(57)【要約】【課題】この発明は内燃機関の冷却装置に関し、冷却装置の腐食による異常の発生を検知することができる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。【解決手段】導電性の芯材と、導電性の被覆材とから形成されるチューブ材と、前記芯材と前記被覆材との間の電位差を取得する電位差取得手段と、前記電位差取得手段により取得した取得値が、前記チューブ材の形成時における前記電位差の範囲で予め設定した第１の異常判定値を所定時間以上継続して下回る場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する異常検知手段とを備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。【選択図】図１
2009185673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の芯材と、導電性の被覆材とから形成されるチューブ材と、
前記芯材と前記被覆材との間の電位差を取得する電位差取得手段と、
前記電位差取得手段により取得した取得値が、前記チューブ材の形成時における前記電位差の範囲で予め設定した第１の異常判定値を所定時間以上継続して下回る場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する異常検知手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
導電性の芯材と、導電性の被覆材とから形成されるチューブ材と、
前記芯材と前記被覆材との間の電位差を取得する電位差取得手段と、
前記電位差取得手段により取得した取得値と前記チューブ材の形成時における前記電位差との差分が、前記チューブ材の形成時における前記電位差の範囲で予め設定した第２の異常判定値を所定時間以上継続して上回る場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する異常検知手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態が定常軽負荷であるかどうかを判定する判定手段とを備え、
前記異常検知手段は、前記運転状態が定常軽負荷であると判定された場合に実施されることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記チューブ材の腐食による異常の発生を外部へ報知する報知手段を備えることを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、車両に走行用動力源として搭載され、
前記チューブ材の腐食による異常が発生した場合に、前記車両に退避走行を指令する退避走行指令手段を備えることを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に、内部に排気ガスを導入して冷却する内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置においては、排気ガス中の凝縮水が腐食の原因となることが知られている。例えば、特許文献１に示す内燃機関の冷却装置は、圧電素子を備える貯水部を備えている。そして、この圧電素子により貯水部内の凝縮水を霧化し、冷却された排気ガスとともに冷却装置の外へ運び出している。こうすることで、凝縮水を原因とする冷却装置の腐食作用を低減することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２４３３５４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の冷却装置においては、腐食による異常の発生を検知できることが望ましい。上述したように、特許文献１の冷却装置では、凝縮水を原因とする腐食作用を低減することができる。しかし、腐食による異常の発生を検知することはできなかった。
【０００５】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものあり、腐食による異常の発生を検知することができる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の冷却装置であって、
導電性の芯材と、導電性の被覆材とから形成されるチューブ材と、
前記芯材と前記被覆材との間の電位差を取得する電位差取得手段と、
前記電位差取得手段により取得した取得値が、前記チューブ材の形成時における前記電位差の範囲で予め設定した第１の異常判定値を所定時間以上継続して下回る場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する異常検知手段と
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、内燃機関の冷却装置であって、
導電性の芯材と、導電性の被覆材とから形成されるチューブ材と、
