KR102023278B1 - 내연 기관의 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

내연 기관(10)의 냉각 장치는, 순환 경로(18)와, 수온 센서(12) 및 냉각수 펌프(26)와, 전자 제어 유닛을 구비한다. 전자 제어 유닛은, 수온 센서(12)의 출력이 목표 온도로 되도록 냉각수 펌프(26)의 동력을 피드백 제어하는 처리와, 냉각수 펌프(26)의 펌프 일과 순환 경로(18)를 흐르는 냉각수의 유량에 기초하여, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있는지 여부를 판정하는 미셀 판정 처리와, 유량이, 탐스 효과의 발현 조건을 충족하고 있는지 여부를 판정하는 탐스 판정 처리와, 미셀의 첨가가 긍정되고, 또한, 탐스 효과의 발현 조건이 성립되어 있는 경우에, 목표 온도에 대한 수온 센서(12)의 출력의 상대적인 값을 높이는 보정 처리를 실행하도록 구성되어 있다.

Description

내연 기관의 냉각 장치{COOLING DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 냉각 장치에 관한 것으로, 특히, 차량에 탑재되는 내연 기관의 냉각에 적합한 냉각 장치에 관한 것이다.
일본 특허공개 (평)11-173146에는, 내연 기관의 냉각 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는, 내연 기관에 냉각수를 순환시키는 순환 경로를 갖고 있다. 순환 경로에는, 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 펌프가 내장되어 있다.
일본 특허공개 (평)11-173146에 기재된 냉각 장치에서는, 계면 활성제를 포함하는 냉각수가 사용된다. 상기 계면 활성제는, 소정의 조건하에서 복수의 막대 형상 미셀이 거대 구조를 형성하도록 조정되어 있다. 막대 형상 미셀이 거대 구조를 형성하면, 유체의 난류 마찰 저항이 저하되고, 냉각수의 압력 손실이 저하된다.
냉각수 펌프의 구동에 요하는 동력은, 냉각수의 압력 손실이 작을수록 작아지게 된다. 이로 인해, 일본 특허공개 (평)11-173146에 기재된 냉각 장치에 의하면, 미셀을 포함하지 않는 냉각수를 사용하는 냉각 장치에 비하여, 냉각수 펌프에 의해 소비되는 에너지를 작게 할 수 있다.
내연 기관의 냉각 장치에서는, 통상 냉각수온이 목표 온도로 되도록 냉각수 유량이 피드백 제어된다. 예를 들어, 전동식 냉각수 펌프를 사용하는 냉각 장치에서는, 냉각수의 순환 경로 내에 수온 센서가 설치된다. 수온 센서에 의한 계측 온도가 목표 온도보다 높으면, 냉각수 펌프로부터의 토출량이 증가된다. 한편, 수온 센서에 의한 계측 온도가 목표 온도보다 낮으면, 냉각수 펌프로부터의 토출량이 감량된다.
일본 특허공개 (평)11-173146에 기재된 냉각 장치에 있어서 냉각수의 압력 손실이 저하되면, 우선, 냉각수의 순환량이 증가한다. 이에 의해 냉각수온이 목표 온도를 하회하면, 상기한 피드백 제어에 의해 냉각수 유량이 감소한다. 그 결과, 냉각수온은 계속해서 목표 온도의 근방으로 제어된다.
그런데, 미셀을 포함하는 냉각수의 압력 손실이 저하되는 조건하에서는, 동시에 상기 냉각수의 열전달 계수가 저하된다. 열전달 계수가 저하되면, 냉각수가 내연 기관으로부터 수취하는 열량이 감소한다. 이로 인해, 냉각수온이 피드백 제어되어 있는 환경하에서 냉각수의 열전달 계수가 저하되면, 내연 기관으로부터 냉각수에 전달되는 열량이 불충분해져서, 내연 기관의 온도가 고온측으로 시프트한다.
본 발명은, 특정한 조건하에서 압력 손실을 저하시키는 미셀을 포함하는 냉각수를 사용하면서, 내연 기관의 온도를 항상 적온으로 유지할 수 있는, 내연 기관의 냉각 장치를 제공한다.
본 발명의 양태의 제1 구성의 내연 기관 냉각 장치는, 내연 기관의 워터 재킷을 포함하는 냉각수의 순환 경로와, 상기 순환 경로에 배치된 수온 센서 및 냉각수 펌프와, 상기 수온 센서의 출력에 기초하여 상기 냉각수 펌프를 제어하는 전자 제어 유닛을 구비한다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 수온 센서의 출력이 목표 온도로 되도록 상기 냉각수 펌프의 동력을 피드백 제어하는 처리와, 상기 냉각수 펌프의 펌프 일과 상기 순환 경로를 흐르는 냉각수의 유량에 기초하여, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있는지 여부를 판정하는 미셀 판정 처리와, 상기 유량이, 탐스 효과의 발현 조건을 충족하고 있는지 여부를 판정하는 탐스 판정 처리와, 상기 미셀이 첨가되며, 또한, 상기 탐스 효과의 발현 조건이 성립하고 있는 경우에, 상기 목표 온도에 대한 상기 수온 센서의 출력의 상대적인 값을 높이는 보정 처리를 실행하도록 구성되어 있다.
본 발명의 양태의 제2 구성에 있어서, 상기 보정 처리는, 상기 냉각수의 유량에 기초하여, 상기 수온 센서의 출력을 고온 측으로 보정하는 처리를 포함해도 된다.
본 발명의 양태의 제3 구성에 있어서, 상기 보정 처리는, 상기 냉각수의 유량에 기초하여, 상기 목표 온도를 저온 측으로 보정하는 처리를 포함해도 된다.
본 발명의 양태의 제4 구성에 있어서, 내연 기관의 냉각 장치는, 상기 냉각수 펌프에 전압을 공급하는 전원과, 상기 냉각수 펌프를 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서와, 상기 순환 경로에 배치된 유량 센서를 더 구비해도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전류 센서의 출력에 기초하여 상기 펌프 일을 연산하고, 상기 유량 센서의 출력에 기초하여 상기 유량을 연산하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 양태의 제5 구성에 있어서, 내연 기관의 냉각 장치는, 상기 냉각수 펌프에 전압을 공급하는 전원과, 상기 냉각수 펌프를 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서와, 상기 냉각수 펌프의 전후 차압을 검출하는 차압 센서를 더 구비하고, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전류 센서의 출력에 기초하여 상기 펌프 일을 연산하고, 상기 펌프 일과 상기 차압 센서의 출력에 기초하여 상기 유량을 연산하도록 구성되어도 된다.
본 발명의 양태의 제6 구성에 있어서, 상기 미셀 판정 처리는, 상기 냉각수 펌프의 회전 속도를 검출하는 처리와, 상기 냉각수 펌프의 회전 속도와 상기 수온 센서의 출력에 기초하여 상기 펌프 일의 기준값을 연산하는 처리와, 상기 냉각수 펌프의 회전 속도와 상기 수온 센서의 출력에 기초하여 상기 유량의 기준값을 연산하는 처리를 포함해도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 펌프 일이 상기 펌프 일의 기준값 이상이며, 또한, 상기 유량이 상기 유량의 기준값 이상인 경우에 냉각수에 미셀이 첨가되어 있다고 판정해도 된다. 본 발명의 양태의 제7 구성에 있어서, 내연 기관의 냉각 장치는, 상기 순환 경로에 배치되는 히터용 제1 열교환 장치와, 상기 순환 경로에, 상기 제1 열교환 장치와 병렬로 배치되는 제2 열교환 장치와, 상기 순환 경로를 흐르는 냉각수를, 상기 제1 열교환 장치 및 상기 제2 열교환 장치의 각각에 분배하는 밸브를 더 구비하고, 상기 밸브는, 각각의 열교환 장치로의 분배 비율을 변화시킬 수 있으며, 상기 전자 제어 유닛은, 히터 요구의 유무를 판정하는 처리와, 히터 요구가 있는 경우에는 상기 제1 열교환 장치에 대한 분배량을 제1 우선으로 하는 제1 모드에 상기 밸브를 제어하는 처리와, 히터 요구가 없는 경우에는 상기 제1 열교환 장치로의 분배에 대해서 상기 제2 열교환 장치로의 분배를 우선하는 제2 모드로 상기 밸브를 제어하는 처리를 더 실행해도 된다.
