(57)【要約】【課題】エンジンが装備するＷ／Ｐが電動式であるか機械式であるかを問わず、不凍液濃度を推定することを課題とする。【解決手段】不凍液濃度推定装置は、Ｑｗをエンジンの冷却損失、ＣＬＬＣを前記エンジンの本体内を循環する冷却水の比熱、ＶＬＬＣを前記エンジンの本体内を循環する冷却水の流量、Ｔｉｎを前記エンジンの本体入口における冷却水温度、Ｔｏｕｔを前記エンジンの本体出口における冷却水温度としたときに、不凍液密度ρＬＬＣを、ρＬＬＣ＝Ｑｗ／（ＣＬＬＣ×ＶＬＬＣ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ））なる式に基づいて求め、求められた不凍液密度ρＬＬＣに基づいて、不凍液濃度ρ´ＬＬＣを推定する演算部を備える。【選択図】図２
2019183746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｑｗをエンジンの冷却損失、ＣＬＬＣを前記エンジンの本体内を循環する冷却水の比熱、ＶＬＬＣを前記エンジンの本体内を循環する冷却水の流量、Ｔｉｎを前記エンジンの本体入口における冷却水温度、Ｔｏｕｔを前記エンジンの本体出口における冷却水温度としたときに、不凍液密度ρＬＬＣを、
ρＬＬＣ＝Ｑｗ／（ＣＬＬＣ×ＶＬＬＣ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ））
なる式に基づいて求め、求められた不凍液密度ρＬＬＣに基づいて、不凍液濃度ρ´ＬＬＣを推定する演算部を備えた不凍液濃度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不凍液濃度推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン内を循環する冷却水の凍結を防止すべく、冷却水にロングライフクーラント（ＬＬＣ：不凍液）を混合することが行われている。不凍液濃度によっては、冷却水が流路内で凍結して流路を破損させたり、沸点が変化することで、エンジンの温度制御に影響を及ぼしたりすることがある。従って、エンジンを適切に稼働させるために不凍液濃度を把握しておくことは有効であり、例えば、冷却水を循環させる電動式ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）の消費電流に基づいて、不凍液濃度を推定する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４７５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動Ｗ／Ｐの消費電流に基づいて不凍液濃度を推定する構成であると、機械式Ｗ／Ｐが装備されたエンジンにはその構成を適用することができず、不凍液濃度を推定することができない。
【０００５】
そこで、本明細書開示の不凍液濃度推定装置は、エンジンが装備するＷ／Ｐが電動式であるか機械式であるかを問わず、不凍液濃度を推定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示された不凍液濃度推定装置は、Ｑｗをエンジンの冷却損失、ＣＬＬＣを前記エンジンの本体内を循環する冷却水の比熱、ＶＬＬＣを前記エンジンの本体内を循環する冷却水の流量、Ｔｉｎを前記エンジンの本体入口における冷却水温度、Ｔｏｕｔを前記エンジンの本体出口における冷却水温度としたときに、不凍液密度ρＬＬＣを、
ρＬＬＣ＝Ｑｗ／（ＣＬＬＣ×ＶＬＬＣ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ））
なる式に基づいて求め、求められた不凍液密度ρＬＬＣに基づいて、不凍液濃度ρ´ＬＬＣを推定する演算部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書開示の不凍液濃度推定装置によれば、エンジンが装備するＷ／Ｐが電動式であるか機械式であるかを問わず、不凍液濃度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は実施形態の不凍液濃度推定装置を搭載したエンジンの概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は実施形態の不凍液濃度推定装置による不凍液濃度推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３（Ａ）は多機能弁開度とＶＬＬＣ＿ＲＡＤとの関係を示すマップの一例であり、図３（Ｂ）は多機能弁開度とＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴとの関係を示すマップの一例であり、図３（Ｃ）は多機能弁開度とＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗとの関係を示すマップの一例である。
【図４】図４は冷却損失Ｑｗ算出マップの一例である。
【図５】図５は不凍液濃度（ＬＬＣ濃度）と沸点との関係を示すグラフである。
【図６】図６はエンジン出口水温と燃費向上率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
【００１０】
（実施形態）
