JP3838528B2

JP3838528B2 - Cooling control device and cooling control method for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3838528B2
Application number: JP19191297A
Authority: JP
Inventors: 光洋佐野; 博両角
Original assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Current assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JPH1122465A

Description

【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および冷却制御方法に関し、特に内燃機関内に循環させる冷却媒体に対する温度制御の応答性を向上させると共に、その制御精度を改善することができる冷却制御装置および方法に関するものである。
【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サーモスタットが用いられており、冷却水が所定温度よりも低温の場合には、前記サーモスタットの作用により冷却水をバイパス通路へ流してラジエータを通さずに冷却水を循環させる構造とされている。
図１９は、そ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２は熱交換機、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の冷却水入口部２ａおよび冷却水出口部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。
【０００３】
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部１ｄからラジエータ２の上部に設けられた冷却水の流入部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部２ｂからエンジン１の下部に設けられた冷却水の流入部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弁を開き、エンジン１の流出部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部２ｂから流出して流入側冷却水路３ｂを通り、エンジン１の流入部１ｅからエンジン１内に流れ込むように作用させるものである。
【０００４】
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の弁は閉じられ、エンジン１の流出部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の流入部１ｅからエンジン１内の冷却通路ｃに流れ込むようにされている。
なお、図１９において符号５はエンジン１の流入部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。
【０００５】
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、冷却水を所望の一定温度の範囲に調節することは困難であるという技術的課題を有している。
【０００６】
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が提案されている。
これは、例えばステッピングモータによりバタフライ弁の回転角を制御するものである。これは図１９におけるサーモスタット４が除かれ、サーモスタット４の代りにバタフライ弁を備えたバルブユニット７が図１９に破線で示すように流出側冷却水路３ａに配置される。
図２０はそのバルブユニット７の一例を示したものであり、冷却水路３ａ内に円形平板状のバタフライ弁７ａが支軸７ｂによって回転可能となるように支持されている。この支軸７ｂの一端にはウォームホイル７ｃが取り付けられており、モータ７ｄの回転駆動軸に嵌め込まれたウォーム７ｅが、前記ウォームホイル７ｃに噛み合うように構成されている。
【０００７】
そして、前記モータ７ｄにはエンジン全体の運転状態を制御する制御ユニット（ＥＣＵ）によって、その駆動軸を正転および逆転させる動作電流が供給される。従って、ＥＣＵの作用によりモータ７ｄに対して駆動軸を正転させる電流が供給されると、ウォーム７ｅとウォームホイル７ｃによる周知の減速作用によりバタフライ弁７ａの支軸７ｂが一方向に回転され、これによりバタフライ弁７ａの面方向が冷却水路３ａの水路方向と同一方向に回転されて開弁状態とされる。
また、ＥＣＵの作用によりモータ７ｄに対して駆動軸を逆転させる電流が供給されると、バタフライ弁７ａの支軸７ｂが他方向に回転され、これによりバタフライ弁７ａの面方向が冷却水路３ａの水路方向と直角方向に回転されて閉弁状態とされる。
前記ＥＣＵには、例えばエンジンの冷却水温に関する情報が供給されるようにされており、この情報を利用して前記モータを制御することにより冷却水の温度制御をなす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、前記したようなバタフライ弁を用いた冷却制御装置においては、例えばサーミスタ等の温度検知素子（図示せず）がエンジン１の冷却水の水路の一部に配置され、この温度検知素子により検知された冷却水温に基づいて前記モータ７ｄを駆動するように構成されている。
従って、このような構成によると、前者のように熱膨張体を用いたサーモスタットを用いた場合のようなヒステリシス特性の影響をある程度少なくさせることができ得る。
しかしながら、冷却水の温度が変化したことを温度検知素子が関知した後、これに基づいてＥＣＵによってバルブの角度を制御するものであり、いわゆる後追い制御であることにおいては、前者と同一である。
従って、後者のようなバタフライ弁を用いた冷却制御装置であっても、冷却水の温度が特定の温度Ｔｃを中心として常に上下動するいわゆるハンチング現象の発生は免れず、このため、安定かつ精度の良い制御は困難となる。
【０００９】
一般に自動車用のエンジンにおいては、オーバヒートに至らない程度の高温度の状態において駆動することで、燃費が向上し、また有害ガスの発生をある程度まで押さえることができる。
しかしながら前記したようなハンチングが発生する場合においては、エンジンがオーバヒートに至る最悪な状態を避けるために、前記冷却水温度Ｔｃを低めに設定せざるを得ず、このために燃費を犠牲にせざるを得ないという技術的課題を有していた。
一方、前記したバタライ弁を回動させるためのアクチェータについては、前記したように例えばステッピングモータが備えられ、ＥＣＵからもたらされるパルス状の制御信号によって駆動され、バタライ弁を回動させるようになされる。
【００１０】
この種のステッピングモータにおいては、周知のとおりその作用上において最大回転数（ｒｐｍ／ｍｉｎ）は直流モータに比較して相当に低い。従って前記したようなウォームギヤやその他の減速ギヤを用いて所定の回動トルクを得るように構成し、かつバタライ弁に適正な回動速度を与えるように設定しようとすると、必然的にモータ自身に高トルクを求めざるを得ず、このためにアクチェータ全体が大型化するという技術的課題を有している。
しかも、例えばモータの故障、或いは前記減速ギヤ部分に障害が発生した場合等においては、バタフライ弁の開閉動作が不可能となる。例えば、バタフライ弁が閉弁状態またはこれに近い中間角度の状態において前記した故障或いは障害が発生した場合には、エンジンの十分な冷却作用が成されず、運転者が認識しない間にエンジンをオーバヒートに至らせる等の技術的課題を有している。
【００１１】
本発明は以上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、特に冷却水の温度推移を予測した状態で温度管理をなし、前記したようなハンチングが発生することのない制御精度を改善した冷却制御装置および制御方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は流量制御弁の駆動装置部分等の障害発生により、機関をオーバヒートに至らせるなどの問題を未然に防ぎ、フェールセーフ機能を発揮することができる冷却制御装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【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機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機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機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流量制御手段と、少なくとも前記内燃機関に対する負荷情報と、前記冷却媒体の温度情報とを抽出する情報抽出手段と、前記負荷情報に対応する冷却媒体の目標設定温度を求めると共に、前記冷却媒体の温度情報と目標設定温度との温度偏差を求め、この温度偏差と温度偏差の変化速度との関係に基づいて前記流量制御手段のアクチェータに対する制御信号を生成する制御ユニットとが具備され、前記制御ユニットは、前記温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも小の場合においてアクチェータの制御信号を生成する第１の制御信号生成モードと、前記温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも大の場合においてアクチェータの制御信号を生成する第２の制御信号生成モードを実行するように構成されている点に特徴を有する。
【００１３】
この場合、前記制御ユニットは、前記温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも小の場合においてアクチェータの制御信号を生成する第１の制御信号生成モードと、前記温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも大の場合においてアクチェータの制御信号を生成する第２の制御信号生成モードを実行するように構成される。
そして、望ましくは第１の制御信号生成モードは、前記温度偏差に対応して流量制御手段による冷却媒体の流量を単位時間毎に連続的に微小変化させる積分制御要素を含み、また第２の制御信号生成モードは、前記温度偏差と温度偏差変化速度に対応して記述されたマップより読み出された冷却媒体の流量設定データに基づいて、アクチェータの制御信号を生成するように構成される。
また、前記内燃機関に対する負荷情報は、少なくとも内燃機関の回転数と、スロットルバルブの開度情報とにより生成される。
【００１４】
さらに好ましい実施の形態においては、前記流量制御手段による冷却媒体の流量を示すセンサがさらに具備され、前記センサにより得られる情報が、前記制御ユニットにおける演算処理に利用するように構成される。
また好ましい実施の形態においては、前記流量制御手段は、筒状の冷却媒体通路中に配置され、冷却媒体の流通方向に対して、その平面方向の角度が可変されるバタフライ弁により構成され、また前記冷却媒体の流量を示すセンサは、バタフライ弁の回転角度に関する情報を生成する角度センサが用いられる。
【００１５】
また好ましい実施の形態においては、前記アクチェータは、前記制御ユニットからの制御信号に基づいて回転駆動される直流モータと、前記直流モータの回転駆動力の伝達または解放を行うクラッチ機構と、前記クラッチ機構を介した直流モータの回転数を減速する減速機構より構成され、かつ流量制御手段には、流量制御手段を開弁方向に付勢するリターンスプリングが配置された構成とされる。
そして、前記クラッチ機構は、制御ユニットからの異常状態出力を受けて解放状態に成され、リターンスプリングにより前記流量制御手段を開弁状態に保持するように構成される。
加えて、前記クラッチ機構は、内燃機関の駆動停止に伴う制御ユニットからの制御信号の供給停止を受けて解放状態に成され、前記リターンスプリングにより前記流量制御手段を開弁状態に保持するように構成される。
【００１６】