본 발명의 양태의 제1 구성에 의하면, 펌프 일과 냉각수의 유량에 기초하여, 냉각수의 상태를 판단할 수 있다. 구체적으로는, 펌프 일이 기준값보다 크고, 또한 기준값보다 유량이 많은 경우에는, 점도에 대한 유량이 많은 점에서, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있다고 판단할 수 있다. 미셀이 첨가된 냉각수는, 유량이 특정한 조건을 충족시키는 경우에 탐스 효과를 발현한다. 본 발명의 양태의 제1 구성에서는, 냉각수의 유량에 기초하여 탐스 효과의 발현 조건이 충족되어 있는지 여부를 판정할 수 있다. 탐스 효과가 발현하면, 냉각수의 압력 손실이 저감됨과 함께, 냉각수의 열전달 계수가 저하된다. 본 발명의 양태의 제1 구성에서는, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있으며, 또한, 탐스 효과의 발현 조건이 성립하고 있는 경우에는, 수온 센서의 출력이 상대적으로 높아진다. 상대적으로 높아진 출력이 목표 온도를 초과하면, 피드백 제어에 의해 냉각수의 유량이 증가된다. 탐스 효과에 의해 냉각수의 열전달 계수가 저하되어 있을 때 냉각수 유량이 늘어나면, 냉각수의 수열량의 저하분이 보상된다. 이로 인해, 본 발명의 양태의 제1 구성에 의하면 미셀이 첨가된 냉각수가 탐스 효과를 발현하는 조건하에서도 내연 기관의 온도를 적온으로 유지할 수 있다.
본 발명의 양태의 제2 구성에 의하면, 수온 센서의 출력이 고온 측으로 보정된다. 전술한 보정 처리에 있어서 수온 센서의 출력은, 냉각수의 유량에 기초하여 보정된다. 탐스 효과에 수반되는 열전달 계수의 저하는, 유체 내의 미세 소용돌이의 시간 스케일과 상관을 갖는다. 고정된 관로 내에서의 미세 소용돌이의 시간 스케일은, 상기 유체의 유량과 상관을 갖는다. 한편, 탐스 효과에 의한 수열 감소량을 보충하는 데 필요한 냉각수의 증량분은, 열전달 계수의 저하량과 상관을 갖는다. 필요한 증량분은, 수온 센서의 출력에 실시되는 보정량과 상관을 갖는다. 따라서, 수열 감소량을 보상하기 위해 센서 출력에 실시될 보정량은, 냉각수의 유량과 상관을 갖는다. 이로 인해, 본 발명의 양태의 제2 구성에 의하면, 탐스 효과가 냉각수의 수열량에 미치는 영향이 적절하게 보상되도록, 수온 센서의 출력을 보정할 수 있다.
본 발명의 양태의 제3 구성에 의하면, 목표 온도가 저온측으로 보정된다. 본 발명의 양태의 제2 구성의 경우와 마찬가지로, 본 발명의 양태의 제3 구성에 의하면, 유량을 보정의 기초로 함으로써, 수열량의 감소분을 적절하게 보상하는 보정을, 목표 온도로 실시할 수 있다.
본 발명의 양태의 제4 구성에 의하면, 펌프 일은, 냉각수 펌프를 흐르는 전류에 기초하여 고정밀도로 연산할 수 있다. 본 발명의 양태의 제4 구성에서는, 냉각 장치가 유량 센서를 구비하고 있기 때문에, 상기 유량 센서의 출력에 기초하여 냉각수의 유량을 고정밀도로 연산할 수 있다.
본 발명의 양태의 제5 구성에 의하면, 본 발명의 양태의 제4 구성의 경우와 마찬가지로 고정밀도로 펌프 일을 연산할 수 있다. 또한, 본 발명의 양태의 제5 구성에서는, 냉각 장치가 차압 센서를 구비하고 있기 때문에, 냉각수 펌프의 전후 차압을 정확하게 검지할 수 있다. 냉각수의 유량은, 펌프 일을 전후 차압으로 나눔으로써 연산할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 양태의 제5 구성에 의하면, 냉각수의 유량도 정확하게 연산할 수 있다.
본 발명의 양태의 제6 구성에 의하면, 냉각수 펌프의 회전 속도와 수온 센서의 출력에 기초하여, 유량의 기준값과, 펌프 일의 기준값을 연산할 수 있다. 냉각수 펌프의 회전 속도가 기준값 이상이며, 또한, 냉각수의 유량이 기준값 이상이면, 점도에 대해서 유량이 많다고 판단할 수 있다. 냉각수에 있어서 이와 같은 상황이 발생하는 것은 미셀이 첨가되어 있는 경우로 한정된다. 이로 인해, 본 발명의 양태의 제6 구성에 의하면, 미셀 첨가의 유무를 정확하게 판정할 수 있다.
본 발명의 양태의 제7 구성에 의하면, 히터 요구가 있는 경우에는, 순환 경로를 흐르는 냉각수를 우선적으로 히터용 제1 열교환 장치에 분배할 수 있다. 히터 요구는 저온 시에 발생하기 쉽다. 한편, 미셀을 포함하는 냉각수는, 저온 시에탐스 효과를 발현하기 쉽다. 즉, 미셀을 포함하는 냉각수는, 히터 요구가 발생하기 쉬운 저온 시에 열전달 계수를 저하시키기 쉽다. 본 발명의 양태의 제7 구성에 의하면, 이와 같은 상황하에서도, 냉각수를 우선적으로 히터용 제1 열교환 장치에 분배함으로써, 충분한 난방 효과를 얻을 수 있다. 한편, 본 발명의 양태의 제7 구성에 의하면, 히터 요구가 발생하지 않는 경우에는, 냉각수가 제2 열교환 장치에 우선적으로 분배된다. 이 경우, 냉각수의 열용량이 제1 열교환 장치에 의해 불필요하게 소비되어 버리는 것을 유효하게 저지할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시 양태의 특징, 이점과, 기술적 및 산업적 의의는 첨부된 도면을 참조로 하기에 기술될 것이며, 도면에서의 유사 번호는 유사 요소를 나타내는 것이고, 여기서:
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1의 냉각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1의 냉각 장치가 구비하는 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 탐스 효과의 발현에 수반되는 냉각수의 압력 손실 저감을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는, 펌프 회전 속도와 냉각수 유량의 관계를 2종류의 압력 손실에 대하여 나타낸 그래프이다.
