JP2017214828A - Cooling water flow rate control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却水通路を本体内部に有する内燃機関であって、前記冷却水通路の前記本体の出口部近傍における冷却水の温度(出口部冷却水温)に基づいて燃料噴射量が制御される内燃機関に適用され、前記冷却水通路を通流する冷却水の流量を制御する「内燃機関の冷却水流量制御装置」に関する。 The present invention is an internal combustion engine having a cooling water passage inside a main body, and the fuel injection amount is controlled based on the temperature of the cooling water (outlet portion cooling water temperature) in the vicinity of the outlet portion of the main body of the cooling water passage. The present invention relates to a “cooling water flow rate control device for an internal combustion engine” which is applied to an internal combustion engine and controls the flow rate of cooling water flowing through the cooling water passage.
従来から、内燃機関の冷却水(冷却液)として、低温時の動粘度が比較的高い冷却水(以下、「高粘度LLC(Long Life Coolant)」と称呼する。)を使用することが提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。一般に、冷却水の動粘度が高いほどその冷却水の熱伝達率は小さくなる。従って、高粘度LLCを内燃機関の冷却に使用すれば、内燃機関が通常の暖機過程にあるとき(例えば、冷却水の温度が25〜80℃であるとき)に内燃機関が冷却され難くなる。その結果、機関の暖機を早期に行うことができる。 Conventionally, it has been proposed to use cooling water having a relatively high kinematic viscosity at a low temperature (hereinafter referred to as “Long Life Coolant LLC”) as cooling water (cooling liquid) for an internal combustion engine. (For example, refer to Patent Document 1). Generally, the higher the kinematic viscosity of the cooling water, the smaller the heat transfer coefficient of the cooling water. Therefore, if the high-viscosity LLC is used for cooling the internal combustion engine, the internal combustion engine is hardly cooled when the internal combustion engine is in a normal warm-up process (for example, when the temperature of the cooling water is 25 to 80 ° C.). . As a result, the engine can be warmed up early.
ところで、内燃機関の燃料噴射量は、燃焼室壁面へ付着する燃料の量等を考慮して、機関の冷却水の温度に基づいて制御される。例えば、燃料噴射量は、冷却水の温度が低いほど増加させられる。その一方、内燃機関の燃焼室の近傍に冷却水温センサを配設することは容易ではない。そのため、冷却水温センサは、内燃機関本体に形成された冷却水通路のうち、冷却水が内燃機関本体から外部へと排出される部位(以下、「出口部」と称呼する。)の近傍に配設される。 By the way, the fuel injection amount of the internal combustion engine is controlled based on the temperature of the cooling water of the engine in consideration of the amount of fuel adhering to the combustion chamber wall surface. For example, the fuel injection amount is increased as the cooling water temperature is lower. On the other hand, it is not easy to arrange a cooling water temperature sensor in the vicinity of the combustion chamber of the internal combustion engine. Therefore, the cooling water temperature sensor is disposed in the vicinity of a portion (hereinafter referred to as “exit portion”) from which the cooling water is discharged from the internal combustion engine body to the outside in the cooling water passage formed in the internal combustion engine body. Established.
他方、高粘度LLCの動粘度は、その温度が極めて低いとき(25℃以下の温度であり、例えば、−30℃)であるときに極めて高くなり、高粘度LLCの熱伝達率が極めて小さくなる。従って、内燃機関の本体が極低温である場合、内燃機関の燃焼室にて発生した熱が高粘度LLCへと伝達され難いので、燃焼室壁面の実際の温度と冷却水温センサにより検出される冷却水温から推定される燃焼室壁面の温度との乖離が非常に大きくなる。その結果、高粘度LLCを冷却水として使用すると、内燃機関の本体が極低温である場合に燃料噴射量が過大となり、内燃機関の混合気の空燃比が過剰に小さくなる(オーバーリッチになる)ので、エミッション及び/又は燃費が悪化するという問題が生じる。 On the other hand, the kinematic viscosity of the high-viscosity LLC is extremely high when the temperature is extremely low (a temperature of 25 ° C. or lower, for example, −30 ° C.), and the heat transfer coefficient of the high-viscosity LLC is extremely small. . Accordingly, when the main body of the internal combustion engine is at a very low temperature, the heat generated in the combustion chamber of the internal combustion engine is difficult to be transmitted to the high viscosity LLC, so that the actual temperature of the combustion chamber wall surface and the cooling detected by the cooling water temperature sensor The deviation from the temperature of the combustion chamber wall surface estimated from the water temperature becomes very large. As a result, when high viscosity LLC is used as cooling water, the fuel injection amount becomes excessive when the main body of the internal combustion engine is at a very low temperature, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture of the internal combustion engine becomes excessively small (over rich). Therefore, the problem that emission and / or fuel consumption deteriorates arises.
本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、使用される冷却水の動粘度に応じて内燃機関の本体内に形成された冷却水通路を流れる冷却水の流量を変更することにより、仮に高粘度LLCが使用されている場合であって且つ内燃機関の本体が極低温である場合であっても、エミッション及び/又は燃費の悪化を招く可能性が小さい、内燃機関の冷却水流量制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to address the above-described problems. That is, one of the objects of the present invention is to change the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water passage formed in the body of the internal combustion engine according to the kinematic viscosity of the cooling water to be used. A cooling water flow rate control device for an internal combustion engine is provided that is less likely to cause a reduction in emissions and / or fuel consumption even when the internal combustion engine body is at a very low temperature. There is.
本発明の冷却水流量制御装置(以下、「本発明装置」とも称呼する。)は、冷却水通路(13)を本体(11)内に備える内燃機関(10)に適用される。その冷却水通路は、一端部が冷却水の内燃機関の本体への入口部(13in)を構成し且つ他端部が同内燃機関の本体からの出口部(13out)を構成する。更に、その内燃機関(10)は、噴射供給される燃料の量が前記出口部(13out)の近傍に配設された冷却水温センサ(61)により検出される冷却水の温度(THW)に基いて制御されるように構成されている。 The cooling water flow rate control device of the present invention (hereinafter also referred to as “the present invention device”) is applied to an internal combustion engine (10) having a cooling water passage (13) in a main body (11). In the cooling water passage, one end portion constitutes an inlet portion (13 in) into the main body of the cooling water internal combustion engine, and the other end portion constitutes an outlet portion (13 out) from the main body of the internal combustion engine. Further, the internal combustion engine (10) is based on the coolant temperature (THW) detected by the coolant temperature sensor (61) disposed in the vicinity of the outlet (13out). And is configured to be controlled.
本発明装置は、
前記出口部(13out)と前記入口部(13in)とを前記内燃機関の本体(11)の外部において接続し前記冷却水を循環させるための外部循環通路部(20)と、
前記外部循環通路部に介装されるとともに前記冷却水をポンプ流入部(41、42)から流入させた後に同冷却水を加圧してポンプ吐出部(43)から吐出するウォーターポンプ(40)と、
前記冷却水通路を通過する冷却水の流量を変更する流量制御部(50、60)と、
を備える。
The device of the present invention
An external circulation passage portion (20) for connecting the outlet portion (13out) and the inlet portion (13in) outside the main body (11) of the internal combustion engine to circulate the cooling water;
A water pump (40) that is interposed in the external circulation passage section and that injects the cooling water from the pump inflow section (41, 42), pressurizes the cooling water and discharges it from the pump discharge section (43) ,
A flow rate control unit (50, 60) for changing the flow rate of the cooling water passing through the cooling water passage;
Is provided.
更に、前記外部循環通路部(20)は、
前記内燃機関の本体の出口部(13out)と前記ウォーターポンプの流入部(41、42)との間に前記冷却水との熱交換を行う外部装置であってヒータコア(21)以外の外部装置(32、33、34)を介装した第1循環通路部(22、25及び26;23、25及び26;27、28及び26)と、
前記内燃機関の本体の出口部(13out)と前記ウォーターポンプの流入部(41)との間に前記冷却水との熱交換を行う外部装置を介装することなく同出口部と同流入部とを直接的に接続してなる第2循環通路部(24、25及び26)と、
を備える。
Furthermore, the external circulation passage section (20)
An external device that exchanges heat with the cooling water between the outlet (13out) of the main body of the internal combustion engine and the inflow portions (41, 42) of the water pump (external device other than the heater core (21)) 32, 33, 34) first circulation passage portions (22, 25 and 26; 23, 25 and 26; 27, 28 and 26),
The outlet portion and the inflow portion without interposing an external device for exchanging heat with the cooling water between the outlet portion (13out) of the main body of the internal combustion engine and the inflow portion (41) of the water pump. A second circulation passage portion (24, 25 and 26) formed by directly connecting
Is provided.