図１を参照すると、エンジン１００は、エンジン本体１０に不凍液濃度推定装置１が装備されている。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２を備え、シリンダブロック１１の下側にエンジン本体１０内に冷却水を導入するインレット１３を備える。エンジン本体１０に供給され、循環する冷却水には、不凍液としてエチレングリコールを主成分とするロングライフクーラント（ＬＬＣ）が混合されている。不凍液濃度推定装置１は、水に対する不凍液の濃度（ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣ）、すなわち、エチレングリコールの重量パーセント濃度を推定する。
【００１１】
インレット１３の下流側には、冷却水入口流路１４が設けられている。冷却水入口流路１４には、機械式のウォータポンプ（以下、「メカＷ／Ｐ」という）１５が設けられている。メカＷ／Ｐ１５は、エンジン１００が備えるクランクシャフトから動力を得て稼働する。冷却水入口流路１４のメカＷ／Ｐ１５の下流側には、入口水温センサ１７が設けられている。入口水温センサ１７は、エンジン本体１０の入口における冷却水温度Ｔｉｎを計測する。
【００１２】
エンジン本体１０内に導入された冷却水は、オイルクーラ（Ｏ／Ｃ）１６に供給され、エンジン本体１０内を循環する潤滑オイルを冷却する。
【００１３】
シリンダヘッド１２には、冷却水出口流路１８が接続されている。冷却水出口流路１８には、多機能弁２０が設けられている。多機能弁２０には、ラジエータ循環流路２１、ヒータ循環流路２３及びＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路２６が接続されている。ラジエータ循環流路２１には、ラジエータ２２が設けられている。ヒータ循環流路２３には、ヒータ２４と電動Ｗ／Ｐ（Ｅ−Ｗ／Ｐ）２５が設けられている。ＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路２６には、ＡＴＦ／Ｗ熱交換器２７が設けられている。
【００１４】
多機能弁２０は、その開度に応じて、ラジエータ循環流路２１、ヒータ循環流路２３及びＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路２６へ分配される冷却水の流量を制御する。
【００１５】
以下の説明において、多機能弁２０によって分配されたラジエータ循環流路２１の冷却水の流量をＶＬＬＣ＿ＲＡＤと表記し、ヒータ循環流路２３の冷却水の流量をＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴと表記する。また、ＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路２６の冷却水の流量をＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗと表記する。多機能弁２０の開度は、後に説明するようにエンジン１００の運転状態に基づいて、制御される。このため、エンジン回転数ＮＥと相関性を有するメカＷ／Ｐ１５の吐出量と、多機能弁２０の開度とは、相関性を有する。また、多機能弁２０の開度に応じて、ラジエータ循環流路２１、ヒータ循環流路２３及びＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路２６への分配割合が定まる。このため、流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗは多機能弁２０の開度と相関性を持たせることができる。このため、予め実機の適合により、多機能弁２０の開度とこれらの流路への流量とを関連付けておくことで、多機能弁２０の開度が分かれば、流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗが分かるようになる。また、エンジン本体１０内を循環する冷却水の流量ＶＬＬＣは、これらの分配された流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗを合算することで求めることができる。
【００１６】
ラジエータ循環流路２１、ヒータ循環流路２３及びＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路２６のそれぞれの下流端は、いずれもインレット１３に接続されており、それぞれ循環経路を形成している。
【００１７】
エンジン１００は、エンジン制御装置（ＥＣＵ：Engine Control Unit）２８を備える。ＥＣＵ２８は、エンジン１００を統括的に制御する。ＥＣＵ２８は、エンジン制御にかかる各種演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、エンジン制御用の演算プログラムや演算マップ、各種データが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えている。ＥＣＵ２８は、演算部として機能する。
【００１８】
ＥＣＵ２８には、各種センサが接続されている。回転速度センサ２９はエンジン１００の出力軸の回転速度に基づいてエンジン回転数ＮＥを検出する。エアフロメータ３０はエンジン１００に導入される吸入空気量を検出する。ＥＣＵ２８は、エアフロメータ３０によって取得した吸入空気量に基づいてエンジン負荷（エンジントルク）を算出する。
【００１９】
