JP2004027989A

JP2004027989A - 内燃機関のサーモスタット故障診断装置

Info

Publication number: JP2004027989A
Application number: JP2002187040A
Authority: JP
Inventors: Shinsaku Tsukada; 塚田　伸作; Heikichi Kamoshita; 鴨志田　平吉
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】機関冷却水の昇温割合が早く従来の故障判定を実施できないような、始動時水温が比較的高い場合や、走行風が得られない低速走行運転モードにおいても、安定したサーモスタットの開故障診断を抵抗することが出来る。
【解決手段】エンジン始動後、サーモスタット開弁設定温度より低い温度で、機関ラジエータにあるラジエータ冷却手段を起動しラジエータを強制的に冷却することで、ラジエータ冷却手段起動前と起動後の、冷却水温の上昇割合から故障を判定する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の冷却水の温度調節を行うサーモスタットの故障を判定する、サーモスタット故障診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水冷式の内燃機関では、機関内の冷却水路と冷却水を大気に放熱させるラジエータとの間で冷却水を循環させる通路に、冷却水温に応じて自動的に開閉するサーモスタットを設け、機関の水温が基準の温度に達するまでは、サーモスタットを閉として、冷却水の前記ラジエータへの循環を停止させ、機関冷却水の昇温を促進させている。
【０００３】
すなわち、エンジン始動直後、暖機運転時等、冷却水温が所定値（通常８０℃）より低い場合には閉弁し、一方、冷却水温が所定値より高くなったときは、開弁状態となり機関内のラジエータとの間で冷却水を循環させる。
【０００４】
さらに、ラジエータは車両の走行風や、ラジエータを冷却する手段（冷却ファン）によって冷却水に蓄熱されている熱を大気に放熱させ、冷却水の過上昇（オーバーヒート）を防止する目的を持っている。したがって、サーモスタットとラジエータとの組み合わせによって、機関冷却水の温度が一定に保たれるようになっている。
【０００５】
このサーモスタットが故障し、常に開きっぱなしの開故障が発生すると、エンジンが、冷えた状態で始動する冷間始動時でも、始動直後からラジエータ内の冷えた冷却水を機関内に循環されてしまうため、機関冷却水の昇温が妨げられて、燃費の悪化や排気エミッションの増加さらに、車両のヒータ性能の悪化を招いてしまう恐れがある。
【０００６】
そこで、このサーモスタットが開いたままとなる開故障の故障診断を行える技術として、特開２０００−３２０３８９号公報が提案されている。
【０００７】
上記公報の故障診断は、エンジン始動からの燃料消費量が所定量以上である時、冷却水温の上昇が、少ない時にサーモスタットを故障と判定している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の故障診断では、サーモスタット開故障状態でも、機関冷却水の昇温割合が早い運転モード（たとえば、始動時の冷却水温が高い。車速が低く走行風がラジエータに十分あたらない）においては、故障状態にあっても、故障を判定できない課題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、機関冷却水の昇温割合が早い運転モードにおいても、安定した機関サーモスタットの開故障診断を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の請求項１項にあっては、サーモスタットが開弁する設定温度に達する前に、機関ラジエータ冷却手段を起動して、ラジエータ内の冷却水を冷却し、その時に機関冷却水の温度の上昇割合が低いもしくは減少した場合、サーモスタットが設定温度より低い温度で冷却水がラジエータに循環されていることになり、すなわち、サーモスタットが開故障していると判定できる。
【００１１】
請求項２にあっては、１項故障診断のためのラジエータ冷却手段の起動を、機関冷却水温所定値以上（たとえば５０℃）で行うことで、本診断による、冷却水温上昇性能，ヒータ性能等への悪影響を最小限に押さえることができる。
【００１２】
請求項３にあっては、１項故障診断が終了した場合、直ちに、ラジエータ冷却手段を停止させることで、本診断による悪影響を最小限に押さえることができる。
