JP2011144696A

JP2011144696A - 内燃機関冷却装置システム

Info

Publication number: JP2011144696A
Application number: JP2010003793A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nishigaki; 隆弘西垣; Erika Yamamoto; 恵里佳山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: JP5206696B2

Abstract

【課題】より好適に、サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定を正確に行うことが可能な内燃機関冷却装置システムを提供することである。
【解決手段】内燃機関冷却装置システム１０は、内燃機関１２の冷却水を循環させる循環ポンプ２２と、内燃機関１２から流出された冷却水をラジエータ１８を介して循環ポンプ２２に帰還させる第１循環流路１４ａと、内燃機関１２から流出された冷却水をそのまま循環ポンプ２２に帰還させる第２循環流路１４ｂと、冷却水の温度に基づいて、第１循環流路１４ａと第２循環流路１４ｂに流れる冷却水の割合を調整するサーモスタット１６と、サーモスタット１６が正常に作動しているか否かの判定である正常作動判定を行う判定制御部３０と、を備え、判定制御部３０は、判定指令判断処理部と、駆動判断処理部と、履歴判断処理部と、温度判断処理部と、保留履歴記録手段と、判定実行処理部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関冷却装置システムに係り、特に、サーモスタットを備える内燃機関冷却装置システムに関する。

内燃機関を有する内燃機関冷却装置システムにおいて、内燃機関を適切な温度状態で作動させるために冷却水を循環させて温度を調整しており、内燃機関冷却装置システムには、当該冷却水を循環させるための循環ポンプが取り付けられている。そして、内燃機関の暖機運転を行う場合には、循環ポンプを停止させた状態で暖機運転がなされている。これにより、温度上昇速度が速くなるため、内燃機関の燃費が向上することとなる。

さらに、内燃機関冷却装置システムには、内燃機関から流出された冷却水を、ラジエータを介さずにそのまま循環ポンプに帰還させるバイパス流路と、ラジエータを介して循環ポンプに帰還させる冷却流路に流れる流量を調整するサーモスタットが設けられている。そして、当該サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定が行われているが、この判定は、完全暖機水温である７５℃まで、推定水温（内燃機関始動時の水温、外気温度、内燃機関の燃焼中の空気量から算出する水温）と、内燃機関の冷却水の実際の水温のいずれが早く到達するか否かを監視することで判定されている。ここで、推定水温が実水温よりも早く７５℃に到達すればサーモスタットを異常状態であると判定し、内燃機関の冷却水の実水温が推定水温よりも早く７５℃に到達すればサーモスタットを正常状態であると判定する。

しかし、上記のように、循環ポンプを停止させた状態で暖機運転を行った後に、循環ポンプを駆動させた場合に、内燃機関の内部において高温状態となった冷却水が内燃機関の外部に設けられている温度センサに流れ込むため、温度センサが７５℃を一旦超える状態となる。したがって、このような状態において、上述したようなサーモスタットの判定方法では正確な判定が困難である。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、内燃機関冷却装置の故障検出システムとして、内燃機関の冷却水を循環させ且つ冷却水の流量を変更可能なポンプと、冷却水の温度を低下させるラジエータと、上記内燃機関、ポンプ、およびラジエータへ冷却水を流す冷却水流路と、上記ラジエータを迂回するバイパス流路と、冷却水の温度に応じて上記冷却水流路および上記バイパス流路に冷却水が流れる割合を調整するサーモスタットと、上記サーモスタットよりも下流の冷却水の温度を検出または推定する冷却水温度検出手段とを備える構成が開示されている。さらに、上記冷却水温度検出手段により検出または推定された冷却水の温度と基準値とを比較することにより上記サーモスタットの故障を検出するサーモスタット故障検出手段と、上記ポンプが作動を開始する前、または作動を開始する前および作動を開始した後の所定期間は上記サーモスタット故障検出手段によるサーモスタットの故障の検出を禁止する故障検出禁止手段と、を備える構成が記載されている。