ＥＣＵ２８には、入口水温センサ１７と出口水温センサ１９とが、電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ２８は、エンジン本体１０の入口における冷却水温度Ｔｉｎと出口における冷却水温度Ｔｏｕｔを読み込むことができる。また、ＥＣＵ２８には、多機能弁２０が電気的に接続されており、ＥＣＵ２８は、エンジン１００の運転状態に基づいて、多機能弁２０に対し、その開度を指示する。このように、ＥＣＵ２８は、多機能弁２０の開度の値を保持している。また、ＥＣＵ２８は、予め準備された多機能弁２０の開度と流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗとの関係を示すマップも保持している。ＥＣＵ２８は、このマップに基づいて、流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗを読み込むことができる。
【００２０】
不凍液濃度推定装置１に含まれるＥＣＵ２８は、エンジン本体１０の入口における冷却水温度Ｔｉｎ、出口における冷却水温度Ｔｏｕｔ、エンジン回転数ＮＥ、エンジントルク及び流量ＶＬＬＣに基づいて、ＬＬＣ濃度ρを算出する。
【００２１】
ここで、エンジン１００における冷却損失Ｑｗは、以下の式１によって、表記することができる。
Ｑｗ＝ρＬＬＣ×ＣＬＬＣ×ＶＬＬＣ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）
式１
Ｑｗ：エンジン冷却損失［ｋＷ］
ρＬＬＣ：ＬＬＣ密度［ｋｇ／ｍ３］
ＣＬＬＣ：エンジン本体内を循環する冷却水の比熱［Ｊ／ｋｇ℃］
ＶＬＬＣ：エンジン本体内を循環する冷却水の流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｔｉｎ：入口における冷却水温度［℃］
Ｔｏｕｔ：出口における冷却水温度［℃］
【００２２】
このため、式１を変形し、
ρＬＬＣ＝Ｑｗ／（ＣＬＬＣ×ＶＬＬＣ×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ））
式２
とすることで、ＬＬＣ密度ρＬＬＣを求めることができる。
【００２３】
ここで、ＬＬＣ密度ρＬＬＣは、冷却水比熱ＣＬＬＣとともに、冷却水温度とＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣとの間に相関性を有する物性値であり、冷却水温度とＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣが分かると、ＬＬＣ密度ρＬＬＣと冷却水比熱ＣＬＬＣを知ることができる。
【００２４】
そこで、本実施形態では、異なる冷却水温度と異なるＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣ毎に、ＬＬＣ密度ρＬＬＣと冷却水比熱ＣＬＬＣをマップ化しておくと共に、異なる冷却水温度、異なるＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣ毎に冷却損失Ｑｗを示すマップを準備しておく。そして、これらのマップによって得られた数値を式２に当て嵌めることでＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣを推定する。冷却損失Ｑｗを示すマップの詳細、数値の式２への当て嵌めについては、後に説明する。
【００２５】
以下、図２乃至図４を参照して、ＬＬＣ密度ρＬＬＣを算出し、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣを推定する処理について、説明する。
【００２６】
まずステップＳ１において、ＥＣＵ２８は、入口における冷却水温度Ｔｉｎ、出口における冷却水温度Ｔｏｕｔ、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量及び多機能弁２０の開度を読み込む。
【００２７】
そして、ステップＳ２において、ＥＣＵ２８は、入口における冷却水温度Ｔｉｎと出口における冷却水温度Ｔｏｕｔの差分である（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）を算出する。また、ステップＳ１において読み込んだ吸入空気量に基づいてエンジントルクを算出する。なお、エンジントルクは、燃料噴射量に基づいて算出するようにしてもよい。
【００２８】
ステップＳ２に引き続いて行われるステップＳ３では、ＥＣＵ２８は、ステップＳ１で読み込んだ多機能弁２０の開度に基づいて、流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗを算出する。流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤは、図３（Ａ）に示すマップに基づいて算出される。流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴは、図３（Ｂ）に示すマップに基づいて算出される。流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗは、図３（Ｃ）に示すマップに基づいて算出される。これらのマップは、予め実機における適合によって作成されている。
【００２９】
そして、ステップＳ４において、流量ＶＬＬＣ＿ＲＡＤ、流量ＶＬＬＣ＿ＨＥＡＴ及び流量ＶＬＬＣ＿ＡＴＦ／Ｗを合算することで流量ＶＬＬＣを算出する。
【００３０】
