DE60008983T2

DE60008983T2 - Thermostatfehlerdiagnosesystem für die Kühlanlage eines Kraftfahrzeugmotors

Info

Publication number: DE60008983T2
Application number: DE60008983T
Authority: DE
Inventors: Futoshi Aki-gun Nishioka; Tetsushi Aki-gun Hosokai; Seiji Aki-gun Makimoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2001073773A; EP1081349B1; JP4304782B2; EP1081349A1; DE60008983D1; US6321696B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Thermostatfehlerdiagnosevorrichtung für die Kühlanlage eines Kraftfahrzeugmotors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Beschreibung des Standes der Technik
In der Kraftfahrzeugkühlanlage sind ein Kühler und ein Thermostat (ein Thermostatventil) vorgesehen. Das Thermostat wird in Reaktion auf eine Kühlwassertemperatur geöffnet oder geschlossen. Es wird geöffnet, wenn die Kühlwassertemperatur für einen Motor eine vorgegebene Temperatur (z.B. 80°C) überschreitet, wobei das Kühlwasser durch einen Kühler strömt, damit es durch den Kühler gekühlt wird. Das Thermostat wird geschlossen, wenn die Kühlwassertemperatur die vorgegebene Temperatur unterschreitet, wobei das Kühlwasser am Kühler vorbeigeleitet wird, so daß die Kühlwassertemperatur schnell ansteigen kann.
Die Kühlwassertemperatur steigt jedoch nicht schnell an, wenn ein Öffnungsfehler auftritt, der bewirkt, daß das Thermostat offen bleibt (eine Öffnungssperre), da in diesem Falle das Kühlwasser durch den Kühler fließt und der Motor daher in einem kalten Zustand betrieben würde. Dieser Zustand ist nicht dazu geeignet, den Motorbetrieb stabil zu halten, einen spezifischen Kraftstoffverbrauch zu verbessern und Abgasmessungen durchzuführen.
Zum Bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, offenbart die öffentlich zugängliche, japanische Offenbarung Nr. Hei 10-184433 das Thermostatfehlererkennungsgerät zum Erkennen, ob die tatsächliche Wassertemperatur die vorgegebene Temperatur eine vorgegebene Anzahl von Stunden nach dem Anlaufen des Motors unterschreitet, nämlich ob der Öffnungsfehler aufgetreten ist.
Das obengenannte Gerät bewirkt jedoch wahrscheinlich die inkorrekte Bestimmung, daß, auch wenn der Thermostat nicht defekt ist, ein Öffnungsfehler aufgetreten ist, da die Kühlwassertemperatur nicht sehr ansteigt, auch wenn das Kühlwasser nicht durch den Kühler gekühlt ist, wenn ein Betriebszustand, bei dem eine kleine Hitzemenge vom Motor besteht, wie bei einem Leerlaufbetrieb, nach dem Anlaufen des Motors andauert.
Zum Verhindern der obengenannten inkorrekten Bestimmung haben die vorlegenden Erfinder die Vorrichtung entwickelt, die bestimmt, daß der Öffnungsfehler aufgetreten ist, wenn ein integrierter Abweichungswert zwischen der prognostizierten Kühlwassertemperatur und der tatsächlichen Kühlwassertemperatur, die durch einen Temperaturfühler erkannt ist, die vorgegebene Temperatur an dem Punkt überschreitet, an dem die Kühlwassertemperatur, die auf Grundlage eines Motorbetriebszustands prognostiziert ist, die vorgegebene Temperatur erreicht. Entsprechend dem Mittel zum Bestimmen kann die inkorrekte Bestimmung, daß der Thermostatöffnungsfehler aufgetreten ist, verhindert sein, da es eine längere Zeit dauert, bis die prognostizierte Temperatur die vorgegebene Temperatur erreicht, selbst wenn ein Betriebszustand, bei dem eine kleine Hitzemenge vom Motor besteht, wie bei einem Leerlaufbetrieb, nach dem Anlaufen des Motors andauert.
Jedoch erreicht bei dem Mittel zum Bestimmen, das die prognostizierte Temperatur wie oben beschrieben nutzt, die prognostizierte Temperatur die vorgegebene Temperatur für einen kurzen Zeitraum, wenn ein Betriebszustand, bei dem die Kühlwassertemperatur schnell ansteigt, andauert, zum Beispiel wenn die Beschleunigung eines Fahrzeugs eine steile Steigung hinauf direkt nach dem Anlaufen des Motors erfolgt, und daher bestimmt das Bestimmungsmittel wahrscheinlich inkorrekt, daß das Thermostat normal arbeitet, da der integrierte Wert klein wird, auch wenn der Öffnungsfehler auftritt.
Dokument DE 44 26 494 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Überwachen der Kühlanlage eines Verbrennungsmotors, wobei ein Mikroprozessor Signale von einem Motorgeschwindigkeitsfühler und Temperaturfühlern empfängt, die dem Motor und dessen Kühler zugeordnet sind. Der Mikroprozessor bestimmt, daß ein Thermostatfehler aufgetreten ist, wenn die Temperaturen, die zu bestimmten Zeitpunkten gemessen sind, von vorgegebenen Temperaturwerten abweichen, die für diese Zeitpunkte angemessen sind. Da die vorgegebenen Temperaturen erheblich schwanken können, ohne jedoch nicht angemessen zu sein, ist die Diagnose, die in diesem Dokument beschrieben ist, ziemlich unpräzise.