また、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方法は、内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機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、前記循環路中に流量制御手段を介して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機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方法であって、少なくとも内燃機関に対する負荷情報と、前記冷却媒体の温度情報とを取り込むステップと、前記負荷情報に対応する冷却媒体の目標設定温度を求めるステップと、前記冷却媒体の温度情報と目標設定温度との温度偏差を求めるステップと、前記温度偏差と温度偏差の変化速度とを演算するステップと、温度偏差と温度偏差の変化速度との関係に基づいて流量制御手段のアクチェータを駆動する制御信号を生成するステップと、前記制御信号に基づいてアクチェータを駆動し、熱交換機に流入する冷却媒体の流量制御を実行するステップとからなり、アクチェータを駆動する制御信号を生成する前記ステップにおいては、前記温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも小であるか否かを判定するステップがさらに加えられ、温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも小であると判断した場合においては、温度偏差に対応して流量制御手段による冷却媒体の流量を単位時間毎に連続的に微小変化させる積分制御要素を含む制御信号を生成するステップを実行し、また温度偏差と温度偏差の変化速度が所定よりも小ではないと判断した場合においては、前記温度偏差と温度偏差変化速度に対応して記述されたマップより読み出された冷却媒体の流量設定データに基づいて、制御信号を生成するステップを実行する点に特徴を有する。
【００１８】
以上のような構成および制御方法によると、例えば内燃機関の回転数とスロットルバルブの角度情報から得られる負荷情報に基づいて冷却媒体としての冷却水の目標設定温度が定められる。また目標設定温度と冷却水の温度情報とにより所定時間単位で温度偏差が求められ、さらに温度偏差の変化速度も求められる。
そして、前記温度偏差と温度偏差の変化速度とをパラメータとして、制御信号が生成され、この制御信号は流量制御手段としての例えばバタフライ弁を駆動するアクチエータに対して供給される。
この場合、温度偏差と温度偏差の変化速度の大きさに応じて制御信号の生成モードが変更され、温度偏差と温度偏差の変化速度の大きさが所定よりも小の場合には、冷却水の流量を単位時間毎に連続的に微小変化させる積分制御要素を含むＰＩ制御によりバタフライ弁の回転角度が制御される。
【００１９】
また、温度偏差と温度偏差の変化速度の大きさが所定よりも大の場合には、温度偏差と温度偏差変化速度に対応して記述されたマップより読み出された冷却媒体の流量設定データに基づいて、バタフライ弁を迅速に駆動する即応制御がなされる。
これにより、冷却水の温度推移を予測した状態で温度管理がなされ、また前記したＰＩ制御を併用することで、冷却水の大幅なハンチングの発生を防止した好ましい制御精度を得ることができる。
加えて、バタフライ弁を回転駆動するためのアクチェータにおいては、直流モータ、クラッチ機構、減速機構を具備し、前記した制御信号に基づいてバタフライ弁を駆動する。
【００２０】
この場合、特に直流モータを用いることにより直流モータの特質である高速回転特性を利用することができ、小型の直流モータと前記減速機構との組み合わせにより充分なる回転トルクをもってバタフライ弁を駆動することができる。従ってアクチェータ全体を小型化させることが可能となる。
また、バタフライ弁を開弁状態に付勢するリターンスプリングを備え、アクチェータにクラッチ機構を具備させたことで、異常時におけるリターンスプリングによる開弁作用が円滑に成し得る。
さらに、直流モータと減速機構との間にクラッチ機構を介在させた構成により、クラッチ機構に印加される駆動力、すなわちトルクを極端に低下させることが可能であり、クラッチ機構のすべり、損耗が防止でき、従ってクラッチ機構の小型化を図ることができ、前記アクチェータの小型化に寄与することができる。
【００２１】
【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１９に示した従来の装置と同一符号部分はそれぞれ相当部分を示しており、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部１ｄと、熱交換機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部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がフランジによって接続されている。
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。
【００２２】
また、前記エンジン１における冷却水の流出部１ｄには、例えばサーミスタ等の温度検知素子１３が配置されている。この温度検知素子１３による検出値は、変換器１４によって制御ユニット（ＥＣＵ）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制御ユニット（ＥＣＵ）１５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ポジションセンサ１７からの開度情報も制御ユニット１５に供給されるように構成されている。また、図示していないが前記制御ユニット１５には、他にエンジンの回転数等の情報も供給されるように構成されている。
一方、制御ユニット１５からはモータ制御回路１８並びにクラッチ制御回路１９に対して制御信号が供給されるように成されている。このモータ制御回路１８並びにクラッチ制御回路１９は、バッテリー２０から供給される電流をそれぞれ制御し、流量制御ユニット１１に具備された後述する直流モータ制御回路、並びにクラッチ制御回路に対して制御電流が供給されるように構成されている。
【００２３】
図２は、前記流量制御ユニット１１の構成を模式的に示したものであり、その一部は断面状態で示されている。この流量制御ユニット１１は、バタフライ弁並びにこれを駆動するアクチェータより構成されている。
まず、アクチェータには直流モータ３１が具備されており、この直流モータ３１の回転軸３１ａには、クラッチ機構３２を構成する第１クラッチ盤３２ａが、回転軸３１ａの回転方向に結合され、かつ軸方向に摺動可能となるように取り付けられている。
図３は、図２におけるＡ−Ａ′部分を矢印方向に視た状態を示したものである。すなわち、前記モータの回転軸３１ａは、その外形が図に示すように六角形に成されており、一方第１クラッチ盤３２ａの中央部には、前記モータの回転軸３１ａを包囲するように六角形の孔が形成されている。
この構成により、第１クラッチ盤３２ａは回転軸３１ａの回転方向に結合され、かつ軸方向に摺動可能となるように作用する。
【００２４】
図２に戻り、前記第１クラッチ盤３２ａの周側面には環状の溝部３２ｂが形成されており、この溝部３２ｂには電磁プランジャ３２ｃの作動子３２ｄの先端部が遊嵌されるように構成されている。そして、プランジャ３２ｃにはコイルスプリング３２ｅが取り付けられており、このコイルスプリング３２ｅの拡開作用によりプランジャ３２ｃに通電しない通常状態においては、図２に示すように第１クラッチ盤３２ａをモータ３１側に引き込むように成されている。
前記第１クラッチ盤３２ａに対向するように第２クラッチ盤３２ｆが配置されており、この第２クラッチ盤３２ｆは、減速機構３３を構成する入力側回転軸３３ｂに固着されている。
前記減速機構３３はケース３３ａに取り付けられた各軸受けにより、前記入力側回転軸３３ｂおよび中間回転軸３３ｃ、出力側回転軸３３ｄが互いに平行状態に配置されている。
そして、入力側回転軸３３ｂにはピニオン３３ｅが固着され、中間回転軸３３ｃに固着された平歯車３３ｆに噛み合うように成され、また中間回転軸３３ｃに固着されたピニオン３３ｇは出力側回転軸３３ｄに固着された平歯車３３ｈに噛み合うように成されている。
【００２５】
この構成により減速機構３３は、その減速比が例えば１／５０程度となるように構成されている。
また、前記減速機構３３の出力側回転軸３３ｄは、流量制御弁３４の駆動軸に結合されている。流量制御弁３４は、筒状の冷却媒体通路３４ａ中に配置された平板状のバタフライ弁３４ｂにより構成されている。このバタフライ弁３４ｂは、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が駆動軸としての支軸３４ｃ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０度付近で開弁状態となり、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、冷却水の流量はリニアに制御される。
【００２６】
前記支軸３４ｃにおける減速機構３３側には、カラー３４ｄが支軸３４ｃに対して固着されており、このカラー３４ｄの周側面には、コイル状のリターンスプリング３４ｅが捲装されている。このリターンスプリング３４ｅの一端は、内部に冷却媒体通路３４ａを構成する筒状体の一部に係合されており、リターンスプリング３４ｅの他端は、カラー３４ｄの一部に取り付けられた突出体３４ｆに係合されている。
この状態で前記リターンスプリング３４ｅは、支軸３４ｃに結合されたバタフライ弁３４ｂを開弁状態となるように付勢している。
また前記支軸３４ｃの減速機構３３に対向する他端部には、角度センサ３４ｇが結合されており、バタフライ弁３４ｂの回転角度を認識することができる。
【００２７】
以上のように構成された流量制御ユニット１１において、前記直流モータ３１は図１に示すモータ制御回路１８より駆動電流を受けるように成され、またクラッチ機構３２における電磁プランジャ３２ｃは図１に示すクラッチ制御回路１９より駆動電流を受けるように成され、また角度センサ３４ｇによるバタフライ弁の回転角度に関するデータ出力は図１に示す制御ユニット１５に供給されるように成されている。
従って図２に示す構成において、電磁プランジャ３２ｃに通電されると、その作動子３２ｄは第１クラッチ盤３２ａを、第２クラッチ盤３２ｆ側に移動させて結合状態とする。そして、直流モータ３１に対して駆動電流が供給されると、モータ３１の回転駆動力は減速機構により減速され、支軸３４ｃを介してバタフライ弁３４ｂを回転させる。また支軸３４ｃの回転によって、前記角度センサ３４ｇは回転角度に関するデータを制御ユニット１５にフィードバックさせる。
【００２８】
図４は前記モータ制御回路１８の構成を示した結線図である。このモータ制御回路１８は、電源（バッテリー２０）の正極端子と負極端子（アース）間に直列接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２、および同じく正極端子と負極端子間に直列接続された第３のスイッチング素子Ｑ３と第４のスイッチング素子Ｑ４によりブリッジ回路が構成されている。
これらの各スイッチング素子はＮＰＮ型のバイポーラ型トランジスタにより構成されている。従って第１トランジスタＱ１および第３トランジスタＱ３の各コレクタはバッテリー２０の正極端子に接続され、また、第２トランジスタＱ２および第４トランジスタＱ４の各エミッタはアースに接続されている。
【００２９】
そして、第１トランジスタＱ１のエミッタと第２トランジスタＱ３のコレクタとが接続され、第１接続中点１８ａを構成している。また第３トランジスタＱ３のエミッタと第４トランジスタＱ４のコレクタとが接続され、第２接続中点１８ｂを構成している。
前記第１接続中点１８ａおよび第２接続中点１８ｂとの間には直流モータ３１の一対の駆動電流入力端子がそれぞれ接続されている。
また第１および第４トランジスタＱ１，Ｑ４の制御極端子、すなわちベースは互いに結合されて入力端子ａを構成しており、第２および第３トランジスタＱ２，Ｑ３のベースは互いに結合されて入力端子ｂを構成している。
【００３０】
図５は、図４における入力端子ａおよび入力端子ｂに対して前記制御ユニット１５から択一的に与えられるスイッチ制御信号を示したものである。
この制御信号はＰＷＭによるパルス波形に成されており、図に示す如く、モータ回転方向に応じ一定時間駆動するよう構成している。なお、閉弁時においては入力端子ａのみに対して大きなパルス幅（Ｗ１）の制御信号が、また開弁時においては入力端子ｂのみに対して小さなパルス幅（Ｗ２）の制御信号が与えられる。
すなわち前記バタフライ弁３４ｂを開弁させようとする時は、リターンスプリング３４ｅのリターン方向のトルクを利用して小なるパルス幅にて、有効駆動させるようにされている。
【００３１】