【００１３】
請求項４にあっては、機関のエンジン負荷が所定値以下の時は、サーモスタットが正常であっても冷却水温の上昇割合が低いことから、１項の診断を停止させ、正常を開故障と誤診断することを防止している。
【００１４】
請求項５にあっては、１項の診断を行う前に、冷却水温の上昇が早く、明らかにサーモスタットが正常であると判断される場合は、直ちに正常と判定し診断を終了させることで、短期間にサーモスタットの診断を行えることを可能にしている。
【００１５】
請求項６にあっては、冷却水温検出手段が故障している場合は、１項の診断を停止させ、誤診断することを防止している。
【００１６】
請求項７にあっては、ラジエータ冷却手段が故障している場合は、ラジエータの冷却能力が低下しているため、１項の診断を停止させ、誤診断することを防止している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る内燃機関の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の内燃機関のサーモスタット故障診断装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示したものである。
【００１９】
図１は、直列４気筒エンジンの例であり、エアクリーナ１の入り口部２から吸入された空気は、吸気ダクト３を通ってスロットルボディ４に入る。該吸気ダクト３には、吸気空気量を検出する空気流量計であるエアフローメータ５が、さらに該スロットルボディ４には、空気流量を制御する絞り弁６、及び該絞り弁６の開度を検出，計測するスロットルセンサ７が各々の適宣位置に設置されている。また、スロットルボディ４には、絞り弁６をバイパスする補助空気バルブであるＩＳＣバルブ８が設けられており、アイドル回転数が一定に保たれるように空気量が制御されている。
【００２０】
そして、スロットルボディ４を通った空気はサージタンク９に入り、吸気マニホルド１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって分配されて気筒内に入る。
【００２１】
一方、燃料タンク（図示せず）内の燃料は、燃料ポンプ（図示せず）で吸引・加圧され、燃料フィルタ（図示せず）を通り、吸気マニホルド１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに設置された燃料を燃焼室に噴射する手段の一態様である燃料噴射弁
（インジェクタ）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに供給されて噴射される。
【００２２】
シリンダ内の混合気は、点火プラグ（図示せず）によって点火・燃焼された後、排気マニホールド（図示せず）側に送られ、前触媒および主触媒（図示せず）で浄化された後にマフラー（図示せず）を経由して排出される。
【００２３】
またエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドの内部にはウォータジャケット２０が設けられ、このウォータジャケット内に冷却水が注入されている。ウォータジャケット２０の冷却水は、ラジエータ２１及びヒータコア２２に流入する。ヒータコア２２に入った冷却水は、サーモスタット２３を介して再びウォータジャケット２０内に戻される。ウォータジャケット２０に戻る前には、ウォータポンプ２４が取り付けられており、エンジン回転とともにこのウォータポンプ２４も回転することで、冷却水が循環する。
【００２４】
この時、サーモスタット２３に流れる冷却水が、サーモスタットの開弁温度より低い場合は、冷却水が、ウォータジャケット２０→ヒータコア２２→サーモスタット２３→ウォータポンプ２４→ウォータジャケット２０と循環し、冷却水の昇温を促進する。
【００２５】
一方、ラジエータ２１に入った冷却水は、ラジエータにて走行風またはラジエータ冷却用の電動ファン２５によって大気に放熱される。冷却された冷却水は前述のサーモスタット２３に到達する。ここで、前述のウォータジャケット２０を循環している冷却水の温度がサーモスタット２３開弁温度を越えると、サーモスタットが開弁し、ラジエータ２１にて冷却された冷却水も、ウォータポンプ２４を介してウォータジャケット２０内に流入する。
【００２６】