Aufgaben und Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde erfunden, um die obengenannten Probleme zu bewältigen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Thermostatfehlerdiagnosevorrichtung für die Kühlanlage eines Kraftfahrzeugmotors bereitzustellen, die imstande ist, präziser zu bestimmen, ob ein Thermostatfehler aufgetreten ist.
Die vorliegende Erfindung löst die obenstehende Aufgabe durch Bereitstellen einer Vorrichtung wie in Anspruch 1 beschrieben.
Die vorliegenden Ausführungsformen, die das obengenannte Bestimmungsmittel zur Grundlage haben, sind in Anspruch 2 und den darauffolgenden Ansprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 und 4 ist es möglich, präzise zu bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, durch Bestimmen, ob der Thermostatfehler auf Grundlage der Wärmeabstrahlungsmenge vom Kühler in entweder dem Fall, in dem die Kühlwassertemperatur schnell steigt, oder in dem Fall, in dem sie langsam ansteigt, auftritt.
Gemäß Anspruch 2 ist es möglich, weitere detaillierte Mittel zur Berechnung der Wärmeabstrahlungsmenge vom Kühler bereitzustellen.
Gemäß Anspruch 4 ist es möglich, weitere detaillierte Mittel zum Bestimmen, ob der Öffnungsfehler aufgetreten ist, bereitzustellen.
Gemäß Anspruch 5 ist es möglich, weitere detaillierte Mittel zum Bestimmen, ob der Öffnungsfehler aufgetreten ist, bereitzustellen.
Gemäß Anspruch 6 ist es möglich, präziser zu bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, durch Verhindern eines unerwünschten Betriebszustands zum Berechnen der Wärmeabstrahlungsmenge vom Kühler.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Lehren sind durch Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Kühlanlage eines Kraftfahrzeugmotors darstellt.
2 eine schematische Ansicht, die ein Steuersystem zum Bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist, darstellt.
3 ein Bezugsablaufdiagramm, das eine beispielhafte Steuerung darstellt, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
4 ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Motor für ein Fahrzeug, wobei ein Auslaß eines Kühlwasserwegs mit 1a bezeichnet ist und ein Einlaß des Kühlwasserwegs mit 1b bezeichnet ist. Der Auslaß 1a ist mit einem Kühlwassereinlaß 3a eines Kühlers 3 über eine Rohrleitung 2 verbunden. Ein Kühlwasserauslaß 3b des Kühlers 3 ist mit einem Thermostat 5 über eine Rohrleitung 4 verbunden, und dieser Thermostat 5 ist mit dem Kühlwassereinlaß 1b des Motors 1 über eine Rohrleitung 6 verbunden. Die Rohrleitung 2 ist mit dem Thermostat 5 über eine Rohrleitung 7 verbunden, um zu ermöglichen, den Kühler 3 zu umgehen. Die Rohrleitung 2 und die Rohrleitung 6 sind mit einer Rohrleitung 8 verbunden, um zu ermöglichen, den Kühler 3 und die Rohrleitung 7 zu umgehen, und ein Heizerkern 9 ist mit der Rohrleitung 8 verbunden.
Der Thermostat 5 umfaßt ein Dreiwegschaltventil, das geöffnet ist, um die Rohrleitung 6 mit der Rohrleitung 4 zu verbinden und die Rohrleitung 6 von der Rohrleitung 7 zu trennen, wenn eine Temperatur des Kühlwassers, das durch den Thermostat 5 strömt, eine vorgegebene Öffnungstemperatur (z.B. 80°C) erreicht. Wenn der Thermostat 5 auf diese Weise geöffnet ist, ist das Kühlwasser auf einer hohen Temperatur, das gezwungen ist, vom Motor 1 zur Rohrleitung 2 zu strömen, über die Rohrleitungen 4, 6 zum Motor 1 geleitet, nachdem es wiederum durch den Kühler 3 geströmt ist, um dort gekühlt zu werden. Außerdem ist der Thermostat 5 geschlossen, um die Rohrleitung 6 mit der Rohrleitung 7 zu verbinden und die Rohrleitung 6 von der Rohrleitung 4 zu trennen, wenn die Temperatur des Kühlwassers, das durch die Rohrleitung 6 strömt, die vorgegebene Temperatur unterschreitet (der Kühlwasserstromzustand zu diesem Zeitpunkt ist durch Pfeile in 1 angezeigt). Wenn der Thermostat 5 auf diese Weise geschlossen ist, zirkuliert das Kühlwasser, das gezwungen ist, vom Motor 1 zur Rohrleitung 2 zu strömen, von der Rohrleitung 6 zum Motor 1 über die Rohrleitung 7, wodurch es den Kühler 3 umgeht. Ein Gebläse kann zum Austauschen von Wärme zwischen dem Heizerkern 9 und Innenluft arbeiten, wenn der Raum erwärmt ist, und ein Absperrventil kann eingerichtet sein, um zu verhindern, daß das Kühlwasser durch die Rohrleitung 8 läuft, wenn der Raum nicht erwärmt ist.