前述したように、高粘度LLCは極低温において粘度が非常に大きくなる。冷却水の動粘度が高くなると冷却水の熱伝達率が低下するので、冷却水に内燃機関の燃焼室にて発生した熱が伝達され難くなる。従って、内燃機関の本体が極低温である場合、燃焼室壁面の実際の温度と冷却水温センサにより検出される冷却水温から推定される燃焼室壁面の温度との乖離が非常に大きくなる。その結果、内燃機関の本体が極低温である場合に燃料噴射量が過大となり、内燃機関の混合気の空燃比が過剰に小さくなってエミッション及び/又は燃費が悪化する。 As described above, the high viscosity LLC has a very large viscosity at a very low temperature. When the kinematic viscosity of the cooling water increases, the heat transfer coefficient of the cooling water decreases, so that the heat generated in the combustion chamber of the internal combustion engine is hardly transmitted to the cooling water. Therefore, when the main body of the internal combustion engine is at a very low temperature, the difference between the actual temperature of the combustion chamber wall surface and the temperature of the combustion chamber wall surface estimated from the cooling water temperature detected by the cooling water temperature sensor becomes very large. As a result, when the main body of the internal combustion engine is at a very low temperature, the fuel injection amount becomes excessive, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture of the internal combustion engine becomes excessively small, and the emission and / or fuel consumption deteriorates.
そこで、前記流量制御部(50、60)は、
前記第1循環通路の通路面積である第1通路面積をゼロから第1最大値までの範囲で変更する第1通路面積変更部(52、53、55)と、
前記第2循環通路の通路面積である第2通路面積をゼロから第2最大値までの範囲で変更する第2通路面積変更部(54)と、
前記冷却水の動粘度(μ)を検出する動粘度検出部(60、ステップ405乃至ステップ420)と、
前記検出される動粘度が高くなるほど「前記外部循環通路部を前記冷却水が通流する際の圧力損失」が小さくなり、且つ、
前記検出される動粘度が所定の第1動粘度である場合に前記第2通路面積がゼロよりも大きい値に設定されるとともに前記第1通路面積がゼロに設定され、
前記検出される動粘度が前記第1動粘度よりも大きい所定の第2動粘度である場合に前記第2通路面積が前記第2最大値に設定されるとともに前記第1通路面積がゼロよりも大きい値に設定されるように、
前記第1通路面積変更部及び前記第2通路面積変更部を制御することによって、前記検出される動粘度が高くなるほど前記内燃機関の本体内の前記冷却水通路(13)を流れる冷却水の流量を増大させる通路面積制御部(60、ステップ425乃至ステップ435、ステップ450、ステップ445)と、
を備える。
Therefore, the flow rate control unit (50, 60)
A first passage area changing unit (52, 53, 55) for changing a first passage area which is a passage area of the first circulation passage in a range from zero to a first maximum value;
A second passage area changing section (54) for changing a second passage area which is a passage area of the second circulation passage in a range from zero to a second maximum value;
A kinematic viscosity detector (60, step 405 to step 420) for detecting the kinematic viscosity (μ) of the cooling water;
The higher the kinematic viscosity detected, the smaller the “pressure loss when the cooling water flows through the external circulation passage”, and
When the detected kinematic viscosity is a predetermined first kinematic viscosity, the second passage area is set to a value larger than zero and the first passage area is set to zero,
When the detected kinematic viscosity is a predetermined second kinematic viscosity greater than the first kinematic viscosity, the second passage area is set to the second maximum value and the first passage area is less than zero. To be set to a large value,
By controlling the first passage area changing unit and the second passage area changing unit, the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water passage (13) in the main body of the internal combustion engine as the detected kinematic viscosity increases. A passage area control unit (60,
Is provided.
これによれば、動粘度が高くなるにつれて内燃機関の本体内の冷却水通路(13)を流れる冷却水の流量が増大するので、冷却水に内燃機関の燃焼室にて発生した熱が伝達され易くなり、燃焼室壁面の実際の温度と冷却水温センサにより検出される冷却水温から推定される燃焼室壁面の温度との乖離が小さくなる。その結果、上述した「エミッション及び/又は燃費が悪化するという問題」の程度を小さくすることができる。 According to this, as the kinematic viscosity increases, the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water passage (13) in the main body of the internal combustion engine increases, so that the heat generated in the combustion chamber of the internal combustion engine is transmitted to the cooling water. It becomes easy, and the difference between the actual temperature of the combustion chamber wall surface and the temperature of the combustion chamber wall surface estimated from the cooling water temperature detected by the cooling water temperature sensor is reduced. As a result, the above-mentioned “problem that emission and / or fuel consumption deteriorates” can be reduced.
加えて、本発明装置は、検出される動粘度が高くなるほど「外部循環通路部を冷却水が通流する際の圧力損失」が小さくなるように、第1通路面積変更部及び第2通路面積変更部を制御する。従って、ウォーターポンプの消費エネルギーが過度に大きくならないようにしながら、冷却水通路(13)を流れる冷却水の流量を増大することができる。 In addition, the device of the present invention has the first passage area changing portion and the second passage area so that the “pressure loss when cooling water flows through the external circulation passage portion” decreases as the detected kinematic viscosity increases. Control the changing part. Therefore, the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water passage (13) can be increased while preventing the energy consumption of the water pump from becoming excessively large.
更に、本発明装置は、冷却水との熱交換を行う外部装置を介装した第1循環通路部と外部装置を介装していない第2循環通路部とを有し、冷却水の動粘度が相対的に低い間(動粘度が第1動粘度である間)は第2循環通路部のみを用いて冷却水を循環させる。従って、冷却水の熱が外部装置によって外部に放出され難いので、内燃機関の暖機を早期化することができる。 Furthermore, the device according to the present invention has a first circulation passage portion provided with an external device for exchanging heat with cooling water and a second circulation passage portion provided with no external device, and has a kinematic viscosity of the cooling water. Is relatively low (while the kinematic viscosity is the first kinematic viscosity), the cooling water is circulated using only the second circulation passage portion. Therefore, the heat of the cooling water is hardly released to the outside by the external device, so that the warm-up of the internal combustion engine can be accelerated.
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び/又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 In the above description, in order to help understanding of the present invention, names and / or symbols used in the embodiment are attached to the configuration of the invention corresponding to the embodiment described later in parentheses. However, each component of the present invention is not limited to the embodiment defined by the reference numerals. Other objects, other features and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of the embodiments of the present invention described with reference to the following drawings.