前記芯材と前記被覆材との間の電位差を取得する電位差取得手段と、
前記電位差取得手段により取得した取得値と前記チューブ材の形成時における前記電位差との差分が、前記チューブ材の形成時における前記電位差の範囲で予め設定した第２の異常判定値を所定時間以上継続して上回る場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する異常検知手段と
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態が定常軽負荷であるかどうかを判定する判定手段とを備え、
前記異常検知手段は、前記運転状態が定常軽負荷であると判定された場合に実施されることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
前記チューブ材の腐食による異常の発生を外部へ報知する報知手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の発明において、
前記内燃機関は、車両に走行用動力源として搭載され、
前記チューブ材の腐食による異常が発生した場合に、前記車両に退避走行を指令する退避走行指令手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１または第２の発明によれば、チューブ材を形成する材料間の電位差の値に基づいて、チューブ材に腐食による異常が発生しているかどうかの判断ができる。このため、第１または第２の発明によれば、内燃機関の冷却装置における、チューブ材の腐食による異常の発生を早期に検知することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、内燃機関の運転状態が定常軽負荷であるときに腐食による異常の検知を実施することができる。内燃機関の運転状態が定常軽負荷であると、チューブ材をとりまく環境が安定して電位差に誤差が生じにくくなる。そこで、チューブ材の腐食による異常の発生を精度よく検知することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、検知した異常の発生を、外部へ報知することができる。
【００１４】
第５の発明によれば、内燃機関の搭載される車両に対して、退避走行を指令することができる。このため、検知した異常が拡大することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。また、図１は、ＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲシステムを示す図である。図１に示すように、内燃機関は、複数の気筒を有するエンジン本体２を有している。
【００１６】
エンジン本体２の排気側には、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド６が接続されている。排気マニホールド６の出口には、排気管１０が接続されている。排気マニホールド６及び排気管１０により、排気通路が構成されている。排気管１０の途中には、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ、あるいはＤＰＮＲ等の触媒３０が配置されている。
【００１７】
エンジン本体２の吸気側には、各気筒に吸入空気を分配するための吸気マニホールド４が接続されている。吸気マニホールド４の入口には、空気を大気中から取り込んで吸気マニホールド４に導くための吸気管８が接続されている。吸気マニホールド４及び吸気管８により、吸気通路が構成されている。
【００１８】
吸気管８の途中には、インタークーラ１２が配置されている。また、インタークーラ１２の上流には、ターボチャージャ１４が設けられている。ターボチャージャ１４のコンプレッサによって過給された空気は、インタークーラ１２で冷却される。ここで、インタークーラ１２は、水冷式であっても空冷式であってよい。また、インタークーラ１２には、電位差測定装置１６が導線１８を介して接続されている。電位差測定装置１６は、インタークーラ１２の構成材料間の電位差を測定するものである。なお、この構成材料間の電位差の測定方法については、図３の説明をする際に述べる。
【００１９】
ターボチャージャ１４の上流には、スロットルバルブ２０を有するスロットルボディー２２が配置されている。スロットルバルブ２０は、アクセル開度センサ８０により検出されるアクセル開度ＡＡに基づいて駆動されるものである。そして、ターボチャージャ１４からスロットルボディー２２に至る吸気管８の途中には、ＥＧＲ管２４が接続されている。ＥＧＲ管２４の逆側の端部は、触媒３０の下流に配置した排気管１０に接続され、一部の排気ガス（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管２４を通って吸気管８に導入される。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲ管２４を開閉するＥＧＲバルブ２６が設けられている。さらに、ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲバルブ２６の上流（排気側）には、内部を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２８が設けられている。