ウォータジャケット内に取り付けた冷却水温度センサ２６によって測定された冷却水温が上昇し設定温度を越えるとラジエータ２１に取り付けた冷却用の電動ファン２５を起動し、ラジエータ２１による冷却水の熱の大気への放熱を促進させる。
【００２７】
エンジン回転数の検出，燃料噴射時期及び点火時期を制御するための基礎信号であるカム角センサ（図示せず）、エアフローメータ５，スロットルセンサ７，Ｏ_２　センサ（図示せず）、内燃機関の温度を検出する水温センサ２６等のエンジン状態を表す信号は、本診断装置装置を備えたエンジン制御装置（コントロールユニット）３０に入力される。
【００２８】
該コントロールユニット３０は、これらの信号に基づいて、所定の演算処理を行って空燃比制御等の各種制御を行い、インジェクタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，ＩＳＣバルブ８，ラジエータ冷却用電動ファン２５等に各駆動信号を出力する。図２は、コントロールユニット３０の内部構成を示したものである。
【００２９】
該コントロールユニット３０は、ＭＰＵ３１，読み書き自由なＲＡＭ３２，読み出し専用ＲＯＭ３３，入出力を制御するＩ／ＯＬＳＩ３４から構成され、それぞれバス３５，３６，３７で連絡されており、各データのやりとりが行われる。具体的には、ＭＰＵ３１は、エアフローメータ５，ＩＳＣバルブ８，水温センサ２６等の前記エンジン状態を表す信号Ｉ／ＯＬＳＩ３４からバス３７を通して受け取り、ＲＯＭ３３に記憶された処理内容を順次呼び出した所定の処理を行い、ＲＡＭ３２に記憶させた後、再びＩ／ＯＬＳＩ３４からインジェクタ１１ａ，
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，ラジエータ冷却用電動ファン２５，ＩＳＣバルブ８等に各駆動信号を出力している。
【００３０】
図３は、前記サーモスタット診断装置の制御ブロック図である。
【００３１】
まずステップ１０１で、本サーモスタット診断の起動条件であるかを判定する。起動条件と判定されると、ステップ１０２にてその時のエンジン冷却水温を冷却水温センサ２６にて読み込む。そしてステップ１０３にてラジエータ冷却用電動ファン２５を所定期間起動する。次にステップ１０４にて冷却水温センサ２６にて再びエンジン冷却水温を読み込み、ステップ１０５にて、ステップ１０２とステップ１０４での冷却水温の上昇割合を計算する。次にステップ１０６にて、ステップ１０５での計算結果からサーモスタット２３の故障を判定する。
【００３２】
そして、サーモスタットが故障と判定されればステップ１０６にて警告ランプを点灯させる。
【００３３】
次に図４を用いて前述のステップ１０１の本診断の診条件判定手段について説明する。
【００３４】
まずステップ４０１にて冷却水温センサ２６が正常であるかを判定し、正常と判定されていれば、ステップ４０２に進み、故障と判定された場合は、本診断を停止する。
【００３５】
ステップ４０２ではラジエータ冷却用電動ファン２５が正常であるかを判定し、正常と判定されていればステップ４０３に進む。
【００３６】
ステップ４０２にて故障判定された場合は、本診断を終了する。
【００３７】
ステップ４０３ではエンジン始動後所定の時間経過したかを判定し、所定時間低下していれば、ステップ４０４に進む。
【００３８】
ステップ４０４では、冷却水温が所定値以上であるかを判定し、所定値以上であればステップ４０５に進む。
【００３９】
ステップ４０５では冷却水温が所定値以下であるかを判定し、所定値以下であれば、本診断起動条件成立として終了する。ステップ４０５で冷却水温が所定値以上であると判定した場合は、サーモスタット正常として終了する。
【００４０】
次にステップ１０５の冷却水温上昇割合計算手段について説明する。
【００４１】
ステップ１０２，１０４にて読み込まれた冷却水温をそれぞれＴＷ１，ＴＷ２とし、さらにステップ１０３にて電送ファンを起動した時間をＴとして、冷却水温上昇割合ＤＴＷを下式にて算出する。
【００４２】
ＤＴＷ＝（ＴＷ２−ＴＷ１）／Ｔ１
計算された冷却水温上昇割合ＤＴＷを用いてステップ１０６にてサーモスタットが故障しているかを判定する。
【００４３】
次に図５，図６を用いてステップ１０６のサーモスタット故障判定手段について説明する。
【００４４】
ステップ１０５にて計算された冷却水温上昇割合ＤＴＷは、サーモスタットが正常であれば、図５に示すように大きな値を示す。これは、ラジエータファンが起動しても、サーモスタット開弁温度以下であれば、サーモスタット閉弁され、ラジエータ内の冷却された冷却水が、エンジンウォータジャケットに流入しないため、ラジエータの冷却作用に影響されることなく、冷却水温が上昇するためである。