以下、本発明の各実施形態に係る「内燃機関の冷却水流量制御装置」について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, "a cooling water flow rate control device for an internal combustion engine" according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
(構成)
図1に示したように、本発明の第1実施形態に係る冷却水流量制御装置(以下、「第1装置」と称呼する。)は、内燃機関10に適用される。
<First Embodiment>
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the cooling water flow rate control device (hereinafter referred to as “first device”) according to the first embodiment of the present invention is applied to an
内燃機関10は、その本体11内に、複数(本例では4つ)の燃焼室12及び冷却水通路13を備えている。冷却水通路13の一端は、冷却水(「冷却液、不凍液又は場合によりLLC」と称呼される。)を本体11の外部から本体11の内部へ流入させる入口部13inを構成している。冷却水通路13の他端は、冷却水を本体11の内部から本体11の外部へ流出させる出口部13outを構成している。冷却水通路13は、入口部13inから燃焼室12の一つへと延び、複数の燃焼室12の周辺を通過し、その後、シリンダヘッド部CL/Hを経由した後に出口部13outへと連通している。
The
内燃機関10は、後述するECU60からの指示信号に応答して、各燃焼室12に連通した吸気ポート(図示省略)内に燃料を噴射(供給)する燃料噴射弁14を備えている。なお、ECUは、エレクトリックコントロールユニットの略称であり、CPU、ROM、RAM及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。CPUは、メモリ(ROM)に格納されたインストラクション(ルーチン)を実行することにより後述する各種機能を実現する。
The
冷却水流量制御装置は、外部循環通路部20を備えている。
外部循環通路部20は、ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22、エンジンオイルクーラ通路部23、圧損調整用通路部24、共通通路部25、機関接続通路部26、ラジエター第1通路部27及びラジエター第2通路部28を含む。
The cooling water flow rate control device includes an external
The external
ヒータコア通路部21は、その上流端部が冷却水通路13の出口部13outに接続され、その下流端部が共通通路部25に接続されている。ヒータコア通路部21は、ヒータコア31を介装している。ヒータコア31は、ヒータコア通路部21を流れる冷却水とヒータコア31との間の熱交換により暖められ、内燃機関11が搭載された車両の暖房装置の熱源となる。即ち、ヒータコア31は冷却水との熱交換を行わせる外部装置である。外部装置は、冷却水との間で熱交換が効率よく行われるように(即ち、放熱・受熱面積が大きくなるように)、経路が複雑に屈曲し且つ経路の流路面積が小さい熱交換部を備える装置である。
The
ATFウォーマ通路部22は、その上流端部が冷却水通路13の出口部13outに接続され、その下流端部が共通通路部25に接続されている。ATFウォーマ通路部22は、ATFウォーマ32を介装している。ATFウォーマ32は、ATFウォーマ通路部22を流れる冷却水とオートマチックトランスミッションの潤滑油との間で熱交換を行わせて、オートマチックトランスミッションの潤滑油を暖める装置である。即ち、ATFウォーマ32は冷却水との熱交換を行わせる外部装置である。
The ATF
エンジンオイルクーラ通路部23は、その上流端部が冷却水通路13の出口部13outに接続され、その下流端部が共通通路部25に接続されている。エンジンオイルクーラ通路部23は、エンジンオイルクーラ33を介装している。エンジンオイルクーラ33は、エンジンオイルクーラ通路部23を流れる冷却水と内燃機関10の潤滑油との間で熱交換を行わせて、内燃機関10の潤滑油を冷却する装置である。即ち、エンジンオイルクーラ33は冷却水との熱交換を行わせる外部装置である。
The engine oil
圧損調整用通路部24は、その上流端部が冷却水通路13の出口部13outに接続され、その下流端部が共通通路部25に接続されている。圧損調整用通路部24は、圧損調整用通路部24を流れる冷却水との熱交換を行わせる外部装置を備えておらず、出口部13outと共通通路部25とを直接的に接続している。
The upstream end of the pressure
共通通路部25は、ウォーターポンプ40の第1ポンプ流入部41と接続されている。
機関接続通路部26は、その上流端部がウォーターポンプ40の吐出部43に接続され、その下流端部が冷却水通路13の入口部13inに接続されている。
The
The engine
ラジエター第1通路部27は、その上流端部が冷却水通路13の出口部13outに接続され、その下流端部がラジエター34の冷却水取入部34inに接続されている。
ラジエター第2通路部28は、その上流端部がラジエター34の冷却水取出部34outに接続され、その下流端部がウォーターポンプ40の第2ポンプ流入部42と接続されている。ラジエター34は周知なように冷却水を空気冷却する装置である。即ち、ラジエター34は冷却水との熱交換を行わせる外部装置である。
The upstream first end of the radiator
The radiator
ウォーターポンプ40は図示しない電動モータ(DCモータ)により回転(駆動)させられ、第1ポンプ流入部41及び第2ポンプ流入部42を通して流入させた冷却水を加圧し、加圧した冷却水を吐出部43から吐出する。この電動モータは、以下「ポンプ用モータ」とも称呼される。ポンプ用モータには、内燃機関10が搭載された車両のバッテリから電力が供給される。
The
冷却水流量制御装置は、更に、冷却水制御弁装置50を備えている。
冷却水制御弁装置50は、第1制御弁51乃至第5制御弁55を含んでいる。
The cooling water flow rate control device further includes a cooling water control valve device 50.
The cooling water control valve device 50 includes a
第1制御弁51は、ヒータコア通路部21に介装されていて、ECU60からの指示信号に応じて開度VO1を変化させ、もって、ヒータコア通路部21の通路面積(流路断面積)を変更する。ウォーターポンプ40が駆動され且つ第1制御弁51の開度VO1が「0」よりも大きい場合、冷却水は出口部13outから第1制御弁51を通過してヒータコア通路部21及びヒータコア31を通り、共通通路部25、ウォーターポンプ40及び機関接続通路部26を通過して入口部13inに到達する。
The
第2制御弁52は、ATFウォーマ通路部22に介装されていて、ECU60からの指示信号に応じて開度VO2を変化させ、もって、ATFウォーマ通路部22の通路面積を変更する。ウォーターポンプ40が駆動され且つ第2制御弁52の開度VO2が「0」よりも大きい場合、冷却水は出口部13outから第2制御弁52を通過してATFウォーマ通路部22及びATFウォーマ32を通り、共通通路部25、ウォーターポンプ40及び機関接続通路部26を通過して入口部13inに到達する。
The
第3制御弁53は、エンジンオイルクーラ通路部23に介装されていて、ECU60からの指示信号に応じて開度VO3を変化させ、もって、エンジンオイルクーラ通路部23の通路面積を変更する。ウォーターポンプ40が駆動され且つ第3制御弁53の開度VO3が「0」よりも大きい場合、冷却水は出口部13outから第3制御弁53を通過してエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を通り、共通通路部25、ウォーターポンプ40及び機関接続通路部26を通過して入口部13inに到達する。
The
第4制御弁54は、圧損調整用通路部24に介装されていて、ECU60からの指示信号に応じて開度VO4を変化させ、もって、圧損調整用通路部24の通路面積を変更する。ウォーターポンプ40が駆動され且つ第4制御弁54の開度VO4が「0」よりも大きい場合、冷却水は出口部13outから第4制御弁54を通過して圧損調整用通路部24を通り、共通通路部25、ウォーターポンプ40及び機関接続通路部26を通過して入口部13inに到達する。
The fourth control valve 54 is interposed in the pressure
第5制御弁55は、ラジエター第1通路部27に介装されていて、ECU60からの指示信号に応じて開度VO5を変化させ、もって、ラジエター第1通路部27の通路面積を変更する。ウォーターポンプ40が駆動され且つ第5制御弁55の開度VO5が「0」よりも大きい場合、冷却水は出口部13outから第5制御弁55を通過してラジエター第1通路部27及びラジエター34を通り、ラジエター第2通路部28、ウォーターポンプ40及び機関接続通路部26を通過して入口部13inに到達する。
The
ここで、外部循環通路部20の各通路部(即ち、ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22、エンジンオイルクーラ通路部23、圧損調整用通路部24及びラジエター第1通路部27)を冷却水が通過する際の圧力損失について述べる。
Here, each passage portion of the external circulation passage portion 20 (that is, the heater
圧損調整用通路部24には「冷却水との間で熱交換を行う外部装置」が介装されていない。更に、共通通路部25の流路面積は十分に大きく、ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22、エンジンオイルクーラ通路部23、圧損調整用通路部24、ラジエター第1通路部27及びラジエター第2通路部28のそれぞれの流路面積は互いに等しく設定されている。従って、第1制御弁51乃至第5制御弁55の一つずつを全開にした場合において、ある特定の動粘度を有する冷却水が圧損調整用通路部24を流れる際の圧力損失は、その他の通路部(即ち、ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22、エンジンオイルクーラ通路部23、圧損調整用通路部24及びラジエター第1通路部27)のそれぞれを流れる際の圧力損失よりも格段に小さい。
The pressure
一方、ECU60は、冷却水温センサ61、機関回転速度センサ62、エアフローセンサ63、モータ電流センサ64、電圧センサ65、モータ回転速度センサ66及びその他のセンサ67と接続され、これらのセンサの出力信号を受け取るようになっている。
On the other hand, the
冷却水温センサ61は、冷却水通路13の出口部13outに配設され、出口部13outを通過する冷却水の温度を表す信号THWを出力するようになっている。
機関回転速度センサ62は、内燃機関10のクランク軸が一定角度回転する毎に一つのパルス信号を発生するようになっている。ECU60は、このパルス信号の発生間隔に基いて機関回転速度NEを取得するようになっている。
エアフローセンサ63は、内燃機関10に吸入される空気の流量(質量流量)を表す信号Gaを出力するようになっている。
The cooling
The engine
The
モータ電流センサ64は、ウォーターポンプ40を回転させるポンプ用モータに供給される電流の大きさを表す信号Imを出力するようになっている。
電圧センサ65は、ポンプ用モータに印加される電圧(即ち、バッテリ電圧)を表す信号Vmを出力するようになっている。
モータ回転速度センサ66は、ポンプ用モータの回転速度を表す信号Nmを出力するようになっている。
The motor current sensor 64 outputs a signal Im indicating the magnitude of the current supplied to the pump motor that rotates the
The
The motor rotation speed sensor 66 outputs a signal Nm indicating the rotation speed of the pump motor.