2 stellt ein Steuersystem zum Erkennen (Bestimmen), ob der Thermostatöffnungsfehler aufgetreten ist, dar, wobei U in 2 eine Steuereinheit (eine Steuerung) ist, die einen Mikrocomputer einsetzt. Signale von verschiedenen Fühlern S1 bis S4 werden dieser Steuereinheit U zugeleitet. Der Fühler S1 erkennt die Kühlwassertemperatur und ist an der Rohrleitung 6 eingerichtet, um eine Temperatur des Kühlwassers zu erkennen, die den Thermostat 5 durchläuft. (Der Wassertemperaturfühler S1 kann stattdessen im Thermostat 5 eingerichtet sein). Der Fühler S2 erkennt ein Ansaugluftvolumen, das dem Motor 1 zugeführt ist, nämlich eine Motorbelastung. Der Fühler S3 erkennt eine Temperatur der Ansaugluft, die dem Motor 1 zugeführt ist. Der Fühler S4 erkennt eine Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Steuereinheit U bestimmt, ob der Thermostatöffnungsfehler aufgetreten ist, auf Grundlage der Ausgabe der Fühler, wie unten beschrieben. Die Steuereinheit aktiviert einen Alarm 11, wenn sie bestimmt, daß der Fehler aufgetreten ist.
Unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 3 bis 6 werden die Mittel zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, durch die Steuereinheit U beschrieben. 3 stellt als Bezugsbeispiel, das der Erfindung nicht entspricht, einen Typ A von Mitteln zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist (ein Verfahren zum Diagnostizieren des Fehlers) dar, und 4, 5 stellt einen Typ B von Mitteln zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist (das Verfahren zum Diagnostizieren des Fehlers) gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und 6 stellt Mittel zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, dar, die schließlich die Ergebnisse, die durch die Typ A-Mittel und die Typ B-Mittel erhalten sind, beinhalten. Q bezeichnet die Schritte bei den obengenannten Mitteln, die in 3 bis 6 gezeigt und unten beschrieben sind.
Es wird nun der Typ A von Mitteln zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, in 3 beschrieben. Die Steuerung startet gleichzeitig mit dem Anlaufen des Motors 1, und ein Zählwert eines Timers wird bei Q1 auf null voreingestellt. Dann bestimmt die Steuerung bei Q2, ob die Motorbelastung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Falls JA bei Q3, wird der Zählwert des Timers bei Q4 gezählt.
Bei Q5 wird eine vorgegebene Zeit CH, die vom Timer gezählt werden soll, auf Grundlage der Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors eingestellt. D.h. der Vorgang bei Q5 wird ausgeführt, um die Tatsache auszugleichen, daß der ansteigende Gradient der Kühltemperatur in Reaktion auf die Kühlwassertemperatur schwankt, selbst wenn die Betriebszustände des Motors und des Fahrzeugs dieselben sind. Bei Q6 bestimmt die Steuerung, ob der Zählwert des Timers den vorgegebenen Wert (die vorgegebene Zeit CH) überschreitet. Anfangs kehrt der Vorgangsablauf zu Q2 zurück, wenn die Bestimmung bei Q6 NEIN ist.
Im Falle von JA bei Q6 bestimmt die Steuerung bei Q7, ob die prognostizierte Kühlwassertemperatur, die auf Grundlage des Betriebszustands des Motors 1 prognostiziert ist, die vorgegebene Temperatur α überschreitet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die prognostizierte Kühlwassertemperatur durch Addieren der letzten prognostizierten Temperatur und der Temperatur, die während eines vorgegebenen kurzen Zeitraums ansteigt, berechnet, welche durch Anwendung der Motorbelastung (z.B. Ansaugluftvolumen), der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Ansauglufttemperatur als Parameter berechnet wird. (Der voreingestellte Wert der prognostizierten Temperatur wird als die tatsächliche Kühlwassertemperatur betrachtet, die zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors erkannt ist). Die vorgegebene Temperatur α, die unter einer eingestellten Öffnungstemperatur des Thermostats 5 liegt, kommt der in der bevorzugten Ausführungsform nahe. Die prognostizierte Kühlwassertemperatur wird gemäß einer Beispielsdifferentialgleichung (13) folgendermaßen berechnet. D.h. es wird angenommen, daß die prognostizierte Kühlwassertemperatur θ ep gleich der tatsächlichen Kühlwassertemperatur θ ea (θ ep = θ ea) zu dem Zeitpunkt ist, an dem die Berechnungsstartzeit t = 0 und θ ep(0) = θ ea(0) ist, und ein voreingestellter Wert wird eingestellt. Dann wird die Wärmemenge pro Stunde qig, die von Brenngas auf das Kühlwasser übertragen wird, auf Grundlage eines gemessenen Ansaugluftvolumens gf berechnet, und außerdem wird k(Vs) auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs berechnet. Ein Änderungsverhältnis der prognostizierten Wassertemperatur dθ ep/dt(deg/s) wird durch Einsetzen dieser Werte, einer Ansauglufttemperatur θia und einer Konstante CM in die Gleichung (13) berechnet. Die prognostizierte Wassertemperatur θep wird durch wiederholtes Berechnen gemäß der folgenden Gleichung auf Grundlage des Änderungsverhältnisses der prognostizierten Wassertemperatur berechnet.
