JP2013096300A - 内燃機関用吸気冷却装置及びその水漏れ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水漏れを検出できる、内燃機関用の水冷式の吸気冷却装置を低コストで提供する。
【解決手段】車両用内燃機関の吸気を冷却する水冷式の冷却装置１０が、冷却水と吸気との間で熱交換を行う第１熱交換器１１と、冷却水と周囲空気との間で熱交換を行う第２熱交換器１２と、冷却水を貯めるリザーブタンク１３と、冷却水を循環させる電動ポンプ１４とを具備するとともに冷却水の循環回路を形成している。冷却装置１０は、電子制御ユニット１７を更に具備しており、電動ポンプ１４はそれ自身の回転数を検出して電子信号で出力する機能を有し、電動ポンプ１４から出力される回転数に基づいて、電子制御ユニット１７が循環回路中の水漏れの有無の判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用内燃機関の吸気を冷却する水冷式の冷却装置及びその水漏れ検出方法に関するものである。

過給機付き内燃機関では、過給機を通過して圧縮されて高温となった吸気を冷却するために空冷式あるいは水冷式冷却装置が用いられている。水冷式の冷却装置として、例えば特許文献１に示されているような冷却装置が知られている。吸気を冷却するためのこのような水冷式の冷却装置は、通常は内燃機関本体の冷却系とは独立した冷却系として構成されていて、インタークーラーと呼ばれる吸熱側の熱交換器と、エンジン室内の周囲空気に放熱するための放熱側の熱交換器と、冷却水用のリザーブタンクと、電動のウォータポンプと、冷却水循環回路を形成するために前記構成要素を接続する管路等を一般的に備えている。

特開昭５７−５５１４号公報

水冷式のインタークーラーは、内燃機関本体に近接した吸気経路内に配置されることが多く、このためインタークーラーに水漏れが発生すると内燃機関に修復不能な損傷を与えるという危険性を有している。そのため従来、水漏れの発生を検出するために、リザーブタンクの液面レベルを検知するレベルセンサをリザーブタンクに配設していた。但し、インタークーラーからの水漏れ発生は稀な事象であることもあって、より費用のかからない液漏れ検出手段が求められていた。

本発明は前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、水漏れを検出できる、内燃機関用の水冷式の吸気冷却装置及びその水漏れ検出方法を低コストで提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、車両用内燃機関（２０）の吸気を冷却する水冷式の冷却装置（１０）を提供するものであり、冷却装置（１０）は、冷却水と前記吸気との間で熱交換を行う第１熱交換器（１１）と、冷却水と周囲空気との間で熱交換を行う第２熱交換器（１２）と、冷却水を貯めるリザーブタンク（１３）と、冷却水を該冷却装置（１０）内で循環させる電動ポンプ（１４）と、を具備するとともに冷却水の循環回路を形成し、電子制御ユニット（１７）を更に具備しており、電動ポンプ（１４）は、それ自身の回転数を検出し電子信号で出力する機能を持ち、電動ポンプ（１４）から出力される回転数に基づいて、電子制御ユニット（１７）が循環回路中の水漏れの有無の判定を行うことを特徴とするものである。

これによれば、循環回路中に水漏れが発生すると必ず水量が減少して電動ポンプ（１４）の空転に至るので、ポンプの回転数の増加の有無をポンプ回転数と電子制御ユニット（１７）とを使って判定することにより、循環回路に発生するどんな水漏れも検知することが可能になる。また、ポンプ回転数検出機能は従来電動ポンプ（１４）自体の保護のために備えられていることが多く、また電子制御ユニット（１７）の機能を従来用いられているＥＣＵに含ませることも通常は可能であるので、水漏れ検知のための新たな構成要素は不要であり、その結果水漏れ検知ができる冷却装置（１０）を低コストで提供することが可能になる。

本発明では、電子制御ユニット（１７）は、内燃機関（２０）の運転中に、電動ポンプ（１４）から出力される回転数に基づいて、循環回路中の水漏れの有無の判定を行うことができる。

本発明では、電子制御ユニット（１７）は、内燃機関（２０）の運転中に、循環回路中に水漏れが生じていると判定した場合、内燃機関（２０）の出力を所定の値に制限することができる。