その他のセンサ67は、内燃機関10の運転状態を表す信号(例えば、アクセルペダル操作量PA及びスロットル弁開度TA)、内燃機関10を塔載した車両の走行状態を表す信号(例えば、車速SPD及びブレーキ操作量BA)、及び、その他の要求信号(例えば、乗員により操作される暖房スイッチに基く車室内ヒータ要求(暖房要求)信号)を出力する、単数又は複数のセンサ及び/又はスイッチを含んでいる。
The
(作動の概要)
次に、第1装置の作動の概要について説明する。
「横軸がLLCの温度であり且つ縦軸が熱伝達率の逆数である図2に示したグラフ」から理解されるように、LLCの温度が通常の低温領域(温度T2〜T3:T2は例えば−10℃、T3は例えば80℃)である場合、実線の曲線C1により示した高粘度LLCの熱伝達率は、破線の曲線C2により示した通常LLCの熱伝達率に比べて適度に小さい。そのため、内燃機関10が通常の暖機過程にある場合、高粘度LLCは内燃機関10を過度に冷却することがないので、内燃機関10の暖機に要する時間を短縮することができる。
(Overview of operation)
Next, an outline of the operation of the first device will be described.
As can be understood from the graph shown in FIG. 2 in which the horizontal axis is the temperature of LLC and the vertical axis is the reciprocal of the heat transfer coefficient, the LLC temperature is in the normal low temperature region (temperatures T2 to T3: T2 is For example, when the temperature is −10 ° C. and T3 is 80 ° C., for example, the heat transfer coefficient of the high-viscosity LLC indicated by the solid curve C1 is moderately smaller than the heat transfer coefficient of the normal LLC indicated by the dashed curve C2. . Therefore, when the
その一方、LLCの温度が極低温領域(温度T2未満)である場合、高粘度LLCの熱伝達率は通常LLCの熱伝達率に比べて非常に小さくなる。そのため、燃焼室12で発生した熱は高粘度LLCへと伝達され難いので、燃焼室12の壁面の実際の温度と出口部13outに配設された冷却水温センサ61により検出される冷却水温THWから推定される燃焼室12の壁面の温度との乖離が非常に大きくなる。
On the other hand, when the temperature of the LLC is in a very low temperature region (less than the temperature T2), the heat transfer coefficient of the high viscosity LLC is usually much smaller than the heat transfer coefficient of the LLC. Therefore, since the heat generated in the
他方、第1装置のECU60は、冷却水温センサ61により検出される冷却水温THWに基づいて燃料噴射量を決定している。より具体的には、ECU60は、内燃機関10が暖機過程にある場合には燃焼室12の壁面へ付着する燃料の量が多くなること等を考慮して、冷却水温THWが低いほどより多くの燃料を噴射するようになっている。従って、高粘度LLCが冷却水として使用されている場合、極低温領域において燃料噴射量が過大となるので、内燃機関10に供給される混合気の空燃比が過剰に小さくなる(オーバーリッチになる)。その結果、エミッション及び/又は燃費が悪化するという問題が生じる。
On the other hand, the
ところで、無次元化された熱伝達率であるヌセルト数Nuは下記の(1)式により表される。(1)式中のReはレイノルズ数、Prはプラントル数である。
Nu=0.023・Re0.8・Pr0.4 ・・・(1)
By the way, the Nusselt number Nu, which is a non-dimensional heat transfer coefficient, is expressed by the following equation (1). In the formula (1), Re is the Reynolds number, and Pr is the Prandtl number.
Nu = 0.023 · Re 0.8 · Pr 0.4 (1)
レイノルズ数Reは下記の(2)式により表される。(2)式中のVは冷却水(LLC)流量、Pは熱伝達が行われる経路の長さに応じた値、βは冷却水の密度、μは動粘度である。Pとβとの積は一つの係数(定数)として扱うことができる。
Re=(V・P・β)/μ ・・・(2)
The Reynolds number Re is expressed by the following equation (2). In the equation (2), V is a cooling water (LLC) flow rate, P is a value corresponding to the length of the path through which heat is transferred, β is the density of cooling water, and μ is the kinematic viscosity. The product of P and β can be treated as one coefficient (constant).
Re = (V · P · β) / μ (2)
上記(1)式からヌセルト数Nu(即ち、熱伝達率)を一定に維持するにはレイノルズ数Reを一定に維持すればよく、上記(2)式からレイノルズ数Reを一定に維持するには、動粘度μが大きくなるほど流量Vを大きくすれば良いことが理解される。 To maintain the Nusselt number Nu (that is, the heat transfer coefficient) constant from the above equation (1), the Reynolds number Re may be maintained constant, and from the above equation (2), the Reynolds number Re may be maintained constant. It is understood that the flow rate V should be increased as the kinematic viscosity μ increases.
そこで、第1装置のECU60は、冷却水の実際の動粘度μを後述する手法に基いて検出(推定)し、図3に示したように、検出した動粘度μが所定の閾値粘度μthよりも高い場合、検出(推定)した動粘度μが高いほど冷却水通路13を流れる冷却水の流を増大させる。この結果、図2の白抜きの矢印により示したように、高粘度LLCを冷却水として使用した場合であっても、極低温時における冷却水の熱伝達率を実質的に大きくして通常のLLCの熱伝達率に近づけることができる。
Therefore, the
これによれば、高粘度LLCを冷却水として使用した場合であっても、極低温時における冷却水の熱伝達率が実質的に大きくなるので、燃焼室12で発生した熱は冷却水へと伝達され易くなる。従って、燃焼室12の壁面の実際の温度と出口部13outに配設された冷却水温センサ61により検出される冷却水温THWから推定される燃焼室12の壁面の温度との乖離が小さくなる。その結果、極低温時において燃料噴射量が過大とならないので、内燃機関10に供給される混合気の空燃比が過剰に小さくなることを回避することができる。
According to this, even when high-viscosity LLC is used as cooling water, the heat transfer coefficient of cooling water at extremely low temperatures is substantially increased, so that the heat generated in the
このように第1装置のECU60は、検出した動粘度μが高いほど冷却水通路13を流れる冷却水の流量が多くなるように冷却水の流量を増大させる。この場合、ウォーターポンプ40の回転速度を上昇させることにより冷却水通路13を流れる冷却水の流量を増大させることができる。しかしながら、動粘度μが高い場合には冷却水を循環させる際の圧力損失が大きいからウォーターポンプ40の回転速度を上昇させることは大きな電力を必要とする。
Thus, the
そこで、ECU60は、冷却水制御弁装置50(第1制御弁51−第5制御弁55)を用いて外部循環通路部20(ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22、エンジンオイルクーラ通路部23、圧損調整用通路部24及びラジエター第1通路部27)のそれぞれを流れる冷却水の水量を調整することにより圧力損失を低減させ、もって、ウォーターポンプ40の回転速度を大きく上昇させることなく冷却水通路13を流れる冷却水の水量を上昇させる。
Therefore, the
ところで、前述したように、冷却水が圧損調整用通路部24を流れる際の圧力損失は、冷却水がその他の通路部(即ち、ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22、エンジンオイルクーラ通路部23及びラジエター第1通路部27)のそれぞれを流れる際の圧力損失よりも格段に小さい。
By the way, as described above, the pressure loss when the cooling water flows through the pressure loss adjusting