【００２０】
本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０の出力側には、報知手段３２が備えられている。この報知手段３２には、例えばＬＥＤが含まれ、このＬＥＤを点灯させることで外部に報知する。一方、ＥＣＵ７０の入力側には、電位差測定装置１６により測定した電位差を検出するように構成された電位差出力センサ７２が備えられている。また、ＥＣＵ７０の入力側には、内燃機関の運転状態に関する情報を検出するためのセンサが備えられている。例えば、スロットル開度センサ７４、エアフローメータ７６、クランク角センサ７８、アクセル開度センサ８０等である。スロットル開度センサ７４は、スロットル開度ＴＡを検出するように構成されている。エアフローメータ７６は、吸気管８におけるエアクリーナ１２の下流近傍に配置され、吸入空気量に応じた信号を出力する。また、クランク角センサ７８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサであり、アクセル開度センサ８０は、図示しないアクセルの開度に応じた信号を出力するセンサである。
【００２１】
（インタークーラ）
図２は、インタークーラ１２の構造の一部分を示した図である。図２に示すように、インタークーラ１２の構造は、チューブ材に覆われた被冷却媒体（吸気）流路用フィンの層と、冷却媒体流路用フィンの層とが、直交、かつ、交互に積層された構造となる。具体的には、チューブ材１２０で覆われた被冷却媒体流路用フィン１２２の上層に、冷却媒体流路用フィン１２４が直交するように積層される。同様に、冷却媒体流路用フィン１２４の上層に、チューブ材１２６で覆われた被冷却媒体流路用フィン１２８が直交するように積層される。このようにして、インタークーラ１２は構成される。
【００２２】
（チューブ材）
チューブ材１２０および１２６は、導電性の芯材と、導電性の被覆材とから形成される。また、チューブ材１２０および１２６は、内側の芯材の層と、外側の被覆材の層とから形成される。ここで、被覆材としては、例えば、犠牲材、ろう材、表面処理材等が挙げられる。犠牲材は、芯材を腐食から保護するために用いられる。また、ろう材は、チューブ材とフィンとをろう付けするために用いられる。また、表面処理材は、芯材、犠牲材およびろう材を腐食から保護またはこれらの層間を絶縁するために用いられる。
【００２３】
被覆材は、これらのうち少なくとも１つの材料から層が形成されていればよい。また、被覆材が複数の層を形成する場合には、その層の形成順序は問わない。例えば、犠牲材の上層にろう材を設けてもよい。また、例えば、犠牲材の上層に酸化処理材を設け、その上層にろう材を設けてもよい。さらに、例えば、第１の犠牲材層、第２の犠牲材層といった複数の犠牲材層を設けることもできる。
【００２４】
芯材および被覆材には、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。ここで、アルミニウム合金とは、アルミニウムに銅、亜鉛、鉄、マグネシウム、ケイ素、ニッケル、マンガン、チタン等を添加して機械的性質を強化した合金である。
【００２５】
チューブ材を形成するにあたっては、芯材および被覆材の間に電位差が生じるようにこれらの材料を選定する。これは、腐食の発生時に、相対的に電位の低い層から先に腐食されるようにするためである。ここで、電位差を生じさせるために、例えば、アルミニウム合金中の亜鉛の量を調整する。より具体的には、芯材の亜鉛の量よりも被覆材の亜鉛の量を多くする。これにより、被覆材の電位を芯材の電位よりも低くすることができる。この結果、芯材および被覆材の層間で電位差が生じ、腐食の発生時に、被覆材が先に腐食される。
【００２６】
ところで、この電位差は、チューブ材形成時に設計値とする。例えば、ＪＩＳ  Ｚ２２９４（２００４）に示すように、白金または金を対極として高温腐食試験を行う。これにより、上記アルミニウム合金の相対的な電位差を取得することができる。そして、この相対的な電位に基づいて、芯材および被覆材の間に一定の電位差が生じるようにチューブ材を形成することができる。
【００２７】
（電位差取得手段）
図３は、本発明の実施の形態１における電位差取得手段の概略図である。チューブ材１２６は、芯材１２６Ａと、被覆材１２６Ｂとから形成されている。また、被覆材１２６Ｂと被冷却媒体流路用フィン１２８とはその接触面で接合されている。なお、接合方法は、ろう付けであってもよく、圧接であってもよい。芯材１２６Ａの表面および被覆材１２６Ｂの表面には導線１８が配置されており、導線１８の一端には電極１８０Ａ、１８０Ｂが設けられている。そして、導線１８の他端には端子１８２Ａ、１８２Ｂが設けられている。さらに、端子１８２Ａ、１８２Ｂは、電位差測定装置１６と電気的に接続されている。