ここで、前記バタフライ弁３４ｂを閉弁させようとする場合には、図４に示す端子ａに対して図５に閉弁時（ａ）として示したパルス幅のスイッチ制御信号が供給される。従ってトランジスタＱ１およびＱ４は図５（ａ）に示すパルス幅に応じたスイッチ制御信号によりオン制御が成され、モータ３１を一方向に回転駆動させる。
また、前記バタフライ弁３４ｂを開弁させようとする場合には、図４に示す端子ｂに対して図５に開弁時（ｂ）として示したパルス幅のスイッチ制御信号が供給される。従ってトランジスタＱ２およびＱ３は図５（ｂ）に示すパルス幅の制御信号によりオン制御が成され、モータ３１を逆方向に回転駆動させる。
【００３２】
また図６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、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を出力する信号処理部１５ｄより構成されている。
【００３３】
以下に、図１乃至図６に示した自動車エンジンの冷却制御装置の作用について、図７以降に示す主に前記ＥＣＵ１５が実行する制御フローに従って説明する。まず図７に示すフローにおいて、自動車エンジンが始動されると、ＥＣＵ１５よりクラッチ制御回路１９に対して制御信号が供給され、従って図２に示す電磁プランジャ３２ｃに対して駆動電流が供給され、クラッチ機構３２は伝達状態となる。
これと共に、ＥＣＵ１５はモータ制御回路１８に対して、開弁状態にある流量制御弁すなわちバタフライ弁３４ｂを閉弁させる制御信号を送出する。（ステップＳ１）
これにより図４に示すモータ制御回路１８における端子ａには、図５に閉弁時として示したパルス幅（Ｗ１）の制御信号が加えられる。従って直流モータ３１が回転駆動され、減速機構３３を介してバタフライ弁３４ｂは一旦閉弁される。
【００３４】
そして、ステップＳ２においてＥＣＵ１５は温度検知素子１３からの情報を受ける変換器１４より、エンジン始動時の冷却水温（Ｔｗｓ）を読み出す。続いてステップＳ３において、ＥＣＵ１５はエンジン回転数（Ｎ）、スロットル開度（θT ）、冷却水温（Ｔｗ）を取り込む。
次にステップＳ４において、前記冷却水温（Ｔｗ）と始動時の冷却水温（Ｔｗｓ）との関係を判断する。すなわちＴｗ＞Ｔｗｓの条件がＮｏであると判定すると、ステップＳ５に移り、モータ制御回路１８に対して、制御信号を送り、角度センサ３４ｇによる検出角度がほぼ９０度となるような値に弁の角度を設定する。これによりバタフライ弁３４ｂは閉弁状態を維持する。（ステップＳ６）
【００３５】
そして、ステップＳ７においてエンジンが停止されたか否かが判定され、エンジン停止ではない（Ｎｏ）と判定すれば、再びステップＳ３に戻るルーチンを繰り返す。ステップＳ７においてエンジン停止である（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ８に移り、ＥＣＵ１５はクラッチ制御回路１９に対する制御信号の供給を停止し、従って電磁プランジャ３２ｃの動作が停止される。
この結果、クラッチ機構３２は解放され、バタフライ弁３４ｂはリターンスプリング３４ｅの作用により開弁状態とされる。
また前記ステップＳ４において、Ｔｗ＞Ｔｗｓの条件がＹｅｓであると判定すると、ステップＳ９に移り、エンジンの負荷情報としてのエンジン回転数（Ｎ）−スロットル開度（θT ）に対応する目標設定水温（Ｔｓ）を、図１１に示すテーブル▲１▼より検索する。
【００３６】
図１１に示すテーブル▲１▼は、エンジン回転数（Ｎ）とスロットル開度（θT ）との間で目標設定水温（Ｔｓ）がマトリックス状に記述されている。なお図においては紙面においての説明の便宜上、エンジン回転数（Ｎ）とスロットル開度（θT ）との関係が相当に粗く表されているが、具体的にはより細かい状態で記述される。また、多少粗い状態であっても中間値においては、いわゆる中間補間を成すことで、実用上利用可能な目標設定水温（Ｔｓ）を求めることもできる。これは、以下に示す各テーブルにおいても同様である。
【００３７】
続いてステップＳ１０において、冷却水温（Ｔｗ）と、図１１に示すテーブル▲１▼より検索された目標設定水温（Ｔｓ）より、温度偏差（ΔＴ＝Ｔｗ−Ｔｓ）を演算する。そして、ステップＳ１１において、エンジン回転数（Ｎ）とスロットル開度（θT ）に対応する基準制御弁角度（θｓｏ）を、図１２に示すテーブル▲２▼より検索する。
続いて、ステップＳ１２において前回の水温（Ｔｗｏ）と今回の水温（Ｔｗ）より、温度偏差速度（Ｔｖ）を演算する。すなわち、図７のステップＳ１２に示すようにＴｖ＝ΔＴ／Δｔ＝（Ｔｗｏ−Ｔｗ）／ｓｅｃの演算処理を実行する。前記ステップＳ１０およびステップＳ１２によって得られた前記温度偏差（ΔＴ）および温度偏差速度（Ｔｖ）の２つのデータは、ステップＳ１３において、それぞれ所定の温度偏差値（ΔＴA ）並びに所定の温度偏差速度値（Ｔｖ）と比較演算される。すなわち図７に示すようにΔＴ≦ΔＴA ，Ｔｖ≦ＴｖA の比較演算がなされる。
【００３８】
前記所定の温度偏差値（ΔＴA ）並びに所定の温度偏差速度値（Ｔｖ）は、後述するテーブル▲３▼において、それぞれ太線にて囲まれた比較的偏差成分の低い値に設定されており、ステップＳ１３においてその所定の値以下ではない（Ｎｏ）と判断すると、図８に示すステップＳ２１に移行する。
図８に示すステップＳ２１乃至ステップＳ２５は、流量制御弁による冷却水の流量制御を比較的速やかに実行する速応制御のルーチンである。
ステップＳ２１においては、ステップＳ１０において求めた温度偏差（ΔＴ）、ステップＳ１２において求めた温度偏差速度（Ｔｖ）に対応した制御弁設定角度（θｓ）を、図１３に示すテーブル▲３▼より検索する。
【００３９】
図１３に示すテーブル▲３▼は、前記テーブル▲１▼▲２▼と同様に温度偏差（ΔＴ）と温度偏差速度（Ｔｖ）との間で制御弁設定角度（θｓ）がマトリックス状に記述されている。そして、テーブル▲３▼において太線で囲まれた温度偏差（ΔＴ）の値が小さい範囲（ΔＴ4 ）並びに温度偏差速度（Ｔｖ）の値が小さい範囲（Ｔｖ4 ）が前記した所定の温度偏差値（ΔＴA ）並びに所定の温度偏差速度値（Ｔｖ）として設定されている。
ステップＳ２２においては、総合制御弁角度（θ）の演算がなされる。これは、ステップＳ１１において検索された基準制御弁角度（θｓｏ）と、ステップＳ２１において検索された制御弁設定角度（θｓ）との間で、θ＝θｓｏ±θｓの演算がなされる。
【００４０】
そして、ステップＳ２３において、モータの回転方向を選定する演算、すなわちΔθ＝θｖ−θの演算がなされる。なおこの演算に使用されるθｖは、図２に示した制御弁角度を検出する角度センサ３４ｇより得られるものである。そしてこの演算の結果における正または負の値に応じてモータの回転方向が決定される。
続いてステップＳ２４に移り、ＤＣモータ、すなわち図２に示した直流モータ３１の駆動が実行される。この場合、前記Δθの値に応じてΔθが大の場合には、それに応じた大なるデューティパルスが発生され、Δθが小の場合には、それに応じた小なるデューティパルスが発生され、ＰＷＭ信号によりＤＣモータが駆動される。
これによりステップＳ２５において、流量制御弁であるバタフライ弁３４ｂが回動され、以上のルーチンを経た後、再び図７におけるステップＳ７に戻る。
【００４１】
一方、図７のステップＳ１３における比較演算の結果、温度偏差（ΔＴ）および温度偏差速度（Ｔｖ）が所定の範囲以下（Ｙｅｓ）であると判断すると、図９におけるステップＳ３１に移行する。
図９に示すステップＳ３１乃至ステップＳ４０は、流量制御弁による冷却水の流量制御を単位時間毎に連続的に微小変化させる積分制御要素を含むＰＩ制御を実行するルーチンである。
ステップＳ３１においては、図１４に示す温度偏差（ΔＴ）に対応した比例分開度値（θｓｐ）のテーブル▲４▼より比例分開度値（θｓｐ）を検索する。
続いてステップＳ３２において温度偏差（ΔＴ）に対応した図１５に示す積分開度値（θｓｉ）のテーブル▲５▼より積分開度値（θｓｉ）を検索する。
そしてステップＳ３３に移り、ステップＳ１２で求めた温度偏差速度（Ｔｖ）の値が“０”であるか否かが判断される。ここで温度偏差速度Ｔｖの値が“０”であると判断されると、後述するステップＳ３７に移行する。また温度偏差速度Ｔｖの値が“０”ではないと判断されると、ステップＳ３４に移る。
【００４２】
ステップＳ３４においては、ステップＳ１０で求めた温度偏差ΔＴの値が判断される。このステップＳ３４においてΔＴ＞０であると判断されるとステップＳ３５に、またΔＴ＜０であると判断されるとステップＳ３６に、さらにΔＴ＝０であると判断されるとステップＳ３７に移行する。
前記ステップＳ３５においては、制御弁開度演算として制御弁開度を減少させるべき値θが演算される。ここではステップＳ１１において検索された基準制御弁開度θｓｏと、ステップＳ３１において検索された比例分開度値θｓｐと、ステップＳ３２において検索された積分開度値θｓｉより、θ＝θｓｏ−（θｓｐ＋θｓｉ）の演算がなされる。
また、ステップＳ３６においては、制御弁開度演算として制御弁開度を増大させるべき値θが演算される。ここでは、θ＝θｓｏ＋（θｓｐ＋θｓｉ）の演算がなされる。
さらにステップＳ３７の場合においては、前回の制御弁角度θをそのまま持ち込む作用がなされる。
【００４３】
そしてステップＳ３８に移り、前記ステップＳ３５乃至ステップＳ３７においてそれぞれ求められた制御弁角度（θ）と、制御弁角度センサ３４ｇより得られる制御弁開度（θｖ）とによりΔθ＝θｖ−θの演算がなされる。これは前記したステップＳ２３と同様の演算であり、この結果においてモータの回転方向が決定される。
そして、ステップＳ３９およびステップＳ４０を実行することにより流量制御弁の開度が制御される。このステップＳ３９およびステップＳ４０の作用は、前記したステップＳ２４およびステップＳ２５と同一であり、その説明は省略する。
以上のルーチンを経て図７におけるステップＳ７に戻り、エンジンが停止されるまで、以上のルーチンが巡回される。
【００４４】
以上の作用によりエンジンに対する負荷情報より冷却水の温度推移を予測した状態で冷却水の温度管理がなされる。そして状況に応じて流量制御弁は、第１の制御信号生成モードと第２の制御信号生成モードによって得られた制御信号によって開閉制御がなされ、この結果制御弁の応答性が改善され冷却水の制御精度を遥かに高めることが可能となる。
【００４５】
ところで、前記した図７乃至図９に示したフローは、流量制御弁の応答性の向上を図るため、温度偏差ΔＴ、温度変化速度Ｔｖに対応して設定した制御弁開度θｓを読み出し、制御弁の開度を制御するようにしている。この手法をより簡易に実施するために図１０に示すフローを利用することもできる。
図１０は、図７におけるステップＳ１３と、図８に示すステップＳ２１乃至ステップＳ２５の各ステップを入れ替えて利用することができるものである。
すなわち、図１０におけるステップＳ５１は、図７におけるステップＳ１３と同一である。このステップＳ５１において、Ｎｏと判断された場合には、ステップＳ５２においては、エンジンの負荷情報としてのエンジン回転数（Ｎ）−スロットル開度（θT ）に対応する制御弁角度θｓ′を、図１６に示すテーブル▲６▼より検索する。
そして、ステップＳ５３において、モータの回転方向を選定する演算、すなわち前記ステップＳ２３の場合と同様にΔθ＝θｖ−θｓ′の演算がなされる。この演算の結果における正または負の値に応じてモータの回転方向が決定される。
【００４６】
続くステップＳ５４およびＳ５５の作用は、前記したステップＳ２４およびステップＳ２５と同一であり、その説明は省略する。
そして、ステップＳ５６に移り、角度センサ３４ｇより得らる流量制御弁開度θｖとステップＳ５２で求めた制御弁設定角度θｓ′とが等しいか否か（θｓ′＝θｖ？）が判定され、等しくない（Ｎｏ）と判断された場合には、図７に示すステップＳ７に戻る。また、等しい（Ｙｅｓ）と判断された場合には、図９におけるステップＳ３１に移行し、ＰＩ制御が実行される。
【００４７】
なお、以上説明した図７乃至図９に示すフロー、および図１０に示すフローにおいては、いずれも流量制御弁としてのバタフライ弁３４ｂの角度を、角度センサ３４ｇから流量制御弁開度θｖとして供給を受けるようにしているが、この流量制御弁開度θｖを利用せずに、同様の制御を実行することができる。
すなわち角度センサを使用する場合には、基本的には流量制御弁開度θｖを制御偏差信号として目標設定水温Ｔｓに制御し、また角度センサを使用しない場合には、直接温度偏差信号ΔＴに基づいて直流モータをＰＩデューティパルス駆動して制御することができる。
従って、制御弁角度センサを使用しない状態においては、図１３に示すテーブル▲３▼を直流モータ駆動ＰＩデューティー値テーブルに置き換えて制御することで同様の結果を得ることができる。