更に、極低温時において、ヒータコア通路部21、ATFウォーマ通路部22及びエンジンオイルクーラ通路部23に冷却水を流した場合、それらの通路部が有する外部装置(即ち、ヒータコア31、ATFウォーマ32及びエンジンオイルクーラ33)により冷却水から熱が奪われるので、内燃機関10の暖機を遅らせてしまう。加えて、ラジエター第1通路部27に冷却水を流した場合、ラジエター34において冷却水が冷却されてしまうので、内燃機関10の暖機を非常に遅らせてしまう。換言すると、極低温時においては、冷却水を圧損調整用通路部24に流した場合には内燃機関10の熱を冷却水の循環経路内に閉じ込めることができるが、冷却水を圧損調整用通路部24以外の通路部に流した場合には内燃機関10の熱を冷却水の循環経路内に閉じ込めることができない。
Further, when cooling water flows through the
以上の観点から、ECU60は、極低温時において、冷却水制御弁装置50(即ち、第1制御弁51−第5制御弁55を)制御することによって、冷却水通路13を流れる冷却水の流量を増大させるが、その際、冷却水が圧損調整用通路部24をその他の通路部(但し、場合によりヒータコア通路部21を除く。)に比較して極力多く流れるように、冷却水制御弁装置50を制御する。以上が、第1装置の作動の概要である。
From the above viewpoint, the
(具体的作動)
ECU60のCPU(以下、単に「CPU」と称呼する。)は、所定時間が経過する毎に図4にフローチャートにより示した「冷却水流量制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図4のステップ400から処理を開始し、以下に述べるステップ405乃至ステップ430の処理を順に行い、ステップ435に進む。
(Specific operation)
The CPU of the ECU 60 (hereinafter simply referred to as “CPU”) executes a “cooling water flow rate control routine” shown in a flowchart in FIG. 4 every time a predetermined time elapses. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU starts the process from
ステップ405:CPUは、その時点における第1制御弁51−第5制御弁55のそれぞれの開度(VO1,VO2,VO3,VO4,VO5)を取得する。なお、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されることにより内燃機関10が始動された直後においては、第1制御弁51の開度VO1が微小な第1開度に設定され、第2制御弁52−第5制御弁55のそれぞれは全閉状態に維持されている。
Step 405: The CPU acquires the respective opening degrees (VO1, VO2, VO3, VO4, VO5) of the
ステップ410:CPUは、モータ電流センサ64からポンプ用モータに流れている電流Imを取得するとともに、電圧センサ65からポンプ用モータに印加される電圧Vmを取得し、それらの積をポンプ用モータの消費電力Pmとして取得する(Pm=Im・Vm)。なお、CPUは、内燃機関10が始動された時点から一定時間が経過するまでの間、ポンプ用モータの回転速度を一定の目標回転速度N1に一致させるように、電圧Vmに応じて電流Imを調整している。
Step 410: The CPU obtains the current Im flowing from the motor current sensor 64 to the pump motor, obtains the voltage Vm applied to the pump motor from the
ステップ415:CPUは、モータ回転速度センサ66からポンプ用モータの回転速度Nmを取得する。 Step 415: The CPU acquires the rotational speed Nm of the pump motor from the motor rotational speed sensor 66.
ステップ420:CPUは、使用されている冷却水(LLC)の動粘度μを推定する。より具体的に述べると、CPUは以下のステップにより動粘度μを推定する。 Step 420: The CPU estimates the kinematic viscosity μ of the cooling water (LLC) being used. More specifically, the CPU estimates the kinematic viscosity μ by the following steps.
S1:CPUは、ステップ405にて取得した第1制御弁51−第5制御弁55のそれぞれの開度(VO1,VO2,VO3,VO4,VO5)に基いて粘度推定ルックアップテーブルMapμ(Pm,Nm)を選択する。テーブルMapμ(Pm,Nm)は、第1制御弁51−第5制御弁55のそれぞれの開度(VO1,VO2,VO3,VO4,VO5)の組み合わせ毎に、ポンプ用モータの消費電力Pm及びポンプ用モータの回転速度Nmの組み合わせと、冷却水の動粘度μと、の関係を実験により求め、これをルックアップテーブル形式にてROMに格納したものである。
S1: The CPU calculates the viscosity estimation look-up table Mapμ (Pm, Pm, P) based on the opening degrees (VO1, VO2, VO3, VO4, VO5) of the
S2:CPUは、S1にて選択した粘度推定テーブルMapμ(Pm,Nm)に、ステップ410にて取得した実際のポンプ用モータの消費電力Pmとステップ415にて取得した実際のポンプ用モータの回転速度Nmとを適用することにより、現在使用されている冷却水の実際の動粘度μを検出(推定)する。 S2: The CPU adds the actual power consumption Pm of the pump motor acquired in step 410 to the viscosity estimation table Mapμ (Pm, Nm) selected in S1 and the actual rotation of the pump motor acquired in step 415. By applying the speed Nm, the actual kinematic viscosity μ of the cooling water currently used is detected (estimated).
ステップ425:CPUは、冷却水の要求流量(内燃機関10の冷却のために必要とされている冷却水の流量)Freqを決定する。より具体的に述べると、CPUは、機関回転速度NEと機関負荷KLとをベースルックアップテーブルMapFbse(NE,KL)に適用することにより、基本要求流量Fbseを決定し、これに補正量α(μ)を加えることにより、要求流量Freqを決定する。補正量α(μ)は、図4のブロックB2内に示したように、ステップ420にて取得した動粘度μが閾値μth以上において大きくなるほど、「0」から次第に増加するように決定される。
Step 425: The CPU determines a required flow rate of cooling water (a flow rate of cooling water required for cooling the internal combustion engine 10) Freq. More specifically, the CPU determines the basic required flow rate Fbse by applying the engine speed NE and the engine load KL to the base look-up table MapFbse (NE, KL), and adds the correction amount α ( μ) is added to determine the required flow rate Freq. The correction amount α (μ) is determined so as to gradually increase from “0” as the kinematic viscosity μ acquired in
なお、機関負荷(負荷率)KLは、下記の(3)式により求められる。(3)式において、Mcは一つの気筒が一回の吸気行程において吸入する吸入空気量(筒内吸入空気量)であり、ρは空気密度(単位は(g/l))、Lは内燃機関10の排気量(単位は(l))、「4」は内燃機関10の気筒数である。筒内吸入空気量Mcは、吸入空気量Ga及び機関回転速度NEとルックアップテーブルとから推定される。この負荷率KLに代え、内燃機関10の負荷を表すパラメータとしてアクセルペダル操作量Apが用いられても良い。
KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(3)
The engine load (load factor) KL is obtained by the following equation (3). In the expression (3), Mc is an intake air amount (in-cylinder intake air amount) that one cylinder sucks in one intake stroke, ρ is an air density (unit is (g / l)), and L is an internal combustion engine. The displacement of the engine 10 (unit: (l)), “4” is the number of cylinders of the
KL = (Mc / (ρ · L / 4)) · 100% (3)
ステップ430:CPUは、ポンプ用モータの目標回転速度Nmtを、ルックアップテーブルMapNmt(NE,KL)に実際の機関回転速度NE及び実際の機関負荷KLを適用することにより決定する。 Step 430: The CPU determines the target rotation speed Nmt of the pump motor by applying the actual engine rotation speed NE and the actual engine load KL to the lookup table MapNmt (NE, KL).
次に、CPUはステップ435に進み、車室内ヒータ要求が発生しているか否かを判定する。 Next, the CPU proceeds to step 435 to determine whether or not a vehicle interior heater request has occurred.