特開２００７−５６７２２号公報

上記特許文献１の構成によれば、サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定を行う正常作動判定を正確に行うことが可能であるが、上記特許文献１の構成では、サーモスタットの正常作動判定を禁止する所定期間を予め実験等で求めることが必要であるため面倒な作業が必要となる。

本発明の目的は、より好適に、サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定を正確に行うことが可能な内燃機関冷却装置システムを提供することである。

本発明に係る内燃機関冷却装置システムは、内燃機関の冷却水を循環させる循環ポンプと、内燃機関から流出された冷却水をラジエータを介して循環ポンプに帰還させる冷却流路と、内燃機関から流出された冷却水をそのまま循環ポンプに帰還させるバイパス流路と、冷却水の温度に基づいて、冷却流路とバイパス流路に流れる冷却水の割合を調整するサーモスタットと、サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定である正常作動判定を行う判定制御部と、を備え、判定制御部は、サーモスタットの正常作動判定の開始指令を取得したか否かを判断する判定指令判断手段と、サーモスタットの正常作動判定の開始指令を取得したと判断したときに、循環ポンプの駆動開始指令を取得したか否かを判断する駆動判断手段と、循環ポンプの駆動開始指令を取得したと判断したときに、サーモスタットの正常作動判定を保留している状態を示す正常判定保留履歴が存在するか否かを判断する履歴判断手段と、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも大きいか否かを判断する温度判断手段と、正常判定保留履歴が存在しないと判断され、かつ、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも大きいと判断されたときに、正常作動判定を保留し、その保留状態を示す正常判定保留履歴を記録する保留履歴記録手段と、正常判定保留履歴が存在すると判断され、かつ、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも小さいと判断されたときに、正常作動判定を実行する判定実行手段と、を有することを特徴とする。

上記構成の内燃機関冷却装置システムによれば、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも大きいと判断されたときに正常作動判定を一旦保留し、その後、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも小さくなったと判断されたときに正常作動判定を実行させるため、サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定を正確に行うことができる。

本発明の実施の形態において、内燃機関冷却装置システムの概略構成を示す図である。本発明の実施の形態において、判定制御部の各構成要素を示す図である。本発明の実施の形態において、サーモスタットが正常に作動しているか否かを判定するための手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、内燃機関冷却装置システム１０の概略構成を示す図である。内燃機関冷却装置システム１０は、内燃機関１２と、冷却水温度センサ２４と、ラジエータ１８と、ヒータコア２０と、サーモスタット１６と、循環ポンプ２２と、循環流路部１４と、判定制御部３０とを含んで構成される。

循環流路部１４は、第１循環流路１４ａと、第２循環流路１４ｂと、第３循環流路１４ｃとを含んで構成される。第１循環流路１４ａは、内燃機関１２から流出された冷却水をラジエータ１８とサーモスタット１６を介して循環ポンプ２２に帰還させるための流路である。第２循環流路１４ｂは、内燃機関１２から流出された冷却水をラジエータ１８をバイパスし（換言すれば、ラジエータ１８を介さずに）、サーモスタット１６を介して循環ポンプ２２に帰還させるための流路である。第３循環流路１４ｃは、内燃機関１２から流出された冷却水をヒータコア２０を介して循環ポンプ２２に帰還させるための流路である。

内燃機関１２は、供給される燃料と空気との混合気を燃焼させることによって動力を発生する装置である。例えば、内燃機関１２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどによって構成される。また、内燃機関１２は、ハイブリッド車両などに搭載される。冷却水は、循環ポンプ２２の出力側から内燃機関１２に流入する。

内燃機関１２の流入口から内燃機関１２の内部に流入した冷却水は、内燃機関１２の内部のウォータージャケット（不図示）を通過した後、内燃機関１２の流出口より流出する。ウォータージャケットは、内燃機関１２の内部のシリンダ（不図示）の周囲に設けられており、シリンダは、ウォータージャケットを通過する冷却水と熱交換を行うことにより、暖機される。