【００４８】
図１７は、これに用いられる温度偏差信号ΔＴに対応した比例分デューティテーブルの例を示したものであり、また図１８は、これに用いられる温度偏差信号ΔＴに対応した積分デューティテーブルの例を示している。
これらの対応テーブルを参照して図４に示すブリッジ型の直流モータ駆動回路に加えるＰＷＭ信号のデューティ比を時間制御することで、同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
また、制御ユニット１５においては、温度検知素子１３によって得られる実際の冷却水温度Ｔｗと、目標設定水温Ｔｓとを比較し、その差であるΔＴがある一定時間経過後に、所定よりも大きくなった場合、すなわち所定温度範囲からはずれた場合には、異常状態出力を発生させることができる。
この異常状態出力の発生により、クラッチ制御回路１９がクラッチ機構３２を解放させるように制御することで、リターンスプリング３４ｅの作用によりバタフライ弁３４ｂを開弁状態とすることができる。従って冷却水の循環が促進され、エンジンがオーバヒートに至る事態となるのを避けることができる。
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。
【００５０】
【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および冷却制御方法によると、少なくとも内燃機関に対する負荷情報に基づいて冷却媒体の目標設定温度を求め、この目標設定温度と実際の冷却媒体の温度とにより温度偏差と温度偏差の変化速度を求めるようにしたので、それらの数値に基づいて最適な制御態様を選択することができる。
そして、第１の制御信号生成モードとしてＰＩ制御を実行し、第２の制御信号生成モードとして速応制御を実行することが可能であり、冷却水の温度推移を予測した状態で精度の高い温度管理を成すことが可能となる。
従って、冷却水温度のハンチングの発生を防止することが可能となり、燃費並びに有害な排気ガスの低減を図ることが可能となる。
【００５１】
また、流量制御手段を制御するアクチェータを、直流モータ、クラッチ機構、減速機構とにより構成したことで、充分な流量制御手段の駆動トルクを得つつ全体を小型化させることが可能となり、例えば自動車用エンジンに採用した場合において、その占有体積を減少させることが可能となる。
しかも、流量制御手段を開弁方向に付勢するリターンスプリングを併用することで、障害発生により機関をオーバヒートに至らせるなどの問題を未然に防ぎ、フェールセーフ機能を発揮させることができる。
【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２におけるＡ−Ａ′部分の拡大断面図である。
【図４】図１に示す装置に用いられるモータ駆動回路を示す結線図である。
【図５】図４に示すモータ駆動回路に与えられる制御信号の例を示した波形図である。
【図６】図１に示すエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の構成を示したブロック図である。
【図７】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８】図７に示すフローチャートに続く、主に速応制御の作用を説明するためのフローチャートである。
【図９】図７に示すフローチャートに続く、主にＰＩ制御の作用を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図８に示すフローチャートに入れ替えて使用し得る例を示したフローチャートである。
【図１１】図７に示す処理ルーチンにおいて使用されるデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１２】図７に示す処理ルーチンにおいて使用される他のデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１３】図８に示す処理ルーチンにおいて使用されるデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１４】図９に示す処理ルーチンにおいて使用されるデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１５】図９に示す処理ルーチンにおいて使用される他のデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１６】図１０に示す処理ルーチンにおいて使用されるデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１７】本発明に係る冷却制御装置の他の実施の形態に使用されるデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１８】同じく他のデータテーブルの例を示した構成図である。
【図１９】従来の自動車用エンジンの冷却装置の一例を示した構成図である。
【図２０】従来のバタフライ弁による流量制御装置の例を一部断面状態で示した構成図である。
【符号の説明】
１内燃機関（エンジン）
２熱交換機（ラジエータ）
２ｃ流体通路
３冷却水路
５ウォータポンプ
６ファンユニット
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制御ユニット（ＥＣＵ）
１６スロットルバルブ
１７スロットルポジションセンサ
１８モータ制御回路
１９クラッチ制御回路
２０バッテリー
３１モータ（直流モータ）
３２クラッチ機構
３２ａ第１クラッチ盤
３２ｃ電磁プランジャ
３２ｆ第２クラッチ盤
３３減速機構
３４流量制御弁
３４ａ冷却媒体通路
３４ｂバタフライ弁
３４ｃ支軸
３４ｅリターンスプリング
３４ｇ角度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling control device and a cooling control method for cooling an internal combustion engine such as an automobile engine, and more particularly to improving the temperature control responsiveness to a cooling medium circulated in the internal combustion engine and improving the control accuracy thereof. The present invention relates to a cooling control apparatus and method that can be improved.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) used for automobiles or the like, a water-cooled cooling device using a radiator is generally used to cool the engine.
In this type of cooling device, a thermostat is used to control the temperature of the cooling water. When the cooling water is lower than a predetermined temperature, the cooling water is caused to flow to the bypass passage by the action of the thermostat. The cooling water is circulated without passing through the radiator.
FIG. 19 shows the configuration. Reference numeral 1 denotes an engine composed of a cylinder block 1a and a cylinder head 1b. The cylinder block 1a and the cylinder head 1b of the engine 1 are indicated by arrows c. A fluid passage is formed.
Reference numeral 2 denotes a heat exchanger, that is, a radiator. A fluid passage 2c is formed in the radiator 2, as is well known. The cooling water inlet 2a and the cooling water outlet 2b of the radiator 2 are connected to the engine 1. Is connected to a cooling water passage 3 for circulating the cooling water.
[0003]
The cooling water channel 3 is provided in the lower side of the radiator 2 and the outflow side cooling water channel 3 a communicating from the cooling water outflow part 1 d provided in the upper part of the engine 1 to the cooling water inflow part 2 a provided in the upper part of the radiator 2. An inflow side cooling water passage 3b that communicates from the cooling water outflow portion 2b to a cooling water inflow portion 1e provided in the lower part of the engine 1, and a bypass water passage 3c that connects the intermediate portions of the cooling water passages 3a and 3b. Has been.
In addition, a thermostat 4 is disposed at a branch portion of the cooling water passage 3 between the outflow side cooling water passage 3a and the bypass water passage 3c. This thermostat 4 incorporates a thermal expansion body (for example, wax) that expands and contracts due to a change in the cooling water temperature. When the cooling water temperature is high (for example, at 80 ° C. or higher), the thermal expansion body expands. The valve is opened so that the cooling water flowing out from the outflow portion 1d of the engine 1 can flow into the radiator 2 through the outflow side cooling water passage 3a, and the cooling water which has been radiated by the radiator 2 to a low temperature flows out from the outflow portion 2b. Then, it passes through the inflow side cooling water passage 3b and is caused to flow into the engine 1 from the inflow portion 1e of the engine 1.