本発明では、電子制御ユニット（１７）は、内燃機関（２０）及び電動ポンプ（１４）の停止中に、予め定められた条件が満たされたとき、電動ポンプ（１４）を一定時間作動させ、その間に検出された電動ポンプ（１４）の回転数に基づいて、循環回路中の水漏れの有無の判定を行うことができる。

本発明では、前記予め定められた条件は、内燃機関（２０）の停止から所定の時間が経過することであってよい。これにより、内燃機関の運転中は検出できなかった微少量の水漏れが、時間経過と共に多量の水漏れに至った場合でも内燃機関（２０）の停止から所定の時間経過後に検知することが可能となる。

本発明では、電子制御ユニット（１７）は、内燃機関（２０）の停止中に、循環回路中の水漏れの有無の判定を、所定のインターバルで繰り返し行ってよい。

本発明では、前記予め定められた条件は、車両のドアロックが解除されること、又はイグニッションスイッチがＯＮにされることであってよい。これにより、内燃機関の運転中は検出できなかった微少量の水漏れが、時間経過と共に多量の水漏れに至った場合でも内燃機関（２０）の運転前に検知されることが可能となる。

本発明では、電子制御ユニット（１７）は、内燃機関（２０）の停止中に、循環回路中に水漏れが生じていると判定した場合、内燃機関（２０）の始動を阻止することができる。

本発明では。電動ポンプ（１４）は、リザーブタンク（１３）の冷却水流入口（１３ａ）と実質的に同一のレベルで、リザーブタンク（１３）の上流側に隣接して配設されてよい。これにより、水漏れ発生から検知に至る時間を短縮することができる。

本発明では、電動ポンプ（１４）はリザーブタンク（１３）の冷却水流入口（１３ａ）に直結されてよい。

さらに、本発明は、車両用内燃機関（２０）の吸気を冷却するための冷却水循環回路を形成する冷却装置（１０）の水漏れ検出方法であって、冷却装置（１０）は冷却水を該冷却装置（１０）内で循環させる電動ポンプ（１４）を具備するものであり、電動ポンプ（１４）の回転数を検出する段階と、前記検出する段階で検出した電動ポンプ（１４）の回転数に基づいて、循環回路中の水漏れの有無の判定を行う段階とを含むことを特徴とする冷却装置（１０）の水漏れ検出方法を提供する。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の実施形態による冷却装置の構成を示す模式的な図である。 前記冷却装置の流体回路図である。 前記冷却装置の作動を示す制御フロー図である。 前記冷却装置のリザーブタンクの液面とポンプとの関係を示す模式的な図である。

以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による冷却装置１０について説明する。
図１は本冷却装置１０を模式的に表す図であり、図２は本冷却装置１０の流体回路図である。本発明の実施形態の冷却装置１０は、過給機（図示せず）付きの車両用内燃機関（以下「エンジン」と呼ぶ）２０の吸気を、循環する冷却水によって冷却するものであって、エンジン本体の冷却系とは独立した冷却系として構成されている。この冷却装置１０は、インタークーラーと呼ばれる吸熱側の第１熱交換器１１と、エンジン室内の周囲空気に放熱するための放熱側の第２熱交換器１２と、冷却水を貯めるリザーブタンク１３と、冷却水を循環させるための、図示されない電動モータによって駆動される電動ポンプ１４とを具備し、管路１５によって前記構成要素を接続することにより冷却水循環回路を形成している。また、図示されないが、第２熱交換器１２の熱交換を促進するためのクーリングファンがエンジン室内に設けられている。

本実施形態では、第１熱交換器１１の下流側に電動ポンプ１４が接続され、電動ポンプ１４の下流側に隣接してリザーブタンク１３が接続され、リザーブタンク１３の下流側に第２熱交換器１２が接続されている。また、リザーブタンク１３が鉛直方向で最も高位に配置されており、そのリザーブタンク１３の冷却水流入口１３ａと同一レベルに電動ポンプ１４が配置されている。

本実施形態の冷却装置１０の第１熱交換器１１は、過給機（図示せず）とエンジン本体との間の吸気経路、より詳しくはスロットル２１と吸気マニホールド２２の上流端との間の吸気経路に配置されており、内部を流れる比較的低温の冷却水と過給機によって高温にされた、図１中矢印Ａで示される空気（吸気）との間で熱交換を行うことにより吸気を冷却する。