도 5는, 탐스 효과의 발현에 수반되는 냉각수의 열전달 계수의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은, 냉각수 펌프를 흐르는 전류와 냉각수의 유량에 기초하여 냉각수의 특성을 판정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 ECU가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
도 8은, 도 7에 나타낸 루틴 중에서, 냉각수 펌프를 흐르는 전류의 기준값을 연산하기 위해 참조되는 맵의 개요를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 냉각수의 유량과 수온 센서의 출력 보정값과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태 2의 냉각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태 2의 냉각 장치가 구비하는 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는, 냉각수 펌프를 흐르는 전류로부터 냉각수 펌프의 회전 속도를 연산하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 ECU가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태 3의 냉각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 실시 형태 3의 냉각 장치가 구비하는 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서 ECU가 실행하는 루틴의 흐름도이다.
실시 형태 1.
[실시 형태 1의 구성]
도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 냉각 장치의 구성을 나타낸다. 도 1에 도시한 내연 기관(10)의 내부에는, 냉각수를 유통시키기 위한 워터 재킷이 설치되어 있다. 내연 기관(10)은 수온 센서(12)를 구비하고 있다. 수온 센서(12)는, 내연 기관(10)의 워터 재킷 내를 흐르는 냉각수의 온도를 검출할 수 있다.
워터 재킷의 유출구(14)는, 유량 센서(16)를 통해 순환 경로(18)에 연통하고 있다. 유량 센서(16)는, 상기 워터 재킷의 내부를 유통하는 냉각수의 유량을 검출할 수 있다. 순환 경로(18)는, 라디에이터 경로(20)를 갖고 있다. 라디에이터 경로(20)에는, 라디에이터(22)와 서모스탯(24)이 직렬로 배치되어 있다. 서모스탯(24)은, 냉각수 펌프(26)의 흡입구에 연통하고 있다. 냉각수 펌프(26)의 토출구는, 내연 기관(10)의 워터 재킷의 유입구(28)에 연통하고 있다.
순환 경로(18)는, 라디에이터 경로(20) 외에도 디바이스 경로(30)를 갖고 있다. 디바이스 경로(30)에는, 냉각수와의 사이에서 열교환을 행하기 위한 복수의 디바이스가 병렬로 배치되어 있다. 실시 형태 1에서는, 도 1에 도시한 3개의 디바이스가, 각각 하기와 같은 것으로 한다.
디바이스 A=히터용 열교환 장치(32)
디바이스 B=미션 오일 워머(34)
디바이스 C=오일 쿨러(36)
히터용 열교환 장치(32)는, 차 실내에 온풍을 제공하기 위한 열원이다. 미션 오일 워머(34)는, 미션 오일을 가열하기 위한 열원이다. 오일 쿨러(36)는, 내연 기관(10)의 윤활유를 냉각하기 위한 냉각기이다.
디바이스 경로(30)는, 전술한 복수의 디바이스와 병렬로 설치된 바이패스 통로(38)를 구비하고 있다. 서로 병렬로 설치된 3개의 디바이스(32, 34, 36) 및 바이패스 통로(38)는, 모두 냉각수 펌프(26)의 흡입구에 연통하고 있다.
냉각수 펌프(26)는 전동식의 펌프이다. 냉각수 펌프(26)에는 배터리 등의 전력원으로부터 듀티 제어에 의해 전압이 공급되어 있다. 냉각수 펌프(26)는 외부로부터 공급되는 명령에 따라서 펌프 일을 변화시킬 수 있다. 냉각수 펌프(26)는, 그 내부를 흐르는 전류를 검지하기 위한 전류 센서(40)를 내장하고 있다.
도 2는, 도 1에 도시한 냉각 장치가 구비하는 제어 시스템의 구성을 나타낸다. 실시 형태 1의 냉각 장치는, ECU(Electronic Control Unit)(42)를 구비하고 있다. ECU(42)는, 전술한 유량 센서(16)의 출력에 기초하여, 순환 경로(18)를 흐르는 냉각수의 유량을 검지할 수 있다. ECU(42)는, 또한, 전술한 수온 센서(12)의 출력에 기초하여, 워터 재킷 내의 냉각수의 온도를 검지할 수 있다. ECU(42)는 또한, 전술한 전류 센서(40)의 출력에 기초하여 냉각수 펌프(26)에 흐르는 전류를 검지할 수 있다. 그리고, ECU(42)는, 냉각수 펌프(26)에 대해서 구동 신호를 공급함과 함께, 냉각수 펌프(26)로부터 펌프의 회전 속도를 나타내는 신호를 수취할 수 있다.
실시 형태 1에 있어서, ECU(42)는, 내연 기관(10)의 온도가 적온으로 유지되도록, 수온 센서(12)의 출력에 기초하여 냉각수 펌프(26)를 피드백 제어한다. 구체적으로는, 수온 센서(12)의 출력이 목표 온도(예를 들어 90℃)가 되도록 냉각수 유량을 피드백 제어한다. 상기 제어에 의하면, 수온 센서(12)의 출력이 목표 온도를 상회하면 냉각수 유량이 증가된다. 냉각수 유량이 늘어나면, 내연 기관(10)으로부터 냉각수에 전달되는 열량이 증가한다. 그 결과, 내연 기관(10)의 온도가 저하되고, 나아가 냉각수의 온도가 저하된다. 수온 센서(12)의 출력이 목표 온도를 하회하면 냉각수 유량이 저감된다. 냉각수 유량이 줄어들면, 내연 기관(10)으로부터 냉각수에 전달되는 열량이 감소한다. 그 결과, 내연 기관(10)의 온도가 상승하고, 결국은 냉각수의 온도가 상승한다. 이상의 반복에 의해, 냉각수의 온도가 목표 온도의 근방에 유지되어, 내연 기관(10)의 온도가 적절하게 제어된다.
[냉각수의 특징]
실시 형태 1에 있어서 사용되는 냉각수는 계면 활성제를 함유하고 있다. 보다 상세하게는, 실시 형태 1의 냉각수는, 계면 활성제를 구성하는 분자가 복수 집합함으로써 형성되는 미셀을 함유하고 있다. 상기 계면 활성제는, 예를 들어 일본 특허공개 (평)11-173146에 개시되어 있는 것과 마찬가지이며, 특정한 조건하에서 탐스 효과(Toms Effect)를 발현한다. 「탐스 효과」란, 액체에 소량의 고분자를 첨가했을 때, 특정한 조건하에서 난류의 압력 손실(액체 마찰 저항)이 현저하게 저하되는 현상이다.
도 3은, 탐스 효과의 발현에 수반되는 냉각수의 압력 손실 저감을 설명하기 위한 그래프이다. 냉각수가 관로를 흐를 때에는 압력 손실이 발생한다. 실시 형태 1에 있어서 사용되는 냉각수의 압력 손실은, 특정한 조건하에서 발현하는 탐스 효과에 의해 도 3에 도시한 바와 같은 변화를 나타낸다.
도 3의 종축은 압력 손실 저감률을 나타낸다. 종축의 「0.0」에 기재된 베이스(44)는 계면 활성제를 함유하지 않는 냉각수의 압력 손실에 대응하고 있다. 도 3의 횡축은, 탐스 효과의 발현 지표 「1/τc」를 나타낸다. τc는, 유체 내에 발생하는 미세 소용돌이의 시간 스케일을 나타내고 있으며, 이하의 식으로 표시된다(예를 들어, 일본 기계 학회 논문집(B편) 제68권 671호(2002-7) 「난류 코히런트 미세 소용돌이에 기초하는 마찰 저항 저감 효과 예측법」 참조).
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상기 (1) 식의 <u>는, 관로 내의 유체 단면 평균 속도이다. d는 관로의 관경이다. 순환 경로(18)의 물리적인 형상이 정해지면, 단면 평균 속도는 유량의 함수로 된다. 따라서, 상기 값 <u>는 유량 센서(16)의 출력에 기초하여 연산할 수 있다. 또한, 순환 경로(18)의 형상이 정해지면 관경 d도 특정된다. 이로 인해, 상기한 τc는 유량 센서(16)의 출력에 기초하여 연산할 수 있다.