[0004]
When the cooling water temperature is low, the valve of the thermostat 4 is closed by the contraction of the thermal expansion body, and the cooling water flowing out from the outflow portion 1d of the engine 1 cools the inside of the engine 1 from the inflow portion 1e of the engine 1 through the bypass water passage 3c. It is made to flow into the passage c.
In FIG. 19, reference numeral 5 denotes a water pump disposed in the inflow portion 1 e of the engine 1. The rotation shaft is rotated by rotation of a crankshaft (not shown) of the engine 1 to forcibly circulate cooling water. is there. Reference numeral 6 denotes a fan unit for forcibly taking cooling air into the radiator 2, and is composed of a cooling fan 6a and a fan motor 6b that rotationally drives the cooling fan 6a.
[0005]
The valve opening and closing action by the thermostat as described above is determined by the temperature of the cooling water, and also by the expansion and contraction action by the thermal expansion body such as wax. The valve temperature is not constant. In other words, a thermal expansion body such as wax takes a while for the valve to operate after receiving a change in temperature of the cooling water. It has characteristics. For this reason, it has a technical problem that it is difficult to adjust the cooling water to a desired constant temperature range.
[0006]
In view of this, there has been proposed an apparatus in which the flow rate of the cooling water is electrically controlled without using the valve opening and closing operation by a thermal expansion body such as wax.
For example, the rotation angle of the butterfly valve is controlled by a stepping motor. 19, the thermostat 4 in FIG. 19 is removed, and a valve unit 7 having a butterfly valve instead of the thermostat 4 is arranged in the outflow side cooling water passage 3a as shown by a broken line in FIG.
FIG. 20 shows an example of the valve unit 7. A circular flat butterfly valve 7a is supported in the cooling water passage 3a so as to be rotatable by a support shaft 7b. A worm wheel 7c is attached to one end of the support shaft 7b, and a worm 7e fitted to the rotational drive shaft of the motor 7d is configured to mesh with the worm wheel 7c.
[0007]
The motor 7d is supplied with an operating current for rotating the drive shaft forward and backward by a control unit (ECU) that controls the operating state of the entire engine. Therefore, when a current that causes the drive shaft to rotate forward is supplied to the motor 7d by the action of the ECU, the support shaft 7b of the butterfly valve 7a is rotated in one direction by a known deceleration action by the worm 7e and the worm wheel 7c. Thereby, the surface direction of the butterfly valve 7a is rotated in the same direction as the water channel direction of the cooling water channel 3a, so that the valve is opened.
Further, when a current for reversing the drive shaft is supplied to the motor 7d by the action of the ECU, the support shaft 7b of the butterfly valve 7a is rotated in the other direction, whereby the surface direction of the butterfly valve 7a is changed to the cooling water passage 3a. The valve is rotated in a direction perpendicular to the water channel direction to be closed.
For example, information related to the engine coolant temperature is supplied to the ECU, and the temperature of the coolant is controlled by controlling the motor using this information.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the cooling control apparatus using the butterfly valve as described above, for example, a temperature detection element (not shown) such as a thermistor is arranged in a part of the cooling water channel of the engine 1 and is detected by this temperature detection element. The motor 7d is driven based on the cooling water temperature.
Therefore, according to such a configuration, it is possible to reduce the influence of the hysteresis characteristic to some extent as in the case of using the thermostat using the thermal expansion body as in the former case.
However, after the temperature sensing element knows that the temperature of the cooling water has changed, the ECU controls the angle of the valve based on this, and so-called follow-up control is the same as the former.
Therefore, even in the latter cooling control device using a butterfly valve, the so-called hunting phenomenon in which the temperature of the cooling water constantly moves up and down around the specific temperature Tc is unavoidable. It becomes difficult to control well.
[0009]
In general, an automobile engine is driven at a high temperature that does not cause overheating, so that fuel efficiency is improved and generation of harmful gases can be suppressed to some extent.
However, in the case where hunting as described above occurs, the cooling water temperature Tc must be set low in order to avoid the worst state in which the engine is overheated. For this reason, fuel consumption must be sacrificed. It had a technical problem that it could not be obtained.
On the other hand, the above-described actuator for rotating the butterfly valve is provided with, for example, a stepping motor as described above, and is driven by a pulsed control signal provided from the ECU to rotate the butterfly valve. .
[0010]
As is well known, in this type of stepping motor, the maximum rotational speed (rpm / min) is considerably lower than that of a direct current motor. Therefore, if a worm gear or other reduction gear as described above is used to obtain a predetermined rotation torque and an attempt is made to give an appropriate rotation speed to the butterfly valve, the motor itself will inevitably be set. A high torque must be sought, and for this reason, the entire actuator has a technical problem of increasing the size.
In addition, for example, when the motor is broken or a failure occurs in the reduction gear portion, the opening and closing operation of the butterfly valve becomes impossible. For example, if the above-mentioned failure or failure occurs when the butterfly valve is closed or at an intermediate angle close to it, the engine is not cooled sufficiently and the engine is overheated without the driver's knowledge. Have technical issues such as
[0011]
The present invention has been made in order to solve the technical problems as described above. In particular, the temperature control is performed in a state where the temperature transition of the cooling water is predicted, and the control without causing the hunting as described above is performed. An object of the present invention is to provide a cooling control device and a control method with improved accuracy.
In addition, the present invention aims to provide a cooling control device that can prevent problems such as overheating of the engine due to the occurrence of a failure in the drive device portion of the flow control valve, etc., and can exhibit a fail-safe function. It is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The cooling control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, provides a cooling medium circulation path between a fluid passage formed in the internal combustion engine and a fluid passage formed in a heat exchanger. A cooling control device for an internal combustion engine configured to radiate heat generated in the internal combustion engine by circulating a cooling medium in the circulation path by the heat exchanger, and between the internal combustion engine and the heat exchanger A flow rate control means for controlling the flow rate of the cooling medium in the circulation path according to the degree of valve opening, an information extraction means for extracting at least load information for the internal combustion engine and temperature information of the cooling medium, and the load information. A target set temperature of the corresponding cooling medium is obtained, a temperature deviation between the temperature information of the cooling medium and the target set temperature is obtained, and a difference between the temperature deviation and a change rate of the temperature deviation is calculated. A control unit for generating a control signal for the actuator of the flow control means on the basis of the engagementButEquippedThe control unit has a first control signal generation mode for generating an actuator control signal when the temperature deviation and the temperature deviation change rate are smaller than a predetermined value, and the temperature deviation and the temperature deviation change rate. It is characterized in that it is configured to execute a second control signal generation mode for generating an actuator control signal in a case where it is larger than a predetermined value.
[0013]
  in this case,in frontThe control unit includes a first control signal generation mode for generating an actuator control signal when the temperature deviation and the temperature deviation change rate are smaller than a predetermined value, and the temperature deviation and the temperature deviation change rate are higher than a predetermined value. In this case, the second control signal generation mode for generating the actuator control signal is executed.
  AndDesirably, the first control signal generation mode includes an integration control element that continuously changes the flow rate of the cooling medium by the flow rate control means minutely per unit time corresponding to the temperature deviation, and also generates the second control signal. The mode is configured to generate an actuator control signal based on the flow rate setting data of the cooling medium read from the map described corresponding to the temperature deviation and the temperature deviation change rate.
  The load information for the internal combustion engine is generated based on at least the rotational speed of the internal combustion engine and the opening information of the throttle valve.
[0014]
In a further preferred embodiment, a sensor indicating the flow rate of the cooling medium by the flow rate control means is further provided, and information obtained by the sensor is configured to be used for arithmetic processing in the control unit.
In a preferred embodiment, the flow rate control means is constituted by a butterfly valve disposed in a cylindrical cooling medium passage and having an angle in a plane direction that is variable with respect to a flow direction of the cooling medium. The sensor that indicates the flow rate of the cooling medium is an angle sensor that generates information related to the rotation angle of the butterfly valve.
[0015]
  In a preferred embodiment, the actuator includes a DC motor that is rotationally driven based on a control signal from the control unit, a clutch mechanism that transmits or releases the rotational driving force of the DC motor, and the clutch mechanism. And a return mechanism for urging the flow rate control means in the valve opening direction is arranged in the flow rate control means.
  The clutch mechanism is configured to be in a released state upon receiving an abnormal state output from the control unit, and configured to hold the flow rate control means in a valve open state by a return spring.
  In addition, the clutch mechanism is brought into a released state in response to the stop of the supply of a control signal from the control unit when the driving of the internal combustion engine is stopped, and the flow control means is held in the valve open state by the return spring. Composed.
[0016]
  Further, the cooling control method for an internal combustion engine according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, circulates a cooling medium between a fluid passage formed in the internal combustion engine and a fluid passage formed in a heat exchanger. A cooling control method for an internal combustion engine configured to radiate heat generated in the internal combustion engine by the heat exchanger by forming a path and circulating a cooling medium through the flow rate control means in the circulation path, Capturing at least load information for the internal combustion engine and temperature information of the cooling medium; obtaining a target set temperature of the cooling medium corresponding to the load information; and temperature of the temperature information of the cooling medium and the target set temperature Based on the relationship between the step of obtaining the deviation, the step of calculating the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation, and the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation. I from generating a control signal for driving the actuator of the control means, the drive the actuator based on the control signal, and performing a flow control of the cooling medium flowing into the heat exchangerTherefore, in the step of generating the control signal for driving the actuator, a step of determining whether or not the change rate of the temperature deviation and the temperature deviation is smaller than a predetermined value is further added. When it is determined that the change rate is smaller than a predetermined value, a control signal including an integral control element that continuously changes the flow rate of the cooling medium by the flow rate control means minutely per unit time corresponding to the temperature deviation is generated. In the case where it is determined that the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation are not smaller than a predetermined value, the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation are read from the map described in correspondence with the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation. It is characterized in that the step of generating the control signal is executed based on the flow rate setting data of the cooling medium.
[0018]
According to the configuration and the control method as described above, the target set temperature of the cooling water as the cooling medium is determined based on, for example, load information obtained from the rotational speed of the internal combustion engine and the angle information of the throttle valve. Further, a temperature deviation is obtained in a predetermined time unit based on the target set temperature and the temperature information of the cooling water, and further, a change rate of the temperature deviation is also obtained.