Im Falle von JA bei Q7 bestimmt die Steuerung bei Q8, ob die tatsächliche Kühlwassertemperatur, die durch den Fühler S1 erkannt ist, die vorgegebene Temperatur β unterschreitet. Diese vorgegebene Temperatur β, die unter der eingestellten Öffnungstemperatur des Thermostats 5 liegt, ist so eingestellt, daß sie der vorgegebenen Temperatur α entspricht. In der bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene Temperatur β so eingestellt, daß sie nahe an der Öffnungstemperatur liegt und die Temperatur α leicht unterschreitet. (β kann auch auf dieselbe Temperatur wie α eingestellt sein). Im Falle von NEIN bei Q8, bestimmt die Steuerung bei Q9, daß der Thermostat normal arbeitet, da dieses NEIN bei Q8 bedeutet, daß die tatsächliche Kühlwassertemperatur eine ausreichend hohe Temperatur ist, d.h. die Kühlung durch den Kühler nicht durchgeführt wurde, und der Öffnungsfehler, der bewirkt, daß der Thermostat 5 bei einer viel tieferen Temperatur als der eingestellten Öffnungstemperatur offen bleibt, nicht aufgetreten ist. Im Falle von JA bei Q8 bestimmt die Steuerung bei Q10, daß der Öffnungsfehler aufgetreten ist, und der Alarm 11 wird bei Q11 ausgelöst.
Im Falle von NEIN bei Q2 oder von NEIN bei Q3 wird der Zählwert bei Q12 auf null zurückgesetzt. Dadurch ist die Steuerung eingestellt zu bestimmen, daß der Öffnungsfehler aufgetreten ist, wenn der hohe Belastungs- und hohe Geschwindigkeitszustand länger als die vorgegebene Zeit andauert. Das längere Andauern des hohen Belastungs- und hohen Geschwindigkeitszustands über eine vorgegebene Zeit hinaus beinhaltet, daß die gesamtzeitintegrierte Zeit der hohen Belastung und der hohen Fahrzeuggeschwindigkeit gleich der obigen vorgegebenen Zeit ist. (Schritt Q12 in 3 ist nicht erforderlich, wenn der Zustand der hohen Belastung und der hohen Geschwindigkeit andauert).
Unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 4, 5 wird der Typ B von Mitteln, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung genutzt ist, beschrieben. Bei Q21 in 4 wird die tatsächliche Kühltemperatur, die durch den Fühler S1 erkannt ist, auf die prognostizierte Kühlwassertemperatur eingestellt. Daraufhin wird bei Q22 die prognostizierte Kühlwassertemperatur berechnet, wobei die Temperatur durch Einsetzen der Motorbelastung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und Ansauglufttemperatur als Parameter sowie der Berechnung der prognostizierten Kühlwassertemperatur in 3 berechnet wird.
Die Steuerung bestimmt bei Q23, ob die tatsächliche Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors ziemlich niedrig ist, z.B. 35°C. Im Falle von NEIN bei Q23 endet der Vorgangsablauf, da dies bedeutet, daß eine Bestimmung, daß ein Fehler aufgetreten ist, nicht erforderlich ist. Im Falle von JA bei Q23, bestimmt die Steuerung bei Q24, ob eine Temperaturabweichung, die das Ergebnis einer Subtraktion der Ansauglufttemperatur von der tatsächlichen Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors ist, ein ausreichend niedriger Wert ist, wie etwa 10°C. Im Falle von NEIN bei Q25 endet der Vorgangsablauf, da dies bedeutet, daß eine Bestimmung, daß der Fehler aufgetreten ist, nicht erforderlich ist. Letztendlich sind die obigen Vorgänge Q23, Q25 solcherart, daß die Bestimmung, daß ein Fehler aufgetreten ist, nicht durchgeführt wird, sobald das Kühlwasser durch Betreiben des Motors 1 eine ziemlich hohe Temperatur erreicht hat (um so die Bestimmung, daß ein Fehler aufgetreten ist, auf Grundlage des Kühltemperaturanstiegs von einem nahezu kühlen Zustand durchzuführen).
Im Falle von JA bei Q25 bestimmt die Steuerung bei Q26, ob die prognostizierte Kühlwassertemperatur eine vorgegebene Temperatur überschreitet, die auf eine mittlere Temperatur wie etwa 40 °C eingestellt ist. Im Falle von NEIN bei Q26, kehrt der Vorgangsablauf zu Q22 zurück. Im Falle von JA bei Q26 wird bei Q27 die Wärmeabstrahlungsmenge Qorh von dem Kühler 3 wie unten beschrieben berechnet. Dann wird bei Q28 die aufgenommene Wärmemenge Qig aus dem Kühlwasser für den Motor 1 wie unten beschrieben berechnet. Bei Q29 wird das Wärmemengeverhältnis R berechnet, das das Verhältnis der Wärmeabstrahlungsmenge Qorh zu der aufgenommenen Wärmemenge Qig ist. Je größer dieses Wärmemengenverhältnis R ist, desto größer ist die Möglichkeit, daß das Kühlwasser durch den Kühler 3 gekühlt ist. Bei Q30 bestimmt die Steuerung, ob die prognostizierte Kühlwassertemperatur die eingestellte Öffnungstemperatur unterschreitet und die vorgegebene Temperatur (z.B. 76 °C) überschreitet, die so eingestellt ist, daß sie nahe an diese Öffnungstemperatur kommt. Im Falle von NEIN bei Q30 kehrt der Vorgangsablauf zu Q22 zurück.
Im Falle von JA bei Q30 geht der Vorgangsablauf bei Q41 in 5 weiter. Die Schwelle α1 zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, wird bei Q41 auf Grundlage der tatsächlichen Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors eingestellt. Daraufhin bestimmt die Steuerung bei Q42, ob das Verhältnis der Wärmemenge R über der Schwelle α1 liegt. Im Falle von JA bei Q42 bestimmt die Steuerung bei Q43, daß der Öffnungsfehler aufgetreten ist, und dann wird bei Q44 der Alarm ausgelöst.
