JPWO2013190625A1

JPWO2013190625A1 - 粘度測定装置

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Publication number: JPWO2013190625A1
Application number: JP2014521115A
Authority: JP
Inventors: 翔冨田; 黒木　錬太郎; 錬太郎黒木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: WO2013190625A1; EP2863031B1; EP2863031A1; US9752971B2; US20150101400A1; JP5910744B2; EP2863031A4; CN104364489B; CN104364489A

Abstract

粘度測定装置（１００）は、エンジン（１０）と、該エンジンの気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサ（２４）と、エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁（１９）と、エンジンの冷却液の温度を検出する温度センサ（２３）と、を備える車両（１）に搭載される。粘度測定装置は、筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づく気筒に係る発熱量と、気筒に係る投入熱量とから冷却損失を算出し、算出された冷却損失に基づいて冷却液の粘度を推定する推定手段（２１）を備える。

Description

本発明は、例えば自動車に搭載されるエンジンを冷却する冷却液等の液体の粘度を測定する粘度測定装置の技術分野に関する。

この種の装置により粘度が測定される液体は、例えば特許文献１に記載されているような、エンジンの冷却水循環路内に充填されている。該冷却水循環路内において、冷却水は、ウォータポンプで昇圧された後、エンジンのウォータジャケット及びヒータコアを通って熱交換器に供給され、その後再びウォータポンプに戻される。

特開平１１−０２２４６１号公報

ところで、広く普及している冷却液は、凍結防止のためのエチレングリコールをベースとして、必要な凍結温度が得られるようにエチレングリコールが水で希釈されたものである。また、エンジンやラジエータ等に使用される、例えば金属、ゴム、樹脂等を保護するために、冷却液には各種添加剤が配合されている。冷却液の粘度はエチレングリコールと水との割合で決まる。尚、エチレングリコールの粘度は、水の粘度に比べて高い。

ここで、冷却液中のエチレングリコールの濃度を比較的高くして、冷却液の濃度を上昇させることにより、エンジンの冷却損失を低減し、燃費を向上させることが可能である。しかしながら、冷却液が高温（例えば、摂氏１００度）となった際に、該冷却液の粘度が比較的高いことに起因して冷却能力が不足し、エンジンのオーバーヒートを招くおそれがある。そこで、粘度の温度変化が、従来の冷却液に比べて大幅に大きくなるような冷却液（以降、適宜“粘度可変ＬＬＣ”と称する）の研究・開発が進められている。

例えばエンジンの冷却液等として粘度可変ＬＬＣが適用される場合、該エンジンの制御装置は、例えば粘度可変ＬＬＣの温度から該粘度可変ＬＬＣの粘度を推定し、該推定された粘度に応じてエンジンを制御する。この場合、粘度可変ＬＬＣの実際の粘度の温度変化が、設計上の粘度の温度変化と異なると、例えばエンジンの冷却不足や過冷却等が生じる可能性がある。その結果、オーバーヒートや凝縮水が発生する可能性があるという技術的問題点がある。

他方で、粘度可変ＬＬＣの粘度を測定するために、例えば粘度計等を新たに設置すると、例えば、部品点数の増加、配管等の設計変更、製造コストの増加、等の技術的問題点が発生する。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却液の粘度を間接的に測定することができる粘度測定装置を提供することを課題とする。

本発明の粘度測定装置は、上記課題を解決するために、エンジンと、前記エンジンの気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサと、前記エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの冷却液の温度を検出する温度センサと、を備える車両に搭載され、前記筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づく前記気筒に係る発熱量と、前記気筒に係る投入熱量とから冷却損失を算出し、前記算出された冷却損失に基づいて前記冷却液の粘度を推定する推定手段を備える。

本発明の粘度測定装置によれば、当該粘度測定装置は、エンジン、筒内圧センサ、燃料噴射弁及び温度センサを備える車両に搭載されている。ここで、筒内圧センサは、エンジンの気筒毎に筒内圧を検出する。尚、エンジン、筒内圧センサ、燃料噴射弁及び温度センサには、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる推定手段は、筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づく気筒に係る発熱量と、気筒に係る投入熱量とから冷却損失を算出し、該算出された冷却損失に基づいて冷却液の粘度を推定する。