Then, a control signal is generated using the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation as parameters, and this control signal is supplied to an actuator that drives, for example, a butterfly valve as flow rate control means.
In this case, the generation mode of the control signal is changed according to the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation, and when the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation are smaller than a predetermined value, The rotation angle of the butterfly valve is controlled by PI control including an integral control element that continuously changes the flow rate minutely per unit time.
[0019]
In addition, when the temperature deviation and the temperature deviation change rate are larger than a predetermined value, the coolant flow rate setting data read from the map described in correspondence with the temperature deviation and the temperature deviation change rate is used. Based on this, quick response control for quickly driving the butterfly valve is performed.
Thereby, temperature management is performed in a state in which the temperature transition of the cooling water is predicted, and by using the above-described PI control together, it is possible to obtain preferable control accuracy that prevents the occurrence of significant hunting of the cooling water.
In addition, the actuator for rotationally driving the butterfly valve includes a direct current motor, a clutch mechanism, and a speed reduction mechanism, and drives the butterfly valve based on the control signal described above.
[0020]
In this case, the high-speed rotation characteristic that is a characteristic of the DC motor can be used particularly by using the DC motor, and the butterfly valve can be driven with sufficient rotational torque by the combination of the small DC motor and the speed reduction mechanism. it can. Therefore, the entire actuator can be reduced in size.
Further, by providing a return spring that urges the butterfly valve to open, and providing the actuator with a clutch mechanism, the valve opening by the return spring can be smoothly performed in the event of an abnormality.
In addition, the configuration in which the clutch mechanism is interposed between the DC motor and the speed reduction mechanism makes it possible to drastically reduce the driving force applied to the clutch mechanism, that is, the torque, thereby preventing slippage and wear of the clutch mechanism. Therefore, it is possible to reduce the size of the clutch mechanism and contribute to the downsizing of the actuator.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a cooling control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration applied to a cooling control device for an automobile engine. In FIG. 1, the same reference numerals as those of the conventional apparatus shown in FIG. 19 indicate the corresponding parts, and therefore the description of the individual configuration and operation will be omitted as appropriate. As shown in FIG. 1, the cooling water is disposed between an outflow portion 1d provided at the upper portion of an engine 1 as an internal combustion engine and an inflow portion 2a provided at an upper portion of a radiator 2 as a heat exchanger. A flow rate control unit 11 is connected to the outflow side cooling water channel 3a by a flange.
Thereby, the cooling medium, that is, the cooling water circulation path 12 is formed including the flow rate control unit 11.
[0022]
In addition, a temperature detection element 13 such as a thermistor is disposed in the cooling water outflow portion 1 d of the engine 1. A value detected by the temperature detection element 13 is converted into data recognizable by the control unit (ECU) 15 by the converter 14 and supplied to the control unit (ECU) 15 that controls the operating state of the entire engine. Has been.
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the opening degree information from the throttle position sensor 17 that detects the opening degree of the throttle valve 16 of the engine 1 is also supplied to the control unit 15. Although not shown, the control unit 15 is also configured to be supplied with information such as the engine speed.
On the other hand, control signals are supplied from the control unit 15 to the motor control circuit 18 and the clutch control circuit 19. The motor control circuit 18 and the clutch control circuit 19 respectively control the current supplied from the battery 20, and the control current is supplied to a DC motor control circuit and a clutch control circuit, which will be described later, provided in the flow rate control unit 11. It is configured to be.
[0023]
FIG. 2 schematically shows the configuration of the flow rate control unit 11, and a part thereof is shown in a cross-sectional state. The flow rate control unit 11 includes a butterfly valve and an actuator that drives the butterfly valve.
First, the actuator is provided with a DC motor 31, and a first clutch panel 32a constituting a clutch mechanism 32 is coupled to a rotating shaft 31a of the DC motor 31 in a rotating direction of the rotating shaft 31a. It is attached so that it can slide in the direction.
FIG. 3 shows a state in which the AA ′ portion in FIG. 2 is viewed in the direction of the arrow. That is, the rotating shaft 31a of the motor has a hexagonal outer shape as shown in the figure, and on the other hand, the central portion of the first clutch panel 32a is surrounded by the six rotating shafts 31a of the motor. A square hole is formed.
With this configuration, the first clutch panel 32a is coupled in the rotational direction of the rotary shaft 31a and acts so as to be slidable in the axial direction.
[0024]
Returning to FIG. 2, an annular groove 32b is formed on the peripheral side surface of the first clutch board 32a, and the tip of the actuator 32d of the electromagnetic plunger 32c is loosely fitted in the groove 32b. ing. A coil spring 32e is attached to the plunger 32c. In a normal state where the plunger 32c is not energized by the expanding action of the coil spring 32e, the first clutch panel 32a is moved to the motor 31 side as shown in FIG. It is made to pull in.
A second clutch panel 32f is disposed so as to face the first clutch panel 32a, and the second clutch panel 32f is fixed to an input side rotating shaft 33b constituting the speed reduction mechanism 33.
In the speed reduction mechanism 33, the input side rotary shaft 33b, the intermediate rotary shaft 33c, and the output side rotary shaft 33d are arranged in parallel with each other by bearings attached to the case 33a.
A pinion 33e is fixed to the input-side rotation shaft 33b, and meshes with a spur gear 33f fixed to the intermediate rotation shaft 33c. The pinion 33g fixed to the intermediate rotation shaft 33c is connected to the output-side rotation shaft 33d. The spur gear 33h is fixed to the sprocket gear 33h.
[0025]
With this configuration, the speed reduction mechanism 33 is configured such that its reduction ratio is about 1/50, for example.
Further, the output side rotation shaft 33 d of the speed reduction mechanism 33 is coupled to the drive shaft of the flow rate control valve 34. The flow control valve 34 is configured by a flat butterfly valve 34b disposed in a cylindrical cooling medium passage 34a. The butterfly valve 34b is configured such that the flow rate of the cooling water is controlled by the rotation angle of the support shaft 34c as a drive shaft with respect to the flow direction of the cooling water. That is, when the angle in the plane direction with respect to the flow direction of the cooling water is close to 0 degrees, the valve is opened, and when the angle in the plane direction with respect to the flow direction of the cooling water is close to 90 degrees, the valve is closed. . And the flow volume of cooling water is controlled linearly by taking the intermediate angle suitably.
[0026]
A collar 34d is fixed to the support shaft 34c on the side of the speed reduction mechanism 33 on the support shaft 34c, and a coiled return spring 34e is fitted on the peripheral side surface of the collar 34d. One end of the return spring 34e is engaged with a part of a cylindrical body that forms the cooling medium passage 34a therein, and the other end of the return spring 34e is a protrusion 34f attached to a part of the collar 34d. Is engaged.
In this state, the return spring 34e urges the butterfly valve 34b coupled to the support shaft 34c to open.
An angle sensor 34g is coupled to the other end of the support shaft 34c that faces the speed reduction mechanism 33, so that the rotation angle of the butterfly valve 34b can be recognized.
[0027]
In the flow control unit 11 configured as described above, the DC motor 31 is configured to receive a drive current from the motor control circuit 18 shown in FIG. 1, and the electromagnetic plunger 32c in the clutch mechanism 32 is a clutch shown in FIG. A drive current is received from the control circuit 19, and a data output relating to the rotation angle of the butterfly valve by the angle sensor 34g is supplied to the control unit 15 shown in FIG.
Therefore, in the configuration shown in FIG. 2, when the electromagnetic plunger 32c is energized, the operating element 32d moves the first clutch panel 32a toward the second clutch panel 32f to be in a coupled state. When a driving current is supplied to the DC motor 31, the rotational driving force of the motor 31 is decelerated by the reduction mechanism, and rotates the butterfly valve 34b via the support shaft 34c. Further, the angle sensor 34g feeds back data related to the rotation angle to the control unit 15 by the rotation of the support shaft 34c.
[0028]
FIG. 4 is a connection diagram showing the configuration of the motor control circuit 18. The motor control circuit 18 includes a first switching element Q1 and a second switching element Q2 connected in series between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (ground) of the power source (battery 20), and between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. A bridge circuit is configured by the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 connected in series.
Each of these switching elements is composed of an NPN bipolar transistor. Accordingly, the collectors of the first transistor Q1 and the third transistor Q3 are connected to the positive terminal of the battery 20, and the emitters of the second transistor Q2 and the fourth transistor Q4 are connected to the ground.
[0029]
The emitter of the first transistor Q1 and the collector of the second transistor Q3 are connected to form a first connection midpoint 18a. Further, the emitter of the third transistor Q3 and the collector of the fourth transistor Q4 are connected to constitute a second connection midpoint 18b.
A pair of drive current input terminals of the DC motor 31 is connected between the first connection midpoint 18a and the second connection midpoint 18b.
The control pole terminals, that is, the bases of the first and fourth transistors Q1 and Q4 are coupled to each other to form an input terminal a, and the bases of the second and third transistors Q2 and Q3 are coupled to each other to form an input terminal b. Is configured.
[0030]
FIG. 5 shows switch control signals that are alternatively given from the control unit 15 to the input terminals a and b in FIG.
This control signal has a pulse waveform by PWM, and as shown in the figure, it is configured to drive for a certain period of time according to the motor rotation direction. When the valve is closed, a control signal with a large pulse width (W1) is given only to the input terminal a, and when the valve is opened, a control signal with a small pulse width (W2) is given only to the input terminal b. .
That is, when the butterfly valve 34b is to be opened, the butterfly valve 34b is effectively driven with a small pulse width using the torque in the return direction of the return spring 34e.
[0031]
Here, when the butterfly valve 34b is to be closed, the switch control signal having the pulse width shown as the closing time (a) in FIG. 5 is supplied to the terminal a shown in FIG. Accordingly, the transistors Q1 and Q4 are turned on by the switch control signal corresponding to the pulse width shown in FIG. 5A, and the motor 31 is driven to rotate in one direction.
When the butterfly valve 34b is to be opened, a switch control signal having a pulse width shown as (b) in FIG. 5 is supplied to the terminal b shown in FIG. Accordingly, the transistors Q2 and Q3 are turned on by the pulse width control signal shown in FIG. 5B, and the motor 31 is rotated in the reverse direction.