도 3에 있어서, ○로 나타낸 점은 관경 d가 d1인 경우의 압력 손실 저감률을 나타낸다. □로 나타낸 점은 관경 d가 d2(>d1)인 경우의 압력 손실 저감률을 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 냉각수는, 특정한 조건하에서는 압력 손실을 베이스(44)의 값으로 유지하고, 다른 조건하에서는 압력 손실을 저감시킨다. 예를 들어 관경 d=d2의 경우, 1/τc가 α보다 큰 영역에서는 압력 손실이 베이스(44)의 값으로 유지된다. 1/τc가 α보다 작은 영역에서는, 압력 손실이 베이스(44)의 값보다 작은 값으로 된다.
도 4는, 펌프 회전 속도와 냉각수 유량의 관계를, 2종류의 압력 손실에 대하여 나타낸 그래프이다. 보다 구체적으로는, 특성(46)은, 베이스(44)의 압력 손실하에서 성립되는 관계를 나타낸다. 특성(48)은, 탐스 효과에 의해 압력 손실이 저감된 환경하에서 성립되는 관계를 나타낸다.
베이스(44)의 특성(46)에 의하면, 펌프 회전 속도가 N1이면 냉각수 유량은 L1로 된다. 전술한 상태에서 냉각수가 탐스 효과를 발현하면, 냉각수의 압력 손실이 저하되어, 냉각수 유량이 L2로 증가한다. 이때, 내연 기관(10)의 냉각에 필요한 냉각수 유량이 L1이면, 펌프 회전 속도는 N2까지 내릴 수 있다. N2의 펌프 회전 속도를 발생시키는 데 필요한 냉각수 펌프(26)의 동력은, N1을 발생시키는 데 필요한 동력에 비해서 소량이다. 이로 인해, 냉각수에 미셀을 첨가하여 탐스 효과를 발현시키면, 냉각수 펌프(26)의 구동에 요하는 에너지를 삭감할 수 있다.
그런데, 탐스 효과가 발현되는 조건하에서는, 냉각수의 압력 손실이 저하되는 것과 동시에 냉각수의 열전달 계수에도 저하가 발생한다. 도 5는, 탐스 효과의 발현 지표(1/τc)와 냉각수의 열전달 계수의 관계를 나타낸다. 도면 중에 ●로 나타낸 점은, 미셀을 첨가하지 않은 냉각수의 열전달 계수를 나타내고 있다. 한편, 도면 중에 ■로 나타낸 점은, 특정한 농도로 미셀을 첨가한 냉각수의 열전달 계수를 나타내고 있다. 도 5에 도시한 α는, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 미셀을 포함하는 냉각수가 탐스 효과를 발현하는 경계값이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 미셀이 첨가된 냉각수는, 탐스 효과가 발현하는 (1/τc)<α의 영역에서는, 미셀 무첨가의 냉각수에 비해서 작은 열전달 계수를 나타낸다. 냉각수의 온도가 동일하면, 내연 기관(10)으로부터 냉각수에 전달되는 열량은, 냉각수의 열전달 계수가 작을수록 소량으로 된다. 이로 인해, 냉각수의 온도가 동일한 목표 온도로 계속해서 피드백 제어된다고 하면, 탐스 효과의 발현 전에는 적온이던 내연 기관(10)이, 탐스 효과의 발현과 함께 고온화되기 쉬운 상태로 된다. 그래서, 실시 형태 1에서는, 탐스 효과의 발현 후에는 열전달 계수의 저하가 수열량에 미치는 영향이 상쇄되도록, 냉각수의 피드백 제어 설정을 변경하도록 하고 있다.
[미셀의 첨가 판정]
탐스 효과는, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있으며, 또한, τc가 특정한 조건을 충족시키는 경우에 발현한다. 도 6은, 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류와 냉각수의 유량에 기초하여, 냉각수의 특성을 판정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 실시 형태 1에서는, 도 6에 나타낸 관계에 기초하여 냉각수에 미셀이 첨가되어 있는지 여부를 판정한다.
도 6의 횡축은 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류를 나타낸다. 실시 형태 1에 있어서, 냉각수 펌프(26)는 직류 모터에 의해 구동되기 때문에, 횡축에 나타낸 전류는 펌프 일의 대용값으로서 취급할 수 있다.
도 6의 종축은 순환 경로(18)를 흐르는 냉각수의 유량이다. 도 6에 있어서의 원점, 즉 종축과 횡축이 교차하는 점은, 유량 및 전류의 기준값에 대응하고 있다. 상기 유량 및 전류의 기준값은, 미셀이 첨가되지 않고, 또한, 표준적인 점도를 갖는 냉각수가 사용된 경우에, 피드백 제어의 결과로서 발생하는 유량과 전류를 의미하고 있다.
도 6의 제2 사분면은, 펌프 일(전류)이 기준값보다 작으며, 또한, 기준값보다 많은 유량이 발생하는 상황에 대응하고 있다. 이와 같은 상황은, 냉각수가, 표준적인 압력 손실을 나타내며, 또한, 표준보다 낮은 점도를 갖는 경우에 발생한다. 이 경우, 사용되고 있는 냉각수가, 미셀을 포함하지 않는 저점도 LLC(Long Life Coolant)라고 추정할 수 있다.
도 6의 제3 사분면은, 펌프 일 및 냉각수 유량이, 모두 기준값 이하에 들어가 있는 상황에 대응하고 있다. 이와 같은 상황은, 냉각수가, 표준적인 압력 손실을 나타내며, 또한, 표준적인 점도를 갖는 경우에 발생한다. 따라서, 유량과 전류가 제3 사분면에 속하는 경우는, 미셀을 포함하지 않는 표준적인 냉각수가 사용되고 있다고 판단할 수 있다. 또는, 냉각수 펌프(26) 혹은 냉각 계통으로부터의 냉각수의 누설을 생각할 수 있다.
도 6의 제4 사분면은, 펌프 일이 기준값보다 크며, 또한, 기준값보다 적은 유량이 발생하는 상황에 대응하고 있다. 이와 같은 상황은, 냉각수, 표준적인 압력 손실을 나타내며, 또한, 표준보다 높은 점도를 갖는 경우에 발생한다. 따라서, 이 경우는, 사용 중인 냉각수가, 미셀을 포함하지 않는 고점도 LLC라고 판단할 수 있다.
도 6의 제1 사분면은, 냉각수 펌프(26)가 기준값보다 큰 펌프 일에서 작동하고 있으며, 또한, 기준값 보다 많은 유량이 발생하고 있는 상황에 대응하고 있다. 이와 같은 상황은, 사용 중인 냉각수가, 미셀을 함유하는 경우에만 발생한다. 따라서, 제1 사분면의 조건이 성립되는 경우에는, 사용 중인 냉각수에 미셀이 포함되어 있다고 판단할 수 있다. 실시 형태 1에 있어서, ECU(42)는, 이러한 방법에 의해 미셀 판정을 행한다.
[실시 형태 1에 있어서의 제어]
도 7은, 실시 형태 1에 있어서 ECU(42)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 도 7에 나타낸 루틴은, 내연 기관(10)의 시동 후, 소정의 처리 사이클로 반복하여 실행된다. 도 7에 나타낸 루틴이 기동되면, 우선 수온 센서(12)의 출력이 취득된다(스텝 100).
