
定値１−　ｏ以下に大きくアンダーシュートすると共に
、ハンチングが著しくなる。しかし、エンジン回転数の
上界に伴って冷却水の流速が速くなると、これを示すセ
ンサ１９の出力信＠Ｅが入力される第１ＰＡ数回路２２
の出力Ｅ′が第２図（１）に示すように小さくなり、こ
れに伴って積分定数設定回路２Ｇで設定される積分定数
が小さくなる。そのため、制御回路１４の積分回路１７
から出力される信号Ｃは第５図（３）に点線ｃ〃で示す
ように勾配が緩かになる。このことは、制御回路１４に
よる開閉弁１１に対する制御の制御利得が小さくなり、
冷却水温が設定値Ｔｏを超えた場合における開閉弁１１
の開弁速度が緩かになることを意味する。その結果、冷
却水の流速が速いにも拘らず循環量の増Ｍｉが緩かにな
り、ウォータージャケット出口３ａにおける冷却水が緩
かに低下することになって、第５図（１）に実線ａで示
すように冷却水温のアンダーシュート或いはハンチング
が軽減されることになる。

また、この実施例では、上記回転数センサ１９の他に外
気温センサ２０及び負荷センサ２１が備えられ、これら
のセンサ２０，２１によって検知される外気温及びエン
ジン負荷によっても制御利得が変化するようになってい
る。つまり、外気温が低い場合は、ウォータージャケッ
ト３に供給される流入冷１４１水の温度も低くなり、そ
のため開閉弁１１の一定の量弁速度に対してつＡ−ター
ジレケッ１〜出口３ａにおける冷却水温が急速に低下し
ＩＩ　５図（１）に鎖線ａ′で示すようにハンチングが
署しくなるのであるが、この場合、第２図（２）及び第
３図に示すように積分定数設定回路２６において設定さ
れる積分定数が小さくなることにより、冷却水の流速が
速い場合と同様に、開閉弁１１の量弁速度が緩かになっ
てハンチングが抑制されることになる。

また、エンジン１の負荷が大きく、従ってエンジン発熱
量が大きい時は、冷却水温が設定値Ｔ。

を超えた時の開閉弁１１の量弁速度が緩かであると、該
冷却水温は第５図（１）に鎖線ａ″で示すように設定値
Ｔｏを大きくオーバーシュートし、また応答遅れが著し
くなって設定値Ｔｏまで低下するまでに長時間を要する
ことになり、その間にエンジン１がオーバーヒートする
危険性が生じる。しかし、この場合は、第２図（３）及
び第３図に示すように積分定数設定回路２６で設定され
る積分定数′が大きくなるため、制御回路１４における
積分回路１７の出力信号Ｃは、第５図（３）に符号Ｃ″
′で示Ｊように急勾配で上昇することになり、これに伴
つ”Ｃ開閉弁１１の開度が速かに増大し、ラジェータ４
を通過する冷Ｎ１水の循環量が急速に増大されて、エン
ジン発熱量の増加に拘らずオーバーヒートが防止される
ことになる。

尚、以上の実施例では、冷却水の流速を検知するしのと
しＣエンジン回転数センサ１９を用いたが、これに代え
て、該流速を直接検知するセンサを設けてもよい。

（発　明　の　効　果） 以上のように本発明によれば、ラジェータとつＡ−ラー
ジ１１ケツトとの間の冷却水の循環量を調整することに
より冷却水温を制御する水冷式エンジンの冷却装置にお
いて、冷却水の流速が速い時に上記冷却水循環量の調整
を行う調整装置に対する制御利得を小さくするようにし
たから、通常時における冷却水温の制御の応答遅れ、特
にエンジン発熱量が大きい場合におけるオーバーヒート
等を生じることなく、エンジンの高回転時等の冷却水の
流速が速い場合における冷却水温のハンチングが抑制さ
れるようになる。このようにしで、冷却水温が常に良好
に制御されることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は制御シス
テム図、第２図（１）〜（３）は第１図における第１〜
第３関数回路の出力特性図、第３図は第１図における積
分定数設定回路の出力特性図、第４図は第１図における
積分回路と積分定数設定回路の具体例を示す電気回路図
、第５図は作用を示すタイムチャート図である。 １・・・エンジン、３・・・ウォータージャケラｉ〜、
４・・・ラジェータ、７・・・冷却水通路（循環通路）
、１１・・・調整装置（開閉弁）、１３・・・冷却水温
検知手段（水温センサ）、１４・・・冷却水温制御手段
（制御回路）、１９・・・冷却水流速検知手段（エンジ
ン回転数センサ）、２６・・・制御利得制御手段（積分
定数設定回路）。 出願人　東洋工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ラジェータと、エンジンのウォータージャケッ
   トと、該ラジェータとジャケットとの間で冷７１１水を
   循環させる冷却水通路と、冷却水温に関連する信号を出
   力する冷却水温検知手段と、上記ラジェータとジャケッ
   トとの間の冷却水の循環量を調整する調整装置と、上記
   冷７１１水澗検知手段の出力に応じて調整装置を作動さ
   せて冷１３１水温が所定値以下になるように冷却水の循
   環量を制御する冷却水温検知手段と、冷却水の流速に関
   連する信号を出力する冷却水流速検知手段と、該検知手
   段の出力を受１ノで冷却水の流速が速い時に上記冷却水
   温検知手段による冷却水循環量制御の制御利得を小さく
   する制御利得制御手段とからなる水冷式エンジンの冷却
   装置。