冷却装置１０はこのように構成されているので、第１熱交換器１１で高温に温められた冷却水が電動ポンプ１４を経由してリザーブタンク１３に至り、そこから第２熱交換器１２に流れ込み、第２熱交換器１２を流通する間に比較的低温の周囲空気との間で熱交換を行い低温にされて、第１熱交換器１１に流れ込み、その結果エンジン２０の吸気を冷却することができる。

また、本発明の実施形態の冷却装置１０は、上述の構成要素に加えて、電子制御ユニット１７を更に具備している。また、電動ポンプ１４は、それ自身の回転数を検出して出力する機能を有している。電動ポンプ１４からのポンプ回転数情報は、一般的にはパルス出力で、検出データを電気信号として電子制御ユニット１７に常に供給している。なお、本実施形態では、ポンプ回転数検出機能は、従来電動ポンプ１４それ自体を保護するために電動ポンプ１４に付属されているものが利用されている。

電子制御ユニット１７は、電動ポンプ１４から供給された回転数情報に基づいて、電動ポンプ１４の回転数が正常か又は異常かを判断するとともに、回転数の状態に応じて後述する様々な制御を行う。また、本実施形態の電子制御ユニット１７は、冷却装置１０専用のものではなく、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）としてエンジン２０に関連する従来行われている他の様々な制御も実行するものである。

本発明の実施形態の冷却装置１０は、循環回路に発生した水漏れが検知されるように構成されているが、水漏れの検知がどのように行われるかについて以下に説明する。

冷却装置１０の循環回路に水漏れが生じて水量が減少すると、循環回路に侵入した空気によって電動ポンプ１４が空転し、その結果ポンプの回転数が増加する。電動ポンプ１４の回転数は常に電子制御ユニット１７に送られているので、ポンプの増加した回転数が上限許容値を超えていれば電子制御ユニット１７により異常と判断され、その結果水漏れ発生が検出される。電動ポンプ１４の空転時の回転数の増加は通常１０％程度であるが、この１０％程度の変動量は、電子制御ユニット１７が異常の有無を判断するのに十分な量である。こうして、水漏れが発生すると必ず水量が減少して電動ポンプ１４の空転に至るので、ポンプの回転数の増加から、循環回路に発生する水漏れを検知することができる。

次に、実施例の電子制御ユニット１７によって実行される処理動作を示すフローチャートである図３を参照して、冷却装置１０の動作についてより詳しく説明する。なお、図３における「スタート」から「エンド」に至るルーチンは所定時間毎、例えば数十ｍｓｅｃ毎、又は数百ｍｓｅｃ毎に実行される。

図３のルーチンがスタートすると、ステップＳ１００において、電子制御ユニット１７はポンプの回転数異常フラグが立っている（ＯＮ）か否（ＯＦＦ）かを判定する。前記フラグがＯＮの場合、冷却装置１０の循環回路中に水漏れが発生していると判断して、ステップＳ１１０においてエンジン２０の出力制限制御を実行して「エンド」へ進む。

一方、ステップＳ１００で回転数異常フラグがＯＦＦの場合には、ステップＳ１２０へ進み電動ポンプ１４が運転中か否かを判定する。電動ポンプ１４が運転されていない場合、ステップＳ１３０へ進みエンジン２０が運転中か否かを判定する。ここで、エンジン２０が運転中であれば何も実行しないで「エンド」へ進み、エンジン２０が停止しているならステップＳ１４０へ進み、後述する所定の条件を満たしているか否かを判定する。前記所定の条件を満たしていない場合は何も実行しないで「エンド」へ進むが、満たしている場合はステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、電動ポンプ１４を始動させるのと同時にポンプ短時間稼働フラグをＯＮにし、次に「エンド」に進む。なおステップＳ１５０で始動された電動ポンプ１４は、短時間だけ、例えば１０秒間運転される。