유량 센서(16)의 출력에 기초하여, 냉각수의 유량이 취득된다(스텝 102).
(1/τc)가, 탐스 효과의 발현 범위에 속해 있는지 여부가 판별된다(스텝 104). ECU(42)는, 실시 형태 1의 구성에 있어서 유량과 τc의 사이에 성립되는 연산식을 기억하고 있다. 여기에서는 우선, 상기 연산식에 따라서 τc가 연산된다. ECU(42)는 또한, 실시 형태 1의 구성에 있어서 탐스 효과가 발현하는 (1/τc)의 범위를 기억하고 있다. 그리고, τc의 연산값이 상기 범위를 만족시키는 것인지를 판별한다.
상기 판별의 결과, (1/τc)가 상기 범위에 속해 있지 않다고 판별된 경우에는, 냉각수가 탐스 효과를 발현할 여지는 없다고 판단할 수 있다. 이 경우, 피드백 제어의 설정이 변경되지 않고, 요구 유량을 결정하기 위한 처리가 행해진다(스텝 106). 스텝 106의 처리 과정에 의하면, 여기에서는, 수온 센서(12)의 출력을 목표 온도에 맞추기 위한 냉각수 유량이 결정된다.
스텝 106의 처리가 끝나면, 요구 유량을 발생시키기 위한 펌프 듀티가 결정된다(스텝 108). 이후, 냉각수 펌프(26)가, 상기 펌프 듀티로 구동된다. 탐스 효과가 발현되지 않은 상황하에서는, 스텝 108의 처리에 의해 냉각수 유량이 제어됨으로써, 내연 기관(10)은 적온으로 냉각된다.
스텝 104에 있어서, (1/τc)가 탐스 효과의 발현 범위에 속해 있다고 판별된 경우에는, 미셀 판정이 이미 실행되어 있는지 여부가 판별된다(스텝 110).
그 결과, 미셀 판정이 아직 실행되어 있지 않다고 판별된 경우에는, 냉각수에 미셀이 포함되어 있는지 여부를 판정하기 위한 처리가 실행된다. 여기에서는, 우선, 냉각수 펌프(26)의 회전 속도가 취득된다(스텝 112). 계속해서, 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류가 취득된다(스텝 114).
도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 사용 중인 냉각수가 미셀을 포함하지 않는 표준적인 것이면, 전류 및 유량은 각각의 기준값에 들어간다. 상기 전류 및 유량의 기준값은 모두, 펌프 회전 속도와 냉각수온에 따라서 변화한다. 스텝 114의 처리가 끝나면, 우선, 전류가 그 기준값 이상인지 여부가 판별된다(스텝 116).
도 8은, ECU(42)가 스텝 116에서 참조하는 맵의 개요를 나타낸다. 도 8에 나타낸 맵은, 수온 센서(12)의 출력과 펌프 회전 속도를 축으로 하는 이차원 맵이다. 상기 맵에는 실험적으로 취득한 전류의 기준값이 정해져 있다. 스텝 116에서는, 스텝 100에서 취득한 수온과 스텝 112에서 취득한 펌프 회전 속도에 기초하여, 상기 맵으로부터 전류의 기준값이 판독된다. 그리고, 스텝 114에서 취득한 전류가, 그 기준값 이상인지가 판별된다.
냉각수에 미셀이 첨가되어 있으면, 냉각수 펌프(26)에는, 기준값 이상의 전류가 흐른다. 따라서, 스텝 116의 판정이 부정된 경우는, 냉각수에 미셀은 포함되어 있지 않다고 판단할 수 있다. 이 경우, 미셀 무첨가의 판정이 이루어지고, 또한, 미셀 판정 실행 완료의 플래그 처리가 행해진다(스텝 118). 이후, 스텝 106 및 108의 처리에 의해, 통상의 설정에 의해 냉각수 유량이 피드백 제어된다.
한편, 스텝 116에 있어서, 냉각수 펌프(26)의 전류가 상기 기준값 이상이라고 판별된 경우에는, 나아가, 냉각수의 유량이, 그 기준값 이상인지가 판별된다(스텝 120).
ECU(42)는, 유량의 기준값에 대해서도, 도 8에 나타낸 맵과 마찬가지의 이차원 맵을 기억하고 있다. 스텝 120에서는, 금회의 처리 사이클 중에 취득한 수온 및 펌프 회전 속도에 기초하여, 상기 맵으로부터 유량의 기준값이 판독된다. 그리고, 스텝 102에서 취득한 유량이, 그 기준값 이상인지가 판별된다.
상기 판별의 결과, 현재의 냉각수 유량이, 그 기준값 이상이 아니라고 판별된 경우에는, 냉각수에 미셀은 포함되어 있지 않다고 판단할 수 있다. 이 경우, 이후 전술한 스텝 118 이후의 처리가 실행된다.
한편, 스텝 120에 있어서, 냉각수의 유량이 기준값 이상이라고 판별된 경우는, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있다고 판단할 수 있다. 이 경우, 미셀 첨가의 판정이 이루어지며, 또한, 미셀 판정 실행 완료의 플래그 처리가 행해진다(스텝 122).
스텝 122의 처리는, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있으며, 또한, (1/τc)가 탐스 효과의 발현 조건을 충족하고 있는 경우에 실행된다. 따라서, 스텝 122의 처리가 실행되는 경우에는, 냉각수가 탐스 효과를 발현하고 있다고 판단할 수 있다. 보다 구체적으로는, 냉각수가, 압력 손실을 저감시키고 있음과 함께 열전달 계수를 저하시키고 있다고 판단할 수 있다. 이 경우, 열전달 계수의 저하에 수반되는 수열량의 감소를 보상하기 위한 보정이 수온 센서(12)의 출력에 실시된다(스텝 124).
도 9는, 냉각수의 유량과 수온 센서의 출력 보정값과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 바와 같이, 냉각수의 유량을 알면 지표 τc를 계산할 수 있다(화살표 50 참조). τc를 알면, 도 5에 나타낸 관계로부터, 미셀 무첨가의 경우의 열전달 계수와 탐스 효과의 발현하에서의 열전달 계수를 특정할 수 있다(화살표 52 참조). 전술한 열전달 계수를 알면, 탐스 효과의 발현하에서 미셀 무첨가의 경우와 마찬가지의 수열량을 얻는 데 필요한 유량을 특정할 수 있다(화살표 54 참조). 냉각수의 필요 유량을 알면, 상기 필요 유량을 얻기 위해서 수온 센서(12)의 출력에 실시될 보정값을 특정할 수 있다(화살표 56 참조). 즉, 실시 형태 1의 시스템에서는, 탐스 효과의 발현하에서 수온 센서(12)의 출력에 실시될 보정값은, 냉각수의 유량에 기초하여 특정하는 것이 가능하다.
ECU(42)는, 상기 특정에 필요한 규칙을 맵으로서 기억하고 있다. 스텝 124에서는, 스텝 102에서 취득한 유량을 상기 맵에 적용시킴으로써 수온 센서(12)의 출력 보정값이 산출된다. 출력 보정값은, 보정 전의 출력에 비해 큰 값으로 된다.
스텝 124의 처리가 끝나면, 출력 보정값을 이용하여 스텝 106 및 108의 처리가 실행된다. 여기에서는, 고온 측으로 보정된 출력 보정값을 목표 온도에 근접시키기 위한 피드백 제어가 실행된다. 예를 들어, 출력 보정값이 목표 온도를 초과하고 있으면, 출력 보정값을 내리기 위해 냉각수의 유량이 증량된다. 그 결과, 탐스 효과의 영향으로 저하된 열전달 계수의 영향이 보상되어, 내연 기관(10)이 적절한 온도로 유지된다.
스텝 118 또는 122의 실행 후에 다시 본 루틴이 기동된 경우에는, 스텝 110에서 미셀 판정이 실행 완료라고 판별된다. 이 경우, 상기 판정이 「미셀 첨가 유」의 판정인지가 판별된다(스텝 126).
그 결과, 상기 판별이 「미셀 첨가 있음」이 아니라고 된 경우에는, 냉각수가 탐스 효과를 발현할 여지가 없다고 판단할 수 있다. 이 경우는, 스텝 124의 처리가 점프되고, 이후, 통상의 피드백 설정하에서 스텝 106 및 108이 실행된다. 한편, 상기 판별이 「미셀 첨가 있음」이라고 된 경우에는, 스텝 124 이후의 처리가 실행된다.
이상의 처리에 의하면, 미셀이 첨가되어 있는지 여부에 관계없이, 냉각수가 탐스 효과를 발현하지 않는 환경하에서는, 통상의 설정하에서 냉각수의 유량이 피드백 제어된다. 그 결과, 내연 기관(10)의 온도가 적온으로 제어된다. 냉각수에 미셀이 첨가되어 있으며, 또한, 탐스 효과의 발현 조건이 충족된 경우에는, 고온 측으로 보정된 센서 출력에 기초하여 냉각수온이 피드백 제어된다. 그 결과, 수열량의 감소분이 보충되어 내연 기관(10)의 온도가, 역시 적온으로 제어된다.
[실시 형태 1의 변형예]
그런데, 전술한 실시 형태 1에서는, 냉각수의 열전달 계수의 저하에 수반되는 영향을, 수온 센서(12)의 출력에 보정을 실시함으로써 보상하도록 하고 있다. 그러나, 상기 보상의 방법은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 방법 대신에, 혹은 상기 방법과 합해서, 필요한 보상이 얻어지도록 피드백 제어의 목표 온도를 저온 측으로 보정하도록 해도 된다.
펌프 일은, 냉각수 펌프(26)에 제공되어 있는 전압과, 상기 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류에 기초하여 정확하게 연산하도록 해도 된다.
실시 형태 2.
[실시 형태 2의 구성]
도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 형태 2에 대하여 설명한다. 도 10은, 실시 형태 2의 냉각 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 실시 형태 2의 냉각 장치의 구성은, 유량 센서(16)를 대신하여 차압 센서(58)를 구비하고 있는 점을 제외하고 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다. 실시 형태 2의 냉각 장치는, 도 10에 도시한 시스템에 있어서, ECU(42)에 후술하는 도 13에 나타낸 루틴을 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 이하, 실시 형태 2에 있어서, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지 또는 대응하는 요소에 대해서는, 공통되는 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략한다.
도 10에 도시한 냉각 장치는, 냉각수 펌프(26)의 하류에 차압 센서(58)를 구비하고 있다. 차압 센서(58)에는, 냉각수 펌프(26)의 상류에 이르는 통로(60)가 연통하고 있다. 차압 센서(58)는, 냉각수 펌프(26)의 전후에 발생하는 차압을 검출할 수 있다.
도 11은, 실시 형태 2의 냉각 장치가 구비하는 제어 시스템의 구성을 나타낸다. 실시 형태 2에 있어서, ECU(42)에는, 냉각수 펌프(26), 수온 센서(12), 전류 센서(40) 외에도 차압 센서(58)가 접속되어 있다. 실시 형태 2의 냉각 장치는, ECU(42)가, 차압 센서(58)의 출력에 기초하여 냉각수의 유량을 연산하는 점에 특징을 갖고 있다.
[냉각수 유량의 연산 방법]
도 12는, 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류로부터 냉각수 펌프(26)의 회전 속도를 연산하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 보다 구체적으로는, 도 12에 있어서, 부호 62를 붙여 나타낸 직선은, 냉각수 펌프(26)의 모터 토크와 전류의 사이에 성립하는 T-I 특성선을 나타내고 있다. 부호 64를 붙여 나타낸 직선은, 냉각수 펌프(26)의 모터 토크와 회전 속도의 사이에 성립하는 T-NE 특성선을 나타낸다.
실시 형태 2의 시스템에서는, 전류 센서(40)에 의해 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류를 검지할 수 있다. T-I 특성선(62)은 기지이기 때문에, 전류를 알면 모터 토크를 특정할 수 있다. T-NE 특성선(64)도 기지이기 때문에, 모터 토크를 알면 펌프 회전 속도도 특정할 수 있다. 이로 인해, 실시 형태 2에 있어서, ECU(42)는, 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류로부터 펌프 회전 속도를 연산할 수 있다.
냉각수 펌프(26)에 있어서, 모터 출력은, 펌프 일과 로터축의 미끄럼 이동 마찰에 의해 소비된다. 상기 모터 출력, 및 펌프 일과 로터축의 미끄럼 이동 마찰의 관계는, 하기 (2) 식으로 나타낼 수 있다.
모터 출력=펌프 일+로터축의 미끄럼 이동 마찰 … (2)
상기 (2) 식의 「모터 출력」은, 모터의 토크와 회전 속도에 의해 결정된다. 따라서, 도 12에 나타낸 특성으로부터, ECU(42)는 전류 센서(40)의 출력에 기초하여 「모터 출력」을 연산할 수 있다.
상기 (2) 식의 「로터축의 미끄럼 이동 마찰」은, 로터축의 회전 속도, 즉 펌프 회전 속도의 함수이다. 펌프 회전 속도는 상기한 바와 같이 전류에 기초하여 연산 가능하다. 따라서, ECU(42)는, 전류 센서(40)의 출력에 기초하여 「로터축의 미끄럼 이동 마찰」도 연산할 수 있다. 그리고, 「모터 출력」과 「로터축의 미끄럼 이동 마찰」을 상기 (2) 식에 대입하면, 「펌프 일」을 연산하는 것이 가능하다.
「펌프 일」에 대해서는, 냉각수의 유량과, 펌프 전후의 차압과의 사이에 하기 관계가 성립한다.
펌프 일=유량*차압 … (3)
실시 형태 2에서는, 차압 센서(58)에 의해 상기 (3) 식의 「차압」을 검지할 수 있다. 따라서, 연산에 의해 취득한 「펌프 일」과, 상기 「차압」을 (3) 식에 대입함으로써, ECU(42)는 「유량」을 연산할 수 있다. 이와 같이, 실시 형태 2의 구성에 의하면, 유량 센서(16)를 사용하지 않고, 차압 센서(58)의 출력을 사용함으로써, 냉각수의 유량을 연산에 의해 구할 수 있다.
[실시 형태 2에 있어서의 제어]
도 13은, 실시 형태 2에 있어서 ECU(42)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 도 13에 나타낸 루틴은, 스텝 114가 스텝 100의 직후에 실행되는 점, 및 스텝 114의 후에 스텝 128 내지 132가 실행되는 점을 제외하고 도 7에 나타낸 루틴과 마찬가지이다. 이하, 도 13에 나타낸 스텝 중, 도 7에 나타낸 스텝과 마찬가지 또는 대응하는 것에 대해서는, 공통되는 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략한다.
도 13에 나타낸 루틴에서는, 스텝 100의 처리에 이어서, 전류 센서(40)의 출력이 취득된다(스텝 114). ECU(42)는, 스텝 114의 처리에 의해 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류를 검지한다.
냉각수 펌프(26)의 모터 토크가 연산된다(스텝 128). ECU(42)는, 도 12를 참조하여 설명한 T-I 특성선(62)의 관계를 기억하고 있다. 여기에서는, 상기 관계에, 스텝 114에서 취득한 전류를 적용시킴으로써, 모터 토크가 산출된다.
차압 센서(58)의 출력이 취득된다(스텝 130). ECU(42)는, 상기 출력에 기초하여 냉각수 펌프(26)의 전후 차압을 검지한다.
도 12를 참조하여 설명한 방법에 의해 냉각수의 유량이 연산된다(스텝 132). 구체적으로는, ECU(42)는, 도 12에 나타낸 T-NE 특성선(64)의 관계를 기억하고 있다. 스텝 132에서는 우선, 스텝 128에서 연산한 모터 토크를 상기 관계에 적용시킴으로써 펌프 회전 속도를 연산한다. 또한, ECU(42)는, 펌프 회전 속도로부터 로터축의 미끄럼 이동 마찰을 구하기 위한 맵을 기억하고 있다. 스텝 132에서는 이어서, 상기 맵을 따라서 로터축의 미끄럼 이동 마찰이 연산된다. ECU(42)는, 또한, 상기 (2) 식 및 (3) 식의 관계를 기억하고 있다. 그리고, 로터축의 미끄럼 이동 마찰과 모터 출력(2*π*모터 토크*모터 회전 속도)을 상기 (2) 식에 대입함으로써 펌프 일을 산출한다. 마지막으로, 상기 펌프 일을, 스텝 130에서 취득한 차압으로 나눔으로써 냉각수의 유량을 구한다.
도 13에 나타낸 루틴 중, 스텝 104 이후의 처리는, 전류와 유량이 판명되면 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로 실행할 수 있다. 이로 인해, 실시 형태 2의 냉각 장치에 의해서도, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 미셀을 포함하는 냉각수가 탐스 효과를 발현할 때에도 내연 기관(10)의 온도를 적온으로 유지할 수 있다.
[실시 형태 2의 변형예]
그런데, 전술한 실시 형태 2에서는, 펌프 회전 속도를, 도 12에 나타낸 관계를 따라서 전류로부터 구하도록 하고 있다. 그러나, 펌프 회전 속도를 구하는 방법은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 펌프 회전 속도는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로 냉각수 펌프(26)에 내장된 센서에 의해 검지하도록 해도 된다. 반대로, 실시 형태 1에 있어서, 펌프 회전 속도는, 실시 형태 2의 경우와 마찬가지로, 도 12에 나타낸 관계에 따라서 전류로부터 구하도록 해도 된다.
실시 형태 3.
도 14 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 실시 형태 3에 대하여 설명한다. 도 14는, 실시 형태 3의 냉각 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 실시 형태 3의 구성은, 순환 경로(18)가 밸브(66)를 구비하고 있는 점을 제외하고 실시 형태 2의 경우와 마찬가지이다. 실시 형태 3의 냉각 장치는, 도 14에 도시한 시스템에 있어서, ECU(42)에 후술하는 도 16에 나타낸 루틴을 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 이하, 실시 형태에 있어서, 실시 형태 2의 경우와 마찬가지 또는 대응하는 요소에 대해서는, 공통되는 부호를 붙여 설명을 생략 또는 간략한다.
도 14에 도시한 냉각 장치는, 내연 기관(10)의 워터 재킷과 순환 경로(18)와의 사이에 밸브(66)를 구비하고 있다. 밸브(66)는, 워터 재킷에 이르는 유입구와, 복수의 유출구(68, 70, 72, 74, 76)를 갖고 있다. 복수의 유출구(68, 70, 72, 74, 76)에는, 각각, 바이패스 통로(38), 라디에이터 경로(20), 히터용 열교환 장치(32), 미션 오일 워머(34), 및 오일 쿨러(36)가 연통하고 있다. 밸브(66)는, 외부로부터 공급되는 명령에 따라서 유출구의 각각으로부터 흘러나오는 냉각수의 비율을 변화시킬 수 있다.
도 15는, 실시 형태 3의 냉각 장치가 구비하는 제어 시스템의 구성을 나타낸다. 실시 형태 3에 있어서, ECU(42)에는, 냉각수 펌프(26) 등 외에도 밸브(66)가 접속되어 있다. ECU(42)는, 밸브(66)에 대해서, 복수의 유출구(68, 70, 72, 74, 76)를 어떤 비율로 밸브 개방시킬지에 대한 명령을 공급할 수 있다.
[밸브의 제어 목적]
도 14에 도시한 시스템이 갖는 히터용 열교환 장치(32)는, 내연 기관(10)을 탑재하는 차량의 차 실내에 온풍을 제공하기 위한 열교환기이다. 미셀이 첨가된 냉각수는, 저온 시에 탐스 효과를 발현하기 쉽다. 탐스 효과의 발현하에서는, 냉각수의 열전달 계수가 저하됨으로써, 히터용 열교환 장치(32)에 있어서의 열교환량도 소량으로 된다. 한편, 탐스 효과가 발현되기 쉬운 저온 시에는, 차량의 탑승자가 히터를 요구할 가능성이 높다. 이로 인해, 실시 형태 3에서는, 탐스 효과의 발현하에서도 충분한 난방 능력을 확보하기 위해서, 히터 요구가 발생하고 있는 경우에는, 순환 경로(18)를 흐르는 냉각수를 우선적으로 히터용 열교환 장치(32)에 분배하기로 하였다.
[실시 형태 3에 있어서의 제어]
도 16은, 실시 형태 3에 있어서 ECU(42)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 도 16에 나타낸 루틴은, 스텝 106이 스텝 134 내지 142로 치환되어 있는 점을 제외하고 도 13에 나타낸 루틴과 마찬가지이다. 이하, 도 16에 나타낸 스텝 중, 도 13에 나타낸 스텝과 마찬가지로 또는 대응하는 것에 대해서는, 공통되는 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략한다.
도 16에 나타낸 루틴에서는, 스텝 118에서 미셀 무첨가가 판별된 후, 혹은 스텝 124에서 수온 센서(12)의 출력이 보정된 후 등에, 히터 요구가 발생하고 있는지 여부가 판별된다(스텝 134). 실시 형태 3에 있어서, ECU(42)에는, 히터 요구의 유무에 따른 신호를 발하는 히터 스위치 등이 접속되어 있다. 여기에서는, 상기 신호에 기초하여 히터 요구의 유무가 판별된다.
스텝 134의 처리에 의해 히터 요구가 있다고 판별된 경우에는, 냉각수의 분배에 관한 우선 순위가 이하와 같이 결정된다(스텝 136).
1. 히터용 열교환 장치(32)
2. 미션 오일 워머(34) 및 오일 쿨러(36)
3. 라디에이터(22)
한편, 스텝 134에서 히터 요구가 없다고 판별된 경우에는, 상기 우선 순위가 이하와 같이 결정된다(스텝 138).
1. 미션 오일 워머(34) 및 오일 쿨러(36)
2. 히터용 열교환 장치(32)
3. 라디에이터(22)
필요한 냉각수의 유량과, 밸브(66)의 밸브 개방도가 결정된다(스텝 140). 냉각수의 필요 유량은, 실시 형태 1 또는 2의 경우와 마찬가지로, 수온 센서(12)의 출력 또는 그 보정값에 기초하여 산출된다. 한편, 밸브 개방도에 대해서는, 스텝 136 또는 138에서 정한 우선 순위에 따라서 결정된다.
밸브(66)에 대해서, 원하는 밸브 개방도를 실현하기 위한 명령이 발해진다(스텝 142). 그 결과, 예를 들어 스텝 136의 우선 순위가 선택되어 있는 경우에는, 이하와 같은 상태가 실현된다.
1. 히터용 열교환 장치(32)에 이르는 밸브의 개방도가 100％로 된다.
2. 미션 오일 워머(34) 및 오일 쿨러(36)에 이르는 밸브의 개방도는, 각각 100％보다 작은 αa％로 된다.
3. 라디에이터(22)에 이르는 밸브의 개방도는, αa％보다 작은 βa％로 된다.
전술한 설정에 의하면, 히터용 열교환 장치(32)에는 100％의 능력으로 냉각수를 순환시킬 수 있다. 이로 인해, 실시 형태 3에 의하면, 탐스 효과의 발현에 기인하여 냉각수의 열전달 계수가 저하되고 있는 상황하에서도, 히터 요구의 발생 시에는 우수한 난방 능력을 확보할 수 있다.
한편, 냉각수의 분배에 관하여 스텝 138의 우선 순위가 선택되어 있는 경우는, 이하와 같은 상태가 실현된다.
1. 미션 오일 워머(34) 및 오일 쿨러(36)에 이르는 밸브의 개방도가 모두 100％로 된다.
2. 히터용 열교환 장치(32)에 이르는 밸브의 개방도는, 100％보다 작은 αb％로 된다.
3. 라디에이터(22)에 이르는 밸브의 개방도는, αb％보다 작은 βb％로 된다.
히터 요구가 발생하지 않는 경우에는, 히터용 열교환 장치(32)에 열량을 부여할 필요는 없다. 한편, 미션 오일 워머(34)는, 냉각수의 분배량이 많을수록 미션 오일에 열량을 부여할 수 있다. 오일 쿨러(36)는, 냉각수의 분배량이 많을수록 높은 냉각 능력을 발휘한다. 상기 우선 순위에 의하면, 히터 요구가 발생하지 않는 경우에, 냉각의 가열 능력 및 냉각 능력을 쓸데없이 소비시키지 않고 유용하게 이용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 3의 냉각 장치에 의하면, 냉각수를 필요한 개소에 집중적으로 유통시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 장치에 의하면, 탐스 효과에 의해 냉각수의 열전달 효과가 저하된 상황하에 있어서도, 차량 중의 각 개소에서 필요한 열교환을 적절하게 계속시킬 수 있다.
[실시 형태 3의 변형예]
그런데, 전술한 실시 형태 3에서는, 히터 요구의 유무에 따라서 냉각수의 분배에 관한 우선 순위를 바꾸는 기구를, 실시 형태 2의 구성에 포함시키도록 하고 있다. 그러나, 상기 기구를 포함시키는 대상은 실시 형태 2의 구성으로 한정되는 것은 아니다. 상기 기구는, 실시 형태 1의 구성에 포함시키도록 해도 된다.
전술한 실시 형태 3에서는, 히터용 열교환 장치(32)와 함께 순환 경로(18)에 포함시키는 디바이스로서, 미션 오일 워머(34)와 오일 쿨러(36)를 예시하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 순환 경로(18)에는, 상기 디바이스 대신에, 혹은 상기 디바이스와 함께, 다른 열교환 장치를 포함시키도록 해도 된다.

Claims (7)

  1. 내연 기관(10)의 냉각 장치에 있어서,
    내연 기관(10)의 워터 재킷을 포함하는 냉각수의 순환 경로(18)와,
    상기 순환 경로(18)에 배치되고, 상기 냉각수의 온도를 검출하는 수온 센서(12)와,
    상기 순환 경로에 배치되는 냉각수 펌프(26)와,
    상기 수온 센서(12)의 출력에 기초하여 상기 냉각수 펌프(26)를 제어하는 전자 제어 유닛을
    포함하고,
    상기 전자 제어 유닛은,
    상기 수온 센서(12)의 출력이 목표 온도로 되도록 상기 냉각수 펌프(26)의 동력을 피드백 제어하는 처리와,
    상기 냉각수 펌프(26)의 펌프 일과 상기 순환 경로(18)를 흐르는 냉각수의 유량에 기초하여, 냉각수에 미셀이 첨가되어 있는지 여부를 판정하는 미셀 판정 처리와,
    상기 유량이, 탐스 효과의 발현 조건을 충족하고 있는지 여부를 판정하는 탐스 판정 처리와,
    상기 미셀이 첨가되며, 또한, 상기 탐스 효과의 발현 조건이 성립하고 있는 경우에, 상기 목표 온도에 대한 상기 수온 센서(12)의 출력의 상대적인 값을 높이는 보정 처리를 실행하도록 구성되어 있는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정 처리는, 상기 냉각수의 유량에 기초하여, 상기 수온 센서(12)의 출력을 고온 측으로 보정하는 처리를 포함하는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정 처리는, 상기 냉각수의 유량에 기초하여, 상기 목표 온도를 저온 측으로 보정하는 처리를 포함하는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각수 펌프(26)에 전압을 공급하는 전원과,
    상기 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서(40)와,
    상기 순환 경로(18)에 배치된 유량 센서(16)를
    더 포함하고
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 전류 센서(40)의 출력에 기초하여 상기 펌프 일을 연산하고, 상기 유량 센서(16)의 출력에 기초하여 상기 유량을 연산하도록 구성되어 있는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각수 펌프(26)에 전압을 공급하는 전원과,
    상기 냉각수 펌프(26)를 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서(40)와,
    상기 냉각수 펌프(26)의 전후 차압을 검출하는 차압 센서(58)를
    더 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 전류 센서(40)의 출력에 기초하여 상기 펌프 일을 연산하고, 상기 펌프 일과 상기 차압 센서(58)의 출력에 기초하여 상기 유량을 연산하도록 구성되어 있는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미셀 판정 처리는,
    상기 냉각수 펌프(26)의 회전 속도를 검출하는 처리와,
    상기 냉각수 펌프의 회전 속도와 상기 수온 센서(12)의 출력에 기초하여 상기 펌프 일의 기준값을 연산하는 처리와,
    상기 냉각수 펌프의 회전 속도와 상기 수온 센서(12)의 출력에 기초하여 상기 유량의 기준값을 연산하는 처리를 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 펌프 일이 상기 펌프 일의 기준값 이상이며, 또한, 상기 냉각수 펌프의 유량이 상기 유량의 기준값 이상인 경우에 냉각수에 미셀이 첨가되어 있다고 판정하는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순환 경로(18)에 배치되는 히터용 제1 열교환 장치(32)와,
    상기 순환 경로(18)에, 상기 제1 열교환 장치(32)와 병렬로 배치된 제2 열교환 장치와,
    상기 순환 경로(18)를 흐르는 냉각수를, 상기 제1 열교환 장치(32) 및 상기 제2 열교환 장치의 각각에 분배하는 밸브(66)를
    더 포함하고,
    상기 밸브(66)는, 각각의 열교환 장치에의 분배 비율을 변화시킬 수 있으며,
    상기 전자 제어 유닛은,
    히터 요구의 유무를 판정하는 처리와,
    히터 요구가 있는 경우에는 상기 제1 열교환 장치(32)에 대한 분배량을 제1 우선으로 하는 제1 모드에 상기 밸브(66)를 제어하는 처리와,
    히터 요구가 없는 경우에는 상기 제1 열교환 장치(32)로의 분배에 대해서 상기 제2 열교환 장치로의 분배를 우선하는 제2 모드로 상기 밸브(66)를 제어하는 처리를 더 실행하는, 내연 기관(10)의 냉각 장치.
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