【００２８】
そして、電位差測定装置１６により、芯材１２６Ａと、被覆材１２６Ｂとの間の電位差を測定する。なお、導線１８および電極１８０Ａ、１８０Ｂは、被覆材１２６Ｂよりも電位が高いことが好ましい。こうすることで、電極１８０Ａ、１８０Ｂの近辺で腐食が発生しても、被覆材１２６Ｂから先に腐食される。また、電位差の測定は、チューブ材１２６の複数点で行われることが好ましい。電極１８０Ａ、１８０Ｂをチューブ材１２６の複数個所に設けることで、チューブ材１２６の複数個所の電位差を測定することできる。
【００２９】
［実施の形態１における制御］
インタークーラ１２により、還流する排気ガスを冷却することができる。ところで、エンジン本体２の燃料中には、インタークーラ１２の腐食を生じる物質が含まれている。このため、インタークーラ１２に腐食が生じることがある。具体的には、被冷却媒体流路用フィン１２２の層で発生した原因物質によって、被覆材１２６Ｂの表面から芯材１２６Ａの方向へ腐食が生じることがある。
【００３０】
図４に、経過時間Ｔに対する、芯材１２６Ａと、被覆材１２６Ｂとの間の電位差（ΔＶ）の変化を表すグラフを示す。被覆材１２６Ｂの表面に腐食による異常が発生していない場合、ΔＶは、チューブ材１２６の形成時おける電位差（初期電位差、ΔＶｉｎｔ）に等しい（Ｔ＝０）。ところが、腐食が発生すると、被覆材１２６Ｂの表面から芯材１２６Ａの方向へ腐食が拡大し、ΔＶ＜ΔＶｉｎｔとなる（Ｔ＝Ｔ１）。そして、芯材１２６Ａの境界面にまで腐食が拡大してしまうと、ΔＶ＝０となる（Ｔ＝Ｔ２）。
【００３１】
（異常検知手段）
そこで、本発明の実施の形態１では、チューブ材１２６を形成する芯材１２６Ａと、被覆材１２６Ｂとの間の電位差（ΔＶ）を測定する。次に、このΔＶと、予め設定した第１の異常判定値（ＶＣ１）とを比較する。なお、ＶＣ１は、０＜ＶＣ１＜ΔＶｉｎｔの範囲に設定する。そして、ΔＶ≦ＶＣ１が所定時間（ＴＣ１）以上継続する場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する。
【００３２】
ここで、ＴＣ１は、腐食による異常の判定を行うために必要な最小時間である。ＴＣ１が非常に短時間である場合、電位差測定装置１６による測定誤差等の可能性が残る。そこで、異常の検知を正確に行うため予め設定した時間を、ＴＣ１として設定する。
【００３３】
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、ＥＣＵ７０において実行される制御の流れを示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、内燃機関の運転状態を検出する。ＥＣＵ７０には、内燃機関の運転状態を検出するための各種センサ、例えば、スロットル開度センサ７４、エアフローメータ７６、クランク角センサ７８、アクセル開度センサ８０等である。そこで、これらのセンサの出力等に応じて、内燃機関の運転状態を検出する。
【００３４】
次に、ステップＳ２では、内燃機関の運転状態が定常軽負荷であるかどうかを判定する。機関回転数がほぼ一定の状態で、かつ、吸入空気量Ｇａが所定値よりも少ない状態である場合には、定常軽負荷であると判定する。例えば、エンジン本体２が停止状態の場合には、定常軽負荷と判定する。定常低負荷であると判定した場合には、ステップＳ３に進む。なお、定常軽負荷でないと判定した場合には、そのまま今回の処理サイクルが終了される。
【００３５】
ステップＳ３では、芯材１２６Ａと、被覆材１２６Ｂとの間の電位差（ΔＶ）を取得する。なお、電位差の取得手段については上述したとおりである。そして、ステップＳ４で、ΔＶ≦ＶＣ１かつ、経過時間Ｔ≧ＴＣ１であるかどうかを判断する。そして、ΔＶ≦ＶＣ１かつ、経過時間Ｔ≧ＴＣ１である判断した場合には、チューブ材１２６に腐食による異常が発生したと判断し、ステップＳ５へ進む。一方、ΔＶ≦ＶＣ１かつ、経過時間Ｔ≧ＴＣ１でないと判断した場合には、そのまま今回の処理サイクルが終了される。
【００３６】
ステップＳ５では、腐食による異常の発生を外部へ報知する。例えば、ＥＣＵ７０に電気的に接続されたＬＥＤを点灯させることで車室内の使用者へ報知することが挙げられる。そして、ステップＳ６では、内燃機関を搭載する車両に退避走行を指令する。退避走行には、例えば、アクセル開度ＡＡや、スロットル開度ＴＡ、機関回転数Ｎｅを制御する。また、例えば、腐食による異常が発生しないよう、目標空燃比を燃料リーンに制御することが挙げられる。
【００３７】
［実施の形態１における効果］