Im Falle von NEIN bei Q42 wird die Schwelle α2 bei Q45 zum Bestimmen, ob der Zustand normal ist, auf Grundlage der tatsächlichen Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors eingestellt (α1 > α2). Danach bestimmt die Steuerung bei Q46, ob das Verhältnis der Wärmemenge R unter der Schwelle α2 liegt, um zu bestimmen, ob der Zustand normal ist. Im Falle von JA bei Q46 bestimmt die Steuerung bei Q47, daß der Zustand normal ist, daß der Öffnungsfehler nicht auftritt. Im Falle von NEIN bei Q46 bestimmt die Steuerung bei Q48, daß es unmöglich ist zu bestimmen, ob der Zustand normal ist, da nicht definitiv bestimmt werden kann, ob der Öffnungsfehler aufgetreten ist oder nicht.
Die Einstellung der Schwelle α1, α2 zum Bestimmen auf Grundlage der tatsächlichen Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Anlaufens des Motors wie oben beschrieben wird mit derselben Absicht durchgeführt wie jene bei Q5 in 3. (Dies gleicht aus, daß der ansteigende Gradient der Kühlwassertemperatur in Reaktion auf die Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung schwankt). Das Mittel zum Berechnen der oben genannten Wärmeabstrahlungsmenge Qorh und aufgenommenen Wärmemenge Qig wird nach der Beschreibung des Ablaufdiagramms in 6 beschrieben.
6 stellt ein Ablaufdiagramm zum endgültigen Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, auf Grundlage der Ergebnisse der Bestimmungen durch die oben genannten Typ A- und Typ B-Mittel zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, dar. Zunächst bestimmt die Steuerung bei Q51 in 6, ob die Diagnose zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, durch die Typ A-Diagnose, die in 3 gezeigt ist, endet. Im Falle von JA bei Q51 wird ein Flag A bei 1 gesetzt, um anzuzeigen, daß die Diagnose zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, durch die Typ A-Diagnose bei Q52 endet. Nach Q52 bestimmt die Steuerung bei Q54, ob das Ergebnis der Bestimmung, ob der Fehler aufgetreten ist, durch die Typ A-Diagnose normal ist. Im Falle von NEIN bei Q54, bestimmt die Steuerung bei Q58 endgültig, daß der Fehler (Öffnungsfehler) aufgetreten ist.
Im Falle von NEIN bei Q51 geht der Vorgangsablauf bei Q55 weiter, nachdem das Flag A auf null zurückgesetzt wurde. Im Falle von JA bei Q54 geht der Vorgangsablauf ebenfalls bei Q55 weiter. Die Steuerung bestimmt dann bei Q55, ob die Diagnose zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, durch die B-Diagnose von Mitteln, die in 4, 5 gezeigt ist, endet. Im Falle von NEIN bei Q55 kehrt der Vorgangsablauf zu Q51 zurück. Im Falle von JA bei Q55 bestimmt die Steuerung bei Q56, ob das Ergebnis der Diagnose zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, durch die Typ B-Diagnose normal ist. Im Falle von NEIN bei Q56 bestimmt die Steuerung bei Q58 endgültig, daß der Fehler (Öffnungsfehler) aufgetreten ist.
Im Falle von JA bei Q56 bestimmt die Steuerung bei Q57, das das Flag A 1 ist. Im Falle von NEIN bei Q57 kehrt der Vorgangsablauf zu Q51 zurück. Im Falle von JA bei Q57 bestimmt die Steuerung bei Q59, daß die Diagnose zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, normal ist. Zusammenfassend bestimmt daher bei einer Beispielsteuerung in 6 die Steuerung, daß die Diagnose zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, normal ist, endgültig nur dann, wenn die Ergebnisse sowohl der Typ A-Diagnose als auch der Typ B-Diagnose normal sind, und eine derartige Diagnose wird endgültig als nicht normal bestimmt, wenn das Ergebnis von zumindest einem der Diagnosetypen nicht normal ist.
Es wird nun das Wärmemengenverhältnis R zwischen der Wärmeabstrahlungsmenge Qorh und der aufgenommenen Wärmemenge Qig, das in der Typ B-Diagnose, die in 4 und 5 gezeigt ist, eingesetzt ist, beschrieben. Wie in der Gleichung (16) gezeigt, die wie unten beschrieben abgeleitet ist, wird die Wärmeabstrahlungsmenge Qorh auf Grundlage der prognostizierten Kühlwassertemperatur θep und der tatsächlichen Kühlwassertemperatur θea berechnet, und die aufgenommene Wärmemenge Qig wird auf Grundlage der Betriebsparameter berechnet, die den Betriebszustand des Motors 1 anzeigen.
Die algebraische Addition der Wärmemenge pro Stunde, die auf das Kühlwasser übertragen ist, ist proportional zum Produkt der Wärmekapazität des Kühlwassers und des Temperaturanstiegsverhältnisses pro Stunde. Die folgende Differentialgleichung (1) (eine Grundwärmemodellgleichung der Kühlanlage) ist durch Anwendung dieser Beziehung auf das Wärmemodell der Kühlanlage abgeleitet, die in 1 gezeigt ist.

