JP2022112554A - 内燃機関システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却液の交換タイミングをより正確に判定することができる内燃機関システムを提供する。【解決手段】内燃機関システム１は、エンジン１０と、エチレングリコールを含む冷却液を冷却しながら、エンジン１０へ循環させる冷却循環機構２０と、エンジン１０を通過した冷却液の温度を測定する温度センサ３１と、制御装置４０と、を備える。制御装置４０は、温度センサ３１が測定した前記冷却液の温度が、規定の温度範囲内にあるかを判定する温度判定部４１と、温度判定部４１により、冷却水の温度が規定範囲にあると判定した際に、ｐＨセンサ３２が測定した冷却液のｐＨを検出するｐＨ検出部４２と、検出したｐＨが規定のｐＨ範囲から外れたときに、冷却液を交換すべきと判定する交換判定部４３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンを備えた内燃機関システムに関する。

従来から、動力源としてエンジンとエンジンを制御する制御装置を備えた内燃機関システムが提案されている。エンジンの稼働時には、エンジンは、燃料と空気との混合気の燃焼により、高温に発熱する。そこで、エンジンには、冷却液が通水され、冷却循環機構により、冷却液を循環して、冷却液がエンジンに送られる。

ところで、このような冷却液には、不凍性を目的として、エチレングリコールを含むものが使用されることがある。しかしながら、エチレングリコールは、８０℃を超える温度環境下では、酸化劣化することがある。これにより、冷却液にギ酸や酢酸などの有機酸が生成され、冷却液を流れる通路が腐食するおそれがある。

たとえば、このような冷却液を管理するシステムとして、冷却液の温度が一定温度以上である時間を積算し、この積算時間が規定時間に達すると、冷却液が劣化したと判定するシステムが開示されている。

特開２００９－０８７８２５号公報

しかしながら、特許文献１に示すシステムでは、高温時における冷却液（エチレングリコール）の酸化劣化を測定しようとして、冷却液が一定温度以上である時間を積算しているが、この積算時間に、冷却液の劣化が依存しないことがある。したがって、適切な時期に、冷却液を交換することができないことがある。

また、不適切な冷却液を誤投入した場合には、冷却液の添加剤によっては、冷却液の流路に、その一部の成分が吸着し変質する場合もある。このような場合、特許文献１に示す積算時間を測定したとしても、冷却液の変質を特定することができず、適切な時期に冷却液を交換することができないことがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、エンジンの冷却液の交換、および不適切な冷却液が誤投入された場合の冷却液の交換を、より適切なタイミングで判定することができる内燃機関システムを提供する。

発明者は、前記課題を鑑みて、鋭意検討を重ねた結果、高温時に冷却液に含まれるエチレングリコールは酸化劣化するが、この酸化劣化は、冷却液中の溶存酸素量と相関があることがわかった。すなわち、連続して長時間使用した冷却液中の溶存酸素量は少なく、このような場合、高温時においても、エチレングリコールが酸化劣化し難いとの新たな知見を得た。

これに加えて、たとえば、不適切な冷却液を誤注入した場合には、冷却液の添加剤によっては、冷却液の流路に吸着し変質する場合もあり、このような場合、冷却液の液性が、酸性またはアルカリ性に大きく変化するとの新たな知見を得た。

したがって、発明者のこのように得られた知見から、冷却液の液性を特定し、この液性から、冷却液の酸化劣化または誤注入を判断し、適切なタイミングで、冷却液の交換タイミングを判定できると考えた。