筒内圧センサにより検出された筒内圧から、気筒に係る発熱量を求める方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。また、気筒に係る投入熱量は、例えばエンジンの回転数、燃料流量、燃料の発熱量等に基づいて求めればよい。尚、投入熱量を求める方法についても、公知の各種態様を適用可能である。

冷却損失は、気筒に係る投入熱量から気筒に係る発熱量を減算することにより求められる。ここで、気筒に係る投入熱量と気筒に係る発熱量との差分は、厳密には、冷却損失と未燃損失との和であるが、運転条件によっては、未燃損失は冷却損失に比べて無視できるほど小さい、ことが本願発明者の研究により判明している。このため、上述の如く、気筒に係る投入熱量から気筒に係る発熱量を引いた値を、冷却損失とみなすことができる。

冷却損失と冷却液の粘度との関係を、例えば設計段階等で予め調査し、マップ等としてメモリ内に格納しておけば、算出された冷却損失に基づいて、該格納されたマップから冷却液の粘度を推定することができる。

以上の結果、本発明の粘度測定装置によれば、冷却液の粘度を、冷却損失に基づいて間接的に測定することができる。

本発明の粘度測定装置の一態様では、前記推定された粘度が、前記冷却液に係る設計値から所定値以上乖離している場合に、粘度異常と判定する判定手段を更に備える。

この態様によれば、判定手段の判定結果に応じて、例えば冷却液の異常を運転者に報知すること等により、オーバーヒート等の発生を防止することができ、実用上非常に有利である。

「所定値」は、実験により又はシミュレーションにより、例えば冷却液の粘度と、エンジンの温度との関係を求め、該求められた関係に基づいて設定すればよい。具体的には例えば、冷却不足となる冷却液の粘度を、高粘度側の所定値とし、冷却過剰となる冷却液の粘度を、低粘度側の所定値として設定すればよい。

この態様では、前記推定手段による前記粘度の推定、及び前記判定手段による前記粘度異常に係る判定は、前記エンジンの回転数の時間微分値、前記燃料噴射弁に係る噴射量の時間微分値、及び前記検出された温度の時間微分値各々が所定値以下のときに実施されてよい。

このように構成すれば、粘度の推定精度の低下を防止することができると共に、推定精度が比較的低い粘度に基づいて粘度異常に係る判定が実施されることを防止することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。粘度可変ＬＬＣの特性の一例を示す概念図である。実施形態に係る冷却液粘度推定フローを示す図である。ＬＬＣの粘度と冷却損失との関係を特定するマップの一例である。ＬＬＣの粘度の許容範囲を規定するマップの一例である。

本発明の粘度測定装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、実施形態に係る車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。

図１において、車両１は、エンジン１０と、当該車両１の各種電子制御用のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：電子制御ユニット）２１と、を備えて構成されている。

エンジン１０は、シリンダボア１１、ピストン１２、クランクシャフト１３、ウォータジャケット、吸気通路１５、排気通路１６、吸気弁１７、排気弁１８及び燃料噴射弁１９を備えて構成されている。また、エンジン１０には、クランク角センサ２２、温度センサ２３及び筒内圧センサ２４が設けられている。

実施形態に係るエンジン１０は、粘度可変ＬＬＣに最適化されたエンジンである。ここで、粘度可変ＬＬＣについて、図２を参照して説明する。図２は、粘度可変ＬＬＣの特性の一例を示す概念図である。尚、図２の縦軸はｌｏｇ（ｌｏｇＹ）、横軸はｌｏｇＸである。

図２に示すように、粘度可変ＬＬＣは、例えば摂氏２５度では、動粘度が８．５ｍｍ^２／ｓ〜３０００．０ｍｍ^２／ｓであるが、例えば摂氏１００度では、動粘度が０．３ｍｍ^２／ｓ〜１．３ｍｍ^２／ｓとなる。図２に示すように、粘度可変ＬＬＣの粘度の温度変化は、一般的な冷却液（図２中の“冷却液５０％”参照）や水の粘度の温度変化に比べて、非常に大きいことがわかる。

実施形態に係るＥＣＵ２１は、エンジン１０に所定の粘度可変ＬＬＣ１４が充填されているとして、該エンジン１０を制御する。このため、エンジン１０に、例えば従来のＬＬＣが充填される等、ＬＬＣの粘度の温度変化が、設計上のＬＬＣの粘度の温度変化と異なると、エンジン１０に悪影響を及ぼす可能性がある。