循環ポンプ（以下、「循環ＷＰ」と呼ぶ。）２２は、電動式のモータを備えて構成され、このモータの駆動により冷却水を循環流路部１４内で循環させる。具体的には、循環ＷＰ２２は、バッテリ（不図示）から電力が供給され、判定制御部３０から出力される制御信号によって回転数等が制御される。

ヒータコア２０は、内部を通過する冷却水によって、車室内の空気を暖める装置（暖房装置）である。この場合、ヒータコア２０によって暖められた空気は、ブロア（不図示）と呼ばれる送風機によって車室内に送風される。

ラジエータ１８では、その内部を通過する冷却水が外気によって冷却される。この場合、電動ファン（不図示）の回転により導入された風によって、ラジエータ１８内の冷却水の冷却が促進される。

冷却水温度センサ２４は、第１循環流路１４ａと第２循環流路１４ｂと第３循環流路１４ｃにおいて内燃機関１２の流出口付近に設けられ、内燃機関１２の流出口から流出された冷却水の温度を検出するセンサである。冷却水温度センサ２４によって検出された温度は、判定制御部３０とサーモスタット１６に伝達される。

サーモスタット１６は、冷却水温度センサ２４から伝達された冷却水の温度に応じて、第１循環流路１４ａに流れる流量と第２循環流路１４ｂに流れる流量とを調整するサーモスタット弁である。サーモスタット１６は、冷却水の温度が所定の温度よりも高くなると冷却水が第１循環流路１４ａに流れるように調整し、冷却水の温度が所定の温度よりも低くなると冷却水が第２循環流路１４ｂに流れるように調整する。

判定制御部３０は、内燃機関冷却装置システム１０全体を制御する制御装置である。図２は、判定制御部３０の各構成要素を示す図である。判定制御部３０は、ＣＰＵ３００と、記憶部３１２と、循環ＷＰＩ／Ｆ３１４と、温度センサＩ／Ｆ３１６とを含んで構成される。各要素は、内部バスを通じて相互に接続される。かかる判定制御部３０は、内燃機関冷却装置システム１０に適したコンピュータを用いることができる。

循環ＷＰＩ／Ｆ３１４は、ＣＰＵ３００と循環ＷＰ２２とを接続するインターフェース回路である。温度センサＩ／Ｆ３１６は、ＣＰＵ３００と冷却水温度センサ２４とを接続するインターフェース回路である。

ＣＰＵ３００は、判定指令判断処理部３０１と、駆動判断処理部３０２と、履歴判断処理部３０４と、温度判断処理部３０６と、保留履歴処理部３０８と、判定実行処理部３１０とを含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には記憶部３１２に記憶されたサーモスタット正常作動判定プログラムを実行することにより実現できる。また、これらの各機能の一部をハードウェアとして実現するものとしてもよい。

判定指令判断処理部３０１は、外部からのサーモスタット１６に対する正常作動判定の開始指令信号が入力されたか否かを判断する機能を有する。

駆動判断処理部３０２は、判定指令判断処理部３０１によって、正常作動判定の開始指令信号が入力されたと判断されたときに、外部からの循環ＷＰ２２に対する駆動開始指令信号が入力されたか否かを判断する。そして、駆動判断処理部３０２は、循環ＷＰ２２に対する駆動開始指令信号に基づいて循環ＷＰ２２の回転数を決定し、循環ＷＰＩ／Ｆ３１４を介して循環ＷＰ２２の回転制御を行う機能を有する。

履歴判断処理部３０４は、駆動判断処理部３０２によって、循環ＷＰ２２に対する駆動開始指令信号が入力されたと判断されたときに、サーモスタット１６が正常に作動しているか否かを判定する正常作動判定を保留している状態を示す正常判定保留履歴が記憶部３１２に記憶されているか否かを判断する機能を有する。