本発明は、このような考えに基づくものであり、本発明に係る内燃機関システムは、エンジンと、前記エンジンを冷却する冷却液として、エチレングリコールを含む冷却液を冷却しながら、前記エンジンへ循環させる冷却循環機構と、前記エンジンを通過した前記冷却液の温度を測定する温度センサと、前記冷却液のｐＨを測定するｐＨセンサと、を備えた内燃機関システムであって、前記内燃機関システムは、制御装置をさらに備えており、前記制御装置は、前記温度センサが測定した前記冷却液の温度が、規定の温度範囲内にあるかを判定する温度判定部と、前記温度判定部により、冷却水の温度が規定の温度範囲にあると判定した際に、前記ｐＨセンサが測定した前記冷却液のｐＨを検出するｐＨ検出部と、検出したｐＨが規定のｐＨ範囲から外れたときに、前記冷却液を交換すべきと判定する交換判定部と、を備える。

本発明によれば、温度センサが測定した冷却液の温度が、規定の温度範囲内にあると、温度判定部が判定した際に、ｐＨ検出部が、ｐＨセンサが測定した冷却液のｐＨを検出する。したがって、温度変化の影響が少ない冷却液のｐＨを取得することができる。

このようにして検出した冷却液のｐＨが、規定のｐＨ範囲から外れたときに、冷却液が酸化劣化した、または、冷却液が変質したと判断できるため、交換判定部は、冷却液を交換すべきと判定する。このようにして、冷却液の液性に基づいて、交換タイミングをより正確に把握することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関システムの模式的概念図である。 図１に示す内燃機関システムの制御ブロック図である。 全溶存酸素量と有機酸発生量との関係を示すグラフである。 冷却液の液性の変化と冷却液の交換タイミングを説明するための概念的なグラフである。 実施形態に係る内燃機関システムの制御フロー図である。

以下に、図１～図５を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関システムの模式的概念図である。
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関システム１は、車両に搭載されるものである。内燃機関システム１は、エンジン１０と、冷却循環機構２０と、制御装置４０とを備えている。内燃機関システム１は、温度センサ３１、ｐＨセンサ３２、スタータ５０、および警告灯６０をさらに備えている。

エンジン１０は、車両の動力源となる装置である。以下、エンジン１０の詳細は図示しないが、エンジン１０は、シリンダブロックに、ピストンが摺動自在に配置されており、シリンダヘッドには吸気弁および排気弁が設けられている。エンジン１０の燃焼室では、燃料と吸入空気を混合した混合気を着火して燃焼し、これによりエンジン１０を駆動させる。この燃焼により、エンジン１０が加熱されることから、本実施形態では、エンジン１０のシリンダブロックには、エンジンを冷却する冷却液が流れる流路が形成されている。

本実施形態では、冷却液は、水にエチレングリコール等を含む添加剤が添加された液体である。本実施形態では、冷却液に、エチレングリコールを２５～８０質量％含有していてもよい。冷却液にエチレングリコールを添加することにより、冷却液の凍結を防止することができる。

エンジン１０を冷却する冷却液は、一般的に知られた冷却循環機構２０により、エンジン１０へ循環される。冷却循環機構２０は、ポンプ２１、ヒータコア２２、ラジエータ２３、およびリザーブタンク２４を備えており、これらは配管を介して接続されている。

ポンプ２１は、エンジン１０よりも上流側に配置されており、エンジン１０に冷却液を圧送する。エンジン１０の稼働時には、エンジン１０が加熱されるため、ポンプ２１の圧送により、ポンプ２１は冷却される。

ポンプ２１の下流には、上述した温度センサ（水温センサ）３１およびｐＨセンサ３２がこれらの順に設けられている。温度センサ３１により、エンジン１０を通過した冷却液の温度を測定することができる。ｐＨセンサ３２により、エンジン１０を通過した冷却液のｐＨ（水素イオン指数）を測定することができる。さらに、温度センサ３１の下流には、ヒータコア２２が設けられている。ヒータコア２２は、車両の室内の温度を昇温する際に、冷却液の熱を熱交換により吸熱するものである。なお、本実施形態では、温度センサ３１の下流にｐＨセンサ３２を設けたが、これに限定されるものではなく、冷却水が流れる流路２９に設けられていてもよく、リザーブタンク２４に設けられていてもよい。