車室内ヒータ要求が発生している場合、乗員の暖房要求を満足する必要がある。従って、この場合、CPUはステップ435にて「Yes」と判定してステップ440に進み、要求流量Freqと第1の制御弁優先順位とに基いて、各制御弁(51−55)の開度(VO1,VO2,VO3,VO4,VO5)を決定する。
When the vehicle interior heater request is generated, it is necessary to satisfy the passenger heating request. Therefore, in this case, the CPU makes a “Yes” determination at
第1の制御弁優先順位は、暖房要求があることからヒータコア通路部21に対する第1制御弁51を最も優先し、次に、内燃機関10の暖機を早期化するために圧損調整用通路部24に対する第4制御弁54を優先し、次に、燃費の観点からATFウォーマ通路部22に対する第2制御弁52を優先し、次に、エンジンオイルクーラ通路部23に対する第3制御弁53を優先し、最後に、ラジエター第1通路部27に対する第5制御弁55を優先するための順位である。ここで、「優先する」とは、優先的に制御弁の開度を増大するという意味である。なお、第2制御弁52の優先順位と第3制御弁53の優先順位とは燃費の観点から逆転する場合もある。
The first control valve priority is given priority to the
より具体的に述べると、CPUは、要求流量Freq、ポンプ用モータの目標回転速度Nmt及び動粘度μに基いて要求流量Freqを満たすために第1制御弁51の開度VO1をどの程度にすればよいかをルックアップテーブルMap1VO1(Freq,Nmt,μ)を用いて決定する。そして、第1制御弁51の開度VO1を全開にした場合であっても要求流量Freqが満たされない場合、CPUは「第1の制御弁優先順位」に基いて第4制御弁54の開度VO4を同様にしてルックアップテーブルMap1VO4(Freq,Nmt,μ)を用いて決定する。更に、第1制御弁51の開度VO1及び第4制御弁54の開度VO4の両方を全開にした場合であっても要求流量Freqが満たされない場合、CPUは「第1の制御弁優先順位」に基いて第2制御弁52の開度VO2を同様にして決定する。以下、同様に、第3制御弁53の開度VO3及び第5制御弁55の開度VO5を決定する。なお、当然ながら、優先順位がより高い制御弁の開弁により要求流量Freqが満たされた場合、その開弁させられた制御弁よりも優先順位が低い制御弁の開度は「0」に決定される。
More specifically, the CPU sets the opening degree VO1 of the
次に、CPUはステップ445に進み、各制御弁(51−55)の開度(VO1,VO2,VO3,VO4,VO5)をステップ440にて決定した開度に一致させる。更に、CPUは、ポンプ用モータの回転速度Nmがステップ430にて決定した目標回転速度Nmtに一致するようにポンプ用モータに供給する電力(実際には、電流)を制御し、ステップ495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the CPU proceeds to step 445 to make the opening (VO1, VO2, VO3, VO4, VO5) of each control valve (51-55) coincide with the opening determined in
一方、CPUがステップ435の処理を行う時点において、車室内ヒータ要求が発生していない場合、CPUはそのステップ435にて「No」と判定してステップ450に進み、要求流量Freqと第2の制御弁優先順位とに基いて、各制御弁(51−55)の開度(VO1,VO2,VO3,VO4,VO5)を決定する。
On the other hand, if the vehicle interior heater request is not generated when the CPU performs the process of
第2の制御弁優先順位は、暖房要求がないことから、ヒータコア通路部21に対する第1制御弁51に代えて圧損調整用通路部24に対する第4制御弁54を最も優先することにより内燃機関10の暖機を早期化し、次に、燃費の観点からATFウォーマ通路部22に対する第2制御弁52を優先し、次に、エンジンオイルクーラ通路部23に対する第3制御弁53を優先し、次に、ヒータコア通路部21に対する第1制御弁51を優先し、最後に、ラジエター第1通路部27に対する第5制御弁55を優先するための順位である。なお、この場合においても、第2制御弁52の優先順位と第3制御弁53の優先順位とは燃費の観点から逆転することもある。
Since there is no heating request, the second control valve priority is given the highest priority on the fourth control valve 54 for the pressure
より具体的に述べると、CPUは、要求流量Freq、ポンプ用モータの目標回転速度Nmt及び動粘度μに基いて要求流量Freqを満たすために第4制御弁54の開度VO4をどの程度にすればよいかをルックアップテーブルMap2VO4(Freq,Nmt,μ)を用いて決定する。そして、第4制御弁54の開度VO4を全開にした場合であっても要求流量Freqが満たされない場合、CPUは「第2の制御弁優先順位」に基いて第2制御弁52の開度VO2を同様にルックアップテーブルMap2VO2(Freq,Nmt,μ)を用いて決定する。更に、第4制御弁54の開度VO4及び第2制御弁52の開度VO2の両方を全開にした場合であっても要求流量Freqが満たされない場合、CPUは「第2の制御弁優先順位」に基いて第3制御弁52の開度VO3を同様にして決定する。以下、同様に、第1制御弁51の開度VO1及び第5制御弁55の開度VO5を決定する。なお、当然ながら、優先順位がより高い制御弁の開弁により要求流量Freqが満たされた場合、その開弁させられた制御弁よりも優先順位が低い制御弁の開度は「0」に決定される。
More specifically, the CPU sets the degree of opening VO4 of the fourth control valve 54 to satisfy the required flow rate Freq based on the required flow rate Freq, the target rotational speed Nmt of the pump motor, and the kinematic viscosity μ. It is determined using the lookup table Map2VO4 (Freq, Nmt, μ). When the required flow rate Freq is not satisfied even when the opening VO4 of the fourth control valve 54 is fully opened, the CPU opens the opening of the
その後、CPUはステップ445の処理を実行し、ステップ495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Thereafter, the CPU executes the process of
更に、CPUは図示しない周知の燃料噴射制御ルーチンを実行することにより、以下のようにして最終的な燃料噴射量TAUを決定し、その決定した燃料噴射量TAUの燃料を各気筒の吸気行程の直前に対応する燃料噴射弁14から噴射させる。
Further, the CPU executes a well-known fuel injection control routine (not shown) to determine the final fuel injection amount TAU as follows, and the fuel of the determined fuel injection amount TAU is supplied to the intake stroke of each cylinder. Injection is performed from the corresponding
・CPUは、吸入空気量Ga、機関回転速度NE及びルックアップテーブルに基いて、筒内吸入空気量Mcを算出する。
・CPUは、筒内吸入空気量Mcを理論空燃比stoich(例えば、14.6)で除した値を基本燃料噴射量Taubとして算出する。
・CPUは、内燃機関の始動時における冷却水温THWを冷却水温センサ61から取得し、その始動時の冷却水温THWが低いほど大きくなる始動後増量係数Kst(≧1)を算出する。更に、CPUは、始動後増量係数Kstを「1」になるまで内燃機関10が1回転する毎に所定量ずつ減少させる。
・CPUは、冷却水温THWを冷却水温センサ61から所定時間の経過毎に取得し、取得した冷却水温THWが低いほど大きくなる暖機増量係数Kthw(但し、Kthw≧1)を算出する。
・CPUは、下記の(4)式に基いて、最終的な燃料噴射量TAUを決定する。
TAU=Kst・Kthw・Taub ・・・(4)
The CPU calculates the in-cylinder intake air amount Mc based on the intake air amount Ga, the engine rotational speed NE, and the lookup table.
The CPU calculates a value obtained by dividing the in-cylinder intake air amount Mc by a theoretical air-fuel ratio stoich (for example, 14.6) as the basic fuel injection amount Taub.
The CPU obtains the cooling water temperature THW at the start of the internal combustion engine from the cooling
The CPU acquires the coolant temperature THW from the
The CPU determines the final fuel injection amount TAU based on the following equation (4).
TAU = Kst / Kthw / Taub (4)
以上、説明したように、第1装置は、冷却水の動粘度に応じて冷却水が外部循環通路部20を通過する際の圧力損失を小さくしながら、冷却水の動粘度が高くなるにつれて内燃機関の本体内の冷却水通路13を流れる冷却水の流量を増大させる。よって、冷却水に内燃機関の燃焼室12にて発生した熱が伝達され易くなり、燃焼室壁面の実際の温度と冷却水温センサ61により検出される冷却水温THWから推定される燃焼室壁面の温度との乖離が小さくなる。その結果、特に、内燃機関10が極低温であるときに燃料噴射量が過大にならないので、「エミッション及び/又は燃費が悪化するという問題」を解決することができる。
As described above, the first device reduces the pressure loss when the cooling water passes through the external
加えて、第1装置は、検出される動粘度が高くなるほど「外部循環通路部20を冷却水が通流する際の圧力損失」が小さくなるように、冷却水制御弁装置50を制御する。従って、ウォーターポンプ40の消費エネルギーを過度に大きくならないようにしながら、冷却水通路13を流れる冷却水の流量を増大することができる。
In addition, the first device controls the cooling water control valve device 50 so that the “pressure loss when cooling water flows through the external
更に、第1装置は、冷却水との熱交換を行う「ヒータコア(31)以外の外部装置(32、33、34)」を介装した第1循環通路部と、外部装置を介装していない第2循環通路部(24等)とを有し、冷却水の動粘度が相対的に低い間(動粘度が第1動粘度である間)は第2循環通路部のみを用いて冷却水を循環させる。従って、冷却水の熱が外部装置によって外部に放出され難いので、内燃機関の暖機を早期化することができる。 Further, the first device is provided with a first circulation passage section including an “external device (32, 33, 34) other than the heater core (31)” that performs heat exchange with the cooling water, and an external device. The second circulation passage portion (24, etc.) and the cooling water has a relatively low kinematic viscosity (while the kinematic viscosity is the first kinematic viscosity). Circulate. Therefore, the heat of the cooling water is hardly released to the outside by the external device, so that the warm-up of the internal combustion engine can be accelerated.
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る冷却水流量制御装置(以下、「第2装置」と称呼する。)は、内燃機関10の暖機が完了した後においてエンジンオイルクーラ通路部23に冷却水を通過させ始める際の第3制御弁53及び第4制御弁54の開弁のさせ方が第1装置と相違する点のみにおいて、第1装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
Second Embodiment
The coolant flow rate control device (hereinafter referred to as “second device”) according to the second embodiment of the present invention supplies coolant to the engine oil
例えば、冷却水として高粘度LLCが使用され且つ極低温において内燃機関10が始動された場合において、検出した動粘度μに応じて冷却水通路13を流れる冷却水の流量を増大させるために第4制御弁54のみが開弁され、その後、内燃機関10の暖機が完了した場合を想定する。このとき、エンジンオイルクーラ33を用いて内燃機関10の潤滑油を冷却する要求が発生した場合、エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33の内部には、内燃機関10の始動時に存在していた動粘度μが高い状態の冷却水が残存している。従って、第3制御弁53を全開にしてもエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33の圧力損失が大きく且つ圧損調整用通路部24の圧力損失が小さいので、冷却水がエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を十分に通流できない。
For example, when high-viscosity LLC is used as the cooling water and the
そこで、第2装置は、このような状況において、第4制御弁54の開度VO4を減少させることにより圧損調整用通路部24の圧力損失を増大させ、冷却水がエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を円滑に通過できるようにする。
Therefore, in such a situation, the second device increases the pressure loss of the pressure
(具体的作動)
第2装置のECU60のCPUは、所定時間が経過する毎に図5にフローチャートにより示した「制御弁制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図5のステップ500から処理を開始してステップ510に進み、現時点において「エンジンオイルクーラ33によって潤滑油を冷却する要求」が内燃機関10の今回の始動後に初めて生じたか否かを判定する。係る要求が内燃機関10の今回の始動後に初めて生じていなければ、CPUはステップ510にて「No」と判定し、ステップ595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
(Specific operation)
The CPU of the
これに対し、係る要求が内燃機関10の今回の始動後に初めて生じていれば、CPUはステップ510にて「Yes」と判定してステップ520に進み、第3制御弁53が内燃機関10の今回の始動後において一度も開弁されていないか否かを判定する。第3制御弁53が内燃機関10の今回の始動後において一度でも開弁されている場合、CPUはステップ520にて「No」と判定し、ステップ595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
On the other hand, if such a request is made for the first time after the current start of the
これに対し、第3制御弁53が内燃機関10の今回の始動後において一度も開弁されていない場合、CPUはステップ520にて「Yes」と判定してステップ530に進み、現時点において第4制御弁54が開弁されているか否かを判定する。第4制御弁54が開弁されていない場合、CPUはステップ530にて「No」と判定し、ステップ595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
On the other hand, if the
これに対し、第4制御弁54が開弁されている場合、CPUはステップ530にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ540乃至ステップ570の処理を順に行い、ステップ580に進む。
On the other hand, when the fourth control valve 54 is opened, the CPU makes a “Yes” determination at
ステップ540:CPUは、内燃機関10の今回の始動直後において、図4のステップ420にて推定(検出)した動粘度である始動直後動粘度μsとして読み出す。なお、CPUは、内燃機関10の今回の始動直後において図4のステップ420にて動粘度μを推定したとき、その動粘度μを始動直後動粘度μsとしてRAMに記憶するようになっている。なお、第3制御弁53が内燃機関10の今回の始動後において一度も開弁されていないから、エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33内に存在している冷却水は内燃機関10の今回の始動後において変化していない(動いていない)。よって、エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33内に存在している冷却水の動粘度は始動直後動粘度μsと等しいと考えられる。
Step 540: Immediately after the current startup of the
ステップ550:CPUは、現時点における動粘度μnを図4のステップ405乃至ステップ420の処理と同じ処理を行うことにより、推定(検出)する。 Step 550: The CPU estimates (detects) the current kinematic viscosity μn by performing the same process as the process of Steps 405 to 420 in FIG.
ステップ560:CPUは、図5のブロックB3内に示したルックアップテーブルMapVO3(μs,μn)に、始動直後動粘度μs及び現時点における動粘度μnを適用することによって、第3制御弁53の開度VO3を決定する。テーブルMapVO3(μs,μn)によれば、開度VO3は、始動直後動粘度μsが大きいほど、且つ、現時点における動粘度μnが小さいほど、大きくなるように決定される。
Step 560: The CPU opens the
これは、現時点における動粘度μnが「ある粘度」である場合、始動直後動粘度μsが大きいほどエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33の圧損が大きいので、開度VO3を大きくすることによりエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を冷却水が流れ易くするためである。また、始動直後動粘度μsが「ある粘度」である場合、現時点における動粘度μnが小さいほど圧損調整用通路部24を冷却水が流れやすいから、開度VO3を大きくすることによりエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を冷却水が流れ易くするためである。
This is because when the kinematic viscosity μn at the present time is “a certain viscosity”, the pressure loss of the engine oil
ステップ570:CPUは、図5のブロックB4内に示したルックアップテーブルMapVO4(μs,μn)に、始動直後動粘度μs及び現時点における動粘度μnを適用することによって、第4制御弁54の開度VO4を決定する。テーブルMapVO4(μs,μn)によれば、開度VO4は、始動直後動粘度μsが大きいほど、且つ、現時点における動粘度μnが小さいほど、小さくなるように決定される。 Step 570: The CPU opens the fourth control valve 54 by applying the kinematic viscosity μs immediately after start-up and the kinematic viscosity μn at the present time to the look-up table MapVO4 (μs, μn) shown in the block B4 of FIG. The degree VO4 is determined. According to the table MapVO4 (μs, μn), the opening degree VO4 is determined so as to decrease as the kinematic viscosity μs immediately after the start increases and as the current kinematic viscosity μn decreases.
これは、現時点における動粘度μnが「ある粘度」である場合、始動直後動粘度μsが大きいほどエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33の圧損が大きいので、開度VO4を小さくすることにより圧損調整用通路部24を冷却水が流れ難くすることによって、冷却水がエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を流れ易くするためである。また、始動直後動粘度μsが「ある粘度」である場合、現時点における動粘度μnが小さいほど圧損調整用通路部24を冷却水が流れやすいから、開度VO4を小さくすることにより圧損調整用通路部24を冷却水が流れ難くすることによって、冷却水がエンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を流れ易くするためである。
This is because when the kinematic viscosity μn at the present time is “a certain viscosity”, the pressure loss of the engine oil
次に、CPUはステップ580に進み、第3制御弁53の開度VO3をステップ560にて決定された開度VO3に一致させ、第4制御弁54の開度VO4をステップ570にて決定された開度VO4に一致させる。
Next, the CPU proceeds to step 580 to make the opening VO3 of the
次に、CPUはステップ590に進み、エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33の内部に内燃機関10の始動時から残存していた冷却水が除去されたか否かを判定する。より具体的に述べると、CPUは、その時点のポンプ用モータの回転速度Nm、第3制御弁53の開度VO3、第4制御弁54の開度VO4、始動直後動粘度μs及び現時点における動粘度μnに基いて「エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33を流れる冷却水」の流量を推定する。更に、CPUは、ステップ580の処理の開始時点以降においてその流量の積算値が「エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33」の容積を超えたか否かを判定することによって、エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33の内部に内燃機関10の始動時から残存していた冷却水が除去されたか否かを判定する。
Next, the CPU proceeds to step 590 to determine whether or not the cooling water remaining from the start of the
そして、CPUは、エンジンオイルクーラ通路部23及びエンジンオイルクーラ33に内燃機関10の始動時から残存していた冷却水が除去されたと判断すると、ステップ595に進んで本ルーチンを一旦終了する。
When the CPU determines that the coolant remaining in the engine oil
以上、説明したように、第2装置によれば、例えば、高粘度LLCが使用されている内燃機関10が極低温であるときに始動されて暖機が完了した後、エンジンオイルクーラ33を使用する要求が発生した場合、エンジンオイルクーラ33に冷却水を円滑に通流させ、エンジンオイルクーラ33を速やかに機能させることができる。
As described above, according to the second device, for example, the engine oil cooler 33 is used after the
なお、第2装置は、内燃機関10の暖機が完了した後においてエンジンオイルクーラ通路部23に冷却水を通過させ始める場合に適用されているが、第2装置の制御態様はATFウォーマ通路部22及びラジエター第1通路部27に冷却水を通過させ始める場合等にも適用できる。
The second device is applied when cooling water starts to pass through the engine oil
<高粘度LLC>
第1装置及び第2装置を含み、本発明の実施形態に係る装置に好ましく適用される高粘度LLCは以下のとおりである。この高粘度LLCは、特許文献1(国際公開第2013/183161号)に詳細に記載されている。
<High viscosity LLC>
The high viscosity LLC including the first device and the second device and preferably applied to the device according to the embodiment of the present invention is as follows. This high viscosity LLC is described in detail in Patent Document 1 (International Publication No. 2013/183161).