温度判断処理部３０６は、冷却水温度センサ２４から温度センサＩ／Ｆ３１６を介して取得した冷却水の温度が閾値温度（７５℃）よりも大きいか否かを判断する機能を有する。

保留履歴処理部３０８は、履歴判断処理部３０４によって記憶部３１２に正常判定保留履歴が記憶されていないと判断され、かつ、温度判断処理部３０６によって冷却水の温度が閾値温度（７５℃）よりも大きいと判断されれば、サーモスタット１６の正常作動判定を保留し、その保留状態を示す正常判定保留履歴を記憶部３１２に記憶する機能を有する。

判定実行処理部３１０は、履歴判断処理部３０４によって記憶部３１２に正常判定保留履歴が記憶されていると判断され、かつ、温度判断処理部３０６によって冷却水の温度が閾値温度（７５℃）よりも小さいと判断されれば、サーモスタット１６の正常作動判定を実行する機能を有する。また、判定実行処理部３１０は、履歴判断処理部３０４によって記憶部３１２に正常判定保留履歴が記録されていないと判断され、かつ、温度判断処理部３０６によって冷却水の温度が閾値温度（７５℃）よりも小さいと判断されれば、サーモスタット１６の正常作動判定を実行させる機能を有する。なお、サーモスタット１６の正常作動判定は、完全暖機水温である閾値温度（７５℃）まで、推定水温（内燃機関１２始動時の水温、外気温度、内燃機関１２の燃焼中の空気量から算出する水温）と、内燃機関１２の冷却水の実際の水温のいずれが早く到達するか否かを監視することで判定されている。ここで、推定水温が内燃機関１２の冷却水の実際の水温よりも早く７５℃に到達すればサーモスタット１６を異常状態（サーモスタット１６が開故障して第１循環流路１４ａにのみ冷却するが流れるようになっている状態）であると判定し、内燃機関１２の冷却水の実水温が推定水温よりも早く７５℃に到達すればサーモスタット１６を正常状態であると判定する。

記憶部３１２は、サーモスタット正常作動判定プログラムや正常判定保留履歴等の種々の情報を記憶するための記憶装置である。

上記構成の内燃機関冷却装置システム１０の動作について図１〜図３を用いて説明する。図３は、サーモスタット１６が正常に作動しているか否かを判定するための手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ３００において、サーモスタット正常作動判定プログラムが起動されると、まず、サーモスタット１６が正常に作動しているか否かを判定させるための正常作動判定の開始指令信号が外部から入力されているか否かを判断する（Ｓ１０）。この工程は、ＣＰＵ３００の判定指令判断処理部３０１の機能によって実行される。サーモスタット１６の正常作動判定の開始指令信号が外部から入力されていないと判断されれば、リターン処理へと進む。

Ｓ１０において、正常作動判定の開始指令信号が外部から入力されていると判断されれば、循環ＷＰ２２の駆動開始指令信号が外部から入力されているか否かを判断する（Ｓ１２）。この工程は、ＣＰＵ３００の駆動判断処理部３０２の機能によって実行される。循環ＷＰ２２の駆動開始指令信号が外部から入力されていないと判断されれば、リターン処理へと進む。

Ｓ１２において、循環ＷＰ２２の駆動開始指令信号が外部から入力されていると判断されれば、サーモスタット１６が正常に作動しているか否かを判定する正常作動判定を保留している状態を示す正常判定保留履歴が記憶部３１２に記録されているか否かを判断する（Ｓ１４）。この工程は、ＣＰＵ３００の履歴判断処理部３０４の機能によって実行される。

Ｓ１４において、正常判定保留履歴が記憶部３１２に記録されていないと判断されれば、冷却水温度センサ２４から温度センサＩ／Ｆ３１６を介して取得した冷却水の温度が閾値温度（７５℃）よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１６）。この工程は、ＣＰＵ３００の温度判断処理部３０６の機能によって実行される。

