(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジエータ通路とバイパス通路との合流点に流量制御弁が配設され、エンジン出口水温、ラジエータ出口水温、エンジン回転数、吸気管負圧を検出して流量制御弁のラジエータ流量・バイパス流量を制御する内燃機関の冷却水流量制御装置において、バイパス通路の冷却水がスロットルボデーを通過し、かつ暖機時に全閉流量又は微少流量とすることを特徴とする内燃機関の冷却水流量制御装置。
【請求項２】
軽負荷運転から全負荷運転に移行したとき、所定時間だけラジエータ流量・バイパス流量を現在値に維持させ、所定時間後にエンジン回転数・吸気管負圧からラジエータ流量・バイパス流量を計算し、エンジン出口水温・ラジエータ出口水温から補正値を計算し、補正ラジエータ流量・バイパス流量にするべく流量制御弁を急速に制御してその位置に保持し、冷却水温が目標水温±設定温度に達した後に水温のフィードバック制御を行わせる請求項１の内燃機関の冷却水流量制御装置。
【請求項３】
全負荷運転から軽負荷運転に移行したとき、エンジン回転数・吸気管負圧からラジエータ流量・バイパス流量を計算し、エンジン出口水温・ラジエータ出口水温から補正値を計算し、補正ラジエータ流量・バイパス流量にするべく流量制御弁を急速に制御してその位置に保持し、冷却水温が目標水温±設定温度に達した後に水温のフィードバック制御を行わせる請求項１又は２の内燃機関の冷却水流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの温度を制御するために、ラジエータ流量とバイパス流量を制御する内燃機関の冷却水流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の内燃機関においては、暖機運転中にはラジエータに冷却水が流れないようにし（実際にはウォータポンプの負荷を増大させないために、バイパス通路に微少流量の冷却水を流す）、暖機完了後には冷却水をラジエータに流してオーバーヒートを防止している。そして、軽負荷運転時には熱損失の減少（燃焼効率の向上）、排気の浄化の促進、エンジンの摩擦損失の低減のためにラジエータへの循環水量を比較的少なくして、目標冷却水温を比較的高く設定している。また、全負荷運転時には吸気充填効率の向上、ノッキングの抑制のためにラジエータへの循環水量を比較的多くし、目標冷却水温を比較的低く設定している。こうした水温制御をするために、エンジンのウォータジャケットとラジエータとをラジエータ通路で接続し、ラジエータをバイパスするバイパス通路とラジエータ通路との合流点に流量制御弁を配設し、流量制御弁によりラジエータ流量・バイパス流量を制御することが知られている（例えば、特開平２−１２５９１０号公報）。
【０００３】
従来の技術では、暖機中はラジエータ通路を閉とし、バイパス通路の冷却水流量を減少させて、暖機の促進を図っているが、暖機に時間を要する。また、軽負荷運転から全負荷運転に移行したとき、すぐに全負荷運転に適した目標水温に制御されるので、全負荷運転に移行した直後に軽負荷運転に移行する場合には、軽負荷運転への応答遅れを生じたり、水温制御がハンチング（乱調）する原因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、内燃機関の冷却水流量制御装置において、暖機を促進させることを第１課題とし、軽負荷運転から全負荷運転への移行直後に軽負荷運転へ移行しても応答遅れや水温制御のハンチングを生じないようにすることを第２課題とし、全負荷運転から軽負荷運転へ又は軽負荷運転から全負荷運転への移行後の制御動作を早めることを第３課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ラジエータ通路とバイパス通路との合流点に流量制御弁が配設され、エンジン出口水温、ラジエータ出口水温、エンジン回転数、吸気管負圧を検出して流量制御弁のラジエータ流量・バイパス流量を制御する内燃機関の冷却水流量制御装置において、バイパス通路の冷却水がスロットルボデーを通過し、かつ暖機時に全閉流量又は微少流量とすることを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、軽負荷運転から全負荷運転に移行したとき、所定時間だけラジエータ流量・バイパス流量を現在値に維持させ、所定時間後にエンジン回転数・吸気管負圧からラジエータ流量・バイパス流量を計算し、エンジン出口水温・ラジエータ出口水温から補正値を計算し、補正ラジエータ流量・バイパス流量にするべく流量制御弁を急速に制御してその位置に保持し、冷却水温が目標水温±設定温度に達した後に水温のフィードバック制御を行わせることを第２構成とする。