wobei C die spezifische Wärme des Kühlwassers (Kcal/Kg·K) ist;
M die Masse des Kühlwassers (Kg) ist;
θe die Temperatur des Kühlwassers (K) ist;
qig die Wärmemenge pro Stunde (Kcal/s) ist, die von dem Brenngas auf das Kühlwasser übertragen ist;
qoe die Wärmemenge pro Stunde (Kcal/s) ist, die von der Oberfläche des Motors an die Atmosphäre abgegeben ist;
qor die Wärmemenge pro Stunde (Kcal/s) ist, die von der Oberfläche des Kühlers an die Atmosphäre abgegeben ist;
qoh die Wärmemenge pro Stunde (Kcal/s) ist, die von der Oberfläche des Heizerkerns an die Atmosphäre abgegeben ist.

Die Wärmemenge pro Stunde und die Gesamtwärmemenge, die vom Brenngas des Motors 1 auf das Kühlwasser übertragen ist, kann auf Grundlage des Heizwerts des Kraftstoffs, der zum Verbrennen des zugeführten Kraftstoffs beiträgt, gemäß der folgenden Gleichung (2) berechnet werden.

wobei Rc das Verhältnis der Wärmemenge, die auf das Kühlwasser übertragen ist, zur zugeführten Wärmemenge des Brenngases ist;
ηg das Verhältnis, das zum Anstieg der Brenngastemperatur beiträgt, zum Heizwert durch das Brenngas ist;
γ = λ ist, wenn λ ≥ 1, und y = 1 ist, wenn λ < 1;
λ das Luftüberschußverhältnis des Brenngases ist;
gf die zugeführte Kraftstoffmenge pro Stunde (Kg/s) ist;
Hu der Tiefstandheizwert des Kraftstoffs (Kcal/Kg) ist.

Die Wärmemenge pro Stunde und die Gesamtwärmemenge, die von den Oberflächen des Motors, des Kühlers, des Heizerkerns an die Atmosphäre abgegeben ist, kann, wie in Gleichung (3) unter Berücksichtigung der Oberfläche des Motors gezeigt, wie in Gleichung (4) unter Berücksichtigung der Oberfläche des Kühlers gezeigt und wie in Gleichung (5) unter Berücksichtigung der Oberfläche des Heizerkerns gezeigt berechnet werden.

wobei koe die Wärmeleitfähigkeit von der Oberfläche des Motors an die Atmosphäre ist;
vs die Fahrzeuggeschwindigkeit (Km/h) ist;
θae die Atmosphärentemperatur (K) der Oberfläche des Motors ist.

wobei kor die Wärmeleitfähigkeit von der Oberfläche des Kühlers an die Atmosphäre ist;
θar die Atmosphärentemperatur (K) des Kühlers ist.

wobei koh die Wärmeleitfähigkeit von der Oberfläche des Heizerkerns an die Atmosphäre ist;
voh die Stromgeschwindigkeit der Atmosphäre (Km/h) ist, die durch den Heizerkern strömt;
θah die Atmosphärentemperatur (K) der Oberfläche des Heizerkerns ist.

Die folgende Differentialgleichung (6) kann durch Übertragen der Gleichungen (3) bis (5) auf die Gleichung (1) abgeleitet werden.
Praktisch ist zur Vereinfachung die Erkennung des Öffnungsfehlers auf die Ausführung im Öffnungsbereich des Thermostats beschränkt, und der Gegenstand des Wärmemodells der Kühlanlage ist darauf beschränkt, unter der Öffnungstemperatur des Thermostats zu liegen. Beim vorliegenden Fahrzeugsystem existiert die Eingabeinformation über θae, θar, θah, voh nicht. Dann werden θae, θar, θah jeweils durch die Ansauglufttemperatur θia ersetzt. Wenn koh(voh) als eine konstante Sektion, wenn voh = 0 ist, und eine Inkrementsektion davon wie in der folgenden Gleichung (7) gezeigt definiert ist, lauten die Gleichungen (8) bis (10) folgendermaßen.