ところで、前記「所定の条件」とは、エンジン停止中にポンプの回転数異常をチェックするためにポンプを短時間稼働させるための条件であり、この条件を例えば「内燃機関の停止から所定の時間、例えば３時間が経過すること」としてよい。この条件が満たされて電動ポンプ１４が短時間稼働されることにより、エンジン運転中は検出されなかった微少量の水漏れが、エンジン停止から例えば３時間経過後に検出可能な水漏れになり得る。また、この場合例えば３時間経過後に１回だけ電動ポンプ１４を稼働させるのではなく、所定のインターバルで繰り返し短時間稼働させて水漏れの有無をチェックすることが好ましい。

また、車両のドアロックが解除されること、又はイグニッションスイッチがＯＮにされることを前記「所定の条件」としてもよい。この条件が満たされて、停止中であったエンジン２０が始動される前に電動ポンプ１４が短時間稼働されることにより、エンジン運転中は検出されなかった微少量の水漏れが、時間の経過と共にエンジン２０の運転前に検知可能な水漏れになり得る。

再び図３に戻って説明すると、ステップＳ１２０で電動ポンプ１４が運転中の場合、ステップＳ１６０に進み、ポンプ短時間稼働フラグがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定する。ポンプ短時間稼働フラグがＯＦＦである場合、ステップＳ１７０へ進み、電動ポンプ１４の回転数の異常の有無を、回転数が予め定められた上限許容値を超えているか否かで判定する。ここで、前記上限許容値を超えていなければ何もせず「エンド」へ進み、超えていれば回転数異常と判定してステップＳ１８０へ進んで水漏れアラームランプを点灯させると共に回転数異常フラグをＯＮにしてから「エンド」へ進む。

このようにして、電動ポンプ１４の通常運転中に回転数がチェックされ、もし異常があると判定されると回転数異常フラグがＯＮにされるので、その結果エンジン２０の出力制限制御が行われてエンジン２０が保護される。また車両の運転者は、水漏れアラームランプの点灯により、冷却装置１０に水漏れが発生したことを知ることができる。

また本実施例では、前述したとおり、エンジン停止中にも、所定の条件を満たした場合にはステップＳ１５０でポンプ短時間稼働のフラグがＯＮにされるので、電動ポンプ１４が短時間稼働されてその回転数に異常があるか否かがチェックされる。このルーチンは、ステップＳ１６０から、ステップＳ１９０へ進みそこからステップＳ２００又はステップＳ２１０を経由してステップＳ１７０へ至る流れで処理される。もしステップＳ１７０で電動ポンプ１４の回転数が予め定められた上限許容値を超えていれば、電子制御ユニット１７は、ポンプ回転数異常と判定し、ステップＳ１８０へ進んで水漏れアラームランプを点灯させると共に回転数異常フラグをＯＮにする。

具体的には、ステップＳ１６０でポンプ短時間稼働フラグがＯＮである場合、ステップＳ１９０へ進み、電動ポンプ１４の短時間稼働の積算時間Ｔが所定の時間α（例えば１０秒）より長いか否かを判定する。ここで、短時間稼働の積算時間Ｔが所定の時間αより長い場合はステップＳ２００へ進みポンプ短時間稼働フラグをＯＦＦにした後ステップＳ１７０へ進み、そこで電動ポンプ１４の回転数が予め定められた上限許容値を超えているか否かを判定する。また、積算時間Ｔが所定の時間αより短い場合はステップＳ２１０へ進み積算時間ＴをＴ＋βに更新した後、同様にステップＳ１７０へ進む。このようにして、エンジン停止中にも、所定の条件を満たした場合には、電動ポンプ１４が短時間稼働されてその回転数に異常があるか否かがチェックされる。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態の冷却装置１０の制御フローは、図３を参照して説明したものをベースにして様々に変更することが可能である。例えば、エンジン停止中に回転数異常フラグがＯＮにされた場合は、エンジン２０の始動を阻止するように制御してもよい。また、回転数異常と判定された場合に、電動ポンプ１４を保護するためにそれを停止する制御を追加してもよい。

また、前述の実施形態では、電動ポンプ１４は第１熱交換器１１とリザーブタンク１３との間に配設されたが、電動ポンプ１４を例えば第２熱交換器１２と第１熱交換器１１との間に配設してもよい。この場合、電動ポンプ１４に対しては、流れる冷却水の温度が低いという利点が生じる反面、電動ポンプ１４が通常はリザーブタンク１３より相当低い位置に配置されることとなるので、水漏れの発生から検出までの時間が長くなる。