本発明は、第１又は第２構成において、全負荷運転から軽負荷運転に移行したとき、エンジン回転数・吸気管負圧からラジエータ流量・バイパス流量を計算し、エンジン出口水温・ラジエータ出口水温から補正値を計算し、補正ラジエータ流量・バイパス流量にするべく流量制御弁を急速に制御してその位置に保持し、冷却水温が目標水温±設定温度に達した後に水温のフィードバック制御を行わせることを第３構成とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明の内燃機関の冷却水流量制御装置の実施の形態を示す。図１において、エンジン本体１のウォータジャケット12の出口には、エンジン出口水温センサ７が配設され、かつラジエータ入口側通路14、第１バイパス通路15、第２バイパス通路16、第３バイパス通路17の入口側がそれぞれ連通されている。ラジエータ入口側通路14の出口側はラジエータ２の入口に連通され、ラジエータ２の出口にはラジエータ出口水温センサ８が配設されている。ラジエータ２の出口はラジエータ出口側通路18によって流量制御弁３の第１入口ポート21に連通され、第１バイパス通路15の出口側は流量制御弁３の第２入口ポート22に連通されている。ラジエータ出口側通路18と第１バイパス通路15との合流点に流量制御弁３が配設されていることとなる。
【０００７】
第１バイパス通路15の冷却水は、スロットルボデーを通過するように構成され、暖機中この第１バイパス通路15の流量は、流量制御弁３により全閉流量又は微少流量（１ｌ／ｍｉｎ未満）に制御されるようになっている。第１バイパス通路15を暖機中、全閉流量又は微少流量（最小流量）に制御する理由は、スロットルボデーを流れる吸入空気による冷却を防止して、暖機の促進を大幅に向上させるためである。流量制御弁３の出口ポート23は吸込通路19によってエンジン本体１のウォータジャケット12の入口に連通され、吸込通路19中にウォーターポンプ４が配設されている。ウォーターポンプ４の働きにより、冷却水は図１の矢印の方向に流れるように構成されている。
【０００８】
第２バイパス通路16及び第３バイパス通路17の出口側は、ウォーターポンプ４の上流の吸込通路19に連通されている。第２バイパス通路16には絞りが配設され、第２バイパス通路16は絞りにより流量が調整される。第３バイパス通路17の冷却水は自動車の空調装置等のヒータコアを通過することができるが、空調装置等を使用しないときは第３バイパス通路17は遮断されている。エンジン出口水温センサ７，ラジエータ出口水温センサ８，吸気管負圧センサ９，回転センサ10によって検出されたエンジン出口水温, ラジエータ出口水温，吸気管負圧，エンジン回転数の出力はライン24〜27によって制御装置５にそれぞれ入力される。
【０００９】
図２に示すとおり、流量制御弁３の第１入口ポート21、第２入口ポート22、出口ポート23は、第１入口室29、第２入口室30、出口室31にそれぞれ連通され、第１入口室29と出口室31との間には第１弁座32が配置され、第２入口室30と出口室31との間には第２弁座33が配置されている。弁シャフト36の下端及び上方部が軸受に摺動可能に支持され、弁シャフト36に第１弁体34及び第２弁体35が連結されている。弁シャフト36はスプリング43により上方へ付勢され、弁シャフト36の上端はステップモータ37の駆動シャフト38の下端に係合されている。駆動シャフト38の上部の雄ねじはロータ39の雌ねじに螺合され、制御装置５からの信号がライン28を通ってコイル40に入力されると、入力信号に応じてロータ39がステップ的に回転し、駆動シャフト38が直線方向に移動する。
【００１０】
第１弁体34と第１弁座32によりラジエータ流量調整弁41（第１弁）が構成され、第２弁体35と第２弁座33によりバイパス流量調整弁42（第２弁）が構成されている。ラジエータ流量調整弁41及びバイパス流量調整弁42はスプリング43により閉鎖方向に付勢され、駆動シャフト38の移動に応じた弁開度となる。図２では、第１弁体34に環状の接触部が存在するため、弁シャフト36の微小下降時にはバイパス流量調整弁42が少し開き、ラジエータ流量調整弁41は閉じている。
【００１１】
図３のフローチャートにより冷却水の水温制御について説明する。ステップモータ37に入力されるステップ数と流量制御弁３のラジエータ流量・バイパス流量（ラジエータ流量調整弁41・バイパス流量調整弁42の開度）との関係は、図５に示すとおりに設定されてある。フローチャートの順序でステップ値を求めてステップモータ37を駆動し、ラジエータ流量・バイパス流量をステップ数に従った量となし、冷却水温を目標温度に制御する。
【００１２】
ステップＳ１で初期化を行い、ステップＳ２でステップモータ37のステップ値ＳＴをＳ0 としラジエータ流量調整弁41及びバイパス流量調整弁42をともに全閉にする。ステップＳ３でエンジン出口水温Ｔ1 ，ラジエータ出口水温Ｔ2 ，吸気管負圧Ｐb ，エンジン回転数Ｎe を読み込む。そして、読み込んだ吸気管負圧Ｐb 及びエンジン回転数Ｎe に基づいて、データマップから目標水温ＴＨＷを決める。
【００１３】
ステップＳ４で暖機中か否か、即ちＴＷ（冷却水温）＜ＴＨＷ（目標水温）か否かについて判別する。ステップＳ４で暖機中と判別されたときは、ステップＳ５でステップモータ37を全閉流量又は最小流量（微少流量）のステップ値ＳＴ＝Ｓとなす。ステップ値Ｓの信号が制御装置５からステップモータ37に入力され、ステップモータ37の駆動によりバイパス流量調整弁42は全閉流量位置又は最小流量位置とされ、ラジエータ流量調整弁41は閉じたままである。このとき、第２バイパス通路16の冷却水は絞りを通って微少流量が流れ、また第１バイパス通路15の冷却水はスロットルボデーを通過し、かつ流量は全閉流量又は最小流量に制御されることから、暖機が促進され、早期暖機が実現する。
【００１４】
ステップＳ４で暖機中ではないと判別されたときは、ステップＳ６で暖機完了か否かの判別が行われる。ステップＳ６で暖機完了と判別されたときは、ステップＳ７で水温制御が行われる。ステップＳ７での水温制御は、図４(a) を用いて吸気管負圧Ｐb 及びエンジン回転数Ｎe から目標水温（ステップ値Ｓx ）を求め、図４(b) を用いてΔＴ＝Ｔ1 −Ｔ2 に対応する補正係数Ｋx を求め、Ｓx ×Ｋx から補正目標水温（ステップ値ＳＴ）を計算する。計算されたステップ値ＳＴに従って、ステップモータ37を１ステップずつ動かして目標ステップ値へ移動させ、フィードバック制御により補正目標水温に近づける。例えば、エンジン出口水温Ｔ1 が補正目標温度になるように制御し、エンジン出口水温Ｔ1 が補正目標温度よりも高くなれば流量制御弁３の開度を大きくしてラジエータ流量・バイパス流量を多くして補正目標温度に近づけ、補正目標温度よりも低くなれば逆に流量制御弁３の開度を小さくしてラジエータ流量・バイパス流量を少なくして補正目標温度に近づける制御を繰り返して行う。
【００１５】
次いで、ステップＳ８でエンジン負荷域が一定か否かの判別、すなわち全負荷運転又は軽負荷運転のどちらかの運転が所定時間継続して行われているか否かの判別が行われる。エンジン負荷域が一定であると判別されたとき、すなわち全負荷運転又は軽負荷運転の一方が継続して行われているときは、ステップＳ７の水温制御が継続して行われ、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ８でエンジン負荷域が一定でないと判別されたとき、すなわち全負荷運転から軽負荷運転へ又は軽負荷運転から全負荷運転への移行中（過渡時）と判断されたときは、ステップＳ９で軽負荷運転から全負荷運転への移行か否かの判別が行われる。
【００１６】
ステップＳ９で軽負荷運転から全負荷運転への移行であると判別されたときは、ステップＳ１０で移行の信号を受けてステップＳ１１〜Ｓ１４の制御を行うまでの間の所定時間（ディレー時間ｔ＝ＴWOT ，例えば２秒）だけホールド（ステップモータ37の強制停止）をさせ、ラジエータ流量・バイパス流量を現在値に維持させる。自動車の運転者がアクセルを少しの時間大きく踏み込むたびにステップモータ37が駆動されて、次の目標水温の制御が開始され、すぐに軽負荷運転に戻ったときに応答遅れや水温制御のハンチングが生じることを防止するためにステップＳ１０のホールドが行われる。このホールドによりステップＳ１１〜Ｓ１４の制御が確実に行われる。
【００１７】
ステップＳ１１では図４(a) を用いて吸気管負圧Ｐb 及びエンジン回転数Ｎe から目標水温（ステップ値Ｓx ，目標のラジエータ流量・バイパス流量）を求め、図４(b) を用いてΔＴ＝Ｔ1 −Ｔ2 に対応する補正係数Ｋx を求める。ステップＳ１２でＳＴ＝Ｓx ×Ｋx の式により補正目標水温（ステップ値ＳＴ）を計算する。ステップＳ１３ではステップモータ37を補正目標ステップ値ＳＴまで一気に駆動して（１ステップずつ駆動するのではない）、流量制御弁３のラジエータ流量・バイパス流量を計算された流量にし、ステップモータ37を停止させて流量制御弁３の位置を計算された開度に保持し、フィードバック制御を停止する。
【００１８】