ステップＳ４に引き続いて行われるステップＳ５では、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣを推定する。ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣの推定には、式２と、図４に示す予め実機を用いた適合によって求めたマップを用いる。図４に示すマップは、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣ、冷却水温度毎に準備された複数枚のマップ群として用意されている。本実施形態では、冷却水温度の値として、出口における冷却水温度Ｔｏｕｔを用いて、適合を行っているが、入口における冷却水温度Ｔｉｎや、他の箇所で取得した値を用いて適合を行い、マップを作成してもよい。
【００３１】
一枚のマップは、横軸にエンジン回転数ＮＥ、縦軸にエンジントルクＴｑを備え、等しい冷却損失Ｑｗを示す等冷却損失曲線が描かれている。等冷却損失曲線は、等しい冷却損失Ｑｗとなるエンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴｑとの組み合わせをプロットすることで描かれている。冷却損失Ｑｗは、マップの右上方、すなわち、エンジン回転数ＮＥが高くなり、エンジントルクＴｑが大きくなるほど、その数値が大きくなる。
【００３２】
ＥＣＵ２８は、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣを推定するために、まず、複数のマップの中から、出口における冷却水温度Ｔｏｕｔに基づいて、適用される可能性があるマップを選び出す。これにより、冷却水温度が同一、または、同一とみなすことができるマップの一群が選び出される。この一群のマップに含まれる一枚一枚のマップは、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣが異なっている。
【００３３】
そして、ＥＣＵ２８は、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣの値を仮定し、仮定したＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣのマップにエンジン回転数ＮＥ、エンジントルクＴｑを当て嵌めて、冷却損失Ｑｗの値を得る。得られた冷却損失Ｑｗの値は、式２に代入される。ＥＣＵ２８は、これと共に、使用したマップのＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣに対応するＬＬＣ密度ρＬＬＣの値と、冷却水比熱ＣＬＬＣの値をマップから取得し、式２に代入する。そして、式２の等号が成立するか否かの判断を行う。式２の等号が成立した場合には、そのとき使用したマップのＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣが、そのとき、エンジン１００に供給されているＬＬＣの濃度であると推定することができる。
【００３４】
式２の等号が成立しない場合には、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣの値を他の値に設定しなおし、その値に対応するマップを参照する。そして、式２に対する同様の当て嵌めを行う。このようにして、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣを推定することができる。
【００３５】
本実施形態の不凍液濃度推定装置１によれば、式２に基づいて求めたＬＬＣ密度ρＬＬＣに基づいて、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣを推定する。このため、エンジン１００が装備するＷ／Ｐが電動式であるか機械式であるかを問わず、ＬＬＣ濃度を推定することができる。
【００３６】
推定されたＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣは、ＬＬＣの沸点の把握に利用することができる。図５を参照すると、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣが高くなるほど、飽和蒸気圧が高くなる。冷却水は、沸騰しない条件下で循環させることが求められるが、ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣが高く、飽和蒸気圧が高い場合には、冷却水の温度を高め設定することが可能となる。図６を参照すると、出口における冷却水温度が高くなると、燃費が向上することが分かる。ＬＬＣ濃度ρ´ＬＬＣに応じて、冷却水温度を高く設定することができる場合には、できるだけ冷却水温度を高めに設定してエンジン１００を稼働させることで、燃費の向上を図ることができる。
【００３７】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００３８】
１  不凍液濃度推定装置
１０  エンジン本体
１１  シリンダブロック
１２  シリンダヘッド
１４  冷却水入口流路
１５  メカＷ／Ｐ
１７  入口水温センサ
１８  冷却水出口流路
１９  出口水温センサ
２０  多機能弁
２１  ラジエータ循環流路
２３  ヒータ循環流路
２６  ＡＴＦ／Ｗ熱交換器循環流路
２８  エンジン制御装置（ＥＣＵ）
２９  回転速度センサ
３０  エアフロメータ
１００  エンジン
【図１】
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【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】
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