ヒータコア２２の下流には、ラジエータ２３が設けられており、ヒータコア２２を通過した冷却液を冷却することができる。さらに、ラジエータ２３とポンプ２１との間には、冷却液を貯蔵するリザーブタンク２４が設けられており、ポンプ２１に供給される冷却液の不足時には、リザーブタンク２４から冷却液が供給される。本実施形態では、リザーブタンク２４は、ラジエータ２３とポンプ２１との間に設けたが、たとえば、ラジエータ２３に設けられていてもよい。

制御装置４０は、スタータ５０からの始動信号に基づいて、エンジン１０の始動制御を行い、継続してエンジン１０の燃焼制御を行う。制御装置４０によるエンジン１０の制御は、エンジン１０の空燃比制御等、エンジン１０を稼働させる一般的な制御であり、その詳細な説明を省略する。

制御装置４０は、冷却液の劣化または冷却液の不適正を判断し、このように判断した際には、冷却液の交換を促す警告灯６０を点灯させる制御を行う。制御装置４０は、温度センサ３１およびｐＨセンサ３２に電気的に接続されており、温度センサ３１からの冷却液の温度の計測信号を受信し、ｐＨセンサ３２から冷却液のｐＨの計測信号を受信する。制御装置４０は、ＣＰＵ等の演算装置（図示せず）、および、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置（図示せず）をハードウエアとして備えている。

以下に、本実施形態に係る制御装置４０の詳細について説明する。本実施形態では、制御装置４０は、ソフトウエアとして、図２に示すように、温度判定部４１、ｐＨ検出部４２、および交換判定部４３とを備えている。なお、以下では、ソフトウエアとして、エンジン１０を制御するための詳細な説明は、一般的に知られた制御であるため、詳細な説明を省略する。

温度判定部４１は、温度センサ３１が測定した冷却液の温度が、規定の温度範囲内にあるかを判定する。温度判定部４１は、冷却液の温度が、規定の温度範囲（たとえば、常温５℃～３５℃）にあると判定した際に、この結果をｐＨ検出部４２に送信する。

ｐＨ検出部４２は、温度判定部４１により、冷却水の温度が上述した規定の温度範囲内にあると判定した際に、ｐＨセンサ３２が測定した冷却液のｐＨを検出する。このような規定の温度範囲内において、冷却水のｐＨを検出するので、温度変化の影響が少ない冷却液のｐＨを取得することができる。

交換判定部４３は、検出したｐＨが規定のｐＨ範囲から外れたときに、冷却液を交換すべきと判定する。規定のｐＨ範囲は、たとえば、未使用の冷却液の標準ｐＨに対して、アルカリ性および酸性側に所定の幅を持って設定された範囲である。たとえば、規定のｐＨ範囲は、ｐＨ６～９の範囲に設定されており、冷却水のｐＨがこの範囲から外れたときに、冷却液を交換すべきと判定する。この判定結果に基づいて、交換判定部４３は、冷却液の交換を促すための警告信号を、警告灯６０に送信する。

ところで、冷却水に含まれるエチレングリコールからは、有機酸が生成されるが、この有機酸は、冷却水に溶存する溶存酸素量に依存することが、発明者の実験により分かった。具体的には、図３に示すように、溶存酸素量が少ない場合には、有機酸の発生量は少なく、溶存酸素量が多くなると、有機酸の発生量も、多くなることがわかった。

したがって、たとえば、連続してエンジンを長時間駆動しているときには、冷却水の高温状態が持続されるため、冷却水の溶存酸素量は少なくなり、有機酸は生成され難い。このようなことから、これまでのように、冷却水が高温状態となる時間を積算したとしても、この積算時間が、有機酸の生成量に依存しないことがある。さらに、適正な冷却水を投入しない場合（誤投入した場合）や、冷却水の添加剤が錆等と反応した場合、冷却水の液性がアルカリ性に変化してしまうことがあり、冷却水が所望の効果を得られないことがある。