ステップＳ１３でステップモータ37を停止して流量制御弁３の位置を計算された開度に保持しフィードバック制御を停止するのは、冷却水温ＴＷを目標水温ＴＨＷに早く到達させるためである。ステップＳ１４で冷却水温ＴＷが「目標水温ＴＨＷ±５°Ｃ」以内か否かが判別され、冷却水温ＴＷが「目標水温ＴＨＷ±５°Ｃ」以内ではないと判別されたときはステップＳ１４へ戻る。ステップＳ１４で冷却水温ＴＷが「目標水温ＴＨＷ±５°Ｃ」以内であると判別されたときはステップＳ１９で水温のフィードバック制御を再開する。
【００１９】
ステップＳ９で軽負荷運転から全負荷運転への移行ではない判別されたとき、すなわち全負荷運転から軽負荷運転への移行であると判別されたときは、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では図４(a) を用いて吸気管負圧Ｐb 及びエンジン回転数Ｎe から目標水温（ステップ値Ｓx ，目標のラジエータ流量・バイパス流量）を求め、図４(b) を用いてΔＴ＝Ｔ1 −Ｔ2 に対応する補正係数Ｋx を求める。ステップＳ１６でＳＴ＝Ｓx ×Ｋx の式により補正目標水温（ステップ値ＳＴ）を計算する。ステップＳ１７ではステップモータ37を補正目標ステップ値ＳＴまで一気に駆動して、流量制御弁３の位置を計算された開度にし、ステップモータ37を停止して流量制御弁を計算された開度に保持、フィードバック制御を停止する。
【００２０】
ステップＳ１７でステップモータ37を停止して流量制御弁を計算された開度に保持しフィードバック制御を停止するのは、冷却水温ＴＷを目標水温ＴＨＷに早く到達させるためである。ステップＳ１８で冷却水温ＴＷが「目標水温ＴＨＷ±５°Ｃ」以内か否かが判別され、冷却水温ＴＷが「目標水温ＴＨＷ±５°Ｃ」以内ではないと判別されたときはステップＳ１８へ戻る。ステップＳ１８で冷却水温ＴＷが「目標水温ＴＨＷ±５°Ｃ」以内であると判別されたときはステップＳ１９で水温のフィードバック制御を再開する。
【００２１】
ステップＳ１９では、ステップモータ37を１ステップづつ動かして目標ステップ値へ移動させ、フィードバック制御により目標水温に近づける。ステップＳ２０で水温制御を継続するか否かの判別が行われ、水温制御を継続すると判別されたときはステップＳ３へ進む。ステップＳ１９で水温制御を継続しないと判別されたときはエンドとなる。
【００２２】
図６は、従来例、比較例及び本発明の例について、暖機時の制御方法及び実験結果を示す。図６により、本発明の例が他の例よりも暖機促進の効果があること、すなわち３０度Ｃから７８度Ｃへの温度上昇に要する時間が短いことが判明した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１では、暖機時にバイパス流量が全閉流量又は微少流量となるので、バイパス通路のスロットルボデーを流れる吸入空気による冷却が防止されて、暖機が促進され、早期暖機が実現する。
請求項２では、軽負荷運転から全負荷運転に移行したとき、所定時間だけラジエータ流量・バイパス流量を現在値に維持させるので、軽負荷運転から全負荷運転への移行直後に軽負荷運転へ移行しても応答遅れや水温制御のハンチングを生じない。
請求項２及び３では、全負荷運転から軽負荷運転へ又は軽負荷運転から全負荷運転への移行後に、エンジン回転数・吸気管負圧からラジエータ流量・バイパス流量を計算し、エンジン出口水温・ラジエータ出口水温から補正値を計算し、補正ラジエータ流量・バイパス流量にするべく流量制御弁を急速に制御してその位置に保持し、冷却水温が目標水温±設定温度に達した後に水温のフィードバック制御を行わせる。従って、移行後の制御動作がはやくなり、冷却水温が目標水温に早く到達する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却水流量制御装置のエンジン冷却水システム図である。
【図２】ステップモータ付の流量制御弁の断面図である。
【図３】冷却水の流量制御のためのフローチャートである。
【図４】図４(a) は吸気管負圧及びエンジン回転数から目標水量を決めるためのデータマップであり、図４(b) はエンジン出口水温・ラジエータ出口水温から補正値を決めるためのデータマップである。
【図５】モータステップ数とラジエータ流量・バイパス流量との関係を示す図である。
【図６】従来例、比較例及び本発明の例について、暖機時の制御方法及び実験結果を示す図である。
【図１】
0003735013.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003735013.tif 000007