【００４５】
ここで、サーモスタットが開故障していると、図６に示すように、ステップ
１０５にて計算された冷却水温上昇割合ＤＴＷは小さな値を示す。これはサーモスタットが常に開弁しているために、ラジエータにて冷却された冷却水が常に機関ウォータジャケット内に流入するため、冷却水温がなかなか上昇しないためである。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の内容を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のサーモスタット故障診断装置は、機関冷却水の昇温割合が早く従来の故障判定を実施できないような、運転モードにおいても、サーモスタットの開故障診断を安定して実施できることにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の内燃機関のサーモスタット診断装置を備えたエンジンシステムの全体構成図。
【図２】図１のサーモスタット診断装置を備えたコントロールユニットの内部構成図。
【図３】図１のサーモスタット診断装置の制御フローチャート。
【図４】図１のサーモスタット診断装置における診断起動条件を示したフローチャート。
【図５】図１のサーモスタット診断装置におけるサーモスタット正常時の動作図。
【図６】図１のサーモスタット診断装置におけるサーモスタット常時開弁故障時の動作図。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、３…吸気ダクト、４…スロットルボディ、５…エアフローメータ、６…絞り弁、７…スロットルセンサ、８…ＩＳＣバルブ、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…インジェクタ、２０…ウォータジャケット、２１…ラジエータ、２２…ヒータコア、２３…サーモスタット、２４…ウォータポンプ、２５…ラジエータ冷却用電動ファン、２６…水温センサ。

Claims

内燃機関の冷却水通路上の内燃機関とラジエータとの間に設けられたサーモスタットが常時開弁した状態の故障を診断する内燃機関のサーモスタット故障診断装置において、
内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段と、ラジエータを冷却するラジエータ冷却手段とを備え、前記サーモスタットが開弁する冷却水温以下の冷却水温で、前記ラジエータ冷却手段を起動し、ラジエータを所定期間冷却し、冷却水温の上昇率が所定の基準値以下であったとき、前記サーモスタットが故障していると判定することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。
前記ラジエータ冷却手段は機関始動時の冷却水温が所定値以上のときに起動することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。
請求項１項に記載の内燃機関のサーモスタット故障診断装置において、該ラジエータ冷却手段起動後、機関冷却水温が所定値以上となった場合は、該サーモスタットを正常と判定し、前記ラジエータ冷却手段を停止することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。
請求項１項の診断装置において、機関負荷積算値が所定値以下の場合は、該サーモスタットの故障しているか否かの判定を保留することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。
請求項１項に記載の内燃機関のサーモスタット故障診断装置において、該ラジエータ冷却手段が起動する前に、機関冷却水温が所定値以上となった場合、該サーモスタットを正常と判定し、診断を終了することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。
請求項１項に記載の内燃機関のサーモスタット故障診断装置において、機関冷却水温検出手段が故障している場合、故障診断を中止することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。
請求項１項に記載の内燃機関のサーモスタット故障診断装置において、ラジエータ冷却用手段が故障している場合、故障診断を中止することを特徴とする内燃機関のサーモスタット故障診断装置。