(1)動粘度が、25℃で8.5〜3000mm2/秒であり、且つ、100℃で0.3〜1.3mm2/秒である内燃機関用冷却液組成物。
(2)基剤として、二価アルコール、三価アルコール及びグリコールモノアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも一種のアルコール類、及び/又、は水を含有する、上記(1)に記載の組成物。
(3)粘度特性改良剤を含む、上記(1)又は(2)に記載の組成物。
(4)粘度特性改良剤が相変化物質である、上記(3)に記載の組成物。
(1) a kinematic viscosity of a 8.5~3000mm 2 / s at 25 ° C., and, for an internal combustion engine coolant composition is 0.3 to 1.3 mm 2 / s at 100 ° C..
(2) The composition according to (1) above, which contains at least one alcohol selected from the group consisting of dihydric alcohols, trihydric alcohols and glycol monoalkyl ethers and / or water as a base. .
(3) The composition according to the above (1) or (2), comprising a viscosity characteristic improver.
(4) The composition according to (3) above, wherein the viscosity characteristic improver is a phase change material.
<変形例>
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、冷却水制御弁装置50はロータリー型の制御弁であってもよい。この場合、制御弁の弁体の回転角度に応じて各通路の通路断面積が変更されるようになっていればよい。更に、外部装置は、ヒータコア31、ATFウォーマ32、エンジンオイルクーラ33及びラジエター34以外の装置であってもよい。更に、図4のステップ45及びステップ440を省略し、CPUがステップ430からステップ450及びステップ445の順に処理を行うようになっていてもよい。
<Modification>
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, the cooling water control valve device 50 may be a rotary control valve. In this case, the cross-sectional area of each passage may be changed according to the rotation angle of the valve body of the control valve. Further, the external device may be a device other than the
10…内燃機関、11…本体、12…燃焼室、13…冷却水通路、13in…入口部、13out…出口部、14…燃料噴射弁、20…外部循環通路部、21…ヒータコア通路部、22…ATFウォーマ通路部、23…エンジンオイルクーラ通路部、24…圧損調整用通路部、25…共通通路部、26…機関接続通路部、27…ラジエター第1通路部、28…ラジエター第2通路部、31…ヒータコア、32…ATFウォーマ、33…エンジンオイルクーラ、34…ラジエター、34in…冷却水取入部、34out…冷却水取出部、40…ウォーターポンプ、41…第1ポンプ流入部、42…第2ポンプ流入部、43…吐出部、50…冷却水制御弁装置、51…第1制御弁、52…第2制御弁、53…第3制御弁、54…第4制御弁、55…第5制御弁、61…冷却水温センサ、62…機関回転速度センサ、63…エアフローセンサ、64…モータ電流センサ、65…電圧センサ、66…モータ回転速度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記出口部と前記入口部とを前記内燃機関の本体の外部において接続し前記冷却水を循環させるための外部循環通路部と、
前記外部循環通路部に介装されるとともに前記冷却水をポンプ流入部から流入させた後に同冷却水を加圧してポンプ吐出部から吐出するウォーターポンプと、
前記冷却水通路を通過する冷却水の流量を変更する流量制御部と、
を備える、内燃機関の冷却水流量制御装置であって、
前記外部循環通路部は、
前記内燃機関の本体の出口部と前記ウォーターポンプの流入部との間に前記冷却水との熱交換を行う外部装置であってヒータコア以外の外部装置を介装した第1循環通路部と、
前記内燃機関の本体の出口部と前記ウォーターポンプの流入部との間に前記冷却水との熱交換を行う外部装置を介装することなく同出口部と同流入部とを直接的に接続してなる第2循環通路部と、
を備え、
前記流量制御部は、
前記第1循環通路の通路面積である第1通路面積をゼロから第1最大値までの範囲で変更する第1通路面積変更部と、
前記第2循環通路の通路面積である第2通路面積をゼロから第2最大値までの範囲で変更する第2通路面積変更部と、
前記冷却水の動粘度を検出する動粘度検出部と、
前記検出される動粘度が高くなるほど前記外部循環通路部を前記冷却水が通流する際の圧力損失が小さくなり、且つ、前記検出される動粘度が所定の第1動粘度である場合に前記第2通路面積がゼロよりも大きい値に設定されるとともに前記第1通路面積がゼロに設定され、前記検出される動粘度が前記第1動粘度よりも大きい所定の第2動粘度である場合に前記第2通路面積が前記第2最大値に設定されるとともに前記第1通路面積がゼロよりも大きい値に設定されるように、前記第1通路面積変更部及び前記第2通路面積変更部を制御することによって、前記検出される動粘度が高くなるほど前記内燃機関の本体内の前記冷却水通路を流れる冷却水の流量を増大させる通路面積制御部と、
を備えた冷却水流量制御装置。 One end portion constitutes an inlet portion to the main body of the cooling water internal combustion engine, and the other end portion is a cooling water passage constituting an outlet portion from the main body of the cooling water internal combustion engine. A cooling water temperature sensor provided with a cooling water passage through which the cooling water for cooling flows in the main body of the internal combustion engine, and the amount of fuel injected and supplied to the internal combustion engine is disposed in the vicinity of the outlet portion. Applied to an internal combustion engine controlled based on the detected temperature of the cooling water;
An external circulation passage portion for connecting the outlet portion and the inlet portion outside the main body of the internal combustion engine to circulate the cooling water;
A water pump that is interposed in the external circulation passage and injects the cooling water from the pump inflow portion and then pressurizes the cooling water and discharges it from the pump discharge portion;
A flow rate controller for changing the flow rate of the cooling water passing through the cooling water passage;
An internal combustion engine cooling water flow rate control device comprising:
The external circulation passage section is
A first circulation passage section that is an external device that performs heat exchange with the cooling water between an outlet portion of the main body of the internal combustion engine and an inflow portion of the water pump, and includes an external device other than the heater core;
The outlet part and the inflow part are directly connected between the outlet part of the main body of the internal combustion engine and the inflow part of the water pump without interposing an external device for exchanging heat with the cooling water. A second circulation passage section,
With
The flow rate controller
A first passage area changing unit that changes a first passage area that is a passage area of the first circulation passage in a range from zero to a first maximum value;
A second passage area changing unit that changes a second passage area that is a passage area of the second circulation passage in a range from zero to a second maximum value;
A kinematic viscosity detector for detecting the kinematic viscosity of the cooling water;
The higher the kinematic viscosity detected, the smaller the pressure loss when the cooling water flows through the external circulation passage portion, and the detected kinematic viscosity is a predetermined first kinematic viscosity. When the second passage area is set to a value larger than zero, the first passage area is set to zero, and the detected kinematic viscosity is a predetermined second kinematic viscosity larger than the first kinematic viscosity. The first passage area changing unit and the second passage area changing unit are set such that the second passage area is set to the second maximum value and the first passage area is set to a value larger than zero. A passage area control unit that increases the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water passage in the main body of the internal combustion engine as the detected kinematic viscosity increases.
Cooling water flow rate control device equipped with.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016107033A JP2017214828A (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Cooling water flow rate control device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2016107033A Pending JP2017214828A (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Cooling water flow rate control device for internal combustion engine |
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-
2016
- 2016-05-30 JP JP2016107033A patent/JP2017214828A/en active Pending
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