[0032]
FIG. 6 shows a basic configuration of the ECU 15 shown in FIG. The ECU 15 stores a signal processing unit 15a that converts a signal supplied from each sensor into a digital signal that can be recognized by the ECU, input data processed by the signal processing unit 15a, and a table in the memory 15c. Comparing unit 15b for comparing with various data to be described later, and a signal processing unit 15d for calculating a comparison result by the comparing unit 15b and outputting a control signal.
[0033]
Hereinafter, the operation of the automobile engine cooling control apparatus shown in FIGS. 1 to 6 will be described according to a control flow mainly executed by the ECU 15 shown in FIG. First, in the flow shown in FIG. 7, when the automobile engine is started, a control signal is supplied from the ECU 15 to the clutch control circuit 19, so that a drive current is supplied to the electromagnetic plunger 32c shown in FIG. 32 becomes a transmission state.
At the same time, the ECU 15 sends a control signal for closing the flow control valve, that is, the butterfly valve 34b in the valve open state, to the motor control circuit 18. (Step S1)
As a result, the control signal having the pulse width (W1) shown in FIG. 5 when the valve is closed is applied to the terminal a in the motor control circuit 18 shown in FIG. Therefore, the DC motor 31 is driven to rotate, and the butterfly valve 34 b is temporarily closed via the speed reduction mechanism 33.
[0034]
In step S2, the ECU 15 reads the coolant temperature (Tws) at the time of starting the engine from the converter 14 that receives information from the temperature detection element 13. Subsequently, in step S3, the ECU 15 takes in the engine speed (N), the throttle opening (θT), and the cooling water temperature (Tw).
Next, in step S4, the relationship between the cooling water temperature (Tw) and the cooling water temperature (Tws) at the start is determined. That is, if it is determined that the condition of Tw> Tws is No, the process proceeds to step S5, a control signal is sent to the motor control circuit 18, and the value of the valve is set so that the angle detected by the angle sensor 34g is approximately 90 degrees. Set the angle. As a result, the butterfly valve 34b maintains a closed state. (Step S6)
[0035]
In step S7, it is determined whether or not the engine is stopped. If it is determined that the engine is not stopped (No), the routine returning to step S3 is repeated. If it is determined in step S7 that the engine is stopped (Yes), the process proceeds to step S8, where the ECU 15 stops supplying the control signal to the clutch control circuit 19, and thus the operation of the electromagnetic plunger 32c is stopped.
As a result, the clutch mechanism 32 is released, and the butterfly valve 34b is opened by the action of the return spring 34e.
In Step S4, if it is determined that the condition of Tw> Tws is Yes, the process proceeds to Step S9, and the target set water temperature (N) as the engine load information corresponding to the engine speed (N) -throttle opening (θT) ( Ts) is retrieved from the table {circle around (1)} shown in FIG.
[0036]
In the table (1) shown in FIG. 11, the target set water temperature (Ts) is described in a matrix between the engine speed (N) and the throttle opening (θT). In the figure, for the convenience of explanation on the paper, the relationship between the engine speed (N) and the throttle opening (θT) is expressed fairly coarsely, but specifically, it is described in a finer state. Further, even in a slightly rough state, the target set water temperature (Ts) that can be used practically can be obtained by performing so-called intermediate interpolation at the intermediate value. The same applies to each table shown below.
[0037]
Subsequently, in step S10, a temperature deviation (ΔT = Tw−Ts) is calculated from the cooling water temperature (Tw) and the target set water temperature (Ts) retrieved from the table (1) shown in FIG. In step S11, the reference control valve angle (θso) corresponding to the engine speed (N) and the throttle opening (θT) is retrieved from the table (2) shown in FIG.
Subsequently, in step S12, a temperature deviation speed (Tv) is calculated from the previous water temperature (Two) and the current water temperature (Tw). That is, as shown in step S12 of FIG. 7, a calculation process of Tv = ΔT / Δt = (Two−Tw) / sec is executed. The two data of the temperature deviation (ΔT) and the temperature deviation speed (Tv) obtained in the steps S10 and S12 are converted into a predetermined temperature deviation value (ΔTA) and a predetermined temperature deviation speed value (in step S13, respectively). Tv). That is, as shown in FIG. 7, a comparison operation of ΔT ≦ ΔTA and Tv ≦ TvA is performed.
[0038]
The predetermined temperature deviation value (ΔTA) and the predetermined temperature deviation speed value (Tv) are set to relatively low values of deviation components surrounded by thick lines in the table (3) described later. If it is determined in S13 that it is not less than the predetermined value (No), the process proceeds to step S21 shown in FIG.
Steps S21 to S25 shown in FIG. 8 are quick response control routines that execute the flow rate control of the cooling water by the flow rate control valve relatively quickly.
In step S21, the control valve set angle (θs) corresponding to the temperature deviation (ΔT) obtained in step S10 and the temperature deviation speed (Tv) obtained in step S12 is retrieved from the table (3) shown in FIG. .
[0039]
In the table (3) shown in FIG. 13, the control valve set angle (θs) is described in a matrix form between the temperature deviation (ΔT) and the temperature deviation speed (Tv) as in the table (1) (2). ing. In the table (3), the range (ΔT4) in which the value of the temperature deviation (ΔT) surrounded by the thick line is small and the range (Tv4) in which the value of the temperature deviation rate (Tv) is small are the predetermined temperature deviation values (ΔTA). ) And a predetermined temperature deviation speed value (Tv).
In step S22, the total control valve angle (θ) is calculated. The calculation of θ = θso ± θs is performed between the reference control valve angle (θso) searched in step S11 and the control valve setting angle (θs) searched in step S21.
[0040]
In step S23, a calculation for selecting the rotation direction of the motor, that is, a calculation of Δθ = θv−θ is performed. Note that θv used for this calculation is obtained from the angle sensor 34g for detecting the control valve angle shown in FIG. The rotation direction of the motor is determined according to the positive or negative value in the result of this calculation.
Subsequently, the process proceeds to step S24, and the driving of the DC motor, that is, the DC motor 31 shown in FIG. 2 is executed. In this case, when Δθ is large according to the value of Δθ, a large duty pulse corresponding to that is generated, and when Δθ is small, a small duty pulse corresponding to that is generated, and the PWM signal As a result, the DC motor is driven.
Thereby, in step S25, the butterfly valve 34b which is a flow control valve is rotated, and after passing through the above routine, it returns to step S7 in FIG. 7 again.
[0041]
On the other hand, if it is determined that the temperature deviation (ΔT) and the temperature deviation speed (Tv) are within a predetermined range (Yes) as a result of the comparison calculation in step S13 in FIG. 7, the process proceeds to step S31 in FIG.
Steps S31 to S40 shown in FIG. 9 are routines for executing PI control including an integral control element that continuously changes the flow rate of the cooling water by the flow rate control valve minutely every unit time.
In step S31, the proportional opening value (θsp) is retrieved from the proportional opening value (θsp) table (4) corresponding to the temperature deviation (ΔT) shown in FIG.
Subsequently, in step S32, the integrated opening value (θsi) is searched from the table (5) of the integrated opening value (θsi) shown in FIG. 15 corresponding to the temperature deviation (ΔT).
Then, the process proceeds to step S33, and it is determined whether or not the value of the temperature deviation speed (Tv) obtained in step S12 is “0”. If it is determined here that the value of the temperature deviation speed Tv is “0”, the process proceeds to step S37 described later. If it is determined that the value of the temperature deviation speed Tv is not “0”, the process proceeds to step S34.
[0042]
In step S34, the value of the temperature deviation ΔT obtained in step S10 is determined. If it is determined in this step S34 that ΔT> 0, the process proceeds to step S35. If it is determined that ΔT <0, the process proceeds to step S36. If it is further determined that ΔT = 0, the process proceeds to step S37.
In step S35, a value θ for decreasing the control valve opening is calculated as the control valve opening calculation. Here, from the reference control valve opening degree θso searched in step S11, the proportional opening value θsp searched in step S31, and the integral opening degree value θsi searched in step S32, θ = θso− (θsp + θsi) An operation is performed.
In step S36, a value θ for increasing the control valve opening is calculated as the control valve opening calculation. Here, the calculation of θ = θso + (θsp + θsi) is performed.
Further, in the case of step S37, an action of bringing the previous control valve angle θ as it is is performed.
[0043]
Then, the process proceeds to step S38, and Δθ = θv−θ is calculated based on the control valve angle (θ) obtained in steps S35 to S37 and the control valve opening (θv) obtained from the control valve angle sensor 34g. Made. This is the same calculation as in step S23 described above, and the rotation direction of the motor is determined based on the result.
And the opening degree of a flow control valve is controlled by performing Step S39 and Step S40. The operations of Step S39 and Step S40 are the same as Step S24 and Step S25 described above, and the description thereof is omitted.
Through the above routine, the process returns to step S7 in FIG. 7, and the above routine is circulated until the engine is stopped.
[0044]
With the above operation, the temperature control of the cooling water is performed in a state where the temperature transition of the cooling water is predicted from the load information for the engine. Depending on the situation, the flow control valve is controlled to open and close by the control signals obtained in the first control signal generation mode and the second control signal generation mode. As a result, the responsiveness of the control valve is improved and the cooling water is improved. The control accuracy can be greatly increased.
[0045]
In the flow shown in FIGS. 7 to 9, the control valve opening degree θs set corresponding to the temperature deviation ΔT and the temperature change rate Tv is read and controlled in order to improve the responsiveness of the flow control valve. The valve opening is controlled. In order to carry out this method more simply, the flow shown in FIG. 10 can be used.
FIG. 10 can be used by exchanging Step S13 in FIG. 7 and Steps S21 to S25 shown in FIG.
That is, step S51 in FIG. 10 is the same as step S13 in FIG. If it is determined No in step S51, in step S52, the control valve angle θs ′ corresponding to the engine speed (N) −throttle opening (θT) as the engine load information is set as shown in FIG. The table is searched from the table (6).
In step S53, the calculation for selecting the rotation direction of the motor, that is, the calculation of Δθ = θv−θs ′ is performed as in step S23. The rotation direction of the motor is determined according to the positive or negative value in the result of this calculation.