しかしながら、本実施形態によれば、ｐＨ検出部４２は、たとえば、冷却水の液性がアルカリ性の閾値を超えて変化した場合（たとえば図４のプロフィール（Ａ）の場合）、冷却水の交換が必要であると判定する。さらに、ｐＨ検出部４２は、たとえば、冷却水の液性が酸性の閾値を超えて変化した場合（たとえば図４のプロフィール（Ｂ）、（Ｃ）の場合）、冷却水の交換が必要であると判定する。また、ｐＨ検出部４２は、たとえば、冷却水のｐＨが規定のｐＨ範囲内である場合（たとえば図４のプロフィール（Ｄ）の場合）、冷却水の交換が不要であると判定する。

本実施形態によれば、温度センサが測定した冷却液の温度が、規定の温度範囲内にあると、温度判定部が判定した際に、ｐＨ検出部が、ｐＨセンサが測定した冷却液のｐＨを検出する。したがって、温度変化の影響が少ない冷却液のｐＨを取得することができる。

このようにして検出した冷却液のｐＨが、規定のｐＨ範囲から外れたときに、冷却液が酸化劣化した、または、冷却液が変質したと判断できるため、交換判定部４３は、冷却液を交換すべきと判定する。このようにして、冷却液の液性に基づいて、交換タイミングをより正確に把握することができる。

図５を参照して、本実施形態の内燃機関システムにおける制御フローを説明する。まず、ステップＳ１では、エンジン１０を始動させてから、温度センサ３１で、冷却液の温度を測定し、ｐＨセンサ３２で、冷却水のｐＨを測定し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、温度判定部４１で、冷却液の温度が規定の温度範囲内にあるかを判定する。冷却水の温度が規定の温度範囲内にあるときには、ステップＳ３に進み、そうでない場合には、ステップＳ１に戻る。

ここで、ステップＳ３では、ｐＨ検出部４２で、ｐＨセンサ３２で測定したｐＨの結果から、冷却水のｐＨを検出し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、交換判定部４３で、ｐＨ検出部４２で検出した冷却水のｐＨが、規定のｐＨ範囲から外れたかを判定し、規定のｐＨ範囲から外れた場合には、ステップＳ５に進み、規定のｐＨ範囲内である場合には、ステップＳ１に戻る。ステップＳ５では、交換判定部４３から警告灯６０に警告信号を送信し、警告灯６０を点灯させる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

第１実施形態では、エンジンの制御を行う制御装置と、冷却液の交換を判定し、警告灯の点灯制御を行う制御装置を、１つの制御装置として車両に搭載する例を示した。しかしながら、たとえば、図２に示す警告灯の点灯制御をする制御装置を、車両の外部の管理システムに設け、管理システムを介した通信により、警告灯の点灯制御を行ってもよい。

１：内燃機関システム、１０：エンジン、２０：冷却循環機構、３１：温度センサ、３２：ｐＨセンサ、４０：制御装置、４１：温度判定部、４２：ｐＨ検出部、４３：交換判定部

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンを冷却する冷却液として、エチレングリコールを含む冷却液を冷却しながら、前記エンジンへ循環させる冷却循環機構と、
   前記エンジンを通過した前記冷却液の温度を測定する温度センサと、
   前記冷却液のｐＨを測定するｐＨセンサと、
   を備えた内燃機関システムであって、
   前記内燃機関システムは、制御装置をさらに備えており、
   前記制御装置は、前記温度センサが測定した前記冷却液の温度が、規定の温度範囲内にあるかを判定する温度判定部と、
   前記温度判定部により、冷却水の温度が規定の温度範囲にあると判定した際に、前記ｐＨセンサが測定した前記冷却液のｐＨを検出するｐＨ検出部と、
   検出したｐＨが規定のｐＨ範囲から外れたときに、前記冷却液を交換すべきと判定する交換判定部と、を備えることを特徴とする内燃機関システム。

Images