一方、水漏れの発生から検出までの時間を短縮するという観点からは、図１に示されるように、高い位置に配置されているリザーブタンク１３の冷却水流入口１３ａと同じレベルに電動ポンプ１４を配置することが望ましい。図１の配置により、リザーブタンク１３の冷却水流出口１３ｂまで液面が低下しなくとも電動ポンプ１４は、図４に示されるように空気層に位置することとなるので早期の水漏れ検知が可能となる。さらに、リザーブタンク１３の冷却水流入口１３ａに電動ポンプ１４を直結してもよい。

１０ 冷却装置
１１ 第１熱交換器
１２ 第２熱交換器
１３ リザーブタンク
１４ 電動ポンプ
１５ 管路
１７ 電子制御ユニット
２０ 内燃機関
２１ スロットル

Claims (11)

1. 車両用内燃機関（２０）の吸気を冷却する、水冷式の冷却装置（１０）であって、
   冷却水と前記吸気との間で熱交換を行う第１熱交換器（１１）と、
   冷却水と周囲空気との間で熱交換を行う第２熱交換器（１２）と、
   冷却水を貯めるリザーブタンク（１３）と、
   冷却水を該冷却装置（１０）内で循環させる電動ポンプ（１４）と、を具備するとともに冷却水の循環回路を形成している冷却装置（１０）であり、
   電子制御ユニット（１７）を更に具備しており、
   前記ポンプ（１４）は、それ自身の回転数を検出し出力する機能を持ち、
   前記電動ポンプ（１４）から出力される回転数に基づいて、前記電子制御ユニット（１７）が前記循環回路中の水漏れの有無の判定を行うことを特徴とする、冷却装置（１０）。
2. 前記電子制御ユニット（１７）は、前記内燃機関（２０）の運転中に、前記電動ポンプ（１４）の回転数に基づいて、前記循環回路中の水漏れの有無の判定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置（１０）。
3. 前記電子制御ユニット（１７）は、前記循環回路中に水漏れが生じていると判定した場合、前記内燃機関（２０）の出力を所定の値に制限することを特徴とする、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記電子制御ユニット（１７）は、前記内燃機関（２０）及び前記電動ポンプ（１４）の停止中に、予め定められた条件が満たされたとき、前記電動ポンプ（１４）を一定時間作動させ、その間に前記電動ポンプ（１４）から出力される回転数に基づいて、前記循環回路中の水漏れの有無の判定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置（１０）。
5. 前記予め定められた条件が、前記内燃機関（２０）の停止から所定の時間が経過することである、請求項４に記載の冷却装置（１０）。
6. 前記電子制御ユニット（１７）が、前記内燃機関（２０）の停止中に、前記循環回路中の水漏れの有無の判定を、所定のインターバルで繰り返し行うことを特徴とする、請求項５に記載の冷却装置（１０）。
7. 前記予め定められた条件が、車両のドアロックが解除されること、又はイグニッションスイッチがＯＮにされることである、請求項４に記載の冷却装置（１０）。
8. 前記電子制御ユニット（１７）は、前記内燃機関（２０）の停止中に、前記循環回路中に水漏れが生じていると判定した場合、前記内燃機関（２０）の始動を阻止することを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一項に記載の冷却装置。
9. 前記電動ポンプ（１４）が、前記リザーブタンク（１３）の冷却水流入口（１３ａ）と実質的に同一のレベルで、前記リザーブタンク（１３）の上流側に隣接して配設されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却装置（１０）。
10. 前記電動ポンプ（１４）が前記リザーブタンク（１３）の冷却水流入口（１３ａ）に直結されていることを特徴とする、請求項９に記載の冷却装置（１０）。
11. 車両用内燃機関（２０）の吸気を冷却するための冷却水循環回路を形成する冷却装置（１０）の水漏れ検出方法であって、
    前記冷却装置（１０）は冷却水を該冷却装置（１０）内で循環させる電動ポンプ（１４）を具備するものであり、
    前記電動ポンプ（１４）の回転数を検出する段階と、
    前記検出する段階で検出した前記電動ポンプ（１４）の回転数に基づいて、前記循環回路中の水漏れの有無の判定を行う段階と、を含むことを特徴とする冷却装置（１０）の水漏れ検出方法。

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