Ｓ１６において、冷却水の温度が７５℃よりも大きいと判断されれば、サーモスタット１６の正常作動判定を保留し、その保留状態を示す正常判定保留履歴を記憶部３１２に記録する（Ｓ１８）。この工程は、ＣＰＵ３００の保留履歴処理部３０８の機能によって実行される。その後、リターン処理へと進む。

Ｓ１６において、冷却水の温度が７５℃よりも小さいと判断されれば、サーモスタット１６の正常作動判定を実行させる（Ｓ２０）。この工程は、ＣＰＵ３００の判定実行処理部３１０の機能によって実行される。その後、リターン処理へと進む。

Ｓ１４において、正常判定保留履歴が記憶部３１２に記録されていると判断されれば、冷却水温度センサ２４から温度センサＩ／Ｆ３１６を介して取得した冷却水の温度が閾値温度（７５℃）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ２２）。この工程は、ＣＰＵ３００の温度判断処理部３０６の機能によって実行される。Ｓ２２において、冷却水の温度が７５℃よりも大きいと判断されれば、リターン処理へと進む。

Ｓ２２において、冷却水の温度が７５℃よりも小さいと判断されれば、サーモスタット１６の正常作動判定を実行させる（Ｓ２４）。この工程は、ＣＰＵ３００の判定実行処理部３１０の機能によって実行される。その後、リターン処理へと進む。

上記のように、内燃機関冷却装置システム１０によれば、サーモスタット１６の正常作動判定を実行させようとする場合において、循環ＷＰ２２の駆動開始がなされているときは、冷却水の温度が７５℃よりも大きいと判断されたときに正常作動判定を一旦保留し、その後、冷却水の温度が７５℃よりも小さくなったと判断されてから、サーモスタット１６の正常作動判定を実行させるため、サーモスタット１６が正常に作動しているか否かの判定を正確に行うことができる。

９ヒータコア、１０内燃機関冷却装置システム、１２内燃機関、１４循環流路部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ循環流路、１６サーモスタット、１８ラジエータ、２０ヒータコア、２２循環ポンプ、２４冷却水温度センサ、３０判定制御部、３０１判定指令判断処理部、３０２駆動判断処理部、３０４履歴判断処理部、３０６温度判断処理部、３０８保留履歴処理部、３１０判定実行処理部、３１２記憶部、３１４循環ＷＰＩ／Ｆ、３１６温度センサＩ／Ｆ。

Claims

内燃機関の冷却水を循環させる循環ポンプと、
内燃機関から流出された冷却水をラジエータを介して循環ポンプに帰還させる冷却流路と、
内燃機関から流出された冷却水をそのまま循環ポンプに帰還させるバイパス流路と、
冷却水の温度に基づいて、冷却流路とバイパス流路に流れる冷却水の割合を調整するサーモスタットと、
サーモスタットが正常に作動しているか否かの判定である正常作動判定を行う判定制御部と、
を備え、
判定制御部は、
サーモスタットの正常作動判定の開始指令を取得したか否かを判断する判定指令判断手段と、
サーモスタットの正常作動判定の開始指令を取得したと判断したときに、循環ポンプの駆動開始指令を取得したか否かを判断する駆動判断手段と、
循環ポンプの駆動開始指令を取得したと判断したときに、サーモスタットの正常作動判定を保留している状態を示す正常判定保留履歴が存在するか否かを判断する履歴判断手段と、
冷却水の温度が所定の閾値温度よりも大きいか否かを判断する温度判断手段と、
正常判定保留履歴が存在しないと判断され、かつ、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも大きいと判断されたときに、正常作動判定を保留し、その保留状態を示す正常判定保留履歴を記録する保留履歴記録手段と、
正常判定保留履歴が存在すると判断され、かつ、冷却水の温度が所定の閾値温度よりも小さいと判断されたときに、正常作動判定を実行する判定実行手段と、
を有することを特徴とする内燃機関冷却装置システム。