具体的には例えば、ＬＬＣの粘度が設計値よりも高すぎる場合には、冷却不足やＬＬＣの詰まり等が生じる。他方、ＬＬＣの粘度が設計値よりも低すぎる場合には、冷却過剰となる。この結果、オーバーヒートや凝縮水が発生する可能性がある。

そこで、本実施形態では粘度測定装置１００によりＬＬＣ１４の粘度を測定している。粘度測定装置１００は、ＬＬＣ１４の粘度を推定すると共に、該推定されたＬＬＣ１４の粘度が設計値から所定値以上乖離している場合に粘度異常と判定するＥＣＵ２１を備えて構成されている。

尚、本実施形態に係る「ＥＣＵ２１」は、本発明に係る「推定手段」及び「判定手段」の一例である。つまり、本実施形態では、車両１の各種電子制御用のＥＣＵ２１の機能の一部を、粘度測定装置１００の一部として用いている。

粘度測定装置１００の一部としてのＥＣＵ２１は、筒内圧センサ２４により測定された筒内圧に基づいて、気筒に係る発熱量を算出する。また、ＥＣＵ２１は、クランク角センサ２２の出力信号、燃料噴射弁１９に係る噴射量等に基づいて、該気筒に係る投入熱量を算出する。そして、ＥＣＵ２１は、算出された投入熱量から算出された発熱量を引いた値を、冷却損失として算出する（図３参照）。

ＥＣＵ２１は、上記冷却損失の算出と並行して、クランク角センサ２２の出力信号に基づくエンジン１０の回転数及び燃料噴射弁１９に係る噴射量に応じて決まるエンジン１０に係る運転条件と、温度センサ２３により測定されたＬＬＣ１４の温度とに対応する、ＬＬＣ１４の粘度と冷却損失との関係を特定するマップ（図４参照）を決定する。続いて、ＥＣＵ２１は、算出された冷却損失と、図４に示したようなマップとからＬＬＣ１４の粘度を推定する。

次に、ＥＣＵ２１は、推定されたＬＬＣ１４の粘度と、温度センサ２３により測定されたＬＬＣ１４の温度との関係が、例えば図５に示すような規定範囲外に該当するか否かを判定する。規定範囲外に該当する（つまり、粘度異常）と判定された場合、ＥＣＵ２１は、例えばＭＩＬ（図示せず）等を点灯して、車両１の運転者にＬＬＣ１４の粘度が異常であることを報知する。

ここで特に、ＥＣＵ２１は、エンジン１０の回転数の時間微分値、燃料噴射弁１９に係る噴射量の時間微分値、及び温度センサ２３により検出された温度の時間微分値、各々が所定値以下であることを条件に、ＬＬＣ１４の粘度を推定し、また、粘度異常に係る判定を実施する。

このように構成すれば、例えばＬＬＣ１４の流量が安定していないために、該ＬＬＣ１４の粘度の推定精度が低下することを防止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う粘度測定装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…車両、１０…エンジン、１１…シリンダボア、１２…ピストン、１３…クランクシャフト、１４…ＬＬＣ、１５…吸気通路、１６…排気通路、１７…吸気弁、１８…排気弁、１９…燃料噴射弁、２１…ＥＣＵ、２２…クランク角センサ、２３…温度センサ、２４…筒内圧センサ、１００…粘度測定装置

Claims

エンジンと、前記エンジンの気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサと、前記エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの冷却液の温度を検出する温度センサと、を備える車両に搭載され、
前記筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づく前記気筒に係る発熱量と、前記気筒に係る投入熱量とから冷却損失を算出し、前記算出された冷却損失に基づいて前記冷却液の粘度を推定する推定手段を備える
ことを特徴とする粘度測定装置。
前記推定された粘度が、前記冷却液に係る設計値から所定値以上乖離している場合に、粘度異常と判定する判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の粘度測定装置。
前記推定手段による前記粘度の推定、及び前記判定手段による前記粘度異常に係る判定は、前記エンジンの回転数の時間微分値、前記燃料噴射弁に係る噴射量の時間微分値、及び前記検出された温度の時間微分値各々が所定値以下のときに実施されることを特徴とする請求項２に記載の粘度測定装置。