wobei Δkoh(0) = 0 ist

Daher ist die folgende Gleichung (11) von der Gleichung (6) abgeleitet.
wobei
Unter der Annahme, daß es unbekannt ist, ob der Thermostat 5 gegenwärtig normal arbeitet, nämlich qorh unbekannt ist, kann die folgende Gleichung (12) aus der Gleichung (11) durch Definieren der Kühlwassertemperatur zu diesem Zeitpunkt als die tatsächliche Kühlwassertemperatur, die durch den Fühler S1 erkannt ist (θe = θea), abgeleitet werden.
Dann kann unter der Annahme, daß der Thermostat 5 normal arbeitet und daß das Gebläse zum Heizen nicht arbeitet, und daß die Kühlwassertemperatur unbekannt und θe = θep ist, die folgende Gleichung (13) aus der Gleichung (11) abgeleitet werden, da unter Berücksichtigung, daß der Weg zum Kühler abgeschnitten ist, qorh = Qorh = 0 ist.
Durch Subtrahieren der Gleichung (12) von der Gleichung (13) und Ordnen von qorh wird die folgende Gleichung (14) abgeleitet.
Durch Integrieren beider Terme der Gleichung (14) wird die folgende Gleichung (15) abgeleitet.
Daher stimmt das Wärmemengenverhältnis R von Qorh zu Qig, wie in der folgenden Gleichung (16) gezeigt, mit den Gleichungen (15), (2) überein.
Der linke Term des Zählers in der obigen Gleichung (16) bezeichnet eine Abweichung zwischen der vorliegenden prognostizierten Kühlwassertemperatur und der tatsächlichen Kühlwassertemperatur, und der rechte Term des Zählers bezeichnet einen integrierten Wert der Abweichung zwischen beiden Temperaturen (einen integrierten Wert eines Werts, der mit der Fahrzeuggeschwindigkeit multipliziert ist). Daher kann die Wärmeabstrahlungsmenge Qorh auf Grundlage der prognostizierten Kühlwassertemperatur und der tatsächlichen Kühlwassertemperatur berechnet werden. Die Wärme vom Kühler 3 (der Öffnung des Thermostats 5) kann angenommen werden, da je größer das Verhältnis der Wärmemenge ist, desto größer ist die Wärmemenge Qorh.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt. Das bedeutet, daß sie außerdem die folgenden Beispielfälle beinhaltet, obwohl eine Ausführungsform beschrieben wurde. Der Alarm 11 kann nur ausgelöst werden, wenn die Steuerung endgültig bestimmt, daß der Fehler aufgetreten ist, in 6, und er kann in einem Falle nicht ausgelöst werden, in dem die Bestimmung darüber, ob der Fehler aufgetreten ist, ausgeführt wurde, in 3, 4, 5. Die Steuerung kann nur für die Bestimmung darüber, ob der Fehler aufgetreten ist, auf Grundlage der Wärmeabstrahlungsmenge vom Kühler, wie in 4, 5 gezeigt, ausgeführt werden. Ferner kann bei Q30 in 5 die tatsächliche Temperatur statt der prognostizierten Temperatur genutzt werden. Vorzugsweise beinhalten die Parameter, die den Betriebszustand des Motors anzeigen, welcher zum Berechnen der Wärmeabstrahlungsmenge Qorh und der aufgenommenen Wärmemenge Qig genutzt wird, zumindest entweder die Motorbelastung, wie etwa das Ansaugluftvolumen, oder das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um jede Wärmemenge präzise vorzusehen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann außerdem so eingestellt sein, daß sie die Durchführung der Bestimmung darüber, ob ein Fehler aufgetreten ist, beendet, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer niedrigeren Geschwindigkeit als der vorgegebene Wert bei der Steuerung, die in 4, 5 gezeigt ist, befindet. Die Mittel zum Beenden der Durchführung de Bestimmung darüber, ob der Fehler aufgetreten ist, beinhalten nicht nur Mittel zum Beenden der Durchführung der Bestimmung darüber, ob der Fehler selbst aufgetreten ist, sondern auch Mittel zum Beenden, daß das Resultat der Bestimmung darüber, daß der Fehler aufgetreten ist, genutzt wird, während die Bestimmung darüber, ob ein Fehler aufgetreten ist, durchgeführt wird. (Der Betrieb des Alarms 11 wird nicht beendet oder das Resultat der Bestimmung darüber, ob ein Fehler aufgetreten ist, wird nicht als Diagnoseüberprüfung gespeichert, die bei Wartung und Inspektion genutzt wird, auch wenn die Bestimmung, daß ein Fehler aufgetreten ist, durchgeführt wurde).
Es kann eine Bestimmung darüber, ob ein Schließfehler des Thermostats 5 aufgetreten ist, durchgeführt werden. In diesem Falle kann die Bestimmung darüber, ob der Schließfehler des Thermostats 5 aufgetreten ist, durchgeführt werden, wenn die prognostizierte oder tatsächliche Temperatur die eingestellte Öffnungstemperatur des Thermostats 5 überschreitet und das Wärmemengenverhältnis R den vorgegebenen Schwellenwert zur Bestimmung unterschreitet und die Wärmeabstrahlungsmenge vom Kühler 3 nicht ausreichend ist. Bei der Steuerung wie in 4, 5 gezeigt, können die mehrfachen Schritte prognostizierter Temperatur (z.B. 50°C, 65°C, 76°C) zu genau der Zeit eingestellt werden, zu der die Bestimmung darüber, ob ein Fehler aufgetreten ist, durchgeführt wird, um die Bestimmung darüber, ob der oben genannte Fehler aufgetreten ist sowie der Fehler, daß der Thermostat 5 bei einer niedrigeren Temperatur (z.B. 65°C) als der eingestellten Öffnungstemperatur (z.B. 80°C) geöffnet wird, exakt durchgeführt wird. Daher kann die Steuerung durch Vergleichen der vorgegebenen Schwelle für die Bestimmung mit dem Wärmemengenverhältnis R, die jeweils unabhängig bei jedem Schritt eingestellt werden, bestimmen, ob der Fehler auftritt. (Außerdem oder stattdessen ist es auch möglich, ziemlich präzise zu bestimmen, wann der Thermostat 5 öffnet, durch Überwachen eines Zustands, bei dem sich das Wärmemengenverhältnis R ändert).
Unter Berücksichtigung des Betriebszustands einer Klimaanlage ist es möglich, den Steuerwert für die Bestimmung darüber, ob der Fehler aufgetreten ist, abzuändern, z.B. die Wärmeabstrahlungsmenge Qorh, die aufgenommene Wärmemenge Qig. Das bedeutet, daß zum Zeitpunkt des Heizens die einzige Wärmeabstrahlungsmenge vom Heizerkern 9 von der Wärmeabstrahlungsmenge Qorh vom Kühler subtrahiert werden kann. Der einzige Wärmeverlust der Pumpe zum Kühlen, die vom Motor angetrieben ist, kann zum Zeitpunkt des Kühlens von der aufgenommenen Wärmemenge Qig subtrahiert werden. Die Änderung in Reaktion auf den Betriebszustand der Klimaanlage kann dieselbe sein wie die der Schwelle für die Bestimmung darüber, ob der Fehler aufgetreten ist.
Jeder Schritt (die Gruppe von Schritten), der in dem Ablaufdiagramm gezeigt ist, oder verschiedene Glieder, wie etwa ein Fühler und Schalter, können durch Bezeichnungen angegeben sein, die deren Funktion angeben. Die Funktion jeden Schritts (der Gruppe von Schritten), der in dem Ablaufdiagramm gezeigt ist, kann als die Funktion des Funktionsteils angegeben sein, das in der Steuereinheit (Steuerung) eingestellt ist (das Vorhandensein eines Funktionsteils). Es ist daher zu verstehen, daß die Erfindung innerhalb der Reichweite der beiliegenden Ansprüche anders als spezifisch beschrieben in die Praxis umgesetzt sein kann.
Außerdem kann die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, genutzt sein.