[0046]
Subsequent operations of steps S54 and S55 are the same as those of steps S24 and S25 described above, and a description thereof will be omitted.
Then, the process proceeds to step S56, and it is determined whether or not the flow control valve opening degree θv obtained from the angle sensor 34g is equal to the control valve set angle θs ′ obtained in step S52 (θs ′ = θv?). If it is determined that there is no (No), the process returns to step S7 shown in FIG. If it is determined that they are equal (Yes), the process proceeds to step S31 in FIG. 9, and PI control is executed.
[0047]
In each of the flows shown in FIGS. 7 to 9 and FIG. 10 described above, the angle of the butterfly valve 34b as the flow control valve is supplied as the flow control valve opening θv from the angle sensor 34g. However, the same control can be executed without using the flow control valve opening degree θv.
That is, when the angle sensor is used, basically, the flow rate control valve opening θv is controlled as the control deviation signal to the target set water temperature Ts, and when the angle sensor is not used, it is directly based on the temperature deviation signal ΔT. The DC motor can be controlled by driving the PI duty pulse.
Therefore, in a state where the control valve angle sensor is not used, the same result can be obtained by replacing the table (3) shown in FIG. 13 with a DC motor drive PI duty value table.
[0048]
FIG. 17 shows an example of a proportional duty table corresponding to the temperature deviation signal ΔT used for this, and FIG. 18 shows an example of an integral duty table corresponding to the temperature deviation signal ΔT used for this. Show.
By referring to these correspondence tables and time-controlling the duty ratio of the PWM signal applied to the bridge type DC motor driving circuit shown in FIG. 4, the same effect can be obtained.
[0049]
Further, in the control unit 15, the actual cooling water temperature Tw obtained by the temperature detection element 13 is compared with the target set water temperature Ts, and the difference ΔT becomes larger than a predetermined value after a certain time has elapsed. In this case, that is, when the temperature is out of the predetermined temperature range, an abnormal state output can be generated.
When the abnormal state output is generated, the clutch control circuit 19 controls the clutch mechanism 32 to be released, so that the butterfly valve 34b can be opened by the action of the return spring 34e. Therefore, circulation of the cooling water is promoted, and it is possible to avoid a situation where the engine is overheated.
Further, the above description has been given based on the embodiment in which the cooling control device of the present invention is applied to an automobile engine. However, the present invention is not limited to such a specific one but can be applied to other internal combustion engines. Thus, the same effect can be obtained.
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the cooling control apparatus and cooling control method for an internal combustion engine according to the present invention, the target set temperature of the cooling medium is obtained based on at least the load information for the internal combustion engine. Since the temperature deviation and the rate of change of the temperature deviation are obtained based on the temperature of the cooling medium, the optimum control mode can be selected based on those numerical values.
The PI control can be executed as the first control signal generation mode, and the quick response control can be executed as the second control signal generation mode. Management can be achieved.
Therefore, occurrence of hunting of the coolant temperature can be prevented, and fuel consumption and harmful exhaust gas can be reduced.
[0051]
In addition, since the actuator for controlling the flow rate control means is composed of a DC motor, a clutch mechanism, and a speed reduction mechanism, it becomes possible to reduce the overall size while obtaining sufficient drive torque of the flow rate control means. When employed in an engine, the occupied volume can be reduced.
In addition, by using a return spring that urges the flow rate control means in the valve opening direction, problems such as overheating of the engine due to the occurrence of a failure can be prevented and the fail-safe function can be exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment in which a cooling control device according to the present invention is applied to an automobile engine.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a partial cross-sectional state of a flow control unit used in the apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
4 is a connection diagram showing a motor drive circuit used in the apparatus shown in FIG. 1. FIG.
5 is a waveform diagram showing an example of a control signal given to the motor drive circuit shown in FIG. 4. FIG.
6 is a block diagram showing a configuration of an engine control unit (ECU) shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a flowchart for explaining an action performed in the ECU.
FIG. 8 is a flowchart for explaining mainly the action of speed response control following the flowchart shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a flowchart for mainly explaining the operation of PI control following the flowchart shown in FIG. 7;
10 is a flowchart showing an example that can be used in place of the flowchart shown in FIG.
11 is a block diagram showing an example of a data table used in the processing routine shown in FIG.
12 is a configuration diagram showing an example of another data table used in the processing routine shown in FIG. 7. FIG.
13 is a configuration diagram showing an example of a data table used in the processing routine shown in FIG.
14 is a configuration diagram showing an example of a data table used in the processing routine shown in FIG.
FIG. 15 is a configuration diagram showing an example of another data table used in the processing routine shown in FIG. 9;
16 is a configuration diagram showing an example of a data table used in the processing routine shown in FIG.
FIG. 17 is a configuration diagram showing an example of a data table used in another embodiment of the cooling control apparatus according to the present invention.
FIG. 18 is a configuration diagram showing another example of the data table.
FIG. 19 is a configuration diagram showing an example of a conventional automotive engine cooling device.
FIG. 20 is a configuration diagram showing an example of a conventional flow control device using a butterfly valve in a partially sectional state.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2 Heat exchanger (radiator)
2c Fluid passage
3 Cooling channel
5 Water pump
6 Fan unit
11 Flow control unit
12 Cooling medium circuit
13 Temperature sensing element
15 Control unit (ECU)
16 Throttle valve
17 Throttle position sensor
18 Motor control circuit
19 Clutch control circuit
20 battery
31 Motor (DC motor)
32 Clutch mechanism
32a First clutch board
32c electromagnetic plunger
32f 2nd clutch board
33 Deceleration mechanism
34 Flow control valve
34a Coolant passage
34b Butterfly valve
34c spindle
34e Return spring
34g angle sensor

Claims

A cooling medium circulation path is formed between the fluid passage formed in the internal combustion engine and the fluid passage formed in the heat exchanger, and heat generated in the internal combustion engine is generated by circulating the cooling medium in the circulation path. An internal combustion engine cooling control device configured to dissipate heat by the heat exchanger,
Flow rate control means for controlling the flow rate of the cooling medium in the circulation path between the internal combustion engine and the heat exchanger according to the degree of valve opening;
Information extracting means for extracting at least load information for the internal combustion engine and temperature information of the cooling medium;
A target set temperature of the cooling medium corresponding to the load information is obtained, a temperature deviation between the temperature information of the cooling medium and the target set temperature is obtained, and the flow rate is determined based on a relationship between the temperature deviation and a change rate of the temperature deviation. a control unit for generating a control signal for the actuator of the control device, is provided,
The control unit includes a first control signal generation mode for generating an actuator control signal when the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation are smaller than a predetermined value, and the change rate of the temperature deviation and the temperature deviation from a predetermined value. A cooling control device for an internal combustion engine, characterized in that the second control signal generation mode for generating the actuator control signal is executed in a large case .

The first control signal generation mode includes an integration control element that continuously changes the flow rate of the cooling medium by the flow rate control means minutely per unit time corresponding to the temperature deviation, and also generates the second control signal. The mode is configured to generate an actuator control signal based on the flow rate setting data of the coolant read from the temperature deviation and the map described corresponding to the temperature deviation change rate. The cooling control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 .

The cooling control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 , wherein the load information is generated based on at least the rotational speed of the internal combustion engine and opening degree information of the throttle valve.

It said flow control means according to the sensor further comprises indicating the flow rate of the cooling medium, the information obtained by the sensor, according to claim 1 or claims, characterized in that it is configured to utilize the calculation process in the control unit Item 4. The cooling control apparatus for an internal combustion engine according to any one of Items 3 to 4 .

The flow control means is a butterfly valve that is disposed in a cylindrical cooling medium passage and whose angle in the plane direction is variable with respect to the flow direction of the cooling medium, and also indicates a flow rate of the cooling medium. 5. The cooling control device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the angle sensor is an angle sensor that generates information related to a rotation angle of the butterfly valve.

The actuator includes a direct current motor that is rotationally driven based on a control signal from the control unit, a clutch mechanism that transmits or releases the rotational driving force of the direct current motor, and the rotational speed of the direct current motor via the clutch mechanism. It is composed of reduction gear mechanism for decelerating the, and the flow control means, to any one of claims 1 to 5, characterized in that the return spring for biasing the flow control means in the valve opening direction is located A cooling control apparatus for an internal combustion engine as described.

The clutch mechanism is made in the released state by receiving an abnormal condition output from the control unit, according to claim, characterized in that it is configured to hold the open state of the flow control means by said return spring 6 An internal combustion engine cooling control apparatus according to claim 1.

The clutch mechanism is configured to be released in response to a supply stop of a control signal from the control unit when driving of the internal combustion engine is stopped, and is configured to hold the flow rate control means in a valve open state by the return spring. The cooling control apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, wherein

A cooling medium circulation path is formed between a fluid passage formed in the internal combustion engine and a fluid passage formed in the heat exchanger, and the cooling medium is circulated in the circulation path via a flow rate control means. A cooling control method for an internal combustion engine configured to dissipate heat generated in the engine by the heat exchanger,
Capturing at least load information for the internal combustion engine and temperature information of the cooling medium;
Obtaining a target set temperature of the cooling medium corresponding to the load information;
Obtaining a temperature deviation between the temperature information of the cooling medium and a target set temperature;
Calculating the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation;
Generating a control signal for driving the actuator of the flow rate control means based on the relationship between the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation;
Driving the actuator based on the control signal, and performing flow rate control of the cooling medium flowing into the heat exchanger;
Tona is,
In the step of generating the control signal for driving the actuator, a step of determining whether or not the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation are smaller than a predetermined value is further added, and the change rate of the temperature deviation and the temperature deviation is added. Is determined to be smaller than a predetermined value, a step of generating a control signal including an integral control element for continuously changing the flow rate of the cooling medium by the flow rate control means minutely per unit time corresponding to the temperature deviation. And when the temperature deviation and the change rate of the temperature deviation are determined not to be lower than a predetermined value, the cooling medium read from the map described corresponding to the temperature deviation and the temperature deviation change rate. A method for controlling cooling of an internal combustion engine, comprising: generating a control signal based on the flow rate setting data .