以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、インタークーラにおける、腐食による異常の発生を早期かつ適切なタイミングで実施することができる。さらに、発生した異常の拡大を防止しつつ、早期に措置を講ずることができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態１では、ΔＶ≦ＶＣ１が所定時間（ＴＣ１）以上継続する場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知したが、予め設定した第２の異常判定値（ＶＣ２）と、初期電位差（ΔＶｉｎｔ）の値の差分（ΔＶｉｎｔ−ΔＶ）とを比較してもよい。ここで、ＶＣ２は、０＜ＶＣ２＜ΔＶｉｎｔの範囲に設定する。そして、（ΔＶｉｎｔ−ΔＶ）≧ＶＣ２が、所定時間（ＴＣ２）以上継続する場合に、前記チューブ材の腐食による異常の発生として検知する。ここで、ＴＣ２は、ＴＣ１同様、異常の検知を正確に行うため予め設定した時間である。この場合、図５のステップＳ４は、ΔＶ≦ＶＣ１をΔＶ≧ＶＣ２に、ＴＣ１をＴＣ２にそれぞれ読み替えることにより同様のルーチンを行う。
【００３９】
なお、上述した実施の形態１においては、インタークーラ１２の腐食の発生を検知しているが、本発明では、ＥＧＲクーラ２８の腐食の発生を検知してもよい。具体的には、ＥＧＲクーラ２８には、電位差測定装置１６が導線１８を介して接続されていてもよい。そして、ＥＣＵ７０の入力側に、電位差測定装置１６により測定した電位差を検出するように構成された電位差出力センサ７２を備える。こうすることで、ＥＧＲクーラ２８の腐食の発生を検知することができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態１においては、ＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲシステムにおけるインタークーラ１２の腐食の発生を検知しているが、ＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲシステムにおけるＥＧＲクーラ２８の腐食の発生を検知してもよい。図６は、この場合のシステム構成の図である。
【００４１】
図６に示すように、排気マニホールド６からターボチャージャ１４に至る排気管１０の途中に、ＥＧＲ管２４が接続されている。ＥＧＲ管２４の逆側の端部は、排気管１０に接続され、一部の排気ガス（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管２４を通って吸気管８に導入される。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲ管２４を開閉するＥＧＲバルブ２６が設けられている。さらに、ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲバルブ２６の上流（排気側）には、内部を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２８が設けられている。ここで、ＥＧＲクーラ２８は、水冷式であっても空冷式であってよい。また、ＥＧＲクーラ２８には、電位差測定装置１６が導線１８を介して接続されている。そして、ＥＣＵ７０の入力側に、電位差測定装置１６により測定した電位差を検出するように構成された電位差出力センサ７２を備える。こうすることで、ＥＧＲクーラ２８の腐食の発生を検知することができる。
【００４２】
さらに、上述した実施の形態１においては、インタークーラ１２の腐食の発生を検知しているが、ラジエータの腐食の発生を検知してもよい。チューブ材に該当する部材に腐食が発生してしまうような場合は、実施の形態１と同様に考えられるからである。すなわち、導電性の材料を形成する複数層のうち、２層間の電位差を取得できれば、本発明の変形例として適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】インタークーラの構造の一部分を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における電位差取得手段の概略図である。
【図４】経過時間に対する、取得電位差の変化を表すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１における制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例におけるシステム構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１２  インタークーラ
１６  電位差測定装置
７０  ＥＣＵ
１２６  チューブ材
１２６Ａ  芯材
１２６Ｂ  被覆材
【図１】
2009185673.tif 000003
【図２】
2009185673.tif 000004
【図３】
2009185673.tif 000005
【図４】
2009185673.tif 000006
【図５】
2009185673.tif 000007
【図６】
2009185673.tif 000008