Claims

Thermostatfehlerdiagnosevorrichtung für die Kühlanlage eines Kraftfahrzeugmotors, umfassend einen Thermostat (5), der ein Ventil öffnet, um Kühlwasser durch einen Kühler (3) strömen zu lassen, wenn die Kühlwassertemperatur für einen Motor (1) eine vorgegebene Kühlwassertemperatur überschreitet, und das Ventil schließt, um das Kühlwasser am Kühler (3) vorbeizuleiten, wenn die Temperatur die vorgegebene Temperatur unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt: Mittel (u) zum Berechnen einer Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) vom Kühler (3), die durch das Kühlwasser für den Motor (1) aufgenommen ist, wobei das Mittel (u) zum Berechnen der Wärmeabstrahlungsmenge dazu konfiguriert ist, die Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) vom Kühler (3) auf Grundlage einer prognostizierten Kühlwassertemperatur unter Verwendung von Betriebsparametern zu berechnen, die einen Zustand des Motorbetriebs und einer tatsächlichen Kühlwassertemperatur anzeigen, welche durch Mittel (S1) zum Erkennen einer Temperatur erkannt ist; und Mittel (u) zum Bestimmen, ob der Thermostatfehler auf Grundlage der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh), die durch das Mittel zum Berechnen der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) berechnet ist, aufgetreten ist, wobei das Mittel (u) zum Bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, dazu konfiguriert ist, das Verhältnis (R) der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) zu einer aufgenommenen Wärmemenge (Q_ig), die vom Kühlwasser für den Motor (1) aufgenommen ist, zu bestimmen, und zu bestimmen, daß der Thermostatfehler aufgetreten ist, wenn die tatsächliche Kühlwassertemperatur oder die prognostizierte Kühlwassertemperatur die vorgegebene Temperatur überschreitet und das Verhältnis (R) der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) zur aufgenommenen Wärmemenge (Q_ig) einen vorgegebenen Schwellenwert (a,) überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel (u) zum Bestimmen der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) dazu konfiguriert ist, die Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) vom Kühler (3) auf Grundlage eines integrier ten Abweichungswerts zwischen der prognostizierten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur und einer Abweichung zwischen einer vorliegenden prognostizierten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der integrierte Wert ein integrierter Wert eines Werts ist, der aus dem Multiplizieren der Abweichung zwischen der prognostizierten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit abgeleitet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel (u) zum Bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, daß der Thermostatfehler aufgetreten und offen gelassen ist, wenn die prognostizierte Temperatur oder die tatsächliche Temperatur eine Öffnungseinstellungstemperatur des Thermostats (3) unterschreitet und wenn das Verhältnis der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) zu der aufgenommenen Wärmemenge (Q_ig) den Schwellenwert (α₁) zur Bestimmung überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Mittel (u) zum Bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, daß der Thermostatfehler aufgetreten und geschlossen gelassen ist, wenn die prognostizierte Temperatur oder die tatsächliche Temperatur die Öffnungseinstellungstemperatur des Thermostats (3) überschreitet und wenn das Verhältnis der Wärmeabstrahlungsmenge (Q_orh) zu der aufgenommenen Wärmemenge (Q_ig) den Schwellenwert (α₁) zur Bestimmung unterschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend Mittel (u) zum Beenden der Bestimmung, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, durch das Mittel (u) zum Bestimmen, ob der Thermostatfehler aufgetreten ist, wenn die Kühlwassertemperatur den vorgegebenen Wert unterschreitet oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet.